(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流動媒体の少なくとも１つの特性を検出するセンサ装置（１０）であって、
前記少なくとも１つの特性を検出する少なくとも１つの第１のセンサ要素（１２）であって、前記第１のセンサ要素（１２）は少なくとも１つの第１の膜（２６）を有する、前記少なくとも１つの第１のセンサ要素（１２）と、
少なくとも１つの第１の収容部（３０）を有する少なくとも１つのハウジング（１４）であって、前記第１のセンサ要素（１２）は少なくとも部分的に前記第１の収容部（３０）に収容される、前記少なくとも１つのハウジング（１４）と、
少なくとも１つの第１のシール要素（１６）であって、前記第１のシール要素（１６）は前記第１のセンサ要素（１２）と前記ハウジング（１４）との間に配置され前記ハウジング（１４）に対して前記第１のセンサ要素（１２）をシールするよう構成される、前記少なくとも１つの第１のシール要素（１６）と、
予負荷要素（１８）であって、前記予負荷要素（１８）は前記第１のシール要素（１６）に向かって前記第１のセンサ要素（１２）に予負荷を加えるよう構成される、前記予負荷要素（１８）と、
を備える、前記センサ装置（１０）において、
前記第１のセンサ要素（１２）と前記予負荷要素（１８）とは、材料結合式に互いに結合されており、
前記第１のシール要素（１６）は、前記第１のセンサ要素（１２）の、前記第１の膜（２６）が設けられた面以外の面について、各面の全部を覆うことを特徴とする、センサ装置（１０）。
【請求項２】
前記第１のセンサ要素（１２）と前記予負荷要素（１８）とは、接着剤（３８）により互いに結合されている、請求項１に記載のセンサ装置（１０）。
【請求項３】
前記第１のセンサ要素（１２）と前記予負荷要素（１８）とは、接着剤（３８）により面的に互いに結合され、又は、前記予負荷要素（１８）は、接着剤（３８）が充填された第１の溝（３６）を有する、請求項２に記載のセンサ装置（１０）。
【請求項４】
前記第１のセンサ要素（１２）は、少なくとも１つの第１のボンディング用ワイヤ（４０）により電気的に接触させられる、請求項１〜３のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
【請求項５】
前記ハウジング（１４）は、第２の収容部（７０）を有し、前記センサ装置（１０）は、少なくとも１つの特性を検出する少なくとも１つの第２のセンサ要素（４４）及び第２のシール要素（７２）をさらに備え、前記第２のセンサ要素（４４）は、少なくとも１つの第２の膜（５２）を有し、前記第２のセンサ要素（４４）は、少なくとも部分的に第２の収容部（７０）に収容され、前記第２のシール要素（７２）は、前記第２のセンサ要素（４４）と前記ハウジング（１４）との間に配置され、かつ前記ハウジング（１４）に対して前記第２のセンサ要素（４４）をシールするよう構成され、前記第２のセンサ要素（４４）と前記予負荷要素（１８）とは、材料結合式に互いに結合されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
【請求項６】
前記第２のセンサ要素（４４）と前記予負荷要素（１８）とは、接着剤（３８）によって面的に互いに結合され、又は、前記予負荷要素（１８）は、接着剤（３８）が充填された第２の溝（５６）を有する、請求項５に記載のセンサ装置（１０）。
【請求項７】
前記第１のセンサ要素（１２）と前記第２のセンサ要素（４４）とは、熱伝導的に互いに接続されている、請求項５〜６のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
【請求項８】
前記予負荷要素（１８）は、前記第１の膜（２６）により第１の基準容量室（６２）を包み込み、前記第２の膜（５２）により第２の基準容量室（６４）を包み込むように形成される、請求項５〜７のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
【請求項９】
前記第１の基準容量室（６２）と前記第２の基準容量室（６４）とは、互いに接続されている、請求項８に記載のセンサ装置（１０）。
【請求項１０】
前記第２のセンサ要素（４４）は、少なくとも１つの第２のボンディング用ワイヤ（７８）により電気的に接触させられる、請求項５〜９のいずれか１項に記載のセンサ装置（１０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流動媒体、特に少なくとも１つの気体の少なくとも１つの特性を検出するセンサ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
このようなセンサ装置は、例えば自動車技術において、少なくとも１つの気体成分を質的及び／又は量的に検知するために使用され、例えば、燃料・空気混合物（Ｌｕｆｔ‐Ｋｒａｆｔｓｔｏｆｆ‐Ｇｅｍｉｓｃｈ）中の酸素の濃度測定のため、及び／又は、水素・空気混合物（Ｗａｓｓｅｒｓｔｏｆｆ‐Ｌｕｆｔ‐Ｇｅｍｉｓｃｈ）中の水素の濃度測定のために使用される。しかしながら、本発明は、他の形態によるセンサシステムでも利用可能である。
【０００３】
例えばプロセス工学分野における化学又は機械工学の多くのプロセスでは、気体濃度が信頼性高く決定される必要があり、及び／又は、気体の質量流量、特に空気の質量流量が、定められて供給される必要がある。上記プロセスとして、特に、制御された条件下で進行する燃焼プロセスも挙げられる。その重要な例は、自動車の内燃機関での燃料の燃焼であって、特に続いて触媒式排気処理が行われる上記燃焼であるが、本発明はこれに限定されない。燃料電池のための、組成が厳密に定められた気体の供給も、適用分野として挙げられる。さらに、安全性に関わる適用も挙げられる。従って例えば、水素が例えば燃料電池から周辺環境又は排気導管へと出ている際に乗員に警報を与えるために（放出した水素は基本的に完全に又は少なくとも部分的に空気と水蒸気になる）、水素センサが燃料電池自動車で使用される。空気は、近似的に水素の割合が４％以上になると引火性になり、割合がより高くなると爆発性にもなるため、水素センサは、例えば、対応する警報装置又は対応する緊急自動装置又は制御自動装置と結合されうる。このようなガスセンサの、安全性に関わる他の適用も構想されうる。
【０００４】
気流及び／又は気体濃度を測定するために、様々な種類のセンサが使用される。このようなセンサの１態様が、センサチップを備えるセンサである。従来技術で公知のこの態様のセンサ種は、所謂ホットフィルムエアマスメータ（ＨＦＭ：ｈｏｔ  ｆｉｌｍ  ａｉｒ−ｍａｓｓ  ｍｅｔｅｒ）であり、例えば独国特許出願公開第１９６０１７９１号明細書の一実施形態に記載されている。このようなホットフィルムエアマスメータの場合、通常では、センサ薄膜を有するセンサチップ、例えばシリコンセンサチップが使用される。センサ膜には典型的に、２つ以上の温度測定抵抗（感温部）に取り囲まれた少なくとも１つの加熱抵抗が配置されている。膜を介して案内される空気流では温度分布が変化するが、このこと事態は温度測定抵抗により検出可能であり、駆動又は評価回路により評価されうる。従って、例えば温度測定抵抗の抵抗差から、空気流量が決定されうる。このセンサ種の他の様々なバリエーションが、従来技術で知られている。
【０００５】
流体の流れの検出と並んで、各気体状の流体を構成する成分の検出及び測定も重要な役割を果たす。センサチップは、様々な流体成分の様々な熱容量及び／又は熱伝導性に基づいており、例えば、Ｍ．Ａｒｎｄｔ著の「Ｍｉｃｒｏｍａｃｈｉｎｅｄ  Ｔｈｅｒｍａｌ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｉｔｙ  Ｈｙｄｒｏｇｅｎ  Ｄｅｔｅｃｔｏｒ  ｆｏｒ  Ａｕｔｏｍｏｔｉｖｅ  Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」（Ｓｅｎｓｏｒｓ、２００２、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  Ｆｏｒ  ＩＥＥＥ）に記載されている。例えば、空気・水素混合物中の水素を検出するために、水素が、空気又は空気の成分よりも高い熱伝導率を有するという事実が活用される。ホットフィルムエアマスメータ（ＨＦＭ）と同様に構成されたセンサ構造では、例えば、空気・水素混合物は、薄膜又は狭い網目又は空隙又はチャネルを通って、センサの測定室へと拡散する。気体状の流体中に水素が存在することによって、加熱された測定膜の温度、又は周囲空気へと放出される当該測定膜の熱出力が変化する。このことに基づいて、水素の濃度を反映する測定信号が生成される。
【０００６】
独国特許出願公開第１０２００６０１０９０１号明細書には、流動媒体を検出するための流体センサが記載されており、この流体センサは、流動媒体により負荷を加えることが可能なチップ表面を有する。チップ表面は、測定表面とランド表面とを含む。測定表面には、少なくとも１つの加熱要素及び少なくとも１つの感温部を備えたセンサ回路の導体路が設けられている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来技術で公知のセンサ装置は数多くの利点を有するが、未だ改善の余地がある。例えば燃料電池システムの排気導管内の脱イオン水等の、アグレッシブな（ａｇｇｒｅｓｓｉｖ）媒体の作用下でチップを使用するためには、媒体に対して耐性を有するシール要素によるシーリング、例えば、シリコン接着剤又はエポキシ接着剤の代替としてエラストマ等によるシーリングが必要となる。その場合に、気密性は、エラストマの永続的な弾性的変形により達成され、即ち、予負荷要素による押圧により達成される。半導体チップ上の細線ワイヤボンディングプロセス（Ｄｕｅｎｎｄｒａｈｔｂｏｎｄｐｒｏｚｅｓｓ）においては、安定的かつ可能な限り強固にチップを固定することが必要とされるが、このようなシール部への押圧によっては、結合力であって振動し得る力に起因して信頼性の高い結合を達成することができない。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
従って、流動媒体の少なくとも１つの特性を検出するセンサ装置であって、公知のセンサ装置の欠点を少なくとも大幅に回避し、かつ弾性シール部に取り付けられたセンサチップを細線ワイヤボンディングプロセスにより電気的に接触させることが可能な上記センサ装置が提案される。
【０００９】
流動媒体の少なくとも１つの特性を検出するための本発明に係るセンサ装置は、少なくとも１つの特性を検出する少なくとも１つの第１のセンサ要素であって、第１のセンサ要素は少なくとも１つの第１の膜を有する、上記少なくとも１つの第１のセンサ要素と、少なくとも１つの第１の収容部を有する少なくとも１つのハウジングであって、第１のセンサ要素は少なくとも部分的に第１の収容部に収容される、上記少なくとも１つのハウジングと、少なくとも１つの第１のシール要素であって、第１のシール要素は第１のセンサ要素とハウジングとの間に配置されハウジングに対して第１のセンサ要素をシールするよう構成される、上記少なくとも１つの第１のシール要素と、予負荷要素であって、予負荷要素は第１のシール要素に向かって第１のセンサ要素に予負荷を加えるよう構成される、上記予負荷要素と、を備える。本発明に基づいて、第１のセンサ要素と予負荷要素とは、材料結合式に互いに結合されている。
【００１０】
本発明の意味において「流動媒体」とは、流動状態、特に液状及び／又は気体の状態にある任意の物質であって、任意に速度が遅いせん断に抵抗しない物質として理解される。一般に、物質の流動状態は、温度及び／又は圧力に依存しうる。流動媒体は、純物質又は混合物として存在しうる。例えば、空気・水素混合物でありうる。他の液体、他の液体混合物、他の気体、又は、他の気体混合物も例えば使用可能である。
【００１１】
「センサ要素」とは、本発明の枠組みにおいては、少なくとも１つの測定値を検出することが可能な基本的に任意の要素として理解される。センサ要素は、特に、少なくとも１つの信号を生成するよう構成され、特に、少なくとも１つの電気信号、例えばアナログ信号及び／又はデジタル信号を生成するよう構成されうる。センサ要素は、特に、気体の熱伝導率を決定するよう構成されうる。「熱伝導率」という概念は一般に、温度勾配に基づいた、熱の形態による物質を通過するエネルギーの移動を表わす。センサ要素は、チップ（Ｃｈｉｐ）として構成されうる。チップは、少なくとも１つの空洞部を有する少なくとも１つの基部要素を含みうる。「空洞部」という概念は、本発明の枠組みにおいては、基部要素に設けられた、空いた及び／又は開いた状態で形成された中空空間及び／又は空所に関し、その際に、例えば、貫通した中空空間であってもよく、又は、基部要素の内部へと突出した中空空間であってもよい。
【００１２】
膜は、基部要素の表面に亘って延在し、基部要素の空洞部を少なくとも部分的に覆いうる。基部要素及び／又は空洞部は、直方体状の基本形状を有しうる。しかしながら、他の実施形態も考えられる。さらに、基部要素は、少なくとも１つの半導体材料で製造されうる。半導体材料は、特に、ケイ素、ゲルマニウム、ホウ素、セレン、ケイ素化合物、ガリウム化合物、インジウム化合物から成る一群から選択されうる。場合によっては、膜は、純粋な形態により、又は、化合物として、例えば、二酸化ケイ素等の酸化物として、及び／又は、窒化ケイ素等の窒化物として、及び／又は、他の化合物として、少なくとも１つの半導体材料を有しうる。さらに、膜と基部要素とはチップとして一体に形成されうる。
【００１３】
さらに、センサ要素は、膜に載置される少なくとも１つの測定要素を含みうる。「測定要素」という概念は、本発明の意味では、少なくとも１つの信号を検出するよう構成された好適に電子的な装置を表している。特に、測定要素は感温部でありうる。例えば、感温部は、少なくとも１つの電気抵抗を有しうる。
【００１４】
本発明の意味における「膜」は基本的に、方形、矩形、多角形、又は円形の平面形状と、厚さと、を有する任意の要素として理解され、この要素の長さは、上記平面形状の寸法において、当該要素の厚さを上回っており、例えば、１０〜１００００倍、好適に１００〜３０００倍、好適に４００〜１６００倍、好適に６００〜１０００倍上回っている。膜は、様々な物質について様々な透過性を有して形成されうる。例えば、膜は、少なくとも１つ以上の物質について少なくともほとんど完全に不透過性でありうる。例えば、膜は、少なくとも１つ以上の物質について一方向に透過性でありうる。例えば、膜は、１つ以上の物質について双方向に透過性でありうる。他の実施形態も、基本的には可能である。
【００１５】
「ハウジング」という概念は、本発明の意味では基本的に、少なくとも１つのハウジング内部空間をぐるりと取り囲む任意に形成された構成要素を表している。ハウジング内部空間は、流動媒体を収容するよう構成されうる。ハウジングは、完全に又は部分的に、円筒形状物として形成されうる。「円筒形状物」という概念は基本的に、流動媒体が流過しうる任意の中空体を表している。特に、縦長の中空体でありうる。円筒形状物は、例えば、完全に又は部分的に硬質材料で製造され、又は、完全に又は部分的に軟質材料でも製造され、例えば、金属及び／又はプラスチックで製造されうる。円筒形状物は基本的に、任意の横断面を有し、例えば円形、楕円形、又は多角形の横断面を有しうる。代替的に、円筒形状物の収容部に固定された構成要素も含みうる。この構成要素は、例えば、燃料電池の導管内に固定された差込み型センサでありうる。他の実施形態も基本的に可能である。
【００１６】
ハウジングは、先に言及したように、少なくとも１つの収容部をさらに含む。この収容部は、例えば方形の横断面を有しうる。他の実施形態も構想されうる。センサ要素は、完全に又は部分的に収容部に収容されている。
【００１７】
「シール要素」という概念は、ハウジングに対してセンサ要素をシールするよう構成された任意の要素を表している。シール要素は、ハウジング内部空間へと熱を伝達するよう構成されうる。さらに、シール要素は、ハウジングとセンサ要素との間の一貫した接触部を形成するよう構成されうる。シール要素は、センサ要素とハウジングとの間に配置される。シール要素は、任意に成形された要素であってよく、好適にはシールリング、好適には、矩形の断面を有するＯリングでありうる。シール要素は、完全に又は部分的に、媒体に対して耐性を有する材料で製造されうる。特に、シール要素は、完全に又は部分的にエラストマで製造され、特にエチレン・プロピレン・ジエン・弾性ゴム（Ｅｔｙｌｅｎ‐Ｐｒｏｐｙｌｅｎ‐Ｄｉｅｎ‐Ｋａｕｔｓｃｈｕｋ）で製造されうる。シール要素は、少なくとも１つのマトリクス材料、特に、媒体に対して耐性を有するマトリクス材料を含み、このマトリクス材料には、少なくとも１つの他の材料が混ぜ合わされている。この他の材料は、少なくとも１つの金属材料、少なくとも１つのセラミック材料から成る一群から選択されうる。金属材料及び／又はセラミック材料は、粒子として構成されうる。特に、この粒子は、１ｍｍ未満、好適に１００μｍ未満の粒度又は平均粒度を有しうる。例えば、この粒子は、平均粒度が０．５μｍ〜１００μｍの粒子でありうる。
【００１８】
材料結合式の結合（ｓｔｏｆｆｓｃｈｌｕｅｓｓｉｇｅ  Ｖｅｒｂｉｎｄｕｎｇ）とは、本発明の枠組みにおいては、原子間力又は分子力により結合部同士が結び付けられる結合として理解される。材料結合式の結合は、同時に解離不可能な結合であり、結合手段の破壊によってのみ分離される。材料結合式の結合には、特に、ろう接、溶接、接着、及び加硫が挙げられる。
【００１９】
本発明の枠組みにおいて、「第１」及び「第２」という表現は、各対応する構成要素を単に概念的に区別するために利用され、当該構成要素の特定の順位又は重み付けを示すためには利用されない。
【００２０】
本発明の枠組みでは、第１のセンサ要素と予負荷要素とを接着剤によって互いに結合することが提案される。ここでは、第１のセンサ要素と予負荷要素とは、接着剤により面的に互いに結合されうる。代替的に、予負荷要素は、接着剤が充填された溝を有しうる。
【００２１】
ハウジングは、第２の収容部を有しうる。センサ装置は、少なくとも１つの特性を検出する少なくとも１つの第２のセンサ要素及び第２のシール要素をさらに備えうる。第２のセンサ要素は、少なくとも１つの第２の膜を有しうる。第２のセンサ要素は、少なくとも部分的に第２の収容部に収容されうる。第２のシール要素は、第２のセンサ要素とハウジングとの間に配置され、ハウジングに対して第２のセンサ要素をシールするよう構成されうる。
【００２２】
第２のセンサ要素と予負荷要素とは、例えば接着剤によって、材料結合式に互いに結合されうる。第２のセンサ要素と予負荷要素とは、接着剤によって面的に互いに結合されうる。代替的に、予負荷要素は、接着剤が充填された溝を有しうる。第１のセンサ要素と第２のセンサ要素とは、熱伝導的に互いに接続されうる。例えば、第１のセンサ要素と第２のセンサ要素とは、予負荷要素によって熱伝導的に互いに結合されうる。これにより、センサ装置の測定精度が、このようなヒートブリッジによって改善される。その際好適に、熱伝導材から成る接着剤が使用される。代替的に、引張荷重を掛けられる（ｚｕｇｂｅｌａｓｔｂａｒ）、熱伝導性がより低い接着剤も利用することが可能であり、チップと予負荷要素との間の熱伝導のために追加的に導入される他の材料も使用することが可能である。この他の材料は、接着剤、ジェル、糊、エラストマ、又は固形材料でありうる。接着溝の代わりに又は当該接着溝に加えて、面的な接着も利用されうる。予負荷要素は、第２のシール要素に対して第２のセンサに予負荷を加えるように構成されうる。予負荷要素は、第１の膜により第１の基準容量室を包み込み、第２の膜により第２の基準容量室を包み込むように形成されうる。最終的に、第１のセンサ要素が、測定すべき流動媒体に晒され、かつ第２のセンサ要素が、基準センサ要素として使用される場合には、両センサ要素で同じように作用する環境影響が相殺されうることで、センサ要素の測定精度が著しく改善されうる。
【００２３】
本発明の基本構想は、少なくとも１つのセンサ要素を、硬質接着剤を用いて追加的に予負荷要素と一気に結合することであり、従って、少なくとも１つのセンサ要素を電気的に接触させるための細線ワイヤボンディングプロセスでは、実質的な追加的な圧力がシール要素へと導入されず、ボンディングプロセスの際に導入された力は、引張力又はせん断力として、材料結合式の結合、特に接着と、予負荷要素と、を介してハウジングまで逃がされる。好適に、予負荷要素は金属で製造され、センサ要素同士を機械的かつ熱伝導的に接続する。
【００２４】
簡単に言えば、センサチップは、例えば押し下げ部等の予負荷要素によって、ハウジングの一部に載置されたシール要素へと押し付けられる。予負荷要素は、第１の固定的結合によりハウジングと結合されているため、対応する押圧力を継続的に印加する。上記結合は、接着、螺合、クリップ式結合（Ｖｅｒｋｌｉｐｓｕｎｇ）若しくは係止、締着（Ｖｅｒｋｌｅｍｍｕｎｇ）、溶接、又は他の形態の結合でありうる。
【００２５】
予負荷要素には、硬化した状態で高い硬度を有し特に引張荷重を掛けられる接着剤が充填された接着溝が具備されている。これに関して、接着剤としては、特にエポキシド系の材料が適しているが、例えばより硬いシリコン接着剤等の充分に引張荷重に耐えられる他の接着剤も、この箇所では適しており、従って、最終的に第２の固定的結合が得られる。
【００２６】
さらに、他方のセンサ要素への熱結合部としても押し下げ部を使用する利点は、熱伝導性を有する接着剤、又は、少なくとも１つの他の熱伝導性を有する物質で満たされた接着剤を選択することにある。代替的に、引張荷重を掛けられる熱伝導性がより低い接着剤も利用され、チップと押し下げ部との間の熱伝導のために別に追加的に導入される他の材料も利用されうる。この他の材料は、接着剤、ジェル、糊、エラストマ、又は固形材料でありうる。接着溝とは代替的に又は接着溝に追加的に、面的な接着も適用されうる。
【００２７】
センサチップは、ガスセンサの、例えばプリント基板上に収容される他の機能要素と、細線ワイヤボンディングにより電気的に接続されうる。ボンディング用ワイヤは、ボンディングウェッジによってチップに固定され、そこからアーチ状にプレート基板へと引っ張られる。ボンディングプロセスについては、利用される材料及び形状に従って、例えば、チップ上のボンディングパッド、プリント基板上のボンディングパッド、ボンディング用ワイヤ等に従って、例えばボールボンディングプロセス又はウェッジボンディングプロセス等様々な処理が問題となる。ボンディング過程において導入される力は、一次的にはエラストマには伝達されず、せん断力及び／又は引張力として、第２の固定的結合と、予負荷要素と、第１の固定的結合と、を介してハウジングへと逃がされ、従って、チップは、当該チップが押し下げ部によって単にエラストマに対して押圧されたかのように、明らかにより小さな運動振幅を示す。
【００２８】
更なる別の実施例において、２つのセンサチップを設けることが可能であり、その際には、予負荷要素がヒートブリッジとして機能する。膜の上方では、予負荷要素に複数の基準容積室として空所が形成され、その周りをぐるりと取り囲んでそれぞれ接着溝が通っている。両基準容積室は、半開きのチャネルによって互いに接続されており、上方への共通の孔又は開口部によってセンサ内部空間と連絡している。金属製ヒートブリッジに、又は金属製ヒートブリッジの下にセンサチップを取り付けた後で、接続チャネルは開いたままであり、基準チップの空洞部側へのアクセスも可能となる。
【００２９】
図４の分解図では、ヒートブリッジと及びセンサチップが他の構成要素と共に「上方」から示されており、即ち、測定媒体とは反対の側から見られる。上から下方と、以下の順で示されており、即ち、金属製ヒートブリッジと、２つのセンサチップと、２つのシール成形体と、センサ収容部、及び、空洞部側の測定気体供給部（左側）又は基準気体供給部（右側）を備えたセンサハウジングと、が示されている。
【００３０】
センサチップとシール部とは、センサハウジングの空所内に取り付けられうる。好適に、このセンサチップとシール部との組み合わせは、製造中にアセンブリとしては与えられない。なぜならば、最初に、予負荷要素の形態によるヒートブリッジにセンサチップを固定し、その後に初めてセンハウジング又はシール部に挿入するほうが得策だからである。基準チップの空洞部側はシール部の下方で、通り抜けて、両チップ間の開いた領域へのアクセスが可能であり、従って、チップの膜側に到達した基準気体、例えば周囲空気も、基準チップに両側で負荷を与えることが可能である。２つのチップは、可能な限り同一に形成されている。基準チップがより小さく形成される場合には、少なくとも、本来のセンサチップと可能な限り同様の膜を備えているべきであろう。
【００３１】
基準気体が周囲空気に相当する場合には、基準チップのシール部は任意に設けないということも可能である。なぜならば、当該チップにはいずれにせよ両側で基準気体により負荷が加えられるからである。但しこの場合にも、両センサチップを可能な限り同一の状態にするためだけでも、シール部を設けることは有効でありうる。このことは、シール部がそのシール機能の他に、更なる別のタスクのために使用される場合、例えば、ここでは明示的に示されない追加的な機能要素、即ち、金属メッシュ、オリフィス、フィルム等を挟み込んで固定するために使用される場合により一層当てはまる。
【００３２】
金属製ヒートブリッジとセンサハウジングとの間の固定的結合は、螺子によって形成されうる。代替的に、他の結合方法も適用され、例えば、接着、クリップ式結合若しくは係止、又は、締着、溶接（摩擦溶接、レーザ溶接等）、押圧、又は、他の形態による固定的結合が、場合によっては、さらにこのために必要な他の部品によって適用されうる。
【００３３】
このように完成されるアセンブリの製造後に、ボンディング接合が、例えばプリント基板へと形成されうる。このために、ヒートブリッジには２つの空所が設けられ、この空所を介して、ボンディングウェッジが、チップの膜側のボンディングパッドに達することが可能である。代替的に、ボンディング接合は、例えばハイブリッド回路若しくは櫛形導体等の他の形態による回路基板へも導かれ、又は、直接的に、更なる別の半導体チップ若しくは他の電子部品へと案内される。さらに代替的に、ヒートブリッジは、２つのセンサチップが互いに直接的に１つ以上のボンディング用ワイヤを介して結合されるようにも形成されうる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
本発明の他の任意の個々の事物及び特徴は、図に概略的に示された好適な実施形態についての以下の明細書の記載から明らかとなろう。
【図１】第１の実施形態に係るセンサ装置の横断面を示す。
【図２】第２の実施形態に係るセンサ装置の分解図の下からの眺めを示す。
【図３】第２の実施形態に係るセンサ装置を下から見た図を示す。
【図４】第２の実施形態に係るセンサ装置の分解図の上からの眺めを示す。
【図５】センサ装置を製造するための第１の処理工程の斜視図を示す。
【図６】センサ装置を製造するための第２の処理工程の斜視図を示す。
【図７】センサ装置を製造するための第３の処理工程の斜視図を示す。
【図８】センサ装置を製造するための第４の処理工程の斜視図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３５】
図１は、本発明の第１の実施形態に係る、流動媒体、特に気体の少なくとも１つの特性を検出するセンサ装置１０の横断面を示している。センサ装置１０は、少なくとも１つの第１のセンサ要素１２と、ハウジング１４と、少なくとも１つのシール要素１６と、予負荷要素１８と、を備える。
【００３６】
第１のセンサ要素１２は、第１のチップ２０として構成されうる。第１のチップ２０は、少なくとも１つの第１の空洞部２４を有する少なくとも１つの基部要素２２を備えうる。第１の基部要素２２及び／又は第１の空洞部２４は、直方体状の基本形状を有しうる。第１のセンサ要素１２はさらに、少なくとも１つの膜２６を含み得る。第１の膜２６は、第１の基部要素２２の表面２８に亘って延在し、空洞部２４を少なくとも部分的に被覆しうる。第１の膜２６と第１の基部要素２２とは、第１のチップ２０として一体に形成されうる。基部要素２２及び／又は第１の膜２６は、純粋な形態による又は化合物としての少なくとも１つの半導体材料で製造されうる。第１のセンサ要素１２は、特に、流動媒体の熱伝導率を決定するよう構成されうる。
【００３７】
ハウジング１４は、完全に又は部分的に円筒形状物として形成されうる。ハウジング１４は、代替的又は追加的に、例えば円筒形状物の内部に固定される差込み型センサを有しうる。円筒形状物は、例えば、円形又は多角形の横断面を有しうる。ハウジング１４は、少なくとも１つの第１の収容部３０を備える。第１のセンサ要素１２は、完全に又は部分的に第１の収容部３０に収容される。ハウジング１４は、第１のハウジング内部空間３２を包囲しうる。さらに、ハウジング１４は、完全に又は部分的に硬質材料で製造され、例えば、金属及び／又はプラスチックで製造されうる。第１のハウジング内部空間３２は、流動媒体を収容するよう構成されうる。
【００３８】
第１のシール要素１６は、第１のセンサ要素１２とハウジング１４との間に配置されうる。第１のシール要素１６は、媒体に対して耐性を有するエラストマで製造され、例えば、エチレン・プロピレン・ジエン・弾性ゴムで製造される。第１のシール要素１６は、ハウジング１４に対してセンサ要素１２をシールするよう構成される。さらに、第１のシール要素１６は、第１のハウジング内部空間３２へと熱を伝達するよう構成されうる。
【００３９】
予負荷要素１８は、第１のシール要素１６に向かって第１のセンサ要素１２に予負荷を加えるよう構成されうる。換言すれば、予負荷要素１８は、第１のシール要素１６に向かって第１のセンサ要素１２を押圧する。この目的のために、予負荷要素１８は、ハウジング１４と固定的に結合されている。予負荷要素１８は、熱伝導材で製造され、例えば金属で製造される。第１のセンサ要素１２と予負荷要素１８とは、材料結合式に互いに結合されている。例えば、第１のセンサ要素１２と予負荷要素１８とは、接着剤により互いに結合されうる。この目的のために、予負荷要素１８は、第１のセンサ要素１２の方を向いた下側３４に、接着剤３８が充填された溝３６を有しうる。代替的に、第１のセンサ要素１２と予負荷要素１８との間の面的な結合も、接着剤３８により実現されうる。好適に、例えばエポキシドベースの接着剤などの熱伝導性を有する接着剤が利用される。
【００４０】
対応して、第１のセンサ要素１２は、硬質接着剤により一気に予負荷要素１８と結合される。これにより、少なくとも１つの第１のボンディング用ワイヤ４０によって第１のセンサ要素１２を電気的に接触させ、当該センサ要素１２を、センサ装置１０の（図では詳細に示されていない）他の機能要素と電気的に接続することが可能である。この他の機能要素は、例えば、プリント基板上に収容されうる。従って、第１のボンディング用ワイヤ４０は、ボンディングウェッジ４２によって第１のセンサ要素１２に固定され、そこからアーチ状にプリント基板へと引っ張られる。ボンディングプロセスについては、利用される材料、形状に従って、例えば、チップ２０上のボンディングパッド、プリント基板上のボンディングパッド、ボンディング用ワイヤ等に従って、例えばボールボンディングプロセス又はウェッジボンディングプロセス等の様々な処理が問題となる。従って、ボンディング過程において導入される力は、一次的には第１のシール要素１６には伝達されず、せん断力及び／又は引張力として、接着剤結合と、予負荷要素１８と、予負荷要素１８とハウジング１４との結合と、を介してハウジング１４へと逃がされ、従って、第１のセンサ要素１２は、当該センサ要素１２が予負荷要素１８によって単に第１のシール要素１６に対して押圧されたかのように、明らかにより小さな運動振幅を示す。
【００４１】
図２は、本発明の第２の実施形態に係るセンサ装置１０の分解図の下からの眺めを示している。以下では、上述の実施形態との違いについてのみ記載し、同一の構成要素には同一の符号を付す。第２の実施形態のセンサ装置１０は、流動媒体の少なくとも１つの特性を検出する第２のセンサ要素４４を有する。第２のセンサ要素４４は、第１のセンサ要素１２に少なくとも類似して構成され、好適には第１のセンサ要素１２と同一に構成されうる。第２のセンサ要素４４は、第２のチップ４６として構成されうる。第２のチップ４６は、少なくとも１つの第２の空洞部５０を有する少なくとも１つの第２の基部要素４８を備えうる。第２の基部要素４８及び／又は第２の空洞部５０は、直方体状の基本形状を有しうる。第２のセンサ要素４４は、少なくとも１つの第２の膜５２をさらに備える。第２の膜５２は、第２の基部要素４８の表面５４に亘って延在し第２の空洞部５０を少なくとも部分的に被覆しうる。第２の膜５２と第２の基部要素４８とは、第２のチップ４６として一体に形成されうる。第２の基部要素４８及び／又は第２の膜５２は、純粋な形態による又は化合物としての少なくとも１つの半導体材料で製造されうる。第２のセンサ要素４４は、特に、流動媒体の熱伝導率を決定するよう構成されうる。
【００４２】
第１のセンサ要素１２のように、予負荷要素１８は、特に接着剤によって、第２のセンサ要素４４と材料結合式に結合されうる。この目的のために、予負荷要素１８は、下側３４に、接着剤３８が充填された第２の溝５６を有しうる。代替的に、第２のセンサ要素４４は、予負荷要素１８と面的に互いに結合されうる。図２に示すように、予負荷要素１８は、その下側３４に、第１の空所５８と第２の空所６０とを有する。これにより、予負荷要素１８は、第１の膜２６で第１の基準容量室６２を包み込み、第２の膜５２で第２の基準容量室６４を包み込むように形成される。半開きの接続チャネル６６を介して、第１の基準容量室６２と第２の基準容量室６４とは互いに接続されている。さらに、第１の基準容量室６２と第２の基準容量室６４とは、接続チャネル６６の領域内の上方への共通の開口部６８を介して、センサ装置１０の詳細に示されない内部空間と接続している。
【００４３】
図３は、第２の実施形態のセンサ装置１０を下から見た図を示している。ここでは、第１のセンサ要素１２及び第２のセンサ要素４４に、どのように予負荷要素１８が取り付けられているのかを示している。ここでは、第１の膜２６が第１の空所５８に割り当てられ、第２の膜５２が、第２の空所６０に割り当てられている。さらに、接続チャネル６６の領域内の開口部６８が見て取れる。
【００４４】
図４は、第２の実施形態のセンサ装置１０の分解図を示している。図４から分かるように、ハウジング１４は、第２の収容部７０を有する。センサ装置１０は、第２のシール要素７２を更に備える。第２のシール要素７２は、少なくとも部分的に、媒体に対して耐性を有する材料で製造されうる。特に、第２のシール要素７２は、完全に又は部分的にエラストマで製造され、特にエチレン・プロピレン・ジエン・弾性ゴムで製造されうる。第２のシール要素７２は、ハウジング１４に対して第２のセンサ要素４４をシールするよう構成されうる。ハウジング１４は、第２のハウジング内部空間７４をぐるりと取り囲みうる。さらに、第２のシール要素７２は、第２のハウジング内部空間７４へと熱を伝達するよう構成されうる。
【００４５】
以下では、第１の実施形態及び第２の実施形態のセンサ装置１０がどのように製造されるのかについて記載する。
【００４６】
図５は、センサ装置１０を製造するための第１の処理工程の上面図を示している。ここでは、第１の収容部３０及び任意の第２の収容部７０を備えたハウジング１４が見て取れる。第１の収容部３０に第１のシール要素１６が挿入され、第２の収容部７０に第２のシール部７２が挿入される。
【００４７】
図６は、センサ装置１０を製造するための第２の処理工程の上面図を示している。第１のシール要素１６には、第１のセンサ要素１２が載置される。同様に、第２のシール要素７２には、第２のセンサ要素４４が載置される。しかしながら、好適には、第１のセンサ要素１２と第２のセンサ要素４４とは、図３に示したように、最初に予負荷１８に固定され、その後で初めてハウジング１４又はシール要素１６、７２へと挿入される。
【００４８】
図７は、センサ装置１０を製造するための第３の処理工程の上面図を示している。予負荷要素１８が、第１のセンサ要素１２及び第２のセンサ要素４４と、接着剤３８により材料結合式に結合される。その際には、接着剤３８が第１の溝３６及び第２の溝５６に充填されている。予負荷要素１８は、ハウジング１４に向かって第１のセンサ要素１２及び第２のセンサ要素４４に予負荷を加える。
【００４９】
図８は、センサ装置１０を製造するための第４の処理工程の上面図を示している。第１のセンサ要素１２が、少なくとも１つの第１のボンディング用ワイヤ４０により電気的に接触させられ、例えば、プリント基板７６と電気的に接続される。同様に、第２のセンサ要素４４が、少なくとも１つの第２のボンディング用ワイヤ７８により電気的に接触させられ、例えば、プリント基板７６と電気的に接続される。予負荷要素１８によって、第１のセンサ要素１２と第２のセンサ要素４４とは、熱伝導的に接続されている。なぜならば、予負荷要素１８が熱伝導材で製造されており、特に金属で製造されているからである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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