(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ素子（ＳＵ）、センサチップ（ＣＨＰ１）、センサ支持部材（ＬＦ）及び評価ユニットを備えたマスフローセンサ（ＬＭＭ）であって、
少なくとも１つの前記センサ素子（ＳＵ）によって、流体フロー（ＦＦ）のマスフローが検出可能であり、
前記センサチップ（ＣＨＰ１）は、互いに向かい合った第１チップ面（ＣＨＰ１＿１）と第２チップ面（ＣＨＰ１＿２）とを有しており、前記第１チップ面（ＣＨＰ１＿１）には前記少なくとも１つのセンサ素子（ＳＵ）が配置されており、前記第２チップ面（ＣＨＰ１＿２）には少なくとも１つの電気コンタクト（ＳＰ）が配置されており、前記少なくとも１つの電気コンタクト（ＳＰ）は、少なくとも１つの電気接続部（ＣＰ１，Ｖ，ＳＣＰ）によって前記少なくとも１つのセンサ素子（ＳＵ）に電気的に接続されており、前記電気接続部（ＣＰ１，Ｖ，ＳＣＰ）は、前記センサチップ（ＣＨＰ１）の前記第１チップ面（ＣＨＰ１＿１）から前記第２チップ面（ＣＨＰ１＿２）に通じる電気貫通接続部（Ｖ）を含んでおり、
前記センサ支持部材（ＬＦ）は、リードフレームとして形成された少なくとも１つの電気線路（ＣＰ２）と、該少なくとも１つの電気線路（ＣＰ２）に電気的に接続された少なくとも１つの電気接触領域（ＣＡ）とを備えており、前記少なくとも１つの電気コンタクト（ＳＰ）が前記センサチップ（ＣＨＰ１）の前記第２チップ面（ＣＨＰ１＿２）で前記センサ支持部材（ＬＦ）の少なくとも１つの電気接触領域（ＣＡ）に電気的に接続されるように前記センサチップ（ＣＨＰ１）が前記センサ支持部材（ＬＦ）上に配置されており、
前記評価ユニットは、前記センサ支持部材（ＬＦ）の少なくとも１つの電気線路（ＣＰ２）によって前記少なくとも１つのセンサ素子（ＳＵ）に電気的に接続されており、該少なくとも１つのセンサ素子（ＳＵ）によって前記流体フロー（ＦＦ）のマスフローを求めるように構成されており、前記センサチップ（ＣＨＰ１）は少なくとも流体絶縁部の一部として形成されており、該流体絶縁部は前記評価ユニットを前記流体フロー（ＦＦ）から空間的に分離するように構成されており、
前記流体絶縁部は、前記センサチップ（ＣＨＰ１）の一面と接し、かつ、前記センサ支持部材（ＬＦ）の少なくとも１つの電気線路（ＣＰ２）と接していない壁（Ｗ）を含んでいる、
ことを特徴とするマスフローセンサ（ＬＭＭ）。
【請求項２】
請求項１記載の少なくとも１つのマスフローセンサ（ＬＭＭ）を備えた自動車。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マスフローセンサ並びに、例えば自動車用エアマスセンサのためのマスフローセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
マスフローセンサは、流路中の流体のマスフローを検出するのに適している。この流路とは、例えば内燃機関のインテークマニホールドである。マスフローセンサによって検出されたマスフローに基づいて、例えば内燃機関の動作を診断し、内燃機関を制御することができる。この目的のために、種々の動作条件下でも実際のマスフローを高い信頼性で、且つ可能な限り精密に検出することが重要である。
【０００３】
ＤＥ１９７２４６５９Ａ１に、センサ素子を含むマスフローセンサ装置が開示されている。このセンサ素子は、それ専用のチップに配置され、組み込まれている。さらに、独立して構成され、センサユニットに電気的に接続された評価回路も開示されている。
【０００４】
ＤＥ４２１９４５４Ｃ２に、ボンディングワイヤによって他の回路に電気的に接続された測定チップを備えたマスフローセンサ装置が開示されている。さらに、測定チップ上の接続領域を測定チップのセンサ素子の配置された流路から空間的に分離するように、マスフローセンサ装置の壁は測定チップに接している。
【０００５】
本発明の課題は、非常に信頼性の高い動作が可能なマスフローセンサおよびマスフローセンサを備えた自動車を提供することである。
【０００６】
前記課題は、独立請求項の特徴部分によって解決される。本発明の有利な実施形態は従属請求項に示されている。
【０００７】
第１側面では、本発明は流体フローのマスフローを検出する少なくとも１つのセンサ素子を備えたマスフローセンサを特徴としている。さらに、このマスフローセンサは、互いに向かい合った第１チップ面と第２チップ面とを有するセンサチップも備えている。前記第１チップ面には前記少なくとも１つのセンサ素子が配置されており、前記第２チップ面には少なくとも１つの電気コンタクトが配置されている。該少なくとも１つの電気コンタクトは、少なくとも１つの電気接続部によって前記少なくとも１つのセンサ素子に電気的に接続されている。さらに、前記マスフローセンサは、少なくとも１つの電気線路及び少なくとも１つの電気接触領域を有するセンサ支持部材も備えている。前記電気接触領域は、前記少なくとも１つの電気線路に電気的に接続されている。前記センサチップは、前記少なくとも１つの電気コンタクトが該センサチップの前記第２チップ面で前記センサ支持部材の少なくとも１つの電気接触領域に電気的に接続されるように、前記センサ支持部材上に配置されている。これによって、流体フローのマスフローを検出する、非常に堅牢な且つ信頼性の高い前記マスフローセンサを形成できるという利点が得られる。流体は、気体又は液体である。流体が例えば空気であるならば、前記マスフローセンサは例えばエアマスセンサ内で使用される。前記電気線路は、例えば前記センサ支持部材上に取り付けられた導体路、例えば接着導体路として形成されてもよい。前記センサチップは、典型的には流路に配置され、この流路において流体フローにさらされる。ここで有利には、壁は流体絶縁部として形成されており、該壁によってマスフローセンサの一部、例えば前記センサチップが流路に割り当てられ、前記マスフローセンサの別の部分が流路から空間的に分離されている。前記センサ素子とセンサ支持部材の電気線路とが電気接続されているから、前記壁は非常に信頼性高く形成することができる。とりわけ、壁によって破損されるような固定されていない（freiverlaufend）電気的ワイヤ、例えばボンディングワイヤが存在しないので、マスフローセンサは非常に信頼性の高い動作が可能である。前記センサチップの第２チップ面に前記少なくとも１つの電気コンタクトを配置することにより、前記電気コンタクト及び電気接触領域も、流れる流体フロー中の粒子及び湿気から保護されている。
【０００８】
第１側面の有利な発展形態によれば、前記電気接続部は、前記センサチップの前記第１チップ面から前記第２チップ面に通じる電気貫通接続部を含んでいる。これによって、前記少なくとも１つのセンサ素子と少なくとも１つの電気コンタクトとの間で非常に信頼性の高い電気的な接続が可能となる。有利には、前記少なくとも１つの電気貫通接続部は、前記少なくとも１つの電気コンタクトに直接電気的に接続されている。前記電気貫通接続部は、有利には垂直の電気貫通接続部として形成されている。前記少なくとも１つの電気コンタクトは、例えばはんだ付けポイント又は導電性接着ポイントとして形成されている。
【０００９】
第２側面では、本発明は流体フローのマスフローを検出する少なくとも１つのセンサ素子を備えたマスフローセンサを特徴としている。さらに、該マスフローセンサは、少なくとも１つの電気線路を有するセンサ支持部材も備えている。その上、前記マスフローセンサは、互いに向かい合った第１チップ面と第２チップ面とを有するセンサチップも備えている。当該センサチップは当該第２チップ面でセンサ支持部材に接続されている。第１チップ面には、少なくとも１つのセンサ素子が配置されている。該少なくとも１つのセンサ素子は、少なくとも１つの電気接続部によって前記センサ支持部材の少なくとも１つの電気線路に電気的に接続されている。有利には、前記少なくとも１つの電気接続部と、センサ支持部材の少なくとも１つの電気線路との電気的な接触が、前記センサチップの第２チップ面とセンサ支持部材との接続個所のすぐ近くで行われる。これは、マスフローセンサが非常に信頼性の高い動作が可能であるという利点を有する。
【００１０】
第１及び第２側面の有利な発展形態によれば、前記少なくとも１つの電気接続部は、前記センサチップの表面に沿って配置されている少なくとも１つの表面導体路を含んでいる。これによって、電気的な接続を非常に簡単に実現できるという利点が得られる。したがって、前記少なくとも１つの表面導体路は、例えば前記センサチップの表面上に接着された少なくとも１つの導体路として形成することができる。原理的には、前記少なくとも１つの電気接続部のうち少なくとも１つは少なくとも１つの表面導体路を含み、且つ前記少なくとも１つの電気接続部のうち別の少なくとも１つは少なくとも１つの電気貫通接続部を含むようにしてもよい。
【００１１】
第１及び第２側面の別の有利な発展形態によれば、前記マスフローセンサは、前記センサ支持部材の少なくとも１つの電気線路によって前記少なくとも１つのセンサ素子に電気的に接続された評価ユニットも備えている。該評価ユニットは、前記少なくとも１つのセンサ素子によって流体フローのマスフローを検出するように構成されている。この構成は、前記センサ素子とセンサ支持部材の電気線路とが電気的に接続されているから、流体絶縁部として壁を非常に簡単且つ信頼性高く形成することができるという利点を有する。とりわけ、前記評価ユニットを、非常に信頼性高く流路から空間的に分離し、ひいては流体フロー中の粒子及び湿気から保護することができる。
【００１２】
第１及び第２側面の別の有利な発展形態によれば、前記センサ支持部材はリードフレームとして形成されている。例えば、リードフレームとして形成された前記センサ支持部材は金属薄板打抜き部材（Blechstanzbauelement）として形成されており、既に導電性を有している。これによって、前記センサ支持部材が少なくとも１つの電気線路として既に形成されており、有利には前記評価ユニットと少なくとも１つのセンサ素子とを電気的に接続するのに利用できるという利点が得られる。
【００１３】
第１及び第２側面の別の有利な発展形態によれば、前記第１センサチップは少なくとも流体絶縁部の一部として形成されている。この流体絶縁部は、前記評価ユニットを流体フローから空間的に分離するように形成されている。これによって、非常に簡単且つ低コストで流体絶縁部を形成することができる。
【００１４】
第３側面では、本発明は第１又は第２側面による少なくとも１つのマスフローセンサを備えた自動車を特徴としている。有利には、自動車は内燃機関を備えている。ここで、少なくとも１つのマスフローセンサは、有利には内燃機関のインテークマニホールド内に配置され、とりわけ内燃機関が動作する間、インテークマニホールド内で流体フローとしてのエアフローにさらされている。
【００１５】
次に本発明の実施例を、概略的な図面に基づき詳細に説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】マスフローセンサの第１実施形態を断面で示した図
【図２】マスフローセンサの第２実施形態を断面で示した図
【図３】マスフローセンサを流体絶縁部の一部として断面で示した図
【００１７】
同じ構造又は機能の部材を、全図面において同じ参照符号で示している。
【００１８】
図１では、マスフローセンサＬＭＭの第１実施形態が断面で示されている。このマスフローセンサＬＭＭは、例えば自動車内のエアマスセンサに配置することができる。このマスフローセンサＬＭＭは、少なくとも部分的に流路ＦＣに配置されており、この流路ＦＣ中で流体フローＦＦ、例えばエアフローにさらされる。この流路ＦＣは、例えばケーシングボディのバイパス流路として形成されており、このケーシングボディは、マスフローセンサＬＭＭと共に、例えば、有利には自動車の内燃機関のインテークマニホールド内でエアフィルタの下流の方に配置されたマスフローセンサ装置、例えばエアマスセンサの構成要素である。
【００１９】
流路ＦＣ中の流体フローＦＦの流れる方向は、図１の図平面に対して垂直である。
【００２０】
マスフローセンサＬＭＭは、第１チップ面ＣＨＰ１＿１及び第２チップ面ＣＨＰ１＿２を有する第１センサチップＣＨＰ１、例えばシリコンチップを備えている。この第１チップ面ＣＨＰ１＿１にはセンサ素子ＳＵが、配置されている、例えば組み込まれている。このセンサ素子ＳＵは、例えば１つ又は複数の温度センサＴＳが配置された、薄膜Ｍを含んでいる。第１センサチップＣＨＰ１は、流路ＦＣに配置され、第１センサチップＣＨＰ１の第１チップ面ＣＨＰ１＿１で流体フローＦＦにさらされるように形成されている。しかしながら、第２チップ面ＣＨＰ１＿２は流体フローとは反対側に配置されており、この流体フローにはさらされない。流体フローＦＦのマスフローは、センサ素子ＳＵによって検出される。さらに、第１センサチップＣＨＰ１は、図１においては、この第１センサチップＣＨＰ１の第１チップ面ＣＨＰ１＿１から第２チップ面ＣＨＰ１＿２に垂直に走っている電気貫通接続部Ｖも備えている。この電気貫通接続部Ｖは、例えば第１センサチップＣＨＰ１の銅ピラー構造のバンプとして形成されている。択一的には、この電気貫通接続部Ｖは、はんだボールバンプ又は当業者には周知の他の構造として形成してもよい。この電気貫通接続部Ｖは、第１センサチップＣＨＰ１の第１チップ面ＣＨＰ１＿１で第１電気線路ＣＰ１の第１端部に電気的に接続されている。第１電気線路ＣＰ１の第２端部は、センサ素子ＳＵの温度センサＴＳに電気的に接続されている。原理的には、他の又は付加的な構成素子もセンサ素子ＳＵの薄膜Ｍに配置され、別の第１電気線路ＣＰ１に電気的に接続することができる。この少なくとも１つの第１電気線路ＣＰ１は、例えば第１センサチップＣＨＰ１に組み込まれた導体路として形成されている。第１センサチップＣＨＰ１の第２チップ面ＣＨＰ１＿２の領域で、電気貫通接続部Ｖは電気コンタクトＳＰに電気的に接続されている。この電気コンタクトＳＰは、例えばはんだ付けポイント又は導電性接着ポイントとして形成されている。当業者に周知の他の電気コンタクトＳＰも用いることができる。
【００２１】
第１センサチップＣＨＰ１は、１つより多くの電気貫通接続部Ｖと、１つより多くの第１電気線路ＣＰ１とを備えていてもよい。
【００２２】
電気貫通接続部Ｖに代えて、又は電気貫通接続部Ｖに加えて、それぞれの第１電気線路ＣＰ１の第１端部を、第１センサチップＣＨＰ１の表面に沿って配置された表面導体路ＳＣＰ（これは図１に点状で示した）に電気的に接続してもよい。原則として、第１電気線路ＣＰ１が複数存在する場合には、第１電気線路ＣＰ１のうちの少なくとも１つは少なくとも１つの表面導体路ＳＣＰに電気的に接続し、第１電気線路ＣＰ１のうちの別の少なくとも１つは少なくとも１つの電気貫通接続部Ｖに電気的に接続してよい。
【００２３】
第１電気線路ＣＰ１及び電気貫通接続部Ｖ及び／又は表面導体路ＳＣＰは、第１センサチップＣＨＰ１の第２チップ面ＣＨＰ１＿２上の少なくとも１つの電気コンタクトＳＰにセンサ素子ＳＵを電気的に接続する、第１センサチップＣＨＰ１の第１チップ面ＣＨＰ１＿１と第２チップ面ＣＨＰ１＿２との間の電気接続部として表されている。
【００２４】
さらに、マスフローセンサＬＭＭは、有利にはリードフレームとして形成されたセンサ支持部材ＬＦも備えている。このリードフレームとして形成されたセンサ支持部材ＬＦは、例えば金属薄板打抜き部材として形成されており、それ自体が既に導電性を有している。しかしながら択一的には、センサ支持部材ＬＦはプリント基板として形成されてもよい。このセンサ支持部材ＬＦは少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２を含んでおり、このセンサ支持部材ＬＦがリードフレームの場合には、第２電気線路ＣＰ２自体がリードフレームとして形成されている。また、センサ支持部材ＬＦがプリント基板として形成されている場合には、少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２は、例えば接着導体路として形成されている。センサ支持部材ＬＦは、少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２の端部に電気的に接続された少なくとも１つの電気接触領域ＣＡも備えている。
【００２５】
第１センサチップＣＨＰ１はその第２チップ面ＣＨＰ１＿２で、有利には接着剤ＡＤによってセンサ支持部材ＬＦに接合されている。この接着剤ＡＤは、有利には非導電性である。第１センサチップＣＨＰ１は、少なくとも１つの電気コンタクトＳＰが第１センサチップＣＨＰ１の第２チップ面ＣＨＰ１＿２でセンサ支持部材ＬＦの少なくとも１つの電気接触領域ＣＡに電気的に接続されるように、センサ支持部材ＬＦ上に配置されている。ここで、有利には、この領域には接着剤ＡＤは塗布されていない。このような電気的な接続は、例えばはんだ付けポイント又は導電性接着ポイントによって行うことができる。
【００２６】
有利には、マスフローセンサＬＭＭは第２センサチップＣＨＰ２も備えており、これも例えばシリコンチップである。この第２センサチップＣＨＰ２は、例えば組込型評価ユニットである評価ユニットを備えている。この第２センサチップＣＨＰ２上の評価ユニットは、センサ支持部材ＬＦの少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２の別の端部に電気的に接続されており、ひいては第１センサチップＣＨＰ１上のセンサ素子ＳＵに接続されている。第２センサチップＣＨＰ２の評価ユニットは、流体フローＦＦのマスフローを表すセンサ信号をセンサ素子ＳＵによって求め、このセンサ信号を出力側で使用できるようにする。
【００２７】
マスフローセンサＬＭＭは、第１センサチップＣＨＰ１及び第２センサチップＣＨＰ２を備えているので、２チップセンサ（Zweichipsensor）として形成されている。第１センサチップＣＨＰ１は、自動車の内燃機関の動作しているときに流体フローＦＦにさらされている。第２センサチップＣＨＰ２は、その上に配置された評価ユニットが流体フローＦＦの運ぶ粒子並びに湿気のせいで破損してしまう可能性があるので、有利には内燃機関の動作しているときには流体フローＦＦにさらされていない。
【００２８】
マスフローセンサ装置のケーシングボディは、第２センサチップＣＨＰ２を流路ＦＣから空間的に分離するように、マスフローセンサＬＭＭの第１センサチップＣＨＰ１と第２センサチップＣＨＰ２との間に配置された壁Ｗを備えている。この壁Ｗは、有利にはシールリップとして形成されており、このシールリップとセンサ支持部材ＬＦとの接触個所でセンサ支持部材ＬＦに接着されている。この接触個所は、少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２が走っているセンサ支持部材ＬＦの領域にある。少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２がセンサ支持部材ＬＦに組み込まれているか又はセンサ支持部材ＬＦ上に取り付けられているので、壁Ｗは、特に適切にはセンサ支持部材ＬＦに接することができる。この壁Ｗは流体絶縁部であり、この壁Ｗによって、第１センサチップＣＨＰ１が配置された流路ＦＣは評価ユニットを備えた第２センサチップＣＨＰ２から空間的に分離されている。とりわけ、センサ支持部材ＬＦの少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２を形成すれば、固定されていないボンディングワイヤ又はその他の固定されていない電気線路が第１センサチップＣＨＰ１と第２センサチップＣＨＰ２との間に存在しないので、壁Ｗを非常に簡単に実現することができる。その上、これによって、マスフローセンサＬＭＭを備えた、非常に信頼性の高いマスフローセンサ装置を製造し、動作させることができるという利点が得られる。
【００２９】
図２では、センサ支持部材ＬＦ並びに第１センサチップＣＨＰ１及び第２センサチップＣＨＰ２を備えたマスフローセンサＬＭＭの第２実施形態が断面で示されている。この第１センサチップＣＨＰ１はその第２チップ面ＣＨＰ１＿２で、例えば接着剤ＡＤによってセンサ支持部材ＬＦに接合されている。この第１センサチップＣＨＰ１の第１チップ面ＣＨＰ１＿１上のセンサ素子ＳＵは、少なくとも１つの第１電気線路ＣＰ１の第２端部に電気的に接続されている。このセンサ素子ＳＵ、例えばセンサ素子ＳＵの少なくとも１構成部品は、少なくとも１つの第１電気線路ＣＰ１の第１端部で少なくとも１つの表面導体路ＳＣＰに電気的に接続されている。少なくとも１つの電気コンタクトＳＰは、第１センサチップＣＨＰ１とセンサ支持部材ＬＦとの接続個所のすぐ近くに配置されている。このセンサ支持部材ＬＦも電気接触領域ＣＡを含んでいるが、図１とは異なり、この電気接触領域ＣＡは第１センサチップＣＨＰ１の第２チップ面ＣＨＰ１＿２の下方には配置されていない。これでも、第１センサチップＣＨＰ１と第２センサチップＣＨＰ２との間でセンサ支持部材ＬＦに壁Ｗを接することができるので、第２センサチップＣＨＰ２上の評価ユニットと流体フローＦＦとの間で確実な流体絶縁が保証される。
【００３０】
図３には、壁Ｗを備えたマスフローセンサＬＭＭが断面で示されている。この壁Ｗは、センサ支持部材ＬＦの少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２又はセンサ支持部材ＬＦには接していない。有利には、この壁Ｗの１つの面を、第１センサチップＣＨＰ１の前端面ＦＳに接している。この前端面ＦＳは、第２センサチップＣＨＰ２の方を向いている。これによって、第１センサチップＣＨＰ１、特に第１センサチップＣＨＰ１の前端面ＦＳは、壁Ｗと共に、第１センサチップＣＨＰ１と第２センサチップＣＨＰ２との間に流体絶縁部を形成している。これによって、センサ支持部材ＬＦの少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２が壁Ｗに接触せず、ひいてはセンサ支持部材ＬＦの少なくとも１つの第２電気線路ＣＰ２が破損する危険がなくなるので、非常に低コスト、且つ信頼性の高いマスフローセンサＬＭＭを実現することができる。
【図１】
0005312603.tif 000002
【図２】
0005312603.tif 000003
【図３】
0005312603.tif 000004