(57)【要約】【課題】センサモジュールのコンパクトな構造と、高い安定性と、電磁放射線に対する良好な遮蔽とを、低い製作コストおよび大きな測定信号にて達成する。【解決手段】金属から成るベース２．１と、基板上面２．８を形成する少なくとも１つの別の基板層２．４，２．６とを備えたハイブリッド基板２と、基板上面上に固定された放射線源６と、基板上面上に固定された、放射線を検出するためのセンサエレメント７と、ベース上に固定された、金属から成るカバー４とが設けられており、カバーがその内面に、放射線を反射する領域４．２を有しており、カバーとハイブリッド基板との間に、測定したいガスまたはガス混合物を収容するための測定室１２が形成されており、センサエレメントが、放射線源から測定室内に送出され、次いで反射する領域により反射される放射線を検出するように配置されているようにした。【選択図】図１
2007010673.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサモジュールにおいて、
金属から成るベース（２．１）と、基板上面（２．８）を形成する少なくとも１つの別の基板層（２．４，２．６）とを備えたハイブリッド基板（２）と、
基板上面（２．８）上に固定された放射線源（６）と、
基板上面（２．８）上に固定された、放射線を検出するためのセンサエレメント（７）と、
ベース（２．１）上に固定された、金属から成るカバー（４）とが設けられており、
カバー（４）がその内面に、放射線を反射する領域（４．２）を有しており、
カバー（４）とハイブリッド基板（２）との間に、測定したいガスまたはガス混合物を収容するための測定室（１２）が形成されており、
センサエレメント（７）が、放射線源（６）から測定室（１２）内に送出され、次いで反射する領域（４．２）により反射される放射線を検出するように配置されている
ことを特徴とするセンサモジュール。
【請求項２】
放射線源がＩＲ放射線源であり、
放射線を検出するためのセンサエレメントが、ＩＲ放射線を検出するためのＩＲセンサエレメントであり、
カバー（４）がその内面に、ＩＲ放射線を反射する領域（４．２）を有している、
請求項１記載のセンサモジュール。
【請求項３】
ＩＲセンサエレメント（７）が、直接放射線源（６）から送出される放射線も検出する、請求項１記載のセンサモジュール。
【請求項４】
カバー（４）とベース（２．１）とが同じ金属、例えば鋼から製作されている、請求項１から３までのいずれか１項記載のセンサモジュール。
【請求項５】
ベース（２．１）に、横方向で外側の縁部面（２．２）が形成されており、縁部面（２．２）上に、カバー（４）が、その横方向で外側のカバー縁部（４．１）でもって固定されている、請求項１から４までのいずれか１項記載のセンサモジュール。
【請求項６】
カバー（４）が基板上に溶接結合部（１０）で溶接されている、請求項１から５までのいずれか１項記載のセンサモジュール。
【請求項７】
カバー（４）に、測定室（１２）と外室との間でのガス交換のための通気開口（１４）が設けられている、請求項１から６までのいずれか１項記載のセンサモジュール。
【請求項８】
ベース（２．１）上に設けられた少なくとも１つの基板層（２．４，２．６）がセラミック材料から形成されている、請求項１から７までのいずれか１項記載のセンサモジュール。
【請求項９】
セラミックから成る基板層（２．４）がベース（２．１）上に接着層（２．３）で固定されている、請求項８記載のセンサモジュール。
【請求項１０】
ベース（２．１）上に、単数または複数のセラミック材料から成る、互いに結合された複数の基板層（２．４，２．６）が形成されている、請求項８または９記載のセンサモジュール。
【請求項１１】
コンタクト形成のための線路（１６）が設けられており、線路（１６）が基板上面（２．８）から少なくとも１つの別の基板層（２．４，２．６）を通して案内され、絶縁する通し案内部（１７）にてベース（２．１）を通して案内されている、請求項１から１０までのいずれか１項記載のセンサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はセンサモジュールに関する。
【背景技術】
【０００２】
測定ガスもしくはガス混合物内の少なくとも１つのガス濃度を測定するためのセンサモジュールもしくは分光学的なセンサモジュールでは、ＩＲ放射線（Ｉｎｆｒａｒｏｔ−Ｓｔｒａｈｌｕｎｇ）、すなわち赤外線が、ＩＲ放射線源から送出され、測定区間の下流で、例えばサーモパイルセンサとして形成されていることができるＩＲセンサにより再び吸収される。測定室内に存在するガスはその都度固有の波長領域のＩＲ放射線を吸収する。その結果、ＩＲセンサにより検出されるＩＲ放射線から、少なくとも１つのガスのガス濃度が求められることができる。このために、ＩＲセンサは有利には測定領域および基準領域内の放射線強度を検出し、測定された強度の比較から当該のガスの濃度を推量することができる。ＩＲセンサはこの場合、複数の敏感な測定領域もしくは測定通路を、複数の個ガスを求めるために有していることもできる。
【０００３】
十分に大きな信号を得るために、ＩＲ放射線源から送出されるＩＲ放射線は従来、適当に大きな測定区間を介して案内される。そのために特別な構造が使用される。この種の構造はただし一般に極めて手間がかかり、付加的なコストを生ぜしめる。さらに、この種の構造は部分的に機械的にそれ程強く負荷されることができず、その結果、特に自動車のためのその使用は制限されている。
【０００４】
従来慣用のセンサモジュールは部分的に、例えばプラスチックから成る複数部分構成のハウジングを備えて製作されている。ハウジング内には基板として一般にプリント配線板が収容されている。プリント配線板上にはＩＲ放射線源およびセンサが取り付けられている。装着されたプリント配線板はそれによりハウジング内に装入され、カバーにより閉鎖される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって本発明の課題は、前記のような公知のセンサモジュールにおける欠点を取り除き、センサモジュールのコンパクトな構造と、高い安定性と、電磁放射線に対する良好な遮蔽とを、低い製作コストおよび大きな測定信号にて達成することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決した本発明の構成によれば、金属から成るベースと、基板上面を形成する少なくとも１つの別の基板層とを備えたハイブリッド基板と、基板上面上に固定された放射線源と、基板上面上に固定された、放射線を検出するためのセンサエレメントと、ベース上に固定された、金属から成るカバーとが設けられており、カバーがその内面に、放射線を反射する領域を有しており、カバーとハイブリッド基板との間に、測定したいガスまたはガス混合物を収容するための測定室が形成されており、センサエレメントが、放射線源から測定室内に送出され、次いで反射する領域により反射される放射線を検出するように配置されているようにした。
【発明の効果】
【０００７】
本発明により、センサモジュールは、ハイブリッド基板と、この基板上に載置された、金属、有利には鋼から成るカバーとを有している。カバーは同時にリフレクタとして役立つ。単数または複数のプリント配線板の代わりにハイブリッド基板を使用したことにより、一般により僅かな所要面積、特により僅かな横方向の寸法が生じる。製作コストはこの場合僅かである。ハイブリッド基板はその下面に、金属、例えば鋼から成るベースを有している。ベース上には金属製のリフレクタカバーが直接載置される。それにより、すべての方向、すなわち金属製のカバーにより上方かつ側方に、さらにベースにより下方に、電磁放射線に対する一貫した高い遮蔽が達成される。
【０００８】
さらに、金属製のカバーおよび金属製のベースにより、コンパクトで安定な構造が達成される。カバーはハイブリッド基板の金属製のベース上に有利には溶接される。これにより、高強度で密な、特に高い温度領域にわたっても耐性の結合が達成される。
【０００９】
センサモジュールのカバーは、所望される光の強度に応じて、その内側の反射する領域でコーティングされていることができるかつ／またはセンサもしくはセンサエレメント上での光の強度を高めるためのフォーカシング作用もしくは収束作用を有しているように形成されていることができる。
【００１０】
本発明によるセンサ、特にＩＲセンサは、特にサーモパイルセンサエレメントとして形成されていることができる。サーモパイルセンサエレメントは、キャビティにより下部エッチングされたダイヤフラムを備えたシリコンチップを有している。ダイヤフラム上には、例えばサーモパイル構造が、種々異なるゼーベック係数を有する、例えばポリシリコンおよび金属から成る互いにコンタクト形成された導電性の線路から形成されている。サーモパイル構造上にはこの場合、放射線、特にＩＲ放射線を吸収する吸収層、例えば金属塩が被着されている。吸収層は放射線、特にＩＲ放射線の吸収時に加熱され、それにより熱起電力をサーモパイル構造に生ぜしめる。測定のために選択される波長領域はこの場合、放射線フィルタ、特にＩＲ放射線フィルタによりサーモパイル構造および吸収層上に形成される。放射線フィルタは例えば、相応に構造化されたフィルタチップとしてセンサエレメント上に接着される。センサエレメントは例えば二通路式に、該当のガス、特にＣＯ２のための測定通路と、基準通路とを備えて形成されていることができる。センサもしくはＩＲセンサはそれにより有利には、センサチップと、測定構造を被覆するためのキャップチップと、フィルタチップとから成るチップスタックとして形成されている。
【００１１】
以下に添付図面を参照しながら本発明の実施例について詳説する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
センサモジュール１は、ハイブリッド基板２と、ハイブリッド基板２上に載置され、金属、有利には鋼から成るカバー４とを有している。ハイブリッド基板２は、有利には鋼から成る金属ベース２．１と、金属ベース２．１上に接着層２．３により固定された少なくとも１つのセラミック層２．４とを有している。セラミック層は特に２つのセラミック層２．４，２．６を有していることもできる。セラミック層２．４とセラミック層２．６とは別の接着層２．５により互いに接着されている。装着される基板上面２．８はそれによりセラミック層２．４またはセラミック層２．６上に形成されている。
【００１３】
基板上面２．８上にはとりわけ、ＩＲ放射線源６、有利には低電流領域で運転されるグローコイル（Ｇｌｕｅｈｗｅｎｄｅｌ）と、ＩＲセンサエレメント７とが、横方向で互いに間隔置いて取り付けられている。補足的に、別の構成エレメント８，９、例えばマイクロプロセッサ８および場合によっては測定信号を評価するためのＡＳＩＣ９が取り付けられている。カバー４はその外側のカバー縁部４．１でもって金属ベース２．１の縁部面２．２上に載置されており、縁部面２．２と溶接結合部１０で結合されている。
【００１４】
カバー４と、装着される基板上面２．８との間には、測定室１２が形成されている。測定室１２内には、測定したいガスもしくは測定したいガス混合物が収容されている。ＩＲ放射線はＩＲ放射線源６から測定室１２に送出され、その一部は直接ＩＲセンサエレメント７により受信され、別の一部は、カバー４の内面に設けられた反射する領域４．２により反射され戻される。その結果、このＩＲ放射線もやはり測定室１２を通してＩＲセンサエレメント７に到達する。有利には、カバー４の反射する領域４．２により、この場合、フォーカシング作用もしくは収束作用が達成される。その結果、ＩＲセンサエレメント７上での放射線強度は高められている。カバー４の内面に設けられた反射する領域４．２はコーティングなしにまたは補足的なコーティングありに形成されていることができる。本発明により、それにより、ＩＲ放射線により満たされた大きな測定室１２が達成される。その結果、強い信号もしくは高い信号対雑音比を有する信号が受信されることができる。
【００１５】
カバー４には有利には、測定室１２と外室との間でのガス交換のための通気開口１４が形成されている。外部へのセンサモジュール１のコンタクト形成は例えば線路１６により実施されることができる。線路１６は基板上面２．８からセラミック層２．４，２．６を通して案内され、さらにガラス通し案内部１７にてベース２．１を通して案内される。その結果、コンタクト形成はセンサモジュール１の下面から実施される。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明によるセンサモジュールの、図２に示した線Ａ−Ａに沿った横断面図である。
【図２】図１に示した水平断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  センサモジュール
２  ハイブリッド基板
２．１  金属ベース
２．２  縁部面
２．３  接着層
２．４  セラミック層
２．５  接着層
２．６  セラミック層
２．８  基板上面
４  カバー
４．１  カバー縁部
４．２  反射する領域
６  ＩＲ放射線源
７  ＩＲセンサエレメント
８  構成エレメント（マイクロプロセッサ）
９  構成エレメント（ＡＳＩＣ）
１０  溶接結合部
１２  測定室
１４  通気開口
１６  線路
１７  ガラス通し案内部
【図１】
2007010673.tif 000003
【図２】
2007010673.tif 000004