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DE102009003090A1 - Sensor arrangement for detecting a pressure - Google Patents

Sensor arrangement for detecting a pressure Download PDF

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DE102009003090A1
DE102009003090A1 DE102009003090A DE102009003090A DE102009003090A1 DE 102009003090 A1 DE102009003090 A1 DE 102009003090A1 DE 102009003090 A DE102009003090 A DE 102009003090A DE 102009003090 A DE102009003090 A DE 102009003090A DE 102009003090 A1 DE102009003090 A1 DE 102009003090A1
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DE
Germany
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sensor
sensor arrangement
arrangement
pressure
heating element
Prior art date
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Withdrawn
Application number
DE102009003090A
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German (de)
Inventor
Christoph Gmelin
Winfried Kuhnt
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
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Priority to PCT/EP2010/053586 priority patent/WO2010130487A1/en
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0041Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms
    • G01L9/0051Transmitting or indicating the displacement of flexible diaphragms using variations in ohmic resistance
    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01LMEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L19/00Details of, or accessories for, apparatus for measuring steady or quasi-steady pressure of a fluent medium insofar as such details or accessories are not special to particular types of pressure gauges
    • G01L19/14Housings
    • H10W40/10
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Abstract

Es wird eine Sensoranordnung (110) zur Erfassung eines Drucks vorgeschlagen. Die Sensoranordnung (110) weist mindestens ein Sensorelement (136) zur Erfassung des Drucks auf. Das Sensorelement (136) ist zumindest teilweise durch eine Schutzabdeckung (122) abgeschirmt. Die Sensoranordnung (110) weist weiterhin mindestens ein Heizelement (160) auf. Die Sensoranordnung (110) ist eingerichtet, um mittels des Heizelements (160) einer Kondensation, insbesondere einer Bildung von Abgaskondensat, an der Sensoranordnung (110), insbesondere an der Schutzabdeckung (122), entgegenzuwirken.A sensor arrangement (110) for detecting a pressure is proposed. The sensor arrangement (110) has at least one sensor element (136) for detecting the pressure. The sensor element (136) is at least partially shielded by a protective cover (122). The sensor arrangement (110) furthermore has at least one heating element (160). The sensor arrangement (110) is designed to counteract by means of the heating element (160) a condensation, in particular a formation of exhaust gas condensate, on the sensor arrangement (110), in particular on the protective cover (122).

Description

Stand der TechnikState of the art

Insbesondere im Automobilbereich, jedoch auch in anderen Bereichen, werden, Bauelemente eingesetzt, die einen oder mehrere Sensoren zur Erfassung bestimmter Eigenschaften von Medien umfassen. Die Erfindung wird nachfolgend im Wesentlichen beschrieben unter Bezugnahme auf Drucksensoren, insbesondere mikromechanische Drucksensoren, wie sie beispielsweise zur Erfassung von Saugrohrdrücken, Ladedrücken sowie als Differenzdrucksensoren für Partikelfilter eingesetzt werden. Derartige Drucksensoren werden beispielsweise in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 74–76 sowie Seiten 128–130 beschrieben. Die Erfindung ist jedoch grundsätzlich nicht auf Drucksensoren beschränkt, so dass beispielsweise auch Sensoren für andere Messgrößen erfindungsgemäß modifiziert werden können.Particularly in the automotive sector, but also in other fields, components are used which comprise one or more sensors for detecting certain properties of media. The invention will be described below with reference to pressure sensors, in particular micromechanical pressure sensors, as used for example for detecting Saugrohrdrücken, boost pressures and differential pressure sensors for particulate filters. Such pressure sensors are used for example in Robert Bosch GmbH: Sensors in motor vehicles, issue 2007, pages 74-76 and pages 128-130 described. However, the invention is in principle not limited to pressure sensors, so that, for example, sensors for other measured variables can also be modified according to the invention.

Insbesondere Drucksensoren, jedoch auch andere Arten von Sensorelementen, weisen typischerweise einen Sensorchip auf, welcher durch ein Gel vor korrosiven Medien, wie beispielsweise Abgasen, Luft oder Wasserdampf, geschützt wird. In einzelnen Anwendungsfällen kann es jedoch trotz dieses Schutzes durch ein hochbeständiges Gel aufgrund einer Diffusion von Abgas durch das Gel zu einer Ansammlung von Abgaskondensat im Bereich des Sensorchips kommen, beispielsweise in Kavernen zwischen dem Chip, Bonddrähten und dem Gel. Dies kann zu Bondablösungen oder Leiterbahnkorrosion und damit bis hin zum vollständigen Ausfall der Sensorelemente führen.Especially Pressure sensors, but also other types of sensor elements exhibit typically a sensor chip, which by a gel from corrosive Media, such as exhaust gases, air or water vapor, protected becomes. In individual cases, however, it may This protection is due to a highly resistant gel a diffusion of exhaust gas through the gel to an accumulation of Exhaust gas condensate in the region of the sensor chip come, for example in caverns between the chip, bond wires and the gel. This can lead to bond detachment or trace corrosion and thus leading to complete failure of the sensor elements.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird daher eine Sensoranordnung zur Erfassung eines Drucks, insbesondere eines Mediums vorgeschlagen, welche die Nachteile bekannter Sensoranordnungen zumin dest weitgehend vermeidet. Insbesondere bietet die Sensoranordnung eine verbesserte Korrosionsbeständigkeit, eine erhöhte Langzeitstabilität und eine im Vergleich zu herkömmlichen Bauelementen verringerte Ausfallrate.It Therefore, a sensor arrangement for detecting a pressure, in particular a medium proposed which the disadvantages of known sensor arrangements at least largely avoided. In particular, the sensor arrangement offers improved corrosion resistance, increased long-term stability and reduced in comparison with conventional components Failure rate.

Die Sensoranordnung dient der Erfassung eines Drucks, insbesondere des Mediums. Grundsätzlich könnte, alternativ oder zusätzlich, auch wenigstens eine andere Eigenschaft des Mediums erfasst werden. Diese wenigstens eine Eigenschaft des Mediums kann beispielsweise eine physikalisch Eigenschaft und/oder chemisch messbare Eigenschaft des Mediums sein. Insbesondere kann es sich dabei um eine Temperatur, eine Geschwindigkeit, einen Fluss, eine Zusammensetzung oder ähnliche physikalische und/oder chemisch messbare Eigenschaften des Mediums handeln. Das Medium kann insbesondere ein flüssiges und/oder gasförmiges Medium sein. Insbesondere kann die Sensoranordnung zur Erfassung eines Drucks eines Gases, beispielsweise eines Abgases, eingesetzt werden.The Sensor arrangement is used to detect a pressure, in particular the Medium. Basically, alternatively or in addition, at least one other property of Medium be detected. This at least one property of the medium For example, a physical property and / or chemical be measurable property of the medium. In particular, it can be one temperature, one speed, one flow, one Composition or similar physical and / or chemical measurable properties of the medium act. The medium can in particular be a liquid and / or gaseous medium. In particular, the sensor arrangement for detecting a pressure a gas, such as an exhaust gas used.

Die Sensoranordnung umfasst mindestens ein Sensorelement zur Erfassung des Drucks. Das Sensorelement kann beispielsweise eine oder mehrere Sensorflächen umfassen, welche bei direktem oder indirektem Kontakt mit dem Medium eingerichtet sind, um alleine oder in Zusammenwirkung mit weiteren Bauelementen der Sensoranordnung den Druck des Mediums qualitativ oder quantitativ zu erfassen. Bezüglich der Ausgestaltung des Sensorelements kann beispielsweise auf den oben genannten Stand der Technik verwiesen werden, insbesondere die in Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 74–76 sowie Seiten 128–130 beschriebenen mikromechanischen Drucksensoren. Alternativ oder zusätzlich sind jedoch auch andere Arten von Sensorelementen grundsätzlich einsetzbar.The sensor arrangement may comprise at least one sensor element for detecting the pressure. The sensor element may, for example, comprise one or more sensor surfaces which are set up in direct or indirect contact with the medium in order to qualitatively or quantitatively measure the pressure of the medium alone or in cooperation with other components of the sensor arrangement capture. With respect to the configuration of the sensor element, reference may be made, for example, to the above-mentioned prior art, in particular those in Robert Bosch GmbH: Sensors in motor vehicles, issue 2007, pages 74-76 and pages 128-130 described micromechanical pressure sensors. Alternatively or additionally, however, other types of sensor elements can also be used in principle.

Dabei ist das Sensorelement zumindest teilweise durch eine Schutzabdeckung abgeschirmt. Die Abschirmung kann beispielsweise gegenüber dem Medium, dessen Druck erfasst werden soll, selbst erfolgen und/oder gegenüber einem anderen Medium, beispielsweise einem korrosiven und/oder in anderer Weise aggressiven Medium, beispielsweise Feuchtigkeit, Öl oder Kraftstoff. Die Schutzabdeckung kann beispielsweise die genannte Sensorfläche umfassen, beispielsweise eine Sensormembran. Die Sensorfläche kann beispielsweise vollständig oder teilweise durch die Schutzabdeckung bedeckt sein. Alternativ oder zusätzlich kann die Schutzabdeckung jedoch auch, wie unten noch näher ausgeführt wird, einen oder mehrere Anschlusskontakte schützen, beispielsweise bedecken. Unter einer Schutzabdeckung soll dabei allgemein ein Ele ment verstanden werden, welches eingerichtet ist, um ein Vordringen von aggressiven Medien zu dem abgeschirmten Teil des Sensorelements zumindest zu verlangsamen, beispielsweise im Vergleich zu einem ungeschützten Teil um mindestens einen Faktor 1000, vorzugsweise um mindestens einen Faktor 10000. Wie unten ausgeführt wird, kann die Schutzabdeckung insbesondere mindestens ein Gel umfassen, welches das Sensorelement ganz oder teilweise bedeckt, beispielsweise mindestens eine Sensorfläche des Sensorelements und/oder mindestens einen Anschlusskontakt des Sensorelements. Ein Vorteil eines Gels als Schutzabdeckung und/oder Bestandteil der Schutzabdeckung liegt insbesondere darin, dass ein Gel einen Druck übertragen kann, was insbesondere in Drucksensoren vorteilhaft ist.there the sensor element is at least partially covered by a protective cover shielded. The shield can, for example, opposite the medium whose pressure is to be detected, even done and / or towards another medium, for example a corrosive one and / or otherwise aggressive medium, such as moisture, oil or fuel. The protective cover, for example, the said Sensor surface include, for example, a sensor membrane. The sensor surface can be completely, for example or partially covered by the protective cover. Alternatively or In addition, however, the protective cover can also, as below will be explained in more detail, one or more Protect connecting contacts, for example, cover them. Under a protective cover should generally be an ele ment understood which is set up to be an encroachment of aggressive Media to the shielded part of the sensor element at least slow down, for example, compared to an unprotected part by at least a factor of 1000, preferably by at least one Factor 10000. As explained below, the protective cover in particular comprise at least one gel which the sensor element completely or partially covered, for example, at least one sensor surface the sensor element and / or at least one terminal contact of the Sensor element. An advantage of a gel as a protective cover and / or Part of the protective cover is in particular that a Gel can transfer pressure, which is especially true in pressure sensors is advantageous.

Die Sensoranordnung weist weiterhin mindestens ein Heizelement auf. Die Sensoranordnung ist eingerichtet, um mittels des Heizelements einer Kondensation an der Sensoranordnung entgegenzuwirken. Insbesondere kann einer Kondensation von Bestandteilen des Mediums entgegengewirkt werden, beispielsweise einer Bildung von Abgaskondensat. Insbesondere kann der Kondensation an der Schutzabdeckung entgegengewirkt werden, also an einer Oberfläche der Schutzabdeckung und/oder in einem Inneren der Schutzabdeckung. Insbesondere kann die Sensoranordnung eingerichtet sein, um mittels des Elements die Betriebstemperatur des Sensorelements gegenüber der Umgebungstemperatur zu erhöhen. So kann beispielsweise die Druckerfassung bei einer gegenüber der Umgebungstemperatur erhöhten Betriebstemperatur durchgeführt werden. Beispielsweise kann das Heizelement einen oder mehrere Heizwiderstände aufweisen. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Ausgestaltungen der Heizelemente denkbar.The sensor arrangement furthermore has at least one heating element. The sensor arrangement is set up by means of the heating element of a Counteract condensation on the sensor assembly. In particular, a condensation of constituents of the medium can be counteracted, for example a formation of exhaust gas condensate. In particular, the condensation on the protective cover can be counteracted, that is, on a surface of the protective cover and / or in an interior of the protective cover. In particular, the sensor arrangement can be set up in order to increase the operating temperature of the sensor element relative to the ambient temperature by means of the element. For example, the pressure detection can be carried out at an operating temperature which is higher than the ambient temperature. For example, the heating element may have one or more heating resistors. In principle, however, other embodiments of the heating elements are conceivable.

Wie oben dargestellt, kann das Sensorelement insbesondere ein Drucksensor sein, der mindestens eine Sensormembran aufweist. Beispielsweise kann es sich dabei um eine Halbleiter-Membran handeln, welche beispielsweise durch ein Ätzverfahren aus einem Chip-Festland herausgeätzt wurde. Die Sensormembran kann beispielsweise von einer Seite her mit einem Referenzdruck beaufschlagbar sein und von einer entgegengesetzte Seite her mit einem Messdruck.As As shown above, the sensor element can in particular be a pressure sensor be, which has at least one sensor membrane. For example it may be a semiconductor membrane, which, for example etched out of a chip mainland by an etching process has been. The sensor membrane can, for example, from one side be acted upon by a reference pressure and from an opposite Side with a measuring pressure.

So kann das Sensorelement insbesondere eine Sensormembran und ein mit der Sensormembran verbundenes Festland umfassen, wobei das Heizelement ganz oder teilweise auf mindestens einem der folgenden Elemente angeordnet ist: der Sensormembran; dem Festland; einem die Sensormembran und/oder das Festland aufneh menden Substrat, beispielsweise einem einen Sensorchip mit der Sensormembran und dem Festland aufnehmenden Substrat, insbesondere einem Keramiksubstrat und/oder einem Gehäusespritzteil.So the sensor element can in particular be a sensor membrane and a the sensor membrane mainland connected, wherein the heating element in whole or in part on at least one of the following elements arranged: the sensor membrane; the mainland; one the sensor membrane and / or the mainland aufneh ing substrate, such as a sensor chip with the sensor membrane and the mainland receiving substrate, in particular a ceramic substrate and / or a housing injection part.

Das Heizelement kann insbesondere eingerichtet sein, um das Sensorelement, insbesondere eine Sensorfläche des Sensorelements, im wesentlichen homogen zu beheizen. Auf diese Weise kann beispielsweise sicher gestellt werden, dass die Messung des Sensorelements, also die Erfassung des Drucks und/oder der wenigstens einen anderen Eigenschaft des Mediums, nicht durch Temperatur-Inhomogenitäten innerhalb des Sensorelements gestört wird. So kann beispielsweise die Sensoranordnung derart eingerichtet sein, dass eine räumliche Temperaturschwankung über das Sensorelement hinweg, insbesondere eine Sensorfläche des Sensorelements hinweg, nicht mehr als 1 Grad beträgt, insbesondere nicht mehr als 0,5 Grad.The Heating element may in particular be designed to hold the sensor element, in particular a sensor surface of the sensor element, essentially to heat homogeneously. In this way, for example, safely be made that the measurement of the sensor element, so the detection the pressure and / or the at least one other property of the Medium, not by temperature inhomogeneities within the sensor element is disturbed. So, for example the sensor arrangement be set up such that a spatial temperature variation over the sensor element, in particular a sensor surface of the sensor element is not more than 1 degree, in particular not more than 0.5 degrees.

Das Heizelement kann als separates, von der sonstigen Sensorfunktion des Sensorelements unabhängiges Element ausgestaltet sein, beispielsweise, wie oben beschrieben, in Form eines oder mehrerer Heizwiderstände, welche auf und/oder innerhalb der Sensormembran und/oder anderen Elementen der Sensoranordnung angeordnet sein können. Alternativ oder zusätzlich können als Heizelement jedoch auch Elemente der Sensoranordnung verwendet werden, welche ohnehin in der Sensoranordnung vorhanden sind. So kann das Sensorelement, insbesondere im Falle eines Drucksensors, beispielsweise mindestens einen Messwiderstand umfassen, insbesondere mindestens einen Dehnungswiderstand, beispielsweise mindestens einen piezoresistiven Widerstand. Diese mindestens eine Dehnungswiderstand kann beispielsweise auf einer Sensormembran angeordnet sein und/oder in eine derartige Sensormembran integriert sein. Alternativ oder zusätzlich zu einem oder mehreren Dehnungswiderständen kann auch eine Widerstandsbrückenschaltung vorgesehen sein, beispielsweise eine Wheatstone-Brücke. Ein oder mehrere Dehnungswiderstände können in diese Widerstandsbrückenschaltung integriert sein, wobei der Widerstand dieses Dehnungswiderstands über die Widerstandsbrückenschaltung erfasst werden kann. Der Messwiderstand und/oder die Widerstandsbrückenschaltung können ganz oder teilweise Bestandteil des Heizelements sein. In diesem Fall können beispielsweise der Messwiderstand und/oder die Widerstandsbrückenschaltung ganz oder teilweise mit einem Heizstrom beaufschlagt werden, um die gewünschte und oben beschriebene Beheizung des Sensorelements zu erreichen. Diese Beheizung kann beispielsweise auch getaktet erfolgen, so dass beispielsweise Messfunktionen des Sensorelements nicht gestört werden.The Heating element can be used as a separate, from the other sensor function the sensor element independent element be designed, for example, as described above, in the form of one or more Heating resistors, which on and / or within the sensor membrane and / or other elements of the sensor arrangement can be arranged. Alternatively or additionally, as a heating element however, elements of the sensor arrangement may also be used are anyway present in the sensor arrangement. So the sensor element, in particular in the case of a pressure sensor, for example at least comprise a measuring resistor, in particular at least one expansion resistor, for example, at least one piezoresistive resistor. These At least one expansion resistance can, for example, on a sensor membrane be arranged and / or integrated into such a sensor membrane be. Alternatively or in addition to one or more Strain resistors can also be a resistance bridge circuit be provided, for example, a Wheatstone bridge. One or more strain resistors can be used in this resistance bridge circuit be integrated, wherein the resistance of this strain resistor across the resistor bridge circuit can be detected. The measuring resistor and / or the resistance bridge circuit can be part or all of the heating element. In this Case, for example, the measuring resistor and / or the resistor bridge circuit in whole or in part with a heating current are applied to the desired and to achieve the above-described heating of the sensor element. This heating can for example also be clocked, so that For example, measurement functions of the sensor element not disturbed become.

Die Sensoranordnung kann weiterhin eine Auswerteschaltung umfassen. Unter einer Auswerteschaltung ist dabei eine elektronische Schaltung zu verstehen, welche eingerichtet ist, um Signale des Sensorelements aufzunehmen und vollständig oder teilweise zu verarbeiten und/oder weiterzuleiten. Alternativ oder zusätzlich kann die Auswerteschaltung weitere Funktionen übernehmen, beispielsweise Ansteuerfunktionen für das Sensorelement. Die Auswerteschaltung kann insbesondere eine oder mehrere Schnittstellen umfassen, über welche Signale der Sensoranordnung weitergeleitet und/oder abgefragt werden können. Auch eine Energieversorgung des Sensorelements kann über die Auswerteschaltung gewährleistet werden. Besonders bevorzugt ist es, wenn die Auswerteschaltung zumindest teilweise räumlich getrennt von dem Sensorelement angeordnet ist, wobei das Heizelement eingerichtet ist, um zumindest das Sensorelement zu beheizen, vorzugsweise ausschließlich das Sensorelement. So können die Auswerteschaltung und das Sensorelement beispielsweise auf einem Substrat angeordnet werden, beispielsweise einem Kunststoff- und/oder Keramiksubstrat und/oder einem Gehäusespritzteil, wobei die Anordnung räumlich getrennt erfolgen kann. Die Verbindung zwischen der Auswerteschaltung und dem Sensorelement kann beispielsweise durch Drähte und/oder Leiterbahnen erfolgen. Das Heizelement kann insbesondere derart eingerichtet sein, dass ausschließlich das Sensorelement beheizt wird, wohingegen die Auswerteschaltung beispielsweise von dem Heizelement im wesentlichen unbeeinflusst sein soll. Grundsätzlich kann die Auswerteschaltung jedoch auch von dem Heizelement mit beheizt werden.The sensor arrangement may further comprise an evaluation circuit. An evaluation circuit is an electronic circuit which is set up in order to receive signals of the sensor element and to process them completely or partially and / or forward them. Alternatively or additionally, the evaluation circuit can take on additional functions, for example, control functions for the sensor element. The evaluation circuit may in particular comprise one or more interfaces via which signals of the sensor arrangement can be forwarded and / or queried. A power supply of the sensor element can be ensured via the evaluation circuit. It is particularly preferred if the evaluation circuit is arranged at least partially spatially separated from the sensor element, wherein the heating element is arranged to heat at least the sensor element, preferably exclusively the sensor element. For example, the evaluation circuit and the sensor element can be arranged on a substrate, for example a plastic and / or ceramic substrate and / or a housing injection part, wherein the Arrangement can be spatially separated. The connection between the evaluation circuit and the sensor element can be effected for example by wires and / or conductor tracks. The heating element can in particular be set up such that only the sensor element is heated, whereas the evaluation circuit should be substantially unaffected by the heating element, for example. In principle, however, the evaluation circuit can also be heated by the heating element.

Wie oben dargestellt, kann die Schutzabdeckung beispielsweise mindestens ein Gel umfassen oder sogar vollständig aus mindestens einem Gel bestehen. Unter einem Gel ist dabei eine Form von Materie zu verstehen, welche zum Zwecke eines Aufbringens auf die zu schützende Stelle der Sensoranordnung verformbar ist, um sich beispielsweise einer Oberflächenkontur anzupassen. Das Gel kann insbesondere in einem weichen, verformbaren Zustand verbleiben, kann grundsätzlich auch nach dem Aufbringen ausgehärtet werden. Das Gel kann beispielsweise Medien-dichte oder Medien-abweisende Eigenschaften aufweisen, beispielsweise eine Feuchtedichtigkeit und/oder eine Öldichtigkeit. Besonders bevorzugt ist es, wenn das Gel eine oder mehrere der folgenden Substanzen umfasst: ein Dimethylsiloxangel, ein Fluorsilikongel, ein Perfluorpolyether. Derartige Gele haben sich in der Elektrotechnik zum Schutz von Bauelementen, insbesondere gegenüber korrosiven Umgebungsmedien, als vorteilhaft erwiesen.As As shown above, for example, the protective cover may be at least include a gel or even completely off at least a gel. Under a gel is a form of matter to understand which for the purpose of applying to the protected Location of the sensor assembly is deformable, for example to adapt to a surface contour. In particular, the gel can can remain in a soft, deformable state, in principle be cured after application. The gel can For example, media density or media-repellent properties have, for example, a moisture seal and / or an oil seal. It is particularly preferred if the gel is one or more of the following Substances includes: a dimethylsiloxane gel, a fluorosilicone gel, a perfluoropolyether. Such gels have been used in electrical engineering for the protection of components, especially against corrosive Environment media, proved advantageous.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Sensoranordnung ist diese Sensoranordnung eingerichtet, um eine Betriebstemperatur zu erfassen und eine Heizleistung des Heizelements zu steuern und/oder zu regeln. Zum Zwecke der Erfassung der Betriebstemperatur kann beispielsweise die Sensoranordnung einen oder mehreren Temperaturfühler umfassen. Beispielsweise können einen oder mehrere Temperaturfühler direkt oder indirekt mit dem Sensorelement verbunden sein, beispielsweise einer Sensorfläche des Sensorelements, insbesondere einer Sensormembran. Beispielsweise können derartige Temperaturfühler direkt oder indirekt auf die Membran aufgebracht werden und/oder in diese integriert werden. Beispielsweise können die Temperaturfühler einen oder mehrere Temperaturwiderstände umfassen. Auch andere Arten von Temperaturfühlern sind jedoch grundsätzlich einsetzbar. Die Sensoranordnung kann beispielsweise eine elektronische und/oder programmtechnisch eingerichtete Steuerung und/oder Regelung umfassen, welche, beispielsweise unter Verarbeitung der Signale des mindestens einen Temperaturfühlers, den Betrieb des Heizelements steuert und/oder regelt, beispielsweise um die Betriebstemperatur auf einen bestimmten Wert oder innerhalb eines bestimmten Wertebereichs einzustellen und/oder zu regeln. Derartige Vorrichtungen sind dem Fachmann grundsätzlich bekannt.In a further advantageous embodiment of the sensor arrangement is this sensor arrangement is set to an operating temperature capture and control a heating power of the heating element and / or to regulate. For the purpose of detecting the operating temperature can For example, the sensor arrangement comprise one or more temperature sensors. For example, one or more temperature sensors be directly or indirectly connected to the sensor element, for example a sensor surface of the sensor element, in particular a Sensor membrane. For example, such temperature sensors be applied directly or indirectly to the membrane and / or be integrated into this. For example, the temperature sensors can have a or include multiple temperature resistances. Others too However, types of temperature sensors are basic used. The sensor arrangement may be, for example, an electronic and / or include programmable control and / or regulation, which, for example, while processing the signals of at least a temperature sensor that controls the operation of the heating element and / or regulates, for example, the operating temperature to a certain value or within a certain range of values and / or to regulate. Such devices are the expert in principle known.

Die Sensoranordnung kann insbesondere eingerichtet sein, um eine Heizleistung des Heizelements derart zu steuern oder zu regeln, dass die Betriebstemperatur eine vorgegebene Maximaltemperatur, insbesondere eine Maximaltemperatur zwischen 90°C und 150°C, vorzugsweise eine Maximaltemperatur von 100°C, nicht überschreitet. Alternativ oder zusätzlich kann die Sensoranordnung auch eingerichtet sein, um die Betriebstemperatur um 2 Kelvin bis 15 Kelvin, vorzugsweise um 4 Kelvin bis 6,5 Kelvin, oberhalb der Umgebungstemperatur einzustellen und/oder zu regeln. Insbesondere kann die Betriebstemperatur um mindestens 4 Kelvin oberhalb der Umgebungstemperatur gewählt werden, vorzugsweise um mindestens 4–10 Kelvin oberhalb der Umgebungstemperatur.The Sensor arrangement may be arranged in particular to a heating power of the heating element to control or regulate that the operating temperature a predetermined maximum temperature, in particular a maximum temperature between 90 ° C and 150 ° C, preferably a maximum temperature of 100 ° C, does not exceed. Alternatively or In addition, the sensor arrangement can also be set up, around the operating temperature by 2 Kelvin to 15 Kelvin, preferably to set 4 Kelvin to 6.5 Kelvin above the ambient temperature and / or to regulate. In particular, the operating temperature can chosen at least 4 Kelvin above ambient temperature are, preferably at least 4-10 Kelvin above the ambient temperature.

Die Schutzabdeckung kann, wie oben dargestellt, das Sensorelement ganz oder teilweise gegenüber dem Medium und/oder anderen Medien, beispielsweise korrosiven Medien, abschirmen. Wie oben dargestellt, kann diese Abschirmung beispielsweise einen Teil des Sensorelements umfassen, welcher beispielsweise eine Sensorfläche umfasst. So kann beispielsweise die Sensorfläche direkt oder indirekt abgeschirmt werden. Alternativ oder zusätzlich können jedoch auch andere Teile des Sensorelements durch die Schutzabdeckung abgeschirmt werden, beispielsweise ein oder mehrere Anschlusskontakte. In diesem Fall, jedoch auch in anderen Fällen, ist es bevorzugt, wenn die Sensoranordnung mindestens einen Anschlusskontakt umfasst, wobei das Heizelement eingerichtet ist, um den Anschlusskontakt zu heizen. Der Anschlusskontakt kann insbesondere mindestens eine intermetallische Phase umfassen, beispielsweise eine Au-Al-intermetallische Phase umfassen. Derartige intermetallische Phasen können beispielsweise auftreten, wenn ein Bonddraht auf ein Kontaktpad aufgebracht wird, beispielsweise ein Gold-Bond auf ein Aluminium-Kontaktpad. Derartige intermetallische Phasen sind in der Regel besonders anfällig gegenüber Korrosionen, beispielsweise galvanische Korrosionen. Durch Heizung der Anschlusskontakte können derartige Korrosionen zumindest teilweise vermieden werden.The Protective cover, as shown above, the sensor element completely or partly to the medium and / or other media, For example, corrosive media, shield. As shown above, For example, this shield may be part of the sensor element comprising, for example, a sensor surface. For example, the sensor surface can be directly or indirectly be shielded. Alternatively or additionally but also other parts of the sensor element through the protective cover be shielded, for example, one or more terminals. In this case, but also in other cases, it is preferable if the sensor arrangement comprises at least one connection contact, wherein the heating element is arranged to connect the terminal heat. The connection contact may in particular at least one intermetallic Phase comprise, for example, an Au-Al-intermetallic phase. Such intermetallic phases may be, for example occur when a bonding wire is applied to a contact pad, For example, a gold bond on an aluminum contact pad. Such intermetallic Phases are usually particularly vulnerable to Corrosion, such as galvanic corrosion. By heating the connection contacts can at least such corrosion partially avoided.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.embodiments The invention is illustrated in the drawings and in the following Description explained in more detail.

Es zeigenIt demonstrate

1A und 1B eine Detaildarstellung eines Anschlusskontakts einer Sensoranordnung; und 1A and 1B a detailed representation of a connection contact of a sensor arrangement; and

2 ein schematisches Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in Draufsicht. 2 a schematic embodiment of a sensor arrangement according to the invention in plan view.

Ausführungsbeispieleembodiments

In den 1A und 1B ist, zur Verdeutlichung der oben beschriebenen Problematik einer Korrosion von Sensoranordnungen durch Abgase oder andere aggressive Medien, ein Teil einer Sensoranordnung 110 gezeigt. Dabei zeigt 1A exemplarisch einen Anschlusskontakt 112 der Sensoranordnung 110, in welchem ein Bonddraht 114 aus Gold auf ein Kontaktpad 116 aus Aluminium aufgebracht ist. Das Kontaktpad 116 ist auf einem Festland 118 eines Silizium-Chips 120 aufgebracht und dient zur Kontaktierung eines in den 1A und 1B nicht dargestellten Sensorelements.In the 1A and 1B is to illustrate the above-described problem of corrosion of sensor assemblies by exhaust gases or other aggressive media, a part of a sensor array 110 shown. It shows 1A an example of a connection contact 112 the sensor arrangement 110 in which a bonding wire 114 of gold on a contact pad 116 made of aluminum. The contact pad 116 is on a mainland 118 a silicon chip 120 applied and serves to contact one in the 1A and 1B not shown sensor element.

Zum Schutz des Anschlusskontakts 112 vor Korrosion, insbesondere durch Abgase, ist die in den 1A und 1B dargestellte Anordnung durch eine Schutzabdeckung 122 in Form eines Gels 124 geschützt, welches den Anschlusskontakt 112 vorzugsweise vollständig umgibt. Verschiedene Arten von Gelen 124 sind bekannt und werden in der Praxis verwendet, insbesondere in der Automobiltechnik. So werden beispielsweise Dimethylsiloxangele als reiner Feuchteschutz verwendet. Für höhere Anforderungen, insbesondere für eine erhöhte Öl- und Kraftstoffbeständigkeit, werden Fluorsilikongele verwendet, welche insbesondere ein verringertes Quellverhalten aufweisen. Für eine beste Langzeitbeständigkeit und einen hohen Schutz werden schließlich Perfluorpolyether verwendet. Derartige Gele 124 sind dem Fachmann aus der Elektrotechnik grundsätzlich bekannt.To protect the connection contact 112 from corrosion, in particular by exhaust gases, is in the 1A and 1B illustrated arrangement through a protective cover 122 in the form of a gel 124 protected, which the connection contact 112 preferably completely surrounds. Different types of gels 124 are known and used in practice, especially in automotive engineering. For example, dimethylsiloxane gels are used as pure moisture protection. For higher requirements, in particular for increased oil and fuel resistance, fluorosilicone gels are used, which in particular have a reduced swelling behavior. Finally, perfluoropolyethers are used for best long term durability and high protection. Such gels 124 are known to those skilled in electrical engineering in principle.

Allerdings hat es sich gezeigt, dass sich in der Praxis in manchen Bereichen, hier insbesondere im Bereich des Übergangs zwischen dem Gold-Bonddraht 114 und dem Aluminium-Kontaktpad 116, Hohlräume 126 ausbilden können. In 1B ist eine vergrößerte Darstellung des in 1A mit A bezeichneten Bereichs gezeigt, aus der einer dieser Hohlräume 126 in vergrößerter Darstellung hervorgeht. Trotz des hochbeständigen Gels 124 kann es in einzelnen Anwendungsfällen durch Diffusion von Abgas durch das Gel 124 zu einer Ansammlung von Abgaskondensat in den Hohlräumen 126, welche üblicherweise als kleine Kavernen zwischen dem Chip 120, den Bonddrähten 114 und dem Gel 124 ausgebildet sind, kommen. Diese Diffusion ist in 1B durch die Wassermoleküle 128 angedeutet. Alternativ oder zusätzlich zu Wassermolekülen können auch andere Substanzen diffundieren, beispielsweise ionische Substanzen, Gase, Flüssigkeiten oder Ähnliches.However, it has been shown that in practice in some areas, especially in the area of the transition between the gold bonding wire 114 and the aluminum contact pad 116 , Cavities 126 can train. In 1B is an enlarged view of the in 1A Shown with A range, from the one of these cavities 126 in an enlarged view emerges. Despite the highly resistant gel 124 It may in some cases by diffusion of exhaust gas through the gel 124 to an accumulation of exhaust gas condensate in the cavities 126 which are usually called small caverns between the chip 120 , the bonding wires 114 and the gel 124 are trained, come. This diffusion is in 1B through the water molecules 128 indicated. Alternatively or in addition to water molecules, other substances may also diffuse, for example ionic substances, gases, liquids or the like.

Eindiffundierte Wassermoleküle 128 und andere schädliche Substanzen, insbesondere eine Ansammlung von Abgaskondensat in den Hohlräumen 126, kann jedoch zu einer Korrosion insbesondere der Anschlusskontakte 112 führen. Beispielsweise bildet sich am Übergang zwischen den Bonddrähten 114 und den Kontaktpads 116 in vielen Fällen eine intermetallische Phase 130, beispielsweise eine Gold-Aluminiumintermetallische Phase. Insbesondere in diesem Bereich kann das Kondensat, welches in 1B symbolisch mit der Bezugsziffer 132 bezeichnet ist, zu einer galvanischen Korrosion führen. Die Korrosion ist in 1B symbolisch mit der Bezugsziffer 134 bezeichnet. Diese Vorgänge können bis hin zu Bondablösungen oder Leiterbahnkorrosion und damit bis hin zum vollständigen Ausfall der Bauelemente führen. Insbesondere bei starker Abgasbeaufschlagung, beispielsweise durch Abgasrückführung oder bei der Messung des Differenzdrucks für Dieselpartikelfilter, reichen somit unter Umständen die gewählten Schutzmaßnahmen zur Vermeidung von Korrosion, beispielsweise durch Schutzgele (Gel 124), durch verwendete stabile Materialien (beispielsweise Gold-Bonddrähte 114) nicht aus, um eine Korrosion vollständig zu verhindern.Diffused water molecules 128 and other harmful substances, in particular an accumulation of exhaust gas condensate in the cavities 126 , but may cause corrosion in particular of the terminal contacts 112 to lead. For example, forms at the transition between the bonding wires 114 and the contact pads 116 in many cases an intermetallic phase 130 For example, a gold-aluminum intermetallic phase. Especially in this area, the condensate, which in 1B symbolically with the reference number 132 is referred to lead to a galvanic corrosion. The corrosion is in 1B symbolically with the reference number 134 designated. These processes can lead to bond detachment or conductor track corrosion and thus to complete failure of the components. In particular, with heavy exhaust gas, for example, by exhaust gas recirculation or in the measurement of the differential pressure for diesel particulate filter, so under certain circumstances, the selected protective measures to prevent corrosion, for example, by protection gels (gel 124 ), by using stable materials (for example gold bonding wires 114 ) to prevent corrosion completely.

Eine Kondensation flüchtiger Abgas-Bestandteile, beispielsweise von Wasserdampf aus dem Abgas, tritt jedoch vorzugsweise an der kältesten Stelle auf dem Weg innerhalb der Sensoranordnung, beispielsweise dem Weg hin zu einem Sensorelement, auf. Eine Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, einen Sensorchip und/oder ein Sensorelement zumindest teilweise während des Betriebes aufzuheizen, dadurch eine Beheizung des Sensorchips bzw. Sensorelements eine Kondensation von Abgaskondensat im Gel 124 oder in den Hohlräumen 126 an der Chipoberfläche oder an den Bonddrähten wirksam vermeiden kann.Condensation of volatile exhaust components, for example, water vapor from the exhaust gas, but preferably occurs at the coldest point on the way within the sensor assembly, for example, the way to a sensor element on. A basic idea of the present invention is therefore to heat a sensor chip and / or a sensor element at least partially during operation, thereby heating the sensor chip or sensor element a condensation of exhaust gas condensate in the gel 124 or in the cavities 126 can effectively avoid on the chip surface or on the bonding wires.

In 2 ist daher eine erfindungsgemäße Sensoranordnung 110 dargestellt, bei welcher ein Sensorelement 136 in Form eines Sensorchips 138 getrennt von einer Auswerteschaltung 140 angeordnet ist. Die Auswerteschaltung 140 kann beispielsweise einen oder mehrere integrierte Schaltkreise (ICs) umfassen. Auch das Sensorelement 136 kann ganz oder teilweise als integrierter Schaltkreis ausgestaltet sein, insbesonde re, wie oben dargestellt, als Sensorchip 138. Sensorchip 136 und Auswerteschaltung 140 sind in diesem Ausführungsbeispiel auf ein Substrat 142 aufgebracht, beispielsweise ein Keramiksubstrat und/oder ein Kunststoffsubstrat. Das Substrat 142 weist einen Messbereich 144 und einen Auswertebereich 146 auf. Der Messbereich 144 ist teilweise mit dem zu messenden Medium direkt oder indirekt in Kontakt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Sensoranordnung 110 zur Erfassung eines Drucks eines Abgases ausgestaltet. Grundsätzlich sind jedoch auch andere Messgrößen mit dieser oder anderen Sensoranordnungen 110 erfassbar. Der Auswertebereich 146 ist jedoch durch ein Trennelement 148 vom Messbereich 144 getrennt und vorzugsweise nicht mit dem Druck beaufschlagt. Beispielsweise kann das Trennelement 148 eine oder mehrere Kleberaupen oder Klebeflächen umfassen. Auf diese Weise kann beispielsweise die Auswerteschaltung 140 vor aggressiven Abgasen und/oder Feuchtigkeit geschützt werden. Der Auswertebereich 146 kann beispielsweise in einer Schaltungskammer und/oder einem Gehäuse der Sensoranordnung 110 angeordnet werden, deren bzw. dessen Innenraum nicht mit dem Abgas beaufschlagt wird und durch das Trennelement 148 geschützt wird. Alternativ oder zusätzlich kann auch die Auswerteschaltung 140 durch eine Schutzabdeckung 122 in Form eines Gels 124 geschützt sein. Beispielsweise kann ein Kunststoffrahmen 150 auf dem Substrat vorgesehen sein, welcher mit dem Gel 124 ausgefüllt wird.In 2 is therefore a sensor arrangement according to the invention 110 shown in which a sensor element 136 in the form of a sensor chip 138 separated from an evaluation circuit 140 is arranged. The evaluation circuit 140 For example, it may include one or more integrated circuits (ICs). Also the sensor element 136 can be wholly or partially designed as an integrated circuit, insbesonde re, as shown above, as a sensor chip 138 , sensor chip 136 and evaluation circuit 140 are in this embodiment on a substrate 142 applied, for example, a ceramic substrate and / or a plastic substrate. The substrate 142 has a measuring range 144 and an evaluation area 146 on. The measuring range 144 is partly in direct or indirect contact with the medium to be measured. In the illustrated embodiment, the sensor arrangement 110 configured to detect a pressure of an exhaust gas. Basically, however, are also other parameters with this or other sensor arrangements 110 he tangible. The evaluation area 146 is however by a separating element 148 from the measuring range 144 separated and preferably not pressurized. For example, the separating element 148 include one or more adhesive beads or adhesive surfaces. In this way, for example, the evaluation circuit 140 protected against aggressive fumes and / or moisture. The evaluation area 146 For example, in a circuit chamber and / or a housing of the sensor assembly 110 are arranged, whose or the interior is not acted upon by the exhaust gas and through the separating element 148 is protected. Alternatively or additionally, the evaluation circuit 140 through a protective cover 122 in the form of a gel 124 be protected. For example, a plastic frame 150 be provided on the substrate, which with the gel 124 is completed.

Das Substrat 142, beispielsweise das Keramiksubstrat, kann durch Substratkontaktierungen 152 mit weiteren Bauelementen verbunden werden, so dass beispielsweise weitere Teile der Auswerteschaltung 140 außerhalb des Substrats 142 angeordnet sein können. So kann die Auswerteschaltung 140 auch mehrere Bauelemente umfassen, welche auf dem Substrat 142 oder außerhalb des Substrats 142 angeordnet sein können, beispielsweise in einem Gehäuse der Sensoranordnung 110, welches in 2 nicht dargestellt ist. Die Auswerteschaltung 140 kann auch ganz oder teilweise auf der gegenüberliegende Seite des Substrats 142 angeordnet sein und/oder ganz oder teilweise in das Substrat 142 integriert werden. Nicht dargestellt in 2 sind zudem Leiterbahnen, welche beispielsweise die Substratkontaktierungen 152 mit der Auswerteschaltung 140 verbinden und/oder die Auswerteschaltung 140 mit dem Sensorelement 136. Auch eine direkte Verbindung zwischen dem Sensorelement 136 und den Substratkontaktierungen 152 ist möglich.The substrate 142 , For example, the ceramic substrate, by substrate contacts 152 be connected to other components, so that, for example, further parts of the evaluation circuit 140 outside the substrate 142 can be arranged. So can the evaluation circuit 140 Also include several components which on the substrate 142 or outside the substrate 142 can be arranged, for example in a housing of the sensor arrangement 110 which is in 2 not shown. The evaluation circuit 140 may also be wholly or partially on the opposite side of the substrate 142 be arranged and / or in whole or in part in the substrate 142 to get integrated. Not shown in 2 are also printed conductors, which, for example, the substrate contacts 152 with the evaluation circuit 140 connect and / or the evaluation circuit 140 with the sensor element 136 , Also a direct connection between the sensor element 136 and the substrate contacts 152 is possible.

Das Sensorelement 136 weist im dargestellten Ausführungsbeispiel den Sensorchip 138 auf, welcher beispielsweise ganz oder teilweise als Silizium-Sensorchip ausgestal tet ist und welcher ein Festland 118 und eine, beispielsweise durch ein Ätzverfahren hergestellte, Sensormembran 154 aufweist. Auf und/oder in der Sensormembran 154 können beispielsweise ein oder mehrere Dehnungswiderstände angeordnet sein, welche in 2 nicht dargestellt sind, beispielsweise piezoelektrische Dehnungswiderstände. Das Sensorelement 136 wirkt als Drucksensor 156, indem die als Sensorfläche 158 wirkende Oberfläche der Sensormembran 154 mit einem Druck beaufschlagt wird. Über eine Öffnung im Substrat 142 kann die Sensormembran 154 von einer entgegengesetzten Seite mit einem Referenzdruck beaufschlagt werden, beispielsweise über ein Referenzdruckrohr. Andere Ausgestaltungen sind grundsätzlich möglich. Durch eine Durchbiegung der Sensormembran 154 aufgrund der Druckdifferenz zwischen dem Messdruck, welcher von der Sensorfläche 158 her auf die Sensormembran 154 einwirkt, und dem Referenzdruck, welcher von der Unterseite her auf die Sensormembran 154 einwirkt, biegt sich diese Sensormembran 154, was wiederum durch die Dehnungswiderstände erfasst werden kann und beispielsweise mittels einer Widerstandsbrückenschaltung ausgewertet werden kann. Alternativ zu der in 2 gezeigten Darstellung mit lediglich einem Sensorelement 136 sind auch Sensoranordnungen 110 mit einer Mehrzahl von Sensorelementen 136 möglich, welche dieselbe Eigenschaft eines Mediums und/oder unterschiedliche Eigenschaften eines Mediums erfassen können.The sensor element 136 has the sensor chip in the illustrated embodiment 138 on, for example, which is fully or partially ausgestal tet as a silicon sensor chip and which is a mainland 118 and a sensor membrane made, for example, by an etching process 154 having. On and / or in the sensor membrane 154 For example, one or more strain resistors may be arranged, which in 2 not shown, for example, piezoelectric strain resistors. The sensor element 136 acts as a pressure sensor 156 by acting as a sensor surface 158 acting surface of the sensor membrane 154 is pressurized. Over an opening in the substrate 142 can the sensor membrane 154 be acted upon from an opposite side with a reference pressure, for example via a reference pressure pipe. Other embodiments are possible in principle. By a deflection of the sensor membrane 154 due to the pressure difference between the measuring pressure, which of the sensor surface 158 on the sensor membrane 154 acts, and the reference pressure, which from the bottom to the sensor membrane 154 acts, this sensor membrane bends 154 , which in turn can be detected by the expansion resistances and can be evaluated for example by means of a resistance bridge circuit. Alternatively to the in 2 shown representation with only one sensor element 136 are also sensor arrangements 110 with a plurality of sensor elements 136 possible, which can detect the same property of a medium and / or different properties of a medium.

Wiederum ist auch das Sensorelement 136 in 2 durch eine Schutzabdeckung 122 in Form eines Gels 124 geschützt. Wiederum kann beispielsweise ein Kunststoffrahmen 150 vorgesehen sein, welcher eine Ausbreitung des Gels 124 in unerwünschte Bereiche auf dem Substrat 142 verhindern kann.Again, the sensor element is also 136 in 2 through a protective cover 122 in the form of a gel 124 protected. Again, for example, a plastic frame 150 be provided, which is a propagation of the gel 124 in unwanted areas on the substrate 142 can prevent.

Bei Drucksensoren 156, in welchen die Auswerteschaltung 140 und der Sensorchip 138 integriert in einem Bauelement vorgesehen ist, kann bereits eine Verlustleistung der Auswerteschaltung 140 zu einer Erwärmung der Sensoranordnung 110 um 4 bis circa 6,5 Kelvin wirken. Bei zukünftigen Sensorgenerationen wie beispielsweise der in 2 dargestellten Sensoranordnung 110, bei welchen der Sensorchip 138 und die Auswerteschaltung 140 getrennt voneinander angeordnet sind, um beispielsweise auch digitale Signale bereitstellen zu können, ist jedoch eine geringere Erwärmung des Sensorchips 138 zu verzeichnen. Um dennoch die oben beschriebene Wirkung der Aufheizung des Sensorelements 136 und damit eine Vermeidung von Kondensation zu bewirken, insbesondere bei Sensoranordnungen 110, bei welchen lediglich ein Bruchteil der Stromaufnahme in Wärme umgewandelt wird, und bei welchen somit per se das Risiko von Bondablösungen oder Korrosion erhöht ist, wird erfindungsgemäß daher vorgeschlagen ein oder mehrere Heizelemente 160 in die Sensoranordnung 110 zu integrieren.For pressure sensors 156 in which the evaluation circuit 140 and the sensor chip 138 integrated in a component is already provided, a power loss of the evaluation circuit 140 to a heating of the sensor arrangement 110 by 4 to about 6.5 Kelvin act. In future sensor generations such as the in 2 illustrated sensor arrangement 110 in which the sensor chip 138 and the evaluation circuit 140 are separated from each other, for example, to provide digital signals, but a lower heating of the sensor chip 138 to record. Nevertheless, the above-described effect of heating the sensor element 136 and thus to avoid condensation, in particular in the case of sensor arrangements 110 in which only a fraction of the current consumption is converted into heat, and which thus per se increases the risk of bond delamination or corrosion, it is therefore proposed according to the invention one or more heating elements 160 in the sensor arrangement 110 to integrate.

Diese Heizelemente 160 können beispielsweise zusätzliche Heizwiderstände umfassen, welche beispielsweise auf dem Festland 118 angeordnet sein können, beispielsweise um die Sensormembran 154 herum. Alternativ oder zusätzlich ist jedoch auch eine Anordnung auf der Sensormembran 154 und/oder auf einem Chip-Träger, beispielsweise dem Substrat 142, insbesondere einem Keramiksubstrat, möglich, und/oder eine Anordnung auf dem Gelrähmchen 150 und/oder einem Gehäusespritzteil. Wiederum alternativ oder zusätzlich kann auch eine Brückenschaltung, beispielsweise eine Widerstandsbrückenschaltung, welche Teil des Sensorelements 136 ist, selbst als Heizelement 160 und/oder als Teil dieses Heizelements 160 eingesetzt werden. Die Sensoranordnung kann beispielsweise eingerichtet sein, um, insbesondere gesteuert/geregelt, eine Betriebstemperatur des Sensorelements 136 derart einzustellen, dass diese um beispielsweise 4 bis 10 Kelvin gegenüber der Umgebungstemperatur erhöht ist. Um mit der Betriebstemperatur die maximale Spezifikation des Sensorchips 138 nicht zu überschreiten, kann die Heizleistung auch oberhalb von 100°C oder einer anderen Maximaltemperatur abgeschaltet werden und/oder die Heizleistung kann generell geregelt werden.These heating elements 160 For example, they may include additional heating resistors, for example, on the mainland 118 can be arranged, for example, the sensor membrane 154 around. Alternatively or additionally, however, is also an arrangement on the sensor membrane 154 and / or on a chip carrier, for example the substrate 142 , in particular a ceramic substrate, possible, and / or an arrangement on the Gelrähmchen 150 and / or a housing injection part. Again alternatively or additionally, a bridge circuit, such as a Widerstandbrü bridge circuit, which part of the sensor element 136 is, even as a heating element 160 and / or as part of this heating element 160 be used. The sensor arrangement can be set up, for example, to, in particular controlled / regulated, an operating temperature of the sensor element 136 adjust so that it is increased by, for example, 4 to 10 Kelvin compared to the ambient temperature. To match the operating temperature the maximum specification of the sensor chip 138 not to exceed, the heating power can be switched off above 100 ° C or another maximum temperature and / or the heating power can generally be controlled.

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  • - Robert Bosch GmbH: Sensoren im Kraftfahrzeug, Ausgabe 2007, Seiten 74–76 sowie Seiten 128–130 [0005] - Robert Bosch GmbH: Sensors in motor vehicles, edition 2007, pages 74-76 and pages 128-130 [0005]

Claims (11)

Sensoranordnung (110) zur Erfassung eines Drucks, insbesondere eines Mediums, wobei die Sensoranordnung (110) mindestens ein Sensorelement (136) zur Erfassung des Drucks aufweist, wobei das Sensorelement (136) zumindest teilweise durch eine Schutzabdeckung (122) abgeschirmt ist, wobei die Sensoranordnung (110) weiterhin mindestens ein Heizelement (160) aufweist, wobei die Sensoranordnung (110) eingerichtet ist, um mittels des Heizelements (160) einer Kondensation, insbesondere einer Bildung von Abgaskondensat, an der Sensoranordnung (110), insbesondere an der Schutzabdeckung (122), entgegenzuwirken.Sensor arrangement ( 110 ) for detecting a pressure, in particular a medium, wherein the sensor arrangement ( 110 ) at least one sensor element ( 136 ) for detecting the pressure, wherein the sensor element ( 136 ) at least partially by a protective cover ( 122 ) is shielded, wherein the sensor arrangement ( 110 ) at least one heating element ( 160 ), wherein the sensor arrangement ( 110 ) is arranged to by means of the heating element ( 160 ) a condensation, in particular a formation of exhaust gas condensate, on the sensor arrangement ( 110 ), in particular on the protective cover ( 122 ) counteract. Sensoranordnung (110) nach dem vorhergehenden Anspruch, wobei das Sensorelement (136) ein Drucksensor (156) ist, wobei der Drucksensor (156) mindestens eine Sensormembran (154) aufweist, wobei die Sensormembran (154) von einer Seite her mit einem Referenzdruck beaufschlagbar ist und von einer entgegengesetzten Seite her mit einem Messdruck beaufschlagbar ist.Sensor arrangement ( 110 ) according to the preceding claim, wherein the sensor element ( 136 ) a pressure sensor ( 156 ), the pressure sensor ( 156 ) at least one sensor membrane ( 154 ), wherein the sensor membrane ( 154 ) can be acted upon from one side with a reference pressure and from a opposite side with a measuring pressure can be acted upon. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (136) eine Sensormembran (154) und ein mit der Sensormembran (154) verbundenes Festland (118) umfasst, wobei das Heizelement (160) ganz oder teilweise auf mindestens einem der folgenden Elemente angeordnet ist: der Sensormembran (154); dem Festland (118); einem die Sensormembran (154) und/oder das Festland (118) aufnehmenden Substrat (142), insbesondere einem Keramiksubstrat und/oder einem Gehäuseteil, insbesondere einem Gehäusespritzteil.Sensor arrangement ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 136 ) a sensor membrane ( 154 ) and one with the sensor membrane ( 154 ) connected mainland ( 118 ), wherein the heating element ( 160 ) is arranged wholly or partly on at least one of the following elements: the sensor membrane ( 154 ); the mainland ( 118 ); one the sensor membrane ( 154 ) and / or the mainland ( 118 ) receiving substrate ( 142 ), in particular a ceramic substrate and / or a housing part, in particular a housing injection part. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Heizelement (160) eingerichtet ist, um das Sensorelement (136), insbesondere eine Sensorfläche (158) des Sensorelements (136), im wesentlichen homogenen zu beheizen.Sensor arrangement ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the heating element ( 160 ) is arranged to the sensor element ( 136 ), in particular a sensor surface ( 158 ) of the sensor element ( 136 ) to heat substantially homogeneous. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Sensorelement (136) mindestens einen Messwiderstand umfasst, insbesondere mindestens einen Dehnungswiderstand, und/oder eine Widerstandsbrückenschaltung, wobei der Messwiderstand und/oder die Widerstandsbrückenschaltung zumindest teilweise Bestandteil des Heizelements (160) sind.Sensor arrangement ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor element ( 136 ) comprises at least one measuring resistor, in particular at least one expansion resistor, and / or a resistance bridge circuit, the measuring resistor and / or the resistance bridge circuit being at least partially a component of the heating element ( 160 ) are. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (110) weiterhin eine Auswerteschaltung (140) umfasst, wobei die Auswerteschaltung (140) zumindest teilweise räumlich getrennt von dem Sensorelement (136) angeordnet ist und wobei das Heizelement (160) eingerichtet ist, um zumindest das Sensorelement (136) zu beheizen.Sensor arrangement ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement ( 110 ) an evaluation circuit ( 140 ), wherein the evaluation circuit ( 140 ) at least partially spatially separated from the sensor element ( 136 ) and wherein the heating element ( 160 ) is arranged to at least the sensor element ( 136 ) to heat. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Schutzabdeckung (122) ein Gel (124) umfasst, insbesondere eines oder mehrere der folgenden Gele: ein Dimethylsiloxangel; ein Fluorsilikongel; ein Perfluorpolyether.Sensor arrangement ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the protective cover ( 122 ) a gel ( 124 ), in particular one or more of the following gels: a dimethylsiloxane gel; a fluorosilicone gel; a perfluoropolyether. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (110) eingerichtet ist, um die Betriebstemperatur zu erfassen und eine Heizleistung des Heizelements (160) zu steuern und/oder zu regeln.Sensor arrangement ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement ( 110 ) is arranged to detect the operating temperature and a heating power of the heating element ( 160 ) and / or to regulate. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (110) eingerichtet ist, um eine Heizleistung des Heizelements (160) derart zu steuern und/oder zu regeln, dass die Betriebstemperatur eine vorgegebene Maximaltemperatur, insbesondere einem Maximaltemperatur zwischen 90°C und 150°C, vorzugsweise eine Maximaltemperatur von 100°C, nicht überschreitet.Sensor arrangement ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement ( 110 ) is set to a heating capacity of the heating element ( 160 ) to control and / or to regulate so that the operating temperature does not exceed a predetermined maximum temperature, in particular a maximum temperature between 90 ° C and 150 ° C, preferably a maximum temperature of 100 ° C. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (110) eingerichtet ist, um die Betriebstemperatur um 2 K bis 15 K, vorzugsweise um 4 K bis 6,5 K, oberhalb der Umgebungstemperatur einzustellen.Sensor arrangement ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement ( 110 ) is set to adjust the operating temperature by 2 K to 15 K, preferably by 4 K to 6.5 K, above the ambient temperature. Sensoranordnung (110) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sensoranordnung (110) mindestens einen Anschlusskontakt (112) umfasst, wobei das Heizelement (160) eingerichtet ist, um den Anschlusskontakt (112) zu heizen.Sensor arrangement ( 110 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor arrangement ( 110 ) at least one connection contact ( 112 ), wherein the heating element ( 160 ) is arranged to connect the terminal ( 112 ) to heat.
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