专利名称：空气质量流量计的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有传感器芯片的空气质量流量计，其中，传感器芯片构造为微机电系统并且具有传感元件、电子分析电路以及电子振荡器，并且其中，利用胶粘剂将传感器芯片固定在支承元件上。
背景技术：
空气质量流量计适用于检测流体在流体通道内的质量流量。这种流体通道例如可以是内燃机的吸气侧。根据由空气质量流量计所检测到的质量流量，可例如对内燃机的运行进行诊断，并且也实现对内燃机的控制。为达到这一目的，在不同运行条件下可靠地且尽量精确地检测实际的质量流量，就非常重要。 专利文献DE 19724659A1公开了一种包括传感元件的质量流量传感装置。传感元件布置且集成在一个自带的芯片上。此外，还公开了一种分析电子装置，其设计为独立的，但与传感单元电耦合。专利文献DE 10135142A1公开了一种具有壳体的质量流量传感装置，在壳体中布置了质量流量传感器的传感元件。壳体具有输入区，介质流体会从该输入区中流入一个在其中布置有传感元件的测量通道。此外，壳体还具有排出口，液体颗粒与固体颗粒从排出口中流出并且由此流过测量通道。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种空气质量流量计，其能够实现特别可靠且准确的数据分析。上述目的通过独立权利要求所述的特征得以实现。本发明的有利的设计方案的特征详见从属权利要求。本发明的特征在于，传感器芯片被分为第一区域和第二区域，其中，仅在第一区域中利用胶粘剂实现将传感器芯片固定在支承元件上，传感元件和振荡器布置在第二区域中。传感器芯片与支承元件的粘合导致出现第一区域，在该第一区域中可能会由于热的作用而出现极大的材料负荷。支承元件与传感器芯片的材料的不同的热膨胀系数会导致材料应力，该材料应力尤其会作用于特定的电子电路上。由于振荡器与传感元件布置在第二区域中，因而其不会受到由于热引起的材料应力的影响。因此，振荡器特别稳定地工作，从而为数据处理提供了高质量的时间标准。传感元件也同样由于其无应力的布置而受到保护以防止机械负荷，这就提高了其使用寿命，并且另一方面也能够实现对质量流量的特别准确的测量。在一种有利的设计方案中，支承元件设计为冲压板件。冲压板件也被称作为引线框架并且由于其有利的制造成本而得到了多样化的应用。对于汽车工业而言，冲压板件已被证明为特别适用于作为传感元件与电子电路的支承件。在另一种有利的设计方案中，传感元件设计为薄膜。在薄膜上可以设计有第一温度传感器和第二温度传感器以及加热元件。这样设计的传感元件具有特别好的传感特性。可利用该传感元件十分准确且迅速地检测所流过的空气质量流量。
下面借助附图进一步阐述本发明的实施例。在所有附图中，具有相同结构或功用的元件以同样的标号来标记。图中示出图I示出空气质量流量计的侧视图；图2示出由图I已知的空气质量流量计的俯视图；图3示出由图I与图2已知的空气质量流量计，位于其被安装在流体通道内的位
置中。
具体实施例方式图I示出了具有传感器芯片2和支承元件7的空气质量流量计I。支承元件7可设计为引线框架。传感器芯片2具有分析电子装置5、传感元件4以及振荡器3。传感元件4可作为薄膜以微机械的加工方式安设在传感器芯片2上。振荡器3设计为电子电路，并对于精准且准确的数据处理而言是必需的。其中，重要的是，振荡器3以尽量准确且通常为恒定的频率振荡。利用胶粘剂6将传感器芯片2安设在支承元件7上。支承元件7例如可由金属制成，并且传感器芯片2可由硅制成。金属与硅具有不同的热膨胀系数，因此，当温度改变时，会在第一区域10中的传感器芯片2上形成机械应力。该机械应力可对电子电路的工作方式带来干扰。传感器芯片2具有第二区域9，因为其对于支承元件7没有任何粘附连接，因而是无应力的。在该第二区域中不仅设计有振荡器3，同时还设计有传感元件4。传感元件4与振荡器3布置在无应力的第二区域9内，这能够使空气质量流量计I获得十分准确的测量结果。一方面，振荡器3能以精确设定的且不变的频率振荡，并且另一方面，安设在传感元件4中的电子组件也未受到机械负载，从而能够特别准确地检测空气质量流量。此外，在图I中还可看出接线8，其使得传感器芯片2与支承元件7通电相连。通过例如可设计为引线框架的支承元件7，会构成与机动车内的后续的电子装置之间的连接。其中，后续的电子装置例如可以是发动机控制器。图2示出了由图I已知的空气质量流量计I的俯视图。可以看出具有振荡器3、传感元件4以及分析电子装置5的传感器芯片2。在分析电子装置5的下方示出了胶粘剂6，其将传感器芯片2与支承元件7相连接。通过传感器芯片2与支承元件7之间利用胶粘剂6实现的连接，形成了第一区域10，该第一区域由于温度变化而负载了机械应力。在完全无应力的第二区域9中布置有振荡器3和传感元件4。此外，可以看出接线8，其使得传感器芯片与支承元件7通电相连。在图3中示出了空气质量流量计I,其例如可布置在机动车中。空气质量流量计I布置在流体通道11中并且能在所述流体通道中经受流体流动、例如空气流。流体通道11例如设计为壳体13的旁路通道，其优选布置在机动车的内燃机的吸气侧中的空气过滤器的下游。由壳体13的上通道壁与下通道壁界定流体通道11。壳体13典型地设计用于将吸气侧中的一部分空气流通过旁路通道的预定的走向输送给空气质量流量计1，而不会携带较大的颗粒、例如沙粒或尘粒。这种颗粒可破坏空气质量流量计I并且使其不可用。
在图3中借助一个箭头示出了流体在流体通道11中的预定的流动方向12。空气质量流量计I的传感器芯片2优选设计为微机电系统(MEMS)。分析电子装置5、传感兀件4和振汤器3集成在传感器芯片2上。传感元件4包括浮动的薄膜，其例如设计为氮化硅层和/或氧化硅层并且例如具有最小为5μπι的薄膜厚度。薄膜布置在传感器芯片2的框架中。例如借助硅片的蚀刻来实现薄膜的制造，该硅片涂覆有氮化硅层和/或氧化硅层。在薄膜上例如布置有第一温度传感器和第二温度传感器以及加热元件。第一和第二温度传感器例如设计为热电偶，其分别基于塞贝克效应提供一个各自的电压，电压表示借助各自的温度传感器所检测到的、各自的温度。原则上也能够采用第一和第二温度传感器的另一种为专业人员所公知的实施方式、即例如随温度变化的电阻。加热元件例如设计为电阻元件，其优选沿着空气质量流量计I的中心纵轴布置在薄膜上。电阻元件包括至少一个印刷电路，印刷电路会由于通过至少一个印刷电路的电流而使薄膜变热。第一和第二温度传感器优选地布置在薄膜的一个表面上，加热元件也布置在该表面上。第一和第二温度传感器均布置在加热元件的侧面，并且是 布置在加热元件的不同的侧面上。空气质量流量计I优选这样布置在流体通道11中，使得传感器芯片2的一个在其上布置有传感元件4和分析电子装置5的面基本上平行于流体的流动方向。分析电子装置5设计用于，根据分别提供的、第一和第二温度传感器的电压以及所述电压所表示的、所检测到的温度而得出温差，并且据此在输出端向被集成在传感器芯片2上的接口提供一个传感信号。该传感信号代表通过流体通道11的流体的质量流量。接口例如可设计为接合板，其能够通过接线8实现通向支承元件7的电连接，并进而实现通向后续的汽车电子装置的电连接。分析电子装置5可以在传感器芯片S上至少局部地被涂覆保护层C，以便防止由于空气流中的污垢微粒而受损。优选只有分析电子装置5的那些尤其在机动车的内燃机的运行期间会直接经受流体通道FC中的流体流量的区域被涂覆保护层。可替换地但也可选择使分析电子装置5在传感器芯片2上的整个区域涂覆保护层。其中，保护层这样安设在传感器芯片2上，使得传感元件4未被涂覆。保护层优选设计为聚酰亚胺层，并且在MEMS工艺步骤中所制成的质量流量传感器LMM的一个制造步骤中被涂覆到传感器芯片2的一个相应的区域上。其中，质量流量传感器LMM优选在涂覆保护层之前已经完成装配或者制造和/或已经可用于得出质量流量。其中，聚酰亚胺塑料例如可溶解在一种溶剂中并且被喷到传感器芯片2的相应的区域上。然后，溶剂蒸发并且借助传感器芯片S的变热而被转化成最终的聚酰亚胺层。例如所涂覆的层的厚度为5μπι，以确保对于流体中的颗粒与湿度有足够的保护。其中，首先可使整个传感器芯片S被涂覆聚酰亚胺层，并且在后续的制造步骤中有选择性地移除传感元件SU的区域和也许是传感器芯片S的其它区域上的聚酰亚胺层。可替换地，也可在唯一一个制造步骤中已经将聚酰亚胺层有选择性地涂覆到传感器芯片S上，其中，至少空出传感元件2的区域。
权利要求
1.一种具有传感器芯片(2 )的空气质量流量计(I)，其中，所述传感器芯片(2 )构造为微机电系统并且具有传感元件(4)、电子分析电路(5)以及电子振荡器(3)，并且其中，利用胶粘剂(6 )将所述传感器芯片(2 )固定在支承元件(7 )上，其特征在于，所述传感器芯片(2 )被分为第一区域(10)和第二区域(9)，其中，仅在所述第一区域(10)中利用所述胶粘剂(6)实现将所述传感器芯片(2)固定在所述支承元件(7)上，并且，所述传感元件(4)和所述振荡器(3)布置在所述第二区域(9)中。
2.根据权利要求I所述的空气质量流量计(1)，其特征在于，所述支承元件(7)设计为冲压板件。
3.根据权利要求I或2所述的空气质量流量计(1)，其特征在于，所述传感元件(4)设计为薄膜。
4.根据权利要求3所述的空气质量流量计(I)，其特征在于，在所述薄膜上设计有第一温度传感器和第二温度传感器以及加热元件。
全文摘要
本发明涉及一种具有传感器芯片的空气质量流量计，其中，传感器芯片构造为微机电系统并且具有传感元件、电子分析电路以及电子振荡器，并且其中，利用胶粘剂将传感器芯片固定在支承元件上。为了指定能够实现特别可靠且准确的数据分析的空气质量流量计，传感器芯片(2)被分为第一区域(10)和第二区域(9)，其中，仅在第一区域(10)中利用胶粘剂(6)实现将传感器芯片(2)固定在支承元件(7)上，并且，传感元件(4)和振荡器(3)布置在第二区域(9)中。
文档编号G01F1/696GK102844646SQ201180019215
公开日2012年12月26日 申请日期2011年4月12日 优先权日2010年4月16日
发明者托尔斯藤·克尼特尔, 斯特凡·舒雷尔 申请人:大陆汽车有限责任公司