專利名稱：具有流體分離元件的熱膜空氣質(zhì)量計的制作方法
具有流體分離元件的熱膜空氣質(zhì)量計技術領域5 本發(fā)明涉及一種具有流體分離元件的熱膜空氣質(zhì)量計，用于避免表面污染和由污染引起的信號漂移。
背景技術：
在許多工藝過程中、例如在工藝技術、化學或機械制造領域中必 需確定地輸送氣體質(zhì)量、尤其是空氣質(zhì)量。尤其是在被調(diào)節(jié)的條件下 10 進行的燃燒過程屬于此類。在此一個重要的示例是汽車內(nèi)燃機中的燃 燒燃料，尤其是后面連接有廢氣催化凈化的燃燒燃料。在此為了測量 空氣質(zhì)量流使用不同類型的傳感器。一種由現(xiàn)有技術已知的傳感器類型是所謂的熱膜空氣質(zhì)量計(HFM),它例如在DE 196 01 791 Al中在一個實施方式中描述。在該 15 熱膜空氣質(zhì)量計中通常在傳感器芯片上、例如硅傳感器芯片上涂覆薄 的傳感器膜。在傳感器膜上一般設置至少一個熱電阻，它被兩個或多 個熱敏電阻包圍。在通過膜導引的空氣流中，溫度分布改變，這也可 以被溫度測量電阻獲知。因此例如可以由溫度測量電阻的電阻差確定 空氣質(zhì)量流。由現(xiàn)有技術已知這種傳感器類型的許多其它變化。這些 20 傳感器例如直接安裝在內(nèi)燃機的吸氣管或者旁路通道中。例如在DE 103 48 400 Al中描述了一個傳感器芯片安裝在旁路通道中的實施方 式。但例如由DE 101 11 840 C2已知的這種類型傳感器的問題是，可 能經(jīng)常產(chǎn)生傳感器芯片的污染，例如由于油。傳感器芯片通常直接安 25 裝在內(nèi)燃機的吸氣管或者吸氣管旁路通道中。在此在內(nèi)燃機運行中或者在關斷后不久，油沉積在傳感器芯片上，尤其是傳感器膜上。這種 油沉積可能導致對傳感器芯片測量信號的不期望的影響，尤其是因為 油膜在傳感器芯片的表面上影響表面的導熱性，這導致測量信號錯誤 或者信號漂移。5 此外已知，液體在具有溫度梯度的表面上經(jīng)受朝向較冷區(qū)域方向的力(參見例如V.GLevich，"物理化學流體動力學"Prentice-Hall, N丄1962第384頁)。這是為什么在熱空氣質(zhì)量計運行時在熱的測量區(qū) 域的邊界區(qū)域聚積液體、例如油并因此隨著時間導致熱膜空氣質(zhì)量計 測量信號漂移的原因之一。空氣流推動位于表面上的液滴和其它污物io 直到熱測量區(qū)域的邊界，在邊界上產(chǎn)生強的溫度梯度。在那里強的溫 度梯度對空氣流引起的力產(chǎn)生反作用力。因此在邊界線上聚積液滴， 它們在達到一定的尺寸時易于再被空氣流攜帶，由此污染測量區(qū)域的 表面。除了油滴以外由于這種效應一般也使粘附在油滴上的其它污物 (例如灰塵)到達測量區(qū)域的表面上。15 以不均勻的間距通過空氣質(zhì)量流將油和其它污物推動到測量區(qū)域 表面上的這種效應尤其引起瞬時的且不可預見的熱膜空氣流質(zhì)量計信 號不穩(wěn)定。這尤其由此引起分散產(chǎn)生的污染改變測量區(qū)域表面的導 熱性，由此使以前完成的熱膜空氣質(zhì)量計校準失去其有效性。除了瞬 時變化以外也可能產(chǎn)生熱膜空氣質(zhì)量計特性的長時間持續(xù)的變化，尤20其是當在測量表面上的污染較長時間地粘附在那里的時候。由尤其在測量區(qū)域邊界上建立的污染所引起的另一問題是，影響 熱膜空氣質(zhì)量計的流體動力特性。熱膜空氣質(zhì)量計在投入運行前被校 準，其中校準從熱膜空氣質(zhì)量計表面上的確定的空氣質(zhì)量流流體特性 出發(fā)。但如果在運行中在測量區(qū)域的邊界面上產(chǎn)生污染、尤其是液體25 墻，因此這種污染也影響空氣質(zhì)量流在測量表面上的速度斷面圖并由此影響溫度斷面圖。但因為熱量在測量表面上的輸送取決于速度斷面 圖和溫度斷面圖的形狀，這導致熱膜空氣質(zhì)量計的信號漂移。發(fā)明內(nèi)容因此，按照本發(fā)明，提出一種熱膜空氣質(zhì)量計，它避免由現(xiàn)有技 5術已知的熱膜空氣質(zhì)量計的缺陷。尤其是所建議的熱膜空氣質(zhì)量計在 其一種構型中具有與從現(xiàn)有技術中已知的熱膜空氣質(zhì)量計相比明顯減 小的表面污染和由表面污染引起的減小的信號不穩(wěn)定。該熱膜空氣質(zhì)量計尤其適用于測量在0至60米每秒范圍中的空氣質(zhì)量流并因此尤其 可以裝在內(nèi)燃機的吸氣管中。 io 本發(fā)明涉及這種認識例如從約15pm起的小高度污物沉積就己經(jīng)可能對熱膜空氣質(zhì)量計表面上的空氣質(zhì)量流的流動特性產(chǎn)生明顯的影 響。這種污染導致流體分離使得流體延遲返回到熱膜空氣質(zhì)量計的傳 感器芯片上并且導致用于改變邊界層的湍流特性發(fā)生變化。這又導致 信號漂移。因此本發(fā)明的棊本思想是，使各種類型的由于污物沉積對15 空氣質(zhì)量流的流體速度斷面圖的影響最小化。本發(fā)明熱膜空氣質(zhì)量計用于測量以主流動方向流動的空氣質(zhì)量流 并且具有一個具有測量表面的傳感器芯片。在此空氣質(zhì)量流應該基本 平行地流到傳感器芯片的表面上，測量表面是該表面的組成部分。在此"基本"意味著也可以容忍略微偏離平行流動，例如偏離10°以下。20 熱膜空氣質(zhì)量計為了測量空氣質(zhì)量流例如可以直接安裝在內(nèi)燃機的吸氣管中，或者也可以安裝在吸氣管的旁路通道中。因此"主流動方向" 概念的含義取決于安裝地點。當安裝在吸氣管中時主流動方向尤其意 味著吸氣管的管道中的流動方向。當安裝在可能局部彎曲的旁路通道 中時"主流動方向"基本意味著空氣質(zhì)量流在旁路通道的一個部分區(qū)25段中的輸送方向，熱膜空氣質(zhì)量計、尤其是傳感器芯片安置在該部分區(qū)段中?？傊瑢τ?主流動方向"可以總是理解為空氣質(zhì)量流在傳 感器芯片位置上的主要輸送方向。在此應忽略局部的渦流。在此作為傳感器芯片原則上可以使用幾乎所有由現(xiàn)有技術已知的傳感器芯片，例如在DE 196 01 791 Al中建議的傳感器芯片。但原則 5上也可以使用其它類型的熱膜空氣質(zhì)量計傳感器芯片。但在此重要的 是在傳感器芯片上存在測量表面。該測量表面的特征應該是，該傳感 器芯片在測量表面的區(qū)域中具有比傳感器芯片的周圍區(qū)域中(芯片固 定區(qū))明顯更小的橫向?qū)崮芰ΑＴ搨鞲衅餍酒跍y量表面的區(qū)域中 最好比在傳感器芯片的周圍區(qū)域中具有小至少一個數(shù)量級的橫向?qū)?0 能力。傳感器芯片在測量表面的區(qū)域中例如可以具有0.1至2W/mK的 橫向?qū)崮芰?，相比之下空氣導熱能?.026W/mK，周圍的硅固定區(qū) 導熱能力156W/mK。這例如能夠如同在DE 196 01 791 Al中所公開的 傳感器芯片中那樣通過硅膜實現(xiàn)，該硅膜與周圍的硅固定區(qū)相比具有 明顯較小的橫向?qū)崮芰Γ驗樵谶@里橫向?qū)崮芰就ㄟ^周圍空15氣確定。但也可以使用其它的裝置，其中測量區(qū)域具有明顯減小的橫 向?qū)崮芰?。傳感器芯片的測量區(qū)域例如可以多孔地構成，其中這些 孔起到減小導熱能力的作用。在傳感器芯片的測量表面上尤其可以設置至少一個加熱元件和至 少兩個測量電阻，它們例如構造為基本平行的、基本垂直于主流動方20向延伸的印制導線。在此各個印制導線也可以略微相對傾翻，其中"基 本平行"在此最好意味著不大于±3°的傾翻。在此"基本垂直"在此可 以理解為，印制導線相對于主流動方向的角度優(yōu)選90°，其中最大為5°、 最好最大20°的角度誤差還是允許的。本發(fā)明的核心部分是，參考主流動方向看為測量表面前置至少一25個流體分離元件。所述至少一個流體分離元件這樣構造，使得空氣質(zhì)量流通過該流體分離元件在達到測量表面之前在至少一個分離區(qū)域中 被從傳感器芯片的表面分離。因此該流體分離元件的核心思想是，上 面所述的區(qū)域在傳感器芯片的測量表面與芯片固定區(qū)之間的過渡部 上、尤其是在測量表面的上游從一開始就在流體技術上設計為"死水 5區(qū)"。在此這樣設計流體分離元件，使得所述至少一個分離區(qū)域盡可能 完全或部分地覆蓋已知在運行中產(chǎn)生強烈污染的區(qū)域。因此所述至少 一個流體分離元件起到"保護墻"的作用，它建立在測量表面與芯片 固定區(qū)之間的邊界區(qū)域的前面，并且它導致流體分離("死水")，但該 流體分離與通過污染引起的流體分離不同，它是確定的并且在時間上 10 是恒定的。該流體分離、即在所述至少一個流體分離元件后面形成分 離區(qū)域可以基于其確定性和在時間上的恒定而在校準熱膜空氣質(zhì)量計 時被考慮。因此污物在該分離區(qū)域中的粘附只相對小地影響傳感器芯 片上、尤其是測量表面上的空氣質(zhì)量流速度斷面圖，并由此導致強烈 減小的信號漂移。15 因此，這種按照本發(fā)明構成的熱膜空氣質(zhì)量計的測量信號與傳統(tǒng)的熱膜空氣質(zhì)量計相比明顯更穩(wěn)定。信號漂移只以強烈減小的程度出 現(xiàn)。此外所述至少一個流體分離元件使得污物被空氣質(zhì)量流推動到傳 感器芯片測量表面上的危險明顯減小。因此，本發(fā)明熱膜空氣質(zhì)量計 的構型總體上也起到減小易受干擾性的作用并且提高了本發(fā)明系統(tǒng)的20 堅固性。本發(fā)明的有利擴展結(jié)構在從屬權利要求中描述并且可以單個地或 組合地實現(xiàn)。本發(fā)明熱膜空氣質(zhì)量計的擴展構造尤其涉及類型和構型 以及所述至少一個流體分離元件的布置。因此所述至少一個流體分離 元件可以具有至少一個隆起，其中所述至少一個隆起具有至少一個垂 25 直于主流動方向與傳感器芯片表面間隔開的上棱邊。但在此對于"間隔開"不必一定理解為流體分離元件設置在傳感器芯片的表面上。而 是優(yōu)選，所述至少一個流體分離元件在熱膜空氣質(zhì)量計上相對于傳感 器芯片前置。所述上棱邊相應地應該僅與傳感器芯片的表面相比升高。在此優(yōu)選該上棱邊突出于傳感器芯片的表面至少15pm、優(yōu)選至少 530nm并且特別優(yōu)選至少40pm，即垂直于主流動方向與該表面間隔開。 所述至少一個流體分離元件的這種尺寸已經(jīng)證實對于傳感器芯片上的 典型沉積是有利的。所述至少一個流體分離元件例如可以具有一個流動墻、 一個線材、 一個輔助板、 一個臺階和/或一個凸緣，以及上述元件的組合。在此特io別優(yōu)選，所述至少一個流體分離元件基本平行于傳感器芯片的表面延 伸，由此尤其所述隆起的上棱邊基本平行于傳感器芯片的表面延伸。 如同在關于空氣質(zhì)量流在測量表面上的平行流動定義"基本"時那樣， 在這里也應能夠容忍最大約10。的平行度偏差。此外優(yōu)選，所述至少一 個流體分離元件基本垂直于主流動方向延伸。在這里也可以容忍最大15 10。的偏差。此外如上所述，測量表面可以具有至少一個印制導線。在此尤其 可以涉及一個或多個溫度傳感器的印制導線和/或一個或多個加熱元件 的印制導線。按照本發(fā)明，在這種情況下優(yōu)選，所述至少一個流體分 離元件相對于所述至少一個印制導線(或者說參考主流動方向看"在20上游"設置得最遠的那個印制導線)在主流動方向上前置至少30nm、 優(yōu)選至少50pm且特別優(yōu)選至少60nm。因為通常所述至少一個流體分 離元件本身具有有限的伸展，因此這些最小參數(shù)最好涉及所述至少一 個流體分離元件的上述上棱邊，尤其涉及沿著主流動方向在該上棱邊 與上游最前面的印制導線之間的距離，或者涉及所述至少一個流體分25離元件的處于所述至少一個印制導線緊后面的部分。本發(fā)明的該擴展方案防止分離區(qū)域太強烈地延伸到所述至少一個印制導線的區(qū)域上， 在這種情況下不再能假設在所述至少一個印制導線上方有空氣質(zhì)量流 的層流。該分離區(qū)域則會直到突出于所述至少一個印制導線并且在那 里導致誤測量。但還可以容忍分離區(qū)域與所述至少一個印制導線的略 5 微重疊。但撇開與印制導線的該最小距離，也得到所述至少一個流體分離 元件的其它優(yōu)選布置。因此尤其優(yōu)選，所述傳感器芯片在測量表面與 芯片固定區(qū)之間的過渡部上具有一個邊界線，所述至少一個流體分離 元件在主流動方向看相對于該邊界線(或者說該邊界線的大多處于上io 游的區(qū)段)前置最大500pm、優(yōu)選最大300pm且特別優(yōu)選最大200pm。 與(處于上游的)邊界線的該最大距離由此得到如上所述，污物(尤 其是油滴)優(yōu)選聚積在被加載以強烈的溫度梯度的邊界線上。如果所 述至少一個流體分離元件在邊界線上游安置得太遠，則其結(jié)果是，在 污物達到邊界線上時流體已經(jīng)又貼靠到芯片表面上。因此該流動在邊15 界線的區(qū)域中已經(jīng)又受到邊界線上的污物的影響，使得所述至少一個 流體分離元件已經(jīng)失去其作用。與上述類似，在所述至少一個流體分 離元件有限伸展情況下，"最大"的概念尤其意味著，其中包括邊界線 與上述上棱邊之間的距離和/或邊界線與所述至少一個流體分離元件的 離邊界線最遠的部分之間的距離。20 除了所述至少一個流體分離元件的上述實施方式外，所述至少一個流體分離元件還可以由此實現(xiàn)傳感器芯片凹下地置入到一個芯片載體中。為此將傳感器芯片保持在一個芯片載體中，其中該芯片載體 具有一個被空氣質(zhì)量流基本平行地流過的載體表面(允許偏差仍為約10°)。在此傳感器芯片以一個表面相對于載體表面凹下地置入到芯片25 載體中，由此在芯片載體與傳感器芯片之間的過渡部上在入流側(cè)(即，參考主流動方向看在上游)構成一個臺階。該臺階起到流體分離元件 的作用并且在傳感器芯片的邊緣區(qū)域中形成一個分離區(qū)域。最好傳感器芯片的所述表面相對于載體表面凹下至少15pm、尤其至少3(Him且 特別優(yōu)選至少40nm。該實施方式尤其(但不僅僅)在此時是有利的-5如果由于熱梯度力使得污物沉積實際上預計在傳感器芯片的邊緣附近 而不是進一步在傳感器芯片表面的內(nèi)部。尤其當測量表面例如通過多 孔化大面積制造(與通常不是大面積產(chǎn)生的膜相反)且一直伸展到芯 片表面邊緣區(qū)域附近時，是這種情況。
io 下面借助于附圖詳細描述本發(fā)明。附圖中示出圖1 一個熱膜空氣質(zhì)量計的傳感器芯片示例性劃分成一個測量表面和一個芯片固定區(qū)，圖2A 空氣質(zhì)量流在表面上受到施加在該表面上的污物影響的示意圖，15 圖2B 按照圖2A的裝置，具有在污染前施加上的流體分離元件，圖3A至3D 流體分離元件的該構型的多種不同實施例， 圖4 流體分離元件的一種構型，呈凹下地安置到芯片載體中的 傳感器芯片的形式。20具體實施方式
在圖1中示出(僅示意描述的)熱膜空氣質(zhì)量計的傳感器芯片110 的一個(除了按照本發(fā)明的流體分離元件外，見下面)相應于現(xiàn)有技 術的構型。該傳感器芯片110例如可以安裝在內(nèi)燃機的吸氣管中或者 安裝到內(nèi)燃機吸氣管的旁路通道中。例如由DE 196 01 791 Al已知這25類裝置。按照圖1的構型的傳感器芯片具有一個芯片固定區(qū)，它在圖示平面中具有一個固定區(qū)表面112 (只示意地表示)。在該實施例中要 假設，該傳感器芯片110是一個硅傳感器芯片。此外該傳感器芯片110 具有一個測量區(qū)域，它在圖示平面中具有測量表面114。該測量表面 114在該實施例中以矩形116的形狀構造，該矩形具有垂直于空氣質(zhì)量 5 流主流動方向122的較長的邊Lw118， 120。即，較長的邊118是矩形 116的處于上游最遠處的部分并因此是測量表面114的邊界線。矩形 116的較短的邊lM通過標記符號124， 126標記并且平行于主流動方向 122設置。傳感器芯片110在測量表面114的區(qū)域中具有約為0.1至 2W/mK的導熱能力，相比之下周圍的固定區(qū)為126W/mK。這可以通io過硅在測量表面114區(qū)域中的多孔化實現(xiàn)。也可以選擇使用在橫向基 本通過周圍空氣確定的0.026W/mK導熱能力的傳感器膜。在測量表面114的區(qū)域中設置中心熱膜空氣質(zhì)量計電路的印制導 線128。這些印制導線128由一個中心加熱元件130和兩個溫度傳感器 132， 134組成。在此，溫度傳感器132安置在中心加熱元件130上游，15溫度傳感器134設置在下游。印制導線128以其外部尺寸在測量表面 114上限制一個傳感器區(qū)域136。傳感器區(qū)域136在該實施例中也以矩 形138的形狀構造，該矩形具有較長的邊140， 142和較短的邊144， 146。該矩形的連接側(cè)的較短的邊144在此位于測量表面的矩形116的 連接側(cè)的較短的邊124上。傳感器區(qū)域136的矩形138的邊長度在圖120中用Ls和Is表示。在按照圖1的與現(xiàn)有技術相應的實施例中，中心 HFM電路的印制導線128 —直延伸到幾乎測量表面114的外部的矩形 116上。該矩形116的較長的邊118， 120典型地具有約1600拜的長 度Lm，矩形116的較短的邊124， 126具有l(wèi)M—50至500pm的長度。 在此傳感器區(qū)域136的矩形138的尺寸只是不明顯地小，其中例如Ls25 約0.9至0.95 X1M，而Is約0.7XIm。此外在圖1中也示出油滴148沿著測量表面114的矩形116聚積 的問題。因此這些油滴148安置得緊靠印制導線128。 一個輕微的外作 用力、例如通過空氣質(zhì)量流使得油滴148被推動到印制導線128上。 此外，油滴148的聚積也使得傳感器芯片IO在測量表面114的矩形116 5的邊緣區(qū)域中的導熱能力改變。尤其是通過油滴148可提高測量表面 114與固定區(qū)表面112之間的過渡部上的導熱能力。這對于測量表面 114上的溫度分布具有顯著影響。此外，油滴148經(jīng)常對于灰塵和煙灰 形成粘附劑。此外在許多情況下在測量表面的矩形116的邊緣區(qū)域中 形成高度約15至30拜的"油墻"，這導致該區(qū)域中的空氣渦流，這些io 空氣渦流在一定的運動距離之后才再平靜。這種效應在圖2A中詳細表 示。圖2A示出熱膜空氣質(zhì)量計的入流區(qū)中的污物沉積對熱膜空氣質(zhì)量 計的傳感器芯片IIO上的空氣質(zhì)量計速度斷面圖的影響。在圖2A的視圖中簡化地假設，油滴148 (見圖1)在矩形138的 入流側(cè)的較長邊140上堆積成一個"污物墻"210。除油滴148其它污15 物也可促成該污物墻210，例如灰塵或其它漂浮顆粒。此外在圖2A中示出空氣質(zhì)量流的流動線212，該空氣質(zhì)量流以主 流動方向122平行于地流到傳感器芯片110的表面214上。除這些流 動線外附加地為了選擇位置在表面214上示出流動斷面216，它們象征 表面214上的空氣質(zhì)量流速度斷面圖。20 如同由圖2A所示，在污物墻210后面(即參考主流動方向在下游)形成一個由污物造成的分離區(qū)域218。該由污物造成的分離區(qū)域218 的邊界象征性地通過虛線220表示。而在由污物造成的分離區(qū)域218 之外在按照圖2A的示例中在表面214上具有基本層狀的流動，這種流 動在由污物造成的分離區(qū)域218中被分離，由此在該分離區(qū)域218形25 成空氣渦流222。因為如圖1所示油滴148以及由此污物墻210由于上述溫度梯度而主要沿測量表面114的矩形116的邊118形成，由此由 污物造成的分離區(qū)域218達到測量表面114并且一直達到印制導線128 的區(qū)域中。典型地，在空氣流動約60m/s時，由污物造成的分離區(qū)域 218具有平行于主流動方向122的約200至300pm的伸展。因為矩形 5 116的較長的邊118在圖1中僅與矩形138的較長的邊140間隔開約 68至150miti的間距A，因此由污物造成的分離區(qū)域218影響印制導線 128上方的流動情況。因為如上所述由污物造成的分離區(qū)域218的高度 在時間上不是恒定的，因此傳感器區(qū)域136上的速度斷面圖216在時 間上也不是恒定的，這導致熱膜空氣質(zhì)量計測量信號的漂移和時間上io的不穩(wěn)定性。而在圖2B中示出一個示例，其中與圖2A不同，為污物 墻210前置一個按照本發(fā)明的流體分離元件224。該流體分離元件224 在按照圖2B的視圖中具有墻的形狀，該墻具有矩形橫截面和一個上棱 邊226，該墻在該實施例中處于傳感器芯片110的表面214上方約30^irn 的高度H (標記符號228)。因此在該實施例中該流體分離元件224具15 有約兩倍于污物墻210 (約15pm，見上面)的高度。如圖2B所示，與對圖2A的描述類似，現(xiàn)在在流體分離元件224 后面也形成一個分離區(qū)域230，它具有分離區(qū)域230的邊界232，該分 離區(qū)域?qū)嶋H上完全包含了由污物造成的分離區(qū)域218。但與圖2A的視 圖和由污物造成的分離區(qū)域218不同，流體分離元件224的分離區(qū)域20 230不取決于污物墻210的高度并因此在時間上是恒定的。因此可以在校準熱膜空氣質(zhì)量計時考慮該分離區(qū)域230，盡管該分 離區(qū)域同樣具有直到印制導線128的延伸距離。感覺不到或只能不明 顯地附加察覺到由污物造成的分離區(qū)域218的效應，因此熱膜空氣質(zhì) 量計的校準與污物墻210的高度無關。流體分離元件224的附加效應25是，防止污物墻210被空氣質(zhì)量流推動到傳感器芯片110的傳感器區(qū)域136上。在圖1中象征性地通過虛線150示出流體分離元件224的位置(與 現(xiàn)有技術不相應！)?？梢钥闯?，在該優(yōu)選實施例中流體分離元件224 基本平行于印制導線128，即基本垂直于空氣質(zhì)量流的主流動方向122 5 延伸。矩形116的較長的邊118與流體分離元件224之間的距離在按 照圖1的描述中象征性地用d表示并且在該實施例中約為200pm。在圖3A至3D中示出用于實現(xiàn)流體分離元件224的不同實施方式， 它們可以與圖2B中所示的"墻"互換地使用。但要指出，流體分離元 件224的其它實施方式也是可以的。在此，熱膜空氣質(zhì)量計在按照圖 io 3A至3D的實施例中分別具有一個芯片載體310，它通過入流棱邊312 被空氣質(zhì)量流(象征性地通過流動方向122表示)流上來或流過。芯 片載體310例如構造為注塑塑料件。傳感器芯片IIO按照上面的描述 置入芯片載體310中，其中傳感器芯片110的表面214基本與芯片載 體310的載體表面314平齊。傳感器芯片110的測量表面114的構型 15 例如相應于圖1中的構型。按照圖3A至3D的熱膜空氣質(zhì)量計實施例在流體分離元件224的 構型方面不相同。因此，在按照圖3A的優(yōu)選構型中流體分離元件224 構造為長的線材，它平行于入流棱邊312延伸。該實施方式是優(yōu)選的， 因為流體分離元件224的這種形狀在技術上能夠簡單地實現(xiàn)并且因此 20能夠可靠且經(jīng)濟地制造。在圖3B中，流體分離元件224以粘接劑道的 形式構成，它例如可以通過施加自硬化的、UV硬化的或者溫度硬化的 粘接劑產(chǎn)生。這種構型也可以在技術上相對簡單且成本有利地實現(xiàn)。在按照圖3C的構型中，在入流側(cè)在傳感器芯片IIO前面在芯片載 體310上安置一個小片，它整體起到流體分離元件224的作用。而在 25按照圖3D的構型中，流體分離元件224構造為凸緣，它突出于傳感器芯片110約lOOMm。該凸緣例如可以構造為芯片載體310的整體組成 部分并且例如在制造(例如注塑)芯片載體310時已經(jīng)成型上去。替 換地或附加地，該凸緣也可作為獨立的構件安置到芯片載體310上。 最后在圖4中示出熱膜空氣質(zhì)量計的另一實施例，其中傳感器芯 5 片110凹下地置入到芯片載體310中。該傳感器芯片110也與圖1中 的描述類似地構成并且具有一個芯片表面214，它具有測量表面114和 固定區(qū)表面112。按照圖4的實施例如上所述尤其對于這樣的傳感器芯 片110是有利的其中測量表面114幾乎(例如<400阿)達到芯片表 面214的邊緣，即例如在通過多孔化制造的測量表面114時。在該實io 施例中，傳感器芯片110的表面114與載體表面314相比凹下約60pm， 因此棱邊410形成流體分離元件224并且相應于圖2B的描述中的上棱 邊226。因此在棱邊410后面與圖2B類似地形成一個分離區(qū)域230。 該分離區(qū)域230包括污物墻210和污物墻210的一個可能存在的由污 物造成的分離區(qū)域218。因此流體分離元件224在該實施例中與在上面15描述的情況中具有相同的作用。傳感器芯片110在該示例中通過連接 層412 (例如粘接劑)與芯片載體310連接并且固定地置入該載體中。 通過改變連接層412的厚度可以調(diào)整傳感器芯片110的表面214相對 于載體表面314的凹下程度，由此調(diào)整分離區(qū)域230的大小。
權利要求
1.用于測量以主流動方向(122)流動的空氣質(zhì)量流的熱膜空氣質(zhì)量計，尤其是用于安裝在內(nèi)燃機吸氣管中，其中，該熱膜空氣質(zhì)量計具有一個具有測量表面(114)的傳感器芯片(110)，其中，空氣質(zhì)量流基本平行地流到傳感器芯片(110)的表面(214)上，其特征在于，具有至少一個參考主流動方向(122)看前置于所述測量表面(114)的流體分離元件(224)，其中，所述至少一個流體分離元件(224)構造得用于使空氣質(zhì)量流在達到測量表面(114)之前在至少一個分離區(qū)域(230)中與傳感器芯片(110)的表面(214)分離。
2. 如前一權利要求所述的熱膜空氣質(zhì)量計，其特征在于，所述至 少一個流體分離元件(224)具有至少一個隆起，其中，所述至少一個 隆起具有至少一個垂直于主流動方向(122)與傳感器芯片(110)的15表面(214)間隔開的上棱邊(226; 410)。
3. 如前一權利要求所述的熱膜空氣質(zhì)量計，其特征在于，所述隆 起的上棱邊(226; 410)垂直于主流動方向(122)與傳感器芯片(110) 的表面(214)間隔開一個至少15拜、優(yōu)選至少30^un并且特別優(yōu)選20至少40^im的高度H。
4. 如上述權利要求之一所述的熱膜空氣質(zhì)量計，其特征在于，所 述至少一個流體分離元件(224)具有下列元件中的至少一個流動墻； 線材；輔助板；臺階；凸緣。25
5.如上述權利要求之一所述的熱膜空氣質(zhì)量計，其特征在于，所 述至少一個流體分離元件(224)基本平行于傳感器芯片(110)的表 面(214)和/或基本垂直于主流動方向(122)延伸。
6.如上述權利要求之一所述的熱膜空氣質(zhì)量計，其特征在于，所述測量表面(114)具有至少一個印制導線(128)，其中所述至少一個 流體分離元件(224)參考主流動方向(122)看前置于所述至少一個 印制導線至少30pm、優(yōu)選至少5(Him且特別優(yōu)選至少60^un。
7.如上述權利要求之一所述的熱膜空氣質(zhì)量計，其特征在于，所述傳感器芯片(110)還具有一個包圍測量表面(114)的固定表面(112), 其中測量表面(114)與芯片固定區(qū)的固定表面(112)之間的過渡部 定義一個邊界線(118)，其特征在于，所述至少一個流體分離元件(224) 參考主流動方向(122)看前置于該邊界線(118)最大50(Him、優(yōu)選 最大300nm且特別優(yōu)選最大200fmi。
8.如上述權利要求之一所述的熱膜空氣質(zhì)量計，附加具有一個芯 片載體(310)，其中，傳感器芯片(110)被保持在該芯片載體(310) 中，其特征在于，所述芯片載體(310)具有一個被空氣質(zhì)量流基本平 20行地流過的載體表面(314)，其中，傳感器芯片(110)以其表面(214) 相對于載體表面(314)凹下地置入到芯片載體(310)中，其中在芯 片載體(310)與傳感器芯片(110)之間的過渡部上在入流側(cè)構成一 個棱邊(410)。
9.如前一權利要求所述的熱膜空氣質(zhì)量計，其特征在于，所述傳感器芯片(110)的表面相對于載體表面(314)凹下至少15拜、優(yōu)選 至少30^m且特別優(yōu)選至少40pm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于測量以主流動方向流動的空氣質(zhì)量流的熱膜空氣質(zhì)量計，尤其是可安裝在內(nèi)燃機吸氣管中。該熱膜空氣質(zhì)量計具有一個具有測量表面(114)的傳感器芯片(110)?？諝赓|(zhì)量流基本平行地流到傳感器芯片(110)的表面(214)上。至少一個流體分離元件(224)參考主流動方向(122)看前置于所述測量表面(114)。所述至少一個流體分離元件(224)構造得用于使空氣質(zhì)量流在達到測量表面(114)之前在至少一個分離區(qū)域(230)中與傳感器芯片(110)的表面(214)分離。
文檔編號G01F1/692GK101243307SQ200680029983
公開日2008年8月13日 申請日期2006年6月14日 優(yōu)先權日2005年8月16日
發(fā)明者B·奧皮茨, C·格梅林, H·黑希特, K·雷曼, U·瓦格納 申請人:羅伯特·博世有限公司