专利名称：具有等位面的传感器芯片及等位面在传感器芯片上的应用及避免沾污传感器芯片的方法
技术水平本发明涉及到按照权利要求1及13及14、15所述类型的具有等位面的传感器芯片及等位面在传感器芯片上的应用以及避免沾污传感器芯片的方法。
从DE 19601791 A1中知道了一种具有传感器区域的传感器芯片，它例如由一个框架元件、一个凹部和一个构成传感器区域的膜片组成。由于传感器芯片被污染，例如沾上其所承受的油，总是会在传感器区域内出现对传感器芯片测量信号的所不希望的影响。传感器区域或直接围绕传感器周围的区域被油污染会改变传感器芯片表面上的热传导系数并且对测量信号产生错误影响。另外，沉积在传感器芯片上的油会成为流动介质中所含固体颗粒的粘附剂。这些被沾住的颗粒又额外加大了不利影响。
US-PS 5,705,745给出了具有一个膜片的传感器芯片，在该膜片上安置了温度电阻和加热电阻，其中，膜片被一个导热元件包围，该导热元件也可以是U形的。导热元件不被加热，也就是说，它没有电位。
US-PS 4,888,988给出了具有一个膜片的传感器芯片，其中，围绕膜片安置了一个金属导体。该导体是传感器芯片上用于一种测量方法的测量装置的公共零位导体。
DE 19801484 A1给出了具有一个膜片的传感器芯片，其中，围绕着膜片安置导电体，一个电流流过这些导电体。这些印制导线是用于测量方法或测量过程的温度感受器。
DE 2900210 A1或US-PS 4,294,114给出一种传感器芯片，它具有一个安置支座上的与温度有关的电阻，其中，在该支座上安装了另一个将基体加热的电阻。
DE 4219454 A1或US-PS 5,404,753给出了一种传感器芯片，它具有一个与传感器区域隔开间距的参考温度感受器。
DE 3135793 A1或US-PS 4,468,963给出了一种传感器芯片，它在传感器电阻上游和/或下游具有另一个电阻，但该电阻影响测量信号。
本发明优点相比而言，具有权利要求1或13或14或15所标明特征的具有等位面的本发明传感器芯片及根据本发明等位面在传感器芯片上的应用以及用于避免传感器芯片沾污的本发明方法的优点是，以简单的方式方法减少或避免了传感器芯片的传感器区域的沾污。
通过在从属权利要求中给出的措施可以有利地进一步扩展和改进在权利要求1中所述的传感器芯片。
在传感器区域下游也有利地安置了等位面，它们例如在反向电流的情况下保护传感器区域。
通过在一个第一等位面上的正电位和在随后一个等位面上的负电位达到有利的电位梯度。
这些等位面最好具有U形的形状，该U形形状有利地包围传感器区域。
这些等位面有利地如加热电阻那样作为印制导线构成，因为这是一种熟悉和简单的制造方法。
有利地，传感器区域独立于等位面运行，也就是说，测量工作或传感器区域提供的测量信号不受等位面的运行的影响，反过来也一样。
附图在附图中简化示出了本发明的实施例并且在下面的说明中进行详细介绍。图中示出

图1按照现有技术的传感器芯片，图2a本发明传感器芯片的第一实施例，图2b本发明传感器芯片的第二实施例，图2c本发明传感器芯片的第三实施例。
该传感器芯片具有一个例如用硅制成的框架元件3。框架元件3具有一个凹部5。在框架元件上例如覆盖一个例如用SiO2制成的介电层21。该层21可以在整个框架元件3上延伸，但也可以只在凹部5的区域上延伸。该区域形成一个膜片33，该膜片在一侧部分地或者完全地限定凹部5的边界。在膜片33的与凹部5相背的一侧上，安置了至少一个、例如三个金属导线19。这些金属导线19构成例如电加热器和/或测量电阻并且与膜片33一起形成一个传感器区域17。至少传感器区域17最好被一个保护层23覆盖。保护层23也可以只在金属导线19上延伸。传感器芯片具有一个与流动介质直接接触的表面27。
图2a以俯视图示出按照本发明构成的传感器芯片1的一个第一在传感器区域17上安置了例如金属导线，它们形成例如至少一个电加热电阻35和至少一个温度感受器37。温度感受器37例如也是一个电阻。在这里的情况下具有一个加热电阻35和两个温度感受器37，它们在很大程度上相互平行地安置，其中，温度感受器37在加热电阻35的左边和右边延伸。这些金属导线大部分安置在传感器区域17内，而且是用于确定流动介质的至少一个参数如温度和/或流量的测量方法的前提条件。因此，传感器区域17与一个未示出的熟知的控制和调节电路连接。传感器区域17可以例如由上面介绍的膜片33构成。
传感器芯片1安置在流动介质中以测定至少一个参数，其中，该流动介质沿一个主流动方向42从传感器芯片1或表面27旁边及上面流过。流动介质可能含有会导致传感器芯片1被沾污的杂质。这些杂质例如是油或者是溶于水中的盐。为了避免或者减少沾污，沿主流动方向42在传感器区域17前面安置了一个第一等位面44和一个第二等位面47。第一等位面44例如具有一个1Volt的正电位，它例如来源于一个与控制和调节电路无关的电压源。第二等位面47没有或者具有负电位。电位梯度可以具有每个数值，而且也可以相反地构成。
通过等位面与含在流动介质中的液体微粒或污物微粒的相互电作用，可以阻止在传感器区域17中的沉积，因为污物微粒被所施加电压的电场排斥并且因此在传感器区域17周围转向。如果等位面的充电电位与液体微粒或污物微粒的电荷具有相同极性，就是说，或是两个正极、或是两个负极，就发生这种情况。如果等位面的电位与液体微粒或污物微粒的电荷极性相反，就是说，电位是正的、液体微粒或污物微粒是负的，或者相反，则液体微粒或污物微粒被朝向表面27吸引并且沉积在等位面的区域内，而不是沉积在传感器区域17内。最好使用静电场。但是也可以施加交变场。
图2b示出按照本发明构成的传感器芯片1的一个第二实施例。传感器芯片1额外在下游在传感器区域17内具有一个第三等位面50和一个第四等位面53。第一等位面44例如与第四等位面53处于相同电位上，第二等位面47和第三等位面50例如也具有相同的电位。这样，当存在例如由于脉冲引起的反向电流时，也可以避免传感器区域17内可能逆着主流动方向42进行的沾污。在传感器区域17上游和下游的等位面44，47，50，53不是必须具有相同的电位差。
图2c示出按照本发明构成的传感器芯片1的一个第三实施例。等位面44、47、50、53构成各一个U形形状的一部分，它们至少部分地包围传感器区域17。也就是说，根据图2c，第二和第三等位面47、50相互连接，第一等位面44与第四等位面53连接，然后，它们构成一个等位面。
此外，下面所介绍的适合于所有的实施例。
传感器芯片1例如呈小板状构成并且具有表面27，流动介质从该表面上流过。在此，传感器区域17和等位面44、47、50、53例如共同安置在表面27上。
等位面44、47、50、53例如这样构成，使得它们至少在传感器区域17上游或者下游具有比传感器区域17的长度1更大的长度，该长度垂直于主流动方向42。通过此，可以保护传感器区域17在其整个长度1上免被沾污。
电阻35、37和/或等位面44、47、50、53最好作为印制导线构成。
等位面44、47、50、53可以完全或者部分地安置在传感器区域17上、直接与传感器区域17邻接或者与传感器区域17隔开间距。
传感器区域17可以独立于等位面44、47、50、53运行，也就是说，测量工作或传感器区域17提供的测量信号不受等位面44、47、50、53的工作的影响。传感器区域17的控制和调节电路虽然可以将信号发送给等位面44、47、50、53，例如施加一定电压或者关断电压，但等位面44、47、50、53不是传感器区域17的测量对象或调节对象的一部分。所施加电压的高度可以变化。
等位面44、47、50、53的电位也可以在结构设计时就确定，这样就不需要用于此的控制电路来调整一定电位，那么，该电位对于传感器芯片的整个使用寿命是确定的。
权利要求
1.用于测量流动介质的至少一个参数的传感器芯片，它具有一个用于至少一种测量方法的传感器区域，其中，介质具有一个主流动方向(42)，其特征为，在传感器芯片(1)上，至少部分地在上游、传感器区域(17)的前面安置至少一个等位面(44，47，50，53)。
2.按照权利要求1所述的传感器芯片，其特征为，在传感器芯片(1)上，在下游、传感器区域(17)的后面安置至少一个另外的等位面(44，47，50，53)。
3.按照权利要求1或2所述的传感器芯片，其特征为，所述至少一个等位面(44，47，50，53)与传感器区域(17)隔开间距地安置。
4.按照权利要求1或2所述的传感器芯片，其特征为，一个等位面(44，47，50，53)具有一个正电位，另一个直接相邻的等位面(44，47，50，53)没有电位或者具有一个负电位，其中，这两个等位面(44，47，50，53)沿主流动方向(42)安置在传感器区域(17)的前面或者后面。
5.按照权利要求1所述的传感器芯片，其特征为，等位面(44，47，50，53)具有U形的形状。
6.按照权利要求1所述的传感器芯片，其特征为，传感器区域(17)具有一个膜片(33)。
7.按照权利要求1所述的传感器芯片，其特征为，在传感器区域(17)内安置至少一个加热电阻(35)和至少一个温度感受器(37)，它们(35，37)绝大部分安置在传感器区域(17)内。
8.按照权利要求1所述的传感器芯片，其特征为，传感器区域(17)横切主流动方向(42)具有一个长度(1)，等位面(44，47，50，53)横切主流动方向(42)安置并且比该长度(1)更长。
9.按照权利要求7所述的传感器芯片，其特征为，电阻(35)或温度感受器(37)作为印制导线构成。
10.按照权利要求1或2所述的传感器芯片，其特征为，等位面(44，47，50，53)作为印制导线构成。
11.按照权利要求1所述的传感器芯片，其特征为，传感器芯片(1)具有至少一个表面(27)，流动介质从该表面上流过，并且，传感器区域(17)和等位面(44，47，50，53)共同安置在一个表面(27)上。
12.按照权利要求1所述的传感器芯片，其特征为，传感器区域(17)不受等位面(44，47，50，53)影响地借助电工作。
13.至少一个等位面(44，47，50，53)的应用，用于借助电场使流动介质中夹带的微粒在传感器区域(17)的周围偏转开，其中，这些等位面(44，47，50，53)安置在一个传感器芯片(1)上，该传感器芯片用于测定该流动介质的至少一个参数。
14.用于避免传感器芯片(1)上的沾污的方法，该传感器芯片具有一个传感器区域(17)并且安置在流动介质中，其特征为，至少一个等位面(44，47，50，53)通过一个所施加的电压产生一个电场，该电场使介质中夹带的微粒在传感器区域(17)周围转向。
15.用于避免传感器芯片(1)上的沾污的方法，该传感器芯片具有一个传感器区域(17)并且安置在流动介质中，其特征为，至少一个等位面(44，47，50，53)通过一个所施加的电压产生一个电场，该电场将介质中夹带的微粒在传感器区域(17)的前面或后面吸引到等位面(44，47，50，53)的区域中。
全文摘要
按照现有技术，在传感器芯片中，由于从传感器芯片旁边流过的介质中的脏物，会在传感器区域内产生沉积。本发明传感器芯片(1)至少在传感器区域(17)的上游具有至少一个等位面(44，47，50，53)，该等位面通过与流动介质中的脏物的相互电作用阻止传感器区域(17)内的沉积。
文档编号G01F1/684GK1461405SQ02801222
公开日2003年12月10日 申请日期2002年4月17日 优先权日2001年4月18日
发明者乌韦·康策尔曼, 托尔斯腾·舒尔茨 申请人:罗伯特·博施有限公司