Titel

Sensoranordnung zur Bestimmung eines Parameters eines fluiden Mediums

Stand der Technik

Die Erfindung geht aus von bekannten Sensoranordnungen zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines in einer Leitung strömenden fluiden Mediums. Derartige Vorrichtungen werden beispielsweise eingesetzt, um Ansaugluftmassen einer Brennkraftmaschine zu messen. Insbesondere werden derartige Vorrichtungen in Form von Heißfilmluftmassenmes- sern eingesetzt. Es sind jedoch auch andere Arten von Vorrichtungen zur Bestimmung anderer oder weiterer Parameter denkbar, beispielsweise Temperaturfühler, Geschwindigkeitsmesser, Dichtemesser oder ähnliche Messvorrichtungen, sowie andere Messprinzipien als das genannte Heißfilmluftmassenmesserprinzip oder andere Arten fluider Medien.

Heißfilmluftmassenmesser sind beispielsweise in DE 102 53 970 Al beschrieben. Dort wird eine Vorrichtung offenbart, welche ein Teil umfasst, welches mit einer vorbestimmten Ausrichtung in Bezug auf eine Hauptströmungsrichtung in eine vom strömenden Medium durchströmte Leitung einbringbar ist. Dabei durchströmt ein Teilstrom des Mediums we- nigstens einen in dem Teil vorgesehenen Messkanal, in welchem ein Messelement angeordnet ist. Zwischen Einlass und Messelement weist der Messkanal einen gekrümmten Abschnitt zur Umlenkung des durch den Einlass in den Messkanal eingetretenen Teilstroms des Mediums auf, wobei der gekrümmte Abschnitt im weiteren Verlauf in einen Abschnitt übergeht, in welchem das Messelement angeordnet ist. Dabei ist im Messkanal ein Mittel vorge- sehen, welches die Strömung leitet und einer Ablösung der Strömung des Medienteilstroms von den Kanalwänden des Messkanals entgegenwirkt. Weiterhin ist der Eingangsbereich im Bereich der Öffnung, welche der Hauptströmungsrichtung entgegenweist, mit schrägen oder gekrümmten Flächen versehen, welche so gestaltet sind, dass in den Eingangsbereich einströmendes Medium von dem Teil des Messkanals, welcher zum Messelement führt, wegge- lenkt wird. Dies bewirkt, dass im Medium enthaltene Flüssigkeits- oder Festkörperteilchen aufgrund ihrer Massenträgheit nicht zum Messelement gelangen und dieses verschmutzen können. Vorrichtungen, wie beispielsweise die in der DE 102 53 970 Al gezeigte Vorrichtung, müssen in der Praxis einer Vielzahl von Anforderungen und Randbedingungen genügen. Diese Randbedingungen sind aus der Literatur weitgehend bekannt und beispielsweise in DE 102 53 970 Al beschrieben. Neben dem Ziel, einen Druckabfall an den Vorrichtungen insgesamt durch geeignete strömungstechnische Ausgestaltung zu verringern, besteht eine Herausforderung darin, die Signalqualität derartiger Vorrichtungen weiter zu verbessern. Diese Signalqualität bezieht sich insbesondere auf den Signalhub, welcher beispielsweise durch einen Durchsatz des Mediums durch den zum Sensorelement führenden Messkanal bestimmt wird, sowie gegebenenfalls auf die Verminderung von Signaldrift und der Verbesserung des Sig- nal-zu-Rausch- Verhältnisses. Die beispielsweise in DE 102 53 970 Al beschriebene Ausgestaltung der Einlassöffnung durch Flüssigkeits- und Staubpartikel abweisende Fläche dient insbesondere dem genannten Zweck der Verringerung der Signaldrift.

Bei üblichen Sensoranordnungen der beschriebenen Art ragt in der Regel ein Sensorträger mit einem darauf aufgebrachten oder eingebrachten Sensorchip in den Messkanal hinein. Beispielsweise kann der Sensorchip in den Sensorträger eingeklebt oder auf diesen aufgeklebt sein. Der Sensorträger kann beispielsweise mit einem Bodenblech aus Metall, auf welchem auch eine Elektronik eine Ansteuer- und Auswerteschaltung in Form einer Leiterplatte aufgeklebt sein kann, eine Einheit. Beispielsweise kann der Sensorträger als angespritztes Kunststoffteil eines Elektronikmoduls ausgestaltet sein. Der Sensorchip und die Ansteuer- und Auswerteelektronik können beispielsweise durch Bond- Verbindungen miteinander verbunden werden. Das derart entstandene Elektronikmodul kann beispielsweise in ein Sensorgehäuse eingeklebt werden, und der gesamte Steckfühler kann mit Deckeln verschlossen werden. Ein Beispiel einer derartigen Anordnung ist in DE 103 45 584 Al oder in EP 0 720 723 Bl beschrieben.

Eine weitere Herausforderung bei diesen bekannten Sensoranordnungen besteht darin, dass die beschriebene Konstruktion vergleichsweise aufwendig ist. Insbesondere die Herstellung des beschriebenen Elektronikmoduls mit dem Sensorträger ist vergleichsweise komplex und erfordert zahlreiche Herstellungsschritte, welche die Herstellungskosten und den Aufwand der Herstellung in die Höhe treiben können. Zwar sind aus dem Stand der Technik, wie beispielsweise aus US 4,776,214, auch Anordnungen bekannt, bei welchen Sensoren unmittelbar auf einer Leiterplatte angeordnet sind, was den Aufbau des Elektronikmoduls vereinfachen kann. Die Art und Auswahl der Sensoren sowie die Materialauswahl für diese Senso- ren ist hierdurch jedoch erheblich eingeschränkt. Zudem sind derartige Konstruktionen, wie beispielsweise die in US 4,776,214 beschriebene Konstruktion, nicht für den Einsatz in einfachen, in ein Strömungsrohr einbringbaren Steckfühlern geeignet, sondern erfordern stets einen Austausch eines gesamten Abschnitts des Strömungsrohrs durch ein Sensorsegment. Offenbarung der Erfindung

Es wird daher eine Sensoranordnung zur Bestimmung wenigstens eines Parameters eines strömenden fluiden Mediums vorgeschlagen, welche die oben beschriebenen Nachteile be- kannter Sensoranordnungen zumindest weitgehend vermeidet und welche insbesondere einen kostengünstigen und dennoch zuverlässigen Steckfühler umfassen kann.

Die Sensoranordnung kann grundsätzlich zur Bestimmung einer Vielzahl physikalischer und/oder chemischer Parameter des strömenden fluiden Mediums ausgestaltet sein. Im FoI- genden wird die Erfindung am Beispiel der Messung eines Luftmassenstroms beschrieben. Es sind jedoch, alternativ oder zusätzlich, auch andere Parameter messbar und/oder die Sensoranordnung ist auf andere Arten von fluiden Medien anwendbar. Insbesondere lässt sich die Sensoranordnung zur Messung von Ansaugluftmassen einer Brennkraftmaschine einsetzen, insbesondere im Automobilbereich.

Die Sensoranordnung weist einen in das fluide Medium einbringbaren Steckfühler auf. Dieser Steckfühler kann beispielsweise als lang gestreckter Messfinger ausgestaltet sein. Der Steckfühler kann beispielsweise durch eine Öffnung eines Strömungsrohrs, durch welche das fluide Medium strömt, in das fluide Medium eingesteckt werden. Der Steckfühler kann darüber hinaus Verbindungselemente umfassen, welche die Position des Steckfühlers relativ zu dem Strömungsrohr fixieren. Der Steckfühler kann beispielsweise eine Steckfühlerachse aufweisen, welche senkrecht zur Rohrachse des Strömungsrohrs orientiert ist. Weiterhin kann der Steckfühler auch Bestandteil des Strömungsrohrs sein, wozu dieser Steckfühler beispielsweise austauschbar oder fest in einem Strömungsrohrsegment des Strömungsrohrs integriert sein kann. Das Strömungsrohrsegment, welches Bestandteil der Sensoranordnung sein kann, kann zu diesem Zweck entsprechende Aufnahmen für den Steckfühler umfassen. Auch andere Ausgestaltungen sind möglich.

Wie aus dem Stand der Technik bekannt, weist der Steckfühler vorzugsweise ein Bypass- Teil auf. In dem Steckfühler ist eine von dem Medium durchströmbare Kanalstruktur mit mindestens einem Kanal aufgenommen. Dieser Kanal, welcher insgesamt auch als Bypass bezeichnet wird, kann dabei vergleichsweise komplex ausgestaltet sein. So kann dieser Kanal beispielsweise einen Hauptströmungskanal aufweisen, von welchem mindestens ein Messkanal abzweigt. Verschiedene Ausführungsbeispiele einer derartigen Kanalstruktur werden unten beschrieben. Durch den Kanal kann eine für die Strömung des fluiden Mediums repräsentative Luftmasse strömen.

Weiterhin weist der Steckfühler einen Sensorchip zur Bestimmung des Parameters des fluiden Mediums auf. Dieser Sensorchip kann beispielsweise gemäß den oben beschriebenen Heißfilmluftmassenmesser- Sensorchips ausgestaltet sein. Insbesondere kann dieser Sensorchip als Halbleiter-Sensorchip ausgestaltet sein, beispielsweise in Silizium-Technologie. Auch andere Arten von Halbleitertechnologien sind jedoch einsetzbar.

Der Sensorchip kann beispielsweise mindestens eine Sensoroberfläche umfassen, welche von dem fluiden Medium in dem Kanal überströmt wird. Auf dieser Sensoroberfläche, d.h. unmittelbar auf dieser angeordnet oder durch lediglich eine oder wenige Schutzschichten von der Oberfläche getrennt, können entsprechende Messelemente auf dem Sensorchip angeordnet sein, beispielsweise ein oder mehrere Heizelemente, ein oder mehrere Temperatur- fühler oder ähnliche Sensorelemente. Die Sensoroberfläche kann vorzugsweise in einem Bereich des Sensorchips ausgebildet sein, welcher eine geringe thermische Masse aufweist. Beispielsweise kann dementsprechend die Sensoroberfläche auf einer Membran des Sensorchips angeordnet sein oder kann in einem hochporösen Bereich des Sensorchips angeordnet sein.

Weiterhin umfasst der Steckfühler eine Ansteuer- und Auswerteschaltung. Diese Ansteuer- und Auswerteschaltung ist eingerichtet, um die Funktionalität des Sensorchips zu gewährleisten. Dementsprechend umfasst diese Ansteuer- und Auswerteschaltung zumindest einen Teil einer Ansteuerung des Sensorchips und zumindest einen Teil einer Auswertung der von dem Sensorchip bereitgestellten Messsignale. Weitere Komponenten einer Ansteuerung und/oder Auswertung können auch außerhalb dieser Ansteuer- und Auswerteschaltung vorgesehen sein. Die Ansteuer- und Auswerteschaltung kann insbesondere mindestens eine aktive und/oder passive Komponente zur Ansteuerung und/oder Auswertung des Sensorchips umfassen. Weiterhin kann die Ansteuer- und Auswerteschaltung Leiterbahnen, An- Schlusskontakte, Energieversorgungen, Filter oder ähnliches umfassen.

Die Ansteuer- und Auswerteschaltung ist auf einer Leiterplatte angeordnet. Unter einer Leiterplatte ist dabei im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein elektronischer Schaltungsträger zu verstehen, welcher beispielsweise eine im Wesentlichen ebene, plattenförmige Gestalt aufweist und welcher für sich genommen isolierende Eigenschaften aufweist. Beispielsweise können übliche Leiterplattenmaterialien, wie z.B. Epoxydharze, insbesondere Glasfaser- und/oder Kohlefaser verstärkte Epoxydharze, Keramiken, Kunststoffe oder ähnliche Materialien verwendet werden, beispielsweise derartige Materialien, wie sie üblicherweise für Leiterplatten eingesetzt werden. Insbesondere kann die Leiterplatte als gedruckte Leiterplat- te (Printed Circuit Board, PCB) ausgestaltet sein.

Die Leiterplatte umfasst einen in den Kanal hineinragenden Sensorträgerbereich. Dieser Sensorträgerbereich kann insbesondere als Fortsatz der Leiterplatte ausgestaltet sein und soll einstückig mit der restlichen Leiterplatte ausgebildet sein. Damit unterscheidet sich der Sensorträgerbereich von üblichen Sensorträgern, welche, wie aus dem oben beschriebenen Stand der Technik bekannt, beispielsweise als angespritzte Kunststoffbauteile an einem separaten Bodenblech ausgebildet sind, aufweichen dann in einem zusätzlichen Schritt die eigentliche Leiterplatte der Ansteuer- und Auswerteschaltung aufgeklebt ist. Somit lassen sich gemäß der vorliegenden Erfindung die Leiterplatte und der Sensorträger einstückig ausbilden. Der Sensorträgerbereich kann insbesondere aus demselben Leiterplattenmaterial hergestellt sein, aus welchem auch die übrige Leiterplatte hergestellt ist.

Dennoch ist der Sensorchip vorzugsweise nach wie vor als von der Leiterplatte getrennter Sensorchip ausgebildet. Dies bietet, im Gegensatz beispielsweise zu der in US 4,776,214 gezeigten Anordnung, den Vorteil, dass der Sensorchip nach üblichen mikromechanischen oder mikroelektronischen Methoden herstellbar ist, beispielsweise in Halbleitertechnologie. Das Material des Sensorchips ist also nicht notwendigerweise auf die ansonsten in der Leiterplatte verwendeten Materialien beschränkt. So lassen sich insbesondere Halbleitermate- nahen einsetzen, welche im Bereich der Sensoroberfläche gezielt mit bestimmten thermischen Eigenschaften ausgestattet sind, beispielsweise, wie oben beschrieben, in Form dünner Membranen und/oder in Form von porösen Bereichen mit geringer thermischer Masse.

Der Sensorchip ist dabei auf dem Sensorträgerbereich aufgenommen. Beispielsweise kann der Sensorchip auf einer Oberfläche des Sensorträgerbereichs aufgesetzt sein. Alternativ oder zusätzlich kann der Sensorchip jedoch auch in einer Vertiefung des Sensorträgerbereichs aufgenommen sein, insbesondere derart, dass eine Oberfläche des Sensorchips, insbesondere eine Sensoroberfläche, mit einer Oberfläche des Sensorträgerbereichs eine gemeinsame, bündige Oberfläche ausbildet. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise Wirbelbil- düngen am Übergang zwischen Sensorträgerbereich und Sensoroberfläche vermeiden. Zudem erleichtert diese bündige Aufnahme in einer Vertiefung eine elektrische Kontaktierung des Sensorchips.

Insgesamt lassen sich mittels der beschriebenen Erfindung Sensoranordnungen bereitstellen, welche sich in einem stark vereinfachten Fertigungsprozess herstellen lassen. Die Fertigungskosten dieser Sensoranordnungen lassen sich dadurch erheblich senken. Das Bodenblech aus Metall kann, wie auch ein separater Sensorträger, beispielsweise aus Kunststoff, entfallen. Sowohl die mechanische Trägerfunktion des Bodenblechs als auch die Funktion des Sensorträgers können von der Leiterplatte, die auch die Ansteuer- und Auswerteelekt- ronik trägt, ersetzt werden.

Der Steckfühler kann insbesondere ein Gehäuse mit einem von der Kanalstruktur getrennten Elektronikraum aufweisen. Die Leiterplatte kann dann im Wesentlichen in dem Elektronikraum angeordnet sein, wie zuvor das Elektronikmodul. Der Sensorträgerbereich kann aus dem Elektronikraum heraus in den Kanal der Kanalstruktur hineinragen, beispielsweise in Form des oben genannten Fortsatzes.

Der Elektronikraum kann gegenüber der Kanalstruktur durch mindestens ein Dichtelement abgedichtet sein. Beispielsweise kann dieses Dichtelement eine Dichtlippe aufweisen, welche auf dem Sensorträgerbereich aufliegen kann. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn der Sensorchip vollständig auf der dem Kanal zuweisenden Seite der Dichtlippe angeordnet ist, im Gegensatz zu herkömmlichen Abdichtungen, welche üblicherweise auf dem Sensorchip selbst erfolgen. Hierdurch lässt sich beispielsweise eine Gefahr einer mechanischen Be- Schädigung des Sensorchips durch die Dichtlippe vermindern. Der Sensorchip kann vergleichsweise klein ausgestaltet werden und vollständig in dem Kanal angeordnet sein.

Die Leiterplatte kann mindestens eine Anschlussbahn mit mindestens einem Anschlusskontakt zur Verbindung des Sensorchips mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung aufweisen. Dieser Anschlusskontakt kann mit dem Sensorchip durch mindestens eine elektrische Verbindung verbunden sein, beispielsweise durch Drahtbonding. Dabei ist es besonders bevorzugt, wenn diese elektrische Verbindung durch mindestens eine Abdeckung, insbesondere durch mindestens eine Kunststoffabdeckung und/oder durch mindestens eine Klebstoffabdeckung, geschützt ist. Auf diese Weise können beispielsweise aggressive Komponenten des fluiden Mediums die elektrische Verbindung nicht negativ beeinträchtigen. Die Abdeckung kann beispielsweise als so genannter Glob Top ausgestaltet sein, bei welchem ein Klebstofftropfen und/oder Epoxydharztropfen auf die elektrische Verbindung, beispielsweise die Bonddrähte, aufgebracht ist. Auch die Abdeckung kann vollständig auf der dem Kanal zuweisenden Seite der Dichtlippe angeordnet sein.

Wird die Leiterplatte auch als Sensorträger verwendet, wie von der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, so besteht eine Herausforderung darin, die Strömung des fluiden Mediums möglichst störungsfrei über das Sensorelement zu leiten, um eine gute Signalqualität und Signalreproduzierbarkeit zu gewährleisten. Aus dem Stand der Technik, in welchem separa- te, beispielsweise an ein Bodenblech angespritzte Kunststoff-Sensorträger verwendet werden, ist es daher bekannt, den Sensorträger mit einer abgerundeten Anströmkante auszugestalten. Beispiele derartiger abgerundeter Anströmkanten sind aus DE 103 45 584 Al oder aus EP 0 720 723 Bl bekannt. Die in der DE 103 45 584 Al beschriebene Spritzgießtechnik oder die in EP 0 720 723 Bl dargestellte Stanz-Biege-Technik lässt sich jedoch auf die bevorzugte einstückige Ausgestaltung des Sensorträgerbereichs mit der Leiterplatte nicht direkt übertragen.

Dementsprechend wird vorgeschlagen, dass der Sensorträgerbereich der Leiterplatte eine dem strömenden fluiden Medium entgegenweisende Anströmkante aufweist, welche quer zur Strömungsrichtung angeordnet sein kann. Dabei kann die Anströmkante mit der lokalen Strömungsrichtung grundsätzlich einen beliebigen Winkel größer Null Grad bilden, vorzugsweise einen Winkel größer als 20 Grad und in der Regel von ca. 30-80°. Um eine gute Signalqualität zu gewährleisten, wird vorgeschlagen, diese Anströmkante mit mindestens einem Strömungsführungselement auszugestalten. Dieses Strömungsführungselement soll eingerichtet sein, um eine Strömungsablösung der Strömung des strömenden fluiden Mediums über der Sensoroberfläche des Sensorchips zumindest weitgehend zu verhindern. Auf der entgegengesetzten Seite des Sensorträgerbereichs, also auf der von der Sensoroberfläche wegweisenden Oberfläche, können hingegen Strömungsablösungen auftreten, da diese dort einen vergleichsweise geringen Einfluss auf die Signalqualität haben.

Das Strömungsführungselement kann dabei auf verschiedene Weisen ausgestaltet sein. Insbesondere kann ein Fachmann auf dem Gebiet der Strömungsmechanik, sobald Details über die Art des strömenden fluiden Mediums und/oder dessen Strömungsgeschwindigkeit be- kannt sind, beispielsweise durch geeignete Strömungssimulationen, eine geeignete Ausgestaltung des Strömungsführungselements vornehmen.

Besonders bevorzugt ist es, wenn das Strömungsführungselement eines oder mehrere der folgenden Elemente aufweist. So kann eine abgerundete Anströmkante vorgesehen sein, beispielsweise eine Anströmkante ähnlich der in dem Stand der Technik bekannten Anströmkanten. Diese Anströmkante kann beispielsweise symmetrisch zu einer Symmetrieebene des Sensorträgerbereichs ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt ist es jedoch, wenn eine asymmetrische Ausgestaltung hinsichtlich dieser Symmetrieebene erfolgt. Diese asymmetrische Ausgestaltung kann beispielsweise derart erfolgen, dass eine zusätzliche Beschleuni- gung der Strömung auf der Seite der Sensoroberfläche auftritt. Zu diesem Zweck kann beispielsweise eine Vorderkante der abgerundeten Anströmkante auf einer der Sensoroberfläche gegenüberliegenden Seite der Symmetrieebene angeordnet sein, also näher bei der der Sensoroberfläche gegenüberliegenden Seite des Sensorträgerbereichs. Ausführungsbeispiele einer derartigen Anordnung werden unten näher erläutert. Alternativ oder zusätzlich kann das Strömungsführungselement auch eine Keilform aufweisen, mit einer der Strömung des fluiden Mediums entgegenweisenden Keilspitze. Insbesondere kann dies eine Keilform sein, bei welcher eine erste Keilfläche mit einer Oberfläche des Sensorträgerbereichs und der Sensoroberfläche eine bündige Fläche bildet, so dass von der Anströmkante bis hinweg über die Sensoroberfläche im Wesentlichen eine einzige ebene Fläche entsteht. Eine zweite Keil- fläche hingegen kann unter einem Keilwinkel von weniger als 90° zur ersten Keilfläche verlaufen, beispielsweise unter einem Keilwinkel von 20° bis 60°.

Wie oben dargestellt, kann der Sensorträgerbereich insbesondere als Fortsatz der Leiterplatte ausgestaltet sein. Unter einem Fortsatz ist dabei ein geometrisches Element zu verstehen, welches aus einer ansonsten im Wesentlichen geschlossenen Fläche herausragt. Beispielsweise kann die Leiterplatte einen im Wesentlichen rechteckig ausgestalteten Hauptteil aufweisen, wobei jedoch Abweichungen von der Rechteckform möglich sind. Beispielsweise können die Kanten auch unter einem Winkel von 30° bis 80° verlaufen, beispielsweise unter einem Winkel von 45°. Aus diesem Hauptteil kann der Fortsatz herausragen, welcher ebenfalls beispielsweise im Wesentlichen rechteckig ausgestaltet sein kann. Auch hier sind wiederum leichte Abweichungen von der Rechteckform tolerierbar, beispielsweise indem eine Vorderkante, welche am weitesten in den Kanal hineinragt, leicht abgeschrägt oder abgerundet ist, beispielsweise um einem Verlauf des Kanals in diesem Bereich angepasst zu wer- den.

Dabei ist es insgesamt besonders bevorzugt, wenn der Fortsatz asymmetrisch auf der Leiterplatte angeordnet ist. Dieser asymmetrische Zuschnitt der Leiterplatte bietet verschiedene Vorteile. Zum einen lässt sich hierdurch eine Platz sparende Anordnung mehrerer Leiter- platten auf einem Nutzen bei der Herstellung gewährleisten, im Gegensatz zu einer nicht- versetzten, symmetrischen Anordnung. Auf diese Weise lassen sich beispielsweise lange, gerade Sägekanten ermöglichen. Insbesondere kann der Fortsatz dementsprechend eine mit einer Hauptkante der Leiterplatte bündig verlaufende Kante aufweisen, beispielsweise eine Seitenkante der Leiterplatte. Verschiedene Ausführungsbeispiele derartiger Platz sparender Anordnungen mit asymmetrischem Fortsatz werden unter näher erläutert.

Ein weiterer Vorteil der asymmetrischen Anordnung des Fortsatzes besteht darin, dass durch diese Ausgestaltung die Anströmstrecke, welche das fluide Medium zurücklegen muss, um zum Sensorchip zu gelangen, zusätzlich erhöht werden kann. So kann der Fort- satz derart angeordnet sein, dass dieser, bei gleich bleibendem Hauptteil der Leiterplatte, weiter stromabwärts im Kanal angeordnet ist als bei einer symmetrischen Anordnung. Die Strecke stromaufwärts des Sensorelements, welche beispielsweise für eine Strömungsberuhigung zur Verfügung steht, kann hierdurch erhöht werden. In dieser Strecke können zusätzlich Elemente angeordnet sein, welche die Strömung beschleunigen, wie beispielsweise Verengungen. Weiterhin lassen sich in dieser Strecke stromaufwärts des Sensorelements beispielsweise auch Leitflügel anordnen, welche den Turbulenzgrad senken. Insgesamt lässt sich hierdurch die Signalqualität verbessern, da, wenn das fluide Medium beim Sensorchip anlangt, die Strömungsqualität auf diese Weise stark verbessert sein kann.

Unabhängig von der symmetrischen oder asymmetrischen Ausgestaltung, jedoch besonders bevorzugt in Verbindung mit einer asymmetrischen Ausgestaltung der Leiterplatte, ist es dementsprechend bevorzugt, den Sensorchip vergleichsweise weit stromabwärts im Kanal anzuordnen. Dementsprechend kann der Steckfühler beispielsweise einen Einlass, durch welchen das fluide Medium in den Kanal einströmen kann, sowie einen Auslass, durch wel- chen das fluide Medium aus dem Kanal ausströmen kann, aufweisen. Das fluide Medium kann zwischen Einlass und dem Sensorchip eine Anströmstrecke zurücklegen und zwischen dem Sensorchip und dem Auslass eine Abströmstrecke. Um den oben beschriebenen Effekt, dass die Strömungsqualität am Ort des Sensorchips verbessert wird, zu erzielen, ist es be- sonders bevorzugt, wenn die Anströmstrecke mindestens genauso groß ist wie die Abströmstrecke. Die Anströmstrecke kann beispielsweise das 1- bis 2-fache der Abströmstrecke betragen, beispielsweise das 1,5 -fache. Dies kann insbesondere durch die asymmetrische Ausgestaltung des Fortsatzes erreicht oder unterstützt werden. Unabhängig vom exakten Verhältnis zwischen Anströmstrecke und Abströmstrecke, welches grundsätzlich beliebig ausgestaltet sein kann, ist es von Vorteil, wenn stromaufwärts des Sensorelements eine ausreichend lange Anströmstrecke zur Verfügung steht, um die erwähnten Beruhigungseffekte zu erzielen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen

Figur 1 eine perspektivische Darstellung einer bekannten Sensoranordnung;

Figur 2 ein Ausführungsbeispiel einer erfmdungsgemäßen Sensoranordnung;

Figur 3A eine schematische Darstellung einer Leiterplatte der Sensoranordnung gemäß Figur 2;

Figur 3B ein Beispiel einer Anordnung mehrerer Leiterplatten gemäß Figur 3A im Nutzen;

Figur 4A ein weiteres Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung in schematischer Darstellung;

Figur 4B ein Ausführungsbeispiel der in Figur 4A verwendeten Leiterplatten im Nutzen;

Figur 5 eine schematische Schnittdarstellung durch einen Sensorträgerbereich einer Leiterplatte;

Figuren 6A - 6C Ausfuhrungsbeispiele einer erfϊndungsgemäßen Verbesserung einer Anströmkante des Sensorträgerbereichs gemäß Figur 5.

In Figur 1 ist eine dem Stand der Technik entsprechende Sensoranordnung 110 zur Bestimmung eines Parameters eines fluiden Mediums dargestellt. Die Sensoranordnung 110 ist in diesem Ausfuhrungsbeispiel als Heißfϊlmluftmassenmesser ausgestaltet und umfasst einen Steckfühler 112, welcher beispielsweise in ein Strömungsrohr, insbesondere in einem Ansaugtrakt einer Brennkraftmaschine, eingesteckt werden kann. In dem Steckfühler 112 ist eine Kanalstruktur 114 aufgenommen, welche in Figur 1 lediglich teilweise erkennbar ist und durch welche über einen Einlass 116, der im eingesetzten Zustand einer Hauptströmungsrichtung 118 des fluiden Mediums entgegenweist, eine repräsentative Menge des fluiden Mediums strömen kann.

Die Kanalstruktur 114 weist einen Hauptkanal 120 auf, welcher in einem Hauptstrom- auslass 122 auf der Unterseite des Steckfühlers 112 in Figur 1 mündet. Weiterhin weist die Kanalstruktur 114 einen von dem Hauptkanal 120 abzweigenden Messkanal 124 auf, welcher in einem, ebenfalls auf der Unterseite des Steckfühlers 112 angeordneten Messkana- lauslass 126 mündet.

In den Messkanal 124 ragt ein Sensorträger 128 in Form eines Flügels. In diesen Sensorträger 128 ist ein Sensorchip 130 eingelassen, derart, dass eine Sensoroberfläche 132 von dem fluiden Medium überströmt wird.

Wie in Figur 1 erkennbar, ist der Sensorträger 128 mit dem Sensorchip 130 Bestandteil eines Elektronikmoduls 134. Dieses Elektronikmodul 134 weist ein gebogenes Bogenblech 136 als Träger sowie eine darauf aufgebrachte, beispielsweise aufgeklebte, Leiterplatte 138 mit einer Ansteuer- und Auswerteschaltung 140 auf. Der Sensorträger 128 kann beispielsweise als Kunststoffbauteil an das Bodenblech 136 angespritzt sein. Der Sensorchip 130 ist mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung über in Figur 1 lediglich angedeutete elektrische Verbindungen 142, beispielsweise Draht-Bonding, elektrisch verbunden.

Das derart entstandene Elektronikmodul 134 wird in einen Elektronikraum 144 in einem Gehäuse 146 des Steckerteils 112, in welchem auch die Kanalstruktur 114 ausgebildet ist, eingebracht, beispielsweise eingeklebt. Dies erfolgt derart, dass der Sensorträger 128 dabei in die Kanalstruktur 114 hineinragt. Anschließend werden der Elektronikraum 144 und die Kanalstruktur 114 durch Deckel 148 verschlossen. In Figur 2 ist demgegenüber eine erfϊndungsgemäße Abwandlung der Sensoranordnung 110 gemäß Figur 1 dargestellt. Dabei ist zunächst zu erkennen, dass die Kanalstruktur 114 des Steckfühlers 112 der Sensoranordnung 110 im Wesentlichen der Kanalstruktur 114 des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 1 entspricht. Wiederum zweigt von einem Hauptkanal 120 ein Messkanal 124 ab, in welchem der Sensorchip 130 mit seiner Sensoroberfläche 132 angeordnet ist. Die Strecke zwischen dem Einlass 116 und dem Sensorchip 130 wird im Folgenden auch als Anströmstrecke 150 bezeichnet und die Strecke zwischen Sensorchip 130 und Messkanalauslass 126 auch als Abströmstrecke 152. In der Anströmstrecke 150 können dabei, wie in Figur 2 angedeutet, auch Strömungsführungselemente 154 vorgesehen sein, welche in Figur 2 symbolisch durch Leitflügel angedeutet sind. Auch andere Ausgestaltungen sind jedoch möglich.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 wird das Elektronikmodul 134 gegenüber dem Ausführungsbeispiel in Figur 1 dadurch modifiziert, dass das Bodenblech 136, die Leiter- platte 138 und der Sensorträger 128 zu einem vorzugsweise einstückig ausgebildeten Element in Form der Leiterplatte 138 zusammengefasst sind. Diese Leiterplatte 138 umfasst einen Hauptteil 156, auf welchem die Ansteuer- und Auswerteschaltung 140 (in Figur 2 lediglich symbolisch angedeutet) aufgenommen ist. Diese Ansteuer- und Auswerteschaltung 140 kann beispielsweise ein oder mehrere elektronische Bauelemente umfassen, sowie Lei- terbahnen, Anschlusskontakte, Energieversorgungen, Datenverarbeitungsgeräte oder ähnliches.

Weiterhin umfasst die Leiterplatte 138 in dem in Figur 2 dargestellten Ausführungsbeispiel einen in den Messkanal 124 hineinragenden Sensorträgerbereich 158, welcher als Fortsatz 160 der Leiterplatte 138 ausgebildet ist. Dieser Sensorträgerbereich 158 ersetzt den Sensorträger 128 der Ausführungsform gemäß Figur 1. In diesem Sensorträgerbereich 158 ist in der Leiterplatte 138 eine Vertiefung ausgebildet, in welcher der Sensorchip 130 eingesetzt ist. Der Fortsatz 160 der Leiterplatte 138 weist dabei zumindest näherungsweise die Abmessungen des Sensorträgers 128 gemäß dem Beispiel des Standes der Technik in Figur 1 auf.

Der Sensorchip 130 ist über in Figur 2 lediglich angedeutete elektrische Verbindungen 142 mit der Ansteuer- und Auswerteschaltung 140 verbunden. Diese elektrischen Verbindungen 142 können über eine Abdeckung 162 abgedeckt und damit gegenüber dem fluiden Medium geschützt sein. Diese Abdeckung 162 kann beispielsweise einen Klebstofftropfen umfassen, was üblicherweise als „Glob-Top-Abdeckung" bezeichnet wird. Da die Leiterbahnen der Ansteuer- und Auswerteschaltung 140 auf der Leiterplatte 138 angeordnet sind und da auch die Sensoroberfläche 132 des Sensorchips 130 vorzugsweise im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche der Leitung 138 verläuft, können die elektrischen Verbindungen 142 wesent- lich kürzer und wesentlich stabiler ausgestaltet sein als bei dem aus mehreren Komponenten zusammengesetzten Elektronikmodul 134 gemäß dem in Figur 1 dargestellten Ausfuhrungsbeispiel.

Der Hauptteil 156 der Leiterplatte 138 ist in dem in Figur 2 gezeigten Ausfuhrungsbeispiel in dem Elektronikraum 144 des Gehäuses 146 des Steckfühlers 112 aufgenommen. Beispielsweise kann die Leiterplatte in diesem Bereich in das Gehäuse 146 eingeklebt sein. Der Fortsatz 160 ragt durch einen Durchbruch 164 in den Messkanal 124 hinein. Beispielsweise kann der Elektronikraum 144 in einem Dichtbereich 166, welcher in Figur 2 lediglich sym- bolisch angedeutet ist, gegenüber dem Messkanal 124 abgedichtet sein. In diesem Dichtbereich 166 kann beispielsweise eine in den Figuren nicht dargestellte Dichtlippe eines der Deckel 148 auf den Fortsatz 160 aufdrücken und so eine Dichtung bereitstellen. Dabei sind der Sensorchip 130 und die elektrischen Verbindungen 142 mit der Abdeckung 162 vorzugsweise vollständig auf der dem Messkanal 124 zuweisenden Seite des Dichtbereichs 166 angeordnet.

In Figur 3 A ist die Leiterplatte 138 des Ausführungsbeispiels gemäß Figur 3 sowie die Ansteuer- und Auswerteschaltung 140 schematisch dargestellt. Dabei ist zu erkennen, dass der Hauptteil 156 der Leiterplatte 138 in diesem Ausführungsbeispiel im Wesentlichen rechteckige Abmessungen aufweist. Auch der Sensorträgerbereich 158 stellt einen im Wesentlichen rechteckigen Fortsatz dar. Die elektrischen Komponenten der Ansteuer- und Auswerteschaltung 140 sind in Figur 3 A lediglich angedeutet. Leiterbahnen dieser Ansteuer- und Auswerteschaltung 140 sind in Figur 3 A nicht gezeigt. Es ist auch ein komplexerer Aufbau als der gezeigte einfache Aufbau möglich, beispielsweise ein Aufbau, der Ansteuer- und Auswerteschaltung in mehreren Schichtebenen der Leiterplatte 138. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Leiterplatte 138 eine monolithische, einstückige Leiterplatte ist. Die Leiterplatte kann, wie in Figur 3 A ebenfalls angedeutet, Kontaktpads 168 umfassen, welche beispielsweise mit einem in Figur 1 lediglich angedeuteten Steckerteil des Steckfühlers 112 verbunden werden können, beispielsweise um die Sensoranordnung 110 mit externer elekt- rischer Energie zu versorgen, um Signale des Steckfühlers 112 abzufragen oder um den Steckfühler 112 auf sonstige Weise anzusteuern oder auszulesen.

Wie in Figur 3 A zu erkennen ist, ist der Fortsatz 160 des Sensorträgerbereichs 158 asymmetrisch am Hauptteil der Leiterplatte 156 angeordnet. In diesem Ausführungsbeispiel er- folgt die Asymmetrie derart, dass der Fortsatz 160 mit dem Hauptteil 156 der Leiterplatte 138 beziehungsweise mit einer Hauptkante 170 dieses Hauptteils 156 eine bündig verlaufende Kante 172 aufweist. Wie oben beschrieben, bietet diese asymmetrische Anordnung des Fortsatzes 160 eine Reihe von Vorteilen. Ein erster Vorteil ist im Hinblick auf die Figur 2 erkennbar. Hieraus ist zu sehen, dass aufgrund der asymmetrischen Anordnung des Fortsatzes 160 in dem Messkanal 124 die Anströmstrecke 150 in diesem Ausführungsbeispiel länger ist als die Abströmstre- cke 152. Dies, gemeinsam mit gegebenenfalls zusätzlich vorhandenen Strömungsführungs- elementen, kann dazu beitragen, dass die Strömungsqualität am Ort des Sensorchips 130 im Vergleich zu einer Anordnung am Anfang des Messkanals 124 verbessert ist. Die Anströmstrecke 150 steht stromaufwärts des Sensors 130 zur Strömungsberuhigung zur Verfügung. Dadurch kann die Strömungsqualität verbessert und der Turbulenzgrad im Bereich des Sen- sorchips 130 gesenkt und allgemein die Signalqualität verbessert werden.

Ein weiterer Vorteil der asymmetrischen Anordnung des Fortsatzes 160 ist in Figur 3B erkennbar. Hier ist gezeigt, wie vier Leiterplatten 138 in einem Nutzen 174 hergestellt werden können. Auch eine größere Anzahl von Leiterplatten 138 innerhalb eines Nutzens 174 ist jedoch selbstredend möglich. Die Platz sparende Anordnung kann dadurch gewährleistet werden, dass die Sensorträgerbereiche 158, beziehungsweise Fortsätze 160 der Leiterplatten 138, wie in Figur 3 B dargestellt, ineinander greifen. Aufgrund der gerade verlaufenden Kante 172, entlang welcher mehrere Leiterplatten 138 gleichzeitig gesägt werden können, lässt sich also nicht nur ein geringer Verschnitt auf einer Leiterplatte erzielen, sondern es lassen sich auch die Sägeprozesse optimieren. Insgesamt stellt die asymmetrische Ausgestaltung gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 3A somit Möglichkeiten für eine ökonomische Herstellung der Leiterplatten 138 bereit.

In Figur 4A ist ein zu Figur 2 alternatives Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Sensoranordnung mit einem Steckfühler 112 dargestellt. Die Ausgestaltung des Steckfühlers 112 kann im Wesentlichen der Ausgestaltung gemäß Figur 2 entsprechen, so dass weitgehend auf die Beschreibung dieser Figur verwiesen werden kann.

Wiederum ist die Leiterplatte 138 mit ihrem Sensorträgerbereich 158, welcher als Fortsatz in den Messkanal 124 hineinragt, als einstückige, asymmetrische Leiterplatte ausgestaltet. Die Anordnung des Fortsatzes 160 erfolgt wiederum derart, dass dieser Fortsatz 160 rand- seitig am Hauptteil 156 der Leiterplatte 138 angeordnet ist. Wiederum weist dieser Fortsatz 160 damit eine mit einer Hauptkante 170 bündig verlaufende Kante 172 auf, welche als gemeinsame Sägekante genutzt werden kann.

Im Unterschied zur Ausgestaltung gemäß den Figuren 2 und 3 A ist die Leiterplatte 138 jedoch an ihrem dem Messkanal 124 zuweisenden Ende mit schrägen Kanten 176, 178 versehen. Dabei ist die schräge Kante 178 des Fortsatzes 160 im Wesentlichen der Krümmung des Messkanals 124 in dem Bereich, in welchen der Fortsatz 160 hineinragt, angepasst. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist diese Kante 178 als gerade Kante ausgestaltet. Auch eine gekrümmte Kante, entsprechend des gekrümmten Verlaufs des Messkanals 124, ist jedoch beispielsweise möglich. Die schräge Kante 176 des Hauptteils 156 folgt in ihrem Verlauf im Wesentlichen parallel der schrägen Kante 178 des Fortsatzes 160. Der Sensor- chip 130 kann beispielsweise wie in Figur 2 auf dem Fortsatz 160 angeordnet sein, also beispielsweise parallel zur Kante 172, oder kann, wie in Figur 4A angedeutet, beispielsweise auch senkrecht zur lokalen Strömungsrichtung im Messkanal 124 angeordnet sein, was auch in einer nicht-parallelen Anordnung zur Kante 172 resultieren kann.

In Figur 4B sind die Vorteile der asymmetrischen Anordnung gemäß dem Ausführungsbeispiel in Figur 4A wiederum analog zur Figur 3B dargestellt. Wiederum ist ein Nutzen 174 mit beispielsweise vier Leiterplatten 138 gezeigt. Da vorzugsweise der Winkel der schrägen Kante 176 der Hauptteile 156 der Leiterplatte 138 im Wesentlichen dem schrägen Verlauf der Kante 178 des Fortsatzes 160 entspricht, lassen sich diese schrägen Kanten 176, 178 beispielsweise gemeinsam sägen. Wiederum ergibt sich, wie in Figur 4B erkennbar, ein einfaches Schnittbild mit geringem Verschnitt.

Anhand der Figuren 5 und 6A bis 6C soll eine weitere mögliche Ausgestaltung der Erfindung erläutert werden, welche auch in Kombination mit den oben beschriebenen Ausfüh- rungsformen realisierbar ist.

So zeigt Figur 5 einen Schnitt entlang der Schnittlinie A-A in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 2 durch den Fortsatz 160. Dabei ist zu erkennen, wie der Sensorchip 130, welcher beispielhaft als Sensorchip mit einer Messmembran 180 dargestellt ist, in eine Vertie- fung 182 in dem Sensorträgerbereich 158 der Leiterplatte 138 eingesetzt ist. Die Vertiefung 182 ist vorzugsweise derart bemessen, dass die Sensoroberfläche 132 des Sensorchips 130 mit einer Oberfläche 200 des Sensorträgerbereichs 158 eine bündige Oberfläche bildet.

Die Richtung der lokalen Strömung des fluiden Mediums ist in Figur 5 symbolisch mit der Bezugsziffer 184 bezeichnet. Die Strömung des fluiden Mediums kann durch eine geeignete Ausgestaltung des Gehäuses 146, beispielsweise durch eine entsprechende Verengung des Messkanals 124 durch geeignete Ausgestaltung des Deckels 148 und/oder eines Bodenteils 186, beschleunigt werden. Die Strömung ist symbolisch mit den Strömungslinien 188 bezeichnet.

Figur 5 zeigt die einfachste Ausführungsform der Erfindung, bei welcher die Leiterplatte 138 einfach mit senkrechten Kanten gesägt, geschnitten oder gefräst ist. Mit dieser Ausgestaltung ergibt sich das in Figur 5 dargestellte Strömungsbild. Durch die Umströmung der Kanten bilden sich Ablösegebiete 190, die sich gegenseitig beeinflussen, instabil sind und Störungen verursachen. Die Folge sind ein hohes Signalrauschen, verschlechterte Signalre- produzierbarkeit und gegebenenfalls Hystereseeffekte in der Kennlinie.

Günstiger ist es daher, wie in den Figuren 6 A bis 6C dargestellt, eine Anströmkante 192 des Fortsatzes 160, also die der lokalen Strömung 184 entgegenweisende Seite des Fortsatzes 160, mit mindestens einem Strömungsführungselement 194 auszugestalten. Dieses Strö- mungsführungselement 194 kann beispielsweise durch eine Bearbeitung der Anströmkante 192 mittels eines speziellen Profilfräsers und/oder durch eine entsprechende profilierte Ausschneidung hergestellt werden. Die Kanten der Leiterplatte 138 außerhalb des Sensorträ- gerbereichs 158 bzw. außerhalb der Anströmkante 192 können dabei unbearbeitet verbleiben.

In Figur 6A ist ein erstes Ausführungsbeispiel eines Strömungsführungselements an der Anströmkante 192 gezeigt. In diesem Ausführungsbeispiel ist das Strömungsführungselement 194 als Keil ausgestaltet, mit einer ersten Keilfläche 198 welche bündig mit einer Oberfläche 200 des Sensorträgerbereichs 158 verläuft und einer zweiten Keilfläche 202, welche unter einem Keilwinkel < 90° zur ersten Keilfläche 198 verläuft, beispielsweise einem Winkel zwischen 20° und 60°. Wie in Figur 6 A durch die Strömungslinien 188 angedeutet, lässt sich auf diese Weise eine ablösefreie Strömung oberhalb der Oberfläche 200 des Sensorträgerbe- reichs 158 und somit oberhalb der Sensoroberfläche 132 erzielen. Lediglich auf der gegenüberliegenden Oberfläche des Sensorträgerbereichs 158 können sich noch Ablösegebiete 190 ausbilden, welche jedoch in diesem Bereich die Signalqualität nicht oder nur noch unwesentlich beeinflussen. Der Keil 196 bildet also eine abgeschrägte Anströmkante 192 in Form der zweiten Keilfläche 202, welche die Signalqualität günstig beeinflusst.

In Figur 6B ist ein zweites Ausführungsbeispiel dargestellt, bei welchem die Anströmkante 192 abgerundet ausgestaltet ist. Beispielsweise kann diese abgerundete Anströmkante 192 als „Nase" mit beispielsweise zumindest annähernd elliptischem Querschnitt ausgestaltet werden. Auch auf diese Weise ist eine ablösefreie Strömungsführung möglich, welche in diesem Fall sogar auf beiden Seiten des Sensorträgerbereichs 158 zu einer ablösegebiet- freien Strömung führen kann.

In Figur 6C ist eine Abwandlung der abgerundeten Anströmkante 192 gemäß Figur 6B dargestellt. Während bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6B die Anströmkante 192 im Wesentlichen symmetrisch abgerundet ist, ist die Anströmkante 192 in dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6C leicht asymmetrisch abgerundet. Dies bedeutet, dass das vorderste Ende dieser Anströmkante 192 in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel unterhalb einer Symmetrieebene 204, beispielsweise einer Mittelebene des Sensorträgerbereichs 158, liegt. Auf diese Weise kann eine zusätzliche Beschleunigung der Strömung auf der Oberfläche 200 des Sensorträgerbereichs 158 und auf der Sensoroberfläche 132 erfolgen. Hierdurch lässt sich das Signalrauschen zusätzlich verringern. Auch in dem in Figur 6C gezeigten Ausführungsbeispiel treten auf beiden Seiten des Sensorträgerbereichs 158 vorzugsweise keine Ablösegebiete 190 auf.