Innovativer miniaturisierter 3D MID-Strömungssensor

Innovativer miniaturisierter 3D MID-Strömungssensor
Thermische Strömungssensoren eignen sich hervorragend zur Messung geringer Differenzdrücke, da sie neben einer guten Nullpunktstabilität ihre höchste Empfindlichkeit bei geringen Strömungsgeschwindigkeiten besitzen. Im Gegensatz dazu arbeiten Membran-Drucksensoren mit quadratischem Kennlinienverlauf, der die geringste Sensorempfindlichkeit bei geringem Druck um den Nullpunkt aufweist. Der Einsatz eines thermischen Strömungssensors zur Messung geringer Differenzdrücke besitzt das Potential, die Kosten auf ein Zehntel gegenüber der Drucksensorlösung zu verringern.

Die besondere Herausforderung besteht darin, eine verlässliche Technologie zu finden, die möglichst einfach und robust kapillare Strömungskanäle schafft, die sich auf den gewünschten Druckabfall anpassen lassen. Bei 2E mechatronic verfolgt man hierbei das Konzept, den notwendigen Druckverlust durch einen monolithisch integrierten Strömungskanal im MEMS-Chip zu erzeugen, der den Messbereich des Strömungssensors auf den Zieldifferenzdruck skaliert. Die Integration der fluidischen, elektrischen und mechanischen Funktionen wird durch ein extrem miniaturisiertes MIDGehäuse realisiert.

2E_Strömungssensor


Das 3D-Layout wurde hierbei so gestaltet, dass der Sensorchip mit integriertem Kanal durch einen Bondprozess elektrisch kontaktiert werden kann. Ein- und Auslassöffnungen liegen am Rand der Chiptasche in welche der Chip eingeklebt wird. Größe und Lage der äußeren elektrischen Anschlussflächen wurden auf 2,5 mm Standardraster gebracht. Diese sind symmetrisch beidseitig am Gehäuse angeordnet und ermöglichen eine zuverlässige Lötung mit Standardprozessen. Somit wurde das komplette, innovative MID-Gehäuse in seiner dreidimensionalen Formgebung als SMD-Bauelement ausgeführt.

Der MID-Strömungssensor kann sowohl als Differenzdrucksensor im Bypass als auch im Direktbetrieb eingesetzt werden. Er bietet eine hohe Genauigkeit bei gleichzeitig niedriger Leistungsaufnahme (< 10 mW). Der Sensor lässt sich gleichermaßen für gasförmige wie auch für flüssige Medien auslegen. Der maximale Volumenstrom im Direktbetrieb beträgt dabei beispielsweise 10 ml/min für Luft. Mit dem SMD/MIDKonzept wurde ein hoch integrierter und äußerst präziser Sensor bei gleichzeitig einfachem Standardhandling für elektronische Bauteile realisiert. Zugleich konnte die Flexibilität der Anwendung deutlich erhöht werden. Erste Anwendungen sind bereits im Bereich der Klima-Messtechnik erfolgt. Denkbar sind aber u.a. auch Applikationen in der Medizintechnik oder im Automotive-Sektor.

Quelle: 2E mechatronic GmbH & Co. KG