本發(fā)明涉及一種傳感器、包括傳感器的過濾元件和包括傳感器的過濾元件的應(yīng)用。

背景技術(shù)：

由DE 10 2010 044 616 A1已知一種用于濾芯的微系統(tǒng)。

由DE 10 2009 040 707 A1已經(jīng)已知過濾元件，其中，傳感器配置給過濾介質(zhì)。

在已知的過濾元件中不利的是，傳感器經(jīng)常相對大地構(gòu)成，以便檢測和評估一個或多個物理的參量。這樣的過濾元件的制造相對昂貴。此外較大的傳感器難以在過濾元件上裝配。

尤其是10-500Pa的范圍中的非常小的壓差的檢測在現(xiàn)有技術(shù)中只以相對大的傳感器實(shí)現(xiàn)并且要求許多結(jié)構(gòu)空間。

此外將這樣相對大的傳感器連接到過濾元件上相當(dāng)困難并且昂貴。此外這樣的傳感器的觸點(diǎn)接通經(jīng)常通過線纜進(jìn)行。后者特別是不值得做，因?yàn)榫€纜的維護(hù)是煩瑣的并且不被最終顧客接受。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

因此本發(fā)明的任務(wù)是，給出一種成本低的過濾元件，其具有緊湊的傳感器。

按照本發(fā)明，前述的任務(wù)利用權(quán)利要求1和17以及20至23的特征解決。

按照本發(fā)明首先認(rèn)識到，存在用于檢測10-500Pa的范圍中的最小的壓差的傳感器的小型化的需求。利用這樣的傳感器可以檢測過濾元件的污染。

在其上已認(rèn)識到，能夠?qū)崿F(xiàn)小型化并且優(yōu)選無線的不可插接的能量供應(yīng)，將傳感器低成本地集成到過濾元件中。集成和優(yōu)選無線的不可插接的能量和數(shù)據(jù)傳遞此外在過濾設(shè)備中使用過濾元件時不要求附加的安裝耗費(fèi)。

按照本發(fā)明具體來說認(rèn)識到，具有這樣小的功能體積的傳感器可特別容易地裝配。此外如果功能體積這樣小地選擇的話，可以節(jié)省材料。在這里給出成本低的過濾元件，其具有緊湊的傳感器。

因此解決開頭所述的任務(wù)。

可以利用180nm工藝，以便在傳感器芯片上設(shè)置電子裝置和膜片。這允許傳感器芯片和借此功能體積的緊湊的構(gòu)造。

在功能體積內(nèi)可能設(shè)置多個電子芯片和/或多個傳感器芯片。由此可檢測多個物理的參量。

電子芯片可以具有多個模擬的和/或數(shù)字的接口，利用所述接口可評估不同的傳感器芯片。由此可以將唯一的電子芯片與不同的傳感器或傳感器芯片組合。

借助電子芯片和/或傳感器芯片，通過無線電接口、尤其是RFID接口，或通過觸點(diǎn)的不可插接的連接的無線的能量和/或數(shù)據(jù)傳輸可能是可實(shí)現(xiàn)的或可進(jìn)行的。由此耗費(fèi)的線纜敷設(shè)不再需要。

帶有轉(zhuǎn)換元件的傳感器芯片和/或帶有轉(zhuǎn)換元件和傳感器前端的傳感器芯片可能整體上以180nmCMOS工藝制造，尤其是用于以5Pa的分辨率檢測在10-500Pa的范圍中的壓差。由此壓力精確并且有效率地可被測量。

在這種背景下，轉(zhuǎn)換元件可能作為硅膜片上的晶體管或電阻設(shè)計。由此給出非?？煽康牟贾媒Y(jié)構(gòu)。

電子芯片和傳感器芯片可以并排設(shè)置在電路板上。由此實(shí)現(xiàn)非常扁平的構(gòu)造。

電子芯片和傳感器芯片可以通過接合線相互導(dǎo)電連接。電子芯片和傳感器芯片可以這樣非常緊密地并列放置。接合線的使用允許簡單的制造，因?yàn)榻雍暇€在芯片的背離電路板的側(cè)上安裝。

電子芯片和傳感器芯片可能通過倒裝芯片連接在使用觸點(diǎn)接通小丘、即所謂的“突起”的情況下相互導(dǎo)電連接。該觸點(diǎn)接通在如下情況合適，即，設(shè)置在硅基底上的電設(shè)備、即尤其是氧化層朝向電路板并且硅基底的純凈的硅側(cè)背離電路板。

傳感器芯片可以具有膜片和電子設(shè)備。傳感器芯片可以由硅基底制成，電子裝置設(shè)置在所述硅基底上和/或硅基底中。傳感器芯片可以這樣非常緊湊地構(gòu)造。甚至可設(shè)想，膜片只包括一個硅基底和至少一個或多個轉(zhuǎn)換元件。轉(zhuǎn)換元件優(yōu)選是摻雜的區(qū)域。

在該背景下，傳感器芯片可能具有硅基底，膜片蝕刻到所述硅基底中，所述膜片除去轉(zhuǎn)換元件沒有電子設(shè)備和/或氧化層。所述轉(zhuǎn)換元件優(yōu)選作為n或p摻雜的區(qū)域在膜片上和/或在膜片中設(shè)計。通過膜片的蝕刻同樣產(chǎn)生傳感器芯片的緊湊的構(gòu)造，因?yàn)閮?nèi)在地在硅基底中存在的材料作為膜片利用。膜片因此作為硅膜片設(shè)計。

具有大約10μm的厚度電子裝置或氧化層可以被腐蝕掉直到達(dá)到硅基底，其中在另一側(cè)直至500μm的深度腐蝕到硅基底中，以便提供膜片。

電子芯片和傳感器芯片可以設(shè)置在電路板上，在所述電路板中構(gòu)通道，其中，所述通道是至如下體積的唯一的導(dǎo)流的入口，所述體積由電路板、傳感器芯片和圍繞傳感器芯片的密封圈形成或密封地限定，其中，膜片的第一膜片面朝向所述體積。與第一膜片面相對置的第二膜片面朝向大氣或其他與所述體積流體密封地分開的空間。由此如果不同的壓力作用到這兩個膜片面上，傳感器芯片可以測量壓差。

功能體積在該文獻(xiàn)的詞義中只通過電子芯片和傳感器芯片分別沿x、y和z方向的延伸長度的和形成。接合線、觸點(diǎn)接通小丘和/或密封圈的部分對功能體積沒有貢獻(xiàn)或不對其放大。尤其是接合線、觸點(diǎn)接通小丘和密封圈的部分可以超過所述功能體積伸出。密封圈的設(shè)置在電子芯片和傳感器芯片之間的部分在功能體積沿x、y或z方向的總延伸長度中保持不加考慮。決定性的只是電子芯片和傳感器芯片本身在相應(yīng)的方向上的尺寸。在圖5中示例性地標(biāo)繪延伸長度x和z的計算或檢測。

按照本發(fā)明的過濾元件具有基體，其中，在所述基體上設(shè)置在這里所述類型的傳感器。

基體可能具有過濾介質(zhì)，所述過濾介質(zhì)具有流入側(cè)和流出側(cè)，其中傳感器芯片是如此高分辨率的，使得在流入側(cè)和流出側(cè)之間的在10-500Pa的范圍中的壓差可被檢測。由此可以準(zhǔn)確地檢測壓差。

傳感器芯片可以在該背景下具有5Pa的分辨率。傳感器芯片可以具有處于1Pa至小于5Pa的范圍中的分辨率。傳感器芯片可以具有處于大于5Pa直至10Pa的范圍中的分辨率。

激光打印機(jī)發(fā)射顆粒，所述顆粒作為精細(xì)粉塵可以導(dǎo)致人的健康損害。這些顆?？梢酝ㄟ^過濾元件分離。已知附接過濾元件，所述附接過濾元件可以套裝到存在的儀器的吹出開口上。

此外已知用于臭氧轉(zhuǎn)換的裝入的活性炭過濾器。將顆粒過濾器集成到儀器中造成不同的問題。用于過濾元件的安裝空間被限定。必須進(jìn)行到存在的緊湊的儀器結(jié)構(gòu)中的適配。

過濾元件通過顆粒沉積而損耗并且必須定期地更換，其中，更換時刻強(qiáng)烈依賴于儀器的利用方式、例如打印輸出的類型和使用的紙的類型?；诖艘源_定的時間或計數(shù)間隔的更換是不合適的。

因此需要監(jiān)控過濾元件的狀態(tài)。這可以尤其是通過測量壓差進(jìn)行。通常的用于壓差測量的傳感器必須在儀器中安裝。

與此伴隨附加的空間需求和定期的維修、尤其是凈化或校準(zhǔn)。更確切地說是已知包括用于壓差測量的傳感器的過濾元件。

為了評估傳感器數(shù)據(jù)，需要將傳感器連接到儀器電子裝置上。該連接通常通過線纜進(jìn)行。通過線纜的連接對于過濾元件在激光打印機(jī)中的使用太不舒服，其中需要簡單的、對于外行可靠可實(shí)施的更換。

由其他產(chǎn)品領(lǐng)域、尤其是用于噴墨打印機(jī)的打印機(jī)墨水的領(lǐng)域已知觸點(diǎn)、尤其是通過接觸的不可插接的連接。

也已知包括集成的傳感器的除塵筒體，其中，數(shù)據(jù)傳輸通過無線電進(jìn)行。通過無線電的傳輸具有如下缺點(diǎn)，即，需要接收機(jī)單元的安裝。就此伴隨高的空間需求和費(fèi)用。

在該背景下，在激光打印機(jī)、室內(nèi)空氣凈化器、機(jī)動車、農(nóng)業(yè)和/或工程機(jī)械中或上使用過濾元件，所述過濾元件包括傳感器，所述傳感器允許無線的能量和/或數(shù)據(jù)傳輸。按照本發(fā)明，這樣使用包括集成的傳感器和尤其是通過無線電接口或通過觸點(diǎn)的不可插接的連接的無線的能量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^濾元件。也可設(shè)想，能量和/或數(shù)據(jù)傳輸利用線纜進(jìn)行。

存在如下可能性，包括電子裝置的過濾元件可以安裝在打印機(jī)上并且觸點(diǎn)接通不通過無線電、而是通過露出的觸點(diǎn)的接觸進(jìn)行。通過過濾元件的位置精確的安裝，過濾元件的觸點(diǎn)與打印機(jī)上的觸點(diǎn)接觸。

包括傳感器的過濾元件可以用于在醫(yī)院中、在與衛(wèi)生相關(guān)的區(qū)域中、在燃?xì)廨啓C(jī)中、在壓縮機(jī)中的結(jié)構(gòu)通風(fēng)，用于在食品工業(yè)中的干燥過程中、在表面處理技術(shù)中、在噴漆過程中的工業(yè)過程的通風(fēng)，用于過濾工業(yè)的排出空氣，用于在石棉吸出時的過濾，用于過濾油霧或用于過濾危險物質(zhì)，所述傳感器允許利用或沒有線纜的能量和/或數(shù)據(jù)傳輸。

在這里所述類型的過濾元件在之前所述應(yīng)用中的使用允許使用非常緊湊的傳感器并且尤其是在10-500Pa的范圍中的壓差的測量。

過濾元件在該說明書的意義上是用于將顆?；驓鈶B(tài)的材料從流體中分離的裝置或布置結(jié)構(gòu)，其中，所述顆?？梢允枪腆w或液滴并且其中所述流體可以液態(tài)或氣態(tài)。

示例性地但不是決定性的，可以在此涉及包括由紙或無紡織物、散積物或泡沫結(jié)構(gòu)制成的折疊的過濾介質(zhì)的過濾元件。

所述基體可以設(shè)計為波紋管、面狀的過濾介質(zhì)、框架或過濾元件的其他構(gòu)件。所述傳感器可以因此在某個地方設(shè)置在過濾元件上。

附圖說明

圖1示出包括折疊的過濾介質(zhì)的過濾元件，其中，傳感器配置給過濾元件；

圖2示出傳感器的示意視圖，其中，傳感器只具有兩個芯片，即電子芯片和傳感器芯片，所述兩個芯片相互連接，并且確定功能體積；

圖3示出傳感器芯片的示意視圖；以及

圖4示出示出電子芯片的示意視圖；

圖5示出傳感器芯片和電子芯片的示意視圖，所述傳感器芯片和電子芯片通過接合線相互連接，其中，在傳感器芯片的硅基底上的氧化層或其他電子的設(shè)備背離電路板；

圖6示出傳感器芯片和電子芯片的示意視圖，所述傳感器芯片和電子芯片通過觸點(diǎn)接通小丘與電路板并且相互導(dǎo)電連接，其中，在傳感器芯片的硅基底上的氧化層或其他電子設(shè)備朝向電路板；以及

圖7示出傳感器芯片從上面看的示意的透明視圖，所述傳感器芯片設(shè)置在電路板上，其中，多個觸點(diǎn)接通小丘包圍膜片地設(shè)置。

具體實(shí)施方式

圖1示出過濾元件1a，其具有基體1，其中，在基體1上設(shè)置傳感器2。

圖2示出，傳感器2具有設(shè)置在功能體積3內(nèi)的至少一個電子芯片4和至少一個傳感器芯片5，所述功能體積最多4mm至5mm長、最多2mm至3mm寬并且最多0.5mm至0.8mm高。

路程x為5mm，路程y為3mm并且路程z為0.8mm。

電子芯片4具有多個模擬的和/或數(shù)字的接口，利用所述接口可評估不同的傳感器芯片。

借助電子芯片4和傳感器芯片5進(jìn)行無線的能量和/或數(shù)據(jù)傳輸。這可以通過無線電接口或通過觸點(diǎn)的不可插接的連接進(jìn)行。

電子芯片4和傳感器芯片5設(shè)置在電路板6上，所述電路板具有比功能體積3較大的基面。

基體1具有折疊的過濾介質(zhì)7，所述過濾介質(zhì)具有流入側(cè)8和流出側(cè)9，其中，傳感器芯片5是這樣高分辨率的，使得在流入側(cè)8和流出側(cè)9之間的在10-500Pa的范圍中的壓差可被檢測。傳感器芯片5具有5Pa的分辨率。

過濾介質(zhì)7由無紡織物制造。然而作為過濾介質(zhì)也可以使用紙。過濾元件1a可以具有膠合的邊緣條。所述邊緣條可以具有泡沫材料密封裝置。過濾元件1a可以設(shè)計為組合過濾器。組合過濾器過濾顆粒和氣態(tài)的材料。

圖3在示意視圖中示出傳感器芯片5。傳感器芯片5能夠?qū)崿F(xiàn)在10-500Pa的范圍中的壓差的探測。傳感器芯片5可以只由轉(zhuǎn)換元件10組成，所述轉(zhuǎn)換元件將壓力變化轉(zhuǎn)換成電的信號，或由轉(zhuǎn)換元件10連同傳感器前端11組成。

帶有轉(zhuǎn)換元件10的傳感器芯片5和/或帶有轉(zhuǎn)換元件10和傳感器前端11的傳感器芯片5整體上以180nm的CMOS工藝制造。

傳感器前端11可以具有電子裝置或設(shè)計為電子裝置。

轉(zhuǎn)換元件10可能作為晶體管或作為電阻在硅膜片上構(gòu)造。

圖4示出電子芯片4的示意視圖。電子芯片4具有模擬的和/或數(shù)字的接口，以用于連接到其他的傳感器12或其他的傳感器芯片上。電子芯片4具有傳感器前端13。電子芯片4具有用于信號處理14的微控制器。電子芯片4具有存儲器15。電子芯片4具有RFID前端16，以用于無接觸的饋給和/或用于通過接觸連接的饋給。

圖5借助另一個傳感器2'示出：電子芯片4'和傳感器芯片5'并排地在電路板6'上設(shè)置。電子芯片4'和傳感器芯片5'通過接合線17相互導(dǎo)電連接。

圖6借助另一個傳感器2"示出：電子芯片4"和傳感器芯片5"通過倒裝芯片連接在使用觸點(diǎn)接通小丘18、即所謂的“突起”的情況下相互導(dǎo)電連接。

不僅在圖5而且在圖6中，傳感器芯片5'、5"具有膜片19'、19"和電子設(shè)備20'、20"，所述電子設(shè)備可以具有氧化層。傳感器芯片5'、5"分別具有硅基底21'、21"，膜片19'、19"蝕刻到所述硅基底中，所述膜片除去轉(zhuǎn)換元件10'、10"沒有電子設(shè)備或氧化層。

電子芯片4'、4"和傳感器芯片5'、5"設(shè)置在電路板6'、6"上，通道6'a、6"a構(gòu)成在所述電路板中，其中，通道6'a、6"a是至如下體積22'、22"的唯一的導(dǎo)流的入口，所述體積由電路板6'、6"、傳感器芯片5'、5"和圍繞傳感器芯片5'、5"的密封圈23'、23"形成，其中，膜片19'、19"的第一膜片面19'a、19"a朝向所述體積22'、22"。

電子芯片4'、4"被粘接。電子芯片4'、4"同樣具有電子的設(shè)備20'、20"。所述體積22'、22"只由電路板6'、6"、傳感器芯片5'、5"和圍繞傳感器芯片5'、5"的密封圈23'、23"密封。

不同的壓力p1和p2在膜片19'、19"的兩個不同的側(cè)上主導(dǎo)。利用傳感器2'、2"可以測量在各側(cè)之間的壓差，如果這兩個側(cè)彼此密封地分開并且傳感器2'、2"適合地設(shè)置并且密封地支承的話。這通過虛線示意性地示出。

密封圈23'、23"優(yōu)選由澆鑄材料制成，所述澆鑄材料也可以密封地流入小的間隙中。

圖7在透明的視圖中示出：觸點(diǎn)接通小丘18包圍膜片19"。觸點(diǎn)接通小丘18必須這樣精確地安裝，使得傳感器芯片5"或膜片19"均勻地機(jī)械的應(yīng)力加載。

在傳感器芯片5、5'、5"和電子芯片4、4'、4"之間的接口可以處于功能體積3中。