CN105408727B - 热式空气流量计 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种测量精度高的热式空气流量计，该热式空气流量计确保流量检测部的高的定位精度、并降低产生于LSI内的电阻的热应力的影响。因此，在具备通过将具备电阻(7)的LSI3与流量检测部(4a)以流量检测部(4a)的至少一部分露出的方式嵌入模制而构成的传感器部件(100)、具有副通路(305i、305o、305s)将流量检测部(4a)配置于副通路(305s)内并收纳传感器部件(100)的箱体(301)，传感器部件(100)由第一树脂模制成形，箱体(301)由第二树脂模制成形的热式空气流量计中，传感器部件(100)利用形成第二树脂固定于箱体(301)，具备相对于传感器部件(100)产生与流量检测部(4a)的露出面平行的方向的拉伸应力的树脂结构(20、21)。

Description

热式空气流量计
技术领域
本发明涉及具备用树脂覆盖具备流量检测部的传感器芯片与处理由流量检测部检测的信号的LSI而构成的传感器部件的热式空气流量计。
背景技术
测量气体流量的热式空气流量计具备用于测量流量的流量检测部，通过在上述流量检测部与作为测量对象的气体之间进行热传递，测量气体的流量。热式空气流量计测量的流量在各种各样的装置中作为重要的控制参数而广泛地被使用。热式空气流量计的特征为能够以相比较于其他方式的流量计相对高的精度测量气体流量、如质量流量。
可是，期望更进一步提高气体流量测量精度。例如，在搭载内燃机构的车辆中，节省燃油费的期望与尾气净化的期望非常高。对应这些期望，谋求以高精度测量作为内燃机构主要参数的吸入空气量。测量被导入内燃机构的吸入空气的热式空气流量计具备取入吸入空气量的一部分的副通路与配置于上述副通路的流量检测部，通过上述流量检测部在与被测量气体之间进行热传递，测量流经上述副通路的被测量气体的状态，输出表示向上述内燃机构导入的吸入空气量的电力信号。这样的技术例如公开于日本特开2011-252796号公报(专利文献1)中。
在专利文献1中的空气流量测量装置中，具备形成取入的空气流经的内部流路的箱体、配置于副流路内的传感器芯片、处理传感器芯片产生的电力信号的电路芯片，传感器芯片与电路芯片作为成为一个结构部件的传感器部件而组装(段落0027、0031)。箱体具备嵌入传感器部件的孔，在形成孔的面上设置分别面接触于设置于传感器部件上的两个抵接面的两个抵接面(段落0033)。在形成孔的面上，在除了两个抵接面的面部上设置肋，传感器部件通过以压接于肋的顶端的方式压入孔中，固定于箱体中(段落0034)。由此，在传感器部件与箱体之间遮断线膨胀的传递，以线膨胀差引起的应力不作用在传感器芯片、电路芯片的方式，抑制传感器芯片、电路芯片的元件的阻值的变动(摘要)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-252796号公报
发明内容
发明所要解决的课题
为了通过热式空气流量计以高精度测量空气的流量，谋求在设置于用于测量流经主通路的空气流量的热式空气流量计上的副通路上，以高精度定位流量检测部并固定，准确地测量由流量检测部检测的流量。在记载于专利文献1中的技术中，预先用树脂制作具备开有用于嵌入传感器部件的孔的内部流路的箱体，与该箱体不同地制造具备流量检测部传感器部件，其次以向内部流路的孔插入传感器部件的状态，将传感器部件固定于箱体中。在向内部流路开口的孔与传感器芯片之间的间隙、以及传感器部件向箱体中的嵌入部分的间隙中填充弹性粘接剂，以粘接剂的弹性力吸收相互的线膨胀系数差。
而且，为了减小传感器部件与设置于箱体上的副通路之间的位置与角度的偏差，相对于副通路(内部流路)准确地定位传感器部件(尤其是流量检测部)，与箱体的模制成型的同时固定含有流量检测部的传感器部件有效。
可是，在这种情况下，由于传感器部件与箱体之间的线膨胀系数差，引起在LSI：Large Scale Integration(电路芯片)内抵抗中产生的热应力相比较于使用粘接剂的情况高，测量精度降低的课题。
本发明的目的在于提供一种热式空气流量计，该热式空气流量计通过确保流量检测部的高定位精度、并降低在LSI内的电阻产生的热应力的影响，从而测量精度高。
用于解决课题的方法
为了实现上述目的，本发明的热式空气流量计具备将具备电阻的电路部与流量检测部以上述流量检测部的至少一部分露出的方式嵌入模制而构成的传感器部件、具备副通路将上述流量检测部配置于上述副通路内并收纳上述传感器部件的箱体，在上述传感器部件用第一树脂模制成形、上述箱体用第二树脂模制成形的热式空气流量计中，上述传感器部件具备用形成上述箱体的上述第二树脂固定于上述箱体、相对于上述传感器部件产生与上述流量检测部露出的面平行的方向的拉伸应力的树脂结构。
此时，在将电路部(LSI)的电阻配置面侧作为表面的情况下，可以使形成于传感器部件的背面侧、覆盖传感器部件的箱体树脂体积比形成于传感器部件的表面侧、覆盖传感器部件的箱体树脂体积大。或者，在将LSI的电阻配置面侧作为表面侧的情况下，形成于LSI的表面侧的传感器部件树脂的厚度t1与形成于LSI的背面侧的传感器部件树脂的厚度t2的关系可以为t1<t2。
发明效果
根据本发明，在与箱体的模制成型同时固定传感器部件的情况下，由于能降低对LSI的产生应力，所以能够得到确保流量检测部的高的定位精度、测量精度高的热式空气流量计。
上述以外的课题、结构以及效果通过以下的实施方式的说明而变得清楚。
附图说明
图1A是表示本发明的一实施例中的热式空气流量计的上面的俯视图。
图1B是关于图1A所示的热式空气流量计的右侧面，拆下设置于侧面的罩部件并表示的俯视图。
图2是表示涉及本发明的第一实施方式中的传感器部件的俯视图。
图3是表示图2中的Ⅲ-Ⅲ剖面的剖视图。
图4是示意地表示图1B中Ⅳ-Ⅳ剖面的剖视图。
图5是关于图2中的Ⅴ-Ⅴ剖面，表示传感器部件的变形样式的示意图。
图6是涉及本发明的第二实施例中的传感器部件的俯视图。
图7是表示图6中Ⅲ-Ⅲ剖面的剖视图。
图8是关于涉及本发明的第三实施例中的传感器部件，用与图3以及图7相同的剖面表示的剖视图。
具体实施方式
以下，关于本发明的一实施例进行说明。
首先，关于热式空气流量计的整体结构，使用图1A以及图1B进行说明。图1A是表示热式空气流量计300的上面的俯视图。图1B是关于热式流量计300的侧面拆除设置于侧面的罩部件302、303而表示的俯视图。而且，图1B表示图1A的右侧面。另外，图1B所表示的箭头26表示流经吸气管(未图示)的空气的方向。在图1A以及图1B中所说明的整体结构共通于以下所说明的各实施例。
热式空气流量计300的图1A所示的面朝向流经吸气管中的空气流的上游侧设置。以下，热式空气流量计300中的上下方向相对于流经吸气管中的空气流将位于上游侧的方向作为上方向、将位于下游侧的方向作为下方向而进行说明。该上下方向并不意味着在热式空气流量计300安装于汽车等的内燃机中的实装状态下的上下方向。另外，如图1中箭头表示那样定义热式空气流量计300的长度方向300L、宽度方向300W。而且，将相对于长度方向300L以及宽度方向300W垂直的方向作为高度方向。300C表示宽度方向300L中的中心线。
如图1A所示，在热式流量计300的外壳(箱体)301的两侧面安装薄板状的罩部件302、303。热式空气流量计300在吸气管的壁面固定凸缘部(安装部)304，在外壳301的前端侧设有取入流经吸气管的空气的一部分的副通路305。305a是副通路305的入口开口。入口开口305a在外壳301的宽度方向300L整体上设置。副通路305的入口侧通路部分305i随着从入口开口305a向下游侧前进，通路截面向中心线300C的左侧集中。在入口侧通路部分305i的从中心线300C向右的部分，在入口侧通路部分305i的里侧形成副通路305的出口侧通路部分305o。出口侧通路部分305o由于不能在图1A上表示，所以，添加括号且引出线也用虚线表示。副通路305由入口侧通路部分305i、出口侧通路部分305o、在空气流动方向上设置于入口侧通路部分305i与出口侧通路部分305o之间且配置传感器部件100(参照图1B)的流量测量通路部分305s(后述)构成。
在凸缘部304上与设置副通路305的相反侧设置连接器部307。在该连接器部307上连接连接于外部装置(例如，引擎控制装置)的信号线(通信线)。
如图1B所示，在外壳301的前端侧(纸面下侧)设置构成副通路305的出口侧通路部分305o与流量测量通路部分305s。出口侧通路部分305o的下游端连通于出口开口305b。在图1B中未图示，在出口侧通路部分305o的里侧设置副通路305的入口侧通路部分305i。流量测量通路部分305s以隔着图1A所示的中心线300C跨越宽度方向两侧的方式形成，形成于相对于中心线300C一方(左)的侧面侧的入口侧通路部分305i的下游端、形成于相对于中心线300C另一方(右)的侧面侧的出口侧通路部分305o的上游端通过该流量测量通路部分305s而连通。
在副通路305与凸缘部304之间配置传感器部件100。在本实施例中，传感器部件100通过形成外壳301的树脂，用固定部306固定于外壳301。在传感器部件100的流量检测部4a露出的表面与其相反侧的背面上，分别在与流量测量通路部分305s的壁面之间设置空气流动的间隙。即，传感器部件100在宽度方向300L上配置于流量测量通路部分305s的中间部。另外，如图1B所示，传感器部件100以其流量检测部4a面向热式空气流量计300中的形成出口侧通路部分305o的侧面侧的方式配置。
在连接器部307上设置用于与将热式空气流量计300连接于外部装置(例如，引擎控制装置)的信号线(通信线)电连接并进行通信的连接端子307a。连接端子307a电连接于露出于外壳301的内部的端子307b，通过端子307b电连接于从传感器部件100引出的导线102b。导向102b构成LSI103、吸气温度检测元件(未图示)的输入输出端子。
以下，关于传感器部件100、100′以及保持部20、21的实施例，分为实施例1至实施例3进行说明。
实施例1
使用图2至图5，关于热式空气流量计的第一实施例进行说明。以下，关于作为本实施例的特征性部分的部件100以及保持部20、21进行说明。
图2是传感器部件100形成后的俯视图，图3是表示图2中Ⅲ-Ⅲ截面的剖视图。在图2中，透视遮盖周围的第一树脂24，表示内部的导线框1、换气板2、LSI3、传感器芯片4。
如图2、图3所示，传感器部件100具备导线框1、LSI(电路部)3、传感器芯片4，这些用第一树脂24覆盖。具体地说，传感器部件100以传感器芯片4的流量检测部4a的至少一部分露出的方式，用第一树脂24对导线框1、换气板2、LSI(电路部)3、传感器芯片4的各嵌入部件进行嵌入模制而构成。
在此，上述导线102b从导线框1切开分离而构成。另外，流量检测部4a构成于传感器芯片4上。在传感器芯片4上形成隔膜4a。在隔膜4a上形成发热电阻、感温电阻，构成流量检测部4a。
作为第一树脂24，例如使用热固化性树脂。具体的制造方法为，首先在导线框1上用粘接带5粘接换气板2，并且，在换气板2上用粘接带6粘接LSI3与传感器芯片4。并且，该换气板2既可以使用玻璃也可以使用树脂。
其次，通过引线接合并使用金线8、9电连结LSI3与传感器芯片4之间以及LSI3与导线框1之间。通过第一树脂将这些树脂密封，完成传感器部件100。LSI3是将来自具备流量检测部4a的传感器芯片4的模拟信号变换为数字信号，进行控制、输出的电路部。该电路部用电路芯片(半导体芯片)构成。在LSI3的表面上配置电阻7，该电阻7如使用于基准发信器(仪表)、A/D变换器等。
参照图1B以及图4，说明传感器部件100的安装结构。图4是图1B的Ⅳ-Ⅳ的剖视图。箱体301具备用于将流经主通路的空气引导至传感器芯片4的副通路305(305i、305o)、传感器部件100的保持部20、21(为副通路的侧壁)、端子307b的保持部14，与由第二树脂构成的箱体301的形成的同时，传感器部件100被收纳于箱体301内并固定。此时，具备流量检测部4a的传感器芯片4的流量检测部4a由于需要测量空气流量，所以配置于副通路305中。由于LSI3与传感器芯片4以邻接的方式配置，所以作为副通路305的侧壁的保持部20、21位于传感器芯片4与LSI3之间。并且，保持部20、21是在图1B中作为固定部306所表示的部分，传感器部件100的沿流量测量通路部分305s的方向的全周被第二树脂覆盖。由此，在传感器部件100的表面侧构成保持部20，另外，在传感器部件100的背面侧构成保持部21。并且，在箱体301的形成时，保持部20、21如图4所示以传感器部件100的背面侧的保持部21的树脂体积比传感器部件100的表面侧的保持部20的树脂体积大的方式形成。
其次，关于由第一实施例产生的作用效果进行说明。传感器部件100由第一树脂24形成，箱体301由第二树脂形成。另外，第一树脂24与第二树脂材料不同。例如，第一树脂24使用热固化性树脂，第二树脂使用热可塑性树脂。因此，通过保持部20、21在与传感器部件100的界面上，由于由第一树脂24与第二树脂的线膨胀系数差而引起的热应力、或由树脂收缩差而引起的收缩应力产生压缩应力。由此，在与保持部20、21邻接的LSI3内的电阻7上也会产生压缩应力。当在电阻7中产生应力(形变)时，由于压电效果而导致阻值变化，LSI3的输出特性变化，因此空气流量的测量精度恶化。
在本实施例中，使保持部20的树脂体积比保持部21的树脂体积小。由此，由于保持部20、21的树脂收缩差而在传感器部件100上产生如图5所示那样的弯曲。图5是表示图2中Ⅴ-Ⅴ剖面的剖视图，表示弯曲变形的形状。如图5所示，在LSI3上也会产生与传感器部件100相同的弯曲。其结果，由于对电阻7施加拉伸应力，因此能通过保持部20、21降低产生于电阻7上的压缩应力。即，在本实施例中，通过保持部20与保持部21的收缩差在传感器部件100上产生弯曲。该弯曲产生相抵或降低LSI3受到的上述压缩应力。由于产生该弯曲，使传感器部件100的背面侧的保持部21的收缩量比传感器部件100的表面侧的保持部20大。
实施例2
使用图6以及图7，关于热式空气流量计的第二实施例进行说明。以下，关于作为本实施例的特征性部分的传感器部件100′进行说明。
图6是传感器部件的主视图，图7是表示图6的Ⅶ-Ⅶ剖面的剖视图。传感器部件100′的基本结构与实施例1相同，位于传感器部件100’的表面侧的树脂厚度t1与位于传感器部件100′的背面侧的树脂厚度t2以t1<t2的方式形成。
其次，关于由第二实施例产生的作用效果进行说明。在传感器部件100′中，在LSI3与第一树脂24之间的界面，在电阻7上产生由第一树脂24的树脂收缩以及热收缩而产生的压缩应力。在本实施例中，关于传感器部件100′的表面侧与背面侧的树脂厚度t1、t2，由于t1<t2的关系成立，因此通过第一树脂24的表面侧与背面侧的热收缩差在传感器部件100′上产生图5中所示的弯曲，在LSI3上也会产生同样的弯曲。其结果，对LSI3内的电阻7施加拉伸应力，能够降低或相抵产生于电阻7上的压缩应力。并且，即使对于在本实施例中所表示的传感器部件100′的结构上安装实施例1中所表示的箱体301的结构来说，能够降低产生于电阻7上的压缩应力也是理所当然的。
实施例3
使用图8，关于热式空气流量计的第三实施例进行说明。以下，关于作为本实施例的特征性部分的传感器部件100′进行说明。图8是关于在涉及本发明的第三实施例中的传感器部件100〞用与图3以及图7相同的剖面表示的剖视图。
在本实施例中，在第二实施例中的传感器部件100′中，传感器芯片4与LSI(电路部)3一体化，作为一个半导体芯片而构成。即使在该情况下，通过位于传感器部件100〞的表面侧的树脂厚度t1与位于传感器部件100〞的背面侧的树脂厚度t2以t1<t2的方式形成，能够得到与实施例2相同的效果，提高流量的测量精度。
即使在本实施例中也能组装实施例1中的保持部20、21。或者，在实施例1中可以如同本实施例那样将传感器芯片4与LSI3一体化，作为一个半导体结构而构成。
在第一实施例、第二实施例以及第三实施例中，具备相对于传感器部件100、100′、100〞产生与流量检测部4a露出的面平行的方向的拉伸应力的树脂结构。该树脂结构是使位于流量检测部4a相对于LSI(电路部)3露出的传感器部件100、100′、100〞的表面侧的树脂体积与位于传感器部件100、100′、100〞的背面侧的树脂体积不同的结构。并且，拉伸应力由于该树脂结构在传感器部件100、100′、100〞上产生弯曲变形而产生，通过LSI3的电阻7位于拉伸应力作用的部分上，能够抵消或减轻上述压缩应力。在第一实施例中，该树脂结构是使接触于传感器部件100的表面侧的表面接触的第二树脂(构成保持部20的树脂)的体积与接触于传感器部件100的背面侧的表面的第二树脂(构成保持部21的树脂)的体积不同的结构。并且，相比较于接触于传感器部件100的表面侧的表面的第二树脂(构成保持部20的树脂)的体积，接触于传感器部件100的背面侧的表面的第二树脂(构成保持部21的树脂)的体积大。此时，如记载于第二实施例中的传感器部件100′，可以使相对于LSI3设置于传感器部件100的背面侧的第一树脂24的厚度比相对于LSI3设置于传感器部件100的表面侧的第一树脂24的厚度厚。另外，在第二实施例中，树脂结构通过使相对于LSI3设置于传感器部件100′的背面侧的第一树脂的厚度比相对于LSI3设置于传感器部件100′的表面侧的第一树脂的厚度厚的结构而能实现。
并且，本发明不限定于上述各实施例，包含多种的变形例。例如，上述实施例为了容易地理解本发明进行说明而进行详细说明，未必限定于具备全部结构。另外，可将某个实施例结构的一部分置换为其他实施例的结构，另外，也可在某个实施例的结构中追加其他实施例的结构。另外，关于各实施例的结构的一部分，可以进行其他结构的追加·删除·置换。
产业上的可利用性
本发明能够适用于上述的用于测量气体流量的测量装置。
符号说明
1—导线框，2—换气板，3—LSI，4—传感器芯片，5—粘接带，6—粘接带，7—电阻，8—金线，9—金线，100、100′、100〞—传感器部件，301—箱体，12—副通路，14—保持部，20—保持部，21—保持部，24—第一树脂，26—空气。

Claims (5)

1.一种热式空气流量计，具备：传感器部件，其通过将具备电阻的电路部与流量检测部以上述流量检测部的至少一部分露出的方式嵌入模制而构成；以及箱体，其具有副通路，将上述流量检测部配置于上述副通路内，并收纳上述传感器部件，上述传感器部件由第一树脂模制成形，上述箱体由第二树脂模制成形，该热式空气流量计的特征在于，
上述传感器部件利用形成上述箱体的上述第二树脂固定于上述箱体，
具备相对于上述传感器部件产生与上述流量检测部露出的面平行的方向的拉伸应力的树脂结构，
上述树脂结构是使位于上述流量检测部相对于上述电路部露出的上述传感器部件的表面侧的树脂的体积与位于上述传感器部件的背面侧的树脂的体积不同的结构，
上述拉伸应力通过上述树脂结构在上述传感器部件上产生弯曲变形而产生，上述电路部的电阻位于上述拉伸应力作用的部分，
上述树脂结构是使与上述传感器部件的表面侧的表面接触的上述第二树脂的体积和与上述传感器部件的背面侧的表面接触的上述第二树脂的体积不同的结构。
2.根据权利要求1所述的热式空气流量计，其特征在于，
与上述传感器部件的背面侧的表面接触的上述第二树脂的体积比与上述传感器部件的表面侧的表面接触的上述第二树脂的体积大。
3.根据权利要求2所述的热式空气流量计，其特征在于，
使相对于上述电路部设置于上述传感器部件的背面侧的上述第一树脂的厚度比相对于上述电路部设置于上述传感器部件的表面侧的上述第一树脂的厚度厚。
4.一种热式空气流量计，具备：传感器部件，其通过将具备电阻的电路部与流量检测部以上述流量检测部的至少一部分露出的方式嵌入模制而构成；以及箱体，其具有副通路，将上述流量检测部配置于上述副通路内，并收纳上述传感器部件，上述传感器部件由第一树脂模制成形，上述箱体由第二树脂模制成形，该热式空气流量计的特征在于，
上述传感器部件利用形成上述箱体的上述第二树脂固定于上述箱体，
具备相对于上述传感器部件产生与上述流量检测部露出的面平行的方向的拉伸应力的树脂结构，
上述树脂结构是使位于上述流量检测部相对于上述电路部露出的上述传感器部件的表面侧的树脂的体积与位于上述传感器部件的背面侧的树脂的体积不同的结构，
上述拉伸应力通过上述树脂结构在上述传感器部件上产生弯曲变形而产生，上述电路部的电阻位于上述拉伸应力作用的部分，
上述树脂结构是使相对于上述电路部设置于上述传感器部件的背面侧的上述第一树脂的厚度比相对于上述电路部设置于上述传感器部件的表面侧的上述第一树脂厚度厚的结构。
5.根据权利要求2或4所述的热式空气流量计，其特征在于，
上述第一树脂是热固化性树脂，上述第二树脂是热可塑性树脂。
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