CN110672170A - 热式空气流量测定装置 - Google Patents

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Abstract

提供热响应性好的传感器芯片封装，包括：温度检测元件；第一导电性引线框架，支承固定温度检测元件并且与温度检测元件电连接；和第二导电性引线框架，第一导电性引线框架由导电上独立的多个部分构成，温度检测元件以跨越多个部分的方式配置，具有导电性部件，将第一导电性引线框架的多个部分和第二导电性引线框架分别电连接，其截面积比第一导电性引线框架和第二导电性引线框架小；和树脂封装，其以通过树脂将第一导电性引线框架、第二导电性引线框架、导电性部件和温度检测元件包在内部的方式进行覆盖，树脂封装的外周的第一导电性引线框架或第二导电性引线框架的截断面被封闭。

Description

热式空气流量测定装置
本申请是申请号为201380008004.8、申请日为2013年01月21日的同名专利申请的分案申请
技术领域
本发明涉及对在内燃机的吸入空气通路中流动的空气流量进行测定的热式流量测定装置。
背景技术
正确地控制内燃机的空燃比的最通常的方法中存在测定吸入空气流量和吸入空气温度，逐次计算使燃烧状态最佳的燃料喷射量的方案。热式流量测定装置包括：具有发热电阻体等的流量检测部；和具有热敏电阻等的温度检测部，还包括对流量检测部进行加热温度控制的电子控制电路部。现有的流量测定装置已知有，为了使得不易受到来自内燃机的热影响而将用于温度测定的热敏电阻元件配置在内燃机的吸气管路内，来实现吸入空气的冷却效果的技术。
作为使用这种技术的结构，有例如在专利文献1中记载的流量测定装置。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2008－292508号公报
发明内容
发明要解决的技术问题
要解决的技术问题是确保温度检测元件的检测温度精度的高精度化和热响应性。这是由于现有的温度检测元件的材料和结构引起的。作为与温度检测芯片的两端接合的导电性引线和对具有引线的温度检测元件进行支承的导电性终端或者连接终端，使用导电性部件。导电性的金属材料例如与树脂相比热传导率高一个数量级以上，流量测定装置主体树脂壳体的热经由金属材料被传递至温度检测芯片，相对于在恒定运转使用时壳体主体和隔着覆盖涂层暴露于空气中的温度检测芯片部的温度实现平衡的温度即希望测定的实际空气温度，从壳体经由金属制终端传递热，由此存在具有一定误差的问题。而且，主要是在内燃机起动时的主体壳体的温度和吸入空气温度不同的过渡时期，引线、终端和涂层膜的热容量大时，存在散热变慢，温度检测芯片的检测热响应性降低的问题。
本发明的目的在于提供热响应性好的流量测定装置。
用于解决技术问题的技术方案
为了达成上述目的，本发明的热式空气流量测定装置如以下方式构成。
传感器芯片封装，包括：温度检测元件；第一导电性引线框架，其支承固定所述温度检测元件并且与所述温度检测元件电连接；和第二导电性引线框架，所述第一导电性引线框架由导电上独立的多个部分构成，所述温度检测元件以跨越所述多个部分的方式配置，还具有：导电性部件，其将所述第一导电性引线框架的多个部分和所述第二导电性引线框架分别电连接，并且，其截面积比所述第一导电性引线框架和所述第二导电性引线框架小；和树脂封装，其以通过树脂将所述第一导电性引线框架、所述第二导电性引线框架、所述导电性部件和所述温度检测元件包在内部的方式进行覆盖，所述树脂封装的外周的所述第一导电性引线框架或所述第二导电性引线框架的截断面被封闭。
发明效果
采用本发明，能够提供热响应性好的流量测定装置。
附图说明
图1是传感器芯片封装的概略截面图。
图2是图1的传感器芯片封装的俯视图。
图3是图1的传感器芯片封装的侧视图。
图4是引线框架和外引线的概略结构图。
图5是传感器芯片封装的概略截面图。
图6是图1的传感器芯片封装的俯视图。
图7是图1的传感器芯片封装的侧视图。
图8是引线框架和外引线的概略结构图。
图9是空气流量和温度测定装置的概略结构截面图。
图10是图9空气流量和温度测定装置的概略侧视截面图。
图11是图10的A部放大C－C截面图。
图12是图10的A部放大C－C截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
(实施例1)
首先，使用图1至图3说明作为本发明的一个实施例的传感器芯片封装1。
在图1至图3中，使用软钎焊或者导电性粘接剂安装用于检测温度的热敏电阻芯片2、用于检测空气流量的流量传感器芯片8、控制电路芯片9和用于对它们进行支承固定并实现电导通的引线框架3，利用加热固化通过最短一次的工序将需要的全部芯片接合。
在此，流量传感器芯片8和控制电路芯片9在芯片背面与引线框架3之间不需要电导通的情况下能够不使用导电性粘接剂，而使用绝缘性的例如环氧树脂粘接剂。
引线框架3能够使用铜合金、铁镍合金、不锈钢等的导电性金属材料，通过精密微细冲压成形或蚀刻处理而形成。
在将热敏电阻芯片2、流量传感器芯片8和控制电路芯片9安装到引线框架3后，各传感器芯片和控制电路芯片9为了实现彼此的电导通而使用金线、铜线、铝线等细线12，通过热压接、超声波振动、超声波热压接等方法对它们进行导线接合(wire bonding)。
安装有热敏电阻芯片2、流量传感器芯片8和控制电路芯片9的引线框架3，以将它们内置的方式被热固化性的树脂5通过传递模塑而覆盖。但是，对于为了实现流量传感器芯片8的一部分表面和外部的电导通所需要的引线框架3的一部分(将其称为外引线4)，以从树脂5露出的方式进行传递模塑。
接着，使用图4详细说明传感器芯片封装1、引线框架3、外引线4。另外，用虚线表示通过传递模塑热固化后的树脂5的部分。
引线框架3优选配置成使与安装有热敏电阻芯片2的一端相反的一侧从树脂成形的面向外侧伸出，形成为与外框6连接的结构。引线框架3从承担的功能来看能够看作包括：(1)最终构成为产品的部件的部分；和(2)用于与外框6连接的制造上必须的悬吊结构部分，尤其是将后者的悬吊结构部分称为连杆(tie bar)7。
连杆7是通过与引线框架3相同的冲压工序等被冲出的部件，起到在制造工艺中构成电路时即使在需要的部位切开，也使得引线框架3不会散落而维持形状的作用。而且，在利用热固化性的树脂5进行的传递模塑完成之后，在利用树脂将引线框架3固定后，连杆7的部分被截断，除截断面以外不会残留在产品上。
用于将各传感器芯片的检测信号引出到外部的外引线4也同样经由连杆7与外框6连接，来保持引线的形状。
安装热敏电阻芯片2的引线框架3，将正极和负极的信号线的一部分以比板厚薄或比引线宽度窄、或者薄且窄(细)的尺寸，通过精密微细冲压或者蚀刻处理形成。
热敏电阻芯片2的电信号经由引线框架3通过金线、铜线等细线与控制电路芯片9连接，或者在流量检测的功能之外直接与外引线4连接而向外部装置输出。
安装有热敏电阻芯片2、流量传感器芯片8和控制电路芯片9的引线框架3和金线、铜线或者铝线等的热容量少的细线11、12，通过将流量传感器芯片8的一部分表面除去，利用传递模塑等方法，形成由树脂5覆盖而被保护的封装结构。
在树脂成形结束之后，将伸出到传感器芯片封装1外周的连杆7截断，截断面根据需要使用粘接剂进行封闭，由此成为传感器芯片封装1。
在此，对内燃机中温度测定的必要性和温度检测元件2的结构进行说明。温度测定，除了以额定状态下的内燃机的控制为目的的用途之外，也用于冷起动等过渡时的燃油消耗中的燃料喷射量的最佳控制、利用催化剂温度控制的排气气体中有害物质的抑制，不能缺少用于测定内燃机吸入的空气温度的温度检测功能。于是提出了各种方式、结构的温度检测元件2，在当今被广泛地实际应用。作为温度检测元件2已知有热电偶、二极管、铂等的测温电阻体、利用半导体显微机械加工技术在硅基板上形成感温电阻体的元件等。其中一个方式是作为检测元件使用热敏电阻，利用热敏电阻的阻抗值来检测温度的方式。使用该热敏电阻的温度检测元件，将利用各种结构保护热敏电阻芯片而形成的热敏电阻元件配置在内燃机的空气所流入的流路内，与流量测定装置内的电路电连接，或者与用于实现与燃料喷射量运算装置(发动机控制单元)的导通的连接终端电连接，以实际应用。
在热敏电阻元件中，在热敏电阻芯片的两端，以实现与外部装置的电导通为目的，接合有以导电性的镍合金、铁、钢作为芯材进行镀铜后的CP线(钢心镀铜线)，或者对铁镍合金线通过贴合压接铜而实施使金属间界面扩散结合的加工从而在最靠表面的位置生成氧化亚铜从而提高与软质玻璃的紧贴性的杜美线(镀铜铁镍合金线)等引线，以覆盖这些芯片整周和芯片与引线的接合部的方式包覆圆筒状的玻璃管，接着，通过烧制芯片、引线、玻璃而使得玻璃发生熔融、收缩从而将芯片和引线固定，或者作为不使用玻璃管的结构利用焊料等将芯片和引线接合后利用热固化性树脂等进行包覆(涂层)固定从而将芯片和引线的接合部保护起来，完成该状态的温度检测用的元件。在使用杜美线的情况下，已知通过烧制玻璃使玻璃熔融，玻璃和氧化亚铜发生化学结合从而获得密接的结构。而且，为了将完成的热敏电阻元件配置在内燃机的流路内并对其进行支承固定，将元件的引线通过焊接等接合到导电性的金属板制终端。导电性终端以与外部装置的电信号发送接收为目的，与连接终端直接连接或者经由铝线、电路基板等另外的导电性部件与连接终端间接连接。连接终端与对其进行支承固定的树脂等的绝缘性壳体主体一体成形。经由配置在壳体主体的导电性终端电连接的热敏电阻元件，经由也配置于壳体的连接器与流量测定装置或燃料喷射量运算装置(发动机控制单元)连接，一般从上述装置对热敏电阻元件，经由至少一个以上的串联电阻从连接终端向热敏电阻元件供给一定电压，当对由上述串联电阻分压后的热敏电阻元件的端子间电压进行检测时，由于伴随热敏电阻元件的温度变化电阻值也发生变化，从而检测电压发生变化，能够将其作为温度信号获得。
在汽车等的内燃机中在比较恶劣的环境下使用流量测定装置的情况很多，例如，在燃料蒸气气氛、高温环境下等产生的腐蚀性气体、水或盐水等通过空气滤清器后飞散等的恶劣环境下使用流量测定装置。温度检测元件以暴露于内燃机的流路内为前提，其中玻璃封闭热敏电阻元件为了防止在引线与玻璃的界面(微小间隙)等产生的腐蚀、电蚀而使用热固化性等的树脂对微小间隙进行涂层，根据进一步要求的耐久性的程度，引线和导电性终端的接合部等也在软钎焊、焊接后利用热固化性树脂等进行封闭，另外，为了防止在极性不同的引线间等产生的电化学的腐蚀，通过使用耐热包覆电线等防止并保护引线间的水或盐水等导致的短路问题，来确保可靠性。但是，以覆盖热敏电阻芯片自身以及热敏电阻芯片和引线的接合部的方式配置玻璃管，因此玻璃管比引线的直径大，具有在结构上的对耐腐蚀性的限制。在此，一般被称为轴向引线型的以正极和负极在轴方向的大致同一直线上的方式排列有引线的热敏电阻元件，有时难以使由引线的直径与玻璃管的直径差所形成的玻璃管端部(过渡部，fillet)的涂层膜厚均匀，不能充分确保过渡部的膜厚，或者形成多孔的状态即在膜中具有孔地形成涂层膜时可能发生腐蚀。另一方面，一般被称为径向型的2根引线在同一方向上并行配置的温度检测元件中，即使使用杜美线提高与软质玻璃的紧贴性从而防止引线与玻璃界面的微小间隙腐蚀，也由于在杜美线露出的状态下会发生引线间的漏电(短路)而需要涂层膜，但引线间距离由热敏电阻芯片的尺寸决定因此是微小的，难以形成在该引线间没有间隙的涂层膜。而且，在下一工序中要求进行扩大引线的加工(成形)的情况下，具有对在引线周围涂敷的涂层膜造成损伤的问题。另外，在不采用杜美线而使用耐热包覆电线的情况下，难以很好地应对在包覆电线与玻璃管界面的微小间隙产生的腐蚀。
在本实施例1中记载的结构中，能够用薄的树脂覆盖热敏电阻芯片2和引线框架3的整周，因此与利用玻璃管保持热敏电阻芯片2，利用涂层膜覆盖玻璃管和引线接合部的结构相比，能够避免由引线的直径与玻璃管的直径差形成的玻璃管端部(过渡部)的涂层膜厚的不均匀性、施加于过渡部的热或振动等变形导致的裂纹(缺陷)，能够实现耐腐蚀性的提高。
另外，温度检测元件除了需要耐腐蚀性之外，还需要考虑热，这是因为存在以下问题：在受到来自内燃机的辐射热而使得流路壁比流路内的空气温度高时、或者起动时流路壁处于常温或低温环境下但流路内温度高时等的环境下，在安装有温度检测元件的温度检测部与实际内燃机的流路内温度之间产生误差。为了在上述任一情况下都能够将温度检测误差抑制得较小，热敏电阻元件采用积极地暴露于空气中的结构，而且采用通过使引线、导电性终端也暴露于空气(使其散热)来减轻与流路壁、温度检测元件的设置部材料之间产生的温度差影响的结构。作为另外的使温度误差降低的方法，能够通过减小部件的截面积来抑制热传导。但是，如果考虑到流量测定装置乃至温度检测元件的设置环境，则除了耐腐蚀性之外，还需要是能够耐受振动、温度/湿度循环的设计，因此，温度检测元件由大至0.2毫米以上的尺寸的引线构成，用于对检测元件进行支承固定的圆柱或棱柱支承体终端也以上述尺寸以上进行使用，为了缩小线径或截面尺寸在结构上需要另外的加强构件，因此不可避免地成为复杂的结构。
但是，在本实施例1中记载的结构中，能够利用树脂覆盖热敏电阻芯片2和引线框架3的整周，因此，能够使作为电位相等的电信号线的引线框架的一部分形成得较细，这在对玻璃管、玻璃管和引线接合部以及引线自身进行涂层(包覆)保护的结构中由于机械强度不足而不能够达成。因此，对于从作为目标的由导电性部件构成的外引线4(金属)传导来的最高的热，能够通过减小引线框架3的截面积来抑制热传导，能够具有区分为热敏电阻芯片2检测的温度和支承内置传感器芯片封装1的主体所具有的热的结构，即具有热截断结构部10。
由此，经由外引线4、壳体14从外部(内燃机)传导来的热影响被热截断结构部10缓和，因此，热敏电阻芯片2的检测功能因减轻了热影响而精度高，热响应性良好，能够实现可靠性高的流量测定装置。
(实施例2)
接着说明作为本发明的一个实施例的实施例2。
图5至图8与图1至图4所示的图示方向各自依次对应，是相对于图1至图4，表示通过与前述的热截断结构部10的方法不同的方法能够达成的例子。
在图5中，引线框架3通过冲压成形或蚀刻处理形成，使得截断在热敏电阻芯片2与控制电路芯片9之间构成的正极和负极信号线的中间部分。此时，安装有热敏电阻芯片2的引线框架3成为不电连接的状态。为了构成同极性彼此间的电信号线，上述2个引线框架3、23间使用金线、铜线或者铝线等的热容量少的细线11，通过对它们进行热压接、超声波振动或者超声波热压接等的处理进行导线接合。通过细线11与安装有热敏电阻芯片2的引线框架3连接而实现电导通的引线框架23，形成为包含需要的所有芯片部件和金线并以内置它们的方式通过传递模塑等方法由树脂5覆盖而被保护的封装结构。在树脂成形结束之后，伸出至传感器芯片封装1外周的连杆7被截断。连杆7的截断面由树脂、粘接剂封闭，成为传感器芯片封装1。
由此，能够将作为电位相等的电信号线的引线框架3的一部分完全截断，这在对玻璃管、玻璃管和引线接合部以及引线进行涂层保护的结构中是不能够实现的，而且通过将截断后的引线框架3和引线框架23用热容量比引线小的细线11连接，能够不损失作为电路的功能，能够利用热阻比金属部件高的树脂将由内燃机的辐射热导致的经由引线框架23、外引线4传导来的热阻断，并且能够更多地获得划分为热敏电阻芯片2检测的温度和支承内置温度检测部的主体所具有的热的热截断结构带来的效果。
(实施例3)
接着说明作为本发明的一个实施例的实施例3。
图9是处于将实施例1和2的传感器芯片封装1安装在用于导入被吸入内燃机中的空气18的吸气管(管路)13的状态的空气温度测定装置的概略结构截面图，图10是从图9的侧面看到的概略结构截面图。
在图9、图10中，传感器芯片封装1与箱状的成为绝缘性箱体的树脂制壳体14主体经由粘接剂等接合而被内置。
壳体14除了作为收纳传感器芯片封装1的盒体部件包围传感器芯片封装1的底面和侧面的大致整周从而进行保护的功能之外，通过树脂成形等形成用于进行与外部装置的电信号的发送接收的连接器(耦合器)15，在连接器15内部使用热可塑性树脂等进行插入成形而形成铜合金等的导电性连接终端16。
此外，可以使壳体14的底面为另外的部件，将板状的树脂或者金属板制的基底板粘接固定在壳体14，或者在壳体14中进行插入成形以进行一体化而构成盒体部件。
安装到壳体14的传感器芯片封装1，使用铝细线17等通过超声波振动熔接到连接终端16，形成与外部装置的电接口。
在此，利用冲压加工等将传感器芯片封装1的外引线4折弯(进行成形加工)，通过点焊、超声波振动焊接、激光焊接等的方法直接接合到连接终端16，也能够实现电导通。
在对连接终端16和外引线4进行焊接接合时，在为利用焊接电极夹着板状的终端面和引线从终端面的正反方向进行焊接的方法的情况下，认为壳体14的底面成为障碍，不能配置焊接电极，因此通过使得成为壳体14的全部底面开放或者底面的能够插入焊接电极的空间开放的状态，能够对连接终端16和外引线4进行焊接，在接合后通过将上述基底板接合到壳体14，作为结构也能够成立。
另外，壳体14可以形成为如下结构：通过树脂成形形成将通过吸气管13内的空气18的一部分取入的副通路19，保护传感器芯片封装1不受到落下冲击等的破损的影响。
内部安装有传感器芯片封装1的壳体14使用粘接剂利用板状的树脂制盖20进行密封，或者利用激光熔接、振动熔接、超声波熔接等的方法与壳体14接合。
由盖20封闭的壳体14以位于被导入内燃机的空气18流动的吸气管13的内部的方式，利用螺纹件21或者热熔接等的方法固定。
另外，与壳体14一体化的连接器15被固定成位于吸气管13的外部。
图11表示图9、图10所示的A部的放大C－C截面图。在此，在安装于壳体14的传感器芯片封装1中，在安装有热敏电阻芯片2的引线框架3设置的热截断结构部10优选是，以壳体14主体的树脂部为边界，热敏电阻芯片2和引线框架3配置成在与壳体的连接器15相反方向的前端侧露出，热截断结构部10配置在壳体树脂5的内部，相对于安装有热敏电阻芯片2的引线框架3，以热截断结构部10为边界，相反侧的引线框架23配置在由壳体14主体树脂包围4个边的电路室侧方向。或者，虽然热截断结构部10的一部分位于壳体14树脂部分的范围内，但引线框架3的电同一极性的信号线采用截面积缩小结构，若采用由热容量少的细线构成的即被热截断的结构，则能够减少金属制部件的热传导。
由此，因为能够分为热敏电阻芯片2检测的温度和支承固定温度检测部的主体所具有的热，所以能够提供精度良好且热响应良好地测定内燃机所吸入的空气温度的流量测定装置。
(实施例4)
接着说明作为本发明的一个实施例的实施例4。
图12表示对图11的流量测定装置施加进一步改良后的概略截面图。
在安装热敏电阻芯片2的引线框架3与以构成同一极性的电信号线的方式配置且通过细线11连接的另一方的引线框架23之间，不进行电连接的引线框架22经由连杆7与外框6(引线框架主体)同时通过精密微细冲压加工或蚀刻处理形成。在将热敏电阻芯片2安装在引线框架3上之后，被截断的引线框架3和引线框架23之间通过细线11接合，使用树脂5进行传递模塑。
由此，与在安装有热敏电阻芯片2的引线框架3设置的热截断结构部10的部分作为结构体仅由于树脂5而具有刚性的情况相比，在树脂5的内部内置有金属部件引线框架22，由此能够进一步提高机械的耐冲击性、耐振动性，能够实现作为一开始的目标的将从金属材料传导来的热截断，因此能够实现可靠性高的流量测定装置。
附图标记说明
1 传感器芯片封装
2 热敏电阻芯片(温度检测元件)
3、22、23 引线框架
4 外引线
5 树脂
6 外框(引线框架主体)
7 连杆(引线框架悬吊结构)
8 流量传感器芯片
9 控制电路芯片
10 热截断结构部
11、12 细线
13 吸气管
14 壳体
15 连接器(耦合器)
16 连接终端
17 铝细线
18 空气(空气的流动)
19 副通路(温度传感器保护部件)
20 盖
21 螺纹件

Claims (10)

1.一种传感器芯片封装，其特征在于，包括：
温度检测元件；
第一导电性引线框架，其支承固定所述温度检测元件并且与所述温度检测元件电连接；和
第二导电性引线框架，
所述第一导电性引线框架由导电上独立的多个部分构成，所述温度检测元件以跨越所述多个部分的方式配置，
还具有：
导电性部件，其将所述第一导电性引线框架的多个部分和所述第二导电性引线框架分别电连接，并且，其截面积比所述第一导电性引线框架和所述第二导电性引线框架小；和
树脂封装，其以通过树脂将所述第一导电性引线框架、所述第二导电性引线框架、所述导电性部件和所述温度检测元件包在内部的方式进行覆盖，
所述树脂封装的外周的所述第一导电性引线框架或所述第二导电性引线框架的截断面被封闭。
2.如权利要求1所述的传感器芯片封装，其特征在于：
使用粘接剂覆盖所述截断面。
3.如权利要求1所述的传感器芯片封装，其特征在于：
使用树脂覆盖所述截断面。
4.如权利要求1所述的传感器芯片封装，其特征在于：
所述温度检测元件是热敏电阻芯片。
5.如权利要求1所述的传感器芯片封装，其特征在于：
所述导电性部件是接合导线。
6.如权利要求1所述的传感器芯片封装，其特征在于：
所述导电性部件、所述第一导电性引线框架和所述第二导电性引线框架由同一金属板形成。
7.如权利要求1所述的传感器芯片封装，其特征在于：
所述传感器芯片封装用于安装在内燃机的吸气管的物理量测定装置。
8.如权利要求1所述的传感器芯片封装，其特征在于：
进而，所述树脂封装搭载有与所述温度检测元件不同的传感器。
9.如权利要求1所述的传感器芯片封装，其特征在于：
具有用于将所述温度检测元件的检测信号向外部引出的外部引线，
所述外部引线通过细线与所述第二导电性引线框架电连接。
10.如权利要求1所述的传感器芯片封装，其特征在于：
具有配置在副通路的流量检测元件。
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