CN113490837B - 流量测定装置 - Google Patents

Abstract

本发明目的在于提高热式空气流量计的测量精度。一种流量测定装置具备：传感器组件，其具有流量检测元件；电路基板，其供所述传感器组件安装；以及壳体，其供所述电路基板安装，所述传感器组件以所述流量检测元件的检测部侧成为所述壳体侧的方式来安装在所述电路基板上，所述传感器组件在检测部侧具备与所述壳体接触的接触部。

Description

流量测定装置

技术领域

本发明涉及一种测量被测定气体的流量的流量测定装置。

背景技术

作为测量气体流量的流量测定装置的例子，公开了例如专利文献1那样的技术。在专利文献1中，公开了在空气流量计的壳体上形成有定位元件，定位元件卡合在形成在传感器元件支承体上的定位元件收容部内，由此，空气质量传感器元件被精密地定位在空气导向路内。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2018-538537号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献1中没有公开降低检测元件和与检测元件相对的副通路壁面之间的距离的尺寸偏差，还留有研究的余地。

本发明的目的在于提供一种降低尺寸偏差的精度良好的流量测定装置。

解决问题的技术手段

为了达成上述目的，本发明的流量测定装置具备：具有流量检测元件的传感器组件；供所述传感器组件安装的电路基板；以及供所述电路基板安装的壳体，所述传感器组件以所述流量检测元件的检测部侧成为所述壳体侧的方式来安装在所述电路基板上，所述传感器组件在所述检测部侧具备与所述壳体接触的接触部。

发明的效果

根据本发明，可以提供一种降低尺寸偏差的精度良好的流量测定装置。

附图说明

图1是本发明第1实施例中的热式空气流量计的平面图。

图2是本发明第1实施例中的热式空气流量计的盖安装前的平面图。

图3是本发明第1实施例中的电路基板和传感器组件的平面图。

图4是本发明第1实施例中的电路基板和传感器组件的后视图。

图5是本发明第1实施例中的电路基板和传感器组件的仰视图。

图6是本发明第1实施例中的热式空气流量计的图2上的A-A截面图。

图7是本发明第1实施例中的电路基板和传感器组件的仰视图。

图8是本发明第1实施例中的热式空气流量计的图2上的A-A截面图。

图9是本发明第2实施例中的电路基板和传感器组件的仰视图。

图10是本发明第2实施例中的热式空气流量计的图2上的A-A截面图。

图11是本发明第2实施例中的电路基板和传感器组件的仰视图。

图12是本发明第3实施例中的热式空气流量计的图2上的A-A截面图。

图13是本发明第3实施例中的热式空气流量计的图2上的A-A截面图。

图14是本发明第4实施例中的热式空气流量计的盖安装前的平面图。

图15是本发明第4实施例中的热式空气流量计的图14上的B-B截面图。

图16是本发明第5实施例中的电路基板和传感器组件的仰视图。

图17是本发明第6实施例中的传感器组件的仰视图。

图18是本发明第6实施例中的电路基板和传感器组件的图17上的C-C截面图。

图19是本发明第6实施例中的传感器组件的仰视图。

图20是本发明第7实施例中的热式空气流量计的盖安装前的平面图。

图21是本发明第7实施例中的电路基板和传感器组件的平面图。

图22是本发明第7实施例中的热式空气流量计的图20上的D-D截面图。

图23是本发明第7实施例中的热式空气流量计的图20上的E-E截面图。

图24是本发明第8实施例中的电路基板和传感器组件的平面图。

图25是本发明第8实施例中的热式空气流量计的图20上的D-D截面图。

图26是本发明第8实施例中的传感器组件安装时的图20上的D-D截面图。

图27是本发明第9实施例中的传感器组件的仰视图。

图28是本发明第9实施例中的热式空气流量计的图20上的D-D截面图。

图29是本发明第9实施例中的热式空气流量计的图20上的D-D截面图。

具体实施方式

下面，使用附图来说明本发明的实施例。

实施例1

使用图1～图6来说明热式空气流量计的第1实施例。

如图1和图2所示，本实施例中的热式空气流量计具备：构成副通路12的一部分的壳体11；盖31；安装在壳体上的电路基板15；以及与电路基板15电连接的传感器组件10。壳体11具备连接器端子8，电路基板15在安装到壳体11上后，例如通过导线9与连接器端子8电连接。然后，将盖31固定在壳体11上。盖31和壳体11例如通过粘接剂17来固定。壳体11形成有用于构成副通路12的副通路槽，通过与盖31的协作而形成副通路12，该副通路12取入作为被测定介质的空气30。另外，也可以在盖31上构成副通路槽而在壳体11上不构成副通路槽的形状。

如图3～5所示，构成有在电路基板15上安装了传感器组件10的电路基板组件。在电路基板15上，除了具有测量气体流量的流量检测元件4的传感器组件10以外，例如压力传感器6、湿度传感器7等安装部件也经由连接部14电连接。作为连接部14，例如可以举出焊锡、金线等。通过根据需要来选择压力传感器6、湿度传感器7的装载、不装载，可以提供各种构成的热式空气流量计。在传感器组件10中，流量检测元件4的检测部位于副通路12内。此外，传感器组件10以检测部侧和对电路基板15的安装部侧成为同侧的方式来形成。然后，传感器组件10以传感器组件10的检测部侧朝向电路基板15的安装传感器组件10等各种传感器的安装面侧的方式安装在电路基板15上。传感器组件10具备侧壁18，该侧壁18以与检测部相比朝上表面侧(壳体11侧)突出的方式而设置，在侧壁18的上表面具备与壳体11接触的接触部32。

传感器组件10具备引线框1、配置在引线框1上的流量检测元件4以及LSI3。流量检测元件4是由MEMS工艺形成的半导体元件，其具备供发热体形成的薄壁部(检测部)。流量检测元件4和LSI3是经由金线2电连接的构成。传感器组件10是用树脂将流量检测元件4、LSI3以及引线框1密封而成的树脂封装件，成为使流量检测元件4的流量检测部一部分露出的构造。另外，也可以是将LSI3和流量检测元件4一体化的构成、将LSI3固定在电路基板15上的构成。此外，传感器组件10也可以是在用树脂将金属端子密封而成的树脂成型体(传感器支承体)上安装流量检测元件4的构造。传感器组件10至少具有流量检测元件和支承流量检测元件的构件。

如图6所示，构成有在电路基板15上安装了传感器组件10的电路组件。传感器组件10的一部分以从电路基板15突出的方式来配置。电路组件以流量检测部被配置在副通路内的方式来安装在构成副通路壁面的一部分的壳体11上。传感器组件10以检测元件4侧成为壳体11侧的方式配置在壳体11上。传感器组件10的检测元件侧的一部分与壳体11接触。通过在壳体11的电路基板安装部与电路基板15之间配置粘接剂等的缓冲材料16，将电路基板15(电路基板组件)固定在壳体11上。然后，壳体11形成有台阶19，该台阶19使得电路基板安装部位于传感器组件接触部的外侧。台阶19的高度以比从电路基板组件的电路基板底面(安装有传感器组件10的面的相反面)到传感器组件10的壳体接触部为止的高度大的方式来形成。然后，以埋入电路基板底面与壳体11的电路基板安装部之间形成的间隙的方式来设置缓冲材料16。

流量检测元件4和副通路12的与流量检测元件4相对的面之间的距离(以下称为D1或D1尺寸。)是影响噪声性能、低流量灵敏度以及脉动性能的主要因素。因此，在提供精度良好的流量测定装置的基础上，降低D1的尺寸偏差是极其重要的。在将在电路基板15上安装了传感器组件10的电路基板组件装载在壳体的情况下，如果如专利文献1所记载的那样简单地堆积，则壳体、传感器组件、电路基板以及盖的厚度偏差会包含在D1的尺寸偏差的主要原因中。

在本实施例中，传感器组件10以流量检测元件4的检测部侧成为壳体11侧的方式安装在电路基板15上，传感器组件10设成在检测部侧具备与壳体11接触的接触部32的构成，由此能够从D1尺寸偏差的主要原因中排除电路基板15和罩31的厚度偏差，能够提供精度良好的流量测定装置。

此外，由于壳体11具备台阶19，因此在将电路基板组件安装在壳体11时，能够容易地使传感器组件10与壳体11接触，因此优选。

台阶19的高度以比从电路基板组件的电路基板底面(安装传感器组件10的面的相反面)到传感器组件10的壳体接触部为止的高度大的方式来形成，更优选为在电路基板底面与电路基板安装部之间设置缓冲材料16。在将电路基板组件安装在壳体11上时，以传感器组件10接触壳体11的方式来按压并安装传感器组件10的一部分。如果由于电路基板15的公差偏差而成为电路基板15将传感器组件10向上顶的形状，则在连接部14上产生应力，传感器组件10和电路基板15的连接部14有可能破损，从而成品率恶化。设为能够在电路基板底面与电路基板安装部之间产生间隙的台阶的高度，通过在电路基板底面与电路基板安装部之间设置缓冲材料16而由缓冲材料16吸收电路基板15的厚度偏差，从而能够降低对连接部14的应力集中。缓冲材料16优选为例如硅系的粘接剂或凝胶等的硬化前的粘性低的材质。

此外，如图7、图8所示，也可以是传感器组件10的顶端侧不是与接触部32相同的高度，而是与检测元件4的检测面大致为一个面的构造。换言之，也可以是不在顶端侧形成侧壁18的构成。

实施例2

使用图9～图12说明本实施例的第2实施例。省略与第1实施例相同的构成的说明。

如图9所示，传感器组件10以传感器组件10的检测部侧在流量检测元件4的检测部的顶端侧和流量检测元件4的检测部的另一端侧(与电路基板15的安装部侧)与壳体11接触的方式容纳在壳体11内。

换句话说，传感器组件10在检测部侧具有与壳体11接触的第1接触部和第2接触部，检测部位于第1接触部和第2接触部之间。

通过上述构成，在流量检测元件4周边形成空气通路13。壳体11和传感器组件10在相对于检测部而言的从电路基板15突出方向上的顶端侧和另一端侧接触，由此空气通路13成为在副通路12的主流方向开口、而在与副通路12的主流方向交叉的方向不开口(成为微小的开口)的构造。即，能够抑制在传感器组件10的检测部侧(表面侧)流动的流体向传感器组件10的相反侧(背面侧)迂回的流动。即，由于能够抑制检测部周边的空气紊乱，因此能够提高流量测定精度。

此外，传感器组件10的第1接触部和第2接触部是与壳体11接触的状态，不是像插入或压入那样牢固地固定在壳体11上的构造。因此，由于能够抑制由于第1接触部和第2接触部追随壳体11的热收缩而导致传感器组件10变形，因此能够减少以第1接触部和第2接触部为起点的弯曲应力施加到检测元件。因此，根据本实施例，即使由壳体11和传感器组件10构成了空气通路13，也能够降低对检测部施加的应力，能够抑制由检测部变形而引起的特性变动，能够提供精度良好的流量测定装置。

此外，通过使壳体11与传感器组件10接触，由壳体11和传感器组件10来形成空气通路13，因此能够由壳体11和传感器组件10来决定空气通路的尺寸公差的主要原因，由于能够根据尺寸公差的主要原因缩减盖31和电路基板15，因此能够降低尺寸公差偏差。

本实施例具备：树脂封装件，其以至少检测部露出的方式来用树脂将流量检测元件密封而成；电路基板，其供所述树脂封装件安装；以及壳体，其供所述电路基板安装，树脂封装件以所述检测部侧成为所述壳体侧的方式安装在所述电路基板上，所述树脂封装件在检测部侧具备与所述壳体接触的接触部。所述树脂封装件在与所述壳体接触的第1接触部和第2接触部之间设置有所述检测部。

图10表示实施例2的变形例。将传感器组件10的顶端侧与流量检测元件4的流量检测面大致在同一面上，传感器组件10的第1接触部和第2接触部在厚度方向上偏移并配置。上述构造也起到与实施例2同样的作用效果。

实施例3

使用图13说明本发明的第3实施例。省略与之前的实施例相同的构成的说明。

在本实施例中，壳体11构成为：构成空气通路13的壁面部、与传感器组件10的第1接触部32接触的第1接触部35、以及与传感器组件10的第2接触部33接触的第2接触部35大致在同一平面上。换言之，在壳体11上形成没有高低差的平坦的面，在平坦的面上传感器组件10的第1接触部32与第2接触部35接触，检测元件4的检测部与平坦的面相对。即，壳体11形成为：与传感器组件10接触的接触部35和与检测部相对的相对部在大致同一平面上。

根据本实施例，由于由传感器组件10来决定空气通路13的高度D1，因此能够从D1的尺寸偏差中排除壳体11的厚度偏差的影响。即，对D1尺寸的影响仅为传感器组件10的侧壁18的高度偏差。因此，能够更高精度地定位D1尺寸。

此外，如图11所示，如果通过使由传感器组件10形成的侧壁18的两端与壳体11接触来形成空气通路13，则可以做成相对于副通路12封闭的通路。由此，能够抑制在空气通路13中流动的空气的紊乱，高精度地定位高度D1，因此能够进一步提高流量测定性能。因此，机壳11的公差不会影响D1尺寸。因此，对于空气通路13的高度D1而言，能够进行除去了电路基板15的厚度偏差、连接传感器组件10和电路基板15的连接部14的安装偏差以及盖31的厚度偏差等影响的高精度的D1的定位，从而提高流量测定性能。

实施例4

接着，使用图14～15说明本发明第4实施例。省略与之前的实施例相同的构成的说明。

在本实施例中，壳体11的构成副通路壁面的一部分具备静电扩散区域28。静电扩散区域28更优选设置在与检测部相对的区域。静电扩散区域28具有对与空气一起飞来的灰尘等的带电进行除电的功能。

灰尘等污损物由于摩擦而带电。在流量检测元件的检测部形成有构成加热器等的配线，污损物被配线中流动的电流所产生的电场吸引而堆积在流量检测部。根据本实施例，通过对灰尘等的带电进行除电，能够抑制污损物在流量检测部的堆积，提高耐污损性。

静电扩散区域28可以由含有碳等的导电性树脂构成，也可以由金属板构成，还可以在壳体上蒸镀金属镀层。静电扩散区域固定在一定电位即可，优选固定在GND电位。

通过将金属板插入壳体11而在壳体11形成静电扩散区域28的优点在于，由于提高了壳体的刚性因此能够抑制副通路的形状因振动而变形，由于能够降低D1的变化，因此能够谋求流量测定精度的进一步提高。在此，在将金属板插入固定于壳体11的情况下，由于树脂搁浅在金属板的表面上，从而在壳体11表面与金属板表面之间产生微小的高低差，但由于其厚度相对于D1尺寸偏差为可忽略的厚度，因此在实施例3中的大致同一平面的范围内。

实施例5

接着，使用图16说明本发明的第5实施例。省略与之前的实施例相同的构成的说明。

与上述实施例不同的构成在于，具有缩颈形状，以使得由传感器组件10形成的空气通路13的侧壁18朝向流量检测元件4变窄。

在通过缩小与流量检测元件4相对的副通路壁面来提高流速的情况下，成为吹到流量检测元件的检测面的空气的流动，污物容易堆积在检测部。另一方面，通过在形成于传感器组件10的侧壁18上形成缩颈部，在与检测部的检测面平行的方向上缩小，因此能够减少吹到检测部的空气的流动，提高耐污损性。

此外，在与检测元件相对的副通路壁面上形成缩颈部的情况下，需要由与传感器组件10不同的部件来构成缩颈部，但其他部件的尺寸偏差会参与到D1尺寸偏差中，而通过在传感器组件10的侧壁18上形成缩颈部能够将其他部件的尺寸偏差从流D1的尺寸偏差中除外。特别是与实施例3组合时，后者的效果会变大。

因此，在本实施例记载的发明中，如图10所示，在传感器组件10的侧壁18上形成缩颈部，能够抑制对空气通路13、空气通路13的高度D1的影响。进一步地，具备在空气通路13的侧壁18上形成缩颈部并朝向流量检测元件4变窄的构成。另外，虽然说明了侧壁18形成在电路基板侧和顶端侧的例子，但是也可以形成在任意一方上。

如图16所示，空气30以相对于流量检测元件4的流量检测面平行的流动状态缩流。由此，能够降低空气30中含有的污损物质碰撞流量检测元件4的频率，因此能够提高流量检测元件4的可靠性。此外，流入空气通路13的空气30由于缩颈部一边缩流一边朝向流量检测元件4，因此能够提高空气的流入速度，通过使空气流量分布稳定，能够提高流量测定灵敏度。此外，通过在侧壁18上设置缩颈形状，缩颈不会对流量检测元件4与壳体11之间的D1尺寸偏差造成影响。因此，根据本实施例，不会影响D1尺寸偏差，能够防止流量检测元件4的污损，进一步提高流量测定灵敏度。无需多言，本构成也起到与上述实施例同等的作用效果。

实施例6

接着，使用图17～19说明本发明第6实施例。省略与之前的实施例相同的构成的说明。

与上述实施例不同的构成在于，如图17、图18所示，在传感器组件10的电路基板15侧形成有至少1个突起部21。在将安装了传感器组件10的电路基板15固定在壳体11上的过程中，传感器组件10在图16的箭头方向上承受例如来自芯片安装器的按压力。由于该按压力，有传感器组件10倾斜，空气通路13的高度D1的定位精度下降的可能。通过在传感器组件10的电路基板15侧形成突起部21，即使在受到图16的箭头方向的按压的情况下，也能够由突起部21将传感器组件10支承在电路基板15上，抑制传感器组件10的倾斜。由此，能够高精度地维持空气通路13的高度D1的定位精度。并且，还能够抑制传感器组件10与电路基板15的连接部14、引线框1的变形，能够降低在这些部件中产生的应力，从而提高传感器组件10的可靠性。

此外，如图19所示，通过在传感器组件10的至少3处形成突起部21，传感器组件10的重心位置24位于连接突起部21的区域内的构成，从而安装前的传感器组件10能够在电路基板15上独立，能够抑制在连接到电路基板15的工序中的传感器组件10的倾斜。无需多言，本构成也起到与上述实施例同等的作用效果。

实施例7

接着，使用图18～23说明本发明第7实施例。省略与之前的实施例相同的构成的说明。

图18是第7实施例中的热式空气流量计的盖安装前的平面图。图19是第7实施例中的电路基板和传感器组件的仰视图。

与上述实施例不同的构成在于，如图18、图19所示，在电路基板15的一部分形成开口部26，如图20、图21所示，在开口部内配置传感器组件10。由此，如图22、23所示，通过使从安装后的电路基板15的壳体11固定面到传感器组件10的盖31侧的表面为止的高度变矮，减小热式空气流量计整体的厚度，从而能够降低在主通路中流动的空气30的压力损失。无需多言，本构成也起到与上述实施例同等的作用效果。另外，虽然表示了在电路基板15上形成开口部26的例子，但是通过在电路基板15上形成槽来使一部分厚度变薄，也同样能够使热式空气流量计的厚度变薄。

实施例8

接着，使用图24～26说明本发明第8实施例。省略与之前的实施例相同的构成的说明。

与上述实施例不同的构成在于，在具有开口部26的电路基板15中，如图25所示，以电路基板15位于向传感器组件10的外部延伸的引线框1的根部直线部1b的正下方的方式来形成开口部26。如图26所示，在将安装了传感器组件10的电路基板15固定在壳体11上的过程中，传感器组件10在图24的箭头方向上受到例如来自芯片安装器的按压力。由于该按压力，有传感器组件10变形，空气通路13的高度D1的定位精度降低的可能。通过使引线框1的根部直线部1b位于电路基板15上，如图26所示，当电路基板15与根部直线部1b接触时，能够由接触部来支承传感器组件10，因此能够抑制传感器组件10的进一步变形。由此，能够抑制空气通路13的高度D1的定位精度的降低。

实施例9

接着，使用图27～29说明本发明第9实施例。省略与之前的实施例相同的构成的说明。

与上述实施例不同的构成在于，在具有开口部26的电路基板15中，在传感器组件10的至少1处形成了突起部21。突起部21设置在比与壳体11接触的接触部32、33更靠近与电路基板15连接的连接部14侧。如上所述，如果在传感器组件10上形成有突起部21，则在将电路基板15固定在壳体11时施加按压力时，能够由突起部21支承传感器组件10。其结果是，能够抑制传感器组件10的变形，提高空气通路13的高度D1的定位精度。此外，如图29所示，作为在壳体11侧上形成突起部22来支承传感器组件10的构成，当然也能够起到与上述实施例相同的作用效果。

符号说明

1…引线框

2…金线

3…LSI

4…流量检测元件

6…压力传感器

7…湿度传感器

8…连接器端子

9…金属导线

10…传感器组件

11…壳体

12…副通路

13…空气通路

14…连接部

15…电路基板

16…缓冲材料

17…粘接剂

18…侧壁

19…台阶

20…空气通路高度

21…突起部

22…突起部

24…重心位置

26…开口部

27…电路室

28…静电扩散区域

30…空气

31…盖

32…第1接触部

33…第2接触部

34…电路基板安装部

35…接触部。

Claims (14)

1.一种流量测定装置，其特征在于，具备：

传感器组件，其具有流量检测元件；

电路基板，其安装有所述传感器组件；

壳体，其安装有所述电路基板；以及

盖，其固定在所述壳体上，通过与所述壳体的协作而形成吸入被测定介质的副通路，

所述传感器组件以所述流量检测元件的检测部位于所述副通路内，所述流量检测元件的所述检测部侧与所述壳体相对的方式来安装在所述电路基板上，

所述传感器组件在所述检测部侧具备与所述壳体接触的接触部。

2.根据权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，

所述传感器组件在所述检测部侧具有与所述壳体接触的第2接触部，

在所述接触部与所述第2接触部之间设置有所述检测部。

3.根据权利要求1或2所述的流量测定装置，其特征在于，

所述壳体形成有台阶，其使所述电路基板安装部位于所述传感器组件接触部的外侧，

所述台阶的高度比从所述电路基板的底部到所述传感器组件的所述接触部为止的高度大。

4.根据权利要求3所述的流量测定装置，其特征在于，

所述电路基板经由缓冲材料与所述壳体固定。

5.根据权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，

所述壳体以与所述传感器组件接触的接触部和与所述检测部相对的相对部大致在同一平面上的方式来形成。

6.根据权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，

所述壳体至少在与所述检测部相对的区域中具备静电扩散区域。

7.根据权利要求6所述的流量测定装置，其特征在于，

所述静电扩散区域是向所述壳体插入的金属板。

8.根据权利要求6所述的流量测定装置，其特征在于，

所述静电扩散区域由导电性树脂材料构成。

9.根据权利要求6所述的流量测定装置，其特征在于，

所述静电扩散区域连接到电源或GND。

10.根据权利要求1所述的流量测定装置，其特征在于，

所述传感器组件是以至少所述检测部露出的方式来用树脂将所述流量检测元件密封而成的树脂封装件。

11.根据权利要求10所述的流量测定装置，其特征在于，

所述树脂封装件具有比所述检测面向壳体突出的侧壁，

所述侧壁的上面是与所述壳体接触的接触部，

所述侧壁的侧面是向流量检测部缩小的形状。

12.根据权利要求10所述的流量测定装置，其特征在于，

所述电路基板具有槽部或开口部，

所述树脂封装件以其一部分位于所述槽部或开口部的方式安装在所述电路基板上。

13.根据权利要求10所述的流量测定装置，其特征在于，

所述树脂封装件在检测部侧形成有突起部，

所述突起部设置在比所述接触部更靠近与所述电路基板连接的连接部侧上。

14.根据权利要求13所述的流量测定装置，其特征在于，

所述突起部以包围所述树脂封装件的重心的方式被多个形成。