JP2006258677A - エンジン物理量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】
吸気管や排気管に取付けられる物理量測定装置の回路基板に用いられるＡｇを主体とした導体の腐食を防止する。
【解決手段】
回路基板として基板を複数重ねた積層基板を用い、そのスルーホール部や内装導体に
Ａｇを主体とする金属を用いると共に、積層基板の表面に位置する基板に形成されたスルーホール部にハンダペーストを塗布し、そこにチップ抵抗やチップコンデンサ等の電子部品を実装することで、Ａｇを主体とする配線パターンが最表面のセラミック基板上に形成させない構造とすることで、低価格化と耐腐食性を向上させた。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の流量，圧力，温度，酸素量を検出する装置に係り、例えば内燃機関の吸入空気量を計測する流量センサに関する。

従来より、自動車などの内燃機関の吸気管や排気管には流量センサや圧力センサ，温度センサ，酸素濃度センサ等の物理量を計測する装置が設置され、内燃機関の運転状態が適切になるように制御されている。

この物理量測定装置は、物理量を計測するためのセンサとそのセンサを駆動するとともにセンサ信号を増幅し、制御装置へ伝えるための駆動回路と入出力回路が形成されている。

近年は回路基板の小型，低価格化のため、回路基板に使用している配線材料に従来の
Ａｇ−Ｐｄ導体から、純Ａｇ、あるいはＡｇを主体としたＡｇ−Ｐｔ導体を使用する例が多くなってきた。純Ａｇ、及びＡｇ−Ｐｔ導体は抵抗率が比較的小さいことから配線の微細化が可能で小型化に適している反面、従来のＡｇ−Ｐｄ導体に比べて耐食性が低下するので、信頼性の確保が課題であった。

特開２００１−１２９８７号公報

従来技術は、セラミック製積層基板上に印刷されたＡｇを主体とした配線導体が形成されたものである。

配線導体材料はＡｇ−Ｐｄ導体やＡｇ−Ｐｔ導体などが使用されることが多く、また、内装導体にはＡｇが使用される。

近年、小型，低価格化を目的にＡｇ−Ｐｄ導体に代わり、Ａｇ−Ｐｔ導体を使用することが多いが、Ａｇ−Ｐｔ導体は、そのほとんどがＡｇであり、耐食性が懸案である。

通常、これらの導体材料の上には腐食防止のためガラスの被覆が行われるが、ガラスにはピンホールも存在するので、完全に腐食を防止するには更なる改善が必要である。

特に、内燃機関の吸気管、あるいは排気管に設置される空気流量センサや圧力センサ，温度センサ，酸素濃度センサ類は、各種の腐食性ガスに曝されるので、この腐食性ガスにより腐食しない物理量測定装置を提供することが課題である。

本発明は、セラミック基板を複数重ねた積層基板のスルーホール部や内装導体にＡｇを主体とする金属を用いると共に、該積層基板の表面に形成されたスルーホール部に半田ペーストを塗布し、そこにチップ抵抗やチップコンデンサ等の電子部品を実装することで、Ａｇを主体とし回路動作を行う配線パターンや入出力に用いる配線パターンを最表面のセラミック基板上に形成させない構造としたものである。これにより、Ａｇを主体とする金属の腐食を防止でき、信頼性の大幅な向上が期待できる。

Ａｇを主体とする導体上を半田で覆ってしまう構造であり、Ａｇの腐食を回避することが可能となる。これにより、信頼性の高い物理量測定装置を提供できる。

従来のセラミック製積層基板を用いた材料，部品構成を変えずにパターンレイアウトの変更だけで信頼性の改善が可能である。

図１は本発明の１実施例の流量測定装置の断面構造である。図２は図１に示す回路を搭載した積層基板の断面構造を示している。図３は図２の積層基板の正面図である。

以下、図１，図２，図３により本発明の第一の実施例を説明する。

図１に示すように、流量測定装置１は、流量センサ素子２を主通路５中に形成された副通路７に配置し、流量センサ素子２を駆動し、且つ、出力信号に変換する積層基板４やハウジング３等から構成され、吸入された空気流量を測定するものである。吸入する空気の流れは符号６の矢印で表してある。

図１に示した積層基板４の詳細を図２に示す。積層基板４は、アルミナやガラス−アルミナ等のセラミック製のものが用いられ、熱伝導性が必要な場合にはアルミナ製のものが、熱絶縁性を要求される場合にはガラス−アルミナ製のものが使用される。

積層基板の製法は、未焼成の柔らかいグリーンシート状態の基板にスルーホール２５を形成し、スルーホールビア２７ａ，２７ｂ,内装導体２６,金導体２８等を印刷後、グリーンシートを重ねてプレスし、密着させてから焼成する。焼成後にスルーホールビア２７ａ，２７ｂ等の導体露出部をガラスペーストを印刷，焼成し、ガラス被覆２９を形成した構造である。図２では積層基板４は５枚のグリーンシートを重ねたものを示した。また、流量センサ素子２を実装する部分は予めプレス打ち抜きによりグリーンシートに穴を空けた基板と穴を空けない基板を積層することで形成される。

スルーホール２５に充填される材料や内装導体２６に使用される材料、スルーホールビア２７ａ，２７ｂに使用される材料としては、価格的に安価で、低抵抗化が可能なＡｇを主体にした材料を使用するのが一般的である。例えば、内装導体には、純Ａｇが使用され、スルーホール２５やスルーホールビア２７ａ，２７ｂにはＡｇに数パーセント程度の
Ｐｔが混じったＡｇ−Ｐｔ導体等が使用される。

しかし、Ａｇは腐食しやすい材料であり、特に、内燃機関の吸気管や排気管に取付けられる各種センサ類には、耐食性が課題となる。例えば、吸気管に配置される流量測定装置１では、ブローバイガスに含まれるＳＯｘガスやＮＯｘガス、あるいはイオウで加硫されたゴムダクト等からは過剰に入れられた未反応のイオウがイオウガスとなって発生し、エンジン停止後に流量測定装置１に到達する。

また、排気管では、大量のＳＯｘガスやＮＯｘガスが発生し、排気管に取付けられた各種センサ類に到達する。

そのため、耐食性を向上させるには貴金属であるＰｄを３０％程度含んだＡｇ−Ｐｄ導体を使用する等の工夫が必要となる。しかし、貴金属が多ければ価格的に高価であり、また、配線抵抗も増加するので配線導体を太くする必要が生じ、小型化が困難となる。

そこで図２に示すように、スルーホールビア２７ａ，２７ｂ上に半田２３を介してチップコンデンサやチップ抵抗等のチップ部品３０やチップ電極３１を搭載し、Ａｇを主体とする配線導体が積層基板の最表面に形成されない構造とした。また、半田２３による接続が出来ない部分には金導体２８を図２，図３に示すように形成し、更にスルーホールビア２７ａ，２７ｂ上がガラス被覆２９で覆われた構造とし、Ａｇを主体とした配線導体が基板表面に形成されるのを防止した。

これにより、流量測定装置１に本発明を適用することで、安価で、小型化も可能な上、大幅に耐食性を向上させることが可能となる。

なお、配線導体をＡｇを主体とする導体とし、その上からガラス被覆２９を行うことでも、ある程度の耐食性が得られるが、ガラス被覆２９にはピンホールも存在するため、細い配線導体上にピンホールが存在すると、そこから腐食が進行しやすい。

従って、本発明のようにスルーホールビア２７ａ，２７ｂのようにある程度大きい部分だけが積層基板４の最表面に形成された本発明の構造が非常に有利である。

基板上には、金線、あるいはアルミ線等の接続ワイヤ２１ａ，２１ｂで接続する流量センサ素子２や電子部品３２もあるが、接続ワイヤ２１ａとスルーホールビア２７ｂ部がエポキシ樹脂２２のような腐食性ガスを通さない材料で封止されていると、より一層耐食性が有利となる。

なお、上記はＡｇを主体とした導体の腐食防止について説明したが、本発明はＡｇを主体とした導体に限定されるものではなく、例えばＣｕ導体やＷ導体等のその他の卑金属材料を使用した場合にも適用可能であり、同様の効果が得られる。

また、積層基板４には樹脂製のものもあるが樹脂製では腐食性ガスが樹脂基板中を透過する危険性があることや、ガラス被覆２９形成時の熱処理に絶えられないことから、上記に述べたアルミナ、あるいはガラス−アルミナ等のセラミックスから成る積層基板４を使用することが有効である。

図４，図５は本発明のその他の一実施例を説明する積層基板４の断面図、及び正面図である。

本発明ではチップ部品３０やチップ電極３１等の半田で覆うスルーホールビア２７ａ以外は、スルーホールビア２７ｃ上を金導体２８で完全に覆ってしまう。更にその上からガラス被覆２９した構造とする。これにより、Ａｇを主体とした部分は完全に金導体２８とガラス被覆２９で覆われた構造となり、より一層、耐食性の向上が期待できる。但し、
ＡｕとＡｇは印刷後の熱処理時に、拡散現象でその境界部に隙間が発生する場合がある。そこで、ＡｇにＡｕを混ぜたＡｇ導体を使用し、その上にＡｕ導体２８を重ねる等の工夫が必要となる。

なお、実施例２では、Ａｇを主体とした導体の腐食防止について説明したが、本発明はＡｇを主体とした導体に限定されるものではなく、例えばＣｕ導体やＷ導体等のその他の卑金属材料を使用した場合にも適用可能であり、同様の効果が得られる。

図６により本発明のその他の一実施例を説明する。図６に示すように、内燃機関は、吸気管の入り口部にエアクリーナ１０１を設置し、エアクリーナ１０１とスロットルボディ１０９の間に温度センサ１０２，流量測定装置１が取付けられている。また、エアクリーナ１０１とスロットルボディ１０９はゴムダクト１０６で接続され、スロットルボディ
１０９には圧力センサ１０８が取付けられる。

また排気管には酸素濃度センサ１１７が取付けられ、上述の各種センサ信号はコントロールユニット１１１で処理され、その情報に基づきインジェクタ１１２から燃料がシリンダーに噴射される。

この吸気管、及び排気管に搭載される温度センサ１０２，流量測定装置１，圧力センサ１０８，酸素濃度センサ１１７等の各種センサ類に本発明の積層基板を採用することにより、低価格で小型が可能で耐食性の高い製品とすることができる。

内燃機関の吸気管，排気管に取付けられる物理量測定装置以外にも、ＥＧＲガスの流量を検出する流量センサや圧力センサ，温度センサにも適用できる。

本発明による流量測定装置を示す断面図である（実施例１）。 図１に示す積層基板の断面図である（実施例１）。 図２に示す積層基板の正面図である（実施例１）。 本発明による積層基板の断面図である（実施例２）。 図４に示す積層基板の正面図である（実施例２）。 本発明による内燃機関のシステム図である（実施例３）。

符号の説明

１…流量測定装置、２…流量センサ素子、３…ハウジング、４…積層基板、５…主通路、６…流体の流れ、７…副通路、２１ａ，２１ｂ…接続ワイヤ、２２…エポキシ樹脂、
２３…半田、２４…ダイボンド材剤、２５…スルーホール、２６…内装導体、２７ａ，
２７ｂ…スルーホールビア、２８…金導体、２９…ガラス被覆、３０…チップ部品、３１…チップ電極、１０１…エアクリーナ、１０２…温度センサ、１０６…ゴムダクト、108…圧力センサ、１０９…スロットルボディ、１１１…コントロールユニット、１１２…インジェクタ、１１７…酸素濃度センサ。

Claims (5)

1. 基板を複数重ねた積層基板のスルーホール部や内装導体に卑金属材料を主体とする金属を用いると共に、該積層基板の表面に位置する基板に形成されたスルーホール部に半田ペーストを塗布し、そこにチップ抵抗やチップコンデンサ等の電子部品を実装することで、該卑金属材料を主体とし回路動作を行う配線パターンや入出力に用いる配線パターンを最表面の基板上に形成させない構造とした内燃機関の吸気、及び排気管に設置される物理量測定装置。
2. 基板を複数重ねた積層基板のスルーホール部や内装導体に卑金属材料を主体とする金属を用いると共に、該積層基板の表面に位置する基板に形成されたスルーホールビア上に金を主体とする導体を配線し、該スルーホールビア上をガラスで保護することにより、Ａｇを主体とし回路動作を行う配線パターンや入出力に用いる配線パターンを最表面の基板上に形成させない構造とした内燃機関の吸気、及び排気管に設置される物理量測定装置。
3. 請求項１，請求項２において、卑金属材料とはＡｇを主体とする金属材料であることを特徴とする物理量測定装置。
4. 請求項１，請求項２において、積層基板はアルミナやガラス−アルミナ等のセラミックスで構成されていることを特徴とする物理量測定装置。
5. 内燃機関の吸気管の一部にイオウで加硫したゴムダクトが使用されると共に、その吸気管に挿入され、エンジンの吸入空気量を計測する空気流量測定装置に請求項１，請求項２，請求項３，請求項４に記載された基板を使用することを特徴とする物理量測定装置。
   

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