JP2012042437A - 熱式流量計および熱式流量計の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の流量の計測精度の向上を図ることができる熱式流量計および熱式流量計の製造方法を提供すること。
【解決手段】本発明の一態様は、抵抗体Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｈ，Ｒｔと抵抗体用電極７６〜８６とを備えるセンサチップ５０と、抵抗体Ｒａ，Ｒｂ，Ｒｈ，Ｒｔを用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極５８〜６８と電気回路の電気的絶縁性を確保するための絶縁部７０とを備えるセンサ基板１２とを有する熱式流量計１において、絶縁部７０は、電気回路用電極５８〜６８が設けられた領域の周囲に設けられ、センサチップ５０が自重により絶縁部７０と接触した状態で抵抗体用電極７６〜８６と電気回路用電極５８〜６８とを電気的に接続していること、を特徴とする。
【選択図】 図５

Description

本発明は、熱線を用いて流体の流量を計測する熱式流量計および熱式流量計の製造方法に関する。より詳細には、流体の流量の計測精度の向上を図ることができる熱式流量計および熱式流量計の製造方法に関するものである。

熱線を用いて流量を計測する熱式流量計が存在する。図１９〜図２１に示すように、従来の熱式流量計においては、センサ基板１００の複数の電気回路用電極１０２，１０４，１０６，１０８，１１０，１１２（以下、「１０２〜１１２」と表記する）に印刷（実装）したはんだ１１４の上にセンサチップ１１６を搭載している。具体的には、センサ基板１００の複数の電気回路用電極１０２〜１１２とセンサチップ１１６の複数の抵抗体用電極（熱線用電極）１１８，１２０，１２２，１２４，１２６，１２８とを、はんだ１１４により接合している。そして、センサ基板１００とセンサチップ１１６との間における複数のはんだ１１４の間において、計測対象の流体を流すためのセンサ流路Ｓ０を形成している。なお、センサチップ１１６は、センサ基板１００においてセラミック基板１３０に重ねて設けられた絶縁部１３２には接触していない。ここで、図１９は従来の熱式流量計におけるセンサ基板１００の平面図であり、図２０は図１９のＥ−Ｅ断面図であり、図２１は図１９のＦ−Ｆ断面図である。

このような従来の熱式流量計においてセンサ基板１００にセンサチップ１１６を実装するために、センサ基板１００の複数の電気回路用電極１０２〜１１２にはんだ１１４を印刷するときに、はんだ１１４の量が均一になるように調整するのは難しい。そのため、はんだ１１４の高さが一定でなくなり、センサ基板１００とセンサチップ１１６との間で形成されるセンサ流路Ｓ０の高さｈ０が一定にならない。

ここで、図２２〜図２４は、はんだ１１４の高さとセンサ出力電圧の直線性との関係についての評価結果を示す。図２２でははんだ１１４の高さをａとし、図２３でははんだ１１４の高さをａ＋Δａ１とし、図２４でははんだ１１４の高さをａ＋Δａ２としている（Δａ１＜Δａ２）。ここで、センサ出力電圧とは、計測対象の流体の流量に対するセンサチップ１１６の出力電圧である。そして、センサ出力電圧の直線性とは、被計測対象の流体の流量に対するセンサ出力電圧について理想直線からどの程度外れているかを表すものであり、理想直線から外れていないほどセンサ出力電圧の直線性は良いといえる。

図２２〜図２４に示すように、はんだ１１４の高さが変化するとセンサ出力電圧の直線性は大きく変化する。例えば、流量６Ｌ／ｍｉｎにおいて、はんだ１１４の高さがａのときには直線性は約１％ＦＳ〜約６％ＦＳである（図２２参照）が、はんだ１１４の高さがａ＋Δａ１のときには直線性は約４％ＦＳ〜約１１％ＦＳとなり（図２３参照）、また、はんだ１１４の高さがａ＋Δａ２のときには直線性は約１０％ＦＳ〜約１６％ＦＳとなる（図２４参照）。このように、はんだ１１４の高さが僅かに変化してセンサ流路Ｓ０の高さｈ０が変化するだけで、センサ出力電圧の直線性は大きく変化してしまう。そのため、はんだ１１４の高さのばらつきによりセンサ流路Ｓ０の高さｈ０が一定にならないと、センサ出力電圧の直線性が悪化してしまい、流体の流量の計測精度が低下してしまう。

ここで、特許文献１の熱式流量計では、センサチップ（測定チップ）をセンサ基板に実装する際にセンサチップをセンサ基板の絶縁部（オーバーコートガラスの部分）の表面に押し付けて、センサ流路の高さ（センサ基板からセンサチップまでの距離）を制限している。

特開２００４−３２５３３５号公報

しかしながら、特許文献１の熱式流量計では、センサチップをセンサ基板の絶縁部に押し付けるので、センサ流路の高さが一定にならないおそれがある。そのため、センサ出力電圧の直線性が悪化して、流体の流量の計測精度が低下してしまう。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、流体の流量の計測精度の向上を図ることができる熱式流量計および熱式流量計の製造方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するためになされた本発明の一態様は、熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とを備えるセンサチップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極と前記電気回路の電気的絶縁性を確保するための絶縁部とを備えるセンサ基板とを有する熱式流量計において、前記絶縁部は、前記電気回路用電極が設けられた領域の周囲に設けられ、前記センサチップが自重により前記絶縁部と接触した状態で前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを電気的に接続していること、を特徴とする。

この態様によれば、センサチップが自重により絶縁部と接触した状態で熱線用電極と電気回路用電極とを電気的に接続しているので、絶縁部がセンサチップのストッパ（センサチップを止める役割を果たすこと）になって、センサ基板とセンサチップの配列方向におけるセンサチップの位置が決まる。そして、センサチップがその自重により絶縁部と接触している。そのため、接合部材の高さのバラツキによらず、センサ流路の高さが一定になる。したがって、センサ流路の大きさのバラツキが改善されるので、センサ出力電圧の直線性が良くなる。ゆえに、流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。

上記の態様においては、前記センサチップにおける前記センサ基板側の面は四角形に形成され、前記センサ基板側の面の４つの角部が前記絶縁部と接触していること、が好ましい。

この態様によれば、センサチップにおけるセンサ基板側の面の４つの角部が絶縁部と接触しているので、センサチップは安定した状態で絶縁部と接触することになる。そのため、センサチップの位置が維持され、センサ流路の高さが一定の状態で維持される。したがって、センサ出力電圧の直線性が良い状態で安定するので、流体の流量の計測精度は高い状態で維持される。

上記課題を解決するためになされた本発明の他の態様は、熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とを備えるセンサチップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極と前記電気回路の電気的絶縁性を確保するための絶縁部とを備えるセンサ基板とを有する熱式流量計の製造方法において、前記絶縁部を前記電気回路用電極が設けられた領域の周囲に設けておき、前記センサチップを自重により前記絶縁部と接触させながら前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを電気的に接続すること、を特徴とする。

この態様によれば、センサチップを絶縁部と接触させながら抵抗体用電極と電気回路用電極とを電気的に接続するので、絶縁部がセンサチップのストッパ（センサチップを止める役割を果たすこと）になって、センサ基板とセンサチップの配列方向におけるセンサチップの位置を決めることができる。そして、センサチップをその自重により絶縁部と接触させる。そのため、接合部材の高さのバラツキによらず、センサ流路の高さが一定になる。したがって、センサ流路の大きさのバラツキが改善されるので、センサ出力電圧の直線性が良くなる。ゆえに、流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。

上記の態様においては、前記センサチップにおける前記センサ基板側の面を四角形に形成しておき、前記センサ基板側の面の４つの角部を前記絶縁部と接触させること、が好ましい。

この態様によれば、センサチップの４つの角部を絶縁部と接触させるので、センサチップは安定した状態で絶縁部と接触することになる。そのため、センサチップの位置が維持され、センサ流路の高さが一定の状態で維持される。したがって、センサ出力電圧の直線性が良い状態で安定するので、流体の流量の計測精度は高い状態で維持される。

上記の態様においては、接合材料を前記絶縁部における前記センサチップを接触させる側の面の位置よりも突出させるようにして前記電気回路用電極に付与しておき、前記センサチップを自重により前記絶縁部と接触させながら前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを前記接合材料により接合すること、が好ましい。

この態様によれば、接合材料を絶縁部におけるセンサチップを接触させる側の面の位置よりも突出させるようにして電気回路用電極に付与しておくので、電気回路用電極と抵抗体用電極とを接合部材により確実に電気的に接続しながら、センサ流路の高さを一定にすることができる。そのため、確実にセンサ出力電圧の直線性が良くなるので、確実に流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。

本発明に係る熱式流量計および熱式流量計の製造方法によれば、流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。

本実施例の熱式流量計の概略構成図である。 図１のＡ−Ａ断面図である。 センサ基板の第１面側を示す平面図である。 センサ基板の正面図である。 センサ基板の第２面側を示す平面図である。 図５のＢ−Ｂ断面図である。 図５のＣ−Ｃ断面図である。 センサチップのセンサ基板側の面における平面図である。 定温度差回路の回路図である。 出力回路の回路図である。 従来の熱式流路計におけるはんだの部分を撮影した写真図である。 図１１を模式化した図である。 本実施例の熱式流路計におけるはんだの部分を撮影した写真図である。 図１３を模式化した図である。 はんだの高さ調整についての説明図である。 図１５のＤ−Ｄ断面図である。 従来の熱式流量計におけるセンサ出力電圧の直線性についての評価結果を示す図である。 本実施例の熱式流量計におけるセンサ出力電圧の直線性についての評価結果を示す図である。 従来の熱式流量計におけるセンサ基板の平面図である。 図１９のＥ−Ｅ断面図である。 図１９のＦ−Ｆ断面図である。 流量に対するセンサ出力電圧の直線性を示す図である。 流量に対するセンサ出力電圧の直線性を示す図である。 流量に対するセンサ出力電圧の直線性を示す図である。

以下、本発明の熱式流量計を具体化した好適な実施の形態について、図面に基づき詳細に説明する。なお、熱式流量計の構造と作用について説明した後に、センサ基板へのセンサチップの実装に関して説明する。
〔熱式流量計の構造〕
図１は、本実施例の熱式流量計１の概略構成図である。図２は、図１のＡ−Ａ断面図である。図１や図２に示すように、本実施例の熱式流量計１は、大別してボディ１０とセンサ基板１２とから構成されるものである。そして、ボディ１０の上面に開口する流路空間１４を塞ぐように、センサ基板１２がシールパッキン１６を介しボディ１０に密着している。具体的には、センサ基板１２は第１面１８と第２面２０とを備え、基板押さえ２２をボディ１０にネジで固定することにより第２面２０をボディ１０に密着させている。これにより、センサ流路Ｓ、およびセンサ流路Ｓに対するバイパス流路である主流路Ｍが形成されている。

ボディ１０には、両端面に入口ポート２４と出口ポート２６とが形成されている。そして、入口ポート２４からボディ中央に向かって入口流路２８が形成され、同様に出口ポート２６からボディ中央に向かって出口流路３０が形成されている。

また、ボディ１０の上部には、主流路Ｍおよびセンサ流路Ｓを形成するための流路空間１４が形成されている。そして、流路空間１４の下面の一部が入口流路２８および出口流路３０に連通している。

そして、この流路空間１４の下面に、図１に示すように、メッシュ板３４が配設されている。これにより、主流路Ｍと入口流路２８との連通部にメッシュ部４２が設けられることになる。このように、主流路Ｍと入口流路２８との連通部にメッシュ部４２を設けることにより、入口流路２８に流れ込んだ被計測流体の入射角による計測出力への影響をほとんどなくすことができる。

図３はセンサ基板１２の第１面１８側を表す平面図であり、図４はセンサ基板１２の正面図である。図３と図４に示すように、センサ基板１２は、ベースとなるセラミック基板５４に色々な電気素子などが設けられている。具体的には、センサ基板１２の第１面１８側には、ピンＰ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５，Ｐ６を備える端子ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５，ＣＳ６と、チップ抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４と、が設けられている。そしてチップ抵抗Ｒ１〜Ｒ４と端子ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ５，ＣＳ６とが電気的に接続されている。なお、端子ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５，ＣＳ６やチップ抵抗Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４は、後述する上流温度検出抵抗体Ｒａや下流温度検出抵抗体Ｒｂや発熱抵抗体Ｒｈや流体温度検出抵抗体Ｒｔを用いた計測原理を行うための電気回路を構成する。

図５は、センサチップ５０を実装したセンサ基板１２の第２面２０側を示す平面図である。図６は、図５のＢ−Ｂ断面図である。図７は、図５のＣ−Ｃ断面図である。
図５〜図７に示すように、センサ基板１２の第２面２０側（ボディ１０への装着面側）には、その中央部にはんだ５６が印刷された複数の電気回路用電極５８，６０，６２，６４，６６，６８（以下、「５８〜６８」と表記する）が設けられている。電気回路用電極５８〜６８は、３つずつ対向する形で配置されている。また、電気回路用電極５８〜６８に接続する不図示の回路パターンは、その電気的絶縁性を確保するために、絶縁体によって形成される絶縁部７０によって覆われている。この絶縁部７０は、電気回路用電極５８〜６８が設けられた領域の周囲に設けられている。なお、絶縁体としては、オーバーコートガラスなどを使用する。また、電気回路用電極５８〜６８は、前記の不図示の回路パターンにより、センサ基板１２の第１面１８側に設けられた端子ＣＳ１，ＣＳ２，ＣＳ３，ＣＳ４，ＣＳ５，ＣＳ６（図３参照）と電気的に接続している。また、はんだ５６は、本発明の「接合部材」の一例である。

ここで、図５〜図７に示すように、電気回路用電極５８と電気回路用電極６０との間、電気回路用電極６２と電気回路用電極６４との間、および電気回路用電極６６と電気回路用電極６８との間、を貫通する細長い空間は絶縁部７０に覆われていない。そして、この細長い空間では、セラミック基板５４の地肌面が露出した基板地肌部７２が形成されている。つまり、この基板地肌部７２に対してマスキングがされた状態で、絶縁部７０が形成される。このため、基板地肌部７２は、絶縁部７０におけるセンサチップ５０側の面７１よりも低くなっている。すなわち、絶縁部７０が流路形成部材となって、この基板地肌部７２の上にセンサ流路Ｓが形成される。

次に、センサチップ５０について説明する。本実施例では、センサチップ５０は直方体に形成されている（図５〜図７参照）。なお、センサチップ５０は立方体に形成されていてもよい。
図８は、センサチップ５０のセンサ基板１２側の面５１（図６、図７参照）における平面図である。図８に示すように、センサチップ５０のセンサ基板１２側の面５１は、四角形（長方形）に形成されている。このようなセンサチップ５０は、シリコンチップ７４に対して半導体マイクロマシニングの加工技術を実施したものである。この加工により、抵抗体用電極（熱線用電極）７６，７８，８０，８２，８４，８６（以下、「７６〜８６」と表記する）が設けられている。

このとき、上流温度検出抵抗体Ｒａ（熱線）が、抵抗体用電極７８，８２から延設される。さらに、下流温度検出抵抗体Ｒｂ（熱線）が、抵抗体用電極８２，８６から延設される。さらにまた、発熱抵抗体Ｒｈ（熱線）が、上流温度検出抵抗体Ｒａと下流温度検出抵抗体Ｒｂとの間に、抵抗体用電極８０，８４から延設される。また、センサチップ５０においては、センサ流路Ｓの順方向の上流側に流体温度検出抵抗体Ｒｔ（熱線）が、抵抗体用電極７６，８０から延設される。

そして、前記の図５〜図７に示すように、センサチップ５０の抵抗体用電極７６〜８６を、センサ基板１２の電気回路用電極５８〜６８のそれぞれと、ハンダリフローで接合することによって、センサチップ５０をセンサ基板１２に実装している。なお、センサ基板１２へのセンサチップ５０の実装に関する詳細については、後述する。

センサチップ５０がセンサ基板１２に実装されると、センサチップ５０によって被計測流体の出入り口を残し基板地肌部７２の中央部が塞がれる。そして、この状態のセンサ基板１２をボディ１０にシールパッキン１６を介して密着させると、前記の図１に示すように、ボディ１０の流路空間１４において、センサ基板１２とセンサチップ５０との間に、センサ流路Ｓが形成される。

このようにして、センサチップ５０がセンサ基板１２に実装されると、センサチップ５０に設けられた流体温度検出抵抗体Ｒｔ、上流温度検出抵抗体Ｒａ、下流温度検出抵抗体Ｒｂ、および発熱抵抗体Ｒｈは、センサチップ５０の抵抗体用電極７６〜８６と、センサ基板１２の電気回路用電極５８〜６８（図５参照）とを介して、センサ基板１２の第１面１８側に設けられた端子ＣＳ１〜ＣＳ６およびチップ抵抗Ｒ１〜Ｒ４（図３参照）に接続される。これにより、図９に示す定温度差回路と、図１０に示す出力回路とが構成される。

ここで、図９に示す定温度差回路は、発熱抵抗体Ｒｈを、流体温度検出抵抗体Ｒｔで検出される流体温度と一定の温度差をもつように制御するための回路である。また、図１０に示す出力回路は、上流温度検出抵抗体Ｒａと下流温度検出抵抗体Ｒｂとの温度差に相当する電圧値を出力するための回路である。この出力回路では、上流温度検出抵抗体Ｒａと下流温度検出抵抗体Ｒｂとが直列に接続され、定電圧Ｖｃが印可されるようになっている。そして、上流温度検出抵抗体Ｒａと下流温度検出抵抗体Ｒｂとの中点電位Ｖｏｕｔ（センサ出力電圧）が測定信号として出力されるようになっている。

〔熱式流量計の作用〕
次に、本実施例の熱式流量計１の作用について説明する。熱式流量計１においては、前記の図１に示すように、入口ポート２４を介して入口流路２８へ流れ込んだ被測定流体（図１のＦ）は、流路空間１４にて、主流路Ｍへ流れ込むもの（図１のＦ１）と、センサ流路Ｓへ流れ込むもの（図１のＦ２）とに分流される。そして、主流路Ｍおよびセンサ流路Ｓから流れ出した被測定流体は、合流して、出口流路３０を介して出口ポート２６からボディ１０の外部に流れ出す（図１のＦ）。

そして、センサ流路Ｓを流れる被測定流体は、センサ流路Ｓに橋設された発熱抵抗体Ｒｈから熱を奪う。そうすると、センサ基板１２の第２面２０側に設けられた電気回路（図９に示す定温度差回路）により、流体温度検出抵抗体Ｒｔと発熱抵抗体Ｒｈとが一定の温度差になるように制御される。

また、センサ基板１２の第２面２０側に設けられた電気回路（図１０に示す出力回路）により、直列に接続され定電圧Ｖｃが印可された上流温度検出抵抗体Ｒａと下流温度検出抵抗体Ｒｂとの中点電位Ｖｏｕｔが測定信号（センサ出力電圧）として出力される。

〔センサ基板へのセンサチップの実装に関する説明〕
次に、本実施例の熱式流量計１におけるセンサ基板１２へのセンサチップ５０の実装に関して説明する。本実施例の熱式流量計１においては、前記の図５〜図７に示すように、センサチップ５０の面５１が絶縁部７０の面７１と接触した状態で、センサチップ５０をセンサ基板１２に実装している。
具体的には、センサチップ５０がその自重により絶縁部７０の面７１と接触した状態で、抵抗体用電極７６〜８６と電気回路用電極５８〜６８とを電気的に接続することにより、センサチップ５０をセンサ基板１２に実装している。
さらに具体的には、センサチップ５０のセンサ基板１２側の面５１の４つの角部に設けられた端部８８，９０，９２，９４（以下、「８８〜９４」と表記する）が、絶縁部７０の面７１と接触している。
ここで、絶縁部７０の面７１は、６つのはんだ５６が設けられた領域の周囲を囲むように形成され、センサ流路Ｓに対応する位置では被計測流体の流れる方向に沿って左右方向（図５のＸ方向およびその逆方向）に後退するように形成されている。

このように、センサチップ５０が絶縁部７０の面７１に接触しているので、絶縁部７０がセンサチップ５０のストッパ（センサチップ５０を止める役割を果たすこと）になって、センサ基板１２とセンサチップ５０の配列方向（図６や図７のＺ方向）におけるセンサチップ５０の位置が決まる。そして、センサチップ５０がその自重により絶縁部７０の面７１と接触している。そのため、はんだ５６の高さのバラツキによらず、センサ流路Ｓの底面（センサ基板１２の基板地肌部７２の面）からセンサチップ５０までの距離、すなわちセンサ流路Ｓの高さｈ（図７参照）が一定になる。例えば、センサ流路Ｓの高さｈを０．０１ｍｍ未満の誤差範囲内に収めることも可能である。したがって、センサ流路Ｓの大きさのバラツキが改善されるので、センサ出力電圧の直線性が良くなる。ゆえに、流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。

また、従来の熱式流量計ではセンサ出力電圧の直線性が良くないので制御手段によりセンサ出力電圧の補正を行っていたが、本実施例の熱式流量計ではセンサ出力電圧の直線性が良いので制御手段によりセンサ出力電圧の補正を行わなくてもよい。そのため、本実施例の熱式流量計１によれば、測定したセンサ出力電圧の補正を行うための制御手段は不要となるので、簡易な構造で流体の流量を計測することができる。したがって、製造コストの低減を図ることができる。

また、センサチップ５０の４つの端部８８〜９４が絶縁部７０の面７１と接触しているので、被計測対象の流体が流れる流れ方向（図５のＸ方向）、および、この流れ方向に直交する方向（図５のＹ方向）について、センサ流路Ｓの高さｈが一定になる。また、センサチップ５０は安定した状態で絶縁部７０の面７１と接触することになるので、センサチップ５０の位置が維持され、センサ流路Ｓの高さｈが一定の状態で維持される。そのため、センサ出力電圧の直線性が良い状態で安定するので、流体の流量の計測精度は高い状態で維持される。

また、センサ流路Ｓの高さｈを出来るだけ小さくすることにより、さらにセンサ出力電圧の直線性が良くなるので、流体の流量の計測精度のさらなる向上を図ることができる。

次に、熱式流量計１の製造方法において、センサチップ５０をセンサ基板１２に実装する工程について説明する。
センサチップ５０をセンサ基板１２に実装する工程においては、まず、センサ基板１２の電気回路用電極５８〜６８に対して、不図示のメタルマスクを用いてはんだ５６を印刷する。このとき、はんだ５６の高さを絶縁部７０の高さよりも若干大きくしておく。具体的には、はんだ５６を絶縁部７０におけるセンサチップ５０を接触させる側の面７１の位置よりもセンサチップ５０を実装させようとする方向（図６と図７のＺ方向）に突出させるようにして電気回路用電極５８〜６８に印刷する。なお、はんだ５６の高さは、メタルマスクの厚みによって管理する。

本実施例の熱式流量計１における電気回路用電極５８〜６８の幅（図１４のＹ方向の幅）は、従来の熱式流路計における電気回路用電極１０２〜１１２の幅（図１２のＹ方向の幅）よりも大きくしておく。より具体的には、例えば、図１４のＹ方向について、電気回路用電極５８〜６８の幅がはんだ５６の幅の約２倍になるようにする。なお、図１１は従来の熱式流路計におけるはんだ１１４の部分を撮影した写真図であり、図１２は図１１を模式化した図である。また、図１３は本実施例の熱式流路計１におけるはんだ５６の部分を撮影した写真図であり、図１４は図１３を模式化した図である。

次に、センサチップ５０をその自重により絶縁部７０の面７１に接触させながら、抵抗体用電極７６〜８６と電気回路用電極５８〜６８とをはんだ５６により接合する。これにより、センサチップ５０の自重によって、はんだ５６は縦横方向に拡がってその高さが絶縁部７０の高さと等しくなり、センサチップ５０の４つの端部８８〜９４が絶縁部７０の面７１と接触する。
以上のようにして、センサチップ５０をセンサ基板１２に実装する。

このように、センサチップ５０を絶縁部７０の面７１と接触させながら抵抗体用電極７６〜８６と電気回路用電極５８〜６８とをはんだ５６により接合するので、絶縁部７０がストッパになって、センサ基板１２とセンサチップ５０の配列方向（図６や図７のＺ方向）におけるセンサチップ５０の位置を決めることができる。そして、センサチップ５０をその自重により絶縁部７０の面７１と接触させる。そのため、はんだ５６の高さのバラツキによらず、センサ流路Ｓの底面（センサ基板１２の基板地肌部７２の面）からセンサチップ５０までの距離、すなわちセンサ流路Ｓの高さｈ（図７参照）が一定になる。したがって、センサ流路Ｓの大きさのバラツキが改善されるので、センサ出力電圧の直線性が良くなる。ゆえに、流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。

また、センサ流路Ｓの高さｈを従来の熱式流量計におけるセンサ流路Ｓ０の高さｈ０よりも小さくすることにより、さらにセンサ出力電圧の直線性が良くなるので、流体の流量の計測精度のさらなる向上を図ることができる。

また、センサチップ５０の４つの端部８８〜９４を絶縁部７０の面７１と接触させるので、被計測対象の流体が流れる流れ方向（図５のＸ方向）、および、この流れ方向に直交する方向（図５のＹ方向）について、センサ流路Ｓの高さｈが一定になる。また、センサチップ５０は安定した状態で絶縁部７０の面７１と接触することになるので、センサチップ５０の位置が維持され、センサ流路Ｓの高さｈが一定の状態で維持される。そのため、センサ出力電圧の直線性が良い状態で安定するので、流体の流量の計測精度は高い状態で維持される。

また、はんだ５６を絶縁部７０におけるセンサチップ５０を接触させる側の面７１の位置よりも突出させるようにして電気回路用電極５８〜６８に印刷しておく。そして、センサチップ５０を自重で絶縁部７０の面に接触させた時に余分なはんだ５６は、電気回路用電極５８〜６８の逃げ部６９（図１５の斜線部参照、図１６参照）に流れ込む。このように、余分なはんだ５６を逃げ部６９に逃がすことにより、はんだ５６の高さを調整することができる。そのため、電気回路用電極５８〜６８と抵抗体用電極７６〜８６とをはんだ５６により確実に電気的に接続しながら、センサ流路Ｓの高さｈを一定にすることができる。したがって、確実にセンサ出力電圧の直線性が良くなるので、確実に流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。

また、センサ基板１２にセンサチップ５０を実装するときにはんだ５６を逃がす逃げ部６９を確保してあるので、はんだ５６がセンサチップ５０からはみ出ないことから、はんだボールなどの異物の発生を防ぐことができる。

次に、このようにセンサ基板１２にセンサチップ５０を実装した本実施例の熱式流量計１において、センサ出力電圧の直線性についての評価結果について説明する。図１７は、従来の熱式流量計におけるセンサ出力電圧の直線性についての評価結果を示す図である。また、図１８は、本実施例の熱式流量計１におけるセンサ出力電圧の直線性についての評価結果を示す図である。図１７と図１８においては、横軸を計測対象の流体の流量を調整するＭＦＣ（マスフローコントローラ）の出力（単位：％）とし、縦軸をセンサ出力電圧の直線性（単位：％ＦＳ）としている。なお、本実施例の熱式流量計１におけるセンサチップ５０の高さｈは、従来の熱式流量計におけるセンサチップの高さよりも数十μｍ低い。また、ＭＦＣの出力が１００％のときの流量は、１０Ｌ／ｍｉｎとした。

図１７に示すように、従来の熱式流量計におけるセンサ出力電圧の直線性は、０％ＦＳ〜約１７％ＦＳであった。これに対して、図１８に示すように、本実施例の熱式流量計１におけるセンサ出力電圧の直線性は、約−０．４％ＦＳ〜約６％ＦＳであった。例えば、ＭＦＣの出力が５０％のときにおいて、従来の熱式流量計におけるセンサ出力電圧の直線性は約１７％ＦＳであるが、本実施例の熱式流量計１におけるセンサ出力電圧の直線性は約６％であった。
このように、センサ出力電圧の直線性は、従来の熱式流量計よりも本実施例の熱式流量計１のほうが良い結果を得ることができたことが分かった。

〔本実施例の効果〕
以上のように、本実施例の熱式流量計１によれば、以下の効果を得ることができる。
本実施例の熱式流量計１によれば、センサチップ５０が自重により絶縁部７０の面７１と接触した状態で抵抗体用電極７６〜８６と電気回路用電極５８〜６８とを電気的に接続しているので、センサ流路Ｓの高さｈが一定となり、センサ流路Ｓの大きさが一定となる。そのため、センサ出力電圧の直線性が向上する。したがって、流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。

また、センサチップ５０におけるセンサ基板１２側の面５１の４つの端部８８〜９４が絶縁部７０の面７１と接触しているので、被計測対象の流体が流れる流れ方向、および、この流れ方向に直交する方向について、センサ流路Ｓの高さｈが一定になる。また、センサチップ５０は安定した状態で絶縁部７０の面７１と接触することになるので、センサチップ５０の位置が維持され、センサ流路Ｓの高さｈが一定の状態で維持される。そのため、センサ出力電圧の直線性が良い状態で安定するので、流体の流量の計測精度は高い状態で維持される。

また、はんだ５６を絶縁部７０におけるセンサチップ５０を接触させる側の面７１の位置よりも突出させるようにして電気回路用電極５８〜６８に印刷し、センサチップ５０を自重により絶縁部７０の面７１と接触させながら抵抗体用電極７６〜８６と電気回路用電極５８〜６８とをはんだ５６により接合するので、電気回路用電極５８〜６８と抵抗体用電極７６〜８６とをはんだ５６により確実に電気的に接続しながら、センサ流路Ｓの高さｈを一定にすることができる。そのため、確実にセンサ出力電圧の直線性が良くなるので、確実に流体の流量の計測精度の向上を図ることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。

１ 熱式流量計
１０ ボディ
１２ センサ基板
１４ 流路空間
５０ センサチップ
５１ 面
５４ セラミック基板
５６ はんだ
５８ 電気回路用電極
６０ 電気回路用電極
６２ 電気回路用電極
６４ 電気回路用電極
６６ 電気回路用電極
６８ 電気回路用電極
６９ 逃げ部
７０ 絶縁部
７１ 面
７２ 基板地肌部
７４ シリコンチップ
７６ 抵抗体用電極（熱線用電極）
７８ 抵抗体用電極（熱線用電極）
８０ 抵抗体用電極（熱線用電極）
８２ 抵抗体用電極（熱線用電極）
８４ 抵抗体用電極（熱線用電極）
８６ 抵抗体用電極（熱線用電極）
８８ 端部
９０ 端部
９２ 端部
９４ 端部
Ｓ センサ流路
Ｍ 主流路
ｈ 高さ

Claims (5)

1. 熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とを備えるセンサチップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極と前記電気回路の電気的絶縁性を確保するための絶縁部とを備えるセンサ基板とを有する熱式流量計において、
   前記絶縁部は、前記電気回路用電極が設けられた領域の周囲に設けられ、
   前記センサチップが自重により前記絶縁部と接触した状態で前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを電気的に接続していること、
   を特徴とする熱式流量計。
2. 請求項１の熱式流量計において、
   前記センサチップにおける前記センサ基板側の面は四角形に形成され、
   前記センサ基板側の面の４つの角部が前記絶縁部と接触していること、
   を特徴とする熱式流量計。
3. 熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とを備えるセンサチップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極と前記電気回路の電気的絶縁性を確保するための絶縁部とを備えるセンサ基板とを有する熱式流量計の製造方法において、
   前記絶縁部を前記電気回路用電極が設けられた領域の周囲に設けておき、
   前記センサチップを自重により前記絶縁部と接触させながら前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを電気的に接続すること、
   を特徴とする熱式流量計の製造方法。
4. 請求項３の熱式流量計の製造方法において、
   前記センサチップにおける前記センサ基板側の面を四角形に形成しておき、
   前記センサ基板側の面の４つの角部を前記絶縁部と接触させること、
   を特徴とする熱式流量計の製造方法。
5. 請求項３または４の熱式流量計の製造方法において、
   接合材料を前記絶縁部における前記センサチップを接触させる側の面の位置よりも突出させるようにして前記電気回路用電極に付与しておき、
   前記センサチップを自重により前記絶縁部と接触させながら前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを前記接合材料により接合すること、
   を特徴とする熱式流量計の製造方法。