JP2019039855A - Measuring apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、配管内を流れる流体の流量を測定するためのセンサチップを備えた測定装置に関する。 The present invention relates to a measuring apparatus including a sensor chip for measuring a flow rate of a fluid flowing in a pipe.
従来から、各種流体の流量を測定する測定装置として、様々な形式のものが提供されている。その中でも、低コスト化や省電力化等を図ることが比較的容易であるという理由から、熱式のものが多く利用され始めている。 Conventionally, various types of measuring apparatuses for measuring the flow rates of various fluids have been provided. Among them, a thermal type is often used because it is relatively easy to achieve cost reduction and power saving.
熱式の測定装置においては、半導体製造プロセス技術を利用して製造されたセンサチップ(フローセンサ)を、流量測定手段としており、測定原理の1つとして、流体によって奪われたヒータ熱が流量に依存して変化するという原理を用いたものがある。そして、このような、熱式の測定装置としては、例えば、特許文献1,2に開示されている。 In a thermal measurement device, a sensor chip (flow sensor) manufactured using semiconductor manufacturing process technology is used as a flow rate measuring means. As one of the measurement principles, the heater heat taken away by the fluid is converted into the flow rate. Some use the principle of changing depending on it. Such thermal measurement devices are disclosed in, for example, Patent Documents 1 and 2.
上記従来の測定装置においては、センサチップと、このセンサチップと電気的に接続する基板とを、配管の外面に固定し、センサチップから出力された検出信号を、基板を介して取り込むことにより、配管内を流れる流体の流量を測定可能としている。このとき、センサチップは、配管との間で熱の授受を行うため、熱伝導性を有する接着剤によって配管に固定されている。一方、基板は、配管から伝わる熱的影響を防止するため、断熱性を有する接着剤によって固定されている。 In the conventional measuring apparatus, the sensor chip and a substrate electrically connected to the sensor chip are fixed to the outer surface of the pipe, and the detection signal output from the sensor chip is taken in via the substrate. It is possible to measure the flow rate of fluid flowing in the piping. At this time, the sensor chip is fixed to the pipe with an adhesive having thermal conductivity in order to exchange heat with the pipe. On the other hand, in order to prevent the thermal influence transmitted from piping, the board | substrate is being fixed with the adhesive agent which has heat insulation.
つまり、センサチップと基板とは、それぞれ異なった種類の接着剤によって固定されている。このため、測定装置の製造時においては、センサチップと基板とを、同じ1つの配管に接着するものの、センサチップの接着工程と、基板の接着工程とを別々に行う必要があった。 That is, the sensor chip and the substrate are fixed by different types of adhesives. For this reason, at the time of manufacturing the measuring apparatus, the sensor chip and the substrate are bonded to the same pipe, but the sensor chip bonding step and the substrate bonding step need to be performed separately.
そこで、上述した問題を解決するため、センサチップを接着するためのセンサ用接着剤(熱伝導性接着剤)と、基板を接着するための基板用接着剤(断熱性接着剤)とを、同じ種類の接着剤にすることが考えられる。このように、同じ種類の接着剤を使用する場合には、上述したように、熱式の測定装置においては、センサチップが配管との間で熱の授受を行う必要があることから、基板をセンサ用接着剤によって固定することになる。 Therefore, in order to solve the problems described above, the sensor adhesive (thermal conductive adhesive) for adhering the sensor chip and the substrate adhesive (thermal insulating adhesive) for adhering the substrate are the same. It is conceivable to use a kind of adhesive. In this way, when using the same type of adhesive, as described above, in the thermal measurement device, the sensor chip needs to exchange heat with the pipe. It will be fixed by the sensor adhesive.
センサ用接着剤の種類としては、熱伝導性の向上を図るため、シリコーン系接着剤が多く使用されており、更に、その硬化触媒としては、白金化合物が多く使用されている。一方、基板の基材としては、ガラスエポキシが多く使用されており、更に、その硬化剤としては、アミンが多く使用されている。 As the type of sensor adhesive, a silicone-based adhesive is often used in order to improve thermal conductivity, and a platinum compound is often used as its curing catalyst. On the other hand, glass epoxy is often used as the base material of the substrate, and amine is often used as the curing agent.
ここで、接着剤の硬化触媒として使用される白金化合物は、被毒を受け易く、様々な物質との共存によって、硬化阻害(加硫阻害)が生じるおそれがある物質となっている。これに対して、基板における基材の硬化剤として使用されるアミンは、共存する物質の種類によっては、その物質に硬化阻害を引き起こすおそれがある物質となっている。 Here, the platinum compound used as a curing catalyst for the adhesive is susceptible to poisoning, and is a substance that may cause curing inhibition (vulcanization inhibition) due to coexistence with various substances. On the other hand, the amine used as the curing agent for the base material in the substrate is a substance that may cause curing inhibition of the substance depending on the type of the coexisting substance.
このため、アミンを含んだ基板を、白金化合物を含んだシリコーン系接着剤によって配管に固定する場合には、アミンが白金化合物の触媒毒となり、シリコーン系接着剤の硬化が進行せず、当該シリコーン系接着剤の硬化不良が発生してしまう。この結果、基板を配管に固定することができないおそれがある。 For this reason, when a substrate containing an amine is fixed to a pipe with a silicone-based adhesive containing a platinum compound, the amine becomes a catalyst poison of the platinum compound, and the curing of the silicone-based adhesive does not proceed. Hardening of the adhesive will occur. As a result, the substrate may not be fixed to the pipe.
従って、基板の基材に含まれる物質に起因した接着剤の硬化阻害を防止して、使用する接着剤の種類を削減することにより、製造工程の簡素化を図ることができる測定装置を提供することを目的とする。 Accordingly, there is provided a measuring apparatus capable of simplifying the manufacturing process by preventing the inhibition of the curing of the adhesive caused by the substance contained in the base material of the substrate and reducing the type of adhesive used. For the purpose.
この発明に係る測定装置は、内部に流体が流れる管状部材と、管状部材の外面にシリコーン系接着剤によって固定され、管状部材の内部に流れる流体の流量を測定するセンサと、センサから出力された検出信号を中継し、管状部材の外面にシリコーン系接着剤によって固定されるガラスエポキシ基板とを備え、ガラスエポキシ基板におけるシリコーン系接着剤と接触する接着部は、シリコーン系接着剤の硬化を阻害しない物質によって形成されるものである。 The measuring apparatus according to the present invention includes a tubular member through which a fluid flows, a sensor that is fixed to the outer surface of the tubular member by a silicone-based adhesive, and measures a flow rate of the fluid that flows into the tubular member, and is output from the sensor. A glass epoxy substrate that relays a detection signal and is fixed to the outer surface of the tubular member by a silicone adhesive, and an adhesive portion that contacts the silicone adhesive on the glass epoxy substrate does not hinder the curing of the silicone adhesive. It is formed by a substance.
この発明によれば、基板の基材に含まれる物質に起因した接着剤の硬化阻害を防止して、使用する接着剤の種類を削減することにより、製造工程の簡素化を図ることができる。 According to the present invention, it is possible to simplify the manufacturing process by preventing the curing inhibition of the adhesive caused by the substance contained in the base material of the substrate and reducing the type of adhesive to be used.
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
実施の形態1.
図1に示すように、本実施の形態に係る測定装置(例えば、熱式の流量測定装置)は、配管11、一対のセンサチップ12,13、ワイヤ14、及び、基板15等を備えている。そして、各センサチップ12,13と基板15とは、配管11に接着固定されると共に、導電性のワイヤ14によって電気的に接続されている。
Embodiment 1 FIG.
As shown in FIG. 1, the measurement device (for example, a thermal flow measurement device) according to the present embodiment includes a
配管11は、その内部流路に流体(気体または液体)を通過可能とする円形管状部材である。この配管11の材質は、例えば、ガラス、セラミックス、プラスチック、及び、ステンレス等のいずれかである。なお、図1に記載した矢印の方向は、流体の流れ方向を示している。
The
また、図1、図2、図4、及び、図6に示すように、配管11の軸方向途中部分には、凹部41が形成されている。この凹部41は、配管11の径方向内側に向けて凹んでいる。そして、凹部41の底面41aは、配管11の軸方向に延びる平坦面であって、センサチップ12,13を取り付けるためのチップ取付面となっている。
In addition, as shown in FIGS. 1, 2, 4, and 6, a
更に、図1示すように、流体流れ方向前後一対のセンサチップ12,13は、配管11内を流れる流体の流量を測定する熱式のフローセンサであって、半導体製造プロセス技術を利用して製造されている。このような、半導体チップとなる熱式のセンサチップ12,13は、配管11の外面となる底面41aに、当該配管11の軸方向(流体流れ方向)に沿って順に設けられている。
Further, as shown in FIG. 1, the pair of
このとき、流体流れ方向上流側に配置されるセンサチップ12は、配管11内を流れる流体の温度を測定する温度センサチップとなっている。一方、流体流れ方向下流側に配置されるセンサチップ13は、配管11内を流れる流体に所定の熱量を供給するヒータチップとなっている。以下、センサチップ12を温度センサチップ12と称する一方、センサチップ13をヒータチップ13と称して、本実施の形態を説明する。
At this time, the
図2及び図3に示すように、温度センサチップ12は、例えば、ベース基板21、絶縁膜22、測温部23、及び、電気接続部24等を備えており、基板15から分離された構造となっている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
具体的に、ベース基板21の表面は、絶縁膜22によって覆われている。また、絶縁膜22の中央部には、測温部23が設けられており、この測温部23には、電気接続部24の基端が電気的に接続されている。測温部23は、配管11内を流れる流体の温度を測定するものであって、2つの電気接続部24は、絶縁膜22の表面上において、測温部23からチップ外側に向けて延びている。そして、電気接続部24の先端は、ワイヤ14を介して、基板15のリードと電気的に接続されている。これにより、測温部23から出力された流体温度検出信号は、電気接続部24を通じて、基板15に中継された後、当該基板15から基板外部の流量測定部に(図示省略)に送信される。
Specifically, the surface of the
一方、図4及び図5に示すように、ヒータチップ13は、例えば、ベース基板31、絶縁膜32、測温部33、及び、電気接続部34等を備えており、基板15から分離された構造となっている。
On the other hand, as shown in FIGS. 4 and 5, the
具体的に、ベース基板31の中央部には、キャビティ31aが、当該ベース基板31をその厚さ方向に貫通するように形成されている。これに対して、ベース基板31の表面は、絶縁膜32によって覆われており、この絶縁膜32の中央部には、断熱性を有する薄膜状のダイヤフラム32aが設けられている。即ち、ダイヤフラム32aは、キャビティ31aの上端開口部全域を、上方から覆っている。
Specifically, a
更に、ダイヤフラム32aの表面中央部には、測温部33が設けられており、この測温部33には、電気接続部34の基端が接続されている。測温部33は、配管11内を流れる流体を一定温度に加熱すると共に、配管11内を流れる流体の温度を測定するものであって、2つの電気接続部34は、絶縁膜32の表面上において、測温部33からチップ外側に向けて延びている。そして、電気接続部34の先端は、ワイヤ14を介して、基板15のリードと電気的に接続されている。これにより、測温部33から出力された流体温度検出信号は、電気接続部34を通じて、基板15に中継された後、当該基板15から基板外部の流量測定部に(図示省略)に送信される。
Further, a
そして、図1、図2、及び、図4に示すように、チップ12,13は、熱伝導性を有する接着剤51によって、配管11の外面に固定されている。即ち、絶縁膜22,32の表面中央部は、接着剤51によって、凹部41の底面41aに固定されている。このとき、接着剤51は、測温部23,33の表面全域と接触している。
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the
なお、接着剤51は、配管11と各チップ12,13との間における熱伝導性の向上図るため、シリコーン系接着剤を採用している。また、接着剤51には、硬化触媒として、白金化合物が含まれている。この白金化合物は、被毒を受け易く、様々な物質との共存によって、硬化阻害(加硫阻害)が生じるおそれがある物質となっている。
The adhesive 51 employs a silicone-based adhesive in order to improve thermal conductivity between the
従って、配管11内を流れる流体の流量を測定する場合には、温度センサチップ12によって、配管11内を流れる流体の温度を測定する。これに対して、ヒータチップ13によって、配管11内を流れる流体の温度が、温度センサチップ12によって測定された流体の温度(測定温度)よりも、一定温度高くなるように、流体に熱量を供給する。
Therefore, when measuring the flow rate of the fluid flowing in the
即ち、ヒータチップ13に設定された発熱温度は、温度センサチップ12によって測定された測定温度に応じて変化することになり、当該ヒータチップ13は、測定温度と発熱温度との温度差に対応した熱量を、流体に供給する。
That is, the heat generation temperature set in the
そして、ヒータチップ13が上記熱量を流体に供給するときの電力量は、配管11内を流れる流体の流量と相関関係があることが、従来から知られている。これにより、流量測定部は、上記電力量に基づいて、配管11内を流れる流体の流量を算出(測定)することができる。
And it is conventionally known that the amount of electric power when the
また、図1、図2、及び、図4に示すように、基板15は、上述したように、ワイヤ14を介して、温度センサチップ12の電気接続部24及びヒータチップ13の電気接続部34と電気的に接続される一方、流量測定部と接続されている。つまり、基板15は、測温部23,33から出力された各流体温度検出信号を、ワイヤ14を介して、流量測定部に中継する。
As shown in FIGS. 1, 2, and 4, the
このような、基板15の基材としては、ガラスエポキシを使用しており、このガラスエポキシには、硬化剤として、アミンが含まれている。アミンは、白金化合物に硬化阻害を引き起こすおそれがある物質となっており、当該白金化合物の触媒毒になるものである。
Glass epoxy is used as the base material of the
更に、図1及び図6に示すように、基板15の先端には、矩形をなす先端突出部15aが形成されている。この先端突出部15aは、基板15の先端中央部から基板外側に向けて、配管11の径方向に突出している。そして、先端突出部15aの左右両側(配管11の軸方向両側)には、基板15から分離されたチップ12,13が、それぞれ配置されている。
Further, as shown in FIGS. 1 and 6, a distal
これにより、先端突出部15aは、各チップ12,13と共に、配管11の凹部41内に設置されており、接着剤52によって、その凹部41の底面41aに固定されている。つまり、基板15は、先端突出部15aのみが、配管11に接着固定されている。
Thus, the
接着剤52の種類は、接着剤51の種類と同じものとなっている。即ち、接着剤52は、シリコーン系接着剤となっており、当該接着剤52には、硬化触媒として、白金化合物が含まれている。 The type of the adhesive 52 is the same as the type of the adhesive 51. That is, the adhesive 52 is a silicone adhesive, and the adhesive 52 contains a platinum compound as a curing catalyst.
つまり、基板15に含まれるアミンは、白金化合物を含んだ接着剤52の硬化を阻害するおそれがあるため、その先端突出部15aを接着剤52によって配管11に固定しようとしても、接着剤52の硬化不良が発生してしまい、先端突出部15aを接着することができないおそれがある。
That is, since the amine contained in the
そこで、上述した問題を解決するため、本実施の形態においては、先端突出部15aの表面における接着剤52と接触する接着部に、硬化阻害防止手段となる金属膜53を形成するようにしている。この金属膜53は、基板15の表面に対して、接着剤52の硬化を阻害しない物質(金属)を用いて、メタライズ処理を施すことによって形成されたものである。言い換えれば、金属膜53は、接着剤52の硬化を阻害するアミンを含まない物質から形成されており、例えば、銅パターン、ニッケルめっき、金めっき等から形成される金属膜となっている。
Therefore, in order to solve the above-described problem, in the present embodiment, a
以上より、本発明に係る測定装置によれば、基板15における接着剤52と接触する接着部に、接着剤52の硬化を阻害しない物質で形成した金属膜53を設けることにより、基板15の基材に含まれるアミンに起因した接着剤52の硬化阻害を防止することができる。これにより、基板接着用の接着剤52を、センサ接着用の接着剤51と同じ種類の接着剤にすることができるので、使用する接着剤の種類を削減することができる。この結果、チップ12,13の配管11への接着と、基板15の配管11への接着とを、同じ製造工程で行うことができるので、製造工程の簡素化を図ることができる。
As described above, according to the measuring apparatus according to the present invention, the
なお、本願発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは、実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。例えば、上述した実施の形態においては、2つのフローセンサ12,13と1つの基板15とを、1種類の接着剤51,52によって、同じ1つの配管11に固定する構成としているが、フローセンサと基板とを1種類の接着剤によって同じ1つの配管に固定する構成とするならば、センサの数量、基板の数量、配管に対するセンサ及び基板の接着方向については、それに限定されるものではない。
In the present invention, any constituent element of the embodiment can be modified or any constituent element of the embodiment can be omitted within the scope of the invention. For example, in the above-described embodiment, the two
11 配管
12 温度センサチップ
13 ヒータチップ
14 ワイヤ
15 基板
15a 先端突出部
21 ベース基板
22 絶縁膜
23 測温部
24 電気接続部
31 ベース基板
31a キャビティ
32 絶縁膜
32a ダイヤフラム
33 測温部
34 電気接続部
41 凹部
41a 底面
51 接着剤
52 接着剤
53 金属膜
DESCRIPTION OF
Claims (2)
前記管状部材の外面にシリコーン系接着剤によって固定され、前記管状部材の内部に流れる流体の流量を測定するセンサと
前記センサから出力された検出信号を中継し、前記管状部材の外面に前記シリコーン系接着剤によって固定されるガラスエポキシ基板とを備え、
前記ガラスエポキシ基板における前記シリコーン系接着剤と接触する接着部は、前記シリコーン系接着剤の硬化を阻害しない物質によって形成される
ことを特徴とする測定装置。 A tubular member through which fluid flows;
A sensor that is fixed to the outer surface of the tubular member with a silicone-based adhesive and measures the flow rate of the fluid that flows inside the tubular member; A glass epoxy substrate fixed by an adhesive,
The bonding part that contacts the silicone adhesive in the glass epoxy substrate is formed of a substance that does not inhibit the curing of the silicone adhesive.
銅パターン、または、ニッケルめっき、あるいは、金めっきから形成される
ことを特徴とする請求項1記載の測定装置。 The adhesive portion is
The measuring apparatus according to claim 1, wherein the measuring apparatus is formed from a copper pattern, nickel plating, or gold plating.
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
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