JP2020079808A - 熱式空気流量計 - Google Patents
熱式空気流量計 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2020079808A JP2020079808A JP2020034597A JP2020034597A JP2020079808A JP 2020079808 A JP2020079808 A JP 2020079808A JP 2020034597 A JP2020034597 A JP 2020034597A JP 2020034597 A JP2020034597 A JP 2020034597A JP 2020079808 A JP2020079808 A JP 2020079808A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- substrate
- flow meter
- air flow
- filler
- thermal air
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
Description
測する熱式空気流量計に関する。
流量検出部と計測対象である気体との間で熱伝達を行うことにより、気体の流量を計測す
るように構成されている。熱式空気流量計が計測する流量は、様々な装置において重要な
制御パラメータとして広く使用されている。熱式空気流量計の特徴は、他方式の流量計に
比べ相対的に高い精度で気体流量、例えば質量流量を計測できることである。
した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が非常に高い。これらの要望に応える
には、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量を高い精度で計測することが求められ
ている。内燃機関に導かれる吸入空気量を計測する熱式空気流量計は、吸入空気量の一部
を取り込む副通路と前記副通路に配置された流量検出部を備え、前記流量検出部が被計測
気体との間で熱伝達を行うことにより、前記副通路を流れる被計測気体の状態を計測して
、前記内燃機関に導かれる吸入空気量を表す電気信号を出力する。このような技術は、例
えば特開2011−252796号公報(特許文献1)に開示されている。
える筐体を予め樹脂で製造し、この筐体とは別に、流量検出部を備えるセンサアセンブリ
を製造し、次に前記副通路の孔に前記流量検出部を挿入した状態で、前記センサアセンブ
リを筐体に固定する。前記副通路の孔と流量検出部との間の隙間、およびセンサアセンブ
リの筐体への嵌め込み部分の隙間には、弾性接着剤が充填され、互いの線膨張係数差を接
着剤の弾性力で吸収している。
体へ固定する際の位置ばらつきが大きくなる。すなわちセンサアセンブリと筐体に設けら
れた副通路との位置や角度が、接着剤の状態などにより簡単に変化する課題があった。こ
のため従来の熱式空気流量計では、流量の検出精度をさらに向上することが難しかった。
ブリを筐体形成と同時に固定することが有効となる。しかし、この場合には、部品間の線
膨張係数差に起因してLSI内の抵抗に発生する熱応力が接着剤を使用する場合に比べて
高く、さらには、電子部品の発熱により、温度補正の精度が低下するため、測定精度が低
下するという課題があった。
取り込む副通路と、前記副通路に配置され前記被計測流体の流量を計測するセンサチップ
と、前記センサチップにより検出した流体流量を電気信号に変換し内部に抵抗体を有する
電子部品と、前記センサチップ及び前記電子部品を搭載する基板と、を有し、前記基板は
、前記電子部品が搭載された側の面が充填材により覆われた構成からなる。
実装することで形成される。なお、基板1として、セラミック基板を用いてもプリント基
板を用いても構わない。また、電子部品3は例えばLSIであり、電子部品3内には抵抗
体7が配置され、この抵抗体7は例えば基準発信器(クロック)やA/D変換器などに用
いられる。基板1とセンサチップ2の間、及び基板1と電子部品3の間は、はんだもしく
はボンディングワイヤを用いて電気的に結線される。流量検出時は、図1の矢印方向もし
くは反対方向から空気26がセンサチップ2の流量検出部を通過することで流量を測定す
る。
。上記筐体5は主通路を流れる空気をセンサチップ2に導くための副通路12を備えてお
り、第1樹脂からなる筐体5とセンサアセンブリ10が一体成型され、センサアセンブリ
10は図1の斜線で示した固定領域4で筐体5に固定される。筐体5に用いる第1樹脂は
例えば熱可塑性樹脂である。この際、流量検出部を有するセンサチップ2は空気流量を測
定する必要があるため、上記副通路12中に配置される。
る。図3、図4に示すとおり、充填材6はセンサアセンブリ10と筐体5からなる空間に
対し、電子部品3を覆うように充填される。充填材は例えばエポキシ樹脂が用いられる。
の抵抗体7に電圧が印加されるため、抵抗体7が発熱する。この発熱により、熱式空気流
量計の温度が上昇し、環境温度との差が大きくなるため、流量測定精度が低下する。した
がって、抵抗体7の発熱による熱式空気流量計の温度上昇を抑制する必要がある。図3に
示すように電子部品3を充填材6で覆うことにより、熱伝導性が向上する。そのため、電
子部品3が放熱しやすくなり、温度上昇を抑制することができる。さらに、熱式空気流量
計は例えば内燃機関を搭載した車両の流量測定のために用いるため、排気ガス、ガソリン
、塩水等の雰囲気中に晒される。センサアセンブリ10に搭載した電子部品3を充填材6
で覆うことにより、電子部品3が上記雰囲気中に暴露することを防ぐため、電子部品3の
特性変動を防止でき、より高精度な熱式空気流量計を提供できる。
図5は、温度変化を与えたときの熱式空気流量計の断面図である。センサアセンブリ10
上の電子部品3を充填材6により覆うと、熱式空気流量計及び基板1には、基板1と充填
材6の線膨張係数差、もしくは樹脂収縮差に起因して図5に示すような曲げ変形が発生す
る。これにより、電子部品3内の抵抗体7にも応力(ひずみ)が発生する。抵抗体7に応
力(ひずみ)が発生すると、ピエゾ効果によって抵抗値が変化し、LSI3の出力特性が
変化するため、空気流量の測定精度に影響を及ぼす。図6は、基板1と充填材6の線膨張
係数の比及びヤング率の比と、電子部品3内の抵抗体7の熱応力による流量特性変動の関
係を応力解析により算出したものである。図6の縦軸(y軸)は基板1と充填材6のヤング
率の比、横軸(x軸)は基板1と充填材6の線膨張係数の比であり、ともに無次元である。
応力解析により算出した、抵抗体7の熱応力による流量特性変動が±1.0%,±1.5%、±2.0
%となるときの基板1と充填材6の線膨張係数、ヤング率の比の関係を図6にプロットし
た。さらに、上記プロットを用いて、線膨張係数及びヤング率の比と流量特性変動の関係
を累乗近似により求めた。図6より、線膨張係数及びヤング率の比を大きくするほど流量
特性変動が大きくなることがわかる。
示す所定領域内となるようにした。すなわち、基板1と充填材6の線膨張係数の比をx、
ヤング率の比をyとするとy<0.4x-0.9なる関係が成り立つようにした。これにより
、温度変化時の抵抗体7の抵抗値変動を抑制することができ、流量特性変動を±1%以内
に抑えることができる。流量検出精度の更なる高精度化が可能となる。
図7はセンサアセンブリ10を筐体5に固定したときの熱式空気流量計の平面図、図8は
底面図である。先の実施例と異なる構成は、図7、図8に示すように基板上に複数の電子
部品13〜16を設置している点である。電子部品は例えば、サーミスタやマイコン、圧
力センサ、湿度センサである。図7に示すように、ボンディングワイヤ20を用いて、セ
ンサアセンブリ10と筐体に設置されたコネクタ21とを電気的に接続している。ボンデ
ィングワイヤの材質は、例えばAl、Au、Cuである。図9に充填材6を封止した後の
熱式空気流量計の平面図を示す。図9に示す構造としても同等の作用効果を奏することは
言うまでもない。更に、充填材6によりボンディングワイヤ20を保護するため、振動に
よるボンディングワイヤ20の変形を抑制することができ、より高信頼な流量計を提供で
きる。
少なくとも1部に孔を設けている点である。これにより、充填材6が主通路に暴露された
構造となり、充填材の放熱効果が高まるため、電子部品3、13〜16の発熱による温度
上昇をより低減することができる。また、カバー8と充填材を密着させる構造とすること
によっても、熱伝導性がよくなり、主通路の空気流による放熱効果が高まり高精度化が可
能となることは言うまでもない。
材6の線膨張係数の比及びヤング率の比との関係を図11の斜線部領域内にしている点で
ある。すなわち、基板1と充填材6のヤング率の比をyとすると、y<0.1なる関係と
する。図7、図8に示した電子部品3、13〜16は、はんだ、もしくはボンディングワ
イヤを用いて基板1と電気的に接続する。さらに、ボンディングワイヤ20を用いて基板
1と筐体に設置されたコネクタ21を電気的に接続している。はんだやボンディングワイ
ヤの熱変形に対する信頼性を高め、より高寿命とするためには、これらの接合材と充填材
6との線膨張係数差を小さくすることが望ましい。図11の斜線部領域内とすることで、
基板1と充填材6の線膨張係数の比に関わらず、抵抗値変動を±1%以下に抑制できる。
したがって、はんだやボンディングワイヤの線膨張係数と充填材の線膨張係数の差を小さ
くし、且つ抵抗値変動を±1%以下に抑制できるため、より高信頼で高精度な流量計を提
供できる。
7…抵抗体、8…カバー、10…センサアセンブリ、11…筐体、12…副通路、
13〜16…電子部品、20…ボンディングワイヤ、21…コネクタ
Claims (11)
- 被計測流体の一部を取り込む副通路と、
前記副通路に配置され前記被計測流体の流量を計測するセンサチップと、
前記センサチップにより検出した流体流量を電気信号に変換し内部に抵抗体を有する電子部品と、
前記センサチップ及び前記電子部品を搭載する基板と、を有し、
前記基板は、固定領域にて筐体に固定され、前記筐体に囲まれた前記電子部品が搭載された側の面が充填材により覆われ、
前記基板と前記充填材のヤング率及び線膨張係数が、前記基板と前記充填材のヤング率の比と線膨張係数の比とで決まり、
前記基板と前記充填材のヤング率の比をY、前記基板と前記充填材の線膨張係数の比をXとすると、Y<0.4X−0.9なる関係があること、を特徴とする熱式空気流量計。 - 請求項1に記載の熱式流量計において、
前記基板は、前記固定領域において前記筐体と一体に成形され、固定されることを特徴とする熱式空気流量計。 - 請求項2に記載の熱式空気流量計において、
前記Y<0.4X−0.9なる関係のとき、前記抵抗体の抵抗値変動が±1%であることを特徴とする熱式空気流量計。 - 請求項1〜3のいずれかに記載の熱式空気流量計において、
前記充填材の少なくとも一部が前記被計測流体に暴露していることを特徴とする熱式空気流量計。 - 請求項1〜4のいずれかに記載の熱式空気流量計において、
前記筐体は、外部出力のためのコネクタを有し、前記コネクタと前記基板がワイヤボンディングにより電気的に接続することを特徴とする熱式空気流量計。 - 請求項1〜5のいずれかに記載の熱式空気流量計において、
前記電子部品の少なくともひとつがワイヤボンディングもしくははんだにより前記基板と電気的に接続することを特徴とする熱式空気流量計。 - 請求項6に記載の熱式空気流量計において、
前記充填材と前記基板のヤング率が、前記充填材と前記基板のヤング率の比とでき所定領域にあることを特徴とする熱式空気流量計。 - 請求項7に記載の熱式空気流量計において、
前記充填材と前記基板のヤング率の比とできまる前記所定領域は、前記充填材のヤング率をE1、前記基板のヤング率をE2とすると、E1/E2<0.1なる関係があることを特徴とする熱式空気流量計。 - 請求項1〜8のいずれかに記載の熱式空気流量計において、
前記充填材は、エポキシ樹脂であり、
前記基板は、プリント基板であり、
前記筐体は、熱可塑性樹脂であること、を特徴とする熱式空気流量計。 - 被計測流体の一部を取り込む副通路と、
前記副通路に配置され前記被計測流体の流量を計測するセンサチップと、
前記センサチップにより検出した流体流量を電気信号に変換し内部に抵抗体を有する電子部品と、
前記センサチップ及び前記電子部品を搭載する基板と、を有し、
前記基板は、固定領域にて筐体との一体成型により固定され、前記筐体に囲まれた前記電子部品が搭載された側の面が充填材により覆われ、
前記基板と前記充填材のヤング率及び線膨張係数が、前記基板と前記充填材のヤング率の比と線膨張係数の比とで決まり、前記基板と前記充填材のヤング率の比をY、前記基板と前記充填材の線膨張係数の比をXとすると、Y<0.4X−0.9なる関係があること、を特徴とする熱式空気流量計。 - 請求項9または10に記載の熱式空気流量計であって、
前記充填剤は前記基板の表面を封止し、前記基板の裏面は前記被計測流体の流量とは異なる物理量を計測するセンサが設置されていること、を特徴とする熱式空気流量計。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020034597A JP2020079808A (ja) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | 熱式空気流量計 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2020034597A JP2020079808A (ja) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | 熱式空気流量計 |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2014225706A Division JP2016090413A (ja) | 2014-11-06 | 2014-11-06 | 熱式空気流量計 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020079808A true JP2020079808A (ja) | 2020-05-28 |
JP2020079808A5 JP2020079808A5 (ja) | 2020-07-30 |
Family
ID=70801686
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2020034597A Pending JP2020079808A (ja) | 2020-03-02 | 2020-03-02 | 熱式空気流量計 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020079808A (ja) |
Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06265384A (ja) * | 1993-03-15 | 1994-09-20 | Hitachi Ltd | 熱式空気流量計 |
JPH10185642A (ja) * | 1996-12-27 | 1998-07-14 | Tokyo Gas Co Ltd | 流量計 |
JPH11163002A (ja) * | 1997-11-28 | 1999-06-18 | Kyocera Corp | 半導体素子実装基板 |
JP2001015649A (ja) * | 1999-06-29 | 2001-01-19 | Kyocera Corp | 半導体素子実装用配線基板および配線基板実装構造 |
JP2001244376A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-07 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
WO2002010694A1 (fr) * | 2000-07-27 | 2002-02-07 | Hitachi, Ltd. | Debitmetre a air de type thermique |
JP2012015222A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JP2014173960A (ja) * | 2013-03-08 | 2014-09-22 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 熱式空気流量計 |
-
2020
- 2020-03-02 JP JP2020034597A patent/JP2020079808A/ja active Pending
Patent Citations (8)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH06265384A (ja) * | 1993-03-15 | 1994-09-20 | Hitachi Ltd | 熱式空気流量計 |
JPH10185642A (ja) * | 1996-12-27 | 1998-07-14 | Tokyo Gas Co Ltd | 流量計 |
JPH11163002A (ja) * | 1997-11-28 | 1999-06-18 | Kyocera Corp | 半導体素子実装基板 |
JP2001015649A (ja) * | 1999-06-29 | 2001-01-19 | Kyocera Corp | 半導体素子実装用配線基板および配線基板実装構造 |
JP2001244376A (ja) * | 2000-02-28 | 2001-09-07 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
WO2002010694A1 (fr) * | 2000-07-27 | 2002-02-07 | Hitachi, Ltd. | Debitmetre a air de type thermique |
JP2012015222A (ja) * | 2010-06-30 | 2012-01-19 | Hitachi Ltd | 半導体装置 |
JP2014173960A (ja) * | 2013-03-08 | 2014-09-22 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 熱式空気流量計 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
WO2016072166A1 (ja) | 熱式空気流量計 | |
JP5271997B2 (ja) | 吸気温度センサ | |
US7216546B2 (en) | Pressure sensor having integrated temperature sensor | |
CN111033186B (zh) | 热式流量计 | |
CN110672171B (zh) | 具有配置在副通路的流量检测元件的流量测定装置 | |
JP6043248B2 (ja) | 熱式空気流量計 | |
US20110259097A1 (en) | Device for detecting a property of a flowing fluid medium | |
JPWO2019064887A1 (ja) | 物理量検出装置 | |
JP6915160B2 (ja) | 物理量検出装置 | |
CN108458762B (zh) | 热式空气流量计 | |
JP2020079808A (ja) | 熱式空気流量計 | |
JP6884926B2 (ja) | 物理量検出装置 | |
WO2020179249A1 (ja) | 流量測定装置 | |
WO2021039028A1 (ja) | センサ装置 | |
JP7356957B2 (ja) | 物理量検出装置 | |
JP4830669B2 (ja) | センサ装置およびその製造方法 | |
JP2020094933A (ja) | 熱式流量計 | |
WO2018225351A1 (ja) | 物理量検出装置 | |
JP2019168303A (ja) | 温度センサ | |
JP2014035200A (ja) | 物理量センサ | |
JP2016075694A (ja) | 熱式空気流量計 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20200302 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200304 |
|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20200415 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20200428 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20200604 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20201224 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20210302 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20210422 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20210713 |