JP2023110111A - Thermal flow rate sensor - Google Patents

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Linlin Zhang
保夫 小野瀬
Yasuo Onose
洋 中野
Hiroshi Nakano
和宏 太田
Kazuhiro Ota
直生 斉藤
Tadao Saito
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Abstract

To provide a thermal flow rate sensor that can enhance resistance to contamination and damage while arranging temperature detection elements symmetrically in relation to a heat-generating resistor.SOLUTION: A thermal flow rate sensor 300 comprises a diaphragm 310, a heat-generating resistor 303, and a pair of temperature detection elements 304. The diaphragm 310 is disposed along a flow direction Df of a gas 2 to be measured of which a flow rate is measured. The heat-generating resistor 303 is disposed in an intermediate portion of the diaphragm 310 in the flow direction Df. The pair of temperature detection elements 304 is disposed at both ends of the diaphragm 310 in the flow direction Df. The diaphragm 310 has an expanded portion 312 that is expanded so as to protrude, in an intersecting direction Di that intersects with the flow direction Df, from at least one lateral edge 311 from among the two lateral edges 311, 311 along the flow direction Df. At least one part of the expanded portion 312 faces a temperature detection element 304 in the intersecting direction Di.SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本開示は、熱式流量センサに関する。 The present disclosure relates to thermal flow sensors.

従来から空気質量計に関する発明が知られている(下記特許文献1を参照)。特許文献1に記載された空気質量計は、マイクロマシニング型の構造形態で形成されたセンサエレメントを備えている。センサエレメントは、加熱素子を有し、その加熱素子を基準として上流側に第1の温度センサ素子が配置され、加熱素子を基準として下流側に第2の温度センサ素子が配置されている。第1の温度センサ素子は、第1の幅と第1の長さとを有しており、第2の温度センサ素子は、第2の幅と第2の長さとを有している。この空気質量計は、第1の温度センサ素子の第1の幅が、第2の温度センサ素子の第2の幅よりも大きく寸法設定されている(同文献、要約、請求項1、図9等を参照)。 An invention related to an air mass meter has been known for some time (see Patent Document 1 below). The air mass meter described in Patent Document 1 has a sensor element formed in a micromachining type structural form. The sensor element has a heating element, a first temperature sensor element is arranged upstream of the heating element, and a second temperature sensor element is arranged downstream of the heating element. The first temperature sensor element has a first width and a first length and the second temperature sensor element has a second width and a second length. This air mass meter is dimensioned such that the first width of the first temperature sensor element is greater than the second width of the second temperature sensor element (ibid., Abstract, Claim 1, Fig. 9). etc.).

特表2015‐532439号公報Japanese translation of PCT publication No. 2015-532439

上記従来の空気質量計は、加熱素子によって形成された対称軸線に対し、第1の温度センサ素子と第2の温度センサ素子とが非対称な構成となる(同文献、第0029段落、図9等を参照)。そのため、この非対称性に基づく空気質量計の定常特性および非定常特性を補正する必要がある。 In the above conventional air mass meter, the first temperature sensor element and the second temperature sensor element are asymmetrical with respect to the axis of symmetry formed by the heating element (ibid., paragraph 0029, FIG. 9, etc.). ). Therefore, it is necessary to correct the steady-state and non-steady-state characteristics of the air mass meter based on this asymmetry.

本開示は、発熱抵抗体に対して温度検出素子を対称に配置しつつ、耐汚損性を向上させることが可能な熱式流量センサを提供する。 The present disclosure provides a thermal flow sensor capable of improving contamination resistance while arranging temperature detection elements symmetrically with respect to a heating resistor.

本開示の一態様は、被計測気体の流れ方向に沿って配置されるダイアフラムと、前記流れ方向における前記ダイアフラムの中間部に配置された発熱抵抗体と、前記流れ方向における前記ダイアフラムの両端部に配置された一対の温度検出素子と、を備え、前記ダイアフラムは、前記流れ方向に沿う両側縁のうちの少なくとも一方の側縁から前記流れ方向に交差する交差方向へ突出するように拡張された拡張部を有し、前記拡張部の少なくとも一部と前記温度検出素子とが前記交差方向に相対していることを特徴とする熱式流量センサである。 One aspect of the present disclosure includes a diaphragm arranged along the flow direction of the gas to be measured, a heating resistor arranged in an intermediate portion of the diaphragm in the flow direction, and at both ends of the diaphragm in the flow direction and a pair of temperature detection elements arranged, wherein the diaphragm is expanded to protrude from at least one side edge of both side edges along the flow direction in a cross direction crossing the flow direction. At least part of the extended portion and the temperature detection element are opposed to each other in the cross direction.

本開示によれば、温度検出素子を発熱抵抗体に対して対称に配置しつつ、耐汚損性を向上させることが可能な熱式流量センサを提供することができる。 According to the present disclosure, it is possible to provide a thermal flow sensor capable of improving contamination resistance while arranging the temperature detection element symmetrically with respect to the heating resistor.

内燃機関制御システムの一例を示すシステム図。1 is a system diagram showing an example of an internal combustion engine control system; FIG. 図1に示す物理量検出装置のカバーを取り外した状態の背面図。FIG. 2 is a rear view of the physical quantity detection device shown in FIG. 1 with a cover removed; 図2のIII-III線に沿うチップパッケージの断面図。FIG. 3 is a cross-sectional view of the chip package taken along line III-III in FIG. 2; 図3の熱式流量センサの一例を示す正面図。The front view which shows an example of the thermal type flow sensor of FIG. 図3の熱式流量センサの一例を示す正面図。The front view which shows an example of the thermal type flow sensor of FIG. 図4の熱式流量センサの変形例を示す正面図。The front view which shows the modification of the thermal type flow sensor of FIG. 図4の熱式流量センサのダイアフラムの変形例を示す正面図。The front view which shows the modification of the diaphragm of the thermal type flow sensor of FIG. 図4の熱式流量センサのダイアフラムの変形例を示す正面図。The front view which shows the modification of the diaphragm of the thermal type flow sensor of FIG. 図4の熱式流量センサのダイアフラムの変形例を示す正面図。The front view which shows the modification of the diaphragm of the thermal type flow sensor of FIG. 図4の熱式流量センサのダイアフラムの変形例を示す正面図。The front view which shows the modification of the diaphragm of the thermal type flow sensor of FIG. 本開示の熱式流量センサの実施例を示す正面図。1 is a front view showing an embodiment of a thermal flow sensor of the present disclosure; FIG. 図8Aの熱式流量センサに対する比較例を示す正面図。The front view which shows the comparative example with respect to the thermal type flow sensor of FIG. 8A. 図8Aの実施例のダイアフラムの温度勾配を示すグラフ。8B is a graph showing the temperature gradient of the diaphragm for the embodiment of FIG. 8A; 図8Bの比較例のダイアフラムの温度勾配を示すグラフ。8B is a graph showing the temperature gradient of the diaphragm of the comparative example of FIG. 8B; 拡張部のアスペクト比とカーボン付着数との関係を示すグラフ。4 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of the extended portion and the number of carbon deposits; 拡張部のアスペクト比と温度勾配との関係を示すグラフ。5 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of the extension and the temperature gradient;

以下、図面を参照して本開示に係る熱式流量センサの実施形態を説明する。 Hereinafter, embodiments of a thermal flow sensor according to the present disclosure will be described with reference to the drawings.

図1は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システム1の一例を示すシステム図である。内燃機関制御システム1では、エンジンシリンダ11とエンジンピストン12を備える内燃機関10の動作に基づいて、吸入空気がエアクリーナ21から吸入される。吸入空気は、主通路22である吸気ボディと、スロットルボディ23と、吸気マニホールド24を介してエンジンシリンダ11の燃焼室に導かれる。 FIG. 1 is a system diagram showing an example of an internal combustion engine control system 1 of an electronic fuel injection system. In the internal combustion engine control system 1 , intake air is drawn from an air cleaner 21 based on the operation of an internal combustion engine 10 having an engine cylinder 11 and an engine piston 12 . Intake air is led to the combustion chamber of the engine cylinder 11 through the main passage 22 , which is the intake body, the throttle body 23 , and the intake manifold 24 .

主通路22に設置された物理量検出装置20は、吸入空気の物理量を計測する。すなわち、物理量検出装置20の被計測気体2は、たとえば、主通路22を流れる吸入空気である。さらに、物理量検出装置20で計測された吸入空気の物理量に基づいて、燃料噴射弁14より燃料が供給され、吸入空気と共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。 A physical quantity detector 20 installed in the main passage 22 measures the physical quantity of the intake air. That is, the measured gas 2 of the physical quantity detection device 20 is, for example, intake air flowing through the main passage 22 . Further, based on the physical quantity of the intake air measured by the physical quantity detection device 20, fuel is supplied from the fuel injection valve 14 and introduced into the combustion chamber together with the intake air in the form of an air-fuel mixture.

図1に示す例において、燃料噴射弁14は内燃機関10の吸気ポートに設けられ、吸気ポートに噴射された燃料が吸入空気に混合され、その燃料と吸入空気との混合気が、吸気弁15を介して燃焼室に導かれる。燃焼室に導かれた混合気は、点火プラグ13の火花着火によって爆発的に燃焼して機械エネルギを発生する。 In the example shown in FIG. 1, the fuel injection valve 14 is provided in the intake port of the internal combustion engine 10, the fuel injected into the intake port is mixed with the intake air, and the mixture of the fuel and the intake air is injected into the intake valve 15. to the combustion chamber via The air-fuel mixture led to the combustion chamber is explosively combusted by spark ignition of the ignition plug 13 to generate mechanical energy.

物理量検出装置20は、エアクリーナ21を介して取り込まれて主通路22を流れる被計測気体2としての吸入空気の流量、温度、湿度、圧力などの物理量を計測する。物理量検出装置20は、吸入空気の物理量に応じた電気信号を出力する。物理量検出装置20の出力信号は、制御装置4に入力される。 The physical quantity detection device 20 measures physical quantities such as the flow rate, temperature, humidity, and pressure of the intake air as the measured gas 2 that is taken in through the air cleaner 21 and flows through the main passage 22 . The physical quantity detection device 20 outputs an electrical signal corresponding to the physical quantity of the intake air. An output signal from the physical quantity detection device 20 is input to the control device 4 .

また、スロットルバルブ25の開度を計測するスロットル角度センサ26の出力が制御装置4に入力される。また、内燃機関10のエンジンピストン12や吸気弁15や排気弁16の位置や状態、さらに内燃機関10の回転速度を計測するために、回転角度センサ17の出力が、制御装置4に入力される。排気ガス3の状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ28の出力が制御装置4に入力される。 Also, the output of a throttle angle sensor 26 that measures the opening of the throttle valve 25 is input to the control device 4 . In addition, the output of the rotation angle sensor 17 is input to the control device 4 in order to measure the positions and states of the engine piston 12, the intake valve 15, and the exhaust valve 16 of the internal combustion engine 10, and the rotational speed of the internal combustion engine 10. . The output of the oxygen sensor 28 is input to the control device 4 in order to measure the state of the mixture ratio between the amount of fuel and the amount of air from the state of the exhaust gas 3 .

制御装置4は、物理量検出装置20の出力である吸入空気の物理量と、回転角度センサ17の出力に基づき計測された内燃機関10の回転速度とに基づいて、燃料噴射量や点火時期を演算する。これらの演算結果に基づいて、燃料噴射弁14から供給される燃料量や、点火プラグ13による点火時期が制御される。また、燃料供給量や点火時期は、さらに物理量検出装置20で計測される温度や、スロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ28で計測された空燃比の状態などに基づいて、きめ細かく制御されている。 The control device 4 calculates the fuel injection amount and ignition timing based on the physical quantity of the intake air, which is the output of the physical quantity detection device 20, and the rotation speed of the internal combustion engine 10 measured based on the output of the rotation angle sensor 17. . Based on these calculation results, the amount of fuel supplied from the fuel injection valve 14 and the ignition timing by the spark plug 13 are controlled. Further, the fuel supply amount and ignition timing are further based on the temperature measured by the physical quantity detection device 20, the change state of the throttle angle, the change state of the engine rotation speed, the air-fuel ratio state measured by the oxygen sensor 28, and the like. , is finely controlled.

制御装置4は、さらに内燃機関10のアイドル運転状態において、スロットルバルブ25をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ27により制御し、アイドル運転状態での内燃機関10の回転速度を制御する。内燃機関10の主要な制御量である燃料供給量や点火時期は、いずれも物理量検出装置20の出力を主パラメータとして演算される。したがって、物理量検出装置20の精度の向上や、経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。 The control device 4 further controls the amount of air bypassing the throttle valve 25 when the internal combustion engine 10 is idling, using an idle air control valve 27, thereby controlling the rotation speed of the internal combustion engine 10 when the engine is idling. The fuel supply amount and ignition timing, which are the main control variables of the internal combustion engine 10, are both calculated using the output of the physical quantity detection device 20 as a main parameter. Therefore, improving the accuracy of the physical quantity detection device 20, suppressing changes over time, and improving reliability are important for improving control accuracy and ensuring reliability of the vehicle.

特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、物理量検出装置20により計測される被計測気体2である吸入空気の物理量の測定精度の向上が極めて重要である。また、物理量検出装置20が高い信頼性を維持していることも重要である。 In particular, in recent years, there has been an extremely high demand for fuel efficiency of vehicles, and an extremely high demand for purification of exhaust gas. In order to meet these demands, it is extremely important to improve the measurement accuracy of the physical quantity of the intake air, which is the measured gas 2 measured by the physical quantity detection device 20 . It is also important that the physical quantity detection device 20 maintains high reliability.

図2は、図1に示す物理量検出装置20のカバーを取り外した状態の背面図である。物理量検出装置20は、ハウジング201と、ハウジング201に取り付けられるカバー(図示省略)とを備えている。カバーは、たとえばアルミニウム合金などの導電性材料からなる板状部材や、射出成形した合成樹脂材料などによって構成され、広い平坦な冷却面を有する薄い板状に形成されている。 FIG. 2 is a rear view of the physical quantity detection device 20 shown in FIG. 1 with the cover removed. The physical quantity detection device 20 includes a housing 201 and a cover (not shown) attached to the housing 201 . The cover is made of, for example, a plate-like member made of a conductive material such as an aluminum alloy, or an injection-molded synthetic resin material.

ハウジング201は、たとえば、射出成形した合成樹脂材料によって構成されている。ハウジング201は、フランジ201fと、コネクタ201cと、計測部201mとを有している。 Housing 201 is made of, for example, an injection-molded synthetic resin material. The housing 201 has a flange 201f, a connector 201c, and a measuring section 201m.

フランジ201fは、主通路22である吸気ボディに固定される。フランジ201fは、たとえば、所定の板厚からなる平面視略矩形状を有しており、角部に貫通孔を有している。フランジ201fは、たとえば、角部の貫通孔に固定ネジが挿通されて主通路22のネジ穴に螺入されることにより、主通路22に固定される。 The flange 201f is fixed to the intake body, which is the main passage 22. As shown in FIG. The flange 201f has, for example, a substantially rectangular shape in a plan view with a predetermined plate thickness, and has through holes at the corners. The flange 201f is fixed to the main passage 22 by, for example, inserting a fixing screw through the through hole at the corner and screwing it into the screw hole of the main passage 22 .

コネクタ201cは、フランジ201fから突出し、外部機器との電気的な接続を行うために吸気ボディから外部に露出する。コネクタ201cは、たとえば、その内部に4本の外部端子と、補正用端子とが設けられている。外部端子は、物理量検出装置20の計測結果である流量や温度などの物理量を出力するための端子および物理量検出装置20が動作するための直流電力を供給するための電源端子である。補正用端子は、製造された物理量検出装置20の計測を行い、それぞれの物理量検出装置20に関する補正値を求めて、物理量検出装置20内部のメモリに補正値を記憶するのに使用する端子である。 The connector 201c protrudes from the flange 201f and is exposed outside from the intake body for electrical connection with external equipment. The connector 201c has, for example, four external terminals and a correction terminal provided therein. The external terminals are terminals for outputting physical quantities such as flow rate and temperature, which are measurement results of the physical quantity detection device 20, and power supply terminals for supplying DC power for operating the physical quantity detection device 20. The correction terminal is a terminal used to measure the manufactured physical quantity detection device 20, obtain a correction value for each physical quantity detection device 20, and store the correction value in the memory inside the physical quantity detection device 20. .

計測部201mは、フランジ201fから主通路22の中心に向かって突出するように延びている。計測部201mは、フランジ201fから主通路22の中心方向に向かって延びる薄くて長い板状の形状を成し、幅広な正面と背面、および幅狭な一対の側面である上流端面223と下流端面224を有している。なお、図1に示す主通路22の中心軸22aおよび計測部201mの短手方向に平行なX軸と、計測部201mの厚さ方向に平行なY軸と、計測部201mの長手方向に平行なZ軸とからなる三次元直交座標系を、各図に表示している。 The measuring portion 201m extends so as to project toward the center of the main passage 22 from the flange 201f. The measuring portion 201m has a thin and long plate-like shape extending from the flange 201f toward the center of the main passage 22, and has a wide front surface and a rear surface, and a pair of narrow side surfaces, namely an upstream end surface 223 and a downstream end surface. 224. In addition, the X axis parallel to the central axis 22a of the main passage 22 and the short direction of the measuring portion 201m shown in FIG. 1, the Y axis parallel to the thickness direction of the measuring portion 201m, and the longitudinal direction of the measuring portion 201m. A three-dimensional Cartesian coordinate system consisting of a Z-axis is displayed in each figure.

計測部201mは、物理量検出装置20を主通路22に取り付けた状態で、主通路22の内壁から主通路22の中心軸22aに向かって突出し、正面と背面が主通路22の中心軸22aに沿って平行に配置される。計測部201mは、幅狭な上流端面223と下流端面224のうち、計測部201mの短手方向一方側の上流端面223が主通路22の上流側を向くように配置され、計測部201mの短手方向他方側の下流端面224が主通路22の下流側を向くように配置される。 With the physical quantity detection device 20 attached to the main passage 22, the measuring unit 201m protrudes from the inner wall of the main passage 22 toward the central axis 22a of the main passage 22, and has a front surface and a rear surface along the central axis 22a of the main passage 22. are arranged parallel to each other. The measurement portion 201m is arranged such that the upstream end surface 223 on one side in the width direction of the measurement portion 201m faces the upstream side of the main passage 22 between the upstream end surface 223 and the downstream end surface 224 having narrow widths. The downstream end surface 224 on the other hand direction side is arranged to face the downstream side of the main passage 22 .

計測部201mは、基端部に設けられたフランジ201fと反対側の先端部201tの上流端面223に、吸入空気などの被計測気体2の一部を計測部201m内の副通路234に取り込むための入口231が、開口して設けられている。また、計測部201mは、先端部201tの上流端面223と反対側の下流端面224に、計測部201m内の副通路234に取り込んだ被計測気体2を主通路22に戻すための第1出口232および第2出口233が開口して設けられている。 The measurement part 201m has an upstream end surface 223 of the tip part 201t on the side opposite to the flange 201f provided at the base end part to take part of the gas 2 to be measured such as intake air into the secondary passage 234 in the measurement part 201m. An inlet 231 is provided openly. Moreover, the measurement part 201m has a first outlet 232 for returning the gas to be measured 2 taken into the sub-passage 234 in the measurement part 201m back to the main passage 22 on the downstream end face 224 opposite to the upstream end face 223 of the tip part 201t. and a second outlet 233 are provided.

物理量検出装置20は、副通路234の入口231が、フランジ201fから主通路22の中心方向に向かって延びる計測部201mの先端部201tに設けられている。そのため、物理量検出装置20は、主通路22の内壁面近傍ではなく、内壁面から離れた中央部に近い部分の気体を副通路に取り込むことができる。これにより、物理量検出装置20は、主通路22の内壁面から離れた部分の気体の流量を計測することができ、熱などの影響による精度の低下を抑制できる。 In the physical quantity detection device 20, the inlet 231 of the secondary passage 234 is provided at the distal end portion 201t of the measuring portion 201m extending toward the center of the main passage 22 from the flange 201f. Therefore, the physical quantity detection device 20 can take the gas not near the inner wall surface of the main passage 22 but near the central portion away from the inner wall surface into the sub-passage. As a result, the physical quantity detection device 20 can measure the flow rate of the gas in the portion distant from the inner wall surface of the main passage 22, and can suppress a decrease in accuracy due to the influence of heat or the like.

計測部201mには、副通路234を形成するための副通路溝250と、回路基板207を収容するための回路室235が設けられている。回路室235と副通路溝250は、板状の計測部201mの厚さ方向において、計測部201mの一方の面に凹状に設けられている。 A sub-passage groove 250 for forming a sub-passage 234 and a circuit chamber 235 for accommodating the circuit board 207 are provided in the measuring portion 201m. The circuit chamber 235 and the sub-passage groove 250 are provided in a concave shape on one surface of the plate-like measuring portion 201m in the thickness direction of the measuring portion 201m.

回路室235は、主通路22における被計測気体2の流れ方向の上流側の位置に配置され、副通路234は、回路室235よりも主通路22における被計測気体2の流れ方向の下流側の位置に配置される。副通路溝250は、カバーとともに副通路234を形成する。副通路溝250は、第1副通路溝251と、第1副通路溝251の途中で分岐する第2副通路溝252とを有している。 The circuit chamber 235 is arranged upstream in the main passage 22 in the flow direction of the gas to be measured 2 , and the sub passage 234 is arranged in the main passage 22 downstream of the circuit chamber 235 in the flow direction of the gas to be measured 2 . placed in position. The secondary passageway groove 250 forms the secondary passageway 234 with the cover. The sub-passage groove 250 has a first sub-passage groove 251 and a second sub-passage groove 252 branching in the middle of the first sub-passage groove 251 .

第1副通路溝251は、計測部201mの上流端面223に開口する入口231と、計測部201mの下流端面224に開口する第1出口232との間に亘って、計測部201mの短手方向に沿って延在するように形成されている。第1副通路溝251は、カバーとの間に、入口231から主通路22の中心軸22aに沿って延びて第1出口232に至る第1副通路234aを形成する。第1副通路234aは、主通路22内を流れる被計測気体2を入口231から取り込み、その取り込んだ被計測気体2を第1出口232から主通路22に戻す。第1副通路234aは、入口231と第1出口232との間に分岐部を有している。 The first sub-passage groove 251 extends between an inlet 231 opening at an upstream end surface 223 of the measuring portion 201m and a first outlet 232 opening at a downstream end surface 224 of the measuring portion 201m. is formed to extend along the The first sub-passage groove 251 forms a first sub-passage 234 a extending from the inlet 231 along the central axis 22 a of the main passage 22 to the first outlet 232 with the cover. The first auxiliary passage 234 a takes in the measured gas 2 flowing in the main passage 22 from the inlet 231 and returns the taken-in measured gas 2 from the first outlet 232 to the main passage 22 . The first sub-passage 234 a has a branched portion between the inlet 231 and the first outlet 232 .

第2副通路溝252は、カバーとの間に、第1副通路234aからフランジ201fへ向けて分岐して第2出口233に至る第2副通路234bを形成する。第2出口233は、主通路22における被計測気体2の流れ方向の下流側を向くように開口されている。第2出口233は、第1出口232よりも大きい開口面積を有しており、第1出口232よりも計測部201mの長手方向の基端部側に形成されている。第2副通路234bは、たとえば、直線状の上流部237と、円弧状またはU字状の湾曲部238と、直線状の下流部239とを有し、計測部201mの長手方向に沿って往復する経路を有する。 The second sub-passage groove 252 forms a second sub-passage 234b that branches from the first sub-passage 234a toward the flange 201f and reaches the second outlet 233 between itself and the cover. The second outlet 233 is open so as to face the downstream side in the flow direction of the gas 2 to be measured in the main passage 22 . The second outlet 233 has an opening area larger than that of the first outlet 232, and is formed closer to the proximal end in the longitudinal direction of the measuring section 201m than the first outlet 232 is. The second sub-passage 234b has, for example, a linear upstream portion 237, an arcuate or U-shaped curved portion 238, and a linear downstream portion 239, and reciprocates along the longitudinal direction of the measuring portion 201m. have a route to

より詳細には、第2副通路234bを形成する第2副通路溝252は、たとえば、第1副通路溝251からフランジ201fへ向けて計測部201mの長手方向に分岐して、主通路22の中心軸22aにおおむね直交する方向に延びている。また、第2副通路溝252は、たとえば、計測部201mのフランジ201fの近傍で先端部201tへ向けてU字状または円弧状に湾曲して折り返し、計測部201mの長手方向、すなわち主通路22の中心軸22aに直交する方向に延びている。さらに、第2副通路溝252は、たとえば、計測部201mの下流端面224へ向けて円弧状に湾曲するように曲折して第2出口233に接続されている。 More specifically, the second sub-passage groove 252 that forms the second sub-passage 234b branches, for example, from the first sub-passage groove 251 toward the flange 201f in the longitudinal direction of the measurement portion 201m. It extends in a direction substantially orthogonal to the central axis 22a. Further, the second sub-passage groove 252, for example, bends in a U-shape or arcuately toward the distal end portion 201t near the flange 201f of the measurement portion 201m and turns back to extend in the longitudinal direction of the measurement portion 201m, that is, the main passage 22. extends in a direction orthogonal to the central axis 22a of the . Furthermore, the second sub-passage groove 252 is connected to the second outlet 233 by bending in an arc shape toward the downstream end face 224 of the measuring portion 201m, for example.

図1に示す主通路22を流れる被計測気体2は、順流時に入口231から第1副通路234aに取り込まれ、第1副通路234a内を第1出口232へ向けて流れる。また、第1副通路234a内を流れる被計測気体2は、順流時に第1副通路234aの分岐部から第2副通路234bへ流入する。第1副通路234aから分岐して第2副通路234bへ流れ込んだ被計測気体2は、第2副通路234bを通過して第2出口233から主通路22へ戻る。 The gas 2 to be measured flowing through the main passage 22 shown in FIG. In addition, the gas to be measured 2 flowing in the first sub-passage 234a flows into the second sub-passage 234b from the branch portion of the first sub-passage 234a during the forward flow. The measured gas 2 branched from the first sub-passage 234 a and flowed into the second sub-passage 234 b passes through the second sub-passage 234 b and returns to the main passage 22 from the second outlet 233 .

物理量検出装置20は、物理量を検出する検出素子として、たとえば、第2副通路234bの上流部237に配置された熱式流量センサ300を備えている。より詳細には、第2副通路234bの上流部237において、熱式流量センサ300は、第1副通路234aと湾曲部238の中間部に配置されている。第2副通路234bは、上記のような湾曲形状を有することで、通路長さをより長く確保することができ、主通路22内の被計測気体2に脈動が生じた場合に、熱式流量センサ300への影響を小さくすることができる。 The physical quantity detection device 20 includes, for example, a thermal flow sensor 300 arranged in the upstream portion 237 of the second sub-passage 234b as a detection element that detects a physical quantity. More specifically, in the upstream portion 237 of the second sub-passage 234b, the thermal flow sensor 300 is arranged between the first sub-passage 234a and the curved portion 238. As shown in FIG. Since the second sub-passage 234b has the curved shape as described above, it is possible to ensure a longer passage length. The influence on the sensor 300 can be reduced.

回路基板207は、計測部201mの短手方向一方側に設けられた回路室235に収容されている。回路基板207は、たとえば、計測部201mの長手方向に沿って延在するとともに、フランジ201f側の計測部201mの端部で計測部201mの短手方向に沿って延在する、おおむねL字状の形状を有している。 The circuit board 207 is housed in a circuit chamber 235 provided on one side in the short direction of the measuring section 201m. The circuit board 207, for example, extends along the longitudinal direction of the measuring section 201m, and extends along the lateral direction of the measuring section 201m at the end of the measuring section 201m on the flange 201f side, and is generally L-shaped. has the shape of

回路基板207の表面には、吸気温度センサ203と、圧力センサ204と、湿度センサ206と、熱式流量センサ300を有するチップパッケージ208と、が実装されている。すなわち、物理量検出装置20は、たとえば、物理量である温度と、圧力と、流量と、湿度とを検出する素子として、吸気温度センサ203と、圧力センサ204と、熱式流量センサ300と、湿度センサ206とを備えている。 An intake air temperature sensor 203 , a pressure sensor 204 , a humidity sensor 206 , and a chip package 208 having a thermal flow sensor 300 are mounted on the surface of the circuit board 207 . That is, the physical quantity detection device 20 includes, for example, an intake air temperature sensor 203, a pressure sensor 204, a thermal flow sensor 300, and a humidity sensor as elements for detecting physical quantities such as temperature, pressure, flow rate, and humidity. 206.

吸気温度センサ203は、たとえば、温度検出通路に配置され、温度検出通路を流れる被計測気体2の温度を計測する。温度検出通路は、たとえば計測部201mの上流端面223に開口する入口231の近傍に入口を有し、計測部201mの正面と背面に取り付けられたカバー202の双方に出口を有している。 The intake air temperature sensor 203 is arranged, for example, in the temperature detection passage, and measures the temperature of the measured gas 2 flowing through the temperature detection passage. The temperature detection passage has an entrance, for example, near an entrance 231 that opens to the upstream end face 223 of the measurement section 201m, and has exits at both the front and rear covers 202 of the measurement section 201m.

圧力センサ204は、回路室235内の被計測気体2の圧力を計測し、湿度センサ206は、回路室235内の被計測気体2の湿度を計測する。回路室235は、ハウジング201とカバー202との間に画定され、圧力導入流路を介して第2副通路234bに連通し、第2副通路234bから圧力導入流路を介して被計測気体2が流入する。 The pressure sensor 204 measures the pressure of the gas 2 to be measured within the circuit chamber 235 , and the humidity sensor 206 measures the humidity of the gas 2 to be measured within the circuit chamber 235 . The circuit chamber 235 is defined between the housing 201 and the cover 202, communicates with the second sub-passage 234b through the pressure introduction flow path, and flows from the second sub-passage 234b through the pressure introduction flow path. flows in.

図3は、図2のIII-III線に沿うチップパッケージ208の断面図である。チップパッケージ208は、たとえば、熱式流量センサ300と、リードフレーム208fと、封止部208rと、電子部品208eと、を有している。 FIG. 3 is a cross-sectional view of the chip package 208 taken along line III--III in FIG. Chip package 208 includes, for example, thermal flow sensor 300, lead frame 208f, sealing portion 208r, and electronic component 208e.

熱式流量センサ300は、リードフレーム208fに実装された半導体素子である。熱式流量センサ300とリードフレーム208fとの間、電子部品208eとリードフレーム208fとの間、および、熱式流量センサ300と電子部品208eとの間は、たとえば、ボンディングワイヤによって接続されている。電子部品208eは、たとえば、制御回路を含むLSIであり、熱式流量センサ300を作動させる。なお、電子部品208eは、回路基板207に実装するなど、チップパッケージ208の外部に配置してもよい。 Thermal flow sensor 300 is a semiconductor device mounted on lead frame 208f. Bonding wires, for example, connect between the thermal flow sensor 300 and the lead frame 208f, between the electronic component 208e and the lead frame 208f, and between the thermal flow sensor 300 and the electronic component 208e. Electronic component 208 e is, for example, an LSI including a control circuit, and operates thermal flow sensor 300 . Note that the electronic component 208 e may be arranged outside the chip package 208 , such as being mounted on the circuit board 207 .

封止部208rは、たとえば、熱式流量センサ300および電子部品208eが実装されたリードフレーム208fを樹脂材料でインサート成形することによって形成された樹脂部であり、熱式流量センサ300が配置される凹溝を有している。この凹溝は、第2副通路234bの上流部237を流れる被計測気体2の流れ方向における両端部から中央部へ向けて徐々に幅が狭まる絞り形状を有し、最も幅が狭い中央部に熱式流量センサ300が配置されている。この凹溝の絞り形状により、第2副通路234bを流れる被計測気体2が整流され、熱式流量センサ300に対するノイズの影響を低減することができる。 The sealing portion 208r is, for example, a resin portion formed by insert-molding a lead frame 208f on which the thermal flow sensor 300 and the electronic component 208e are mounted, with a resin material, and the thermal flow sensor 300 is arranged. It has a groove. This concave groove has a constricted shape in which the width gradually narrows from both ends toward the center in the flow direction of the gas to be measured 2 flowing in the upstream portion 237 of the second sub-passage 234b, and the width is narrowest at the center. A thermal flow sensor 300 is arranged. Due to the constricted shape of the groove, the measured gas 2 flowing through the second sub-passage 234b is rectified, and the influence of noise on the thermal flow sensor 300 can be reduced.

熱式流量センサ300は、たとえば、半導体基板301と、空洞部302と、ダイアフラム310と、を備えている。半導体基板301は、たとえば、単結晶シリコン(Si)などの半導体を素材として矩形板状に形成され、表面に絶縁膜や配線膜を積層して形成された積層部を有している。空洞部302は、半導体基板301の一部をウェットエッチングやドライエッチング処理等により除去して、半導体基板301の表面の積層部とは反対の裏面側に凹状に設けられている。空洞部302は、たとえば、リードフレーム208fに設けられた換気通路を介して、チップパッケージ208の外部に連通している。 Thermal flow sensor 300 includes, for example, semiconductor substrate 301 , cavity 302 , and diaphragm 310 . The semiconductor substrate 301 is made of a semiconductor such as single crystal silicon (Si) and formed into a rectangular plate shape, and has a laminated portion formed by laminating an insulating film and a wiring film on the surface. The hollow portion 302 is formed in a concave shape on the back surface side of the semiconductor substrate 301 opposite to the laminated portion on the front surface by removing a portion of the semiconductor substrate 301 by wet etching, dry etching, or the like. Cavity 302 communicates with the outside of chip package 208, for example, via a ventilation passage provided in lead frame 208f.

ダイアフラム310は、半導体基板301の薄肉部によって構成されている。より具体的には、ダイアフラム310は、半導体基板301の表面に形成された積層部の一部であり、空洞部302の一端を閉鎖している。ダイアフラム310は、たとえば、積層部を有する半導体基板301の表面側とは反対側の半導体基板301の裏面側から、半導体基板301の一部をウェットエッチングやドライエッチングにより除去して凹状の空洞部302を形成することで設けられている。すなわち、半導体基板301の裏面側から空洞部302を形成し、半導体基板301の表面側のSiO層、SiN層、および配線層などを含む積層部を薄肉部として空洞部302に露出させることで、ダイアフラム310が形成されている。 Diaphragm 310 is composed of a thin portion of semiconductor substrate 301 . More specifically, diaphragm 310 is part of a laminate formed on the surface of semiconductor substrate 301 and closes one end of cavity 302 . For example, the diaphragm 310 is formed by removing a part of the semiconductor substrate 301 by wet etching or dry etching from the back surface side of the semiconductor substrate 301 opposite to the front surface side of the semiconductor substrate 301 having the laminated portion, thereby forming a recessed cavity portion 302 . is provided by forming That is, by forming a cavity portion 302 from the back side of the semiconductor substrate 301 and exposing the laminated portion including the SiO 2 layer, the SiN layer, the wiring layer, etc. on the front side of the semiconductor substrate 301 to the cavity portion 302 as a thin portion. , a diaphragm 310 is formed.

ダイアフラム310の厚さは、たとえば2[μm]以上かつ10[μm]以下、より具体的には、たとえば4[μm]程度である。半導体基板301の厚さは、たとえば300[μm]以上かつ1[mm]以下、より具体的には、たとえば400[μm]程度である。すなわち、ダイアフラム310の厚さは、たとえば、半導体基板301の厚さの100分の1程度である。 The thickness of diaphragm 310 is, for example, 2 [μm] or more and 10 [μm] or less, more specifically, for example, about 4 [μm]. The thickness of the semiconductor substrate 301 is, for example, 300 [μm] or more and 1 [mm] or less, more specifically, for example, about 400 [μm]. That is, the thickness of diaphragm 310 is, for example, about 1/100 of the thickness of semiconductor substrate 301 .

熱式流量センサ300は、たとえば、チップパッケージ208の凹溝と回路基板207との間の流路を流れる被計測気体2の流量を計測する。より詳細には、被計測気体2は、たとえば、チップパッケージ208の凹溝と回路基板207との間の流路と、ハウジング201の第2副通路溝252と回路基板207との間の流路と、チップパッケージ208とカバーとの間の流路とを流れる。そして、チップパッケージ208の凹溝と回路基板207との間の流路を流れる被計測気体2の物理量の一つである流量が、本実施形態に係る熱式流量センサ300によって検出される。 The thermal flow sensor 300 measures, for example, the flow rate of the measured gas 2 flowing through the channel between the groove of the chip package 208 and the circuit board 207 . More specifically, the gas to be measured 2 flows through, for example, a flow path between the groove of the chip package 208 and the circuit board 207 and a flow path between the second sub-passage groove 252 of the housing 201 and the circuit board 207. and the channel between the chip package 208 and the cover. Then, the flow rate, which is one of the physical quantities of the gas 2 to be measured flowing through the channel between the groove of the chip package 208 and the circuit board 207, is detected by the thermal flow sensor 300 according to this embodiment.

図4は、図3に示す熱式流量センサ300をY軸の正方向に見た正面図である。なお、図4では、ダイアフラム310の外形を破線で表している。熱式流量センサ300は、たとえば、ダイアフラム310と、発熱抵抗体303と、一対の温度検出素子304と、を備えている。 FIG. 4 is a front view of the thermal flow sensor 300 shown in FIG. 3 as seen in the positive direction of the Y-axis. In addition, in FIG. 4, the outer shape of the diaphragm 310 is represented by a dashed line. Thermal flow sensor 300 includes, for example, diaphragm 310 , heating resistor 303 , and a pair of temperature detection elements 304 .

ダイアフラム310は、たとえば、熱式流量センサ300によって流量が計測される気体である被計測気体2の流れ方向Dfに沿って配置される。図4に示す例において、被計測気体2の流れ方向Dfは、たとえばZ軸に平行である。なお、被計測気体2の流れ方向Dfは、たとえば、Z軸に実質的に平行な方向やZ軸に沿う方向であってもよい。 The diaphragm 310 is arranged, for example, along the flow direction Df of the gas 2 to be measured, which is the gas whose flow rate is measured by the thermal flow sensor 300 . In the example shown in FIG. 4, the flow direction Df of the gas 2 to be measured is parallel to the Z axis, for example. The flow direction Df of the gas 2 to be measured may be, for example, a direction substantially parallel to the Z-axis or a direction along the Z-axis.

ダイアフラム310は、流れ方向Dfに沿う両側縁311,311のうちの少なくとも一方の側縁311から流れ方向Dfに交差する交差方向Diへ突出するように拡張された拡張部312を有している。拡張部312の少なくとも一部と温度検出素子304とは、交差方向Diに相対している。図4に示す例において、拡張部312は、たとえば、流れ方向Dfにおける50%以上、60%以上、70%以上、80%以上、または、90%以上の部分が、交差方向Diに温度検出素子304と対向している。 The diaphragm 310 has an extended portion 312 extending from at least one side edge 311 of both side edges 311, 311 along the flow direction Df so as to protrude in the cross direction Di crossing the flow direction Df. At least a portion of the extension 312 and the temperature sensing element 304 face each other in the cross direction Di. In the example shown in FIG. 4, for example, 50% or more, 60% or more, 70% or more, 80% or more, or 90% or more of the extended portion 312 in the flow direction Df is the temperature detection element in the cross direction Di. 304 is facing.

図4に示す例において、ダイアフラム310は、流れ方向Dfに沿う両側縁311,311の双方に拡張部312を有している。また、ダイアフラム310は、たとえば、流れ方向Dfに沿う各々の側縁311に一対の拡張部312を有している。また、図4に示す例において、ダイアフラム310の流れ方向Dfに沿う両側縁311,311は、それぞれ、発熱抵抗体303の交差方向Diに沿う中心線303aに対称に、一対の拡張部312が設けられている。 In the example shown in FIG. 4, the diaphragm 310 has extensions 312 on both side edges 311, 311 along the flow direction Df. The diaphragm 310 also has, for example, a pair of extensions 312 on each side edge 311 along the flow direction Df. In the example shown in FIG. 4, both side edges 311, 311 along the flow direction Df of the diaphragm 310 are provided with a pair of extended portions 312 symmetrically with respect to the center line 303a along the intersecting direction Di of the heating resistor 303. It is

さらに、図4に示す例では、ダイアフラム310の流れ方向Dfに沿う両側縁311,311に、流れ方向Dfに沿うダイアフラム310の中心線310aに対称に、それぞれ一対の拡張部312が設けられている。ダイアフラム310は、たとえば、流れ方向Dfを長手方向とする長方形の主要部313を有している。拡張部312の面積は、たとえば、主要部313の面積よりも小さい。 Furthermore, in the example shown in FIG. 4, a pair of extension portions 312 are provided on both side edges 311, 311 of the diaphragm 310 along the flow direction Df, symmetrically about the center line 310a of the diaphragm 310 along the flow direction Df. . The diaphragm 310 has, for example, a rectangular main portion 313 whose longitudinal direction is the flow direction Df. The area of the extended portion 312 is smaller than the area of the main portion 313, for example.

拡張部312は、流れ方向Dfを長手方向とする長方形の形状を有し、長方形の主要部313の長辺である側縁311から交差方向Diへ突出している。一対の拡張部312は、ダイアフラム310の各々の側縁311において、流れ方向Dfに間隔をあけて設けられている。流れ方向Dfにおいて発熱抵抗体303を介して相対する一対の拡張部312の間隔Dは、流れ方向Dfにおける発熱抵抗体303の幅Wよりも広い。このような構成により、ダイアフラム310は、おおむねH型の形状を有している。 The extended portion 312 has a rectangular shape whose longitudinal direction is the flow direction Df, and protrudes in the cross direction Di from the side edge 311 which is the long side of the rectangular main portion 313 . A pair of extensions 312 are provided on each side edge 311 of the diaphragm 310 at intervals in the flow direction Df. The distance D between the pair of extended portions 312 facing each other with the heating resistor 303 interposed therebetween in the flow direction Df is wider than the width W of the heating resistor 303 in the flow direction Df. With such a configuration, the diaphragm 310 has a generally H-shaped shape.

発熱抵抗体303は、たとえば、流れ方向Dfにおけるダイアフラム310の中間部に配置されている。発熱抵抗体303は、たとえば、ポリシリコン、単結晶シリコン、モリブデン、白金等を素材とするマイクロヒータである。発熱抵抗体303は、たとえば、1[μm]から150[μm]程度の幅の配線によって構成することができる。発熱抵抗体303は、たとえば、配線を複数回折り返して形成してもよい。発熱抵抗体303は、たとえば、SiO層やSiN層などを含む積層部の中間層に形成されている。 The heating resistor 303 is arranged, for example, in the middle portion of the diaphragm 310 in the flow direction Df. The heating resistor 303 is a micro heater made of, for example, polysilicon, single crystal silicon, molybdenum, platinum, or the like. The heat generating resistor 303 can be configured by a wiring having a width of about 1 [μm] to 150 [μm], for example. Heating resistor 303 may be formed by, for example, folding a wire a plurality of times. The heating resistor 303 is formed, for example, in an intermediate layer of the lamination section including a SiO 2 layer, a SiN layer, or the like.

一対の温度検出素子304は、たとえば、ダイアフラム310の流れ方向Dfにおける両端部に配置されている。温度検出素子304は、たとえば、発熱抵抗体303と同様の素材によって形成することができる。温度検出素子304は、たとえば、0.5[μm]から100[μm]程度の幅の配線によって構成することができる。温度検出素子304は、たとえば、配線を複数回折り返して形成してもよい。温度検出素子304は、たとえば、SiO層やSiN層などを含む積層部の中間層に形成されている。 The pair of temperature detection elements 304 are arranged, for example, at both ends of the diaphragm 310 in the flow direction Df. The temperature detection element 304 can be made of the same material as the heating resistor 303, for example. The temperature detection element 304 can be configured by a wiring with a width of about 0.5 [μm] to 100 [μm], for example. The temperature detection element 304 may be formed by, for example, folding a wiring several times. The temperature detection element 304 is formed, for example, in an intermediate layer of a laminated portion including a SiO2 layer, a SiN layer, and the like.

図4に示す例において、一対の温度検出素子304は、発熱抵抗体303の交差方向Diに沿う中心線303aに対称に配置されている。また、一対の温度検出素子304は、たとえば、熱電対である。温度検出素子304は、たとえば、発熱抵抗体303に対向する一側縁に一以上の測温接点304jを有している。測温接点304jは、二種類の金属の接合部である。熱電対である温度検出素子304は、ゼーベック効果により、測温接点304jとその反対側の基準接点との間の温度差に応じた電圧を発生する。なお、一対の温度検出素子304は、熱電対に限定されない。 In the example shown in FIG. 4, the pair of temperature detection elements 304 are arranged symmetrically with respect to the center line 303a of the heating resistor 303 along the intersecting direction Di. Also, the pair of temperature detection elements 304 are, for example, thermocouples. The temperature detecting element 304 has, for example, one or more temperature measuring contacts 304j on one side edge facing the heat generating resistor 303 . The temperature measuring junction 304j is a junction of two metals. The temperature detection element 304, which is a thermocouple, generates a voltage according to the temperature difference between the temperature measuring junction 304j and the reference junction on the opposite side thereof by the Seebeck effect. Note that the pair of temperature detection elements 304 are not limited to thermocouples.

図5は、図4の熱式流量センサ300の変形例である。図5に示す例において、一対の温度検出素子304は、たとえば、抵抗体配線である。すなわち、一対の温度検出素子304は、図4または図5に示すように、たとえば、抵抗体配線または熱電対によって構成することができる。 FIG. 5 is a modification of the thermal flow sensor 300 of FIG. In the example shown in FIG. 5, the pair of temperature detection elements 304 are, for example, resistor wiring. That is, the pair of temperature detection elements 304 can be configured by, for example, resistor wiring or thermocouples, as shown in FIG. 4 or FIG.

図示を省略するが、熱式流量センサ300は、たとえばダイアフラム310の流れ方向Dfにおける両側に、一対の測温抵抗体を有してもよい。測温抵抗体は、ダイアフラム310の外側で被計測気体2の温度を計測する。測温抵抗体は、たとえば、発熱抵抗体303と同様の素材によって形成することができる。測温抵抗体は、たとえば、0.5[μm]から10[μm]程度の幅の配線によって構成することができる。測温抵抗体は、たとえば、配線を複数回折り返して形成してもよい。温度検出素子304は、たとえばSiO層やSiN層などを含む積層部の中間層に形成されている。 Although illustration is omitted, the thermal flow sensor 300 may have a pair of temperature measuring resistors on both sides of the diaphragm 310 in the flow direction Df, for example. The resistance temperature detector measures the temperature of the gas 2 to be measured outside the diaphragm 310 . The temperature measuring resistor can be made of the same material as the heating resistor 303, for example. The resistance temperature detector can be configured, for example, by wiring with a width of about 0.5 [μm] to 10 [μm]. The resistance temperature detector may be formed, for example, by folding the wiring several times. The temperature detection element 304 is formed in an intermediate layer of the lamination section including, for example, a SiO2 layer and a SiN layer.

また、図示を省略するが、熱式流量センサ300は、たとえば、ダイアフラム310の外側の半導体基板301上に、発熱抵抗体303、温度検出素子304、および測温抵抗体を電子部品208eに接続するための端子を有している。なお、発熱抵抗体303、温度検出素子304、および測温抵抗体の構成および膜構造は、温度計測方式に応じて適宜変更することができる。 Although not shown, the thermal flow sensor 300 has, for example, a heat generating resistor 303, a temperature detecting element 304, and a temperature measuring resistor on the semiconductor substrate 301 outside the diaphragm 310, which are connected to the electronic component 208e. has a terminal for The configurations and film structures of the heating resistor 303, the temperature detecting element 304, and the temperature sensing resistor can be changed as appropriate according to the temperature measurement method.

熱式流量センサ300による被計測気体2の流量の計測は、次のように行われる。発熱抵抗体303に通電されると、発熱抵抗体303の近傍の空気が温められ、被計測気体2の流れ方向Dfにおいて発熱抵抗体303の両側に配置された一対の温度検出素子304によって温度が計測される。流れ方向Dfの流量がゼロであれば、一対の温度検出素子304によって計測される温度は、おおむね等しくなる。 Measurement of the flow rate of the measured gas 2 by the thermal flow sensor 300 is performed as follows. When the heating resistor 303 is energized, the air in the vicinity of the heating resistor 303 is warmed, and the temperature is detected by a pair of temperature detection elements 304 arranged on both sides of the heating resistor 303 in the flow direction Df of the gas 2 to be measured. Measured. If the flow rate in the flow direction Df is zero, the temperatures measured by the pair of temperature detection elements 304 are approximately equal.

図4に示すように、たとえば、被計測気体2がZ軸の正方向の流れ方向Dfへ流れると、発熱抵抗体303によって温められた気体が流れ方向Dfの上流側から下流側へ移動する。これにより、被計測気体2の流量がゼロのときと比較して、流れ方向Dfの上流側の温度検出素子304の温度が低下し、流れ方向Dfの下流側の温度検出素子304の温度が上昇する。これら一対の温度検出素子304の温度差により生じる抵抗変化によって、被計測気体2の流量を計測する。 As shown in FIG. 4, for example, when the gas 2 to be measured flows in the flow direction Df, which is the positive direction of the Z axis, the gas warmed by the heating resistor 303 moves from the upstream side to the downstream side in the flow direction Df. As a result, the temperature of the temperature detection element 304 on the upstream side in the flow direction Df decreases and the temperature of the temperature detection element 304 on the downstream side in the flow direction Df rises compared to when the flow rate of the gas 2 to be measured is zero. do. The flow rate of the gas 2 to be measured is measured by the resistance change caused by the temperature difference between the pair of temperature detection elements 304 .

以下、本実施形態の熱式流量センサ300の作用を説明する。 The operation of the thermal flow sensor 300 of this embodiment will be described below.

熱式流量センサ300によって流量を計測する対象である被計測気体2は、たとえば、オイルカーボンなどの粒子を含んでいる。熱式流量センサ300では、応答性を低下させることなく、被計測気体2に含まれる粒子による汚損を抑制する耐汚損性の向上が求められている。 The measured gas 2 whose flow rate is to be measured by the thermal flow sensor 300 contains, for example, particles such as oil carbon. The thermal flow sensor 300 is required to have improved contamination resistance to suppress contamination due to particles contained in the gas 2 to be measured without lowering responsiveness.

本実施形態の熱式流量センサ300は、前述のように、被計測気体2の流れ方向Dfに沿って配置されるダイアフラム310と、そのダイアフラム310の流れ方向Dfにおける中間部に配置された発熱抵抗体303と、ダイアフラム310の流れ方向Dfにおける両端部に配置された一対の温度検出素子304と、を備えている。そして、ダイアフラム310は、流れ方向Dfに沿う両側縁311,311のうちの少なくとも一方の側縁311から流れ方向Dfに交差する交差方向Diへ突出するように拡張された拡張部312を有している。そして、拡張部312の少なくとも一部と温度検出素子304とが交差方向Diに相対している。 As described above, the thermal flow sensor 300 of this embodiment includes the diaphragm 310 arranged along the flow direction Df of the gas to be measured 2, and the heating resistor arranged in the middle portion of the diaphragm 310 in the flow direction Df. It includes a body 303 and a pair of temperature detection elements 304 arranged at both ends of the diaphragm 310 in the flow direction Df. The diaphragm 310 has an extended portion 312 extending from at least one side edge 311 of the side edges 311, 311 along the flow direction Df so as to protrude in the cross direction Di crossing the flow direction Df. there is At least part of the extended portion 312 and the temperature detection element 304 face each other in the cross direction Di.

このような構成により、熱式流量センサ300の応答性を低下させることなく、温度検出素子304を発熱抵抗体303に対して対称に配置して、熱式流量センサ300の耐汚損性を向上させることができる。より詳細には、拡張部312の厚さは、ダイアフラム310の外側における半導体基板301の厚さよりも薄く、拡張部312の熱容量は、ダイアフラム310の外側における半導体基板301の熱容量よりも小さい。そのため、拡張部312を有しない場合と比較して、温度検出素子304の周囲のダイアフラム310の温度を上昇させることができ、温度検出素子304から交差方向Diにダイアフラム310の側縁311へ向けて、ダイアフラム310の温度勾配が緩和される。 With such a configuration, the temperature detecting element 304 is arranged symmetrically with respect to the heating resistor 303 without degrading the responsiveness of the thermal flow sensor 300, thereby improving the contamination resistance of the thermal flow sensor 300. be able to. More specifically, the thickness of extension 312 is less than the thickness of semiconductor substrate 301 outside diaphragm 310 , and the heat capacity of extension 312 is smaller than the heat capacity of semiconductor substrate 301 outside diaphragm 310 . Therefore, the temperature of the diaphragm 310 around the temperature detection element 304 can be increased compared to the case where the extension part 312 is not provided, and the temperature of the diaphragm 310 can be increased from the temperature detection element 304 toward the side edge 311 of the diaphragm 310 in the cross direction Di. , the temperature gradient of the diaphragm 310 is relaxed.

その結果、被計測気体2に含まれる粒子に作用する熱泳動力が減少し、熱式流量センサ300のダイアフラム310に対する粒子の付着が抑制される。また、ダイアフラム310の面積が増加すると、熱式流量センサ300の応答性が低下する傾向があるが、ダイアフラム310に部分的に拡張部312を設けることで、ダイアフラム310の面積を必要以上に拡大させる必要がない。したがって、本実施形態の熱式流量センサ300によれば、応答性を低下させることなく、温度検出素子304を発熱抵抗体303に対して対称に配置して、耐汚損性を向上させることができる。 As a result, the thermophoretic force acting on the particles contained in the gas 2 to be measured is reduced, and adhesion of the particles to the diaphragm 310 of the thermal flow sensor 300 is suppressed. Further, when the area of the diaphragm 310 increases, the responsiveness of the thermal flow sensor 300 tends to decrease. No need. Therefore, according to the thermal flow sensor 300 of the present embodiment, the temperature detecting element 304 can be arranged symmetrically with respect to the heating resistor 303 without degrading the responsiveness, thereby improving the contamination resistance. .

また、本実施形態の熱式流量センサ300において、一対の温度検出素子304は、前述のように、発熱抵抗体303の交差方向Diに沿う中心線303aに対称に配置されている。このような構成により、温度検出素子304を発熱抵抗体303に対して対称に配置しつつ、耐汚損性を向上させることが可能な熱式流量センサ300を提供することができる。したがって、特許文献1に記載された従来の空気質量計のように、非対称性に基づく空気質量計の定常特性および非定常特性を補正する必要がない。 In addition, in the thermal flow sensor 300 of this embodiment, the pair of temperature detection elements 304 are arranged symmetrically with respect to the center line 303a of the heating resistor 303 along the intersecting direction Di, as described above. With such a configuration, it is possible to provide the thermal flow sensor 300 capable of symmetrically arranging the temperature detecting element 304 with respect to the heating resistor 303 and improving the contamination resistance. Therefore, unlike the conventional air mass meter described in Patent Document 1, there is no need to correct the stationary and unsteady characteristics of the air mass meter based on asymmetry.

また、本実施形態の熱式流量センサ300は、前述のように、ダイアフラム310の少なくとも一方の側縁311に、発熱抵抗体303の中心線303aに対称に、一対の拡張部312が設けられている。このような構成により、ダイアフラム310の対称性を向上させることができる。 Further, in the thermal flow sensor 300 of the present embodiment, as described above, a pair of extensions 312 are provided on at least one side edge 311 of the diaphragm 310 symmetrically with respect to the center line 303 a of the heating resistor 303 . there is With such a configuration, the symmetry of diaphragm 310 can be improved.

また、本実施形態の熱式流量センサ300は、前述のように、ダイアフラム310の両側縁311,311に、ダイアフラム310の流れ方向Dfに沿う中心線310aに対称に、それぞれ一対の拡張部312が設けられている。このような構成により、ダイアフラム310の対称性をさらに向上させることができる。 Further, in the thermal flow sensor 300 of the present embodiment, as described above, a pair of extension portions 312 are provided on both side edges 311, 311 of the diaphragm 310 symmetrically about the center line 310a along the flow direction Df of the diaphragm 310. is provided. With such a configuration, the symmetry of diaphragm 310 can be further improved.

また、本実施形態の熱式流量センサ300は、前述のように、流れ方向Dfにおいて発熱抵抗体303を介して相対する一対の拡張部312の間隔Dが、流れ方向Dfにおける発熱抵抗体303の幅Wよりも広い。このような構成により、温度検出素子304の周囲の温度勾配を緩和しつつ、ダイアフラム310の面積の増大を抑制することができる。 Further, in the thermal flow sensor 300 of the present embodiment, as described above, the distance D between the pair of extended portions 312 facing each other across the heating resistor 303 in the flow direction Df is the distance between the heating resistor 303 in the flow direction Df. Wider than width W. With such a configuration, an increase in the area of diaphragm 310 can be suppressed while relaxing the temperature gradient around temperature detection element 304 .

また、本実施形態の熱式流量センサ300は、前述のように、半導体基板301を備えている。そして、ダイアフラム310は、半導体基板301の薄肉部によって構成されている。このような構成により、半導体基板301をエッチングすることで、ダイアフラム310を容易に形成することができる。 Further, the thermal flow sensor 300 of this embodiment includes the semiconductor substrate 301 as described above. Diaphragm 310 is composed of a thin portion of semiconductor substrate 301 . With such a configuration, the diaphragm 310 can be easily formed by etching the semiconductor substrate 301 .

また、本実施形態の熱式流量センサ300において、温度検出素子304は、抵抗体配線または熱電対によって構成されている。このような構成により、ダイアフラム310に温度検出素子304を容易に形成することができる。 Further, in the thermal flow sensor 300 of this embodiment, the temperature detection element 304 is composed of resistor wiring or a thermocouple. With such a configuration, the temperature detection element 304 can be easily formed on the diaphragm 310 .

以上説明したように、本実施形態によれば、温度検出素子304を発熱抵抗体303に対して対称に配置しつつ、耐汚損性を向上させることが可能な熱式流量センサ300を提供することができる。なお、本開示の熱式流量センサの構成は、前述の実施形態の熱式流量センサ300の構成に限定されない。以下、図6から図7Dまでを参照して、前述の実施形態に係る熱式流量センサ300のいくつかの変形例を説明する。 As described above, according to the present embodiment, it is possible to provide the thermal flow sensor 300 capable of improving the contamination resistance while arranging the temperature detecting element 304 symmetrically with respect to the heating resistor 303. can be done. Note that the configuration of the thermal flow sensor of the present disclosure is not limited to the configuration of the thermal flow sensor 300 of the above-described embodiment. Several modifications of the thermal flow sensor 300 according to the above embodiment will be described below with reference to FIGS. 6 to 7D.

図6は、図4の熱式流量センサ300の変形例を示す正面図である。図6に示す例において、熱式流量センサ300の拡張部312は、ダイアフラム310の側縁311に接続された応力緩和部314を有している。この応力緩和部314の外縁とダイアフラム310の側縁311との間の夾角θ1は、鈍角である。 FIG. 6 is a front view showing a modification of the thermal flow sensor 300 of FIG. In the example shown in FIG. 6, the extension 312 of the thermal flow sensor 300 has a stress relief 314 connected to the side edge 311 of the diaphragm 310 . An included angle θ1 between the outer edge of the stress relaxation portion 314 and the side edge 311 of the diaphragm 310 is an obtuse angle.

より具体的には、応力緩和部314は、たとえば、ダイアフラム310において、主要部313の流れ方向Dfに沿う側縁311と、拡張部312の交差方向Diに沿う側縁との間に設けられた三角形の部分である。また、応力緩和部314の外縁と拡張部312の交差方向Diに沿う側縁との間の夾角θ2も、鈍角である。 More specifically, the stress relief portion 314 is provided, for example, in the diaphragm 310 between the side edge 311 of the main portion 313 along the flow direction Df and the side edge of the extension portion 312 along the cross direction Di. It is a triangular part. The included angle θ2 between the outer edge of the stress relief portion 314 and the side edge of the expanded portion 312 along the cross direction Di is also an obtuse angle.

このような構成により、図6に示す熱式流量センサ300によれば、ダイアフラム310の主要部313と拡張部312との間に作用する応力を緩和して、ダイアフラム310の耐久性を向上させることができる。 With such a configuration, according to the thermal flow sensor 300 shown in FIG. can be done.

図7Aから図7Dは、図4の熱式流量センサ300におけるダイアフラム310の変形例を示す正面図である。図7Aに示す例において、ダイアフラム310は、流れ方向Dfに沿う両側縁311,311のうちの一方の側縁311から流れ方向Dfに交差する交差方向Diへ突出するように拡張された拡張部312を有している。また、図7Aに示す例では、ダイアフラム310の一方の側縁311に、発熱抵抗体303の中心線303aに対称に、一対の拡張部312が設けられている。 7A to 7D are front views showing modifications of the diaphragm 310 in the thermal flow sensor 300 of FIG. 4. FIG. In the example shown in FIG. 7A, the diaphragm 310 has an extended portion 312 extending from one side edge 311 of the side edges 311, 311 along the flow direction Df so as to protrude in the cross direction Di crossing the flow direction Df. have. In the example shown in FIG. 7A, a pair of extensions 312 are provided on one side edge 311 of the diaphragm 310 symmetrically with respect to the center line 303a of the heating resistor 303 .

図7Bに示す例において、ダイアフラム310は、流れ方向Dfに沿う両側縁311,311の双方から流れ方向Dfに交差する交差方向Diへ突出するように拡張された拡張部312を有している。図7Bに示す例では、ダイアフラム310の両側縁311,311に、ダイアフラム310の流れ方向Dfに沿う中心線310aに対称に、それぞれ一つの拡張部312が設けられている。 In the example shown in FIG. 7B, the diaphragm 310 has extended portions 312 extending from both side edges 311, 311 along the flow direction Df so as to protrude in the cross direction Di crossing the flow direction Df. In the example shown in FIG. 7B, each of the side edges 311, 311 of the diaphragm 310 is provided with one extended portion 312 symmetrically with respect to the center line 310a of the diaphragm 310 along the flow direction Df.

図7Cに示す例において、ダイアフラム310は、図6に示す熱式流量センサ300と同様に、応力緩和部314を有している。図7Cに示す例において、応力緩和部314は、曲線状の外縁を有し、拡張部312の先端と、ダイアフラム310の側縁311との間を滑らかに接続している。このような構成により、拡張部312とダイアフラム310の側縁311との間に作用する応力をより効果的に緩和することができる。 In the example shown in FIG. 7C, the diaphragm 310 has stress relief portions 314, similar to the thermal flow sensor 300 shown in FIG. In the example shown in FIG. 7C, the stress relief portion 314 has a curved outer edge, providing a smooth connection between the tip of the extension 312 and the side edge 311 of the diaphragm 310 . With such a configuration, the stress acting between the extension portion 312 and the side edge 311 of the diaphragm 310 can be more effectively relieved.

図7Dに示す例において、ダイアフラム310は、流れ方向Dfに沿う両側縁311,311の双方から流れ方向Dfに交差する交差方向Diへ突出するように拡張された拡張部312を有している。また、ダイアフラム310の両側縁311,311に、ダイアフラム310の流れ方向Dfに沿う中心線310aに対称に、それぞれ一対の拡張部312が設けられている。しかし、図7Dに示す例において、ダイアフラム310の各々の側縁311に形成された一対の拡張部312は、発熱抵抗体303の中心線303aに対して非対称である。このような構成により、流れ方向Dfの上流側と下流側で、温度検出素子304の周囲の温度勾配を目的に応じて調整することが可能になる。 In the example shown in FIG. 7D, the diaphragm 310 has extensions 312 extending from both side edges 311, 311 along the flow direction Df in the cross direction Di intersecting the flow direction Df. A pair of extended portions 312 are provided on both side edges 311, 311 of the diaphragm 310, symmetrically with respect to a center line 310a of the diaphragm 310 along the flow direction Df. However, in the example shown in FIG. 7D, the pair of extensions 312 formed on each side edge 311 of the diaphragm 310 are asymmetrical with respect to the centerline 303a of the heating resistor 303. As shown in FIG. With such a configuration, it is possible to adjust the temperature gradient around the temperature detection element 304 between the upstream side and the downstream side in the flow direction Df according to the purpose.

以上、図面を用いて本開示に係る熱式流量センサの実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。 The embodiment of the thermal flow sensor according to the present disclosure has been described in detail above with reference to the drawings, but the specific configuration is not limited to this embodiment, and the design within the scope of the present disclosure All such modifications are intended to be included in this disclosure.

[実施例]
以下、本開示に係る熱式流量センサの実施例を比較例との対比に基づいて説明する。
[Example]
Examples of the thermal flow sensor according to the present disclosure will be described below in comparison with comparative examples.

図8Aは、図4の実施形態に対応する本開示の熱式流量センサの実施例を示す正面図である。図8Bは、図8Aの実施例の熱式流量センサ300の比較対象である比較例に係る熱式流量センサ300Cを示す正面図である。なお、図8Aおよび図8Bにおいて、前述の実施形態に係る熱式流量センサ300と同様の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。 8A is a front view of an example thermal flow sensor of the present disclosure corresponding to the embodiment of FIG. 4; FIG. FIG. 8B is a front view showing a thermal flow sensor 300C according to a comparative example to which the thermal flow sensor 300 of the embodiment of FIG. 8A is compared. In addition, in FIG. 8A and FIG. 8B, the same components as those of the thermal flow sensor 300 according to the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

図8Aに示す実施例の熱式流量センサ300と、図8Bに示す比較例の熱式流量センサ300Cとにおいて、温度検出素子304として熱電対を用いた。また、被計測気体2の流れ方向Dfにおいて、実施例に係るダイアフラム310の長さL1と、比較例に係るダイアフラム310Cの長さL1を、それぞれ500[μm]に設定した。また、流れ方向Dfに直交する交差方向Diにおいて、実施例に係るダイアフラム310の両側縁311,311の間の幅W1と、比較例に係るダイアフラム310Cの両側縁311C,311Cの間の幅W1とを、それぞれ300[μm]に設定した。 A thermocouple was used as the temperature detection element 304 in the thermal flow sensor 300 of the example shown in FIG. 8A and the thermal flow sensor 300C of the comparative example shown in FIG. 8B. In addition, in the flow direction Df of the gas 2 to be measured, the length L1 of the diaphragm 310 according to the example and the length L1 of the diaphragm 310C according to the comparative example are each set to 500 [μm]. In addition, in the cross direction Di orthogonal to the flow direction Df, the width W1 between the side edges 311, 311 of the diaphragm 310 according to the example and the width W1 between the side edges 311C, 311C of the diaphragm 310C according to the comparative example were set to 300 [μm], respectively.

また、図8Aの実施例に係るダイアフラム310に拡張部312を形成した。拡張部312は、被計測気体2の流れ方向Dfにおける長さL2を155[μm]とし、流れ方向Dfに直交する交差方向Diにおける幅W2を50[μm]とした。一方、図8Bの比較例に係るダイアフラム310Cは、拡張部312を有しない。 Also, an extension 312 was formed in the diaphragm 310 according to the embodiment of FIG. 8A. The extended portion 312 has a length L2 of 155 [μm] in the flow direction Df of the gas 2 to be measured, and a width W2 of 50 [μm] in the cross direction Di perpendicular to the flow direction Df. On the other hand, the diaphragm 310C according to the comparative example in FIG. 8B does not have the extended portion 312.

これら実施例と比較例に係るダイアフラム310,310Cのそれぞれの中心線310a上に位置する温度検出素子304の測温接点Aから交差方向Di方向に離隔する点A’へ向けて表面温度を計測して温度勾配を得た。なお、図8Aおよび図8Bにおいて、点Pは、実施例および比較例のダイアフラム310,310Cのそれぞれの側縁311,311C上の点であり、点A’は、実施例のダイアフラム310の拡張部312の先端位置に対応する点である。 The surface temperature was measured toward a point A′ separated in the cross direction Di direction from the temperature measuring junction A of the temperature detecting element 304 located on the center line 310a of each of the diaphragms 310 and 310C according to the embodiment and the comparative example. to obtain the temperature gradient. In FIGS. 8A and 8B, point P is a point on side edges 311 and 311C of diaphragms 310 and 310C of the example and comparative example, respectively, and point A′ is an expanded portion of diaphragm 310 of the example. This is the point corresponding to the tip position of 312 .

図9Aは、図8Aの実施例に係るダイアフラム310の温度勾配を示すグラフである。図9Bは、図8Bの比較例に係るダイアフラム310Cの温度勾配を示すグラフである。図9Aに示すように、実施例に係る熱式流量センサ300は、ダイアフラム310のP点において、温度が28[℃]であり、温度勾配は、0.48[℃/μm]であった。一方、図9Bに示すように、比較例に係る熱式流量センサ300Cは、ダイアフラム310CのP点において、温度が24[℃]であり、温度勾配は0.87[℃/μm]であった。 FIG. 9A is a graph showing the temperature gradient of diaphragm 310 according to the embodiment of FIG. 8A. FIG. 9B is a graph showing the temperature gradient of diaphragm 310C according to the comparative example of FIG. 8B. As shown in FIG. 9A, in the thermal flow sensor 300 according to the example, the temperature at the point P of the diaphragm 310 was 28 [° C.] and the temperature gradient was 0.48 [° C./μm]. On the other hand, as shown in FIG. 9B, the thermal flow sensor 300C according to the comparative example had a temperature of 24 [° C.] and a temperature gradient of 0.87 [° C./μm] at the point P of the diaphragm 310C. .

すなわち、実施例に係る熱式流量センサ300は、ダイアフラム310が拡張部312を有することで、310Cが拡張部312を有しない比較例に係る熱式流量センサ300Cと比較して、温度検出素子304の周囲の温度勾配が緩和された。したがって、実施例に係る熱式流量センサ300は、比較例に係る熱式流量センサ300Cと比較して、熱泳動効果に起因する汚損物の付着を抑制することができる。また、実施例に係る熱式流量センサ300と比較例に係る熱式流量センサ300Cの流量計測の応答性は、同等であることが確認された。 That is, in the thermal flow sensor 300 according to the embodiment, the diaphragm 310 has the extension part 312, so that the temperature detection element 304 is larger than that of the thermal flow sensor 300C according to the comparative example in which the diaphragm 310C does not have the extension part 312. The temperature gradient around the was relaxed. Therefore, the thermal flow sensor 300 according to the embodiment can suppress attachment of contaminants due to the thermophoresis effect compared to the thermal flow sensor 300C according to the comparative example. Further, it was confirmed that the thermal flow sensor 300 according to the example and the thermal flow sensor 300C according to the comparative example have the same responsiveness in flow measurement.

次に、図8Aに示す実施例に係る熱式流量センサ300において、拡張部312のアスペクト比(長さL2/幅W2)を変化させ、シミュレーションにより粒子の付着数を求めた。また、図8Bに示す比較例に係る熱式流量センサ300Cにおいても、同様のシミュレーションにより粒子の付着数を求めた。結果を以下の表1と、図10および図11に示す。図10は、拡張部312のアスペクト比と、ダイアフラム310,310Cに対する粒子の付着数との関係を示すグラフである。図11は、拡張部312のアスペクト比と、P点の温度勾配との関係を示すグラフである。 Next, in the thermal flow sensor 300 according to the example shown in FIG. 8A, the aspect ratio (length L2/width W2) of the extended portion 312 was varied, and the number of attached particles was obtained by simulation. Also, in the thermal flow sensor 300C according to the comparative example shown in FIG. 8B, the number of adhered particles was obtained by a similar simulation. The results are shown in Table 1 below and in FIGS. 10 and 11. FIG. 10 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of extension 312 and the number of particles adhered to diaphragms 310 and 310C. FIG. 11 is a graph showing the relationship between the aspect ratio of the extension 312 and the temperature gradient at point P. FIG.

Figure 2023110111000002
Figure 2023110111000002

図10に示すように、比較例に係る熱式流量センサ300Cに対する粒子の付着数が3084個であったのに対し、実施例に係る熱式流量センサ300に対する粒子の付着数は、表1に示す拡張部312の長さL2と幅W2のすべての組み合わせで減少した。 As shown in FIG. 10, the number of adhered particles to the thermal flow sensor 300C according to the comparative example was 3084, while the number of adhered particles to the thermal flow sensor 300 according to the example is shown in Table 1. The length L2 and width W2 of the extension 312 shown decreased for all combinations.

また、実施例に係るダイアフラム310のうち、長さL2が155[μm]、幅W2が75[μm]の拡張部312を有するものが、最も粒子の付着数が少なく、比較例のダイアフラム310Cの粒子の付着数の51[%]程度であった。したがって、拡張部312のアスペクト比は、おおむね2程度であることが好ましい。この実施例に係る熱式流量センサ300の点Pの温度勾配は、図11に示すように、0.46[℃/μm]となり、比較例に係る熱式流量センサ300CのP点の温度勾配0.87[℃/μm]から大幅に減少した。 Further, among the diaphragms 310 according to the examples, the one having the extended portion 312 with the length L2 of 155 [μm] and the width W2 of 75 [μm] has the smallest number of adhered particles, and the diaphragm 310C of the comparative example has the smallest number of adhered particles. It was about 51% of the number of adhered particles. Therefore, it is preferable that the aspect ratio of the extended portion 312 is approximately two. The temperature gradient at the point P of the thermal flow sensor 300 according to this embodiment is 0.46 [° C./μm] as shown in FIG. It decreased significantly from 0.87 [°C/μm].

また、実施例に係るダイアフラム310のうち、長さL2が185[μm]、幅W2が50[μm]の拡張部312を有するものが、次に粒子の付着数が少なく、比較例のダイアフラム310Cに対する粒子の付着数の54[%]程度であった。したがって、拡張部312のアスペクト比は、3.5以上かつ4以下、より具体的には3.7程度であることが好ましい。この実施例に係る熱式流量センサ300の点Pの温度勾配は、図11に示すように、0.51[℃/μm]となり、比較例に係る熱式流量センサ300CのP点の温度勾配0.87[℃/μm]から大幅に減少した。 Further, among the diaphragms 310 according to the example, the diaphragm 310C of the comparative example having the extended portion 312 with the length L2 of 185 [μm] and the width W2 of 50 [μm] has the next smallest number of adhered particles. It was about 54 [%] of the number of particles adhered to. Therefore, the aspect ratio of the extended portion 312 is preferably 3.5 or more and 4 or less, more specifically about 3.7. The temperature gradient at the point P of the thermal flow sensor 300 according to this embodiment is 0.51 [° C./μm] as shown in FIG. It decreased significantly from 0.87 [°C/μm].

また、実施例に係るダイアフラム310のうち、長さL2が155[μm]、幅W2が50[μm]または100[μm]の拡張部312を有するものが、次に粒子の付着数が少なく、比較例のダイアフラム310Cに対する粒子の付着数の59[%]程度であった。したがって、拡張部312のアスペクト比は、おおむね3.1前後または1.55程度であることが好ましい。この実施例に係る熱式流量センサ300の点Pの温度勾配は、図11に示すように、0.48[℃/μm]または0.59[℃/μm]となり、比較例に係る熱式流量センサ300CのP点の温度勾配0.87[℃/μm]から大幅に減少した。 In addition, among the diaphragms 310 according to the examples, those having an extended portion 312 with a length L2 of 155 [μm] and a width W2 of 50 [μm] or 100 [μm] have the next smallest number of adhered particles, The number of particles adhering to the diaphragm 310C of the comparative example was about 59%. Therefore, the aspect ratio of the extended portion 312 is preferably around 3.1 or about 1.55. The temperature gradient at the point P of the thermal flow sensor 300 according to this embodiment is 0.48 [° C./μm] or 0.59 [° C./μm] as shown in FIG. The temperature gradient at point P of the flow rate sensor 300C was significantly reduced from 0.87 [°C/μm].

また、実施例に係るダイアフラム310のうち、長さL2が125[μm]、幅W2が50[μm]、または、長さL2が155[μm]、幅W2が25[μm]の拡張部312を有するものが、次に粒子の付着数が少なく、比較例のダイアフラム310Cに対する粒子の付着数の67[%]程度であった。したがって、拡張部312のアスペクト比は、2.5程度または6.2程度であることが好ましい。この実施例に係る熱式流量センサ300の点Pの温度勾配は、図11に示すように、0.53[℃/μm]または0.50[℃/μm]となり、比較例に係る熱式流量センサ300CのP点の温度勾配0.87[℃/μm]から大幅に減少した。 Further, in the diaphragm 310 according to the embodiment, the extended portion 312 having a length L2 of 125 [μm] and a width W2 of 50 [μm], or a length L2 of 155 [μm] and a width W2 of 25 [μm]. , the number of adhered particles was the second smallest, and was about 67% of the number of adhered particles to the diaphragm 310C of the comparative example. Therefore, the aspect ratio of the extended portion 312 is preferably about 2.5 or about 6.2. The temperature gradient at the point P of the thermal flow sensor 300 according to this embodiment is 0.53 [° C./μm] or 0.50 [° C./μm] as shown in FIG. The temperature gradient at point P of the flow rate sensor 300C was significantly reduced from 0.87 [°C/μm].

以上のように、アスペクト比が1.55以上かつ6.2以下の拡張部312を有する表1のすべての実施例に係るダイアフラム310において、比較例に係るダイアフラム310Cよりも温度勾配が減少して粒子の付着数が減少し、耐汚損性が向上した。 As described above, in the diaphragms 310 according to all the examples in Table 1, which have the extended portions 312 with aspect ratios of 1.55 or more and 6.2 or less, the temperature gradient is reduced more than the diaphragm 310C according to the comparative example. The number of adhered particles was reduced, and the antifouling property was improved.

2 被計測気体
300 熱式流量センサ
301 半導体基板
303 発熱抵抗体
303a 中心線
304 温度検出素子
310 ダイアフラム
310a 中心線
311 側縁
312 拡張部
314 応力緩和部
D 間隔
Df 流れ方向
Di 交差方向
W 幅
θ1 夾角
2 Gas to be measured 300 Thermal flow sensor 301 Semiconductor substrate 303 Heating resistor 303a Center line 304 Temperature detection element 310 Diaphragm 310a Center line 311 Side edge 312 Extended portion 314 Stress relief portion D Spacing Df Flow direction Di Cross direction W Width θ1 Included angle

Claims (8)

被計測気体の流れ方向に沿って配置されるダイアフラムと、
前記流れ方向における前記ダイアフラムの中間部に配置された発熱抵抗体と、
前記流れ方向における前記ダイアフラムの両端部に配置された一対の温度検出素子と、
を備え、
前記ダイアフラムは、前記流れ方向に沿う両側縁のうちの少なくとも一方の側縁から前記流れ方向に交差する交差方向へ突出するように拡張された拡張部を有し、
前記拡張部の少なくとも一部と前記温度検出素子とが前記交差方向に相対していることを特徴とする熱式流量センサ。
a diaphragm arranged along the flow direction of the gas to be measured;
a heating resistor disposed in an intermediate portion of the diaphragm in the flow direction;
a pair of temperature detection elements arranged at both ends of the diaphragm in the flow direction;
with
The diaphragm has an expanded portion extending from at least one side edge of both side edges along the flow direction in a cross direction crossing the flow direction,
A thermal flow sensor, wherein at least part of the extended portion and the temperature detection element face each other in the cross direction.
一対の前記温度検出素子は、前記発熱抵抗体の前記交差方向に沿う中心線に対称に配置されていることを特徴とする請求項1に記載の熱式流量センサ。 2. The thermal flow sensor according to claim 1, wherein the pair of temperature detection elements are arranged symmetrically about a center line along the intersecting direction of the heating resistor. 前記ダイアフラムの少なくとも一方の前記側縁に、前記発熱抵抗体の前記中心線に対称に、一対の前記拡張部が設けられていることを特徴とする請求項2に記載の熱式流量センサ。 3. The thermal flow sensor according to claim 2, wherein a pair of said extensions are provided on at least one side edge of said diaphragm symmetrically with respect to said center line of said heating resistor. 前記ダイアフラムの前記両側縁に、前記ダイアフラムの前記流れ方向に沿う中心線に対称に、それぞれ一対の前記拡張部が設けられていることを特徴とする請求項3に記載の熱式流量センサ。 4. The thermal flow sensor according to claim 3, wherein a pair of said extension portions are provided on said both side edges of said diaphragm symmetrically with respect to a center line along said flow direction of said diaphragm. 前記流れ方向において前記発熱抵抗体を介して相対する一対の前記拡張部の間隔は、前記流れ方向における前記発熱抵抗体の幅よりも広いことを特徴とする請求項4に記載の熱式流量センサ。 5. The thermal flow sensor according to claim 4, wherein the pair of extension portions facing each other across the heat generating resistor in the flow direction is wider than the width of the heat generating resistor in the flow direction. . 前記拡張部は、前記ダイアフラムの前記側縁に接続された応力緩和部を有し、
前記応力緩和部の外縁と前記ダイアフラムの前記側縁との間の夾角が鈍角であることを特徴とする請求項5に記載の熱式流量センサ。
the extension has a stress relief connected to the side edge of the diaphragm;
6. The thermal flow sensor according to claim 5, wherein an included angle between an outer edge of said stress relief portion and said side edge of said diaphragm is an obtuse angle.
半導体基板をさらに備え、
前記ダイアフラムは、前記半導体基板の薄肉部によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱式流量センサ。
further comprising a semiconductor substrate,
2. The thermal flow sensor according to claim 1, wherein said diaphragm is formed by a thin portion of said semiconductor substrate.
前記温度検出素子は、抵抗体配線または熱電対によって構成されていることを特徴とする請求項1に記載の熱式流量センサ。 2. A thermal flow sensor according to claim 1, wherein said temperature detection element is composed of a resistor wire or a thermocouple.
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