JP3597527B2

JP3597527B2 - Thermal flow meter

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Publication number: JP3597527B2
Application number: JP2003139696A
Authority: JP
Inventors: 彰浩伊藤; 良彦河合
Original assignee: CKD Corp
Current assignee: CKD Corp
Priority date: 2003-05-19
Filing date: 2003-05-19
Publication date: 2004-12-08
Anticipated expiration: 2020-12-04
Also published as: JP2003329503A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、熱線を用いて流量を計測する熱式流量計に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、熱線を用いて流量を計測する熱式流量計には、例えば、図１８に示すように、半導体マイクロマシニングの加工技術で製造された測定チップをセンサー部として使用するものがある。そして、図１８の熱式流量計１０１においては、入口ポート１０２に流入させた計測対象気体を、整流機構１０３で整流させた後に、計測流路１０４を介して、出口ポート１０５から流出させており、計測対象気体の流量を計測するために、電気回路１０６に接続された測定チップ１１１を計測流路１０４に露出させている。
【０００３】
この点、測定チップ１１１は、図１９に示すように、シリコンチップ１１６において、上流温度センサー１１２、ヒータ１１３、下流温度センサー１１４、周囲温度センサー１１５（上述したセンサー１１２〜１１５は、「熱線」に相当する）などを、半導体マイクロマシニングの加工技術を設けたものである。
【０００４】
従って、図１８の熱式流量計１０１においては、計測対象気体が計測流路１０４に流れていないときは、図１９の測定チップ１１１の温度分布がヒータ１１３を中心に対称となる一方、計測対象気体が計測流路１０４に流れているときは、上流温度センサー１１２の温度が低下し、下流温度センサー１１４の温度が上昇するので、図１９の測定チップ１１１の温度分布の対称性は、計測対象気体の流量に応じて崩壊することになる。このとき、この崩壊の程度は、上流温度センサー１１２と下流温度センサー１１４の抵抗値の差になって現れるので、電気回路１０６を介して、計測対象気体の流量を計測することが可能となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図１８の熱式流量計１０１では、図１９の測定チップ１１１において、６個の電極Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３、Ｄ４、Ｄ５、Ｄ６をシリコンチップ１１６に設けており、上流温度センサー１１２、ヒータ１１３、下流温度センサー１１４、周囲温度センサー１１５のそれぞれと電気回路１０６とを接続することを、６個の電極Ｄ１〜Ｄ６を使用したワイヤーボンディングにより行っていた。
【０００６】
従って、図１８の熱式流量計１０１では、測定チップ１１１が計測配管１０４の中で露出し、ボンディングワイヤーＷが計測配管１０４に介在するので、大流量の計測対象気体が計測配管１０４に流れると、その風圧などを受けてボンディングワイヤーＷが切れる恐れがあり、それを防ぐためには、カバー機構を設けるなど（例えば、特開平１０−２７７３号の「支持体１３ａ」）の対策を行う必要があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避した熱式流量計を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するために成された請求項１に係る発明は、熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とが設けられた測定チップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極が表面に設けられた基板と、前記基板が密着することにより主流路が形成されるボディとを備え、前記測定チップ又は前記基板に溝が設けられており、前記熱線用電極と前記電気回路用電極とを接着して前記測定チップを前記基板に実装することによって、前記主流路に対するセンサー流路を前記測定チップと前記基板との間に前記溝で形成するとともに、前記センサー流路に前記熱線を橋設させたこと、を特徴としている。
【０００９】
このような特徴を有する本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップに設けられた熱線用電極と基板の表面に設けられた電気回路用電極とが接着されることによって、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続されている。
一方、基板がボディに対して密着されると、ボディの内部において、主流路が形成される。このとき、基板又は基板に実装された測定チップに溝が設けられているので、ボディの内部において、主流路に対するセンサー流路も形成される。
従って、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることになる。この点、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路により、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定することができる。
【００１０】
すなわち、本発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と基板の電気回路用電極とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００１１】
また、本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝であって、測定チップと基板との間に形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００１２】
また、本発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００１３】
また、本発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝で形成されるものであって、溝の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００１４】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載する熱式流量計であって、前記測定チップのみに前記溝を設けたこと、を特徴としている。
【００１５】
また、本発明の熱式流量計において、測定チップのみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００１６】
また、請求項３に係る発明は、請求項１に記載する熱式流量計であって、前記基板のみに前記溝を設けたこと、を特徴としている。
【００１７】
また、本発明の熱式流量計において、基板のみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、測定チップに溝を設けることを省略できるとともに、さらに、溝加工による測定チップの強度低下を防止することができる。
【００１８】
また、請求項４に係る発明は、熱線と前記熱線に接続する熱線用電極とが設けられた測定チップと、前記熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続する電気回路用電極ピンと、前記電気回路用電極ピンが挿設された基板と、前記電気回路用電極ピンと前記基板との間を密封する弾性体と、前記基板が密着することにより主流路が形成されるボディとを備え、前記熱線用電極と前記電気回路用電極ピンの平頭部とを接着して前記測定チップを前記基板の表面側で実装することによって、前記主流路に対するセンサー流路を前記測定チップと前記基板との間に前記弾性体の厚みで細長く形成するとともに、前記センサー流路に前記熱線を橋設させたこと、を特徴としている。
【００１９】
このような特徴を有する本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板の表面側で実装した際に、測定チップに設けられた熱線用電極と、基板に挿設された電気回路用電極ピンの平頭部とが接着されることによって、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路に接続されている。
一方、基板がボディに対して密着されると、ボディの内部において、主流路が形成される。このとき、電気回路用電極ピンと基板との間を密封する弾性体が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在するので、ボディの内部において、主流路に対するセンサー流路も形成される。
従って、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることになる。この点、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路により、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定することができる。
【００２０】
すなわち、本発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と、基板に挿設された電気回路用電極ピンの平頭部とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００２１】
また、本発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００２２】
また、本発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００２３】
また、本発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで細長く形成されるものであり、その細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００２４】
また、本発明の熱式流量計においては、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるので、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効であり、同時に、測定チップに溝を設けることを省略できるので、溝加工による測定チップの強度低下を防止することもできる。
【００２５】
また、本発明の熱式流量計においては、基板と基板に実装された測定チップとの間に弾性体が存在しており、基板が多少反ったとしても、弾性体が緩衝材として働くので、基板に実装された測定チップが破壊されることはない。
【００２６】
また、請求項５に係る発明は、請求項４に記載する熱式流量計であって、前記測定チップに溝を設けたことにより、前記センサー流路の一部にしたこと、を特徴としている。
また、請求項６に係る発明は、請求項４又は請求項５に記載する熱式流量計であって、前記基板に溝を設けたことにより、前記センサー流路の一部にしたこと、を特徴としている。
【００２７】
尚、本発明の熱式流量計においては、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるけれども、測定チップ又は基板に溝を設けたことにより、センサー流路の一部にしても、上述したように、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができるし、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となるし、修理が容易となるし、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００２８】
また、請求項７に係る発明は、請求項１乃至請求項６のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、前記電気回路を前記基板の裏面に設けたこと、を特徴としている。
【００２９】
また、本発明の熱式流量計において、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路を基板の裏面に設ければ、熱線が設けられた測定チップは基板の表面又は表面側で基板に実装されていることから、熱線が設けられた測定チップと、熱線が設けられた測定チップと熱線を用いた計測原理を行うための電気回路とを、一つの基板に集約することができるので、省スペースやコストダウンに貢献することができる。
【００３０】
また、請求項８に係る発明は、請求項１乃至請求項７のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、前記センサー流路の下流側に前記熱線を設けたこと、を特徴としている。
【００３１】
また、本発明の熱式流量計において、センサー流路の下流側に熱線を設ければ、センサー流路の下流側は、センサー流路の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていく作用がより大きく発揮されるので、測定結果の乱流ノイズがより小さくなる。
【００３２】
また、請求項９に係る発明は、請求項１乃至請求項８のいずれか一つに記載する熱式流量計であって、前記ボディに内設された底板を備え、前記底板で前記主流路の断面積を変更させたこと、を特徴としている。
【００３３】
また、本発明の熱式流量計において、ボディに内設された底板を備え、底板で主流路の断面積を変更させれば、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることから、センサー流路に橋設された熱線からの出力特性を異なるものとすることができるので、かかる出力特性に応じて、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）を調整することができる。
【００３４】
尚、電気回路で行われる熱線を用いた計測原理には、一つの熱線を用いたもの、二つの熱線を用いたもの、三つの熱線を用いたものなどがあり、多数の熱線を用いたものであってもよい。
【００３５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照にして説明する。図１に示すように、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、Ｏリング４８を介して、基板２１Ａがボディ４１Ａにねじ固定で密着されている。また、ボディ４１Ａには、入口ポート４２、入口流路４３、計測流路４４、出口流路４５、出口ポート４６が形成されており、計測流路４４には、底板４７がねじ固定で設けられている。
【００３６】
一方、基板２１Ａには、プリント基板２２Ａ（図４参照）の裏面において、電気素子３１、３２、３３、３４などで構成される電気回路が設けられている。また、図４に示すように、プリント基板２２Ａの表面において、溝２３が加工されるとともに、電気回路用電極２４、２５、２６、２７が溝２３の両側に設けられている。また、これらの電気回路用電極２４〜２７は、プリント基板２２Ａの中で、電気素子３１〜３４（図１参照）などで構成される電気回路と接続されている。さらに、プリント基板２２Ａの表面においては、後述するようにして、測定チップ１１が実装されている。
【００３７】
ここで、測定チップ１１について説明すると、図２の正面図や図３の側面図で示すように、測定チップ１１は、シリコンチップ１２に対して、半導体マイクロマシニングの加工技術を実施したものであり、このとき、溝１３が加工されるとともに、熱線用電極１４、１５、１６、１７が溝１３の両側に設けられる。さらに、このとき、温度センサー用熱線１８が、熱線用電極１４、１５から延設されるとともに溝１３の上に架設され、また、流速センサー用熱線１９が、熱線用電極１６、１７から延設されるとともに溝１３の上に架設される。
【００３８】
そして、測定チップ１１の熱線用電極１４、１５、１６、１７を、基板２１Ａの電気回路用電極２４、２５、２６、２７（図４参照）のそれぞれと、半田リフロー又は導電性接着剤などで接合することによって、測定チップ１１を基板２１Ａに実装している。従って、測定チップ１１が基板２１Ａに実装されると、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１の熱線用電極１４〜１７と、基板２１Ａの電気回路用電極２４〜２７（図４参照）とを介して、基板２１Ａの裏面に設けられた電気回路に接続される。
【００３９】
また、測定チップ１１が基板２１Ａに実装されると、図５に示すように、測定チップ１１の溝１３は、基板２１Ａの溝２３と重なり合う。よって、図１や図５に示すように、測定チップ１１が実装された基板２１Ａをボディ４１Ａに密着すると、ボディ４１Ａの計測流路４４において、測定チップ１１と底板４７との間に、主流路Ｍが形成される一方、基板２１Ａと測定チップ１１との間に、測定チップ１１の溝１３や基板２１Ａの溝２３などからなるセンサー流路Ｓ１が形成される。そのため、センサー流路Ｓ１には、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とが橋を渡すように設けられる。
【００４０】
従って、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１に示すように、ボディ４１Ａの入口ポート４２から計測対象気体が流れ込むと（図１のＦ）、計測対象気体は、ボディ４１Ａの計測流路４４において、主流路Ｍへ流れ込むもの（図１のＦ１）と、センサー流路Ｓ１へ流れ込むもの（図１のＦ２）とに分流した後、再び合流して、ボディ４１Ａの出口ポート４６から流れ出すことになる（図１のＦ）。
【００４１】
この点、センサー流路Ｓ１へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ２）は、センサー流路Ｓ１に橋設された温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とから熱を奪うので、基板２１Ａの裏面に設けられた電気回路が、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９などの出力を検知しながら、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とが一定の温度差になるように制御している。
【００４２】
このときの出力の一例を図６に示す。図６のグラフは、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいて、ボディ４１Ａの入口ポート４２へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ）の流量が、２（ｌ／ｍｉｎ）、４（ｌ／ｍｉｎ）、６（ｌ／ｍｉｎ）、８（ｌ／ｍｉｎ）、１０（ｌ／ｍｉｎ）、１２（ｌ／ｍｉｎ）、１６（ｌ／ｍｉｎ）、２０（ｌ／ｍｉｎ）のときの出力を、上から順に示したものである。また、図７のグラフは、従来技術の一例の熱式流量計において、計測対象気体の流量が、２（ｌ／ｍｉｎ）、４（ｌ／ｍｉｎ）、６（ｌ／ｍｉｎ）、８（ｌ／ｍｉｎ）、１０（ｌ／ｍｉｎ）、１２（ｌ／ｍｉｎ）、１６（ｌ／ｍｉｎ）、２０（ｌ／ｍｉｎ）のときの出力を、上から順に示したものである。
【００４３】
図６と図７と比較すると、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、従来技術の一例の熱式流量計と比べ、出力の振動幅が小さいことがわかる。また、この振動幅の出力値に対する比率をノイズとして示したものが図９である。図９においても、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、従来技術の一例の熱式流量計に対し、ノイズが小さいことがわかる。
【００４４】
尚、図９において、「発明方式」とは、本実施の形態の熱式流量計１Ａを意味し、「従来方式」とは、従来技術の一例の熱式流量計を意味する。この点は、後述する図８でも同じである。
【００４５】
また、図８は、図６の出力を平均化したものを「発明方式」として示したものである。すなわち、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、ボディ４１Ａの入口ポート４２へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ）の流量に応じて出力の平均値が変化し、その再現性も温度補償回路（基板２１Ａの電気回路の一部）で保障されるので、ボディ４１Ａの入口ポート４２へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ）の流量を計測することができる。
【００４６】
また、図１０は、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいて、底板４７（図１、図５参照）の高さを変更したときの出力特性を示したものである。図１０に示すように、底板４７（図１、図５参照）の高さを、２ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４．５ｍｍと変更していくと、出力特性も変更される。これは、図１１に示すように、底板４７（図１、図５参照）の高さを、２ｍｍ、３ｍｍ、３．５ｍｍ、４．５ｍｍと変更していくと、センサー流路Ｓ１（図１、図５参照）の断面積は一定であるものの、主流路Ｍ（図１、図５参照）の断面積が変更され、これに伴い、主流路Ｍへ流れ込む計測対象気体（図１のＦ１）の流量と、センサー流路Ｓ１へ流れ込む計測対象気体（図１のＦ２）の流量とが変化することが考えられる。
【００４７】
もっとも、出力特性の直線性を示す範囲が計測に適した範囲であることを考慮すれば、図１０により、例えば、底板４７（図１、図５参照）の高さを３ｍｍにすれば、計測対象気体の流量が０〜２０（ｌ／ｍｉｎ）の範囲で計測が可能となり、底板４７（図１、図５参照）の高さを４．５ｍｍにすれば、計測対象気体の流量が０〜４（ｌ／ｍｉｎ）の範囲で計測が可能となる。従って、ボディ４１Ａにねじ固定で設けられた底板４７を交換するだけで、計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）に適したボディ４１Ａにすることができる。
【００４８】
以上詳細に説明したように、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１〜図５に示すように、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１を基板２１Ａに実装した際に、測定チップ１１に設けられた熱線用電極１４〜１７と基板２１Ａの表面に設けられた電気回路用電極２４〜２７とが接着されることによって、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）に接続されている。
【００４９】
一方、基板２１Ａがボディ４１Ａに対してねじ固定で密着されると、ボディ４１Ａの計測流路４４において、主流路Ｍが形成される。このとき、基板２１Ａに溝２３が設けられるとともに、基板２１Ａに実装された測定チップ１１に溝１３が設けられているので、ボディの計測流路４４において、主流路Ｍに対するセンサー流路Ｓ１も形成される。
【００５０】
従って、ボディ４１Ａの計測流路４４を流れる計測対象気体は、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１の断面積比に応じて、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１とに分流されることになる。この点、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にあるので、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）により、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１Ａの内部を流れる計測対象気体の流量を測定することができる（図６、図８、図１０、図１１参照）。
【００５１】
すなわち、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、図１〜図５に示すように、測定チップ１１が実装された基板２１Ａをボディ４１Ａにねじ固定で密着させることにより、ボディ４１Ａの計測流路４４において、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１とを形成すると同時に、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にして、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）を介し、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１Ａの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから（図６、図８、図１０、図１１参照）、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９が設けられた測定チップ１１をセンサー部とするものであって、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１を基板２１Ａに実装した際に、測定チップ１１の熱線用電極１４〜１７と基板２１Ａの電気回路用電極２４〜２７とが半田リフローなどで接着されることによって、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）に接続されているので、測定チップ１１の温度センサー用熱線１８及び流速センサー用熱線１９と電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００５２】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいて、図１〜図５に示すように、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路Ｓ１は、基板２１Ａに設けられた溝２３及び基板２１Ａに実装された測定チップ１１に設けられた溝１３であって、測定チップ１１と基板２１Ａとの間に形成されるものであり、測定チップ１１が基板２１Ａに実装されると、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９は、測定チップ１１と基板２１Ａとの間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００５３】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９などが壊れたりしても、測定チップ１１が実装された基板２１Ａごとの交換（ここでは、ねじ固定による交換）で対応できるので、修理が容易となる。
【００５４】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａは、測定チップ１１に設けられた温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を、センサー流路Ｓ１に橋設された状態にして、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）を介し、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１Ａの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものである。この点、センサー流路Ｓ１は、基板２１Ａに設けられた溝２３及び基板２１Ａに実装された測定チップ１１に設けられた溝１３で形成されるものであって、溝１３、２３の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズを小さくすることができる（図６〜図８参照）。
【００５５】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路を、基板２１Ａの裏面に設けており、さらに、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９が設けられた測定チップ１１は、基板２１Ａの表面に実装されている。従って、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９が設けられた測定チップ１１と、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いた計測原理を行うための電気回路とを、一つの基板２１Ａに集約しているので、省スペースやコストダウンに貢献している。
【００５６】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図２に示すように、センサー流路Ｓ１の下流側に流速センサー用熱線１９を設けて、センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体Ｆ２の助走区間Ｌを長く設けている。この点、センサー流路Ｓ１の下流側は、センサー流路Ｓ１の細長い形状により、センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体Ｆ２の流れが整えられていく作用がより大きく発揮されるので、測定結果の乱流ノイズをより小さくすることができる（図９参照）。
【００５７】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１、図５に示すように、ボディ４１Ａにねじ固定で内設された底板４７を備えており、高さの異なる底板４７で主流路Ｍの断面積を変更させれば（図１１参照）、ボディ４１の計測流路４４を流れる計測対象気体は、主流路Ｍとセンサー流路Ｓ１の断面積比に応じて、主流路Ｍ（図１のＦ１）とセンサー流路Ｓ１（図１のＦ２）とに分流されることから、図１０に示すように、センサー流路Ｓ１に橋設された流速センサー用熱線１９などからの出力特性を異なるものとすることができるので、図１０の出力特性に応じて、（センサー流路Ｓ１を流れる計測対象気体の流量、ひいては、）ボディ４１の内部を流れる計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）を調整することができる。
【００５８】
尚、本発明は上記実施の形態に限定されるものでなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１、図５に示すように、基板２１Ａに溝２３が設けられるとともに、測定チップ１１にも溝１３が設けられているが、基板２１Ａには溝２３を設けず、測定チップ１１のみに溝１３を設けてもよい。なぜなら、測定チップ１１のみに溝１３を設けても、ボディ４１の計測流路４４にセンサー流路Ｓ１を形成することは可能だからであり、この場合は、基板２１Ａに溝２３を設けることを省略でき、この点は、特に、基板２１Ａが、例えば、セラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００５９】
また、測定チップ１１には溝１３を設けず、基板２１Ａのみに溝２３を設けてもよい。なぜなら、基板２１Ａのみに溝２３を設けても、ボディ４１Ａの計測流路４４にセンサー流路Ｓ１を形成することは可能だからであり、この場合は、測定チップ１１に溝１３を設けることを省略できるとともに、さらに、溝加工による測定チップ１１（シリコンチップ）の強度低下を防止することができる。
【００６０】
また、本実施の形態の熱式流量計１Ａにおいては、図１〜図５に示すように、測定チップ１１の熱線用電極１４、１５、１６、１７を、基板２１Ａの電気回路用電極２４、２５、２６、２７のそれぞれと、半田リフロー又は導電性接着剤などで接合することによって、測定チップ１１を基板２１Ａに実装している。しかしながら、図１２や図１３の断面図で示すようにして、測定チップ１１を基板２１Ｂに実装してもよい。
【００６１】
すなわち、図１２や図１３で示す基板２１Ｂでは、プリント基板２２Ｂに対し、弾性体であるゴム２９を介して、４本の電気回路用電極ピン２８を挿入し、これらの電気回路用電極ピン２８の平頭部を、上述した基板２１Ａの電気回路用電極２４〜２７に代えている。このとき、図１のボディ４１の計測流路４４には、上述したセンサー流路Ｓ１に代えて、ゴム２９の厚みと測定チップ１１の溝１３からなるセンサー流路Ｓ２が形成される。
【００６２】
そして、測定チップ１１が実装された基板２１Ｂ（図１２や図１３に示すもの）をボディ４１Ａにねじ固定で密着させた熱式流量計においては、図１２や図１３に示すように、センサー流路Ｓ２が、基板２１Ｂと基板２１Ｂに実装された測定チップ１１との間に存在するゴム２９の厚みと、測定チップ１１の溝１３とで形成されるものであるので、基板２１Ｂに溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板２１Ｂがセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００６３】
また、測定チップ１１が実装された基板２１Ｂ（図１２や図１３に示すもの）をボディ４１Ａにねじ固定で密着させた熱式流量計においては、図１２や図１３に示すように、基板２１Ｂと基板２１Ｂに実装された測定チップ１１との間にゴム２９が存在しており、基板２１Ｂが多少反ったとしても、ゴム２９が緩衝材として働くので、基板２１Ｂに実装された測定チップ１１（シリコンチップ）が破壊されることはない。
【００６４】
尚、図１２や図１３においては、センサー流路Ｓ２が、基板２１Ｂと基板２１Ｂに実装された測定チップ１１との間に存在するゴム２９の厚みと、測定チップ１１の溝１３とで形成されるものであったが、ゴム２９の厚みのみで形成してもよい。また、基板２１Ｂに新たに溝を設けてセンサー流路Ｓ２の一部にしてもよく、この場合は、測定チップ１１に溝１３を設けることを省略できるので、溝加工による測定チップ１１（シリコンチップ）の強度低下を防止することができる。
【００６５】
また、図１４に示す熱式流量計１Ｂのように、上述した熱式流量計１Ａに対し、ボディ４１Ａの入口流路４３において、図１６の整流板（金網）５３を挿入したり、ボディ４１Ａの計測流路４４の主流路Ｍにおいて、図１５のステンレスパイプ５２からなる整流機構５１を設ければ、図６の出力の振動幅や、図９のノイズ値が、より一層小さくなる。
【００６６】
また、図１７に示す熱式流量計１Ｃのように、上述した熱式流量計１Ａに対し、ボディ４１Ｂの入口流路４３において、フィルター５５を挿入したり、遮蔽部５４を突設させれば、ボディ４１Ｂの入口ポート４２から流れ込む計測対象流体の流入角度が大きくなっても、ボディ４１Ｂの計測流路４４に流れ込む計測対象流体の流入角度を所定範囲におさめることができるので、図６、図８、図１０などに示す出力特性への影響を防止できる。
【００６７】
尚、本実施の形態の熱式流量計１Ａ、１Ｂ、１Ｃにおいて、電気回路（基板２１Ａの裏面に電気部品３１〜３４などで構成されたもの）で行われる計測原理は、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９を用いたものであったが、その他には、一つの熱線を用いたもの、三つの熱線を用いたものなどがあり、多数の熱線を用いたものであってもよい。また、二つの熱線を用いたものには、上述したように、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９などの出力を検知しながら、温度センサー用熱線１８と流速センサー用熱線１９とが一定の温度差になるように制御する方式のほかに、従来技術の欄で説明したように、２つの熱線により、温度分布の対称性の崩壊度を検出する方式などがある。これらの点については、測定チップ１１が実装された基板２１Ｂ（図１２や図１３に示すもの）をボディ４１Ａにねじ固定で密着させた熱式流量計においても、同様である。
【００６８】
【発明の効果】
請求項１に係る発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と基板の電気回路用電極とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００６９】
また、請求項１に係る発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝であって、測定チップと基板との間に形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００７０】
また、請求項１に係る発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００７１】
また、請求項１に係る発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板又は基板に実装された測定チップに設けられた溝で形成されるものであって、溝の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００７２】
また、請求項２に係る発明の熱式流量計のように、測定チップのみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効である。
【００７３】
また、請求項３に係る発明の熱式流量計のように、基板のみに溝を設けても、ボディの内部にセンサー流路を形成することは可能であるので、この場合は、測定チップに溝を設けることを省略できるとともに、さらに、溝加工による測定チップの強度低下を防止することができる。
【００７４】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計は、測定チップが実装された基板をボディに密着させることにより、ボディの内部において、主流路とセンサー流路とを形成すると同時に、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるから、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップに設けられた熱線は、測定チップを基板に実装した際に、測定チップの熱線用電極と、基板に挿設された電気回路用電極ピンの平頭部とが接着されることによって、電気回路に接続されているので、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができる。
【００７５】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計において、測定チップに設けられた熱線は、センサー流路に橋設された状態にあるので、壊れやすい部分であるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであり、測定チップが基板に実装されると、測定チップに設けられた熱線は、測定チップと基板との間に挟まれて、外部から接触することが難しくなるので、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となる。
【００７６】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計においては、測定チップに設けられた熱線などが壊れたりしても、測定チップが実装された基板ごとの交換で対応できるので、修理が容易となる。
【００７７】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計は、測定チップに設けられた熱線を、センサー流路に橋設された状態にして、電気回路を介し、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量を測定するものであるが、センサー流路は、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで細長く形成されるものであり、その細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていくので、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００７８】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計においては、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるので、基板に溝を設けることを省略でき、この点は、特に、基板がセラミック又は金属などの溝加工しにくい材料でできているときに有効であり、同時に、測定チップに溝を設けることを省略できるので、溝加工による測定チップの強度低下を防止することもできる。
【００７９】
また、請求項４に係る発明の熱式流量計においては、基板と基板に実装された測定チップとの間に弾性体が存在しており、基板が多少反ったとしても、弾性体が緩衝材として働くので、基板に実装された測定チップが破壊されることはない。
【００８０】
尚、請求項５又は請求項６に係る発明の熱式流量計のように、センサー流路が、基板と基板に実装された測定チップとの間に存在する弾性体の厚みで形成されるものであるけれども、測定チップ又は基板に溝を設けたことにより、センサー流路の一部にしても、上述したように、熱線が設けられた測定チップをセンサー部とするものであって、測定チップの熱線と電気回路との接続に関し、ワイヤーボンディングの使用を回避したものと言うことができるし、組立・検査工程などにおける取り扱いが容易となるし、修理が容易となるし、測定結果の乱流ノイズが小さい。
【００８１】
また、請求項７に係る発明の熱式流量計において、熱線を用いた計測原理を行うための電気回路を基板の裏面に設ければ、熱線が設けられた測定チップは基板の表面又は表面側で基板に実装されていることから、熱線が設けられた測定チップと、熱線が設けられた測定チップと熱線を用いた計測原理を行うための電気回路とを、一つの基板に集約することができるので、省スペースやコストダウンに貢献することができる。
【００８２】
また、請求項８に係る発明の熱式流量計において、センサー流路の下流側に熱線を設ければ、センサー流路の下流側は、センサー流路の細長い形状により、計測対象気体の流れが整えられていく作用がより大きく発揮されるので、測定結果の乱流ノイズがより小さくなる。
【００８３】
また、請求項９に係る発明の熱式流量計において、ボディに内設された底板を備え、底板で主流路の断面積を変更させれば、ボディの内部を流れる計測対象気体は、主流路とセンサー流路の断面積比に応じて、主流路とセンサー流路とに分流されることから、センサー流路に橋設された熱線からの出力特性を異なるものとすることができるので、かかる出力特性に応じて、センサー流路を流れる計測対象気体の流量、ひいては、ボディの内部を流れる計測対象気体の流量の測定範囲（流量レンジ）を調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱式流量計の断面図である。
【図２】本発明の熱式流量計で使用された測定チップの正面図である。
【図３】本発明の熱式流量計で使用された測定チップの側面図である。
【図４】本発明の熱式流量計において、測定チップを基板に実装するときの斜視図である。
【図５】図１の線Ａ−Ａの断面図である。
【図６】本発明の熱式流量計の出力特性を示した図である。
【図７】従来技術の熱式流量計の出力特性を示した図である。
【図８】本発明の熱式流量計と従来技術の熱式流量計の出力特性を比較した図である。
【図９】本発明の熱式流量計と従来技術の熱式流量計の出力特性における乱流ノイズを比較した図である。
【図１０】本発明の熱式流量計において、底板の高さを変更したときの出力特性を示した図である。
【図１１】本発明の熱式流量計において、底板の高さと主流路の断面積の関係の一例を示した表である。
【図１２】本発明の熱式流量計において、測定素子が実装された基板のその他の例の断面図である。
【図１３】図１２の線Ｂ−Ｂ断面図である。
【図１４】本発明の熱式流量計のその他の例の断面図である。
【図１５】整流機構の斜視図である。
【図１６】整流板の正面図である。
【図１７】本発明の熱式流量計のその他の例の断面図である。
【図１８】従来技術の熱式流量計の断面図である。
【図１９】従来技術の熱式流量計で使用された測定素子の斜視図である。
【符号の説明】
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ熱式流量計
１１測定チップ
１３測定チップの溝
１４、１５、１６、１７熱線用電極
１８温度センサー用熱線
１９流速センサー用熱線
２１Ａ、２１Ｂ基板
２３基板の溝
２４、２５、２６、２７電気回路用電極
３１、３２、３３、３４電気素子
２８電気回路用電極ピン
２９ゴム
４１Ａ、４１Ｂボディ
４７底板
Ｌ助走距離
Ｍ主流路
Ｓ１、Ｓ２センサー流路[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal flow meter that measures a flow rate using a hot wire.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, as a thermal flow meter that measures a flow rate using a hot wire, for example, as shown in FIG. 18, there is a thermal flow meter that uses a measurement chip manufactured by a semiconductor micromachining processing technology as a sensor unit. In the thermal flow meter 101 of FIG. 18, the gas to be measured that has flowed into the inlet port 102 is rectified by the rectifying mechanism 103, and then flows out of the outlet port 105 via the measurement flow path 104. In order to measure the flow rate of the gas to be measured, the measurement chip 111 connected to the electric circuit 106 is exposed to the measurement channel 104.
[0003]
In this regard, as shown in FIG. 19, the measurement chip 111 has an upstream temperature sensor 112, a heater 113, a downstream temperature sensor 114, and an ambient temperature sensor 115 (the above-described sensors 112 to 115 And the like) are provided with a processing technology of semiconductor micromachining.
[0004]
Therefore, in the thermal flow meter 101 of FIG. 18, when the gas to be measured is not flowing through the measurement flow path 104, the temperature distribution of the measurement chip 111 in FIG. When the gas is flowing through the measurement flow path 104, the temperature of the upstream temperature sensor 112 decreases and the temperature of the downstream temperature sensor 114 increases. Therefore, the symmetry of the temperature distribution of the measurement chip 111 in FIG. It will collapse according to the gas flow rate. At this time, the degree of the collapse appears as a difference between the resistance values of the upstream temperature sensor 112 and the downstream temperature sensor 114, so that the flow rate of the gas to be measured can be measured via the electric circuit 106.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the thermal type flow meter 101 of FIG. 18, in the measuring chip 111 of FIG. 19, six electrodes D1, D2, D3, D4, D5 and D6 are provided on the silicon chip 116, and the upstream temperature sensor 112 and the heater The connection between the electric circuit 106 and each of the downstream temperature sensor 113, the downstream temperature sensor 114, and the ambient temperature sensor 115 has been performed by wire bonding using six electrodes D1 to D6.
[0006]
Therefore, in the thermal flow meter 101 of FIG. 18, the measurement tip 111 is exposed in the measurement pipe 104 and the bonding wire W is interposed in the measurement pipe 104, so that a large flow rate of the gas to be measured flows into the measurement pipe 104. There is a possibility that the bonding wire W may be cut due to the wind pressure or the like. Was.
[0007]
Therefore, the present invention has been made in order to solve the above-described problems, a measurement chip provided with a heating wire is used as a sensor portion, and relates to the connection between the heating wire of the measurement chip and an electric circuit, It is an object of the present invention to provide a thermal flowmeter that avoids the use of wire bonding.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
The invention according to claim 1, which has been made to solve this problem, is a measurement chip provided with a hot wire and a hot wire electrode connected to the hot wire, and an electric circuit for performing a measurement principle using the hot wire. A substrate provided with an electric circuit electrode connected to a surface thereof, and a body in which a main flow path is formed by close contact of the substrate, wherein a groove is provided in the measurement chip or the substrate, By adhering the electrodes for electric circuits and the electrodes for the electric circuit and mounting the measurement chip on the substrate, a sensor channel for the main channel is formed in the groove between the measurement chip and the substrate, The heat wire is bridged to the sensor flow path.
[0009]
In the thermal type flow meter of the present invention having such features, the hot wire provided on the measuring chip is provided on the surface of the substrate and the hot wire electrode provided on the measuring chip when the measuring chip is mounted on the substrate. The electric circuit electrode is bonded to the electric circuit for performing the measurement principle using a hot wire.
On the other hand, when the substrate is brought into close contact with the body, a main flow path is formed inside the body. At this time, since the groove is provided in the substrate or the measurement chip mounted on the substrate, a sensor flow path for the main flow path is also formed inside the body.
Therefore, the gas to be measured flowing inside the body is divided into the main flow path and the sensor flow path in accordance with the cross-sectional area ratio between the main flow path and the sensor flow path. In this regard, the heating wire provided on the measurement chip is in a state of being bridged to the sensor flow path, so that the electric circuit for performing the measurement principle using the heating wire uses the flow rate of the gas to be measured flowing through the sensor flow path, Consequently, the flow rate of the gas to be measured flowing inside the body can be measured.
[0010]
That is, the thermal flow meter of the present invention forms the main flow path and the sensor flow path inside the body by bringing the substrate on which the measurement chip is mounted into close contact with the body, and at the same time, the heating wire provided on the measurement chip Is set in a state of being bridged to the sensor flow path, and through an electric circuit, the flow rate of the measurement target gas flowing through the sensor flow path, and thus, the flow rate of the measurement target gas flowing inside the body is measured. The measurement chip provided with the heating wire is used as a sensor portion, and the heating wire provided on the measurement chip is used when the measurement chip is mounted on the substrate and the heating wire electrode of the measurement chip and the electric circuit electrode of the substrate are used. Is bonded to the electric circuit by bonding, so it can be said that the connection between the heating wire of the measuring chip and the electric circuit avoids the use of wire bonding. Kill.
[0011]
Further, in the thermal flow meter of the present invention, the heat wire provided on the measurement chip is a brittle part because it is in a state of being bridged to the sensor channel, but the sensor channel is mounted on the substrate or the substrate. The groove provided in the measurement chip, which is formed between the measurement chip and the substrate, when the measurement chip is mounted on the substrate, the heating wire provided in the measurement chip, the measurement chip Since it is difficult to come into contact with the substrate between the substrates, it is easy to handle in an assembling / inspection process or the like.
[0012]
Further, in the thermal type flow meter of the present invention, even if a heat wire or the like provided on the measuring chip is broken, it can be dealt with by exchanging each substrate on which the measuring chip is mounted, thereby facilitating repair.
[0013]
Further, the thermal flow meter of the present invention, the heat wire provided on the measurement chip, in a state of being bridged to the sensor flow path, via an electric circuit, the flow rate of the gas to be measured flowing through the sensor flow path, and thus, It measures the flow rate of the gas to be measured flowing inside the body, and the sensor flow path is formed by a groove provided in the substrate or a measurement chip mounted on the substrate, and has an elongated shape of the groove. As a result, the flow of the gas to be measured is adjusted, so that the turbulent noise of the measurement result is small.
[0014]
According to a second aspect of the present invention, there is provided the thermal flow meter according to the first aspect, wherein the groove is provided only in the measurement chip.
[0015]
Further, in the thermal flow meter of the present invention, even if a groove is provided only in the measurement chip, the sensor flow path can be formed inside the body. In this case, the provision of the groove in the substrate is omitted. This is particularly effective when the substrate is made of a material such as ceramic or metal which is difficult to groove.
[0016]
According to a third aspect of the present invention, there is provided the thermal type flow meter according to the first aspect, wherein the groove is provided only in the substrate.
[0017]
Further, in the thermal flow meter of the present invention, even if a groove is provided only in the substrate, the sensor flow path can be formed inside the body. In this case, the provision of the groove in the measurement chip is omitted. In addition to this, it is possible to prevent the strength of the measurement chip from being reduced due to the groove processing.
[0018]
The invention according to claim 4 is a measurement chip provided with a hot wire and a hot wire electrode connected to the hot wire, and an electrical circuit electrode pin connected to an electrical circuit for performing a measurement principle using the hot wire. A substrate on which the electric circuit electrode pins are inserted, an elastic body for sealing between the electric circuit electrode pins and the substrate, and a body in which a main flow path is formed by the substrate being in close contact with the substrate. By bonding the hot-wire electrode and the flat head of the electrical circuit electrode pin and mounting the measurement chip on the front surface side of the substrate, a sensor flow path for the main flow path is formed by the measurement chip and the substrate. And the heat wire is bridged to the sensor flow path.
[0019]
In the thermal type flow meter of the present invention having such features, the hot wire provided on the measurement chip, when the measurement chip is mounted on the front surface side of the substrate, the hot wire electrode provided on the measurement chip, the substrate By bonding the flat head of the inserted electric circuit electrode pin to the electric circuit, it is connected to an electric circuit for performing a measurement principle using a hot wire.
On the other hand, when the substrate is brought into close contact with the body, a main flow path is formed inside the body. At this time, since an elastic body that seals between the electric circuit electrode pins and the substrate exists between the substrate and the measurement chip mounted on the substrate, a sensor channel for the main channel is also formed inside the body. You.
Therefore, the gas to be measured flowing inside the body is divided into the main flow path and the sensor flow path in accordance with the cross-sectional area ratio between the main flow path and the sensor flow path. In this regard, the heating wire provided on the measurement chip is in a state of being bridged to the sensor flow path, so that the electric circuit for performing the measurement principle using the heating wire uses the flow rate of the gas to be measured flowing through the sensor flow path, Consequently, the flow rate of the gas to be measured flowing inside the body can be measured.
[0020]
That is, the thermal flow meter of the present invention forms the main flow path and the sensor flow path inside the body by bringing the substrate on which the measurement chip is mounted into close contact with the body, and at the same time, the heating wire provided on the measurement chip Is set in a state of being bridged to the sensor flow path, and through an electric circuit, the flow rate of the measurement target gas flowing through the sensor flow path, and thus, the flow rate of the measurement target gas flowing inside the body is measured. The measurement chip provided with the heating wire is used as a sensor portion, and the heating wire provided on the measurement chip is inserted into the heating wire electrode of the measurement chip and the substrate when the measurement chip is mounted on the substrate. Since the flat head of the electric circuit electrode pin is bonded to the electric circuit by bonding, the use of wire bonding is required for the connection between the heating wire of the measuring chip and the electric circuit. It can be said that those who avoided.
[0021]
In the thermal flow meter of the present invention, the heat wire provided on the measurement chip is a fragile portion because it is bridged to the sensor flow path, but the sensor flow path is mounted on the substrate and the substrate. When the measurement chip is mounted on the substrate, the heat wire provided on the measurement chip is sandwiched between the measurement chip and the substrate. This makes it difficult to make contact from the outside, so that handling in an assembly / inspection process or the like becomes easy.
[0022]
Further, in the thermal type flow meter of the present invention, even if a heat wire or the like provided on the measuring chip is broken, it can be dealt with by exchanging each substrate on which the measuring chip is mounted, thereby facilitating repair.
[0023]
Further, the thermal flow meter of the present invention, the heat wire provided on the measurement chip, in a state of being bridged to the sensor flow path, via an electric circuit, the flow rate of the gas to be measured flowing through the sensor flow path, and thus, The sensor measures the flow rate of the gas to be measured flowing inside the body, and the sensor flow path is formed to be elongated with the thickness of the elastic body existing between the substrate and the measurement chip mounted on the substrate. Since the flow of the gas to be measured is adjusted by the elongated shape, the turbulence noise of the measurement result is small.
[0024]
Further, in the thermal flow meter of the present invention, since the sensor flow path is formed by the thickness of the elastic body existing between the substrate and the measurement chip mounted on the substrate, a groove is provided on the substrate. This is particularly effective when the substrate is made of a material such as ceramic or metal which is difficult to groove, and at the same time, it is possible to omit providing a groove in the measurement chip. It is also possible to prevent a decrease in the strength of the measurement chip.
[0025]
Further, in the thermal flow meter of the present invention, since an elastic body exists between the substrate and the measurement chip mounted on the substrate, and even if the substrate is slightly warped, the elastic body functions as a cushioning material. The measuring chip mounted on the substrate is not destroyed.
[0026]
According to a fifth aspect of the present invention, there is provided the thermal flow meter according to the fourth aspect, wherein a groove is provided in the measuring chip, so that the measuring chip is a part of the sensor flow path. .
Further, the invention according to claim 6 is the thermal flow meter according to claim 4 or 5, wherein a groove is formed in the substrate so as to be a part of the sensor flow path. Features.
[0027]
In the thermal flowmeter of the present invention, the sensor flow path is formed by the thickness of the elastic body existing between the substrate and the measurement chip mounted on the substrate. By providing the groove, even if it is a part of the sensor flow path, as described above, the measurement chip provided with the heating wire is used as the sensor portion, and the connection between the heating wire of the measurement chip and the electric circuit is performed. It can be said that the use of wire bonding is avoided, the handling in the assembly / inspection process and the like is easy, the repair is easy, and the turbulence noise of the measurement result is small.
[0028]
The invention according to claim 7 is the thermal flow meter according to any one of claims 1 to 6, wherein the electric circuit is provided on a back surface of the substrate. .
[0029]
Further, in the thermal flow meter of the present invention, if an electric circuit for performing the measurement principle using a hot wire is provided on the back surface of the substrate, the measuring chip provided with the hot wire is mounted on the substrate on the front surface or the front surface side. Therefore, the measurement chip provided with the heating wire, and the measurement chip provided with the heating wire and the electric circuit for performing the measurement principle using the heating wire can be integrated on one substrate, so that the cost can be reduced. It can contribute to space and cost reduction.
[0030]
The invention according to claim 8 is the thermal flow meter according to any one of claims 1 to 7, wherein the heat wire is provided downstream of the sensor flow path. And
[0031]
In the thermal flow meter of the present invention, if a heat wire is provided on the downstream side of the sensor channel, the flow of the gas to be measured is adjusted on the downstream side of the sensor channel due to the elongated shape of the sensor channel. Since the action is exerted more, the turbulence noise of the measurement result is smaller.
[0032]
According to a ninth aspect of the present invention, there is provided a thermal flow meter according to any one of the first to eighth aspects, further comprising a bottom plate provided in the body, wherein the main flow path is formed by the bottom plate. Is characterized in that the cross-sectional area is changed.
[0033]
Further, in the thermal flow meter of the present invention, a bottom plate provided inside the body is provided, and if the cross-sectional area of the main flow path is changed by the bottom plate, the gas to be measured flowing inside the body will be the main flow path and the sensor flow path. Is divided into the main flow path and the sensor flow path in accordance with the cross-sectional area ratio, so that the output characteristics from the hot wire bridged in the sensor flow path can be made different. Thus, the measurement range (flow rate range) of the flow rate of the measurement target gas flowing through the sensor flow path, and thus the flow rate of the measurement target gas flowing inside the body, can be adjusted.
[0034]
In addition, the measurement principle using a hot wire performed in an electric circuit includes one using one hot wire, one using two hot wires, one using three hot wires, and the like. It may be.
[0035]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. As shown in FIG. 1, in the thermal flow meter 1A of the present embodiment, the substrate 21A is tightly attached to the body 41A via the O-ring 48 by screw fixing. Further, an inlet port 42, an inlet channel 43, a measurement channel 44, an outlet channel 45, and an outlet port 46 are formed in the body 41A, and a bottom plate 47 is provided in the measurement channel 44 by screw fixing. ing.
[0036]
On the other hand, the circuit board 21A is provided with an electric circuit composed of electric elements 31, 32, 33, and 34 on the back surface of the printed circuit board 22A (see FIG. 4). As shown in FIG. 4, a groove 23 is formed on the surface of the printed board 22A, and electric circuit electrodes 24, 25, 26, and 27 are provided on both sides of the groove 23. The electric circuit electrodes 24 to 27 are connected to an electric circuit including the electric elements 31 to 34 (see FIG. 1) in the printed board 22A. Further, the measurement chip 11 is mounted on the surface of the printed board 22A as described later.
[0037]
Here, the measurement chip 11 will be described. As shown in the front view of FIG. 2 and the side view of FIG. 3, the measurement chip 11 is obtained by performing a semiconductor micromachining processing technique on the silicon chip 12. At this time, the groove 13 is machined, and the hot-wire electrodes 14, 15, 16, 17 are provided on both sides of the groove 13. Further, at this time, the heating wire 18 for the temperature sensor is extended from the electrodes 14 and 15 for the heating wire and is laid over the groove 13, and the heating wire 19 for the flow rate sensor is extended from the electrodes 16 and 17 for the heating wire. And is erected on the groove 13.
[0038]
Then, the hot-wire electrodes 14, 15, 16, 17 of the measuring chip 11 are connected to each of the electric-circuit electrodes 24, 25, 26, 27 (see FIG. 4) of the substrate 21A by solder reflow or a conductive adhesive. By bonding, the measurement chip 11 is mounted on the substrate 21A. Therefore, when the measurement chip 11 is mounted on the substrate 21A, the heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow velocity sensor provided on the measurement chip 11 are electrically connected to the electrodes 14 to 17 for the heating wire of the measurement chip 11 and the electric current of the board 21A. Via the circuit electrodes 24 to 27 (see FIG. 4), it is connected to an electric circuit provided on the back surface of the substrate 21A.
[0039]
When the measurement chip 11 is mounted on the substrate 21A, the groove 13 of the measurement chip 11 overlaps with the groove 23 of the substrate 21A as shown in FIG. Therefore, as shown in FIGS. 1 and 5, when the substrate 21A on which the measurement chip 11 is mounted is brought into close contact with the body 41A, the main flow path is provided between the measurement chip 11 and the bottom plate 47 in the measurement flow path 44 of the body 41A. While M is formed, a sensor channel S1 including the groove 13 of the measurement chip 11 and the groove 23 of the substrate 21A is formed between the substrate 21A and the measurement chip 11. Therefore, in the sensor flow path S1, the heat wire 18 for the temperature sensor and the heat wire 19 for the flow velocity sensor are provided so as to cross the bridge.
[0040]
Accordingly, in the thermal flow meter 1A of the present embodiment, as shown in FIG. 1, when the gas to be measured flows from the inlet port 42 of the body 41A (F in FIG. 1), the gas to be measured is In the measurement flow path 44, the flow flowing into the main flow path M (F1 in FIG. 1) and the flow flowing into the sensor flow path S1 (F2 in FIG. 1) are separated, and then merged again to form the outlet port 46 of the body 41A. (F in FIG. 1).
[0041]
At this point, the gas to be measured (F2 in FIG. 1) flowing into the sensor channel S1 deprives the heat wire 18 for the temperature sensor and the hot wire 19 for the flow rate sensor bridged in the sensor channel S1 of the substrate 21A. The electric circuit provided on the back side detects the outputs of the heat wire 18 for the temperature sensor and the heat wire 19 for the flow rate sensor, and controls the temperature difference between the heat wire 18 for the temperature sensor and the heat wire 19 for the flow rate sensor. are doing.
[0042]
FIG. 6 shows an example of the output at this time. The graph of FIG. 6 shows that in the thermal flow meter 1A of the present embodiment, the flow rate of the gas to be measured (F in FIG. 1) flowing into the inlet port 42 of the body 41A is 2 (l / min), 4 (l / min). min), 6 (l / min), 8 (l / min), 10 (l / min), 12 (l / min), 16 (l / min), 20 (l / min) These are shown in order from the top. Further, the graph of FIG. 7 shows that the flow rate of the gas to be measured is 2 (l / min), 4 (l / min), 6 (l / min), 8 (l) / Min), 10 (l / min), 12 (l / min), 16 (l / min) and 20 (l / min) are shown in order from the top.
[0043]
6 and 7, it can be seen that the thermal flow meter 1A of the present embodiment has a smaller output oscillation width than the thermal flow meter of one example of the prior art. FIG. 9 shows the ratio of the vibration width to the output value as noise. FIG. 9 also shows that the thermal flow meter 1A of the present embodiment has smaller noise than the thermal flow meter of the prior art.
[0044]
In FIG. 9, the "invention method" means the thermal flow meter 1A of the present embodiment, and the "conventional method" means a thermal flow meter as an example of the prior art. This is the same in FIG. 8 described later.
[0045]
FIG. 8 shows the result of averaging the output of FIG. 6 as the “invention method”. That is, in the thermal type flow meter 1A of the present embodiment, the average value of the output changes according to the flow rate of the gas to be measured (F in FIG. 1) flowing into the inlet port 42 of the body 41A, and the reproducibility is also temperature compensated. Since the flow is guaranteed by the circuit (a part of the electric circuit of the substrate 21A), the flow rate of the gas to be measured (F in FIG. 1) flowing into the inlet port 42 of the body 41A can be measured.
[0046]
FIG. 10 shows output characteristics when the height of the bottom plate 47 (see FIGS. 1 and 5) is changed in the thermal flow meter 1A of the present embodiment. As shown in FIG. 10, when the height of the bottom plate 47 (see FIGS. 1 and 5) is changed to 2 mm, 3 mm, 3.5 mm, and 4.5 mm, the output characteristics are also changed. This is because, as shown in FIG. 11, when the height of the bottom plate 47 (see FIGS. 1 and 5) is changed to 2 mm, 3 mm, 3.5 mm, and 4.5 mm, the sensor flow path S1 (see FIG. , FIG. 5), the cross-sectional area of the main flow path M (see FIGS. 1 and 5) is changed, and accordingly, the gas to be measured flowing into the main flow path M (F1 in FIG. 1). And the flow rate of the measurement target gas (F2 in FIG. 1) flowing into the sensor channel S1 may be changed.
[0047]
However, considering that the range showing the linearity of the output characteristics is a range suitable for measurement, as shown in FIG. 10, if the height of the bottom plate 47 (see FIGS. 1 and 5) is set to 3 mm, for example, When the flow rate of the target gas can be measured in the range of 0 to 20 (l / min), and the height of the bottom plate 47 (see FIGS. 1 and 5) is 4.5 mm, the flow rate of the measurement target gas is 0 to Measurement is possible in the range of 4 (l / min). Therefore, the body 41A suitable for the measurement range (flow rate range) of the flow rate of the gas to be measured can be obtained simply by replacing the bottom plate 47 provided on the body 41A by screw fixing.
[0048]
As described in detail above, in the thermal flow meter 1A of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 5, the heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow velocity sensor provided on the measurement chip 11 When the measurement chip 11 is mounted on the substrate 21A, the hot-wire electrodes 14 to 17 provided on the measurement chip 11 are bonded to the electric circuit electrodes 24 to 27 provided on the surface of the substrate 21A, It is connected to an electric circuit (one composed of electric components 31 to 34 on the back surface of the substrate 21A) for performing the measurement principle using the heat wire 18 for the temperature sensor and the heat wire 19 for the flow velocity sensor.
[0049]
On the other hand, when the substrate 21A is brought into close contact with the body 41A by screw fixing, a main flow path M is formed in the measurement flow path 44 of the body 41A. At this time, since the groove 23 is provided in the substrate 21A and the groove 13 is provided in the measurement chip 11 mounted on the substrate 21A, the sensor flow path S1 for the main flow path M is also formed in the measurement flow path 44 of the body. Is done.
[0050]
Therefore, the gas to be measured flowing through the measurement flow path 44 of the body 41A is divided into the main flow path M and the sensor flow path S1 according to the cross-sectional area ratio between the main flow path M and the sensor flow path S1. In this regard, since the heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow rate sensor provided on the measuring chip 11 are in a state of being bridged in the sensor flow path S1, the heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow rate sensor are used. An electric circuit (constituted of electric components 31 to 34 on the back surface of the substrate 21A) for performing the measurement principle described above causes the inside of the body 41A (the flow rate of the gas to be measured flowing through the sensor flow path S1 and, consequently). The flow rate of the flowing gas to be measured can be measured (see FIGS. 6, 8, 10, and 11).
[0051]
That is, as shown in FIGS. 1 to 5, the thermal flow meter 1A according to the present embodiment is configured such that the substrate 21A on which the measurement chip 11 is mounted is brought into close contact with the body 41A by screw fixing, so that the flow rate of the body 41A is measured. In the path 44, the main flow path M and the sensor flow path S1 are formed, and at the same time, the heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow velocity sensor provided in the measurement chip 11 are bridged to the sensor flow path S1. Via the electric circuit (which is constituted by electric components 31 to 34 on the back surface of the substrate 21A) (the flow rate of the gas to be measured flowing through the sensor flow path S1 and, consequently) of the gas to be measured flowing inside the body 41A. Since the flow rate is measured (see FIGS. 6, 8, 10, and 11), the measuring chip 11 provided with the heat wire 18 for the temperature sensor and the heat wire 19 for the flow velocity sensor is mounted. The heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow velocity sensor provided on the measuring chip 11 are provided when the measuring chip 11 is mounted on the substrate 21A. 17 and the electric circuit electrodes 24 to 27 of the substrate 21A are connected to an electric circuit (one formed by electric components 31 to 34 on the back surface of the substrate 21A) by being bonded by solder reflow or the like. The connection between the heat wire 18 for the temperature sensor and the heat wire 19 for the flow rate sensor of the measuring chip 11 and the electric circuit (one composed of the electric components 31 to 34 on the back surface of the substrate 21A) avoids the use of wire bonding. Can be said.
[0052]
Also, in the thermal flow meter 1A of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 5, the heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow velocity sensor provided on the measurement chip 11 are bridged to the sensor flow path S1. The sensor flow path S1 is a groove 23 provided on the substrate 21A and a groove 13 provided on the measurement chip 11 mounted on the substrate 21A. When the measurement chip 11 is mounted on the substrate 21A, the heat wire 18 for the temperature sensor and the heat wire 19 for the flow rate sensor provided on the measurement chip 11 are formed between the chip 11 and the substrate 21A. Since it is difficult to come into contact with the outside between the substrate 11 and the substrate 21A, it is easy to handle in an assembling / inspection process or the like.
[0053]
Further, in the thermal flow meter 1A of the present embodiment, even if the heat wire 18 for the temperature sensor and the heat wire 19 for the flow rate sensor provided on the measurement chip 11 are broken, the substrate 21A on which the measurement chip 11 is mounted is broken. Repair (here, replacement by screw fixing) can be dealt with, which facilitates repair.
[0054]
Further, the thermal flow meter 1A of the present embodiment sets the heat wire 18 for the temperature sensor and the heat wire 19 for the flow rate sensor provided on the measurement chip 11 in a state of being bridged to the sensor flow path S1, and performs an electric circuit ( The flow rate of the gas to be measured flowing through the sensor flow path S1 and, consequently, the flow rate of the gas to be measured flowing inside the body 41A are measured via the electric components 31 to 34 on the back surface of the substrate 21A. Things. In this regard, the sensor channel S1 is formed by the groove 23 provided on the substrate 21A and the groove 13 provided on the measurement chip 11 mounted on the substrate 21A. Since the flow of the gas to be measured is adjusted, the turbulent noise of the measurement result can be reduced (see FIGS. 6 to 8).
[0055]
Further, in the thermal flow meter 1A of the present embodiment, an electric circuit for performing a measurement principle using the temperature sensor heating wire 18 and the flow rate sensor heating wire 19 is provided on the back surface of the substrate 21A. The measurement chip 11 provided with the heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow rate sensor is mounted on the surface of the substrate 21A. Therefore, the measuring chip 11 provided with the temperature sensor heating wire 18 and the flow rate sensor heating wire 19 and the electric circuit for performing the measurement principle using the temperature sensor heating wire 18 and the flow rate sensor heating wire 19 are formed on one substrate. Consolidation at 21A contributes to space saving and cost reduction.
[0056]
Further, in the thermal flow meter 1A of the present embodiment, as shown in FIG. 2, a flow rate sensor heating wire 19 is provided on the downstream side of the sensor flow path S1, so that the measurement target gas F2 flowing through the sensor flow path S1 can be measured. A long running section L is provided. In this regard, on the downstream side of the sensor flow path S1, the action of adjusting the flow of the measurement target gas F2 flowing through the sensor flow path S1 is more greatly exerted by the elongated shape of the sensor flow path S1. Turbulence noise can be further reduced (see FIG. 9).
[0057]
In addition, the thermal flow meter 1A of the present embodiment includes a bottom plate 47 provided inside the body 41A by screw fixing, as shown in FIGS. If the cross-sectional area of the path M is changed (see FIG. 11), the gas to be measured flowing through the measurement flow path 44 of the body 41 is changed according to the cross-sectional area ratio between the main flow path M and the sensor flow path S1. As shown in FIG. 10, the output characteristic from the flow rate sensor heating wire 19 and the like bridged in the sensor flow path S1 because the flow is diverted into the sensor flow path S1 (F1 in FIG. 1) and the sensor flow path S1 (F2 in FIG. Can be made different, so that the measurement range (the flow rate of the measurement target gas flowing through the sensor flow path S1 and thus the flow rate of the measurement target gas flowing inside the body 41) (according to the output characteristics of FIG. 10) Flow rate range) can be adjusted.
[0058]
Note that the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various changes can be made without departing from the gist of the present invention.
For example, in the thermal type flow meter 1A of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 and 5, the groove 21 is provided on the substrate 21A, and the groove 13 is also provided on the measurement chip 11. The groove 13 may be provided only in the measurement chip 11 without providing the groove 23 in 21A. This is because the sensor flow path S1 can be formed in the measurement flow path 44 of the body 41 even if the groove 13 is provided only in the measurement chip 11, and in this case, the provision of the groove 23 in the substrate 21A is omitted. This is particularly effective when the substrate 21A is made of a material such as ceramic or metal that is difficult to groove.
[0059]
Further, the groove 23 may be provided only in the substrate 21A without providing the groove 13 in the measurement chip 11. This is because the sensor flow path S1 can be formed in the measurement flow path 44 of the body 41A even if the groove 23 is provided only in the substrate 21A. In this case, the provision of the groove 13 in the measurement chip 11 is omitted. In addition to this, it is possible to prevent a decrease in the strength of the measurement chip 11 (silicon chip) due to the groove processing.
[0060]
Further, in the thermal flow meter 1A of the present embodiment, as shown in FIGS. 1 to 5, the hot wire electrodes 14, 15, 16, 17 of the measurement chip 11 are connected to the electric circuit electrodes 24 of the substrate 21A. The measurement chip 11 is mounted on the substrate 21A by bonding to each of the substrates 25, 26, and 27 by solder reflow or a conductive adhesive. However, the measurement chip 11 may be mounted on the substrate 21B as shown in the sectional views of FIGS.
[0061]
That is, in the board 21B shown in FIGS. 12 and 13, the four electric circuit electrode pins 28 are inserted into the printed circuit board 22B via the rubber 29 which is an elastic body. Are replaced with the electric circuit electrodes 24-27 of the substrate 21A described above. At this time, a sensor flow path S2 composed of the thickness of the rubber 29 and the groove 13 of the measurement chip 11 is formed in the measurement flow path 44 of the body 41 in FIG.
[0062]
In a thermal flow meter in which a substrate 21B (shown in FIGS. 12 and 13) on which the measurement chip 11 is mounted is fixed to the body 41A by screw fixing, as shown in FIGS. Since the path S2 is formed by the thickness of the rubber 29 existing between the substrate 21B and the measurement chip 11 mounted on the substrate 21B and the groove 13 of the measurement chip 11, a groove is provided on the substrate 21B. This can be omitted, which is particularly effective when the substrate 21B is made of a material such as ceramic or metal that is difficult to groove.
[0063]
Further, in a thermal flow meter in which a substrate 21B (shown in FIGS. 12 and 13) on which the measuring chip 11 is mounted is fixed to the body 41A by screwing, as shown in FIGS. The rubber 29 exists between the measurement chip 11 and the measurement chip 11 mounted on the substrate 21B. Even if the substrate 21B is slightly warped, the rubber 29 functions as a cushioning material. The silicon chip is not destroyed.
[0064]
12 and 13, the sensor flow path S2 is formed by the thickness of the rubber 29 existing between the substrate 21B and the measurement chip 11 mounted on the substrate 21B, and the groove 13 of the measurement chip 11. However, it may be formed only with the thickness of the rubber 29. Further, a new groove may be provided in the substrate 21B to be a part of the sensor flow path S2. In this case, the provision of the groove 13 in the measurement chip 11 can be omitted. ) Can be prevented from decreasing.
[0065]
In addition, as in the thermal flow meter 1B shown in FIG. 14, the straightening plate (wire mesh) 53 of FIG. If the rectifying mechanism 51 composed of the stainless steel pipe 52 of FIG. 15 is provided in the main flow path M of the measurement flow path 44, the vibration width of the output of FIG. 6 and the noise value of FIG. 9 are further reduced.
[0066]
In addition, as in the thermal flow meter 1C shown in FIG. 17, if the filter 55 is inserted or the shielding portion 54 is protruded from the above-mentioned thermal flow meter 1A in the inlet channel 43 of the body 41B. Even if the inflow angle of the fluid to be measured flowing from the inlet port 42 of the body 41B increases, the inflow angle of the fluid to be measured flowing into the measurement flow path 44 of the body 41B can be kept within a predetermined range. 8, the influence on the output characteristics shown in FIG. 10 and the like can be prevented.
[0067]
In the thermal type flow meters 1A, 1B, and 1C of the present embodiment, the measurement principle performed by an electric circuit (which is constituted by electric components 31 to 34 on the back surface of the substrate 21A) is based on the heat wire 18 for the temperature sensor. And the heat wire 19 for the flow velocity sensor, but there are others using one heat wire, those using three heat wires, etc., and may use many heat wires. . In the case of using two heating wires, as described above, while detecting the outputs of the heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow velocity sensor, the heating wire 18 for the temperature sensor and the heating wire 19 for the flow velocity sensor are constant. In addition to the method of controlling the temperature difference to be equal to the above, there is a method of detecting the degree of collapse of the symmetry of the temperature distribution by using two heat rays as described in the section of the related art. These points are the same in the thermal flow meter in which the substrate 21B (shown in FIGS. 12 and 13) on which the measurement chip 11 is mounted is fixed to the body 41A by screw fixing.
[0068]
【The invention's effect】
The thermal flow meter according to the first aspect of the present invention is configured such that the main flow path and the sensor flow path are formed inside the body by bringing the substrate on which the measurement chip is mounted into close contact with the body, and the thermal flow meter is provided on the measurement chip. The hot wire is bridged to the sensor flow path, and the flow rate of the measurement target gas flowing through the sensor flow path, and thus the flow rate of the measurement target gas flowing inside the body, is measured via an electric circuit. Therefore, the measurement chip provided with the heating wire is used as the sensor part, and the heating wire provided on the measurement chip is used for mounting the measurement chip on the board and for the heating wire electrode of the measurement chip and the electric circuit of the board. Since the electrodes are connected to the electric circuit by bonding, the use of wire bonding has been avoided for the connection between the heating wire of the measuring chip and the electric circuit. It can be.
[0069]
Further, in the thermal flow meter according to the first aspect of the present invention, the heating wire provided on the measuring chip is in a state of being bridged to the sensor flow path, and thus is a fragile portion. Or a groove provided on the measurement chip mounted on the substrate, which is formed between the measurement chip and the substrate, when the measurement chip is mounted on the substrate, the heat wire provided on the measurement chip is Since it is difficult to come in contact with the outside between the measurement chip and the substrate, handling in an assembly / inspection process or the like becomes easy.
[0070]
Further, in the thermal flow meter according to the first aspect of the present invention, even if a heat wire provided on the measuring chip is broken, it can be dealt with by exchanging each substrate on which the measuring chip is mounted, so that repair is easy. Become.
[0071]
The thermal flow meter according to the first aspect of the present invention is configured such that the heating wire provided on the measurement chip is bridged to the sensor flow path, and the measurement target gas flowing through the sensor flow path is passed through the electric circuit through the electric circuit. Flow rate, and thus, to measure the flow rate of the gas to be measured flowing inside the body, the sensor flow path is formed by a groove provided in the substrate or a measurement chip mounted on the substrate, Since the flow of the gas to be measured is adjusted by the elongated shape of the groove, the turbulence noise of the measurement result is small.
[0072]
Further, as in the case of the thermal flow meter according to the second aspect of the present invention, even if a groove is provided only in the measurement chip, the sensor flow path can be formed inside the body. The provision of the groove can be omitted, which is particularly effective when the substrate is made of a material such as ceramic or metal which is difficult to process the groove.
[0073]
Also, as in the case of the thermal flow meter according to the third aspect of the present invention, the sensor flow path can be formed inside the body even if a groove is provided only in the substrate. The provision of the groove can be omitted, and furthermore, a decrease in the strength of the measurement chip due to the groove processing can be prevented.
[0074]
Further, the thermal flow meter according to the invention according to claim 4 is configured such that the main flow path and the sensor flow path are formed inside the body by adhering the substrate on which the measurement chip is mounted to the body, and the measurement chip With the provided hot wire bridged to the sensor flow path, the flow rate of the gas to be measured flowing through the sensor flow path, and thus the flow rate of the gas to be measured flowing inside the body, is measured via an electric circuit. Therefore, the measurement chip provided with the heating wire is used as the sensor unit, and the heating wire provided on the measurement chip is attached to the heating wire electrode of the measurement chip and the substrate when the measurement chip is mounted on the board. Since the flat head of the inserted electric circuit electrode pin is bonded to the electric circuit by bonding, the connection between the heating wire of the measuring chip and the electric circuit is performed by wire bonding. It is possible to say something to avoid the use.
[0075]
Further, in the thermal flow meter according to the fourth aspect of the present invention, the heating wire provided on the measuring chip is a fragile portion because it is in a state of being bridged to the sensor flow channel. Is formed with the thickness of the elastic body existing between the measurement chip mounted on the substrate and the measurement chip mounted on the substrate. Since it is difficult to come into contact with the outside, it is easy to handle in an assembly / inspection process or the like.
[0076]
In the thermal type flow meter according to the fourth aspect of the present invention, even if a heat wire provided on the measuring chip is broken, it can be dealt with by exchanging each substrate on which the measuring chip is mounted, so that repair is easy. Become.
[0077]
Further, the thermal flow meter according to the invention according to claim 4 is configured such that the heating wire provided on the measurement chip is bridged to the sensor flow path, and the measurement target gas flowing through the sensor flow path is passed through the electric circuit through the electric circuit. The flow rate, and thus the flow rate of the gas to be measured flowing inside the body, is measured.The sensor flow path is formed to be elongated by the thickness of the elastic body existing between the substrate and the measurement chip mounted on the substrate. Since the flow of the gas to be measured is adjusted by the elongated shape, the turbulence noise of the measurement result is small.
[0078]
Further, in the thermal flow meter according to the invention according to claim 4, the sensor flow path is formed by the thickness of the elastic body existing between the substrate and the measurement chip mounted on the substrate. This is particularly effective when the substrate is made of a material such as ceramic or metal which is difficult to process grooves, and at the same time, it is possible to omit the provision of grooves in the measurement chip. Also, it is possible to prevent the strength of the measuring chip from decreasing due to the groove processing.
[0079]
In the thermal flow meter according to the invention, an elastic body is present between the substrate and the measuring chip mounted on the substrate. As a result, the measuring chip mounted on the substrate is not destroyed.
[0080]
Further, as in the thermal flow meter according to the fifth or sixth aspect of the present invention, the sensor flow path is formed by the thickness of the elastic body existing between the substrate and the measurement chip mounted on the substrate. However, by providing a groove in the measurement chip or the substrate, even if a part of the sensor flow path, as described above, the measurement chip provided with the heating wire is used as the sensor unit, and the measurement chip It can be said that the use of wire bonding has been avoided for the connection between the hot wire and the electric circuit, handling in the assembly / inspection process, etc. is easy, repair is easy, and turbulence of measurement results Noise is small.
[0081]
Further, in the thermal flow meter according to the invention according to claim 7, if an electric circuit for performing a measurement principle using a hot wire is provided on the back surface of the substrate, the measuring chip provided with the hot wire can be disposed on the front surface or the front surface side of the substrate. Since it is mounted on the board, the measurement chip with the heating wire and the electric circuit for performing the measurement principle using the heating chip and the heating wire can be integrated on one board. As a result, it is possible to contribute to space saving and cost reduction.
[0082]
In the thermal flow meter according to the eighth aspect of the present invention, if a heat wire is provided on the downstream side of the sensor flow path, the flow of the gas to be measured is reduced on the downstream side of the sensor flow path due to the elongated shape of the sensor flow path. Since the adjusting action is exerted more, the turbulence noise of the measurement result is smaller.
[0083]
Further, in the thermal flow meter according to the ninth aspect of the present invention, when the bottom plate provided in the body is provided, and the cross-sectional area of the main flow path is changed by the bottom plate, the gas to be measured flowing inside the body becomes the main flow path. Since the flow is divided into the main flow path and the sensor flow path in accordance with the cross-sectional area ratio of the sensor flow path and the sensor flow path, the output characteristics from the hot wire bridged in the sensor flow path can be made different. The measurement range (flow rate range) of the flow rate of the gas to be measured flowing through the sensor flow path, and thus the flow rate of the gas to be measured flowing inside the body, can be adjusted according to the output characteristics.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of a thermal flow meter according to the present invention.
FIG. 2 is a front view of a measurement chip used in the thermal flow meter of the present invention.
FIG. 3 is a side view of a measurement chip used in the thermal flow meter of the present invention.
FIG. 4 is a perspective view when a measurement chip is mounted on a substrate in the thermal flow meter of the present invention.
FIG. 5 is a sectional view taken along line AA of FIG. 1;
FIG. 6 is a diagram showing output characteristics of the thermal flow meter of the present invention.
FIG. 7 is a diagram showing output characteristics of a thermal flow meter according to the related art.
FIG. 8 is a diagram comparing the output characteristics of the thermal flow meter of the present invention and the thermal flow meter of the prior art.
FIG. 9 is a diagram comparing turbulence noise in the output characteristics of the thermal flow meter of the present invention and the thermal flow meter of the prior art.
FIG. 10 is a diagram showing output characteristics when the height of the bottom plate is changed in the thermal flow meter of the present invention.
FIG. 11 is a table showing an example of the relationship between the height of the bottom plate and the cross-sectional area of the main flow channel in the thermal flow meter of the present invention.
FIG. 12 is a cross-sectional view of another example of the substrate on which the measuring element is mounted in the thermal flow meter of the present invention.
FIG. 13 is a sectional view taken along line BB of FIG. 12;
FIG. 14 is a sectional view of another example of the thermal flow meter of the present invention.
FIG. 15 is a perspective view of a rectifying mechanism.
FIG. 16 is a front view of a current plate.
FIG. 17 is a sectional view of another example of the thermal flow meter of the present invention.
FIG. 18 is a cross-sectional view of a prior art thermal flow meter.
FIG. 19 is a perspective view of a measuring element used in a conventional thermal flow meter.
[Explanation of symbols]
1A, 1B, 1C thermal flow meter
11 Measurement chip
13 Groove of measuring tip
14, 15, 16, 17 Electrode for heating wire
18 Heat wire for temperature sensor
19 Heat wire for flow velocity sensor
21A, 21B substrate
23 Substrate groove
24, 25, 26, 27 Electrodes for electric circuits
31, 32, 33, 34 electric element
28 Electrode pin for electric circuit
29 rubber
41A, 41B Body
47 bottom plate
L Approach distance
M main flow path
S1, S2 sensor flow path

Claims

A measuring chip provided with a hot wire and a hot wire electrode connected to the hot wire,
A substrate provided on the surface with an electrode for an electric circuit connected to an electric circuit for performing the measurement principle using the hot wire,
A body in which a main flow path is formed by the substrate being in close contact with the body,
A groove is provided in the measurement chip or the substrate, and the sensor flow path for the main flow path is formed by bonding the hot wire electrode and the electric circuit electrode and mounting the measurement chip on the substrate. A thermal flowmeter, wherein the thermal wire is formed between the measurement chip and the substrate by the groove, and the heat wire is bridged in the sensor flow path.

The thermal flow meter according to claim 1, wherein
A thermal flow meter, wherein the groove is provided only in the measurement chip.

The thermal flow meter according to claim 1, wherein
A thermal flow meter, wherein the groove is provided only in the substrate.

A measuring chip provided with a hot wire and a hot wire electrode connected to the hot wire,
An electrode pin for an electric circuit connected to an electric circuit for performing a measurement principle using the hot wire,
A board on which the electric circuit electrode pins are inserted,
An elastic body that seals between the electric circuit electrode pins and the substrate;
A body in which a main flow path is formed by the substrate being in close contact with the body,
By bonding the hot-wire electrode and the flat head of the electric circuit electrode pin and mounting the measurement chip on the front surface side of the substrate, the sensor flow path for the main flow path is defined by the measurement chip and the substrate. Wherein the heat flow wire is formed to be elongated with the thickness of the elastic body, and the heat wire is bridged to the sensor flow path.

The thermal flow meter according to claim 4, wherein
A thermal flow meter, wherein the measurement chip is provided with a groove so as to be a part of the sensor flow path.

A thermal flow meter according to claim 4 or claim 5,
A thermal flowmeter, wherein the substrate is provided with a groove to be a part of the sensor flow path.

A thermal flow meter according to any one of claims 1 to 6, wherein:
A thermal flow meter, wherein the electric circuit is provided on a back surface of the substrate.

It is a thermal type flowmeter as described in any one of Claims 1 thru | or 7, Comprising:
The thermal flowmeter, wherein the heat wire is provided downstream of the sensor flow path.

A thermal flow meter according to any one of claims 1 to 8, wherein:
A bottom plate provided in the body,
A cross-sectional area of the main flow path is changed by the bottom plate.