JP3740027B2 - Flow sensor - Google Patents

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JP3740027B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体の流量または流速を計測する熱式のフローセンサに関し、特に流量検出素子の取付構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
流体の流量や流速を計測する熱式のフローセンサとしては、従来から種々提案されている(例:特開平4−295724号公報、特公平6−25684号公報、特開平8−146026号公報等)。
【0003】
この種のフローセンサは、温度検出手段を備えたチップ状の流量検出素子を台座の固着面(上面)に固着することによりセンサを構成したものが一般的であり、計測する流体の流れに対して水平になるように設置されて使用される。水平な状態に設置して使用するのは、流量検出素子の近傍に渦が発生するのを防止するためである(渦が発生すると測定精度が低下する)。
【0004】
台座の材料としては、台座をケース内に封着用ガラスによって封止するタイプのセンサにおいては、封着用ガラスより融点の高い材料であることが要求されることから、金属製の台座が用いられる。また、これによって流量検出素子の水平な設置が確保される。金属製台座の材料としては、熱膨張係数がガラス、セラミックスに近いコバール(Fe54%、Ni29%、Co17%の合金)が通常用いられる。
【0005】
台座の固着面に対する流量検出素子の取付け方としては、通常素子を固着面に接着剤によって固着している。このとき、接着剤が流量検出素子の表面に付着すると素子の不良となる。また、接着の良否とは関係なく外部環境の温度が変化すると、台座と流量検出素子の熱膨張係数の相違により流量検出素子のコーナー部に応力が生じるため、素子自体が破損したり温度検出手段の電気的特性が劣化する。
【0006】
そこで、このような問題を解決するための方法の一つとして、接着剤の付着防止については例えば実開平5−18029号公報に記載された取付構造が、また応力集中の防止については例えば実開平5−18030号公報に記載された取付構造が知られている。すなわち、実開平5−18029号公報に記載された取付構造は、半導体ベアーチップ等の部品の固着エリアに突部を設け、この突部の上面を前記部品の固着面とするとともに、突部の上面の形状を前記部品の固着面と略同一にし、この突部の上面に部品を接着剤によって固着するようしたものである。このような取付構造によれば、突部と部品との間から流れ出た接着剤が突部の側面に沿って流下するため、部品の表面への付着を防止することができる利点がある。
【0007】
一方、前記実開平5−18030号公報に記載された取付構造は、半導体ベアーチップ等の部品との固着面を前記部品のコーナー部を避けた形状にし、部品を固着面に固着するようにしたものである。つまり、固着面を部品より小さく形成して部品のコーナー部を固着面に固着しないようにしたものである。このような取付構造によれば、外部環境の温度が変化したとき熱膨張係数の相違により部品に生じる応力が分散され、コーナー部への応力集中を防止することができる利点がある。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】
上記したように従来は、台座の固着面を部品と略同じかこれより若干小さい平坦面に形成し、この固着面に部品を密接して接着剤により固着していた。しかし、このような取付構造では、固着面と部品との接合面積が大きいため、台座からの熱的影響を受け易く、高精度な測定ができないという問題があった。すなわち、外部環境の温度変化に伴って台座の温度が変化すると、熱伝導により流量検出素子の温度も変化して流体の実際の温度と異なり、その結果として、温度検出手段の抵抗値が流量検出素子自体の温度変化に伴って変化してしまい、流量計測値に誤差が生じるからである。特に、コバールからなる金属製の台座を用い、封着用ガラスで封着したフローセンサの場合は、台座の熱容量、熱伝導率がガラス、セラミックス等に比べて大きいため、流量検出素子が外部環境の温度変化を受け易く、また流体の温度が変化したときに流量検出素子と台座の温度が流体の温度と等しくなるのに時間がかかる。
【0009】
また、流体が台座に当たると流れが乱れて流量検出素子の近傍に渦が発生するため、正確な測定ができなくなるという問題もあった。
【0010】
本発明は上記した従来の問題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、比較的簡単な構造で台座からの熱的影響を緩和または遮断するとともに渦の発生を防止することができ、精度の高い測定を可能にしたフローセンサを提供することにある。
【0011】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために第1の発明は、流体の温度を検出する温度検出手段が設けられた流量検出素子と、この流量検出素子が装着される台座と、この台座をケース内に封着する封着用ガラスとを備えたフローセンサにおいて、前記台座を前記封着用ガラスより融点の高いガラス、セラミックス等によって形成し、この台座の上端部を前記封着用ガラスから突出させてその上面に前記流量検出素子を固着したものである。
第1の発明において、ガラスまたはセラミックスによって形成された台座は、コバールに比べて熱容量、熱伝導率が小さく、外部環境の温度変化による台座からの流量検出素子への熱的影響を少なくする。また、流体の温度が変化したとき、台座の温度も変化し速やかに流体の温度と等しくなる。
【0012】
第2の発明は、上記第1の発明において、台座の流量検出素子が固着されている上面に流路用溝を流体の流れ方向に沿って形成したものである。
第2の発明において、流路用溝は流体が通過することにより台座による流体の乱れを少なくする。したがって、渦の発生も少ない。また、台座と流量検出素子との接触面積を少なくし、流量検出素子と流体との接触面積を増大させる。
【0013】
第3の発明は、上記第1または第2の発明において、台座の下端部が封着用ガラス内に位置し、外部に突出していないものである。
第3の発明において、台座は下端部が封着用ガラス内に位置しているので、外部環境の温度変化を受け難い。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図面に示す実施の形態に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明に係るフローセンサの一実施の形態を示す外観斜視図、図2は同フローセンサの断面図、図3は流量検出素子と台座の斜視図である。
【0015】
これらの図において、全体を符号1で示すフローセンサは、ケース2内に封着用ガラス3によって封着された複数本のリードピン4および台座5と、この台座5の封着用ガラス3から突出する上面に固着された流量検出素子6等で構成されている。
【0016】
前記ケース2は、熱膨張係数が小さい金属、例えばコバール等によって両端が開放する筒体に形成され、基端部の外周面に突起9付きのフランジ10が一体に設けられ、このフランジ10が流体11を流す配管12の内壁にシール部材13を介して密接され、ねじ、接着剤、溶接等によって固定されている。
【0017】
前記封着用ガラス3は、前記ケース2の内部全体にわたって封着されている。封着用ガラス3としては、例えば融点1000℃のガラスが用いられる。
【0018】
前記リードピン4は、ケース2と同様にコバール等によって形成され、上端部が前記封着用ガラス3を貫通してケース2の上方に突出し、下端部が同じく封着用ガラス3を貫通し、かつ配管12の孔14から外部に突出し、図示しない外部コードに接続される。
【0019】
前記台座5は、コバールに比べて熱容量および熱伝導率が小さく、かつ融点が前記封着用ガラス3の融点より高い材料(例えば、融点2000℃のガラスセラミックス)によって前記流量検出素子6と略同一の大きさからなる微小な角柱状(またはチップ状)に形成され、ケース2の中心線上に位置するように下端部が前記封着用ガラス3に封着され、上端部が封着用ガラス3の上方に突出している。また、台座5の上面には、流路用溝15と4つの凸部16が設けられ、これらの凸部16の上面が前記流量検出素子6の固着面16aを形成している。すなわち、流量検出素子6は、凸部16の上面に固着されるものである。凸部16は、すべて同一高さで、固着面16aが台座5の軸線に対して略垂直な平坦面に形成されている。
【0020】
前記流路用溝15は、台座5の4つの辺の中央に開放するように十字状に形成され、この溝部以外の部分が前記凸部16を構成し、台座5の上面の四隅部にそれぞれ位置している。
【0021】
前記台座5の表面に形成される流路用溝としては、図3に示した十字状の通路用溝15に限らず、図4に示すように台座5の上面に対角線方向に形成した直線状の通路用溝20であってもよい。すなわち、図4に示した直線状の流路用溝20は、台座5の一方の対角線上の角部に開放するように形成した溝で、流体11の流れ方向と直交する対角線上の角部に三角柱からなる未加工部分をそれぞれ残し、これらの未加工部分を流量検出素子6が設置される凸部21としている。
【0022】
このような台座5は、1辺の長さLが約1.5mm、高さHが約1〜2mm程度で、前記ケース2の高さ(3.6mm程度)より低い。凸部16の高さ(=流路用溝15の深さ)H1 は約0.7mm、凸部16の一辺の長さL1 は0.3mm程度とされる。
【0023】
台座5の製作に際しては、1つずつ製作することも可能ではあるが、それでは通路用溝15(20)の加工が面倒で製造コストが高くなることから、1枚の大きな素材を半導体チップの製造と同様に小さくダイシングすることにより複数個の台座5を同時に形成するようにするとよい。
【0024】
図3において、前記流量検出素子6は、前記台座5上に載置され接着剤によって固着されるシリコン基板31を有している。シリコン基板31は、1辺の長さが1.7mm程度、厚さが0.5mm程度の正方形のチップ状に形成され、中央部分を下面中央部のエッチングによって薄肉化することによりダイアフラム32を形成し、またこのダイアフラム32の上面には傍熱型の温度検出手段33を構成する1つの発熱体(抵抗ヒータ)34と、2つの温度センサ35A,35Bが周知の薄膜成形技術によって形成されている。さらに、シリコン基板31の上面外周部には、複数の電極パッド36と配線用金属薄膜37が薄膜成形技術により前記発熱体34、温度センサ35A,35Bの形成と同時に形成されている。例えば、白金等の材料をシリコン基板31の表面に形成した電気絶縁膜の表面に蒸着し、所定のパターンにエッチングすることにより形成され、発熱体34と温度センサ35A,35Bが電極パッド36に配線用金属薄膜37を介してそれぞれ電気的に接続されている。また、各電極パッド36は、前記リードピン4にボンディングワイヤ38(図2)を介して電気的に接続されている。
【0025】
前記2つの温度センサ35A,35Bは、発熱体34を挟んで流体11の上流側と下流側にそれぞれ配列されている。発熱体34のパターン幅は10〜15μm、温度センサ35A,35Bのパターン幅は5〜10μmである。
【0026】
このような流量検出素子6を備えたフローセンサ1は、配管12内に流量検出素子6の上面が流体11の流れ方向(矢印方向)と平行になるように取付けられる。また、取付けに際しては、流体11の流れを乱さないようにするために流路用溝15(または20)が流体11の流れ方向と一致するように取付ける。図3に示した十字状の流路用溝15の場合は、流量検出素子6の2つの対角線のうちのいずれか一方が流体11の流れ方向と平行になるように、言い換えれば流路用溝15が流体11の流れ方向に対して略45°の角度で交差するように、配管12内に取付けることが望ましい。
【0027】
このような構造からなるフローセンサ1において、通電によって発熱体34を周囲温度よりもある一定の高い温度に加熱した状態で流体11を図3の矢印方向に流すと、発熱体34の上流側温度センサ35Aと下流側温度センサ35Bの間に温度差が生じるので、図5に示すようなブリッジ回路によってその電圧差または抵抗値差を検出することにより、流体11の流速または流量を計測する。
【0028】
ここで、図5に示す回路は2つの温度センサ35A,35Bを含むブリッジ回路を用いて電圧出力を供給するものである。この場合、2つの温度センサ35A,35Bを用いているので、その温度差により流体11の流れの方向をも検出することができる。なお、R1 ,R2 は抵抗、OPはオペアンプである。
【0029】
図6に上記構造からなるフローセンサ1の製作手順を示す。
フローセンサ1の製作は、図6(a)に示す焼成用治具60を用いて行なう。焼成用治具60は、ケース2が嵌合し得る多数の穴62を有する第1の治具61と、リードピン4が貫通する多数のピン用穴64を有する第2の治具63と、台座5の上端部が嵌合し得る多数の穴66を有する第3の治具65とで構成されている。
【0030】
先ず、リードピン4を第2の治具のピン用穴64に挿通して第1の治具61を第2の治具63の上に位置決めして載置し、各リードピン4の上端部を第1の治具61の穴2内に位置させる(図6(b))。次に、第1の治具61の穴62に封着用ガラス体67をはめ込み、この封着用ガラス体67に設けられている挿通孔に前記リードピン4の上端部を挿入する。封着用ガラス体67は、粉末のガラスをプレスで成形して仮焼成することにより、所要の大きさの形状に形成されたものである(図6(c))。
【0031】
次に、第1の治具の穴62にケース2を挿入し、封着用ガラス体67に嵌合する(図6(d))。次に、第3の治具65の穴66に台座5の上端部を嵌合して下端部を下方に突出させる。そして、第3の治具65を第1の治具61の上に位置決めして重ね合わせ、台座5の下端部を封着用ガラス体67の中央に設けた穴68に差し込む(図6(e))。
【0032】
次いで、重ね合わされた第1、第2、第3の治具61,63,65を焼成炉に入れて封着用ガラス体67を台座5の融点より低い温度(例:約1000℃)で一定時間加熱溶融することにより、図2に示した封着用ガラス3とし、リードピン4と台座5をケース2内に封着する。このとき、台座5は封着用ガラス3より融点が高い材料で形成されているので、軟化または溶けて形状が変化するおそれはない。しかる後、焼成用治具60を焼成炉から取り出して第1、第2、第3の治具61,63,65を分離すると、リードピン4と台座5が封着用ガラス3によってケース2内に封着された半製品が得られる。
【0033】
次に、台座5の凸部16の固着面16aに流量検出素子6を載置してボンディング剤により固着し、リードピン4と流量検出素子6の電極パッド36をボンディングワイヤ38によって電気的に接続し、もってフローセンサ1の製作を終了する。
【0034】
上記した構造からなるフローセンサ1は、台座5を封着用ガラス3より融点が高いガラス、セラミックス等によって形成し、封着用ガラス3によってケース2と台座5を封着しているので、コバール等の金属製の台座に比べて熱容量、熱伝導率が小さく、外部環境の温度が変化しても台座5の温度変化が少なく、流量検出素子6に対する熱的影響を少なくすることができる。また、台座5は上端部がケース2の上方に突出して流体11中に位置し、下端部が封着用ガラス3内に位置して配管12の外部に突出していないので、外部環境の温度変化を受け難く、流量検出素子6への熱的影響をより一層緩和または遮断する。したがって、流体11の温度が変化したとき、台座5の温度も速やかに変化して流体の温度と等しくなる。また、流量検出素子6は、上面のみならず下面も流体11に接しているので、流体11との接触面積が大きく、流体11の温度と等しい温度を保持する。さらに、台座5は流体11が流入、通過する流路用溝15(20)を有しているので、台座5によって流体11の流れに乱れが生じたり、渦が発生したりすることがなく、精度の高い測定を行うことができる。
【0035】
なお、上記した実施の形態においては、発熱体34から出た熱による流体11の空間的温度分布に流れによって偏りを生じさせ、これを温度センサ35A,35Bで検出する傍熱型のセンサを示したが、これに限らず流体11により発熱体34の熱が奪われることによる電力の変化や抵抗の変化を検出し、流量または流速を検出する自己発熱型のセンサを用いてもよい。また、温度センサは2つに限らず、1つであってもよい。要するに、流量検出素子7としては、流量または流速を計測し得るものであれば如何なるものであってもよい。
【0036】
また、上記した実施の形態においては、台座5を角柱状に形成した例を示したが、これに限らず円柱状のものであってよい。
【0037】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るフローセンサは、ガラス、セラミック等からなる台座をケース内に封着用ガラスによって良好に封着することができ、また台座は金属製台座に比べて熱容量、熱伝導率が小さいので、外部の温度変化による流量検出素子に対する熱的影響を軽減することができ、測定精度を向上させることができる。
【0038】
また、台座の流量検出素子が設置される面に流路用溝を設けた発明においては、台座と流量検出素子との接触面積が小さく、流量検出素子と流体との接触面積が増大することから、流体の温度が急激に変化したときでも流量検出素子の温度が流体の温度に追従して変化し、速やかに流体の温度と等しくすることができる。さらに、流路用溝は台座による流体の流れの乱れを少なくするので、流量検出素子の周囲に渦が発生せず、より一層精度の高い測定を行うことができ、フローセンサの測定精度を向上させることができる。
【0039】
さらに、台座の下端部を封着用ガラス内に位置させ、外部に突出させないように構成した発明においては、外部の温度変化を直接受けないため、流量検素子に対する熱的影響を一層緩和または軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係るフローセンサの一実施の形態を示す外観斜視図である。
【図2】 同フローセンサの断面図である。
【図3】 流量検出素子と台座の斜視図である。
【図4】 台座の他の実施の形態を示す斜視図である。
【図5】 流量検出素子の電気回路図である。
【図6】 (a)〜(e)はフローセンサの製作手順を説明するための図である。
【符号の説明】
1…フローセンサ、2…ケース、3…封着用ガラス、4…リードピン、5…台座、6…流量検出素子、11…流体、15…流路用溝、16…凸部、20…流路用溝、21…凸部。
[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a thermal type flow sensor for measuring a flow rate or a flow rate of a fluid, and more particularly to a mounting structure for a flow rate detection element.
[0002]
[Prior art]
Various types of thermal flow sensors for measuring the flow rate and flow velocity of fluids have been proposed in the past (eg, Japanese Patent Laid-Open No. 4-295724, Japanese Patent Publication No. 6-25684, Japanese Patent Laid-Open No. 8-146026, etc.) ).
[0003]
This type of flow sensor is generally configured by fixing a chip-shaped flow rate detection element equipped with a temperature detection means to the fixing surface (upper surface) of the pedestal. Installed and used horizontally. The installation is used in a horizontal state in order to prevent a vortex from being generated in the vicinity of the flow rate detecting element (when the vortex is generated, the measurement accuracy decreases).
[0004]
As a material for the pedestal, a metal pedestal is used because a sensor having a melting point higher than that of the sealing glass is required in a sensor of a type in which the pedestal is sealed with sealing glass in the case. This also ensures a horizontal installation of the flow rate detecting element. As a material for the metal pedestal, Kovar (alloy of 54% Fe, 29% Ni, 17% Co) having a thermal expansion coefficient close to that of glass or ceramic is usually used.
[0005]
As a method of attaching the flow rate detecting element to the fixing surface of the pedestal, the element is usually fixed to the fixing surface with an adhesive. At this time, if the adhesive adheres to the surface of the flow rate detecting element, the element becomes defective. In addition, if the temperature of the external environment changes regardless of whether the adhesive is good or bad, stress is generated at the corners of the flow rate detection element due to the difference in the thermal expansion coefficient between the pedestal and the flow rate detection element. The electrical characteristics of the are deteriorated.
[0006]
Therefore, as one method for solving such a problem, the attachment structure described in, for example, Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-18029 is used for preventing adhesion of an adhesive, and for example, the practical use of Japanese Unexamined A mounting structure described in Japanese Patent Laid-Open No. 5-18030 is known. That is, in the mounting structure described in Japanese Utility Model Publication No. 5-18029, a protrusion is provided in a fixing area of a component such as a semiconductor bare chip, and the upper surface of the protrusion is used as a fixing surface of the component. The shape of the upper surface is made substantially the same as the fixing surface of the component, and the component is fixed to the upper surface of the protrusion with an adhesive. According to such an attachment structure, since the adhesive flowing out between the protrusion and the part flows down along the side surface of the protrusion, there is an advantage that adhesion to the surface of the part can be prevented.
[0007]
On the other hand, in the mounting structure described in the Japanese Utility Model Laid-Open No. 5-18030, the fixing surface with a component such as a semiconductor bare chip is formed so as to avoid the corner portion of the component, and the component is fixed to the fixing surface. Is. That is, the fixing surface is formed to be smaller than the component so that the corner portion of the component is not fixed to the fixing surface. According to such a mounting structure, when the temperature of the external environment changes, the stress generated in the component due to the difference in thermal expansion coefficient is dispersed, and there is an advantage that stress concentration at the corner portion can be prevented.
[0008]
[Problems to be solved by the invention]
As described above, conventionally, the fixing surface of the pedestal is formed on a flat surface substantially the same as or slightly smaller than the component, and the component is in close contact with the fixing surface and fixed with an adhesive. However, such a mounting structure has a problem in that since the bonding area between the fixing surface and the part is large, it is easily affected by heat from the pedestal and high-precision measurement cannot be performed. That is, if the temperature of the pedestal changes with the temperature change of the external environment, the temperature of the flow rate detection element also changes due to heat conduction, which differs from the actual temperature of the fluid, and as a result, the resistance value of the temperature detection means detects the flow rate. This is because the temperature changes with the temperature of the element itself and an error occurs in the flow rate measurement value. In particular, in the case of a flow sensor that uses a metal base made of Kovar and is sealed with sealing glass, the heat capacity and thermal conductivity of the base are larger than those of glass, ceramics, etc. It takes time for the temperature of the flow rate detecting element and the pedestal to become equal to the temperature of the fluid when the temperature of the fluid changes easily.
[0009]
In addition, when the fluid hits the pedestal, the flow is disturbed and a vortex is generated in the vicinity of the flow rate detecting element, which makes it impossible to perform accurate measurement.
[0010]
The present invention has been made to solve the above-described conventional problems. The object of the present invention is to reduce or block the thermal influence from the pedestal and prevent the generation of vortices with a relatively simple structure. An object of the present invention is to provide a flow sensor that can perform measurement with high accuracy.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, a first invention provides a flow rate detecting element provided with temperature detecting means for detecting the temperature of a fluid, a pedestal on which the flow rate detecting element is mounted, and sealing the pedestal in a case. In the flow sensor provided with the sealing glass, the pedestal is formed of glass, ceramics or the like having a melting point higher than that of the sealing glass, and an upper end portion of the pedestal is protruded from the sealing glass and the flow rate on the upper surface. The detection element is fixed.
In the first invention, the pedestal formed of glass or ceramics has a smaller heat capacity and thermal conductivity than Kovar, and reduces the thermal influence on the flow rate detection element from the pedestal due to temperature changes in the external environment. When the temperature of the fluid changes, the temperature of the pedestal also changes and quickly becomes equal to the temperature of the fluid.
[0012]
According to a second invention, in the first invention, a channel groove is formed along the fluid flow direction on the upper surface of the pedestal where the flow rate detecting element is fixed.
In the second aspect of the present invention, the flow path groove reduces fluid disturbance due to the pedestal as the fluid passes through. Therefore, the generation of vortices is small. Further, the contact area between the pedestal and the flow rate detection element is reduced, and the contact area between the flow rate detection element and the fluid is increased.
[0013]
According to a third invention, in the first or second invention, the lower end of the pedestal is located in the sealing glass and does not protrude to the outside.
In 3rd invention, since the lower end part is located in the glass for sealing, a base is hard to receive the temperature change of an external environment.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail based on embodiments shown in the drawings.
FIG. 1 is an external perspective view showing an embodiment of a flow sensor according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view of the flow sensor, and FIG. 3 is a perspective view of a flow rate detecting element and a pedestal.
[0015]
In these drawings, a flow sensor generally indicated by reference numeral 1 includes a plurality of lead pins 4 and a pedestal 5 sealed in a case 2 by a sealing glass 3, and an upper surface protruding from the sealing glass 3 of the pedestal 5. The flow rate detecting element 6 and the like are fixed to each other.
[0016]
The case 2 is formed in a cylindrical body whose both ends are opened by a metal having a small coefficient of thermal expansion, such as Kovar, and a flange 10 with protrusions 9 is integrally provided on the outer peripheral surface of the base end portion. 11 is in close contact with the inner wall of the pipe 12 through which the pipe 11 flows, and is fixed by screws, an adhesive, welding, or the like.
[0017]
The sealing glass 3 is sealed over the entire inside of the case 2. As the sealing glass 3, for example, glass having a melting point of 1000 ° C. is used.
[0018]
The lead pin 4 is formed of Kovar or the like in the same manner as the case 2, the upper end portion projects through the sealing glass 3 and protrudes upward from the case 2, the lower end portion penetrates the sealing glass 3, and the pipe 12. It protrudes outside from the hole 14 and is connected to an external cord (not shown).
[0019]
The pedestal 5 is substantially the same as the flow rate detecting element 6 by a material (for example, glass ceramics having a melting point of 2000 ° C.) having a smaller heat capacity and thermal conductivity than Kovar and having a melting point higher than that of the sealing glass 3. It is formed in a small prismatic shape (or chip shape) having a size, and a lower end portion is sealed to the sealing glass 3 so as to be positioned on the center line of the case 2, and an upper end portion is located above the sealing glass 3. It protrudes. Further, the upper surface of the pedestal 5 is provided with a channel groove 15 and four convex portions 16, and the upper surface of these convex portions 16 forms a fixing surface 16 a of the flow rate detecting element 6. That is, the flow rate detection element 6 is fixed to the upper surface of the convex portion 16. The convex portions 16 are all the same height, and the fixing surface 16 a is formed on a flat surface substantially perpendicular to the axis of the pedestal 5.
[0020]
The flow channel groove 15 is formed in a cross shape so as to open to the center of the four sides of the pedestal 5, and the portions other than the groove portion constitute the convex portion 16, and are formed at the four corners on the upper surface of the pedestal 5, respectively. positioned.
[0021]
The channel grooves formed on the surface of the pedestal 5 are not limited to the cross-shaped passage grooves 15 shown in FIG. 3, but are linearly formed diagonally on the upper surface of the pedestal 5 as shown in FIG. The passage groove 20 may be used. That is, the linear flow channel groove 20 shown in FIG. 4 is a groove formed so as to open to one diagonal line of the pedestal 5, and is a diagonal line perpendicular to the flow direction of the fluid 11. The unprocessed portions made of triangular prisms are left, and these unprocessed portions serve as the convex portions 21 on which the flow rate detecting element 6 is installed.
[0022]
Such a pedestal 5 has a side length L of about 1.5 mm and a height H of about 1-2 mm, which is lower than the height of the case 2 (about 3.6 mm). The height (= depth of the channel groove 15) H1 of the convex portion 16 is about 0.7 mm, and the length L1 of one side of the convex portion 16 is about 0.3 mm.
[0023]
It is possible to manufacture the pedestal 5 one by one. However, since the processing of the groove 15 (20) for the passage is troublesome and the manufacturing cost is high, one large material is manufactured for manufacturing the semiconductor chip. It is preferable to form a plurality of pedestals 5 at the same time by dicing small like the above.
[0024]
In FIG. 3, the flow rate detecting element 6 has a silicon substrate 31 that is placed on the pedestal 5 and fixed by an adhesive. The silicon substrate 31 is formed in a square chip shape having a side length of about 1.7 mm and a thickness of about 0.5 mm, and a diaphragm 32 is formed by thinning the central portion by etching the central portion of the lower surface. Further, on the upper surface of the diaphragm 32, one heating element (resistive heater) 34 and two temperature sensors 35A, 35B constituting the indirectly heated type temperature detecting means 33 are formed by a well-known thin film forming technique. . Further, a plurality of electrode pads 36 and a wiring metal thin film 37 are formed on the outer peripheral portion of the upper surface of the silicon substrate 31 simultaneously with the formation of the heating element 34 and the temperature sensors 35A and 35B by a thin film forming technique. For example, a material such as platinum is deposited on the surface of the electrical insulating film formed on the surface of the silicon substrate 31 and etched into a predetermined pattern. The heating element 34 and the temperature sensors 35A and 35B are wired to the electrode pad 36. The metal thin films 37 are electrically connected to each other. Each electrode pad 36 is electrically connected to the lead pin 4 through a bonding wire 38 (FIG. 2).
[0025]
The two temperature sensors 35A and 35B are arranged on the upstream side and the downstream side of the fluid 11 with the heating element 34 interposed therebetween. The pattern width of the heating element 34 is 10 to 15 μm, and the pattern width of the temperature sensors 35A and 35B is 5 to 10 μm.
[0026]
The flow sensor 1 having such a flow rate detection element 6 is attached in the pipe 12 so that the upper surface of the flow rate detection element 6 is parallel to the flow direction (arrow direction) of the fluid 11. In addition, in order to prevent the flow of the fluid 11 from being disturbed, the flow path groove 15 (or 20) is attached so as to coincide with the flow direction of the fluid 11. In the case of the cross-shaped channel groove 15 shown in FIG. 3, one of the two diagonal lines of the flow rate detection element 6 is parallel to the flow direction of the fluid 11, in other words, the channel groove. It is desirable to install in the pipe 12 so that 15 intersects with the flow direction of the fluid 11 at an angle of about 45 °.
[0027]
In the flow sensor 1 having such a structure, when the fluid 11 is flowed in the direction of the arrow in FIG. 3 while the heating element 34 is heated to a certain higher temperature than the ambient temperature by energization, the upstream temperature of the heating element 34 is increased. Since a temperature difference is generated between the sensor 35A and the downstream temperature sensor 35B, the flow rate or flow rate of the fluid 11 is measured by detecting the voltage difference or resistance value difference using a bridge circuit as shown in FIG.
[0028]
Here, the circuit shown in FIG. 5 supplies a voltage output using a bridge circuit including two temperature sensors 35A and 35B. In this case, since the two temperature sensors 35A and 35B are used, the flow direction of the fluid 11 can also be detected by the temperature difference. R1 and R2 are resistors, and OP is an operational amplifier.
[0029]
FIG. 6 shows a manufacturing procedure of the flow sensor 1 having the above structure.
The flow sensor 1 is manufactured using a firing jig 60 shown in FIG. The firing jig 60 includes a first jig 61 having a large number of holes 62 into which the case 2 can be fitted, a second jig 63 having a large number of pin holes 64 through which the lead pins 4 pass, and a pedestal. And a third jig 65 having a large number of holes 66 into which the upper end portions of 5 can be fitted.
[0030]
First, the lead pin 4 is inserted into the pin hole 64 of the second jig, the first jig 61 is positioned and placed on the second jig 63, and the upper end portion of each lead pin 4 is placed on the second jig 63. 1 is positioned in the hole 2 of the jig 61 (FIG. 6B). Next, the sealing glass body 67 is fitted into the hole 62 of the first jig 61, and the upper end portion of the lead pin 4 is inserted into the insertion hole provided in the sealing glass body 67. The glass body 67 for sealing is formed into a shape of a required size by molding powder glass with a press and pre-baking (FIG. 6C).
[0031]
Next, the case 2 is inserted into the hole 62 of the first jig and fitted into the sealing glass body 67 (FIG. 6D). Next, the upper end portion of the base 5 is fitted into the hole 66 of the third jig 65 so that the lower end portion protrudes downward. And the 3rd jig | tool 65 is positioned and overlapped on the 1st jig | tool 61, and the lower end part of the base 5 is inserted in the hole 68 provided in the center of the sealing glass body 67 (FIG.6 (e)). ).
[0032]
Next, the superimposed first, second, and third jigs 61, 63, and 65 are placed in a firing furnace, and the sealing glass body 67 is fixed at a temperature lower than the melting point of the base 5 (eg, about 1000 ° C.) for a certain period of time. By melting by heating, the sealing glass 3 shown in FIG. 2 is obtained, and the lead pins 4 and the pedestal 5 are sealed in the case 2. At this time, since the pedestal 5 is formed of a material having a melting point higher than that of the sealing glass 3, there is no possibility that the shape changes due to softening or melting. Thereafter, when the firing jig 60 is removed from the firing furnace and the first, second, and third jigs 61, 63, 65 are separated, the lead pin 4 and the base 5 are sealed in the case 2 by the sealing glass 3. A worn semi-finished product is obtained.
[0033]
Next, the flow rate detecting element 6 is placed on the fixing surface 16a of the convex portion 16 of the base 5 and fixed with a bonding agent, and the lead pin 4 and the electrode pad 36 of the flow rate detecting element 6 are electrically connected by a bonding wire 38. Thus, the production of the flow sensor 1 is finished.
[0034]
In the flow sensor 1 having the above structure, the pedestal 5 is formed of glass, ceramics, or the like having a higher melting point than the sealing glass 3, and the case 2 and the pedestal 5 are sealed by the sealing glass 3. Compared to a metal pedestal, the heat capacity and thermal conductivity are small. Even if the temperature of the external environment changes, the temperature change of the pedestal 5 is small, and the thermal influence on the flow rate detecting element 6 can be reduced. In addition, the pedestal 5 has an upper end protruding above the case 2 and positioned in the fluid 11, and a lower end positioned in the sealing glass 3 and does not protrude outside the pipe 12. It is difficult to receive, and the thermal influence on the flow rate detecting element 6 is further reduced or blocked. Therefore, when the temperature of the fluid 11 changes, the temperature of the pedestal 5 also changes quickly and becomes equal to the temperature of the fluid. In addition, since the flow rate detecting element 6 is in contact with the fluid 11 not only at the upper surface but also at the lower surface, the contact area with the fluid 11 is large and the temperature equal to the temperature of the fluid 11 is maintained. Furthermore, since the pedestal 5 has a channel groove 15 (20) through which the fluid 11 flows in and passes, the pedestal 5 does not disturb the flow of the fluid 11 or generate a vortex. Highly accurate measurement can be performed.
[0035]
In the embodiment described above, an indirectly heated sensor is shown in which the spatial temperature distribution of the fluid 11 caused by the heat from the heating element 34 is biased by the flow, and this is detected by the temperature sensors 35A and 35B. However, the present invention is not limited to this, and a self-heating type sensor that detects a change in electric power or a change in resistance due to the heat 11 deprived of heat by the fluid 11 and detects a flow rate or a flow rate may be used. Further, the number of temperature sensors is not limited to two, and may be one. In short, the flow rate detecting element 7 may be any device as long as it can measure the flow rate or the flow velocity.
[0036]
Further, in the above-described embodiment, an example in which the pedestal 5 is formed in a prismatic shape has been shown.
[0037]
【The invention's effect】
As described above, the flow sensor according to the present invention can satisfactorily seal a pedestal made of glass, ceramic or the like with sealing glass in the case, and the pedestal has a heat capacity and heat conduction compared to a metal pedestal. Since the rate is small, the thermal influence on the flow rate detection element due to an external temperature change can be reduced, and the measurement accuracy can be improved.
[0038]
Further, in the invention in which the channel groove is provided on the surface on which the flow rate detection element of the pedestal is installed, the contact area between the pedestal and the flow rate detection element is small, and the contact area between the flow rate detection element and the fluid is increased. Even when the temperature of the fluid changes abruptly, the temperature of the flow rate detecting element changes following the temperature of the fluid, and can be quickly made equal to the temperature of the fluid. In addition, the flow channel groove reduces the disturbance of the fluid flow caused by the pedestal, so there is no vortex around the flow rate detection element, making it possible to perform more accurate measurements and improving the measurement accuracy of the flow sensor. Can be made.
[0039]
Furthermore, in the invention configured such that the lower end portion of the pedestal is positioned in the sealing glass and is not protruded to the outside, since the external temperature change is not directly received, the thermal influence on the flow rate detecting element is further reduced or reduced. be able to.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is an external perspective view showing an embodiment of a flow sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of the flow sensor.
FIG. 3 is a perspective view of a flow rate detecting element and a pedestal.
FIG. 4 is a perspective view showing another embodiment of a pedestal.
FIG. 5 is an electric circuit diagram of a flow rate detection element.
FIGS. 6A to 6E are diagrams for explaining a flow sensor manufacturing procedure; FIGS.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Flow sensor, 2 ... Case, 3 ... Sealing glass, 4 ... Lead pin, 5 ... Base, 6 ... Flow rate detection element, 11 ... Fluid, 15 ... Channel groove, 16 ... Convex part, 20 ... For channel Groove, 21 ... convex portion.

Claims (3)

流体の温度を検出する温度検出手段が設けられた流量検出素子と、この流量検出素子が装着される台座と、この台座をケース内に封着する封着用ガラスとを備えたフローセンサにおいて、
前記台座を前記封着用ガラスより融点の高いガラス、セラミックス等によって形成し、この台座の上端部を前記封着用ガラスから突出させてその上面に前記流量検出素子を固着したことを特徴とするフローセンサ。
In a flow sensor comprising a flow rate detection element provided with temperature detection means for detecting the temperature of the fluid, a pedestal on which the flow rate detection element is mounted, and a sealing glass for sealing the pedestal in a case,
A flow sensor characterized in that the pedestal is formed of glass, ceramics or the like having a melting point higher than that of the sealing glass, and an upper end portion of the pedestal is protruded from the sealing glass and the flow rate detecting element is fixed to the upper surface thereof. .
請求項1記載のフローセンサにおいて、
台座の流量検出素子が固着されている上面に流路用溝を流体の流れ方向に沿って形成したことを特徴とするフローセンサ。
The flow sensor according to claim 1,
A flow sensor characterized in that a flow path groove is formed along a fluid flow direction on an upper surface to which a flow rate detection element of a base is fixed.
請求項1または2記載のフローセンサにおいて、
台座の下端部が封着用ガラス内に位置し、外部に突出していないことを特徴とするフローセンサ。
The flow sensor according to claim 1 or 2,
A flow sensor characterized in that the lower end of the pedestal is located in the sealing glass and does not protrude outside.
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