JP5206429B2

JP5206429B2 - 流量センサ

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Publication number: JP5206429B2
Application number: JP2009003297A
Authority: JP
Inventors: 幹生杉木; 隆重齋藤; 本田　　匡宏; 利彦高畑
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2009-01-09
Filing date: 2009-01-09
Publication date: 2013-06-12
Anticipated expiration: 2029-01-09
Also published as: JP2010160092A

Description

本発明は、流体の流量を検出するためのセンサチップを備えた流量センサに関する。

従来より、エアー等の流体の流量を検出する流量センサが、特許文献１で提案されている。特許文献１では、リードフレームの上に信号処理等を行う回路チップが実装され、該リードフレームがモールド樹脂で封止されており、センサチップの一部がモールド樹脂に封止されて片持ちされた流量センサが提案されている。この流量センサにおいては、モールド樹脂の側面から突出したセンサチップの裏面が、モールド樹脂の側面から突出した羽部（第２の支持体）に実装された状態になっている。

上記流量センサに対し、リードフレームの上に接着剤を介してセンサチップを固定し、センサチップの裏面を羽部に対向させた構造も広く知られている。これによると、センサチップは、羽部に対して一定の距離だけ離されて対向配置され、センサチップが接着剤とモールド樹脂とにより片持ちされた構造になっている。

このような流量センサにおいては、エアーの乱流を防ぐため、およびモールド樹脂が周囲のエアーと温度差を持たないようにするために、羽部はモールド樹脂よりも薄くなっている。すなわち、モールド樹脂および羽部の肉厚は、モールド樹脂と羽部との接合位置で変化している。

特開２００６−９０８８９号公報

しかしながら、上記従来の技術では、モールド樹脂に対して羽部が薄いため、羽部がエアー等の流体を受けることによって、羽部とモールド樹脂との接合部を支点に羽部が板バネのようにたわむ。このため、モールド樹脂と羽部との接合部に応力が集中し、該応力がセンサチップとリードフレームとの接合部に伝達してしまう。これにより、センサチップが接着剤から剥がれ、センサチップの特性が変動してしまうという問題がある。

そこで、特開２００５−３９２６０号公報に示された配線を波形形状にすることで応力緩和を行う手法を採用することが考えられる。しかし、接着剤を変形させると、モールド樹脂や羽部に対するセンサチップの相対位置が変化してしまい、さらにセンサチップの検出感度が変化してしまい、好ましくない。

本発明は、上記点に鑑み、モールド樹脂の本体部と羽部との接合部における応力の集中を低減することができる流量センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、リードフレーム（１０）と、表面（３２）および該表面（３２）の反対側の裏面（３３）を有し、表面（３２）側に流体の流量を検出するセンシング部（３１）が設けられたセンサチップ（３０）と、センサチップ（３０）の裏面（３３）の一部が接着剤（６０）を介してリードフレーム（１０）に固定されると共にセンサチップ（３０）のセンシング部（３１）が露出するように、センサチップ（３０）、接着剤（６０）、およびリードフレーム（１０）を封止したモールド樹脂（５０）とを備え、モールド樹脂（５０）は、リードフレーム（１０）と接着剤（６０）とセンサチップ（３０）とが積層されたものの一部が側面（５４）から露出するように、リードフレーム（１０）の一部、接着剤（６０）の一部、およびセンサチップ（３０）の一部を封止した本体部（５１）と、本体部（５１）よりも薄く、本体部（５１）の側面（５４）に一体化され、本体部（５１）の側面（５４）から露出したセンサチップ（３０）の裏面（３３）に対向配置された羽部（５２）と、羽部（５２）においてセンサチップ（３０）の裏面（３３）に対向配置された一面（５２ｂ）とは反対側の他面（５２ｃ）のうち接着剤（６０）が投影された部位に一体化されると共に、本体部（５１）の側面（５４）のうち羽部（５２）の他面（５２ｃ）側の部位に一体化された応力緩和部（５３）とを備えていることを特徴とする。

これによると、応力緩和部（５３）により、本体部（５１）に対する羽部（５２）の他面（５２ｃ）側の肉厚変化点が羽部（５２）の一面（５２ｂ）側の肉厚変化点よりもセンサチップ（３０）のセンシング部（３１）側に位置するので、本体部（５１）の厚さの変化点と羽部（５２）の厚さとの変化点とを異ならせることができる。すなわち、羽部（５２）の他面（５２ｃ）における本体部（５１）側の肉厚を応力緩和部（５３）の厚さの分だけ厚くすることができるので、本体部（５１）と羽部（５２）との接合部を支点にして羽部（５２）をたわみにくくすることができる。したがって、本体部（５１）と羽部（５２）との接合部に集中する応力を低減することができる。

さらに、請求項１に記載の発明では、応力緩和部（５３）のうちセンサチップ（３０）のセンシング部（３１）側の端部（５３ａ）は、接着剤（６０）のうちセンサチップ（３０）のセンシング部（３１）側の端部（６１）よりもセンシング部（３１）側に位置し、かつ、センサチップ（３０）のセンシング部（３１）よりも接着剤（６０）側に位置していることを特徴とする。

これにより、羽部（５２）のうち流体を受ける部分を薄く維持することができるので、羽部（５２）の流体に対する温度追従性を確保でき、流体の乱流を防止することができる。また、本体部（５１）と羽部（５２）との接合部を厚くすることができるので、該接合部の強度を確保することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態に係る流量センサの全体斜視図である。図１のＡ−Ａ’断面図である。流量センサの平面図である。（ａ）は本発明の第２実施形態に係る流量センサの平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態で示される流量センサは、例えば車両のエンジンへの吸気やエンジンからの排気の流量を検出する際に用いられるものである。

図１は、本実施形態に係る流量センサの全体斜視図である。また、図２は、図１のＡ−Ａ’断面図である。以下、図１および図２を参照して、流量センサの構成について説明する。

図１および図２に示されるように、流量センサは、リードフレーム１０と、リード端子２０と、センサチップ３０と、回路チップ４０と、モールド樹脂５０とを備えている。

リードフレーム１０は、回路チップ４０や図示しない電子部品等が実装されるものである。また、リード端子２０は、流量センサと外部とを電気的に接続するための端子である。これらリードフレーム１０およびリード端子２０は、例えば銅合金のリードフレーム素材がプレス加工やエッチング加工されて形成されたものである。そして、リードフレーム１０は当該リードフレーム素材のアイランドとして構成され、リード端子２０は外部との電気的接続のための配線として構成されたものである。

センサチップ３０は、気体や液体等の流体の流量を検出するためのセンシング部３１を有するものである。このセンシング部３１はセンサチップ３０の表面３２側に設けられている。また、センシング部３１にはヒータ抵抗を含んだブリッジ回路が形成されており、該ブリッジ回路の出力が一定になるようにヒータ抵抗の発熱が制御される。センサチップ３０としては、例えばシリコン基板が採用される。

本実施形態では、センシング部３１がＭＥＭＳ技術により形成されたものが採用される。具体的には、センサチップ３０の裏面３３側の一部がエッチングされることにより形成された薄肉部３４を有している。この薄肉部３４に図示しないヒータ抵抗が形成されている。また、薄肉部３４にはヒータ抵抗とは別に抵抗体が形成され、シリコン基板の一部にも抵抗体が形成されている。そして、ヒータ抵抗および抵抗体でブリッジ回路が構成されている。センサチップ３０において、ブリッジ回路が形成された部位がセンシング部３１に該当する。

また、センサチップ３０の裏面３３の一部がシート状の接着剤６０を介してリードフレーム１０に固定されている。これにより、センサチップ３０が接着剤６０を介してリードフレーム１０に片持ちされた状態になる。接着剤６０としては、例えば、接着性を有する非導電性樹脂層としてのＮＣＦ（ＮｏｎＣｏｎｄｕｃｔｉｖｅＦｉｌｍ）が採用される。

回路チップ４０は、センサチップ３０から出力される検出信号の信号処理を行うための各種回路が形成されたものである。また、回路チップ４０は、センサチップ３０のセンシング部３１に形成されたヒータ抵抗の加熱制御等も行う。この回路チップ４０は、接着剤４１によりリードフレーム１０に固定され、ワイヤ４２を介してセンサチップ３０と電気的に接続されている。また、回路チップ４０はリード端子２０にも接続されている。これにより、回路チップ４０と外部とが電気的に接続されている。

モールド樹脂５０は、センサチップ３０のセンシング部３１が露出するように、センサチップ３０、接着剤６０、リードフレーム１０、およびセンサチップ３０と回路チップ４０とを接続するワイヤ４２等を封止した樹脂部材である。モールド樹脂５０として、例えばエポキシ系樹脂が採用される。

このようなモールド樹脂５０は、本体部５１と、羽部５２と、応力緩和部５３とを備えて構成されている。

本体部５１は、リードフレーム１０と接着剤６０とセンサチップ３０とが積層されたものの一部が該本体部５１の側面５４から露出するように、リードフレーム１０の一部、接着剤６０の一部、およびセンサチップ３０の一部を封止したものである。この本体部５１は、母材５１ａと低粘度封止材５１ｂとにより構成されている。

母材５１ａは、板状の樹脂部材に凹部５１ｃが設けられたものである。母材５１ａとしては、例えばエポキシ系樹脂が採用される。この凹部５１ｃの底面にリードフレーム１０が露出するように該リードフレーム１０が母材５１ａに封止されている。

低粘度封止材５１ｂは、母材５１ａの凹部５１ｃにポッティングされることで、母材５１ａの凹部５１ｃに配置された回路チップ４０、ワイヤ４２、リードフレーム１０の一部、接着剤６０の一部、センサチップ３０の一部を封止するものである。これにより、母材５１ａと低粘度封止材５１ｂとが一体化されている。このような低粘度封止材５１ｂとしては、例えばエポキシ系樹脂が採用される。

上記の低粘度封止材５１ｂは、センサチップ３０の表面３２に設けられた高粘度封止材７０によってせき止められている。これにより、低粘度封止材５１ｂがセンサチップ３０のセンシング部３１にまで流れないようにしている。このような高粘度封止材７０としては、エポキシ系樹脂が採用される。

また、高粘度封止材７０は、低粘度封止材５１ｂの側面が母材５１ａの一側面に位置するようにセンサチップ３０の表面３２に配置され低粘度封止材５１ｂをせき止めている。つまり、母材５１ａの一側面と低粘度封止材５１ｂの側面の位置が一致している。したがって、上記の「本体部５１の側面５４」とは、母材５１ａの一側面および低粘度封止材５１ｂの側面により構成された側面である。

上記のように、リードフレーム１０と接着剤６０とセンサチップ３０とが積層されたものが本体部５１の母材５１ａと低粘度封止材５１ｂとにより封止されると、本体部５１の側面５４が、リードフレーム１０と接着剤６０とセンサチップ３０との積層部分にオーバーラップした状態となる。言い換えると、リードフレーム１０と接着剤６０とセンサチップ３０とが積層されたものの一部が本体部５１の側面５４から突出した状態となる。

羽部５２は本体部５１よりも薄い板状のものであり、本体部５１の側面５４に一体化されたものである。この羽部５２は羽形状をなしており、エアー等の流体が羽の面に沿って流れるようになっている。また、羽部５２には凹部５２ａが設けられており、該凹部５２ａ内に本体部５１の側面５４から露出したセンサチップ３０が配置されている。この場合、センサチップ３０の裏面３３は、凹部５２ａの底面である一面５２ｂに一定の距離だけ離されて対向配置されている。

応力緩和部５３は、本体部５１と羽部５２との接合部の強度を確保するためのものである。この応力緩和部５３は、羽部５２の一面５２ｂとは反対側の他面５２ｃに一体化されると共に、本体部５１の側面５４のうち羽部５２の他面５２ｃ側の部位に一体化されている。この場合、応力緩和部５３は、羽部５２の他面５２ｃのうち接着剤６０が投影された部位を含むように、羽部５２の他面５２ｃに一体化されている。

これによると、羽部５２の他面５２ｃ側においてモールド樹脂５０の肉厚が変化する位置は、応力緩和部５３のうちセンサチップ３０のセンシング部３１側の端部５３ａの位置となる。すなわち、羽部５２の他面５２ｃの平面方向において、羽部５２の他面５２ｃ側におけるモールド樹脂５０の肉厚変化点は応力緩和部５３の端部５３ａの位置となる。一方、羽部５２の一面５２ｂ側におけるモールド樹脂５０の肉厚変化点は本体部５１の側面５４の位置となる。

次に、羽部５２の他面５２ｃ側における応力緩和部５３の端部５３ａの位置について説明する。図３は、流量センサの平面図である。この図に示されるように、応力緩和部５３の端部５３ａは、接着剤６０のうちセンサチップ３０のセンシング部３１側の端部６１よりもセンシング部３１側に位置し、かつ、センサチップ３０のセンシング部３１よりも接着剤６０側に位置している。

応力緩和部５３の端部５３ａが接着剤６０の端部６１よりもセンシング部３１側に位置すると規定しているのは、羽部５２がたわんだときに、本体部５１と羽部５２との接合部に発生した応力が接着剤６０に伝わらないようにするためである。

すなわち、応力緩和部５３によって羽部５２が厚くなるので、該接合部の強度が向上する。羽部５２が厚くなるということは、剛性が高くなるという効果がある。このため、本体部５１と羽部５２との接合部を支点にして羽部５２がたわみにくくなり、該接合部に発生した応力が低減される。これにより、該接合部に発生した応力が接着剤６０に伝わりにくくなる。したがって、センサチップ３０が接着剤６０から剥がれてしまうことを防止できる。

また、応力緩和部５３の端部５３ａがセンサチップ３０のセンシング部３１よりも接着剤６０側に位置すると規定しているのは、センシング部３１が位置する羽部５２の肉厚が厚くならないようにするためである。

これにより、羽部５２の流体に対する温度追従性を確保でき、センシング部３１の流量検出に影響を及ぼさないようにすることができる。また、羽部５２のうちセンサチップ３０のセンシング部３１に対応した部分の肉厚を薄くできるので、流体の流れを阻害することがなく、流体の乱流を防止できる。

上記構造を有するモールド樹脂５０の本体部５１の母材５１ａ、羽部５２、および応力緩和部５３は、金型によって一体成形される。

以上が、本実施形態に係る流量センサの全体構成である。このような流量センサでは、センサチップ３０のセンシング部３１のヒータ抵抗が加熱された状態で、ヒータ抵抗の熱が流体の流れによって奪われたことにより変化したブリッジ回路の出力の変化に基づいて流体の流量が検出されるようになっている。そして、センサチップ３０から回路チップ４０に入力された検出信号が処理され、外部に出力されることとなる。

上記の流量センサは、以下のように製造される。まず、リードフレーム１０およびリード端子２０が型抜きされたフレームを用意する。そして、リードフレーム１０に接着剤６０を介してセンサチップ３０を固定し、回路チップ４０等の電子部品を実装する。また、センサチップ３０と回路チップ４０とをワイヤ４２で接続する。続いて、センサチップ３０等が実装されたフレームを金型に配置して樹脂を流し込むことにより、モールド樹脂５０のうちの母材５１ａ、羽部５２、および応力緩和部５３を一体成形する。この後、センサチップ３０の表面３２の所定の位置に高粘度封止材７０をポッティングし、さらに母材５１ａの凹部５２ａに低粘度封止材５１ｂをポッティングする。そして、フレームのうち不要な部分をカットすることで、図１〜図３に示された流量センサが完成する。

以上説明したように、本実施形態では、接着剤６０が羽部５２の他面５２ｃ側に投影された部位を含むように、羽部５２の他面５２ｃおよび本体部５１の側面５４に一体化された応力緩和部５３が設けられていることが特徴となっている。

これにより、本体部５１に対する羽部５２の他面５２ｃ側の肉厚変化点を羽部５２の一面５２ｂ側の肉厚変化点よりもセンサチップ３０のセンシング部３１側に位置させることができる。すなわち、羽部５２の他面５２ｃにおける本体部５１側の肉厚を応力緩和部５３の厚さの分だけ厚くすることができるので、モールド樹脂５０において応力緩和部５３が設けられた部分の剛性を高くすることができる。このため、本体部５１と羽部５２との接合部を支点にして羽部５２がたわみにくくなるので、本体部５１と羽部５２との接合部に集中する応力を低減することができる。

このように、本体部５１と羽部５２との接合部に集中する応力が低減されるため、該応力がセンサチップ３０を固定する接着剤６０に伝わりにくくなる。このため、該応力によってセンサチップ３０が接着剤６０から剥がれてしまうことを防止できる。

また、センサチップ３０から接着剤６０が剥がれることはないため、センサチップ３０が接着剤６０から剥がれて該センサチップ３０がモールド樹脂５０から受ける応力が変化することによりセンサチップ３０の特性が変化してしまうということもない。

また、本実施形態では、羽部５２の他面５２ｃに平行な面における応力緩和部５３の端部５３ａの位置を規定している。これにより、本体部５１と羽部５２との接合部の強度を確保しつつ、羽部５２を薄く保つことで流体の温度に追従すると共に流体の流れを阻害しないようにすることができる。

（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。図４（ａ）は本実施形態に係る流量センサの平面図であり、図４（ｂ）は図４（ａ）のＢ−Ｂ’断面図である。

図４（ａ）に示されるように、本実施形態では、羽部５２は、本体部５１の側面５４において羽部５２の他面５２ｃに平行な方向における側面５４の一端５４ａから他端５４ｂまで一体化されている。つまり、羽部５２は、本体部５１の側面５４の長手方向全体にわたって一体化されている。これにより、羽部５２の他面５２ｃに平行な方向に該羽部５２が長くなるので、羽部５２を横切る風の乱れが小さくなり、乱流を防止することができる。

また、応力緩和部５３は、羽部５２の他面５２ｃの全体に一体化されると共に、本体部５１の側面５４のうち羽部５２の他面５２ｃ側の部位に一体化されている。すなわち、羽部５２の一面５２ｂと他面５２ｃとの間の肉厚と応力緩和部５３の肉厚との和である羽部５２の肉厚が本体部５１の母材５１ａの肉厚と同じになる。つまり、羽部５２の肉厚が本体部５１の母材５１ａと同じ肉厚になる。このため、羽部５２の他面５２ｃ側でモールド樹脂５０の肉厚変化点がなくなり、羽部５２全体の剛性が向上するので本体部５１と羽部５２との接合部の強度が向上する。すなわち、本体部５１と羽部５２との接合部を支点として羽部５２がたわみにくくなり、該接合部に応力が集中しにくくなる。

以上のように、羽部５２を該羽部５２の一面５２ｂに平行な方向に広げて本体部５１の側面５４の一端５４ａから他端５４ｂにわたって一体化させることができる。さらに、羽部５２の他面５２ｃ全体に応力緩和部５３を設けることで、本体部５１と羽部５２との接合部の強度を向上させることができる。

（他の実施形態）
上記各実施形態では、モールド樹脂５０の本体部５１は母材５１ａと低粘度封止材５１ｂとで構成されたものが示されているが、本体部５１は一つの樹脂部材であっても良い。

第１実施形態では、応力緩和部５３は、羽部５２の他面５２ｃのうち接着剤６０が投影された部位を含むように、羽部５２の他面５２ｃおよび本体部５１の側面５４に一体化された構造が示されている。しかし、本体部５１と羽部５２との接合部に応力が発生し、該応力が接着剤６０に伝わって接着剤６０からセンサチップ３０が剥がれないようにするためには、少なくとも、モールド樹脂５０のうち接着剤６０が設けられた部分を厚くすることで羽部５２の強度を向上できれば良い。したがって、応力緩和部５３は、少なくとも、羽部５２の一面５２ｂとは反対側の他面５２ｃのうち接着剤６０が投影された部位に一体化されると共に、本体部５１の側面５４のうち羽部５２の他面５２ｃ側の部位に一体化されていれば良い。これにより、モールド樹脂５０において接着剤６０が設けられた部分の本体部５１と羽部５２との接合部の強度を向上させることができ、該接合部に集中する応力を低減することができる。

第１実施形態では、ブロック状の応力緩和部５３が本体部５１の側面５４と羽部５２の他面５２ｃとに一体化されているが、該応力緩和部５３の形状は他の形状でも良い。例えば、応力緩和部５３のうちセンサチップ３０のセンシング部３１側の角部が面取りされてテーパ状になっているものや、該角部に複数の段差が設けられて階段状になっているものでも良い。

第２実施形態では、図４（ｂ）において羽部５２の断面図が示されているが、該断面図は一例を示したものであり、他の断面形状になっていても良い。例えば、羽部５２のうち本体部５１の側面５４の一端５４ａ側や他端５４ｂ側が鋭く尖った形状になっていても良い。これにより、羽部５２の一面５２ｂに平行な方向における流体の流れが阻害されず、乱流の発生も防止できる。

１０リードフレーム
３０センサチップ
３１センシング部
３２センサチップの表面
３３センサチップの裏面
５０モールド樹脂
５１本体部
５２羽部
５２ｂ羽部の一面
５２ｃ羽部の他面
５３応力緩和部
５３ａ応力緩和部の端部
５４本体部の側面
５４ａ側面の一端
５４ｂ側面の他端
６０接着剤
６１接着剤の端部

Claims

リードフレーム（１０）と、
表面（３２）および該表面（３２）の反対側の裏面（３３）を有し、前記表面（３２）側に流体の流量を検出するセンシング部（３１）が設けられたセンサチップ（３０）と、
前記センサチップ（３０）の裏面（３３）の一部が接着剤（６０）を介して前記リードフレーム（１０）に固定されると共に前記センサチップ（３０）のセンシング部（３１）が露出するように、前記センサチップ（３０）、前記接着剤（６０）、および前記リードフレーム（１０）を封止したモールド樹脂（５０）とを備え、
前記モールド樹脂（５０）は、
前記リードフレーム（１０）と前記接着剤（６０）と前記センサチップ（３０）とが積層されたものの一部が側面（５４）から露出するように、前記リードフレーム（１０）の一部、前記接着剤（６０）の一部、および前記センサチップ（３０）の一部を封止した本体部（５１）と、
前記本体部（５１）よりも薄く、前記本体部（５１）の側面（５４）に一体化され、前記本体部（５１）の側面（５４）から露出した前記センサチップ（３０）の裏面（３３）に対向配置された羽部（５２）と、
前記羽部（５２）において前記センサチップ（３０）の裏面（３３）に対向配置された一面（５２ｂ）とは反対側の他面（５２ｃ）のうち前記接着剤（６０）が投影された部位に一体化されると共に、前記本体部（５１）の側面（５４）のうち前記羽部（５２）の他面（５２ｃ）側の部位に一体化された応力緩和部（５３）とを備えており、
前記応力緩和部（５３）のうち前記センサチップ（３０）のセンシング部（３１）側の端部（５３ａ）は、前記接着剤（６０）のうち前記センサチップ（３０）のセンシング部（３１）側の端部（６１）よりも前記センシング部（３１）側に位置し、かつ、前記センサチップ（３０）のセンシング部（３１）よりも前記接着剤（６０）側に位置していることを特徴とする流量センサ。