JP6313464B2 - 熱式空気流量センサ - Google Patents

Description

本発明は、物理量を検出するセンサに係り、特に、内燃機関の吸入空気流量を検出する熱式流量センサに関するものである。

従来、自動車などの内燃機関の吸入空気通路に設けられ、吸入空気量を検出する流量センサとして、熱式のものが質量空気量を直接検知できることから主流となってきている。

最近では、半導体マイクロマシニング技術によりシリコン基板上に抵抗体や絶縁層膜を堆積した後で、ＫＯＨなどを代表とする溶材でシリコン基板の一部を除去し、薄膜部（ダイアフラム）を形成する空気流量エレメントが高速応答性を有することや、逆流検出も可能であることから注目されている。

一方、上記空気流量エレメントをヒータ加熱駆動するためにＬＳＩやマイコンなどの半導体回路素子を使用する場合が多く、回路素子とエレメントは各々の電極パッドを直接金線ワイヤなどを介して接続されるか、あるいは、回路素子およびエレメントを支持するセラミック配線基板などを介してそれぞれ、電極パッドと基板配線部へ電気的に接続されて使用されることが主流である。

一方、自動車用部品として近年要求されることとして機能安全性が挙げられる。機能安全とは、例えばエンジンの燃料噴射システムを構成する各センサー及び各アクチュエータに、なんらかの異常が発生した場合、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）は異常の発生を記憶・検知し、インスツルメンタルパネル（計器盤）の警告ランプを点灯させるなどして、ドライバーに異常発生を知らせることによって、ドライバーは自動車部品のどこか一部に異常があることを認知することができ、走行を止めるなどして早期に修理や部品交換などをして安全な状態に復帰できる。これによって、自動車部品が何らかの異常のある状態であっても通常運転を継続するような危険な走行を防止できる。この機能安全において重要なことは、各部品（例えば、センサ）各々が、現在の状態が正常なのか異常なのかを診断し、異常がある場合は、ＥＣＵに正確に伝達できるかという点である。言い換えると、部品単体で部分的に異常がある場合に、自身で故障信号を出力するという機能が備わっているかということである。これを自己診断機能と呼ぶことが一般的である。例えば、これらの技術に関して特許文献１に記載のものがある。

特開２０１４−１９９３号公報

自己診断をするにあたり、熱式流量センサの故障モードの一つとして、隣接する電極パッド間の短絡が考えられる。例えば、電源電位がグランド電位と短絡した場合などは、比較器を用いて短絡を検出する手段が一般的に用いられている。しかしながら、ブリッジ回路を構成してその中間電位を取り出す場合において中間電位同士の短絡はこれまで考慮されていなかった。

電極パッド間の短絡は樹脂内のボイドを介して短絡する場合が考えられる。この問題を図３および図４を用いて詳細に説明する。

図３に示すように、熱式流量センサ５０は吸気ダクト４０に挿入される。熱式流量センサ５０は空気流量検出エレメント１０と駆動回路であるＬＳＩ７０を有している。図３の構造においては、空気流量検出エレメント１０はセラミックキバン上に接着され、電気的導通は金線９０を用いてセラミックキバン内の電気配線層６５と接続される。ＬＳＩ７０も同様にセラミックキバン上に接着され、電気的導通は金線９０を用いてセラミックキバン内の電気配線と接続される。これにより前記空気流量検出エレメント１０とＬＳＩ７０とが電気的に接続される。上記構造において、吸気ダクト内を流れる空気流の一部を熱式流量センサ内部に取り込み空気流量検出エレメント１０上を流れることによって、流量検出が可能となる。

さらに空気流量検出エレメント１０の電気的導通部について図４を用いて説明する。エレメントは上記のように、エンジン吸気に直接晒されるため、水や硫黄ガスやオイルといった様々な物質がエレメント上に飛散する。これらの物質から電極パッド部３０や金線部９０を保護するために樹脂封止１００することが一般的である。

一方、上記樹脂封止内部にはボイド１０１が形成される場合がある。ボイドが形成されること自体は製品としては全く問題とならない。しかしながら、前記に示したように、この封止部はエンジン吸気という非常に過酷な環境下に晒されているため、長い期間をかけて、ボイド内に水などの液体（気体）物質が溜まるという場合が想定される。

ここで問題となるのが、図４に示すようにボイドが隣接する金線同士を跨ぐように形成される場合である。この状態でボイド内に水などの導電性物質が溜まると隣接金線間で短絡してしまうという問題が発生してしまう。

一方、特許文献１には熱式流量センサのエレメントの電極パッドの配置が一例として示されている。しかしながら、特許文献１においては、上記に示した隣接パッド間の短絡に対する配慮が不十分である。具体的には隣接する中間電位の電極パッド同士が短絡するという場合である。この問題を図５〜図９を用いて説明する。

図５は特許文献１で記載されている、一般的な熱式流量センサの駆動回路のエレメントの配線部を簡易的に示した図である。加熱抵抗体（ヒータ）２１を制御するブリッジ回路と、ヒータの上流および下流に配置された側温抵抗体２２、２３で構成される流量検出ブリッジが構成されている。図６は、特許文献１で記載されている電極パッドに配列を簡易的に示した図である。この回路が正常に動作した場合の熱式流量センサの出力を図７に示す。回路が正常な場合は、流量の最大値Ｑｍａｘ， 流量の最小値Ｑｍｉｎに対応した出力である、Ｖｍａｘ，Ｖｍｉｎが出力される。これに対して、図６のＳ２とＶ２ＭＡ端子同士が短絡した場合の出力電圧を図８に示す。Ｓ２とＶ２ＭＡは互いにブリッジ回路の中間電位相当の電位であるため、出力電圧（Ｓ１−Ｓ２）が正常と比べて、多少変動することになる。図８ではマイナス方向の変化として示しているが、プラス方向に変化する場合もある。ここで最も問題となるのが、変化後の特性が、図７で示される通常使用する出力範囲内であることである。この場合、図８のように特性が変化してしまっても、エンジン制御側のＥＣＵでは、異常とは認識できないため、元の図７の特性でエンジン制御されてしまう場合がある。

また、短絡後の特性影響として最も大きいのが、流量出力信号であるＳ１とＳ２が短絡してしまう場合である。この場合は、図９に示すように、短絡してしまっているため、空気流量に依らず常にゼロ出力に相当する電圧Ｖ０が出力される。この場合も、図７で示される通常使用する出力範囲内であることである。この場合、図９のように特性が変化してしまっても、エンジン制御側のＥＣＵでは、異常とは認識できないため、元の図７の特性でエンジン制御されてしまう場合がある。

上記のように、特許文献１だけでなく従来技術においては、主に隣接する中間電位相当の電極パッド間の短絡した場合の出力変動までは考慮されていなかった。短絡パターンによっては短絡後の出力値は通常で使用される出力範囲内となってしまい、かつ上記ＥＣＵでは部品状態として異常と認識できないため、その結果、大きな誤差のある信号を用いてエンジン制御を行ってしまうような危険な走行状態を発生させてしまう可能性があった。

本発明の目的は、自己診断することが可能な熱式流量センサを提供することにある。

上記課題は、例えば、外部との電気的導通のための電極パッドが設けられ流量を検出する半導体素子を備えた熱式流量センサにおいて、前記電極パッドは、少なくとも２つ以上設けられ、前記電極パッドに隣接する電極パッドは、流量検出時に用いられる出力範囲外の電位となる電極パッドが配列されていることを特徴とする熱式流量センサで解決することができる。

本発明によれば、流量検出するエレメントに設けられている電極パッドにおいて、互いに隣接するパッドが短絡した場合でも、自己診断することが可能な熱式流量センサを提供することができる。

本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 熱式流量センサの概略説明図である。 空気流量検出エレメントの電気的接続における説明図である。 従来の熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 従来の熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 従来の熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 従来の熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 従来の熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 空気流量検出エレメントにおける断面図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。 本発明による熱式流量センサの一実施形態における説明図である。

以下、本発明の実施の形態を説明する。

空気流量検出エレメント１０の製造方法について、図５に示す断面図を用いて説明する。シリコンキバン１２上に絶縁酸化膜１１が形成し、その上に抵抗配線層１３を形成し、エッチングによりパターニングする。その上にさらに絶縁酸化膜１１が形成する。その後、電気的導通をとるために、上層の絶縁酸化膜をエッチングにより、コンタクト部を形成し、その上にアルミなどの電極配線層１４を形成し、同様にエッチングによりパターニングを行い、電極パッドを形成する。最後にシリコンキバン裏面側からＫＯＨ（水酸化カリウム）でエッチングしていけば、シリコンキバンを部分的に除去でき、ダイアフラム部２０が形成される。これが一般的な空気流量検出エレメントの製造方法である。

次に本発明の実施例について図１、図２を用いて説明する。図２は空気流量エレメント１０の回路図を示している。加熱抵抗体Ｒｈがあり、上流側温抵抗体Ｒｕ１， Ｒｕ２と下流側温抵抗体Ｒｄ１，Ｒｄ２とでブリッジ回路を形成した回路である。またそれぞれの抵抗体の配置を図１に示す。ダイアフラム２０の中心部に加熱抵抗体が配置されており、その上流側と下流側にそれぞれ側温抵抗体が配置されている。このエレメントとＬＳＩが電気的に接続され、ＬＳＩからＲｈ−ＧＮＤＨ端子間に一定の電圧を印加することによって、加熱されダイアフラム部に温度分布が形成される。これにより、上下流の温度差を検出して空気流量を測定することができる。

また、図２に示す各電位の電極パッド３０の配置を図１に示す。これら電極パッドは、流量信号を出力する電極パッド（Ｓ１，Ｓ２）に隣接する電極パッドは、流量検出時に用いられる出力範囲外の電位となる電極パッドとなるように配列されている。上記配列とした場合の、Ｓ１，Ｓ２それぞれの隣接電極パッド間短絡の真理値を図１１に示す。また本計算に用いた各電位レベルを示す。各値は一般的な熱式流量センサの電位を示しているが、電源電圧や出力範囲が製品毎に異なる場合でも、この真理値表は同様の結果となる。またＶＨとＶＣＣ１間の短絡については、同電位の設定のため、短絡しても問題はない。

このように本発明構造の配列にすることによって、上記課題に明記したような短絡後の出力値が通常使用する範囲外となるため、熱式流量計として自己診断が可能となり、ＥＣＵ側で正確に製品異常を検知できる。

以上より、本実施例１において、隣接する電極パッドが短絡する全ての場合において、自己診断が可能な熱式流量センサを提供できる。

また、本実施例１の回路図に依らず、少なくとも上記パッドが設けられている場合は、各電極パッドの配列関係が上記条件を満たしていれば、熱式流量センサの自己診断としての効果を得ることができる。

次に、実施例１のエレメント実施構成と駆動素子のＬＳＩを用いて、より明確に自己診断が可能な実施方法について、図１３、図１４を用いて説明する。図１３はエレメント１０とＬＳＩ７０を接続した場合の簡易的な信号線図を示している。エレメントの出力電圧（Ｓ１−Ｓ２）はＬＳＩ内部のＡ／Ｄ変換器に入力され、デジタル値に変換される。その後、ＤＳＰで演算処理が行われ、出力変換回路でデジタル値から所望の出力値に変換され熱式流量センサの出力ＱＯＵＴとして出力される。

ここでＡ／Ｄ変換器の一般的な特性を図１４に示す。特定の入力範囲（−ＶＤ〜＋ＶＤ）の間はデジタル値に線形変換されるが、それ以外の入力の場合は、それぞれＨＩＧＨレベルとＬＯＷレベルに固定される。図１４では１６ビットのＡ／Ｄ変換器を想定しているため、ＨＩＧＨレベルは３２７６７であり、ＬＯＷレベルは−３２７６８である。しかしながら、製品ばらつきを考えた場合、３２７６７となる電圧ＶＤは多少ばらつきがあるため、製品毎に、デジタル値の電圧値が変動してしまう。一方、ＶＤ以上の入力に関しては必ずＨＩＧＨレベルに固定されるため、製品毎に依らず一定のデジタル値となる。

ここで、Ａ／Ｄ変換器の入力電圧である（Ｓ１−Ｓ２）において、それぞれＳ１＝ＯＵＴ１、Ｓ２＝ＯＵＴ２と定義し、Ｓ１とＳ２の電極パッド間に設けられるパッドの電位（図１においてはＶＣＣ１）をＯＵＴ３とした場合、それぞれＶＣＣ１電極パッドが両端電極パッドのどちらかに短絡した場合は、それぞれの入力はＯＵＴ３−ＯＵＴ２あるいはＯＵＴ１−ＯＵＴ３となる。この時に入力値の絶対値が上記ＶＤの値よりも大きい場合は、必ずＨＩＧＨレベルかＬＯＷレベルに固定される。

つまり空気流の有無や環境温度変化に関わらず常に｜ＯＵＴ３−ＯＵＴ１｜＞｜ＶＤ｜であり、かつ、｜ＯＵＴ３−ＯＵＴ２｜＞｜ＶＤ｜が成り立つようなＯＵＴ３電位を設定することにより、製品性能ばらつきに関係なく、隣接パッド間が短絡した場合でも、必ずＨＩＧＨレベルかＬＯＷレベルに固定されるため、同一の自己診断が可能となる。

製品実施例でいえば、出力変換回路でＨＩＧＨレベル時に５Ｖ、ＬＯＷレベル時に０Ｖが出力される回路を設計した場合、上記短絡時は必ず、ＱＯＵＴは５Ｖか０Ｖになる。一方、通常使用する場合は、入力電圧がＡ／Ｄ変換器の線形領域となるように設定され、かつ飽和領域からは多少の余裕度を持たせて設定することが一般的であるため（例えば通常時はデジタル値が−２００００〜２００００程度となるような入力範囲）、通常時は５Ｖか０Ｖは出力されない。これにより、ＥＣＵ側で、熱式流量センサ製品ばらつきに関係なく、正常か異常かより明確に自己診断が可能となる。

また、実施例１ではＶＨとＶＣＣ１が同電位の電源である場合であるが、製品によっては、別電位で設定される場合がある。その場合はＶＨとＶＣＣ１の短絡を診断する必要がある。これについては、図１３に示すような同電位の電源回路７７を２つ形成し、オペアンプを用いて比較することで容易に短絡検出が可能となる。

次に、ヒータ駆動方式が実施例１とは異なる場合での本発明構成について図１５、図１６、図１７を用いて説明する。

図１６は空気流量エレメント１０の回路図を示しており、図１７は駆動素子ＬＳＩ７０と接続した場合の信号線図を示している。回路構成としては、実施例１に対して、ヒータ加熱温度を制御するブリッジが追加されている。またそれぞれの抵抗体の配置を図１５に示す。実施例１に対して、ヒータ２１の周辺部にヒータ感温抵抗体（Ｒｈｓ）２４を配置しており、これによって、ヒータの熱によってＲｈｓも温度上昇する。これに伴って、Ｒｈｓ抵抗が上昇し、ブリッジ回路のＶ２Ｐ端子とＶ２ＭＡ端子が同電位になるまで加熱される。これによって、ヒータの温度はある任意の温度になるように制御される。ヒータ温度制御ブリッジの固定抵抗（Ｒｃ１，Ｒｃ２，Ｒｃ３）２６はダイアフラム部ではなく、シリコンキバン上に形成される。

また、図１６に示す各電位の電極パッドの配置を図１５に示す。これら電極パッドは、前記流量信号を出力する電極パッド（Ｓ１、Ｓ２）および、ヒータの温度を制御するブリッジ回路の中間電位を出力する電極パッド（Ｖ２Ｐ，Ｖ２ＭＡ）、およびヒータ電源を出力する電極パッド（ＶＨ）それぞれに隣接するパッドの電位は、ブリッジ回路の電源電位（ＶＣＣ１，ＶＣ２）か、あるいはそのグランド電位（ＧＮＤ１）か、あるいは、ヒータのグランド電位（ＧＮＤＨ）となるように配置されている。実施例１の考え方と異なる点は、ヒータ電源ＶＨを中間電位として扱う点である。実施例１ではＶＨはＬＳＩ固定電源による定電圧駆動であったが、本実施例においては、ＶＨはフィードバック回路となっているため、空気流の有無や温度変化によって、ＶＨが変化するため、Ｓ１やＳ２などと同じく中間電位として扱う必要がある。

まず、流量信号を出力する電極パッド（Ｓ１、Ｓ２）においては、隣接パッドは実施例１と全く同一の条件で配列されているため、全ての短絡モードにおいて自己診断が可能となる。

次に、ヒータの温度を制御するブリッジ回路の中間電位を出力する電極パッド（Ｖ２Ｐ，Ｖ２ＭＡ）においては、隣接する電極パッドの電位の条件は上記流量信号を出力する電極パッドと同一の条件だが、短絡時の出力変動が異なる。ヒータの温度を制御するブリッジ回路の中間電位がブリッジ電源電圧か、あるいはグランド電位と短絡した場合は、図１７に示すオペアンプの入力が常にオフセットを持った状態となるため、オペアンプの出力電圧であるＶＨは常にＨＩＧＨレベルに張り付く。この状態をヒータ電圧判定回路７３で監視すれば、上記短絡を検出できる。検出方法の１例としては、ＶＨ電圧をある一定期間ＬＳＩ内部のメモリに保存し、ある任意の期間、全てＨＩＧＨレベル（あるいはＬＯＷレベル）ではあれば異常と判定して自己診断出力信号を出力するといった手段で解決できる。

次にヒータ電源を出力する電極パッド（ＶＨ）においては、図１５では隣接パッドがグランド電位であるため、短絡した場合は、上記ヒータ電圧判定回路７３で監視すれば、上記短絡を検出できる。

隣接パッドがブリッジ回路電源電位（ＶＣＣ１あるいはＶＣＣ２）の場合は、電位が熱式流量センサに供給される電源ＰＶＣＣと同電位（ここでは５Ｖとする）であれば、短絡した場合にＶＨが５Ｖ（ＨＩＧＨ）に張り付くため、上記ヒータ電圧判定回路７３で監視すれば、上記短絡を検出できる。一方、電位がＰＶＣＣよりも低い電位で駆動する場合は、上記ヒータ電圧判定回路７３で検出できない場合があるので、その場合は、本実施例のようにＶＨに隣接する電極パッドの電位はグランド電位となるように配置すれば良い。

上記自己診断出力信号としては、熱式流量センサの出力ＱＯＵＴの形態が電圧出力か周波数出力の場合においては、図２１に示すように通常使用する出力範囲外となるように設定すれば最も診断が容易にできる。設定方法の具体的な手法としては、前記ヒータ電圧判定回路で異常と検知した場合は、その信号をＤＳＰに入力し、流量出力信号のデジタル値を強制的に３２７６７か−３２７６８に置き換えれば、実施例１と同様に、ＱＯＵＴは通常使用する出力範囲外となる。

また、その他の自己診断出力信号としては、熱式流量センサの出力ＱＯＵＴの形態がＳＥＮＴやＬＩＮなどのデジタル出力の場合においては、ある特定のビットに故障フラグを割り当てて出力すれば最も診断が容易にできる。多数送信するビットのうち１つだけでも異常フラグが立てば、ＥＣＵは熱式流量センサに異常が発生したことを認知できる。上記ビットは出力信号受け取り側のＥＣＵと整合性を合わせて設定すれば良い。

以上より、本実施例３において、隣接する電極パッドが短絡する全ての場合において、自己診断が可能な熱式流量センサを提供できる。

また、本実施例３の回路図に依らず、少なくとも上記パッドが設けられている場合は、各電極パッドの配列関係が上記条件を満たしていれば、熱式流量センサの自己診断としての効果を得ることができる。

次に、ヒータ駆動方式が実施例３とは異なる場合での本発明構成について図１８、図１９、図２０を用いて説明する。

図１９は空気流量エレメント１０の回路図を示しており、図２０は駆動素子ＬＳＩ７０と接続した場合の信号線図を示している。回路構成としては、実施例３に対して、ヒータ加熱温度をより高精度に制御するための調整用抵抗（Ｒｍ）２６ が追加されている。それに伴い、ＬＳＩ側でも前記調整用抵抗の両端電位から任意の電圧値Ｖ２ＭＣを選択できるような回路を形成している。これによって、実施例３では調整電位がＶ２ＭＡしか選択できなかったのが、ある範囲で任意に選択できるためヒータ加熱温度をより高精度に制御できる。

また、図１９に示す各電位の電極パッド３０の配置を図１８に示す。これら電極パッドは、前記流量信号を出力する電極パッド（Ｓ１，Ｓ２）および、ヒータ電源を出力する電極パッド（ＶＨ）それぞれに隣接するパッドの電位は、ブリッジ回路の電源電位（ＶＣＣ１、ＶＣＣ２）か、あるいはそのグランド電位（ＧＮＤ１）か、あるいは、ヒータのグランド電位（ＧＮＤＨ）であり、かつ、前記調整用抵抗の両端子電位の電極パッド同士（Ｖ２ＭＡ、Ｖ２ＭＢ）が隣接しないように配列されている。

実施例３の考え方と異なる点は、ブリッジ回路のヒータ感温抵抗体側の中間電位（Ｖ２Ｐ）と、前記調整用抵抗の両端子の電位（Ｖ２ＭＡ、Ｖ２ＭＢ）の短絡が制限されていない点である。
Ｖ２ＭＡ、Ｖ２ＭＢ同士の短絡した場合は、短絡前はＶ２ＭＡ＞Ｖ２ＭＣ＞Ｖ２ＭＢという関係性が常に成立しているが、短絡後はＶ２ＭＡ＝Ｖ２ＭＣ＝Ｖ２ＭＢとなり、その結果、オペアンプ７１の入力であるＶ２ＭＣが変化してしまう。その場合は、ヒータ加熱温度が変化してしまうため、図８に示すような出力特性となってしまう。この場合、出力特性から自己診断はできないうえに、ＬＳＩ側でも異常な回路駆動ではないため、異常検知できない。よって、前記調整用抵抗の両端子の電位同士が短絡しないようにパッド配列を構成しなければならない。

一方、Ｖ２Ｐ とＶ２ＭＡ（あるいはＶ２ＭＢ）が短絡する場合は、前記と同様、Ｖ２ＭＡ＞Ｖ２ＭＣ＞Ｖ２ＭＢという関係性があるため、Ｖ２ＰとＶ２ＭＣが必ず同電位にはならない。これによって、オペアンプの出力（ＶＨ）は常にＨＩＧＨに固定されるため、実施例３と同様に、ヒータ電圧判定回路７３で監視すれば、上記短絡を検出できる。

その他の流量信号を出力する電極パッド（Ｓ１，Ｓ２）および、ヒータ電源を出力する電極パッド（ＶＨ）については、隣接パッドは実施例３と全く同一の条件で配列されているため、全ての短絡モードにおいて自己診断が可能となる。

以上より、本実施例４において、隣接する電極パッドが短絡する全ての場合において、自己診断が可能な熱式流量センサを提供できる。

また、本実施例４の回路図に依らず、少なくとも上記パッドが設けられている場合は、各電極パッドの配列関係が上記条件を満たしていれば、熱式流量センサの自己診断としての効果を得ることができる。

１０・・・空気流量検出エレメント
１１・・・絶縁酸化膜
１２・・・シリコンキバン
１３・・・抵抗配線膜
１４・・・電極配線層
２０・・・ダイアフラム
２１・・・加熱抵抗体（ヒータ）；Ｒｈ
２２・・・上流側温抵抗体；Ｒｕ
２３・・・下流側温抵抗体：Ｒｄ
２４・・・ヒータ感温抵抗体：Ｒｈｓ
２５・・・ヒータ温度制御ブリッジ構成抵抗；Ｒｃ１、Ｒｃ２、Ｒｃ３
２６・・・調整用抵抗体：Ｒｍ
３０・・・電極パッド
４０・・・吸気ダクト
５０・・・熱式流量センサ
６０・・・セラミックキバン
６５・・・セラミックキバンの電気配線層
７０・・・ＬＳＩ
７１・・・オペアンプ
７２・・・ブリッジ電源供給回路
７３・・・ヒータ電圧判定回路
７４・・・Ａ／Ｄ変換器
７５・・・ＤＳＰ
７６・・・出力変換回路
７７・・・ヒータ電源供給回路
８０・・・アルミワイヤ
９０・・・金線
１００・・・樹脂封止領域
１０１・・・樹脂内ボイド

Claims (8)

1. 外部との電気的導通のための複数の電極パッドが設けられ流量を検出する半導体素子を備えた熱式空気流量センサにおいて、
   前記複数の電極パッドのうち流量信号を出力する電極パッドに隣接する電極パッドは、流量検出時に用いられる出力範囲外の電位となる電極パッドであり、
   前記半導体素子は、少なくとも一つ以上の加熱抵抗体が設けられ、その上流と下流に温度差を検出するための側温抵抗体が配置され、前記加熱抵抗体を駆動する半導体回路素子が電気的に接続され、その上下流の温度を検出して流量を検出するものであって、
   前記半導体回路素子は、前記上下流の温度変化によって出力される電圧値をアナログ／デジタル変換回路でデジタル変換する回路を有しており、
   前記アナログ／デジタル変換回路の電圧レンジを−ＶＤ〜＋ＶＤと定義し、前記上流、下流の温度変化によって出力される流量出力電圧値をＯＵＴ１、ＯＵＴ２と定義し、前記流量信号用の電極パッド間に設けられるパッドの電位をＯＵＴ３とした場合、空気流の有無や環境温度変化に関わらず常に
   ｜ＯＵＴ３−ＯＵＴ１｜＞｜ＶＤ｜であり、かつ、｜ＯＵＴ３−ＯＵＴ２｜＞｜ＶＤ｜であることを特徴とする熱式空気流量センサ。
2. 請求項１に記載の熱式空気流量センサにおいて、
   前記半導体回路素子の電源供給回路の短絡検出手段を備えたことを特徴とする熱式空気流量センサ。
3. 外部との電気的導通のための複数の電極パッドが設けられ流量を検出する半導体素子を備えた熱式空気流量センサにおいて、
   前記複数の電極パッドのうち流量信号を出力する電極パッドに隣接する電極パッドは、流量検出時に用いられる出力範囲外の電位となる電極パッドであり、
   前記半導体素子は、少なくとも一つ以上の加熱抵抗体が設けられ、その上流と下流に温度差を検出するための側温抵抗体が配置され、前記加熱抵抗体を駆動する半導体回路素子が電気的に接続され、その上下流の温度を検出して流量を検出するものであって、
   前記加熱抵抗体の加熱温度を制御するためのブリッジ回路が設けられており、
   前記ブリッジ回路の中間電位を取り出すための電極パッドが少なくとも２つ以上設けられ、
   前記電極パッド配列は、前記流量信号を出力する電極パッド、および、前記加熱抵抗体の温度を制御するブリッジ回路の中間電位を出力する電極パッド、および、前記加熱抵抗体の電源を出力する電極パッドそれぞれに隣接するパッドの電位は、前記ブリッジ回路の電源電位か、あるいは、そのグランド電位か、あるいは、前記加熱抵抗体のグランド電位となるように配置されており、かつ、前記加熱抵抗体の電圧値の異常を感知して、自己診断する手段を備えていることを特徴とする熱式空気流量センサ。
4. 請求項１に記載の熱式空気流量センサにおいて、
   前記加熱抵抗体の加熱温度を制御するためのブリッジ回路が設けられており、
   前記ブリッジ回路の中間電位を取り出すための電極パッドが少なくとも２つ以上設けられ、
   前記電極パッド配列は、前記流量信号を出力する電極パッド、および、前記加熱抵抗体の温度を制御するブリッジ回路の中間電位を出力する電極パッド、および、前記加熱抵抗体の電源を出力する電極パッドそれぞれに隣接するパッドの電位は、前記ブリッジ回路の電源電位か、あるいは、そのグランド電位か、あるいは、前記加熱抵抗体のグランド電位となるように配置されており、かつ、前記加熱抵抗体の電圧値の異常を感知して、自己診断する手段を備えていることを特徴とする熱式空気流量センサ。
5. 外部との電気的導通のための複数の電極パッドが設けられ流量を検出する半導体素子を備えた熱式空気流量センサにおいて、
   前記複数の電極パッドのうち流量信号を出力する電極パッドに隣接する電極パッドは、流量検出時に用いられる出力範囲外の電位となる電極パッドであり、
   前記半導体素子は、少なくとも一つ以上の加熱抵抗体が設けられ、その上流と下流に温度差を検出するための側温抵抗体が配置され、前記加熱抵抗体を駆動する半導体回路素子が電気的に接続され、その上下流の温度を検出して流量を検出するものであって、
   前記加熱抵抗体の加熱温度を制御するためのブリッジ回路が設けられており、
   前記ブリッジ回路に前記加熱抵抗体の加熱温度を詳細に調整するための調整用抵抗が設けられており、
   前記ブリッジ回路の前記加熱抵抗体の感温抵抗体側の中間電位を取り出すための電極パッドが少なくとも１つ以上設けられ、かつ、前記調整用抵抗の両端子の電位を取り出すための電極パッドが少なくとも２つ以上設けられており、
   前記電極パッドの配列は、前記流量信号を出力する電極パッドおよび前記加熱抵抗体の電源を出力する電極パッドそれぞれに隣接するパッドの電位は、ブリッジ回路の電源電位か、あるいは、そのグランド電位か、あるいは、前記加熱抵抗体のグランド電位であり、
   かつ、前記調整用抵抗の両端子電位の電極パッド同士が隣接しないように配列されており、かつ、ヒータ電圧値の異常を感知して、自己診断する手段を備えていることを特徴とする熱式空気流量センサ。
6. 請求項１に記載の熱式空気流量センサにおいて、
   前記加熱抵抗体の加熱温度を制御するためのブリッジ回路が設けられており、
   前記ブリッジ回路に前記加熱抵抗体の加熱温度を詳細に調整するための調整用抵抗が設けられており、
   前記ブリッジ回路の前記加熱抵抗体の感温抵抗体側の中間電位を取り出すための電極パッドが少なくとも１つ以上設けられ、かつ、前記調整用抵抗の両端子の電位を取り出すための電極パッドが少なくとも２つ以上設けられており、
   前記電極パッドの配列は、前記流量信号を出力する電極パッドおよび前記加熱抵抗体の電源を出力する電極パッドそれぞれに隣接するパッドの電位は、ブリッジ回路の電源電位か、あるいは、そのグランド電位か、あるいは、前記加熱抵抗体のグランド電位であり、
   かつ、前記調整用抵抗の両端子電位の電極パッド同士が隣接しないように配列されており、かつ、ヒータ電圧値の異常を感知して、自己診断する手段を備えていることを特徴とする熱式空気流量センサ。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱式
   空気流量センサにおいて、
   熱式空気流量センサの出力形態が電圧出力かあるいは周波数出力の場合は、前記熱式空気流量センサの故障診断信号は、通常使用する出力範囲外に設定されていることを特徴とする熱式空気流量センサ。
8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の熱式空気流量センサにおいて、
   熱式空気流量センサの出力形態がＳＥＮＴ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｅｄｇｅ Ｎｉｂｂｌｅ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ） やＬＩＮ（Ｌｏｃａｌ Ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔ Ｎｅｔｗｏｒｋ）のようなデジタル通信の場合、ある特定のビットに故障フラグを割り当てて伝送することを特徴とする熱式空気流量センサ。

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