JP7218183B2 - 物理量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は空気流量や圧力などの物理量を計測するセンサ装置に係り、特に、内燃機関の吸入空気量、圧力、温度、湿度などを計測する多機能の物理量測定装置に関する。

空気流量の物理量は、様々な機器において重要な制御パラメータとして広く使用されており、これらの物理量を計測するセンサは、機器の性能を左右する重要な構成部品のひとつである。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量を高い精度で計測するセンサが必要となる。

上記センサ装置の例として、特許文献１がある。

また、支持体にプリント基板を固定する方法の例として、特許文献２がある。

ＷＯ２０１５/１１７９７１ ＷＯ２０１５/０５９９６７

上記、圧力、湿度、温度を計測するセンサを実装する場合には、はんだ実装が可能なプリント基板を用いると容易に実装できるので好都合である。プリント基板を支持体に固定する場合にはシリコーン接着材を使用する。一方で、車載用の物理量測定装置は、エンジンに近傍に配置され、かつ片持ちで支持されるため、プリント基板に大きな振動が加わる。そのため、物理量測定装置の共振点での加速度は1500から2000Gにも達する場合もある。上記の物理量測定装置、特にプリント基板と支持体との接着は、耐久も含め上記加速度に耐えられるようにしなければならない。特許文献２に記載の技術は、片持ちで配置されるものではないため、上記の課題に対して検討の余地を残している。

本発明の目的は、プリント基板と支持体とを強固に固定した信頼性の高い物理量測定装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明における物理量測定装置は、センサと、一方の面に前記センサが配置され、他方の面に支持体が固定されるプリント基板と、前記プリント基板を支持する支持体と、前記プリント基板と前記支持体とを接着固定するシリコーン接着剤と、を備える。前記プリント基板は、基材の表面上にレジストが形成されているレジスト形成部と、前記レジストが形成されずに前記基材が露出した露出部とを有する。前記プリント基板の前記他方の面の最外周に形成された前記露出部及び前記プリント基板の側面において前記基材が露出した側面部のそれぞれと前記支持体に、前記シリコーン接着剤が接することで、該プリント基板が前記支持体に固定される。

本発明によれば、上記のようにすることでプリント基板と支持体を強固に固定することができる。

本願に係る第１実施例におけるプリント基板の平面図及び断面図である。 本願に係る第２実施例におけるプリント基板の平面図及び断面図である。 本願に係る第４実施例におけるプリント基板の平面図及び断面図である。 本願に係る第５実施例におけるプリント基板の平面図及び断面図である。 本願に係る物理量測定装置の外観図である。

以下、本発明の実施例について図を用いて説明する。

本発明の実施例１について、図１と図５を用いて説明する。図１は平面図、断面図を示している。図１は支持体３にプリント基板５がシリコーン接着材２で、支持体３に固定されている様子を示している。なお、図１においては、シリコーン接着剤２はプリント基板４を透過した場合に見える状態を示している。

本実施例における物理量測定装置は、空気流量センサ６が実装されるプリント基板４と、プリント基板４が実装される支持体３とを備える。物理量測定装置２０は、被測定媒体が流れる流路に取り付けるためのフランジ２１１を備る。フランジ２１１よりも首下（先端側）は、主流路に設けられた挿入穴から挿入されて片持ちで主流路に固定される。その結果、支持体３並びに支持体３に固定されるプリント基板４は、片持ちで固定される状態となっている。

プリント基板２と支持体３は、シリコーン接着剤２で接着されている。プリント基板２は、配線保護等のためにレジスト４でその表面が覆われている。そして、プリント基板２は、一部にレジスト４で覆われていない領域、言い換えるとプリント基板の基材（エポキシ樹脂）1が露出ざれている領域を有している。基材1が露出された領域にシリコーン接着2が配置され、プリント基板２と支持体３が固定されている。プリント基板４の一面側に流量センサ６が実装され、プリント基板４の他面側に基材露出部が形成されている。プリント基板４の他面側と支持体３が、シリコーン接着剤２により固定される。

流量センサ４は、ベアチップ（流量検出素子）であってもよいし、リードフレームと流量検出素子を樹脂で封止した樹脂パッケージでも良いし、金属や樹脂で形成される支持部材に流量検出素子を搭載した構造であってもよい。

支持体３の例として、アルミ等の金属材料で形成された金属プレートが挙げられる。基材露出部は、レジスト４を基材１に形成した後にエッチング等で除去する方法や、マスキングによりレジスト４が付着しないようにする方法で形成可能である。

次に本実施例の作用効果について説明する。プリント基板表面にレジストが付いた場合のシリコーン接着材と、プリント基板上にレジストを設けずに、基材（エポキシ樹脂）が露出された場合のシリコーン接着材の強度を評価した。その結果、基材が露出したものは、レジストがある場合に比べて約８倍の強度があることがわかった。また、レジストがある場合には、レジストとシリコーン接着材の界面から剥がれる界面破壊であるのに対して、基材にシリコーン接着材を接着した場合は、シリコーン接着材自体が破壊される母材破壊となることが分かった。一般的に接着強度は、界面破壊よりも母材破壊の方が強い。そのため、上記結果となる。

本実施例では、プリント基板の周囲のレジストを排除し、プリント基板の基材を露出させてシリコーン接着材と接着させたので、接着部の破壊は母材破壊となり強固な接着が可能となる。そのため、物理量測定装置の共振時の1500～2000Gの加速度にも耐えられる。なお、実施例では加振力が高い物理量測定装置を示したが、プリント基板と支持体を強固に接着する場合に本方法は有効であることは言うまでもない。

第２の実施例について図２を用いて説明する。実施例１と同様な構成については説明を省略する。なお、図２においては、シリコーン接着剤２はプリント基板４を透過した場合に見える状態を示している。

実施例１では、プリント基板４の他面の周縁に、囲うような形状で基材露出部（レジスト４のスリット、溝）が形成されているのに対して、本実施例では、プリント基板の他面の最外周に基材露出部を形成した。シリコーン接着剤２は、プリント基板の他面に形成された基材が露出された領域とプリント基板の側面（基材が露出）に接触している。

次に本実施例の作用効果について説明する。プリント基板４の端部はレジストを排除して基材が露出させている。さらに、プリント基板端部側面は切断により基材が露出されているので、この基材露出両面にシリコーン接着材を配置させることで、第一の実施例よりもより強固に接着をさせることが可能となる。

本発明の第３実施例について説明する。なお、実施例１若しくは２と同様の構成については説明を省略する。本実施例では、支持体にアルミを使用している。プリント基板とアルミの線膨張係数はそれぞれ、15E-6、24E-6/℃であり、その差は9E-6/℃となり大きい。環境温度変化により、支持体であるアルミの変形につられてプリント基板も変形する。アルミとプリント基板の接着を柔らかいシリコーン接着材とすることで、上記変形を抑制できるので、支持体にアルミを使用した場合に特に本発明は好適である。アルミはGND電位に接続されていると、電磁シールド効果の観点から特に有効である。

本発明の実施例４について図３を用いて説明する。実施例１から３の構成と同様の構成については説明を省略する。

本実施例では、シリコーン接着2と接着する露出領域の一部に、プリント基板配線10が形成されている。プリント基板配線とシリコーン接着材との破壊は界面破壊であるが、接着領域全体に比べ、配線とシリコーン接着材との接着領域はごく一部となるので、大きな影響はない。そのため、このようにシリコーン接着領域の一部に配線があっても差しつかえない。
当然ながらプリント基板中のスルーホール（図示しない）が、シリコーン接着材２の領域に存在しても大きな影響はないので問題ない。

本発明の実施例５について図４を用いて説明する。実施例１から４と同様の構成については説明を省略する。

本実施例は、構成はほとんど第１の実施例と同じであるが、実施例１のシリコーン接着2領域の一部を排除した。接着強度の観点からは、プリント基板の周囲をシリコーン接着材で固定することが好ましいが、プリント基板周囲をシリコーン接着材で囲んだ場合には、囲まれた空気が密閉される。環境温度変化により、密閉された空気が膨張され、プリント基板の変形等が発生する場合がある。そのため、この場合には空気抜きを目的に、シリコーン接着2で完全に囲うのでななく、一部隙間を設けてることがより好ましい。本実施例では、シリコーン接着剤４が塗布される領域における隙間が一つの例を示したが、当然複数であってもよく、鎖線で囲うような形状であってもよい。また、強度が確保できるのであれば、囲う形状でなくともよく、複数点で接着する構造であっても、一点で接着する構造であってもよい。

１…プリント基板基材
２…シリコーン接着材
３…支持体
４…レジスト
５…プリント基板
６…空気流量センサ
７…圧力センサ
８…湿度センサ
９…温度センサ
１０…配線
２０…物理量測定装置
２１１…フランジ

Claims (6)

1. センサと、
   一方の面に前記センサが配置され、他方の面に支持体が固定されるプリント基板と、
   前記プリント基板を支持する支持体と、
   前記プリント基板と前記支持体とを接着固定するシリコーン接着剤と、を備え、
   前記プリント基板は、基材の表面上にレジストが形成されているレジスト形成部と、前記レジストが形成されずに前記基材が露出した露出部とを有し、
   前記プリント基板の前記他方の面の最外周に形成された前記露出部及び前記プリント基板の側面において前記基材が露出した側面部のそれぞれと前記支持体に、前記シリコーン接着剤が接することで、該プリント基板が前記支持体に固定される物理量測定装置。
2. 前記露出部は、囲うような形状である請求項１に記載の物理量測定装置。
3. 前記シリコーン接着剤は、隙間を有しつつ、囲うように形成されている請求項１に記載の物理量測定装置。
4. 前記支持体は、アルミベースである請求項１に記載の物理量測定装置。
5. 前記プリント基板の前記一方の面に、前記センサとしての流量センサ、圧力センサ、湿度センサ、温度センサの少なくとも１つが配置されている請求項１に記載の物理量測定装置。
6. 前記プリント基板を実装する支持体は、少なくとも１部が吸気管内に挿入される位置にある請求項５に記載の物理量測定装置。

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