JP7399348B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば内燃機関の吸入空気の流量を測定する流量測定装置に関する。

この種の技術として、特許文献１には、リードフレームと、リードフレームに搭載された半導体チップと、半導体チップの流量検出部を露出するように半導体チップを覆う樹脂と、を備えた流量測定装置が開示されている。

国際公開第２０１５－０３３５８９号

特許文献１の流量測定装置において、たとえば、半導体チップに相当する流量測定素子とリードフレームとの間に、たとえば、その用途に応じて、金属製の中間部材を配置した場合、中間部材も樹脂に相当する樹脂封止体に覆われることになる。樹脂封止体の樹脂は、中間部材の金属とは線膨張係数が異なるため、流量測定装置に作用する温度変化によっては、これらが剥離するおそれがある。

本発明の目的は、流量測定素子とリードフレームとの間に配置された中間部材と、樹脂封止体との剥離を抑えることができる流量測定装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の流量測定装置は、空気の流量を測定する流量測定装置であって、前記流量測定装置は、チップパッケージを有しており、前記チップパッケージは、ダイヤフラムを有した流量測定素子と、前記流量測定素子が実装されたリードフレームと、前記流量測定素子と前記リードフレームとの間に配置され、前記流量測定素子と前記リードフレームとに接合された金属製の中間部材と、前記ダイヤフラムが露出した状態で前記流量測定素子と前記リードフレームの一部とを封止する樹脂封止体と、を備え、前記ダイヤフラムの表面と直交する方向から視た前記チップパッケージの平面視において、前記中間部材の周縁は、前記樹脂封止体で封止されており、前記中間部材には、前記平面視において、前記流量測定素子が搭載された領域から外れた位置において、前記周縁から内側に凹んだ凹み部、または、前記周縁よりも内側で開口した開口部が形成されており、前記凹み部または前記開口部には、前記樹脂封止体の樹脂が充填されている。

本発明によれば、流量測定素子とリードフレームとの間に配置された中間部材と、樹脂封止体との剥離を抑えることができる。本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

内燃機関制御システムに本発明に係る物理量検出装置を使用した一実施例を示すシステム図。 物理量検出装置の正面図。 図２のIII方向矢視図。 物理量検出装置の背面図。 図２のV方向矢視図。 物理量検出装置の平面図。 物理量検出装置の下面図。 図４のVIII－VIII線断面図。 図２のIX－IX線断面図。 図２に示す物理量検出装置のカバーを取り外した状態を示す図。 図１０に示す物理量検出装置から回路基板を取り外した状態を示す図。 図４に示す物理量検出装置の開口窓を樹脂部材で封止する前の状態を示す図。 基板アセンブリの表側を示す図。 基板アセンブリの裏側を示す図。 チップパッケージの斜視図。 チップパッケージを流量測定素子側（検出面側）から視た平面図。 図１６に示す各部材の配置状態を示す模式的平面図。 チップパッケージを流量測定素子の裏側（非検出面側）から視た平面図。 図１６のXXI-XXI線断面図。 図１９の要部断面図。 図１７に示すチップパッケージの変形例１に係る模式的平面図。 図１７に示すチップパッケージの変形例２に係る模式的平面図。 図１７に示すチップパッケージの変形例３に係る模式的平面図。 図１７に示すチップパッケージの変形例４に係る模式的平面図。 図１７に示すチップパッケージの変形例５に係る模式的平面図。 図２５のXXIV-XXIV線断面図。 図１９に示すチップパッケージの変形例６に係る模式的断面図。

以下に説明する、発明を実施するための形態（以下、実施例）は、実際の製品として要望されている種々の課題を解決しており、特に車両の吸入空気の物理量を検出する検出装置として使用するために望ましい色々な課題を解決し、種々の効果を奏している。下記実施例が解決している色々な課題の内の一つが、上述した発明が解決しようとする課題の欄に記載した内容であり、また下記実施例が奏する種々の効果のうちの１つが、発明の効果の欄に記載された効果である。下記実施例が解決している色々な課題について、さらに下記実施例により奏される種々の効果について、下記実施例の説明の中で述べる。従って、下記実施例の中で述べる、実施例が解決している課題や効果は、発明が解決しようとする課題の欄や発明の効果の欄の内容以外の内容についても記載されている。

以下の実施例で、同一の参照符号は、図番が異なっていても同一の構成を示しており、同じ作用効果を成す。既に説明済みの構成については、図に参照符号のみを付し、説明を省略する場合がある。

図１は、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システム１に、本実施形態に係る物理量検出装置を使用した一実施例を示す、システム図である。エンジンシリンダ１１とエンジンピストン１２を備える内燃機関１０の動作に基づき、吸入空気が被計測気体２としてエアクリーナ２１から吸入され、主通路２２である例えば吸気ボディと、スロットルボディ２３と、吸気マニホールド２４を介してエンジンシリンダ１１の燃焼室に導かれる。燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体２の物理量は、物理量検出装置２０で検出され、その検出された物理量に基づいて燃料噴射弁１４より燃料が供給され、被計測気体２と共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。なお、本実施例では、燃料噴射弁１４は内燃機関の吸気ポートに設けられ、吸気ポートに噴射された燃料が被計測気体２と共に混合気を成形し、吸気弁１５を介して燃焼室に導かれ、燃焼して機械エネルギを発生する。

燃焼室に導かれた燃料および空気は、燃料と空気の混合状態を成しており、点火プラグ１３の火花着火により、爆発的に燃焼し、機械エネルギを発生する。燃焼後の気体は排気弁１６から排気管に導かれ、排気ガス３として排気管から車外に排出される。前記燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体２の流量は、アクセルペダルの操作に基づいてその開度が変化するスロットルバルブ２５により制御される。前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量に基づいて燃料供給量が制御され、運転者はスロットルバルブ２５の開度を制御して前記燃焼室に導かれる吸入空気の流量を制御することにより、内燃機関が発生する機械エネルギを制御することができる。

エアクリーナ２１から取り込まれ主通路２２を流れる吸入空気である被計測気体２の流量、温度、湿度、圧力などの物理量が物理量検出装置２０により検出され、物理量検出装置２０から吸入空気の物理量を表す電気信号が制御装置４に入力される。また、スロットルバルブ２５の開度を計測するスロットル角度センサ２６の出力が制御装置４に入力され、さらに内燃機関のエンジンピストン１２や吸気弁１５や排気弁１６の位置や状態、さらに内燃機関の回転速度を計測するために、回転角度センサ１７の出力が、制御装置４に入力される。排気ガス３の状態から燃料量と空気量との混合比の状態を計測するために、酸素センサ２８の出力が制御装置４に入力される。

制御装置４は、物理量検出装置２０の出力である吸入空気の物理量と、回転角度センサ１７の出力に基づき計測された内燃機関の回転速度とに基づいて、燃料噴射量や点火時期を演算する。これら演算結果に基づいて、燃料噴射弁１４から供給される燃料量、また点火プラグ１３により点火される点火時期が制御される。燃料供給量や点火時期は、実際にはさらに物理量検出装置２０で検出される温度やスロットル角度の変化状態、エンジン回転速度の変化状態、酸素センサ２８で計測された空燃比の状態に基づいて、きめ細かく制御されている。制御装置４は、さらに内燃機関のアイドル運転状態において、スロットルバルブ２５をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ２７により制御し、アイドル運転状態での内燃機関の回転速度を制御する。

内燃機関の主要な制御量である燃料供給量や点火時期はいずれも物理量検出装置２０の出力を主パラメータとして演算される。従って、物理量検出装置２０の検出精度の向上や、経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。

特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、物理量検出装置２０により検出される吸入空気の物理量の検出精度の向上が極めて重要である。また、物理量検出装置２０が高い信頼性を維持していることも大切である。

物理量検出装置２０が搭載される車両は、温度や湿度の変化が大きい環境で使用される。物理量検出装置２０は、その使用環境における温度や湿度の変化への対応や、塵埃や汚染物質などへの対応も、考慮されていることが望ましい。

また、物理量検出装置２０は、内燃機関からの発熱の影響を受ける吸気管に装着される。このため、内燃機関の発熱が吸気管を介して物理量検出装置２０に伝わる。物理量検出装置２０は、被計測気体と熱伝達を行うことにより被計測気体の流量を検出するので、外部からの熱の影響をできるだけ抑制することが重要である。

車に搭載される物理量検出装置２０は、以下で説明するように、単に発明が解決しようとする課題の欄に記載された課題を解決し、発明の効果の欄に記載された効果を奏するのみでなく、以下で説明するように、上述した色々な課題を十分に考慮し、製品として求められている色々な課題を解決し、色々な効果を奏している。物理量検出装置２０が解決する具体的な課題や奏する具体的な効果は、以下の実施例の記載の中で説明する。

＜第１実施形態＞
図２から図７は、物理量検出装置の外観を示す図である。以下の説明では、主通路２２の中心軸２２Ａに沿って被計測気体２が流れるものとする。本実施形態の物理量検出装置２０は、被計測気体２の物理量の一つである流量を計測する流量計測装置としての機能も含むものである。

物理量検出装置２０は、主通路２２の通路壁に設けられた取り付け孔から主通路２２の内部に挿入して主通路２２に固定された状態で使用される。物理量検出装置２０は、被計測気体が流れる主通路２２に配置される筐体を備えている。物理量検出装置２０の筐体は、ハウジング１００と、ハウジング１００に取り付けられるカバー２００を有している。ハウジング１００は、例えば合成樹脂製材料を射出成形することによって構成されている。

カバー２００は、例えば金属材料や合成樹脂製材料からなる板状部材によって構成されており、本実施形態では、アルミニウム合金あるいは合成樹脂製材料の射出成形品によって構成されている。カバー２００は、図２に示すように、ハウジング１００の正面を全面的に覆う大きさを有している。

ハウジング１００は、物理量検出装置２０を主通路２２である吸気ボディに固定するためのフランジ１１１と、フランジ１１１から突出して外部機器との電気的な接続を行うために吸気ボディから外部に露出するコネクタ１１２と、フランジ１１１から主通路２２の中心に向かって突出するように延びる計測部１１３を有している。

計測部１１３は、主通路２２に設けられた取り付け孔から内部に挿入され、物理量検出装置２０のフランジ１１１が主通路２２に当接され、ねじで主通路２２に固定される。

計測部１１３は、フランジ１１１から真っ直ぐ延びる薄くて長い形状を成し、幅広な正面１２１と背面１２２、及び幅狭な一対の側面１２３、１２４を有している。計測部１１３は、物理量検出装置２０を主通路２２に取り付けた状態で、主通路２２の内壁から主通路２２の通路中心に向かって突出する。そして、正面１２１と背面１２２が主通路２２の中心軸２２Ａに沿って平行に配置され、計測部１１３の幅狭な側面１２３、１２４のうち計測部１１３の長手方向一方側の側面１２３が主通路２２の上流側（エアクリーナ側）に対向配置され、計測部１１３の短手方向他方側の側面１２４が主通路２２の下流側（エンジン側）に対向配置される。

本実施形態では、物理量検出装置２０を主通路２２に取り付けた状態で、計測部１１３の基端部が上側に配置され、計測部１１３の先端部が下側に配置される。そして計測部１１３の先端部に下面１２５を有する。ただし、物理量検出装置２０が使用される姿勢状態は、本実施形態に限定されるものではなく、種々の姿勢状態とすることができ、例えば計測部１１３の基端部と先端部とが同じ高さとなるように水平に取り付けられる姿勢状態であってもよい。

以下の説明では、フランジ１１１から計測部１１３が延びる方向である計測部１１３の長手方向の軸をＺ軸、計測部１１３の副通路入口１３１から第１出口１３２に向かって延びる方向である計測部１１３の短手方向の軸をＸ軸、計測部１１３の正面１２１から背面１２２に向かう方向である計測部１１３の厚さ方向の軸をＹ軸と称する場合がある。

計測部１１３は、Ｘ軸方向一方側の側面１２３に副通路入口１３１が設けられ、Ｘ軸方向他方側の側面１２４に第１出口１３２及び第２出口１３３が設けられている。副通路入口１３１と第１出口１３２及び第２出口１３３は、フランジ１１１から主通路２２の中心方向に向かってＺ軸方向に延びる計測部１１３の先端部に設けられている。したがって、主通路２２を流れる被計測気体２のうち、主通路２２の内壁面から離れた中央部に近い部分の被計測気体２を副通路１３４に取り込むことができる。このため、物理量検出装置２０は、主通路２２の内壁面から離れた部分の被計測気体２の流量を測定することができ、熱などの影響による計測精度の低下を抑制できる。

計測部１１３は、計測部１１３が主通路２２の外壁から中央に向かうＺ軸に沿って長く伸びる形状を成しているが、側面１２３、１２４のＹ軸方向の幅は、狭い形状を成している。これにより、物理量検出装置２０は、被計測気体２に対しては流体抵抗を小さい値に抑えることができる。

計測部１１３は、主通路２２に設けられた取り付け孔から内部に挿入され、フランジ１１１が主通路２２に当接され、ねじで主通路２２に固定される。フランジ１１１は、所定の板厚からなる平面視略矩形状を有しており、図６及び図７に示すように、対角線上の角部には固定穴部１４１が対をなして設けられている。固定穴部１４１は、フランジ１１１を貫通する貫通孔１４２を有している。フランジ１１１は、固定穴部１４１の貫通孔１４２に、不図示の固定ネジが挿通されて主通路２２のネジ穴に螺入されることにより主通路２２に固定される。

コネクタ１１２は、図５に示すように、その内部に３本の外部端子１４７と補正用端子１４８が設けられている。外部端子１４７は、物理量検出装置２０の計測結果である流量や温度などの物理量を出力するための端子および物理量検出装置２０が動作するための直流電力を供給するための電源端子である。補正用端子１４８は、生産された物理量検出装置２０の計測を行い、それぞれの物理量検出装置２０に関する補正値を求めて、物理量検出装置２０内部のメモリに補正値を記憶するのに使用する端子であり、その後の物理量検出装置２０の計測動作では上述のメモリに記憶された補正値を表す補正データが使用され、この補正用端子１４８は使用されない。

図８は、図４のVIII-VIII線断面図、図９は、図２のIX-IX線断面図、図１０は、図２に示す物理量検出装置のカバーを取り外した状態を示す図、図１１は、図１０に示す物理量検出装置から回路基板を取り外した状態を示す図、図１２は、図４に示す物理量検出装置の開口窓を封止する前の状態を示す図である。

ハウジング１００の計測部１１３には、流量検出素子である流量測定素子４１１と、吸気温度センサ３２１と、湿度センサ３２２が設けられている。流量測定素子４１１は、主通路を流れる被計測気体２の流量を検出する。流量測定素子４１１は、ダイヤフラム構造を有しており、副通路１３４の通路途中に配置されている。吸気温度センサ３２１は、側面１２３の副通路入口１３１近傍に一端が開口し、他端が計測部１１３の正面１２１と背面の両方に開口する温度検出通路１３６の通路途中に配置されている。吸気温度センサ３２１は、主通路を流れる被計測気体２の温度を検出する。湿度センサ３２２は、計測部１１３の湿度計測室１３７に配置されている。湿度センサ３２２は、計測部１１３の背面に開口する窓部１３８から湿度計測室１３７に取り入れられた被計測気体の湿度を計測する。

計測部１１３には、副通路１３４を形成するための副通路溝１５０と、回路基板３００を収容するための回路室１３５が設けられている。回路室１３５と副通路溝１５０は、計測部１１３の正面１２１に凹設されており、計測部１１３の正面１２１にカバー２００を取り付けることによって覆われて蓋がされる構造となっている。

回路室１３５は、主通路２２において被計測気体２の流れ方向上流側の位置となるＸ軸方向一方側（側面１２３側）の領域に設けられている。回路室１３５には、計測部１１３をＹ軸方向に貫通する開口窓１３５ａが設けられている。開口窓１３５ａは、計測部１１３の背面に開口しており、回路基板３００を計測部１１３に装着した際に、回路基板３００の背面を部分的に露出させることができるようになっている。開口窓１３５ａは、回路基板３００の背面のうち、少なくともボンディングパッド３３２を露出させ、計測部１１３の接続端子３３１との間を線材３３３で接続する作業ができるようになっている。開口窓１３５ａは、ボンディングパッド３３２と接続端子３３１との間が線材３３３で接続された後に、エポキシ樹脂などの硬化剤が充填されて完全に閉塞される。

副通路溝１５０は、回路室１３５よりも計測部１１３のＺ軸方向先端側（下面１２５側）の領域と、回路室１３５よりも主通路２２における被計測気体２の流れ方向下流側の位置となるＸ軸方向他方側（側面１２４側）の領域に亘って設けられている。

副通路溝１５０は、計測部１１３の正面１２１を覆うカバー２００との協働によって副通路１３４を形成する。副通路溝１５０は、第１副通路溝１５１と、第１副通路溝１５１の途中で分岐する第２副通路溝１５２とを有している。第１副通路溝１５１は、計測部１１３の一方側の側面１２３に開口する副通路入口１３１と、計測部１１３の他方側の側面１２４に開口する第１出口１３２との間に亘って、計測部１１３のＸ軸方向に沿って延在するように形成されている。第１副通路溝１５１は、主通路２２内を流れる被計測気体２を副通路入口１３１から取り込み、その取り込んだ被計測気体２を第１出口１３２から主通路２２に戻す第１副通路１３３１をカバー２００との協働により形成する。第１副通路１３３１は、副通路入口１３１から主通路２２内における被計測気体２の流れ方向に沿って延在し、第１出口１３２までつながる流路を有する。

第２副通路溝１５２は、第１副通路溝１５１の途中位置で分岐して計測部１１３の基端部側（フランジ側）に向かって屈曲され、計測部１１３のＺ軸方向に沿って延在する。そして、計測部１１３の基端部で計測部１１３のＸ軸方向他方側（側面１２４側）に向かって折れ曲がり、計測部１１３の先端部に向かってＵターンし、再び計測部１１３のＺ軸方向に沿って延在する。そして、第１出口１３２の手前で計測部１１３のＸ軸方向他方側（側面１２４側）に向かって屈曲され、計測部１１３の側面１２４に開口する第２出口１３３に連続するように設けられている。第２出口１３３は、主通路２２における被計測気体２の流れ方向下流側に向かって対向配置される。第２出口１３３は、第１出口１３２と比較して若干大きい開口面積を有しており、第１出口１３２よりも計測部１１３の長手方向基端部側に隣接した位置に形成されている。

第２副通路溝１５２は、第１副通路１３３１から分岐されて流れ込んだ被計測気体２を通過させて第２出口１３３から主通路２２に戻す第２副通路１３３２をカバー２００との協働により形成する。第２副通路１３３２は、計測部１１３のＺ軸方向に沿って往復する流路を有する。つまり、第２副通路１３３２は、第１副通路１３３１の途中で分岐して、計測部１１３の基端部側（第１副通路１３３１から離れる方向）に向かって延在する往通路部１３３３と、計測部１１３の基端部側（往通路部１３３３の端部）で折り返されてＵターンし、計測部１１３の先端部側（第１副通路１３３１に接近する方向）に向かって延在する復通路部１３３４を有している。復通路部１３３４は、副通路入口１３１よりも主通路２２内における被計測気体２の流れ方向下流側の位置において被計測気体２の流れ方向下流側に向かって開口する第２出口１３３につながる流路を有する。

第２副通路１３３２は、往通路部１３３３の途中位置に流量測定素子（流量測定センサチップ）４１１が配置されている。第２副通路１３３２は、計測部１１３の長手方向に沿って延在して往復するように通路が形成されているので、通路長さをより長く確保することができ、主通路内に脈動が生じた場合に、流量測定素子４１１への影響を小さくすることができる。流量測定素子４１１は、チップパッケージ４００に設けられており、チップパッケージ４００は、回路基板３００に実装されている。

図１３は、基板アセンブリの表側を示す図、図１４は、基板アセンブリの裏側を示す図である。
回路基板３００は、表側の実装面に、チップパッケージ４００、圧力センサ３２０、吸気温度センサ３２１、湿度センサ３２２等の回路部品が実装されており、裏面側の実装面には、チップ抵抗やチップコンデンサなどの回路部品３３４とボンディングパッド３３２が設けられている。回路基板３００は、平面視で略長方形状を有しており、図１０に示すように、回路基板３００の長手方向が計測部１１３の基端部から先端部に向かって延在し、回路基板３００の短手方向が計測部１１３の側面１２３から側面１２４に向かって延在するように計測部１１３内に配置される。

回路基板３００は、回路室１３５内に配置される基板本体３０１を有しており、温度検出通路１３６に配置される第１突出部３０２と、湿度計測室１３７に配置される第２突出部３０３と、第２副通路１３３２の往通路部１３３３に配置される第３突出部３０４とがそれぞれ基板本体３０１から面一に延びるように設けられている。第１突出部３０２の先端部には、吸気温度センサ３２１が実装され、第２突出部３０３には湿度センサ３２２が実装されている。第３突出部３０４は、第２副通路１３３２の往通路部１３３３においてチップパッケージ４００と対向して配置される。回路基板３００の第３突出部３０４は、チップパッケージ４００の凹溝４０４の開放部分を閉塞して第１通路部Ｄ１を形成する。また、回路基板３００の第３突出部３０４は、第２副通路溝１５２の底壁面１５２ａとの間に第２通路部Ｄ２を形成する。樹脂封止体４０１とカバー２００との間には、副通路１３４内を被計測気体が流通可能な閉断面を有する第３通路部Ｄ３が形成されている。第３通路部Ｄ３は、樹脂封止体４０１とカバー２００との間に第３の空隙を有している。

図１５は、本実施形態におけるチップパッケージの斜視図、図１６は、チップパッケージを流量測定素子側（検出面側）から視た平面図、図１７は、図１６に示す各部材の配置状態を示す模式的平面図である。図１８は、チップパッケージを流量測定素子の裏側（非検出面側）から視た平面図、図１９は、図１６のXXI-XXI線断面図、図２０は、図１９の要部断面図である。

チップパッケージ（センサアセンブリ）４００は、流量測定素子（センサチップ）４１１とＬＳＩ（集積回路（半導体チップ））４１２とリードフレーム４１３を樹脂でモールド成形したパッケージの構造を有している。流量測定素子４１１とＬＳＩ４１２は、リードフレーム４１３に実装されている。流量測定素子４１１は、流量を検出する部分に相当するダイヤフラム４１１ａを有している。ＬＳＩ４１２は、流量測定素子４１１にワイヤ等を介して電気的に接続されている。チップパッケージ４００は、流量測定素子４１１のダイヤフラム４１１ａが露出するように流量測定素子４１１を樹脂で封止した樹脂封止体４０１を備えている。本実施形態では、樹脂封止体４０１は、樹脂成形体であり、リードフレーム４１３の一部（接続端子４１４を除く本体部分）と、ＬＳＩ４１２とを樹脂で封止している。チップパッケージ４００は、樹脂封止体４０１の基端部４０１Ａが回路室１３５内に配置され、樹脂封止体４０１の先端部４０１Ｂが第２副通路溝１５２に突出して配置される。チップパッケージ４００は、固定部によって、回路基板３００に電気的に接続され、かつ、機械的に固定される。

樹脂封止体４０１の基端部４０１Ａには、複数本の接続端子４１４が設けられている。複数の接続端子４１４は、樹脂封止体４０１の基端部４０１Ａの幅方向両端部から樹脂封止体４０１の幅方向（図１５のＺ軸）に沿って互いに離反する方向に向かって突出して設けられており、各接続端子４１４の先端は、基端部４０１Ａの厚さ方向に折曲されて基端部４０１Ａの正面４０３よりも厚さ方向（図１５のＹ軸）に突出した位置に配置されている。

樹脂封止体４０１の先端部４０１Ｂは、第２副通路１３３２の往通路部１３３３内において回路基板３００の第３突出部３０４に対向して配置される。樹脂封止体４０１の先端部４０１Ｂには、凹溝４０４が形成されている。凹溝４０４は、樹脂封止体４０１の先端部４０１Ｂの正面４０３において、樹脂封止体４０１の先端部４０１Ｂの幅方向（図１５のＺ軸）に亘って延在するように形成されており、延在する方向の中間位置に流量測定素子４１１が露出して配置されている。

凹溝４０４は、流量測定素子４１１から互いに離反する方向に延びる底面４０５ａ、４０５ｂと、互いに対向する一対の壁面４０６とを有する。底面４０５ａは、樹脂封止体４０１の幅方向一方側の端部から流量測定素子４１１に接近する方向に移行するにしたがって溝深さが漸次浅くなるように傾斜して形成されている。一方、底面４０５ｂは、樹脂封止体４０１の幅方向他方側の端部と流量測定素子４１１と間において一定の溝深さを有するように平坦に形成されている。一対の壁面４０６は、樹脂封止体４０１の幅方向両端部から流量測定素子４１１に接近する方向に移行するにしたがって漸次互いに接近する絞り形状となっている。

チップパッケージ４００は、流量測定素子４１１を封止する樹脂で絞り形状を形成することで、絞りと計測部との位置関係を精度よく構成でき、計測精度が向上するため好ましい。また、計測面と垂直な方向で絞る場合と比べて、計測面と並行な方向で絞ることにより、汚損物を含んだ空気が計測面にガイドされる量が低減されるため、耐汚損性にも優れる。なお、ＬＳＩ４１２と流量測定素子４１１を一体化した構成や、ＬＳＩ４１２を回路基板３００に固定する構成としてもよい。また、チップパッケージ４００は、金属端子を樹脂で封止した樹脂成形体に流量測定素子４１１を実装した構造であってもよい。チップパッケージ４００は、流量測定素子４１１と流量測定素子４１１を支持する部材を少なくとも備えている樹脂封止体である。

チップパッケージ４００は、第２副通路１３３２の往通路部１３３３に沿って凹溝４０４が延在するように配置される。チップパッケージ４００は、流量測定素子４１１が回路基板３００の一部である第３突出部３０４と対向するように配置される。チップパッケージ４００は、樹脂封止体４０１の通路壁３１４と回路基板３００の第３突出部３０４との間に第１通路部Ｄ１が形成されている。第１通路部Ｄ１には、第２副通路１３３２を流れる被計測気体が通過し、流量測定素子４１１によって被計測気体の流量が検出される。

チップパッケージ４００は、接続端子４１４を回路基板３００にはんだ付けすることによって回路基板３００に固定される。つまり、はんだ付けされた部分が、チップパッケージ４００を回路基板３００に電気的に接続し、かつ、機械的に固定する固定部を構成する。ただし、チップパッケージ４００を回路基板３００に固定する固定方法としては、はんだ付けに限定されるものではない。例えば、複数の接続端子をプレスフィット端子によって構成し、これらのプレスフィット端子を回路基板３００に穿設されたスルーホールに挿入することによって接続するプレスフィットや、銀ペーストなどの導電性接着剤を塗布して複数の接続端子４１４を回路基板３００の接続パッドに接着して固定する方法を採用してもよい。

本実施形態では、図１９および図２０に示すように、チップパッケージ４００は、流量測定素子４１１とリードフレーム４１３との間に配置された金属製の中間部材４０８を備えている。本実施形態では、中間部材４０８は、矩形状の金属板材である。中間部材４０８は、流量測定素子４１１とリードフレーム４１３とに、接着フィルム４４１、４４３を介して接合されている。接着フィルム４４１、４４３としては、ダイボンディングフィルム等を挙げることができる。

中間部材４０８は、たとえば、流量測定素子４１１とリードフレーム４１３との間の線膨張係数の違いにより発生する熱応力を緩衝する部材である。しかしながら、中間部材４０８は、リードフレーム４１３との間で、流量測定素子４１１において、ダイヤフラム４１１ａの裏側に形成された空間と、外気とを連通する流路溝を形成する部材であってもよく、その用途に応じた形状および材料が選定される。

本実施形態では、中間部材４０８が、熱応力を緩衝する部材である場合には、中間部材４０８は、流量測定素子４１１を構成する材料の線膨張係数と、リードフレーム４１３を構成する材料の線膨張係数との中間の線膨張係数（中間の値となる線膨張係数）を有した材料からなる。

これにより、使用環境下において、流量測定素子４１１に対してリードフレーム４１３が伸びようとしても、中間部材４０８は、これらの伸び代の中間の伸びとなるため、流量測定素子４１１またはリードフレーム４１３の接合部分（接着部分）の剥離を抑えることができる。例えば、流量測定素子４１１を構成する材料がシリコンであり、フレームが銅合金である場合には、中間部材４０８には、４２アロイが用いられる。４２アロイは、鉄にニッケルを配合した合金であり、合金全体に対してニッケルが４２質量％含有されている。

なお、リードフレーム４１３には、樹脂封止体４０１の樹脂との密着性を向上されるために、粗化処理または金などのめっき処理が施されていてもよい。本実施形態では、図１７に示すチップパッケージ４００の平面視において、リードフレーム４１３の周縁４１３ａよりも内側に、中間部材４０８が配置されている。これにより、中間部材４０８と樹脂封止体４０１との接触面積を減らし、リードフレーム４１３と樹脂封止体４０１との接触面積を確保することができる。これにより、リードフレーム４１３と樹脂封止体４０１との密着性を確保することができる。

図１６および図１７に示すように、本実施形態では、ダイヤフラム４１１ａの表面と直交する方向から視たチップパッケージ４００の平面視において、中間部材４０８の周縁４０８ａは、樹脂封止体４０１の樹脂で封止されている。これにより、中間部材４０８は、樹脂封止体４０１の内部に封入されるため、中間部材４０８の周縁４０８ａから、中間部材４０８の表面に沿って、水等が進入することを防止することができる。さらに、中間部材４０８は、リードフレーム４１３よりも、曲げ剛性が高いことが好ましく、たとえば、中間部材４０８の厚さは、リードフレーム４１３の厚さよりも厚いことが好ましい。これにより、中間部材４０８は、熱変化によるリードフレーム４１３の変形を抑える支持部材として、作用させることができる。

図１６および図１７に示すチップパッケージ４００の平面視において、中間部材４０８には、流量測定素子４１１が搭載された領域（第１領域）Ｒ１から外れた位置において、周縁４０８ａよりも内側で開口した開口部４３１が形成されている。開口部４３１には、樹脂封止体４０１の樹脂が充填されている。より具体的には、開口部４３１が形成された部分は、リードフレーム４１３の表面が露出しているので、実施形態では、樹脂封止体４０１の樹脂のうち、開口部４３１に充填された樹脂が、リードフレーム４１３の露出した表面に密着している。

このように、開口部４３１に、樹脂封止体４０１の樹脂が充填することにより、充填された樹脂のアンカ効果により、樹脂封止体４０１内における中間部材４０８の変形を抑えることができる。このような結果、中間部材４０８と、樹脂封止体４０１と剥離を抑え、これらの間に隙間が形成されることを抑えることができる。さらに、樹脂封止体４０１の樹脂のうち、開口部４３１に充填された樹脂が、リードフレーム４１３の露出した表面に密着しているため、樹脂封止体４０１とリードフレーム４１３の密着性を高めることができる。

本実施形態ではＬＳＩ４１２も、中間部材４０８を介してリードフレーム４１３に実装されている。具体的には、ＬＳＩ４１２は、中間部材４０８に、接着フィルム４４２を介して接合されている。接着フィルム４４２としては、ダイボンディングフィルム等を挙げることができる。本実施形態では、ＬＳＩ４１２が、中間部材４０８を介してリードフレーム４１３に実装されているので、上述した中間部材４０８のアンカ効果により、中間部材４０８と樹脂封止体４０１の剥離ばかりでなく、ＬＳＩ４１２と樹脂封止体４０１との剥離を低減することができる。特に、ＬＳＩ４１２の要部もシリコン系の非金属系の材料であるため、中間部材４０８に上述した材料を選定することにより、使用環境下において、ＬＳＩ４１２に対してリードフレーム４１３が伸びようとしても、中間部材４０８は、これらの伸び代の中間の伸びとなるため、ＬＳＩ４１２またはリードフレーム４１３の接合部分（接着部分）の剥離を抑えることができる。

特に、本実施形態では、図１７に示すように、中間部材４０８のうち、流量測定素子４１１が搭載された領域を第１領域Ｒ１とし、ＬＳＩ４１２が搭載された領域を第２領域Ｒ２としたときに、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に、開口部４３１が形成されている。このように、第１領域Ｒ１および第２領域Ｒ２との間に、開口部４３１を設け、この開口部４３１に、樹脂封止体４０１の樹脂を充填することにより、樹脂封止体４０１に対する中間部材４０８の拘束性を高めることができる。

ここで、図１７に示すように、流量測定素子４１１のダイヤフラム４１１ａの裏面には、空間Ｓが形成されており、本実施形態に係るチップパッケージ４００には、この空間Ｓと外気とを連通する連通通路４５１が形成されている。

具体的には、図２０に示すように、本実施形態では、ダイヤフラム４１１ａの裏面には、中間部材４０８とリードフレーム４１３を貫通する貫通孔４３９が形成されており、リードフレーム４１３には、流量測定素子４１１側からＬＳＩ４１２側に向かって、連通通路４５１の一部を構成する通路溝が形成さている。この通路溝を覆うように、リードフレーム４１３に、絶縁性のフィルム４４４が貼着されることにより、連通通路４５１が形成される。

本実施形態では、チップパッケージ４００のダイヤフラム４１１ａが露出した面を、正面４０３とし、その反対面を裏面４０２としたときに、チップパッケージ４００の正面４０３と裏面４０２の両面において、樹脂封止体４０１には、凹部４２１、４２２が形成されている。本実施形態では、凹部４２１、４２２は、チップパッケージ４００の厚さ方向に重なるように形成されている。なお、樹脂封止体４０１には、チップパッケージ４００の裏面４０２において、流量測定素子４１１と厚さ方向に重なる位置に、凹部４２４が形成されている。

ここで、貫通孔４３９を連通通路４５１の一端としたとき、連通通路４５１の他端には、外気と通気する貫通孔４２３が形成されている。本実施形態では、貫通孔４２３は、樹脂封止体４０１の凹部４２２に形成されており、貫通孔４２３は、フィルム４４４を貫通している。これにより、連通通路４５１を、チップパッケージ４００の裏面４０２側の外気に連通することができる。

このようにして、流量測定時に、流量測定素子４１１が加熱され、空間Ｓの空気が膨張しても、膨張した空気は、連通通路４５１を介して回路室１３５を介して、外気に放出することができる。この結果、空間Ｓの空気の膨張によるダイヤフラム４１１ａの変形を抑えることができる。

〔変形例１〕
図２１は、図１７に示すチップパッケージの変形例１に係る模式的平面図である。図１７に示す実施形態では、中間部材４０８に１つの開口部４３１を形成したが、変形例１では、中間部材４０８の第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に、複数の開口部４３１が形成されている。本実施形態では、開口部４３１が、３つ形成されている。

各開口部４３１には、樹脂封止体４０１の樹脂が充填されている。変形例１では、開口部４３１を複数設けることにより、開口部４３１同士の間の部分が、補強用のリブとして作用するので、中間部材４０８の剛性を高めることができるため、チップパッケージ４００の信頼性を高めることができる。

〔変形例２〕
図２２は、図１７に示すチップパッケージの変形例２に係る模式的平面図である。図１７に示す実施形態では、中間部材４０８を、流量測定素子４１１からＬＳＩ４１２まで延在させたが、図２２に示すように、中間部材４０８を凹部４２１までさらに延在させ、凹部４２１の底部が露出するように、開口部４３２をさらに設けてもよい。

開口部４３２の一部（周縁部分）には、樹脂封止体４０１の樹脂が入り込んでいる。具体的には、本実施形態では、開口部４３２は矩形状であり、開口部の内部に、凹部４２１の底部が形成されている。樹脂封止体４０１の樹脂は、凹部４２１の底部の周縁と、開口部４３２の周縁との間の空間に入り込んでいる。本実施形態によれば、第２領域Ｒ２を挟んで、２つの開口部４３１、４３２の樹脂封止体４０１の樹脂が入り込んでいるので、樹脂封止体４０１の樹脂で中間部材４０８をより確実に拘束することができる。

〔変形例３〕
図２３は、図１７に示すチップパッケージの変形例３に係る模式的平面図である。図１７に示す実施形態では、中間部材４０８の第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に、矩形状の開口部４３１が形成されていたが、図２３に示すように、中間部材４０８の第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に形成した開口部４３１を、第１領域Ｒ１を両側から挟むように、延在させてもよい。

本実施形態では、開口部４３１の延在させた部分にも、樹脂封止体４０１の樹脂が充填されている。これにより、樹脂封止体４０１の樹脂は、第１領域Ｒ１を両側から挟む位置においても、中間部材４０８をより確実に拘束することができるため、中間部材４０８のうち、流量測定素子４１１が搭載された第１領域を、より確実に拘束することができる。

〔変形例４〕
図２４は、図１７に示すチップパッケージの変形例４に係る模式的平面図である。図１７に示す実施形態では、中間部材４０８の第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に、矩形状の開口部４３１が形成されていたが、図２４に示すように、中間部材４０８の第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２との間に、中間部材４０８の周縁４０８ａから内側に凹んだ凹み部４３４を形成してもよい。本実施形態では、中間部材４０８には、対向する位置に、一対の凹み部４３４、４３４が形成されている。これにより、中間部材４０８は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２の間でくびれた形状になっている。

本実施形態では、一対の凹み部４３４、４３４に、樹脂封止体４０１の樹脂が充填されているこの場合であっても、樹脂封止体４０１の樹脂により、中間部材４０８を拘束することができるため、樹脂封止体４０１と中間部材４０８との界面からの剥離を抑えることがきる。なお、本実施形態では、凹み部４３４は、第１領域Ｒ１と第２領域Ｒ２とに形成したが、樹脂封止体４０１の樹脂により、中間部材４０８を拘束することができるのであれば、その位置は限定されるものではない。なお、凹み部４３４に比べて、開口部３４１の方が、平面視において、すべての方向から中間部材４０８を拘束することができる。

〔変形例５〕
図２５は、図１７に示すチップパッケージの変形例５に係る模式的平面図である。図２６は、図２５のXXIV-XXIV線断面図である。図１７に示す実施形態では、中間部材４０８に、流量測定素子４１１およびＬＳＩ４１２が搭載されていたが、中間部材４０８は、流量測定素子４１１のみを搭載してもよい。中間部材４０８は、矩形状であり、流量測定素子４１１が搭載された第１領域Ｒ１を両側から挟むように、２つの開口部４３６、４３６が形成されている。

本実施形態では、２つの開口部４３６、４３６にも、樹脂封止体４０１の樹脂が充填されている。これにより、樹脂封止体４０１の樹脂は、第１領域Ｒ１を両側から挟む位置において、流量測定素子４１１が搭載された第１領域Ｒ１を拘束することができる。

〔変形例６〕
図２７は、図１９に示すチップパッケージの変形例６に係る模式的断面図である。図１９に示す実施形態では、樹脂封止体４０１の凹部４２２に、連通通路４５１に連通する貫通孔を設けたが、図２７に示すように、樹脂封止体４０１の凹部４２１に、貫通孔４２３を形成してもよい。これにより、連通通路４５１を、チップパッケージ４００の正面４０３側の外気に連通することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

２０・・・物理量検出装置（流量測定装置）、４００・・・チップパッケージ、４０１・・・樹脂封止体、４１８・・・中間部材、４１１・・・流量測定素子、４１１ａ：ダイヤフラム、４１２：集積回路、４１３・・・リードフレーム、４３１、４３２、４３４：凹部、Ｒ１・・・第１領域、Ｒ２・・・第２領域

Claims (3)

1. 空気の流量を測定する流量測定装置であって、
   前記流量測定装置は、チップパッケージを有しており、
   前記チップパッケージは、
   ダイヤフラムを有した流量測定素子と、
   前記流量測定素子が実装されたリードフレームと、
   前記流量測定素子と前記リードフレームとの間に配置され、前記流量測定素子と前記リードフレームとに接合された金属製の中間部材と、
   前記ダイヤフラムが露出した状態で前記流量測定素子と前記リードフレームの一部とを封止する樹脂封止体と、を備え、
   前記ダイヤフラムの表面と直交する方向から視た前記チップパッケージの平面視において、前記中間部材の周縁は、前記樹脂封止体で封止されており、
   前記中間部材には、前記平面視において、前記流量測定素子が搭載された領域から外れた位置において、前記周縁よりも内側で開口した開口部が形成されており、
   前記開口部には、前記樹脂封止体の樹脂が充填されており、
   前記チップパッケージには、前記流量測定素子に電気的に接続された集積回路を備え、
   前記集積回路は、前記中間部材を介して前記リードフレームに実装されており、
   前記中間部材のうち、前記流量測定素子が搭載された領域を第１領域とし、前記集積回路が搭載された領域を第２領域としたときに、前記第１領域と前記第２領域との間に、前記開口部が形成されており、
   前記開口部は、前記第１領域を両側から挟み込むように延在した部分を有している、流量測定装置。
2. 前記中間部材は、前記流量測定素子を構成する材料の線膨張係数と、前記リードフレームを構成する材料の線膨張係数との中間の線膨張係数を有した材料からなる、請求項１に記載の流量測定装置。
3. 前記平面視において、前記リードフレームの周縁よりも内側に、前記中間部材が配置されている、請求項１に記載の流量測定装置。

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