JPH02120627A - 流量検出装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は流量検出装置に関する。

（従来技術） 流に検出の原理には、熱線式流…検出があるが、その方
式を用いた熱線式流量検出装置には、小型化を図る観点
から、流量検出部を薄膜素子として基板上に形成したも
のがある（１９８６、電気学会第６回センサーシンポジ
ウム　　ＡＭｉｃｒｏ　　Ｆｌｏｗ　　５ｅｎｓｏｒ　
　ｗｉｔｈ　　ａ　　５ｕｂｓｔ、ｒａＬｃ　　ｈｌｉ
ｎｇ　ａｏｗ　Ｔｈｅｒｎ＋ａｌ　Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖ
ｉｔｙ）　、このような熱線・式流？６検出装置におい
ては、基板には、放熱による流；ｊｌ検出の感度低ドを
防ぐ現点から熱伝導率が小さくｆｌつ耐熱性材料である
ことが必要である。このため、上記熱線式流１１検出装
置における基板には、その条件を満たすガラス基板が用
いられている。

（発明が解決し、１：つとする問題点）しかし、ＪＴ、
ガラス基板は、破損し易い性質を有１７でおり、このた
め、構造強度の点では１分とははえず、信頼性の−Ｌで
問題を有することになっている。

本発明は上記実情に鑑みてなされたもので、その「１的
は、流量検出部を薄膜素子とし７て基板１−に形成する
熱線式流量検出装置において、基板側への放熱に基づく
流量検出の感度低下を抑えつつ、構造強度の強化を図る
ことにある。

（問題点を解決するための手段、作用）かかる目的を達
成するために本発明にあっては、少なくとも２つの抵抗
ふ子からなる流（−１￥検出８１Ｓと、該抵抗素ｒに宙
ＦＩ）を印加して被測定気体の流量を検出する流量検出
回路部とを備えた流は検出装置であって、 前記流量検出回路部が形成される第１括根と、 前記流量検出回路部子に〜γ設さね、その先端側に挟持
部が設けられている導電性保持部材と、前記導電性保持
部材の挟持部に挟持される第２基根と、を備える一方、 前記第２基板−トに＋ｉｉｊ記流（１１検出部が、前記
導”ｒ’ｔＸ性保持部材の挟持部に当接して薄膜状に形
成されている、 構成としである。

−１−記第１の発明の構成により、基板側への放熱に基
づく流量検出感度の低ドについては、導電性保持部材に
よって第１、第２基板間に空気層が形成され、その空気
層によって、流量検出部の熱が第１基板内側へ熱伝達さ
れることが大幅に防がれ、流量検出の感度低Ｆが著しく
抑えられることになる。さらに、構造強度については、
第１基板が本装置の全体的な強度を増大させることにな
り、構造強度の強化を図ることができることになる。し
かも、この場合、薄膜形成の容易性については第２基板
が関与し、基板側への放熱に基づく流（ｄ検出感度の低
下防［Ｌ′、については、上述のように空気層の存在に
より満足できることになり、第１基板としては強度の点
だけを考慮して選択すればよくなり、第１基板の選択の
幅を広げることができることになる。

したがって、基板側への放熱に基づく流量検出の感度低
下を著しく抑えることができると共に、構造強度の強化
を、簡単に図ることができることになる。

また、流ｒ士：検出部と流量検出回路部とが基板に同一
面側において設けられることから、導電性保持部材の取
付けが容易になり、流量検出部と流量検出回路部との接
続を容易にすることができることになる。

さらには、基板ｌ」−において、流量検出部と流Ｑ検出
回路部の両者を保持部材を介して構造的に接続すること
から、これらがコンパクトにまとまることになり、装置
全体として小型化を図ることができることになる。

また、前記目的を達成するために本発明にあっては、 禽；≠４＝少なくとも２つの抵抗素子からなる流量検出
部と、該抵抗素子に電圧を印加して被測定気体の流けを
検出する流量検出回路部とを備えた流量検出装置におい
て、 前記流量検出回路部が形成される第１基板と、 前記第１基板１−に形成される誘電体厚膜部と、 前記誘電体厚膜部に支持され、その外面には前記濃酸検
出部が形成される第２基板と、市■記流量検出回路部と
１１１１記流…検出部とを接続する導体部と。

を備えていることを特徴とする流量検出装置、とした構
成としである。

上記第２の発明の構成により、前記第１の発明と同様の
作用を生じるだけでなく、第２基板が誘電体厚膜部によ
って支持されることから、第１、第２基板間に空気層が
形成されるように該第２基板を保持することが容易とな
り、製品プロセスの簡略化を図ると共に量産性を向上さ
せることができることになる。

（実施例） 以Ｆ、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図、第２図は第１の発明の第１実施例を示すもので
ある。このうち、第１図は既存の熱線式流量検出原理を
示す模式構成図で、本流量検出装置にも、このような既
知の流量検出原理が用いられている。この流量検出原理
について簡（Ｎに説明すると、この原理においては、流
量検出部Ｒとして、ヒータ抵抗体Ｒｈ、モニタ抵抗体Ｒ
ｍ及びセンサ抵抗体Ｒｆが設けられると共に、差動増幅
器Ｏ１制御用トランジスタＴ等が設けられており、抵抗
体Ｒｆの温度が流体の温度に等しく、抵抗体Ｒｍが抵抗
体ｎｈの発熱により流体の温度からある温度差をもって
ブリッジＢを平衡状態にしている。抵抗体Ｒｈの熱が流
体の流量に応じて放出されると抵抗体Ｒｍの温度が変化
し抵抗値が変化する。その時、ブリッジＢに差電圧が生
じ、その差電圧は差動増幅器０により増幅される。これ
がトランジスタ１゛に入力され、抵抗体Ｒｈへの電流量
が制御されることになる。抵抗体Ｒｈはその電流量に基
づき発熱し、これが前述の放熱量を補うことになり、ブ
リッジＢの差電圧がなくなり、このとき、抵抗体Ｒｍと
流体との温度差が一定に保たれる。この抵抗体Ｒｍと流
体の温度差を一定に保つ際のヒータＲｈの電圧ｖｈに基
づき流量が求められることになる。

本流量検出装置は、上記熱線式流量検出原理を基礎とし
て、第２図に示すように構成されている。すなわち、ｌ
は第１基板としてのハイブリッドＩＣ基板で、このハイ
ブリッドＩＣ基板にはアルミナ等が用いられている。

上記基板ｌ上には厚膜状の厚膜導体２．２が一定間隔を
あくようにして形成されている。この厚膜導体２は流量
検出回路の構成部（接続部）を構成しており、この厚膜
導体２には銀／バラジュウム焼結体等が用いられる。

曲記両厚膜導体２，２上には導電性保持部材としての金
属製リードフレーム３がそれぞれ立設されている。この
リードフレーム３は基端側（第２図中、下側）が厚膜導
体２にハンダで接着されており、先端側（第２図中、上
側）には挟持部３ａが設けられている。

前記両リードフレーム３の挟持部３ａには第２基板とし
てのガラス基板４が、前記ハイブリッドＩｃ基板ｌに対
して平行となるように挟持されている。これにより、ガ
ラス基板４とハイブリッドＩＣ基板ｌとの間には、リー
ドフレーム３の基端側及び厚膜導体２の厚みにより空気
層５が形成されることになる。

ガラス基板４上には薄膜の前記流量検出部Ｒが形成され
ており、この流量検出部Ｒに前記リードフレーム３が当
接している。上記流量検出部Ｒは、１ｊ１１述の従来技
術で述べた流量検出部と同様のパターンで抵抗体膜を形
成しており、その流量検出部Ｒにはプラチナ薄膜、ニッ
ケル薄膜等が用いられる。

また、本実施例においては、１ｒＩ述の抵抗体Ｒｍ、Ｒ
ｆには、温度係数（ＴＣＰ）が大きな材料、例えばブラ
ヂナＴＣＰ＝３．９ｘ　Ｉ　Ｏ−３が用いられ、抵抗体
Ｒｈには温度係数が小さい材料、例えばニクロムＴＣＲ
＝Ｏ，ｌ　ｘ　１０−３が用いられている。

これについて説明すると、流量出力として抵抗体Ｒｈの
両端電圧ｖｈが検出されるが、実際には流：■と相関が
あるのは抵抗体ｎｈの電力Ｐであり５その電力Ｐと電圧
ｖｈとの関係は、Ｐ＝Ｖｈ２／Ｒｈ で示すことができる。

このうち、抵抗ｎｈ自体、温度係数（ＴＣＰ）を有して
おり、一定ではない。このため、流速が定常状態の時に
は問題無いが、流量が変化する状態、過渡状態で抵抗体
Ｒｈ、ＩＩ　ｍ間の熱平衡がとれるまでの間は抵抗体Ｒ
ｈの電圧ｖｈを流量出力とすると、誤差を含むことにな
る。すなわち、このような状態では１確な流量検出がで
きない。

このため、上述のように、抵抗体１ｍ、Ｒｆを温度係数
の大きな材料とし、抵抗体ｒｒ　ｈを温度係数の小さい
材料として、抵抗体Ｒｈの電圧ｖｈをそのまま流４１出
力としても、抵抗体Ｒｈによる誤差を小さくしているの
である。これにより、流ｈ１］が変化するものに対して
も、精度良く流量検出を行うことができることになる。

したがって、ト記構成によれば、薄膜の流■検出部ｌ（
形成の点については、ガラス基板４の滑らかな表面を利
用できることになり、薄膜の流ｆ検出部Ｒの形成を容易
にできることになる。

また、基板側への放熱に基づく流量検出感度の点につい
ては、熱伝導率の小さいガラス基板４の１゛１面が流量
検出部Ｈの形成面であり、しかも、ガラス基板４とバー
イブリッドＩＣ基板ｌとの間には空気層５が存在してい
ることから、流量検出部Ｒの熱がハイブリッドＩｃ基板
ｌ内側へ熱伝達されることが大幅に防がれることになり
、流量検出の感度低トを著しく抑えることができること
になる。

さらに、構造強度の点については、ハイブリッドＩＣ基
板ｌが本装置の全体的な強度を増大させることになり、
構造強度の強化を図ることができることになる。このた
め、自動屯エンジン等への装着も可能となる。

しかも、この場合、薄膜の流Ｔ１１゛検出部Ｒの形成の
容易性及び放熱に基づく流量検出感度の低下防止の両条
件については、ト、述のように十分に満足することにな
り、選択の幅を広げることができることになる。

また、流量検出部Ｒ及び厚膜導体２は、いずれも基板１
−トに設けられる。このため、リードフレーム３の取付
けが容易になり、流量検出部［７と厚膜導体２との接続
を容易にすることができることになる。

さらに、基板１上において、流量検出部Ｒと厚膜導体２
とをリードフレーム３を介して構造的に接続することか
ら、これらは基板１トにおいてコンパクトにまとまるこ
とになり、これにより、装置全体の小型化を図ることが
できることになる。

第３図は第１の発明の第２実施例、第４図は第１の発明
の第３実施例を示すものである。前記実施例と同一構成
要素については同一符号を付してその説明を省略する。

第１の発明の第２実施例は、第３図に示すように、ガラ
ス基板４とハイブリッドＩｃ基板ｌとの間の空間（空気
層５）内に発泡樹脂６を充填させたものを示している。

これにより、熱伝達が、より−・層抑えられることにな
ると共に発泡樹脂６がガラス基板４を支えることになる
。この結果、基板１内側への放熱に基づく流量検出の感
度低Ｆをより斉しく抑えることができると共に構造強度
の強化を一層高めることができることになる。」二足発
泡樹脂６はガラス基板４を実装する際に行うハンダリフ
ロー工程の熱で発泡する材料であれば、工程の簡素化を
図ることができることになる。

第１の発明の第３実施例は、第４図に示すように、案内
樋７を基板■に取付け、その内部に本流用検出装置（図
示略）を配置するようにしたものを小している。これに
より、流量検出に方向性（指向性）をもたせることがで
きることになる、。

この案内樋７はハンダリフ口＝か式で実装できる。

第５図は第２の発明の実施例を示すものである。

この実施例において、２Ｉは第１基板としてのアルミナ
回路基板で、この基板２１．１−には流ｌＩｋ検出回路
部としての厚膜導体２２が一定の間隔をあけて形成され
ている。

前記基板２１トには、　＋ｉｉｊ記厚膜等厚膜導体２２
間て、誘電体厚膜としてのガラス厚＋１！２２３を介し
て第２厚膜基板としてのアルミナフィルム２４が同前さ
れている。これは、ガラス厚膜ペーストをアルミナ回路
基板２＋１．にスクリーン印刷法で形成し、そのＬにア
ルミナフィルム２４を重ねて焼成することにより形成さ
れる。これにより、ガラス厚膜２３に基づきアルミナフ
ィルム２４下方には空気層２５が形成されることになる
。上記アルミナフィルム２４の厚さは３０〜１００μｍ
、ガラス厚膜２３は３０μｍ程度とされている。

上記アルミナフィルム２４」二には薄膜の流量検出部Ｒ
が形成されている。この流量検出部Ｒは、予めアルミナ
フィルム２４上に真空蒸着又はスパッタリングで薄膜形
成し、エツチングによりそのパターン形成がなされる。

そのパターンは１本実施例においては、前述の従来技術
の場合と同様とされている。

前記流量検出部Ｒと前記厚膜導体２２との電気的接続は
、本実施例においては、該厚膜導体２２自体が導体部２
２ａとして用いられる。この厚膜導体２には銀／バラジ
ュウム系のものを用い、厚膜形成には直接描画法が用い
られる。これは、アルミナフィルム２４下に空気層２５
が形成されているので、この構造を破壊しないために直
接描画法のような非接触形成法を用いる必要があるため
である。

したがって、」−記構酸によれば、空気層２５が形成さ
れるため、ｌｒｉ記各実施例同様、基板への放熱に基づ
く流（ｊ１検出の感度低下を著しく抑えることができる
ことは勿論、アルミナ回路基板２１に対してアルミナフ
ィルム２４をガラス厚膜２３を介して支持するため、空
気層２５の形成に際し、前記第１の発明の実施例におけ
るリードフレーム等を用いなくても、アルミナフィルム
２４を所定位置に容易に保持でき、さらには、流量検出
部Ｒとアルミナ回路基板２１の回路との電気的接続を厚
膜導体２２で行うため、ハイブリッドＩＣ用厚膜製造工
程のみで形成することができることになる。このため、
製造プロセスの簡略化と遺産性の向りを図ることができ
、低コスト化を実現できることになる。

さらには、リードフレーム等の半田接着とは異なり、ガ
ラス厚膜焼成時の基板２１とのメカニカルボンドで接着
されるため高温時の信頼性が向上することになる。

（発明の効果） 以上述べたように、第１の発明にあっては、流量検出部
を薄膜素子として基板上に形成する熱線式流用検出装置
において、基板側への放熱に基づく流用検出の感度低下
を著しく抑えることができ、構造強度の強化を、簡単に
図ることができ、流量検出部と流量検出回路部との接続
を容易にすることができ、さらには、装置全体として小
型化を図ることができる。

また、第２の発明にあっては、前記第１の発明と同様の
作用効果を生じるだけでなく、製造プロセスの簡略化を
図ることができると共に量産性を向上させることができ
ることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は熱線式流量検出原理を示す図、第２図は第１の
発明の第１実施例を説明する図、 第３図は第１の発明の第２の実施例を説明する図、 第４図は第１の発明の第３実施例を説明する斜視図、 第５図は第２の発明の詳細な説明する図である。 １：ハイブリッドＩＣ基板 ２：厚膜導体 ３：リードフレーム ３ａ：挟持部 ４ニガラス基板 ２１：アルミナ回路基板 ２２：厚膜導体 ２２ａ：導体部 ２３ニガラス厚膜 ２４：アルミナフィルム 第２ 図 第３ 図 第４ 図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２つの抵抗素子からなる流量検出部と
   、該抵抗素子に電圧を印加して被測定気体の流量を検出
   する流量検出回路部とを備えた流量検出装置であって、 前記流量検出回路部が形成される第１基板と、 前記流量検出回路部上に立設され、その先端側に挟持部
   が設けられている導電性保持部材と、前記導電性保持部
   材の挟持部に挟持される第２基板と、を備える一方、 前記第２基板上に前記流量検出部が、前記導電性保持部
   材の挟持部に当接して薄膜状に形成されている、 ことを特徴とする流量検出装置。
2. （２）少なくとも２つの抵抗素子からなる流量検出部と
   、該抵抗素子に電圧を印加して被測定気体の流量を検出
   する流量検出回路部とを備えた流量検出装置であって、 前記流量検出回路部が形成される第１基板と、 前記第１基板上に形成される誘電体厚膜部と、 前記誘電体厚膜部に支持され、その外面には前記流量検
   出部が形成される第２基板と、 前記流量検出回路部と前記流量検出部とを接続する導体
   部と、 を備えていることを特徴とする流量検出装置。