JPH05231895A - 熱式流量検出装置 - Google Patents
熱式流量検出装置Info
- Publication number
- JPH05231895A JPH05231895A JP4033359A JP3335992A JPH05231895A JP H05231895 A JPH05231895 A JP H05231895A JP 4033359 A JP4033359 A JP 4033359A JP 3335992 A JP3335992 A JP 3335992A JP H05231895 A JPH05231895 A JP H05231895A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- flow rate
- heating element
- substrate
- chip
- temperature
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- Pending
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- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 流量特性のばらつきと経時変化の小さい、応
答性と信頼性に優れた熱式流量検出装置を得る。 【構成】 熱式流量検出装置における流速検出用チップ
を、発熱素子２が設けられた基板１の周囲に複数の貫通
孔４を設けて、これら貫通孔４により上記発熱素子２の
周囲に形成された複数個のビームにより、上記発熱素子
領域の基板を弾性支持する構成とする。
答性と信頼性に優れた熱式流量検出装置を得る。 【構成】 熱式流量検出装置における流速検出用チップ
を、発熱素子２が設けられた基板１の周囲に複数の貫通
孔４を設けて、これら貫通孔４により上記発熱素子２の
周囲に形成された複数個のビームにより、上記発熱素子
領域の基板を弾性支持する構成とする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明はエンジンの吸入空気量
を測定する熱式流量検出装置に関し、特にその流速検出
用チップの構造の改良に関するものである。
を測定する熱式流量検出装置に関し、特にその流速検出
用チップの構造の改良に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】一般に自動車のエンジンの電子制御式燃
料噴射装置においては、空燃比制御のためエンジンへの
吸入空気量を精度良く計測することが重要である。この
空気流量検出装置として従来ベーン式のものが主流であ
ったが、最近、小形で質量流量が得られ、応答性の良い
熱式流量検出装置が普及しつつある。この熱式流量検出
装置はセラミック基板上に白金等の感温抵抗膜を蒸着、
あるいは印刷により形成し、パターンニングにより抵抗
を形成した発熱用チップと当該発熱用チップと同様な構
造よりなる吸気温度検出用チップを流路内に設置し、発
熱用チップを加熱させた時のチップから流体への伝熱現
象を利用するものである。つまり、チップ内の感温抵抗
の発熱温度が吸気温度よりも一定温度高い温度になるよ
うに加熱電流を制御し、この加熱電流に比例する電圧か
ら流速または流量を検出している。この様な定温度差フ
ィードバック回路を構成することにより、応答性良く、
吸気温度が変化しても正確な空気流量信号が得られる。
料噴射装置においては、空燃比制御のためエンジンへの
吸入空気量を精度良く計測することが重要である。この
空気流量検出装置として従来ベーン式のものが主流であ
ったが、最近、小形で質量流量が得られ、応答性の良い
熱式流量検出装置が普及しつつある。この熱式流量検出
装置はセラミック基板上に白金等の感温抵抗膜を蒸着、
あるいは印刷により形成し、パターンニングにより抵抗
を形成した発熱用チップと当該発熱用チップと同様な構
造よりなる吸気温度検出用チップを流路内に設置し、発
熱用チップを加熱させた時のチップから流体への伝熱現
象を利用するものである。つまり、チップ内の感温抵抗
の発熱温度が吸気温度よりも一定温度高い温度になるよ
うに加熱電流を制御し、この加熱電流に比例する電圧か
ら流速または流量を検出している。この様な定温度差フ
ィードバック回路を構成することにより、応答性良く、
吸気温度が変化しても正確な空気流量信号が得られる。
【０００３】図５に例えば特開昭６１−１８９４１６号
公報に記載された、上記のような従来の熱式流量検出装
置のセンシング部を示す。図５において、１は絶縁膜で
被覆された基板表面に銅等の導体を印刷した支持基板
で、支持基板１は熱絶縁体を介して流体通路となる導管
内に設置される。２は表面が絶縁膜で被覆された基板上
に感温抵抗としてＰｔ、Ｎｉ等の金属膜を形成した発熱
用チップ、３は発熱用チップ２と同様な構造よりなり、
吸気温度を検出する温度検出用チップで、導管内にて発
熱用チップ２より上流側に設置される。
公報に記載された、上記のような従来の熱式流量検出装
置のセンシング部を示す。図５において、１は絶縁膜で
被覆された基板表面に銅等の導体を印刷した支持基板
で、支持基板１は熱絶縁体を介して流体通路となる導管
内に設置される。２は表面が絶縁膜で被覆された基板上
に感温抵抗としてＰｔ、Ｎｉ等の金属膜を形成した発熱
用チップ、３は発熱用チップ２と同様な構造よりなり、
吸気温度を検出する温度検出用チップで、導管内にて発
熱用チップ２より上流側に設置される。
【０００４】発熱用チップ２及び温度検出用チップ３は
以下の方法により製造される。例えば４インチのシリコ
ン基板表面にＳｉＯ2、もしくはＴｉＯ2からなる絶縁膜
を成膜し、その上にＰｔ膜をスパッタリングにより形成
した後に、エッチングによりパターンニングして抵抗を
形成させ、さらにその上にＳｉＯ2等の保護膜を成膜
し、ダイシングして数ミリ角のチップを作成している。
以下の方法により製造される。例えば４インチのシリコ
ン基板表面にＳｉＯ2、もしくはＴｉＯ2からなる絶縁膜
を成膜し、その上にＰｔ膜をスパッタリングにより形成
した後に、エッチングによりパターンニングして抵抗を
形成させ、さらにその上にＳｉＯ2等の保護膜を成膜
し、ダイシングして数ミリ角のチップを作成している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】従来の発熱用チップ２
は両端部を支持基板１に接着固定していたためにチップ
２と支持基板１の接触面積が大きく、発熱量に対する支
持基板１への熱伝導量が比較的大きくなり、結果として
流量変動に応じた応答性が遅いといった問題があった。
一方、チップの一方端を固定支持する片持ち構造は前述
したような支持部への熱伝導損失が大きくない反面、空
気抗力や振動等による荷重がチップに加わることで固定
部の曲げ応力が大きくなる。つまり、シリコンウエハま
たはアルミナ基板をダイサによりスクライブしてチップ
を作成しており、ダイシングの際にウエハ基板の切断面
表面にマイクロクラックやバリ等が生じ易い。特にチッ
プの固定部分には最大曲げ応力が発生するためにこのよ
うな応力集中が起こるとチップ全体としては低い応力レ
ベルであっても、クラック先端では理論的引っ張り強度
を超える応力が加わることになり、見かけ上小さい応力
で破壊することになる。
は両端部を支持基板１に接着固定していたためにチップ
２と支持基板１の接触面積が大きく、発熱量に対する支
持基板１への熱伝導量が比較的大きくなり、結果として
流量変動に応じた応答性が遅いといった問題があった。
一方、チップの一方端を固定支持する片持ち構造は前述
したような支持部への熱伝導損失が大きくない反面、空
気抗力や振動等による荷重がチップに加わることで固定
部の曲げ応力が大きくなる。つまり、シリコンウエハま
たはアルミナ基板をダイサによりスクライブしてチップ
を作成しており、ダイシングの際にウエハ基板の切断面
表面にマイクロクラックやバリ等が生じ易い。特にチッ
プの固定部分には最大曲げ応力が発生するためにこのよ
うな応力集中が起こるとチップ全体としては低い応力レ
ベルであっても、クラック先端では理論的引っ張り強度
を超える応力が加わることになり、見かけ上小さい応力
で破壊することになる。
【０００６】さらに吸気温度検出用の温度検出用チップ
３が発熱用チップ２と同一面内の上流側に位置して設置
されているために、双方のチップの取り付け角度誤差に
起因した測定流量誤差が生じる。また、発熱用チップ２
の上流側端面に空気中に混在する塵埃が堆積し、放熱特
性が変動して流量特性が変化するといった問題があっ
た。
３が発熱用チップ２と同一面内の上流側に位置して設置
されているために、双方のチップの取り付け角度誤差に
起因した測定流量誤差が生じる。また、発熱用チップ２
の上流側端面に空気中に混在する塵埃が堆積し、放熱特
性が変動して流量特性が変化するといった問題があっ
た。
【０００７】この発明は上記の様な問題点を解消するた
めになされたもので、流量特性のばらつきと経時変化の
小さい流量検出精度及び応答性と信頼性に優れた熱式流
量検出装置を得ることを目的とする。
めになされたもので、流量特性のばらつきと経時変化の
小さい流量検出精度及び応答性と信頼性に優れた熱式流
量検出装置を得ることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の熱式流量検出
装置は、発熱素子が設けられた基板の周囲に複数の貫通
孔を設けて、これら貫通孔により上記発熱素子の周囲に
形成された複数個のビームにより、上記発熱素子領域の
基板を弾性支持する流速検出用チップを備えたものであ
る。
装置は、発熱素子が設けられた基板の周囲に複数の貫通
孔を設けて、これら貫通孔により上記発熱素子の周囲に
形成された複数個のビームにより、上記発熱素子領域の
基板を弾性支持する流速検出用チップを備えたものであ
る。
【０００９】また、この発明の別の熱式流量検出装置
は、発熱素子を形成した基板部分を薄膜化するととも
に、その薄膜部に貫通孔を設けて、複数のビームにより
前記基板を弾性支持する構造の流速検出用チップを備え
たものである。
は、発熱素子を形成した基板部分を薄膜化するととも
に、その薄膜部に貫通孔を設けて、複数のビームにより
前記基板を弾性支持する構造の流速検出用チップを備え
たものである。
【００１０】
【作用】この発明における熱式流量検出装置の流速検出
用チップは、発熱素子を形成した基板周囲に貫通孔を設
けて、この貫通孔により作られるビームにより発熱素子
領域の基板を弾性支持するように構成されているので、
従来のような接触部がなくなり、発熱素子から支持部へ
の熱伝導損失が低減し、従来の熱式流量検出装置に比べ
て流量検出精度、流量変動に対する応答性が向上する。
用チップは、発熱素子を形成した基板周囲に貫通孔を設
けて、この貫通孔により作られるビームにより発熱素子
領域の基板を弾性支持するように構成されているので、
従来のような接触部がなくなり、発熱素子から支持部へ
の熱伝導損失が低減し、従来の熱式流量検出装置に比べ
て流量検出精度、流量変動に対する応答性が向上する。
【００１１】さらに、発熱素子を形成した部分に薄膜部
を設けることにより、発熱素子部の熱容量が小さくなる
とともに、ビームの厚さを薄くできるために支持部への
熱伝導損失が低減でき、流量変動に対する応答性が改善
できる。
を設けることにより、発熱素子部の熱容量が小さくなる
とともに、ビームの厚さを薄くできるために支持部への
熱伝導損失が低減でき、流量変動に対する応答性が改善
できる。
【００１２】
実施例１．以下、この発明の実施例を図に基づいて説明
する。まず、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）はこの発明の実施
例１の熱式流量検出装置に係わる流速検出用チップを示
すもので、（ａ）は平面構成図、（ｂ）は図１（ａ）の
Ｘ−Ｘ線に沿った模式断面図、（ｃ）は図１（ａ）のＹ
−Ｙ線に沿った模式断面図である。図中、１はアルミ
ナ、ジルコニア等セラミックからなる基板、２は例えば
白金またはニッケル等、抵抗値が温度により変化する感
温抵抗素子膜よりなる発熱素子、３は該発熱素子２と同
様な感温抵抗膜より形成された温度検出素子、４は上記
発熱素子２の周囲にあって発熱素子２を断熱支持するた
めに形成された貫通孔、５は上記発熱素子２及び温度検
出素子３の電極、６は電極５を除く基板１表面上を被覆
する低融点ガラスよりなる絶縁膜を示す。
する。まず、図１（ａ）（ｂ）（ｃ）はこの発明の実施
例１の熱式流量検出装置に係わる流速検出用チップを示
すもので、（ａ）は平面構成図、（ｂ）は図１（ａ）の
Ｘ−Ｘ線に沿った模式断面図、（ｃ）は図１（ａ）のＹ
−Ｙ線に沿った模式断面図である。図中、１はアルミ
ナ、ジルコニア等セラミックからなる基板、２は例えば
白金またはニッケル等、抵抗値が温度により変化する感
温抵抗素子膜よりなる発熱素子、３は該発熱素子２と同
様な感温抵抗膜より形成された温度検出素子、４は上記
発熱素子２の周囲にあって発熱素子２を断熱支持するた
めに形成された貫通孔、５は上記発熱素子２及び温度検
出素子３の電極、６は電極５を除く基板１表面上を被覆
する低融点ガラスよりなる絶縁膜を示す。
【００１３】図２は上記実施例１の熱式流量検出装置を
示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は一部切り欠き側
面図である。流速検出用チップは検出用ダクト１０内部
に、流れに平行に設置されており、検出用ダクト１０の
上流側にネットまたはハニカムよりなる整流素子７が近
接して設けられている。８は流速検出用チップと電子回
路１１を電気的に接続するターミナル、９は導管を示
す。
示すもので、（ａ）は断面図、（ｂ）は一部切り欠き側
面図である。流速検出用チップは検出用ダクト１０内部
に、流れに平行に設置されており、検出用ダクト１０の
上流側にネットまたはハニカムよりなる整流素子７が近
接して設けられている。８は流速検出用チップと電子回
路１１を電気的に接続するターミナル、９は導管を示
す。
【００１４】以上のように、発熱用チップの発熱素子周
囲に複数の貫通孔を設けて、これら貫通孔により発熱素
子の周囲に形成された複数のビーム（例えば幅 0.4mm程
度）により中央部の発熱素子を支持する構成としたこと
により、発熱素子部分と素子の支持部との伝熱面積が小
さくなり、発熱素子から支持部への熱伝導損失が低減し
て流量変動に対する応答性が改善できる。
囲に複数の貫通孔を設けて、これら貫通孔により発熱素
子の周囲に形成された複数のビーム（例えば幅 0.4mm程
度）により中央部の発熱素子を支持する構成としたこと
により、発熱素子部分と素子の支持部との伝熱面積が小
さくなり、発熱素子から支持部への熱伝導損失が低減し
て流量変動に対する応答性が改善できる。
【００１５】また、基板１の外周近傍に温度検出素子３
を形成したことにより発熱素子２と温度検出素子３が同
一基板上に構成できるため、従来の流量検出装置のよう
に発熱用チップと温度検出用チップの取り付け角度誤差
に起因した測定流量誤差が無くなる。さらに発熱素子２
の上流側の貫通孔の幅を狭くすることにより、端面に堆
積する塵埃等の量が低減し、汚れによる流量特性の変化
も小さくできる。またアセンブリ工程数の減少により低
コスト化も可能となる。
を形成したことにより発熱素子２と温度検出素子３が同
一基板上に構成できるため、従来の流量検出装置のよう
に発熱用チップと温度検出用チップの取り付け角度誤差
に起因した測定流量誤差が無くなる。さらに発熱素子２
の上流側の貫通孔の幅を狭くすることにより、端面に堆
積する塵埃等の量が低減し、汚れによる流量特性の変化
も小さくできる。またアセンブリ工程数の減少により低
コスト化も可能となる。
【００１６】実施例２．図３はこの発明の実施例２の熱
式流量検出装置に係わる流速検出用チップの平面構成
図、図４は当該流速検出用チップの製造方法を示すもの
で、図３のＸ−Ｘ線に沿った模式断面図である。図中、
１は結晶面（１００）のシリコン単結晶よりなる基板で
あり、シリコン基板１の表面上にＳｉ3Ｎ4、またはＳｉ
Ｏ2 等の絶縁膜６をＣＶＤ、スパッタリング、または熱
酸化等により形成し、その上にＰｔ、Ｎｉ等、感温抵抗
膜からなる発熱素子２、及び温度検出素子３を設けて、
さらにチップ表面に絶縁膜を形成する。次に基板裏面よ
りエッチングにより薄膜部（ダイヤフラム）１２を設け
る。さらに基板表面の絶縁膜の一部をＨＦによりエッチ
ング除去して、さらにＳｉをエッチングすることによ
り、卍形の４本のビームと貫通孔４を構成している。
式流量検出装置に係わる流速検出用チップの平面構成
図、図４は当該流速検出用チップの製造方法を示すもの
で、図３のＸ−Ｘ線に沿った模式断面図である。図中、
１は結晶面（１００）のシリコン単結晶よりなる基板で
あり、シリコン基板１の表面上にＳｉ3Ｎ4、またはＳｉ
Ｏ2 等の絶縁膜６をＣＶＤ、スパッタリング、または熱
酸化等により形成し、その上にＰｔ、Ｎｉ等、感温抵抗
膜からなる発熱素子２、及び温度検出素子３を設けて、
さらにチップ表面に絶縁膜を形成する。次に基板裏面よ
りエッチングにより薄膜部（ダイヤフラム）１２を設け
る。さらに基板表面の絶縁膜の一部をＨＦによりエッチ
ング除去して、さらにＳｉをエッチングすることによ
り、卍形の４本のビームと貫通孔４を構成している。
【００１７】このような構成とすることにより、発熱素
子部の熱容量が小さくなるとともにビームの厚さを薄く
できるために支持部への熱伝導損失が低減でき、流量変
動に対する応答性が改善できる。また、発熱素子を支持
するビームを上記のように卍形にして長くすることによ
り、発熱素子２とその支持部間の熱抵抗を大きくするこ
とができる。
子部の熱容量が小さくなるとともにビームの厚さを薄く
できるために支持部への熱伝導損失が低減でき、流量変
動に対する応答性が改善できる。また、発熱素子を支持
するビームを上記のように卍形にして長くすることによ
り、発熱素子２とその支持部間の熱抵抗を大きくするこ
とができる。
【００１８】なお上記実施例では発熱素子及び温度検出
素子として金属薄膜を用いたが、シリコン拡散抵抗やポ
リシリコン等により抵抗を作成するか、あるいはトラン
ジスタやダイオードを作成してもよい。また上記実施例
ではビーム形状を卍としたが、このビーム形状を十字
状、平行状に構成したり、５本以上のビームで発熱素子
を弾性支持する構成としても同様な効果を奏する。
素子として金属薄膜を用いたが、シリコン拡散抵抗やポ
リシリコン等により抵抗を作成するか、あるいはトラン
ジスタやダイオードを作成してもよい。また上記実施例
ではビーム形状を卍としたが、このビーム形状を十字
状、平行状に構成したり、５本以上のビームで発熱素子
を弾性支持する構成としても同様な効果を奏する。
【００１９】なお、上記実施例では基板にアルミナを用
いたが、シリコン等半導体基板を用いてエッチングによ
り貫通孔を形成してもよい。
いたが、シリコン等半導体基板を用いてエッチングによ
り貫通孔を形成してもよい。
【００２０】
【発明の効果】以上のように、この発明の熱式流量検出
装置によれば、流速検出用チップを、発熱素子が設けら
れた基板の周囲に複数の貫通孔を設けて、これら貫通孔
により上記発熱素子の周囲に形成された複数個のビーム
により、上記発熱素子領域の基板を弾性支持するもので
構成したので、発熱素子から支持部への熱伝導損失が低
減し、従来の熱式流量検出装置に比べて流量検出精度、
流量変動に対する応答性が向上する効果がある。
装置によれば、流速検出用チップを、発熱素子が設けら
れた基板の周囲に複数の貫通孔を設けて、これら貫通孔
により上記発熱素子の周囲に形成された複数個のビーム
により、上記発熱素子領域の基板を弾性支持するもので
構成したので、発熱素子から支持部への熱伝導損失が低
減し、従来の熱式流量検出装置に比べて流量検出精度、
流量変動に対する応答性が向上する効果がある。
【００２１】また、発熱素子を形成した基板部分を薄膜
化することにより、発熱素子部の熱容量が小さくなると
ともに、ビームの厚さを薄くできるために、支持部への
熱伝導損失が低減でき、流量変動に対する応答性が改善
できる。
化することにより、発熱素子部の熱容量が小さくなると
ともに、ビームの厚さを薄くできるために、支持部への
熱伝導損失が低減でき、流量変動に対する応答性が改善
できる。
【図１】この発明の実施例１による熱式流量検出装置に
係わる流速検出用チップを示す平面構成図、および模式
断面図である。
係わる流速検出用チップを示す平面構成図、および模式
断面図である。
【図２】この発明の実施例１による熱式流量検出装置を
示す断面図、及び一部切り欠き側面図である。
示す断面図、及び一部切り欠き側面図である。
【図３】この発明の実施例２による熱式流量検出装置に
係わる流速検出チップを示す平面構成図、および模式断
面図である。
係わる流速検出チップを示す平面構成図、および模式断
面図である。
【図４】この発明の実施例２による熱式流量検出装置に
係わる流速検出チップの製造工程を示す模式断面図であ
る。
係わる流速検出チップの製造工程を示す模式断面図であ
る。
【図５】従来の半導体式流量検出装置の検出チップ部を
示す平面構成図である。
示す平面構成図である。
１ 基板 ２ 発熱素子 ３ 温度検出素子 ４ 貫通孔 １２ 薄膜部
Claims (2)
- 【請求項１】 基板の表面上に感温抵抗体からなる発熱
素子を設け、上記発熱素子における温度が流体温度より
も一定温度高くなるように上記発熱素子の発熱量を制御
し、この制御量をもとに流体の流量を検出する熱式流量
検出装置において、上記発熱素子が設けられた基板の周
囲に複数の貫通孔を設けて、これら貫通孔により上記発
熱素子の周囲に形成された複数個のビームにより、上記
発熱素子領域の基板を弾性支持することを特徴とする熱
式流量検出装置。 - 【請求項２】 発熱素子を設けた基板部分を薄膜化し、
この薄膜部に貫通孔を設けることを特徴とする請求項１
記載の熱式流量検出装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4033359A JPH05231895A (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 熱式流量検出装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP4033359A JPH05231895A (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 熱式流量検出装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05231895A true JPH05231895A (ja) | 1993-09-07 |
Family
ID=12384392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4033359A Pending JPH05231895A (ja) | 1992-02-20 | 1992-02-20 | 熱式流量検出装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH05231895A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6725716B1 (en) | 1999-04-13 | 2004-04-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thermo-sensitive flow rate sensor and method of manufacturing the same |
-
1992
- 1992-02-20 JP JP4033359A patent/JPH05231895A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6725716B1 (en) | 1999-04-13 | 2004-04-27 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thermo-sensitive flow rate sensor and method of manufacturing the same |
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