JPH09178523A - 吸入空気流量測定装置用センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸入空気流量測定装置用センサにおいて、架
橋部及び接合部の機械的強度を高めること、とりわけエ
ンジンのバックファイアを想定した流れ方向ｓｉｎ３
°，流速２００ｍ／ｓ以上の空気が急に流れても架橋部
が破壊されないようにすることを課題とする。 【解決手段】 本発明は、吸入空気流量測定装置用セン
サにおいて、鉄又はステンレススチール基板11の上にパ
ーマロイ又はニッケル層12、絶縁層13、白金パターン14
の抵抗体、オーバーコートガラス層15が順次形成され、
白金パターン14の抵抗体の下方の鉄又はステンレススチ
ール基板11がエッチングにより除去され空洞部17が形成
されたことを構成とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、吸入空気流量測定
装置用センサに係り、特に、車両用内燃機関の吸入空気
量を検出する空気流量測定装置に用いられるセンサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】吸入空気流量測定装置は、吸入空気の流
れの中に感温抵抗体（センサ）を設置し、この感温抵抗
体に制御された発熱用電流を供給して感温抵抗体の温度
を一定に維持させ、感温抵抗体に流す電流値から吸入空
気量を検出するように構成されている。この場合、吸入
空気によって感温抵抗体が奪われる熱量に相当する電力
が感温抵抗体へ常時供給され、感温抵抗体の温度が一定
に維持されている。通常の吸入空気流量測定装置では、
この測定装置の存在による被検出空気の温度変化を補償
するため、温度補償用の感温抵抗体（発熱抵抗体）を流
量検出用の感温抵抗体（温度検知抵抗体）に併用してい
る。そして、この場合には、流量検出用の感温抵抗体と
温度補償用の感温抵抗体との温度差が一定になるように
制御している。

【０００３】図２は、従来の吸入空気流量測定装置用セ
ンサを示す（例えば特開昭６３−２８２６６２号公報参
照）。吸入空気流量測定装置用センサには、薄膜の一対
の上流側温度検知（感温）抵抗体１・下流側温度検知抵
抗体２と１個の発熱抵抗体３とがあり、一対の温度検知
抵抗体１・２の層（上側の層）と発熱抵抗体３の層（下
側の層）とが各々別々の層になって架橋部８に形成され
ている。このように抵抗体を２層構造にして、温度検知
抵抗体１・２が発熱抵抗体３の上部に配置され、これら
の抵抗体１〜３は架橋部８によってシリコン基体４と非
接触状態に維持されている。シリコンウエハーからなる
シリコン基体４の表面に、スパッタリングにより4000オ
ングストロームの厚みの第１窒化シリコン層５が形成さ
れる。第１窒化シリコン層５の上に厚み800 オングスト
ロームのパーマロイ（35〜80パーセントのNiを含む鉄合
金）の層がスパッタリングにより形成され、フォトマス
ク、フォトレジストとエッチング液を用いて架橋部８の
幅全体にわたる発熱抵抗体３が形成される。パーマロイ
エレメントの発熱抵抗体３を完全に覆うように、4000オ
ングストロームの厚みの第２窒化シリコン層６がスパッ
タリングにより形成される。第２窒化シリコン層６の上
に厚み800 オングストロームのパーマロイの層がスパッ
タリングにより形成され、発熱抵抗体３と同様にして上
流側温度検知抵抗体１と下流側温度検知抵抗体２とが形
成される。パーマロイエレメントの上流側温度検知抵抗
体１と下流側温度検知抵抗体２を完全に覆うように、40
00オングストロームの厚みの第３窒化シリコン層７がス
パッタリングにより形成され、これにより上流側温度検
知抵抗体１と下流側温度検知抵抗体２の酸化が防止され
る。

【０００４】このように、一対の温度検知抵抗体１・２
の層と発熱抵抗体３の層とは平行で近接して配置され、
一対の温度検知抵抗体１・２と発熱抵抗体３との間には
4000オングストロームの厚みの窒化シリコンの熱絶縁層
が存在することとなる。抵抗体１〜３は、ともに約0.08
μｍの厚みで線間に約５μｍの間隔を有する幅約５μｍ
の線からなり、前記のとおり窒化シリコン層５〜７に包
まれて薄膜部材を形成する。この薄膜部材の下のシリコ
ン基体４の中に約125 μｍの深さの空気スペース９が加
工され、同時に薄膜部材の架橋部８が形成され、架橋部
８は空気スペース９の一つ又はそれ以上のエッジにおい
て、シリコン基体４の表面10の最上部に接続される。シ
リコン基体４と非接触状態に維持された架橋部８は熱容
量が小さくなるので、温度検知抵抗体１・２の温度変化
は鋭敏となる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来のセンサは、架橋
部の厚みが例えば１．２μｍという薄い層であるので、
架橋部の機械的強度が低く、また架橋部と基体との接合
部の機械的強度も低くなる。このように架橋部の強度不
足のため、流れ方向ｓｉｎ３°，流速２００ｍ／ｓ以上
の空気が流れる（エンジンのバックファイアを想定）と
架橋部が破壊されることが分かった。本発明は、吸入空
気流量測定装置用センサにおいて、架橋部及び接合部の
機械的強度を高めること、とりわけ流れ方向ｓｉｎ３
°，流速２００ｍ／ｓ以上の空気が急に流れても架橋部
が破壊されないようにすることを課題とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、吸入空気流量
測定装置用センサにおいて、鉄又はステンレススチール
基板の上にパーマロイまたはニッケル層、絶縁層、白金
パターンの抵抗体、オーバーコートガラス層が順次形成
され、白金パターンの抵抗体の下方の鉄又はステンレス
スチール基板がエッチングにより除去され空洞部が形成
されたことを構成とする。前記構成において、絶縁層の
材料を窒化物となし、鉄又はステンレススチール基板の
厚みを約１００μｍとし、パーマロイまたはニッケル層
の厚みを約１０μｍとし、絶縁層の厚みを約０．３μｍ
とし、白金パターンの抵抗体の厚みを約０．７μｍと
し、オーバーコートガラス層の厚みを約２μｍとするこ
とができる。なお、本発明のセンサは、温度補償用及び
流量検出用の双方に使用できる感温抵抗体である。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１(a) 及び図１(b) は、本発明
の吸入空気流量測定装置用センサを示す。図１(b) に示
すように、吸入空気流量測定装置用センサにおいて、鉄
又はステンレススチール基板11の上にパーマロイまたは
ニッケル層12、絶縁層13、白金パターン（抵抗体）14、
オーバーコートガラス層15が順次形成され、白金パター
ン14の下方の鉄又はステンレススチール基板11がエッチ
ングにより除去され空洞部17が形成されている。絶縁層
13は、パーマロイまたはニッケル層12と白金パターン14
とを絶縁する層であり、窒化化合物（たとえば窒化シリ
コン）の膜が用いられる。図１(a) に示すように、所定
幅で略ジグザクに折れ曲がった１本の連続した白金パタ
ーン14が形成され、白金パターン14の両端に端子20及び
23が形成される。そして、白金パターン14の中間部分が
端子21及び22に接続される。端子20から端子23に至る抵
抗体が発熱抵抗体となり、その中間部分の端子21から端
子22に至る抵抗体が温度検知抵抗体となる。

【０００８】次に吸入空気流量測定装置用センサの製造
方法について説明する。先ず、鉄又はステンレススチー
ル基板11の上面にパーマロイまたはニッケル層12を蒸着
又は電気メッキにより形成する。パーマロイまたはニッ
ケル層12の上面に絶縁層13をＣＶＤ（化学蒸着）又は真
空蒸着の方法により形成する。絶縁層13の上面に白金パ
ターン14をスパッタ蒸着・真空蒸着及びフォトリソグラ
フィにより形成する。次に鉄又はステンレススチール基
板11の下面から図１(a) で点線で示す範囲（白金パター
ン14よりも約２倍の面積）にわたり裏面エッチングを行
う。このエッチングは、基板11の材質が鉄の場合には３
８〜４２Ｂｅ' 塩化第二鉄液を用い、基板11の材質がス
テンレススチールの場合には３８〜４２Ｂｅ' 塩化第二
鉄液、塩化第二鉄液＋硝酸等を用い、基板11を除去す
る。ただし、鉄又はステンレススチール基板11を完全に
除去することなく、薄い鉄又はステンレススチール基板
11の膜を残してもよい。次に白金パターン14を含む絶縁
層13の上面全体を、ＣＶＤ（化学蒸着）、電気泳動、ス
クリーン印刷等の方法により、オーバーコートガラス層
15でオーバーコートする。こうして吸入空気流量測定装
置用センサが製造される。

【０００９】鉄又はステンレススチール基板11、パーマ
ロイまたはニッケル層12及び絶縁層13は、機械的強度が
高く、耐熱性耐熱衝撃性に優れていることが明白であ
る。白金パターン14の抵抗体の端子20と端子23との間に
発熱用電流を流し、吸入空気温度に対して発熱抵抗体の
温度を常に＋２００°Ｃ一定に維持する。吸入空気によ
り白金パターンの発熱抵抗体及び温度検知抵抗体が冷や
され、電流が変化する。端子21及び端子22から温度検知
抵抗体を流れる電流値の変化を検出し、吸入空気量を測
定することができる。

【００１０】

【実施例】吸入空気流量測定装置用センサにおいて、最
適の実施例は、冷間圧延鋼ＳＰＣＣ材または、オーステ
ナイト系ステンレスＳＵＳ３０４材の基板11の厚みを１
００μｍとし、30〜50％のＮｉを含む鉄合金層の厚みを
１０μｍとし、絶縁層13の厚みを０．３μｍとし、白金
パターン（抵抗体）14の厚みを０．７μｍとし、オーバ
ーコートガラス層15の厚みを約２μｍのとしたものであ
ることが判明した。この実施例の吸入空気流量測定装置
用センサについて実験したところ、吸入空気流量測定装
置用センサにおいてエンジンのバックファイアを想定し
た流れ方向ｓｉｎ３°，流速２００ｍ／ｓ以上の空気が
急に流れても、パーマロイまたはニッケル層12、絶縁層
13、白金パターン（抵抗体）14及びオーバーコートガラ
ス層15からなる最も薄い部分が破壊されないことが判明
した。また、口径φ２のエアガンにて所定のエアー圧を
基板に対して直角に加圧する比較テストにおいては、従
来品はエアー圧１ｋｇ／ｃｍ² で基板が破壊したのに対
して、本発明は、３．５ｋｇ／ｃｍ² でも破壊しなかっ
た。

【００１１】

【発明の効果】本発明の吸入空気流量測定装置用センサ
は、鉄又はステンレススチール基板の上にパーマロイま
たはニッケル層、絶縁層、白金パターンの抵抗体、オー
バーコートガラス層が順次形成され、白金パターンの抵
抗体の下方の鉄又はステンレススチール基板がエッチン
グにより除去され空洞部が形成されている。パーマロイ
またはニッケル層の機械的強度は相当高く、架橋部たる
最も薄い部分の大部分がパーマロイまたはニッケル層で
構成されているので、吸入空気流量測定装置用センサの
架橋部及び架橋部と基板との接合部の強度が従来例より
も相当高い。特に、パーマロイまたはニッケル層の厚み
を約１０μｍとした場合には、架橋部及び架橋部と基板
との接合部の強度が十分あり、流れ方向ｓｉｎ３°，流
速２００ｍ／ｓ以上の空気が流れても架橋部が破壊され
ない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態を示し、図１(a) は平面
図、図１(b) は図１(a) のＢ−Ｂ線断面図である。

【図２】従来の吸入空気流量測定装置用センサの断面図
である。

【符号の説明】

11 鉄又はステンレススチール基板 12 パーマロイまたはニッケル層 13 絶縁層 14 白金パターン 15 オーバーコートガラス層 17 空洞部

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄又はステンレススチール基板の上にパ
   ーマロイまたはニッケル層、絶縁層、白金パターンの抵
   抗体、オーバーコートガラス層が順次形成され、白金パ
   ターンの抵抗体の下方の鉄又はステンレススチール基板
   がエッチングにより除去され空洞部が形成された吸入空
   気流量測定装置用センサ。
2. 【請求項２】 絶縁層の材料を窒化物となし、鉄又はス
   テンレススチール基板の厚みを約１００μｍとし、パー
   マロイまたはニッケル層の厚みを約１０μｍとし、絶縁
   層の厚みを約０．３μｍとし、白金パターンの抵抗体の
   厚みを約０．７μｍとし、オーバーコートガラス層の厚
   みを約２μｍとした請求項１記載の吸入空気流量測定装
   置用センサ。