KR20090086439A - 센서, 센서의 온도제어방법 및 이상회복방법 - Google Patents

Abstract

패키지를 구성하는 기판 중 적어도 하나에 히터 패턴(23)을 설치하고, 패키지 내의 센서 칩(5)의 주위온도에 따라서 히터 패턴(23)에의 통전량을 제어함으로써 패키지 내의 온도를 제어한다.

센서, 온도제어방법, 이상회복 방법, 히터 패턴, 패키지

Description

센서, 센서의 온도제어방법 및 이상회복방법{SENSOR, SENSOR TEMPERATURE CONTROL METHOD AND ABNORMALITY RECOVERY METHOD}

본 발명은 유량계에 이용되는 유량 센서 등의 센서, 그의 온도제어방법 및 이상회복방법에 관한 것이다.

특허문헌 1에 개시된 하우징 구조를 가지는 유속 센서는 평판형상의 베이스 부재를 맞붙인 패키지에 센서 칩이 내장된다. 베이스 부재에는, 해당 베이스 부재의 센서 칩의 실장면에 평행한 홈(溝) 형상의 유로가 형성되어 있고, 이 유로의 입출구가 패키지의 대향하는 단면(端面)에 형성된다. 또, 센서 칩의 전극은, 베이스 부재에 일체 형성한 전극에 와이어 본딩(wire bonding)이나 땜납 범프에 의해서 전기적으로 접속된다.

특허문헌 2에 개시된 열식 유량계는, 센서 칩을 실장한 기판을 관형상의 본체의 내벽에 밀착시켜서 구성된다. 이 센서 칩 또는 기판에는 실장면에 평행한 홈이 형성되어 있고, 본체의 내부에 있어서 주된 유로와 상기 홈에 의한 센서 유로가 형성된다.

또, 특허문헌 3에 개시된 유량 센서는, 대좌의 사각 구멍에 센서 칩을 배치하고, 슬릿을 형성한 배선 기판을 배치하거나 혹은 간극을 마련해서 2매의 배선 기 판을 대향 배치해서 커버를 설치함으로써, 센서 칩의 센서면 위에 유로를 형성하고 있다.

또한, 특허문헌 4에는 세라믹 히터 구조체를 지니는 가스 센서가 개시되어 있다. 특허문헌 4에 의한 가스 센서는, 절연성 세라믹체의 내부에 발열체 패턴을 내장한 히터부를 세라믹 기판의 내부에 배치해서 구성되는 세라믹 히터 구조체를 구비하고, 해당 세라믹 히터 구조체에 의해서 센서 검출부를 가열하고 있다.

특허문헌 1： 일본국 공개 특허 소60-220864호 공보

특허문헌 2: 일본국 공개 특허 제2002-168669호 공보

특허문헌 3: 일본국 공개 특허 제2006-118929호 공보

특허문헌 4: 일본국 공개 특허 제2004－327255호 공보.

종래의 센서에서는 계측 대상 기체에 흐름이 없이 유로 내에 정체되면, 센서 칩의 표면에 결로나 수분이 부착해서 센서 출력이 불안정하게 된다고 하는 과제가 있었다.

또한, 특허문헌 4에 의한 센서는, 세라믹 히터 구조체에 의해서, 센서 구조 상 측정에 필요한 온도(300℃ 이상)까지 센서 검출부를 가열하는 것으로, 결로나 수분 부착에 대한 온도제어를 행할 수 없다.

본 발명은, 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, 계측 대상 기체에 흐름이 없이 유로 내에 정체가 생겨도, 센서 표면에의 결로나 수분 부착을 방지할 수 있고, 또 센서 주위온도를 일정하게 제어함으로써 센서 정밀도를 높일 수 있는 센서, 그리고 그의 온도제어방법 및 이상회복 방법을 얻는 것을 목적으로 한다.

발명의 개시

본 발명에 의한 센서는, 계측 대상 기체의 물리량을 검지하는 센서 칩과, 복수개의 기판을 적층해서 구성되어, 격납된 센서 칩의 센서면에 계측 대상 기체를 노출시키는 패키지 내부 유로를 지니는 패키지를 구비한 센서에 있어서, 기판 중 적어도 하나에 히터 패턴을 설치한 것이다.

본 발명에 의한 센서는, 패키지를, 센서 칩을 수납하는 구멍부가 형성된 제1평판 기판과, 센서 칩에 계측 대상 기체를 도입하기 위한 패키지 내부 유로로 되는 구멍부가 형성된 제2평판 기판과, 패키지 내부 유로와 연통하는 동시에, 패키지의 동일 단면에 있어서의 계측 대상 기체의 입출구로 되는 구멍부가 형성된 제3평판 기판을 적층해서 구성한 것이다.

본 발명에 의한 센서는, 패키지를, 제4평판 기판 위에, 센서 칩에 계측 대상 기체를 도입하기 위한 패키지 내부 유로로 되는 구멍부가 형성된 제5평판 기판과, 개구부에 단차를 지니고, 검지면을 패키지 내부 유로측으로 해서 상기 센서 칩을 단차에 끼워맞춤함으로써, 센서 칩의 이면과 패키지 단면이 동일 평면으로 되는 동시에, 센서 칩으로 피복되지 않은 개구부가 패키지 내부 유로와 연통한 계측 대상 기체의 입출구로 되는 구멍부가 형성된 제6평판 기판을 적층해서 구성한 것이다.

본 발명에 의한 센서의 온도제어방법은, 상기 센서에 있어서, 패키지 내의 센서 칩의 주위온도를 검출하는 스텝과, 센서 칩의 주위온도에 따라서 히터 패턴에의 통전량을 제어함으로써 패키지 내의 온도를 제어하는 스텝을 구비하는 것이다.

본 발명에 의한 센서의 이상회복방법은, 상기 센서에 있어서, 패키지 내의 센서 칩으로부터 얻어지는 출력치에 의거해서 센서 표면의 결로를 판정하는 스텝과, 센서 표면의 결로가 판정되면, 히터 패턴에의 통전량을 제어해서 패키지를 통상의 설정 온도보다 고온으로 소정 시간 가열하는 스텝과, 소정 시간 경과 후, 설정 온도로 되돌아간 센서 칩으로부터 얻어지는 출력치에 의거해서 결로의 해소를 확인하는 스텝을 구비하는 것이다.

본 발명에 의하면, 기판 중 적어도 하나에 히터 패턴을 설치하였으므로, 패키지 내를 소망의 온도로 설정할 수 있다고 하는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 패키지 내의 센서 칩의 주위온도를 검출하고, 센서 칩의 주위온도에 따라서 히터 패턴에의 통전량을 제어함으로써 패키지 내의 온도를 제어하므로, 센서 주위를 소정 온도로 제어함으로써 센서 정밀도를 향상시킬 수 있다고 하는 효과가 있다.

본 발명에 의하면, 패키지 내의 센서 칩으로부터 얻어지는 출력치에 의거해서 센서 표면의 결로를 판정하는 스텝과, 센서 표면의 결로가 판정되면, 히터 패턴에의 통전량을 제어해서 패키지를 통상의 설정 온도보다 고온으로 소정 시간 가열하는 스텝과, 소정 시간 경과 후, 설정 온도로 복귀한 센서 칩으로부터 얻어지는 출력치에 의거해서 결로의 해소를 확인하는 스텝을 구비하므로, 센서 표면에 결로되어 버려도 간이한 방법으로 결로이상으로부터 회복할 수 있다고 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 센서를 나타낸 사시도;

도 2는 도 1 중의 유량 센서의 조립 공정을 나타낸 사시도;

도 3은 도 2 중의 A-A선에서 자른 단면도;

도 4는 실시형태 1에 의한 유량 센서와 종래의 센서와의 구성을 나타낸 도면;

도 5는 실시형태 1에 의한 유량 센서의 실장예를 나타낸 도면;

도 6은 도 5 중의 B-B선에서 자른 단면도;

도 7은 종래의 유량 센서에 있어서의 밀봉 양상을 설명하기 위한 도면;

도 8은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 다른 구성을 나타낸 도면;

도 9는 도 8 중의 유량 센서의 구성을 설명하기 위한 도면;

도 10은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 다른 구성을 나타낸 도면;

도 11은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 패키지 내부 유로의 구성예를 게시하는 표면도;

도 12는 실시형태 1에 의한 유량 센서의 패키지 내부 유로의 다른 구성예를 나타낸 도면;

도 13은 도 12 중의 유로의 제진효과를 설명하기 위한 도면;

도 14는 실시형태 1에 의한 유량 센서의 실장 구성의 일례를 나타낸 도면;

도 15는 실시형태 1에 의한 유량 센서의 구성의 다른 예를 나타낸 도면;

도 16은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 다른 구성예를 나타낸 도면;

도 17은 도 15 중의 유량 센서의 사용 상태를 설명하기 위한 도면;

도 18은 실시형태 1에 의한 유량 센서에 있어서의 센서설치구조를 나타낸 단면도;

도 19는 실시형태 1에 의한 유량 센서의 스페이서부의 일 구성을 나타낸 도면;

도 20은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 스페이서부의 다른 구성을 나타낸 도면;

도 21은 히터 패턴을 적용한 기판을 이용한 유량 센서의 조립 공정을 나타낸 도면;

도 22는 히터 패턴을 지니는 유량 센서를 나타낸 단면도;

도 23은 유량 센서의 센서 칩을 나타낸 사시도;

도 24는 히터 패턴을 지니는 유량 센서를 제어하는 온도제어장치 및 유량 센서 제어장치의 구성을 나타낸 도면.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위하여, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태에 대하여 첨부 도면에 따라서 설명한다.

실시형태 1

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 센서를 나타낸 사시도이며, 3매의 기판을 접합해서 이루어진 패키지에 센서 칩을 수납해서 구성한 유량 센서를 나타내고 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 세라믹 기판(2a), (2b), (2c)을 소성접합해서 구성되는 직사각형상의 패키지에 센서 칩을 내장하고, 해당 패키지의 평탄한 동일 단면(기판(2c)면)에 계측 대상 기체를 흘려보내는 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)의 쌍방을 설치하고 있다.

또, 유량 센서(1)의 패키지를 구성하는 기판(2a) 내지 (2c)은, 상하층의 기판을 적층할 때에 상하층의 기판 사이에서 걸어맞춤시키는 요철부를 형성하지 않은 평판 기판이며, 각 기판을 그대로 중첩하는 것이 가능한 정도로 평탄한 단면을 지니고 있으면 된다. 또한, 세라믹 기판을 이용할 경우, 본 발명에서 말하는 기판의 평탄한 단면에는, 완전히 평탄한 단면으로 제한되지 않고, 그린 시트(green sheet)의 소성에 의해 다소의 표면 조도(거칠기)가 생긴 바와 같은 것도 포함된다.

또한, 이 유량 센서(1)는, 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)의 각각에 배치한 밀봉 링(seal ring)(4)을, 해당 패키지면(기판(2c)면)과 실장되는 쪽의 부착면 사이에 삽입함으로써, 유로의 밀폐성을 유지하면서 실장하는 것이 가능하다.

여기서, 패키지를 구성하는 평판 기판을 세라믹 기판(2a), (2b), (2c)으로 함으로써, 하기의 (A) 내지 (C)의 효과가 얻어진다.

(A) 전기절연성

센서 칩의 센서면(검지면)에 있어서의 전기적인 접속이 어떠한 요인에 의해 어긋나도, 패키지 내에서는 전기절연성을 유지할 수 있다. 예를 들어, 열식 유량 센서에서는, 센서면의 전기적 접속에 와이어 본드(wire bond)가 사용되고 있어, 와이어 본드가 패키지 내부 유로에 노출되고 있다. 따라서, 와이어 본드가 어떠한 요인으로 벗겨지면, 패키지가 스테인레스 등의 금속제일 경우, 패키지 내에서 단락되어 전기절연성을 유지할 수 없다. 이에 대해서, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 전기절연성이 있는 세라믹 기판을 적층해서 패키지를 구성하고 있다. 이 때문에, 센서면의 와이어 본드가 벗겨져도 전기절연성을 유지할 수 있어, 단락에 의해 생기는 2차적인 불량의 발생을 방지할 수 있다. 또, 평판 기판을 수지로 구성해도, 마찬가지 효과를 얻을 수 있다.

(B) 열팽창계수

패키지를 구성하는 평판 기판을 세라믹 기판으로 함으로써, 센서 칩과의 열적인 적합성이 향상한다. 예를 들어, 열식 유량 센서의 센서 칩은 실리콘의 단결정으로 구성된다. 이 때문에, 패키지가 스테인레스 등의 금속제일 경우, 열적 부하가 인가되면 열팽창계수의 차이 때문에 센서 칩이 갈라지거나, 센서 특성이 변화될 가능성이 있다. 이에 대해서, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 센서 칩에 가까운 열팽창계수의 세라믹을 패키지의 평판 기판에 이용하므로, 열팽창계수의 차이에 의한 불량의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 세라믹 기판에 한정되지 않고, 평판 기판을 수지로 구성해도, 센서 칩에 가까운 열팽창계수이면 효과를 얻을 수 있다.

(C) 양산성

패키지를 세라믹 기판으로 구성하는 것에 의해 양산성의 향상을 도모할 수 있다. 예를 들어, 스테인레스 등의 금속으로 패키지를 작성할 경우, 금속의 절삭가공이나 에칭 등에 의해서 패키지의 각 부품을 작성할 필요가 있다. 이에 대해 서, 본 발명은, 복수의 세라믹의 그린 시트를 적층해서 일괄 소성하고, 센서 칩을 삽입한 후, 각각의 패키지로 분할함으로써 제조가 가능하다. 이 때문에, 스테인레스 등의 금속으로 패키지를 작성할 경우와 비교해서 각별히 양산성을 향상시키는 것이 가능하다. 또, 패키지를 구성하는 평판 기판을 수지기판으로 한 경우더라도, 마찬가지로 일괄 성형에 의한 제조가 가능하여 양산성이 향상한다.

도 2는 전술한 도 1 중의 유량 센서의 조립 공정을 나타낸 사시도이며, 도 3은 도 2 중의 A-A선에서 자른 단면도이다. 도 2(a)에 나타낸 바와 같이, 센서 칩 설치층으로 되는 기판(2a)의 중앙부에는, 센서 칩(5)의 형상에 대응한 개구(예를 들어, 마름모꼴)의 사각 구멍(5a)이 형성되어 있다. 이 사각 구멍(5a)에 센서 칩(5)을 삽입한다(도 2(b) 참조). 또, 유로층으로 되는 기판(2b)에는, 도 2(c)에 나타낸 바와 같은 홈(6)이 형성되어 있어, 이 홈(6) 부분이 패키지 내부 유로로 되어서 센서 칩(5)의 센서면이 계측 대상 기체에 노출된다.

또한, 센서 칩(5)의 센서면 상의 전극과 기판(2b)의 전극은, 도 3에 나타낸 바와 같이 도전성 접합재(20)에 의해 전기적으로 접속된다. 도전성 접합재(20)로서는, 예를 들어, 땜납보다도 융점이 높은 재료인 금(융점 1000도 이상)의 범프 등을 이용할 수 있다. 이 경우, 금 범프에 열가압이나 열초음파를 병용한 가압을 실시함으로써, 센서 칩(5)과 기판(2b)을 전기적으로 접속할 수 있다. 또, 범프의 형성에는, 금 와이어의 스터드 범프 형성법이나 도금법 등을 이용할 수 있다.

도전성 접합재(20)로서, 땜납이나 도전성 접착제보다도 융점이 높은 금을 사용하면, 예를 들어, 패키지와 다른 기판을 접속할 경우나 패키지 단면에 전기부품 을 실장할 때, 패키지 내에 땜납이나 도전성 접착제의 융점이나 유리 전이점에 가까운 온도가 가해짐으로써, 패키지 내의 접속부가 단명화하는 것을 억제하는 효과가 기대된다. 또, 본 발명에 의한 도전성 접합재(20)로서는, 전술한 고융점인 것에 한정되지 않고, 종래대로 땜납 등을 이용해도 무방하다.

기판(2b) 위에 놓이는 기판(2c)에는, 도 2(d)에 나타낸 바와 같이, 홈(6)의 단부의 위치에 대응해서 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)로 되는 구멍부가 각각 형성된다. 이와 같이 기판(2a) 내지 (2c)으로 패키지를 구성함으로써, 패키지 내부에서 절곡된 유로가 형성된다. 또, 도 2에서는 기판(2c)면에 유로의 입출구를 설치한 예를 나타내었지만, 이 패키지면에만 한정되는 것은 아니다. 즉, 본 발명의 취지로부터 벗어나지 않는 범위에서 패키지의 다른 단면, 예를 들어, 기판(2a)면에 입출구를 설치해도 된다.

[1] 패키지 단면의 유효 이용

도 4는 실시형태 1에 의한 유량 센서와 종래의 센서와의 구성을 나타낸 도면으로, 도 4(a) 및 도 4(b)는 종래의 센서를 나타내고, 도 4(c)는 실시형태 1에 의한 센서를 나타내고 있다. 실시형태 1에 의한 유량 센서에서는, 전술한 바와 같이, 패키지의 평탄한 동일면(기판(2c)면)에 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)의 쌍방을 설치하고 있으므로, 다른 패키지면을 유효하게 사용할 수 있다.

예를 들어, 도 4(a)에 나타낸 바와 같이, 종래의 센서(100A)에서는, 센서 칩(101)과 별개로 설치한 베이스 기판(102)에 센서 구성 상 필요한 전기 회로가 실장되어 있고, 이 베이스 기판(102) 위에 설치한 대좌(103)에 센서 칩(101)을 수용 하고, 간극을 마련해서 2매의 배선 기판(104A), (104B)이 대향 배치된다. 센서 칩(101)의 전극(P1) 내지 (P6)은, 배선 기판(104A), (104B)의 도시하지 않은 배선 패턴과 도전성 접합재에 의해서 접속된다. 또, 배선 기판(104A), (104B)의 배선 패턴은, 대좌(103)의 상하면에 노출하는 도통로인 관통 구멍(through hole)을 개재해서 베이스 기판(102)의 전극 패드(PD1) 내지 (PD6)와 전기적으로 접속된다.

또한, 도 4(b)에 나타낸 종래의 센서(100B)에서는, 헤더부(105)에 설치한 돌기부(110)에 센서 칩(101)을 얹는다. 또, 센서 칩(101)의 전극(P1) 내지 (P6)은, 도 4(a)와 마찬가지로 배선 기판(104A), (104B)의 도시하지 않은 배선 패턴과 도전성 접합재에 의해서 접속된다. 이들 배선 기판(104A), (104B)의 배선 패턴은, 대좌(103)의 상하면에 노출하는 관통 구멍을 개재해서 헤더부(105) 위의 전극 핀(T1) 내지 (T6)과 전기적으로 접속된다.

이와 같이, 종래의 센서를 구성하기 위해서는, 베이스 기판(102)이나 헤더부(105) 등을 센서 칩(101)에 접속하는 공정이 필요하며, 베이스 기판(102)이나 헤더부(105)와 센서 칩(101)과의 사이에 전기신호를 주고 받기 위한 특별한 구성을 설치하지 않으면 안되므로, 센서의 소형화도 도모할 수 없다.

한편, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)를 설치한 면을 밀봉하는 것만으로 실장가능하므로, 다른 패키지면 위에 센서 구성상 필요한 전기 회로를 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 4(c)에 나타낸 바와 같이, 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)를 설치한 면에 대향하는 패키지면(기판(2a)면) 위에, 전기신호의 외부 인출용 커넥터(7a)나 다른 전기소자(8) 등과 같은, 종래에는 베이 스 기판이나 헤더로부터 더욱 인출되어 전기적으로 접속된 기판 등 위에 실장하고 있던 전기 회로의 전기부품을 모두 실장한다.

이와 같이 전기회로를 패키지의 일단면에 집약함으로써, 센서 크기를 각별히 소형화하는 것이 가능하다. 또, 베이스 기판이나 헤더가 불필요하므로, 부품점수를 삭감할 수 있어, 비용적으로도 유리하다.

또, 도 4(c)에서는, 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)를 설치한 면에 대향하는 패키지면(기판(2a)면) 위에 전기 회로를 실장하는 예를 나타내었지만, 다른 패키지면에 실장하는 구성이어도 된다. 예를 들어, 도 4(c)에 나타낸 외부 인출용 커넥터(7a)를 패키지 측면(기판(2a), (2c)면에 수직인 패키지면)에 실장하는 구성 등이 고려된다.

도 5는 실시형태 1에 의한 유량 센서의 실장예를 나타낸 도면으로, 계측 대상 기체가 흐르는 관로(13)에 실장하는 경우를 나타내고 있다. 도 5(a)에 있어서, 관로(13)의 센서 부착부에는, 유량 센서(1)에 유체를 흐르게 하기 위한 관통 구멍(11a), (11b)이 형성되어 있고, 해당 관통 구멍(11a), (11b)의 주위에는 밀봉 링(4)을 끼워 넣는 홈부가 형성되어 있다.

유량 센서(1)는, 밀봉 링(4)을 개재해서 패키지 내부 유로의 입출구와 관통 구멍(11a), (11b)을 맞춰서 배치하고, 커버로 되는 고정용 브래킷(10)을 씌워서 고정 나사(9)로 관로(13)의 부착부에 형성한 나사 구멍(12)에 나사결합한다. 이것에 의해, 밀봉 링(4)이 상기 홈부에 의해 메워져서, 패키지 내부 유로나 관로(13)의 밀폐성이 유지된다. 이와 같이 해서, 유량 센서(1)는, 도 5(b)에 나타낸 바와 같 이 관로(13)의 부착부에 실장된다.

도 5로부터 명확한 바와 같이, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 패키지의 동일 단면에 패키지 내부 유로의 입출구를 설치했으므로, 해당 패키지 단면만을 개재해서 관로(13)에 실장하면 된다. 따라서, 종래와 같이 센서 전체를 밀봉하거나, 센서 주위에 충전 재료를 적용할 필요가 없어, 좁은 설치 공간이어도 충분히 대응할 수 있다.

또, 도 5 중의 B-B선에서 자른 단면도인 도 6에 나타낸 바와 같이, 전술한 바와 같이 부착한 유량 센서(1)에서는, 기판(2a)에 형성한 센서 칩 수납용의 구멍부의 내벽과 이것에 수납한 센서 칩(5)의 측벽과의 사이에 형성되는 간극에 수지 밀봉재(14)를 적용해서 밀봉되어 있어, 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)와 관로(13)의 관통 구멍(11a), (11b)과의 접속이 밀봉 링(4)에 의해 밀봉된다. 이와 같이, 유량 센서(1)는, 외기로부터 차단되어 있으므로, 관로(13)를 흐르는 계측 대상 기체가 관통 구멍(11a) 및 유로입구(3a)를 개재해서 패키지 내부 유로에 유입되고, 유로출구(3b) 및 관통 구멍(11b)을 개재해서 관로(13)에 유출된다.

다음에, 실시형태 1에 의한 유량 센서의 밀봉 양상에 대해서 설명한다.

우선, 비교를 위하여, 특허문헌 2에 개시된 종래의 유량 센서를 예로 들어서 밀봉 양상을 설명한다. 도 7은 특허문헌 2에 개시된 종래의 유량 센서의 밀봉 양상을 설명하기 위한 도면으로, 도 7(a)는 종래의 유량 센서를 나타낸 사시도(특허문헌 2, 도 4 참조)이고, 도 7(b)는 도 7(a) 중의 유량 센서를 밀봉한 양상을 나타낸 사시도이며, 도 7(c)는 도 7(b) 중의 B1-B1선에서 자른 단면의 확대도이다. 도 7(a)에 나타낸 바와 같이, 특허문헌 2에 개시된 종래의 유량 센서에서는, 유로로 되는 홈(6)을 가로지르듯이 센서 칩(5)이 기판면 위에 부착되어, 센서 칩(5)의 양쪽에 형성되는 개구부가 각각 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)로 된다. 계측 대상 기체는, 도 7(a) 중의 화살표의 방향에 입구(3a)로부터 유입되어 패키지 내부 유로를 통과해서 출구(3b)로부터 유출된다.

또, 특허문헌 2에 개시되는 종래의 유량 센서에서는, 홈(6)을 형성한 기판면 위에 센서 칩(5)이 배치되어 있고, 홈(6)을 형성한 기판면과 센서 칩(5)이 동일 평면 위에 없다. 이 때문에, 홈(6)을 형성한 기판면을 기준으로 하면, 센서 칩(5)의 높이 분량만큼 기판면으로부터 돌출한다. 이와 같이, 홈(6)을 형성한 기판면과 센서 칩(5)이 동일 평면 상에 없을 경우, 도 7(c)에 나타낸 바와 같이, 센서 칩(5)의 측면과 상기 기판면과의 사이에 코너 부분(14a)이 형성된다.

도 7(b)에 나타낸 바와 같이, 종래의 유량 센서에 대해서, 페이스트 형태의 밀봉재(14)를 적용해서 밀봉할 경우, 전술한 코너 부분(14a)에 밀봉재(14)가 충분히 널리 퍼지지 않고, 코너 부분(14a)에서부터 밀봉이 파손되어 유체가 누설될 가능성이 있다. 또, 탄성 부재 등을 밀봉재로서 배치한 경우에는, 코너 부분(14a)에 있어서의 단차로 밀봉을 할 수 없거나, 코너 부분(14a)에서 밀봉재(14)를 굴곡시켜서 밀봉하면 경년 변화에 의해서 유체의 누설 원인으로 되는 것도 고려된다. 이와 같이, 종래의 유량 센서는, 밀봉 실시가 곤란한 구조를 지니고 있다.

이에 대해서, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 패키지 내부 유로의 입출구가 형성되는 단면이 평탄한 면이므로, 예를 들어 밀봉 링(4)에 의해서 패키 지 내부 유로의 입출구를 밀봉해도 누설 요인으로 되는 부위가 형성되지 않는다. 이와 같이, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 밀봉이 용이한 데다가, 밀봉 누설을 저감할 수 있으므로 센서의 압력과 유량 특성을 안정화시킬 수 있다.

또한, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)는, 이하와 같은 구성이어도 된다.

도 8은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 다른 구성을 나타낸 도면으로, 유량 센서 및 그 패키지를 구성하는 각 기판을 사시도로 나타내고 있다. 도 8에 나타낸 유량 센서는, 전술한 바와 마찬가지로, 세라믹 기판(2a), (2b), (2c)을 소성접합해서 구성되는 직사각형상의 패키지에 센서 칩을 내장하지만, 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)를 형성한 단면측에서부터 센서 칩(5)을 끼워넣어, 평탄한 단면(기판(2c)면)으로 되도록 구성하고 있다.

도 8에 나타낸 유량 센서의 패키지는, 밑판으로 되는 기판(2a) 위에, 패키지 내부 유로로 되는 홈(6)을 형성한 기판(2b)을 적층하고, 그 위에 홈(6)과 동일 형상의 홈에 센서 칩(5)을 끼워넣기 위한 단차부(5b)를 형성한 기판(2c)을 적층해서 접합함으로써 구성된다. 기판(2c)에 있어서의 단차부(5b)에 센서 칩(5)을 끼워넣음으로써, 센서 칩(5)의 양쪽의 개구부가 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)로 된다. 또한, 단차부(5b)는, 센서 칩(5)을 끼워넣음으로써, 기판(2c)면과 센서 칩(5)의 이면이 동일 평면 위로 되는 바와 같은 깊이로 형성한다.

이와 같이 구성하는 것에 의해서도, 도 1에서 나타낸 구성과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

도 9는 도 8 중의 유량 센서의 구성을 설명하기 위한 도면으로, 도 9(a)는 사시도, 도 9(b)는 도 9(a) 중의 B2-B2선에서 자른 단면도, 도 9(c)는 밀봉 상태를 나타내고 있다. 도 9(a)에 나타낸 바와 같이, 이 유량 센서(1)에서는, 센서 칩(5)의 이면이 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)가 형성되는 기판면과 동일면으로 된다. 또, 단차부(5b)는, 센서 칩(5)의 위치결정의 자유도를 가지게 하기 위해서, 센서 칩(5)의 폭보다 약간 크게 형성되어 있다.

또한, 이 패키지에서는, 도 9(c)에 나타낸 바와 같이 틱소트로피성(thixotropy)을 지니는 밀봉재(14)를 센서 칩(5)의 측면과 단차부(5b)와의 사이에 충전함으로써, 패키지 내부 유로 밀봉과 위치 고정의 쌍방을 행한다. 이와 같이 함으로써, 밀봉재(14)가 센서 칩(5)의 측면과 단차부(5b)와의 사이에 들어가서 패키지 내부 유로에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 일정한 유로단면이 얻어지므로 센서 특성을 안정화할 수 있다. 또한, 밀봉재(14)가 기판면측에 넘쳐도 연마해서 평탄하게 하는 것이 가능하다.

또, 이 구성에 있어서도, 도 1 등에서 나타낸 구성과 마찬가지로 평탄한 동일 단면에 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)가 형성되므로, 누설 요인이 없는 확실한 밀봉이 가능한 것 외에, 도 9(c)에 나타낸 바와 같이 밀봉 링(4)에 의해 입구(3a)와 출구(3b)를 각각 별개로 밀봉할 수 있다.

또한, 센서 칩(5)으로서, 유로폭과 같은 정도의 것이 얻어지는 경우에는 이하와 같이 패키지를 구성해도 된다.

도 10은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 다른 구성을 나타낸 도면으로, 도 10(a)는 사시도, 도 10(b)는 도 10(a) 중의 B3-B3선에서 자른 단면도, 도 10(c)는 밀봉 상태를 나타내고 있다. 이 유량 센서에서는, 도 10(b)에 나타낸 바와 같이, 유로측으로 돌출하도록 위치결정부(6A)를 설치하고 있고, 기판(2c)에 형성한 홈에 끼워 넣은 센서 칩(5)이 위치결정부(6A) 위에 배치된다. 이것에 의해, 센서 칩(5)의 이면이 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)가 형성되는 기판면과 동일면으로 되는 패키지가 구성된다.

또, 이 패키지에 있어서도, 도 10(c)에 나타낸 바와 같이, 센서 칩(5)의 측면과 위치결정부(6A)에 의해 유로측이 차단된 홈 내벽과의 사이에 틱소트로피성을 지니는 밀봉재(14)를 충전함으로써, 패키지 내부 유로 밀봉과 위치 고정의 쌍방을 행한다. 이와 같이 함으로써, 밀봉재(14)가 센서 칩(5)의 측면과 홈 내벽과의 사이에 들어가서 패키지 내부 유로에 유입되는 것을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 일정한 유로단면이 얻어지므로 센서 특성을 안정화시킬 수 있다.

또한, 이 구성에 있어서도, 평탄한 동일 단면에 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)가 형성되므로, 누설 요인이 없는 확실한 밀봉이 가능한 외에, 도 10(c)에 나타낸 바와 같이 밀봉 링(4)에 의해 입구(3a)와 출구(3b)를 각각 별개로 밀봉할 수 있다.

[2] 패키지 내부 유로의 개량

도 11은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 패키지 내부 유로의 구성예를 나타낸 상면도이며, 유로를 육안으로 확인할 수 있게 하기 위해서 상부구성을 투명하게 해서 도시하고 있다. 종래의 유량 센서에서는, 계측 대상 기체의 평균 유속을 벌기 위해서, 도 11(a)에 나타낸 바와 같은 직선 상의 유로로 하는 것이 일반적이었 다. 이 구성에 있어서, 계측 대상 기체 중에 분진이 포함되어 있으면, 하등 장해도 없이 분진이 센서 칩(5)의 센서면(유체검출부)에 도달하여, 계측에 필요한 온도분포에 변형을 주거나, 전해부식의 발생 요인으로 되고 있었다.

그래서, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 예를 들어 도 11(b)에 나타낸 바와 같이, 패키지의 동일 단면에 유입구(3a)와 유출구(3b)를 지니는 패키지 내부 유로(6A)로서 기판(2b)면에 평행하게 꼬불꼬불 구부러진 유로를 구성한다. 이와 같이 구성함으로써, 패키지 내부 유로(6A)에 관성 제진에 의한 에어로졸 제거를 행하는 기능을 갖게 하고 있다.

이와 같이 구성하면, 패키지 내부 유로(6A)의 사각형부(15)를 돌아서 계측 대상 기체가 흐를 때, 해당 기체 중에 포함되는 분진 중 사각형부(15)를 끝까지 돌 수 없는 부분은, 유로(6A)의 내벽에 충돌해서 사각형부(15) 주변에 남겨진다. 또, 패키지 내부 유로(6A)에 있어서, 사각형부(15)의 각도를 직각 혹은 그것 이하의 예각으로 함으로써, 관성 제진 효과를 보다 높일 수 있다.

또한, 기판(2b)면에 평행하게 유로를 단지 꼬불꼬불 구부러지게 할뿐만 아니라, 도 11(c)에 나타낸 바와 같이 패키지 내부 유로(6B)로서, 유로 중에 분기된 한쪽을 짧은 막다른 소로로 한 T자로를 설치하고, 해당 T자로에 들어갈 때까지의 유로폭을 좁히는 조임 부분(16)을 설치하거나, 구부린 모서리에 단차를 형성한 구성이어도 된다.

도 11(c)와 같이 구성하면, 패키지 내부 유로(6B)를 흐르는 계측 대상 기체에 포함되는 분진이, 조임 부분(16)을 통과할 수 없어 그 입구부분에 남겨지는 외 에, 조임 부분(16)을 통과해도 T자로의 막다른 소로의 내벽에 부착되어서 집진된다. 여기서, 유로 내에서 분진입자가 부착되는 부분인 집진용 임팩터에는, 계측 대상 기체의 에어로졸에 있어서의 일정 입자직경 이상의 공기동력학적 입자직경을 지니는 입자가 충돌하여, 재비산이나 중력에 의한 낙하 등이 없는 한 해당 임팩터에 분진입자가 부착된 채로 된다.

또, 종래의 유량 센서에서는, 패키지 내부 유로의 입구의 상류에 메쉬(mesh)나 필터(filter)를 설치해서 제진할 경우가 있지만, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 전술한 바와 같은 패키지 내부 유로 구성으로 함으로써, 메쉬나 필터를 설치하지 않아도 제진효과를 확보할 수 있다.

도 12는, 실시형태 1에 의한 유량 센서의 패키지 내부 유로의 다른 구성예를 나타낸 도면으로, 기판면에 수직인 방향(세로방향)으로 유로를 구부린 구성을 나타내고 있다. 도 12(a)는 해당 유로구성을 지니는 유량 센서의 조립 공정을 나타내고 있고, 도 12(b)는 도 12 중의 C-C선에서 자른 유량 센서의 단면도를 나타내고 있다. 또, 도 12(a)의 상단의 사시도에서는, 기판의 적층 상태를 육안으로 확인하기 쉽게 하기 위해서 기판의 두께를 강조해서 표시하고 있다.

도 12(a)와 같이, 기판(2a-1)에는, 센서 칩(5)을 끼워맞춤하는 사각 구멍(5a)이 형성되어 있다. 또한, 기판(2a-2)에는, 사각 구멍(5a) 외에, 유로에 있어서의 집진용의 임팩터로 되는 구멍부(6a)가 형성되어 있다. 게다가, 기판(2a-3)에는, 사각 구멍(5a) 외에, 집진용 임팩터에 계측 대상 기체를 유도하는 유로 및 집진용 임팩터로부터 하류에 계측 대상 기체를 유도하는 유로를 구성하는 구멍 부(6b)가 형성되어 있다. 또, 여기에서는, 기판(2a-3)에 있어서, 사각 구멍(5a)에 관해서 대칭으로 구멍(6b)을 형성함으로써, 역류 기체에 대해서도 집진 기능을 가지도록 구성한 예를 나타내고 있다. 이들 3매의 기판(2a-1) 내지 (2a-3)을 적층함으로써, 센서 설치층으로 되는 기판(2a)이 구성된다.

유로층으로 되는 기판(2b)에는, 센서 칩(5)의 센서면에 계측 대상 기체를 노출시키기 위한 홈(6d)과, 전술한 집진용 임팩터에 계측 대상 기체를 인출하는 경로로 되는 구멍부(6c)가 형성되어 있다. 이 기판(2b)은, 도 12(a)에 나타낸 바와 같이 기판(2a) 위에 적층된다. 또한, 기판(2c-1)에는 기판(2b)의 구멍부(6c)에 연통하는 구멍부(6e)가 형성되어 있고, 기판(2c-2)에는 기판(2c-1)의 구멍부(6e), (6e)에 연통하는 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)가 형성되어 있다.

이들 기판(2c-1), (2c-2)을 기판(2b) 위에 순서대로 적층하여 소성 등에 의해 각 기판을 접합함으로써, 도 12(b)에 나타낸 바와 같이, 기판면에 수직인 방향(세로방향)으로 구부러진 유로를 지니는 패키지가 구성된다. 또, 도 12의 예에서는, 구멍부(6e)를 형성한 기판(2c-1) 위에 기판(2c-2)을 적층할 경우를 제시했지만, 기판(2c-1)에 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)를 형성해서 유로층 상에 적층하는 기판수를 삭감해도 된다.

도 13은 도 12에 나타낸 유로구성을 지니는 유량 센서의 제진효과를 설명하기 위한 도면이다. 도 13에는 특별히 도시하고 있지 않지만, 이 유량 센서에 있어서도 패키지 기판에 형성한 센서 칩 수납용의 구멍부의 내벽과 이것에 수납한 센서 칩(5)의 측벽과의 사이에 형성되는 간극에 수지 밀봉재를 적용해서 밀봉된다. 도 13(a)에 나타낸 바와 같이 기판면에 수직인 방향으로 구부러지는 유로의 되접어 꺽은 부분(17)은, 전술한 기판면에 평행하게 유로를 구부린 경우와 같이 집진용의 임팩터로서 기능한다. 또한, 이 구성에 있어서도, 유로의 전환점이 둔각이면 분진의 포집효과는 작아진다(도 13(b) 참조). 한편, 도 13(c)에 나타낸 바와 같이 유로의 전환점이 예각이면, 분진의 포집효과는 커진다.

전술한 바와 같은 패키지 내부 유로를 기판면에 수직인 방향으로 구부린 유로로 하는 구성은, 전술한 기판면에 평행한 방향으로 유로를 굴곡시킨 구성보다도, 패키지 내부 유로를 구성하기 위한 타발 형상이 복잡하게 되지 않으므로, 치수정밀도를 내기 쉬워, 제조가 용이하다. 또, 기판면에 평행한 방향으로 굴곡시킬 경우와 비교해서 패키지의 폭방향의 치수를 작게 하는 것도 가능하다.

또한, 패키지 내부 유로의 구성으로서, 기판면에 평행한 방향으로 접어 구부릴 경우와 기판면에 수직인 방향으로 접어 구부릴 경우를 별개로 설명했지만, 기판면에 평행한 방향으로 접어 구부리고 또한 기판면에 수직인 방향으로 접어 구부린 유로로 해도 된다. 또, 집진용의 임팩터로 될 수 있는 구성을 기판면에 수직인 방향으로 설치해도 무방하다.

[3] 패키지 실장 구조의 개량

도 14는 실시형태 1에 의한 유량 센서의 실장 구성예를 나타낸 도면이다. 도 14(a)에 나타낸 실장 구성에서는, 유량 센서(1)의 패키지 내부 유로의 입출구와 실장되는 쪽의 계측 대상 기체의 취출용 구멍(유로의 입구와 출구에 연통하는 양 단부에는 차압이 있음)을 밀봉 링(4)을 개재해서 배치하여, 고정용 브래킷(10)을 씌우고, 고정 나사(9)를 실장되는 쪽의 나사 구멍에 나사결합해서 고정한다.

또, 도 14(b)에 나타낸 실장 구성에서는, 평판을 단면 U자 형상으로 접어 구부린 부재에 패키지 내부 유로의 입출구에 연통시키는 구멍부와 고정용 나사의 통과 구멍(9a)을 형성한 간이한 구조의 고정용 브래킷(10a)을 이용한다. 유량 센서(1)는, 이 고정용 브래킷(10a) 위에 충전재(18)로 일체의 구조체로 되도록 부착된다. 이것을 실장하기 위해서는, 패키지 내부 유로의 입출구에 연통하는 고정용 브래킷(10a)의 구멍부와, 실장되는 쪽의 계측 대상 기체의 취출·복귀용의 구멍부를 밀봉 링(4)을 개재해서 배치하고, 통과 구멍(9a)을 개재해서 고정 나사를 실장되는 쪽의 나사 구멍에 나사결합한다.

이것에 의해, 도 14(b) 중의 D-D선에서 자른 단면도로 나타낸 밀봉 링(4)이, 고정용 브래킷(10a)의 밑면과 실장되는 쪽의 부착면과의 사이에서 변형되어서, 패키지 내부 유로의 밀폐성이 유지된다. 또, 도 14(b)에 나타낸 고정용 브래킷(10a)은, 프레스 가공으로 염가로 작성할 수 있어, 도 14(a)에 나타낸 실장 구성보다도 간이하고도 비용적으로 유리한 센서를 제공할 수 있다.

도 15는 실시형태 1에 의한 유량 센서의 다른 구성예를 나타낸 도면으로, 도 15(a)는 유량 센서(1)의 단면도, 도 15(b)는 패키지 외부를 수지로 덮은 구성의 단면도를 나타내고 있으며, 도 15(c)는 실장 시에 있어서의 도 15(b) 중의 D부분의 확대도이다. 도 15에 나타낸 구성에서는, 도 15(a)에 나타낸 유량 센서(1)의 패키지를, 외부 취출용 케이블(7c)에 연결되는 커넥터(7b)를 부착하는 부분과 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b)의 부분을 남겨서 수지(19)로 덮고 있다. 또, 도 15(a)에는 특별히 도시하고 있지 않지만, 이 유량 센서에 있어서도 패키지 기판에 형성한 센서 칩 수납용의 구멍부의 내벽과 이것에 수납된 센서 칩(5)의 측벽과의 사이에 형성되는 간극에 수지 밀봉재가 적용되어 밀봉된다.

이러한 수지(19)에 의한 피복은, 패키지의 주위에 용융한 수지(19)를 형에 맞춰서 유입시켜 굳히는 일체성형에 의해 가능하다. 또, 나일론이나 ABS 등을 이용하는 종래의 플라스틱 성형에서는, 사출 압력이 수 백 내지 1톤/㎠ 이상으로 되어 전자부품이 압력 손상을 받을 가능성이 있다. 한편, 열가소성의 핫 멜트(즉, 가열용융) 접착제를 이용하면, 수 내지 50 kgf/㎠ 정도의 낮은 사출압에서의 성형이 가능하다. 그래서, 도 15에 나타낸 센서에서는, 열가소성의 핫 멜트 접착제를 수지(19)로서 이용해서 일체성형하고 있다. 또, 센서 패키지에 손상을 주지 않는 저압 형성이 가능한 재료이면, 핫 멜트 접착제 이외의 것을 이용해도 무방하다.

또한, 패키지 내부 유로의 입구(3a) 및 출구(3b) 주변부분에는, 도 15(b)에 나타낸 바와 같이 부시형상의 볼록부(19a)를 수지(19)로 형성한다. 수지(19)는 경도가 낮은 수지이므로, 볼록부(19a)는 실장 시 밀봉 링과 마찬가지로 기능하여, 도 15(c)에 나타낸 바와 같이 부착부의 홈부에서 변형되어 유로를 외기로부터 밀폐시킨다. 이와 같이, 도 15에 나타낸 구성으로 함으로써, 밀봉 링을 이용하지 않고도 실장가능하며, 밀봉 링을 안정적으로 배치할 수 없는 개소에 센서를 부착할 경우(예를 들어, 연직면에의 설치)에 유효하다.

도 16은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 다른 구성예를 나타낸 도면으로, 도 16(a)는 센서 아래쪽에서의 사시도를 나타내고, 도 16(b)는 센서 위쪽에서부터의 사시도를 나타내고 있다. 또, 도 16(b)는, 유량 센서(1A)의 내부를 육안으로 확인할 수 있게 수지(19) 내의 구성을 파선으로 표시하고 있다. 도 17은 도 16 중의 유량 센서의 사용 상태를 설명하기 위한 도면으로, 도 17(a)는 측면도, 도 17(b)는 상면도를 나타내고, 도 17(c)는 도 17(b) 중의 D1-D1선에서 자른 단면도를 나타내고 있다. 도 17(c)에는 특별히 도시하고 있지 않지만, 이 유량 센서(1A)에 있어서도 패키지 기판에 형성한 센서 칩 수납용의 구멍부의 내벽과 이것에 수납된 센서 칩(5)의 측벽과의 사이에 형성되는 간극에 수지 밀봉재를 적용해서 밀봉이 행해진다.

유량 센서(1A)는, 도 16(b)에 나타낸 바와 같이, 외부 인출용의 커넥터(7a)가 노출하도록 유량 센서(1)의 패키지를 수지(19)로 덮어서 구성되며, 수지(19)에 의해 도 16(a)에 나타낸 바와 같은 아래쪽으로 돌출한 관 형상의 튜브 끼워넣기부(3A), (3B)가 형성된다. 또, 튜브 끼워넣기부(3A), (3B)에는, 도 16(a) 및 도 17(c)에 나타낸 바와 같이, 패키지 내부 유로의 입구(3a)에 연통하는 유입 구멍(3a-1) 및 출구(3b)에 연통하는 유출 구멍(3b-1)을 각각 형성한다. 이들 수지(19)에 의한 외부구성은, 도 15와 마찬가지로 패키지의 주변에 용융한 수지(19)를 형에 맞춰서 유입시켜 굳히는 일체성형에 의해 작성가능하다.

도 17(a)에 나타낸 바와 같이, 튜브 끼워넣기부(3A)에는 계측 대상 기체 도입용의 튜브(3A1)가 끼워넣어지고, 튜브 끼워넣기부(3B)에는 계측 대상 기체 유출용의 튜브(3B1)가 끼워넣어진다. 튜브(3A1)를 개재해서 도입된 계측 대상 기체는, 튜브 끼워넣기부(3A)의 유입 구멍(3a-1) 및 이것에 연통하는 입구(3a)를 경유해서 패키지 내부 유로에 흘러 들어오고, 패키지 내부 유로의 출구(3b) 및 이것에 연통하는 유출 구멍(3b-1)을 경유해서 튜브(3B1)에 유출한다. 이것에 의해, 패키지 내부 유로의 기체의 흐름이 센서 칩(5)에 의해 검출된다.

이와 같이, 유량 센서(1A)는, 튜브(3A1), (3B1)를 개재해서 계측 대상 기체의 도입과 반환이 가능한 설치 대상이면 부착이 가능하고, 고정 나사에 의한 나사 고정이 불필요하여, 계측 현장에 있어서의 부착도 용이하다. 또, 계측 대상기체의 관로 등에 유량 센서(1A)를 설치하는 공간이 없을 경우더라도, 튜브(3A1), (3B1)를 이곳 저곳 이동시켜 공간을 취할 수 있는 장소에 부착하는 것이 가능하다. 이와 같이, 유량 센서(1A)는, 설치의 자유도가 높고, 보다 복잡한 현장에서의 계측 작업에도 대응할 수 있다.

[4] 유량계에의 적용예

실시형태 1에 의한 유량 센서(1)는, 예를 들어, 참고 문헌 1에 개시되는 유량계에 적절하게 실장할 수 있다. 참고 문헌 1에 개시되는 유량계에서는, 특허문헌 3에 나타낸 바와 같은 종래의 유량 센서를 이용하고 있었지만, 해당 센서는 마운터 등의 자동기를 이용해서 실장하는 것이 가능하지 않아, 유량계 내의 회로 기판에 접착제에 의해 부착되어 있었다. 또, 특허문헌 3에 나타낸 바와 같은 종래의 센서는, 센서 칩이 다이 본드, 와이어 본드로 기판에 실장되므로, 센서 크기가 커지는 분량만큼 유량계의 대형화의 요인으로 되고 있었다.

(참고 문헌 1) 국제공개 번호 WO2005/121718(제1도 참조)

그래서, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)를, 종래의 유량 센서 대신에 유량 계에 실장함으로써, 유량계의 제조를 용이화할 수 있고, 또 유량계의 소형화도 도모할 수 있다. 즉, 유량 센서(1)는, 전술한 바와 같이 기판을 접합해서 이루어진 패키지 칩으로서 구성되어 있고, 유량계 내의 회로 기판 위에 실장하는 것 이외의 전기부품과 마찬가지로 칩 마운터 등의 자동기로 실장할 수 있다. 또한, 유량 센서(1)는, 전기적인 접속으로 와이어 본드를 이용하지 않으므로 설치 공간이 좁을 경우라도 부착이 가능하다. 이것에 의해, 유량 센서(1)의 설치에 필요한 공간을 삭감할 수 있어, 유량계 자체의 소형화도 도모할 수 있다.

[5] 센서 설치 구조의 개량 1

유량 센서(1)로는, 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같은 기판(2a) 내지 (2c)을 적층해서 접합하여 패키지를 구성한 후, 도전성 접합재를 이용해서 기판(2b)의 전극과 센서 칩(5)의 센서면에 있어서의 전극을 전기적으로 접속하면서 사각 구멍(5a)에 센서 칩(5)을 페이스 다운(face down) 실장하고, 그 후 수지 밀봉재를 도포한다.

도 18은, 패키지에의 센서 실장예를 설명하기 위한 도면으로, 도 18(a) 및 도 18(b)는 종래의 센서 칩 실장용의 사각 구멍을 나타내고, 도 18(c)는 단차를 지니는 구멍으로서 센서 칩 실장용의 사각 구멍을 구성한 경우를 나타내고 있다. 도 18(a)에 나타낸 바와 같이, 센서 칩(5)의 두께보다 사각 구멍(5a)이 깊거나, 도전성 접합재의 높이 방향의 치수가 부족하기 때문에, 사각 구멍(5a)에 센서 칩(5)이 가라앉아버리면, 센서 칩(5)을 잡기 어려워져, 사각 구멍(5a)에 삽입해서 끼워맞춘 후의 센서 칩(5)의 실장 위치를 수정하는 것이 곤란하다.

또한, 도 18(b)에 나타낸 바와 같이, 센서 칩(5)의 두께보다 사각 구멍(5a)을 얕게 하거나, 도전성 접합재의 높이 방향의 치수를 늘리는 등 해서, 사각 구멍(5a)에 끼워맞춘 센서 칩(5)이 기판(2a)면으로부터 돌출할 경우, 위쪽에서부터 센서 칩(5)을 붙잡을 수 있어 실장위치의 수정은 용이하다. 그러나, 기판(2a)면으로부터 돌출하므로, 센서 칩(5)에 직접 기계적인 충격이 가해지거나, 수지 밀봉재가 기판(2a)면의 부품실장부에 퍼질 가능성이 있다. 이와 같이, 사각 구멍(5a)으로부터 센서 칩(5)이 돌출해도 혹은 돌출하고 있지 않아도, 각각의 상태에 고유한 과제가 존재하고 있었다.

그래서, 실시형태 1에서는, 도 18(c)에 나타낸 바와 같은 단차(21)를 지니는 구멍부를, 센서 칩 실장용의 사각 구멍(5a)으로 하고 있다. 이 사각 구멍(5a)에 센서 칩(5)을 페이스 다운 실장하면, 센서 칩(5)은, 단차(21)로부터는 돌출하지만, 기판(2a)면으로부터는 돌출하지 않는다. 이와 같이 구성함으로써, 센서 칩(5)의 단차(21)로부터 돌출한 부분을 붙잡고, 센서 칩(5)의 실장 위치의 수정을 행할 수 있다. 또한, 센서 칩(5)을 패키지 내에 밀봉하는 데 필요한 양의 수지 밀봉재(14)를 가해도, 사각 구멍(5a)의 단차(21) 상에는 퍼지지만, 기판(2a)면 상의 전기부품까지 퍼지는 일은 없다.

또한, 수지 밀봉재(14)로서 틱소트로피성이 있는 재료를 이용하여, 센서 칩(5)을 사각 구멍(5a)(이 경우, 단차가 없는 통상의 사각 구멍이어도 됨)에 끼워맞춤한 때에 있어서의 센서 칩(5)의 측면과 사각 구멍(5a)의 내벽과의 간극에 밀봉재(14)를 충전한다. 이것에 의해, 센서 칩(5)의 밀봉과 유로 단면적의 일정화의 쌍방을 실현할 수 있다. 이 경우, 밀봉재(14)의 충전량은, 유로 내에 액 누출이 일어나지 않는 적절한 주입을 행할 수 있는 디스펜서의 주입 압력 및 주입 시간 등의 주입 조건을 결정해 두고, 이것에 의거해서 주입량 관리를 행한다.

또, 상기 설명에서는, 도 18(c)에 나타낸 센서 설치구조를 유량 센서(1)에 적용할 경우를 제시했지만, 패키지 개구에 센서 칩을 실장하는 센서이면, 유량 센서(1) 이외의 구성의 센서이어도 무방하다.

[6] 센서 설치 구조의 개량 2

사각 구멍(5a)에 페이스 다운 실장된 센서 칩(5)의 전극과 기판(2b)의 전극을 전기적으로 접속함에 있어서, 센서 칩(5)을 기판(2b)에 꽉 누르는 강도나 도전성 접합재의 변형 부분(녹은 부분)의 편차 등에 의해서, 센서 칩(5)의 높이 방향의 치수에 편차가 생길 경우가 있다. 이와 같이 센서 칩(5)의 높이 방향의 치수가 불균일하게 되면, 유로와 이것에 노출된 센서면에 의해서 규정되는 유로 단면적이 불균일해져서 센서 특성이 불균일하게 되어버린다.

그래서, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 센서 칩(5)의 높이 방향의 위치(사각 구멍(5a)의 깊이 방향의 위치)를 일정하게 유지하기 위한 스페이서부를 기판(2b) 상에 설치하고 있다. 도 19는 실시형태 1에 의한 유량 센서의 스페이서부의 일 구성을 나타낸 도면으로, 도 19(a)는 상면도를 나타내고 있고, 도 19(b)는 도 19(a) 중의 E-E선에서 자른 단면도를 나타내고 있다. 또, 도 19(a)에서는, 패키지의 동일 단면에 유입구(3a)와 유출구(3b)를 지니는 유로와 센서 칩(5)과의 관계를 육안으로 확인할 수 있게 하기 위해서 상부 구성을 투명하게 해서 도시하고 있고, 도 19(b)에서는 센서 칩(5)의 도시를 생략하고 있다.

스페이서부(22)는, 도 19(b)에 나타낸 바와 같이 일정한 높이 치수(사각 구멍(5a)의 깊이 방향을 따른 치수가 일정)를 지니고, 도 19(a)에 나타낸 바와 같이 센서 칩(5)의 각 변에 대응해서 설치된다. 또, 스페이서부(22)는 기판(2b)과 함께 세라믹 재료로 일체 성형된다. 사각 구멍(5a)에 페이스 다운 실장된 센서 칩(5)의 전극과 기판(2b)의 전극을 전기적으로 접속함에 있어서, 도 19(b)에 나타낸 사각 구멍(5a)에 센서 칩(5)을 밀어넣어도, 스페이서부(22)가 스토퍼의 역할을 하여, 센서 칩(5)이 과도하게 기판(2b)에 꽉 눌리는 일은 없다.

또, 스페이서부(22)는, 일정한 높이 치수를 지니고 있으므로, 사각 구멍(5a)에 실장한 센서 칩(5)의 높이 방향의 치수가 불균일하게 되는 일이 없어, 유로 단면적이 일정하게 유지된다. 이것에 의해, 균일한 센서 특성을 얻을 수 있다. 또한, 상기 도 15에 나타낸 구조는, 패키지의 실장용 구멍부에 센서 칩을 실장하는 센서이면, 유량 센서(1) 이외의 구성의 센서에 적용하는 것도 가능하다.

도 20은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 스페이서부의 다른 구성을 나타낸 도면으로, 도 20(a)는 상면도를 나타내고 있고, 도 20(b)는 도 20(a) 중의 F-F선에서 자른 단면도를 나타내고 있다. 또, 도 20(a)에서는, 패키지의 동일 단면에 유입구(3a)와 유출구(3b)를 지니는 유로와 센서 칩(5)과의 관계를 육안으로 확인할 수 있게 하기 위해서 상부 구성을 투명하게 해서 도시하고 있고, 도 20(b)에서는 센서 칩(5)의 도시를 생략하고 있다.

스페이서부(22a)는, 도 20(b)에 나타낸 바와 같이 일정 높이 치수(사각 구 멍(5a)의 깊이 방향을 따른 치수가 일정)를 지니고, 도 20(a)에 나타낸 바와 같이, 유로를 따라서 홈(6)의 제방형상으로 형성된다. 또, 스페이서부(22a)도 기판(2b)과 함께 세라믹 재료로 일체 성형된다.

사각 구멍(5a)에 페이스 다운 실장한 센서 칩(5)의 전극과 기판(2b)의 전극을 전기적으로 접속함에 있어서, 도 20(b)에 나타낸 사각 구멍(5a)에 센서 칩(5)을 밀어넣어도, 스페이서부(22a)가 스토퍼의 역할을 하여, 허용되는 강도 이상으로 센서 칩(5)이 기판(2b)에 꽉 눌리는 일은 없다.

또한, 스페이서부(22a)도 일정한 높이 치수를 지니고 있으므로, 사각 구멍(5a)에 삽입한 센서 칩(5)의 높이 방향의 위치가 불균일하게 되는 일이 없어, 유로 단면적이 일정하게 유지된다. 이것에 의해, 균일한 센서 특성을 얻을 수 있다. 또, 홈(6)의 제방형상으로 형성한 스페이서부(22a)에서는, 도전성 접합재에 의한 접속부를 보호하는 절연 수지재가 유로까지 퍼지는 것을 것을 방지하는 방파제로서 기능한다.

또한, 상기 설명에서는, 도 19 및 도 20에 나타낸 센서 설치구조를 유량 센서(1)에 적용할 경우를 제시했지만, 패키지에 설치한 개구부에 센서 칩을 삽입하고, 그 센서면과 이것에 대향하는 패키지 내의 기판면과의 사이에 계측 대상 기체를 흘려보내는 패키지 내부 유로가 형성되는 센서이면, 유량 센서(1) 이외의 센서에 적용해도 된다.

[7] 온도제어기구

열식 유량 센서에 있어서, 계측 대상 기체의 흐름이 그치고, 패키지 내부 유 로에 기체가 정체되어 있을 경우, 센서 표면에 결로나 수분 부착이 생겨, 센서면 상에 있어서의 계측 대상 기체의 열의 관계가 붕괴되어, 기체유량에 대한 센서 정밀도가 열화하거나, 센서 출력이 올바르지 않게 되는 일이 있다. 그래서, 실시형태 1에 의한 유량 센서(1)에서는, 패키지를 구성하는 기판에 가열용의 히터 패턴을 형성하고, 센서 칩 상의 온도검출부에서 검출된 주위온도에 의거해서 온도제어가 행해진다.

도 21은 히터 패턴을 실시한 기판을 이용한 유량 센서의 조립 공정을 나타낸 도면으로, 세라믹 기판(2a-1A), (2a-2A), (2b-1A), (2b-2A)의 순서대로 적층해서 패키지를 구성한다. 기판(2a-1A)에는, 센서 칩(5)을 삽입하는 사각 구멍(5a)이 형성되어 있다. 또한, 기판(2a-2A)에는, 사각 구멍(5a) 외에, 이 사각 구멍(5a)의 주위에 히터 패턴(23)이 형성되어 있다.

기판(2b-1A)은, 패키지 내부 유로로 되는 홈(6)이 형성된 세라믹 기판이며, 이 홈(6)의 길이방향의 양쪽에 히터 패턴(23)이 지그재그형상으로 형성되어 있다. 또한, 기판(2b-2A)은 히터 패턴(23)이 없는 세라믹 기판으로, 중앙에 패키지 내부 유로로 되는 홈(6)이 형성되어 있다.

이들 기판(2a-1A), (2a-2A), (2b-1A), (2b-2A)을 순차 적층하고, 도 12 중의 기판(2c-2)에 상당하는 패키지 내부 유로의 유입구(3a) 및 유출구(3b)를 설치한 도시하지 않은 세라믹 기판을 기판(2b-2A) 위에 적층해서 소성 결합함으로써, 패키지 벽 내에 히터 패턴(23)이 실시된 센서용 패키지가 구성된다. 또, 히터 패턴(23)이 패키지 내부 유로에 드러나게 되면, 전해부식이 발생해서 고장의 원인으로 되므로, 히터 패턴(23)은, 기판 적층 시 유로가 형성되는 부분에는 형성하지 않는다.

도 22는 히터 패턴을 지니는 유량 센서를 나타낸 단면도로, 도 1과 마찬가지로 패키지의 동일 단면에 유로의 입출구를 설치한 센서를 나타내고 있다. 도 22에는 특별히 도시하고 있지 않지만, 이 유량 센서에 있어서도 패키지 기판에 형성한 센서 칩 수납용의 구멍부의 내벽과 이것에 수납한 센서 칩(5)의 측벽과의 사이에 형성되는 간극에 수지 밀봉재를 적용해서 밀봉이 행해진다. 또, 도 23은 실시형태 1에 의한 유량 센서의 센서 칩을 나타낸 사시도이다. 도 22에 있어서, 기판(2a-2A), (2b-1A)은, 도 21과 마찬가지로 히터 패턴(23)이 실시되어 있다. 패키지 내부 유로의 입구(3a)에 유입된 계측 대상 기체는, 홈(6)으로 이루어진 유로를 경유해서 출구(3b)로부터 유출된다. 또, 패키지 내부 유로에 유입된 계측 대상 기체는, 센서면 위의 온도검출부에서 온도가 검출된다.

또한, 도 22에 나타낸 센서 칩(5)은, 예를 들어, 도 23과 같이 구성되어 있고, 금속 박막의 히터(23a), 히터(23a)의 양쪽에 형성된 금속 박막의 감열저항체로 이루어진 온도 센서(24a), (24b), 금속 박막의 감열저항체로 이루어진 주위온도 센서(25) 및 신호 취출용의 전극 패드(P1) 내지 (P6)를 구비한다. 또, 히터(23a)와 온도 센서(24a), (24b)에 의해서, 센서부(26)가 구성된다.

센서부(26)를 기체 유속 계측에 이용할 경우, 히터(23a)는, 주위온도 센서(25)로 계측되는 주위온도보다 일정 온도 높게 되도록 구동되고, 온도 센서(24a), (24b)는 정전류 또는 정전압으로 구동된다. 계측 대상 기체의 유속이 0일 때에는 온도 센서(24a), (24b)의 온도는 동일하게 되어, 온도 센서(24a), (24b) 의 저항치에 차이는 생기지 않는다.

계측 대상 기체의 흐름이 있을 때에는, 상류에 위치하는 온도 센서(24a)는, 히터(23a)의 방향으로 향하는 기체의 흐름에 의해 열이 완전히 운반되므로 냉각된다. 한편, 하류에 위치하는 온도 센서(24b)는, 히터(23a)의 방향으로부터의 기체의 흐름에 의해서 뜨거워진다.

이것에 의해서, 상류측 온도 센서(24a)와 하류측 온도 센서(24b)의 저항값에 차가 생기고, 이 저항값의 차를 전압값의 차로서 검출함으로써, 계측 대상 기체의 유속(v)이 구해진다. 이 유속(v)에 유로의 단면적(S)을 곱함으로써 계측 대상 기체의 유량(Q)이 구해진다.

또, 센서부(26)를 기체 열전도율 계측에 이용할 경우, 히터(23a)는 주위온도 센서(25)로 계측되는 주위온도보다 일정 온도 높아지도록 구동되고, 이때의 히터 전압과 전류로부터 히터(23a)에서 소비되는 히터 전력(Ph)이 구해진다. 히터 전력(Ph)은, 센서부(26)가 노출되어 있는 기체의 열전도율에 따라서 변화되므로, 히터 전력(Ph)으로부터 열전도율을 구할 수 있다. 또한, 기체의 열전도율 계측에서는, 유속이 0이 아닐 때 오차가 생기므로, 유속 제로의 상태인지의 여부를 히터(23a)의 양쪽의 온도 센서(24a), (24b)의 저항값에 차가 생기지 않고 있는 것으로 확인할 수 있다.

도 24는 히터 패턴을 지니는 유량 센서를 제어하는 온도제어장치 및 유량 센서 제어장치의 구성을 나타낸 도면이다. 도 24에 나타낸 온도제어장치(27) 및 유량 센서 제어장치(31)는, 통신가능한 별개의 장치로서 구성해도 되고, 동일 장치에 있어서의 1개의 기능 모듈로서 구성해도 된다.

도 24에 있어서, 온도제어 장치(27)는, 온도 센서 입력부(28), 히터 패턴 출력 제어부(29) 및 연산 처리부(30)를 구비한다. 온도 센서 입력부(28)는, 유량 센서(1)의 외부 인출용 커넥터(7b)를 개재해서, 유로내 온도를 포착하는 온도 센서(24c)에 의해 검출된 주위온도를 입력한다. 도 24에 나타낸 온도 센서(24c)는, 유량 센서(1)의 패키지 단면에 실장한 써미스터(thermistor)를 이용하고 있다. 또, 온도 센서(24c)로서는, 써미스터 대신에 열전쌍을 이용해도 되고, 또한 패키지 단면에 실장가능한 다른 온도검출기이어도 무방하다.

또한, 온도 센서(24c)로서는, 전술한 바와 같이 유량 센서(1)의 패키지 단면에 실장한 써미스터를 이용하는 구성 외에, 센서 칩(5)의 유로에 면한 센서 표면에 패턴 형성해서 실장해도 되고, 유로에 면한 쪽의 이면으로 되는 기판측의 센서 표면에 실장해도 된다. 또, 기판측의 센서 표면에 실장할 경우, 온도 센서(24c)는 센서 칩(5)을 개재해서 유로 내로부터 전달되는 열을 포착해서 계측한 온도를 유로 내 온도로서 출력한다.

히터 패턴 출력 제어부(29)는, 히터 패턴(23)에의 통전량을 제어한다. 연산 처리부(30)는, 온도 센서 입력부(28)에 의해 입력된 주위온도에 의거해서 히터 패턴 출력 제어부(29)를 제어한다. 또, 온도제어장치(27)는, 마이크로컴퓨터 제어에 의한 통상의 온도조절기 등을 이용해서 실현가능하다. 또한, 온도제어장치(27)의 전체 혹은 그 일부를 유량 센서(1) 내에 구성해도 무방하다.

또한, 유량 센서 제어 장치(31)는 히터 구동부(32) 및 온도 센서 입력부(33) 를 구비한다. 히터 구동부(32)는, 센서부(26)의 히터(23a)의 구동을 제어하는 동시에, 해당 히터(23a)에 흐르는 전류값을 모니터하는 기능을 지닌다. 온도 센서 입력부(33)는 센서부(26)의 온도 센서(24a), (24b)의 출력으로부터 기체유량을 계측한다. 또, 유량 센서 제어장치(31)는 마이크로 컴퓨터 제어에 의한 제어 기기 등을 이용해서 실현가능하다. 또한, 유량 센서 제어장치(31)의 전체 혹은 그 일부를 유량 센서(1) 내에 구성해도 무방하다.

다음에, 동작에 대해서 설명한다.

우선, 온도제어장치(27)에 의한 온도제어에 대해서 설명한다.

온도제어장치(27)의 온도 센서 입력부(28)는, 외부 인출용 커넥터(7b)를 개재해서, 온도 센서(24c)에 의해 검출된 유량 센서(1)의 유로내 온도(기판내 온도)를 입력한다. 연산 처리부(30)는, 온도 센서 입력부(28)로부터 유로내 온도(기판내 온도)를 입력하면, 내부 메모리에 격납되어 있는 소정의 사용 온도와 비교해서, 그 비교 결과에 의거해서 기판내 온도가 상기 사용 온도로 되도록 히터 패턴 출력 제어부(29)를 제어한다.

히터 패턴 출력 제어부(29)는, 연산 처리부(30)로부터의 제어 신호에 따라서 유량 센서(1)의 히터 패턴(23)에의 통전량을 제어한다. 이것에 의해, 유량 센서(1) 내의 기판내 온도를 소정의 사용 온도로 유지한다. 이 사용 온도로서는, 근접하는 기체보다도 표면 온도가 낮은 물체에 대하여 결로가 발생하는 것을 고려해서, 계측 대상 기체의 온도보다도 높은 값으로 설정한다.

이와 같이 제어함으로써, 센서 칩(5)의 표면에 있어서의 결로가 방지되는 데 다가, 주위 온도를 일정하게 유지되므로, 주위 온도의 변동에 의한 영향이 저감되어, 센서 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 연산 처리부(30)에 의한 온도제어방법으로서는, 온도 센서 입력부(28)로부터 입력되는 온도에 의거해서 사용 온도를 상시 제어하거나, 기체 또는 유로의 온도에 따라서 선택적으로 온도 제어해도 되고, 또 연속 가열 구동이나 간헐 가열 구동이어도 된다.

또, 따뜻한 곳에는 분진이 부착되기 어려우므로, 유량 센서(1)를 항상 가온해서 유로내 벽에의 분진 부착을 방지하도록 온도제어해도 된다.

계속해서, 유량 센서 제어장치(31)에 의한 결로 상태로부터의 회복 처리에 대해서 설명한다.

유량 센서 제어 장치(31)의 히터 구동부(32)는, 센서부(26)의 히터(23a)에 흐르는 전류값이 증가해서 소정의 역치를 초월하면, 센서 칩(5)의 센서부(26)에 결로가 발생하고 있는 것으로 판정한다. 이것에 의해, 결로 상태로부터의 회복 처리가 개시된다. 또, 결로의 판정 방법은, 전술한 바와 같이 히터(23a)의 전류값을 모니터해서 판정하는 외에, 그 밖의 결로판정에 관한 주지 기술, 예를 들어, 노출한 빗형상 전극 간의 임피던스 변화로부터 결로인 것으로 판정하는 방법 등을 이용해도 된다.

결로가 일어나고 있다고 판정되면, 히터구동부(32)는, 그 취지를 온도제어장치(27)의 연산 처리부(30)에 통지한다. 연산 처리부(30)는, 결로가 일어나고 있는 취지의 통지를 받으면, 히터 패턴 출력 제어부(29)의 동작을 히터 패턴의 고온 시 퀀스로 전환한다. 이 고온 시퀀스 처리에서는, 히터 패턴 출력 제어부(29)가 유량 센서(1)의 패키지 내 온도를 일정하게 하기 위한 통상의 가열 상태보다 소정 시간만큼 높은 온도로 되도록 히터 패턴(23)에의 통전량을 제어해서 가열을 행한다.

상기 소정시간이 경과하면, 연산 처리부(30)는, 히터 패턴 출력 제어부(29)를 제어해서, 히터 패턴(23)에의 통전량을 통상시의 값으로 되돌려 통상의 설정 온도로 되도록 제어한다. 이때, 연산 처리부(30)는, 패키지 내 온도를 통상의 설정 온도로 되돌리는 처리가 행해지고 나서의 경과 시간을 카운트해서 일정 시간이 경과하면, 그 취지를 유량 센서 제어 장치(31)에 통지한다.

유량 센서 제어장치(31)의 히터 구동부(32)는, 상기 통지를 받으면, 센서부(26)의 히터(23a)에 흐르는 전류값을 모니터하고, 전술한 역치를 초과하고 있는지의 여부를 확인한다. 이때, 히터(23a)에 흐르는 전류값이 역치 이하로 되어 있으면, 결로로부터 회복한 것이라고 판단하고, 여전히 역치를 초과하고 있는 것 같으면 전술한 회복 처리를 반복한다. 이와 같이 제어함으로써, 센서 표면이 결로되어버려도 가열에 의해서 부착된 수분을 날려서 센서 특성의 복귀를 시험해 볼 수 있다.

이상과 같이, 이 실시형태 1에 따르면, 패키지의 평탄한 동일 단면에 계측 대상 기체의 입구(3a) 및 출구(3b)를 지니고, 센서 칩(5)에 계측 대상 기체를 도입하는 패키지 내부 유로를 구비하므로, 실장 시 패키지의 단면만을 밀봉하면 되고, 평탄면이므로 밀봉이 용이하다. 또한, 패키지의 다른 단면을 이용할 수 있으므로, 설치 구조 상의 자유도가 있고, 또 소형화를 도모할 수 있다.

또한, 이 실시형태 1에 따르면, 패키지의 사각 구멍(5a)에 실장한 센서 칩(5)의 센서면에 대향하는 패키지 내의 기판(2b)면에 사각 구멍(5a)의 깊이 방향에 있어서의 센서 칩(5)의 위치를 규정하는 스페이서부(22), (22a)를 설치했으므로, 센서 칩(5)의 높이 방향의 치수 편차가 억제되어, 균일한 센서 특성을 얻을 수 있다.

또, 이 실시형태 1에 따르면, 실장한 센서 칩(5)이 단차면으로부터 돌출하는 한편, 패키지의 외표면에는 돌출하지 않는 깊이 치수를 지니는 사각 구멍(5a)을 형성했으므로, 센서 칩(5)의 실장 위치를 수정하는 작업이 용이하고, 또한 수지 밀봉재(14)의 기판(2a)면 상에 밀려나오는 것을 방지할 수 있다. 또, 수지 밀봉재(14)로서 틱소트로피성이 있는 재료를 이용해서, 센서 칩(5)을 사각 구멍(5a)에 끼워맞춘 때에 있어서의 센서 칩(5)의 측면과 사각 구멍(5a)의 내벽과의 간극에 밀봉재(14)를 충전함으로써, 센서 칩(5)의 밀봉과 유로 단면적의 일정화의 쌍방을 실현할 수 있다.

또한, 이 실시형태 1에 따르면, 패키지를 구성하는 기판 중 적어도 하나에 히터 패턴(23)을 설치하고, 패키지 내의 센서 칩(5)의 주위온도에 따라서 히터 패턴(23)에의 통전량을 제어함으로써 패키지 내의 온도를 제어하므로, 계측 대상 기체에 흐름이 없어 유로 내에 정체가 생겨도, 센서 표면에의 결로나 수분부착을 방지할 수 있고, 또, 센서에 결로되어 버려도 가열에 의해서 부착된 수분을 날려서 센서 특성의 복귀를 시도할 수 있고, 또 센서 주위 온도를 일정하게 제어함으로써 센서 정밀도를 향상시킬 수 있다.

또, 상기 실시형태 1에서는, 패키지를 구성하는 기판으로서 세라믹 기판을 이용하는 예를 나타내었지만, 복수개의 기판을 접합해서 센서 패키지를 구축할 수 있는 재료이면 되고, 수지 기판을 이용해도 무방하다.

또한, 상기 실시형태 1에서는, 센서 칩(5)으로서 도 23에 나타낸 구조를 예로 들었지만, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 한, 다른 구조의 센서 칩을 이용해도 된다.

본 발명에 의한 센서는, 패키지 내의 온도를 제어해서 높은 센서 정밀도를 실현할 수 있으므로, 유량계 등의 기체의 물리량을 계측하는 다양한 계측기에 적용가능하다.

Claims (5)

1. 계측 대상 기체의 물리량을 검지하는 센서 칩과, 복수의 기판을 적층해서 구성되어, 격납한 상기 센서 칩의 센서면에 상기 계측 대상 기체를 노출하는 패키지 내부 유로를 지니는 패키지를 구비한 센서에 있어서,

   상기 기판 중 적어도 하나에 히터 패턴을 설치한 것을 특징으로 하는 센서.
2. 제1항에 있어서, 패키지를,

   센서 칩을 수납하는 구멍부가 형성된 제1평판 기판과,

   상기 센서 칩에 계측 대상 기체를 도입하기 위한 패키지 내부 유로로 되는 구멍부가 형성된 제2평판 기판과,

   상기 패키지 내부 유로와 연통하는 동시에, 상기 패키지의 동일 단면에 있어서의 상기 계측 대상 기체의 입출구로 되는 구멍부가 형성된 제3평판 기판을 적층해서 구성한 것을 특징으로 하는 센서.
3. 제1항에 있어서, 패키지를,

   제4평판 기판 위에,

   센서 칩에 계측 대상 기체를 도입하기 위한 패키지 내부 유로로 되는 구멍부가 형성된 제5평판 기판과,

   개구부에 단차를 지니고, 검지면을 상기 패키지 내부 유로측으로 해서 상기 센서 칩을 상기 단차에 끼워맞춤함으로써, 상기 센서 칩의 이면과 상기 패키지 단면이 동일 평면으로 되는 동시에, 상기 센서 칩으로 피복되지 않은 개구부가, 상기 패키지 내부 유로와 연통시킨 상기 계측 대상 기체의 입출구로 되는 구멍부가 형성된 제6평판 기판을 적층해서 구성한 것을 특징으로 하는 센서.
4. 제1항에 기재된 센서의 온도제어방법에 있어서,

   패키지 내의 센서 칩의 주위온도를 검출하는 스텝과,

   상기 센서 칩의 주위온도에 따라서 히터 패턴에의 통전량을 제어함으로써 상기 패키지 내의 온도를 제어하는 스텝을 구비한 센서의 온도제어방법.
5. 제1항에 기재된 센서의 이상회복방법에 있어서,

   패키지 내의 센서 칩으로부터 얻어지는 출력치에 의거해서 센서 표면의 결로를 판정하는 스텝과,

   상기 센서 표면의 결로가 판정되면, 히터 패턴에의 통전량을 제어해서 상기 패키지를 통상의 설정 온도보다 고온으로 소정 시간 가열하는 스텝과,

   상기 소정 시간 경과 후, 상기 설정 온도로 되돌아간 센서 칩으로부터 얻어지는 출력치에 의거해서 결로의 해소를 확인하는 스텝을 구비한 센서의 이상회복방법.

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