JPH0522849B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術分野 本発明は感熱抵抗型流量検出装置に係る。

従来技術 感熱抵抗型流量検出器として熱線流量計が従来
から知られており、これは極細白金線等を加熱し
ておくと、流量に応じて加熱白金線等の温度が低
下しそのときの抵抗の変化を測定することにより
流量を検出するという原理に基くものである。こ
の原理をさらに発展させて、加熱される抵抗素子
と温度検出のための抵抗素子を別個に構成してこ
れらを一チツプとして製造したものが例えば特開
昭57−93212号公報及び特開昭57−93211号公報に
記載されている。これらの流量検出器は支柱によ
り流体流通管に機械的に支持され且つリード線に
より外部電気装置に電気的に接続されている。

チツプとして形成された感熱抵抗型流量検出器
を機械的に支持し且つ電気的に接続して耐久的且
つ高精度の検出を行うためには次のことが留意さ
れなければならない。まず第１に、このようなチ
ツプ基材はセラミツクやシリコン等により形成さ
れるために振動やねじれ等の機械的応力に弱いこ
と、次に、熱に係る検出器として、検出器と電気
装置との間を結ぶリード線の温度勾配が電気装置
側において常温となつていること、さらに、検出
すべき流体の流れをできるだけ妨げないこと、等
が重要である。上述した先行技術は検出器自体の
性能向上を目指したものであつて上記した留意事
項についての考察は行われていない。特に、この
ような検出器が自動車の吸気センサとして使用さ
れる場合には、検出器の使用条件が極めてシビア
であり、検出器の支持及び接続を含めた検出装置
全体として適切に構成することが重要である。

発明の目的 本発明は上記に鑑みてなされたものであつて耐
久性及び精度ともに優れた感熱抵抗型流量検出装
置を提供することを目的とする。

発明の構成 本発明による感熱抵抗型流量検出装置は、平板
状チツプ基材に少くとも２個の抵抗素子を薄膜状
に付着せしめてなる感熱抵抗型流量検出器が流体
流通管内に配置され、前記少くとも２個の抵抗素
子の各々を外部電気装置に電気的に接続するリー
ド部材が帯状に形成され、且つこの帯状リード部
材が前記感熱抵抗型流量検出器を前記流体流通管
に機械的に支持せしめるようにしたことを特徴と
する。

実施例の説明 以下本発明の実施例について図面を参照して説
明する。

第１図及び第２図において、１は流体流通管で
あり、この管１内を空気等の流体が矢印Ｆに沿つ
て流れる。流体流通管１は自動車のエンジンに通
じる吸気管であることがでぎ、或いは又吸気管の
一部をバイパスするバイパス管であることもでき
る。

流体流通管１の一部２はプラスチツク等の絶縁
性材料で作られ、１及び２で形成される流体通路
は連続的に滑らかである。流体流通管の一部２を
以下検出器取付管部と呼ぶことにする。検出器取
付管部２内には２個の検出器チツプ３，４が配置
され、チツプ４はチツプ３の上流にあつて、半径
方向の位置もわずかに相互にずらされている。こ
れらのチツプ３，４は平板状に形成されていて、
流れＦに平行に配置され、従つて、チツプ３，４
によつて流れＦの乱れの生成ができるだけ小さく
なるようになつている。チツプ３の表面には流れ
Ｆを横断してほぼ平行な二個の抵抗素子５，６か
薄膜状に付着され、他方のチツプ４には一個の抵
抗素子６が薄膜状に付着される。この実施例で
は、二個のチツプ３，４に計三個の抵抗素子５，
６，７が形成されているが、チツプを共通として
抵抗素子７を抵抗素子５，６の反対面側に形成す
ることも可能である。

チツプ３の詳細な構造は第３図及び第５図から
知ることができ、これは平板のシリコン結晶ウエ
ハ基材８上に二酸化硅素又は四窒化硅素等の絶縁
膜９を形成し、この絶縁膜を研摩処理した後で、
絶縁膜９上にフオトリソグラフイー及びエツチン
グにより抵抗素子５，６の膜を形成する（チツプ
４においても同様である）。抵抗素子５，６の各
端部には金等からなるボンデイングパツド１０が
付着される。第５図では金のボンデイングパツド
１０と絶縁膜９との間にはアルミニウム又はクロ
ムからなる中間層１１が設けられてこれら間が強
力に接合できるようになつている。抵抗素子５，
６は温度係数の異つた材料からなるのが好まし
く、例えば上流側の抵抗素子５はニツケルクロ
ム、下流側の抵抗素子６（７も同様）はニツケル
からなる。ニツケルはニツケルクロムに対して温
度係数が大きく温度の変化に対して抵抗の変化が
敏感である。従つて、上流側の抵抗素子５は加熱
用に用いられ、下流側の抵抗素子６が抵抗素子５
の温度の変化に感応する。抵抗素子５から抵抗素
子６への熱の移動の大部分はシリコン基材８を介
して行われ、残りの小部分が気流を介して行われ
る。もう一個の抵抗素子７は感熱抵抗素子６の温
度補償用に用いられる。従つて、これらの抵抗素
子５，６，７はボンデイングパツド１０を介して
外部の電気装置に接続されねばならない。例え
ば、加熱用抵抗素子５は電源に接続され、一方、
感熱抵抗素子６，７はブリツジ回路を利用した検
出制御装置に接続され、ここでいう電源装置と検
出制御装置はさらに相互接続されることができ
る。

第１図から第４図に示されるように、この電気
接続は帯状リードフレーム１２により行われる。
実施例においては、リードフレーム１２はステン
レス鋼で作られ、一方の面に金メツキが施されて
いる。しかしながら、リードフレームはこのよう
な材質に限定されず、以下に明らかになる性質を
備えたものであれば他の材質を使用することがで
きる。

検出器チツプは約７mm×５mm（×厚さ約0.5mm）
のほぼ矩形状であり、その上下流端壁は流体の乱
れをできるだけ小さくするように形成される。こ
れに対して、リードフレーム１２は例えば長さ
13.5mm、幅1.4mm、厚さ0.1mmの帯状である。検出
器チツプ３に対しては、このようなリードフレー
ム１２が各抵抗素子に対して２本ずつ計４本使用
されている。各抵抗素子５又は６のボンデイング
パツド１０は幅方向の両端部近傍に形成され、こ
れらを結ぶ線は検出器チツプ３が取付管２内に配
置されたときにほぼ直径方向に延びることができ
る。斯くして、各リードフレーム１２は前述のボ
ンデイングパツド１０を結ぶ線に沿つて間隔をあ
けて対向し、シリコン基材８の平底面に重層さ
れ、第４図にＡで示される表面に沿つて金属拡散
接合により固着される。さらに、金属拡散接合に
よりそれぞれに接合された導体のボンデイングワ
イヤ１３によりボンデイングパツド１０とリード
フレーム１２の金メツキ面が結合される。第２図
に示されるように、リードフレーム１２は各対が
管横断方向にほぼ一直線上に対向して取付管部２
の管壁内に挿入され、管壁内で前記横断方向と直
角な横断方向に曲げられて、各端部が管壁から露
出して外部電気装置に接続される。

上記説明から明らかなように、リードフレーム
１２は検出器チツプ３の抵抗素子５，６を外部電
気装置に電気的に接続するばかりでなく、検出器
チツプ３を取付管部２に機械的に支持させるもの
である。従つて、リード線と支持フレームを別個
に構成する場合と比べると流体通路内に流体の流
れを乱す対象物の個数及び全横断面積を減少せし
めることができ、より乱れの小さい流路において
高精度の流量検出を行うことができる。リードフ
レーム１２は帯状に形成されていてその幅方向を
流体流れ方向に平行に配置されることができるの
で流体の流れの乱れをさらに小さくすることがで
き、且つその幅方向の寸法を適切に選定すること
により適切な機械的支持力を提供することができ
る。又、リードフレーム１２を帯状に形成し且つ
一直線状の部分で検出器チツプ３を支持すること
によりシリコンで形成される基材の弱点であるね
じれ等の応力がかからないようにすることができ
る。

さらに、リードフレーム１２に電気的接続と機
械的支持を兼用させることにより、電気的リード
の外部電気装置に接続される部位の温度がほぼ常
温となるようにより容易に適合されることがで
き、温度補正の必要性が少くなる。リードフレー
ム１２は管路内で流体にさらされる部分では流体
により冷却されることになり、リードフレーム１
２を一定断面の帯状形状とすることによつてその
ような冷却の程度を容易に解析することができ
る。

第５図はリードフレーム１２が金製のボンデイ
ングパツド１０に直接的に接合された例を示すも
のである。第５図では、抵抗素子６の部分がボン
デイングパツド１０より陥んでいるように見える
が、抵抗素子５，６，７の表面には二酸化硅素等
の保護膜を形成することも可能である。第６図か
ら第８図に示す例においては、リードフレーム１
２のチツプ３への接合部分に一辺を残した打抜き
により立直片１４（第８図）を形成し、リードフ
レーム１２の基体部分をチツプ３の裏面に接合
し、立直片１４を反対表面のボンデイングパツド
１０に接合させて、この立直片１４と基体部分と
により第７図に示されるようにチツプ３を表裏か
ら挟むように支持し、且つ電気接続が行われるよ
うにしている。この場合には、第８図の裏面側に
金メツキが施される。そして、このような構造に
よりチツプ３の支持がさらに確実なものにされ
る。

第９図の例では、リードフレーム１２の一面に
ジルコニア１５を熱溶射により付着せしめてチツ
プ３のシリコン基材との間に断熱層を形成し、チ
ツプ３のシリコン基材からリードフレーム１２へ
の伝熱をさらに小さくして検出器の応答性を向上
させたものである。この場合には、リードフレー
ム１２のジルコニア付着面とチツプ３のシリコン
基材面とは接着剤により接合されることができ
る。

第１０図は第２図の変化例であり、帯状のリー
ドフレーム１２，１２′は第２図で説明したもの
と同様に一直線上に配置されているが、リードフ
レーム１２，１２′は取付管部２内で曲げられる
ことなくまつすぐ外部へ延長される。この場合に
は外部との電気接続を容易にするために、同一の
抵抗素子５，６のボンデイングパツド１０を同一
端面側に形成し、第１０図のリードフレーム１２
をそのようなボンデイングパツドに接続し、他方
のリードフレーム１２′はチツプ３を支持するた
めだけのものとすることができる。

発明の効果 以上説明したように、本発明によれば耐久性及
び精度の優れた感熱抵抗型流量検出装置を得るこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による感熱抵抗型流量検出装置
の一断面図、第２図は第１図の線−に沿つた
断面図、第３図は第１図の流量検出装置の拡大平
面図、第４図は第３図の正面図、第５図は第３図
の変化例の断面図、第６図は他の実施例の第３図
同様の平面図、第７図は第６図の正面図、第８図
は第６図のリードフレームの斜視図、第９図は第
７図の変化例の正面図、第１０図は他の実施例の
第２図同様の断面図である。 ２……取付管部、３……流量検出器、５，６，
７……抵抗素子、１０……ボンデイングパツド、
１２……リードフレーム。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 平板状チツプ基材に少くとも２個の抵抗素子
   を薄膜状に付着せしめてなる感熱抵抗型流量検出
   器が流体流通管内に配置され、前記少くとも２個
   の抵抗素子の各々を外部電気装置に電気的に接続
   するリード部材が帯状に形成され、且つ該帯状リ
   ード部材が前記感熱抵抗型流量検出器を前記流体
   流通管に機械的に支持せしめるようにした感熱抵
   抗型流量検出装置。