JPS604814A - 熱式流量検出装置 - 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】 この発明は、例えばエンジンの吸入空気流量を測定する
ものとして有利な半導体式流量検出装置に関する。

従来、１・−マスメータあるいは熱線式流量計のように
白金抵抗線を用いた流量針が公知であるが、流体にさら
される測定素子が線（ワイヤー）であるために振動、衝
撃等により断線しやすいという問題がある。

また、セラミック基板のような絶縁体上に抵抗体膜を蒸
着あるいは印刷する構造の流量針も提案されている。こ
れば測定素子が膜体であるため振動等に対しては強いが
、抵抗体膜を蒸着法あるいは印刷法により形成している
ために微細な加工が難しく、測定素子の形状を大きくす
る必要があってこのために熱容量が増大して応答性が悪
化するという問題がある。

そこでセンサ部を熱容量の小さくできる半導体チップで
構成することが考えられるが、通常の半導体チップを固
定するような方法で固定保持すれば、保持部より熱が逃
げてセンサ部の熱容量が大きくなり応答性が低下する。

この発明は、上記の欠点を解消するためになされたもの
で、振動等に対する耐久性が十分でかつ応答性のすぐれ
た流量検出装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、流路に設けられた基板において半導体
チップを保持固定する部分の板厚を薄（して、センサ部
の熱容量が小さくなるような構成と４−ることにより、
上記目的を達成する。

以下、この発明を図に示す実施例について説明Ｊる。

第１ｖ５は、この発明になる半導体式流量検出装置を備
えた燃料噴射火花点火式エンジンの一例を示すウエンジ
ン１は、燃焼用空気をエアクリーナ２才？よび吸入導管
３を経て吸気弁の開弁時に燃焼室へ吸入する。燃料は吸
入導管３に設置された電磁式燃料噴射弁６から噴射供給
される。吸入空気流量ｌＪ＠入導管導管設けられたスロ
ットル弁７を開閉操作することによた制御され、燃料噴
射量は電子制御ユニット８によって噴射弁６の開弁時間
を変えることにより、基本的には吸入空気流量に見合っ
た量、必要に応じてこれに補正を加えた量に制御される
。

」−記エアクリーナ２の直下流には整流格子９が設けら
れる。この格子９は吸入空気の流れを整流し、流量検出
装置による流量測定の測定精度を向−トさせる役目をな
す。

このようなエンジン１の吸気系において、半導体式流量
検出装置１０はスロットル弁７と整流格子９との間で吸
入導管３に設置されている。この装置１０はエンジン１
の吸入空気流量を測定し、それに応じた電気信号を制御
ユニット８に入力するもので、センサ部１１と回路部１
２よりなり、センサ部１１は吸入導管３内に配置されて
いる。

次にこの検出装置１０を吸入導管２に取り付けた状態を
示す第２図により説明する。センサ部１１と回路部１２
よたなる半導体式流量検出装置１０はネジにより吸入導
管３に固定される。

センサ部１１はセラミック又は合成樹脂製のケーシング
支持板２１及びケーシング２２を有している。ケーシン
グ２２には流体通路２３が形成されており、ケーシング
２２は通路２３が吸気管３内で流速の最も大きい中央部
に平行に位置するよう支持板２１に支持される。

センサ部１１は２列のピン２４を有するデュアルインラ
インパッケージ形式のもので、ＩＣテスタ等により評価
選別された後、基板２１の孔に挿入され、接着固定され
る。支持板２１番よ、絶縁体の板の上に配線が印刷され
ていて、センサ１Ｂ１１の信号を回路部１２へ伝達する
。２５１ま回路音ド１２のハウジングの一部をなし吸入
導管３に取り付りるための板で、支持板２１をしっかり
と固定するために一部分が吸入導管３側へ突出してし）
る。

回路部１２は半導体チップの出力信号を処理して、流量
を表す信号をコネクタ２６より出力する。

センサ部１１の構造を示す第３図において、３１はシリ
コン基板上に温度検出素子が作られてし）る、上流側に
設置された第１の半導体チ・ノブ、３２はシリコン基板
上にヒータ素子、温度検出素子が作られている、下流側
に第１のチ・ノブ３１と近接し“Ｃ設置された第２の半
導体チ・ノブである。

３３はセラミック基板であり、リードピン２４とチップ
３Ｌ、３２を電気的に接続するよう導体ベーストが印刷
焼成されていて、チップ３１，３２をフリップチップバ
ンプ法により固定した後、ケーシング２２Ｂに固定され
ているビン２４にノ１ンダ付けされている。

ケーシング２２は、第１ケーシング２２Ａ、第２ケーシ
ング２２Ｂ及びステンレス製の力）＜−２３０からなり
、セラミ・ツク基板３３はケーシング゛２２Ａと２２Ｂ
の間でサントイ・ノチ状に固定されている。

ケーシング２２Ｂは、例えばＰＰＳ等の樹脂でビン２４
と一体成形されたもの又は、セラミ・ツクで成形しピン
２４を通し固定したもの又はノー−メチツク形式になっ
ているものである。ケーシング２２Ａはケーシング２２
ａと同様な材質のもので、接着材により基板３３に固定
される。

ケーシング２２の流入口は、通路２３内へ流れが乱れる
ことなく流入するようべｌレマウス形状となっている。

第４図及び第５図は半導体チ・ノブ３１．３２とセラミ
ック基板３３のみを示した図でコ字形状の基板３３の切
り欠き部分に４個の枝状に突出した支持部３４．３５，
３６．３７が形成され、その部分の板厚がコ字形状の外
周部３８より薄くなっている。このような構造にするこ
とにより、全面同じ薄さにした場合と比べ強度的に強い
ため取扱いが容易で、かつ熱的には第２の半導体チップ
３２のヒータの熱のセラミック基板に奪われる量と、イ
！ラミック基板から気体へ熱伝達される量を小さくし、
熱容量を小さくしている。

なお基板３３において、外周部３８の部分は、ンー１−
の作成が容易で組み付は時に要求される強度として十分
な０．６〜０．８ｆｉ程度の厚さが好ましい。また支持
部３４〜３７の厚さは、振動によっＣ折れることなく、
フリップチップバンプの部分に、突きだした部分の変位
による力のかからないような厚さとして０．１〜０．２
ｆｉが好ましい。

次に半導体チップ３１．，３２の構成について説明する
。半導体の温度検出素子としては、ダイオードまたはト
ランジスタを形成し、その順方向型ＩＩ−が温度に対し
２．０〜２．５　ｍ　Ｖ　／　℃のリニアな特性を持つ
ことを利用して温度検出するものと、拡散法により形成
した拡散抵抗の抵抗値が温度により変化することを利用
して温度検出するものと２通りの方法が考えられるが、
この実施例ではダイオードにより温度検出素子を形成し
ている。

半導体チップ３１はダイオードのみで良いが、本実施例
では第６図に示すように同一パターンの半導体チップを
上流側、下流側の両方に使用して一＠類のパターンのみ
ですむようにしている。図中の斜線部分はアルミ電極の
部分で、４１は第１温度検出素子、４６は第２温度検出
素子、４７は拡散抵抗からなるヒータである。温度検出
素子４１．４６はそれぞれシリコン基板４０．４５にＰ
型不純物、Ｎ型不純物を拡散した後アルミ電極を蒸着し
て形成したダイオードを５　（ｌｌ直列に接続したもの
で、１０〜１２．５　ｍ　Ｖ　／　’ｃと温度に対する
感度を上げている。

４３．４８はフリップチップバンプの部分でハンダによ
りも上っており、セラミック基板３３と４点で接触固定
するものである。なおこのフリップチップ法によるチッ
プ固定法は４点の点接触となるため、通常半導体で使用
される合金法に比ベチソブの熱容量を小さくすることが
できる。

次に第７図により回路部１２の詳細回路について説明す
る。回路部］２はセンサ部１１の検出信号を処理し、流
量を表す出力信号を出力するもので、バッファｌ路１２
Ａ、電源回路１２Ｂ、差動増幅回１烙１．２　Ｃ１出力
回路１２Ｄ１及びオフセ・ノド回路１２Ｅからなる。

バッファ回路１２Ａは、温度検出素子４１．４０の温度
計数のバラツキを調整するための可変抵抗器５１．５２
及び素子４１．４６の電位を検出するためのボルテージ
フォロワの演算増幅器（以下ＯＰアンプという）５３．
５４からなる。

電源回路１２Ｂは、バ・ノテリ電圧■８から安定化電圧
を発生ずるもので、レギュレータ５６、及び：１ンデン
サ５７，５Ｂからなる。

差動増幅回路１２Ｃは、抵抗６１〜６４、コンデンサＧ
５．６６、ＯＰアンプ６７およびノ〈ワードランジスタ
ロ８．６９からなり、空気の温度に依存するダイオード
４１．４６の電位を差動増幅し、それに応じてトランジ
スタ６Ｂ、６９を駆動し２てヒータ４７へ印加する電圧
（電流）を制御する。なお、コンデンサ６５はフィート
ノく・ツク系に所定の時定数を持たせるために設けであ
る。

出力回路１２Ｎ）は、電流検出抵抗７０、抵抗７１、出
力レベル調節用可変抵抗７２、ホルテージフォロワのＯ
Ｐアンプ７３からなり、ヒータ４２を流れる＠流に応じ
た電圧をＯＵＴ端子から出力する。

オフセット回路１２Ｅは、抵抗７５，７６、可変抵抗器
７７、ＯＰアンプ７８、及びトランシフ、り７９からな
り、抵抗７５．７７により設定されるオフセット電圧を
抵抗６１と抵抗６２の接続点に与える。即ち、オフセッ
ト電圧分だけＯＰアンプ６７の反転入力端子に入力され
る電圧を低下させる。

上記構成において、下流側の第２半導体チンプ３２のヒ
ータ４７で電力を消費させると、その熱はケーシング２
２の通路内を流れる気体へ伝達され、同時に第２半導体
チップ３２のシリコン基板、セラミック基板３３へ伝達
される。

ここで、熱伝導の良いシリコン基板は短時間で安定する
が、熱伝導の悪いセラミ・ツク基板２３へ熱伝達された
熱は、定常状態になるのに時間がかかり、応答性を悪化
させるが、本実施例ではチップ企固定するため枝状にの
びた部分の板厚を薄くしであるため応答性に影響を与え
る部分の体積が小さく、短時間で定常状態になる。

しかして、ダイオード４１．４６のＡ点とＢ点の電位差
がオフセット電圧に等しくなるように回（１δ部１２に
よりヒータ４２の発熱量が制御され、ダイオード４１と
４６の温度差が所定値に制御される。このように制御さ
れると、ヒータ４７で消費される電力は、流量と所定の
関数関係になり、流量に対しである曲線に従って増加す
る。一方、ヒータ４７の消費電力は０点の電圧として出
力されるのでＯＵＴ端子からは流量に応じた信号が出力
される。

次に本発明の第２実施例を第８図により説明する。第２
実施例では枝状に突き出ている板厚が薄い部分の３４〜
３７の中間部分に狭部３４ａ〜３７ａが有り、さらに効
率良く断熱されていて、応答性が向上する。

第９図は、第３実施例を説明する図で、セラミック基板
２３の突出している部分３４〜３７の部分にリブ３４ｂ
〜３７ｂが設けである。このような構造にすることによ
り、さらに板厚を薄くすることが可能でかつ振動に強い
ものになり、セラミック基板へ逃げる熱量を減らずこと
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明になる装置を備えたエンジンの構成図
、第２図は第１図に図示した装置の要部の断面斜視図、
第３図は第２図に図示したセンサ部の部分断面斜視図、
第４図及び第５図はそれぞれセラミック基板を示す平面
図及び断面図、第６図は半導体チップを示す平面図、第
７図はこの発明で用いられる回路部を示す電気回路図、
第８図はこの発明の第２実施例を示す斜視図、第９図は
この発明の第３実施例を示す正面図である。 ３１・・・第１の半導体チップ、３２・・・第２の半導
体デツプ、３３・・・セラミック基板、４１．４６・・
・ダイオード、４７・・・ヒータ。 代理人弁理士　岡　部　隆 第２図 第３図 第４図 １只 第５図 ｒａ　ａ図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （］）流路内に設置され、板厚の薄い支持部を持つ基板
   と、この基板上に設けられ、流量検出用の素子が形成さ
   れている半導体チップとを備えることを特徴とする半動
   体式流量検出装置。 （２）前記支持部の一部が幅の狭い狭部を含む特許請求
   の範囲第１項記載の半導体式流量検出装置。 （３）前記支持部が補強用リブを備える特許請求の範囲
   第１項に記載の半導体式流量検出装置。