CN1896697A - 气体流量计测装置 - Google Patents
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Abstract
实现一种成本不上升，可以降低对隔膜上的电阻体的应力传递，并抑制灵敏度、响应性等特性变化的气体流量计测装置。在隔膜(10)的周围的基板上形成有固定电阻(3、4)和测温电阻体(5)。这些电阻体通过端子(12～24)连接于外部。在隔膜(10)的周围以长度(Xd2)形成有“コ”字状的槽(11)，以便缓和从配置有端子(12～24)的部分向隔膜(10)的应力传递。槽(11)由横槽(11a)和两个纵槽(11b、11c)形成。检测元件(1)的形成有端子(12～24)的区域和形成有隔膜(10)的区域被横槽(11a)划分，形成有端子(12～24)的区域成为固定部。固定部的底部被胶粘剂固定于基板，欲向形成有隔膜(10)的区域传递的安装应力被应力缓和槽(11a)吸收。
Description
技术领域
本发明涉及计测气体的流量的流量计，尤其涉及适用于检测被机动车的发动机吸入的空气流量的气体流量计测装置。
背景技术
作为气体流量计测装置的一例的机动车的发动机吸入空气流量计，公知的有：检测发热电阻体的加热控制电流值，并转换成空气流量这一方式的机动车的发动机吸入空气流量计；或者检测对被配置于发热电阻体的上下游的感温电阻的热影响作为温度差信号，并将其作为电桥电路的电压而捕获这一方式的机动车的发动机吸入空气流量计。
在此，在检测对机动车的发动机的吸入空气流量时，即使在下述的条件、环境下，也需要特性稳定。
(1)考虑由安装时的残余应力影响和蠕变等导致的特性变动
(2)考虑由水蒸气、油、汽油、盐分等导致的污损物质影响
(3)考虑周围温度变化苛酷(从冰点以下直至100℃以上的环境)
空气流量计如下构成：对半导体基板的一部分进行蚀刻，在隔膜(diaphragm)上形成加热器(发热电阻体)、流量检测元件，并将形成有该流量检测元件的半导体基板以胶粘剂安装在支承体上。
因此，为了缓和安装时等的应力，公知的有：使用具有弹性的硅酮胶粘剂作为粘接半导体基板和支承体的胶粘剂的技术。
并且，为了降低因半导体基板和支承体的热膨胀率的差异而产生的应力，公知的也有：半导体基板和支承体的粘接只采用结合(bonding)下面部的技术。
并且，在专利文献1中，记载了如下的技术：在发热电阻体的计测流体的上游侧和下游侧，形成部分地除去了平板状基板而得到的空腔(cavity)，增大基板的热电阻，减小热容量，从而使检测灵敏度、响应性提高。
专利文献1：特开2000-292236号公报
不过，现在希望的是空气流量计测装置的进一步小型化。在该小型化时，在上述专利文献1记载的技术中，在已将检测元件安装于基板时，有可能产生因检测元件部件、基板以及封装(package)部件的热膨胀差导致的应力或者组装时的安装应力残余变形，从而对检测元件的特性带来影响。
并且，安装加热器的隔膜部因为是薄膜所以容易引起因应力而导致的变形，形成检测元件的薄膜使用由聚硅或铂膜形成的电阻体，但是这些电阻体具有电阻值因应力应变而变化的应变电阻效应。
因此，如果应变施加于电阻体，则有可能产生电阻变化，从而特性变化。并且，在作为封装材料而使用了树脂材料或树脂胶粘剂的情况下，也有可能产生因蠕变而导致的应力变化，从而特性逐渐地变化。
硅酮胶粘剂具有因汽油或油等而变质，从而容易产生体积膨胀等现象这一问题，虽然也正在开发降低了汽油膨润性的材料，但是成本高，作为机动车用而大量使用还存在问题。
并且，胶粘剂的涂敷形状难以控制为一定形状，只以粘接位置的限定使应力降低、稳定，在制造上还受到较大制约。
发明内容
本发明的目的在于，实现一种成本不会上升，可以降低安装时等的对隔膜上的电阻体的应力传递，并抑制在小型化时的灵敏度、响应性等特性变化的气体流量计测装置。
本发明在不受到使用特殊材料这一特别的制造条件限制的情况下，实现了抑制因安装应力而导致的特性影响的目的。
本发明提供一种气体流量计测装置，其包括：检测元件机构，其具有配置于隔膜上的发热电阻体以及感温电阻体、和连接于这些发热电阻体以及感温电阻体的外部端子；流量检测机构，其控制发热电阻体的发热温度，并且基于发热电阻体或感温电阻体的电阻值的变化，检测气体的流量，其中，检测元件机构具有形成有发热电阻体以及感温电阻体的电阻体区域、和形成有外部端子的固定部区域，且在电阻体区域和固定部区域之间形成有应力缓和机构。
该应力缓和机构可以通过槽或贯通孔形成。并且，也可以通过由比检测元件机构的材质柔软的材质构成的柔软材质层形成。
本发明的气体流量计测装置，因为只形成有应力缓和机构，所以可以实现一种成本不上升，可以降低安装时等的对隔膜上的电阻体的应力传递，并抑制在小型化时的灵敏度、响应性等特性变化的气体流量计测装置。
并且，有如下的优点：因为安装检测元件的基板或结构部件、胶粘剂这些材料的选定范围变广，所以可以实现成本降低和可靠性提高，因为结构设计自由度增加，所以容易进一步低成本化、轻量化。
附图说明
图1是表示本发明的第一实施方式的空气流量计测装置中的流量检测元件的平面结构的图；
图2是沿着图1的A-A线的剖面图；
图3是表示本发明的第一实施方式的空气流量计的电路结构的图；
图4是本发明的空气流量计测装置处于实际使用的状态下的安装剖面示意图；
图5是沿着图4的B-B线的剖面图；
图6是示意地表示横槽的横向长度和向隔膜传递的安装应力的关系的图；
图7是表示本发明的第二实施方式的空气流量计测装置中的流量检测元件的平面结构的图；
图8是表示本发明的第三实施方式的空气流量计测装置中的流量检测元件的平面结构的图；
图9是针对第三实施方式的空气流量计测装置，沿着图4的B-B线的剖面图；
图10是表示本发明的第四实施方式的空气流量计测装置中的流量检测元件的平面结构的图；
图11是沿着图10的C-C线的剖面图；
图12是表示算出了与槽宽度有关的应力降低效果的结果的图。
图中：1-检测元件；2-发热电阻体；3、4-固定电阻；5-测温电阻体；6、7-上游侧感温电阻体；8、9-下游侧感温电阻体；10-隔膜；11a、11d-横槽；11b、11c-纵槽；12～24-端子；25-运算放大器；26-电源；27-空气流量信号调整部；28-外部端子；29-空气流量检测电路；30-贯通孔；53-空气取入口；54-旁通通路；55-旁通出口；56-电路基板；57-电路元件；58-壳体；59-凸缘；60-空气流量计测装置；61-空气通路管；62-空气流；63-胶粘剂
具体实施方式
以下，参照附图，对于本发明的实施方式进行说明。
(第一实施方式)
图1是表示本发明的第一实施方式的空气流量计测装置中的流量检测元件的平面结构的图。又，图2是沿着图1的A-A线的剖面图。
在图1以及图2中，在检测元件1，从基板(第一基板)的里面以图的横向长度Xd1(隔膜的外径尺寸)形成有由利用碱溶剂等进行的蚀刻处理加工成的空气流量检测用的隔膜10。而且，在隔膜10上配置有作为检测用电阻体的发热电阻体2、上游侧感温电阻体6、7以及下游侧感温电阻体8、9。
在隔膜10的周围的基板上形成有固定电阻3、4以及测温电阻体5。这些电阻体由电阻值随温度而变化的铂膜或聚硅膜而制作成。并且，这些元件向外部的连接通过端子12～24来进行。
在隔膜10的周围，以图的横向长度Xd2形成有“コ”字状的槽11(应力缓和机构)，以便降低或缓和从配置有端子12～24的部分向隔膜10的应力传递。该槽11包括横槽11a和两个纵槽11b、11c。
而且，该槽11以与隔膜10同样的加工方法以及膜结构从基板的里面侧形成。
图3是表示本发明的第一实施方式的空气流量计的电路结构的图。
在图3中，空气流量计被曝露于空气通路管内，具有：检测空气流量和空气温度的检测元件1；以及用于将空气流量转换成电信号并将检测信号调整为规定的特性的空气流量检测电路29。
通过发热电阻体2、测温电阻体5以及固定电阻3、4构成有电桥电路，表示发热电阻体2和固定电阻3的连接点的电位的端子18、以及表示测温电阻体5和固定电阻4的连接点的电位的端子23，连接于运算放大器25的输入端，通过运算放大器25反馈控制向发热电阻体2供给的加热电流，使得这些电位变为相互相同。
在通过感温电阻体6、7以及感温电阻体8、9形成的电桥电路上连接有电源26，所述感温电阻体6、7配置于发热电阻体2的关于空气流的方向的上游侧，且电阻值因来自于发热电阻体2的热影响而变化，所述感温电阻体8、9配置于发热电阻体2的下游侧。
对应于空气流量的差动信号通过表示感温电阻体6和9的连接点的电位的端子14(或者20)、以及表示感温电阻体8和7的连接点的电位的端子22(或者15)连接于空气流量信号调整部27而产生。而且，这些电位的差动信号被空气流量信号调整部27调整为规定的特性，并从外部端子28作为空气流量信号输出。
通过运算放大器25、电源26以及空气流量信号调整部27，构成有空气流量检测电路29。
图4是本发明的空气流量计测装置处于实际使用的状态下的安装剖面示意图。
在图4中，空气流量计测装置60，以被***到空气通路管61内的形式安装，通过凸缘59进行向通路管(吸气管)61的固定。并且，在壳体58安装有安装了检测元件1或者电路元件57的电路基板56。
在吸气管61内流通的空气流62，通过空气取入口53而分流到空气流量计测装置60内，经过旁通通路54迂回到检测元件1上，从旁通出口55返回到主通路管61内。
在这样的实际使用环境中，有时由发动机产生的热在通路管61或者空气流62传递并传递到直至空气流量计测装置60，对检测元件1带来温度影响。
图5是沿着图4的B-B线的剖面图。
在图5中，检测元件1由胶粘剂63在端子18侧固定于基板56和壳体58。检测元件1的形成有端子12～24的区域(固定部区域)、以及形成有隔膜10和电阻体4、5的区域(电阻体区域)，被槽11中的横槽11a的向图5的纸面表里方向的延长线区划分，从而形成有端子12～24的区域成为固定部。
而且，上述固定部的底部由胶粘剂63固定于基板56，欲向形成有隔膜10的区域传递的安装应力被应力缓和槽11a吸收。由此，避免了检测元件的特性变得不稳定。
图6是示意地表示横槽11a的横向长度Xd2和向隔膜10传递的安装应力的关系的图。可以知道，通过将槽11a的横向长度Xd2形成为比隔膜10的横向长度Xd1宽，降低了安装应力。
在本发明的第一实施方式中，如图1所示，因为以将隔膜10和固定部之间隔离的形式，形成有横槽11a，所以可以在不变更基板56或者壳体58、胶粘剂63这些安装部件的情况下限制安装应力向隔膜10的传递。
因而，可以实现成本不上升，能够降低安装时等的对隔膜上的电阻体的应力传递，并抑制在小型化时的灵敏度、响应性等特性变化的气体流量计测装置。
并且，由于横槽11a以及纵槽11b、11c在隔膜10的加工时同时形成，所以也不需要变更制造工序。并且，可以使由槽11形成的薄壁部的厚度尺寸与隔膜10的厚度尺寸大致相同。
在此，本申请发明人针对只形成有纵槽11b、11c的情况、以及如本发明的第一实施方式所述不仅形成有纵槽11b、11c还形成有横槽11a的情况，确认了应力降低效果。其结果确认如下：与只有纵槽11b、11c的情况相比，在不仅形成有纵槽11b、11c还形成有横槽11a的情况下，应力降低到大约1/10。
(第二实施方式)
图7是表示本发明的第二实施方式的空气流量计测装置中的流量检测元件的平面结构的图。该第二实施方式是，相对于如图1所示的第一实施方式，将槽11的形状从“コ”字型变成“I”字型，从而只作成有横槽11a的例。其它结构与图1的例相同。
因为通过作成为如该图7所示的槽形状，能够以必要最小限度的加工面积降低安装应力，所以可以在不降低强度的情况下抑制应变影响。
(第三实施方式)
图8是表示本发明的第三实施方式的空气流量计测装置中的流量检测元件的平面结构的图，图9是针对第三实施方式的空气流量计测装置，沿着图4的B-B线的剖面图。
第三实施方式，相对于如图1所示的第一实施方式，将槽11的形状从“コ”字型形成为整周包围隔膜10，并追加了横槽11d。其它结构与如图1所示的例相同。
通过作成为这样的槽形状，检测元件的粘接部(固定部)不仅是形成端子12～24的部分，如图9所示，检测元件1的前端部(隔着隔膜10以及横槽11d而与固定部区域相对的端部区域)也由胶粘剂64固定于基板56，在这样的安装结构中也可以抑制应变影响。
(第四实施方式)
图10是表示本发明的第四实施方式的空气流量计测装置中的流量检测元件的平面结构的图。图11是沿着图10的C-C线的剖面图。
该第四实施方式，相对于如图7所示的第二实施方式，将横槽11a从槽形状作成为贯通孔30，其它的结构与如图7所示的例相同。
通过将这样的横槽11a形成为贯通孔30，能够更可靠地抑制应变影响向隔膜部10传递。
另外，在上述的第一至第三实施方式中，槽11的槽宽度可以通过构成检测元件1的隔膜10的材质、槽的膜厚，设定成适当的值。
图12示出了：使隔膜10的材质为多结晶硅的情况下的、针对槽的厚度为1μm和2μm时算出与槽宽度有关的应力降低效果而得到的结果。
如图12所示，为了将应力降低到一半以下，在膜厚为2μm的情况下，只要槽宽度约为大于等于25μm即可。并且，为了将应力降低到一半以下，在膜厚为1μm的情况下，只要槽宽度约为大于等于3μm即可。
另外，上述的例说明了将本发明应用于在机动车中使用的空气流量计测装置这一情况的例，不过也可以使用于检测空气流量和空气温度的装置，例如飞机或船舶。
并且，空气以外的气体，例如氢气等的流量计测装置也可以应用本发明。
并且，在上述例中，作为应力缓和机构的是槽11或贯通孔30，不过并不限定于槽或贯通孔，也可以构成为：使形成这些槽或贯通孔的部分为柔软的材质，从而缓和应力。
Claims (12)
1.一种气体流量计测装置，
其包括：
检测元件机构，其在第一基板形成有隔膜，且具有配置于该隔膜上的发热电阻体以及感温电阻体、和连接于这些发热电阻体以及感温电阻体的外部端子；
流量检测机构，其连接于上述检测元件机构的外部端子，控制上述发热电阻体的发热温度，并且基于发热电阻体或感温电阻体的电阻值的变化，检测气体的流量，
其特征在于，
上述检测元件机构具有形成有上述发热电阻体以及感温电阻体的电阻体区域、和形成有外部端子的固定部区域，且至少在上述电阻体区域和固定部区域之间形成有应力缓和机构。
2.根据权利要求1所述的气体流量计测装置，其特征在于，
上述应力缓和机构是槽。
3.根据权利要求2所述的气体流量计测装置，其特征在于，
上述槽是一直线状，且形成为比上述隔膜的外径尺寸长。
4.根据权利要求2所述的气体流量计测装置，其特征在于，
上述槽沿着上述隔膜的外周形成为大致“コ”字形状。
5.根据权利要求2所述的气体流量计测装置，其特征在于，
上述槽沿着上述隔膜的整个外周形成。
6.根据权利要求2所述的气体流量计测装置，其特征在于，
通过上述槽形成的薄壁部的厚度尺寸与上述隔膜的厚度尺寸大致相同。
7.根据权利要求1所述的气体流量计测装置，其特征在于，
上述应力缓和机构是贯通孔。
8.根据权利要求7所述的气体流量计测装置，其特征在于，
上述贯通孔形成为比上述隔膜的外径尺寸长。
9.根据权利要求1所述的气体流量计测装置，其特征在于，
上述应力缓和机构是由比上述第一基板的材质柔软的材质构成的层。
10.根据权利要求9所述的气体流量计测装置，其特征在于，
上述应力缓和机构形成为比上述隔膜的外径尺寸长。
11.根据权利要求3所述的气体流量计测装置，其特征在于，
具备具有凹部并在该凹部配置有上述检测元件机构的第二基板，上述检测元件机构的固定部区域，由胶粘剂固定于第二基板。
12.根据权利要求4所述的气体流量计测装置，其特征在于，
具备具有凹部并在该凹部配置上述检测元件机构的第二基板，隔着上述隔膜以及槽而与上述检测元件机构的固定部区域相对的端部区域、以及上述固定部区域，由胶粘剂固定于第二基板。
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| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |