JP5645693B2 - 空気流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は空気流量測定装置に係り、特に、自動車の内燃機関に配置される空気流量測定装置に関する。

電子制御燃料噴射システムを用いた自動車が一般化し、近年では更なる高性能化，高機能化が進んでおり、エンジンルームの内部配置されるセンサや制御機器が増加している。このため、これらのセンサや制御機器を相互に接続するワイヤハーネスも複雑に入り組んだものとなる。

これらを背景に複数のセンサや制御機器を一体化することによる部品点数の低減やエンジンルーム内部の景観向上などが望まれる。例えば流量測定装置と温度検出装置，湿度検出装置を一体化し、コネクタを共用化する方策などはその一例であり、これにより車両への部品組み付け工数の低減や、ワイヤハーネスの簡略化を可能としている。

このような、流量測定装置と温度検出装置，湿度検出装置を一体化した構造を安価に形成する手法として、駆動回路を搭載する基板上に各センシング素子を配置した場合、安価に製作可能な反面、技術的課題が出てくる。同一基板上に駆動回路と吸入空気温度，吸入空気湿度センシング素子を形成する場合、駆動回路は筐体により保護する必要があり、センシング素子は吸入空気に晒された状態とすることが必要になる。センシング素子と駆動回路は導体配線により電気的に接続する必要があり、製造工程においては特性調整、センシング素子の品質確認のため測定用のプローブパッドが必要となる。

通常、自動車のエンジンルーム内には、ゴム部品が多く使用されており、ゴム部品からは腐食性ガスが発生する場合がある、また、吸入空気はエアクリーナボックスが備えるエアフィルターエレメントによって大気中浮遊物を取り除いた後に取り込まれる構成となっているが、ガストラップ効果は無くエンジンへ吸入される。空気以外からもエンジン停止後には高温に晒されたエンジンオイルが蒸気となってエアクリーナボックス側へ逆流してくることもあり、以上のようなことからエアクリーナボックス下流の吸入空気管内に存在、或いは通過する空気は必ずしもきれいであるとは言えない。

このような環境下に置かれるため耐腐食性の向上、また、前述の通り高密度化が進むため実装効率を向上させる必要があり、双方を両立させる実装構造が課題となる。

セラミック基板に半導体集積回路，コンデンサ，ダイオード等の部品を搭載して成るハイブリッドＩＣ基板は種々のものが知られている。そのうち、導体配線に銀，銀合金，銅，銅合金を採用したハイブリッドＩＣ基板で、特に車載センサに採用されているハイブリッドＩＣ基板については、腐食性ガスによる導体配線の腐食が懸念され、耐腐食性向上策としてスルーホール部にはんだを印刷する等の構造が考えられているが、吸入空気に晒すセンシング素子をハイブリッドＩＣ基板上に搭載する場合、筐体の内外を導体配線にて電気的に接続する必要があり、配線導体の１部も筐体の外側に配置されることになる。また、センシング素子をハイブリッドＩＣ基板上に搭載することで、実装効率を向上させることも必要である。スルーホール部にはんだを塗布し電子部品を搭載すること、スルーホールビア上に金導体を配線しガラスで保護することで、耐腐食性を向上させることに関しては、特開２００６−２５８６７７号公報に示されている。

特開２００６−２５８６７７号公報

しかしながら、特許文献１ではスルーホール部の腐食対策は考慮されているが、導体配線の腐食対策については考慮されていない。そのため、導体配線を保護するガラスまたは樹脂コートが損傷することで導体配線が腐食するという課題が生じていた。特に同一基板上に駆動回路と吸入空気温度，吸入空気湿度を測定する各センシング素子を配置する場合、筐体内の駆動回路と吸入空気に晒した各センシング素子を接続する導体配線上に筐体を接着固定する際にコートを損傷する可能性があり、導体配線が腐食する課題が生じていた。また、同一基板上に駆動回路と吸入空気温度，吸入空気湿度を測定する各センシング素子を配置する場合、基板実装効率を向上させる課題が生じる。

そこで、本発明では上記課題に鑑み、基板実装効率を向上させ、耐腐食性を向上した空気流量測定装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明の物理量測定装置は、電子回路が形成された回路基板上に空気の物理量を計測するセンシング素子が設けられ、前記電子回路を筐体の中に配置し、前記センシング素子を吸入空気に晒す構造を有する物理量測定装置において、前記回路基板とガラスまたは樹脂コート層との間に少なくとも１層以上の絶縁層を設け、前記センシング素子と前記電子駆動回路との接続を行う導体配線を前記絶縁層の下に配置し、前記回路基板は厚膜印刷による導体多層印刷であり、前記センシング素子の特性調整または特性確認のためのプローブパッドを、回路基板上に接着する筐体下に配置し接着剤にて覆う構造としたことを特徴とする。

本発明によれば、基板実装効率を向上させ、耐腐食性を向上した空気流量測定装置を提供することができる。

本発明の一実施例を示すセンサ構造。 図１（ａ）のＡ−Ａ断面図。 図１（ｂ）の部分拡大図。 内燃機関のシステム構成図。 センサが置かれる環境の例。 ハイブリッドＩＣ基板の構造図。 ハイブリッドＩＣ基板の構造図。 ハイブリッドＩＣ基板の構造図。 駆動回路図。

本発明の一実施例について以下、図を用いて説明する。

図１（ａ），図１（ｂ）は本発明の一実施例を示すセンサ構造及びそのＡ−Ａ断面を示した図である。図２は本発明の一実施例を示すセンサ構造の部分拡大図を示しており、図３は内燃機関のシステム構成図、図４はセンサが置かれる環境の一形態を示した図である。

図１（ａ），図１（ｂ）に示されるように、空気流量測定装置２３はベース２，ケース３，カバー５，副通路構成部材２４から構成される。ベース２は金属または樹脂等により形成され、ハイブリッドＩＣ基板１０がベース２に接着等により固定されている。更に、ベース２は副通路の一部を構成しており、ベース２と副通路構成部材２４とを接着等により固定することで副通路２５が形成される。また、ケース３とベース２も同様に接着等により固定されている。ケース３とカバー５を接着等により固定することにより電子駆動回路１を覆う構成となっている。

ハイブリッドＩＣ基板１０は、電子駆動回路１、あるいは電子制御回路の導体となる導体配線８，抵抗等をセラミック等の無機材により形成されたセラミック基板７の表面に印刷，焼成することにより形成している。導体配線８は、部品搭載部，電位，出力等のプローブパッドを除いた大部分が、ガラスまたは樹脂コートで保護されている。さらに表面に駆動回路を形成するコンデンサ，ダイオード，半導体集積回路及び温度，湿度等の物理量を計測するセンシング素子９を実装している。

ケース３には樹脂内部に電気的信号の伝達を司る導電性部材より成るターミナル１２をインサート成形されている。また、空気流量測定装置２３は、外部あるいは副通路２５に吸入空気温度を計測する吸気温度検出素子２９、吸入空気流量等の物理量を計測するための発熱抵抗体１１および温度補償用の感温抵抗体１３が設置される構造である。吸気温度検出素子２９，発熱抵抗体１１，感温抵抗体１３はそれぞれリード線に接着されており、また、リード線はターミナルに電気的機械的に接合されている。そして、ターミナル１２を介してアルミワイヤボンディング２６等により電子駆動回路１に電気的に接続されている。

なお、発熱抵抗体１１及び感温抵抗体１３を用いた空気流量測定装置２３は図８に示す回路により、発熱抵抗体１１と、空気温度を計測する感温抵抗体１３が常に一定の温度差に保たれるように定温度制御回路により定温度制御され、常時加熱されている。

次に、図１（ａ）に示されるようにハイブリッドＩＣ基板１０上に実装された温度，湿度等の物理量を計測するセンシング素子９は導体配線８を介し電子駆動回路１と接続する構造になっている。ハイブリッドＩＣ基板１０に配置された駆動回路はベース２，ケース３，カバー５によって覆われているが、温度，湿度等の物理量を計測するセンシング素子９は吸入空気に晒される様に配置している。電子駆動回路１はケース３内に配置されるため、ハイブリッドＩＣ基板１０上に接着剤を塗布し、ケース３を接着固定する構造となっている。

図３に示されるように、発熱抵抗体１１，感温抵抗体１３はエンジンに吸入される空気を流すエアクリーナ２７、またはエアクリーナ２７の下流に設けたゴムダクト２１内に配置され、ハイブリッドＩＣ基板１０と、ケース３に埋設されたコネクタ端子を介し電気的信号の伝達を行う構造となっている。

ここで、図４に示されるように、空気流量測定装置２３が搭載される車輌のエンジンルーム内部はエンジンからの燃焼ガスの吹き返しや未燃焼ガスの戻しがあり、ハイドロカーボンの滞留する雰囲気１９に晒される。また、エンジンルーム内部はエンジン構成部品に多く配置されている硫黄を含むゴムダクト，（ホース）２１等の製品らが群集している。

エンジン内部の電子機器温度は１００℃を超える状態にも達するためゴムダクト２８やホース２１等の硫黄で加硫した製品群からは硫黄単体ガス、あるいは硫黄化合物ガス２０が湧出する。また、これら硫黄ガスは環境に変遷し、場合によっては前記した燃焼ガスの吹き返し、未燃焼ガスの戻しガス，ハイドロカーボンと混在した複合ガス状態となり、これら腐食性ガスに対して抗力を持たなければ、信頼性の高い製品となり得ない可能性がある。それは、空気流量測定装置２３においてハイブリッドＩＣ基板１０に形成される導体配線８は銀、あるいは銀合金により形成されており、ケース３内部に腐食性ガス、特に硫黄ガス，硫黄化合物ガス２０が侵入した場合、導体配線８となる銀，銀合金配線部分は硫化腐食してしまい、電子駆動回路１が正常に動作しない状態となり得る可能性があるためである。

また、センシング素子９は、吸入空気に晒した状態で配置されるため、センシング素子９と電子駆動回路１、あるいは電子制御回路を接続する導体配線８の一部分はケース３外部に配置される。導体配線８がケース外部に配置されることで、導体配線８が露出した場合、腐食断線となり得る可能性がある。導体配線８の硫化腐食は導体配線８の露出部分から起こるため、露出を防止することで、耐腐食性を改善する必要がある。

ケース３の接着部は温度，湿度等の物理量を計測するセンシング素子９と電子駆動回路１を接続する導体配線８の上部となり、ケース３をハイブリッドＩＣ基板１０上に搭載する際、ケース３によってハイブリッドＩＣ基板１０の導体配線８を保護するガラスまたは樹脂コートを損傷させてしまう可能性がある。コートが損傷するとそこから腐食性ガスが侵入し、導体配線を腐食させてしまう。

このことから、図２に示されるように、導体配線を腐食断線に至らせる事態を防止するため、温度，湿度等の物理量を計測するセンシング素子９と電子駆動回路を接続する導体配線１５の上に保護ガラス１４または樹脂コート以外に１層以上の絶縁層１６を配置した。これにより、耐腐食性を向上することができる。

また、製造工程において、温度，湿度等の物理量を計測するセンシング素子９の特性調整または動作確認等の特性確認が必要になり、計測のためのプローブパッド１７を設けている。本発明の一実施例では、この計測のためのプローブパッド１７上に接着剤１８を塗布し、ケース３でハイブリッドＩＣ基板１０とサンドイッチ構造とした。このような構造とすることで、ハイブリッドＩＣ基板実装効率を向上し、耐腐食性を向上することを可能とする。

図５乃至図７はハイブリッドＩＣ基板１０の構成を示した図である。

ハイブリッドＩＣ基板１０上に接着剤１８を塗布しケース３を接着する際、接着剤の塗布位置管理は重要になる。そこで、本実施例では厚膜印刷によるハイブリッドＩＣ基板では、印刷時の位置ずれを小さくするためのマーク２２を付けた。このマークを接着剤塗布位置の目印とすることで、自動機または目視での接着剤塗布位置確認を容易にすることができる。

また、接着剤塗布位置の目印を駆動回路を形成しない導体で配置した。これにより、自動機または目視での接着剤塗布位置確認を容易にすることができる。

さらに、導体で配置することにより、目印とした導体が先に腐食し、プローブパッド部への腐食ガス侵入を抑制することができる。

１ 電子駆動回路
２ ベース
３ ケース
４ ベースとケースの接着封止部
５ カバー
６ ケースとカバーの接着封止部
７ セラミック基板
８ 導体配線
９ センシング素子
１０ ハイブリッドＩＣ基板
１１ 発熱抵抗体
１２ ターミナル
１３ 感温抵抗体
１４ 保護ガラス
１５ センシング素子と駆動回路を接続する導体配線
１６ 絶縁層
１７ プローブパッド
１８ 接着剤
１９ ハイドロカーボン雰囲気
２０ 硫黄化合物ガス
２１ ゴムダクト
２２ 位置ずれ防止マーク
２３ 空気流量測定装置
２４ 副通路構成部材
２５ 副通路
２６ アルミワイヤボンディング
２７ エアクリーナ
２８ ゴムダクト

Claims (3)

1. 電子回路が形成された回路基板上に空気の物理量を計測するセンシング素子が設けられ、前記電子回路を筐体の中に配置し、前記センシング素子を吸入空気に晒す構造を有する物理量測定装置において、
   前記回路基板とガラスまたは樹脂コート層との間に少なくとも１層以上の絶縁層を設け、前記センシング素子と前記電子駆動回路との接続を行う導体配線を前記絶縁層の下に配置し、
   前記回路基板は厚膜印刷による導体多層印刷であり、
   前記センシング素子の特性調整または特性確認のためのプローブパッドを、回路基板上に接着する筐体下に配置し接着剤にて覆う構造としたことを特徴とする物理量測定装置。
2. 前記回路基板上に、前記厚膜印刷の位置ずれを防止する位置ずれ防止マークを設け、前記位置ずれ防止マークを前記回路基板上に塗布される接着剤の塗布位置目標としたことを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。
3. 前記回路基板上に塗布される接着剤の塗布位置目標を、回路を形成しない導体で形成したことを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。

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