JP5814192B2 - 流量測定装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体の流量を測定する流量測定装置に係り、特に、内燃機関の空気流量を測定する流量測定装置に関する。

本技術分野の背景技術として、特開２００１−１２９８７号公報（特許文献１）がある。特許文献１には、積層基板に窪みを設けそこに半導体センサ素子を配置する構造では段差ができないため、印刷法で所定の位置に再現性よく樹脂封止膜を形成することが可能である。と記載されている。特に、センサ自身が小さい半導体センサ素子では、センサ近傍に形成された樹脂封止膜の形状がばらつくと、それが直接出力特性のばらつきに繋がるため重要である。このような構造をとることにより、精度向上や高信頼性の熱式空気流量センサを提供できるとしている。

特開２００１−１２９８７号公報

半導体センサ素子は、空気通路中にむき出しに配置されるため、腐食性ガスやガソリン、エジンオイル等に直接さらされる環境下におかれる。そのため、ボンディングパッドおよび、接続ワイヤをシール材で腐食から保護する必要がある。シール材の形状がばらつくとそれ自体が直接出力特性のばらつきとなるため、形状、位置を高精度に決める必要がある。特許文献１によれば、積層基板の窪みに半導体センサ素子を配置することでシール材に相当する樹脂封止膜所定の位置に再現性よく形成することが可能とある。しかし、一般的にシール材として用いられるエポキシ樹脂、フッ素樹脂、ゲル等は、熱硬化を必要とする。例えば、エポキシ樹脂の粘度の温度依存性を見ると、硬化シーケンス中に粘度が大きく低下することが知られている。このため、位置決めを精度良く行っても、シール材が流動してしまい、結果として意図した位置、形状が得られず流量測定装置の特性のばらつきを低減するのが困難であった。

本発明の目的は、特性ばらつきの少ない高精度の流量測定装置を提供することである。

上記課題を解決するために、例えば特許請求の範囲に記載の構成を採用する。

本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、半導体基板の薄肉部に形成された発熱抵抗体を有する半導体センサ素子と、前記半導体センサ素子が実装された基板と、前記半導体センサ素子と電気的に接続され、前記基板に設けられた前記半導体センサ素子を制御する制御回路と、前記半導体素子と前記制御回路との電気的接続部を保護するシール材と、前記半導体センサ素子の表面に形成され、前記発熱抵抗体から所定の距離の間隔をもって設けられた撥水性の有機膜と、を備える。

本発明によれば、特性ばらつきの少ない高精度の流量測定装置を提供できる。

本発明による流量測定装置の実装基板の断面図の例である。 本発明による流量測定装置の流量検出素子の平面図の例である。 本発明の流量検出素子の断面図の他の実施例である。 本発明の流量検出素子の断面図の他の実施例である。 本発明の流量検出素子の断面図の他の実施例である。

以下、発明を実施するための形態について図１乃至５を用いて説明する。

まず初めに本発明の一実施例である実施例１について説明する。

図１に示されるように、実装基板１０１に窪み１０７が設けられ、ダイアフラム１０６上に設けられた発熱抵抗体を持つ流量検出素子１０８と制御回路素子１０４が実装されている。流量検出素子１０８の信号は、実装基板上配線部１０２に例えば、金ワイヤ１０５ａで接続される。また、実装基板上配線１０２と制御回路素子１０４が例えば、金ワイヤ１０５ｂで接続されて信号処理を行い、出力信号としてパッド１０３から出力端子へ接続され出力される。

流量検出素子実装部Ａは、外部に直接さらされるため、腐食性ガスやガソリン、エンジンオイル等からアルミパッド部や金ワイヤ１０５ａを保護する必要がある。本実施例では、シール材１１０をポッティング塗布し、アルミパッド部および金ワイヤ１０５ａを保護している。このような実装構成の場合、シール材１１０の位置、形状が重要となる。

流量検出素子１０８とシール材１１０の線膨張係数の違いによる応力や、シール材１１０の残留応力によって、抵抗値が変化するためである。線膨張係数の違いによる応力この影響は、温度特性に現れる。例えば、常温で、出力特性を調整しても、周囲温度変化によって流量検出素子１０８にかかる応力が変わるため特性が変化する。

また、シール材１１０の残留応力の影響は、耐久特性変化として現れる。高温環境や、熱サイクルによって、シール材１１０物性値が変動し、特性が変化する。これらの影響は、当然ながら、シール材１１０が発熱抵抗体１０６に近いほど大きくなる。従って、シール材１１０とダイアフラム１０６上に設けられた発熱抵抗体２０１は一定の距離を保つ必要がある。

ところが、シール材１１０が熱硬化中に粘度が低下し、精度良くシール材１１０を塗布しても、硬化シーケンス中に形状が変化し、ダイアフラム１０６上に設けられた発熱抵抗体との距離がばらつき、距離を保てなく場合が発生する問題がある。

図２に流量検出素子１０８の平面図を示す。ダイアフラム１０６には、発熱抵抗体２０１（詳細パターンは図示していない）が形成されており、引き出し線２０２とアルミパッド２０３に接続されている（配線パターンは図示していない）。本実施例では、発熱抵抗体１０６から一定の距離に、撥水性有機膜１０９を設けている。撥水性有機膜１０９によって、硬化シーケンス中にシール材１１０の粘度低下による形状変化が発生しても、発熱抵抗体２０１側に流れることがなくなり、特性変化を防ぐことができる。そのため、撥水性有機膜１０９はシール材１１０が塗布される近傍に設けられている。

また、撥水性有機膜１０９として、ポリイミドシリコーンを用いれば、通常、半導体製造プロセスで保護膜として使用されている材料であり、流量検出素子１０８製造時に同時に形成することができ、低コスト化を図れる。

図３は、実施例２における流量測定装置の流量検出素子１０８の平面図を示す。本実施例では、シール材が塗布される領域以外に撥水性有機膜１０９を形成している。これによって、流量検出素子１０８に衝突するダストから、流量検出素子１０８を保護することができ、耐ダスト耐性が向上する。

図４は、実施例３における流量測定装置の流量検出素子１０８の平面図を示す。本実施例では、シール材が塗布される領域および、ダイアフラム１０６内の発熱抵抗体２０１以外に撥水性有機膜１０９ｂを形成している。ダイアフラム１０６内の発熱抵抗体２０１上には撥水性有機膜を形成していないため、熱伝達の悪化による感度低下が起こらず、ダイアフラム１０６内の発熱抵抗体２０１以外のダストによる表面の損傷を防止することができる。

また、撥水性有機膜１０９ａを、撥水性有機膜１０９ｂと分離して形成している。これによって、製造工程中に、シール材端部の位置検出が容易になる。例えば、シール材で覆う必要がある位置が、撥水性有機膜１０９ａの下端部（アルミパッド２０２側）であり、シール材と発熱抵抗体２０１の必要距離が撥水性有機膜１０９ｂ（アルミパッド２０２側）の位置とすれば、シール材端部位置は、撥水性有機膜１０９ａの下端部から撥水性有機膜１０９ｂの領域にあればよく、自動検査でパターン検出が可能になる。

本実施例では、撥水性有機膜は、２つに分離した例を示したが、必要であれば２つ以上に分離しても良い。図５に示すように中抜きパターンとしても良い。これにより、パターンが分離されていないので、膜の剥がれが起こり難くなる。

１０１…実装基板
１０２…実装基板上配線
１０４…制御回路素子
１０５ａ，ｂ…金ワイヤ
１０６…ダイアフラム
１０７…窪み
１０８…流量検出素子
１０９、１０９ａ、１０９ｂ…撥水性有機膜
２０１…発熱抵抗体
２０２…引き出し線
２０３…アルミパッド

Claims (2)

1. ダイアフラムに形成される発熱抵抗体を有する半導体センサ素子と、
   前記半導体センサ素子が実装される実装部と、
   前記半導体センサ素子と電気的に接続され、前記半導体センサ素子を制御する制御回路と、
   前記半導体センサ素子と前記制御回路との電気接続部を保護するシール材と、を備え、
   前記半導体センサ素子は、前記ダイアフラムの端部を覆い、かつ、前記発熱抵抗体を露出するように形成される撥水性有機膜を表面に有し、
   前記有機膜の前記電気接続部側の外周側面が、前記発熱抵抗体から所定の間隔をもって設けられ、かつ、前記シール材で保護される電気接続部から所定の間隔をもって設けられており、
   前記有機膜は、前記有機膜の前記電気接続部側の外周側面と前記ダイアフラムの前記電気接続部側の端部との間に、中抜きを有する形状である熱式流量計。
2. 前記有機膜は、ポリイミドシリコーンである請求項１に記載の熱式流量計。