JPS6239722A

JPS6239722A - 流量センサ用膜式抵抗

Info

Publication number: JPS6239722A
Application number: JP60179269A
Authority: JP
Inventors: Minoru Oota; 実太田; Masatoshi Onoda; 真稔小野田; Hirotane Ikeda; 池田　裕胤; Kazuhiko Miura; 和彦三浦; Tadashi Hattori; 正服部
Original assignee: Nippon Soken Inc
Current assignee: Soken Inc
Priority date: 1985-08-16
Filing date: 1985-08-16
Publication date: 1987-02-20

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】〔産業上の利用分野〕本発明は空気流量センサ、液体流量センサ等の流量セン
サに用いられる腹式抵抗に関する。

〔従来の技術〕

一般に、電子制御式内燃機関においては、基本燃料噴射
量、基本点火時期等の制御のために機関の吸入空気量は
重要な運転状態パラメータの１つである。従来、このよ
うな吸入空気量を検出するための空気流量センサ（エア
フローメータとも言う）はベーン式のものが主流であっ
たが、最近、小型、応答性が良い等の利点ををする温度
依存抵抗を用いた熱式のものが実用化されている。

さらに、温度依存抵抗を有する空気流量センサとしては
、傍熱型と直熱型とがある。たとえば、傍熱型の空気流
量センサは、機関の吸気通路に設けられた発熱抵抗、お
よびその上流、下流側に設けられた２つの温度依存抵抗
を備えている。この場合、上流側の温度依存抵抗は発熱
抵抗による加熱前の空気流の温度を検出するものであり
、つまリ、外気温度補償用であり、また、下流側の温度
依存抵抗は加熱抵抗によって加熱された空気流の温度を
検出する。これにより、下流側の温度依存抵抗と上流側
の温度依存抵抗との温度差が一定になるように発熱抵抗
の電流値をフィードバック制御し、発熱抵抗に印加され
る電圧により空気流量（質量）を検出するものである。

なお、上流側の外気温度補償用温度依存抵抗を削除し、
下流側の温度依存抵抗の温度が一定になるように発熱抵
抗を制御すると、体積容量としての空気流量が検出でき
る（参照：特公昭５４−９６６２号公報）。他方、傍熱
型に比べて応答速度が早い直熱型の空気流量センサは、
機関の吸気通路に設けられた温度検出兼用の発熱抵抗、
およびその上流側に設けられた温度依存抵抗を備えてい
る。この場合、傍熱型と同様に、上流側の温度依存抵抗
は発熱抵抗による加熱前の空気流の温度を検出するもの
であり、つまり、外気温度補償用である。これにより、
発熱抵抗とその上流側の温度依存抵抗との温度差が一定
になるように発熱抵抗の電流値をフィードバック制御し
、発熱抵抗に印加される電圧により空気流量（質量）を
検出するものである。なお、この場合にも、外気温度補
償用温度依存抵抗を削除し、発熱抵抗の温度が一定にな
るように発熱抵抗を制御すると、体積容量としての空気
流量が検出できる。

通常、発熱抵抗（腹式抵抗）の発熱温度と吸入空気温度
との差を一定値にするあるいは腹式抵抗の発熱温度を一
定にする空気流量センサの応答性、ダイナミックレンジ
は腹式抵抗を含む発熱ヒータ兼温度検知部の熱容量（ヒ
ートマス）と断熱効−果の程□度で決定される。すなわ
ち、最も応答性がよく、且つダイナミックレンジを最も
大きくするためには、腹式抵抗を含む発熱部発熱度検知
部の質量をできる限り小さくし、また、その部分を理想
的には完全に空気流中に浮かんだ状態にすることである
。

このため、従来、腹式抵抗が形成された基板をたとえば
シリコン単結晶基板をエツチングにより薄くして上述の
熱容量を小さくし、しかも、基板の幅を小さくして上述
の断熱効果を大きくしている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、−上述のごとく、基板の幅を小さくする
と、腹式抵抗の配線部の線幅も小さくなり、この結果、
腹式抵抗の発熱ヒータ兼温度検知部以外で発熱が生じて
しまう。そこで、さらにＰｔもしくはＡｕ等の比抵抗が
小さい金属を用いて配線部の拡張することも一案である
が、この場合、腹式抵抗を覆うパンシベーション膜をか
なり厚くしければならず、この結果さらに浮遊粒子の沈
着が増加し、熱容量をさほど小さくできないという問題
点がある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

本発明の目的は、熱容量が小さい流量センサ用膜式抵抗
を提供することにあり、その手段は基板を半導体材料で
構成し、その基板内に電流通過用の不純物拡散層を形成
し、これを腹式抵抗の配線部として作用せしめたことで
ある。

〔作　用〕

上述の手段によれば、腹式抵抗の配線部が実質的に小さ
くされ、従って、これを覆うバッシヘーション膜の膜厚
は薄くなる。

〔実施例〕

以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第３図は本発明に係る腹式抵抗を有する直熱型空気流量
センサが適用された内燃機関を示す全体概要図、第４図
、第５図は第３図のセンサ部分の拡大縦断図および横断
図である。第３図〜第５図において、内燃機関１の吸気
通路２にはエアクリーナ３および整流格子４を介して空
気が吸入される。この吸気通路２内に計測管（ダクト）
５が設けられ、その内部に空気流量を計測するための発
熱ヒータ兼用温度依存抵抗（腹式抵抗）６が設けられて
いる。腹式抵抗６はその両端を保持部材７によってダク
ト５に保持される。また、膜式抵抗６はワイヤボンディ
ング等によって電気的にリード線１０ａ、１０ｂに接続
され、スティ８の外側に設けられた外気温度補償を行う
温度依存抵抗９と共に、ハイブリッド基板に形成された
センサ回路１１に接続されている。

センサ回路１１は外気温度に対して模式抵抗６の温度が
一定になるように該抵抗６の発熱量をフィードバック制
御し、そのセンサ出力■。を制御回路１２に供給する。

制御回路１１はたとえばマイクロコンピュータによって
構成され、燃料噴射弁１３の制御等を行うものである。

センサ回路１１は、第６図に示すごとく、模式抵抗６、
温度依存抵抗８とブリッジ回路を構成する抵抗１１１．
１１２　、比較器１１３、比較器１１３の出力によって
制御されるトランジスタ１１４　、電圧バッファ１１５
により構成される、つまり、空気流量が増加して模式抵
抗６　（この場合、サーミスタ）の温度が低下し、この
結果、模式抵抗６の抵抗値が下降して■１≦■えとなる
と、比較器１１３の出力によってトランジスタ１１４の
導電率が増加する。゛従って、模式抵抗６の発熱量が増
加し、同時に、トランジスタ１１４のコレクタ電位すな
わち電圧バッファ１１５の出力電圧ｖ０は上昇する。逆
に、空気流量が減少して模式抵抗６の温度が上昇すると
、模式抵抗６の抵抗値が増加してＶ、＞Ｖえとなり、比
較器１１３の出力によってトランジスタ１１４の導電率
が減少する。従って、模式抵抗６の発熱量が減少し、同
時に、電圧バッファ１１５の出力電圧Ｖ、は低下する。

このようにして、模式抵抗６の温度は外気温度によって
定まる値になるようにフィードバック制御され、出力電
圧Ｖ、は空気流−量を示すことになる。

模式抵抗６は、第７図に示すように、保持部材７上に絶
縁層１４ａ、１４ｂを介して設けられた配線層１５ａ、
１５ｂに電気的に接続される。この接続はボンディング
ワイヤによりもしくは直接的に行われる。なお、各配線
層１５ａ、１５ｂは第５図のリード線１０ａ、１０ｂに
接続されるものとする。

第１Ａ図は第３図の模式抵抗の正面図、第１Ｂ図は第１
Ａ図のＢ−Ｂ図線断面図である。第１Ａ図、第１Ｂ図に
示すように、基板（この場合、Ｐ−型シリコン単結晶基
板）６１に絶縁層（ＳｉＯ□。

Ｓｉ、Ｎ４等）６３を形成してパターニングし、次いで
、絶縁層６３をマスクとして基板６１内に不純物（Ｐも
しくはＡｓ　）をドープして不純物拡散層６２ａ、６２
ｂを形成し、さらに、金属（好ましくは、Ａｕもしくは
Ｐｔ、あるいは他の金属でもよい）パターン６４を形成
する。ここで、点線枠で囲まれた部分６４ａは発熱ヒー
タ兼温度検知部、６４ｂ。

６４ｃは配線部を示す。そして、これらの上にパッシベ
ーション膜（５ｉＯｚ　、　５ｉＪａ等）を形成する。

なお、Ｐ、、Ｐ、は電極取出し口であって、第６図の配
線層１５ａ、１５ｂに接続されるものである。

このように構成すると、金属パターン６４の各配線部６
４ｂ、６４Ｃと各不純物拡散層６２ａ、６２ｂとは電気
的に並列に接続されている。従って、電流。

は、発熱ヒータ兼温度検知部６４ａと電極取出し口Ｐ、
、Ｐ、との間の配線部５４ｂ、６４Ｃと共に、不純物拡
散層６２ａ、６２ｂにも流れる。この結果、配線部６４
ｂ、６４ｃの線幅もしくは厚さを実質的に小さくできる
。

第２Ａ図は他の模式抵抗を示す正面図、第２Ｂ図、第２
Ｃ図は、それぞれ第２Ａ図のＢ−Ｂ線断面図、Ｃ−Ｃ線
断面図である。第１Ａ図、第１Ｂ図に示す模式抵抗は保
持部材７に両端が保持される両持構造であるのに対し、
第２Ａ図、第２Ｂ図。

第２Ｃ図に示す模式抵抗は保持部材７に一端のみが保持
される片持構造である。なお、模式抵抗６を両持構造に
より保持部材に固定すると、模式抵抗６が歪ゲージの作
用し、従って、模式抵抗６の歪みによりその出力変化を
招くという欠点が生ずる。上述の模式抵抗６の片持構造
はこのような歪ゲージ作用を防止するものである。

なお、上述の実施例においては、不純物拡散層を金属パ
ターンの配線層直下の基板内に形成したが、設計上杵さ
れる範囲で配線層直下以外にも不純物拡散層を形成して
もよい。この場合には、絶縁層６３とは別に、不純物拡
散層形成用の絶縁層（マスク）を必要とする。また、不
純物拡散層を配線層直下の基板内に形成することは、こ
れらの間に絶縁層を介在させる必要がないので熱容量の
点で優れているが、たとえ絶縁層を介在させても、従来
形に比較すれば、金属パターンの配線層を小さくできる
分だけ熱容量が小さくなる。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、腹式抵抗の配線層
の線幅もしくは膜厚を小さくできるので、流量センサと
して、熱容量（ヒートマス）を減少でき、熱拡散特性を
向上させ、優れた感度および速い応答速度を得ることが
でき、また、パッシベーション膜の膜厚を薄くすること
も可能となり、これにより、浮遊粒子の沈着する可能性
を低下させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１Ａ図は本発明に係る直熱型流量センサ用膜式抵抗を
示す正面図、第１Ｂ図は第１Ａ図のＢ−Ｂ断面図、第２Ａ図は本発明に係る他の直熱型流量センサ用膜式抵
抗を示す正面図、第２Ｂ図は第２Ａ図のＢ−８断面図、第２Ｃ図は第２Ａ図のＣ−Ｃ断面図、第３図は本発明に係る腹式抵抗を有する直熱型空気流量
センサが適用された内燃機関を示す全体概要図、第４図、第５図はそれぞれ第３図のセンサ部分の拡大縦
断面図、横断面図、第６図は第３図のセンサ回路の回路図、第７図は第３図
の腹式抵抗の近傍の拡大図である。ｌ−・・内燃機関、５・・・ダクト、６・・・腹式抵抗、７・・・保持部材、９・・・外気温度補償用温度依存抵抗、１１・・・セン
サ回路、６１・・・基板、６２ａ、６２ｂ・・・不純物拡散層、６３・・・絶縁層、６４・・・金属パターン、６５・・・パッシベーション膜。

Claims

【特許請求の範囲】

１．基板と、該基板上に形成され、加熱ヒータ兼温度検
知部および配線部を含む金属パターンとを具備する流量
センサ用膜式抵抗において、前記基板を半導体材料で構
成すると共に該基板内に不純物拡散層を形成し、該不純
物拡散層を前記金属パターンの配線部に電気的に並列接
続したことを特徴とする流量センサ用膜式抵抗。
２．前記不純物拡散層を前記金属パターンの配線部直下
の基板内に形成した特許請求の範囲第１項に記載の流量
センサ用膜式抵抗。
３．前記金属パターンの配線部と前記基板の不純物拡散
層とを直接密着せしめた特許請求の範囲第１項に記載の
流量センサ用膜式抵抗。
４．前記基板がシリコン単結晶基板である特許請求の範
囲第１項に記載の流量センサ用膜式抵抗。