WO2014203556A1 - 熱式流量計の製造方法 - Google Patents
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- G01F5/00—Measuring a proportion of the volume flow
Definitions
- the present invention relates to a thermal flow meter.
- Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 2012-12979
- Patent Document 1 states that “the surface of the semiconductor chip CHP1 excluding the flow rate detection unit FDU and its vicinity, the wire W1, the lead RD1, the wire W2, the entire main surface of the semiconductor chip CHP2, the wire W3 and a part of the lead RD2 are made of resin MR. Is sealed. Further, it is described that “the lead frame LF on which the semiconductor chip CHP1 and the semiconductor chip CHP2 are mounted is sandwiched between the upper mold UM and the lower mold BM through the first space” (see paragraph 0142 and FIG. 18).
- the top portion of the semiconductor chip CHP1 is partially enlarged in the cross section in the gas (air) flow direction by making the tip dimension LR1 of the insert piece IPU installed in the upper mold UM larger than the dimension LC1 of the semiconductor chip CHP1.
- a structure that is not covered with resin MR is described (see paragraph 0279 and FIG. 45).
- a mold is pressed against the upper surface of a semiconductor chip through an elastic film in order to prevent the flow rate detection unit from being covered with resin.
- a diaphragm is formed in the semiconductor chip, and a cavity is formed on the back side of the diaphragm. This cavity is formed by an inclined surface inclined with respect to the upper surface of the semiconductor chip.
- Patent Document 1 there is no consideration as to how to press the mold with respect to the diaphragm, the cavity, and the inclined surface (hereinafter referred to as the diaphragm structure).
- the diaphragm structure is made fragile. When the pressing force of the mold is applied, a bending force is applied to the semiconductor chip, and as a result, the fragile portion may be damaged.
- the insert piece is set so that the pressing force is applied to the outside of the diaphragm structure.
- the upper mold is set so that the pressing force is applied to the inside of the diaphragm structure.
- An object of the present invention is to prevent the diaphragm structure portion from being broken when the mold is pressed in a thermal flow meter having a resin portion formed using a mold in the vicinity of the diaphragm structure portion.
- a resin part was molded using a mold in the vicinity of the diaphragm structure part so that the mold pressing area did not cover the diaphragm structure part.
- the present invention it is possible to prevent the diaphragm structure portion from being broken when the mold is pressed. Furthermore, since the height and size of the structure around the flow rate detector can be made constant, a thermal flow meter with high measurement accuracy can be provided.
- FIG. 3 is a longitudinal sectional view (cross section AA in FIG. 2) in an embodiment of the air flow sensor according to the present invention.
- FIG. 3 is a lateral cross-sectional view (cross-section BB in FIG. 2) in an embodiment of the air flow sensor according to the present invention.
- FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a manufacturing method in an embodiment of an air flow sensor according to the present invention, and is a view showing a state before a resin molding is performed on the AA section of FIG. 2.
- It is sectional drawing which shows the state which installed the assembly which assembled
- It is sectional drawing which expands and shows the vicinity of the insertion piece and air flow measuring element in FIG. 5B.
- a present Example demonstrates the case where it mounts in the internal combustion engine of a motor vehicle and targets air as the to-be-measured gas 30.
- FIG. 3 the thermal flow meter 300 according to the present invention can be used for gases other than air.
- FIG. 1A is a plan view showing the upper surface of the thermal air flow meter 300.
- FIG. 1B is a plan view showing the side surface of the thermal air flow meter 300 with the cover members 302 and 303 provided on the side surface removed.
- FIG. 1B shows the right side of FIG. 1A.
- An arrow 30 shown in FIG. 1B represents the direction of air flowing through an intake pipe (not shown).
- the thermal air flow meter 300 is provided toward the upstream side of the air flow flowing in the intake pipe.
- the vertical direction in the thermal air flow meter 300 will be described with the direction positioned on the upstream side of the air flow flowing in the intake pipe as the upper side and the direction positioned on the downstream side as the lower side.
- This up-down direction does not mean the up-down direction in a mounted state where the thermal air flow meter 300 is attached to an internal combustion engine such as an automobile.
- the length direction 300L and the width direction 300W of the thermal air flow meter 300 are defined as shown by arrows in FIG.
- a direction perpendicular to the length direction 300L and the width direction 300W is defined as a height direction.
- 300C represents a center line in the width direction 300L.
- thin plate-like cover members 302 and 303 are attached to both side surfaces of a housing (main body) 301 of the thermal air flow meter 300.
- a flange portion (attachment portion) 304 is fixed to the wall surface of the intake pipe, and a sub-passage 305 that takes in part of the air flowing through the intake pipe is provided on the distal end side of the housing 301.
- Reference numeral 305a denotes an inlet opening of the auxiliary passage 305.
- the inlet opening 305 a is provided over the entire width direction 300 ⁇ / b> L of the housing 301.
- the inlet-side passage portion 305i of the sub-passage 305 is narrowed toward the left side of the center line 300C as it proceeds downstream from the inlet opening 305a.
- An outlet-side passage portion 305o of the sub-passage 305 is formed on the back side of the inlet-side passage portion 305i on the left side of the center line 300C of the inlet-side passage portion 305i. Since the outlet side passage portion 305o cannot be shown on FIG. 1A, parentheses are attached and the lead lines are also indicated by dotted lines.
- the auxiliary passage 305 is provided between the inlet-side passage portion 305i, the outlet-side passage portion 305o, and the inlet-side passage portion 305i and the outlet-side passage portion 305o in the air flow direction, and the flow rate detection unit 200a of the circuit package 400 is disposed. 305 s (described later).
- the flange portion 304 is provided with a connector portion 307 on the side opposite to the side where the auxiliary passage 305 is provided.
- the connector unit 307 is connected to a signal line (communication line) connected to an external device (for example, an engine control device).
- an outlet side passage portion 305o and a flow rate measurement passage portion 305s constituting the sub passage 305 are provided on the front end side (the lower side of the drawing) of the main body 301.
- an inlet-side passage portion 305i of the sub-passage 305 is provided on the back side of the outlet-side passage portion 305o.
- the flow rate measurement passage portion 305s is formed so as to straddle both sides in the width direction via the center line 300C shown in FIG. 1A, and the inlet-side passage portion 305i formed on one (left) side of the center line 300C.
- the upstream end of the outlet side passage portion 305o formed on the other (right) side surface with respect to the center line 300C are communicated with each other by the flow rate measurement passage portion 305s.
- the circuit package 100 is disposed between the auxiliary passage 305 and the flange portion 304.
- the circuit package 100 is fixed to the housing 301 by a fixing portion 306 with a resin forming the housing 301.
- a gap through which air flows is provided between the surface of the circuit package 100 where the flow rate detection unit 200a is exposed and the back surface on the opposite side to the wall surface of the flow rate measurement passage portion 305s. That is, the circuit package 100 is disposed in the middle portion of the flow rate measurement passage portion 305s in the width direction 300L. Further, as shown in FIG. 1B, the circuit package 100 is arranged so that the flow rate detection unit 200a faces the side surface side where the outlet side passage portion 305o in the thermal air flow meter 300 is formed.
- the connector unit 307 is provided with a connection terminal 307a for performing communication by electrically connecting the thermal air flow meter 300 to a signal line (communication line) connected to an external device (for example, an engine control device). Yes.
- the connection terminal 307a is electrically connected to the terminal 307b exposed inside the housing 301, and is electrically connected to the lead 102b drawn from the circuit package 100 via the terminal 307b.
- the lead 102 b constitutes an input / output terminal of the LSI 103 and the intake air temperature detection element 104.
- FIG. 2A is a plan view showing a mounting configuration (appearance) of the circuit package 100 after resin sealing.
- FIG. 2B is a plan view showing a lead frame 102 of the circuit package 100 and a circuit chip and a sensor chip mounted on the lead frame 102.
- 3 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line III-III in FIG. 2A
- FIG. 4 is a cross-sectional view showing a cross section taken along line IV-IV in FIGS.
- the circuit package 100 is composed of an air flow measuring element 200, a resin mold portion 104 covering the air flow measuring element 200, a lead 102b for taking out an electrical signal, and an intake air temperature detecting element 105 in appearance.
- the air flow rate measuring element 200 will be described in detail later.
- the circuit package 100 incorporates a flow rate detection unit 200a and an LSI 103, which will be described later, and these are molded with a thermosetting resin and integrally molded.
- the circuit package 100 has a protruding portion 106 exposed from the housing 302.
- the protruding portion 106 is provided with an intake air temperature detecting element 105 having a function of detecting the temperature of the gas to be measured (air in this embodiment) 30.
- a measurement flow path surface 107 that acts as a surface for flowing the air 30 is formed in a shape extending in the flow direction of the air 30 from the upstream end to the downstream end of the circuit package 100.
- a flow rate detection unit 200 a of the air flow rate measuring element 200 is exposed at a part of the measurement flow path surface 107.
- the flow rate detection unit 200 a performs heat transfer with the air 30, measures the state of the air 30, for example, the flow rate of the air 30, and outputs an electrical signal indicating the flow rate flowing through the main passage.
- a mold pressing trace 108 remains in the resin mold portion 104 at a position corresponding to the flow rate detection portion 200a as shown in FIG.
- the flow rate detection unit 200 a In order to exchange heat with the air 30, the flow rate detection unit 200 a must be prevented from being covered with the resin of the resin mold unit 104. Therefore, a mold is applied to both the flow rate detection unit 200a and the back surface thereof to prevent the resin from flowing into the flow rate detection unit 200a.
- the insertion piece 14 described later is provided on the flow rate detection unit 200a side so as to contact the air flow rate measuring element 200, and the lower mold 10 is in contact with the lead 102b on the back surface of the flow rate detection unit 200a. Provided (see FIG. 5B).
- reference numeral 109 denotes an opening communicating with the cavity 202 on the back surface of the semiconductor diaphragm 201.
- the hatched portion described on the external appearance of the circuit package 100 indicates a surface covered with the resin for molding the housing 302.
- the circuit package 100 is fixed to the housing 302 by covering the hatched portion with the resin of the housing 302. For this reason, the resin molding process of the main body 302 and the resin molding process of the circuit package 100 are performed in different processes. Specifically, after the circuit package 100 is completed by the resin molding process of the circuit package 100, the resin molding process of the main body 302 is performed.
- the inner side of the broken line portion 110 is a portion covered with a mold used when the circuit package 100 is molded.
- the lead frame 102 has a configuration in which a lead 102b is mechanically connected to and supported by a support frame 102a.
- a plate 111 is mounted at the center of the lead 102b.
- An air flow rate measuring element 200 having a chip-like flow rate detection unit 200a and an LSI 103 constituting a processing unit for an electric signal detected by the flow rate detection unit 200a are mounted on the plate 111.
- the air flow measuring element 200 is provided with a diaphragm 201.
- Each terminal of the air flow measuring element 200 and the LSI 103 are electrically connected by a wire 112. Further, each terminal of the LSI 103 and the corresponding lead 102 b are electrically connected by a wire 113.
- a chip-like circuit component (circuit chip) 113 is connected between two leads 102b at a lead portion located between the plate 111 and a lead portion serving as a connection terminal of the circuit package 100.
- the plate 111 is supported by the leads 102b.
- the lower surface of the plate 111 is provided with a lead surface (not shown) having the same area as the plate 111, and the plate 111 is mounted on the lead surface. This lead surface is grounded.
- the lead 102b constitutes a first support member for the air flow measuring element 200
- the plate 111 constitutes a second support member.
- an intermediate plate member (plate member) constituted by the plate 111 is formed between the lead 102 b and the air flow rate measuring element 200.
- the plate 111 is bonded to the lead surface by the first adhesive tape 117.
- the air flow rate measuring element 200 and the LSI 103 are respectively bonded by a second adhesive tape 118.
- the measurement flow path surface 107 has a groove shape, and is provided so as to penetrate the entire width from the upstream side portion to the downstream side portion in the air flow direction. ing.
- the surface 107a of the measurement flow path surface 107 located on the upstream side with respect to the flow rate detection unit 200a and the surface 107b located on the downstream side have a groove-shaped bottom surface at the same height as the surface of the flow rate detection unit 200a. It is composed. Thereby, the flow of air is not disturbed in the flow rate detection unit 2a, and accurate flow rate detection can be performed.
- the side surface of the groove shape 107 has a rectifying effect on the air flowing through the flow rate detection unit 200a.
- the surface of the air flow rate measuring element 200 is covered with the resin of the resin mold portion 104 only on the side to which the wire (wiring member) 112 is connected.
- the end of the resin mold portion 104 opposite to the side covered with the resin in FIG. 3 may be covered with the resin of the resin mold portion 104.
- the air flow measuring element 200 itself is small, if there is no margin at the opposite end in the mold arrangement described later, the air flow measuring element 200 only at one end side as shown in FIG.
- the surface may be coated with a resin.
- the lead 102b is a support member (support) for the plate 111, the air flow rate measuring element 200, and the LSI 103, and also serves as an electrical wiring for the LSI 103 and the intake air temperature detecting element 105.
- the electrical wiring constituted by the leads 102b is electrically connected to the connection terminals 307a of the connector part 307 via the leads 102b exposed from the resin mold part 104 in FIG. 2A.
- the plate 111 is formed with a ventilation passage 116 that communicates the cavity 202 with the outside so that the cavity 202 is not sealed.
- the ventilation passage 116 is formed by a groove 116a and through holes 116b and 116c.
- One end of the ventilation passage 116 communicates with the cavity 202 through a through hole 116b.
- the other end of the ventilation passage 116 communicates with the outside through a through hole 116 c and a through hole 109 formed in the resin mold portion 104.
- the plate 111 may be glass or resin.
- the air flow measuring element 200 and the LSI 103 are supported by the lead 102b and the plate 111, and the lead 102b and the plate 111 constitute a support member (support) for the air flow measuring element 200 and the LSI 103. .
- FIG. 2B the direction of resin press-fitting for molding the resin mold portion 104 is indicated by an arrow 114.
- the lead frame 102 on which the circuit components are mounted is covered with a mold, and a press-fitting hole 115 for injecting resin is provided in the mold at a position indicated by a circle, and a thermosetting resin is injected into the mold from the direction of the arrow 114.
- FIG. 5A shows a state before the resin molding of the resin mold portion 104 is performed with respect to the III-III cross section of FIG. 2A.
- FIG. 5B is a cross-sectional view showing a state where an assembly in which the air flow measuring element 200 and the LSI 103 are assembled to the lead frame 102 is installed in the molds 10 and 12.
- FIG. 5C is an enlarged view showing the vicinity of the insert piece 14 and the air flow rate measuring element 200 in FIG. 5B.
- 6 is a cross-sectional view in the transverse direction when the mold is pressed, and is a diagram showing the relationship between the position where the insert 14 is pushed in the IV-IV cross section in FIG.
- the plate 111 is bonded onto the lead frame 102 using the first adhesive tape 117.
- the air flow measuring element 200 and the LSI 103 are bonded onto the plate 111 using the second adhesive tape 118.
- the thickness of the second adhesive tape 118 is made thinner than that of the first adhesive tape 117. That is, the thickness dimension of the second adhesive tape 118 is made smaller than the thickness dimension of the first adhesive tape 117.
- the air flow rate measuring element 200 and the LSI 103 are electrically connected by the wire 112, and the LSI 103 and the lead 102 b are electrically connected by the wire 113.
- FIG. 5B an assembly assembled as shown in FIG. 5A on the mold provided with the upper mold 12, the lower mold 10, the insertion piece 14, the height adjusting mechanism 15, and the resin film 16. Put in.
- the mold is opposed to the upper mold 12 that covers the lead frame 102 and the plate 111 on the side where the air flow measuring element 200 is provided, the lower mold 10 that covers the opposite side, and the diaphragm 201 of the upper mold 12. And a slot 14 that covers the diaphragm 201 by being assembled in an opening 12a provided in the portion.
- the insertion piece 14 has a recess 14 a formed in a portion facing the diaphragm 201, and the portion facing the diaphragm 201 and the diaphragm 201 are not in contact with each other. A pressing force is applied to the air flow measuring element 200 around the recess 14 a.
- the protrusion part 14b to add is provided.
- the cavity portion 17 is filled with resin to mold the resin mold portion 104, thereby producing the structure shown in FIG.
- the height of the insert piece 14 is adjusted so that the resin does not flow out in the vicinity of the diaphragm 201. Further, as shown in FIG. 5C, the insert-inside push-in positions 19a and 19b of the insert piece 14 are prevented from being applied to the substrate inclined portion 202a formed around the diaphragm 201. At this time, the insertion piece inner side pushing positions 19a and 19b consider the thickness of the resin film 16, and the thickness of the resin film 16 is included in the insertion piece inner side pushing range. That is, the insert-inside push-in positions 19 a and 19 b of the insert piece 14 are positioned outside the opening edges 21 a and 21 b of the cavity 202 of the air flow measuring element 200, respectively.
- an interval l1 (distance between the line segment bb and the line segment cc) is set between the inner frame inner pushing position 19a and the position of the opening edge 203a of the cavity 202.
- An interval l2 (a distance between the line segment ff and the line segment gg) is provided between the inner pushing position 19b and the position of the opening edge 203b of the cavity 202.
- a line segment aa is a line segment passing through the insertion frame outer side pushing position 23a by the insertion frame 14.
- the line segment bb is a line segment that passes through the insertion frame inner side pushing position 19 a by the insertion frame 14.
- a line segment cc is a line segment passing through the opening edge 203a of the substrate inclined portion 202a forming the cavity 202.
- a line segment dd is a line segment passing through the edge 201 a of the diaphragm 201.
- a line segment ee is a line segment passing through the edge 201b of the diaphragm 201.
- a line segment ff is a line segment passing through the opening edge 203b of the substrate inclined portion 202a forming the cavity 202.
- the line segment gg is a line segment that passes through the insertion frame inner side pushing position 19b by the insertion frame 14.
- the line segment hh is a line segment that passes through the insertion piece outer side pushing position 23b by
- the insert-inside push-in positions 19c and 19d of the insert piece 14 are located outside the opening edges 203c and 203d of the cavity 202 of the air flow measuring element 200, respectively.
- an interval l3 (a distance between the line segment ii and the line segment jj) is set between the insertion piece inner side pushing position 19c and the opening edge 203c of the cavity 202, and the insertion piece inner side pushing position 19d and the opening of the cavity 202 are opened.
- An interval l3 (distance between the line segment kk and the line segment l1) is provided between the position of the edge 203d.
- the insert piece inner side pushing positions 19c and 19d consider the thickness of the resin film 16, and the thickness of the resin film 16 is included in the insert piece inner push range.
- the pushing position 23a on the outer side of the insert piece and the pushing end portion 22a of the lower mold are set at substantially the same position in the surface direction of the diaphragm 201, and The pushing end 22b of the mold is set at substantially the same position in the surface direction of the diaphragm 201.
- the insert piece outer side pushing positions 23a and 23b consider the thickness of the resin film 16, and include the thickness of the resin film 16 within the insert piece outer side pushing range.
- the line segment ii is a line segment passing through the insertion frame inner side pushing position 19c by the insertion frame 14.
- the line segment jj is a line segment passing through the opening edge 203c of the substrate inclined portion 202a forming the cavity 202.
- a line segment kk is a line segment passing through the opening edge 203d of the substrate inclined portion 202a forming the cavity 202.
- a line segment ll is a line segment that passes through the insert-inward pushing position 19d by the insert piece 14.
- the opening edges of the diaphragm 201 and the cavity 202 are each formed in a square shape. Therefore, the edges 201a and 201b of the diaphragm 201 are formed in a straight line and are parallel to each other. Two edges connecting the edges 201a and 201b and perpendicular to the edges 201a and 201b are also formed in a straight line and are parallel to each other.
- the opening edges 203a, 203b, 203c, and 203d of the cavity 202 are each formed in a straight line. 203a and 203b are formed in parallel, and 203c and 203d are formed in parallel. Further, 203a and 203b and 203c and 203b intersect perpendicularly.
- the unnecessary lead frame 102 is cut, and the thermal air flow meter 300 is completed.
- FIG. 7 is a cross-sectional view showing a mold arrangement in which the diaphragm 201 is easily broken.
- FIG. 8 is a diagram illustrating a mechanism when the flow rate detection unit 200a breaks.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a mechanism when the flow rate detection unit 200a breaks due to deformation of the adhesive tape.
- a force due to the pressing of the insert piece 14 is applied to the flow rate detecting unit 200a, and a stress due to bending deformation indicated by an arrow 25 is generated in the substrate inclined part 202a.
- the diaphragm structure part including the diaphragm 201 and the substrate inclined part 202a formed around the diaphragm 201 to form the diaphragm 201 is destroyed, and the flow rate detection part 200a is damaged.
- the insert-inside push-in positions 19a, 19b, 19c, 19d of the insert piece 14 are not applied at all the positions (entire circumference) of the substrate inclined portion 202a of the flow rate detection unit 200a. Thereby, in a present Example, destruction of the diaphragm structure part of the flow volume detection part 200a can be suppressed.
- the first adhesive tape 117 and the second adhesive tape 118 are used. These adhesive tapes are soft materials in the temperature range (about 180 degrees) at the time of molding. Since there is a wire 112, the pressing area by the insert piece 14 is only near the diaphragm 201 of the flow rate detection unit 200a and is partially pressed. When the second adhesive tape 118 is thick, the adhesive tape in the pressed portion is deformed by the partial pressing as shown in FIG. 9, and the unpressed area is not deformed. Therefore, the flow rate detecting unit 200a is warped and deformed. May occur and the flow rate detection unit 200a may be destroyed. Therefore, it is preferable that the second adhesive tape 118 is thin in order to suppress warping deformation of the flow rate detection unit 200a.
- the total thickness of the lead 102b, the first adhesive tape 117, the second adhesive tape 118, the plate 111, and the air flow rate measuring element 200 varies from product to product, and the variation reaches several tens of ⁇ m at the maximum.
- the thickness dimension is small, the resin forming the resin mold portion 104 is likely to leak. Further, when the thickness dimension is large, excessive stress is applied to the flow rate detection unit 200a, and the flow rate detection unit 200a is destroyed. In other words, it is necessary to absorb some variation in the total thickness that varies from product to product.
- the first adhesive tape 117 and the second adhesive tape 118 fulfill their roles, but as described above, the second adhesive tape 118 is preferably thin. Therefore, the first adhesive tape 117 is made thicker than the second adhesive tape 118 to absorb the variation in the total thickness dimension.
- the insert piece outer side pushing positions 23a, 23b and the lower mold pushing end portions 22a, 22b are substantially matched. If the insertion piece outer side pushing positions 23a, 23b and the lower mold pushing ends 22a, 22b are not matched, the force point and the support point are different. Therefore, when the insertion piece 14 is pushed, the flow rate detection unit 200a (particularly the diaphragm 201) is warped and deformed. Occurs, and the flow rate detection unit 200a is destroyed.
- the insert piece outer side pushing positions 23a, 23b and the lower mold pushing ends 22a, 22b are substantially matched, so that the flow rate detecting unit 200a can be prevented from being broken.
- both or either of the first adhesive tape 117 and the second adhesive tape 118 can be configured with an adhesive.
- the thickness of the adhesive layer is preferably adjusted.
- the air flow rate measuring element 200 is inclined with respect to the substrate surface so that the cross section perpendicular to the substrate surface decreases from one substrate surface side to the other substrate surface side.
- a hollow portion 202 surrounded by the substrate inclined portion 202a, a diaphragm 201 that covers the hollow portion 202 on the other substrate surface side, and electric resistors 608, 652, 654, 656, and 658 formed on the diaphragm 201 are provided.
- the air flow rate measuring element 200 is supported on the support members 102 and 111.
- the thermal flow meter 300 includes a circuit package 100 in which an air flow measuring element 200 and support members 102 and 111 are covered with a resin portion 104 formed by a mold, and a sub-passage that takes in a part of the gas flowing through the main passage.
- the circuit package 100 is accommodated in the housing 301 so that the diaphragm 201 is disposed in the sub-passage 305.
- the mold 14 is set so that the action portion of the pressing force by the mold 14 that molds the resin portion 104 is located outside the substrate inclined portion 202 a on the entire circumference of the diaphragm 201.
- FIG. 10 is a circuit diagram showing a flow rate detection circuit 601 of the thermal air flow meter 300.
- the flow rate detection circuit 601 includes a flow rate detection unit 200 a having a heating element 608 and a processing unit 604.
- the processing unit 604 is realized by the LSI 103 described above.
- the processing unit 604 controls the amount of heat generated by the heating element 608 of the flow rate detection unit 200a, and outputs a signal representing the flow rate based on the output of the flow rate detection unit 200a via the terminal 662.
- the processing unit 604 includes a central processing unit (hereinafter referred to as a CPU) 612, an input circuit 614, an output circuit 616, a memory 618 that holds data representing a relationship between a correction value, a measured value, and a flow rate, and a circuit that requires a certain voltage, respectively.
- a power supply circuit 622 is provided.
- the power supply circuit 622 is supplied with DC power from an external power source such as an in-vehicle battery via a terminal 664 and a ground terminal (not shown).
- the voltage V1 is supplied from the power supply circuit 622 to the collector of the transistor 606 constituting the current supply circuit of the heating element 608, and a control signal is applied from the CPU 612 to the base of the transistor 606 via the output circuit 616. Based on this control signal, current is supplied from the transistor 606 to the heating element 608 via the terminal 624.
- the processing unit 604 controls the amount of heat generated by the heating element 608 so that the temperature of the air 30 is higher than the initial temperature by a predetermined temperature, for example, 100 ° C.
- the flow rate detection unit 200a includes a heat generation control bridge 640 for controlling the amount of heat generated by the heating element 608 and a flow rate detection bridge 650 for measuring the flow rate.
- One end of the heat generation control bridge 640 is supplied with a constant voltage V3 from the power supply circuit 622 via a terminal 626, and the other end of the heat generation control bridge 640 is connected to the ground terminal 630.
- a constant voltage V2 is supplied from one end of the flow rate detection bridge 650 from the power supply circuit 622 via a terminal 625, and the other end of the flow rate detection bridge 650 is connected to the ground terminal 630.
- the heat generation control bridge 640 includes a resistor 642 that is a resistance temperature detector whose resistance value changes based on the temperature of the heated air 30.
- the resistor 642, the resistor 644, the resistor 646, and the resistor 648 serve as a bridge circuit. It is composed.
- the potential difference between the intersection A of the resistors 642 and 646 and the intersection B of the resistors 644 and 648 is input to the input circuit 614 via the terminal 627 and the terminal 628, and the CPU 612 has a predetermined potential difference between the intersection A and the intersection B.
- the amount of heat generated by the heating element 608 is controlled by controlling the current supplied from the transistor 606 such that the value is zero volts in this embodiment.
- the flow rate detection bridge 650 includes four resistance temperature detectors, a resistor 652, a resistor 654, a resistor 656, and a resistor 658. These four resistance temperature detectors are arranged along the flow of the air 30, and the resistor 652 and the resistor 654 are arranged on the upstream side in the flow path of the air 30 with respect to the heating element 608, and the resistor 656 and the resistor 658 are arranged. Is arranged on the downstream side.
- the potential difference between the intersection C of the resistor 652 and the resistor 656 and the intersection D of the resistor 654 and the resistor 658 is input to the input circuit 614 via the terminal 631 and the terminal 632.
- the CPU 612 outputs an electrical signal representing the flow rate of the air 30 from the terminal 662 based on the measurement result.
- the CPU 612 searches for data representing the relationship between the potential difference stored in the memory 618 and the flow rate of the main passage based on the potential difference between the intersection C and the intersection D of the flow rate detection bridge 650, and the main passage.
- the terminals 664 and 662 shown in FIG. 20 are configured as leads 102b exposed from the resin mold portion 104 of FIG. 2A.
- FIG. 11 is a configuration diagram of a resistance pattern showing a circuit arrangement of the flow rate detection unit 200a of FIG.
- the flow rate detector 200a is made as a rectangular semiconductor chip.
- a rectangular diaphragm 201 in which the thickness of the semiconductor chip is reduced is formed.
- a gap 202 is formed on the back side of the diaphragm 201.
- a heating element 608 is provided at the center of the diaphragm 201.
- a resistor 642 constituting the heat generation control bridge 640 is provided around the heat generating body 608.
- Resistors 644, 646, and 648 constituting a heat generation control bridge 640 are provided outside the diaphragm 201.
- a resistor 652 and a resistor 654 that are upstream temperature measuring resistors and a resistor 656 and a resistor 658 that are downstream temperature measuring resistors are arranged so as to sandwich the heating element 608.
- both ends of the heating element 608 are connected to terminals 624 and 629, respectively.
- a current supplied from the transistor 606 to the heating element 608 is applied to the terminal 624, and the terminal 629 is grounded as a ground.
- the resistor 642, the resistor 644, the resistor 646, and the resistor 648 constituting the heat generation control bridge 640 are connected to the terminals 626 and 630, respectively.
- the connection points between the resistor 642 and the resistor 646 (intersection point A) and between the resistor 646 and the resistor 648 (intersection point B) are connected to the terminal 627 and the terminal 628.
- a connection point (intersection point D) between the resistor 654 and the resistor 658 is connected to the terminal 631.
- a connection point (intersection C) between the resistor 652 and the resistor 656 is connected to the terminal 632.
- this invention is not limited to the above-mentioned Example, Various modifications are included.
- the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations.
- air flow measuring element 200a ... flow rate detection unit, 202 ... cavity, 202a ... substrate inclined part , 203a, 203b, 203c, 203d ... opening edge of the cavity 202, 300 ... a thermal air flow meter.
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Abstract
本発明の目的は、ダイヤフラム構造部の近傍に金型を用いて形成された樹脂部を有する構造の熱式流量計において、金型押し付け時のダイヤフラム構造部の破壊を防止するために、基板面に対して傾斜した基板傾斜部202aによって囲まれた空洞部202と、空洞部を覆うダイヤフラム201と、ダイヤフラム201に形成された電気抵抗体とを有する気体流量測定素子200を支持部材102b、111上に支持し、気体流量測定素子200と支持部材102b、111とをモールドにより形成された樹脂部104で被覆した熱式流量計の製造方法において、樹脂部104をモールドする金型による押圧力の作用部が、ダイヤフラム201の全周において、基板傾斜部202aの外側に位置するように、金型14を設定する。
Description
本発明は熱式流量計に関する。
本技術分野に関連する背景技術として、特開2012-112979号公報(特許文献1)に記載された流量センサモジュールがある。
特許文献1には、「流量検出部FDUおよびその近傍を除く半導体チップCHP1の表面、ワイヤW1、リードRD1、ワイヤW2、半導体チップCHP2の主面全面、ワイヤW3及びリードRD2の一部を樹脂MRで封止する」ことが記載されている。また、「半導体チップCHP1及び半導体チップCHP2を搭載したリードフレームLFを上金型UMと下金型BMで第1空間を介して挟み込む」ことが記載されている(段落0142及び図18参照)。
さらに、「上金型UMに設置した入れ駒IPUの先端の寸法LR1を半導体チップCHP1の寸法LC1よりも大きくすることによって、気体(空気)の流れ方向の断面において、半導体チップCHP1の上部を部分的に樹脂MRで覆わない構造」が記載されている(段落0279及び図45参照)。
特許文献1に開示された技術では、流量検出部が樹脂で覆われるのを防ぐために、金型を、弾性体フィルムを介して、半導体チップの上面に押し付けている。半導体チップにはダイヤフラムが形成されており、ダイヤフラムの裏側には空洞が形成されている。この空洞は、半導体チップの上面に対して傾斜した傾斜面によって形成されている。
特許文献1では、金型の押し付け位置について、ダイヤフラム、空洞及び傾斜面(以下、ダイヤフラム構造部という)に対してどのようにすべきかについて、配慮がない。ダイヤフラム構造部は脆弱にできている。金型の押し付け力が加わった場合に半導体チップに曲げ力が加わり、その結果、この脆弱部が破損する可能性がある。
特許文献1の図45では、押し付け力がダイヤフラム構造部の外側に加わるように入れ駒が設定されている。しかし、特許文献1の図18や図27では、押し付け力がダイヤフラム構造部の内側に加わるように上金型が設定されている。そして、特許文献1には、上金型や入れ駒による押し付け力をダイヤフラム構造部に対してどのように配置すべきかについて配慮がない。
本発明の目的は、ダイヤフラム構造部の近傍に金型を用いて形成された樹脂部を有する構造の熱式流量計において、金型押し付け時のダイヤフラム構造部の破壊を防止することにある。
上記目的を達成するために、本発明の熱式流量計は、金型押し付け領域がダイヤフラム構造部にかからないようにして、ダイヤフラム構造部の近傍に金型を用いて樹脂部を成型した。
本発明によれば、金型押し付け時に生じるダイヤフラム構造部の破壊を防止することができる。さらに、流量検出部の周囲の構造部の高さや大きさを一定とすることができるので計測精度の高い熱式流量計を提供できる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明の実施例を説明する。尚、本実施例では、自動車の内燃機関に搭載されて、被計測気体30として空気を対象とする場合について説明する。しかし、空気以外の気体に対して、本発明に係る熱式流量計300を用いることができる。
まず、熱式空気流量計の全体構成について、図1A及び図1Bを用いて説明する。図1Aは、熱式空気流量計300の上面を表す平面図である。図1Bは、熱式空気流量計300の側面について、側面に設けられたカバー部材302,303を取り除いて示す平面図である。尚、図1Bは図1Aの右側面を示している。また、図1Bに示す矢印30は吸気管(図示せず)を流れる空気の向きを表している。
熱式空気流量計300の図1Aに示す面は、吸気管の中を流れる空気流れの上流側に向けて設けられる。以下、熱式空気流量計300における上下方向は、吸気管の中を流れる空気流れに対して上流側に位置する方を上、下流側に位置する方を下として説明する。この上下方向は、熱式空気流量計300が自動車等の内燃機関に取り付けられた実装状態での上下方向を意味するものではない。また、熱式空気流量計300の長さ方向300L、幅方向300Wを図1の矢印で示すように定義する。さらに、長さ方向300L及び幅方向300Wに対して垂直な方向を高さ方向と定義する。300Cは幅方向300Lにおける中心線を表す。
図1Aに示すように、熱式空気流量計300のハウジング(本体)301の両側面には、薄板状のカバー部材302,303が取り付けられている。熱式空気流量計300はフランジ部(取付部)304が吸気管の壁面に固定され、ハウジング301の先端側に吸気管を流れる空気の一部を取り込む副通路305が設けられている。305aは副通路305の入口開口である。入口開口305aはハウジング301の幅方向300Lの全体にわたって設けられている。副通路305の入口側通路部分305iは入口開口305aから下流側に進むにつれて中心線300Cの左側に向かって絞られる。入口側通路部分305iの中心線300Cから左側の部分には入口側通路部分305iの奥側に副通路305の出口側通路部分305oが形成されている。出口側通路部分305oは図1A上に示すことができないので、括弧を付けて引き出し線も点線で示している。副通路305は入口側通路部分305iと、出口側通路部分305oと、空気の流れ方向において入口側通路部分305iと出口側通路部分305oとの間に設けられ回路パッケージ400の流量検出部200aが配置される流量計測通路部分305s(後述)とで構成されている。
フランジ部304には、副通路305が設けられるのとは反対側に、コネクタ部307が設けられている。このコネクタ部307には、外部装置(例えばエンジン制御装置)に接続された信号線(通信線)が接続される。
図1Bに示すように、本体301の先端側(紙面下側)には、副通路305を構成する出口側通路部分305oと流量計測通路部分305sとが設けられている。図1Bには示されていないが、出口側通路部分305oの奥側に副通路305の入口側通路部分305iが設けられている。流量計測通路部分305sは図1Aに示す中心線300Cを介して幅方向両側に跨るように形成されており、中心線300Cに対して一方(左)の側面側に形成された入口側通路部分305iの下流端と、中心線300Cに対して他方(右)の側面側に形成された出口側通路部分305oの上流端とは、この流量計測通路部分305sによって連通することになる。
副通路305とフランジ部304との間には、回路パッケージ100が配置されている。本実施例では、回路パッケージ100は、ハウジング301を形成する樹脂によって、固定部306でハウジング301に固定されている。回路パッケージ100の流量検出部200aが露出する表面とその反対側の裏面とには、それぞれ流量計測通路部分305sの壁面との間に、空気の流れる隙間が設けられている。すなわち、回路パッケージ100は幅方向300Lにおいて、流量計測通路部分305sの中間部に配置されている。また、図1Bに示すように、回路パッケージ100は、その流量検出部200aが、熱式空気流量計300における出口側通路部分305oが形成される側面側に面するように、配置されている。
コネクタ部307には、熱式空気流量計300を外部装置(例えばエンジン制御装置)に接続された信号線(通信線)と電気的に接続して通信を行うための接続端子307aが設けられている。接続端子307aはハウジング301の内部に露出した端子307bに電気的につながっており、端子307bを介して回路パッケージ100から引き出されたリード102bに電気的に接続されている。リード102bは、LSI103や吸気温度検出素子104の入出力端子を構成する。
次に、図2A乃至図4を用いて、回路パッケージ100について説明する。図2Aは、回路パッケージ100の樹脂封止後の実装構成(外観)を示す平面図である。図2Bは、回路パッケージ100のリードフレーム102およびリードフレーム102の回路チップやセンサチップの搭載状態を示す平面図である。図3は図2AのIII-III断面を示す断面図、図4は図2A及び図3のIV-IV断面を示す断面図である。
回路パッケージ100は、空気流量測定素子200と、それを覆う樹脂モールド部104と、電気的信号を取り出すためのリード102bと、吸気温度検出素子105とで、外見上は構成されている。また、空気流量測定素子200については、後で詳述する。
回路パッケージ100は、後述する流量検出部200aやLSI103を内蔵し、熱硬化性樹脂でこれらがモールドされ、一体成形される。
回路パッケージ100は、ハウジング302から露出する突出部106を有している。突出部106には、被計測気体(本実施例では空気)30の温度を検出する機能を備えた吸気温度検出素子105が設けられている。
回路パッケージ100の表面には、空気30を流すための面として作用する計測用流路面107が回路パッケージ100の上流端から下流端まで空気30の流れ方向に長く延びる形状で成形されている。この計測用流路面107の一部に空気流量計測素子200の流量検出部200aが露出している。流量検出部200aは、空気30と熱伝達を行い、空気30の状態、例えば空気30の流速を計測し、主通路を流れる流量を表す電気信号を出力する。
計測用流路面107の裏面には、流量検出部200aに対応する位置に、図3に示す如く、樹脂モールド部104に金型の押さえ跡108が残っている。流量検出部200aは、空気30との間で熱のやり取りを行うために、樹脂モールド部104の樹脂で覆われるのを避けなければならない。そのため、流量検出部200aとその裏面の両面に金型を当て、流量検出部200aへの樹脂の流入を防止する。このために、流量検出部200a側には後述する入れ駒14が空気流量計測素子200に当接するように設けられ、流量検出部200aの裏面にはリード102bに下金型10が当接するように設けられる(図5B参照)。
図2Aにおいて、109は半導体ダイヤフラム201裏面の空洞202と連通する開口である。
回路パッケージ100の外観上に記載した斜線部分は、ハウジング302を成形する樹脂により覆われる面を示す。斜線部分がハウジング302の樹脂で覆われることにより、回路パッケージ100がハウジング302に固定される。このため、本体302の樹脂モールド工程と、回路パッケージ100の樹脂モールド工程とは異なる工程で実施される。具体的には、回路パッケージ100の樹脂モールド工程により回路パッケージ100が完成した後、本体302の樹脂モールド工程が実施される。
図2Bにおいて、破線部110の内側は、回路パッケージ100のモールド成形時に用いられる金型により覆われる部分である。
リードフレーム102は、支持枠102aにリード102bが機械的に接続されて支持された構成を有している。リード102bの中央にプレート111が搭載されている。プレート111にチップ状の流量検出部200aが構成された空気流量測定素子200と流量検出部200aで検出した電気信号の処理部を構成するLSI103とが搭載されている。空気流量測定素子200にはダイヤフラム201が設けられている。空気流量測定素子200の各端子とLSI103とがワイヤ112で電気的に接続されている。さらにLSI103の各端子と対応するリード102bとがワイヤ113で電気的に接続されている。また回路パッケージ100の接続端子となるリード部分とプレート111との間に位置するリード部分には、2つのリード102bの間にチップ状の回路部品(回路チップ)113が接続されている。
プレート111はリード102bによって支持されている。プレート111の下面にはプレート111と同等の面積の図示しないリード面が設けられており、プレート111がこのリード面上に搭載される。尚、このリード面はグランド接地されている。
リード102bは空気流量測定素子200に対する第1の支持部材を構成し、プレート111は第2の支持部材を構成する。本実施例では、リード102bと空気流量測定素子200との間に、プレート111で構成される中間プレート部材(板状部材)が構成されている。
図3に示すように、プレート111は第一の接着テープ117によりリード面上に接着されている。プレート111上には、空気流量測定素子200とLSI103とがそれぞれ第二の接着テープ118により接着されている。
図2A乃至図4から分かるように、計測用流路面107は溝形状を成しており、空気の流れ方向において、上流側の側部から下流側の側部まで全幅にわたって貫通するように設けられている。このとき、流量検出部200aに対して上流側に位置する計測用流路面107の表面107aと下流側に位置する表面107bとは、流量検出部200aの表面と同じ高さで溝形状の底面を構成している。これにより、流量検出部2aにおいて空気の流れが乱されることがなく、正確な流量検出ができる。また、溝形状107の側面は、流量検出部200aを流れる空気に対し、整流効果を有する。
本実施例では、ワイヤ(配線部材)112が接続される側だけ、空気流量測定素子200の表面を樹脂モールド部104の樹脂で被覆している。これに限らず、図3において樹脂モールド部104の樹脂で被覆されている側とは反対側の端部を、樹脂モールド部104の樹脂で被覆してもよい。しかし、空気流量測定素子200自体が小さいものであるので、後述する金型の配置において反対側の端部に余裕がなければ、図3のように一方の端部側だけで空気流量測定素子200の表面を樹脂で被覆してもよい。
リード102bは、プレート111、空気流量測定素子200及びLSI103の支持部材(支持体)であり、かつLSI103や吸気温度検出素子105の電気配線を兼ねている。リード102bによって構成される電気配線は、図2Aにおいて樹脂モールド部104から露出したリード102bを介して、コネクタ部307の接続端子307aに電気的に接続されている。
プレート111には、空洞202が密閉されないように、空洞202と外部とを連通する換気通路116が形成されている。換気通路116は、溝116aと貫通孔116b,116cとで形成されている。換気通路116の一方の端部は、貫通孔116bで空洞202に連通している。換気通路116の他方の端部は、貫通孔116cと、樹脂モールド部104に形成された貫通孔109とを通じて、外部に連通している。このプレート111はガラスでも、樹脂でも構わない。
本実施例では、空気流量測定素子200及びLSI103は、リード102b及びプレート111によって支持されており、リード102b及びプレート111が空気流量測定素子200及びLSI103の支持部材(支持体)を構成している。
図2Bに、樹脂モールド部104を成型するための樹脂の圧入方向を、矢印114で示している。回路部品を搭載したリードフレーム102を金型で覆い、金型に樹脂注入用の圧入孔115を丸印の位置に設け、矢印114の方向から熱硬化性樹脂を前記金型内に注入する。
次に、図5A、図5B及び図6を用いて、回路パッケージ100の製造方法を説明する。図5Aは、図2AのIII-III断面について、樹脂モールド部104の樹脂モールドが実施される前の状態を示している。図5Bは、リードフレーム102に空気流量測定素子200とLSI103とを組み付けた組立体を金型10,12に据え付けた状態を示す断面図である。図5Cは、図5Bにおける入れ駒14及び空気流量測定素子200の近傍を拡大して示す図である。図6は、金型押し付け時の横方向断面図であり、図2AにおけるIV-IV断面での入れ駒14押し込み位置と基板傾斜部20との関係を示す図である。
リードフレーム102上に第一の接着テープ117を用いてプレート111を接着する。次に、プレート111上に第二の接着テープ118を用いて空気流量測定素子200とLSI103を接着する。この際、第二の接着テープ118の厚さを第一の接着テープ117よりも薄くするようにする。すなわち、第二の接着テープ118の厚み寸法を第一の接着テープ117の厚み寸法よりも小さくする。次に、空気流量測定素子200とLSI103とをワイヤ112により電気的に接続し、LSI103とリード102bとをワイヤ113により電気的に接続する。その後、図5Bに示すように、上金型12、下金型10、入れ駒14、高さ調整機構15、樹脂フィルム16を設けた金型に、図5Aに示すように組み立てた組立体を入れる。
金型は、リードフレーム102及びプレート111に対して空気流量測定素子200が設けられる側を覆う上金型12と、反対側を覆う下金型10と、上金型12のダイヤフラム201に対向する部分に設けられた開口部12aに組み付けられてダイヤフラム201を覆う入れ駒14とを備えている。入れ駒14は、ダイヤフラム201に対向する部分に凹部14aが形成され、ダイヤフラム201に対向する部分とダイヤフラム201とが非接触状態であり、凹部14aの周囲には空気流量測定素子200に押圧力を加える突出部14bが設けられている。
金型を設定した後、空洞部17に樹脂を充填して樹脂モールド部104を成型し、図3の構造を作製する。
この場合、入れ駒14の高さを調整して、樹脂がダイヤフラム201近傍に流れ出ないようにする。また、図5Cに示すように、入れ駒14の入れ駒内側押し込み位置19a,19bはダイヤフラム201の周囲に形成される基板傾斜部202aにかからないようにする。このとき、入れ駒内側押し込み位置19a,19bは樹脂フィルム16の厚みを考慮しており、入れ駒内側押し込み範囲内に樹脂フィルム16の厚みを含めている。すなわち、入れ駒14の入れ駒内側押し込み位置19a,19bが、それぞれ空気流量測定素子200の空洞202の開口縁21a,21bの外側に位置している。これにより、ダイヤフラム201の面に沿う方向において、入れ駒内側押し込み位置19aと空洞202の開口縁203aの位置との間に間隔l1(線分bbと線分ccとの距離)を、また入れ駒内側押し込み位置19bと空洞202の開口縁203bの位置との間に間隔l2(線分ffと線分ggとの距離)を設けている。
尚、図5Cにおいて、線分aaは入れ駒14による入れ駒外側押し込み位置23aを通る線分である。線分bbは入れ駒14による入れ駒内側押し込み位置19aを通る線分である。線分ccは空洞202を形成する基板傾斜部202aの開口縁203aを通る線分である。線分ddはダイヤフラム201の縁201aを通る線分である。線分eeはダイヤフラム201の縁201bを通る線分である。線分ffは空洞202を形成する基板傾斜部202aの開口縁203bを通る線分である。線分ggは入れ駒14による入れ駒内側押し込み位置19bを通る線分である。線分hhは入れ駒14による入れ駒外側押し込み位置23bを通る線分である。
図6に示すように、横断面においても、入れ駒14の入れ駒内側押し込み位置19c,19dは、それぞれ空気流量測定素子200の空洞202の開口縁203c,203dの外側に位置している。これにより、入れ駒内側押し込み位置19cと空洞202の開口縁203cの位置との間に間隔l3(線分iiと線分jjとの距離)を、また入れ駒内側押し込み位置19dと空洞202の開口縁203dの位置との間に間隔l3(線分kkと線分llとの距離)を設けている。このとき、入れ駒内側押し込み位置19c,19dは樹脂フィルム16の厚みを考慮しており、入れ駒内側押し込み範囲内に樹脂フィルム16の厚みを含めている。
さらに、図5Cに示すように、入れ駒外側の押し込み位置23aと下金型の押し込み端部22aとを、ダイヤフラム201の面方向においてほぼ同じ位置に設定し、入れ駒外側の押し込み位置23bと下金型の押し込み端部22bとをダイヤフラム201の面方向においてほぼ同じ位置に設定している。このとき、入れ駒外側押し込み位置23a,23bは樹脂フィルム16の厚みを考慮しており、入れ駒外側押し込み範囲内に樹脂フィルム16の厚みを含めている。
尚、線分iiは入れ駒14による入れ駒内側押し込み位置19cを通る線分である。線分jjは空洞202を形成する基板傾斜部202aの開口縁203cを通る線分である。線分kkは空洞202を形成する基板傾斜部202aの開口縁203dを通る線分である。線分llは入れ駒14による入れ駒内側押し込み位置19dを通る線分である。
ダイヤフラム201と空洞202の開口縁はそれぞれ四角形に形成されている。従って、ダイヤフラム201の縁201aと201bとは直線状に形成され、かつ平行である。縁201aと201bとをつなぐ、縁201aと201bとに垂直な2つの縁も直線状に形成され、かつ平行である。また、空洞202の開口縁203a,203b,203c,203dは、それぞれが直線状に形成されている。そして、203aと203bとが平行に、203cと203dとが平行に形成されている。また、203a及び203bと、203c及び203bとは、垂直に交わる。
上述したように設定した金型内に樹脂を注入し、樹脂モールド部104を形成した後、余計なリードフレーム102を切断し、熱式空気流量計300が完成する。
次に本実施例の作用効果について説明する。
本実施例では空気流れに影響を与える流量検出部200a周囲の樹脂モールド部104を、金型を使用して製作しているので、製品毎に樹脂モールド部の高さや広がりのばらつきを少なくして製作することができる。これにより、計測精度の高い熱式流量計を提供できる。
また、本実施例では、入れ駒14の入れ駒内側押し込み位置19a,19b,19c,19dは、図5B、図6に示したようにダイヤフラム201の周囲に形成される基板傾斜部202aにかからないようにしている。入れ駒内側押し込み位置19a,19b,19c,19dが基板傾斜部202aにかかるようにした場合について、図7、図8及び図9を用いて説明する。図7は、ダイヤフラム201が破壊しやすい金型配置を示す断面図である。図8は、流量検出部200aが破壊する際のメカニズムを示した図である。図9は、接着テープの変形により流量検出部200aが破壊する際のメカニズムを示した図である。
図8に示すように、入れ駒14の押し込みによる力が流量検出部200aに印加され、基板傾斜部202aに矢印25で示す曲げ変形による応力が発生する。これにより、ダイヤフラム201と、ダイヤフラム201を構成するためにダイヤフラム201の周囲に形成された基板傾斜部202aとを含むダイヤフラム構造部が破壊され、流量検出部200aが破損する。本実施例では、入れ駒14の入れ駒内側押し込み位置19a,19b,19c,19dは、流量検出部200aの基板傾斜部202aのすべての位置(全周)において、かからないようにしている。これにより、本実施例では、流量検出部200aのダイヤフラム構造部の破壊を抑制することができる。
また、本実施例では、第一の接着テープ117や第二の接着テープ118を用いている。これらの接着テープは、モールド時の温度域(180度程度)では柔らかい材料である。入れ駒14による押し付け領域は、ワイヤ112があるので、流量検出部200aのダイヤフラム201近傍のみとなり、部分的な押し付けとなる。第二の接着テープ118が厚い場合、図9に示したように上記部分的な押し付けにより、押し付け部分の接着テープが変形し、押し込んでいない領域が変形しないので、流量検出部200aに反り変形が生じ、流量検出部200aが破壊する場合がある。そのため、第二の接着テープ118は流量検出部200aの反り変形を抑制するため、薄い方が好ましい。しかし、リード102b、第一の接着テープ117、第二の接着テープ118、プレート111、及び空気流量測定素子200のトータルの厚さは製品毎に異なり、そのばらつきは最大で数十μmに達する。厚さ寸法が小さい場合には、樹脂モールド部104を形成する樹脂が漏れ出し易くなる。また、厚さ寸法が大きい場合には、流量検出部200aに過大な応力が印加され、流量検出部200aが破壊する。つまり、製品毎に異なるトータル厚さ寸法のばらつきをどこかで吸収する必要がある。第一の接着テープ117や第二の接着テープ118はその役割を果たすが、先ほど説明したように、第二の接着テープ118は薄い方が好ましい。そのため、第一の接着テープ117を第二の接着テープ118よりも厚くするようにし、トータル厚さ寸法のばらつきを吸収するようにした。
さらに、本実施例では、入れ駒外側押し込み位置23a,23bと下金型押し込み端部22a,22bとをほぼ一致させている。もし入れ駒外側押し込み位置23a,23bと下金型押し込み端部22a,22bとを一致させない場合、力点と支持点が異なるので、入れ駒14押し込み時には流量検出部200a(特にダイヤフラム201)に反り変形が生じ、流量検出部200aが破壊してしまう。本実施例では、入れ駒外側押し込み位置23a,23bと下金型押し込み端部22a,22bをほぼ一致させているので、流量検出部200aの破壊を抑制することができる。
尚、第一の接着テープ117及び第二の接着テープ118の両方或いはそのいずれかを、接着剤で構成することも可能である。この場合、接着剤の層の厚みを調整すると良い。
以上説明したように、本実施例では、空気流量測定素子200に、一方の基板面側から他方の基板面側に向けて基板面に垂直な断面が縮小するように基板面に対して傾斜した基板傾斜部202aによって囲まれた空洞部202と、他方の基板面側で空洞部202を覆うダイヤフラム201と、ダイヤフラム201に形成された電気抵抗体608,652,654,656,658とを有する。空気流量測定素子200は支持部材102,111上に支持される。熱式流量計300は、空気流量測定素子200と支持部材102,111とをモールドにより形成された樹脂部104で被覆した回路パッケージ100と、主通路を流れる気体の一部を取り込む副通路とを備える。回路パッケージ100は、そのダイヤフラム201が副通路305に配置されるようにハウジング301内に収容される。このとき、樹脂部104をモールドする金型14による押圧力の作用部が、ダイヤフラム201の全周において、基板傾斜部202aの外側に位置するように、金型14を設定している。
次に、図10を用いて、熱式空気流量計300の流量検出回路601について説明する。図10は熱式空気流量計300の流量検出回路601を示す回路図である。
流量検出回路601は、発熱体608を有する流量検出部200aと処理部604とを備えている。処理部604は上述のLSI103によって実現される。処理部604は、流量検出部200aの発熱体608の発熱量を制御すると共に、流量検出部200aの出力に基づいて流量を表す信号を、端子662を介して出力する。処理部604は、Central Processing Unit(以下CPUと記す)612と入力回路614、出力回路616、補正値や計測値と流量との関係を表すデータを保持するメモリ618、一定電圧をそれぞれ必要な回路に供給する電源回路622を備えている。電源回路622には車載バッテリなどの外部電源から、端子664と図示していないグランド端子を介して直流電力が供給される。
電源回路622から、発熱体608の電流供給回路を構成するトランジスタ606のコレクタに電圧V1が供給され、CPU612から出力回路616を介してトランジスタ606のベースに制御信号が加えられる。この制御信号に基づいてトランジスタ606から端子624を介して発熱体608に電流が供給される。処理部604は、空気30の温度が当初の温度より所定温度、例えば100℃、だけ高くなるように発熱体608の発熱量を制御する。
流量検出部200aは、発熱体608の発熱量を制御するための発熱制御ブリッジ640と、流量を計測するための流量検知ブリッジ650と、を備えている。発熱制御ブリッジ640の一端には、電源回路622から一定電圧V3が端子626を介して供給され、発熱制御ブリッジ640の他端はグランド端子630に接続されている。また流量検知ブリッジ650の一端には、電源回路622から一定電圧V2が端子625を介して供給され、流量検知ブリッジ650の他端はグランド端子630に接続されている。
発熱制御ブリッジ640は、熱せられた空気30の温度に基づいて抵抗値が変化する測温抵抗体である抵抗642を有しており、抵抗642と抵抗644、抵抗646、抵抗648はブリッジ回路を構成している。抵抗642と抵抗646の交点Aおよび抵抗644と抵抗648との交点Bの電位差が端子627および端子628を介して入力回路614に入力され、CPU612は交点Aと交点Bとの間の電位差が所定値、この実施例ではゼロボルト、になるようにトランジスタ606から供給される電流を制御して発熱体608の発熱量を制御する。
流量検知ブリッジ650は、抵抗652、抵抗654、抵抗656及び抵抗658の4つの測温抵抗体で構成されている。これら4つの測温抵抗体は空気30の流れに沿って配置されており、抵抗652と抵抗654とは発熱体608に対して空気30の流路における上流側に配置され、抵抗656と抵抗658とは下流側に配置されている。
抵抗652と抵抗656との交点Cと、抵抗654と抵抗658との交点Dとの間の電位差が端子631と端子632を介して入力回路614に入力される。CPU612は計測結果に基づいて空気30の流量を表す電気信号を端子662から出力する。
このとき、CPU612は流量検知ブリッジ650の交点Cと交点Dとの間の電位差に基づいて、メモリ618に記憶されている前記電位差と主通路の流量との関係を表すデータを検索し、主通路の流量を求める。図20に示す端子664および端子662は図2Aの樹脂モールド部104から露出したリード102bとして構成される。
次に、図11を用いて、空気流量測定素子200に構成された流量検出部200aについて説明する。図11は、図10の流量検出部200aの回路配置を示す抵抗パターンの構成図である。
流量検出部200aは矩形形状の半導体チップとして作られている。
流量検出部200aには、半導体チップの厚さを薄くした矩形形状のダイヤフラム201が形成されている。このダイヤフラム201の裏面側には、空隙202が成形されている。
ダイヤフラム201の中央部には発熱体608が設けられている。発熱体608の周囲に発熱制御ブリッジ640を構成する抵抗642が設けられている。ダイヤフラム201の外側に発熱制御ブリッジ640を構成する抵抗644、646、648が設けられている。
また、発熱体608を挟むように、上流測温抵抗体である抵抗652、抵抗654と下流測温抵抗体である抵抗656、抵抗658とが配置されている。
また、発熱体608の双方の端部は、端子624および629にそれぞれ接続されている。ここで、図10に示すように、端子624にはトランジスタ606から発熱体608に供給される電流が加えられ、端子629はグランドとして接地される。
発熱制御ブリッジ640を構成する抵抗642、抵抗644、抵抗646、抵抗648は、それぞれ接続されて、端子626と630に接続される。また、抵抗642と抵抗646との間(交点A)、抵抗646と抵抗648との間(交点B)の接続点は、端子627と端子628に接続される。また、抵抗654と抵抗658との接続点(交点D)は端子631に接続されている。抵抗652と抵抗656との接続点(交点C)は端子632に接続されている。
なお、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
10…下金型、12…上金型、201…ダイヤフラム、14…入れ駒、15…高さ調整機構、16…樹脂フィルム、17…空洞部、19a,19b,19c,19d…入れ駒内側押し込み位置、22a,22b…下金型押し込み端部、23a,23b…入れ駒外側押し込み位置、100…回路パッケージ、102…リードフレーム、102a…リード、103…LSI、104…樹脂モールド部、111…プレート、112,113…ワイヤ、116…換気通路、117…第一の接着テープ、118…第二の接着テープ、200…空気流量測定素子、200a…流量検出部、202…空洞、202a…基板傾斜部、203a,203b,203c,203d…空洞202の開口縁、300…熱式空気流量計。
Claims (7)
- 一方の基板面側から他方の基板面側に向けて前記基板面に垂直な断面が縮小するように前記基板面に対して傾斜した基板傾斜部によって囲まれた空洞部と、前記他方の基板面側で前記空洞部を覆うダイヤフラムと、前記ダイヤフラムに形成された電気抵抗体とを有する気体流量測定素子を支持部材上に支持し、前記気体流量測定素子と前記支持部材とをモールドにより形成された樹脂部で被覆した回路パッケージを備え、前記回路パッケージの前記ダイヤフラムを気体を取り込む副通路に配置し、前記電気抵抗体を使用して気体の流量を測定する熱式流量計の製造方法において、
前記樹脂部をモールドする金型による押圧力の作用部が、前記ダイヤフラムの全周において、前記基板傾斜部の外側に位置するように、前記金型を設定することを特徴とする熱式流量計の製造方法。 - 請求項1に記載の熱式流量計の製造方法において、
前記気体流量測定素子と前記支持部材との積層構造の中に前記気体流量測定素子の前記基板面を構成する基板よりもヤング率の低い接着層を含むことを特徴とする熱式流量計の製造方法。 - 請求項2に記載の熱式流量計の製造方法において、
前記接着層は、接着テープによって構成されることを特徴とする熱式流量計の製造方法。 - 請求項3に記載の熱式流量計の製造方法において、
前記支持部材は、前記回路パッケージの配線部材を兼ねる金属製のリード部材と、前記リード部材と前記気体流量測定素子との間に配設されるプレートとを備え、
前記リード部材と前記プレートとを第一の接着テープで接着し、前記プレートと前記気体流量測定素子とを第二の接着テープで接着したことを特徴とする熱式流量計の製造方法。 - 請求項4に記載の熱式流量計の製造方法において、
前記第二の接着テープの厚み寸法を前記第一の接着テープの厚み寸法よりも小さくしたことを特徴とする熱式流量計の製造方法。 - 請求項5に記載の熱式流量計の製造方法において、
前記金型は、前記支持部材に対して前記気体流量測定素子が設けられる側を覆う上金型と、反対側を覆う下金型と、前記上金型の前記ダイヤフラムに対向する部分に設けられた開口部に組み付けられて前記ダイヤフラムを覆う入れ駒とを備え、
前記入れ駒は、前記ダイヤフラムに対向する部分に凹部が形成され、前記ダイヤフラムに対向する部分とダイヤフラムとが非接触状態であり、前記凹部の周囲に形成されて前記気体流量測定素子に押圧力を加える突出部における内周側の縁が前記基板傾斜部の外側に配置され、
前記入れ駒が当接する位置の反対側から、前記リード部材に金型を当接させることを特徴とする熱式流量計の製造方法。 - 請求項6に記載の熱式流量計の製造方法において、
前記入れ駒の前記凹部と前記突出部の表面に樹脂フィルムが設けられ、
前記突出部の表面に設けられた樹脂フィルムの前記気体流量測定素子との接触部を、前記基板傾斜部の外側に配置することを特徴とする熱式流量計の製造方法。
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