(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、ダイアフラム裏面の空間を完全密閉してもダイアフラムの応力を緩和できる構造とし、厳しい環境下においてもダイアフラム裏面の空洞を保護しつつ高精度に流量検出可能な熱式流量測定装置を提供することにある。【解決手段】  ダイアフラム裏面側の空洞を完全密閉し、ダイアフラム表裏面の圧力差を緩和するため、ダイアフラムよりもヤング率の小さい封止材で密閉空間を覆う。【選択図】  図6
2020003440.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗が形成されたダイアフラムを有する流量検出素子を、該ダイアフラムが露出するように樹脂で封止した樹脂パッケージを備える熱式流量測定装置であって、
前記ダイアフラム裏面側に形成される空洞部を含む密閉空間を形成する壁面の一部が、前記ダイアフラムよりもヤング率の小さい封止部材で構成されている熱式流量測定装置。
【請求項２】
抵抗が形成されたダイアフラムを有する流量検出素子を、該ダイアフラムが露出するように樹脂で封止した樹脂パッケージを備える熱式流量測定装置であって、
前記ダイアフラム裏面側に形成される空洞部を含む密閉空間を形成する壁面の一部が、前記ダイアフラムよりも変形しやすい封止部材で構成されている熱式流量測定装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の熱式流量測定装置であって、
前記ダイアフラムの面積は前記封止部材よりも面積が小さい熱式流量測定装置。
【請求項４】
請求項１または２に記載の熱式流量測定装置であって、
前記封止部材はバイパス通路から隔離された空間に備えられる熱式流量測定装置。
【請求項５】
請求項１または２に記載の熱式流量測定装置であって、
前記樹脂パッケージは、リードフレームと、前記リードフレーム上に設けられる第１の中間部材と、前記第１の中間部材上に設けられた第２の中間部材と、前記第２の中間部材上に設けられる前記流量検出素子と、を備え、
前記リードフレームと前記第１の中間部材に形成された孔と前記封止材により第２の密閉空間が形成され、
前記第２の密閉空間は、前記封止材を介して前記密閉空間と隣接する請求項１乃至３の何れかに記載の熱式流量測定装置。
【請求項６】
請求項５に記載の熱式流量測定装置であって、
前記第２の密閉空間は、前記密閉空間よりも体積が小さいことを特徴とする熱式流量測定装置。
【請求項７】
請求項１または２に記載の熱式流量測定装置であって、
前記樹脂パッケージは、
リードフレームと、前記リードフレーム上に設けられた中間部材と、前記中間部材上に設けられた前記流量センサと、前記中間部材上に設けられた処理回路と、を備え、
前記密閉空間は、前記中間部材に設けられた溝とリードフレームにより構成された空間を含み、
前記中間部材は、前記処理回路に対して前記流量センサとは反対側に設けられる孔を備え、
前記孔は前記溝と連通しており、
前記孔の開口部は、前記封止材により覆われている熱式流量測定装置
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は被測定気体の流量を計測する流量計に係り、特に、内燃機関の吸入空気量を計測する熱式空気流量計に関する。
【背景技術】
【０００２】
気体流量を計測する熱式空気流量計は、流量を計測するための流量検出部を備え、前記流量検出部と計測対象である気体との間で熱伝達を行うことにより、気体の流量を計測するように構成されている。熱式空気流量計が計測する流量は、様々な装置において重要な制御パラメータとして広く使用されている。熱式空気流量計の特徴は、他方式の流量計に比べ相対的に高い精度で気体流量、例えば質量流量を計測できることである。
【０００３】
しかし、さらなる気体流量計測精度の向上が望まれている。例えば、内燃機関を搭載した車両では、省燃費の要望や排気ガス浄化の要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、内燃機関の主要パラメータである吸入空気量の計測高精度化、高速応答化が求められている。内燃機関に導かれる吸入空気量を計測する熱式空気流量計は、吸入空気量の一部を取り込む副通路と前記副通路に配置されたセンサチップを備え、センサチップに備えられる前記流量検出部が被計測気体との間で熱伝達を行うことにより、前記副通路を流れる被計測気体の状態を計測して、前記内燃機関に導かれる吸入空気量を表す電気信号を出力する。上記センサチップは半導体マシニング技術により形成された部分的な空洞部及び薄膜部を有する。上記薄膜部をダイアフラムと呼び、ダイアフラム上に流量検出部を形成することで熱式空気流量計の応答速度の更なる高速化が可能となる。しかし、ダイアフラム上に配置された抵抗体に応力がかかると、ピエゾ効果により抵抗値が変化するため、流量計測時の誤差要因となる。流量計測時にダイアフラムの表裏面に圧力差が生じると、ダイアフラムに応力が発生する。そのため、ダイアフラム表裏面の圧力差を抑制する技術が必要となる。このような技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第５７３８８１８号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
近年では、エンジンのアトキンソン化(吸気バルブ遅閉化)および高EGR率によって未燃焼ガスや水分が吸入空気測定装置に到達する量が増えてきている。また、エンジン排気量のダウンサイジング化に伴い、エンジンルーム内のレイアウトの縮小化が進んでいるため、吸入空気測定装置が使用される環境がエンジンに近づくことで、より未燃焼ガスや水分が到達しやすい環境になってきている。このような環境下においては、文献1に記載の構造では、ダイアフラム裏面に通じる孔が塞がれて特性が悪化してしまうという新たな課題が発生してしまう。
【０００６】
本発明の目的は、今後のエンジンのトレンドである高EGR環境およびアトキンソン化(吸気バルブ遅閉化)においても高精度な吸入空気流量を測が可能な吸入空気測定装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明における熱式流量測定装置は、抵抗が形成されたダイアフラムを有する流量検出素子を、該ダイアフラムが露出するように樹脂で封止した樹脂パッケージを備え、前記ダイアフラム裏面側に形成される空洞部を含む密閉空間を形成する壁面の一部が、前記ダイアフラムよりもヤング率の小さい封止部材で構成されている。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、エンジンのアトキンソン化(吸気バルブ遅閉化)および高EGR率のような過酷な環境下においても高精度に吸入空気流量を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】気体流量測定装置のボディへの装着図
【図２】図1のA-A’断面図
【図３】チップパッケージを用いた場合の第一の実施形態の気体流量測定装置の回路
【図４】チップパッケージアッセンブリの平面図
【図５】第一の実施形態のチップパッケージアッセンブリの断面図
【図６】第ニの実施形態のチップパッケージアッセンブリの断面図
【図７】第三の実施形態のチップパッケージアッセンブリの断面図
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明による気体流量測定装置の実施の形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１１】
本発明の第１の実施形態について、図1から図6を用いて説明する。図1は、本発明の第1の実施形態である気体流量測定装置1を吸気管に装着した図を示す。
【００１２】
図2において、気体流量測定装置1は内燃機関の吸気流路を形成する気体通路ボディ3に取り付けて主通路6を流れる気体8にさらす構成である。そのため、気体温度検出素子(サーミスタあるいは気体温度測定抵抗体とも呼ばれる)2は吸気流体にさらされるように、気体流量測定装置1の上流側に備え付けられている。また、チップパッケージ5には、固定抵抗9や気体温度検出素子2が備え付けられており、この固定抵抗9と気体温度検出素子2の直列回路で気体温度検出回路22が構成されている。気体温度検出回路22は副通路7とは隔離されている。固定抵抗9はチップパッケージ5に直接実装されてもよいが、チップパッケージ5内に設けられる集積回路21内に設けられても良い。ここで、集積回路21としては、LSIやマイコンなどが考えられる。
【００１３】
図3において、気体温度検出素子2で検出した気体温度は、チップパッケージ5内の気体温度検出回路22により、電圧信号に変換され、アナログ-デジタル変換器ADに入力される、また、集積回路21内には、チップパッケージ5相当の温度を検出するための基板温度を検出するために集積回路内の温度センサ12が備え付けられている。これにより、気体温度と空気流量測定装置1のそれぞれの温度を検出することが出来る。
【００１４】
図4は、チップパッケージの構成を示し、図4のB-B’断面を図5に示す。リードフレーム31上に中間部材38が接着剤33によって接着され、さらに、中間部材38上には吸気流量検出素子4と集積回路28が接着剤33によって接着されている。吸気流量検出素子4と集積回路28は金線29によって電気的に接続されている。吸気温度検出素子の裏面空洞35は中間部材38に設けられた溝32とつながっている。溝32の一方は吸気流量検出素子4で覆われており、もう一方は、封止材36で覆われている。封止材36は中間部材38上に接着材33で接着され、全体を樹脂でモールドしてチップパッケージ5となる。このとき、吸気流量検出素子4と封止材36とリードフレーム31の一部はチップパッケージ5の樹脂で覆われずむき出しとなっている。このように、エレメント裏面34の空間は中間部材38と封止材36とリードフレーム31によって完全に密閉される構造となる。これによって、EGR、未燃焼ガス、水分がチップパッケージに到達しても、エレメント裏面34には到達しない構造であるため、EGR、未燃焼ガス、水分の影響を受けずに流量を検出することが可能となる。
【００１５】
さらに、エレメント裏面の空洞34が完全密閉されると、温度変化によって内部の空気が膨張、収縮することで、ダイアフラム35が変形し流量の検出精度が悪化してしまう。そこで、封止材36はダイアフラム35よりもヤング率が小さい材料で構成されることで、ダイアフラム34よりも先に封止材36が変形するようにすることで、空気の膨張、収縮によるダイアフラム34の変形を防止することができる。これによって、エレメント裏面の空洞34が完全密閉されていても温度変化によってダイアフラムが変形することなく、EGR、未燃焼ガス、水分からエレメント裏面の空洞34を保護することができ、高精度に流量を検出することが可能となる。
【００１６】
ここで、封止材36のヤング率は105GPa以下で、封止材36の厚さはダイアフラムの厚さより小さく2μm以下とし、ダイアフラム35の面積は、封止材36の面積より小さい。
【００１７】
本実施例によれば、ダイアフラム35の裏面側に形成された空洞35を含む密閉空間を形成する壁面の一部を、ダイアフラム35よりもヤング率が小さい材料である封止材36で形成するようにしているので、空気の膨張によるダイアフラムの変形を抑制でき、高精度に流量を検出することが可能となる。また、ダイアフラム裏面を密封することにより、ＥＧＲ、未燃焼ガス、水分から空洞34を保護することが可能となる。さらに、中間部材38に形成された溝32とリードフレーム31でも密閉空間を形成していることにより、封止材36を回路室内に形成することが可能となるので、副通路内に直接さらされることを防止でき、信頼性をより向上させることが可能となる。
【実施例２】
【００１８】
次に、実施例２について図6より説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。
【００１９】
実施例1では封止材36が集積回路28を挟んで吸気流量検出素子4と反対側に配置する例を示したが、実施例2では、吸気流量検出素子4の直下に封止材36を配置する例を示す。実施例2では、リードフレーム31上に第1の中間部材38ａが接着剤33によって接着され、第1の中間部材38ａ上に封止材36が接着剤33によって接着されている。さらに、封止材36上に第２の中間部材38bが接着剤33によって接着され、第2の中間部材38b上に吸気流量検出素子4が接着剤によって接着される。第1の中間部材38aと第2の中間部材38bにはそれぞれ孔が形成されており、孔を覆うように封止材36が設けられている。この構造では、エレメント裏面の空洞34と封止材36と第1の中間部材38とリードフレーム31で囲まれた空間37が封止材36を挟んで隣設する構造となっている。このとき、エレメント裏面の空洞34の体積は、空間37の体積よりも体積が大きくなる構造とする。
【００２０】
本実施例によれば、エレメント裏面の空洞34を中間部材38によって、集積回路28の反対側まで延長することなく、密封状態としつつ、高精度に流量を検出することが可能となる。
【実施例３】
【００２１】
次に、実施例３について図7より説明する。実施例１と同様の構成については説明を省略する。
【００２２】
実施例1および実施例2では、中間部材を用いて空洞を設けつつ、エレメント裏面の空洞34を完全に密閉する構造としていたが、本実施例では、中間部材を用いないで完全密閉する構造例を示す。リードフレーム31上に封止材36が接着剤33によって接着され、封止材36上に吸気流量検出素子4が接着剤33によって接着されている。本実施例では、封止材はチップパッケージより露出する構造となるが、エレメント裏面の空洞34は密閉される構造とすることができる。これにより、部品点数を削減し、安価で高精度に流量が検出可能となる。
【符号の説明】
【００２３】
１‥気体流量測定装置，２‥気体温度検出素子，３‥吸気管，４‥吸気流量検出素子，５‥チップパッケージ，６‥主通路，７‥副通路，８‥空気の流れ，９‥固定抵抗，１０‥デジタル信号処理DSP，１１‥アナログ-デジタル変換器AD1、１２‥集積回路内の温度センサ、１３‥アナログ-デジタル変換器AD2、１４‥アナログ-デジタル変換器AD3、１５‥PROM、１６‥デジタル-アナログ変換器DA1、１７‥フリーランニングカウンタFRC1、１８‥デジタル-アナログ変換器DA2、１９‥フリーランニングカウンタFRC2、２０‥発振器、２１‥集積回路、２２‥気体温度検出回路、２３‥レギュレータ、２４‥マルチプレクサMUX1、２５‥マルチプレクサMUX2、２６‥エンジンコントロールユニットECU、２７‥SENT生成器、２８‥集積回路(LSI)、２９‥金線、３０‥溝、３１‥リードフレーム、３２‥溝、３３‥接着剤、３４‥エレメント裏面の空洞、３５‥ダイアフラム、３６‥封止材、３７‥封止材とリードフレームで作られた空洞、３８‥中間部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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