(57)【要約】      （修正有）【課題】高精度な空気流量計を提供する。【解決手段】複数の基板が積層され基板に回路を形成する電子部品が搭載される回路基板１８と、回路基板に設けられ被計測流体に曝される流量検出素子５と、を有する熱式空気流量計において、回路基板は、その色調を黒色或いは暗色化した。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の基板が積層され前記基板に回路を形成する電子部品が搭載される回路基板と、前記回路基板に設けられ被計測流体に曝される流量検出素子と、を有する熱式空気流量計において、
前記回路基板は、その色調を黒色或いは暗色化したものであることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項２】
請求項１に記載の熱式空気流量計において、
前記回路基板は、周囲より照射される電磁エネルギーを吸収しやすくかつ、反射がしにくく、透過しにくい物理状態としたことを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項３】
導電性層が形成された複数のグリーンシートを多層に積層してなる積層体と、
前記積層体を焼成することにより製造される多層セラミック基板と、を有し
前記グリーンシートは、ガラスとアルミナパウダーとバインダとからなり、
前記ガラスは、黒色化、或いは、暗色化したものからなることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項４】
請求項３に記載の熱式空気流量計において、
前記ガラスを黒色化、或いは、暗色化するために添加剤として、酸化マンガン、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化銅等の１種類、或いは、少なくとも２種類以上を配合したものからなることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項５】
請求項３に記載の熱式空気流量計において、
前記ガラスを黒色化、或いは、暗色化するために添加剤として、硫化物、塩化物を配合ししたものからなることを特徴とする熱式空気流量計。
【請求項６】
導電性層が形成された複数のグリーンシートを多層に積層してなる積層体と、
前記積層体を焼成することにより製造される多層セラミック基板と、を有し
前記グリーンシートは、ガラスとアルミナパウダーとバインダからなり、
前記アルミナパウダーは、表面に金属めっきを施したパウダーからなることを特徴とする多層セラミック基板の構造を有する熱式空気流量計。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれかに記載の熱式空気流量計において、
セラミックシートを、該多層セラミック基板の表面と裏面にのみ積層したこと、及び表面或いは裏面を黒色のガラスペーストで表層膜を形成し、黒色化し着色したことを特徴とする多層セラミック基板の構造を有する熱式空気流量計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱抵抗体を利用して流量を計測する流量センサに係り、特に、自動車用エンジンに吸入される吸入空気量を検出する流量測定装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、自動車等の内燃機関の吸入空気通路に設置され吸入空気量を計測する流量センサには、熱式のものが主に使用されている。これは、熱式の流量センサは、質量流量を直接計測できるためである。近年、地球環境保護の観点から低燃費、排気ガス規制が厳しくなっている。そのため吸入空気量を計測する流量センサには、高精度化、逆流検知、ダイナミックレンジ拡大等のニーズが顕在化している。このようなニーズに対応する熱式の流量センサにおいては、流量を計測するセンシング素子をシリコンなどの半導体基板上に、半導体微細加工技術を用いて製造するものが、近年注目されている。この種のセンシング素子は、比較的容易に大量生産できることから経済性があり、小型化が可能で低い消費電力で駆動できるためである。このような流量センサには、特許文献１に記載の流量センサがある。特許文献１に記載の流量センサの場合、センシング素子は、シリコン基板上に絶縁層を介してセンシング抵抗を形成し、抵抗体を熱絶縁させるためにシリコン基板の一部を除去して薄膜部（ダイアフラム部）を形成している。このダイアフラム部にヒーターとして駆動させる抵抗体を配置することにより発熱抵抗体を形成することができる。流量検出は、この発熱抵抗体をはさんで空気流の上流側と下流側に感温抵抗体を形成し、上流と下流に配置した感温抵抗体の温度差に基づき流量及び方向を検知する温度差方式を採用している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２５１５１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１では、空気流量計のセンシングエレメントに半導体を用いるために、半導体のセンシング素子を設置する基板としてＬＴＣＣ（低温同時焼成セラミックス）を採用している。そして、ＬＴＣＣに格納された半導体のセンシングエレメントを含む一部分が空気通路内部に暴露された状態となる構造である。ＬＴＣＣには駆動回路も形成されており、ケース内部に格納される構造となっている。ＬＴＣＣはセンシングエレメント格納と駆動回路の機能を搭載しているために基板サイズが大きく、その熱容量が大きくなってしまう。そのため、吸入空気の温度が急変した過渡的な状態において、回路基板の熱容量が大きい場合は吸入空気に対する基板の熱応答が遅くなり、空気流量計の過渡状態における計測誤差となってしまう。この計測誤差は車両の過渡状態（領域）におけるエンジン制御の誤差となり、更なる排気ガスのエミッション低減や燃費の改善には困難な側面があった。
【０００５】
本発明の目的は、高精度な空気流量計を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的は、請求項に記載の発明により達成される。例えば、複数の基板が積層され前記基板に回路を形成する電子部品が搭載される回路基板と、前記回路基板に設けられ被計測流体に曝される流量検出素子と、を有する熱式空気流量計において、前記回路基板の色調を黒色或いは暗色化した。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によると、高精度な空気流量計を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明を用いた空気流量計の構造図
【図２】ＬＴＣＣ基板の断面構造図
【図３】ＬＴＣＣ基板の製造工程を説明する積層図
【図４】本発明の実施の形態となるＬＴＣＣ基板の断面図
【図５】本発明の別の実施の形態となるＬＴＣＣ基板の断面図
【図６】本発明の別の実施の形態となるＬＴＣＣ基板の断面図
【図７】ＬＴＣＣ基板の熱応答測定結果による本発明の効果
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明の実施形態について図１〜図javascript:CheckImage(10)７を用いて説明する。
【００１０】
図１において、空気流量計１は吸気管２内に挿入される形態で取り付けられ、吸気管２への固定は、空気流量計１のケース３と一体となったフランジ４によって行なわれる。またケース３には空気流量を検出する流量検出素子５や回路を形成する電子部品６が実装された基板７が装着される構造となっている。基板７は流量検出素子５を設置した一部分、或いはその周辺部を含む部分が空気流８に晒される構造となっており、流量検出素子５は空気流８と接触するようになっている。吸気管２内に流れる空気流８は、空気取り入れ口９によって空気流量計１内に分流され、バイパス通路１０を通って流量検出素子５上を迂回し、通路出口１１から吸気管２内に戻される流路が形成されている。
【００１１】
基板７はＬＴＣＣ（Ｌｏｗ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏ−ｆｉｒｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ）が用いたＬＴＣＣ基板１８であり、その構造と製作方法を以下に説明する。
【００１２】
図２、３において、ＬＴＣＣ基板１８は４層のセラミック基板１３Ａ〜１３Ｄを積層して構成された積層体からなる。それぞれのセラミック基板１３Ａ〜１３Ｄは絶縁材で構成されており、グリーンシート１４Ａ〜１４Ｄと呼ばれる。グリーンシート１４Ａ〜１４Ｄは、ガラス粉末とセラミック粉末を均一に分散させて混合粉末を作製し、次に、この混合粉末と有機バインダと溶剤を加え混錬してスラリーを作り、成膜装置でシート化して形成する。各グリーンシート１４Ａ〜１４Ｄは焼成されるまでは厚さが０．０１〜０．３ｍｍ程度の軟質のシートとして形成される。なお、シート化された未焼成（未硬化）のグリーンシートは、積層後の焼成時に、溶剤が揮発し、これにより、前記粉末同士が粒子として焼結し、グリーンシート自体が収縮する。
【００１３】
このように形成されたグリーンシート１４Ａ〜１４Ｄは、それぞれ略同じ厚さであり、長方形等の形状に形成され、表面に導体配線１５や導体層となる導電性層１６が、スクリーン印刷やインクジェット印刷等で厚膜導体として形成されている。焼成前の導電性層１６には銀粉末と溶剤を含む銀ペーストが好適に用いられる。
【００１４】
グリーンシート１４Ａ〜１４Ｄは、セラミックあるいはガラスとセラミック、特にアルミナの混合物としてシート化したものを用いている。導電性層１６となる導体配線１５や導体層は、銀を用いて形成した厚膜導体の例を示したが、これに限られるものでなく、例えば、銅、金、白金、タングステン、モリブデンあるいは前記金属と遷移金属との合金から成る厚膜導体として形成したものでもよい。
【００１５】
さらに、グリーンシート１４Ａ〜１４Ｄには、各層の導体配線１５や導電性層１６を接続するためのビアホール１７がグリーンシート１４Ａ〜１４Ｄを貫通して形成されている。そして、積層体を焼成したことでＬＴＣＣ基板１８となる。ＬＴＣＣ基板１８には、バイパス通路１０に露出する部分にくぼみ部分１９が形成されており、このくぼみ部分１９に流量検出素子５が設置される。電子部品２０となるＩＣやチップ部品等はＬＴＣＣ基板１８の表面に形成されたランド２１や導体配線１５の開口部にはんだや導電性接着剤等で実装されることで回路基板として機能を果たす。
【００１６】
本発明の実施の形態では、グリーンシート１４Ａ〜１４Ｄに工夫がある。本発明の目的はＬＴＣＣ基板１８の熱応答性の改善にある。空気流量計１は、空気流量を計測することが目的であるが、吸入空気の温度が急変した場合、吸入空気の温度変化に対して、ＬＴＣＣ基板１８の温度が追従できない場合に空気流量計測誤差が増大する可能性がある。このとき、排気ガスのエミッションや燃費等に影響を与えてしまう可能性がある。
【００１７】
これは、空気流量を計測する流量検出素子５からの電気信号を空気流量に計算するＬＴＣＣ基板１８に実装される電子部品２０自体に温度特性があり、測定される空気温度と同じであることが前提となっている。パイパス通路１０に晒される流量検出素子５はＬＴＣＣ基板１８に設置され、更に、電子部品２０もＬＴＣＣ基板１８に設置されている。ここで、空気流８と電子部品２０の温度を等価にするためにはＬＴＣＣ基板１８自体の温度も吸入空気の温度変化に対して応答が良く、追従しなければならない。そうすることで、電子部品２０の温度も吸入空気と同じと見なすことができ、電子部品２０自体の温度特性が吸入空気と同化することで、空気流量計測誤差を軽減することが可能となる。
【００１８】
しかしながら、従来から使用されているＬＴＣＣ基板１８はガラスとアルミナの混和物の焼結体であり、熱伝導率が２〜３（Ｗ／ｍ・Ｋ）と小さく、熱応答が良くない原因となっている。すなわち、ＬＴＣＣ基板１８の熱伝導率を増大させることが可能となると、過度領域における熱応答の速い空気流量計１が実現できる。窒化物セラミック（窒化シリコン基板、窒化アルミ基板）等を用いることで窒化物セラミックの熱伝導率は約１００（Ｗ／ｍ・Ｋ）程度であり、熱伝導率を増大することができる。だた、材料の価格が高く、汎用量産品には採用しにくい側面がある。  
本発明では、温度変化に対する熱応答改善として、ＬＴＣＣ基板１８を黒色化、或いは暗色化することを特徴とした。黒色は、黒体のように周囲の熱を吸収しやすく熱応答を改善することができる。ＬＴＣＣ基板１８はアルミナ自体の色調が白色であるために、ＬＴＣＣ基板１８も、含む多くのセラミック基板は白色である。この白色の表面は、周囲の熱を反射しやすく、熱の吸収性が悪い状態である。そのため、熱応答が悪い要因と密接な関係にある。つまり、熱吸収の効率が高い黒色の表面を有するＬＴＣＣ基板１８なら熱応答を改善することが可能となる。
【００１９】
以下、図４〜図６を用いて説明する。ＬＴＣＣ基板１８は焼成後、ガラス２２中にアルミナ２３が分散した状態で、セラミック基板１３Ａ〜１３Ｄが積層体１２となっている。アルミナ２３の色調は白色なので、透明性のあるガラス２２はアルミナ２３と同化した白色となる。
【００２０】
図４に示す実施の形態では、ガラスそのものを黒色化２４する方法である。ガラス２２は特に特殊なガラス組成物等の必要はなく、通常のＬＴＣＣ基板１８に用いるガラス２２でより。アルミナ２３も通常のアルミナ２３パウダーであってよい。本発明では、原材料を混練する際にガラス２２を着色する着色剤を配合することにより、ガラス２２そのものを黒色化するものである。着色剤は、金属酸化物が好適であり、特に酸化マンガン、酸化クロム、酸化ニッケル、酸化コバルト、酸化鉄、酸化銅等が有効である。更に１種類ではく、少なくとも２種類以上配合することで、より黒色の深さが増すようである。これらはグリーンシート状態よりの焼成の際に、金属酸化物がガラス２２と還元反応することで色が金属酸化物の色調となると推定される。従って、グリーンシートに配合する金属物は硫化物でも塩化物でも問題ない。特に硫化物、Ａｇの硫化物：Ａｇ２Ｓ（硫化銀）は、その特性が絶縁体かつ、物理的、化学的に安定しているので、本発明の黒色を発色させる着色剤と好適である。
【００２１】
次に、図５に示す実施の形態は、ガラス２２ではなく、アルミナ２３に着色剤を付着させる方法である。  具体的にはアルミナ２３のパウダー表面に、亜鉛めっき、錫めっき、銅めっき等の金属めっき２６を施した後に、ＬＴＣＣ製造原料と混練しグリーンシートにしたものを積層し焼成することで黒色化したＬＴＣＣ基板１８を製作した。アルミナ２３の表面にめっきされた金属めっき２６は焼成される課程で、酸化することで、ガラスを黒色化させる金属添加剤となり、ＬＴＣＣ基板１８の焼成課程を経ることでガラスを黒色化することが実現できる。
【００２２】
図６は、図４、図５に提示した黒色化する着色剤を配合したグリーンシート２５を表面と裏面、つまり空気流８と接触する表面のみを黒色化する構造である。積層体１２の内部は通常のグリーンシート１４Ｂ、１４Ｃである。ＬＴＣＣ基板１８自体の熱伝導率が悪化するが、コストが安価で扱いやすい特徴がある。
【００２３】
図７は、本発明を用いた効果を確認した結果である。測定は吸入空気の温度が急変する場合、例えば高速走行から車両がアイドル状態で停止した状態を想定すると、高速走行状態では吸気管２に吸入される空気流量は多く、空気の温度は外気とほぼ同じで安定した温度となっている。その後、車両が停止しアイドル状態となると、吸入空気流量は低減し、温まったエンジンや車両からのふく射熱で吸気管２内の空気流８は一気に温度上昇する状態２７となる。この温度変化に対し現状の積層体１２の構造を有するＬＴＣＣ基板１８の温度変化に対する熱応答２９では、十分な追従性がなく、温度変化における過渡状態域での空気流量計測誤差が増加することで、排気ガスのエミッション悪化と燃費悪化となる。  対して本発明によるＬＴＣＣ基板１８を用いた熱応答性２８は明らかに改善しており、過渡領域における空気流量計測誤差も小さくなる効果を確認できる。これにより、吸入空気の温度が急変した過渡的な状態においても、回路基板の熱応答を改善し、吸入空気の温度変化に対する回路基板の温度追従性を改善でき、過渡領域における空気流量計測誤差を軽減し高精度な空気流量計を提供することが可能となる。
【符号の説明】
【００２４】
１…空気流量計
２…吸気管
３…ケース
４…フランジ
５…流量検出素子
６…電子部品
７…基板
８…空気流
９…空気取り入れ口
１０…バイパス通路
１１…通路出口
１２…積層体
１３Ａ〜１３Ｄ…セラミック基板
１４Ａ〜１４Ｄ…グリーンシート
１５…導体配線
１６…導電性層
１７…ビアホール
１８…ＬＴＣＣ基板
１９…くぼみ部分
２０…電子部品
２１…導体ランド
２２…ガラス（グリーンシートの原料：パウダー）
２３…アルミナ（グリーンシートの原料：パウダー）
２４…黒色化ガラス
２５…着色剤を配合したグリーンシート
２６…金属めっき
【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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