(57)【要約】  物理量検出装置における充填剤のせり上がりを抑制する。  物理量検出装置の回路室には回路部品を実装した回路基板が収容され、回路基板はボンディングワイヤを介して接続端子と電気的に接続される。回路室には回路部品とボンディングワイヤとを覆う回路保護材が充填される。回路保護材は、接続端子側が厚い形状であり、ボンディングワイヤのループ頂点は接続端子側にある。  また、回路室の角部には、段差部が形成される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路部品を実装した電子回路基板と、  前記回路基板を収容するハウジングと、  前記回路基板とボンディングワイヤを介して電気的に接続される外部接続端子と、を備え、  前記ハウジングは、前記回路部品を収容する回路室を形成する壁面を備える物理量センサであって、  前記回路室に充填される回路保護材を備え、  前記回路保護材は、前記回路基板の前記ボンディングワイヤと接続されるパッド側よりも、前記接続端子側の方が厚い形状であり、  前記ボンディングワイヤのループ頂点は、前記接続端子側にある物理量測定装置。
【請求項２】
前記回路室は、前記ハウジングと、前記ハウジングとレーザ溶着により溶着されるカバーとの協働により形成され、  前記回路室の角部に段差形状を有している請求項１に記載の物理量測定装置。
【請求項３】
前記段差形状は、その壁面が角部のＲより大きくかつ９０度より大きい請求項２に記載の物理量測定装置。
【請求項４】
前記段差形状は、その高さが前記回路保護剤の最低高さよりも大きい請求項２または３に記載の物理量測定装置。
【請求項５】
前記回路基板は、両面に、センサ、あるいは電子部品の少なくとも一つを実装する両面実装基板である請求項３に記載の物理量測定装置。
【請求項６】
前記回路基板は、ハウジングにインサートされている請求項５に記載の物理量測定装置。
【請求項７】
前記回路基板は、一面側に流量センサと電子部品を、他面側に圧力センサと湿度センサを実装する請求項６に記載の物理量測定装置。
【請求項８】
一方の面に回路部品が実装され、他方の面に検出素子が実装される両面実装基板をハウジングにインサートするインサート工程と、  両面実装基板の前記一方の面に回路保護剤が注入される注入工程と、を備え、  前記インサート工程では、前記回路部品を保護する回路室の壁面を形成し、  前記壁面は、Ｒが小さい角部に段差形状を形成し、  前記注入工程では、前記段差高さを超えないように保護剤を注入する物理量センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、内燃機関の吸入空気の物理量検出装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  現在、吸気管内に挿入される物理量検出装置としては、ハウジングケースとカバーの接着に対して電子回路を保護し空気流量に優れた通路構造が要求されている。マイコン、コンデンサ、チップ抵抗等の電子部品が実装される回路基板と電気的接続するメタルワイヤボンディングは、腐食性ガス、水、オイル等から保護しなければならない。さらに、回路室がカバーで包み込むことにより空気流量の特性を保つことができる。【０００３】  特許文献１に記載の技術では、被計測流体の一部を取り込む副通路と、副通路に配置され前記被計測流体の流量を計測するセンサチップと、前記センサチップにより検出した流体流量を電気信号に変換し内部に抵抗体を有する電子部品と、前記センサチップ及び前記電子部品を搭載する基板と、を有し、前記基板は、前記電子部品が搭載された側の面が充填材により覆われる物理量測定装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１６-９０４１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１に示すように充填材は電子部品を搭載する回路基板とハウジングからなる空間に対し、電子部品を覆うように充填される。充填材は例えばエポキシ樹脂が用いられる。また、ハウジング面にカバーで密着される構造となる。【０００６】  しかし、このような構造では、塗布工程において回路部に樹脂充填材を投入後、硬化作業までの時間と共に充填材の表面張力が発生しており、樹脂がハウジングの壁面にまでぬれ上がることにより、表カバー接着が不良となる懸念がある。表カバー平面度不良により、副通路に配置される流量検出部の気体の流れを乱してしまう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  またさらには、表面張力の発生に伴い回路基板中央部に塗布される樹脂充填材がハウジング側面に引かれるため、熱硬化後の最終的な高さが塗布直後より低い。この充填材の高さ変化に対して高さがあるメタルワイヤボンディングは、完全に覆われておらず露出する傾向となる。このため、充填材の被覆膜設計が要求されている。
【発明の効果】
【０００８】  そこで、本発明の目的は、充填材のせり上がりを抑制した、かつメタルワイヤボンディングを保護した物理量検出装置の構造を提供することである。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内燃機関制御システムに本発明に係る物理量検出装置を使用した一実施例を示すシステム図。
【図２−１】物理量検出装置の正面図。
【図２−２】物理量検出装置の背面図。
【図２−３】物理量検出装置の左側面図。
【図２−４】物理量検出装置の右側面図。
【図２−５】物理量検出装置の平面図。
【図２−６】物理量検出装置の下面図。
【図３−１】物理量検出装置から表カバーを取り外した状態を示す正面図。
【図３−２】物理量検出装置から裏カバーを取り外した状態を示す背面図。
【図４−１】図３−１の樹脂充填材封止後を示す正面図。
【図４−２】図４−１の B−B線断面図。
【図５】物理量検出装置における段差構造の実施例。
【図６−１】図５のエポキシ充填後を示す正面図。
【図６−２】図６−１のA-A線断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】  本発明の実施例について、以下に図面を用いて詳述する。以下の実施例で、同一の参照符号は、図番が異なっていても同一の構成を示しており、同じ作用効果を成す。既に説明済みの構成について、図に参照符号のみを付し、説明を省略する場合がある。
【００１１】  ［実施例１］  図１に示すように、本発明に係る物理量検出装置３００は、内燃機関の吸入空気の物理用を測定するように、主空気通路である吸気管に取り付けられる。燃焼室に導かれる吸入空気である被計測気体３０の物理量は、本発明に係る物理量検出装置３００で検出され、その検出された物理量に基づいて燃料噴射弁１５２より燃料が供給され、吸入空気２０と共に混合気の状態で燃焼室に導かれる。
【００１２】  図２−１〜図２−６は、物理量検出装置３００の外観を示す図であり、図２−１は物理量検出装置３００の正面図、図２−２は背面図、図２−３は左側面図、図２−４は右側面図、図２−５は平面図、図２−６は下面図である。
【００１３】  物理量検出装置３００は、ハウジング３０２と、表カバー３０３と、裏カバー３０４とを備えている。ハウジング３０２は、合成樹脂製材料をモールド成形することによって構成されており、物理量検出装置３００を主通路１２４である吸気ボディに固定するためのフランジ３１１と、フランジ３１１から突出して外部機器との電気的な接続を行うためのコネクタを有する外部接続部３２１と、フランジ３１１から主通路１２４の中心に向かって突出するように延びる計測部３３１を有している。
【００１４】  計測部３３１には、ハウジング３０２をモールド成形する際にインサート成形により回路基板４００が一体に設けられている（図３−１、図３−２を参照）。回路基板４００には、主通路１２４を流れる被計測気体３０の物理量を検出するための少なくとも一つの検出部と、検出部で検出した信号を処理するための回路部が設けられている。検出部は、被計測気体３０に晒される位置に配置され、回路部は、表カバー３０３によって密閉された回路室に配置される。
【００１５】  計測部３３１の表面と裏面には副通路溝が設けられており、表カバー３０３及び裏カバー３０４との協働により第１副通路３０５が形成される。第１副通路３０５の通路途中には、回路基板４００の一部が突出しており、その突出部分には検出部である流量検出部６０２（図３−１を参照）が配置されて、被計測気体３０の流量を検出するようになっている。
【００１６】  第１副通路３０５よりもフランジ３１１寄りの計測部３３１の中間部には、吸入空気などの被計測気体３０の一部をセンサ室Ｒｓに取り入れるための第２副通路３０６が設けられている。第２副通路３０６は、計測部３３１と裏カバー３０４との協働により形成される。センサ室Ｒｓには、回路基板４００の裏面に設けられた検出部である圧力センサと湿度センサが配置されている。
【００１７】  計測部３３１は、主通路１２４の外壁から中央に向かう軸に沿って長く伸びる形状を成しているが、厚さ幅は、図２−３及び図２−４に記載の如く、狭い形状を成している。即ち、物理量検出装置３００の計測部３３１は、側面の幅が薄く正面が略長方形の形状を成している。これにより、物理量検出装置３００は、十分な長さの第１副通路３０５を備えることができ、被計測気体３０に対しては流体抵抗を小さい値に抑えることができる。このため、物理量検出装置３００は、流体抵抗を小さい値に抑えられると共に高い精度で被計測気体３０の流量を計測することが可能である。
【００１８】  次に、ハウジング３０２の全体構造について図３−１〜図３−５を用いて説明する。図３−１〜図３−５は、物理量検出装置３００から表カバー３０３および裏カバー３０４を取り外したハウジング３０２の状態を示す図であり、図３−１はハウジング３０２の正面図、図３−２はハウジング３０２の背面図、図３−３はハウジング３０２の右側面図、図３−４はハウジング３０２の左側面図、図３−５は図３−１のＡ−Ａ線断面図である。
【００１９】  ハウジング３０２は、フランジ３１１から計測部３３１が主通路１２４の中心に向かって延びる構造を成している。計測部３３１の基端側には回路基板４００がインサート成形されている。回路基板４００は、計測部３３１の表面と裏面との中間位置で計測部３３１の面に沿って平行に配置されて、ハウジング３０２に一体にモールドされており、計測部３３１の基端側を厚さ方向一方側と他方側とに区画している。
【００２０】  計測部３３１の表面側には、回路基板４００の回路部を収容する回路室Ｒｃが形成され、裏面側には、圧力センサ４２１と湿度センサ４２２を収容するセンサ室Ｒｓが形成されている。回路室Ｒｃは、表カバー３０３をハウジング３０２に取り付けることにより密閉され、外部から完全に隔離される。一方、裏カバー３０４をハウジング３０２に取り付けることにより、第２副通路３０６と、第２副通路３０６を介して計測部３３１の外部に連通する室内空間であるセンサ室Ｒｓを形成する。回路基板４００の一部は、計測部３３１の回路室Ｒｃと第１副通路３０５との間を仕切る仕切壁３３５から第１副通路３０５内に突出しており、その突出した部分の計測用流路面４３０に流量検出部６０２が設けられている。
【００２１】  第２副通路３０６は、被計測気体３０の流れ方向に沿うように、フランジ３１１と平行に第２副通路入口３０６ａと第２副通路出口３０６ｂとの間に亘って一直線状に形成されている。第２副通路入口３０６ａは、上流側外壁３３６の一部を切り欠いて形成され、第２副通路出口３０６ｂは、下流側外壁３３８の一部を切り欠いて形成されている。具体的には、図３−３に示すように、仕切壁３３５の上面に連続して沿う位置において、計測部３３１の裏面側から上流側外壁３３６の一部と下流側外壁３３８の一部を切り欠いて形成されている。第２副通路入口３０６ａと第２副通路出口３０６ｂは、回路基板４００の裏面と面一になる深さ位置まで切り欠かれている。第２副通路３０６は、回路基板４００の基板本体４０１の裏面に沿って被計測気体３０が通過するので、基板本体４０１を冷却するクーリングチャンネルとして機能する。回路基板４００は、ＬＳＩやマイコンなどの熱を持つものが多く、これらの熱を基板本体４０１の裏面に伝達し、第２副通路３０６を通過する被計測気体３０によって放熱することができる。
【００２２】  第２副通路３０６よりも計測部３３１の基端側にセンサ室Ｒｓが設けられている。第２副通路入口３０６ａから第２副通路３０６に流れ込んだ被計測気体３０の一部は、センサ室Ｒｓに流れ込み、センサ室Ｒｓ内の圧力センサ４２１と、湿度センサ４２２によってそれぞれ圧力と相対湿度が検出される。センサ室Ｒｓは、第２副通路３０６よりも計測部３３１の基端側に配置されているので、第２副通路３０６を通過する被計測気体３０の動圧の影響を小さくすることができる。したがって、センサ室Ｒｓ内における圧力センサ４２１の検出精度を向上させることができる。
【００２３】  圧力センサ４２１と湿度センサ４２２は、流量検出部６０２と比較して被計測気体３０の流れに影響を受けにくく、特に湿度センサ４２２は、被計測気体３０における水分の拡散レベルさえ確保できればよいので、一直線状の第２副通路３０６に隣接したセンサ室Ｒｓに設けることができる。これに対して、流量検出部６０２は、ある一定以上の流速を要し、また、塵埃や汚損物を遠ざける必要や、脈動に対する影響も考慮する必要がある。したがって、流量検出部６０２は、曲り形状を備える第１副通路３０５に設けられている。
【００２４】  ハウジング３０２は、樹脂モールド工程にて製造する。この樹脂モールド工程で、回路基板４００をハウジング３０２の樹脂内に内蔵して、ハウジング３０２内に樹脂モールドにより固定する。このようにすることで、流量検出部６０２が被計測気体３０との間で熱伝達を行って流量を計測するための副通路、例えば表側副通路溝３３２や裏側副通路溝３３４の形状との関係である位置関係や方向の関係などを、極めて高い精度で維持することができ、回路基板４００毎に生じる誤差やばらつきを非常に小さい値に抑え込むことが可能となる。結果として回路基板４００の計測精度を大きく改善できる。
【００２５】  物理量検出装置３００は量産により生産されることが多く、ここに厳密に計測しながら接着剤で接着する方法には、計測精度の向上に関して限界がある。しかし、本実施例のように被計測気体３０を流す副通路を成形する樹脂モールド工程にて副通路を成形すると同時に回路基板４００を固定することで、計測精度のばらつきを大幅に低減でき、各物理量検出装置３００の計測精度を大幅に向上することが可能となる。
【００２６】  流量の計測に関係する部分、例えば流量検出部６０２や流量検出部６０２が取り付けられる計測用流路面４３０は、回路基板４００の表面に設けられる。流量検出部６０２と計測用流路面４３０は、ハウジング３０２を成形する樹脂から露出させる。すなわち、流量検出部６０２と計測用流路面４３０を、ハウジング３０２を成形する樹脂で覆わないようにする。
【００２７】  回路基板４００を樹脂モールドにより固定すると共に同時に樹脂モールドで第１副通路３０５を成形するための副通路溝を成形する。このようにすることにより、副通路溝の形状、および副通路溝に極めて高い精度で流量検出部６０２を固定できる。回路基板４００をハウジング３０２に一体成形することにより、第１副通路３０５を有するハウジング３０２に回路基板４００を固定しているので、回路基板４００をハウジング３０２に確実に固定できる。特に、回路基板４００の突出部４０３が仕切壁３３５を貫通して第１副通路３０５に突出する構成を有しているので、第１副通路３０５と回路室Ｒｃとの間のシール性が高く、第１副通路３０５から回路室Ｒｃに被計測気体３０が漏れ入るのを防ぎ、回路基板４００の回路部品や配線等が被計測気体３０と接触して腐蝕するのを防ぐことができる。
【００２８】  ［実施例２］  本発明の第２実施例について、図４を用いて説明する。なお、第１実施例と同様の構成については説明を省略する。
【００２９】  本実施例では、回路室Ｒｃ内を回路保護材である充填材６で封止した。本実施例では、充填材は、エポキシ等の樹脂材料を用いる。
【００３０】  回路室Ｒｃ内の電子部品１５内の抵抗体に電圧が印加されるため、抵抗体７が発熱する。  電子部品は例えば、トランシバーやマイコン、サーミスタがある。この発熱により、物理量検出装置の温度が上昇し、環境温度との差が大きくなるため、流量測定精度が低下する。したがって、回路室Ｒｃ周囲の発熱による温度上昇を抑制する必要がある。本実施例では、回路室Ｒｃを充填材６で充填することにより、発熱する電子部品１５を覆う構造とする。エポキシ等、大気に対して熱伝導性のよい部材を充填材６に採用することにより、回路部品１５の熱を効率的に主通路を流れる空気へ伝搬することが可能となる。そのため、電子部品１５の熱を放熱しやすくなり、温度上昇を抑制することができる。
【００３１】  さらに、物理量測定装置３００は、内燃機関を搭載した車両の流量測定のために用いるため、排気ガス、ガソリン、塩水等の雰囲気中に晒される。電子部品１５を充填材６で覆うことにより、電子部品３が上記雰囲気中に暴露することを防ぐため、電子部品１５の特性変動を防止でき、より高精度な熱式空気流量計を提供できる。
【００３２】  また、回路基板４００は、ボンディングワイヤ４１３により外部端子３２３と電気的に接続される。ボンディングワイヤ４１３の材質は、例えばＡｌ、Ａｕ、Ｃｕである。ワイヤ４１３のループ高さは、表カバー３０３と接触しないように、固定部３７２よりも低く設定されている。
【００３３】  充填材６による更なる効果として、ワイヤボンディング４１３を固定するため、振動による歪み依存を持つワイヤボンディング４１３の変形を抑制することができる。また、ワイヤボンディングを充填材６表面より低く（完全に覆う）しているので、回路部品１５同様に腐食を防止できる。そのため、より高信頼な物理量測定装置を提供できる。特に、自動車の内燃機関の制御に用いられる場合には、エンジンの振動に対する信頼性を考慮する必要があるため、特に有効である。
【００３４】  充填材６は、回路室Ｒｃに液体、あるいはゲル状で充填された後、熱処理により硬化される。回路室Ｒｃの壁面の表面張力と樹脂収縮の関係で、壁面側がせり上がり、中央側はそれに引きずられて充填時よりも高さが低くなる。その結果、中央側よりも壁面側が充填材６の厚みが厚くなる傾斜形状を最終製品は備えることとなる。
【００３５】  ワイヤループ形状は、係る傾斜形状に沿うように、接続端子側に頂点を備え、回路基板４００のパッド側に向かって緩やかな傾斜を備えるように構成することで、係る表面張力による充填材のせり上がりに対応することが可能となる。
【００３６】  主流路に挿入されて実装される物理量測定装置３００は、主流路の流れの抵抗とならないことが求められている。そのため、単純に回路室Ｒｓの厚みを増やすことでワイヤが露出しないような手法を採用する場合、物理量測定装置３００の厚みが増えてしまう。本実施例によれば、充填材６の収縮やせり上がりを考慮したループ形状とすることで、充填材６を注入する量を削減可能であり、ハウジングの厚み増加を抑制しつつ、効率的にワイヤの露出を防止することが可能となる。
【００３７】  特に、流量や圧力、湿度のように、複数の流体の物理量を測定するために、回路基板４００の両面にこれらセンサや回路部品等を実装する両面実装構造を採用する場合、物理量測定装置３００の厚みが制限されてしまう。本実施例は、係る回路室Ｒｓの厚みが制限されてしまう構造において、物理量測定装置３００の流体抵抗を抑制しつつワイヤ信頼性を向上するうえで、特に有効である。
【００３８】  ［実施例３］  本発明の第３実施例について、図５と図６−１と図６−２を用いて説明する。なお、実施例２と同様の構成については説明を省略する。
【００３９】  本実施例は、実施例２の構成に加えて、回路室Ｒｓの隅のうち、角度が９０°以下の箇所に、段差部１３a、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３eを形成した。
【００４０】  段差部１３a〜１３eは、隅よりも角度が大きい形状であり、より好ましくは、図５に示すようにR付形状とする。R形状とすることで、限られた回路室Ｒｃのスペースを有効活用できる。
【００４１】  隅部のうち角度が小さい箇所は、表面張力により樹脂がよりせり上がり易くなる。部品ばらつきにより回路室Ｒｃの厚み（高さ）にばらつきが生じるため、厚みが小さいものについては、充填材６がせり上がり、レーザ溶着部３７２ｂを一部覆うことがある。その場合、表カバー３０３とレーザ溶着部３７２ｂとのレーザ溶着に密着不良が生じてしまい、歩留りが悪化する。
【００４２】  また、充填材６を充填した後、硬化までに時間が経過することによっても、せり上がりが進行してしまう場合がある。この場合も同様に歩留りが悪化する。
【００４３】  段差部13a〜13eが存在すると、回路室Ｒｃに投入した充填材６は、より角部の幅広く方向に流れ、隅部におけるレーザ溶接部３７２ｂまで到達する充填材６のせり上がりを抑制することが出来る。
【００４４】  充填材６の中央部（最少厚み部）よりも、段差部１３ａから１３eを高くすると、より効果的に充填材６のせり上がりを抑制できる。表面張力や収縮により、充填材６の中央部は低くなり、中央部の樹脂（充填材）が隅側に寄せられてしまう。本実施例では、段差部により隅部の樹脂量を少なくすることで、せり上がりを抑制できる。また、段差部と隅部とのせり上がりを不連続にできるため、せり上がり量を減少することができる。より好ましくは、充填材６を注入する注入高さよりも段差部の高さを高くすることで、レーザ溶着部３７２ｂへの到達をより防止できる。
【符号の説明】
【００４５】Ｒｃ  回路室６  充填材１３a、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄ、１３e  段差部１２４…主通路３００…物理量検出装置３０２…ハウジング３０３…表カバー３０４…裏カバー３０５…第１副通路３１１…フランジ３２１…外部接続部３３１…計測部３７２  固定部３７２ｂレーザ溶接部４００  回路基板６０２…流量検出部４２１…圧力センサ４２２…湿度センサ４１３…ワイヤ
【図１】
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【図２−１】
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【図２−２】
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【図２−３】
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【図２−４】
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【図２−５】
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【図２−６】
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【図３−１】
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【図３−２】
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【図４−１】
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【図４−２】
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【図５】
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【図６−１】
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【図６−２】
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【国際調査報告】
2018225351.tif 000017
2018225351.tif 000018
2018225351.tif 000019