特開 2023-165043 物理量測定装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023165043

(43)【公開日】2023-11-15

(54)【発明の名称】物理量測定装置

(51)【国際特許分類】

   G01F 1/684 20060101AFI20231108BHJP

【ＦＩ】

G01F1/684 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020160314

(22)【出願日】2020-09-25

(71)【出願人】

【識別番号】509186579

【氏名又は名称】日立Ａｓｔｅｍｏ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】弁理士法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】阿部 博幸

(72)【発明者】

【氏名】余語 孝之

(72)【発明者】

【氏名】ファティン ファハナー ビンティ ハリダン

(72)【発明者】

【氏名】伊集院 瑞紀

【テーマコード（参考）】

2F035

【Ｆターム（参考）】

2F035AA02

2F035EA03

2F035EA08

(57)【要約】      （修正有）

【課題】部品点数の増加や装置の大型化を抑制し、外部からの音圧による空気流量の測定精度の低下を抑制する物理量測定装置。
【解決手段】物理量測定装置は、熱式流量センサ１５１とリードフレーム１５４との間に配置される減衰部材１５７を備える。熱式流量センサは、半導体基板１５１ａと半導体基板の表面側に形成されて樹脂封止部１５５から露出した薄膜部１５１ｄと流量検出部１５１ｂと凹部１５１ｃとを有する。リードフレームは、凹部の開口に連通する貫通孔１５４ａと貫通孔に連通して裏面に沿って形成された通気溝１５４ｂとを有する。通路形成部材１５６は、貫通孔および通気溝とともに凹部を外部に連通させる通気通路１５８を形成し、貫通孔を閉鎖する部分が樹脂封止部から露出されている。減衰部材、通気通路と凹部との間を流通する気体に対する抵抗係数Ｋが２．７６未満となる開口比βに設定された複数の連通孔１５７ａを有する。
【選択図】図４Ｅ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

リードフレームと、該リードフレームを部分的に封止する樹脂封止部と、前記リードフレームの表面に実装される熱式流量センサと、前記リードフレームの裏面に配置される通路形成部材と、を備える物理量測定装置であって、
前記熱式流量センサと前記リードフレームとの間に配置される減衰部材をさらに備え、
前記熱式流量センサは、半導体基板と、該半導体基板の表面側に形成されて前記樹脂封止部から露出した薄膜部と、該薄膜部の表面側に設けられた流量検出部と、前記半導体基板の裏面側に形成されて前記薄膜部の裏面側に隣接する凹部と、を有し、
前記リードフレームは、前記凹部の開口に連通する貫通孔と、該貫通孔に連通して前記裏面に沿って形成された通気溝と、を有し、
前記通路形成部材は、前記貫通孔および前記通気溝とともに前記凹部を外部に連通させる通気通路を形成し、前記貫通孔を閉鎖する部分が前記樹脂封止部から露出されており、
前記減衰部材は、前記通気通路と前記凹部との間を流通する気体に対する抵抗係数が２．７６未満となる開口比に設定された複数の連通孔を有することを特徴とする物理量測定装置。

【請求項2】

前記減衰部材は、前記熱式流量センサを前記リードフレームに接着する接着シートであることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。

【請求項3】

前記接着シートの弾性率は、１［ＭＰａ］以上であることを特徴とする請求項２に記載の物理量測定装置。

【請求項4】

前記減衰部材は、メッシュであることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。

【請求項5】

前記抵抗係数をＫ、前記開口比をβとして、
式：Ｋ＝０．８５（１－β）／β^２
が成立することを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。

【請求項6】

周波数が１０［ｋＨｚ］以上、２０［ｋＨｚ］以下の前記気体の振動に対する前記熱式流量センサの信号の誤差が１５０［ｄｂ］以下であることを特徴とする請求項１に記載の物理量測定装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、物理量測定装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から自動車エンジンの吸気系に設置してエンジンの吸入空気量を検出するのに適する熱式空気流量センサに関する発明が知られている（下記特許文献１）。特許文献１に記載された熱式流量センサは、流量検出素子と、支持部材と、を備えている（同請求項１、第００１０段落）。

【0003】

上記流量検出素子は、半導体基板を加工して設けられるダイアフラムと、そのダイアフラム上に設けられる発熱抵抗体と、その発熱抵抗体の上流側と下流側にそれぞれ設けられる測温抵抗体と、を有する。上記支持部材は、上記流量検出素子を、シート接着剤を介して接着保持する。

【0004】

さらに、上記支持部材は、ダイアフラムの裏面側に設けられる空洞部に一方が開口する連通孔を有している。上記シート接着材は、換気孔を有しており、その換気孔は、上記空洞部と上記連通孔の一方の開口とを連通するように、上記支持部材の連通孔の開口領域に対応するシート接着剤の領域に設けられている。

【0005】

また、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発明が知られている（下記特許文献２）。特許文献２は、リードフレームと、流量検出素子と、保護テープと、封止樹脂と、を備える樹脂パッケージ（同請求項１、第０００６段落）を開示している。上記流量検出素子は、上記リードフレームの一面側に実装される。上記保護テープは、リードフレームの他面側に設けられる。上記封止樹脂は、上記流量検出素子の検出部と上記保護テープの一部を少なくとも露出する様に封止する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１４－０１００２３号公報

【特許文献2】特開２０２０－０７９７１１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記特許文献１に記載された従来の熱式空気流量センサは、たとえば、上記支持部材がリードフレームである場合（同請求項６、第一実施例、図１および図２）、ダイアフラムの裏面側に設けられる空洞部がリードフレームの連通孔を介して外部と連通する。この場合、たとえば、ターボチャージャからの音圧による空気の振動がリードフレームの連通孔を介して空洞部へ伝播し、ダイアフラムが振動して空気流量の測定精度が低下するおそれがある。

【0008】

一方、上記特許文献１に記載された従来の熱式空気流量センサは、たとえば、前記支持部材がリードフレーム上に接着保持された基板支持部材（同請求項７、第二実施例、図４および図５）である場合、上記のようなダイアフラムの振動を防止することが可能である。しかし、熱式空気流量センサの部品点数の増加や、熱式空気流量センサが大型化することなどに課題がある。

【0009】

また、上記特許文献１に記載された従来の熱式空気流量計は、上記保護テープを用いることで、熱式空気流量センサの部品点数の増加や大型化を抑制することができる。しかし、上記保護テープがターボチャージャからの音圧によって振動することで、センサチップのダイアフラム部が振動して、空気流量の測定精度が低下するおそれがある。

【0010】

本開示は、部品点数の増加や装置の大型化を抑制しつつ、外部からの音圧の影響による空気流量の測定精度の低下を抑制することが可能な物理量測定装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0011】

本開示の一態様は、リードフレームと、該リードフレームを部分的に封止する樹脂封止部と、前記リードフレームの表面に実装される熱式流量センサと、前記リードフレームの裏面に配置される通路形成部材と、を備える物理量測定装置であって、前記熱式流量センサと前記リードフレームとの間に配置される減衰部材をさらに備え、前記熱式流量センサは、半導体基板と、該半導体基板の表面側に形成されて前記樹脂封止部から露出した薄膜部と、該薄膜部の表面側に設けられた流量検出部と、前記半導体基板の裏面側に形成されて前記薄膜部の裏面側に隣接する凹部と、を有し、前記リードフレームは、前記凹部の開口に連通する貫通孔と、該貫通孔に連通して前記裏面に沿って形成された通気溝と、を有し、前記通路形成部材は、前記貫通孔および前記通気溝とともに前記凹部を外部に連通させる通気通路を形成し、前記貫通孔を閉鎖する部分が前記樹脂封止部から露出されており、前記減衰部材は、前記通気通路と前記凹部との間を流通する気体に対する抵抗係数が２．７６未満となる開口比に設定された複数の連通孔を有することを特徴とする物理量測定装置である。

【発明の効果】

【0012】

本開示の上記一態様によれば、部品点数の増加や装置の大型化を抑制しつつ、外部からの音圧の影響による測定精度の低下を抑制することが可能な物理量測定装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本開示に係る流量検出装置の一実施形態を示すシステム図。

【図2A】図１の物理量測定装置の正面図。

【図2B】図１の物理量測定装置の背面図。

【図2C】図１の物理量測定装置の左側面図。

【図2D】図１の物理量測定装置の右側面図。

【図2E】図１の物理量測定装置の上面図。

【図3A】図２Ａの物理量測定装置の封止材を配置する前の正面図。

【図3B】図２Ｂの物理量測定装置のカバーを取り付ける前の背面図。

【図3C】図３ＢのIII(C)-III(C)線に沿う物理量測定装置の断面図。

【図3D】図２ＡのIII(D)-III(D)線に沿う物理量測定装置の断面図。

【図4A】図３Ｂの物理量測定装置の回路基板の正面図。

【図4B】図４ＡのIV(B)-IV(B)線に沿う回路基板の断面図。

【図4C】図４Ａの回路基板に実装されるチップパッケージの底面図。

【図4D】図４Ｃに示すチップパッケージのリードフレームの平面図。

【図4E】図４Ｂの回路基板に実装されたチップパッケージのIV(E)部の拡大図。

【図5A】抵抗係数Ｋと減衰率Ａ∞との関係を示すグラフ。

【図5B】連通孔の直径ｄおよびピッチｌと減衰率Ａ∞との関係を示すグラフ。

【図5C】メッシュの線径ｄおよびピッチｌと減衰率Ａ∞との関係を示すグラフ。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、図面を参照して本発明の物理量測定装置の実施形態を説明する。

【0015】

図１は、本開示に係る物理量測定装置の一実施形態を示すシステム図である。本実施形態の物理量測定装置１００は、たとえば、電子燃料噴射方式の内燃機関制御システム１に使用される。内燃機関制御システム１は、たとえば、内燃機関１０と、物理量測定装置１００と、スロットルバルブ２５と、スロットル角度センサ２６と、アイドルエアコントロールバルブ２７と、酸素センサ２８と、制御装置４とを備えている。

【0016】

物理量測定装置１００は、たとえば、主通路２２である吸気ボディの通路壁に設けられた取り付け孔から主通路２２の内部に挿入され、主通路２２の通路壁に固定された状態で使用される。物理量測定装置１００は、エアクリーナ２１を通して取り込まれて主通路２２を流れる被計測気体２である吸入空気の物理量を検出して制御装置４へ出力する。物理量測定装置１００は、主通路２２の通路壁から主通路２２を流れる被計測気体２の主流れ方向に沿う主通路２２の中心線２２ａへ向けて主通路２２の径方向に突出している。すなわち、主通路２２における物理量測定装置１００の突出方向は、たとえば、主通路２２の中心線２２ａに直交する方向である。

【0017】

スロットルバルブ２５は、たとえば、被計測気体２の流れ方向において、吸気マニホールド２４の上流側に配置されたスロットルボディ２３に内蔵されている。制御装置４は、たとえば、アクセルペダルの操作量に基づいてスロットルバルブ２５の開度を変化させ、内燃機関１０のシリンダ１１内の燃焼室へ流入する被計測気体２としての吸入空気の流量を制御する。スロットル角度センサ２６は、スロットルバルブ２５の開度を計測して制御装置４へ出力する。アイドルエアコントロールバルブ２７は、スロットルバルブ２５をバイパスする空気量を制御する。

【0018】

内燃機関１０は、たとえば、シリンダ１１と、ピストン１２と、点火プラグ１３と、燃料噴射弁１４と、吸気弁１５と、排気弁１６と、回転角度センサ１７と、を備えている。内燃機関１０のピストン１２の動作に基づいてエアクリーナ２１を通して取り込まれた吸入空気は、主通路２２を流れ、スロットルボディ２３においてスロットルバルブ２５により流量が制御される。スロットルボディ２３を通過した吸入空気は、吸気マニホールド２４を通過し、さらに吸気ポートに設けられた燃料噴射弁１４を通過して、吸気弁１５を介してシリンダ１１内の燃焼室へ流入する。

【0019】

制御装置４は、物理量測定装置１００から入力された被計測気体２としての吸入空気の物理量に基づいて燃料噴射弁１４を制御して、吸入空気へ燃料を噴射させる。これにより、吸気マニホールド２４を通過した吸入空気は、燃料噴射弁１４から噴射された燃料と混合され、混合気の状態で燃焼室へ導かれる。制御装置４は、点火プラグ１３の火花着火により燃焼室内の混合気を爆発的に燃焼させ、内燃機関１０に機械エネルギを発生させる。

【0020】

回転角度センサ１７は、ピストン１２、吸気弁１５、および排気弁１６の位置や状態、さらに内燃機関１０の回転速度に関する情報を検出して制御装置４へ出力する。燃焼により発生したガスは、シリンダ１１の燃焼室から排気弁１６を介して排気管へ排出され、排気ガス３として排気管から車外へ排出される。酸素センサ２８は、排気管に設けられ、排気管を流れる排気ガス３の酸素濃度を計測して制御装置４へ出力する。

【0021】

制御装置４は、物理量測定装置１００によって検出された主通路２２を流れる被計測気体２としての吸入空気の物理量、たとえば、流量、温度、湿度、圧力などに基づいて、内燃機関制御システム１の各部を制御する。具体的には、制御装置４がアクセルペダルの操作量に基づいてスロットルバルブ２５の開度を制御すると、主通路２２を流れる被計測気体２としての吸入空気の流量が変化する。制御装置４は、たとえば物理量測定装置１００によって検出された被計測気体２の流量に基づいて、燃料噴射弁１４から噴射する燃料の供給量を制御する。これにより、内燃機関１０が発生する機械エネルギが制御される。

【0022】

制御装置４は、物理量測定装置１００の出力である吸入空気の物理量と、回転角度センサ１７の出力に基づいて計測された内燃機関１０の回転速度とに基づいて、燃料噴射量や点火時期を演算する。これらの演算結果に基づいて、制御装置４は、燃料噴射弁１４による燃料噴射量や、点火プラグ１３の点火時期を制御する。

【0023】

制御装置４は、実際には、さらに被計測気体２の温度、スロットルバルブ２５の開度の変化状態、内燃機関１０の回転速度の変化状態、排気ガス３の空燃比の状態に基づいて、燃料供給量や点火時期をきめ細かく制御している。制御装置４は、さらに内燃機関１０のアイドル運転状態において、スロットルバルブ２５をバイパスする空気量をアイドルエアコントロールバルブ２７により制御し、アイドル運転状態での内燃機関１０の回転速度を制御する。

【0024】

内燃機関１０の主要な制御量である燃料供給量や点火時期は、いずれも物理量測定装置１００の出力を主パラメータとして演算される。したがって、物理量測定装置１００の測定精度の向上や、経時変化の抑制、信頼性の向上が、車両の制御精度の向上や信頼性の確保に関して重要である。

【0025】

特に近年、車両の省燃費に関する要望が非常に高く、また排気ガス浄化に関する要望が非常に高い。これらの要望に応えるには、物理量測定装置１００により検出される吸入空気の物理量の検出精度の向上が極めて重要である。また、物理量測定装置１００が高い信頼性を維持していることも大切である。

【0026】

物理量測定装置１００が搭載される車両は、温度や湿度の変化が大きい環境で使用される。物理量測定装置１００は、その使用環境における温度や湿度の変化への対応や、塵埃や汚染物質などへの対応も、考慮されていることが望ましい。

【0027】

また、物理量測定装置１００は、内燃機関からの発熱の影響を受ける吸気管に装着される。このため、内燃機関の発熱が吸気管を介して物理量測定装置１００に伝わる。物理量測定装置１００は、被計測気体２と熱伝達を行うことにより被計測気体２の流量を検出するので、外部からの熱の影響をできるだけ抑制することが重要である。

【0028】

以下、図２Ａから図２Ｅ、図３Ａから図３Ｄ、および図４Ａから図４Ｅを参照して、本実施形態の物理量測定装置１００について、より詳細に説明する。なお、これらの各図では、図１に示す主通路２２における物理量測定装置１００の突出方向に平行なＸ軸、主通路２２の中心線２２ａに平行なＹ軸、および物理量測定装置１００の厚さ方向に平行なＺ軸からなる直交座標系を示す。なお、以下の説明では、主通路２２の中心線２２ａ（Ｙ軸）に沿って被計測気体２が流れるものとする。

【0029】

図２Ａから図２Ｅは、それぞれ、図１の物理量測定装置１００の正面図、背面図、左側面図、右側面図、および上面図である。物理量測定装置１００は、たとえば、ハウジング１１０とカバー１２０とを備えている。

【0030】

ハウジング１１０は、たとえば、合成樹脂材料を射出成型することによって製造される。カバー１２０は、たとえば、金属や合成樹脂を素材とする板状の部材である。カバー１２０は、たとえば、合成樹脂材料の成形品を使用することができる。ハウジング１１０とカバー１２０は、主通路２２内に配置される物理量測定装置１００の筐体を構成する。

【0031】

ハウジング１１０は、たとえば、フランジ１１１と、コネクタ１１２と、計測部１１３とを有している。

【0032】

フランジ１１１は、図２Ｅに示すように、おおむね矩形の板状の形状を有し、対角線上の角部に一対の固定部１１１ａを有している。固定部１１１ａは、中央部にフランジ１１１を貫通して、固定ねじを挿通させる円筒状の貫通孔１１１ｂを有している。物理量測定装置１００を主通路２２に固定するには、主通路２２に設けられた取り付け孔に計測部１１３を挿入する。そして、フランジ１１１の貫通孔１１１ｂに挿通させた固定ねじを主通路２２のねじ穴に螺入して、フランジ１１１を主通路２２の通路壁に固定する。これにより、物理量測定装置１００が吸気ボディである主通路２２に固定される。

【0033】

コネクタ１１２は、フランジ１１１から突出し、吸気ボディである主通路２２の外部に配置され、外部機器に接続される。図２Ｄに示すように、コネクタ１１２の内部には、複数の外部端子１１２ａと補正用端子１１２ｂが設けられている。外部端子１１２ａは、たとえば、物理量測定装置１００の計測結果である流量や温度などの物理量の出力端子と、物理量測定装置１００を動作させる直流電力を供給するための電源端子とを含む。

【0034】

補正用端子１１２ｂは、物理量測定装置１００の製造後に物理量の計測を行い、それぞれの物理量測定装置１００に対する補正値を求め、物理量測定装置１００の内部のメモリに補正値を記憶するのに使用する。その後の物理量測定装置１００による物理量の計測では、上記メモリに記憶された補正値に基づく補正データが使用され、補正用端子１１２ｂは使用されない。

【0035】

計測部１１３は、主通路２２の通路壁に固定されるフランジ１１１から主通路２２の中心線２２ａに向けて、中心線２２ａに直交する主通路２２の径方向に突出するように延びている。計測部１１３は、おおむね直方体形状の扁平な角形の形状を有している。計測部１１３は、主通路２２における計測部１１３の突出方向（Ｘ軸方向）に長さを有し、主通路２２における被計測気体２の主流れ方向（Ｙ軸方向）に幅を有している。また、計測部１１３は、突出方向（Ｘ軸方向）および被計測気体２の主流れ方向（Ｙ軸方向）に直交する方向（Ｚ軸方向）に厚さを有している。このように、計測部１１３が被計測気体２の主流れ方向に沿う扁平な形状を有することで、被計測気体２に対する流体抵抗を低減することができる。

【0036】

計測部１１３は、正面１１３ａ、背面１１３ｂ、上流側の側面１１３ｃ、下流側の側面１１３ｄ、および下面１１３ｅを有している。正面１１３ａと背面１１３ｂは、計測部１１３の他の面よりも面積が大きく、計測部１１３の突出方向（Ｘ軸方向）および主通路２２の中心線２２ａ（Ｙ軸方向）におおむね平行である。上流側の側面１１３ｃと下流側の側面１１３ｄは、正面１１３ａと背面１１３ｂよりも面積が小さい細長い形状を有し、主通路２２の中心線２２ａ（Ｙ軸方向）におおむね直交している。下面１１３ｅは、計測部１１３の他の面よりも面積が小さく、主通路２２の中心線２２ａ（Ｙ軸方向）におおむね平行で計測部１１３の突出方向（Ｘ軸方向）におおむね直交している。

【0037】

計測部１１３は、上流側の側面１１３ｃに副通路入口１１４を有し、下流側の側面１１３ｄに第１出口１１５および第２出口１１６を有している。副通路入口１１４、第１出口１１５、および、第２出口１１６は、計測部１１３の突出方向（Ｘ軸方向）における中央よりも先端側の計測部１１３の先端部に設けられている。これにより、主通路２２の内壁面から離れた主通路２２の中央部付近の被計測気体２を副通路入口１１４から取り込むことができる。そのため、物理量測定装置１００は、内燃機関１０の熱の影響による計測精度の低下を抑制できる。

【0038】

図３Ａは、図２Ａの物理量測定装置１００の封止材１１９を配置する前の正面図である。図３Ｂは、図１の物理量測定装置１００のカバー１２０を取り付ける前の背面図である。図３Ｃは、図３ＢのIII(C)-III(C)線に沿う物理量測定装置１００の断面図である。図３Ｄは、図２ＡのIII(D)-III(D)線に沿う物理量測定装置１００の断面図である。

【0039】

図２Ｄに示すコネクタ１１２の外部端子１１２ａは、たとえば図３Ａに示すように、ボンディングワイヤ１４３を介して回路基板１４０のパッドに接続されている。回路基板１４０は、たとえば、ボンディングワイヤ１４３が接続される面に、保護回路１４４が実装されている。保護回路１４４は、回路内の電圧を安定させ、ノイズを除去する。これらボンディングワイヤ１４３および保護回路１４４は、図２Ａに示すように、封止材１１９によって覆われて封止される。封止材１１９としては、たとえば、シリコーンゲルや、シリコーン系封止材よりも剛性が高いエポキシ系封止材を使用することができる。

【0040】

ハウジング１１０は、図３Ｂに示すように、計測部１１３の背面１１３ｂ側に、凹状の副通路溝１１７と、凹状の回路室１１８とを有している。図３Ｄに示すように、副通路溝１１７は、開口部がカバー１２０によって閉鎖されることで、カバー１２０とともに副通路１３０を形成する。副通路１３０は、主通路２２を流れる被計測気体２を取り込んで迂回させる。主通路２２を流れる被計測気体２は、たとえば図３Ｂに示すように、計測部１１３の上流側の側面１１３ｃに開口する副通路入口１１４から副通路１３０に取り込まれる。

【0041】

副通路溝１１７は、たとえば、第１副通路溝１１７ａと、第２副通路溝１１７ｂとを有している。第１副通路溝１１７ａは、図３Ｂに示すように、計測部１１３の上流側の側面１１３ｃに開口する副通路入口１１４から、計測部１１３の下流側の側面１１３ｄに開口する第１出口１１５まで、主通路２２の中心線２２ａ（Ｙ軸方向）に沿って延びている。第１副通路溝１１７ａは、たとえば図３Ｄに示すように、カバー１２０との間に第１副通路１３１を形成する。第１副通路１３１は、副通路入口１１４から取り込んだ被計測気体２を、第１出口１１５から主通路２２へ戻す。

【0042】

第２副通路溝１１７ｂは、図３Ｂに示すように、第１副通路溝１１７ａの途中から分岐して、計測部１１３の突出方向（Ｘ軸方向）に沿ってフランジ１１１へ向けて延びている。さらに、第２副通路溝１１７ｂは、反対方向へ折り返すようにＵ字状にカーブして計測部１１３の突出方向（Ｘ軸方向）に沿って計測部１１３の先端部へ向けて延びている。第２副通路溝１１７ｂは、計測部１１３の先端部で主通路２２の中心線２２ａ（Ｙ軸方向）に沿う方向へカーブして、計測部１１３の下流側の側面１１３ｄに開口する第２出口１１６に接続されている。たとえば、図３Ｃに示すように、第２副通路溝１１７ｂは、開口部がカバー１２０によって閉鎖されることで、カバー１２０との間に第２副通路１３２を形成する。副通路１３０は、第１副通路１３１と第２副通路１３２とを含む。

【0043】

回路室１１８は、ハウジング１１０の計測部１１３の背面１１３ｂ側で、フランジ１１１に接続された計測部１１３の基端側に凹状に設けられ、回路基板１４０を収容している。回路室１１８は、副通路溝１１７の第１副通路溝１１７ａよりも計測部１１３の基端側で、主通路２２を流れる被計測気体２の主流れ方向（Ｙ軸方向）における第２副通路溝１１７ｂの上流側に隣接して設けられている。

【0044】

図４Ａは、図３Ｂの物理量測定装置１００の回路基板１４０の正面図である。図４Ｂは、図４ＡのIV(B)-IV(B)線に沿う回路基板１４０の断面図である。図４Ｃは、図４Ａの回路基板１４０に実装されるチップパッケージ１５０の底面図である。図４Ｄは、図４Ｃに示すチップパッケージ１５０のリードフレーム１５４の平面図である。図４Ｅは、図４Ｂの回路基板１４０に実装されたチップパッケージ１５０のIV(E)部の拡大図である。

【0045】

チップパッケージ１５０は、図４Ｂに示すように、リードフレーム１５４と、そのリードフレーム１５４を部分的に封止する樹脂封止部１５５と、リードフレーム１５４の表面に実装される熱式流量センサ１５１と、を備える。また、チップパッケージ１５０は、たとえば、リードフレーム１５４の裏面に配置される通路形成部材１５６と、熱式流量センサ１５１とリードフレーム１５４との間に配置される減衰部材１５７をさらに備える。

【0046】

チップパッケージ１５０は、熱式流量センサ１５１と電子部品１５２とが、たとえば熱硬化性樹脂のトランスファーモールドによって成形された樹脂封止部１５５によって一体的に封止された構成を有している。図４Ａに示すように、チップパッケージ１５０の接続端子１５３は、はんだなどの接合材を介して回路基板１４０に実装されている。接続端子１５３は、図３Ｂに示すように、硬化性封止材１４１によって封止されている。

【0047】

チップパッケージ１５０の接続端子１５３は、たとえば、図４Ｂおよび図４Ｄに示す電子部品１５２に接続される。チップパッケージ１５０は、たとえば、電子部品１５２によって熱式流量センサ１５１を駆動させる。電子部品１５２は、たとえば、ＬＳＩであり、ボンディングワイヤを介して熱式流量センサ１５１に接続され、熱式流量センサ１５１を駆動させる。

【0048】

熱式流量センサ１５１は、図４Ｅに示すように、半導体基板１５１ａと、その半導体基板１５１ａの表面側に形成されて樹脂封止部１５５から露出した薄膜部１５１ｄと、を有している。また、熱式流量センサ１５１は、薄膜部１５１ｄの表面側に設けられた流量検出部１５１ｂと、半導体基板１５１ａの裏面側に形成されて薄膜部１５１ｄの裏面側に隣接する凹部１５１ｃと、を有している。

【0049】

図示を省略するが、流量検出部１５１ｂは、たとえば、被計測気体２の流れ方向の上流側と下流側に配置された一対の温度センサと、その一対の温度センサの間に配置されたヒータと備えている。熱式流量センサ１５１は、たとえば、流量検出部１５１ｂの一対の温度センサによって温度差を検出することで、被計測気体２の流量を測定する。凹部１５１ｃの開口は、たとえば、縦横が１［ｍｍ］×１［ｍｍ］程度の正方形の形状を有している。

【0050】

熱式流量センサ１５１は、たとえば、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、回路基板１４０とチップパッケージ１５０の凹溝１５０ｃとの間に形成された計測通路１３２ａを流れる被計測気体２の流量を計測する。計測通路１３２ａは、たとえば、図３Ｂおよび図３Ｄに示すように、副通路溝１１７の第２副通路溝１１７ｂ内、すなわち副通路１３０の第２副通路１３２内に形成される。

【0051】

リードフレーム１５４は、図４Ｄおよび図４Ｅに示すように、半導体基板１５１ａの凹部１５１ｃの開口に連通する貫通孔１５４ａと、その貫通孔１５４ａに連通してリードフレーム１５４の裏面に沿って形成された通気溝１５４ｂと、を有している。ここで、リードフレーム１５４の裏面は、熱式流量センサ１５１および電子部品１５２が実装されるリードフレーム１５４の表面と反対側の面である。貫通孔１５４ａは、たとえば、凹部１５１ｃの開口とおおむね等しい形状および寸法に形成されている。

【0052】

また、リードフレーム１５４は、たとえば、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａに連通する通気溝１５４ｂの一端とは反対側の通気溝１５４ｂの他端に連通する貫通孔１５４ｃを有している。この貫通孔１５４ｃは、図４Ｂに示すように、樹脂封止部１５５から露出され、回路室１１８に連通している。図４Ｄに示す例において、リードフレーム１５４の裏面に３本の通気溝１５４ｂが形成されている。なお、通気溝１５４ｂの数は、特に限定されず、単数もしくは２本または４本以上の複数でもよい。

【0053】

通路形成部材１５６は、図４Ｂに示すように、リードフレーム１５４の裏面に配置されている。通路形成部材１５６は、たとえば、樹脂製の基材の表面に粘着層が設けられたフィルム状の粘着テープであり、リードフレーム１５４の裏面に粘着層を介して接着されている。基材としては、たとえばフィルム状のポリイミドを用いることができる。また、粘着層としては、たとえばアクリル系やシリコーン系の粘着剤を用いることができる。すなわち、通路形成部材１５６は、たとえば、ポリイミドテープである。

【0054】

通路形成部材１５６は、図４Ｄおよび図４Ｅに示すように、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａおよび貫通孔１５４ｃならびに通気溝１５４ｂとともに、半導体基板１５１ａの凹部１５１ｃを外部に連通させる通気通路１５８を形成している。また、通路形成部材１５６は、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａおよび貫通孔１５４ｃを閉鎖する部分が樹脂封止部１５５から露出されている。

【0055】

減衰部材１５７は、図４Ｅに示すように、熱式流量センサ１５１とリードフレーム１５４との間に配置される。減衰部材１５７は、たとえば、熱式流量センサ１５１をリードフレーム１５４に接着する接着シートである。この場合、減衰部材１５７を構成する接着シートの基材は、たとえば、フィルム状のポリオレフィンまたはフィルム状のポリオレフィンにエポキシの粉体を海島状の分散させた構造を用いることができる。また、減衰部材１５７を構成する接着シートの粘着層は、たとえば、シリコーン系またはポリウレタン系の粘着剤を用いることができる。

【0056】

より具体的には、減衰部材１５７として、たとえば、日立化成株式会社製のダイボンディングフィルム、ＨＲ－９００４、ＨＲ－９０５０Ｇなどが好適である。減衰部材１５７を構成する接着シートの厚さは、たとえば、１５［μｍ］または３０［μｍ］程度である。また、減衰部材１５７を構成する接着シートの弾性率は、たとえば、高温のエージングにより、１［ＭＰａ］以上になっている。なお、減衰部材１５７は、全体が接着シートである構成に限定されない。

【0057】

より具体的には、減衰部材１５７は、少なくともリードフレーム１５４の貫通孔１５４ａと熱式流量センサ１５１の半導体基板１５１ａの凹部１５１ｃとの間に配置される部分が、メッシュであってもよい。この場合、減衰部材１５７として、金属製のメッシュを用いることができる。また、減衰部材１５７は、メッシュ以外の部分、すなわち、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａの外側に位置して、熱式流量センサ１５１とリードフレーム１５４との間に配置される部分が、接着シートによって構成されていてもよい。

【0058】

減衰部材１５７は、通気通路１５８と熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃとの間を流通する気体に対する抵抗係数が２．７６未満となる開口比に設定された複数の連通孔１５７ａを有している。たとえば、通気通路１５８と熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃとの間を流通する気体に対する抵抗係数をＫ、複数の連通孔１５７ａの開口比をβとすると、以下の式（１）が成立する。

【0059】

Ｋ＝０．８５（１－β）／β^２ ・・・（１）

【0060】

なお、複数の連通孔１５７ａの開口比βは、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａと熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃとの間に配置された減衰部材１５７の面積に対する複数の連通孔１５７ａの開口面積の比である。より具体的には、図４Ｄに示すように、減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａは、たとえば、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａの開口領域に千鳥状に配置されている。この場合、複数の連通孔１５７ａの開口比βは、連通孔１５７ａの直径をｄ、ピッチをｌとして、以下の式（２）で表すことができる。

【0061】

β＝｛π／（２×３^１／２）｝×（ｄ／ｌ）^２ ・・・（２）

【0062】

また、減衰部材１５７において、少なくともリードフレーム１５４の貫通孔１５４ａの開口領域に配置される部分がメッシュである場合、複数の連通孔１５７ａの開口比βは、線径をｄ、ピッチをｌとして、以下の式（３）で表すことができる。

【0063】

β＝（１－ｄ／ｌ）^２ ・・・（３）

【0064】

本実施形態の物理量測定装置１００は、前述のように、減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａの開口比βを設定することで、たとえば、所定の範囲の周波数における被計測気体２の振動による熱式流量センサ１５１の信号の誤差が所定値以下にされている。より具体的には、たとえば、内燃機関制御システム１に設けられるターボチャージャの音圧により、被計測気体２に周波数が１０［ｋＨｚ］以上、２０［ｋＨｚ］以下の振動が発生する。

【0065】

本実施形態の物理量測定装置１００は、前述のように、減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａの開口比βを、通気通路１５８と熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃとの間を流通する気体に対する抵抗係数Ｋが２．７６未満となる開口比βに設定している。これにより、本実施形態の物理量測定装置１００は、周波数が１０［ｋＨｚ］以上、２０［ｋＨｚ］以下の被計測気体２の振動に対する熱式流量センサ１５１の信号の誤差が１５０［ｄｂ］以下になっている。

【0066】

以下、本実施形態の物理量測定装置１００の作用を説明する。

【0067】

図１に示すような内燃機関制御システム１では、たとえば、車両に搭載されるターボチャージャが発生する音圧によって、物理量測定装置１００の副通路１３０に取り込まれた被計測気体２が所定の周波数で振動する場合がある。この場合、たとえば、図４Ｂに示すように、チップパッケージ１５０の樹脂封止部１５５から露出した通路形成部材１５６が、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａに対向する部分において振動する。

【0068】

ここで、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａと、熱式流量センサ１５１の半導体基板１５１ａの凹部１５１ｃとの間に、減衰部材１５７が配置されていない場合、通路形成部材１５６の振動により貫通孔１５４ａと凹部１５１ｃの間を流通する空気が振動する。その結果、半導体基板１５１ａの薄膜部１５１ｄが振動して、熱式流量センサ１５１による被計測気体２の流量の測定精度が低下する。

【0069】

これに対し、本実施形態の物理量測定装置１００は、前述のように、リードフレーム１５４と、そのリードフレーム１５４を部分的に封止する樹脂封止部１５５と、リードフレーム１５４の表面に実装される熱式流量センサ１５１と、リードフレーム１５４の裏面に配置される通路形成部材１５６と、を備える。また、本実施形態の物理量測定装置１００は、熱式流量センサ１５１とリードフレーム１５４との間に配置される減衰部材１５７をさらに備えている。熱式流量センサ１５１は、半導体基板１５１ａと、その半導体基板１５１ａの表面側に形成されて樹脂封止部１５５から露出した薄膜部１５１ｄと、その薄膜部１５１ｄの表面側に設けられた流量検出部１５１ｂと、半導体基板１５１ａの裏面側に形成されて薄膜部１５１ｄの裏面側に隣接する凹部１５１ｃと、を有している。リードフレーム１５４は、凹部１５１ｃの開口に連通する貫通孔１５４ａと、その貫通孔１５４ａに連通してリードフレーム１５４の裏面に沿って形成された通気溝１５４ｂと、を有している。通路形成部材１５６は、貫通孔１５４ａおよび通気溝１５４ｂとともに凹部１５１ｃを外部に連通させる通気通路１５８を形成し、貫通孔１５４ａを閉鎖する部分が樹脂封止部１５５から露出されている。減衰部材１５７は、通気通路１５８と凹部１５１ｃとの間を流通する気体に対する抵抗係数Ｋが２．７６未満となる開口比βに設定された複数の連通孔１５７ａを有している。

【0070】

この構成により、チップパッケージ１５０の樹脂封止部１５５から露出した通路形成部材１５６が振動すると、減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａを通してリードフレーム１５４の貫通孔１５４ａと半導体基板１５１ａの凹部１５１ｃとの間を空気が流通する。ここで、減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａの開口比βは、通気通路１５８を構成する貫通孔１５４ａと凹部１５１ｃとの間を流通する気体に対する抵抗係数Ｋが２．７６未満となるように設定されている。

【0071】

図５Ａは、抵抗係数Ｋと減衰率Ａ∞との関係を示すグラフである。図５Ａに示すように、抵抗係数Ｋが２．７６未満の場合、減衰率Ａ∞はゼロより大となり、通気通路１５８を構成する貫通孔１５４ａと凹部１５１ｃとの間を流通する気体の振動が減衰する。したがって、前述のように、減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａの開口比βを、抵抗係数Ｋが２．７６未満となるように設定することで、通気通路１５８と凹部１５１ｃとの間を流通する気体の振動を減衰させることができる。なお、開口比βは、たとえば、前述の式（２）または（３）により求めることができ、減衰率Ａ∞は、α、Ｃを比例定数として、以下の式（４）から（６）により求めることができる。

【0072】

Ａ∞＝（１＋α－αＫ）／（１＋α＋Ｋ） ・・・（４）
α＝１．１×（１＋Ｋ）^１／２ ・・・（５）
Ｋ＝Ｃ（１－β）／β^２ ・・・（６）

【0073】

図５Ｂは、連通孔１５７ａの直径ｄおよびピッチｌと、減衰率Ａ∞との関係を示すグラフである。なお、図５Ｂにおいて、減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａの配置は、図４Ｄに示すような千鳥状の配置である。減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａの開口比βは、前述の式（２）に示すように、連通孔１５７ａの直径ｄとピッチｌによって決まる。たとえば、前述のように、熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃの開口と、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａが、１［ｍｍ］×１［ｍｍ］の正方形であるとする。この場合、熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃの開口と、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａとの間に配置される、減衰部材１５７の連通孔１５７ａの直径ｄおよびピッチｌと、減衰率Ａ∞との間には、図５Ｂに示すような関係が成立する。

【0074】

すなわち、連通孔１５７ａの直径ｄが２０［μｍ］である場合、ピッチｌを約３０［μｍ］から約５０［μｍ］までの範囲とすることで、減衰率Ａ∞を０より大とすることができる。また、連通孔１５７ａの直径ｄが５０［μｍ］である場合、ピッチｌを約８０［μｍ］から約１１０［μｍ］までの範囲とすることで、減衰率Ａ∞を０より大とすることができる。また、連通孔１５７ａの直径ｄが１００［μｍ］である場合、ピッチｌを約１７０［μｍ］から約２３０［μｍ］までの範囲とすることで、減衰率Ａ∞を０より大とすることができる。また、連通孔１５７ａの直径ｄが２００［μｍ］である場合、ピッチｌを約３３０［μｍ］から約４６０［μｍ］までの範囲とすることで、減衰率Ａ∞を０より大とすることができる。なお、連通孔１５７ａをレーザー加工によって形成する場合には、直径ｄを１００［μｍ］程度にすることで、バリの発生を抑制することが可能になる。

【0075】

図５Ｃは、減衰部材１５７を構成するメッシュの線径ｄおよびピッチｌと、減衰率Ａ∞との関係を示すグラフである。減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａの開口比βは、前述の式（３）に示すように、連通孔１５７ａを構成するメッシュの線径ｄとピッチｌによって決まる。たとえば、前述のように、熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃの開口と、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａが、１［ｍｍ］×１［ｍｍ］の正方形であるとする。この場合、熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃの開口と、リードフレーム１５４の貫通孔１５４ａとの間に配置される、メッシュの線径ｄおよびピッチｌと、減衰率Ａ∞との間には、図５Ｃに示すような関係が成立する。

【0076】

すなわち、減衰部材１５７を構成するメッシュの線径ｄが２０［μｍ］である場合、ピッチｌを約７０［μｍ］から約２００［μｍ］までの範囲とすることで、減衰率Ａ∞を０より大とすることができる。また、メッシュの線径ｄが５０［μｍ］である場合、ピッチｌを約１８０［μｍ］から約５００［μｍ］までの範囲とすることで、減衰率Ａ∞を０より大とすることができる。また、メッシュの線径ｄが１００［μｍ］である場合、ピッチｌを約３６０［μｍ］から約１０００［μｍ］までの範囲とすることで、減衰率Ａ∞を０より大とすることができる。なお、メッシュの線径ｄを２０［μｍ］、ピッチｌを約１００［μｍ］から約２００［μｍ］までの範囲とすることで、空気の振動の減衰効果が高く、かつ減衰部材１５７の製造を容易にすることができる。

【0077】

以上のように、本実施形態の物理量測定装置１００によれば、通路形成部材１５６を用いることで、特許文献１の第二実施例に記載された従来の熱式空気流量センサのような基板支持部材を使用する必要がなく、部品点数の増加や装置の大型化を抑制することができる。また、本実施形態の物理量測定装置１００によれば、減衰部材１５７の複数の連通孔１５７ａによって、通気通路１５８と熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃとの間を流通する空気の振動を減衰させ、外部からの音圧の影響による空気流量の測定精度の低下を抑制することができる。

【0078】

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、減衰部材１５７は、たとえば、熱式流量センサ１５１をリードフレーム１５４に接着する接着シートである。この構成により、従来から熱式流量センサ１５１をリードフレーム１５４に接着するために使用されていた接着シートを減衰部材１５７として使用することができる。したがって、物理量測定装置１００の部品点数の増加や装置の大型化を抑制することができる。また、減衰部材１５７の設置および加工を容易にすることができる。

【0079】

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、減衰部材１５７として用いる接着シートの弾性率は、たとえば、１［ＭＰａ］以上である。この構成により、通気通路１５８と熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃとの間を流通する空気による減衰部材１５７のたわみを防止して、連通孔１５７ａを通過する空気の振動をより確実に減衰させることが可能になる。

【0080】

また、本実施形態の物理量測定装置１００において、減衰部材１５７は、たとえば、メッシュである。この構成により、減衰部材１５７の強度および耐久性を向上させることができる。たとえば、減衰部材１５７を構成するメッシュの材質が、リードフレーム１５４の材質と同じである場合、減衰部材１５７を構成するメッシュとリードフレーム１５４の線膨張係数が等しくなり、熱応力の発生を抑制することができる。また、減衰部材１５７に対する孔開け加工を省略して、製造工程を簡略化することが可能になる。

【0081】

また、本実施形態の物理量測定装置１００は、通気通路１５８と熱式流量センサ１５１の凹部１５１ｃとの間を流通する空気に対する抵抗係数をＫ、複数の連通孔１５７ａの開口比をβとして、前述の式（１）：Ｋ＝０．８５（１－β）／β^２が成立する。これにより、抵抗係数Ｋに基づいて複数の連通孔１５７ａの開口比βを決定することができる。

【0082】

また、本実施形態の物理量測定装置１００は、周波数が１０［ｋＨｚ］以上、２０［ｋＨｚ］以下の気体の振動に対する熱式流量センサ１５１の信号の誤差が１５０［ｄｂ］以下である。この構成により、熱式流量センサ１５１による被計測気体２の流量の測定精度を向上させることが可能になる。

【0083】

以上、図面を用いて本開示に係る物理量測定装置の実施形態を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限定されるものではなく、本開示の要旨を逸脱しない範囲における設計変更等があっても、それらは本開示に含まれるものである。なお、通路形成部材として、３００［℃］から３５０［℃］程度で軟化点を迎える低融点のガラスシートを用いてもよい。この場合、ガラスシートに配合されたフラックス、Ｎｉ、Ａｕなどの金属が化学結合することにより、ガラスシートがリードフレームに一体化する。この場合、熱式流量センサとリードフレームとを接着する接着シートに、リードフレームの貫通孔または熱式流量センサの凹部の開口と同一の形状および寸法の開口を形成して、複数の連通孔を有する減衰部材を省略してもよい。

【符号の説明】

【0084】

１００ 物理量測定装置
１５１ 熱式流量センサ
１５１ａ 半導体基板
１５１ｂ 流量検出部
１５１ｃ 凹部
１５１ｄ 薄膜部
１５４ リードフレーム
１５４ａ 貫通孔
１５４ｂ 通気溝
１５５ 樹脂封止部
１５６ 通路形成部材
１５７ 減衰部材（接着シート、メッシュ）
１５７ａ 連通孔
１５８ 通気通路
Ｋ 抵抗係数
β 開口比

【図1】

【図2A】

【図2B】

【図2C】

【図2D】

【図2E】

【図3A】

【図3B】

【図3C】

【図3D】

【図4A】

【図4B】

【図4C】

【図4D】

【図4E】

【図5A】

【図5B】

【図5C】