TOP特許意匠商標
特許ウォッチ DM通知 Twitter
10個以上の画像は省略されています。
公開番号2021032845
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210301
出願番号2019156926
出願日20190829
発明の名称センサ装置
出願人日立オートモティブシステムズ株式会社
代理人特許業務法人サンネクスト国際特許事務所
主分類G01F 1/684 20060101AFI20210201BHJP(測定;試験)
要約【課題】回路基板の厚さばらつき等の実装ばらつきが、流路におけるセンサ素子の位置決め精度に与える影響を低減可能な構造であるセンサ装置を提供する。
【解決手段】 センサ装置は、通路に設置されて通路を通過する気体に関する物理量を検出するセンサ素子を有する検出部と、検出部と電気的に接続する回路基板と、回路基板と検出部とをそれぞれ固定する固定部材と、通路形成部と、を備える。通路形成部は、固定部材が固定された第一部分と、回路基板と間隙を介して対向する第二部分と、通路を形成する面の一つでありセンサ素子と通路を介して対向する第三部分と、を同一面上に有する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
通路に設置され、前記通路を通過する気体に関する物理量を検出するセンサ素子を有する検出部と、
前記検出部と電気的に接続する回路基板と、
前記回路基板と前記検出部とをそれぞれ固定する固定部材と、
前記固定部材が固定された第一部分と、前記回路基板と間隙を介して対向する第二部分と、前記通路を形成する面の一つであり前記センサ素子と前記通路を介して対向する第三部分と、を同一面上に有する通路形成部と、
を備えるセンサ装置。
続きを表示(約 1,400 文字)【請求項2】
前記通路形成部は、前記第一部分と同一面上に、前記固定部材が固定された第四部分をさらに有し、
前記固定部材が固定された、前記第一部分と前記第四部分との間に、前記回路基板と間隙を介して対向する前記第二部分がある
請求項1に記載のセンサ装置。
【請求項3】
前記通路形成部の前記第三部分と前記センサ素子との距離より、前記通路形成部の前記第二部分と前記回路基板との距離は近い
請求項2に記載のセンサ装置。
【請求項4】
前記通路形成部と前記固定部材とともに、前記通路の少なくとも一部を形成するハウジングをさらに有し、
前記センサ素子は、前記通路を通過する気体に関する物理量として、前記通路を通過する気体の流量を少なくとも検出し、
前記回路基板は、前記検出された流量を演算処理する演算部を備える
請求項3に記載のセンサ装置。
【請求項5】
前記固定部材は、前記回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記回路基板をはさむような2辺を少なくとも有する
請求項4に記載のセンサ装置。
【請求項6】
前記固定部材は、
前記通路形成部の前記第一部分と固定された第一固定部と、前記回路基板と固定された第二固定部とを含む第一段差部と、
前記回路基板と固定された第三固定部と、前記通路形成部の前記第四部分と固定された第四固定部と、を含む第二段差部と、を備え、
前記第一段差部と前記第二段差部は、前記回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記回路基板をはさむような2辺である
請求項5に記載のセンサ装置。
【請求項7】
前記固定部材の第一段差部と、前記第一段差部と対向する前記回路基板の第一側面との間に間隙があり、
前記固定部材の第二段差部と、前記第二段差部と対向する前記回路基板の第二側面との間に間隙がある
請求項6に記載のセンサ装置。
【請求項8】
前記固定部材の前記第一段差部は、前記第一固定部と前記第二固定部との間に、前記回路基板の厚み方向に形成された第一の溝を有し、
前記固定部材の前記第二段差部は、前記第三固定部と前記第四固定部との間に、前記回路基板の厚み方向に形成された第二の溝を有し、
前記回路基板の第一側面の少なくとも一部は、前記回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第一の溝と重なる位置にあり、
前記回路基板の第二側面の少なくとも一部は、前記回路基板の厚さ方向からの平面視において、前記第二の溝と重なる位置にある
請求項7に記載のセンサ装置。
【請求項9】
前記固定部材は、前記第一段差部と前記第二段差部との間の中間部を有し、
前記固定部材は、前記回路基板の厚さ方向からの平面視において、コの字形状となる三辺を有する
請求項6に記載のセンサ装置。
【請求項10】
前記固定部材は、樹脂で形成された枠体であり、
前記検出部は、前記枠体の少なくとも一部を貫通し、
前記検出部の前記センサ素子は、前記枠体の外側にあり、
前記検出部と前記回路基板とが接続する部分は、前記枠体の内側にある
請求項5に記載のセンサ装置。
【請求項11】
前記固定部材は、前記回路基板を囲う枠体である
請求項10に記載のセンサ装置。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、センサ装置に関する。
続きを表示(約 7,700 文字)【背景技術】
【0002】
自動車等の内燃機関は、内燃機関に流入する空気と燃料の量を適切に調整して、内燃機関を効率よく稼動させるための電子制御燃料噴射装置を備えている。電子制御燃料噴射装置には、内燃機関に流入する空気の流量を測定するための流量センサが設けられている。マイクロマシニング技術を用いてシリコン素子にダイヤフラムを形成し、このダイヤフラム上に流量検出部を設けた流量センサ素子を実装した流量センサが注目されている。
【0003】
流量検出部は、発熱抵抗体と測温抵抗体とを備え、同一または別の半導体チップに設けられた制御回路部の制御により流量を測定する。このような流量センサは、例えば、流量検出部を露出して半導体チップの周囲を樹脂で封止する構造を有している。樹脂による封止に代えて、樹脂モールドで予めパッケージ化された流量センサチップが知られている。また、特許文献1に記載の半導体モジュールに関する技術がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
特開2018−81959号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
例えば回路基板の厚さばらつき等の実装ばらつきが、流路におけるセンサ素子の位置決め精度に影響すると、流量の測定精度にばらつきが生じる。そこで、回路基板の厚さばらつき等の実装ばらつきが、流路におけるセンサ素子の位置決め精度に与える影響を低減可能な構造であるセンサ装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記課題を解決するために、本発明の一態様であるセンサ装置は、通路に設置されて通路を通過する気体に関する物理量を検出するセンサ素子を有する検出部と、検出部と電気的に接続する回路基板と、回路基板と検出部とをそれぞれ固定する固定部材と、通路形成部と、を備える。通路形成部は、固定部材が固定された第一部分と、回路基板と間隙を介して対向する第二部分と、通路を形成する面の一つでありセンサ素子と通路を介して対向する第三部分と、を同一面上に有する。
【発明の効果】
【0007】
本発明によれば、回路基板の厚さばらつき等の実装ばらつきが、流路におけるセンサ素子の位置決め精度に与える影響を低減可能な構造であるセンサ装置を提供できる。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。
【図面の簡単な説明】
【0008】
実施例1に係る流量センサモジュールにおける平面図である。
図1の流量センサモジュールにおけるA−A断面図である。
図1の流量センサモジュールの構成の一部を示す平面図である。
図3の流量センサモジュールにおけるB−B断面図である。
図3の流量センサモジュールにおけるC−C断面図である。
実施例1の変形例である流量センサモジュールについて、図3におけるB−B断面図である。
実施例1の他の変形例である流量センサモジュールの構成の一部を示す平面図である。
実施例2に係る流量センサモジュールの構成の一部を示す平面図である。
図8の流量センサモジュールにおけるD−D断面図である。
実施例3に係る流量センサモジュールの構成の一部を示す平面図である。
図10の流量センサモジュールにおけるE−E断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。実施例は、本発明を説明するための例示であって、説明の明確化のため、適宜、省略および簡略化がなされている。本発明は、他の種々の形態でも実施することが可能である。特に限定しない限り、各構成要素は単数でも複数でも構わない。図面において示す各構成要素の位置、大きさ、形状、範囲などは、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲などを表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面に開示された位置、大きさ、形状、範囲などに限定されない。同一あるいは同様の機能を有する構成要素が複数ある場合には、同一の符号に異なる添字を付して説明する場合がある。また、これらの複数の構成要素を区別する必要がない場合には、添字を省略して説明する場合がある。また、各図の右下にX軸、Y軸、及びZ軸の三次元座標軸を示している。同じ実施形態を説明する図面の間では、これらの三軸(X軸、Y軸、及びZ軸)と当該実施形態の構成例(例えば流量センサモジュール)との関係は同じであると理解されてよい。
【実施例】
【0010】
図1は、実施例1に係る流量センサモジュール1における平面図である。ただし、図1では、流量センサモジュール1のカバー4については図示していない。図2は、図1の流量センサモジュール1におけるA−A断面図である。図2では、流量センサモジュール1のカバー4についても示している。
【0011】
流量センサモジュール1は、流量センサチップ5を含む各種センサと、各種センサ等を実装した回路基板9と、ハウジング2と、ベース部材3と、カバー4と、支持部材8とを備える。回路基板9は、流量センサチップ5と、圧力センサチップ6と、湿度センサチップ7と、接続部10とを備える。なお、回路基板9は、コストダウンのため、多機種にわたって兼用できるように汎用性を高めて設計された回路基板であってもよい。また、支持部材8は、半田付け等の製造工程の温度で変形や劣化しないように、耐熱性の材料で形成されることが好ましい。
【0012】
流量センサチップ5と、圧力センサチップ6と、湿度センサチップ7は、回路基板上に実装されている。なお、以降の説明において、流量センサチップ5と、圧力センサチップ6と、湿度センサチップ7を、「センサチップ」と呼ぶことがある。回路基板9は、支持部材8の段差部24と接しており、例えば段差部24と接着剤22で固定されていてもよい。
【0013】
接続部10とハウジング2にインサートされたターミナル11とは、例えばワイヤ12で電気的に接続される。各センサチップ(流量センサチップ5、圧力センサチップ6、及び湿度センサチップ7)は、それぞれ電気接続部13を有する。回路基板9と電気接続部13は、不図示の柔軟な線材を介して、又は直に半田14で電気的に接続される。
【0014】
各センサチップの電気接続部13は、各センサチップ内部の電気回路と接続されており、例えば各センサチップの外部にも露出しているリードであってもよい。各センサチップとワイヤ12、電気接続部13及び半田14は、絶縁性の高い樹脂またはゲルで保護されることが好ましい。
【0015】
流量センサチップ5は、図2に示されるように、リードフレーム15と、流量センサ素子16と、半導体チップ17と、ワイヤ18と、モールド樹脂19とを有する。流量センサ素子16の上面側には、流量検出部20が形成されている。流量検出部20は、周囲よりも薄肉にされた部位である。流量センサ素子16の下面側には、矩形状または台形状の空洞部を形成されており、この空洞部により流量検出部20が薄肉となっている。
【0016】
流量検出部20は、例えば、発熱用抵抗体と、この発熱体用抵抗体の両側に配置された一対の測定用抵抗体とを含む、ヒータ制御ブリッジ及び温度センサブリッジを有する。発熱用抵抗体と、一対の測定用抵抗体は、流量を検出する空気等の気体が流れる方向に沿って配列されている。
【0017】
具体的には、発熱用抵抗体と一対の測定用抵抗体は、計測する気体の流れの上流側の測定用抵抗体が気体で冷却され、下流側の測定用抵抗体が発熱抵抗体からの熱で温められるように配設されている。半導体チップ17は、CPU、入力回路、出力回路及びメモリ等から構成され、気体の流量を計測するための制御回路を有する。
【0018】
モールド樹脂19としては、例えば、エポキシ樹脂やフェノール樹脂等の熱硬化性樹脂を使用することができる。また、金、銀、銅、すず等の金属微粒子、あるいは、シリカ、ガラス、カーボン、マイカ、タルク等を成分として含む無機微粒子を混入してもよい。金属微粒子や無機微粒子を適量混入することにより、樹脂に導電性を持たせたり、樹脂の線膨張係数の調整を行ったりすることができる。
【0019】
リードフレーム15としては、例えば、銅や42%ニッケル・リードフレーム材(42アロイ)等を使用することができる。流量センサチップ5は、ハウジング2及び支持部材8の両方に固定されている。流路21は、ベース部材3と、ハウジング2と、支持部材8等により囲まれた空間に形成されている。流量センサチップ5の流量検出部20で空気流量を計測するため、流量センサチップ5の流量検出部20は、図2に示す流路21に突き出るように実装される。流量検出部20は、流量センサチップ5の流量センサ素子16の上面に形成され、流路21に露出するように配置される。流路21に空気が流れることで、流量検出部20にて空気流量が計測される。回路基板の厚さばらつき等によって、もし図2の矢印で示すベース部材3から流量センサチップ5の流量検出部20までの高さにばらつきが生じると、流量検出部20近傍の流れ場が変わり、計測した空気流量にばらつきが生じる。そこで、流量センサチップ5とベース部材3に接する支持部材8を設けることで、ベース部材3から流量検出部20までの高さばらつきの抑制を図る。
【0020】
図3は、流量センサモジュール1の構成の一部を示す平面図である。図4は、図3の流量センサモジュール1におけるB−B断面図である。図5は、図3の流量センサモジュール1におけるC−C断面図である。なお、図3、図4、図5では、流量センサモジュール1の構成の一部を示している。例えば、図3、図4、図5では、ハウジング2及びカバー4を示していない。図3及び図4に示すように、支持部材8は回路基板9の少なくとも一部を跨ぐ構造であり、回路基板9を挟んで対向する支持部材8の一部が繋がった構造である。支持部材8は段差部24を有する。段差部24は、回路基板9の実装面の少なくとも一部で接している。段差部24と回路基板9は、その接触箇所の少なくとも一部で接着剤22により固定される。
【0021】
支持部材8は、回路基板9の最下面よりもベース部材3側に突き出した脚部を有する構造である。この脚部で支持部材8とベース部材3が接して、ベース部材3と回路基板9との間に空間を設けている。回路基板9に厚さばらつきがあったとしても、この空間が存在するように、支持部材8の脚部は十分な長さに設計される。このような構造によって、回路基板9に(仕様上で許容範囲内の)厚さばらつきがあったとしても、ベース部材3と回路基板9との間に空間が存在するため、ベース部材3から流量検出部20までの高さに影響することを抑えられる。同様に、もし回路基板9に(仕様上で許容範囲内の)反りや変形があったとしても、この空間によって、ベース部材3から流量検出部20までの高さに影響することを抑えられる。したがって、ベース部材3から流量検出部20までの高さばらつきを抑制可能となる。なお、流量センサチップ5は、支持部材8に固定されており、流量検出部20がベース部材3に対向するように設置されている。
【0022】
図4及び図5に示すように、支持部材8とベース部材3とは、少なくとも2辺で接することで、支持部材8の傾きを防止し、ベース部材3から流量検出部20までの高さばらつきを抑制可能である。支持部材8とベース部材3は、例えば接着剤22で接着されている。流量センサチップ5と支持部材8は、接着剤22による接着の他に、回路基板9との半田接続前であれば、流量センサチップ5の一部を支持部材8の樹脂でモールドし、一体化することも可能である。
【0023】
流量センサチップ5と支持部材8とを一体化する場合は、流量センサチップ5の位置が固定されるため、位置ずれによる高さばらつきを抑制可能である。この場合、支持部材8と流量センサチップ5とが一体化された状態で半田14を溶融させ、流量センサチップ5の電気接続部13と回路基板9に付着させることになる。加熱炉によって半田付けする場合、支持部材8の樹脂は、耐熱性の高い樹脂である必要があり、例えば、エポキシ樹脂やポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイド(PPS)等が好適である。
【0024】
[実施例1の変形例]
以下、実施例1の変形例である流量センサモジュール1について説明する。実施例1の変形例である流量センサモジュール1の構成の一部を示す平面図は、実施例1と同様に、図1や図3で示される。図6は、実施例1の変形例である流量センサモジュール1について、図3におけるB−B断面図である。図6に示すように、実施例1の変形例である流量センサモジュール1は、回路基板9と接する支持部材8に切り欠き部23を設けた構造である。また、回路基板9の側面(X軸方向やY軸方向における側面)と支持部材8との間には、少なくとも空間がある。なお、実施例1の変形例である流量センサモジュール1のその他の構成については、実施例1の流量センサモジュール1と同様の構成であってもよい。ここで、製造工程(例えば半田付け工程等)での加熱時には、回路基板9が熱膨張して広がる。このとき、もし回路基板9の側面が支持部材8と接触する場合、回路基板9と支持部材8の線膨張差によっては、支持部材8により回路基板9の側面等から力がかかり、回路基板9が大きく反るように変形する可能性がある。図6で示すように、切り欠き部23や十分な空間が設けられている場合、回路基板9が大きく反ることを抑制できる。これにより、半田付けの位置ずれ防止と半田14に対する変形応力等の負荷低減につながる。
【0025】
[実施例1の他の変形例]
以下、実施例1の他の変形例である流量センサモジュール1aについて説明する。図7は、流量センサモジュール1aの構成の一部を示す平面図である。図7に示すように、実施例1の他の変形例である流量センサモジュール1aは、図3の実施例1の流量センサモジュール1の支持部材8から、Z軸方向から平面視において支持部材8の矩形の1辺を形成する側壁部を除去した構造である。流量センサモジュール1aの支持部材8は、回路基板9を挟んで向かい合う2辺がベース部材3と接すればよく、例えば、図7に示すように支持部材8の一部が開口してもよい。例えば、流量センサモジュール1aの支持部材8は、Z軸方向から平面視において三辺となるコの字型の構造であってもよい。支持部材8の形状としては、円形状、楕円形状、矩形形状または多角形形状等の任意の形状とすることができる。なお、流量センサモジュール1aのその他の構成については、実施例1の流量センサモジュール1と同様の構成であってもよい。
【実施例】
【0026】
以下、図8及び図9を参照して、実施例2の流量センサモジュール1bについて説明する。図8は、実施例2に係る流量センサモジュール1bの構成の一部を示す平面図である。図9は、図8の流量センサモジュール1bにおけるD−D断面図である。実施例2の流量センサモジュール1bは、流量センサチップ5が支持部材8の対向する2辺で支持されている。これにより、流量センサチップ5の実装時の位置ずれがさらに抑制される。なお、流量センサモジュール1bのその他の構成については、実施例1の流量センサモジュール1と同様の構成であってもよい。
【実施例】
【0027】
以下、図10及び図11を参照して、実施例3の流量センサモジュール1cについて説明する。図10は、実施例3に係る流量センサモジュール1cの構成の一部を示す平面図である。図11は、図10の流量センサモジュール1cにおけるE−E断面図である。
【0028】
図10に示すように、実施例3の流量センサモジュール1cの支持部材8は、回路基板9の周囲を囲う構造である。流量センサモジュール1cの支持部材8は、負のZ方向の端面が、全面にわたってベース部材3と接する。図10の例では、Z軸からの平面視において、Y軸と平行な2辺とX軸と平行な2辺で示される、支持部材8の四方の側面(壁面)がベース部材3と接している。これにより、支持部材8は、四方の壁面の全てがベース部材3から安定的に支持されるため、安定性が向上する。また、回路基板9の周囲が支持部材8で囲まれるため、電気接続部13を絶縁材で保護する際に、樹脂注型のダム材としても活用可能である。その結果、樹脂充填剤等の無駄が減少するため、材料効率を向上させられる。なお、流量センサモジュール1cのその他の構成については、実施例1の流量センサモジュール1と同様の構成であってもよい。
【0029】
以上、種々の実施の形態及び変形例を説明したが、本発明はこれらの内容に限定されるものではない。上述した各実施例1〜3及び変形例は、それぞれを組み合わせてもよい。本発明の技術的思想の範囲内で考えられるその他の態様も本発明の範囲内に含まれる。
【0030】
また、以下のセンサ装置も、実施形態の一例である。センサ装置(例えば流量センサモジュール1,1a,1b,1c)は、通路(例えば流路21)に設置されて通路を通過する気体に関する物理量を検出するセンサ素子(例えば流量センサ素子16)を有する検出部(例えば流量センサチップ5)と、検出部と電気的に接続する回路基板(例えば回路基板9)と、回路基板と検出部とをそれぞれ固定する固定部材(例えば支持部材8)と、通路形成部(例えばベース部材3)と、を備える。通路形成部は、固定部材が固定された第一部分と、回路基板と間隙を介して対向する第二部分と、通路を形成する面の一つでありセンサ素子と通路を介して対向する第三部分と、を同一面上に有する。
(【0031】以降は省略されています)

この特許をJ-PlatPatで参照する

関連特許

日立オートモティブシステムズ株式会社
緩衝器
日立オートモティブシステムズ株式会社
モータ
日立オートモティブシステムズ株式会社
制御弁
日立オートモティブシステムズ株式会社
弁装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
電子装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
二次電池
日立オートモティブシステムズ株式会社
制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
印刷方法
日立オートモティブシステムズ株式会社
回路基板
日立オートモティブシステムズ株式会社
回転電機
日立オートモティブシステムズ株式会社
回転電機
日立オートモティブシステムズ株式会社
制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
回転電機
日立オートモティブシステムズ株式会社
演算装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
レーダ装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
半導体装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
電池パック
日立オートモティブシステムズ株式会社
センサ装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
レーダ装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
熱式流量計
日立オートモティブシステムズ株式会社
流量計測計
日立オートモティブシステムズ株式会社
燃料噴射弁
日立オートモティブシステムズ株式会社
燃料噴射弁
日立オートモティブシステムズ株式会社
電子制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
燃料噴射装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
電子制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
車両制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
電子制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
操舵制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
電子制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
電子制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
電子制御装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
電力変換装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
更新管理装置
日立オートモティブシステムズ株式会社
電子制御装置
続きを見る