專利名稱：傳感器、傳感器的溫度控制方法和異?；謴?fù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于流量計(jì)的流量傳感器等的傳感器及其溫度控制方法和異?；謴?fù) 方法。
背景技術(shù)：
專利文獻(xiàn)1所公開的具有組件構(gòu)造的流速傳感器，在將平板狀的基礎(chǔ)構(gòu)件粘合的組件 內(nèi)部，安裝有傳感器芯片。在基礎(chǔ)構(gòu)件上，設(shè)有與該基礎(chǔ)構(gòu)件的傳感器芯片的安裝面平行 的槽狀流路，該流路的出入口形成在組件的相對(duì)的端面上。而且，傳感器芯片的電極，通 過引線焊接或焊料凸起與一體形成在基礎(chǔ)構(gòu)件上的電極電連接。
專利文獻(xiàn)2所公開的熱流量計(jì)，使安裝有傳感器芯片的基板緊貼在管狀的主體的內(nèi)壁 上而構(gòu)成。在該傳感器芯片或基板上，形成有與安裝面平行的槽，在主體的內(nèi)部形成有主 流路和由所述槽構(gòu)成的傳感器流路。
而且，專利文獻(xiàn)3所公開的流量傳感器，在底座的方孔中配置傳感器芯片，配置設(shè)有 切口的配線基板，或設(shè)置間隙、相對(duì)配置2片配線基板并設(shè)置蓋，由此在傳感器芯片的傳 感器面上形成流路。
此外，在專利文獻(xiàn)4中，公開了一種具有陶瓷加熱器構(gòu)造體的氣體傳感器。專利文獻(xiàn) 4的氣體傳感器，具有將加熱部配設(shè)在陶瓷基板內(nèi)部而構(gòu)成的陶瓷加熱器構(gòu)造體，該加熱 部在絕緣陶瓷體的內(nèi)部?jī)?nèi)置有加熱器，通過該陶瓷加熱器構(gòu)造體對(duì)傳感器檢測(cè)部進(jìn)行加 熱。
專利文獻(xiàn)1:日本特開昭60-220864號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)2:日本特開2002-168669號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)3:日本特開2006-118929號(hào)公報(bào) 專利文獻(xiàn)4:日本特開2004-327255號(hào)公報(bào)
在以往的傳感器中，存在如下問題當(dāng)測(cè)量對(duì)象的氣體不流動(dòng)而滯留在流路內(nèi)時(shí)，在 傳感器芯片的表面產(chǎn)生結(jié)露或水分附著，傳感器輸出變得不穩(wěn)定。
而且，專利文獻(xiàn)4的傳感器，通過陶瓷加熱器構(gòu)造體，將傳感器檢測(cè)部加熱到在傳感 器構(gòu)造上的測(cè)定所必需的溫度(30(TC以上)，不能進(jìn)行對(duì)于結(jié)露或水分附著的溫度控制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決上述問題而做成，目的在于得到一種傳感器及其溫度控制方法和異常 恢復(fù)方法，即使測(cè)量對(duì)象的氣體不流動(dòng)而在流路內(nèi)產(chǎn)生滯留，也能夠防止對(duì)于傳感器表面 的結(jié)露或水分附著，而且，通過將傳感器周圍溫度控制為一定，能夠提高傳感器精度。
本發(fā)明的傳感器，包括對(duì)測(cè)量對(duì)象的氣體的物理量進(jìn)行檢測(cè)的傳感器芯片；以及將 多片基板層疊而構(gòu)成的組件，該組件具有使測(cè)量對(duì)象的氣體暴露于該組件所收納的傳感器 芯片的傳感器面的組件內(nèi)流路，在基板中的至少一片基板上，設(shè)有加熱器。
本發(fā)明的傳感器，其通過層疊以下平板基板而構(gòu)成組件第一平板基板，其形成有收 納傳感器芯片的孔部，第二平板基板，其形成有作為向傳感器芯片導(dǎo)入測(cè)量對(duì)象的氣體用 的組件內(nèi)流路的孔部，以及第三平板基板，其形成有與組件內(nèi)流路連通、并作為組件的同 一端面上的測(cè)量對(duì)象的氣體的出入口的孔部。
本發(fā)明的傳感器，通過在第四平板基板上層疊第五平板基板以及第六平板基板而構(gòu)成 組件，所述第五平板基板，其形成有作為向傳感器芯片導(dǎo)入測(cè)量對(duì)象的氣體用的組件內(nèi)流 路的孔部，所述第六平板基板，其在開口部具有臺(tái)階，將所述傳感器芯片與臺(tái)階嵌合，并 使檢測(cè)面位于所述組件內(nèi)流路側(cè)，由此使傳感器芯片的背面和組件端面成為同一平面，并 且沒被傳感器芯片覆蓋的開口部，形成為作為與組件內(nèi)流路連通的測(cè)量對(duì)象的氣體的出入 口的孔部。
在上述傳感器中，本發(fā)明的傳感器的溫度控制方法，包括對(duì)組件內(nèi)的傳感器芯片的 周圍溫度進(jìn)行檢測(cè)的步驟；以及根據(jù)傳感器芯片的周圍溫度控制對(duì)加熱器的通電量，從而 對(duì)組件內(nèi)的溫度進(jìn)行控制的步驟。
在上述傳感器中，本發(fā)明的傳感器的異?；謴?fù)方法，包括根據(jù)從組件內(nèi)的傳感器芯 片獲得的輸出值，對(duì)傳感器表面的結(jié)露進(jìn)行判斷的步驟；當(dāng)判斷在傳感器表面產(chǎn)生了結(jié)露 時(shí)，控制對(duì)加熱器的通電量，進(jìn)行加熱，以使組件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)比通常的設(shè)定溫度高的步 驟；以及經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后，根據(jù)從返回到設(shè)定溫度的傳感器芯片獲得的輸出值，確認(rèn)結(jié)露 消除的步驟。
采用本發(fā)明，在基板中的至少一片基板上，設(shè)有加熱器，因此具有能夠?qū)⒔M件內(nèi)部設(shè) 定到所需溫度的效果。
采用本發(fā)明，對(duì)組件內(nèi)的傳感器芯片的周圍溫度進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)傳感器芯片的周圍溫 度，控制對(duì)加熱器的通電量，從而對(duì)組件內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，因此具有通過將傳感器周圍
5控制為規(guī)定溫度、能夠提高傳感器精度的效果。
采用本發(fā)明，包括根據(jù)從組件內(nèi)的傳感器芯片獲得的輸出值，對(duì)傳感器表面的結(jié)露 進(jìn)行判斷的步驟；當(dāng)判斷在傳感器表面產(chǎn)生了結(jié)露時(shí)，控制對(duì)加熱器的通電量，進(jìn)行加熱， 以使組件在規(guī)定時(shí)間內(nèi)比通常的設(shè)定溫度高的步驟；以及經(jīng)過規(guī)定時(shí)間后，根據(jù)從返回到 設(shè)定溫度的傳感器芯片獲得的輸出值，確認(rèn)結(jié)露消除的步驟。因此具有即使在傳感器表面 產(chǎn)生結(jié)露、也能通過簡(jiǎn)易的方法從結(jié)露異?；謴?fù)的效果。


圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的傳感器的立體圖。 圖2是表示圖1中的流量傳感器的組裝工序的立體圖。 圖3是沿圖2中的A-A線剖開的剖面圖。
圖4是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器和以往的傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖5是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的安裝例的圖。
圖6是沿圖5中的B-B線剖開的剖面圖。
圖7是用于說明以往的流量傳感器的密封狀態(tài)的圖。
圖8是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的其它的結(jié)構(gòu)的圖。
圖9是用于說明圖8中的流量傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。
圖IO是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的其它的結(jié)構(gòu)的圖。
圖11是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的組件內(nèi)流路的結(jié)構(gòu)例的俯視圖。
圖12是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的組件內(nèi)流路的其它的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖13是用于說明圖12中的流路的除塵效果的圖。
圖14是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的安裝結(jié)構(gòu)的一例的圖。
圖15是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的結(jié)構(gòu)的其它的例子的圖。
圖16是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的其它的結(jié)構(gòu)例的圖。
圖17是用于說明圖15中的流量傳感器的使用狀態(tài)的圖。
圖18是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的傳感器設(shè)置構(gòu)造的剖面圖。
圖19是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的間隔部的一結(jié)構(gòu)的圖。
圖20是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的間隔部的其它的結(jié)構(gòu)的圖。
圖21是表示采用實(shí)施了加熱器的基板的流量傳感器的組裝工序的圖。
圖22是表示具有加熱器的流量傳感器的剖面圖。圖23是表示流量傳感器的傳感器芯片的立體圖。
圖24是表示對(duì)具有加熱器的流量傳感器進(jìn)行控制的溫度控制裝置和流量傳感器控制 裝置的結(jié)構(gòu)的圖。
具體實(shí)施例方式
下面，為了更詳細(xì)地對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明，參照附圖，對(duì)用于實(shí)施本發(fā)明的最佳形態(tài)進(jìn) 行說明。
實(shí)施形態(tài)l
圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)1的傳感器的立體圖，表示將傳感器芯片收納在組件中 而構(gòu)成的流量傳感器，該組件由3片基板接合而成。如圖1所示，在實(shí)施形態(tài)1的流量傳 感器1中，在將陶瓷基板2a、 2b、 2c燒成接合而構(gòu)成的矩形的組件內(nèi)部裝有傳感器芯片， 在該組件的平坦的同一端面(基板2c面)上，設(shè)有流過測(cè)量對(duì)象氣體的組件內(nèi)流路的入 口 3a和出口 3b這兩者。
另外，構(gòu)成流量傳感器l的組件的基板2a 2c，是沒有形成當(dāng)層疊上下層的基板時(shí)、 在上下層的基板間卡合的凹凸部的平板基板，只要具有平坦得能使各基板保持原狀地重合 的端面就可以。而且，當(dāng)采用陶瓷基板的情況下，本發(fā)明所謂的基板的平坦的端面，不限 于完全平坦的端面，也包括由于生片的燒成而多少產(chǎn)生了表面粗糙度的端面。
而且，該流量傳感器1通過將分別配置于組件內(nèi)流路的入口 3a和出口 3b的密封圈4 夾入該組件面(基板2c面)和安裝側(cè)的安裝面之間，由此能夠保持流路的密閉性地進(jìn)行 安裝。
這里，通過將構(gòu)成組件的平板基板做成陶瓷基板2a、 2b、 2c，能夠獲得如下(A) ~ (C)的效果。
(A)電絕緣性
即使由于某種原因，傳感器芯片的傳感器面(檢測(cè)面)上的電連接脫開，也能在組 件內(nèi)保持電絕緣性。例如，在熱式流量傳感器中，使用與傳感器面電連接的接線，接線露 出到組件內(nèi)流路中。因此，當(dāng)接線由于某種原因脫開時(shí)，在組件由不銹鋼等金屬制成的情 況下，在組件內(nèi)短路而不能保持電絕緣性。與此相對(duì)，在實(shí)施形態(tài)l的流量傳感器l中， 將具有電絕緣性的陶瓷基板層疊而構(gòu)成組件。因此，即使傳感器面的接線脫開也能夠保持 電絕緣性，能夠防止因短路而再次產(chǎn)生的不良狀況的發(fā)生。另外，即使用樹脂構(gòu)成平板基 板，也能夠獲得相同的效果。(B) 熱膨脹系數(shù)
通過將構(gòu)成組件的平板基板做成陶瓷基板，能夠提高其與傳感器芯片的熱適應(yīng)性。例 如，熱式流量傳感器的傳感器芯片由硅的單結(jié)晶構(gòu)成。因此，在組件由不銹鋼等金屬制成 的情況下，當(dāng)施加熱載荷時(shí)，由于熱膨脹系數(shù)不同，存在傳感器芯片破裂、或傳感器特性 變化的可能性。與此相對(duì)，在實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1中，將熱膨脹系數(shù)與傳感器芯片 接近的陶瓷應(yīng)用于組件的平板基板，因此能夠抑制由熱膨脹系數(shù)的不同所引起的不良狀況 的發(fā)生。另外，不限于陶瓷基板，即使由樹脂構(gòu)成平板基板，只要是與傳感器芯片接近的 熱膨脹系數(shù)，也能獲得相同的效果。
(C) 量產(chǎn)性
通過用陶瓷基板構(gòu)成組件，能夠?qū)崿F(xiàn)量產(chǎn)性的提高。例如，在由不銹鋼等金屬做成組 件的情況下，需要通過金屬的切削加工和腐蝕等來制作組件的各部件。與此相對(duì)，本發(fā)明 能夠通過如下方法進(jìn)行制造將多片陶瓷生片層疊并一并燒成，插入傳感器芯片后，分割 成一個(gè)一個(gè)的組件。因此，與由不銹鋼等金屬制作組件的情況相比，能夠顯著地提高量產(chǎn)
性。而且，即使在將構(gòu)成組件的平板基板做成樹脂基板的情況下，也能同樣地通過一并成 型而進(jìn)行制造，提高量產(chǎn)性。
圖2是表示上述圖1中的流量傳感器的組裝工序的立體圖，圖3是沿圖2中的A-A 線切開的剖面圖。如圖2 (a)所示，在作為傳感器芯片設(shè)置層的基板2a的中央部上，設(shè) 有與傳感器芯片5的形狀相對(duì)應(yīng)的開口 (例如菱形)的矩形孔5a。將傳感器芯片5插入 該矩形孔5a (參考圖2 (b))。而且，在作為流路層的基板2b上，形成有如圖2 (c)所 示的槽6，該槽6的一部分形成組件內(nèi)流路，從而傳感器芯片5的傳感器面暴露在測(cè)量對(duì) 象的氣體中。
而且，如圖3所示，傳感器芯片5的傳感器面上的電極和基板2b的電極通過導(dǎo)電接 合材料20電連接?？梢允褂美缛埸c(diǎn)比焊錫高的材料金(熔點(diǎn)在1000度以上)的凸塊等 作為導(dǎo)電接合材料20。這時(shí)，通過對(duì)金凸塊進(jìn)行并用熱壓力、熱超聲波的加壓，能夠?qū)?傳感器芯片5和基板2b電連接。另外，對(duì)于凸塊的形成，使用金絲的柱頭凸塊形成法(7 夕:y K^y文形成法)和電鍍法等。
如果使用熔點(diǎn)比焊錫和導(dǎo)電粘合劑高的金作為導(dǎo)電接合材料20的話，例如在將組件 與其它基板連接時(shí)以及將電氣元件安裝在組件端面上時(shí)，通過在組件內(nèi)施加與焊錫和導(dǎo)電 性粘結(jié)劑的熔點(diǎn)、玻化溫度接近的溫度，能夠抑制組件內(nèi)的連接部的壽命縮短。另外，作 為本發(fā)明的導(dǎo)電接合材料20，不限于上述髙熔點(diǎn)的材料，也可以使用以往那樣的焊錫等。
8如圖2 (d)所示，在基板2b上所放置的基板2c上，與槽6的端部的位置相對(duì)應(yīng)地分 別形成有作為流路的入口 3a和出口 3b的孔部。這樣由基板2a 2c構(gòu)成組件，從而在組 件內(nèi)部形成有曲折的流路。另外，在圖2中表示了在基板2c面上設(shè)有流路的出入口的例 子，但不限于只在該組件面上。即，在不脫離本發(fā)明的宗旨的范圍內(nèi)也可以在組件的其它 端面，例如將出入口設(shè)在基板2a面上。 (1)組件端面的有效利用
圖4是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器和以往的傳感器的結(jié)構(gòu)的圖。圖4(a)和圖4(b) 表示以往的傳感器，圖4 (c)表示實(shí)施形態(tài)1的傳感器。如上所述，在實(shí)施形態(tài)1的流 量傳感器中，在組件的平坦的同一個(gè)面(基板2c面)上設(shè)有流路的入口 3a和出口 3b這兩 者，因此能夠有效地使用其它的組件面。
例如，如圖4 (a)所示，在以往的傳感器100A中，在與傳感器芯片101分體設(shè)置的 基礎(chǔ)基板102上安裝有在傳感器結(jié)構(gòu)上所必需的電路，在該基礎(chǔ)基板102上所設(shè)有的底座 103上收納傳感器芯片101，設(shè)有間隙地相對(duì)配置有2片配線基板104A、 104B。傳感器芯 片101的電極P1 P6通過導(dǎo)電接合材料與配線基板104A、104B的未圖示的配線圖形連接。 而且，配線基板104A、 104B的配線圖形，通過露出到底座103的上下面的導(dǎo)通路即通孔 與基礎(chǔ)基板102的電極墊PD1 PD6電連接。
而且，在圖4 (b)所示的以往的傳感器100B中，在端板部105上所設(shè)有的突部110 上搭載有傳感器芯片IOI。而且，與圖4 (a)相同，傳感器芯片101的電極P1 P6通過 導(dǎo)電接合材料與配線基板104A、104B的未圖示的配線圖形連接。這些配線基板104A、104B 的配線圖形，通過露出到底座103的上下面的通孔與端板部105上的電極針T1 T6電連 接。
這樣，為了構(gòu)成以往的傳感器，需要將基礎(chǔ)基板102、端板部105等與傳感器芯片101 連接的工序，必須設(shè)有用于在基礎(chǔ)基板102、端板部105和傳感器芯片IOI之間交換電信 號(hào)的特殊的結(jié)構(gòu)，因此不能實(shí)現(xiàn)傳感器的小型化。
相反，在本實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1中，僅通過將設(shè)有流路的入口 3a和出口 3b 的面密封就能夠安裝，因此能夠在其它的組件面上形成在傳感器結(jié)構(gòu)上所必需的電路。例 如，圖4 (c)所示，在與設(shè)有流路的入口 3a和出口 3b的面相對(duì)的組件面(基板2a面) 上，安裝所有以往從基礎(chǔ)基板和端板進(jìn)一步引出而安裝在電連接的基板等上的電路的電氣 元件，如電信號(hào)的外部引出用端子7a和其它的電氣單元8等。
這樣通過將電路集中到組件的一個(gè)端面上，能夠顯著地使傳感器尺寸小型化。而且，不需要基礎(chǔ)基板和端板等，因此能夠減少部件的件數(shù)，在成本上也是有利的。
另外，在圖4(c)中，表示了與設(shè)有流路的入口 3a和出口 3b的面相對(duì)的組件面(基 板2a面)上安裝有電路的例子，但也可以是安裝在其它的組件面上的結(jié)構(gòu)。例如，可以 想到將圖4 (c)所示的外部引出用的端子7a安裝在組件的側(cè)面(與基板2a、 2c面垂直 的組件面)上的結(jié)構(gòu)等。
圖5是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的安裝例的圖，表示安裝在流有測(cè)量對(duì)象的氣體 的管道13上的情況。在圖5 (a)中，管道13的傳感器安裝部上，設(shè)有用于使流體流入 流量傳感器l的貫通孔lla、 llb，在該貫通孔lla、 llb的周圍，形成有嵌有密封圈4的 槽部。
流量傳感器l，夾著密封圈4將組件內(nèi)流路的出入口和貫通孔lla、 llb對(duì)齊而配置， 蓋上作為蓋的固定用托架10并通過固定螺釘9與設(shè)在管道13的安裝部上的螺紋孔12螺 合。由此，密封圈4在所述槽部壓塌，確保組件內(nèi)流路和管道13的密封性。這樣一來， 如圖5 (b)所示，流量傳感器1安裝在管道13的安裝部上。
從圖5可以看出，在實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1中，在組件的同一端面上設(shè)有組件內(nèi) 流路的出入口，因此只要僅通過該組件端面安裝在管道13上就可以。因此，不需要像以 往那樣對(duì)傳感器整體進(jìn)行密封、在傳感器周圍填充填充材料，即使是狹小的設(shè)置空間也能 充分應(yīng)對(duì)。
而且，如沿圖5中的B-B線剖開的剖面圖即圖6所示，在如上所述安裝的流量傳感器 1中，在基板2a上所設(shè)置的傳感器芯片收納用孔部的內(nèi)壁、和由其收納的傳感器芯片5 的側(cè)壁之間所形成的間隙中，填充樹脂密封材料14而密封，組件內(nèi)流路的入口 3a和出口 3b、與管道13的貫通孔lla、 lib的連接通過密封圈4被密封。這樣，流量傳感器1與外 部隔斷，因此流過管道13的測(cè)量對(duì)象的氣體通過貫通孔lla和流路入口 3a流入組件內(nèi)流 路，通過流路出口 3b和貫通孔llb向管道13流出。
下面，對(duì)實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的密封狀態(tài)進(jìn)行說明。
首先，為了比較，以專利文獻(xiàn)2所公開的以往的流量傳感器為例對(duì)密封狀態(tài)進(jìn)行說明。 圖7是用于說明專利文獻(xiàn)2所公開的以往的流量傳感器的密封狀態(tài)的圖，圖7 (a)是表 示以往的流量傳感器的立體圖(參考專利文獻(xiàn)2的圖4)，圖7 (b)是表示密封圖7 (a) 中的流量傳感器的狀態(tài)的立體圖，圖7 (c)是沿圖7(b)中的B1-Bl線剖開的剖面放大圖。 如圖7(a)所示，在專利文獻(xiàn)2所公開的以往的流量傳感器中，傳感器芯片5橫跨作為流 路的槽6而安裝在基板面上，在傳感器芯片5的兩側(cè)所形成的開口部分別作為流路的入口3a和出口 3b。測(cè)量對(duì)象的氣體按圖7 (a)中的箭頭方向從入口 3a流入，通過組件內(nèi)流 路并從出口 3b流出。
而且，在專利文獻(xiàn)2所公開的以往的流量傳感器中，在形成有槽6的基板面上配置有 傳感器芯片5，形成有槽6的基板面和傳感器芯片5不在同一個(gè)平面上。因此，如果以形 成有槽6的基板面為基準(zhǔn)，則從基板面突出傳感器芯片5的高度的量。這樣，當(dāng)形成槽6 的基板面和傳感器芯片5不在同一個(gè)平面上時(shí)，如圖7 (c)所示，在傳感器芯片5的側(cè) 面和上述基板面之間形成有轉(zhuǎn)角部分14a。
如圖7 (b)所示，對(duì)于以往的流量傳感器，當(dāng)采用膏狀的密封材料14進(jìn)行密封時(shí)， 存在密封材料14不能充分遍布上述轉(zhuǎn)角部分14a、密封材料從轉(zhuǎn)角部分14a破裂而使液 體泄露的可能性。而且，將彈性構(gòu)件等作為密封材料而進(jìn)行配置時(shí)，還可以想到因轉(zhuǎn)角部 分14a的臺(tái)階差而不能密封，或因轉(zhuǎn)角部分14a使密封材料14彎曲而進(jìn)行密封時(shí)，由于 經(jīng)年變化成為流體泄漏的原因。這樣一來，以往的流量傳感器具有密封實(shí)施困難的結(jié)構(gòu)。
與此相對(duì)，在實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1中，形成有組件內(nèi)流路的出入口的端面是平 坦的面，因此例如通過密封圈4對(duì)組件內(nèi)流路的出入口進(jìn)行密封，也不會(huì)形成引起泄露的 部位。這樣，在實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1中，由于容易密封而且能夠降低密封泄漏，因 此能夠使傳感器的壓力和流量特性穩(wěn)定。
而且，實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1也可以具有如下的結(jié)構(gòu)。
圖8是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的其它的結(jié)構(gòu)的圖，以立體圖表示流量傳感器和 構(gòu)成其組件的各基板。圖8所示的流量傳感器，和上述結(jié)構(gòu)相同，在將陶瓷基板2a、 2b、 2c燒成接合而構(gòu)成的矩形的組件內(nèi)部安裝有傳感器芯片，但將傳感器芯片5從設(shè)有組件 內(nèi)流路的入口3a和出口3b的端面?zhèn)惹度?，形成平坦的端?基板2c面)。
圖8所示的流量傳感器的組件，通過在作為底板的基板2a上，層疊形成有作為組件 內(nèi)流路的槽6的基板2b,在其上層疊基板2c而接合構(gòu)成，該基板2c在形狀與槽6相同 的槽內(nèi)形成有臺(tái)階部5b，該臺(tái)階部5b用于嵌入傳感器芯片5。通過將傳感器芯片5嵌入 基板2c的臺(tái)階部5b，使傳感器芯片5的兩側(cè)的開口部成為組件內(nèi)流路的入口 3a和出口 3b。另外，臺(tái)階部5b形成為，通過嵌入傳感器芯片5使基板2c面和傳感器芯片5的背面 在同一平面上的深度。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，也能獲得與圖1所示的結(jié)構(gòu)相同的效果。
圖9是用于說明圖8中的流量傳感器的結(jié)構(gòu)的圖，圖9 (a)是立體圖，圖9 (b)是 沿著圖9 (a)的B2-B2線剖開的剖面圖，圖9 (c)表示密封狀態(tài)。如圖9 (a)所示，在
11該流量傳感器1中，傳感器芯片5的背面與形成有組件內(nèi)流路的入口 3a和出口 3b的基板 面為同一個(gè)平面。而且，為了具有傳感器芯片5的定位的自由度，臺(tái)階部5b形成為比傳 感器芯片5的寬度大一些。
而且，在該組件中，如圖9 (c)所示，通過在傳感器芯片5的側(cè)面和臺(tái)階部5b之間 填充具有觸融性(日文于夕乂性)的密封材料14，同時(shí)進(jìn)行組件內(nèi)流路的密封和位置 固定。這樣一來，密封材料14被收納在傳感器芯片5的側(cè)面和臺(tái)階部5b之間，能夠防止 向組件內(nèi)流路流入。由此，能夠獲得一定的流路剖面，因此能夠使傳感器特性穩(wěn)定化。另 外，即使密封材料14溢出到基板面?zhèn)?，也能通過研磨使其平坦。
此外，在該結(jié)構(gòu)中，與圖l等所示的結(jié)構(gòu)同樣地在平坦的同一端面上也形成有組件內(nèi) 流路的入口 3a和出口 3b，因此能夠進(jìn)行不會(huì)引起泄露的可靠的密封，此外，如圖9(c) 所示，能夠通過密封圈4分別將入口 3a和出口 3b分體密封。
而且，作為傳感器芯片5，在能夠獲得和流路寬度相同的寬度情況下，也可以如下那 樣構(gòu)成組件。
圖IO是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的其它的結(jié)構(gòu)的圖，圖10 (a)是立體圖，圖 10 (b)是沿著圖10 (a)的B3-B3線剖開的剖面圖，圖10 (c)表示密封狀態(tài)。如圖10 (b)所示，在該流量傳感器中，向流路側(cè)突出地設(shè)有定位部6A，嵌入基板2c上所設(shè)有 的槽內(nèi)的傳感器芯片5配置在定位部6A上。由此，構(gòu)成傳感器芯片5的背面和形成有組 件內(nèi)流路的入口 3a和出口 3b的基板面為同一平面的組件。
而且，如圖10 (c)所示，在該組件上，也通過在傳感器芯片5的側(cè)面和由定位部6A 擋住流路側(cè)的槽內(nèi)壁之間填充具有觸融性(日文于夕乂性)的密封材料14，同時(shí)進(jìn)行 組件內(nèi)流路的密封和位置固定。這樣一來，密封材料14被收納在傳感器芯片5的側(cè)面和 槽內(nèi)壁之間，能夠防止向組件內(nèi)流路流入。由此，能夠獲得一定的流路剖面，因此能夠使 傳感器特性穩(wěn)定化。
此外，在該結(jié)構(gòu)中，也在平坦的同一端面上形成有組件內(nèi)流路的入口 3a和出口 3b， 因此能夠進(jìn)行不會(huì)引起泄露的可靠的密封，此外，如圖IO (c)所示，能夠通過密封圈4 分別將入口 3a和出口 3b分體密封。 (2)組件內(nèi)流路的改良
圖11是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的組件內(nèi)流路的構(gòu)成例的俯視圖，為了使流路 能夠識(shí)別，將上部結(jié)構(gòu)做成透明來進(jìn)行描述。在以往的流量傳感器中，為了獲得測(cè)量對(duì)象 的氣體的平均流速， 一般采取如圖ll (a)所示的直線流路。在該結(jié)構(gòu)中，當(dāng)測(cè)量對(duì)象的氣體中含有粉塵時(shí)，粉塵不受任何阻礙地到達(dá)傳感器芯片5的傳感器面(流體檢測(cè)部)， 會(huì)使測(cè)量所必需的溫度分布歪曲，成為產(chǎn)生電腐蝕的主要原因。
在實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1中，例如如圖11 (b)所示，作為在組件的同一端面上 具有流入口 3a和流出口 3b的組件內(nèi)流路6A，構(gòu)成與基板2b面平行地彎彎曲曲的流路。 采用這樣的結(jié)構(gòu)，使組件內(nèi)流路6A具有通過慣性除塵將空氣懸浮微粒去除的功能。
采用這樣的結(jié)構(gòu)，當(dāng)測(cè)量對(duì)象的氣體轉(zhuǎn)過組件內(nèi)流路6A的角部15而流動(dòng)時(shí)，該氣體 中所含有的粉塵中不能轉(zhuǎn)過角部15的部分，與流路6A的內(nèi)壁沖撞而滯留在角部15的周 圍。另外，在組件內(nèi)流路6A中，通過將角部15的角度做成直角或小于直角的銳角，能夠 進(jìn)一步提高慣性除塵的效果。
而且，除了僅使流路與基板2b面平行地彎彎曲曲，如圖11 (c)所示作為組件內(nèi)流 路6B，也可以是以下結(jié)構(gòu)設(shè)置將流路中分支的一方做成短的死路的T字形流路、并設(shè) 置將進(jìn)入該T字形流路前的流路的寬度收窄的收窄部16，或在轉(zhuǎn)角設(shè)置臺(tái)階。
采用圖ll (c)所示的結(jié)構(gòu)，流過組件內(nèi)流路6B的測(cè)量對(duì)象的氣體中所含有的粉塵， 不能通過收窄部16而滯留在其入口部分，此外即使通過收窄部16也附著在T字形流路的 死路的內(nèi)壁上而被收集。這里，測(cè)量對(duì)象的氣體的空氣懸浮微粒中具有規(guī)定直徑以上的空 氣動(dòng)力學(xué)粒徑的粒子，與在流路內(nèi)附著有粉塵粒子的部分即集塵用沖擊器沖撞，只要不再 飛散或在重力作用下下落等，粉塵粒子就保持附著在該沖擊器上的狀態(tài)。
另外，在以往的流量傳感器中，有時(shí)在組件內(nèi)流路的入口的上游設(shè)有網(wǎng)眼或過濾器而 進(jìn)行除塵，但在實(shí)施形態(tài)l中的流量傳感器l中，采用上述那樣組件內(nèi)流路的結(jié)構(gòu)，即使 不設(shè)置網(wǎng)眼或過濾器，也能夠確保除塵效果。
圖12是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的組件內(nèi)流路的其它的結(jié)構(gòu)例的圖，對(duì)使流路 在垂直于基板面的方向(縱向)彎曲的結(jié)構(gòu)進(jìn)行表示。圖12 (a)表示具有該流路結(jié)構(gòu)的 流量傳感器的組裝工序，圖12 (b)表示沿圖12中的C-C線剖開的流量傳感器的剖面圖。 另外，在圖12 (a)的上段的立體圖中，為了使基板的層疊狀態(tài)易于識(shí)別，放大基板的厚 度而進(jìn)行描述。
如圖12 (a)所示，在基板2a-1上形成有嵌合傳感器芯片5的矩形孔5a。而且，在 基板2a-2上，除了矩形孔5a還形成有作為流路中用于集塵的沖擊器的孔部6a。此外， 在基板2a-3上，除了矩形孔5a，還形成有孔部6b，該孔部6b構(gòu)成將測(cè)量對(duì)象的氣體向 集塵用沖擊器引導(dǎo)的流路、以及將測(cè)量對(duì)象的氣體從集塵用沖擊器向下游引導(dǎo)的流路。另 外，這里，對(duì)如下構(gòu)成的例子進(jìn)行表示在基板2a-3上以矩形孔5a為中心對(duì)稱地設(shè)置孔
136b，從而對(duì)于逆流氣體也具有集塵功能。通過層疊這3片基板2a-l 2a-3，構(gòu)成作為傳 感器設(shè)置層的基板2a。
在作為流路層的基板2b上，形成有用于將測(cè)量對(duì)象的氣體暴露在傳感器芯片5的傳 感器面上的槽6d，和作為使測(cè)量對(duì)象的氣體出入所述集塵用沖擊器的路徑的孔部6c。該 基板2b，如圖12 (a)所示層疊在基板2a上。而且，在基板2c_l上，形成有與基板2b 的孔部6c連通的孔部6e，在基板2c-2上，形成有與基板2c-1的孔部6e、 6e連通的組 件內(nèi)流路的入口 3a和出口 3b。
如圖12 (b)所示，通過將這些基板2c-l、 2c-2依次層疊在基板2b上并燒成等，將 各基板接合，從而具有拐向垂直于基板面的方向(縱向)的流路的組件被構(gòu)成。另外，在 圖12的例子中，表示了在形成有孔部6e的基板2c-l上層疊基板2c-2的情況，但也可以 在基板2c-l上形成流路的入口 3a和出口 3b，減少在流路層上層疊的基板的數(shù)量。
圖13是用于說明具有圖12所示的流路結(jié)構(gòu)的流量傳感器的除塵效果的圖。雖然在圖 13中沒有特別圖示，但是在該流量傳感器上，也在組件基板上所設(shè)置的傳感器芯片收納 用孔部的內(nèi)壁、和由其收納的傳感器芯片5的側(cè)壁之間所形成的間隙中，填充樹脂密封材 料而進(jìn)行密封。如圖13 (a)所示，拐向垂直于基板面的方向的流路的折返部分17，與上 述使流路拐彎至平行于基板面時(shí)相同，具有集塵用沖擊器的功能。而且，在該結(jié)構(gòu)中，同 樣，當(dāng)流路的轉(zhuǎn)角為鈍角時(shí)，粉塵的捕獲效果變小(參考圖13 (b))。相反，如圖13 (c) 所示，當(dāng)流路的轉(zhuǎn)角為銳角時(shí)，粉塵的捕獲效果變大。
做成如上所述使組件內(nèi)流路拐向垂直于基板面的方向的流路的結(jié)構(gòu)，與上述使流路在 平行于基板面的方向彎曲的結(jié)構(gòu)相比，用于構(gòu)成組件內(nèi)流路的沖裁形狀不復(fù)雜，因此易于 做出尺寸精度，制造容易。而且，與使流路在平行于基板面的方向彎曲時(shí)相比，也能夠使 組件的寬度方向的尺寸變小。
另外，作為組件內(nèi)流路的構(gòu)成，分別對(duì)在平行于基板面的方向彎曲的情況和在垂直于 基板面的方向彎曲的情況進(jìn)行了說明，但是也可以做成在平行于基板面的方向彎曲并在垂 直于基板面的方向彎曲的流路。而且，也可以將能夠成為集塵用沖擊器的結(jié)構(gòu)設(shè)置在垂直 于基板面的方向上。
(3)組件安裝結(jié)構(gòu)的改良
圖14是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的安裝結(jié)構(gòu)例的圖。在圖14 (a)所示的安裝 結(jié)構(gòu)中，夾著密封圈4配置流量傳感器1的組件內(nèi)流路的出入口和安裝側(cè)的測(cè)量對(duì)象的氣 體的取出用孔(在與流路的入口和出口連通的兩端存在壓差)，蓋上固定用托架IO，將固
14定螺釘9與安裝側(cè)的螺紋孔螺合而進(jìn)行固定。
而且，在圖14 (b)所示的安裝結(jié)構(gòu)中，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單的固定用托架10a，該固定用 托架10a，在使平板彎曲成剖面呈U字形的構(gòu)件上設(shè)有與組件內(nèi)流路的出入口連通的孔部、 和固定用螺釘?shù)耐?a。流量傳感器1通過填充材料18安裝在該固定用托架10a上，成 為一體的構(gòu)造體。為了安裝流量傳感器l，夾著密封圈4配置與組件內(nèi)流路的出入口連通 的固定用托架10a的孔部、和安裝側(cè)的測(cè)量對(duì)象氣體的取出/返還用孔部，通過通孔9a 將固定螺釘與安裝側(cè)的螺紋孔螺合。
由此，沿圖14 (b)中的D-D線剖開的剖面圖所示的密封圈4，堵在固定用托架10a 的底面與安裝側(cè)的安裝面之間，保持組件內(nèi)流路的密閉性。另外，圖14 (b)所示的固定 用托架10a，能夠通過沖壓加工而廉價(jià)地制成，與圖14 (a)所示的安裝結(jié)構(gòu)相比，能夠 提供一種更簡(jiǎn)單且在成本上有利的傳感器。
圖15是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的其它的結(jié)構(gòu)例的圖，圖15 (a)是流量傳感 器1的剖面圖，圖15 (b)表示用樹脂覆蓋組件外部的結(jié)構(gòu)的剖面圖，圖15 (c)是安裝 時(shí)圖15 (b)中的D部分的放大圖。在圖15所示的結(jié)構(gòu)中，除了安裝有與外部取出電纜 7c連接的端子7b的部分、以及組件內(nèi)流路的入口 3a和出口 3b的部分以外，將圖15 (a) 所示的流量傳感器1的組件用樹脂19覆蓋。另外，雖然在圖15 (a)中沒有特別圖示， 但是在該流量傳感器上，也在組件基板上所設(shè)有的傳感器芯片收納用孔部的內(nèi)壁、和由其 所收納的傳感器芯片5的側(cè)壁之間所形成的間隙中，填充樹脂密封材料而進(jìn)行密封。
這種采用樹脂19的覆蓋，能夠通過使熔融的樹脂19按照模具流入組件的周圍而固定 的一體成型來進(jìn)行。另外，在采用耐綸、ABS等以往的注塑成型中，射出壓強(qiáng)達(dá)到幾百kgf l噸/cm2以上，電子元件可能受到壓力損壞。相反，當(dāng)采用具有熱可塑性的熱熔粘合劑時(shí)， 能夠在幾kgf 50kgf/cm2左右的低射出壓強(qiáng)下進(jìn)行成型。因此，在圖15所示的傳感器中， 采用具有熱塑性的熱熔粘合劑作為樹脂19而進(jìn)行一體成型。另外，只要是不使傳感器組 件損壞的低壓可形成的材料，采用熱熔粘合劑以外的材料也可以。
而且，在組件內(nèi)流路的入口 3a和出口 3b周圍部分上，如圖15 (b)所示，采用樹脂 19形成軸套狀的凸部19a。樹脂19是硬度低的樹脂，因此安裝時(shí)，凸部19a具有與密封 圈相同的功能，圖15(c)所示在安裝部的槽部壓塌，從而使流路密閉而與外部氣體隔離。 這樣，采用圖15所示的結(jié)構(gòu)，即使不使用密封圈也能進(jìn)行安裝，對(duì)于將傳感器安裝在不 能穩(wěn)定地配置密封圈的地方的情況(例如，對(duì)于垂直面的設(shè)置)是有效的。
圖16是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的其它的結(jié)構(gòu)例的圖，圖16(a)表示從傳感器的下方看的立體圖，圖16 (b)表示從傳感器的上方看的立體圖。另外，圖16 (b)用虛線表示樹脂19內(nèi)的結(jié)構(gòu)，以使流量傳感器1A的內(nèi)部能夠識(shí)別。圖17是用于說明圖16 中的流量傳感器的使用狀態(tài)的圖，圖17 (a)表示側(cè)視圖，圖17 (b)表示俯視圖，圖17 (c)表示沿圖17 (b)中的D1-D1線剖開的剖面圖。雖然在圖17 (c)中沒有特別圖示， 但是在該流量傳感器1A上，也在組件基板上所設(shè)有的傳感器芯片收納用孔部的內(nèi)壁、和 由其所收納的傳感器芯片5的側(cè)壁之間所形成的間隙中，填充樹脂密封材料而進(jìn)行密封。如圖16 (b)所示，流量傳感器1A，其構(gòu)成是，用樹脂19覆蓋流量傳感器1的組件， 并使外部引出用端子7a露出，采用樹脂19形成有如圖16 (a)所示的向下方突出的管狀 的管式插入部3A、 3B。而且，如圖16 (a)和圖17 (c)所示，在管式插入部3A、 3B上， 分別形成有與組件內(nèi)流路的入口 3a連通的流入孔3a-l和與出口 3b連通的流出口 3b-l。 這些采用樹脂19的外部結(jié)構(gòu)，與圖15相同，可以通過使熔融的樹脂19按照模具流入組 件的周圍而固定的一體成型來制成。如圖17 (a)所示，在管式插入部3A上，插入有測(cè)量對(duì)象氣體的導(dǎo)入用管3A1，在管 式插入部3B上，插入有測(cè)量對(duì)象氣體的流出用管3B1。通過管3A1導(dǎo)入的測(cè)量對(duì)象的氣 體，經(jīng)過管式插入部3A的流入孔3a-l和與其連通的入口3a而流入組件內(nèi)流路，經(jīng)過組 件內(nèi)流路的出口 3b和與其連通的流出孔3b-l而向管3Bl流出。由此，通過傳感器芯片5 對(duì)組件內(nèi)流路的氣體流動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)。這樣，只要是通過管3A1、 3B1能夠進(jìn)行測(cè)量對(duì)象氣體的取出和返還的設(shè)置對(duì)象，就 能夠安裝流量傳感器1A，不需要固定螺釘?shù)穆菁y固定，在測(cè)量現(xiàn)場(chǎng)的安裝也是容易的。 而且，即使在測(cè)量對(duì)象氣體的管道等上沒有設(shè)置流量傳感器1A的空間時(shí)，也能夠拖著管 3A1、 3B1而安裝在能夠獲得空間的地方。這樣，流量傳感器1A，設(shè)置自由度高，對(duì)于在 更復(fù)雜的現(xiàn)場(chǎng)的測(cè)量操作也能應(yīng)對(duì)。 (4)對(duì)于流量計(jì)的應(yīng)用例實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1，例如能夠良好地安裝在參考文獻(xiàn)1所公開的流量計(jì)上。 在參考文獻(xiàn)1所公開的流量計(jì)中，采用如專利文獻(xiàn)3所示的以往的流量傳感器，但該傳感 器不能通過插裝機(jī)等自動(dòng)機(jī)械安裝，而通過粘合劑安裝在流量計(jì)內(nèi)的電路基板上。而且， 如專利文獻(xiàn)3所示的以往的傳感器，傳感器芯片通過芯片焊接、引線焊接等安裝在基板上， 因此傳感器的尺寸變大而成為流量計(jì)的大型化的主要原因。 (參考文獻(xiàn)l)國(guó)際公開號(hào)W02005/121718 (參考圖1)通過將實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1代替以往的流量傳感器安裝在流量計(jì)上，能夠使流量計(jì)的制造容易化，而且也能夠?qū)崿F(xiàn)流量計(jì)的小型化。即，流量傳感器1如上述那樣作為 將基板接合而成的組件芯片而構(gòu)成，與安裝在流量計(jì)內(nèi)的電路基板上的其它電氣元件相 同，能夠通過芯片插裝機(jī)等自動(dòng)機(jī)械進(jìn)行安裝。而且，流量傳感器l在電連接上不使用引 線焊接，因此即使在設(shè)置空間狹小的情況下也能夠安裝。由此，能夠縮減設(shè)置流量傳感器 l所必需的空間，能夠?qū)崿F(xiàn)流量計(jì)自身的小型化。 (5)傳感器設(shè)置結(jié)構(gòu)的改良l在流量傳感器l中，例如如圖2所示將基板2a 2c層疊并接合而構(gòu)成組件后，采用 導(dǎo)電接合材料，將基板2b的電極和傳感器芯片5的傳感器面上的電極電連接，并將傳感 器芯片5倒裝在矩形孔5a中，然后涂上樹脂密封材料。圖18是用于說明對(duì)于組件的傳感器的安裝例的圖，圖18 (a)和圖18 (b)表示以往 的傳感器芯片安裝用矩形孔，圖18 (c)表示作為具有臺(tái)階的孔構(gòu)成傳感器芯片安裝用的 矩形孔的情況。如圖18 (a)所示，當(dāng)由于矩形孔5a比傳感器芯片5的厚度深，或?qū)щ?接合材料的高度方向的尺寸不足，使傳感器芯片5沉在矩形孔5a中時(shí)，變得難于抓住傳 感器芯片5，插入并嵌合到矩形孔5a后的傳感器芯片5的安裝位置的調(diào)整困難。而且，如圖18 (b)所示，當(dāng)將矩形孔5a做成比傳感器芯片5的厚度淺，或增加導(dǎo) 電接合材料的高度方向的尺寸等，使嵌合在矩形孔5a中的傳感器芯片5從基板2a面突出 時(shí)，能夠從上方抓住傳感器芯片5，安裝位置的調(diào)整容易。然而，由于從基板2a面突出， 可能直接的機(jī)械沖擊會(huì)施加到傳感器芯片5，或樹脂密封材料向基板2a面的部件安裝部 擴(kuò)散。這樣，無(wú)論傳感器芯片5從矩形孔5a突出或不突出，在各自的狀態(tài)中，都存在固 有的問題。在實(shí)施形態(tài)1中，將如圖18 (c)所示的具有臺(tái)階21的孔部作為傳感器芯片安裝用 矩形孔5A。當(dāng)將傳感器芯片5倒裝在該矩形孔5A中時(shí)，傳感器芯片5從臺(tái)階21突出， 但不從基板2a面突出。采用這樣的結(jié)構(gòu)，能夠抓住傳感器芯片5的從臺(tái)階21突出的部分， 從而進(jìn)行傳感器芯片5的安裝位置的調(diào)整。而且，即使添加將傳感器芯片5封住在組件內(nèi) 所必需的量的樹脂密封材料14，也會(huì)向矩形孔5A的臺(tái)階21上擴(kuò)散而不會(huì)擴(kuò)散到基板2a 面上的電氣元件上。而且，采用具有觸融性(日文于夕y性)的材料作為樹脂密封材料14，在將傳感 器芯片5嵌合到矩形孔5A (這時(shí)，也可以是沒有臺(tái)階的通常的矩形孔)時(shí)的傳感器芯片5 的側(cè)面、和矩形孔5A的內(nèi)壁的間隙中填充密封材料14。由此，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳感器芯片 5的密封和流路剖面面積的一定化。這時(shí)，密封材料14的填充量預(yù)先決定能夠在流路內(nèi)17進(jìn)行不引起散落的合適的注入的分配器的注入壓力和注入時(shí)間等注入條件，據(jù)此進(jìn)行注入 量管理。另外，在上述說明中，表示了將圖18 (c)所示的傳感器設(shè)置結(jié)構(gòu)應(yīng)用于流量傳感器l的情況，但只要是將傳感器芯片安裝在組件開口上的傳感器，也可以是流量傳感器l以 外的結(jié)構(gòu)的傳感器。(6)傳感器設(shè)置結(jié)構(gòu)的改良2當(dāng)將倒裝在矩形孔5a中的傳感器芯片5的電極和基板2b的電極電連接時(shí)，由于將傳 感器芯片5押到基板2b的強(qiáng)度、導(dǎo)電接合材料的壓塌量(熔化量)的偏差等，有時(shí)會(huì)在 傳感器芯片5的高度方向的尺寸上產(chǎn)生偏差。這樣，當(dāng)傳感器芯片5的高度方向的尺寸偏 差時(shí)，由流路和暴露在其中的傳感器面所規(guī)定的流路剖面面積變得不均勻，使傳感器特性 偏差。在實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器1中，在基板2b上設(shè)有用于將傳感器芯片5的高度方向 的位置(矩形孔5a的深度方向的位置)保持一定的間隔部。圖19是表示實(shí)施形態(tài)1的流 量傳感器的間隔部的一結(jié)構(gòu)的圖，圖19 (a)表示俯視圖，圖19 (b)表示沿圖19 (a) 中的E-E線剖開的剖面圖。另外，在圖19 (a)中，為了能夠識(shí)別在組件的同一端面上具 有流入口 3a和流出口 3b的流路、與傳感器芯片5的關(guān)系，將上部結(jié)構(gòu)做成透明的而進(jìn)行 描述，在圖19 (b)中，省略傳感器芯片5的描述。如圖19 (b)所示，間隔部22具有一定的高度尺寸(沿著矩形孔5a的深度方向的尺 寸一定)，如圖19 (a)所示，對(duì)應(yīng)于傳感器芯片5的各邊而設(shè)置。另外，間隔部22與基 板2b —起由陶瓷材料一體成型。當(dāng)將倒裝在矩形孔5a中的傳感器芯片5的電極和基板 2b的電極電連接時(shí)，即使將傳感器芯片5押入圖19 (b)所示的矩形孔5a，間隔部22起 到擋塊的作用，傳感器芯片5不會(huì)過度押到基板2b。而且，間隔部22具有一定的高度尺寸，因此安裝到矩形孔5a中的傳感器芯片5的高 度方向的尺寸不會(huì)偏差，能夠?qū)⒘髀菲拭婷娣e保持一定。由此，能夠獲得均一的傳感器特 性。另外，上述圖15所述的結(jié)構(gòu)，只要是將傳感器芯片安裝到組件的安裝用孔部中的傳 感器，也可以應(yīng)用于流量傳感器l以外的結(jié)構(gòu)的傳感器。圖20是表示實(shí)施形態(tài)1的流量傳感器的間隔部的其它的結(jié)構(gòu)的圖，圖20 (a)表示 俯視圖，圖20 (b)表示沿圖20 (a)中的F-F線剖開的剖面圖。另外，在圖20 (a)中， 為了識(shí)別在組件的同一端面上具有流入口 3a和流出口 3b的流路、與傳感器芯片5的關(guān)系， 將上部結(jié)構(gòu)做成透明的而進(jìn)行描述，在圖20 (b)中，省略傳感器芯片5的描述。如圖20 (b)所示，間隔部22a具有一定的高度尺寸(沿著矩形孔5a的深度方向的 尺寸一定)，如圖20 (a)所示，沿著流路，形成為槽6的堤壩狀。另外，間隔部22a也 與基板2b —起由陶瓷材料一體成型。當(dāng)將倒裝在矩形孔5a中的傳感器芯片5的電極和基板2b的電極電連接時(shí)，即使將傳 感器芯片5押入圖20 (b)所示的矩形孔5a，間隔部22a起到擋塊的作用，傳感器芯片5 押到基板2b的強(qiáng)度不會(huì)達(dá)到允許強(qiáng)度以上。而且，間隔部22a也具有一定的高度尺寸，因此插入矩形孔5a的傳感器芯片5的高 度方向的位置不會(huì)偏差，流路剖面面積被保持一定。由此，能夠獲得均一的傳感器特性。 此外，形成為槽6的堤壩狀的間隔部22a，具有防波堤的功能，該防波堤防止保護(hù)導(dǎo)電接 合材料的連接部的絕緣樹脂材料擴(kuò)散到流路。另外，在上述說明中，表示了將圖19和圖20所示的傳感器設(shè)置構(gòu)造應(yīng)用于流量傳感 器1的情況，只要是將傳感器芯片插入設(shè)在組件上的開口部、在傳感器芯片的傳感器面和 與之相對(duì)的組件內(nèi)的基板面之間形成有流有測(cè)量對(duì)象的氣體的組件內(nèi)流路的傳感器，也可 以應(yīng)用于流量傳感器1以外的傳感器。 (7)溫度控制機(jī)構(gòu)在熱式流量傳感器中，當(dāng)測(cè)量對(duì)象的氣體的流動(dòng)停止、氣體滯留在組件內(nèi)流路的情況 下，有時(shí)在傳感器的表面發(fā)生結(jié)露或水分附著，傳感器面上的測(cè)量對(duì)象的氣體的熱的關(guān)系 被破壞，傳感器對(duì)于氣體流量的精度惡化，傳感器輸出變得不正確。在實(shí)施形態(tài)l的流量 傳感器1中，在構(gòu)成組件的基板上形成有加熱用的加熱器，根據(jù)由傳感器芯片上的溫度檢 測(cè)部所檢測(cè)的周圍溫度進(jìn)行溫度控制。圖21是表示采用實(shí)施加熱器的基板的流量傳感器的組裝工序的圖，按照陶瓷基板 2a-lA、 2a-2A、 2b-lA、 2b-2A的順序?qū)盈B而構(gòu)成組件。在基板2a-lA上，形成有用于插 入傳感器芯片5的矩形孔5a。而且，在基板2a-2A上，除了矩形孔5a，在該矩形孔5a 的周圍還形成有加熱器23。基板2b-lA是設(shè)有作為組件內(nèi)流路的槽6的陶瓷基板，在該槽6的長(zhǎng)度方向的兩側(cè)， 加熱器23形成為鋸齒狀。而且，基板2b-2A是沒有加熱器23的陶瓷基板，在中央設(shè)有作 為組件內(nèi)流路的槽6。將這些基板2a-lA、 2a-2A、 2b-lA、 2b-2A依次層疊，將相當(dāng)于圖12中的基板2c-2 的、設(shè)有組件內(nèi)流路的流入口 3a和流出口 3b的未圖示的陶瓷基板層疊在基板2b-2A上并 燒成接合，由此構(gòu)成在組件壁內(nèi)具有加熱器23的傳感器用組件。另外，當(dāng)加熱器23向組19件內(nèi)流路露出時(shí)，會(huì)產(chǎn)生電腐蝕而引起故障，因此，加熱器23不形成在基板組裝時(shí)形成 流路的部分上。圖22是表示具有加熱器的流量傳感器的剖面圖，表示與圖1相同在組件的同一端面 上設(shè)有流路的出入口的傳感器。雖然在圖22上沒有特別圖示，在該流量傳感器上，也在 組件基板上設(shè)有的傳感器芯片收納用孔部的內(nèi)壁、和其所收納的傳感器芯片5的側(cè)壁之間 所形成的間隙中，填充樹脂密封材料而進(jìn)行密封。而且，圖23是表示實(shí)施形態(tài)1的流量 傳感器的傳感器芯片的立體圖。在圖22中，基板2a-2A、 2b-lA與圖21相同，具有加熱 器23。流入組件內(nèi)流路的入口 3a的測(cè)量對(duì)象的氣體，經(jīng)過甴槽6構(gòu)成的流路，從出口 3b 流出。另外，流入組件內(nèi)流路的測(cè)量對(duì)象的氣體，由傳感器面上的溫度檢測(cè)部進(jìn)行溫度檢而且，圖22所示的傳感器芯片5，例如像圖23那樣構(gòu)成，具有由金屬薄膜的加熱器 23a、加熱器23a的兩側(cè)所形成的金屬薄膜的感熱電阻構(gòu)成的溫度傳感器24a、 24b，由金 屬薄膜的感熱電阻構(gòu)成的周圍溫度傳感器25，以及信號(hào)取出用電極墊P1 P6。另外，傳 感器部26由加熱器23a和溫度傳感器24a、 24b構(gòu)成。將傳感器部26應(yīng)用于氣體流速測(cè)量時(shí)，加熱器23a被驅(qū)動(dòng)成與周圍溫度傳感器25 所測(cè)量的周圍溫度相比高出一定的溫度，溫度傳感器24a、 24b由固定電流或固定電壓驅(qū) 動(dòng)。當(dāng)測(cè)量對(duì)象的氣體的流速為零時(shí)，溫度傳感器24a、 24b的溫度變得相同，溫度傳感 器24a、 24b的電阻值沒有差異。當(dāng)測(cè)量對(duì)象氣體流動(dòng)時(shí)，位于上游的溫度傳感器24a，由于向加熱器23a方向的氣體 流動(dòng)而熱量被送走，因此被冷卻。相反，位于下游的溫度傳感器24b，由于來自加熱器23a 方向的氣體流動(dòng)而被加熱。由此，在上游側(cè)溫度傳感器24a和下游側(cè)溫度傳感器24b的電阻值上產(chǎn)生差異，通過 將該電阻值的差作為電壓值的差進(jìn)行檢測(cè)，由此求出測(cè)量對(duì)象的氣體的流速v。通過將該 流速v乘以流路的剖面面積S，求出測(cè)量對(duì)象的氣體的流量Q。而且，將傳感器部26應(yīng)用于氣體導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)量時(shí)，加熱器23a被驅(qū)動(dòng)成與周圍溫度 傳感器25所測(cè)量的周圍溫度相比高出一定的溫度，根據(jù)此時(shí)的加熱器電壓和電流，求出 由加熱器23a所消耗的加熱器電功率Ph。加熱器電功率Ph根據(jù)傳感器部26所暴露的氣 體的導(dǎo)熱系數(shù)變化，因此能夠根據(jù)加熱器電功率Ph求出導(dǎo)熱系數(shù)。另外，在氣體的導(dǎo)熱 系數(shù)測(cè)量中，當(dāng)流速不為零時(shí)產(chǎn)生誤差，因此能夠根據(jù)在加熱器23a兩側(cè)的溫度傳感器 24a、 24b的電阻值上有沒有產(chǎn)生差異，對(duì)是否是流速為零的狀態(tài)進(jìn)行確認(rèn)。圖24是表示對(duì)具有加熱器的流量傳感器進(jìn)行控制的溫度控制裝置和流量傳感器控制 裝置的結(jié)構(gòu)的圖。圖24所示的溫度控制裝置27和流量傳感器控制裝置31可以作為可通 信的分體裝置構(gòu)成，也可以作為同一裝置上的一個(gè)功能模塊構(gòu)成。在圖24中，溫度控制裝置27具有溫度傳感器輸入部28、加熱器輸出控制部29和運(yùn) 算處理部30。溫度傳感器輸入部28，通過流量傳感器l的外部引出用端子7b，對(duì)捕捉流 路內(nèi)溫度的溫度傳感器24c所檢測(cè)的周圍溫度進(jìn)行輸入。圖24所示的溫度傳感器24c采 用安裝在流量傳感器1的組件端面的熱敏電阻。另外，作為溫度傳感器24c，可以采用熱 電偶來代替熱敏電阻，而且也可以是能夠安裝在組件端面的其它的溫度檢測(cè)器。而且，作為溫度傳感器24c，除了采用上述安裝在流量傳感器1的組件端面上的熱敏 電阻的結(jié)構(gòu)以外，可以圖形形成在傳感器芯片5的面向流路的傳感器表面而進(jìn)行安裝，也 可以安裝在作為面向流路側(cè)的背面的基板側(cè)的傳感器表面上。另外，當(dāng)安裝在基板側(cè)的傳 感器表面上時(shí)，溫度傳感器24c，通過傳感器芯片5，捕捉從流路內(nèi)傳遞的熱量，將測(cè)量 到的溫度作為流路內(nèi)溫度進(jìn)行輸出。加熱器輸出控制部29控制對(duì)加熱器23的通電量。運(yùn)算處理部30根據(jù)溫度傳感器輸 入部28所輸入的周圍溫度，對(duì)加熱器輸出控制部29進(jìn)行控制。另外，溫度控制裝置27 能夠通過采用微控制的通常的溫度調(diào)節(jié)器等實(shí)現(xiàn)。而且，也可以使溫度控制裝置27的全 部或其一部分構(gòu)成在流量傳感器1內(nèi)。而且，流量傳感器控制裝置31具有加熱器驅(qū)動(dòng)部32和溫度傳感器輸入部33。加熱 器驅(qū)動(dòng)部32對(duì)傳感器部26的加熱器23a的驅(qū)動(dòng)進(jìn)行控制，同時(shí)具有對(duì)流入該加熱器23a 的電流值進(jìn)行監(jiān)控的功能。溫度傳感器輸入部33根據(jù)傳感器部26的溫度傳感器24a、 24b 的輸出對(duì)氣體流量進(jìn)行檢測(cè)。另外，流量傳感器控制裝置31能夠通過采用微控制的控制 設(shè)備等實(shí)現(xiàn)。而且，也可以使流量傳感器控制裝置31的全部或其一部分構(gòu)成在流量傳感 器l內(nèi)。下面，對(duì)動(dòng)作進(jìn)行說明。首先，對(duì)由溫度控制裝置27進(jìn)行的溫度控制進(jìn)行說明。溫度控制裝置27的溫度傳感器輸入部28通過外部引出用端子7b，對(duì)溫度傳感器24c 所檢測(cè)的流量傳感器1的流路內(nèi)溫度(基板內(nèi)溫度)進(jìn)行輸入。當(dāng)從溫度傳感器輸入部 28輸入流路內(nèi)溫度(基板內(nèi)溫度)時(shí)，運(yùn)算處理部30將其與存儲(chǔ)在內(nèi)部存儲(chǔ)器中的規(guī)定 的使用溫度進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果對(duì)加熱器輸出控制部29進(jìn)行控制，以使基板內(nèi)溫度 變?yōu)樗鍪褂脺囟?。加熱器輸出控制?9，按照來自運(yùn)算處理部30的控制信號(hào)，控制對(duì)流量傳感器l的加熱器23的通電量。由此，將流量傳感器l內(nèi)的基板內(nèi)溫度保持為規(guī)定的使用溫度?？紤]對(duì)于表面溫度比相鄰氣體低的物體產(chǎn)生結(jié)露，將該使用溫度設(shè)定為比測(cè)量對(duì)象的氣體的溫度高的值。
通過這樣的控制，防止在傳感器芯片5的表面上結(jié)露，而且將周圍溫度保持為一定，因此能夠降低由周圍溫度的變動(dòng)帶來的影響，提高傳感器精度。
而且，作為運(yùn)算處理器30的溫度控制方法，可以根據(jù)從溫度傳感器輸入部28輸入的溫度對(duì)使用溫度進(jìn)行常時(shí)控制，或者根據(jù)氣體或流路的溫度有選擇地進(jìn)行溫度控制，而且也可以是連續(xù)加熱驅(qū)動(dòng)或間歇加熱驅(qū)動(dòng)。
此外，由于溫?zé)岬牡胤诫y于附著粉塵，也可以經(jīng)常加熱流量傳感器l，并進(jìn)行溫度控制以防止對(duì)于流路內(nèi)壁的粉塵附著。
接下來，對(duì)采用流量傳感器控制裝置31的從結(jié)露狀態(tài)的恢復(fù)處理進(jìn)行說明。
當(dāng)流入傳感器部26的加熱器23a的電流值增加并超過規(guī)定的闞值時(shí)，流量傳感器控制裝置31的加熱驅(qū)動(dòng)部32判斷在傳感器芯片5的傳感器部26產(chǎn)生結(jié)露。由此，開始從結(jié)露狀態(tài)的恢復(fù)處理。另外，結(jié)露的判斷方法，除了上述監(jiān)控加熱器23a的電流值而進(jìn)行判斷以外，也可以采用其它的關(guān)于結(jié)露判斷的公知技術(shù)，例如根據(jù)露出的梳形電極間的阻抗變化來判斷結(jié)露的方法等。
當(dāng)判斷產(chǎn)生結(jié)露時(shí)，加熱器驅(qū)動(dòng)部32，將該消息通知溫度控制裝置27的運(yùn)算處理部30。當(dāng)運(yùn)算處理部30收到產(chǎn)生結(jié)露的通知時(shí)，將加熱器輸出控制部29的動(dòng)作切換為加熱器的高溫程序。在該高溫程序處理中，加熱器輸出控制部29控制對(duì)加熱器23的通電量而進(jìn)行加熱，以使在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)溫度比通常的加熱狀態(tài)的溫度高，該通常的加熱狀態(tài)用于使流量傳感器1的組件內(nèi)溫度保持一定。
經(jīng)過上述規(guī)定時(shí)間后，運(yùn)算處理部30對(duì)加熱器輸出控制部29進(jìn)行控制，以使對(duì)加熱器23的通電量恢復(fù)為通常時(shí)的值，成為通常的設(shè)定溫度。這時(shí)，運(yùn)算處理部30，對(duì)從進(jìn)行處理開始起的經(jīng)過時(shí)間進(jìn)行計(jì)時(shí)，該處理使組件內(nèi)溫度恢復(fù)為通常的設(shè)定溫度，當(dāng)經(jīng)過一定時(shí)間后，將該消息通知流量傳感器控制裝置31。
流量傳感器控制裝置31的加熱驅(qū)動(dòng)部32，當(dāng)收到上述通知時(shí)，對(duì)流入傳感器部26的加熱器23a的電流值進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)是否超過上述閾值進(jìn)行確認(rèn)。這時(shí)，如果流入加熱器23a的電流值為閾值以下，則判斷己從結(jié)露恢復(fù)，如果仍然超過閾值，則重復(fù)上述恢復(fù)處理。通過這樣的控制，即使在傳感器表面產(chǎn)生結(jié)露，也能通過加熱使附著的水分蒸發(fā)而試
22著使傳感器特性恢復(fù)。
如上所述，采用該實(shí)施形態(tài)l，在組件的平坦的同一端面上具有測(cè)量對(duì)象的氣體的入口3a和出口3b，具備向傳感器芯片5導(dǎo)入測(cè)量對(duì)象的氣體的組件內(nèi)流路，因此安裝時(shí)，
只要密封組件的一端面就可以，并且由于是平坦的面而容易密封。而且，能夠利用組件的其它的端面，因此在設(shè)置結(jié)構(gòu)上具有自由度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)小型化。
而且，采用該實(shí)施形態(tài)l，在與安裝在組件的矩形孔5a中的傳感器芯片5的傳感器面相對(duì)的組件內(nèi)的基板26面上,設(shè)有在矩形孔5a的深度方向上規(guī)定傳感器芯片5的位置的間隔部22a、 22a，因此，能夠抑制傳感器芯片5的高度方向的尺寸偏差，能夠獲得均一的傳感器特性。
此外，采用該實(shí)施形態(tài)l，設(shè)有矩形孔5A，該矩形孔5A具有使所安裝的傳感器芯片5從臺(tái)階面突出、但不從組件外表面突出的深度尺寸，因此傳感器芯片5的安裝位置的調(diào)整操作容易，并且能夠防止樹脂密封材料14露出到基板2a面上。而且，采用具有觸融性(日文于夕乂性)的材料作為樹脂密封材料14，在將傳感器芯片5嵌合到矩形孔5A中時(shí)的傳感器芯片5的側(cè)面和矩形孔5A的內(nèi)壁的間隙中填充密封材料14，由此能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)傳感器芯片5的密封和流路剖面面積的一定化。
此外，采用該實(shí)施形態(tài)l，在構(gòu)成組件的基板中的至少一片上設(shè)置加熱器23，根據(jù)組件內(nèi)的傳感器芯片5的周圍溫度控制對(duì)加熱器23的通電量，從而對(duì)組件內(nèi)的溫度進(jìn)行控制，因此，即使測(cè)量對(duì)象的氣體不流動(dòng)而滯留在流路內(nèi)，也能防止對(duì)于傳感器表面的結(jié)露或水分附著，而且，即使在傳感器上產(chǎn)生結(jié)露，也能通過加熱使附著的水分蒸發(fā)而試著使傳感器特性恢復(fù)，而且，通過將傳感器周圍溫度控制成一定，能夠提高傳感器精度。
另外，在上述實(shí)施形態(tài)l中，表示了采用陶瓷基板作為構(gòu)成組件的基板的例子，但只要是能夠接合多片基板而構(gòu)成傳感器組件的材料就可以，也可以使用樹脂基板。
另外，在上述實(shí)施形態(tài)l中，作為傳感器芯片5，列舉了圖23所示的結(jié)構(gòu)，但只要不脫離本發(fā)明的宗旨，也可以使用其它結(jié)構(gòu)的傳感器芯片。
工業(yè)實(shí)用性
本發(fā)明的傳感器，能夠?qū)M件內(nèi)的溫度進(jìn)行控制而實(shí)現(xiàn)高傳感器精度，因此能夠適用于流量計(jì)等對(duì)氣體的物理量進(jìn)行測(cè)量的各種測(cè)量器。
2權(quán)利要求
1.一種傳感器，包括對(duì)測(cè)量對(duì)象的氣體的物理量進(jìn)行檢測(cè)的傳感器芯片；以及將多片基板層疊而構(gòu)成的組件，該組件具有使所述測(cè)量對(duì)象的氣體暴露于該組件所收納的所述傳感器芯片的傳感器面的組件內(nèi)流路，其特征在于，在所述基板中的至少一片基板上，設(shè)有加熱器。
2. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于， 通過層疊以下平板基板而構(gòu)成組件 第一平板基板，其具有收納傳感器芯片的孔部，第二平板基板，其具有作為向所述傳感器芯片導(dǎo)入測(cè)量對(duì)象氣體的組件內(nèi)流路的孔 部，以及第三平板基板，其具有與所述組件內(nèi)流路連通、并與所述組件在同一端面上，構(gòu)成所 述測(cè)量對(duì)象的氣體的出入口的孔部。
3. 如權(quán)利要求1所述的傳感器，其特征在于，通過在第四平板基板上層疊第五平板基板以及第六平板基板而構(gòu)成組件， 所述第五平板基板，其形成有作為向傳感器芯片導(dǎo)入測(cè)量對(duì)象氣體的組件內(nèi)流路的孔部，所述第六平板基板，其在開口部具有臺(tái)階，將所述傳感器芯片與所述臺(tái)階嵌合，并使 檢測(cè)面位于所述組件內(nèi)流路側(cè)，由此使所述傳感器芯片的背面和所述組件端面成為同一平 面，并且沒被所述傳感器芯片覆蓋的開口部，形成為作為與所述組件內(nèi)流路連通的所述測(cè) 量對(duì)象的氣體的出入口的孔部。
4. 一種權(quán)利要求1所述的傳感器的溫度控制方法，其特征在于，包括 對(duì)組件內(nèi)的傳感器芯片的周圍溫度進(jìn)行檢測(cè)的步驟；以及根據(jù)所述傳感器芯片的周圍溫度變化，調(diào)節(jié)對(duì)加熱器的通電量，從而對(duì)所述組件內(nèi)的 溫度進(jìn)行控制的步驟。
5. —種權(quán)利要求1所述的傳感器的異?；謴?fù)方法，其特征在于，包括 根據(jù)從組件內(nèi)的傳感器芯片獲得的輸出值，對(duì)傳感器表面的結(jié)露進(jìn)行判斷的步驟；當(dāng)判斷在所述傳感器表面產(chǎn)生了結(jié)露時(shí)，控制對(duì)加熱器的通電量，以使所述組件在規(guī) 定時(shí)間內(nèi)比通常的設(shè)定溫度高的加熱步驟；以及經(jīng)過所述規(guī)定時(shí)間后，根據(jù)從返回到所述設(shè)定溫度的傳感器芯片獲得的輸出值，確認(rèn) 結(jié)露消除的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供一種傳感器、傳感器的溫度控制方法和異?；謴?fù)方法，在構(gòu)成組件的基板中，至少一片基板上設(shè)有加熱器(23)，根據(jù)組件內(nèi)的傳感器芯片(5)的周圍溫度變化，通過調(diào)節(jié)對(duì)加熱器(23)的通電量，對(duì)組件內(nèi)的溫度進(jìn)行控制。
文檔編號(hào)G01F1/692GK101627286SQ200880006480
公開日2010年1月13日 申請(qǐng)日期2008年2月15日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月28日
發(fā)明者守尾周次, 森田靖二, 畠山洋志, 藁品勇, 青島滋 申請(qǐng)人:株式會(huì)社山武