[发明专利]流量传感器及流量检测装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种流量传感器、及使用该流量传感器的流量检测装置，该流量传感器将微机电系统(MENS)传感器芯片收纳于表面安装型的封装体，能检测气体或液体的流量。

背景技术

利用半导体制造处理技术，将机械加工技术或材料技术等组合于其中，由此实现在基板上具有三维的微细构造的系统的微机电系统(MEMS：Micro Eelectro Mechanical System)技术，近年来被广泛用于实现传感器或泵等元件的小型化及轻量化。作为使用该MEMS的传感器(MEMS传感器)，例如广泛使用有加速度传感器、角速度传感器、压力传感器等。

近年来，作为家庭用(独建住宅用)的分散型能源设备，正期待燃料电池系统的普及和商业化。此种燃料电池，必须高精度检测燃料气体或液体燃料的流量、或供应给改质器的水量、将改质器所形成的氢气等供应给燃料电池自身的流量，并控制其流量。另外，从燃料中取出所需的氢气(H₂)进行改质时，虽会产生一氧化碳(CO)，但该一氧化碳对电池催化剂的性能会造成不良影响，因此为减低一氧化碳浓度，也同时要求选择氧化用空气的流量控制。另外，在分析装置或医疗相关(投药、临床测试等)、以汽车为首的输送机械的领域中，也必须检测气体或液体的微少量的流量。一直以来，虽提案有各种流量计，但其大多仅计量气体流量者，适合测量液体流量者极少。

例如，虽有使液体通过测流孔(orifice)，并用压力计(manometer)或2个压力传感器等检测测流孔的前后压力差(测流孔流量计)的流量计，在流体的流内设置叶轮，根据该叶轮的转速来检测流量的流量计(涡轮式流量计)，但这些流量计都有大型化的缺点。另外，公知有：用设于对置的管壁的超声波传感器，检测从流路的管壁相对于流体倾斜射出的超声波，根据此时的多普勒(Doppler)效应的检测强度的变化进行检测的流量计(超声波流量计)、检测通过磁场中的流体所产生的磁场正交方向的电压变化的流量计(电磁流量计)、用加热器加热流体时，检测其前后的流体温度的变化的流量计(热式质量流量计)等。

在专利文献1、专利文献2中，虽已公开有利用具有微机电系统(MEMS)芯片的半导体传感器构成加速度传感器、角速度传感器、压力传感器，但在这些中未说明流量传感器。在专利文献3中已公开有：使微尺寸的玻璃管接触形成于硅(Si)基板的微机电系统(MEMS)芯片，使液体向玻璃管流动的热式质量流量计(热式流动传感器)。

在专利文献4中已公开有压差式的流量传感器的概念。即，使用半导体微细加工技术，用蚀刻技术在硅(Si)基板形成膜片(也称隔膜)，流体通过形成于该膜片的节流孔(至少1个开口)，由此在膜片两侧产生与流量成比例的压差，通过形成于膜片的扩散电阻(压电电阻元件)电气地检测膜片由于该压差而产生的应力(应变)。由于单晶硅在室温下不塑性应变，因此特性不变，另外，由于膜片与基板一体，因此能获得稳定的特性。

专利文献1：日本特开2010－28025号公报

专利文献2：日本特开2010－19693号公报

专利文献3：US6813944B2

专利文献4：US6253605B1

发明内容

专利文献1、2所公开的是使用微机电系统(MEMS)技术来检测加速度、角速度、压力，并非检测气体或液体的流量，并未启示流量计。专利文献3所公开的流量计，由于用加热器加热在微管内流动的液体，为提高响应性，必须将该微管的厚度作成非常薄，因此有强度上的问题。另外，当计量低沸点的液体时，有在加热器的附近易生气泡，不能正确检测的问题。

专利文献4中仅公开有根据膜片的应变检测流量的原理，关于如何将此原理使用于实际的传感器未加以公开。即虽然在家庭用燃料电池系统或携带机器用的燃料电池、医疗机器等中要求流量传感器的小型化，特别是要求容易安装于电路基板等，并且要求不论液体或气体任何一方都能使用或要求可靠度高，但该专利文献4并不是响应这样的要求的技术。

本发明是鉴于这种情况而作出的，其第1目的是提供一种流量传感器，在液体与气体这两者中都能使用，适于小型化，能表面安装于电子电路基板等，可靠度高。另外，第2目的是提供一种流量检测装置，能使用该流量传感器计量流量多的流体。

根据本发明，第1目的的流量传感器，在表面安装型的封装体中内置有流量检测单元，其特征在于，具备：