流速传感器的制作方法

专利检索2022-05-10  2



1.本发明涉及一种流速传感器。


背景技术:

2.已知一种利用与流体的流速对应的发热体的散热来探测流体的流速的流速传感器。在这种流速传感器中,发热用电阻(发热体)和温度补偿用电阻构成了公知的电阻桥电路。而且,发热用电阻被加热控制为比流体的温度高一定温度。而且,温度补偿用电阻用于探测流体本身的温度并对流体温度的变化的影响进行补偿。
3.基于这种技术,提出了一种将发热用电阻和温度补偿用电阻相接近地配置在绝缘基板面上的流速传感器,其中,发热用电阻和温度补偿用电阻均为芯片电阻器(参照专利文献1及2)。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1:日本特开平9

53967号公报
7.专利文献2:日本特开平8

35978号公报


技术实现要素:

8.发明要解决的问题
9.在专利文献1及2所记载的流速传感器中,发热用电阻和温度补偿用电阻都与流体接触的机会多,会由于流体中包含的水分或脏污而容易劣化或损坏。也就是说,专利文献1及2所记载的流速传感器的耐候性差。
10.因此,本发明的目的在于提供一种耐候性优异的流速传感器。
11.用于解决问题的方案
12.为了实现上述目的,本发明的流速传感器具有对来自电阻器的信号进行处理的信号处理部,该流速传感器利用电阻器的散热来探测流体的流速,该流速传感器具有:基板,其具有暴露于流体的一侧的第一基板面以及作为与第一基板面相反的面的第二基板面;以及电阻器,其安装于第二基板面,其中,该电阻器的发热部被配置成与第二基板面相向。
13.在此,也可以是,基板是厚度为1mm以下的薄膜状基板或者薄板基板。
14.另外,也可以是,基板的与发热部的区域相向的部分具有孔。
15.另外,也可以是,具有树脂膜和/或玻璃膜来作为覆盖第一基板面的一部分或全部或者第二基板面的一部分或全部的绝缘覆膜。
16.另外,也可以是,在绝缘覆膜配置金属箔和/或蒸镀膜。
17.另外,也可以是,具有覆盖第二基板面的罩构件。
18.发明的效果
19.在本发明中,能够提供耐候性优异的流速传感器。
附图说明
20.图1是本发明的实施方式所涉及的流速传感器的俯视图。
21.图2是本发明的实施方式所涉及的流速传感器的仰视图。
22.图3是图1的a

a截面图的示意图。
23.图4是构成本发明的实施方式所涉及的流速传感器的电路的概要图。
24.图5是表示本发明的实施方式所涉及的流速传感器的变形例的、与图1的a

a截面相当的部位的图。
25.图6是本发明的实施方式所涉及的流速传感器的变形例中使用的罩构件的立体示意图。
具体实施方式
26.(本发明的实施方式所涉及的流速传感器的结构和动作)
27.下面,参照附图来说明本发明的实施方式所涉及的流速传感器。
28.流速传感器1具有对来自电阻器2、3的信号进行处理的信号处理部,该流速传感器1利用电阻器2的散热来探测流体的流速。另外,流速传感器1具有大致长方形的基板6,该基板6具有暴露于流体的一侧的第一基板面4以及作为与第一基板面4相反的面的第二基板面5。安装于第二基板面5的电阻器2、3的发热部2h、3h被配置成与第二基板面5的后述的孔21、22相向。
29.另外,在第二基板面5形成有布线11、12、13、14。在布线11、12、13、14的端部,形成有电阻器2、3的端子电极2a、2b、3a、3b以及用于连接这些端子电极的焊盘11a、12a、13a、14a。在焊盘11a连接端子电极2a,在焊盘12a连接端子电极2b,在焊盘13a连接端子电极3a,在焊盘14a连接端子电极3b。它们的连接是通过焊接来实现的,但是也可以使用导电性粘接剂或异向性导电薄膜(anisotropic conductive film,acf)。异向性导电薄膜能够同时实现电导、绝缘以及传热。
30.此外,电阻器2是发热用电阻,被加热控制为比流体的温度高一定温度。所述电阻器2的温度上升由电阻器2的功耗以及从电阻器2向流体和基板6的散热的容易度、也就是热导率来决定。而且,电阻器3是温度补偿用电阻,用于探测流体本身的温度并对流体温度的变化的影响进行补偿。
31.电阻器2、3具有与第二基板面5相向的电阻覆膜配置面2c、3c以及作为与电阻覆膜配置面2c、3c相反侧的面的非电阻覆膜配置面2d、3d。电阻覆膜2r、3r当通电时发热,因此与前述的“发热部2h、3h”是同样的。电阻覆膜2r、3r的上表面、即与第二基板面5相向的面被实施了作为电阻器2、3的一部分的保护涂布,省略了该保护涂布的图示。焊盘11a、12a、13a、14a与电阻器2、3的端子电极2a、2b、3a、3b以同第二基板面5相向的方式进行连接,因此电阻器2、3进行了所谓的“倒装(facedown)”的安装。
32.另外,基板6是厚度为0.1mm的薄板基板。设基板6的材质为树脂制,但是也可以是陶瓷制。另外,作为基板6,能够使用混入有玻璃纤维的环氧树脂等印刷电路板所使用的材质。
33.另外,基板6的与电阻器2、3的发热部2h、3h的区域相向的部分分别具有孔21、22。孔21、22为彼此相同的形状,分别呈在与电阻器2、3的通电方向正交的方向上较长的长圆
形。
34.另外,如图1和图2中没有明确图示、图3中所图示的那样,流速传感器1具有由聚丙烯树脂形成的树脂膜23,该树脂膜23覆盖第一基板面4的全部、电阻器2、3、以及第二基板面5的全部。并且,在树脂膜23的整个区域配置有由不锈钢形成的金属箔24。树脂膜23和金属箔24从第一基板面4侧进入了基板6的孔21、22。
35.流速传感器1的发热用的电阻器2和温度补偿用的电阻器3如图4所示那样与芯片状的电阻器31、32一起构成了公知的分压电路。在图1至图3中没有图示的信号处理部33具有电阻器31、32、运算放大器34以及晶体管35等(信号处理部33的其它结构要素的图示被省略)。在此,发热用的电阻器2和温度补偿用的电阻器3的电阻温度系数(tcr)大于电阻器31、32的tcr。
36.在此,设为用扇子扇流速传感器1的绝缘基板6的第一基板面4侧来送风。这样一来,发热用的电阻器2的温度下降。信号处理部33以使发热用的电阻器2与温度补偿用的电阻器3的温度差始终恒定的方式向图4所示的桥电路施加驱动电压。流速传感器1利用该加热所需的电压的变化来换算出流体的流速(风速等)并输出该流速。所输出的流速(风速等)的强度等例如通过led(light emitting diode:发光二极管)的光量或发光色等来表现。例如,流速越快,则使led的光量表现得越大(越亮),流速越慢,则使led的光量表现得越小(越暗),或者将流速显示为具体的数值。
37.(通过本发明的实施方式得到的主要效果)
38.如上所述,本发明的实施方式所涉及的流速传感器1的电阻器2、3的发热部2h、3h被配置成与不暴露于流体的第二基板面5相向。因此,电阻器2、3被基板6遮住而不外露于流体,因此能够提供耐候性优异的流速传感器1。而且,即使是基板6的孔21、22被堵上的流速传感器1的结构,也能够通过从电阻器2、3的端子部向焊盘11a、12a、13a、14a等的散热来保持其功能。其中,在没有孔21、22的情况下,优选的是,使电阻器2、3的发热部2h、3h与基板6之间插入有热传导性粘接剂、导电性粘接剂或热传导薄膜等,由此确保良好的热传导。并且,通过将厚度为0.1mm的薄膜状基板或薄板基板用作基板6,基板6的厚度方向上的热移动变得容易,即使是孔21、22被堵上的流速传感器1,也能够保持灵敏度。
39.另外,能够得到以下的流速传感器1:流速传感器1的电阻器2、3等部件或布线11、12、13、14能够以不与测定对象流体接触的方式进行动作。另外,不需要金属研削或树脂模制加工之类的耗费成本的工序,能够利用回流焊这样的推进了成本减少的一般的印刷电路板制造工序来制造流速传感器1。另外,流速传感器1由于薄、易于处理、耐候性高,因此能够期待开拓各种新用途。
40.另外,通过在基板6设置孔21、22,使得流体与发热部2h、3h直接接触,因此流速传感器1的灵敏度提高。在此,即使设置孔21、22,电阻器2、3的端子电极2a、2b、3a、3b与用于连接这些端子电极的焊盘11a、12a、13a、14a的连接部分也依然被基板6遮住而不外露于流体,因此能够确保流速传感器1的耐候性。
41.另外,流体与电阻器2、3是经由孔21、22接触的,流体的流动方向的差不易对热导率造成影响,因此流速传感器1的指向性良好。另外,流速传感器1的灵敏度产生差的主要原因是流体的流动方向是与电阻器2、3的长边方向一致还是与短边方向一致之间的差别。因此,测定了相对于所述长边方向或所述短边方向的灵敏度偏差的实测值。这样一来,将电阻
器2、3安装于基板6的流体侧的比较对象品的灵敏度偏差为

33%,与此相对,本发明的试制品的灵敏度偏差收敛为

6%。设比较对象品和本发明的试制品的电阻器2、3的尺寸为2.0mm
×
1.25mm
×
0.45mm、基板6的厚度为0.1mm、孔21、22的尺寸为2.2mm
×
1.0mm,以水平至10度的仰角向基板面吹风,来进行了评价。此外,在没有孔21、22的情况下,能够使流体的流动方向的差造成的影响几乎为零,流速传感器1的指向性更加良好。
42.流速传感器1具有树脂膜23,该树脂膜23覆盖第一基板面4的全部、电阻器2、3、以及第二基板面5的全部。因此,流速传感器1对于空气中的湿气或尘埃等的耐候性进一步提高。另外,能够通过树脂膜23来保护电路部件免受外部因素、例如人手的接触等所伤害。
43.并且,在树脂膜23的整个区域配置有金属箔24。因此,流速传感器1对于空气中的湿气或尘埃等的耐候性进一步提高。另外,流速传感器1由于金属箔24的存在而能够保护树脂膜23免受机械撞击等所伤害。另外,树脂膜23或金属箔24的粘贴也可利用热塑性薄膜的真空成型之类的以低价提供的技术,由此能够更廉价地提供流速传感器1。
44.(其它方式)
45.上述的本发明的实施方式所涉及的流速传感器1是本发明的优选方式的一例,其并不限定于此,能够在不变更本发明的宗旨的范围内实施各种变形。
46.例如,也可以没有基板6的孔21、22。即使没有基板6的孔21、22,也能够通过从电阻器2、3的端子部向焊盘11a、12a、13a、14a等的散热来保持其功能。其中,在没有孔21、22的情况下,优选的是,使电阻器2、3的发热部2h、3h与基板6之间插入有热传导性粘接剂、导电性粘接剂或热传导薄膜等,由此确保良好的热传导。另外,孔21、22为彼此相同的形状,分别呈在与电阻器2、3的通电方向正交的方向上较长的长圆形。但是,孔21、22的形状也可以不同。另外,孔21、22的形状也可以不是在与电阻器2、3的通电方向正交的方向上较长的长圆形,例如也可以是圆形或多边形。并且,通过将厚度为0.1mm的薄膜状基板或薄板基板用作基板6,基板6的厚度方向上的热移动变得容易,即使是孔21、22被堵上的流速传感器1,也能够保持灵敏度。
47.另外,基板6是厚度为0.1mm的树脂制的薄板基板。但是,基板6的厚度很多情况下即使超过0.1mm也不会对流速传感器1的功能造成很大影响,因此没有严格限定。其中,能够使用厚度为1mm以下的薄膜状基板或薄板基板来代替基板6。基板6的厚度越薄,越易于给流速传感器1的外观设计方面带来好的影响。如果流速传感器1整体薄,则易于成为纤薄酷炫的流速传感器1。设基板6的材质为树脂制,但是能够使用陶瓷制或混入有玻璃纤维的环氧树脂等印刷电路板所使用的材质,还能够使用利用绝缘体覆盖不锈钢板等金属板的表面而成的材质。
48.另外,流速传感器1具有树脂膜23,该树脂膜23覆盖第一基板面4的全部、电阻器2、3、以及第二基板面5的全部。但是,树脂膜23不是必需的结构要素,能够省略。另外,即使设置树脂膜23,也不需要以覆盖基板6和电阻器2、3的整个面的方式设置。例如,树脂膜23也可以覆盖第一基板面4的一部分或全部或者第二基板面5的一部分或全部。另外,例如,也可以将树脂膜23设置成覆盖暴露于流体的第一基板面4的一部分或全部。也可以是,除此以外,仅在焊盘11a、12a、13a、14a与电阻器2、3的端子电极2a、2b、3a、3b这样的电连接部位设置树脂膜23,或者,除此以外,以覆盖布线11、12、13、14和电阻器2、3之类的电子部件和布线的方式设置树脂膜23。但是,为了万全地期待流速传感器1的对于空气中的湿气或尘埃等的耐候
性,优选的是,利用树脂膜23覆盖第一基板面4的全部、电阻器2、3、以及第二基板面5的全部。另外,设树脂膜23的材质为聚丙烯,但是能够使用其它树脂,例如聚乙烯、聚对苯二甲酸乙二醇酯等。
49.另外,在树脂膜23的整个区域配置有不锈钢的金属箔24。但是,金属箔24不是必需的结构要素,能够省略。另外,即使设置金属箔24,也能够例如仅在焊盘11a、12a、13a、14a与电阻器2、3的端子电极2a、2b、3a、3b这样的电连接部位设置金属箔24。另外,金属箔24的材质不限于不锈钢,能够为其它金属。但是,作为覆盖电阻器2、3的部位,过度地发散电阻器2、3的发热的热传导率高的金属、例如铜等虽然不是优选的,但是能够使用。
50.另外,如图4所示,信号处理部33具有电阻器31、32、运算放大器34以及晶体管35等。而且,信号处理部33以使发热用的电阻器2与温度补偿用的电阻器3的温度差始终恒定的方式向桥电路施加驱动电压。已知的是,该驱动电压为制约电阻器2的温度上升的热导率与电路常数的函数。并且,所述热导率是流速的函数,因此信号处理部33能够求出流速以及与其对应的热导率这两方。
51.另外,所输出的流速的强度等例如通过led的光量或发光色等来表现。例如,能够将多个流速传感器1在平面上纵横规则地进行排列来如热成像的热图像那样使流速分布可视化。能够使该平面为较硬而不易变形的材质,但是也能够使该平面为较软而能够变形为曲面的薄片或布状等。另外,如果将流速传感器1排列成一维的直线,则还能够形成可看到风速的尺子状等。另外,如果将多个流速传感器1设置于如在公园设置的被称作攀登架的游戏道具那样的立体的网状支承体,则能够通过相对于支承体的粗细而言足够大的开口来以不阻碍流动的方式使流动的分布可视化或信息化等。流速传感器1的配置例如可以是支承体的直径为3cm、间隔为50cm等之类的尺寸,且不限定于此。并且,也能够将多个流速传感器1进行排列来得到自然风偶然形成的流速分布或者人用扇子扇风等来形成的流速分布,并利用其信息来控制音阶或音色、自然音等。
52.另外,通过利用流速传感器1显示环境的空气的波动或风的样子,能够构建例如如下的空间艺术:光与植物叶子的运动连动地闪烁来呈现如阳光透过树叶那样的变化等,带来一种安宁或放松的效果,这是预编程的表达方式所无法得到的。另外,能够通过流速传感器1来实现利用流速、风速进行演出的照明等。作为演出的一例,能够利用投影映射技术等向建筑物的墙面投射风车的叶片本身或者使人联想到风车的叶片的影像或光等,使其旋转速度与风速相应地变化。另外,作为演出的另一例,能够将人、物、生物的运动探测为风速来做出反应等。另外,作为演出的又一例,能够在运动的物体表面安装流速传感器1,将该物体的移动速度间接地表达为风速等。
53.另外,作为演出的又一例,能够得到以下的电子蜡烛:使流速传感器1的led的光的颜色或形状、光的大小与现实的蜡烛不同,不会一看就感到火焰所具有的危险性,但是,波动等发光方式的变化的特征使人联想到蜡烛,由此能够实现蜡烛所具有的高演出性。例如,使流速传感器1的led的光的大小小至1mm、或者大至1m。另外,流速传感器1的led的光的颜色例如在微风时以蜡烛色小幅闪烁,看起来像蜡烛,但是只有在风强时,以蓝色、红色之类的不同于蜡烛的颜色和强明亮度发光等。关于演出性,例如能够使多个光源的闪烁与空气的运动连动,做出当吹气时依次熄灭、或虽然快要熄灭但是再次亮起之类的如生日蛋糕上装饰的蜡烛那样的行为等。另外,还能够将风速的分布信息与影像或声音信息相关联地进
行保存、传输,在现实世界或虚拟空间中再现影像或声音时提供相关联的风速分布信息等。
54.另外,能够得到对利用放置在密闭的空间之外的流速传感器1探测出的风做出反应的、放置于密闭的空间的电子风铃等。并且,能够得到根据温度和热导率来估计涂料或食品的干燥难易度之类的表面状态的变化难易度的设备(流速传感器1)。
55.另外,也有时需要着重考虑流速传感器1的气氛或品位之类的性质。在这种情况下,也可以对基板6、树脂膜23或金属箔24实施与流速检测功能没有直接关系的外观设计。例如,在前述的外观设计上做出如下考虑:前述的外观设计包括各种设计元素,如天然木纹、叶状花纹、壁纸状花纹、模仿它们的凹凸、外形、或者心形标记等,从整体来看流速传感器1存在于这些设计元素中,从而不会破坏环境的气氛。或者,前述的外观设计做出如下考虑:通过使流速传感器1存在于这些设计元素中,来积极地改善环境的气氛。通过这种外观设计,实现时尚的流速传感器1。
56.(变形例)
57.图5是表示本发明的实施方式所涉及的图3所示的流速传感器1的变形例的图。此外,变形例的流速传感器41的除罩构件42以外的结构为与流速传感器1相同的结构。因此,在流速传感器41中,对与流速传感器1实质上相同的结构标注相同的标记并省略说明。图6是罩构件的立体示意图。在变形例的流速传感器41中,覆盖第二基板面5的不锈钢制且厚度为1mm的罩构件42通过粘接剂等固定安装于流速传感器41的基板6的四边形部分的端部43。
58.通过将罩构件42固定安装于流速传感器41,进一步覆盖第二基板面5的布线11、12、13、14和电阻器2、3之类的电子部件和布线,耐候性变得更佳。
59.罩构件42是不锈钢制,但是也可以是其它金属制、树脂制、或陶瓷制。另外,罩构件42的厚度是1mm,但是也可以更厚或更薄。若从外观设计方面考虑,罩构件42的厚度优选更薄,例如为0.7mm。另外,在将罩构件42固定安装于流速传感器41时,也可以不使用粘接剂,而是使用粘贴带等或同时使用粘贴带和粘接剂。
60.被罩构件42和基板6包围的内部空间也可以用发泡塑料等绝热材料填充。由此,流速传感器的机械强度进一步提高。另外,流速传感器41也可以省略罩构件42,而是填充上述的被填充的绝热材料。
61.树脂膜23只要是绝缘覆膜即可,例如也可以是仅玻璃膜等、或者是将玻璃膜与树脂膜23层叠而成的膜。
62.附图标记说明
63.1、41:流速传感器;2:电阻器(发热用);2h:发热部;3:电阻器(温度补偿用);3h:发热部;4:第一基板面;5:第二基板面;6:基板;23:树脂膜;24:金属箔;33:信号处理部;42:罩构件。
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