DE19942675A1 - Strömungssensor - Google Patents

Abstract

Um einen Strömungssensor zu erhalten, welcher ein exzellentes Ansprechen, eine exzellente Empfindlichkeit und eine exzellente Zuverlässigkeit sowie eine hohe Strömungserfassungsgenauigkeit hat, indem die Deformation einer Membran bzw. eines Diaphragmas unterdrückt wird, werden erste zusätzliche Muster auf einer Seite gebildet, welche den Verbindungsmustern eines Heizelements entgegengesetzt ist, so daß auf der Membran gebildete Dünnschichtmuster beinahe symmetrisch sind, wodurch die Deformation der Membran, welche durch innere Spannungen zwischen einer Basisschicht bzw. einer Schutzschicht und einer Platinschicht, welche die Dünnschichtmuster bildet, sowie den Differenzen der mechanischen oder thermischen Eigenschaften dieser Schichten verursacht wird, unterdrückt wird.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Strömungssensor zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit bzw. Strömungsrate eines Fluids, wie zum Beispiel der Ansaugluft eines Verbrennungsmotors. Genauer bezieht sie sich auf einen Strömungssensor, der mit einem Heizelemente ausgerüstet ist, um die Strömungsrate eines Fluids auf der Grundlage eines Wärmeübertragungsphänomens von dem Heizelement oder einem durch das Heizelement geheizten Teil auf das Fluid zu messen.

Die Fig. 13(a) und 13(b) sind Diagramme, welche den Aufbau eines Strömungserfassungselements (Diaphragma- bzw. Membransensor) 51 zeigen, das in einem herkömmlichen Strömungssensor verwendet wird, welcher beispielsweise durch die offengelegte japanische Patentanmeldung mit der Nummer 4-230808 offenbart wird. Die Fig. 13(a) ist eine Planansicht und die Fig. 13(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie D-D der Fig. 13(a). In den Fig. 13(a) und 13(b) bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Plattensubstrat, das aus einem Silizium- Halbleiter besteht. Ein Hohlraum 12, welcher einen trapezförmigen Querschnitt hat und keine Verbindung mit der Vorderseite des Plattensubstrats 1 aufweist, ist in einem Zentralabschnitt der Rückseite des Plattensubstrats 1 durch anisotropes Ätzen gebildet, um ein dünnes Diaphragma bzw. eine dünne Membran 13 in dem Plattensubstrat 1 auf der unteren Seite des Hohlraums 12 herzustellen, d. h. der Vorderseite des Plattensubstrats 1.

Ein Dünnschicht-Heizelement 3 ist an einem Zentralabsohnitt der Oberfläche der Membran 13 gebildet, und Dünnschicht- Widerstandsthermometer 52 und 53 sind symmetrisch auf beiden Seiten des Heizelements 3 gebildet, mit einem vorbestimmten Abstand dazwischen. Schlitzabschnitte 54a und 54b, welche riemenartige Löcher sind und sich durch die Membran 13 erstrecken, sind zwischen dem Heizelement 3 und den Widerstandsthermometern 52 und 53 in einer Longitudinalrichtung gebildet, und Schlitzabschnitte 55a und 55b, welche aus einer Vielzahl von quadratischen Löchern bestehen, die sich durch die Membran 13 erstrecken und zueinander ausgerichtet sind, sind außerhalb der Widerstandsthermometer 52 und 53 in einer Longitudinalrichtung gebildet. Schlitzabschnitte 56c, 56d, 57c und 57d, welche Löcher sind, die sich durch die Membran 13 erstrecken, sind an beiden Enden in einer Longitudinalrichtung des Heizelements 3 und der Widerstandsthermometer 52 und 53 jeweils gebildet. Diese Schlitzabschnitte 54a bis 57d werden durch allgemeine Fotolithographie, durch Nassätzen oder Trockenätzen gebildet.

In den obigen Fig. 13(a) und 13(b) sind die Elektroden des Heizelements 3 und der Widerstandsthermometer 52 und 53, und die Dünnschicht-Leitermuster, welche die Versorgungsleitungen des Heizelements 3 und der auf dem Plattensubstrat 1 gebildeten Widerstandsthermometer 52 und 53 bilden, weggelassen.

Nun wird der Betrieb des obigen Strömungserfassungselements 51 des Standes der Technik beschrieben.

Die Vorderseite (Seite des Heizelements 3) des Strömungserfassungselements 51 ist parallel ausgebildet zum Strömungsdurchlauf eines zu messenden Fluids, die Longitudinalrichtungen des Heizelements 3 und der Widerstandsthermometer 52 und 53 sind senkrecht zur Strömung des Fluids ausgebildet, und ein an das Heizelement 3 anzulegender Strom wird so gesteuert, daß die Temperatur des Heizelements 3 um einen vorbestimmten Wert höher sein sollte als die Temperatur des Fluids. Da die Widerstandsthermometer 52 und 53 symmetrisch um das Heizelement 3 angeordnet sind, sind die Temperaturen der obigen Widerstandsthermometer 52 und 53 gleich wenn das Fluid nicht strömt (wenn die Strömungsgeschwindigkeit 0 beträgt).

Wenn das Fluid in eine durch einen Pfeil V angegebene Richtung strömt, wird das Widerstandsthermometer 52 auf der stromaufwärtigen Seite gekühlt und seine Temperatur wird niedriger als wenn die Strömungsgeschwindigkeit 0 beträgt. Eine Verringerung in der Temperatur des obigen Widerstandsthermometers 52 wird größer wenn die Strömungsgeschwindigkeit zunimmt. Unterdessen, da das Widerstandsthermometer 53 auf einer stromabwärtigen Seite auf der stromabwärtigen Seite des Heizelements 3 angeordnet ist, wenn die Strömungsgeschwindigkeit gleich ist, wird die Temperatur des Widerstandsthermometers 53 nicht so niedrig wie jene des Widerstandsthermometers 52 auf der stromaufwärtigen Seite. Daher gibt es eine Temperaturdifferenz zwischen dem Widerstandsthermometer 52 auf der stromaufwärtigen und dem Widerstandsthermometer 53 auf der stromabwärtigen Seite, entsprechend der Strömungsgeschwindigkeit des Fluid. Dann, durch Erfassen der Widerstandsdifferenz zwischen dem Widerstandsthermometer 52 und dem Widerstandsthermometer 53, welche der obigen Temperaturdifferenz entspricht, durch ein Erfassungsmittel wie einer nicht abgebildeten Wheatstone- Brückenschaltung, die die Widerstandsthermometer 52 und 53 enthält, kann die Strömungsgeschwindigkeit des Fluids gemessen werden.

Somit werden im obigen Stand der Technik Veränderungen in der Ausgabe, welche durch die Anhaftung von Staub verursacht werden, durch Bildung des Hohlraums 12 auf der Rückseite des Plattensubstrats 1 zur Herstellung des dünnen Diaphragmas 13 verringert. Ferner sind die Schlitzabschnitte 54a bis 57d in dem Diaphragma bzw. der Membran 13 gebildet, um einen Wärmefluß von dem Heizelement 3 zu den Widerstandsthermometern 52 und 53 zu verringern, wodurch ein Anstieg in der Temperatur der Widerstandsthermometer 52 und 53 unterdrückt wird, und ein Wärmefluß vom Heizelement 3 zum Plattensubstrat 1 verringert wird, um die Empfindlichkeit zu verbessern.

Um hohe Empfindlichkeit und gutes Ansprechen bei einem Strömungserfassungselement mit Membranstruktur zu erhalten, muß das Ansprechen des Diaphragmas bzw. der Membran 13 auf Wärme verbessert werden, durch Verringerung der Dicke der Membran 13, unabhängig von der Existenz der Schlitzabschnitte. Wenn jedoch die Dicke der Membran 13 verringert wird, wird das Verhältnis der Dicke der Membran 13 zur Dicke einer wärmeempfindlichen Widerstandsschicht, welche das Heizelement 3 und die Widerstandsthermometer 52 und 53 bildet, groß. Daher, wenn die Dicke der Membran 13 abnimmt, wird die Differenz einer Materialstruktur in der Dickenrichtung zwischen einem Abschnitt mit der wärmeempfindlichen Widerstandsschicht und einem Abschnitt ohne die wärmeempfindlichen Widerstandsschicht größer, wodurch die Membran 13 deformiert wird (Initialdeformation) wenn die wärmeempfindliche Widerstandsschicht und der Hohlraum gebildet werden. Diese Deformation wird verursacht durch die Differenz der inneren Spannungen zwischen den Materialien der Schichten. Wenn die Initialdeformation der Membran 13 auftritt und Strom an das Heizelement 3 angelegt wird, um Wärme zu erzeugen, wird die Deformation der Membran 13 größer, aufgrund der Unterschiede der thermischen oder mechanischen Eigenschaften zwischen dem Material der Membran 13 (Silizium, welches das Material des Substrats ist) und dem Material der wärmeempfindlichen Widerstandsschicht, wie dem darauf gebildeten Heizelement 3 (zum Beispiel ein Metall wie Platin). Wenn die Deformation groß ist, wird eine starke Spannung erzeugt zwischen der Membran 13 und der wärmeempfindlichen Widerstandsschicht, wodurch bewirkt wird, daß die wärmeempfindliche Widerstandsschicht, welche das Heizelement 3 und die Widerstandsthermometer 52 und 53 bildet, von der Oberfläche der Membran 13 getrennt wird. Dies übt einen negativen Effekt auf die Erfassungscharakteristik des Strömungssensors aus.

Ferner, wenn eine große Deformation der Membran 13 auftritt, gibt es Differenzen in der Stärke der Deformation der Schicht, wenn sie als Strömungssensor dient, aufgrund von Unterschieden in den thermischen oder mechanischen Eigenschaften der Schicht, welche die Erfassungscharakteristik des Strömungssensors beeinflussen können und eine genaue Strömungserfassung unmöglich machen können.

Wenn die obige Deformation asymmetrisch ist innerhalb der Ebene der Membran 13 zum Zeitpunkt der Bildung von Dünnschicht- Mustern oder dem Anlegen von Strom zum Heizen, wird die Trennung der Schicht und die Differenz der Deformation deutlicher, wodurch die Erfassungscharakteristik des Strömungssensors verschlechtert wird.

Im Hinblick auf die obigen Probleme des Standes der Technik, ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Strömungssensor zu schaffen, welcher ein exzellentes Ansprechen, eine gute Empfindlichkeit und Zuverlässigkeit hat, sowie eine hohe Strömungserfassungs-Genauigkeit, durch Unterdrückung der Deformation einer Membran bzw. eines Diaphragmas.

Nach einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem zusätzliche Muster (Patterns) auf einer Membran oder einer Membran und einem diese umgebenden Abschnitt gebildet sind, so daß Dünnschicht-Muster, welche auf der Oberfläche des in einem Plattensubstrat eines Strömungserfassungselements gebildeten Membran gebildet sind, beinahe symmetrisch zur Membran werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die zusätzlichen Muster an Positionen gebildet sind, wo sie beinahe symmetrisch zu Anschlußmustern auf der Membran sind, so daß die auf der Membran gebildeten Dünnschicht-Muster auf der Membran beinahe symmetrisch werden.

Die zusätzlichen Muster des zweiten Aspekts der vorliegenden Erfindung werden im folgenden als "erste zusätzliche Muster" bezeichnet.

Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die ersten zusätzlichen Muster Blindmuster bzw. Dummy-Muster sind, welche zur Versorgung des Heizelements keinen Beitrag leisten.

Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, in welchem die Blindmuster (erste zusätzliche Muster) mit dem Muster des Heizelements verbunden sind.

Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Blindmuster (erste zusätzliche Muster) nicht mit dem Muster des Heizelements verbunden sind, sondern mit der Erde einer Strömungserfassungsschaltung oder dem Abschirmglied des Strömungssensors.

Gemäßes einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Verbindungsmuster und die ersten zusätzlichen Muster auf Linien bzw. Leitungen gebildet sind, welche jeweils die Eckabschnitte des Musters des Heizelements und die Eckabschnitte der Membran verbinden.

Gemäß einem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Verbindungsmuster so gebildet sind, daß sie zumindest einen Teil des Musters des Heizelements umgeben.

Gemäß einem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Gesamtfläche der Verbindungsmuster und der ersten zusätzlichen Muster größer oder gleich der Hälfte der Fläche der Membran ist, ausgenommen das Muster des Heizelements.

Gemäß einem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Verbindungsmuster mit den ersten zusätzlichen Mustern kombiniert sind.

Gemäß einem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Breite der ersten zusätzlichen Muster größer ist als die Breite des Musters des Heizelements, und die ersten zusätzlichen Muster einen Teil eines Strompfads für das Heizelement bilden.

Gemäß einem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem das Muster des Heizelements, die Verbindungsmuster und die ersten zusätzlichen Muster aus der gleichen Metallschicht gebildet sind.

Gemäß einem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Dicke des Musters des Heizelements, die Dicke der Verbindungsmuster und die Dicke der ersten zusätzlichen Muster 1/5 oder weniger der Dicke der Membran sind.

Gemäß einem dreizehntes Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die zusätzlichen Muster Blindmuster (Dummy-Muster) sind, welche in einem anderen Bereich als den Versorgungsleitungen der Membran gebildet sind, und an Positionen gebildet sind, wo sie beinahe symmetrisch auf der Membran sind.

Die zusätzlichen Muster des dreizehnten Aspekts der vorliegenden Erfindung werden im folgenden als "zweite zusätzliche Muster" bezeichnet.

Gemäß einem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem dritte zusätzliche Muster an der Peripherie der Membran gebildet sind, und Verbindungsmuster zur Verbindung der dritten Muster mit dem Blindmustern (zweite zusätzliche Muster) gebildet sind, und die Summe der Bereiten der Verbindungsmuster an der Grenze der Membran die Hälfte oder weniger des Gesamtumfangs der Grenze der Membran ist.

Gemäß einem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die dritten zusätzlichen Muster nicht mit dem Muster des Heizelements verbunden sind, sondern mit der Erde einer Strömungserfassungsschaltung oder dem Abschirmglied des Strömungssensors.

Gemäß einem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Verbindungsmuster über die Eckabschnitte der Membran gelegt sind.

Gemäß einem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Blindmuster (zweite zusätzliche Muster) so gebildet sind, daß sie zumindest einen Teil des. Musters des Heizelements umgeben.

Gemäß einem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Gesamtfläche der Blindmuster (zweite zusätzliche Muster) auf der Membran größer oder gleich der Hälfte der Fläche der Membran ohne das Muster des Heizelements ist.

Gemäß einem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem das Muster des Heizelements und die Blindmuster (zweite zusätzliche Muster) aus der gleichen Metallschicht gebildet sind.

Gemäß einem zwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Strömungssensor geschaffen, bei welchem die Dicke des Musters des Heizelements und die Dicke der Blindmuster (zweite zusätzliche Muster) 1/5 oder weniger der Dicke der Membran sind.

Die obigen und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung gehen aus der folgenden Beschreibung, welche auf die begleitenden Zeichnungen Bezug nimmt, klarer hervor.

Fig. 1 (a) und 1 (b) sind Diagramme, welche den Aufbau eines Strömungserfassungselements zeigen, das in einem Strömungssensor nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 2 (a) und 2 (b) sind Diagramme, welche den Aufbau des Strömungssensors der ersten Ausführung zeigen;

Fig. 3 ist ein Diagramm, welches den Aufbau einer Steuerschaltung des Strömungssensors der ersten Ausführung zeigt;

Fig. 4 ist ein Diagramm, welches eine Membran bzw. ein Diaphragma und einen Umgebungsabschnitt eines Strömungserfassungselements nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 5 ist eine Planansicht, welche den Aufbau eines Strömungserfassungselements nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 6 ist ein Diagramm, welches eine Membran bzw. ein Diaphragma und einen Umgebungsabschnitt eines Strömungserfassungselements nach der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 7 ist ein Diagramm, welches ein Diaphragma bzw. eine Membran und einen Umgebungsabschnitt eines Strömungserfassungselements nach der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 8 ist ein Diagramm, welches eine Membran bzw. ein Diaphragma und einen Umgebungsabschnitt eines Strömungserfassungselements nach der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 9 ist ein Diagramm, welches ein Diaphragma bzw. eine Membran und einen Umgebungsabschnitt eines Strömungserfassungselements nach der siebten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 10(a) und 10(b) sind Diagramme, welche den Aufbau eines Strömungserfassungselements zeigen, das in einem Strömungssensor nach der achten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird;

Fig. 11 ist ein Diagramm, welches ein Diaphragma bzw. eine Membran und einen Umgebungsabschnitt eines Strömungserfassungselements nach der neunten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 12 ist eine Planansicht, welche den Aufbau eines Strömungserfassungselements nach der zehnten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt; und

Fig. 13(a) 13(b) sind Diagramme, welche ein Strömungserfassungselement des Standes der Technik zeigen.

Nun werden bevorzugte Ausführungen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.

Ausführung 1

Die Fig. 1(a) und 1(b) sind Diagramme, welche den Aufbau eines Strömungserfassungselements 21 zeigen, das in einem Strömungssensor nach der ersten Ausführung der vorliegenden Erfindung verwendet wird. Fig. 1(a) ist ein Planansicht und 1(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie A-A der Fig. 1(a). In den Fig. 1(a) und 1(b) bezeichnet die Bezugsziffer 1 ein Siliziumplattensubstrat, welches eine Dicke von ungefähr 0.4 mm hat, 2 eine 1 µm Dicke Isolierbasisschicht aus Siliziumnitrid, welche auf der Oberfläche des Plattensubstrats durch Sputtern oder CVD gebildet wird, und 3 bezeichnet ein 0.2 µm dickes Heizelement, welches aus einer wärmeempfindlichen Widerstandsschicht aus Platin besteht, und auf der Basisschicht 2 durch Dampfabscheidung oder Sputtern gebildet wird. Dieses Heizelement 3 wird hergestellt durch Bildung der wärmeempfindlichen Widerstandsschicht auf der Basisschicht 2 und dann dem Bilden eines Musters (im folgenden als "Heizmuster" bezeichnet) für das Heizelement 3, durch Fotolithographie und Nass- oder Trockenätzen. Ein Heizabschnitt des Heizelements 3, welches durch Musterbildung (patterning) gebildet wird, mißt 0.5 mm in Querrichtung und 1.5 mm in Längsrichtung.

Zuführungsmuster 4a und 4b zur Zuführung von Leistung zum Heizelement 3, und Verbindungsmuster 5a und 5b zum Verbinden des Heizelements 3 mit den Zuführungsmustern 4a und 4b sind durch das gleiche Verfahren gebildet, wie jenes, das zur Bildung des obigen Heizmusters verwendet wurde, und erste zusätzliche Muster 6a und 6b sind auf einer Seite gebildet, die entgegengesetzt ist zur Seite der Verbindungsmuster 5a und 5b des Heizelements 3, wobei das Heizelement 3 dazwischen liegt. Die ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b sind Blindmuster (Dummy-Muster), welche keine Versorgungsleitungen zur Zuführung von Leistung zum Heizelement 3 darstellen.

Ein Fluidtemperatur-Messelement 7, welches aus einer wärmeempfindlichen Widerstandsschicht gebildet ist, und Zuführungsmuster 4c und 4d zur Zuführung von Leistung zum Fluidtemperatur-Messelement 7 sind durch das gleiche Verfahren gebildet.

Ein 1 µm dicke Isolierschutzschicht 8 aus Siliziumnitrid wird auf dem obigen Heizelement 3 und dem Fluidtemperatur- Messelement 7 durch Sputtern oder CVD gebildet.

Das Heizelement 3 und das Fluidtemperatur-Messelement 7 sind mit Elektroden 9a bis 9d verbunden, als elektrische Außenanschlüsse des Strömungserfassungselements 21, jeweils durch die Zuführungsmuster 4a bis 4d. Die Schutzschicht 3 wird von den Elektroden 9a bis 9d entfernt, um diese Elektroden durch Drahtbondung oder dergleichen nach Außen zu verbinden.

Eine hintere Schutzschicht 10 wird erst auf einer Seite gebildet, die zur Seite der Basisschicht des Plattensubstrats 1 entgegengesetzt ist, und ein Ätzloch 11 wird durch Fotolithographie und Nass- oder Trockenätzung gebildet. Danach wird ein Teil des Plattensubstrats 1 von der Rückseite entfernt, durch alkalische Ätzung oder dergleichen durch das Ätzloch 11, um einen Hohlraum 12 zu bilden, welcher einen trapezförmigen Querschnitt hat und keine Verbindung aufweist mit der Vorderseite des Plattensubstrats 1, wodurch ein dünnes Diaphragma bzw. eine dünne Membran 13 auf der Unterseite des Hohlraums 12 gebildet wird, das heißt der Vorderseite des Plattensubstrats 1. Die Membran mißt beispielsweise 0.9 mm × 2 mm.

Durch Bildung der Membran 13, wie durch schräge Linien in Fig. 1(a) gezeigt, werden die ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b und die Verbindungsmuster 5a und 5b auf der Membran 13 an Positionen gebildet, wo sie beinahe symmetrisch um die Zentralachse in einer Transversalrichtung der Membran 13 (oder dem Zentrum der Membran 13) liegen. Daher sind die Dünnschicht- Muster, welche auf der Membran 13 gebildet sind, beinahe symmetrisch um die Zentralachse in einer Longitudinalrichtung und einer Transversalrichtung der Membran 13, durch Bildung der ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b.

Ein Pfeil V der Fig. 1(a) zeigt die Strömungsrichtung eines zu messenden Fluids. Das Strömungserfassungselement 21 ist in dem Durchgang des Fluids so angeordnet, daß die Seite des Heizelements 3 (Vorderseite) des Plattensubstrats 1 parallel zur Strömung des Fluids wird, und die Längsrichtung bzw. Longitudinalrichtung des Heizelements 3 senkrecht zur Strömung liegt.

In den Fig. 1(a) und 1(b) ist die Größe jedes Abschnitts anders dargestellt als seine tatsächliche Größe, z. B. das Muster des Heizelements 3 ist breiter abgebildet, um den Aufbau des Strömungserfassungselements 21 besser verständlich zu machen. Das gleiche gilt für die übrigen Ausführungen, welche unten gezeigt sind.

Die Fig. 2(a) und 2(b) sind Diagramme, welche den Aufbau eines Strömungssensors 20 zeigen, der das obige Strömungserfassungselement 21 verwendet. Die Fig. 2(a) ist eine Vorderansicht und Fig. 2(b) ist eine Schnittansicht entlang der Linie B-B der Fig. 2(a). In den Fig. 2(a) und 2(b) bezeichnet die Bezugsziffer 21 ein Strömungserfassungselement, 22 eine Erfassungsrohrleitung, 23 ein Hauptfluiddurchgang, 24 einen Kasten, welcher eine Steuerschaltungsplatte 25 beherbergt, und 26 einen Verbinder zur Versorgung des Strömungssensors 20 mit Leistung oder zum Empfangen der Ausgabe des Strömungssensors 20. Das Strömungserfassungselement 21 ist auf der Oberfläche eines Plattenhalters 27 montiert, welcher in der Erfassungsrohrleitung 22 eingerichtet ist. Die Bezugsziffer 28 bezeichnet einen Zuführungsdraht zur elektrischen Verbindung des Strömungserfassungselements 21 mit der Steuerschaltungsplatte 25, und 29 bezeichnet ein Abschirmglied zum Schutz der Steuerschaltungsplatte 25 gegenüber Störungen, wie elektromagnetischen Wellen. Der Aufbau des in den Fig. 2(a) und 2(b) gezeigten Strömungssensors 20 ist der gleiche wie jener der übrigen Ausführungen, welche im folgenden beschrieben werden.

Fig. 3 ist ein Schaltbild, welches den Aufbau einer Steuerschaltung zeigt, zur Steuerung des Heizelements 3 des Strömungserfassungselements 21 auf einen solchen Widerstandswert, daß die mittlere Temperatur des Heizelements 3 gleich einem vorbestimmten Wert wird. Die Steuerschaltung 30 ist eine Brückenschaltung, welche das Fluidtemperatur- Messelement 7 und das Heizelement 3 enthält. Durch 31 bis 35 werden feste Widerstände bezeichnet, welche jeweils Widerstandswerte R1, R2, R3, R4 und R5 haben, 36 und 37 sind Operationsverstärker, 38 und 39 sind Transistoren (Tr1 und Tr2) und 40 ist eine Versorgungsquelle.

Außer dem Heizelement 3 und dem Fluidtemperatur-Messelement 7 sind die Bestandteile der Steuerschaltung 30 auf der Steuerschaltungsplatte 25 der Fig. 2(a) und 2(b) angeordnet.

Die Steuerschaltung 30 steuert einen Heizstrom Ih, welcher an das Heizelement 3 angelegt werden soll, so daß die Potentiale an Punkten "a" und "b", welche in Fig. 3 gezeigt sind, im wesentlichen zueinander gleich sind. Wenn die Strömungsgeschwindigkeit eines zu messenden Fluids zunimmt, nimmt die von dem Heizelement 3 an das zu messende Fluid übertragene Wärme zu, wodurch der Heizstrom Ih zur Aufrechterhaltung der mittleren Temperatur des Heizelements 3 auf einen vorbestimmten Wert zunimmt. Durch Erfassung der Größe des Heizstroms als eine Spannung Vout an beiden Enden des Widerstands 33 (R3), kann die zu messende Strömungsgeschwindigkeit des Fluids oder die Strömungsrate bzw. der Durchsatz des Fluids, welches durch den Durchgang mit vorbestimmten Querschnitt fließt, erfaßt werden.

Das bedeutet, daß wenn der Widerstandswert des Heizelements 3 durch Rh dargestellt wird, die mittlere Temperatur des Heizelements 3 als Th, die Temperatur des zu messenden Fluids als Ta und die Strömungsrate des Fluids, welches durch den Durchgang mit einem vorbestimmten Querschnitt Q fließt, die folgende Gleichung (1) gilt.

Ih² × Rh = (a + b + Qⁿ) = (Th-Ta) (1)

"a", "b" und "n" sind Konstanten, die durch das Strömungserfassungselement 21 bestimmt werden.

Genauer gesagt ist "a" ein Koeffizient, welcher der Wärmemenge entspricht, die nicht von der Strömungsrate Q abhängt, wovon das meiste ein Wärmeübertragungsverlust ist, der vom Heizelement 3 an das Plattensubstrat 1 übertragen wird, und "b" ist ein Koeffizient, welcher einer erzwungenen Konvektionswärmeübertragung entspricht. "n" ist ein Wert, der von einer Strömung in der Nähe des Heizelements 3 bestimmt wird, welcher ungefähr 0.5 beträgt.

Wie aus der obigen Gleichung (1) hervorgeht, trägt die Wärmemenge, welche dem Koeffizienten "a" entspricht, nicht zur Erfassung der Strömungsrate bei. Daher ist verständlich, daß zur Verbesserung der Empfindlichkeit des Strömungssensors 20, ein Wärmeübertragungsverlust, der von dem Heizelement 3 an das Plattensubstrat 1 übertragen wird, reduziert werden muß. Ferner können die Ausgabe-Nachfolgeeigenschaften, d. h. das Ansprechen des Strömungssensors 20 wenn die Strömungsrate Q verändert wird, verbessert werden durch Verringerung der Wärmekapazität der Membran 13, durch Verringerung der Dicke der Membran 13 auf welcher das Heizelement 3 gebildet ist. Ferner nimmt die Zeit ab, welche abläuft vom Zeitpunkt als Energie dem Strömungssensor 20 zugeführt wird bis zum Zeitpunkt als der Strömungssensor 20 ein genaues Strömungssignal ausgibt, wenn ein Wärmefluß abnimmt, welcher vom Heizelement 3 zum Plattensubstrat 1, welches eine große Wärmekapazität hat, fließt. Dann ist bei dieser ersten Ausführung die Dicke der Membran 13 auf 2 µm (der Musterbildungsabschnitt ist 2.2 µm) reduziert, um den Wärmefluß vom Heizelement zum Plattensubstrat 1 zu verringern.

Die Membran 13 hat Abschnitte mit einem Muster und Abschnitte ohne ein Muster in einer Schichtrichtung (Dickenrichtung). In dieser ersten Ausführung, wie in Fig. 1(a) gezeigt, da Dünnschicht-Muster so gebildet sind, daß sie beinahe symmetrische sind innerhalb der Ebene der Membran 13, wird die Deformation der Membran 13 unterdrückt, welche durch innere Spannungen oder die Differenzen der mechanischen oder thermischen Eigenschaften zwischen einer Siliziumnitrid- Schicht, welche die Basisschicht 2 bildet, und der Schutzschicht 8 und einer Platinschicht, welche die Dünnschicht-Muster bildet, verursacht wird.

Selbst wenn eine Deformation auftritt, ist die Form der Deformation symmetrisch, wodurch Spannungen, welche zwischen den Schichten durch die Deformation bewirkt werden, reduziert werden, wodurch es möglich wird eine Trennung der Schichten zu verhindern. Da die Stärke der Deformation der Membran 13 verringert werden kann und die Form der Deformation der Membran 13 symmetrisch gemacht werden kann, sind Unterschiede in der Deformation klein, selbst wenn dem Heizelement 3 Energie zugeführt wird. Daher wird die Strömungserfassungscharakteristik des Strömungssensors 20 gleichmäßig und ein Strömungssensor hoher Genauigkeit kann erhalten werden.

Ferner, wenn in dieser ersten Ausführung die Dicke der Membran 1 ist, die Dicke des Musters des Heizelements 3, sind die Dicke der Verbindungsmuster 5a und 5b und die Dicke der ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b klein bei 0.1, wodurch es möglich wird, den Einfluß der Dicke des Musters auf die Schichtstruktur der Membran 13 zu verringern. Selbst wenn die Dünnschicht- Muster nicht perfekt symmetrisch innerhalb der Ebene der Membran 13 sind, wenn sie beinahe symmetrisch sind, kann die Deformation der Membran vollständig unterdrückt werden. Wenn die Dicke des Musters des Heizelements 3, die Dicke der Verbindungsmuster 5a und 5b und die Dicke der ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b 1/5 oder weniger als die Dicke der Membran sind, kann die Deformation der Membran 13 vollständig unterdrückt werden.

Da bei dieser ersten Ausführung das Muster des Heizelements 3, die Verbindungsmuster 5a und 5b und die zusätzlichen Muster 6a und 6b aus der gleichen Metallschicht gebildet sind, wie einer Platinschicht, können diese Muster bei der Herstellung des Strömungssensors gleichzeitig gebildet werden. Daher kann der Herstellungsprozeß vereinfacht und die Kosten des Strömungssensors 20 verringert werden.

Ausführung 2

Fig. 4 ist ein Diagramm, welches eine Membran und einen diese umgebenden Abschnitt eines Strömungserfassungselements 21 nach der zweiten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser zweiten Ausführung sind die ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b der in Fig. 1(a) gezeigten ersten Ausführung mit dem Muster des Heizelements 3 verbunden und vollständig symmetrisch zu den Verbindungsmuster 5a und 5b. Daher wird die Symmetrie der auf der Membran 13 gebildeten Dünnschicht-Muster weiter verbessert, und die Deformation der Membran 13 kann weiter unterdrückt werden.

Ausführung 3

Fig. 5 ist eine Planansicht, welche den Aufbau eines Strömungserfassungselements 21 nach der dritten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In Fig. 5 sind die Verbindungsmuster 5a und 5b so ausgebildet, daß sie einen unteren Abschnitt 3 (die Seite des Strömungstemperatur- Messelements 7) des Heizelements umgeben, und die ersten Verbindungsmuster 6a und 6b sind an Positionen gebildet, wo sie symmetrisch sind zu den Verbindungsmustern 5a und 5b, um einen oberen Abschnitt des Heizelements 3 zu umgeben. Die ersten Verbindungsmuster 6a und 6b sind Blindmuster bzw. Dummy-Muster, welche zur Energieversorgung des Heizelements 3 nicht beitragen und mit dem Heizelement 3 nicht elektrisch verbunden sind, sondern mit einer Elektrode 9e durch ein Zuführungsmuster 4e, welches auf einem breiten Abschnitt des Plattensubstrats 1, welcher das Heizelement 3 und die Versorgungsleitungen des Fluidtemperatur-Messelements 7 ausnimmt, gebildet ist. Diese Elektrode 9e ist mit der Erde der in Fig. 2 gezeigten Steuerschaltungsplatte 25 oder dem Abschirmglied 29 des Strömungssensors 20 durch Drahtbondung oder dergleichen verbunden. In Fig. 5 wird die Verbindung der Elektrode 9e weggelassen.

Somit, durch Bildung eines Musters, welches mit der Erde oder dem Abschirmglied verbunden ist, um das Heizelement 3 oder die Versorgungsleitungen des Fluidtemperatur-Messelements 7 herum, kann eine Wechselstromkomponente des Rauschens entfernt werden, selbst wenn das Strömungserfassungselement 21 einem störenden Rauschen, wie elektromagnetischen Wellen, ausgesetzt wird, wodurch ein fehlerhafter Betrieb und eine fehlerhafte Ausgabe des Strömungssensors verhindert wird.

Ausführung 4

Fig. 6 ist ein Diagramm, welches eine Membran und einen diese umgebenden Abschnitt eines Strömungserfassungselements 21 nach der vierten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser vierten Ausführung sind die Verbindungsmuster 5a und 5b und die ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b auf Leitungen gebildet, welche Eckabschnitte 32 des Musters des Heizelements 3 und Eckabschnitte 13z der Membran 13 verbinden. Dadurch werden die Schichtstrukturen an den vier Ecken der Membran 13 beinahe die gleichen, wodurch es möglich wird den Effekt der Verringerung des Deformationsgrads der Membran 13 weiter zu verbessern, und genauso den Effekt, daß die deformierte Form der Membran 13 symmetrisch gemacht wird.

In Fig. 6 sind die zusätzlichen Muster 6a und 6b mit dem Muster des Heizelements 3 verbunden. Wenn sie nicht mit dem Muster des Heizelements 3 verbunden sind, kann der Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran 13 und der Effekt der Symmetrisierung der Deformationsform vollständig verbessert werden.

Ausführung 5

Fig. 7 ist ein Diagramm, welches eine Membran und einen diese umgebenden Abschnitt eines Strömungserfassungselements 21 nach der fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dieser fünften Ausführung sind die Verbindungsmuster 5a und 5b und die ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b so gebildet, daß sie die Membran 13 bedecken, mit Ausnahme des Musters des Heizelements 3, um das Muster des Heizelements 3 zu umgeben, und die Gesamtfläche der Verbindungsmuster 5a und 5b und der ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b ist 50% oder mehr der Fläche der Membran 13 ohne das Heizmuster auf der Membran 13. Daher hat weist der größte Teil der Fläche der Membran 13 eine Dünnschicht-Struktur auf, welche eine Musterbildungsschicht enthält, und die Dünnschicht-Struktur der Membran 13 kann als beinahe uniform bzw. gleichmäßig angesehen werden, wodurch der Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran und der Effekt, daß die deformierte Form symmetrisch gemacht wird, weiter verbessert werden können.

Ausführung 6

Fig. 8 ist ein Diagramm, welches eine Membran und eine diese umgebenden Abschnitt eines Strömungserfassungselements 21 nach der sechsten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser sechsten Ausführung sind die Verbindungsmuster 5a und 5b, welche mit Ausnahme des Musters des Heizelements 3 einen unteren Abschnitt der Membran 13 breit bedecken, mit den ersten zusätzlichen Mustern 6a und 6b verbunden, welche mit Ausnahme des Musters des Heizelements 3 einen oberen Abschnitt der Membran 13 breit bedecken, und sind symmetrisch zu den Verbindungsmustern 5a und 5b der Membran 13 gebildet um jeweils Verbindungsmuster 5A und 5B zu bilden, und weiterhin erstrecken sich die Verbindungsmuster 5A und 5B über Leitungen, welche die Eckabschnitte des Muster des Heizelements 3 und die Eckabschnitte der Membran 13 verbinden. Die Gesamtfläche der Verbindungsmuster 5A und 5B ist 50% oder mehr als die Fläche der Membran 13 ohne das Heizmuster.

Daher gibt es keine Grenze zwischen den Verbindungsmustern 5a und 5b und den ersten zusätzlichen Mustern 6a und 6b, wodurch die Muster in der ebenen Richtung der Membran 13 vereinfacht werden. Daher, da Unterschiede in der Stärke und der Deformation, welche durch die Ungleichmäßigkeit der Schichtstruktur verursacht werden, verringert werden können, kann der Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran und der. Effekt, daß die deformierte Form symmetrisch gemacht wird, weiter verbessert werden, und ein zuverlässigerer Strömungssensor kann erhalten werden.

Ausführung 7

Fig. 9 ist ein Diagramm, welches eine Membran und eine diese umgebenden Abschnitt eines Strömungserfassungselements 21 nach der siebten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. In dieser siebten Ausführung bilden die ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b einen Strompfad für das Heizelement 3, und die Musterbreite der ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b ist größer als die Musterbreite des Heizelements 3. Daher kann die aus den Verbindungsmustern 5a und 5b erzeugte Wärmemenge beinahe gleich gemacht werden wie jene der ersten zusätzlichen Muster 6a und 6b. Daher kann eine Membran 13 geschaffen werden, welche hinsichtlich der Form und Temperatur eine symmetrische Struktur hat, und ein Strömungssensor wird geschaffen, welcher den Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran 13 und den Effekt, daß die deformierte Form symmetrisch gemacht wird, weiter verbessert.

Ausführung 8

Die Fig. 10(a) und 10(b) sind Diagramme, welche den Aufbau eines Strömungserfassungselements 21 nach der achten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigen. Zusätzlich zum Muster des Heizelements 3, zu den Verbindungsmustern 5a und 5b und zu den ersten zusätzlichen Mustern 6a und 6b der zweiten Ausführung (Fig. 4), sind zweite zusätzliche Muster 14a, 14b, 14c und 14d, welches Blindmuster sind, die nicht zur Energieversorgung des Heizelements 3 beitragen, an Positionen gebildet, wo sie zueinander beinahe symmetrisch sind, in dem Bereich der Membran 13, welcher die Versorgungsleitungen ausnimmt.

Das bedeutet, daß die zweiten zusätzlichen Muster 14a und 14b, welche eine breite Fläche haben, gebildet sind, um sandwichartig einen Abschnitt einzuschließen, wo das Muster des Heizelements 3, die Verbindungsmuster 5a und 5b und die ersten zusätzlichen Mustern 6a und 6b auf der Membran 13 aus einer Transversalrichtung gebildet sind, und die zweiten zusätzlichen Muster 14c und 14d sind in der Lücke zwischen den Verbindungsmustern 5a und 5b und der Lücke zwischen den ersten zusätzlichen Mustern 6a und 6b gebildet, um diese Lücken jeweils zu füllen, wodurch die Dünnschicht-Muster auf der Membran 13 beinahe symmetrisch werden, und ein großer Teil der Membran hat eine Schichtstruktur, welche eine musterbildende Schicht enthält.

Daher kann die Dünnschicht-Struktur der Membran 13 beinahe uniform bzw. gleichmäßig gemacht werden, und der Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran 13, und der Effekt, daß die deformierte Form symmetrisch gemacht wird, kann weiter verbessert werden.

Da die obigen zweiten zusätzlichen Muster 14a, 14b, 14c und 14d nur auf der Membran 13 und nicht auf anderen Abschnitten des Plattensubstrats 1 vorhanden sind, entweicht die Wärme des Heizelements 3 kaum in das Plattensubstrat 1, wodurch das Ansprechen und die Empfindlichkeit des Strömungssensors verbessert werden.

Die zweiten zusätzlichen Muster 14a, 14b, 14c und 14d sind aus der gleichen Metallschicht gebildet wie jene des Heizelements 3, zum Beispiel eine Platinschicht, und die Dicke der Muster ist so ausgelegt, daß sie 1/5 oder weniger der Dicke der Membran 13 beträgt. Daher kann der Herstellungsprozeß vereinfacht, die Kosten des Strömungssensors 20 verringert und die Deformation der Membran 13 vollständig unterdrückt werden.

Ausführung 9

Fig. 11 ist ein Diagramm, welches eine Membran und einen diese umgebenden Abschnitt eines Strömungserfassungselements 21 nach der neunten Ausführung der vorliegenden Erfindung zeigt. Bei dieser neunten Ausführung sind zusätzlich zu dem Muster des Heizelements 3, den Verbindungsmustern 5a und 5b, den ersten zusätzlichen Mustern 6a und 6b und den zweiten zusätzlichen Mustern 14a, 14b, 14c und 14d der obigen achten Ausführung (Fig. 10(a)), dritte zusätzliche Muster 15a und 15b außerhalb der zweiten zusätzlichen Muster 14a und 14b an der Peripherie der Membran 13 gebildet, dritte zusätzliche Muster 15c und 15d sind in der Lücke zwischen den Verbindungsmustern 5a und 5b und der Lücke zwischen den zusätzlichen Mustern 6a und 6b an der Peripherie der Membran 13 gebildet, um diese Lücken jeweils zu füllen, und Verbindungsmuster 16a und 16b sind gebildet, um die zweiten zusätzlichen Muster 14a mit den dritten zusätzlichen Mustern 15a, und die zweiten zusätzlichen Muster 15b mit den dritten zusätzlichen Mustern 15b jeweils zu verbinden.

Die Musterbreite der Verbindungsmuster 16a und 16b ist so eingestellt, daß die Summe der Breiten der Verbindungsmuster 16a und 16b an der Grenze der Membran 13 halb so groß oder kleiner als der Gesamtumfang der Grenze ist.

Dadurch kann die Schichtstruktur der Membran 13 beinahe uniform bzw. gleichmäßig gemacht werden, die Nicht-Gleichmäßigkeit der Schichtstruktur an der Grenze der Membran 13 kann minimiert werden, da die Verbindungsmuster 16a und 16b an der Grenze der Membran 13 gebildet sind, um die Membran zu überbrücken, und eine Verringerung in der Stärke eines Abschnitts in der Nähe der Grenze der Membran 13 kann unterdrückt werden. Ferner, da die Summe der Breiten der Verbindungsmustern 16a und 16b an der Grenze der Membran 13 halb so groß oder kleiner ist als der Gesamtumfang der Grenze, wird ein Entweichen der Wärme vom Heizabschnitt 3 zum Plattensubstrat 1 unterdrückt, wodurch es möglich wird, das Ansprechen und die Empfindlichkeit des Strömungssensors zu verbessern.

Ausführung 10

In der obigen neunten Ausführung sind die dritten zusätzlichen Muster 15a und 15b an der Peripherie der Membran 13 gebildet, die dritten zusätzlichen Mustern 15c und 15d sind in der Lücke zwischen den Verbindungsmustern 5a und 5b und der Lücke zwischen den ersten zusätzlichen Mustern 6a und 6b gebildet, und die Verbindungsmuster 16a und 16b sind gebildet, um die zweiten zusätzlichen Muster 14a und 14b mit den dritten zusätzlichen Mustern 15a und 15b jeweils zu verbinden. In dieser zehnten Ausführung ist ein Zuführungsmuster 4f gebildet, um die Versorgungsleitungen des Fluidtemperatur-Messelements 7 auf dem Plattensubstrat 1 zu umgeben, und ist mit den dritten zusätzlichen Mustern 15a und 15b kombiniert, und ein Zuführungsmuster 17 ist gebildet durch Kombinieren der zweiten zusätzlichen Muster 14a und 14b auf einer Seite, welche der Seite des Fluidtemperatur-Messelements 7 des Heizelements 3 entgegengesetzt ist, mit den dritten zusätzlichen Mustern 15a und 15b und weiter den zweiten zusätzlichen Mustern 14c und 14d, um so die Versorgungsleitungen des Fluidtemperatur- Messelements 7 und des Heizelements 3 zu umgeben.

Das obige Zuführungsmuster 17 ist mit der Elektrode 9e verbunden, welche mit der Erde der Steuerschaltungsplatte 25 oder dem Abschirmglied 29 des Strömungssensors 20, welche in Fig. 2 gezeigt sind, durch Drahtbondung oder dergleichen verbunden. In Fig. 12 wurde die Elektrode 9e weggelassen. Daher, selbst wenn das Strömungserfassungselement 21 einem Störrauschen ausgesetzt wird, wie elektromagnetischen Wellen, kann eine Wechselstromkomponente des Rauschens entfernt werden und ein fehlerhafter Betrieb und eine fehlerhafte Ausgabe des Strömungssensors kann verhindert werden.

In den obigen Ausführungen 8, 9 und 10 sind zusätzlich zu den ersten zusätzlichen Mustern 6a und 6b, welche symmetrisch zu den Verbindungsmustern 5a und 5b sind, die zweiten zusätzlichen Muster 14a, 14b, 14c und 14d gebildet. Es braucht nicht erwähnt zu werden, daß die Deformation der Membran 13 unterdrückt werden kann, indem die zusätzlichen Muster wie die zweiten zusätzlichen Muster 14a, 14b, 14c und 14d gebildet sind, um sicherzustellen, daß die auf der Oberfläche der Membran 13 gebildeten Dünnschichtmuster beinahe symmetrisch werden auf der Membran 13, ohne die ersten zusätzlichen Mustern 6a und 6b. An diesem Punkt, wenn die Gesamtfläche der zusätzlichen Muster halb so groß oder größer als die Fläche der Membran 13 ohne das Heizmuster ist, kann die Dünnschichtstruktur der Membran 13 als beinahe uniform bzw. gleichmäßig angesehen werden, und der Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran 13 und der Effekt, daß die deformierte Form symmetrisch gemacht wird, kann weiter verbessert werden.

In den obigen Ausführungen wurde ein Strömungssensor unter Verwendung eines Strömungserfassungselements 21 beschrieben, bei welchem das Heizelement 3 auf der Membran 13 gebildet ist und das Fluidtemperatur-Messelement 7 außerhalb der Membran 13 gebildet ist, beabstandet zum Heizelement 3 auf dem Plattensubstrat 1. Selbst in einem Strömungssensor, welcher ein Strömungserfassungselement verwendet wie das oben beschriebene Strömungserfassungselement 51 des Standes der Technik, bei welchem das Heizelement 3 und die Widerstandsthermometer 52 und 53 auf der Membran 13 gebildet sind, können zusätzliche Muster gebildet werden, so daß die Dünnschichtmuster, welche auf der Oberfläche der Membran des Strömungserfassungselements gebildet sind, beinahe symmetrisch werden auf der Membran, unabhängig von der Existenz von Schlitzabschnitten, wodurch es möglich wird die Deformation der Membran zu unterdrücken und einen Strömungssensor zu erhalten, welcher eine hohe Empfindlichkeit und ein schnelles Ansprechen aufweist.

Entsprechend der obigen Beschreibung, gemäß des ersten Aspekts der vorliegenden Erfindung, da zusätzliche Muster auf der Membran oder sowohl auf der Membran als auch einem diese umgebenden Abschnitt gebildet sind, so daß die Dünnschichtmuster, welche gebildet sind auf der Oberfläche der Membran, welche gebildet im Plattensubstrat des Strömungserfassungselements ist, beinahe symmetrisch werden, wodurch die Deformationsstärke der Membran verringert werden kann und die deformierte Form der Membran symmetrisch gemacht werden kann, egal ob dem Heizabschnitt Energie zugeführt wird oder nicht. Daher kann ein Strömungssensor erhalten werden, welcher eine exzellente Reproduzierbarkeit und Zuverlässigkeit hat.

Gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die ersten zusätzlichen Muster an Positionen gebildet, wo sie beinahe symmetrisch sind zu den Verbindungsmustern auf der Membran, so daß die Dünnschichtmuster, welche auf der Membran gebildet sind, beinahe symmetrisch werden auf der Membran. Daher kann die Abweichung der Muster auf der Membran, welche durch die Verbindungsmuster verursacht wird, verringert werden, und die deformierte Form der Membran kann symmetrisch gemacht werden.

Gemäß dem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die ersten zusätzlichen Muster Blindmuster, welche keinen Beitrag leisten zur Energieversorgung des Heizelements, und ein durch die ersten Muster verursachter Temperaturanstieg wird verhindert. Daher kann der Einfluß einer Wärmeübertragung auf das zu messende Fluid minimiert werden.

Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die ersten zusätzlichen Muster mit dem Muster des Heizelements verbunden sind, kann die Symmetrie der Dünnschicht-Muster auf der Membran verbessert werden, und die Deformation der Membran kann weiter unterdrückt werden.

Gemäß dem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die ersten zusätzlichen Muster nicht mit dem Muster des Heizelements verbunden sind, sondern mit der Erde der Strömungserfassungsschaltung oder dem Abschirmglied des Strömungssensors, kann eine Wechselstromkomponente des Rauschens entfernt werden und ein fehlerhafter Betrieb und eine fehlerhafte Ausgabe des Strömungssensors verhindert werden, selbst wenn das Strömungserfassungselement einem störenden Rauschen, wie elektromagnetischen Wellen, ausgesetzt wird.

Gemäß dem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Verbindungsmuster und die ersten zusätzlichen Muster auf den Leitungen gebildet sind, welche die Eckabschnitte des Muster des Heizelements und die Eckabschnitte der Membran jeweils verbinden, werden die Schichtstrukturen der Eckabschnitte der Membran beinahe gleich, und der Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran und der Effekt, daß die deformierte Form symmetrisch gemacht wird, können verbessert werden.

Gemäß dem siebten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Verbindungsmuster gebildet sind um zumindest einen Teil des Musters des Heizelements zu umgeben, kann die Schichtstruktur eines Abschnitts in der Nähe des Heizelements gleichmäßig gemacht werden, und die Deformation der Membran kann unterdrückt werden.

Gemäß dem achten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Gesamtfläche der Verbindungsmuster und der ersten zusätzlichen Muster halb so groß oder größer als die Fläche der Membran ohne das Muster des Heizelements, und ein großer Teil der Membran hat eine Schichtstruktur, welche eine Musterbildungsschicht enthält. Daher kann die Schichtstruktur der Membran beinahe gleichmäßig gemacht werden, und der Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran und der Effekt, daß die deformierte Form symmetrisch gemacht wird, können weiter verbessert werden.

Gemäß dem neunten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Verbindungsmuster kombiniert sind mit den ersten zusätzlichen Mustern, gibt es keine Grenze zwischen den Verbindungsmustern und den ersten zusätzlichen Mustern, wodurch die Muster in eine Ebenenrichtung der Membran vereinfacht sind, und die Differenzen in der Stärke und Deformation, welche durch die Nichtgleichmäßigkeit der Schichtstruktur verursacht werden, werden verringert. Daher können der Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran und der Effekt, daß die deformierte Form symmetrisch gemacht wird, weiter verbessert werden.

Gemäß dem zehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Breite der ersten zusätzlichen Muster größer ist als die Breite des Musters des Heizelements, und die ersten zusätzlichen Muster Teil eines Strompfads für das Heizelement bilden, kann die Wärmemenge, welche aus den Verbindungsmustern erzeugt wird, beinahe gleich gemacht werden wie die Wärmemenge, welche aus den ersten zusätzlichen Mustern erzeugt wird, und es kann eine Membran geschaffen werden, welche hinsichtlich der Form und Temperatur symmetrisch ist.

Gemäß dem elften Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Muster des Heizelements, die Verbindungsmuster und die ersten zusätzlichen Muster aus der gleichen Metallschicht gebildet werden, können der Produktionsprozeß vereinfacht und die Kosten des Strömungssensors verringert werden.

Gemäß dem zwölften Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Dicke des Musters des Heizelements, die Dicke der Verbindungsmuster und die Dicke der ersten zusätzlichen Muster 1/5 oder weniger als die Dicke der Membran beträgt, um den Einfluß der Musterdicke auf die Schichtstruktur der Membran zu verringern, kann die Deformation der Membran vollständig unterdrückt werden, selbst wenn die Dünnschichtmuster nicht vollständig symmetrisch sind innerhalb der Ebene der Membran, sondern nur beinahe symmetrisch sind.

Gemäß dem dreizehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die zweiten zusätzlichen Muster Blindmuster sind, welche in einem anderen Bereich als jenem der Versorgungsleitungen der Membran gebildet sind, und an Positionen gebildet sind, wo sie auf der Membran beinahe symmetrisch sind, kann die Schichtstruktur der Membran beinahe gleichmäßig bzw. uniform gemacht werden, die Wärme des Heizabschnitts wird daran gehindert in das Plattensubstrat zu entweichen, und das Ansprechen und die Empfindlichkeit des Strömungssensors können weiter verbessert werden.

Gemäß dem vierzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die dritten zusätzlichen Muster an der Peripherie der Membran gebildet, die Verbindungsmuster sind gebildet um die dritten zusätzlichen Muster mit den Blindmustern zu verbinden, und die Summe der Breiten der Verbindungsmuster an der Grenze der Membran ist halb so groß oder kleiner als der Gesamtumfang der Grenze der Membran. Daher kann die Ungleichmäßigkeit der Schichtstruktur der Grenze der Membran verringert werden, die Verringerung der Stärke des Abschnitts in der Nähe der Grenze der Membran kann unterdrückt werden, und ein Entweichen von Wärme aus dem Heizabschnitt des Plattensubstrat kann verringert werden, wodurch es möglich wird, das Ansprechen und die Empfindlichkeit des Strömungssensors weiter zu verbessern.

Gemäß dem fünfzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung sind die dritten zusätzlichen Muster nicht mit dem Muster des Heizelements verbunden, sondern mit der Erde der Strömungserfassungsschaltung oder dem Abschirmglied des Strömungssensor. Daher, selbst wenn das Strömungserfassungselement einem störenden Rauschen ausgesetzt wird, wie elektromagnetischen Wellen, kann eine Wechselstromkomponente des Rauschens entfernt werden, und ein fehlerhafter Betrieb und eine fehlerhafte Ausgabe des Strömungsssensors kann verhindert werden.

Gemäß dem sechzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Verbindungsmuster über die Eckabschnitte der Membran gelegt sind, können die Schichtstrukturen der Eckabschnitte der Membran beinahe gleich gemacht werden, und der Effekt der Verringerung der Deformationsstärke der Membran und der Effekt, daß die deformierte Form symmetrisch gemacht wird, können weiter verbessert werden.

Gemäß dem siebzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die zweiten zusätzlichen Muster gebildet sind, um zumindest einen Teil der Musters des Heizelements zu umgeben, kann die Schichtstruktur in der Nähe des Heizelements gleichmäßig gemacht werden, und die Deformation der Membran kann unterdrückt werden.

Gemäß dem achtzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Gesamtfläche der zweiten zusätzlichen Muster der Membran halb so groß oder größer als die Fläche der Membran ohne das Muster des Heizelements ist, hat ein großer Teil der Membran eine Schichtstruktur, welche eine Musterbildungsschicht enthält, und die Schichtstruktur der Membran kann beinahe gleichmäßig bzw. uniform gemacht werden.

Gemäß dem neunzehnten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da das Muster des Heizelements und die zweiten zusätzlichen Muster aus der gleichen Metallschicht gebildet werden, kann der Herstellungsprozeß vereinfacht und die Kosten des Strömungssensors können verringert werden.

Gemäß dem zwanzigsten Aspekt der vorliegenden Erfindung, da die Dicke des Muster des Heizelements und die Dicke der zweiten zusätzlichen Muster 1/5 oder weniger als die Dicke der Membran sind, kann der Einfluss der Musterdicke auf die Schichtstruktur der Membran minimiert werden, und die Deformation der Membran kann vollständig unterdrückt werden.

Claims (20)

1. Strömungssensor (20) zur Messung der Strömungsgeschwindigkeit eines Fluids, welches über ein Strömungserfassungselement (21) fließt, durch Zuführung von Leistung an ein Heizelement (3), wobei das Strömungserfassungselement (21) umfaßt:
eine Membran (13), die durch die Entfernung eines Teils eines Substrats (1) gebildet ist;
ein Heizelement (3), welches aus einer wärmeempfindlichen Widerstandsschicht besteht und auf der Membran (13) gebildet ist;
Elektrodenabschnitte (9a, 9d) für das Heizelement, gebildet auf dem Substrat (1);
Zuführungsmuster (4a, 4b), welche sich von den Elektrodenabschnitten zu einem Abschnitt in der Nähe der Membran (13) erstrecken; und
Verbindungsmuster (5a, 5b), von denen zumindest ein Teil auf der Membran gebildet ist, zur Verbindung der Zuführungsabschnitte (4a, 4b) mit dem Muster des Heizelements (3), wobei
zusätzliche Muster (6a, 6b) auf der Membran (13) oder der Membran und einem diese umgebenden Abschnitt gebildet sind, so daß auf der Membran (13) gebildete Dünnschicht- Muster auf der Membran (13) beinahe symmetrisch sind.

2. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Muster (6a, 6b) an Positionen gebildet sind, wo sie beinahe symmetrisch sind zu den Verbindungsmustern auf der Membran (13), so daß die Dünnschicht-Muster, welche auf der Membran gebildet sind, auf der Membran beinahe symmetrisch sind.

3. Strömungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Muster (6a, 6b) Blindmuster sind, welche zur Energieversorgung des Heizelements nicht beitragen.

4. Strömungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindmuster (6a, 6b) mit dem Muster des Heizelements (3) verbunden sind.

5. Strömungssensor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindmuster (6a, 6b) nicht mit dem Muster des Heizelements (3) verbunden sind, sondern mit der Erde einer Strömungserfassungsschaltung (30) oder dem Abschirmglied des Strömungssensors (20)

6. Strömungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmuster (5a, 5b) und die zusätzlichen Muster (6a, 6b) auf Leitungen gebildet sind, welche die Eckabschnitte des Muster des Heizelements (3) und die Eckabschnitte der Membran (13) jeweils verbinden.

7. Strömungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmuster (5a und 5b) gebildet sind, um zumindest einen Teil des Musters des Heizelements (3) zu umgeben.

8. Strömungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Verbindungsmuster (5a, 5b) und der zusätzlichen Muster (6a, 6b) halb so groß oder größer als die Fläche der Membran (13) ohne das Muster des Heizelements (3) ist.

9. Strömungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmuster (5a, 5b) mit den zusätzlichen Mustern (6a, 6b) kombiniert sind.

10. Strömungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der zusätzlichen Muster (6a, 6b) größer ist als die Breite der Muster des Heizelements (3) und die zusätzlichen Muster (6a, 6b) einen Teil eines Strompfads für das Heizelement (3) bilden.

11. Strömungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster des Heizelements (3), die Verbindungsmuster (5a und 5b) und die ersten zusätzlichen Muster (6a, 6b) aus der gleichen Metallschicht gebildet sind.

12. Strömungssensor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Musters des Heizelements (3), die Dicke der Verbindungsmuster (5a und 5b) und die Dicke der ersten zusätzlichen Muster (6a, 6b) 1/5 oder weniger als die Dicke der Membran (13) beträgt.

13. Strömungssensor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zusätzlichen Muster (14a-14d) Blindmuster (14a-­ 14d) sind, die in einem anderen Bereich als die Versorgungsleitungen der Membran (13) gebildet sind, und an Positionen gebildet sind, wo sie auf der Membran (13) beinahe symmetrisch sind.

14. Strömungssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß dritte zusätzliche Muster (15a-15d) an der Peripherie der Membran (13) gebildet sind, und Verbindungsmuster (16a-16d) gebildet sind, um die dritten Muster mit den Blindmustern (14a-14d) zu verbinden, und die Summe der Breiten der Verbindungsmuster (16a-16d) an der Grenze der Membran (13) halb so groß oder kleiner als der Gesamtumfang der Grenze der Membran ist.

15. Strömungssensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die dritten zusätzlichen Muster (15a-15d) nicht mit dem Muster des Heizelements (3) verbunden sind, sondern mit der Erde einer Strömungserfassungsschaltung (30) oder dem Abschirmglied des Strömungssensors (20).

16. Strömungssensor nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsmuster (16a-16d) über Eckabschnitte der Membran (13) gelegt sind.

17. Strömungssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Blindmuster (14a-14d) gebildet sind, um zumindest einen Teil des Musters des Heizelements (3) zu umgeben.

18. Strömungssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gesamtfläche der Blindmuster (14a-14d) auf der Membran (13) halb so groß oder größer als die Fläche der Membran (13) ohne das Muster des Heizelements (3) ist.

19. Strömungssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Muster des Heizelements (3) und die Blindmuster (14a-14d) aus der gleichen Metallschicht gebildet sind.

20. Strömungssensor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des Musters des Heizelements (3) und die Dicke der Blindmuster (14a-14d) 1/5 oder weniger als die Dicke der Membran betragen.