FR2798194A1 - Capteur de debit et son procede de fabrication - Google Patents
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Abstract
Il est décrit un capteur de débit, pouvant détecter une vitesse d'écoulement dans une large plage, comprenant une plage à haute vitesse d'écoulement, avec une structure simple. Un capteur de débit comprend un substrat (1) ayant une partie creuse (7); et une partie de structure (2) en film mince placée au-dessus de la partie creuse. La partie à structure en film mince est dotée d'un élément chauffant (3) formé dans une partie centrale, de détecteurs de températures d'écoulement supérieur et inférieur (5, 6) pour détecter la température du fluide, d'un thermomètre de fluide (4) pour détecter la température du fluide, et de films de couplage thermique (10) prévus sur le substrat en une partie située entre l'élément chauffant et les deux détecteurs de température. Selon cette structure, les films à couple thermique améliorent le couplage thermique entre l'élément chauffant et les détecteurs de température. De manière correspondante, on peut empêcher que la température du détecteur de température d'écoulement amont ne descende à une valeur à peu près égale à la température du fluide et on peut monter à une certaine vitesse d'écoulement, à laquelle le refroidissement du détecteur de température d'écoulement aval, imputable à l'écoulement de fluide, est supérieur au chauffage produit par l'élément chauffant. Par conséquent, il peut détecter une vitesse d'écoulement dans une large plage, y compris la plage des hautes vitesses d'écoulement.
Description
Capteur de débit et son procédé de fabrication Cette invention concerne
les capteurs de débit et particulièrement un capteur de débit devant détecter une
vitesse d'écoulement d'un fluide, et sa fabrication.
Classiquement, les capteurs de débit prévus pour détecter la vitesse d'écoulement d'un fluide passent sur un élément chauffant et un détecteur de température ont été proposés. Ce type de capteur de débit est généralement doté de l'élément chauffant et du détecteur de temperature, dont chacun est réalisé en une structure en film, sur un substrat à semiconducteur (JP-B-6-43906, JP-A-7-174600, ou
JP-A-9-243423).
La FIG. 11 représente une vue en perspective d'un capteur de débit selon l'art concerné. Une partie creuse 7 est prévue dans un substrat 1; et une partie à structure en film 2 est prévue au-dessus de la partie creuse 7 de manière que la partie à structure en film 2 mince soit placée en pontage sur la partie creuse 7. Dans la partie de structure 2 en film mince, un élément chauffant 3 est formé en une partie centrale et un détecteur de température d'écoulement amont 5 et un détecteur de température d'écoulement aval 6 sont formés sur les deux côtés périphériques. Un thermomètre de fluide 4, devant détecter la température du fluide, est formé sur le substrat 1 en une partie qui est une pjartie différente de la partie de structure 2 en film mince et o se trouve le côté d'écoulement amont du fluide, qui est représenté par la
flèche sur la FIG. 11.
Dans ce type de capteur, l'élément chauffant est commandé de manière que cet élément chauffant atteigne une certaine température, supérieure à la température du fluide, qui est détectée par le thermomètre de fluide 4, la
différence de température étant d'une valeur prédéterminée.
La température du détecteur de température d'écoulement amont 5 diminue, suite à la perte de chaleur imputable à l'écoulement du fluide qui passe sur le détecteur de température d'écoulement amont 5; et la température du détecteur de température d'écoulement aval 6 augmente, du fait de la chaleur générée par l'élément chauffant 3. La vitesse d'écoulement du fluide est mesurée (détectée) en se basant sur la différence de température qu'il y a entre le détecteur de température d'écoulement amont 5 et le détecteur de température d'écoulement aval 6. Selon le capteur d'écoulement ayant la structure décrite ci-dessus, chacune des températures du détecteur de température d'écoulement amont 5 et du détecteur de température d'écoulement aval 6 change par rapport à la vitesse d'écoulement, comme représenté sur la FIG. 12A; et la différence de température que l'on a entre le détecteur de température d'écoulement amont 5 et le détecteur de température d'écoulement aval 6 change par rapport à la
vitesse d'écoulement, comme représenté sur la FIG. 12B.
Ainsi que ceci peut être évident à l'observation de la FIG. 12B, une caractéristique présente une bonne linéarité pour la zone des faibles vitesses d'écoulement; cependant la linéarité se dégrade lorsque l'on passe à la plage des
hautes vitesses d'écoulement. La raison est la suivante.
Etant donné que la partie de structure 2 à film mince a une capacité thermique extrêmement faible, le détecteur de température d'écoulement amont 5 est refroidi pour atteindre à peu près la température du fluide lorsque la vitesse d'écoulement augmente, faisant que le taux de changement de la température par rapport à la vitesse d'écoulement est abaissé et un refroidissement du détecteur de température d'écoulement aval, effectué par le fluide, dépasse en ampleur le chauffage produit par l'élément chauffant 3. En résultat, la différence de température
diminue lorsque la vitesse d'écoulement augmente.
Pour empêcher de subir une diminution de sensibilité au niveau de la plage d'écoulement à haute vitesse, certaines dispositions sont proposées dans les documents JP-B-6-68451 ou JP-B-4-74672. Selon la disposition proposée dans le JP-B-6-68451, la partie de structure à film mince est constituée d'un film métallique qui a une capacité thermique extrêmement faible, afin de permettre de détecter dans la plage de 'vitesses d'écoulement élevées. Au contraire, selon la disposition proposée dans le document JP-B-4-74672, la partie de détection de température est appliquée en laminé sur l'élément chauffant, avec un film isolant interposé entre eux, pour permettre de détecter au
niveau de la plage à hautes vitesses d'écoulement.
Cependant, selon ces dispositions, les structures peuvent être compliquées, parce qu'elles utilisent la structure laminée de l'élément chauffant, du détecteur de température et du film métallique, ayant une capacité thermique extrêmement élevée, ou utilisent la structure laminée de l'élément chauffant et du détecteur de température. En outre, un procédé de fabrication de ce type de corps de structure peu s'avérer également compliqué. En outre, dans le cas dans lequel on utilise une telle structure laminée, en particulier lorsque l'élément chauffant et le détecteur de température sont constitués de films métalliques, et que deux couches de film métallique sont formées dans le corps de la structure il s'avère difficile de maîtriser le gauchissement ou voilement du corps de structure, du fait d'une distribution de contraintes. En outre, des contraintes thermiques sont générées dans le corps de structure, du fait des fluctuations de gauchissement imputables à la différence de coefficient de dilatation thermique entre chaque matériau lorsqu'il y a des fluctuations de la température du corps de la structure. Par conséquent, lorsqu'un cycle de refroidissement/chauffage est appliqué répétitivement au corps de structure, suite à la mise en service/hors service d'une alimentation de puissance ou bien d'une mise en service intermittente, il peut y avoir diminution de la
fiabilité du corps de structure.
Cette invention a été conçue au vu de l'arrière-plan ainsi décrit, et son but est de permettre de détecter une vitesse d'écoulement dans une large plage, y compris une plage d'écoulement haute vitesse, à l'aide d'une structure
simple.
Selon la présente invention, un film de couplage thermique est formé sur le substrat, en une partie située entre l'élément chauffant et le détecteur de température, afin de permettre d'améliorer le couplage thermique entre eux. De manière correspondante, on peut empêcher la température du détecteur de température de chuter à une valeur située à peu près à la température du fluide et, par conséquent, on peut détecter la vitesse d'écoulement dans une large plage, y compris la plage des hautes vitesses d'écoulement. Selon un autre aspect de l'invention, un détecteur de température est doté d'un motif prédéterminé de manière qu'au moins une partie du détecteur de température soit enclose à l'intérieur du motif de l'élément chauffant. De manière correspondante, on peut empêcher que la température du détecteur de température ne diminue jusqu'à environ la température du fluide et, par conséquent, on peut détecter une vitesse d'écoulement dans une large plage, y compris la
plage des hautes vitesses.
Ces buts ainsi que d'autres buts, propriétés et caractéristiques de la présente invention vont être
appréciés à partir d'une étude de la description détaillée
faisant suite, des revendications annexées, et des dessins,
tous faisant partie de cette demande. Dans les dessins, des parties identiques ou des parties correspondantes sont dotées des mêmes numéros de référence entre eux, afin d'éliminer toute explication redondante. Dans les dessins: la FIG. 1 est une vue en perspective d'un capteur de débit d'un premier mode de réalisation, selon la présente invention; la FIG. 2 est une vue en coupe du capteur de débit suivant une ligne II-II de la FIG. 1; les FIGS. 3A-3D sont des vues en coupe illustrant chaque étape du procédé de fabrication du capteur de débit représenté sur les FIGS. 1 et 2; la FIG. 4 est une vue en plan d'un capteur de débit modifié selon la présente invention; la FIG. 5 est une vue en plan d'un capteur de débit d'un deuxième mode de réalisation selon la présente invention; la FIG. 6 est une vue en perspective d'un capteur de débit à sensibilité thermique d'un troisième mode de réalisation selon la présente invention; les FIGS. 7A-7C sont des vues en coupe illustrant chaque étape du procédé de fabrication du capteur de débit représenté sur la FIG. 6; la FIG. 8 est un graphique illustrant la relation intervenant entre la vitesse d'écoulement et la différence de température entre un thermomètre de fluide 4 et un détecteur de température d'écoulement amont 5; la FIG. 9A est une vue en plan d'un capteur de débit à sensibilité à la température d'un quatrième mode de réalisation selon la présente invention; la FIG. 9B est une vue en plan à plus grande échelle de la
FIG. 9A;
la FIG. 10A est une vue en plan d'un capteur de débit à sensibilité d'écoulement d'un cinquième mode de réalisation selon la présente invention; la FIG. 0lB est une vue en plan à plus grande échelle de la
FIG. 10A;
la FIG. 11 est une vue en perspective d'un capteur de débit à sensibilité à la température selon l'art concerné; la FIG. 12A est un graphique illustrant les relations intervenant entre la vitesse d'écoulement et la température d'un détecteur de température amont, et entre la vitesse d'écoulement et la température d'un capteur de température aval; et la FIG. 12B est un graphique illustrant les relations intervenant entre la vitesse d'écoulement et la différence de température, entre le capteur de température amont et le capteur de température aval. (Premier Mode de Réalisation) La FIG. 1 est une vue en perspective d'un capteur de débit à sensibilité à la température, d'un premier mode de réalisation selon la présente invention; et la FIG. 2 est une vue en coupe du capteur de débit suivant la ligne II-II
sur la FIG. 1.
Une partie creuse 7 est prévue dans un substrat 1; et une partie de structure 2 à film mince est prévue au-dessus de la partie creuse 7 de manière que la partie de structure 2 à film mince soit placée en pontant la partie creuse 7. Dans la partie à structure en film mince 2, un élément chauffant 3 est formé dans une partie centrale et un détecteur de température d'écoulement amont 5 et un détecteur de température inférieur 6 sont formés sur les deux côtés périphériques. Un thermomètre de fluide 4, devant détecter la température du fluide, est formé sur le substrat 1 en une partie située du côté d'écoulement amont du fluide, qui est une partie différente de la partie de structure 2 à film mince, qui est représentée par la flèche
sur la FIG. 1.
*15 En outre, comme représenté sur les FIGS. 1 et 2, des films de couplage thermique 10 sont prévus sur le substrat, en des parties auxquelles ils se trouvent, les deux, entre l'élément chauffant 3 et le détecteur de temperature d'écoulement amont (premier détecteur) 5, et entre l'élément chauffant 3 et le détecteur de température d'écoulement aval (deuxième détecteur) 6. Le film de couplage thermique 10 est réalisé en un film de platine (Pt), qui est le même matériau que celui constituant l'élément chauffant 3, les détecteurs de température 5 et 6. Le film de couplage thermique 10 a une forme évoluant le long de l'élément chauffant 3 et des détecteurs de température 5 et 6. Dans ce mode de réalisation, chacun des détecteurs de température 5 et 6 est conformé de façon à former un enroulement alterné. Le film de couplage thermique 10 a une forme en peigne pour remplir pratiquement chaque partie d'enroulement adjacente des
détecteurs de température 5 et 6.
Dans ce type de capteur, l'élément chauffant est commandé pour qu'il prenne une certaine température supérieure à la température du fluide, température qui est détectée par le thermomètre de fluide 4, la différence de température étant d'une valeur prédéterminée. La température du détecteur de température d'écoulement amont 5 diminue suite à la perte de chaleur imputable à l'écoulement de fluide se faisant sur le détecteur de température d'écoulement amont 5; et la température du détecteur de température d'écoulement aval 6 augmente du fait de la chaleur générée par l'élément chauffant 3. La vitesse d'écoulement du fluide est mesurée (détectée) en se basant sur la différence de température intervenant entre le détecteur de température d'écoulement amont 5 et le
détecteur de température d'écoulement aval 6.
Selon ce mode de réalisation, étant donné que les films de couplage thermique 10 sont prévus, le couplage thermique intervenant entre l'élément chauffant 3 et le détecteur de température d'écoulement amont 5 est intensifié (devient fort) et le couplage thermique intervenant entre l'élément chauffant 3 et le détecteur de
température d'écoulement aval 6 est également intensifié.
De manière correspondante, on peut empêcher que la température du détecteur de température d'écoulement amont 5 ne diminue pour atteindre une valeur correspondant à peu près à la température du fluide. En outre, il peut y avoir une certaine vitesse d'écoulement à laquelle le refroidissement du détecteur de température d'écoulement aval' 6 imputable à l'écoulement du fluide dépasse le chauffage produit par l'élément chauffant 3. Par conséquent, il peut détecter une vitesse d'écoulement dans
une large plage, y compris une plage à haute vitesse.
Un procédé de fabrication du capteur de débit décrit ci-dessus va à présent être explicité ci-après en référence
aux FIGS. 3A-3D.
[Etape représentée sur la FIG. 3A] Un substrat en semi-conducteur (substrat en silicium) 1 est préparé. Un film inférieur 8 est formé sur le substrat à semi-conducteur 1. Ce film inférieur 8 est constitué de deux couches de films isolants, dans lesquelles on a laminé ensemble un film en Si3N4 et un film en SiO2, faisant que l'on a relaxé les contraintes internes se produisant dans le film inférieur 8. Apres cela, on dépose sur le film inférieur 8, à 200 C, un film en platine d'une épaisseur de 2000 A à titre de film constituant l'élément chauffant 3, le thermomètre à fluide 4, le film de couplage thermique 10 et les détecteurs de température 5 et 6. Ici, un film en titane (Ti) d'une épaisseur de 50 A, réalisé sous la forme d'une couche de liaison, est déposé entre le film en Pt et le film inférieur 8. Après cela, l'élément chauffant 3, le thermomètre à fluide 4, le film de couplage thermique 10, les détecteurs de température 5 et 6 et une partie de prise d'électrode 15 sont formés en motif, selon des configurations prédéterminées, par une
gravure chimique.
[Etape représentée sur la FIG. 3B] Un film supérieur 9 constitué de deux films en couche, dans lequel on a laminé un film en Si3N4 et un film en SiO2 est formé sur le film inférieur 8 et le film en Pt, comme pour la formation du film inférieur 8. Après cela, des ouvertures sont formées en gravant des parties prédéterminées, là o la partie creuse 7, l'élément chauffant 3, le thermomètre de fluide 4, les détecteurs de température 5 et 6 et la partie de prise d'électrode 15
doivent être formés.
[Etape représentée sur la FIG. 3C] Après avoir déposé un film d'or (Au) d'une épaisseur de 5000 A sur la totalité de la surface du substrat en silicium 1, on effectue une gravure sur le film en Au pour former un film de protection de gravure 16 couvrant la partie de prise d'électrode 15. Le film de protection de gravure 16 est utilisé pour protéger la partie de prise d'électrode 15 de l'élément mordant du silicium qui est utilisé à l'étape subséquente et pour améliorer l'adhésion à la couche en Au lorsque la couche en Au est utilisée
comme fil de câblage externe.
[Etape représentée sur la FIG. 3D] La partie creuse 7 est formée en utilisant une gravure anisotrope par utilisation d'une solution TMAH, à partir de la face de surface principale du substrat en silicium 1. De cette manière, on forme le capteur de débit représenté sur
les FIGS. 1 et 2.
Selon ce capteur de débit, étant donné que les films de couplage thermique 10 sont formés, les deux, entre l'élément chauffant 3 et le détecteur de température d'écoulement amont 5, et entre l'élément chauffant 3 et le détecteur de température d'écoulement aval 6, on peut améliorer le couplage thermique entre l'élément chauffant 3 et les deux détecteurs de température 5 et 6. Dans ce cas, l'élément chauffant 3, les détecteurs de température 5 et 6 et le film de couplage thermique 10 sont réalisés en un matériau commun et sont fabriqués lors d'une étape commune, simultanément. Par conséquent, ce capteur de débit peut être fabriqué sans avoir à ajouter une étape spéciale. En outre, étant donné qu'un seul film métallique est utilisé dans le corps de structure de la partie de structure 2 à film mince, la maîtrise des contraintes peut être simplifiée. Concrètement le corps de structure devient résistant aux contraintes thermiques, du fait que tout gauchissement imputable à un changement de température est suffisamment empêché grâce à l'implantation du film de
platine, qui constitue l'élément chauffant 3 et les -
détecteurs de température 5 et 6, pratiquement à la partie centrale de la structure en film, et en appliquant une symétrie lors de l'agencement du film inférieur 8 et du film supérieur 9 par rapport à (au-dessus de et audessous
du) film en platine.
Ici, du polysilicium, du NiCr, du TaN, du SiC, du W, ou analogue, peuvent être utilisés pour film constituant l'élément chauffant 3, le thermomètre de fluide 4, le film de couplage thermique 10 et les détecteurs de température 5 et 6 au lieu d'utiliser du platine. En outre, un film unique en Ti02, A1203, Ta203, MgO, etc., ou bien un film multicouche comprenant l'un deux peut être utilisé comme film inférieur 8 et film supérieur 9, tant qu'il peut protéger l'élément chauffant 3, etc. En outre, le film de protection contre le mordant 16 peut être choisi parmi un autre matériau que l'or, tant que le film offre une durabilité face au mordant et qu'il y ait une certaine adhésion entre les fils de liaison. Ici, le film de protection contre le mordant 16 peut être supprimé si la partie de prise d'électrode 15 exposée présente une certaine durabilité face au mordant. La partie creuse 7 peut être formée par un autre genre de gravure que la gravure anisotrope, en utilisant la solution TMAH, tant que
la partie creuse 7 est formée.
Dans ce mode de réalisation, les films de couplage thermique sont prévus, les deux, entre l'élément chauffant 3 et le détecteur de température d'écoulement amont 5, et entre l'élément chauffant 3 et le détecteur de température d'écoulement aval 6. Cependant, comme représenté sur la FIG. 4, les films de couplage thermique 10 peuvent être prévus sur les deux côtés de l'élément chauffant 3 sur la partie de structure 2 à film mince, et les détecteurs de température 5 et 6 peuvent être agencés du côté intérieur des films de couplage thermique 10. En d'autres termes, le film de couplage thermique 10 peut être formé sur une autre surface que
celle à laquelle les détecteurs 5 et 6 doivent être formés.
Selon cette modification, le couplage thermique intervenant
entre l'élément chauffant 3 et les deux détecteurs de -
température 5 et 6 peut être encore intensifié.
(Deuxième mode de réalisation) La FIG. 5 est une vue en plan d'un capteur de débit d'un deuxième mode de réalisation, selon la présente invention. Dans ce mode de réalisation, l'élément chauffant 3 et les détecteurs de température 5 et 6 sont agencés de manière que des parties des détecteurs de température 5 et 6 soient agencées entre des parties adjacentes de l'élément chauffant 3. C'est-à-dire que chaque élément parmi l'élément chauffant 3, et les détecteurs de température 5 et 6, est formé en un enroulement alterné. En d'autres termes, l'élément chauffant 3 a deux parties en forme de U et chacun parmi les détecteurs de température 5 et 6 a une partie en forme de U dont chacune s'imbrique (ou se confronte) à l'une de
deux parties en forme de U de l'élément chauffant 3.
De manière correspondante, on peut empêcher que les températures des détecteurs de température 5 et 6 ne descendent à une valeur correspondant à peu près à la température du fluide, même si le fluide s'écoule à haute vitesse. Ici, lorsque la totalité de la partie des détecteurs de température 5 et 6 est incluse dans le motif de l'élément chauffant 3, il peut détecter une vitesse d'écoulement se trouvant dans une large plage, y compris une plage d'écoulement à haute vitesse, ceci avec une
sensibilité bien plus grande.
Selon les modes de réalisation décrits ci-dessus, le fonctionnement a été expliqué par utilisation du cas dans lequel le fluide s'écoule depuis le côté du détecteur de température d'écoulement amont 5 vers le côté du détecteur de température d'écoulement aval 6 et dans lequel la vitesse d'écoulement est mesurée en se basant sur la différence de température se produisent entre le détecteur de température d'écoulement amont 5 et le détecteur de température d'écoulement aval 6, lorsque l'élément chauffant 3 est commandé pour atteindre la température donnée, supérieure à la température de fluide détectée par le thermomètre de fluide 4, la différence de température étant d'une valeur prédéterminée. Cependant, une différence de température se manifeste entre le détecteur de température d'écoulement amont 5 et le détecteur de température d'écoulement aval 6 (dans ce cas, la température détectée par le détecteur de température d'écoulement amont 5 est supérieure à celle détectée par le détecteur de température d'écoulement aval 6), même lorsque du fluide s'écoule en sens inverse depuis le côté du détecteur de température inférieur 6 vers le côté de détecteur de température d'écoulement amont 5. Par conséquent, selon ce capteur de débit, la vitesse d'écoulement et la direction du fluide peuvent être détectées en se basant sur les températures détectées par les.deux éléments que sont le détecteur de temperature d'écoulement amont 5 et le détecteur de température
d'écoulement aval 6.
En outre, les détecteurs de température 5 et 6 sont prévus sur les deux côtés de l'élément chauffant 3 dans les modes de réalisation ci-dessus, cependant, le détecteur de température peut être prévu seulement sur un côté de l'élément chauffant 3 afin de détecter la vitesse d'écoulement. Une structure à film mince formée en diaphragme peut être appliquée au lieu de la structure en film formée dans le pont prévu au-dessus de la partie creuse 7. Ces modifications vont être explicités dans le
mode de réalisation suivant.
(Troisième mode de réalisation) La FIG. 6 est une vue en perspective d'un capteur d'écoulement sensible à la température d'un troisième mode de réalisation; et la FIG. 7C est une vue en coupe du capteur d'écoulement suivant une ligne VII-VII de la FIG. 6. Dans ce mode de réalisation ainsi qu'on l'a décrit brièvement ci-dessus, le détecteur de température (détecteur de température d'écoulement amont 5) est prévu seulement sur un côté de l'élément chauffant 3 du premier mode de réalisation et, en outre, la partie de structure à
film mince 2 est constituée par une structure à film mince -
conformée en diaphragme, en prévoyant la partie creuse 7
sur le côté de surface dorsale du substrat en silicium 1.
Dans ce mode de réalisation, dans le cas dans lequel l'élément chauffant 3 est commandé de manière qu'il ait une température supérieure, d'une valeur donnée, à la température du fluide détectée par le thermomètre de fluide 4, comme représenté sur la FIG. 8, la différence de température que l'on a entre le thermomètre de fluide 4 et le détecteur de température d'écoulement amont 5 dans la direction avant (direction indiquée par une flèche sur la FIG. 6) est faible parce que la chaleur est irradiée depuis le détecteur de température d'écoulement amont 5, tandis que la différence de température entre le thermomètre de fluide 4 et 4 et le détecteur de température d'écoulement amont 5 en sens arrière (sens opposé à la flèche de la FIG. 6) est grande, parce que de la chaleur est transférée vers le détecteur de température d'écoulement amont 5. Par conséquent, dans ce mode de réalisation la vitesse d'écoulement et la direction du fluide sont détectées en se basant sur la différence de température entre le thermomètre de fluide 4 et le détecteur de temperature d'écoulement amont 5. Le capteur de débit à sensibilité à la température de ce mode de réalisation permet de détecter également la vitesse d'écoulement et la direction du fluide, parce que le film de couplage thermique 10 est prévu entre le détecteur de température d'écoulement amont 5 et l'élément
chauffant 3.
Les FIGS. 7A et 7C sont des vues en coupe illustrant
chaque étape du procédé de fabrication du capteur de débit.
Chaque étape est fondamentalement la même que pour le premier mode de réalisation, sauf concernant les points suivants, précisément: le détecteur de température d'écoulement amont 5 est constitué seulement sur un côté de l'élément chauffant; et la partie creuse 7 est formée sur la surface dorsale du substrat 1 en silicium, en effectuant une gravure depuis la surface dorsale du substrat en silicium 1. Concrètement, comme représenté sur la FIG. 7A, le film inférieur 8 est formé sur le substrat en silicium 1; le film en platine est déposé sur le film inférieur 8; et le film inférieur 8 est mis en motif pour former l'élément chauffant 3, le thermomètre de fluide 4, le détecteur de température 5 et le film de couplage thermique 10. Comme représenté sur la FIG. 7B, le film supérieur 7 est formé sur le substrat en silicium 1. Comme représenté sur la FIG. 7C, après formage d'un, parmi le film en SiN et le film en SiO2 sur la surface dorsale du substrat en silicium 1, le film est partiellement ouvert; et on effectue une gravure anisotrope, depuis la surface dorsale du substrat en silicium 1 en passant par une
ouverture du film, pour que la partie creuse 7 soit formée.
Selon ce capteur de débit, comme pour les modes de réalisation décrits cidessus, étant donné que l'élément chauffant 3, le détecteur de température 5 et le film de couplage thermique 10 sont réalisés en un matériau commun et sont fabriqués lors d'une étape commune simultanément, ce capteur de débit peut être fabriqué sans avoir à envisager une étape supplémentaire. En outre, étant donné qu'un film métallique est utilisé dans le corps de structure de la partie de structure 2 à film mince, la maîtrise des contraintes peut être simplifiée. Concrètement, le corps de structure devient fort face aux contraintes thermiques, parce que tout gauchissement, imputable aux fluctuations de température, est suffisamment empêché en agençant le film en platine, qui constitue l'élément chauffant 3 et le détecteur de température 5, pratiquement à la partie centrale de la structure de la structure de film et en agençant symétriquement le film inférieur 8 et le film supérieur 9 par rapport au
(au-dessus et au-dessous du) film en platine.
(Quatrième mode de réalisation). La FIG. 9A est une vue en plan d'un capteur de débit à sensibilité à la
température d'un quatrième mode de réalisation; et la FIG. 9B est une vue en plan à plus grande échelle de la FIG. 9A. Dans ce mode de réalisation, le détecteur de température (détecteur de température d'écoulement amont 5) est prévu sur un côté de l'élément chauffant 3 du deuxième mode de réalisation et la partie de structure 2 à film mince est formée sur un diaphragme, qui est constitué dans le substrat en silicium 1 en prévoyant la partie creuse 7 sur le côté de surface arrière du
substrat en silicium 1.
Dans ce mode de réalisation, comme représenté sur les FIGS. 9A et 9B, chacun parmi l'élément chauffant 3 et le détecteur de température 5 est formé de manière à se présenter en enroulement alterné. En d'autres termes, l'élément chauffant 3 comporte une pluralité (par exemple quatre) parties de retour, et le détecteur de température 5 comporte également une pluralité (par exemple quatre) parties de retour. Chacune des parties de retour du détecteur de température 5 est partiellement enclose à l'intérieur de chacune des parties de retour adjacentes du
motif de élément chauffant 3.
Dans ce mode de réalisation, le détecteur de température est constitué seulement par le détecteur de température d'écoulement amont 5, cependant l'élément chauffant 3 et le détecteur de température 5 sont agencés de manière qu'au moins une partie (ou la totalité) du détecteur de température 5 soit enclose dans le motif de l'élément chauffant 3. Par conséquent, ce capteur de débit peut détecter la vitesse d'écoulement et la direction du fluide dans une large plage comprenant une plage d'écoulement à haute vitesse, ceci avec une structure simple, même s'il n'y a pas de film de couplage thermique 10. En outre, étant donné qu'il n'y a aucun film de couplage thermique 10, la taille de la structure peut être réduite, sa capacité thermique diminuée et sa
réactivité améliorée.
(Cinquième mode de réalisation) La FIG. 10A est une vue en plan d'un capteur d'écoulement à sensibilité à la température selon un cinquième mode de réalisation et la FIG. 0lB est une vue en plan à plus grande échelle de la FIG. 0lA. Le capteur de
débit de ce mode de réalisation est fondamentalement le -
même que celui du quatrième mode de réalisation, sauf concernant le motif du détecteur de température
d'écoulement amont 5.
Dans ce mode de réalisation, comme représenté sur la FIG. 0lB, le détecteur de température d'écoulement amont 5 est prolongé en ajoutant une pluralité de parties d'extension 53 sur le chemin, en série, afin d'augmenter la valeur totale de la résistance du détecteur de temperature d'écoulement amont 5 placé sur le diaphragme. Chacune des parties d'extension 53 comporte une pluralité de parties de retour (sur cette figure le nombre des parties de retour de
chaque partie d'extension 53 est de deux).
Dans ce type de capteur de débit, faisant utilisation du détecteur de température de type à film mince, la précision de la détection peut être améliorée en augmentant la valeur de la résistance du détecteur de température, parce que le taux de fluctuation de la résistance par rapport aux fluctuations de la température augmente comme l'augmentation de la résistance totale du détecteur de température. Selon le capteur de débit de ce mode de réalisation, étant donné que des parties d'extension 53 sont ajoutées en série au détecteur de température d'écoulement amont 5, la précision de la détection peut être encore améliorée par rapport à celle du quatrième mode
de réalisation.
Ici, dans le détecteur de température d'écoulement amont 5, lorsqu'une longueur de partie de liaison 54, reliant la partie enclose 55 (qui est enclose dans le motif de l'élément chauffant 3), est prise comme étant L1, de préférence on fixe une longueur totale LT de chaque partie d'extension 53 de manière que L1 < LT < 6L1 (dans ce mode de réalisation, LT est d'environ 2L,). Lorsque chaque partie de retour a une longueur d'environ 2L1, comme dans ce mode de réalisation, le nombre de parties de retour de chaque partie d'extension 53 est de préférence fixé à deux, quatre ou six pour augmenter efficacement la longueur et pour empêcher que l'effet de couplage thermique ne diminue,
suite à l'espacement vis-à-vis de l'élément chauffant 3.
Dans les quatrième et cinquième modes de réalisation, la longueur L3 de la partie enclose 55, devant être enclose dans le motif de l'élément chauffant 3, est inférieure à la moitié de la longueur L2 de chaque partie de retour de l'élément chauffant 3 (L3 < L2/2). Selon cette structure, on peut. empêcher qu'il y ait une diminution de la sensibilité de la détection pour la plage des hautes vitesses d'écoulement et on peut appréhender une vitesse d'écoulement dans une large plage, y compris la plage des hautes vitesses d'écoulement, en utilisant une structure simple.
Claims (16)
1. Capteur de débit, pour détecter la vitesse d'écoulement d'un fluide, comprenant: un substrat (1); un élément chauffant (3) pour générer de la chaleur, formé sur le substrat, et ayant une structure en film; un détecteur de température (5, 6) pour détecter la température du fluide, formé sur le substrat, et ayant une structure en film; et un film de couplage thermique (10) formé sur le substrat en une partie située entre l'élément chauffant et le détecteur de température, pour améliorer le couplage
thermique entre ceux-ci.
2. Capteur de débit selon la revendication 1, dans lequel: 15. le substrat (1) a une partie creuse (7) et a une partie de structure à film mince (2) prévue au-dessus de la partie creuse; l'élément chauffant (3) et le détecteur de température (5, 6) sont formés sur la partie de structure de film; le détecteur de température comprend un premier détecteur (5) et un deuxième détecteur (6); le film de couplage thermique (10) comprend un premier film prévu entre l'élément chauffant et le premier détecteur, et un deuxième film prévu entre l'élément chauffant et le deuxième détecteur; et la vitesse d'écoulement du fluide est détectée en se basant sur la différence de température entre la température détectée par le premier détecteur et la
température détectée par le deuxième détecteur.
3. Capteur de débit selon la revendication 1, dans lequel: le substrat (1) a une partie creuse (7) et une partie de structure en film mince (2) prévue au-dessus de la partie creuse; et comprenant en outre: un thermomètre à fluide (4) formé sur le substrat en une partie autre que la partie à structure à film mince, pour détecter la température du fluide, dans lequel: la vitesse d'écoulement du fluide est détectée en se basant sur la différence de température entre la température détectée par le détecteur de température et la
température détectée par le thermomètre de fluide.
4. Capteur de débit selon la revendication 1, dans lequel: le substrat (1) a une partie creuse (7) et une partie de structure en film mince (2) prévue au-dessus de la partie creuse; la partie de structure en film est construite par agencement symétrique d'une paire d'isolants (8, 9) sur et sous l'élément chauffant (3), le détecteur de
température (5, 6) et le film de couplage thermique (10).
5. Capteur de débit selon la revendication 1, dans lequel les isolants (8, 9) sont constitués d'une combinaison d'un film en nitrure de silicium et d'un film
en oxyde de silicium.
6. Capteur de débit selon la revendication 1, dans lequel chacun parmi l1élément chauffant (3), le détecteur de température (5,6) et le film de couplage thermique (10) est réalisé respectivement en platine et en alliage de platine.
7. Capteur de débit pour détecter une vitesse d'écoulement de fluide, comprenant: un substrat (1); un élément chauffant (3) pour générer de la chaleur, formé sur le substrat, ayant une structure en film et ayant un motif prédéterminé, et; un détecteur de température (5, 6) pour détecter la température du fluide, étant formé sur le substrat, ayant une structure en film et ayant un motif prédéterminé si bien qu'au moins une partie du détecteur de température est
enclose à l'intérieur du motif de l'élément chauffant.
8. Capteur de débit selon la revendication 7, dans lequel: le substrat (1) a une partie creuse (7) et une partie de structure à film mince (2) prévue au-dessus de la partie creuse; l'élément chauffant (3) et le détecteur de température (5, 6) sont formés sur la partie à structure en film; le détecteur de température comprend un premier détecteur (5) et un deuxième détecteur (6), chacun des premier et deuxième détecteurs présente le motif prédéterminé de manière qu'au moins une partie de celui- ci soit enclose à l'intérieur du motif de l'élément chauffant; et la vitesse d'écoulement du fluide est détectée en se basant sur la différence de température entre la température détectée par le premier détecteur et la
température détectée par le deuxième détecteur.
9. Capteur de débit selon la revendication 7, dans lequel: le substrat (1) a une partie creuse (7) et une partie de structure en film mince (2), prévue au-dessus de la partie creuse; et comprenant en outre: un thermomètre de fluide (4) formé sur le substrat en une partie autre que la partie à structure en film mince, pour détecter la température du fluide, dans lequel: la vitesse d'écoulement du fluide est détectée en se basant sur la différence de température entre la température détectée par le détecteur de température et la
température détectée par le thermomètre de fluide.
10. Capteur de débit selon la revendication 7, dans lequel: l'élément chauffant (3) a un motif prédéterminé ayant une pluralité de parties de retour; et le détecteur de temperature (5) a le motif prédéterminé comportant une pluralité de parties de retour ayant des parties encloses (55), qui sont encloses à
l'intérieur des parties de retour de l'élément chauffant.
11. Capteur de débit selon la revendication 9, dans lequel le détecteur de température (5) comporte en outre une pluralité de parties d'extension (54) dont chacune a une pluralité de parties de retour, en une partie autre que
la partie enclose (55).
12. Capteur de débit selon la revendication 11, dans lequel une longueur (L3) de la longueur de chacune des parties encloses (55) du détecteur de température (5) est inférieure à la moitié de la longueur (L2) de chacune des
parties de retour de l'élément chauffant (3).
13. Capteur de débit selon la revendication 11, dans lequel le nombre de parties de retour pour chaque partie d'extension (54) du détecteur de température (5) est supérieur au nombre des parties de retour du détecteur de température enclos à l'intérieur d'une partie de retour de
l'élément chauffant (3).
14. Un détecteur de débit selon la revendication 11, dans lequel le détecteur de température comporte une pluralité de parties de liaison ayant une longueur L, entre chaque partie enclose, la longueur totale L2 de chaque
partie d'extension étant telle que L, < LT < 6L1.
15. Un procédé de fabrication d'un capteur de débit, comprenant: un substrat (1); un élément chauffant (3) pour générer de la chaleur, formé sur le substrat, et ayant une structure en film; un détecteur de température (5, 6) pour détecter la température du fluide, formé sur le substrat et ayant une structure en film; et un film de couplage thermique (10) formé sur le substrat en une partie située entre l'élément chauffant et le détecteur de température, afin d'améliorer le couplage
thermique entre eux.
le procédé comprenant l'étape consistant à: former l'élément chauffant, le détecteur de température et le film de couplage thermique sur le substrat, en même temps, par formage d'un matériau commun
sur le substrat.
16. Procédé de fabrication d'un capteur de débit, comprenant les étapes consistant à: former un film inférieur (8) sur un substrat (1); former un film métallique sur le film inférieur; mettre en motif le film métallique pour former un élément chauffant (3), un détecteur de température (5, 6) et un film de couplage thermique (10), positionnés entre l'élément chauffant et le détecteur de température; former un film supérieur (9) sur le substrat, comprenant un film métallique (3, 5, 6, 10) mis en motif; former une partie creuse (7) dans le substrat en une partie située audessous d'une structure laminée du film inférieur, du film métallique mis en motif et du film supérieur.
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