JP2000146656A - フロ―センサおよびその製造方法 - Google Patents
フロ―センサおよびその製造方法Info
- Publication number
- JP2000146656A JP2000146656A JP11250793A JP25079399A JP2000146656A JP 2000146656 A JP2000146656 A JP 2000146656A JP 11250793 A JP11250793 A JP 11250793A JP 25079399 A JP25079399 A JP 25079399A JP 2000146656 A JP2000146656 A JP 2000146656A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- temperature measuring
- heating element
- temperature
- flow sensor
- film structure
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Measuring Volume Flow (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 簡単な構造で高流速域まで測定でき、しかも
熱ストレスに対して強いフローセンサを提供する。 【解決手段】 半導体基板１の空洞部７を橋絡するよう
にブリッジ部２を設け、このブリッジ部２にヒータ３、
上部測温体５、下部測温体６を形成し、さらにヒータ３
と測温体５、６のそれぞれ間に、発熱体３と測温体５、
６の間の熱結合を高める熱連結膜１０を形成した。
熱ストレスに対して強いフローセンサを提供する。 【解決手段】 半導体基板１の空洞部７を橋絡するよう
にブリッジ部２を設け、このブリッジ部２にヒータ３、
上部測温体５、下部測温体６を形成し、さらにヒータ３
と測温体５、６のそれぞれ間に、発熱体３と測温体５、
６の間の熱結合を高める熱連結膜１０を形成した。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流速を測定
するフローセンサおよびその製造方法に関する。
するフローセンサおよびその製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、半導体基板に膜構成のヒータ（発
熱体）と測温体を設けて、ヒータおよび測温体に流れる
流体の流速を測定するようにしたフローセンサが種々提
案されている（特公平６−４３９０６号公報、特開平７
−１７４６００号公報、特開平９−２４３４２３号公報
など）。
熱体）と測温体を設けて、ヒータおよび測温体に流れる
流体の流速を測定するようにしたフローセンサが種々提
案されている（特公平６−４３９０６号公報、特開平７
−１７４６００号公報、特開平９−２４３４２３号公報
など）。
【０００３】図１０に、従来のフローセンサの一例を示
す。基板１に空洞部７が形成され、この空洞部７を橋絡
するように空洞部７上に薄膜構造部２が設けられてい
る。この薄膜構造部２には、中央にヒータ３が形成さ
れ、その両側に上流側測温体５、下流側測温体６が形成
されている。また、薄膜構造部２以外の基板１上で図の
矢印で示す流体の流れの上流側には、流体の温度を検出
するための流体温度計４が形成されている。
す。基板１に空洞部７が形成され、この空洞部７を橋絡
するように空洞部７上に薄膜構造部２が設けられてい
る。この薄膜構造部２には、中央にヒータ３が形成さ
れ、その両側に上流側測温体５、下流側測温体６が形成
されている。また、薄膜構造部２以外の基板１上で図の
矢印で示す流体の流れの上流側には、流体の温度を検出
するための流体温度計４が形成されている。
【０００４】このようなフローセンサにおいて、流体温
度計４から得られる流体温度よりも一定温度高い温度に
なるようにヒータ３を駆動する。流体が流れることによ
り、上流側測温体５は熱を奪われて温度が下がり、下流
側測温体６はヒータ３から熱が運ばれて温度が上昇し、
上流側測温体５と下流側測温体６の温度差から流体の流
速が計測（検出）される。
度計４から得られる流体温度よりも一定温度高い温度に
なるようにヒータ３を駆動する。流体が流れることによ
り、上流側測温体５は熱を奪われて温度が下がり、下流
側測温体６はヒータ３から熱が運ばれて温度が上昇し、
上流側測温体５と下流側測温体６の温度差から流体の流
速が計測（検出）される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】上記した構造のフロー
センサにおいて、上流側測温体５と下流側測温体６の温
度は、流速によって図１１（ａ）に示すように変化し、
上流側測温体５と下流側測温体６の温度差は、図１１
（ｂ）に示すようになる。この図１１（ｂ）からわかる
ように、低流速域では直線性が良いが、高流速域では直
線性が悪化している。これは、薄膜構造部２の熱容量が
極めて小さいために、上流側測温体５では流速が増すと
流体温度程度まで冷却されて流速に対して温度変化が少
なくなり、下流側測温体６では流れによるヒータ３から
の加熱よりも流れによる冷却が強まるため、結果として
温度差が生じなくなるためである。
センサにおいて、上流側測温体５と下流側測温体６の温
度は、流速によって図１１（ａ）に示すように変化し、
上流側測温体５と下流側測温体６の温度差は、図１１
（ｂ）に示すようになる。この図１１（ｂ）からわかる
ように、低流速域では直線性が良いが、高流速域では直
線性が悪化している。これは、薄膜構造部２の熱容量が
極めて小さいために、上流側測温体５では流速が増すと
流体温度程度まで冷却されて流速に対して温度変化が少
なくなり、下流側測温体６では流れによるヒータ３から
の加熱よりも流れによる冷却が強まるため、結果として
温度差が生じなくなるためである。
【０００６】このような高流速域での感度低下を防止す
るものとして、特公平６−６８４５１号公報に示すもの
や特公平４−７４６７２号公報に示すものがある。前者
のものでは薄膜構造部に熱容量が極めて大きい金属膜を
形成し、後者ものではヒータ上に絶縁膜を介して測温体
を積層することにより、高流速域の測定を可能にしてい
る。
るものとして、特公平６−６８４５１号公報に示すもの
や特公平４−７４６７２号公報に示すものがある。前者
のものでは薄膜構造部に熱容量が極めて大きい金属膜を
形成し、後者ものではヒータ上に絶縁膜を介して測温体
を積層することにより、高流速域の測定を可能にしてい
る。
【０００７】しかしながら、これらのものでは、ヒー
タ、測温体と熱容量が極めて大きい金属膜との積層構
造、あるいはヒータと測温体との積層構造としているた
め、その構造が複雑になる。また、その構造体を作製す
る工程が複雑になる。さらに、そのような積層構造にし
た場合、特に、ヒータ、測温体を金属膜で形成し構造体
内に２層の金属膜を形成した場合には、応力分布による
構造体の反り制御が困難であり、構造体の温度変化に対
して各材料の熱膨張係数の差によって反りが変化し、熱
ストレスが構造体に生じる。このため、電源のオン、オ
フあるいは断熱的な通電などによる冷熱サイクルを繰り
返すことによって、構造体の破壊や発熱体の断線などを
引き起こす可能性がある。
タ、測温体と熱容量が極めて大きい金属膜との積層構
造、あるいはヒータと測温体との積層構造としているた
め、その構造が複雑になる。また、その構造体を作製す
る工程が複雑になる。さらに、そのような積層構造にし
た場合、特に、ヒータ、測温体を金属膜で形成し構造体
内に２層の金属膜を形成した場合には、応力分布による
構造体の反り制御が困難であり、構造体の温度変化に対
して各材料の熱膨張係数の差によって反りが変化し、熱
ストレスが構造体に生じる。このため、電源のオン、オ
フあるいは断熱的な通電などによる冷熱サイクルを繰り
返すことによって、構造体の破壊や発熱体の断線などを
引き起こす可能性がある。
【０００８】本発明は上記問題に鑑みたもので、簡単な
構造で高流速域まで測定できるフローセンサを提供する
ことを目的とする。
構造で高流速域まで測定できるフローセンサを提供する
ことを目的とする。
【０００９】また、簡単な構造で高流速域まで測定で
き、しかも熱ストレスに対して強いフローセンサを提供
することを目的とする。
き、しかも熱ストレスに対して強いフローセンサを提供
することを目的とする。
【００１０】さらに、そのようなフローセンサを複雑な
工程を要することなく作製できる製造方法を提供するこ
とを目的とする。
工程を要することなく作製できる製造方法を提供するこ
とを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明においては、発熱体（３）と
測温体（５、６）の間に、発熱体（３）と測温体（５、
６）の間の熱結合を高める熱連結膜（１０）を形成した
ことを特徴としている。
め、請求項１に記載の発明においては、発熱体（３）と
測温体（５、６）の間に、発熱体（３）と測温体（５、
６）の間の熱結合を高める熱連結膜（１０）を形成した
ことを特徴としている。
【００１２】この熱連結膜（１０）を設けることによっ
て、高速の流体が流れたときに測温体（５、６）が流体
温度まで低下するのを防止でき、簡単な構造で高流速域
まで測定を行うことができる。
て、高速の流体が流れたときに測温体（５、６）が流体
温度まで低下するのを防止でき、簡単な構造で高流速域
まで測定を行うことができる。
【００１３】この場合、フローセンサの構成としては、
請求項２に記載の発明のように、基板（１）の空洞部
（７）上に薄膜構造部（２）を設け、この薄膜構造部
（２）に膜構成の発熱体（３）と第１、第２の測温体
（５、６）を形成して、第１、第２の測温体（５、６）
で検出した温度の差により流体の流速を測定するように
構成することができる。
請求項２に記載の発明のように、基板（１）の空洞部
（７）上に薄膜構造部（２）を設け、この薄膜構造部
（２）に膜構成の発熱体（３）と第１、第２の測温体
（５、６）を形成して、第１、第２の測温体（５、６）
で検出した温度の差により流体の流速を測定するように
構成することができる。
【００１４】また、フローセンサの他の構成としては、
請求項３に記載の発明のように、基板（１）の空洞部
（７）上に薄膜構造部（２）を設け、この薄膜構造部
（２）に膜構成の発熱体（３）と１つの測温体（５）を
形成して、薄膜構造部（２）以外の前記基板（１）上に
配設された流体温度計（４）と測温体（５）で検出した
温度との比較により、流体の流速を測定するように構成
することができる。この発明によれば、１つの測温体
（５）で検出できるため、検出部を小型にでき、熱連結
膜（１０）を設けることで高流速域まで測定を行うこと
ができる。
請求項３に記載の発明のように、基板（１）の空洞部
（７）上に薄膜構造部（２）を設け、この薄膜構造部
（２）に膜構成の発熱体（３）と１つの測温体（５）を
形成して、薄膜構造部（２）以外の前記基板（１）上に
配設された流体温度計（４）と測温体（５）で検出した
温度との比較により、流体の流速を測定するように構成
することができる。この発明によれば、１つの測温体
（５）で検出できるため、検出部を小型にでき、熱連結
膜（１０）を設けることで高流速域まで測定を行うこと
ができる。
【００１５】請求項４に記載の発明においては、請求項
１乃至３に記載の発明に対し、基板（１）の空洞部
（７）上に設けられた薄膜構造部（２）を、発熱体
（３）、測温体（５、６）および熱連結膜（１０）の上
下に絶縁膜（８、９）を対称に配置して構成したことを
特徴としている。
１乃至３に記載の発明に対し、基板（１）の空洞部
（７）上に設けられた薄膜構造部（２）を、発熱体
（３）、測温体（５、６）および熱連結膜（１０）の上
下に絶縁膜（８、９）を対称に配置して構成したことを
特徴としている。
【００１６】この発明によれば、請求項１乃至３に記載
の発明による効果に加え、薄膜構造部（２）の温度変化
による反り変動を低減し、熱ストレスに対して強い構造
とすることができる。
の発明による効果に加え、薄膜構造部（２）の温度変化
による反り変動を低減し、熱ストレスに対して強い構造
とすることができる。
【００１７】この場合、絶縁膜（８、９）は、請求項５
に記載の発明のように、ＳｉＮとＳｉＯ2 を組み合わせ
た膜により構成するのが好ましい。
に記載の発明のように、ＳｉＮとＳｉＯ2 を組み合わせ
た膜により構成するのが好ましい。
【００１８】また、前記発熱体（３）、前記測温体
（５、６）および前記熱連結膜（１０）としては、請求
項６に記載の発明のように、ＰｔあるいはＰｔ合金によ
り構成することができる。
（５、６）および前記熱連結膜（１０）としては、請求
項６に記載の発明のように、ＰｔあるいはＰｔ合金によ
り構成することができる。
【００１９】請求項７に記載の発明においては、発熱体
（３）、測温体（５、６）および熱連結膜（１０）を同
一材料にて同時に形成するようにしているから、複雑な
工程を要することなく、請求項１乃至６のいずれか１つ
に記載のフローセンサを製造することができる。
（３）、測温体（５、６）および熱連結膜（１０）を同
一材料にて同時に形成するようにしているから、複雑な
工程を要することなく、請求項１乃至６のいずれか１つ
に記載のフローセンサを製造することができる。
【００２０】請求項８に記載の発明においては、発熱体
（３）と測温体（５、６）を、発熱体（３）のパターン
内に測温体（５、６）の一部若しくは全部が包含される
形状にてパターン形成したことを特徴としている。
（３）と測温体（５、６）を、発熱体（３）のパターン
内に測温体（５、６）の一部若しくは全部が包含される
形状にてパターン形成したことを特徴としている。
【００２１】発熱体（３）のパターン内に測温体（５、
６）の一部若しくは全部を包含することにより、高速の
流体が流れたときに測温体（５、６）が流体温度まで低
下するのを防止でき、簡単な構造で高流速域まで測定を
行うことができる。
６）の一部若しくは全部を包含することにより、高速の
流体が流れたときに測温体（５、６）が流体温度まで低
下するのを防止でき、簡単な構造で高流速域まで測定を
行うことができる。
【００２２】この場合、フローセンサの構成としては、
請求項９に記載した発明のように、基板（１）の空洞部
（７）上に薄膜構造部（２）を設け、この薄膜構造部
（２）に膜構成の発熱体（３）と第１、第２の測温体
（５、６）を形成して、第１、第２の測温体（５、６）
で検出した温度の差により流体の流速を測定するように
構成することができる。
請求項９に記載した発明のように、基板（１）の空洞部
（７）上に薄膜構造部（２）を設け、この薄膜構造部
（２）に膜構成の発熱体（３）と第１、第２の測温体
（５、６）を形成して、第１、第２の測温体（５、６）
で検出した温度の差により流体の流速を測定するように
構成することができる。
【００２３】また、フローセンサの他の構成としては、
請求項１０に記載の発明のように、基板（１）の空洞部
（７）上に薄膜構造部（２）を設け、この薄膜構造部
（２）に膜構成の発熱体（３）と１つの測温体（５）を
形成して、薄膜構造部（２）以外の前記基板（１）上に
配設された流体温度計（４）と測温体（５）で検出した
温度との比較により、流体の流速を測定するように構成
することができる。この発明によれば、１つの測温体
（５）による検出であり、かつ熱連結膜（１０）がない
ため、小型でかつ低容量となり高応答性も実現できる。
請求項１０に記載の発明のように、基板（１）の空洞部
（７）上に薄膜構造部（２）を設け、この薄膜構造部
（２）に膜構成の発熱体（３）と１つの測温体（５）を
形成して、薄膜構造部（２）以外の前記基板（１）上に
配設された流体温度計（４）と測温体（５）で検出した
温度との比較により、流体の流速を測定するように構成
することができる。この発明によれば、１つの測温体
（５）による検出であり、かつ熱連結膜（１０）がない
ため、小型でかつ低容量となり高応答性も実現できる。
【００２４】なお、上記した括弧内の符号は、後述する
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。
実施形態記載の具体的手段との対応関係を示すものであ
る。
【００２５】
【発明の実施の形態】（第１実施形態）図１に本発明の
第１実施形態に係る感熱式フローセンサの斜視図を示
し、図２に図１のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
第１実施形態に係る感熱式フローセンサの斜視図を示
し、図２に図１のＡ−Ａ線に沿った断面図を示す。
【００２６】図１、図２において、図１０の従来例と異
なるところは、ヒータ３と上流側測温体（第１の測温
体）５の間およびヒータ３と下流側測温体（第２の測温
体）６の間に、熱連結膜１０を設けた点である。この熱
連結膜１０は、ヒータ３、測温体５、６と同じ材料のＰ
ｔ（白金）膜で構成されている。このような構造とする
ことで、ヒータ３と上流側測温体５の間およびヒータ３
と下流側測温体６の間の熱結合が強くなり、流速が増し
たときに、上流側測温体５においてその温度が流体温度
近くまで下がるのを防止することができ、また下流側測
温体６においては流れによるヒータ３からの加熱よりも
冷却が始まる流速を引き上げることができる。このた
め、高流速域まで感度良く測定を行うことができる。
なるところは、ヒータ３と上流側測温体（第１の測温
体）５の間およびヒータ３と下流側測温体（第２の測温
体）６の間に、熱連結膜１０を設けた点である。この熱
連結膜１０は、ヒータ３、測温体５、６と同じ材料のＰ
ｔ（白金）膜で構成されている。このような構造とする
ことで、ヒータ３と上流側測温体５の間およびヒータ３
と下流側測温体６の間の熱結合が強くなり、流速が増し
たときに、上流側測温体５においてその温度が流体温度
近くまで下がるのを防止することができ、また下流側測
温体６においては流れによるヒータ３からの加熱よりも
冷却が始まる流速を引き上げることができる。このた
め、高流速域まで感度良く測定を行うことができる。
【００２７】次に、上記したフローセンサの製造方法に
ついて、図３に示す工程図を参照して説明する。 ［図３（ａ）の工程］まず、基板１として半導体基板
（Ｓｉ基板）を用い、その上に下部膜８を形成する。こ
の下部膜８は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜とＳｉＯ2 膜とを組み合わ
せた２層の絶縁膜となっており、圧縮応力膜と引っ張り
応力膜の組み合わせによって下部膜８に生じる応力を緩
和するようにしている。この後、ヒータ３、流体温度膜
４、熱連結膜１０、測温体５、６を構成する膜として、
Ｐｔ膜を真空蒸着機により２００℃で２０００Å堆積さ
せる。そのとき、接着層としてＴｉ層をＰｔ膜と下部膜
８の間に５０Å堆積させている。そして、エッチングに
より、ヒータ３、流体温度計４、熱連結膜１０、測温体
５、６の形状にパターニングする。 ［図３（ｂ）の工程］下部膜８と同様に、Ｓｉ3 Ｎ4 膜
とＳｉＯ2 膜からなる２層膜の上部膜９を形成する。そ
して、空洞部７を形成する領域、およびヒータ３、流体
温度計４、測温体５、６の電極取出し部１５をエッチン
グにより開口する。 ［図３（ｃ）の工程］全面に５０００ÅのＡｕを蒸着し
た後、エッチングを行い、電極取出し部１５を覆うよう
にエッチング保護膜１６を形成する。このエッチング保
護膜１６は、次工程で用いるＳｉエッチング溶液に対し
て電極取出し部１５を保護し、かつ外部配線としてＡｕ
線を用いた場合にそれとの密着性を高めるために用いら
れる。 ［図３（ｄ）の工程］ＴＭＡＨ溶液によって表面側から
Ｓｉの異方性エッチングを行い、空洞部７を形成する。
ついて、図３に示す工程図を参照して説明する。 ［図３（ａ）の工程］まず、基板１として半導体基板
（Ｓｉ基板）を用い、その上に下部膜８を形成する。こ
の下部膜８は、Ｓｉ3 Ｎ4 膜とＳｉＯ2 膜とを組み合わ
せた２層の絶縁膜となっており、圧縮応力膜と引っ張り
応力膜の組み合わせによって下部膜８に生じる応力を緩
和するようにしている。この後、ヒータ３、流体温度膜
４、熱連結膜１０、測温体５、６を構成する膜として、
Ｐｔ膜を真空蒸着機により２００℃で２０００Å堆積さ
せる。そのとき、接着層としてＴｉ層をＰｔ膜と下部膜
８の間に５０Å堆積させている。そして、エッチングに
より、ヒータ３、流体温度計４、熱連結膜１０、測温体
５、６の形状にパターニングする。 ［図３（ｂ）の工程］下部膜８と同様に、Ｓｉ3 Ｎ4 膜
とＳｉＯ2 膜からなる２層膜の上部膜９を形成する。そ
して、空洞部７を形成する領域、およびヒータ３、流体
温度計４、測温体５、６の電極取出し部１５をエッチン
グにより開口する。 ［図３（ｃ）の工程］全面に５０００ÅのＡｕを蒸着し
た後、エッチングを行い、電極取出し部１５を覆うよう
にエッチング保護膜１６を形成する。このエッチング保
護膜１６は、次工程で用いるＳｉエッチング溶液に対し
て電極取出し部１５を保護し、かつ外部配線としてＡｕ
線を用いた場合にそれとの密着性を高めるために用いら
れる。 ［図３（ｄ）の工程］ＴＭＡＨ溶液によって表面側から
Ｓｉの異方性エッチングを行い、空洞部７を形成する。
【００２８】以上のようにして図１、図２に示すフロー
センサを製造することができる。
センサを製造することができる。
【００２９】このフローセンサにおいては、ヒータ３と
測温体５、６のそれぞれの間に熱連結膜１０が形成され
ているため、ヒータ３と側測温体５、６のそれぞれの間
の熱結合を高め、高流速域まで測定を行うことができ
る。この場合、ヒータ３、測温体５、６、熱連結膜１０
を同一材料とし同一工程で同時にそれらを形成している
ため、工程数を増やすことなくフローセンサの製造を行
うことができる。また、薄膜構造部２の構造体内で金属
膜を１層にしているため、応力制御が容易となる。具体
的には、ヒータ３、測温体５、６を膜構造のほぼ膜中心
に配置し、その上下に下部膜８、上部膜９を対称に配置
することによって、温度変化に対して反り変動が生じ
ず、熱ストレスに対して強い構造とすることができる。
測温体５、６のそれぞれの間に熱連結膜１０が形成され
ているため、ヒータ３と側測温体５、６のそれぞれの間
の熱結合を高め、高流速域まで測定を行うことができ
る。この場合、ヒータ３、測温体５、６、熱連結膜１０
を同一材料とし同一工程で同時にそれらを形成している
ため、工程数を増やすことなくフローセンサの製造を行
うことができる。また、薄膜構造部２の構造体内で金属
膜を１層にしているため、応力制御が容易となる。具体
的には、ヒータ３、測温体５、６を膜構造のほぼ膜中心
に配置し、その上下に下部膜８、上部膜９を対称に配置
することによって、温度変化に対して反り変動が生じ
ず、熱ストレスに対して強い構造とすることができる。
【００３０】なお、上記した製造方法において、ヒータ
３、流体温度膜４、熱連結膜１０、測温体５、６を形成
する膜としては、Ｐｔ膜以外に、ポリシリコン、ＮｉＣ
ｒ、ＴａＮ、ＳｉＣ、Ｗなどを用いることができる。ま
た、下部膜８、上部膜９としては、ヒータ３等を保護で
きるものであれば、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｔａ
2 Ｏ 5 、ＭｇＯ膜などの、単一膜あるいは多層膜を用い
ることができる。また、エッチング保護膜１６は、露出
した電極取出し部１５がエッチング溶液に対して耐性が
あればなくてもよく、またＡｕ以外の材料でもエッチン
グ耐性があり、接続配線と接着できる材料であれば他の
ものでもよい。また、空洞部７を形成するためのエッチ
ングは、空洞部７が形成できれば、ＴＭＡＨ溶液による
異方性エッチング以外のものを用いてもよい。
３、流体温度膜４、熱連結膜１０、測温体５、６を形成
する膜としては、Ｐｔ膜以外に、ポリシリコン、ＮｉＣ
ｒ、ＴａＮ、ＳｉＣ、Ｗなどを用いることができる。ま
た、下部膜８、上部膜９としては、ヒータ３等を保護で
きるものであれば、ＴｉＯ2 、Ａｌ2 Ｏ3 、Ｔａ
2 Ｏ 5 、ＭｇＯ膜などの、単一膜あるいは多層膜を用い
ることができる。また、エッチング保護膜１６は、露出
した電極取出し部１５がエッチング溶液に対して耐性が
あればなくてもよく、またＡｕ以外の材料でもエッチン
グ耐性があり、接続配線と接着できる材料であれば他の
ものでもよい。また、空洞部７を形成するためのエッチ
ングは、空洞部７が形成できれば、ＴＭＡＨ溶液による
異方性エッチング以外のものを用いてもよい。
【００３１】また、上記した実施形態においては、ヒー
タ３と測温体５、６のそれぞれの間に熱連結膜１０を設
けるものを示したが、図４に示すように、薄膜構造部２
においてヒータ３の両側に熱連結膜１０を形成し、熱連
結膜１０の中に測温体５、６を配置した構造、言い換え
れば測温体５、６を形成する領域以外の領域に熱連結膜
１０を形成した構造としてもよい。このような構造にす
ることにより、さらにヒータ３と測温体５、６間の熱結
合を強くすることができる。 （第２実施形態）図５に本発明の第２実施形態に係る感
熱式フローセンサの平面図を示す。この実施形態では、
第１実施形態における熱連結膜１０を設けずに、ヒータ
３のパターン内に測温体５、６の一部が包含されるよう
に、ヒータ３、測温体５、６が配置されている。このよ
うな構成とすることにより、高速の流体が流れてもヒー
タ３内に配置されている測温体５、６の部分は流体温度
まで低下することがなく、従って高流速域まで測定を行
うことができる。このとき、測温体５、６の一部でなく
全部をヒータ３のパターン内に包含するようにすれば、
高流速域での感度を一層良好にすることができる。
タ３と測温体５、６のそれぞれの間に熱連結膜１０を設
けるものを示したが、図４に示すように、薄膜構造部２
においてヒータ３の両側に熱連結膜１０を形成し、熱連
結膜１０の中に測温体５、６を配置した構造、言い換え
れば測温体５、６を形成する領域以外の領域に熱連結膜
１０を形成した構造としてもよい。このような構造にす
ることにより、さらにヒータ３と測温体５、６間の熱結
合を強くすることができる。 （第２実施形態）図５に本発明の第２実施形態に係る感
熱式フローセンサの平面図を示す。この実施形態では、
第１実施形態における熱連結膜１０を設けずに、ヒータ
３のパターン内に測温体５、６の一部が包含されるよう
に、ヒータ３、測温体５、６が配置されている。このよ
うな構成とすることにより、高速の流体が流れてもヒー
タ３内に配置されている測温体５、６の部分は流体温度
まで低下することがなく、従って高流速域まで測定を行
うことができる。このとき、測温体５、６の一部でなく
全部をヒータ３のパターン内に包含するようにすれば、
高流速域での感度を一層良好にすることができる。
【００３２】上記した第１、第２実施形態においては、
流体温度計４から得られる流体温度より一定温度高い温
度になるようにヒータ３を駆動し、上流側測温体５から
下流側測温体６に流れる順流において上流側測温体５と
下流側測温体６の温度差から流体の流速を計測するもの
について説明したが、下流側測温体６から上流側測温体
５に流れる逆流においても、上流側測温体５と下流側測
温体６で検出した温度に差が生じる（但し、この場合に
は、上流側測温体５で検出した温度の方が下流側測温体
６で検出した温度より高くなる）ので、上流側測温体５
と下流側測温体６で検出した温度の差から、流体の流速
と流れの方向を検出することができる。
流体温度計４から得られる流体温度より一定温度高い温
度になるようにヒータ３を駆動し、上流側測温体５から
下流側測温体６に流れる順流において上流側測温体５と
下流側測温体６の温度差から流体の流速を計測するもの
について説明したが、下流側測温体６から上流側測温体
５に流れる逆流においても、上流側測温体５と下流側測
温体６で検出した温度に差が生じる（但し、この場合に
は、上流側測温体５で検出した温度の方が下流側測温体
６で検出した温度より高くなる）ので、上流側測温体５
と下流側測温体６で検出した温度の差から、流体の流速
と流れの方向を検出することができる。
【００３３】なお、上記した第１、第２実施形態では、
ヒータ３の両側に測温体５、６を設けるものを示した
が、ヒータ３の片側のみに測温体を設けて流速を検出す
るようにしてもよい。また、薄膜構造部２として、空洞
部７上に設けられたブリッジによる薄膜構造のものを示
したが、ダイヤフラムによる薄膜構造としてもよい。以
下、ヒータ３の片側のみに測温体を設け、かつダイヤフ
ラムにより薄膜構造部２を構成した実施形態について説
明する。 （第３実施形態）この実施形態に係る感熱式フローセン
サの斜視図を図６に示し、そのＢ−Ｂ線に沿った断面を
図７（ｃ）に示す。この実施形態では、上記した第１実
施形態に対し、ヒータ３の片側のみに測温体（上流側測
温体５）を設け、かつ空洞部７を基板１の裏面側に設け
て薄膜構造部２をダイヤフラムによる薄膜構造のものと
している。
ヒータ３の両側に測温体５、６を設けるものを示した
が、ヒータ３の片側のみに測温体を設けて流速を検出す
るようにしてもよい。また、薄膜構造部２として、空洞
部７上に設けられたブリッジによる薄膜構造のものを示
したが、ダイヤフラムによる薄膜構造としてもよい。以
下、ヒータ３の片側のみに測温体を設け、かつダイヤフ
ラムにより薄膜構造部２を構成した実施形態について説
明する。 （第３実施形態）この実施形態に係る感熱式フローセン
サの斜視図を図６に示し、そのＢ−Ｂ線に沿った断面を
図７（ｃ）に示す。この実施形態では、上記した第１実
施形態に対し、ヒータ３の片側のみに測温体（上流側測
温体５）を設け、かつ空洞部７を基板１の裏面側に設け
て薄膜構造部２をダイヤフラムによる薄膜構造のものと
している。
【００３４】この実施形態において、流体温度計４から
得られる流体温度よりも一定温度高い温度になるように
ヒータ３を駆動したとき、流体温度計４と上流側測温体
５の温度差は、図８に示すように、順流方向（図６中の
矢印方向）では上流側測温体５で熱が奪われるため温度
差が小さく、逆流方向（図６中の矢印と反対方向）では
上流側測温体５に熱が運ばれるため温度差が大きくな
る。このことから、この実施形態では、流体温度計４と
上流側測温体５との温度差から、流体の流速と流れ方向
を検出している。
得られる流体温度よりも一定温度高い温度になるように
ヒータ３を駆動したとき、流体温度計４と上流側測温体
５の温度差は、図８に示すように、順流方向（図６中の
矢印方向）では上流側測温体５で熱が奪われるため温度
差が小さく、逆流方向（図６中の矢印と反対方向）では
上流側測温体５に熱が運ばれるため温度差が大きくな
る。このことから、この実施形態では、流体温度計４と
上流側測温体５との温度差から、流体の流速と流れ方向
を検出している。
【００３５】また、この実施形態に係る感熱式フローセ
ンサでも、上流側測温体５とヒータ３との間に熱連結膜
１０を形成しているため、高流量域まで測定することが
できる。
ンサでも、上流側測温体５とヒータ３との間に熱連結膜
１０を形成しているため、高流量域まで測定することが
できる。
【００３６】図７に、この実施形態に係るフローセンサ
の製造工程を示す。第１実施形態と同様の製造工程を用
いることができるが、ヒータ３の片側のみに上流側測温
体５を形成する点、および基板１の裏面側からエッチン
グを行って空洞部７を形成する（具体的には、基板１の
裏面にＳｉＮ膜あるいはＳｉＯ2膜を形成した後、空洞
部７が形成されるように開口し、裏面からＳｉの異方性
エッチングを行って空洞部７を形成する）点が、第１実
施形態のものと異なる。
の製造工程を示す。第１実施形態と同様の製造工程を用
いることができるが、ヒータ３の片側のみに上流側測温
体５を形成する点、および基板１の裏面側からエッチン
グを行って空洞部７を形成する（具体的には、基板１の
裏面にＳｉＮ膜あるいはＳｉＯ2膜を形成した後、空洞
部７が形成されるように開口し、裏面からＳｉの異方性
エッチングを行って空洞部７を形成する）点が、第１実
施形態のものと異なる。
【００３７】従って、この実施形態においても、ヒータ
３、測温体５、熱連結膜１０を同一材料とし同一工程で
同時にそれらを形成しているため、工程数を増やすこと
なくフローセンサの製造を行うことができる。また、薄
膜構造部２の構造体内で金属膜を１層にし、ヒータ３、
測温体５を膜構造のほぼ膜中心に配置し、その上下に下
部膜８、上部膜９を対称に配置することによって、温度
変化に対して反り変動が生じず、熱ストレスに対して強
い構造とすることができる。 （第４実施形態）図９にこの実施形態に係る感熱式フロ
ーセンサの平面図を示す。この実施形態では、上記した
第２実施形態に対し、ヒータ３の片側のみに測温体（上
流側測温体５）を設け、かつ第３実施形態と同様、空洞
部７を基板１の裏面側に設けてダイヤフラムにより薄膜
構造部２を構成している。
３、測温体５、熱連結膜１０を同一材料とし同一工程で
同時にそれらを形成しているため、工程数を増やすこと
なくフローセンサの製造を行うことができる。また、薄
膜構造部２の構造体内で金属膜を１層にし、ヒータ３、
測温体５を膜構造のほぼ膜中心に配置し、その上下に下
部膜８、上部膜９を対称に配置することによって、温度
変化に対して反り変動が生じず、熱ストレスに対して強
い構造とすることができる。 （第４実施形態）図９にこの実施形態に係る感熱式フロ
ーセンサの平面図を示す。この実施形態では、上記した
第２実施形態に対し、ヒータ３の片側のみに測温体（上
流側測温体５）を設け、かつ第３実施形態と同様、空洞
部７を基板１の裏面側に設けてダイヤフラムにより薄膜
構造部２を構成している。
【００３８】この実施形態では、第２実施形態と異な
り、測温体が１つの上流側測温体５のみで構成されてい
るが、発熱体３のパターン内に測温体５の一部若しくは
全部が包含されるように、ヒータ３、測温体５が配置さ
れているため、熱連結膜１０がなくても、高流量域まで
測定することができ、また熱連結膜１０がないため小型
でかつ低熱容量となり高応答性も実現できる。
り、測温体が１つの上流側測温体５のみで構成されてい
るが、発熱体３のパターン内に測温体５の一部若しくは
全部が包含されるように、ヒータ３、測温体５が配置さ
れているため、熱連結膜１０がなくても、高流量域まで
測定することができ、また熱連結膜１０がないため小型
でかつ低熱容量となり高応答性も実現できる。
【図１】本発明の第１実施形態に係るフローセンサの斜
視図である。
視図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図３】図１、図２に示すフローセンサの製造方法を示
す工程図である。
す工程図である。
【図４】図１、図２に示すフローセンサの変形例を示す
平面図である。
平面図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係るフローセンサの平
面図である。
面図である。
【図６】本発明の第３実施形態に係る感熱式フローセン
サの斜視図である。
サの斜視図である。
【図７】図６に示すフローセンサの製造方法を示す工程
図である。
図である。
【図８】図６に示す感熱式フローセンサにおいて、流体
温度計４と上流側測温体５の温度差と流速との関係を示
す特性図である。
温度計４と上流側測温体５の温度差と流速との関係を示
す特性図である。
【図９】本発明の第４実施形態に係る感熱式フローセン
サの斜視図である。
サの斜視図である。
【図１０】従来のフローセンサを示す斜視図である。
【図１１】流体の流速に対する測温体５、６の温度およ
びその温度差の変化を示す特性図である。
びその温度差の変化を示す特性図である。
１…基板、２…薄膜構造部、３…ヒータ、４…流体温度
計、５…上流側測温体、６…下流側測温体、７…空洞
部、８…下部膜、９…上部膜、１０…熱連結膜。
計、５…上流側測温体、６…下流側測温体、７…空洞
部、８…下部膜、９…上部膜、１０…熱連結膜。
Claims (10)
- 【請求項１】 基板（１）に膜構成の発熱体（３）と測
温体（５、６）を設けて、流体の流速を測定するように
したフローセンサにおいて、 前記発熱体（３）と前記測温体（５、６）の間に、前記
発熱体（３）と前記測温体（５、６）の間の熱結合を高
める熱連結膜（１０）を形成したことを特徴とするフロ
ーセンサ。 - 【請求項２】 空洞部（７）を有する基板（１）の前記
空洞部（７）上に薄膜構造部（２）が設けられており、
この薄膜構造部（２）に膜構成の発熱体（３）と第１、
第２の測温体（５、６）を形成して、前記第１、第２の
測温体（５、６）で検出した温度の差により、前記第
１、第２の測温体（５、６）間に流れる流体の流速を測
定するようにしたフローセンサにおいて、 前記発熱体（３）と前記第１、第２の測温体（５、６）
のそれぞれの間に、前記発熱体（３）と前記第１、第２
の測温体（５、６）の間の熱結合を高める熱連結膜（１
０）を形成したことを特徴とするフローセンサ。 - 【請求項３】 空洞部（７）を有する基板（１）の前記
空洞部（７）上に薄膜構造部（２）が設けられており、
この薄膜構造部（２）に膜構成の発熱体（３）と１つの
測温体（５）を形成して、前記薄膜構造部（２）以外の
前記基板（１）上に配設された流体温度計（４）と前記
測温体（５）で検出した温度との比較により、流体の流
速を測定するようにしたフローセンサにおいて、 前記発熱体（３）と前記測温体（５）の間に、前記発熱
体（３）と前記測温体（５）の間の熱結合を高める熱連
結膜（１０）を形成したことを特徴とするフローセン
サ。 - 【請求項４】 空洞部（７）を有する基板（１）の前記
空洞部（７）上に薄膜構造部（２）が設けられており、
この薄膜構造部（２）に膜構成の発熱体（３）と測温体
（５、６）を形成して、流体の流速を測定するようにし
たフローセンサにおいて、 前記発熱体（３）と前記測温体（５、６）の間に、前記
発熱体（３）と前記測温体（５、６）の間の熱結合を高
める熱連結膜（１０）を形成し、 前記発熱体（３）、前記測温体（５、６）および前記熱
連結膜（１０）の上下に絶縁膜（８、９）を対称に配置
して前記薄膜構造部（２）を構成したことを特徴とする
フローセンサ。 - 【請求項５】 前記絶縁膜（８、９）は、ＳｉＮとＳｉ
Ｏ2 を組み合わせた膜により構成されていることを特徴
とする請求項４に記載のフローセンサ。 - 【請求項６】 前記発熱体（３）、前記測温体（５、
６）および前記熱連結膜（１０）がＰｔあるいはＰｔ合
金であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１
つに記載のフローセンサ。 - 【請求項７】 請求項１乃至６のいずれか１つに記載の
フローセンサを製造する方法であって、前記発熱体
（３）、前記測温体（５、６）および前記熱連結膜（１
０）を同一材料にて同時に形成する工程を有することを
特徴とするフローセンサの製造方法。 - 【請求項８】 基板（１）に膜構成の発熱体（３）と測
温体（５、６）を設けて、流体の流速を測定するように
したフローセンサにおいて、 前記発熱体（３）と前記測温体（５、６）を、前記発熱
体（３）のパターン内に前記測温体（５、６）の一部若
しくは全部が包含される形状にてパターン形成したこと
を特徴とするフローセンサ。 - 【請求項９】 空洞部（７）を有する基板（１）の前記
空洞部（７）上に薄膜構造部（２）が設けられており、
この薄膜構造部（２）に膜構成の発熱体（３）と第１、
第２の測温体（５、６）を形成して、前記第１、第２の
測温体（５、６）で検出した温度差により、前記第１、
第２の測温体（５、６）間に流れる流体の流速を測定す
るようにしたフローセンサにおいて、 前記発熱体（３）と前記第１、第２の測温体（５、６）
を、前記発熱体（３）のパターン内に前記第１、第２の
測温体（５、６）の一部若しくは全部がそれぞれ包含さ
れる形状にてパターン形成したことを特徴とするフロー
センサ。 - 【請求項１０】 空洞部（７）を有する基板（１）の前
記空洞部（７）上に薄膜構造部（２）が設けられてお
り、この薄膜構造部（２）に膜構成の発熱体（３）と１
つの測温体（５）を形成して、前記薄膜構造部（２）以
外の前記基板（１）上に配設された流体温度計（４）と
前記測温体（５）で検出した温度との比較により、流体
の流速を測定するようにしたフローセンサにおいて、 前記発熱体（３）と前記測温体（５）を、前記発熱体
（３）のパターン内に前記測温体（５）の一部若しくは
全部が包含される形状にてパターン形成したことを特徴
とするフローセンサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11250793A JP2000146656A (ja) | 1998-09-04 | 1999-09-03 | フロ―センサおよびその製造方法 |
| US09/515,496 US6626037B1 (en) | 1999-09-03 | 2000-02-29 | Thermal flow sensor having improved sensing range |
| FR0002647A FR2798194B1 (fr) | 1999-09-03 | 2000-03-01 | Capteur de debit et son procede de fabrication |
| DE10010020A DE10010020A1 (de) | 1999-09-03 | 2000-03-02 | Fließsensor und Verfahren zu dessen Herstellung |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP25139998 | 1998-09-04 | ||
| JP10-251399 | 1998-09-04 | ||
| JP11250793A JP2000146656A (ja) | 1998-09-04 | 1999-09-03 | フロ―センサおよびその製造方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2000146656A true JP2000146656A (ja) | 2000-05-26 |
Family
ID=26539922
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11250793A Pending JP2000146656A (ja) | 1998-09-04 | 1999-09-03 | フロ―センサおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2000146656A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6705160B2 (en) | 2001-07-19 | 2004-03-16 | Denso Corporation | Flow sensor |
| JP2008039704A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 風速センサ、風量センサ、及び燃料電池システム |
| EP2505970A1 (de) * | 2011-03-31 | 2012-10-03 | JUMO GmbH & Co. KG | Kalorimetrischer Sensor |
| WO2017182226A1 (de) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der flussrichtung eines kühlmediums |
| JP2020091191A (ja) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式センサおよびその製造方法並びに半導体装置 |
-
1999
- 1999-09-03 JP JP11250793A patent/JP2000146656A/ja active Pending
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6705160B2 (en) | 2001-07-19 | 2004-03-16 | Denso Corporation | Flow sensor |
| JP2008039704A (ja) * | 2006-08-09 | 2008-02-21 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 風速センサ、風量センサ、及び燃料電池システム |
| EP2505970A1 (de) * | 2011-03-31 | 2012-10-03 | JUMO GmbH & Co. KG | Kalorimetrischer Sensor |
| WO2017182226A1 (de) * | 2016-04-22 | 2017-10-26 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren und vorrichtung zur bestimmung der flussrichtung eines kühlmediums |
| CN109070718A (zh) * | 2016-04-22 | 2018-12-21 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于确定冷却介质的流动方向的方法和装置 |
| US20190135099A1 (en) * | 2016-04-22 | 2019-05-09 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for determining the flow direction of a coolant |
| CN109070718B (zh) * | 2016-04-22 | 2021-09-07 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于确定冷却介质的流动方向的方法和装置 |
| US11472276B2 (en) | 2016-04-22 | 2022-10-18 | Robert Bosch Gmbh | Method and device for determining the flow direction of a coolant |
| JP2020091191A (ja) * | 2018-12-05 | 2020-06-11 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式センサおよびその製造方法並びに半導体装置 |
| JP6990165B2 (ja) | 2018-12-05 | 2022-01-12 | 日立Astemo株式会社 | 熱式センサおよびその製造方法並びに半導体装置 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5048336A (en) | Moisture-sensitive device | |
| US5231878A (en) | Mass air flow sensor | |
| JP2008170382A (ja) | 熱式流体流量センサ及びその製造方法 | |
| US6626037B1 (en) | Thermal flow sensor having improved sensing range | |
| JP4474771B2 (ja) | 流量測定装置 | |
| JPH1123338A (ja) | 感熱式流量検出素子およびそれを用いた流量センサ | |
| JP3513048B2 (ja) | 感熱式流量センサおよびその製造方法 | |
| JP6669957B2 (ja) | 流量センサ | |
| US6863438B2 (en) | Microstructured thermosensor | |
| JP2000146656A (ja) | フロ―センサおよびその製造方法 | |
| JP3470881B2 (ja) | マイクロフローセンサ | |
| JP3589083B2 (ja) | 感熱式フロ−センサ | |
| JP4258084B2 (ja) | フローセンサおよびその製造方法 | |
| JP4258080B2 (ja) | フローセンサ | |
| JP3668921B2 (ja) | 流量検出素子 | |
| JP2003035580A (ja) | フローセンサ | |
| KR100313905B1 (ko) | 볼로메터 센서 | |
| JP2001165733A (ja) | フローセンサとその製造方法 | |
| JP3316740B2 (ja) | 流量検出素子 | |
| JP2001153705A (ja) | 熱型センサ、フローセンサおよびフローセンサの製造方法 | |
| JPH11271121A (ja) | フローセンサおよびその製造方法 | |
| JP2616183B2 (ja) | 流量センサおよびその製造方法 | |
| JP2550435B2 (ja) | 流速センサ | |
| JP4830221B2 (ja) | フローセンサ | |
| JPWO2003102974A1 (ja) | 白金薄膜および熱式センサ |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20051005 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20080111 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20080122 |
|
| A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20080708 |