JP2000292234A - 感熱式フロ−センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体の流量や流速などを測定するサーモパイ
ル型温度センサを用いた感熱式フローセンサに関し、ヒ
ータ部の温度分布の等温曲線の不均一性を考慮しながら
高感度で高精度な感熱式フローセンサを提供することを
目的とする。 【解決手段】 半導体基板２の表面に絶縁層３を形成
し、絶縁層の表面にヒータ部１１を形成し、ヒータ部を
中央にして流体の上流側および下流側に第１および第２
の温度センサ１２，１３を形成し、第１の温度センサの
先端接合部１５ａから第２の温度センサの先端接合部１
５ａに至るまでの領域に対向して半導体基板の表面側に
空隙部４を形成し、第１および第２の温度センサは複数
の熱電対１３ａ，１３ｂからなり、熱電対の配置密度が
周辺部より中央部の方が高くなるように配置したもので
ある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量や流速
などを測定する、例えばガスメータや水道メータなどに
用いられる感熱式フローセンサに関し、特にサーモパイ
ル（熱電対列）型温度センサを用いた感熱式フローセン
サに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、気体や液体などの流体の流量
や流速などを測定するために、ヒータを用いた感熱式の
フローセンサが提案されている。この感熱式フローセン
サは半導体基板上に形成した架橋構造のブリッジ部の表
面に、ヒータおよび温度センサを配置した構成となって
いる。温度センサは流体の流れ方向に沿ってヒータの両
側に配置されている。

【０００３】この感熱式フローセンサは、ヒータに電流
を流すことで発生する熱の温度分布が、流体の流量や流
速に応じて変化することを利用し、その変化量をヒータ
の両側に設けた温度センサによって検出するものであ
る。

【０００４】図１３は、このような従来の感熱式フロー
センサの一例を示す平面図（ａ）およびそのＣ−Ｃ線上
の断面図（ｂ）である。

【０００５】同図において、感熱式フローセンサ１は、
半導体基板２の表面に絶縁層３を薄膜形成し、さらに半
導体基板２の中央域をエッチングによって取り除くこと
で空隙部４を形成し、空隙部４上に絶縁層３の一部がブ
リッジ部３ａとして架橋状に形成された構成を有してい
る。

【０００６】また、ブリッジ部３ａの表面には、抵抗体
（発熱体）を凹字形に形成することでヒータ部１１を形
成し、その両隣には第１の温度センサ１２Ａおよび第２
の温度センサ１２Ｂがヒータ部１１を挟む形で形成され
ている。ヒータ部１１を構成する抵抗体の両端には、ワ
イヤパッド１１ａ，１１ｂがブリッジ部３ａの外側の半
導体基板２上に互いに隣接して形成されている。

【０００７】温度センサ１２Ａは複数のサーモカップル
（熱電対）１３Ａによって構成されたサーモパイル（熱
電対列）で、熱電対１３Ａの長手方向がヒータ部１１の
長手方向と直交する方向に等間隔に配置された構成とな
っている。そして、温度センサ１２Ａの両端には半導体
基板２上に形成されたワイヤパッド１４ａ，１４ｂが接
続されている。

【０００８】第２の温度センサ１２Ｂも同一の構成を有
し、複数の熱電対１３Ｂの長手方向がヒータ部１１の長
手方向と直交する方向に等間隔に配置され、その両端に
は半導体基板２上に形成されたワイヤパッド１４ｃ，１
４ｄが接続されている。

【０００９】熱電対１３Ａ，１３Ｂは、２種類の金属ま
たは半導体の両端部を接合して構成したもので、一方の
接合部（先端接合部）が空隙部４上に形成されて温接点
１５ａを構成し、他方の接合部（後端接合部）が半導体
基板２上に形成されて冷接点１５ｂを構成している。両
接点１５ａ，１５ｂを異なる温度に保つと回路に熱電流
が流れ、回路を開いて熱電流を０にすると熱起電力が生
じる。サーモパイル型の温度センサ１２Ａ，１２Ｂはこ
の原理を利用している。

【００１０】この構成において、感熱式フローセンサ１
を、ヒータ部１１の長手方向が流体の流れ方向Ｆ（図の
左右方向）と直交する方向に設置し、ヒータ部１１のワ
イヤパッド１１ａ，１１ｂ間に電流を流すと、ヒータ部
１１が発熱する。

【００１１】それに伴って温度サンセ１２Ａ，１２Ｂを
構成する熱電対１３Ａ，１３Ｂの温接点１５ａの温度が
上昇する。熱電対１３Ａ，１３Ｂの冷接点１５ｂの温度
は半導体基板２の熱伝導率が高いので同一に保たれる。

【００１２】この結果、温度サンセ１２Ａの熱電対１３
Ａは温接点１５ａおよび冷接点１５ｂ間の温度差に応じ
て熱起電力を出力し、全熱起電力はワイヤパッド１４
ａ，１４ｂから取り出される。温度センサ１２Ｂも同様
にしてワイヤパッド１４ｃ，１４ｄから全熱起電力が取
り出される。

【００１３】流体の流量や流速が無い場合は、ヒータ部
１１から発生する熱の温度分布は、図１４に鎖線で示す
ように、等温曲線Ｌがヒータ部１１の両側で対称にな
る。この結果、ヒータ部１１の両側に設けた温度センサ
１２Ａ，１２Ｂから出力される熱起電力は同じになる。

【００１４】流体が流れ方向Ｆに移動したとすると、ヒ
ータ部１１から発生する熱の温度分布は、図１５に鎖線
で示すように、等温曲線Ｌが流体の流れ方向Ｆに沿って
広がることになる。この結果、上流側の温度センサ１２
Ａの熱電対１３Ａの温接点１５ａの温度は、下流側の温
度センサ１２Ｂの熱電対１３Ｂの温接点１５ａの温度よ
りも低くなる。この結果、２つの温度センサ１２Ａ，１
２Ｂの出力電圧（熱起電力）に差が生じるので、この差
を検出することで流体の流量や流速を検出することがで
きる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、前述した感
熱式フローセンサ１は、ヒータ部１１の形状が直線的で
あるため、温度分布の等温曲線Ｌは楕円状の曲線とな
る。このため、中央付近の熱電対の温度は周辺部の熱電
対の温度よりも高温になる。

【００１６】一般に高温の物体を放置しておくと、最初
は熱が逃げやすいため急激に温度が下がり、低温になる
につれて熱が逃げにくくなるため温度は下がりにくくな
る。このため、複数の熱電対からなる温度センサにおい
ては、熱が逃げやすい場所（中央部）と熱が逃げにくい
場所（周辺部）とができてしまい、温度センサの感度が
低下するということがあった。

【００１７】また、温度分布の等温曲線Ｌが楕円状であ
るのに対し、温度センサを構成する複数の熱電対は一直
線上に並んでいるため、中央付近の熱電対の温接点の温
度は高く、周辺部の熱電対の温接点の温度は低くなり均
一な温度分布にはならない。このため、温度センサから
の出力電圧が小さくなり、検出感度および検出精度が低
下するということがあった。

【００１８】本発明は、このような従来の課題を解決す
るためになされたもので、ヒータの温度分布の等温曲線
の不均一性を考慮しながら高感度で高精度な感熱式フロ
ーセンサを提供することを目的とする。

【００１９】

【課題を解決するための手段】本発明による請求項１記
載のフローセンサは、半導体基板の表面に薄膜状に形成
した絶縁層と、絶縁層の表面に配置したヒータ部と、ヒ
ータ部を中央にして流体の上流側および下流側における
絶縁層の表面に配置した第１および第２の温度センサ
と、第１の温度センサの先端接合部から第２の温度セン
サの先端接合部に至るまでの領域に対向して半導体基板
の表面側に開口するように該半導体基板に形成した空隙
部とを備え、第１および第２の温度センサは複数の熱電
対からなり、熱電対の配置密度が周辺部より中央部の方
が高くなるように構成したものである。

【００２０】本発明によると、温度センサを構成する複
数の熱電対の配置間隔を、ヒータ部から発生する熱が逃
げにくい周辺部は低密度に、熱が逃げやすい中央部は高
密度に配置することで、ヒータ部から温度センサの各温
接点への熱伝導を均一化し、高感度な感熱式フローセン
サを得るという作用を有する。

【００２１】本発明による請求項２記載のフローセンサ
は、請求項１記載の発明において、第１および第２の温
度センサは、熱電対の長さが周辺部より中央部の方が短
くなるように後端接合部の位置を異ならせて構成したも
のである。

【００２２】本発明によると、熱電対は短いと電気抵抗
が小さくなると共に熱抵抗も小さくなるので、熱が逃げ
やすい点を考慮し、等温曲線によって温度が高い温度セ
ンサの中央部の熱電対は短くして熱が逃げやすいように
し、等温曲線によって温度が低い温度センサの周辺部の
熱電対は長くして熱が逃げにくいようにし、これによっ
てヒータ部から温度センサの各温接点の温度を均一化
し、高感度な感熱式フローセンサを得るという作用を有
する。

【００２３】本発明による請求項３記載のフローセンサ
は、半導体基板の表面に薄膜状に形成した絶縁層と、絶
縁層の表面に配置したヒータ部と、ヒータ部を中央にし
て流体の上流側および下流側における絶縁層の表面に配
置した第１および第２の温度センサと、第１の温度セン
サの先端接合部から第２の温度センサの先端接合部に至
るまでの領域に対向して半導体基板の表面側に開口する
ように該半導体基板に形成した空隙部とを備え、第１お
よび第２の温度センサは複数の熱電対からなり、熱電対
の先端接合部の位置がヒータ部から発生する熱の楕円状
の等温曲線に沿って配置したことを特徴とする感熱式フ
ロ−センサ。

【００２４】本発明によると、温度センサを構成する複
数の熱電対を等温曲線に沿って配置することにより、温
度センサの先端接合部の温度を均一化し、高感度な感熱
式フローセンサを得るという作用を有する。

【００２５】本発明による請求項４記載のフローセンサ
は、請求項３記載の発明において、第１および第２の温
度センサは、熱電対の先端接合部の長さが周辺部の熱電
対より中央部の熱電対の方が短くなるように構成したも
のである。

【００２６】本発明によると、温度センサを構成する複
数の熱電対の先端接合部の長さを、等温曲線に沿って周
辺部は長く、中央部は短くなるように構成することによ
り、接合部が長いと熱を吸収する面積が大きくなるため
熱起電力が増加するので、各先端接合部の温度を均一化
し、高感度な感熱式フローセンサを得るという作用を有
する。

【００２７】

【発明の実施の形態】次に、本発明の実施の形態につい
て、図１ないし図１２に基づいて説明する。なお、以下
の説明では、前述した図１３に示す構成部分と同一部分
には同一符号を付して説明する。

【００２８】（実施の形態１）図１は、本発明の実施の
形態１による感熱式フローセンサの平面図（ａ）および
そのＡ−Ａ線上の断面図（ｂ）である。

【００２９】本実施の形態による感熱式フローセンサ１
は、単結晶シリコンからなる半導体基板２の表面に、酸
化膜（ＳｉＯ2 ）または窒化膜（Ｓｉ3 Ｎ4 ）からなる
絶縁層３を形成し、さらに絶縁層３の表面に抵抗体を凹
字状に配置してヒータ部１１を形成し、さらにヒータ部
１１を挟んでサーモパイル型の一対の第１および第２の
温度センサ１２Ａ，１２Ｂを形成した構成を有してい
る。

【００３０】ヒータ部１１はポリシリコンにリン等の不
純物をドーピングし拡散することによって抵抗体にして
おく。不純物のドープ量や拡散条件を変更することによ
って抵抗値は容易に変更可能である。

【００３１】また、ヒータ部１１は絶縁層３の一部が半
導体基板２の空隙部４上に架橋状に形成されたブリッジ
部３ａ上に形成されており、発生した熱が熱伝導率の高
い半導体基板２に伝導しにくい熱絶縁構造となってい
る。また、ヒータ部１１の両端はブリッジ部３ａの外側
の半導体基板２上に形成されたワイヤパッド１１ａ，１
１ｂに接続されている。

【００３２】温度センサ１２Ａは複数の熱電対１３Ａか
らなり、各熱電対１３Ａの長手方向がヒータ部１１の長
手方向と直交する方向に形成し、複数の熱電対１３Ａを
直列に接続した構成となっている。熱電対１３Ａは例え
ばアルミニウムとポリシリコンで構成する。熱電対１３
Ａの先端接合部は空隙部４上に形成されて温接点１５ａ
を構成し、後端接合部は半導体基板２上に形成されて冷
接点１５ｂを構成している。

【００３３】また、複数の熱電対１３Ａの配置間隔は、
中央部は高密度に、周辺部は低密度になるように設定さ
れている。例えば、図の中央の９個の熱電対１３Ａの配
置間隔はｄであり、その両側の各３個の熱電対１３Ａの
配置間隔は２ｄである。また、温度センサ１２Ａの両端
は半導体基板２上に形成されたワイヤパッド１４ａ，１
４ｂに接続されている。

【００３４】温度センサ１２Ｂも同様の構成を有し、複
数の熱電対１３Ｂをその長手方向がヒータ部１１の長手
方向と直交する方向に配置した構成となっており、両端
は半導体基板２上に形成されたワイヤパッド１４ｃ，１
４ｄに接続されている。熱電対１３Ｂの先端接合部は空
隙部４上に形成されて温接点１５ａを構成し、後端接合
部は半導体基板２上に形成されて冷接点１５ｂを構成し
ている。また、複数の熱電対１３Ｂの配置間隔は、中央
部は高密度に、周辺部は低密度になるように設定されて
いる。

【００３５】このように温度センサ１２Ａ，１２Ｂを構
成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの配置間隔を、周辺
部に比べて中央部を高密度に設定することで、すなわち
ヒータ部１１から発生する熱が逃げにくい周辺部は低密
度に、熱が逃げやすい中央部は高密度に配置すること
で、ヒータ部１１から温度センサ１２Ａ，１２Ｂの各温
接点１５ａへの熱伝導を均一化し、高感度な感熱式フロ
ーセンサを得るように構成している。

【００３６】（実施の形態２）図２は、本発明の実施の
形態２による感熱式フローセンサの平面図である。本実
施の形態による感熱式フローセンサ１は、温度センサ１
２Ａ，１２Ｂを構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの
配置間隔を、実施の形態１に比べて中央部がさらに高密
度になるように構成したものである。

【００３７】すなわち、中央の熱電対１３Ａ，１３Ｂは
その長手方向がヒータ部１１の長手方向と直交する方向
に一直線状に形成し、他の熱電対１３Ａ，１３Ｂは中央
の熱電対の温接点１５ａに対して、自己の温接点１５ａ
が近接するように中央部の方向に全体的に傾斜して形成
したものである。その他の構成は実施の形態１と同一で
ある。

【００３８】その結果、同図に示すように、温度センサ
１２Ａの中央の熱電対１３Ａに対して、図の上側の熱電
対１３Ａは右下方向に傾斜して形成され、図の下側の熱
電対１３Ａは右上方向に傾斜して形成されている。ま
た、温度センサ１２Ｂの熱電対１３Ｂはその逆方向に傾
斜して形成されている。

【００３９】このように、温度センサ１２Ａ，１２Ｂを
構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの配置間隔を、周
辺部に比べて中央部を高密度に設定し、さらに中央の熱
電対に対して隣接する他の熱電対を傾斜して配置するこ
とで、熱が逃げやすい中央部の熱電対のさらなる高密度
化を図り、ヒータ部１１から温度センサ１２Ａ，１２Ｂ
の各温接点１５ａへの熱伝導を均一化し、高感度な感熱
式フローセンサを得るように構成している。

【００４０】（実施の形態３）図３は、本発明の実施の
形態３による感熱式フローセンサの平面図である。本実
施の形態による感熱式フローセンサ１は、温度センサ１
２Ａ，１２Ｂを構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの
配置間隔を、中央の熱電対は高密度に、周辺部の熱電対
は低密度になるように配置し、また、各熱電対１３Ａ，
１３Ｂの温接点１５ａの接合部を、ヒータ部１１に近接
するように延長して形成し、しかもその先端が中央部の
熱電対に向って傾斜して形成したものである。

【００４１】すなわち、中央部の熱電対１３Ａ，１３Ｂ
はその長手方向がヒータ部１１の長手方向と直交する方
向に一直線状に形成し、他の熱電対の温接点１５ａは中
央部の熱電対の温接点１５ａに対して、近接するように
中央部の方向に傾斜して形成したものである。その他の
構成は実施の形態１と同一である。

【００４２】その結果、同図に示すように、温度センサ
１２Ａの中央部の熱電対１３Ａに対して、図の上側の熱
電対１３Ａの温接点１５ａが右下方向に傾斜して形成さ
れ、図の下側の熱電対は温接点１５ａが右上方向に傾斜
して形成されている。また、温度センサ１２Ｂの熱電対
１３Ｂの温接点１５ａはその逆方向に傾斜して形成され
ている。なお、温接点１５ａの接合部が長いと熱を吸収
する面積が大きくなるため、熱電対の熱起電力が増加す
る。

【００４３】このように、温度センサ１２Ａ，１２Ｂを
構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの配置間隔を、周
辺部に比べて中央部を高密度に設定し、さらに温接点１
５ａを引き伸ばすことによってヒータ部１１から発生す
る熱を伝えやすい構造とし、しかも中央部の熱電対の温
接点１５ａに対して他の熱電対の温接点１５ａを斜めに
配置することで、熱が逃げやすい中央部の温接点のさら
なる高密度化を図り、ヒータ部１１から温度センサ１２
Ａ，１２Ｂの各温接点１５ａへの熱伝導を均一化し、高
感度な感熱式フローセンサを得るように構成している。

【００４４】（実施の形態４）図４は、本発明の実施の
形態４による感熱式フローセンサの平面図（ａ）および
そのＢ−Ｂ線上の断面図（ｂ）である。本実施の形態に
よる感熱式フローセンサ１は、温度センサ１２Ａ，１２
Ｂを構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの配置間隔
を、中央部の熱電対の配置間隔は高密度かつ多層構造
に、周辺部の熱電対の配置間隔は低密度かつ単層構造に
なるように構成したものである。その他の構成は実施の
形態１と同一である。

【００４５】温度センサ１２Ｂを例に説明すると、絶縁
層３の表面に形成した中央部の熱電対１３Ｂの上に絶縁
膜３Ａを被覆し、その上に熱電対１３Ｃを形成し、その
上に絶縁膜３Ｂを被覆し、さらにその上に熱電対１３Ｄ
を形成した３層構成となっている。温度センサ１２Ａ側
も同様の３層構成となっている。

【００４６】このように、温度センサ１２Ａ，１２Ｂを
構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの配置間隔を、周
辺部に比べて中央部を高密度に設定し、さらに中央部の
熱電対を多層構造にして多数の熱電対を配置すること
で、熱が逃げやすい中央部の温接点のさらなる高密度化
を図り、ヒータ部１１から温度センサ１２Ａ，１２Ｂの
各温接点１５ａへの熱伝導を均一化し、高感度な感熱式
フローセンサを得るように構成している。

【００４７】（実施の形態５）図５は、本発明の実施の
形態５による感熱式フローセンサの平面図である。本実
施の形態による感熱式フローセンサ１は、温度センサ１
２Ａ，１２Ｂを構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの
配置間隔を、中央部の熱電対の配置間隔は高密度に、周
辺部の熱電対の配置間隔は低密度になるように配置し、
さらに中央部の熱電対の長さを最短とし、周辺部にいく
につれて長くなるように順次階段状に配置した構成とな
っている。

【００４８】すなわち、熱電対１３Ａ，１３Ｂの温接点
１５ａはヒータ部１１から一定の距離をおいて一直線状
に配置されているので、複数の冷接点１５ｂが階段状に
内側に窪んだ状態で配置されている。それに伴って半導
体基板２の空隙部４の形状が、複数の冷接点１５ｂの配
列に合わせて山型に内側に窪んだ状態となっている。そ
の他の構成は実施の形態１と同一である。

【００４９】このように熱電対１３Ａ，１３Ｂの配置間
隔を、周辺部に比べて中央部を高密度に設定し、さらに
中央の熱電対の長さを短くすると、熱電対は短いと電気
抵抗が小さくなると共に熱抵抗も小さくなるので、熱が
逃げやすくなる。

【００５０】つまり、温度センサ１２Ａ，１２Ｂの中央
部の熱電対１３Ａ，１３Ｂは短いため熱が逃げやすい
が、楕円状の等温曲線によって温度は高い。これに対し
て温度センサ１２Ａ，１２Ｂの周辺部の熱電対１３Ａ，
１３Ｂは長いため熱が逃げにくいが、楕円状の等温曲線
によって温度は低い。これによってヒータ部１１から温
度センサ１２Ａ，１２Ｂの各温接点１５ａの温度を均一
化でき、高感度な感熱式フローセンサを得る構成が得ら
れる。

【００５１】（実施の形態６）図６は、本発明の実施の
形態６による感熱式フローセンサの平面図である。本実
施の形態による感熱式フローセンサ１は、温度センサ１
２Ａ，１２Ｂを構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂ
を、等間隔に配置し、さらに各温接点１５ａが楕円状の
等温曲線Ｌに沿うように配置した構成となっている。そ
の他の構成は実施の形態１と同一である。

【００５２】このように温度センサ１２Ａ，１２Ｂを構
成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの各温接点１５ａ
を、等温曲線Ｌに沿って配置することにより、各温接点
１５ａの温度を均一化できるので、高感度な感熱式フロ
ーセンサが得られる。

【００５３】（実施の形態７）図７は、本発明の実施の
形態７による感熱式フローセンサの平面図である。本実
施の形態による感熱式フローセンサ１は、温度センサ１
２Ａ，１２Ｂを構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂを
等間隔に配置し、さらに各温接点１５ａを楕円状の等温
曲線Ｌに沿って配置し、冷接点１５ｂを一直線上に配置
した構成となっている。このため、熱電対１３Ａ，１３
Ｂの長さが周辺部から中央部にかけて徐々に短くなる構
成となっている。その他の構成は実施の形態６と同一で
ある。

【００５４】このように温度センサ１２Ａ，１２Ｂを構
成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの各温接点１５ａ
を、等温曲線Ｌに沿って配置することにより、各温接点
１５ａの温度を均一化できるので、高感度な感熱式フロ
ーセンサが得られる。

【００５５】（実施の形態８）図８は、本発明の実施の
形態８による感熱式フローセンサの平面図である。本実
施の形態による感熱式フローセンサ１は、温度センサ１
２Ａ，１２Ｂを構成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂを
等間隔に配置し、さらに各温接点１５ａの長さを楕円状
の等温曲線Ｌに沿って延長して配置し、冷接点１５ｂを
一直線上に配置した構成となっている。

【００５６】このため、熱電対１３Ａ，１３Ｂの各温接
点１５ａの長さが、周辺部から中央部にかけて徐々に短
くなる構成となっている。その他の構成は、前述の実施
の形態７と同一である。

【００５７】このように温度センサ１２Ａ，１２Ｂを構
成する複数の熱電対１３Ａ，１３Ｂの各温接点１５ａの
長さを、等温曲線Ｌに沿って周辺部は長く、中央部は短
くなるように構成することにより、温接点が長いと熱を
吸収する面積が大きくなるため熱起電力が増加するの
で、各温接点１５ａの温度を均一化できるので、高感度
な感熱式フローセンサが得られる。

【００５８】（実施の形態９）図９は、本発明の実施の
形態９による感熱式フローセンサの断面図で、表面にヒ
ータ部１１、温度センサ１２Ａ，１２Ｂを形成する絶縁
層３の構成として、窒化シリコンＳｉＮを挟んでその表
裏に酸化シリコンＳｉＯ2 を積層した構成を示してい
る。

【００５９】このように、圧縮応力を有する薄膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）と、引張り応力を有する薄膜（ＳｉＮ）とを組み
合わせることによって内部応力を制御し、平らなメンブ
レンを実現できる。その結果、流体の流速や流量を正確
に測定することができる。

【００６０】（実施の形態１０）図１０は、本発明の実
施の形態１０による感熱式フローセンサの概略的断面図
で、実施の形態４の変形例を示している。本実施の形態
は、多層配線構造を形成する絶縁層３Ａ，３Ｂを、窒化
シリコンＳｉＮを挟んでその表裏に酸化シリコンＳｉＯ
2 を積層した構成となっている。

【００６１】このように、圧縮応力を有する薄膜（Ｓｉ
Ｏ2 ）と、引張り応力を有する薄膜（ＳｉＮ）とを組み
合わせることによって内部応力を制御し、多数の熱電対
を積層した場合でも、平らなメンブレンを実現できる。
その結果、流体の流速や流量を正確に測定することがで
きる。

【００６２】（実施の形態１１）図１１は、本発明の実
施の形態１１による感熱式フローセンサの断面図で、半
導体基板２に空隙部４を形成する際に、表面側からエッ
チングして形成する場合を示している。半導体基板２の
表面側からエッチングして空隙部４を形成すると、感熱
式フローセンサ１のチップサイズを小さくすることがで
きる。

【００６３】（実施の形態１２）図１２は、本発明の実
施の形態１２による感熱式フローセンサの断面図で、半
導体基板２に空隙部４を形成する際に、表面側および裏
面側の双方からエッチングして形成する場合を示してい
る。半導体基板２の表面側および裏面側の双方からエッ
チングして空隙部４を形成すると、エッチング時間を短
くすることができる。

【００６４】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、温度セ
ンサを構成する複数の熱電対の配置間隔を、ヒータ部か
ら発生する熱が逃げにくい周辺部は低密度に、熱が逃げ
やすい中央部は高密度に配置することで、ヒータ部から
温度センサの各温接点への熱伝導を均一化することがで
きるという有利な効果が得られる。

【００６５】請求項３に記載の発明によれば、温度セン
サを構成する複数の熱電対を等温曲線に沿って配置する
ことにより、温度センサの先端接合部の温度を均一化す
ることができるという有利な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による感熱式フローセンサの実施の形態
１を示す平面図（ａ）およびそのＡ−Ａ線上の断面図
（ｂ）である。

【図２】本発明による感熱式フローセンサの実施の形態
２を示す平面図である。

【図３】本発明による感熱式フローセンサの実施の形態
３を示す平面図である。

【図４】本発明による感熱式フローセンサの実施の形態
４を示す平面図（ａ）およびそのＢ−Ｂ線上の断面図
（ｂ）である。

【図５】本発明による感熱式フローセンサの実施の形態
５を示す平面図である。

【図６】本発明による感熱式フローセンサの実施の形態
６を示す平面図である。

【図７】本発明による感熱式フローセンサの実施の形態
７を示す平面図である。

【図８】本発明による感熱式フローセンサの実施の形態
８を示す平面図である。

【図９】本発明による感熱式フローセンサの実施の形態
９を示す断面図である。

【図１０】本発明による感熱式フローセンサの実施の形
態１０を示す断面図である。

【図１１】本発明による感熱式フローセンサの実施の形
態１１を示す断面図である。

【図１２】本発明による感熱式フローセンサの実施の形
態１２を示す断面図である。

【図１３】従来の感熱式フローセンサを示す平面図
（ａ）およびそのＣ−Ｃ線上の断面図（ｂ）である。

【図１４】流体の流量や流速が無い場合にヒータ部から
発生する熱の温度分布の等温曲線を示す図である。

【図１５】流体が流れ方向Ｆに移動した場合にヒータ部
から発生する熱の温度分布の等温曲線を示す図である。

【符号の説明】

１ 感熱式フローセンサ ２ 半導体基板 ３，３Ａ，３Ｂ 絶縁層 ３ａ ブリッジ部 ４ 空隙部 １１ ヒータ部 １１ａ，１１ｂ ワイヤパッド １２Ａ，１２Ｂ 温度センサ １３Ａ〜１３Ｄ 熱電対 １４ａ〜１４ｄ ワイヤパッド １５ａ 温接点（先端接合部） １５ｂ 冷接点（後端接合部） Ｆ 流体の流れ方向 Ｌ 等温曲線

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤原 剛史 京都府京都市右京区花園土堂町10番地 オ ムロン株式会社内 Ｆターム(参考） 2F035 EA02 EA08

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板の表面に薄膜状に形成した絶
   縁層と、 前記絶縁層の表面に配置したヒータ部と、 前記ヒータ部を中央にして流体の上流側および下流側に
   おける前記絶縁層の表面に配置した第１および第２の温
   度センサと、 前記第１の温度センサの先端接合部から前記第２の温度
   センサの先端接合部に至るまでの領域に対向して前記半
   導体基板の表面側に開口するように該半導体基板に形成
   した空隙部とを備え、 前記第１および第２の温度センサは複数の熱電対からな
   り、前記熱電対の配置密度が周辺部より中央部の方が高
   くなるように構成したことを特徴とする感熱式フロ−セ
   ンサ。
2. 【請求項２】 前記第１および第２の温度センサは、前
   記熱電対の長さが周辺部より中央部の方が短くなるよう
   に後端接合部の位置を異ならせて構成したことを特徴と
   する請求項１記載の感熱式フロ−センサ。
3. 【請求項３】 半導体基板の表面に薄膜状に形成した絶
   縁層と、 前記絶縁層の表面に配置したヒータ部と、 前記ヒータ部を中央にして流体の上流側および下流側に
   おける前記絶縁層の表面に配置した第１および第２の温
   度センサと、 前記第１の温度センサの先端接合部から前記第２の温度
   センサの先端接合部に至るまでの領域に対向して前記半
   導体基板の表面側に開口するように該半導体基板に形成
   した空隙部とを備え、 前記第１および第２の温度センサは複数の熱電対からな
   り、前記熱電対の先端接合部の位置が前記ヒータ部から
   発生する熱の楕円状の等温曲線に沿って配置したことを
   特徴とする感熱式フロ−センサ。
4. 【請求項４】 前記第１および第２の温度センサは、前
   記熱電対の先端接合部の長さが周辺部の熱電対より中央
   部の熱電対の方が短くなるように構成したことを特徴と
   する請求項３記載の感熱式フロ−センサ。