JP2000346861A - 半導体ガスレートセンサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ガス流路の壁面による影響を低減し、検出感
度を向上させる。 【解決手段】 半導体基板１，２にノズル孔３，ガス通
路４をエッチング加工等の方法で形成し、そのガス流路
に感熱抵抗素子としてのヒートワイヤ対５１と５３およ
び５２と５４を設けることで、全方向の角速度を検出可
能とする。ヒートワイヤ対は、２対以上とすることがで
きる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、センサ本体が半
導体基板を用いて形成され、センサ本体に角速度が作用
したときに生じるガス流の偏向状態を電気的に検出する
半導体ガスレートセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、ガスレートセンサは、流路内に
設けられた左右一対のヒートワイヤ（熱線）に向けて、
ノズル孔よりガス流を噴出しておき、外部から角速度が
加わったときの流路内を流れるガス流の左右への偏向
を、ヒートワイヤ対の左右の感熱出力の差として検出す
る。すなわち、角速度が加わると、ガス流の偏向は例え
ば図３に矢印で示すようになり、偏向したガス流により
この場合はヒートワイヤＡが冷却され、ヒートワイヤ
Ａ，Ｂの感熱出力の間に差（熱線の抵抗変化）が生じる
ので、これをブリッジ回路等を用いて電気的に検出する
ものである。なお、かかるガスレートセンサ自体は周知
である。

【０００３】ところで、この種のガスレートセンサとし
て近年、ガス流路，ノズル孔などセンサ本体を半導体微
細加工技術によって形成する超小型の半導体ガスレート
センサが開発されている。このような従来例として、例
えば図４，図５に示すものが知られている（特開平７−
１２８３７号公報）。図４は半導体ガスレートセンサの
上面図、図５は図４のＡ−Ａ断面図を示す。

【０００４】これは、ノズル孔となる小溝３０とガス流
路となる溝４０とがそれぞれエッチングを含む半導体微
細加工技術により形成され、その溝４０にまたがってヒ
ートワイヤ対５が設けられた、図４のような下側半導体
基板１の上に、上側半導体基板２を図５のように重ね、
両者を接着して構成したものである。このような構成
で、ポンプ駆動によりガス入り口９より図４の紙面の上
方向から流入したガスは一旦バッファ室８に入り、ノズ
ル孔３０より図４の紙面の横方向にヒートワイヤ対５に
向けて噴出されるので、このヒートワイヤ対５により、
角速度が加わったときの流路内を流れるガス流の左右へ
の偏向を検出するものである。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
構成では、以下のような問題がある。 １）図５に示すように、ガス流路は同図の横方向には或
る程度の広がりを持っているが、上下方向には余り余裕
がないため、ガス流が流路の上下面の影響を受け、感度
が低下する。 ２）角速度が加わったときのガス流の偏向方向が、基板
に対し平行な面に限定されるので、検出し得る角速度の
方向が限定される。したがって、この発明の課題はガス
流の偏向方向の制限を少なくし、検出感度の向上を図る
ことにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るため、請求項１の発明では、半導体基板にガスを導入
し案内するためのノズル孔とガス流路とを形成し、その
ガス流路に感熱抵抗素子からなるヒートワイヤを配置し
た半導体ガスレートセンサにおいて、前記ノズル孔およ
びガス流路を、ガス流が前記半導体基板に対し垂直方向
となるように形成したことを特徴とする。この請求項１
の発明においては、前記ガス流路の中心から壁面までの
距離を、ガス流が流路壁面の影響を受けない程度に十分
大きくすることができ（請求項２の発明）、または、前
記ヒートワイヤを同一平面上に２対以上設けることがで
き（請求項３の発明）、若しくは、前記ノズル孔が半導
体基板底面より突出していることができる（請求項４の
発明）。

【０００７】

【発明の実施の形態】図１はこの発明の実施の形態を示
す全体構成図、図２はその断面図である。これらの図か
らも明らかなように、ガス流路４となる深穴をエッチン
グ等の半導体微細加工技術により形成するとともに、底
面に突出部を設け、そこにノズル孔３をエッチングによ
り形成した下側半導体基板１の上にガス流路４となる貫
通穴を形成し、上面に２対のヒートワイヤ５１と５３お
よび５２と５４を形成した上側半導体基板２を、流路４
が一致するように重ね合わせ、両者を接着して構成した
ものである。ここで、ノズル孔３およびガス流路４は、
角速度が働いていない時にガス流が半導体基板に対し垂
直方向となるように形成されている。

【０００８】流路４の断面形状をここでは正方形状とし
たが、多角形状または円形状にすることができる。この
とき、ガス流が流路壁面の影響を受けないよう、ガス流
路４の中心から壁面までの距離を充分に大きくすること
が望ましい。ここで、ガス流路４の中心とは、角速度が
働いていない状態においてガスが流れる時の中心のこと
である。また、ノズル孔３を下側半導体基板１の底面の
内側に突出させたのは、ガス流に対する基板壁面の影響
を低減し、ガスを基板に対して垂直方向に導入しその指
向性を高めるためである。

【０００９】このような構成において、ポンプ駆動によ
りノズル孔３よりガス流をヒートワイヤ５１と５３およ
び５２と５４に向けて噴出することにより、角速度が加
わったときのガス流の偏向を、ここではその２対のヒー
トワイヤにより検出することが可能となる。この場合、
ガス流は３６０度の方向に偏向可能であり、上記の如く
構成することにより全方向の角速度検出が可能である。
つまり、ヒートワイヤ対５１，５３の感熱出力の差によ
って、例えばＸ方向（図１参照）のガス流の偏向成分を
検出し、ヒートワイヤ対５２，５４の感熱出力の差によ
って、例えばＹ方向（図１参照）のガス流の偏向成分を
検出することができる。ヒートワイヤ対は、３対以上設
けても良い。

【００１０】

【発明の効果】この発明によれば、下記のような効果を
期待することができる。 １）ガスを基板に対して垂直に噴出させる構造としたの
で、流路の中心から壁面までの距離を大きく取ることが
でき、ガス流に対する流路壁面の影響を低減することが
できる。 ２）ノズル孔を突出させることにより、基板底面の壁面
の影響を低減でき、指向性の強いガス流をヒートワイヤ
対に向けて供給できる。 ３）上記１），２）により検出感度が向上する。 ４）ガスを基板に対して垂直に噴出させることにより、
流路の中心から壁面までの距離を大きく取ることができ
るだけでなく、ガス流の偏向が３６０度可能となるの
で、２対以上のヒートワイヤを設けることにより、全方
向の角速度を検出することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態を示す構成図である。

【図２】図１の断面図である。

【図３】角速度方向とガス流偏向方向の説明図である。

【図４】半導体ガスレートセンサの従来例を示す上面図
である。

【図５】図４の断面図である。

【符号の説明】

１…下側半導体基板、２…上側半導体基板、３…ノズル
孔、４…ガス流路、５，５１，５２，５３，５４…ヒー
トワイヤ対。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体基板にガスを導入し案内するため
   のノズル孔とガス流路とを形成し、そのガス流路に感熱
   抵抗素子からなるヒートワイヤを配置した半導体ガスレ
   ートセンサにおいて、 前記ノズル孔およびガス流路を、ガス流が前記半導体基
   板に対し垂直方向となるように形成したことを特徴とす
   る半導体ガスレートセンサ。
2. 【請求項２】 前記ガス流路の中心から壁面までの距離
   を、ガス流が流路壁面の影響を受けない程度に十分大き
   くすることを特徴とする請求項１に記載の半導体ガスレ
   ートセンサ。
3. 【請求項３】 前記ヒートワイヤを同一平面上に２対以
   上設けることを特徴とする請求項１に記載の半導体ガス
   レートセンサ。
4. 【請求項４】 前記ノズル孔が半導体基板底面より突出
   していることを特徴とする請求項１に記載の半導体ガス
   レートセンサ。