JP2001153704A - フローセンサ - Google Patents
フローセンサInfo
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- JP2001153704A JP2001153704A JP33659099A JP33659099A JP2001153704A JP 2001153704 A JP2001153704 A JP 2001153704A JP 33659099 A JP33659099 A JP 33659099A JP 33659099 A JP33659099 A JP 33659099A JP 2001153704 A JP2001153704 A JP 2001153704A
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- Japan
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- heater
- flow sensor
- fluid
- flow
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 フローセンサにおいて、ヒータとは別に測温
体を設けることなく、流量検出を行うことができるよう
にする。 【解決手段】 ヒータ３の上流側の一部の領域の電圧、
つまり電流端子８と電圧測定端子１０間の電圧を測定
し、この測定された電圧とヒータ３に流す電流とから、
電流端子８と電圧測定端子１０間の抵抗値を求め、この
抵抗値から流体の流量を検出する。
体を設けることなく、流量検出を行うことができるよう
にする。 【解決手段】 ヒータ３の上流側の一部の領域の電圧、
つまり電流端子８と電圧測定端子１０間の電圧を測定
し、この測定された電圧とヒータ３に流す電流とから、
電流端子８と電圧測定端子１０間の抵抗値を求め、この
抵抗値から流体の流量を検出する。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量を検出
するフローセンサに関する。
するフローセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、感熱式フローセンサとして、半導
体基板に形成された空洞部の上部にヒータを設け、この
ヒータが流体により冷却されることによって流体の流量
を測定する方式が提案されている（特公平６−４３９０
６号公報、特開平７−１７４６００号公報、特開平９−
２４３４２３号公報等参照）。
体基板に形成された空洞部の上部にヒータを設け、この
ヒータが流体により冷却されることによって流体の流量
を測定する方式が提案されている（特公平６−４３９０
６号公報、特開平７−１７４６００号公報、特開平９−
２４３４２３号公報等参照）。
【０００３】感熱式フローセンサにおける従来例の１つ
を、図８に示す斜視図および図９に示す平面図を用いて
説明する。
を、図８に示す斜視図および図９に示す平面図を用いて
説明する。
【０００４】単結晶シリコン等で形成された半導体基板
１に空洞部７が形成され、この空洞部７を橋架するよう
に電気的絶縁膜でダイアフラム２が作られている。ダイ
アフラム２には、中央に発熱体をなすヒータ３が形成さ
れ、その両脇に測温体５、６が形成されている。これら
ヒータ３および測温体５、６としては、Ｐｔ（白金）な
どの金属膜が使用されている。一方、流れの上流側の半
導体基板１上には流体温度計４が形成されている。この
流体温度計４は、金属配線で構成されており、その抵抗
値変動から温度が測定される。
１に空洞部７が形成され、この空洞部７を橋架するよう
に電気的絶縁膜でダイアフラム２が作られている。ダイ
アフラム２には、中央に発熱体をなすヒータ３が形成さ
れ、その両脇に測温体５、６が形成されている。これら
ヒータ３および測温体５、６としては、Ｐｔ（白金）な
どの金属膜が使用されている。一方、流れの上流側の半
導体基板１上には流体温度計４が形成されている。この
流体温度計４は、金属配線で構成されており、その抵抗
値変動から温度が測定される。
【０００５】このような感熱式センサでは、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を加熱駆動する。流体が流れることによ
り、上流側に配置されている上流測温体５は熱を奪われ
て温度が下がり、下流側に配置されている下流測温体６
はヒータ３から熱が運ばれて温度が上昇し、この上流測
温体５と下流測温体６との温度差から流体の流速が計測
される。
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を加熱駆動する。流体が流れることによ
り、上流側に配置されている上流測温体５は熱を奪われ
て温度が下がり、下流側に配置されている下流測温体６
はヒータ３から熱が運ばれて温度が上昇し、この上流測
温体５と下流測温体６との温度差から流体の流速が計測
される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のもので
は、ヒータとは別に１つ以上の測温体を設ける必要があ
る。
は、ヒータとは別に１つ以上の測温体を設ける必要があ
る。
【０００７】本発明は、上記したようなフローセンサに
おいて、ヒータと別に測温体を設けることなく、流量検
出を行うことができる、新規な構成のフローセンサを提
供することを目的とする。
おいて、ヒータと別に測温体を設けることなく、流量検
出を行うことができる、新規な構成のフローセンサを提
供することを目的とする。
【０００８】
【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に記載の発明では、発熱体（３）の一部の
領域の電圧と発熱体（３）に流れる電流から発熱体
（３）の一部の領域の抵抗値を求め、この抵抗値に基づ
いて流体の流量を検出するようにしたことを特徴として
いる。
め、請求項１に記載の発明では、発熱体（３）の一部の
領域の電圧と発熱体（３）に流れる電流から発熱体
（３）の一部の領域の抵抗値を求め、この抵抗値に基づ
いて流体の流量を検出するようにしたことを特徴として
いる。
【０００９】このように発熱体（３）の一部の温度を利
用することにより、測温体を別に設けなくても流量検出
を行うことができる。
用することにより、測温体を別に設けなくても流量検出
を行うことができる。
【００１０】この場合、具体的には、請求項２に記載の
発明のように、発熱体（３）の配線パターンに電圧測定
端子（１０）を接続形成し、発熱体（３）に電流を流す
ための電流端子（８）と電圧測定端子（１０）との間の
電圧により、発熱体（３）の一部の領域の電圧を測定す
ることができる。
発明のように、発熱体（３）の配線パターンに電圧測定
端子（１０）を接続形成し、発熱体（３）に電流を流す
ための電流端子（８）と電圧測定端子（１０）との間の
電圧により、発熱体（３）の一部の領域の電圧を測定す
ることができる。
【００１１】また、上記した発熱体（３）の一部の領域
としては、請求項３に記載の発明のように、流体の流れ
方向の上流側の領域、あるいは請求項４に記載の発明の
ように、流体の流れ方向の下流側の領域、あるいは請求
項５に記載の発明のように、流体の流れ方向の上流側と
下流側の領域とすることができる。
としては、請求項３に記載の発明のように、流体の流れ
方向の上流側の領域、あるいは請求項４に記載の発明の
ように、流体の流れ方向の下流側の領域、あるいは請求
項５に記載の発明のように、流体の流れ方向の上流側と
下流側の領域とすることができる。
【００１２】また、発熱体（３）としては、請求項６に
記載の発明のように、基板（１）の空洞部（７）上に形
成されたダイアフラム（２）に設けられたものとするの
が好ましい。
記載の発明のように、基板（１）の空洞部（７）上に形
成されたダイアフラム（２）に設けられたものとするの
が好ましい。
【００１３】また、請求項７に記載の発明のように、発
熱体（３）の一部の領域の発熱量を他の領域に比べて大
きくするようにすれば、発熱体（３）における測定領域
の温度の変化が大きくなるため、検出精度を高めること
ができる。この場合、具体的には、請求項８に記載の発
明のように、発熱体（３）の一部の領域の配線幅を他の
領域に比べて細くする、あるいは請求項９に記載の発明
のように、発熱体（３）の一部の領域の配線間隔を他の
領域に比べて狭くすることにより、発熱体（３）の一部
の領域の発熱量を他の領域に比べて大きくすることがで
きる。
熱体（３）の一部の領域の発熱量を他の領域に比べて大
きくするようにすれば、発熱体（３）における測定領域
の温度の変化が大きくなるため、検出精度を高めること
ができる。この場合、具体的には、請求項８に記載の発
明のように、発熱体（３）の一部の領域の配線幅を他の
領域に比べて細くする、あるいは請求項９に記載の発明
のように、発熱体（３）の一部の領域の配線間隔を他の
領域に比べて狭くすることにより、発熱体（３）の一部
の領域の発熱量を他の領域に比べて大きくすることがで
きる。
【００１４】また、請求項１０に記載の発明のように、
発熱体（３）における折り返し部分を曲線形状にすれ
ば、折り返し部分での電力集中と、その結果生ずるマイ
グレーション現象を緩和し、断線に対する信頼性を確保
することができる。
発熱体（３）における折り返し部分を曲線形状にすれ
ば、折り返し部分での電力集中と、その結果生ずるマイ
グレーション現象を緩和し、断線に対する信頼性を確保
することができる。
【００１５】なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すも
のである。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１に、本発明の一実施形態にか
かる感熱式フローセンサの平面図を示す。図８、図９に
示した従来例と同一または均等の部分には、同一の符号
を付し説明を省略する。
かる感熱式フローセンサの平面図を示す。図８、図９に
示した従来例と同一または均等の部分には、同一の符号
を付し説明を省略する。
【００１７】図１において、半導体基板１の一面側の中
央部には、この半導体基板１に対し空洞部７を介して熱
的に絶縁された薄膜構造からなるダイアフラム２が形成
されている。このダイアフラム２には、中央部にヒータ
３が形成されている。ヒータ３の配線パターンは、流体
の流れに直交する方向が長手方向の直線部分となるよう
に連続して折り返した形状となっている。また、このヒ
ータ３には、ヒータ３に電流を流すための電流端子８、
９およびヒータ３の上流側の一部の領域の電圧を検出す
るための電圧測定端子１０が設けられている。
央部には、この半導体基板１に対し空洞部７を介して熱
的に絶縁された薄膜構造からなるダイアフラム２が形成
されている。このダイアフラム２には、中央部にヒータ
３が形成されている。ヒータ３の配線パターンは、流体
の流れに直交する方向が長手方向の直線部分となるよう
に連続して折り返した形状となっている。また、このヒ
ータ３には、ヒータ３に電流を流すための電流端子８、
９およびヒータ３の上流側の一部の領域の電圧を検出す
るための電圧測定端子１０が設けられている。
【００１８】このフローセンサの動作を説明する。ヒー
タ３は、流体温度計４によって検出された流体温度より
も一定温度高い温度になるように、図示しない制御回路
によって通電制御される。ここで、ヒータ３の温度とい
うのは、あくまでヒータ３の平均温度である。つまり、
ヒータ３の周りに流れが存在する時、ヒータ３には流れ
方向の温度分布が形成される。すなわち、図１中の白抜
き矢印の方向（順流）に流体が流れると、ヒータ３の上
流側では温度が低く、下流側では温度が高くなる。これ
は、ヒータ３上を流れる流体の温度が上流側から下流側
に行くにしたがい、ヒータ３からの受熱により高くなる
ことに起因する。この温度分布は、流量に対応している
ため、ヒータ３の一部の領域の温度から流量を求めるこ
とができる。
タ３は、流体温度計４によって検出された流体温度より
も一定温度高い温度になるように、図示しない制御回路
によって通電制御される。ここで、ヒータ３の温度とい
うのは、あくまでヒータ３の平均温度である。つまり、
ヒータ３の周りに流れが存在する時、ヒータ３には流れ
方向の温度分布が形成される。すなわち、図１中の白抜
き矢印の方向（順流）に流体が流れると、ヒータ３の上
流側では温度が低く、下流側では温度が高くなる。これ
は、ヒータ３上を流れる流体の温度が上流側から下流側
に行くにしたがい、ヒータ３からの受熱により高くなる
ことに起因する。この温度分布は、流量に対応している
ため、ヒータ３の一部の領域の温度から流量を求めるこ
とができる。
【００１９】そこで、この実施形態においては、ヒータ
３の上流側の一部の領域の電圧、つまり電流端子８と電
圧測定端子１０間の電圧を測定する。そして、この測定
された電圧と、図示しない制御回路によってヒータ３に
流す電流とから、電流端子８と電圧測定端子１０間の抵
抗値を求め、この抵抗値から流体の流量を検出する。な
お、上記した電圧の測定から流量を検出するまでの処理
は、図示しない検出回路によって行われる。
３の上流側の一部の領域の電圧、つまり電流端子８と電
圧測定端子１０間の電圧を測定する。そして、この測定
された電圧と、図示しない制御回路によってヒータ３に
流す電流とから、電流端子８と電圧測定端子１０間の抵
抗値を求め、この抵抗値から流体の流量を検出する。な
お、上記した電圧の測定から流量を検出するまでの処理
は、図示しない検出回路によって行われる。
【００２０】なお、ヒータ３の一部の領域の温度から流
量を検出する場合、その一部の領域は、上記したような
上流側のみに限らず、ヒータ３の下流側のみとしてもよ
い。さらに、精度を高めるために、上流側、下流側のそ
れぞれの領域の温度から流量を検出するようにしてもよ
い。
量を検出する場合、その一部の領域は、上記したような
上流側のみに限らず、ヒータ３の下流側のみとしてもよ
い。さらに、精度を高めるために、上流側、下流側のそ
れぞれの領域の温度から流量を検出するようにしてもよ
い。
【００２１】また、ヒータ３のサイズは、図１に示すよ
うな折り返しパターンとした場合、折り返し回数を多く
して流れ方向の寸法を大くした方が上述の温度分布がつ
きやすいため、検出精度が向上する。その際、ヒータ３
の配線幅を一定にして折り返し数を増加させると、ヒー
タ３の全抵抗値が高くなる。制御回路とのマッチングを
行う上で抵抗値に制限が生じる場合には、ヒータ３の配
線幅を増加させるなどの対処を行うのが有効である。
うな折り返しパターンとした場合、折り返し回数を多く
して流れ方向の寸法を大くした方が上述の温度分布がつ
きやすいため、検出精度が向上する。その際、ヒータ３
の配線幅を一定にして折り返し数を増加させると、ヒー
タ３の全抵抗値が高くなる。制御回路とのマッチングを
行う上で抵抗値に制限が生じる場合には、ヒータ３の配
線幅を増加させるなどの対処を行うのが有効である。
【００２２】また、ヒータ３の電圧を測定する領域（以
下、測定領域という）としては、ヒータ３を折り返しパ
ターンとする限り、上流側あるいは下流側の最端部のみ
の端子間電圧を測定するのが精度に優れる。なぜなら、
ヒータ３の内部まで測定範囲を広げれば、測定領域の温
度が平均化されてしまうからである。しかしながら、検
出回路とのマッチングにより適当な端子間抵抗値になる
領域まで広げることが可能である。
下、測定領域という）としては、ヒータ３を折り返しパ
ターンとする限り、上流側あるいは下流側の最端部のみ
の端子間電圧を測定するのが精度に優れる。なぜなら、
ヒータ３の内部まで測定範囲を広げれば、測定領域の温
度が平均化されてしまうからである。しかしながら、検
出回路とのマッチングにより適当な端子間抵抗値になる
領域まで広げることが可能である。
【００２３】次に、逆流検出について説明する。一般
に、ヒータと別体に測温体を設ける方式では、図８、図
９で示したように、ヒータ３の上流側と下流側の双方に
測温体５、６を設ける必要がある。これは、測温体をい
ずれか一方のみ、例えば上流側の測温体５のみにする
と、順流の場合には、流量が増加するに従い、冷却効果
によって測温体５の温度は無風状態から徐々に低下して
いき、逆流の場合には、流体を通じて熱伝達より冷却効
果の方が強まり、徐々に測温体５の温度が低下してい
き、図２に示すように、測温体５の温度と流量が１体１
に対応しない、すなわち２値を示す領域が存在し、順
流、逆流の判別ができなくなるからである。測温体を下
流側の測温体６のみにした場合も同様である。
に、ヒータと別体に測温体を設ける方式では、図８、図
９で示したように、ヒータ３の上流側と下流側の双方に
測温体５、６を設ける必要がある。これは、測温体をい
ずれか一方のみ、例えば上流側の測温体５のみにする
と、順流の場合には、流量が増加するに従い、冷却効果
によって測温体５の温度は無風状態から徐々に低下して
いき、逆流の場合には、流体を通じて熱伝達より冷却効
果の方が強まり、徐々に測温体５の温度が低下してい
き、図２に示すように、測温体５の温度と流量が１体１
に対応しない、すなわち２値を示す領域が存在し、順
流、逆流の判別ができなくなるからである。測温体を下
流側の測温体６のみにした場合も同様である。
【００２４】これに対し、この実施形態のように、ヒー
タ３自体の温度を検出するようにした場合には、上記し
たような２値の問題は本質的に発生しない。流れが無い
時、つまり無風状態の時、ヒータ３には基本的に温度分
布が存在しない。順流が流れる時、平均温度が一定にな
るように制御されることから、流れ方向の中心部がほぼ
一定温度になる。したがって、上流部は無風状態より温
度が低下する。流量が大きくなるほど温度分布は大きく
なるため、上流側の温度は低くなる。逆流が流れる場合
には、全く逆で流量が大きくなるほど無風時より温度が
高くなる。従って、２値の問題は発生せず、順流、逆流
の検出を行うことができる。
タ３自体の温度を検出するようにした場合には、上記し
たような２値の問題は本質的に発生しない。流れが無い
時、つまり無風状態の時、ヒータ３には基本的に温度分
布が存在しない。順流が流れる時、平均温度が一定にな
るように制御されることから、流れ方向の中心部がほぼ
一定温度になる。したがって、上流部は無風状態より温
度が低下する。流量が大きくなるほど温度分布は大きく
なるため、上流側の温度は低くなる。逆流が流れる場合
には、全く逆で流量が大きくなるほど無風時より温度が
高くなる。従って、２値の問題は発生せず、順流、逆流
の検出を行うことができる。
【００２５】また、図８、図９で示したように、ヒータ
３の上流側と下流側の双方に測温体５、６を設けた場合
には、上流測温体５と下流測温体６の検出温度は、図３
（ａ）示すように流速に応じて変化する。このため、測
温体５、６の温度差は、図３（ｂ）に示すように、低流
量域では直線性が良いが、高流量域では直線性が悪化す
るという問題が生じる。これは、ダイアフラム２の熱容
量が極めて小さいために、上流測温体５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変化しなくな
り、下流測温体６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り、結果として温度差が生じな
くなってしまうためである。
３の上流側と下流側の双方に測温体５、６を設けた場合
には、上流測温体５と下流測温体６の検出温度は、図３
（ａ）示すように流速に応じて変化する。このため、測
温体５、６の温度差は、図３（ｂ）に示すように、低流
量域では直線性が良いが、高流量域では直線性が悪化す
るという問題が生じる。これは、ダイアフラム２の熱容
量が極めて小さいために、上流測温体５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変化しなくな
り、下流測温体６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り、結果として温度差が生じな
くなってしまうためである。
【００２６】これに対し、この実施形態では、ヒータ３
自体の温度を検出するようにしているため、そのような
問題は生じず、高流量域においても精度よく検出を行う
ことができる。
自体の温度を検出するようにしているため、そのような
問題は生じず、高流量域においても精度よく検出を行う
ことができる。
【００２７】さらに、測温体を別に設ける方式では、流
量の変化に対して、構成部材の熱伝導、流体の熱伝達を
介した伝熱現象を利用するため、応答性の遅れが問題に
なるが、この実施形態では、ヒータ３の温度を直接測定
するため、応答性に優れる。もちろん、ヒータと測温体
を積層した場合のような複雑な構造ではないため、熱ス
トレスに対しても本質的に強いという効果もある。
量の変化に対して、構成部材の熱伝導、流体の熱伝達を
介した伝熱現象を利用するため、応答性の遅れが問題に
なるが、この実施形態では、ヒータ３の温度を直接測定
するため、応答性に優れる。もちろん、ヒータと測温体
を積層した場合のような複雑な構造ではないため、熱ス
トレスに対しても本質的に強いという効果もある。
【００２８】次に、図１に示すフローセンサの製造方法
について、図４に示す工程図を参照して説明する。 ［図４（ａ）の工程］まず、半導体基板１として単結晶
のシリコン基板を用い、その上に下部膜１１を形成す
る。この下部膜１１は、Ｓｉ3Ｎ4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１１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１１の間に５０Å堆積
させる。そして、エッチングにより、ヒータ３、流体温
度計４の形状にパターニングする。このパターニングに
より、ヒータ３の電流端子８、９および電圧測定端子１
０など（図では電極取り出し部１２として図示する）も
同時に形成される。 ［図４（ｂ）の工程］下部膜１１と同様に、Ｓｉ3Ｎ4膜
とＳｉＯ2膜からなる２層膜の上部膜１３を形成する。
ここで、ヒータ３を膜構造のほぼ膜中心に配置し、かつ
上部膜１３および下部膜１１における膜構成をヒータ３
を中心として対称に配置することで、温度変化しても反
り変動が生じず、熱ストレスに対して強い構造が形成で
きる。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の電極取り出し部１２をエッチングに
より開口する。 ［図４（ｃ）の工程］全面に５０００ÅのＡｕを蒸着し
た後、エッチングを行い、電極取り出し部１２を覆うよ
うにエッチング保護膜１４を形成する。このエッチング
保護膜１４は、次工程で用いるＳｉエッチング溶液に対
して電極取り出し部１２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４（ｄ）の工程］ＴＭＡＨ溶液によって表面側から
シリコンの異方性エッチングを行い、空洞部７を形成す
る。
について、図４に示す工程図を参照して説明する。 ［図４（ａ）の工程］まず、半導体基板１として単結晶
のシリコン基板を用い、その上に下部膜１１を形成す
る。この下部膜１１は、Ｓｉ3Ｎ4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１１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１１の間に５０Å堆積
させる。そして、エッチングにより、ヒータ３、流体温
度計４の形状にパターニングする。このパターニングに
より、ヒータ３の電流端子８、９および電圧測定端子１
０など（図では電極取り出し部１２として図示する）も
同時に形成される。 ［図４（ｂ）の工程］下部膜１１と同様に、Ｓｉ3Ｎ4膜
とＳｉＯ2膜からなる２層膜の上部膜１３を形成する。
ここで、ヒータ３を膜構造のほぼ膜中心に配置し、かつ
上部膜１３および下部膜１１における膜構成をヒータ３
を中心として対称に配置することで、温度変化しても反
り変動が生じず、熱ストレスに対して強い構造が形成で
きる。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の電極取り出し部１２をエッチングに
より開口する。 ［図４（ｃ）の工程］全面に５０００ÅのＡｕを蒸着し
た後、エッチングを行い、電極取り出し部１２を覆うよ
うにエッチング保護膜１４を形成する。このエッチング
保護膜１４は、次工程で用いるＳｉエッチング溶液に対
して電極取り出し部１２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４（ｄ）の工程］ＴＭＡＨ溶液によって表面側から
シリコンの異方性エッチングを行い、空洞部７を形成す
る。
【００２９】以上のようにして図１に示すフローセンサ
を製造することができる。
を製造することができる。
【００３０】上記した製造方法において、ヒータ３、流
体温度計４を形成する膜としては、Ｐｔ膜以外に、ポリ
シリコン、ＮｉＣｒ、ＴａＮ、ＳｉＣ、Ｗなどを用いる
ことができる。また、下部膜１１、上部膜１３として
は、ヒータ３等を保護できるものであれば、ＴｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、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
１４は、露出した電極取り出し部１２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、ＴＭ
ＡＨ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。
体温度計４を形成する膜としては、Ｐｔ膜以外に、ポリ
シリコン、ＮｉＣｒ、ＴａＮ、ＳｉＣ、Ｗなどを用いる
ことができる。また、下部膜１１、上部膜１３として
は、ヒータ３等を保護できるものであれば、ＴｉＯ2、
Ａｌ2Ｏ3、Ｔａ2Ｏ5、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
１４は、露出した電極取り出し部１２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、ＴＭ
ＡＨ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】なお、上記した実施形態のように、ヒータ
３の一部の領域の温度から流量を検出する場合、ヒータ
３の設定温度が高いほどヒータ３の面内温度分布が大き
くなり、また流れによる測定領域の温度の変化が大きく
なるため、測定精度が高くなる。しかし、ヒータ３の温
度を高くするために単純にヒータ３に流れる電流を大き
くすると、消費電力の増大というデメリットが生じる。
３の一部の領域の温度から流量を検出する場合、ヒータ
３の設定温度が高いほどヒータ３の面内温度分布が大き
くなり、また流れによる測定領域の温度の変化が大きく
なるため、測定精度が高くなる。しかし、ヒータ３の温
度を高くするために単純にヒータ３に流れる電流を大き
くすると、消費電力の増大というデメリットが生じる。
【００３２】そこで、測定領域のみ局所的に発熱量を大
きくするのが好ましい。例えば、図５に示すように、上
流側の最端部３ａの配線幅を細くし局所的に抵抗値を高
くする、あるいは図６に示すように、上流側の領域３ｂ
の配線間隔を狭くし発熱密度を高くする。このようにす
れば、ヒータ３の消費電力を増大させることなくヒータ
３の測定領域のみ温度を高くすることができる。なお、
図５、図６では、測定領域をヒータ３の上流側にする場
合について示したが、ヒータ３の下流側あるいは上流側
と下流側の双方にした場合にも、同様な効果を奏する。
きくするのが好ましい。例えば、図５に示すように、上
流側の最端部３ａの配線幅を細くし局所的に抵抗値を高
くする、あるいは図６に示すように、上流側の領域３ｂ
の配線間隔を狭くし発熱密度を高くする。このようにす
れば、ヒータ３の消費電力を増大させることなくヒータ
３の測定領域のみ温度を高くすることができる。なお、
図５、図６では、測定領域をヒータ３の上流側にする場
合について示したが、ヒータ３の下流側あるいは上流側
と下流側の双方にした場合にも、同様な効果を奏する。
【００３３】また、ヒータ３の配線パターンが折り返す
部分について、その形状を曲線、好ましくは図７に示す
ように、折り返し部分の配線形状を一定曲率の半円状に
してもよい。通常、このような折り返し部分は長期間通
電することでマイグレーション（拡散）を起こし、断線
等を誘起しやすいが、折り返し部分の配線形状を曲線、
好ましくは図７に示すような一定曲率の半円状にするこ
とで、折り返し部分での電力集中とその結果生ずるマイ
グレーション現象を緩和し、断線に対する信頼性を確保
することができる。
部分について、その形状を曲線、好ましくは図７に示す
ように、折り返し部分の配線形状を一定曲率の半円状に
してもよい。通常、このような折り返し部分は長期間通
電することでマイグレーション（拡散）を起こし、断線
等を誘起しやすいが、折り返し部分の配線形状を曲線、
好ましくは図７に示すような一定曲率の半円状にするこ
とで、折り返し部分での電力集中とその結果生ずるマイ
グレーション現象を緩和し、断線に対する信頼性を確保
することができる。
【００３４】また、上記した実施形態では、空洞部７を
半導体基板１の一面側に形成するものを示したが、半導
体基板１の裏面側に空洞部を形成して、その上に薄膜構
造部からなるダイアフラムを形成するようにしてもよ
い。
半導体基板１の一面側に形成するものを示したが、半導
体基板１の裏面側に空洞部を形成して、その上に薄膜構
造部からなるダイアフラムを形成するようにしてもよ
い。
【図１】本発明の一実施形態にかかる感熱式フローセン
サの平面図である。
サの平面図である。
【図２】ヒータの上流側にのみ測温体を設けた場合の、
測温体の温度と流量との関係を示す図である。
測温体の温度と流量との関係を示す図である。
【図３】ヒータの上流側および下流側に測温体を設けた
場合の、流体の流速に対する測温体の温度およびその温
度差の変化を示す図である。
場合の、流体の流速に対する測温体の温度およびその温
度差の変化を示す図である。
【図４】本発明の一実施形態にかかるフローセンサの製
造方法を示す工程図である。
造方法を示す工程図である。
【図５】ヒータ３の上流側の最端部の配線幅を細くし局
所的に抵抗を高くした実施形態を示す図である。
所的に抵抗を高くした実施形態を示す図である。
【図６】ヒータ３の上流側の領域の配線間隔を狭くし発
熱密度を高くした実施形態を示す図である。
熱密度を高くした実施形態を示す図である。
【図７】ヒータ３の折り返し部分の配線形状を一定曲率
の半円状にした実施形態を示す図である。
の半円状にした実施形態を示す図である。
【図８】従来の感熱式フローセンサの斜視図である。
【図９】従来の感熱式フローセンサの平面図である。
１…シリコン基板、２…ダイアフラム、３…ヒータ、４
…流体温度計、７…空洞部、８、９…電流端子、１０…
電圧測定端子。
…流体温度計、７…空洞部、８、９…電流端子、１０…
電圧測定端子。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 和戸 弘幸 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 株式会 社デンソー内 Ｆターム(参考） 2F035 EA04 EA08
Claims (10)
- 【請求項１】 基板（１）に、配線パターンで形成され
た発熱体（３）を設けて、流体の流量を検出するように
したフローセンサにおいて、 前記発熱体（３）の一部の領域の電圧と前記発熱体
（３）に流れる電流から前記発熱体（３）の前記一部の
領域の抵抗値を求め、この抵抗値に基づいて前記流体の
流量を検出するようにしたことを特徴とするフローセン
サ。 - 【請求項２】 前記発熱体（３）の配線パターンに電圧
測定端子（１０）を接続形成し、前記発熱体（３）に電
流を流すための電流端子（８）と前記電圧測定端子（１
０）との間の電圧により、前記発熱体（３）の前記一部
の領域の電圧を測定するようにしたことを特徴とする請
求項１に記載のフローセンサ。 - 【請求項３】 前記発熱体（３）の前記一部の領域は、
前記流体の流れ方向の上流側の領域であることを特徴と
する請求項１または２に記載のフローセンサ。 - 【請求項４】 前記発熱体（３）の前記一部の領域は、
前記流体の流れ方向の下流側の領域であることを特徴と
する請求項１または２に記載のフローセンサ。 - 【請求項５】 前記発熱体（３）の前記一部の領域は、
前記流体の流れ方向の上流側と下流側の領域であること
を特徴とする請求項１または２に記載のフローセンサ。 - 【請求項６】 前記基板（１）の空洞部（７）上に形成
されたダイアフラム（２）に前記発熱体（３）が設けら
れていることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか
１つに記載のフローセンサ。 - 【請求項７】 前記発熱体（３）は、前記発熱体（３）
の前記一部の領域が他の領域に比べて発熱量が大きくな
る形状になっていることを特徴とする請求項１ないし６
のいずれか１つに記載のフローセンサ。 - 【請求項８】 前記発熱体（３）の前記一部の領域が他
の領域に比べて配線幅が細くなっていることを特徴とす
る請求項７に記載のフローセンサ。 - 【請求項９】 前記発熱体（３）の前記一部の領域が他
の領域に比べて配線間隔が狭くなっていることを特徴と
する請求項７に記載のフローセンサ。 - 【請求項１０】 前記発熱体（３）の配線パターンは、
前記流体の流れと直交する方向に連続して折り返した形
状となっており、その折り返し部分は、曲線形状になっ
ていることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１
つに記載のフローセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33659099A JP4258080B2 (ja) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | フローセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP33659099A JP4258080B2 (ja) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | フローセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001153704A true JP2001153704A (ja) | 2001-06-08 |
| JP4258080B2 JP4258080B2 (ja) | 2009-04-30 |
Family
ID=18300733
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP33659099A Expired - Fee Related JP4258080B2 (ja) | 1999-11-26 | 1999-11-26 | フローセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP4258080B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003057087A (ja) * | 2001-08-10 | 2003-02-26 | Horiba Ltd | 赤外線ガス分析計用流量検出素子 |
| JP2008002887A (ja) * | 2006-06-21 | 2008-01-10 | Yamatake Corp | 流れ検出装置 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7965954B2 (en) | 2006-12-12 | 2011-06-21 | Ricoh Company, Ltd. | Image forming apparatus |
-
1999
- 1999-11-26 JP JP33659099A patent/JP4258080B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003057087A (ja) * | 2001-08-10 | 2003-02-26 | Horiba Ltd | 赤外線ガス分析計用流量検出素子 |
| JP2008002887A (ja) * | 2006-06-21 | 2008-01-10 | Yamatake Corp | 流れ検出装置 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP4258080B2 (ja) | 2009-04-30 |
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