JP2001165731A - フローセンサおよびこれを用いた流量計 - Google Patents
フローセンサおよびこれを用いた流量計Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 流体の種類の変化に対する高い測定精度を有
し、小型化、低コスト化が可能なフローセンサを提供す
る。 【解決手段】 流体の流れの中に設置され、流体の流量
を測定する流量測定部５２と、流れのない流体の中に設
置され、流体の熱伝導率を測定する熱伝導率測定部５４
とを備えたフローセンサである。流量測定部５２および
熱伝導率測定部５４は、流体を加熱するヒータ１６，２
６と、ヒータ１６，２６の近傍に配置された温度センサ
１４，１８，２４，２８、とから構成されている。
し、小型化、低コスト化が可能なフローセンサを提供す
る。 【解決手段】 流体の流れの中に設置され、流体の流量
を測定する流量測定部５２と、流れのない流体の中に設
置され、流体の熱伝導率を測定する熱伝導率測定部５４
とを備えたフローセンサである。流量測定部５２および
熱伝導率測定部５４は、流体を加熱するヒータ１６，２
６と、ヒータ１６，２６の近傍に配置された温度センサ
１４，１８，２４，２８、とから構成されている。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、様々なガス種の流
量を測定できるフローセンサ、およびこれを用いた流量
計に関する。
量を測定できるフローセンサ、およびこれを用いた流量
計に関する。
【０００２】
【従来の技術】ガスメータ等に利用される流量計として
熱型のフローセンサを用いたものが知られている。熱型
のフローセンサは、流体の温度よりも高い温度を有する
ヒータを流量測定対象である流体の流れの中に設置し、
ヒータによって加熱された流体の温度分布が流速の増加
に伴って変化するという原理を利用したものである。
熱型のフローセンサを用いたものが知られている。熱型
のフローセンサは、流体の温度よりも高い温度を有する
ヒータを流量測定対象である流体の流れの中に設置し、
ヒータによって加熱された流体の温度分布が流速の増加
に伴って変化するという原理を利用したものである。
【０００３】特に、近年、半導体微細化加工技術／マイ
クロマシンニング技術を用いてシリコンなどの半導体基
板上に数ｍｍ2程度の微小なマイクロフローセンサを大
量に製造できるようになってきている。
クロマシンニング技術を用いてシリコンなどの半導体基
板上に数ｍｍ2程度の微小なマイクロフローセンサを大
量に製造できるようになってきている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】流量測定対象である流
体の種類が変化した場合、一般に熱伝導率や比熱等は変
化し、これによるヒータの加熱による流体の温度分布の
変動を招いてフローセンサの測定精度を低下させてしま
う問題点がある。
体の種類が変化した場合、一般に熱伝導率や比熱等は変
化し、これによるヒータの加熱による流体の温度分布の
変動を招いてフローセンサの測定精度を低下させてしま
う問題点がある。
【０００５】このため、フローセンサに測定対象の流体
の熱伝導率等をあらかじめ認識させておくことが有効と
期待できる。しかし、流体の種類が不定期に変化するガ
スメータ等の場合、すべての流体の熱伝導率等を認識さ
せておくことは現実的には不可能である。したがって、
ガスメータにガス分析センサを設け、流体の種類を随時
判定させることが必要となる。
の熱伝導率等をあらかじめ認識させておくことが有効と
期待できる。しかし、流体の種類が不定期に変化するガ
スメータ等の場合、すべての流体の熱伝導率等を認識さ
せておくことは現実的には不可能である。したがって、
ガスメータにガス分析センサを設け、流体の種類を随時
判定させることが必要となる。
【０００６】しかしながら、ガス分析センサによってガ
スメータ全体のサイズは大型し、またガス分析センサを
設置する広い場所も必要となる。さらに、測定結果を補
正する回路も必要となる。したがって、ガスメータの製
造コストが増大するという問題がある。
スメータ全体のサイズは大型し、またガス分析センサを
設置する広い場所も必要となる。さらに、測定結果を補
正する回路も必要となる。したがって、ガスメータの製
造コストが増大するという問題がある。
【０００７】本発明は、このような課題を解決し、流体
の種類の変化に対する高い測定精度を有したフローセン
サを提供することを目的とする。
の種類の変化に対する高い測定精度を有したフローセン
サを提供することを目的とする。
【０００８】本発明の他の目的は、流体の種類の判定部
と流体の流量の測定部の一体化が可能で、しかも小型
化、低コスト化が容易なフローセンサを提供することで
ある。
と流体の流量の測定部の一体化が可能で、しかも小型
化、低コスト化が容易なフローセンサを提供することで
ある。
【０００９】本発明のさらに他の目的は、流体の種類の
変化に対する高い測定精度を有した流量計を提供するこ
とを目的とする。
変化に対する高い測定精度を有した流量計を提供するこ
とを目的とする。
【００１０】本発明の他の目的は、流体の種類の判定部
と流体の流量の測定部の一体化が可能で、しかも小型
化、低コスト化が容易なフローセンサを用いた流量計を
提供することである。
と流体の流量の測定部の一体化が可能で、しかも小型
化、低コスト化が容易なフローセンサを用いた流量計を
提供することである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】上記目的を解決するた
め、本発明の特徴は、流体の流れの中に設置され、その
流体の流量を測定する流量測定部と、流れのない流体の
中に設置され、その流体の熱伝導率を測定する熱伝導率
測定部とを有したフローセンサであって、流量測定部お
よび熱伝導率測定部は、流体を加熱するヒータと、その
ヒータの近傍に配置された温度センサ、とから成るフロ
ーセンサであることである。
め、本発明の特徴は、流体の流れの中に設置され、その
流体の流量を測定する流量測定部と、流れのない流体の
中に設置され、その流体の熱伝導率を測定する熱伝導率
測定部とを有したフローセンサであって、流量測定部お
よび熱伝導率測定部は、流体を加熱するヒータと、その
ヒータの近傍に配置された温度センサ、とから成るフロ
ーセンサであることである。
【００１２】本発明の特徴によれば、流量測定部によっ
て流体の流量を測定すると共に、熱伝導率測定部によっ
て流体の熱伝導率を測定する。そして、測定した熱伝導
率から流体の種類を特定し、測定した流量の値を補正
し、流体の種類に見合った値を求めることが可能とな
る。このため、様々なガス種の変化に伴う正確な流量の
測定が可能となり、また、流量測定部と熱伝導率測定部
が一体化されているので、フローセンサの小型化、低コ
スト化が実現される。
て流体の流量を測定すると共に、熱伝導率測定部によっ
て流体の熱伝導率を測定する。そして、測定した熱伝導
率から流体の種類を特定し、測定した流量の値を補正
し、流体の種類に見合った値を求めることが可能とな
る。このため、様々なガス種の変化に伴う正確な流量の
測定が可能となり、また、流量測定部と熱伝導率測定部
が一体化されているので、フローセンサの小型化、低コ
スト化が実現される。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一
または類似の部分には同一または類似の符号が付してあ
る。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸
法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異な
ることに留意すべきである。したがって、具体的な厚み
や寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。
また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率等
が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一
または類似の部分には同一または類似の符号が付してあ
る。ただし、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸
法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異な
ることに留意すべきである。したがって、具体的な厚み
や寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。
また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率等
が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１４】（フローセンサ）図１は、本発明の実施の
形態に係るフローセンサを説明するための模式的な断面
図、図２は、本発明の実施の形態に係るフローセンサを
説明するための模式的な平面図である。
形態に係るフローセンサを説明するための模式的な断面
図、図２は、本発明の実施の形態に係るフローセンサを
説明するための模式的な平面図である。
【００１５】図１の断面図に示すように、本発明の実施
の形態に係るフローセンサは、流体の熱伝導率を測定す
る熱伝導率測定部５４を具備した第１のシリコン基体１
０と、流体の流量を測定する流量測定部５２および熱伝
導率測定部５４に流体を導入するガス導入口３０を具備
し、第１のシリコン基体１０の上部に、陽極接合または
Ｓｉ−Ｓｉ直接接合によって、あるいは、銀ペーストや
Ａｕ−Ｓｉ、ハンダ等３４によって、接着された第２の
シリコン基体２０と、第１のシリコン基体１０の下部
に、陽極接合またはＳｉ−Ｓｉ直接接合によって、ある
いは、銀ペーストやＡｕ−Ｓｉ、ハンダ等３４によっ
て、接着されたステム３２とを少なくとも有している。
の形態に係るフローセンサは、流体の熱伝導率を測定す
る熱伝導率測定部５４を具備した第１のシリコン基体１
０と、流体の流量を測定する流量測定部５２および熱伝
導率測定部５４に流体を導入するガス導入口３０を具備
し、第１のシリコン基体１０の上部に、陽極接合または
Ｓｉ−Ｓｉ直接接合によって、あるいは、銀ペーストや
Ａｕ−Ｓｉ、ハンダ等３４によって、接着された第２の
シリコン基体２０と、第１のシリコン基体１０の下部
に、陽極接合またはＳｉ−Ｓｉ直接接合によって、ある
いは、銀ペーストやＡｕ−Ｓｉ、ハンダ等３４によっ
て、接着されたステム３２とを少なくとも有している。
【００１６】ここで、流量測定部５２は、ダイアフラム
２２上に形成されたマイクロヒータ２６と、マイクロヒ
ータ２６に対して流体の流れの下流側に配置され、ダイ
アフラム上に形成された温度センサ２４と、マイクロヒ
ータ２６に対して流体の流れの上流側に配置され、ダイ
アフラム２２上に形成された温度センサ２８とを有して
いる。また、熱伝導率測定部５４は、ダイアフラム１２
上に形成されたマイクロヒータ１６と、マイクロヒータ
１６を挟んで配置され、ダイアフラム１２上に形成され
た温度センサ１４および１８とを有している。流量測定
部５２は、流量測定対象の流体の流れの中に配置される
のに対し、熱伝導率測定部５４は、流体の流れの中に直
接配置されることはない。熱伝導率測定部５４は、第２
のシリコン基体２０に形成された空間（溝）内に配置さ
れ、第２のシリコン基体２０に形成されたガス導入口３
０を介して溝内に導入される流体のみと接触する。
２２上に形成されたマイクロヒータ２６と、マイクロヒ
ータ２６に対して流体の流れの下流側に配置され、ダイ
アフラム上に形成された温度センサ２４と、マイクロヒ
ータ２６に対して流体の流れの上流側に配置され、ダイ
アフラム２２上に形成された温度センサ２８とを有して
いる。また、熱伝導率測定部５４は、ダイアフラム１２
上に形成されたマイクロヒータ１６と、マイクロヒータ
１６を挟んで配置され、ダイアフラム１２上に形成され
た温度センサ１４および１８とを有している。流量測定
部５２は、流量測定対象の流体の流れの中に配置される
のに対し、熱伝導率測定部５４は、流体の流れの中に直
接配置されることはない。熱伝導率測定部５４は、第２
のシリコン基体２０に形成された空間（溝）内に配置さ
れ、第２のシリコン基体２０に形成されたガス導入口３
０を介して溝内に導入される流体のみと接触する。
【００１７】図２の平面図に示すように、マイクロヒー
タ１６，２６および温度センサ１４，１８，２４，２８
は、複数のパッド３６を有している。そして、複数のパ
ッド３６は、複数のワイヤ４０を介して、ステム３２を
貫通して設けられた複数の丸棒状のピン３８にそれぞれ
電気的に接続されている。ピン３８は、ステム３２によ
って流量測定対象の流体と外部の気密を保持し、かつ絶
縁して、各パッド３６を外部に取り出すようになってい
る。それにより、外部の電源（図示しない）からマイク
ロヒータ１６，２６に駆動電流が供給され、温度センサ
１４，１８，２４，２８の検出信号が外部に出力され
る。
タ１６，２６および温度センサ１４，１８，２４，２８
は、複数のパッド３６を有している。そして、複数のパ
ッド３６は、複数のワイヤ４０を介して、ステム３２を
貫通して設けられた複数の丸棒状のピン３８にそれぞれ
電気的に接続されている。ピン３８は、ステム３２によ
って流量測定対象の流体と外部の気密を保持し、かつ絶
縁して、各パッド３６を外部に取り出すようになってい
る。それにより、外部の電源（図示しない）からマイク
ロヒータ１６，２６に駆動電流が供給され、温度センサ
１４，１８，２４，２８の検出信号が外部に出力され
る。
【００１８】このフローセンサの構造において、マイク
ロヒータ１６および２６としては、発熱等による抵抗値
の変動が小さい導電体を用いれば良い。たとえば、白金
（Ｐｔ）、パーマロイ（鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）
合金）等を用いれば良い。温度センサ１４，１８，２
４，２８としては、測温抵抗や焦電体、サーミスタ等、
周知の温度センサであれば良いが、中でもサーモパイル
が最も望ましい。サーモパイルは熱電対を直列に並べた
ものであり、熱電対列とも呼ばれている。熱電対は異種
の導電体の両端を接触させて作製される。一方の接点
（冷接点）を定温に保ち、他方の接点（温接点）の温度
を変化させ、冷接点と温接点の温度差によって発生する
熱起電力の測定値から温度検出信号を出力する。サーモ
パイル１４，１８，２４，２８の温接点はダイヤフラム
１２，２２上に形成され、冷接点はシリコン基体１０，
２０上に形成される。各温接点の温度は流体の流れによ
って変化するが、各冷接点は常に基体１０，２０の温度
に保たれる。異種の導電体としては、出力レベルや半導
体プロセスとの適合性等の観点から、高濃度ｐ型シリコ
ン（ｐ++−Ｓｉ）と、白金（Ｐｔ）またはアルミニウム
（Ａｌ）の組合せを用いれば良い。
ロヒータ１６および２６としては、発熱等による抵抗値
の変動が小さい導電体を用いれば良い。たとえば、白金
（Ｐｔ）、パーマロイ（鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）
合金）等を用いれば良い。温度センサ１４，１８，２
４，２８としては、測温抵抗や焦電体、サーミスタ等、
周知の温度センサであれば良いが、中でもサーモパイル
が最も望ましい。サーモパイルは熱電対を直列に並べた
ものであり、熱電対列とも呼ばれている。熱電対は異種
の導電体の両端を接触させて作製される。一方の接点
（冷接点）を定温に保ち、他方の接点（温接点）の温度
を変化させ、冷接点と温接点の温度差によって発生する
熱起電力の測定値から温度検出信号を出力する。サーモ
パイル１４，１８，２４，２８の温接点はダイヤフラム
１２，２２上に形成され、冷接点はシリコン基体１０，
２０上に形成される。各温接点の温度は流体の流れによ
って変化するが、各冷接点は常に基体１０，２０の温度
に保たれる。異種の導電体としては、出力レベルや半導
体プロセスとの適合性等の観点から、高濃度ｐ型シリコ
ン（ｐ++−Ｓｉ）と、白金（Ｐｔ）またはアルミニウム
（Ａｌ）の組合せを用いれば良い。
【００１９】次に、本発明の実施の形態の動作について
説明する。本発明の実施の形態に係るフローセンサは、
流量測定対象である流体の中に設置され、（１）流量測
定部５２による流体の流量測定、（２）熱伝導率測定部
５４による流体の熱伝導率測定、の２つの測定を実施す
る。
説明する。本発明の実施の形態に係るフローセンサは、
流量測定対象である流体の中に設置され、（１）流量測
定部５２による流体の流量測定、（２）熱伝導率測定部
５４による流体の熱伝導率測定、の２つの測定を実施す
る。
【００２０】（１）流量測定部５２による流量測定 外部の電源からマイクロヒータ２６に駆動電流が供給さ
れると、マイクロヒータ２６は発熱し、周囲の流体に熱
を伝達する。流体は熱を伝達する媒体となり、サーモパ
イル２４，２８にマイクロヒータ２６の熱を供給する。
ダイアフラム２２上に配置されたサーモパイル２４，２
８の温接点は、流体が伝える熱によって加熱され、その
温度は上昇する。一方、シリコン基体２０上に配置され
た冷接点はシリコン基体２０の温度に保たれる。温接点
と冷接点の温度差により熱起電力が発生し、それにより
サーモパイル２４，２８は検出信号を出力する。
れると、マイクロヒータ２６は発熱し、周囲の流体に熱
を伝達する。流体は熱を伝達する媒体となり、サーモパ
イル２４，２８にマイクロヒータ２６の熱を供給する。
ダイアフラム２２上に配置されたサーモパイル２４，２
８の温接点は、流体が伝える熱によって加熱され、その
温度は上昇する。一方、シリコン基体２０上に配置され
た冷接点はシリコン基体２０の温度に保たれる。温接点
と冷接点の温度差により熱起電力が発生し、それにより
サーモパイル２４，２８は検出信号を出力する。
【００２１】マイクロヒータ２６の熱は、流体を介して
の熱拡散と流体の流れの２つの相乗効果によってサーモ
パイル２４，２８に伝達される。したがって、流体に流
速がなければ、マイクロヒータ２６の熱は熱拡散によっ
てサーモパイル２４，２８に均等に伝達される。このた
め、サーモパイル２４，２８の検出信号は等しい値とな
り、その差は零となる。
の熱拡散と流体の流れの２つの相乗効果によってサーモ
パイル２４，２８に伝達される。したがって、流体に流
速がなければ、マイクロヒータ２６の熱は熱拡散によっ
てサーモパイル２４，２８に均等に伝達される。このた
め、サーモパイル２４，２８の検出信号は等しい値とな
り、その差は零となる。
【００２２】一方、流体に一定の流速が発生すると、そ
の流れによって下流側のサーモパイル２８よりも上流側
のサーモパイル２４に伝わる熱量の方が大きくなる。そ
の結果、上流側および下流側のサーモパイル２４，２８
の検出信号の差が生じることになる。そして、その検出
信号差は流体の流速に応じた正値であり、この検出信号
差に基づいて流体の流量を測定する。
の流れによって下流側のサーモパイル２８よりも上流側
のサーモパイル２４に伝わる熱量の方が大きくなる。そ
の結果、上流側および下流側のサーモパイル２４，２８
の検出信号の差が生じることになる。そして、その検出
信号差は流体の流速に応じた正値であり、この検出信号
差に基づいて流体の流量を測定する。
【００２３】もちろん、流量測定は上流側および下流側
のサーモパイル２４，２８のうちの一方の検出信号で算
出可能である。ただし、２つの検出信号の差を用いれ
ば、サーモパイル２４，２８の周囲温度ドリフトを考慮
した測定が可能となる。
のサーモパイル２４，２８のうちの一方の検出信号で算
出可能である。ただし、２つの検出信号の差を用いれ
ば、サーモパイル２４，２８の周囲温度ドリフトを考慮
した測定が可能となる。
【００２４】（２）熱伝導率測定部５４による熱伝導率
測定 上述したように、熱伝導率測定部５４は、流体の流れの
中に設置されず、ガス導入口３０から導入される流体の
中に設置される。すなわち、マイクロヒータ１６の熱
は、流体の流れに影響を受けず、流体を媒体とする熱拡
散効果のみによってサーモパイル１４，１８に伝達され
ることになる。したがって、サーモパイル１４，１８の
出力信号は、流体に流れがあるか否かにかかわらず、流
体の熱拡散効果のみによって決定されることになる。こ
のため、熱伝導率測定部５４は流体の熱伝導率を定常的
に測定することが可能となる。
測定 上述したように、熱伝導率測定部５４は、流体の流れの
中に設置されず、ガス導入口３０から導入される流体の
中に設置される。すなわち、マイクロヒータ１６の熱
は、流体の流れに影響を受けず、流体を媒体とする熱拡
散効果のみによってサーモパイル１４，１８に伝達され
ることになる。したがって、サーモパイル１４，１８の
出力信号は、流体に流れがあるか否かにかかわらず、流
体の熱拡散効果のみによって決定されることになる。こ
のため、熱伝導率測定部５４は流体の熱伝導率を定常的
に測定することが可能となる。
【００２５】次に、本発明の実施の形態に係るフローセ
ンサの製造方法について図３乃至図６を用いて説明す
る。図３は、本発明の実施の形態に係るフローセンサの
流量測定部５２および熱伝導率測定部５４の要部を示す
平面図、図４は、図１の第１のシリコン基体１０の製造
工程を示す断面図、図５は、図１の第２のシリコン基体
２０の製造工程を示す断面図である。また、図６は、図
４の第１のシリコン基体１０と図５の第２のシリコン基
体２０の貼り合わせ工程を説明するための図であり、
（ａ）〜（ｃ）はその断面図、（ｄ）〜（ｆ）はその平
面図である。
ンサの製造方法について図３乃至図６を用いて説明す
る。図３は、本発明の実施の形態に係るフローセンサの
流量測定部５２および熱伝導率測定部５４の要部を示す
平面図、図４は、図１の第１のシリコン基体１０の製造
工程を示す断面図、図５は、図１の第２のシリコン基体
２０の製造工程を示す断面図である。また、図６は、図
４の第１のシリコン基体１０と図５の第２のシリコン基
体２０の貼り合わせ工程を説明するための図であり、
（ａ）〜（ｃ）はその断面図、（ｄ）〜（ｆ）はその平
面図である。
【００２６】図３に示すように、本発明の実施の形態に
係るフローセンサの流量測定部５２および熱伝導率測定
部５４は同種のセンサで構成されている。すなわち、流
量測定部５２および熱伝導率測定部５４は共にマイクロ
ヒータ１６，２６と、温度センサ（サーモパイル）１
４，１８，２４，２８とで構成されている。各マイクロ
ヒータ１６，２６および温度センサ１４，１８，２４，
２８それぞれは外部と接続するパッドを有しており、マ
イクロヒータ１６，２６にはパッド３６を介して外部の
電源から駆動電流が供給され、温度センサ１４，１８，
２４，２８の出力信号がパッド３６を介して外部に取り
出される。
係るフローセンサの流量測定部５２および熱伝導率測定
部５４は同種のセンサで構成されている。すなわち、流
量測定部５２および熱伝導率測定部５４は共にマイクロ
ヒータ１６，２６と、温度センサ（サーモパイル）１
４，１８，２４，２８とで構成されている。各マイクロ
ヒータ１６，２６および温度センサ１４，１８，２４，
２８それぞれは外部と接続するパッドを有しており、マ
イクロヒータ１６，２６にはパッド３６を介して外部の
電源から駆動電流が供給され、温度センサ１４，１８，
２４，２８の出力信号がパッド３６を介して外部に取り
出される。
【００２７】（Ａ）まず、図４を参照して、第１のシリ
コン基体１０の製造方法について説明する。図４（ａ）
に示すように、５００μｍ程度の厚さを有するシリコン
基板（シリコン基体）１０を用意する。
コン基体１０の製造方法について説明する。図４（ａ）
に示すように、５００μｍ程度の厚さを有するシリコン
基板（シリコン基体）１０を用意する。
【００２８】次に、図４（ｂ）に示すように、まずシ
リコン基体１０の上面にｐ++−シリコン層４２を形成す
る。ｐ++−シリコン層４２の形成は次のように行われ
る。まず、酸化膜（図示しない）をマスクとして、ボロ
ンイオンをドーズ量１０20ｃｍ-2で選択的にイオン注入
する。イオン注入のマスクとしてフォトレジストを用い
ても良いことはもちろんである。その後、所望の深さが
得られるようにアニールして、ｐ++−シリコン層４２を
形成する。ｐ++−シリコン層４２形成後、ダイアフラ
ム１２を構成する窒化膜（上層）／酸化膜（下層）の２
層構造を有する３５０ｎｍ程度の薄い絶縁膜４４を形成
する。絶縁膜４４の形成は次のように行われる。まずシ
リコン基体１０を１０００℃の酸化性雰囲気中で熱処理
し、シリコン基体１０の表面および裏面に１００ｎｍ〜
１０００ｎｍの薄い酸化膜を形成する。さらに酸化膜上
にＬＰＣＶＤ法によって１００ｎｍ〜５００ｎｍの薄い
窒化膜を堆積し、絶縁膜４４を形成する。
リコン基体１０の上面にｐ++−シリコン層４２を形成す
る。ｐ++−シリコン層４２の形成は次のように行われ
る。まず、酸化膜（図示しない）をマスクとして、ボロ
ンイオンをドーズ量１０20ｃｍ-2で選択的にイオン注入
する。イオン注入のマスクとしてフォトレジストを用い
ても良いことはもちろんである。その後、所望の深さが
得られるようにアニールして、ｐ++−シリコン層４２を
形成する。ｐ++−シリコン層４２形成後、ダイアフラ
ム１２を構成する窒化膜（上層）／酸化膜（下層）の２
層構造を有する３５０ｎｍ程度の薄い絶縁膜４４を形成
する。絶縁膜４４の形成は次のように行われる。まずシ
リコン基体１０を１０００℃の酸化性雰囲気中で熱処理
し、シリコン基体１０の表面および裏面に１００ｎｍ〜
１０００ｎｍの薄い酸化膜を形成する。さらに酸化膜上
にＬＰＣＶＤ法によって１００ｎｍ〜５００ｎｍの薄い
窒化膜を堆積し、絶縁膜４４を形成する。
【００２９】次に、図４（ｃ）に示すように、フォトレ
ジスト等の所定のマスクを用いて、シリコン基体１０の
表面上の絶縁膜４４を貫通してｐ++−シリコン層４２に
達するコンタクトホール４６をＲＩＥ法などにより形成
する。また、同様にして、フォトレジスト等の所定のマ
スクを用いて、シリコン基体１０の裏面上の絶縁膜４４
をＲＩＥ法などにより除去し、ダイアフラム１２形成の
ためのシリコンエッチング窓４８を形成する。
ジスト等の所定のマスクを用いて、シリコン基体１０の
表面上の絶縁膜４４を貫通してｐ++−シリコン層４２に
達するコンタクトホール４６をＲＩＥ法などにより形成
する。また、同様にして、フォトレジスト等の所定のマ
スクを用いて、シリコン基体１０の裏面上の絶縁膜４４
をＲＩＥ法などにより除去し、ダイアフラム１２形成の
ためのシリコンエッチング窓４８を形成する。
【００３０】次に、図４（ｄ）に示すように、白金（Ｐ
ｔ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜５０を真空蒸着
法またはスパッタリング法を用いて堆積する。そして、
フォトリソグラフィおよびＲＩＥ法、イオンミリング
法、もしくはＨＦ溶液等のエッチャントを用いたウェッ
トエッチングを用いて金属膜５０をパターニングする。
ｔ）、アルミニウム（Ａｌ）等の金属膜５０を真空蒸着
法またはスパッタリング法を用いて堆積する。そして、
フォトリソグラフィおよびＲＩＥ法、イオンミリング
法、もしくはＨＦ溶液等のエッチャントを用いたウェッ
トエッチングを用いて金属膜５０をパターニングする。
【００３１】そして、図４（ｅ）に示すように、シリコ
ンエッチング窓４８を用いてシリコン基体１０の一部を
除去し、凹部を形成する。凹部の形成は水酸化カリウム
（ＫＯＨ）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、エチレンジアミン
・ピロカテコール（ＮＨ2（ＣＨ）2ＮＨ2−Ｃ6Ｈ4（Ｏ
Ｈ）2）、あるいはＴＭＡＨ溶液等の所定のエッチング
液を用いて異方性エッチングを行えば良い。
ンエッチング窓４８を用いてシリコン基体１０の一部を
除去し、凹部を形成する。凹部の形成は水酸化カリウム
（ＫＯＨ）、ヒドラジン（Ｎ2Ｈ4）、エチレンジアミン
・ピロカテコール（ＮＨ2（ＣＨ）2ＮＨ2−Ｃ6Ｈ4（Ｏ
Ｈ）2）、あるいはＴＭＡＨ溶液等の所定のエッチング
液を用いて異方性エッチングを行えば良い。
【００３２】（Ｂ）次に、図５を参照して、第２のシリ
コン基体２０の製造方法について説明する。図５（ａ）
に示すように、シリコン基板（シリコン基体）２０を用
意した後、図５（ｂ）に示すように、ｐ++−シリコン層
４２、絶縁膜４４を形成する。
コン基体２０の製造方法について説明する。図５（ａ）
に示すように、シリコン基板（シリコン基体）２０を用
意した後、図５（ｂ）に示すように、ｐ++−シリコン層
４２、絶縁膜４４を形成する。
【００３３】次に、図５（ｃ）に示すように、シリコン
基体２０の表面の絶縁膜４４を貫通してコンタクトホー
ル４６を形成する。同時に、ガス導入口３０を形成する
領域にコンタクトホール４６ａを形成する。また、裏面
の絶縁膜４４を除去し、シリコンエッチング窓４８を形
成する。シリコンエッチング窓４８はガス導入口３０を
形成する領域の直下に相当する部分にも形成される。
基体２０の表面の絶縁膜４４を貫通してコンタクトホー
ル４６を形成する。同時に、ガス導入口３０を形成する
領域にコンタクトホール４６ａを形成する。また、裏面
の絶縁膜４４を除去し、シリコンエッチング窓４８を形
成する。シリコンエッチング窓４８はガス導入口３０を
形成する領域の直下に相当する部分にも形成される。
【００３４】そして、図５（ｄ）に示すように、金属膜
５０のパターニング終了後、図５（ｅ）に示すように、
シリコン基体２０の一部を除去し、凹部を形成する。凹
部はダイアフラム２２およびガス導入口３０を形成す
る。
５０のパターニング終了後、図５（ｅ）に示すように、
シリコン基体２０の一部を除去し、凹部を形成する。凹
部はダイアフラム２２およびガス導入口３０を形成す
る。
【００３５】（Ｃ）最後に、図６を参照して、第１のシ
リコン基体１０と第２のシリコン基体２０の貼り合わせ
方法について説明する。図６（ａ）および（ｄ）に示す
ように、第２のシリコン基体２０を用意する。図示はし
ないが、第２のシリコン基体２０は、１チップごとに分
割される。
リコン基体１０と第２のシリコン基体２０の貼り合わせ
方法について説明する。図６（ａ）および（ｄ）に示す
ように、第２のシリコン基体２０を用意する。図示はし
ないが、第２のシリコン基体２０は、１チップごとに分
割される。
【００３６】次に、図６（ｂ）および（ｅ）に示すよう
に、第１のシリコン基体１０に分割された個々の第２の
シリコン基体２０ａ，２０ｂを陽極接合またはＳｉ−Ｓ
ｉ直接接合によって、あるいは、銀ペーストやＡｕ−Ｓ
ｉ、ハンダ等３４によって接着する。この接着によっ
て、ガス導入口３０の直下に熱伝導率測定部５４が配置
される。
に、第１のシリコン基体１０に分割された個々の第２の
シリコン基体２０ａ，２０ｂを陽極接合またはＳｉ−Ｓ
ｉ直接接合によって、あるいは、銀ペーストやＡｕ−Ｓ
ｉ、ハンダ等３４によって接着する。この接着によっ
て、ガス導入口３０の直下に熱伝導率測定部５４が配置
される。
【００３７】そして、図６（ｃ）および（ｆ）に示すよ
うに、１チップごとに第１のシリコン基体１０を分割
し、所定のダイボンディング工程およびワイヤボンディ
ング工程を経て、本発明の実施の形態に係るフローセン
サが完成する。
うに、１チップごとに第１のシリコン基体１０を分割
し、所定のダイボンディング工程およびワイヤボンディ
ング工程を経て、本発明の実施の形態に係るフローセン
サが完成する。
【００３８】（流量計）図７は、本発明の実施の形態に
係る流量計のブロック図である。この実施の形態に係る
流量計は、流量測定対象である流体の熱伝導率を熱伝導
率測定部５４と、流体測定対象である流体の流速を測定
する流量測定部５２と、熱伝導率測定部５４および流量
測定部５２の検出信号を入力し、流量測定対象である流
体の流量の算出および表示の処理を行う処理部５６と、
算出された流量を表示する表示部５８とを有している。
係る流量計のブロック図である。この実施の形態に係る
流量計は、流量測定対象である流体の熱伝導率を熱伝導
率測定部５４と、流体測定対象である流体の流速を測定
する流量測定部５２と、熱伝導率測定部５４および流量
測定部５２の検出信号を入力し、流量測定対象である流
体の流量の算出および表示の処理を行う処理部５６と、
算出された流量を表示する表示部５８とを有している。
【００３９】処理部５６は、流量測定部５２からの検出
信号に基づいて流体の流量を算出すると共に、熱伝導率
測定部５４からの検出信号に基づいて流体の熱伝導率を
算出する。そして、算出した熱伝導率から流体の種類を
特定し、算出した流量を特定した流体の種類に見合った
値に補正する。図示はしないが、処理部５６は、算出し
た熱伝導率から流体の種類を特定するためのテーブルを
有している。処理部５６は、そのテーブルを利用して流
体の種類を特定する。
信号に基づいて流体の流量を算出すると共に、熱伝導率
測定部５４からの検出信号に基づいて流体の熱伝導率を
算出する。そして、算出した熱伝導率から流体の種類を
特定し、算出した流量を特定した流体の種類に見合った
値に補正する。図示はしないが、処理部５６は、算出し
た熱伝導率から流体の種類を特定するためのテーブルを
有している。処理部５６は、そのテーブルを利用して流
体の種類を特定する。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、流体の種類の変化に対
する高い測定精度を有したフローセンサを実現できる。
する高い測定精度を有したフローセンサを実現できる。
【００４１】本発明によれば、流体の種類の判定部と流
体の流量の測定部の一体化が可能で、しかも小型化、低
コスト化が容易なフローセンサを実現できる。
体の流量の測定部の一体化が可能で、しかも小型化、低
コスト化が容易なフローセンサを実現できる。
【００４２】本発明によれば、流体の種類の変化に対す
る高い測定精度を有した流量計を実現できる。
る高い測定精度を有した流量計を実現できる。
【００４３】本発明によれば、流体の種類の判定部と流
体の流量の測定部の一体化が可能で、しかも小型化、低
コスト化が容易なフローセンサを用いた流量計を実現で
きる。
体の流量の測定部の一体化が可能で、しかも小型化、低
コスト化が容易なフローセンサを用いた流量計を実現で
きる。
【図１】本発明の実施の形態に係るフローセンサを説明
するための模式的な断面図である。
するための模式的な断面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るフローセンサを説明
するための模式的な平面図である。
するための模式的な平面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るフローセンサの流量
測定部および熱伝導率測定部の要部を示す平面図であ
る。
測定部および熱伝導率測定部の要部を示す平面図であ
る。
【図４】図１の第１のシリコン基体の製造工程を示す断
面図である。
面図である。
【図５】図１の第２のシリコン基体の製造工程を示す断
面図である。
面図である。
【図６】図４の第１のシリコン基体と図５の第２のシリ
コン基体の貼り合わせ工程を説明するための図であり、
（ａ）〜（ｃ）はその断面図、（ｄ）〜（ｆ）はその平
面図である。
コン基体の貼り合わせ工程を説明するための図であり、
（ａ）〜（ｃ）はその断面図、（ｄ）〜（ｆ）はその平
面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係る流量計のブロック図
である。
である。
１０ シリコン基体 １２ ダイアフラム １４，１８，２４，２８ 温度センサ １６，２６ マイクロヒータ ３０ ガス導入口 ３２ ステム ３４ 銀ペースト、Ａｕ−Ｓｉ、ハンダ等 ３６ パッド ３８ ピン ４０ ワイヤ ４２ ｐ++−シリコン層 ４４ 絶縁膜 ４６ コンタクトホール ４８ シリコンエッチング窓 ５０ 金属膜 ５２ 流量測定部 ５４ 熱伝導率測定部 ５６ 処理部 ５８ 表示部
Claims (13)
- 【請求項１】 流体の流れの中に設置され、該流体の流
量を測定する流量測定部と、 流れのない前記流体の中に設置され、前記流体の熱伝導
率を測定する熱伝導率測定部とを有し、 前記流量測定部および熱伝導率測定部は、前記流体を加
熱するヒータと、該ヒータの近傍に配置された温度セン
サ、とから成ることを特徴とするフローセンサ。 - 【請求項２】 前記流量測定部の温度センサは、前記ヒ
ータに対して前記流体の流れの上流側に配置された上流
側温度センサ、および前記ヒータに対して前記流体の流
れの下流側に配置された下流側温度センサから構成され
る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】 前記ヒータおよび温度センサは、基体に
形成されたダイアフラム上に配置されることを特徴とす
る請求項１に記載のフローセンサ。 - 【請求項４】 第１の基体と、 該第１の基体の表面に形成され、周辺が固定された第１
のダイアフラムと、 該第１のダイアフラム上に配置され、流体の熱伝導率を
測定する熱伝導率測定部と、 前記第１の基体の上部に配置され、前記熱伝導率測定部
を覆う第２の基体と、 該第２の基体の表面に形成され、周辺が固定された第２
のダイアフラムと、 該第２のダイアフラム上に配置され、流体の流量を測定
する流量測定部と、 前記第２の基体を貫通して形成され、前記熱伝導率測定
部に前記流体を導入する流体導入口とを有することを特
徴とするフローセンサ。 - 【請求項５】 前記流量測定部の温度センサは、前記ヒ
ータに対して前記流体の流れの上流側に配置された上流
側温度センサ、および前記ヒータに対して前記流体の流
れの下流側に配置された下流側温度センサから構成され
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】 前記第２の基体は、前記第２の基体の表
面に形成され、周辺が固定された第３のダイアフラムを
さらに有し、 前記流体導入口は、前記第３のダイアフラムを貫通して
形成された開口部であることを特徴とする請求項５に記
載のフローセンサ。 - 【請求項７】 前記第１の基体上に形成され、前記ヒー
タおよび温度センサに接続された第１の電極、および前
記第２の基体上に形成され、前記ヒータおよび温度セン
サに接続された第２の電極を、さらに有することを特徴
とする請求項４に記載のフローセンサ。 - 【請求項８】 前記第１の基体の下部に配置され、外部
と電気的に接続された外部出力電極を有する基台をさら
に有し、 前記第１および第２の電極と前記外部出力電極が電気的
に接続され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】 前記第１および第２の電極と前記外部出
力電極の接続は、ワイヤボンディングによることを特徴
とする請求項８に記載のフローセンサ。 - 【請求項１０】 前記温度センサは、サーモパイルから
成ることを特徴とする請求項４乃至９に記載のフローセ
ンサ。 - 【請求項１１】 請求項１乃至１０記載のフローセンサ
の流量測定部および熱伝導率測定部からの検出信号を入
力する処理部であって、前記流量測定部からの検出信号
に基づいて前記流体の流量を算出すると共に、前記熱伝
導率測定部からの検出信号に基づいて流体の熱伝導率を
算出し、該熱伝導率に基づき算出した流量を補正する処
理部と、 前記補正された流量を表示する表示部とを有することを
特徴とする流量計。 - 【請求項１２】 前記処理部は、算出した熱伝導率に基
づいて前記流体の種類を特定することを特徴とする請求
項１１に記載の流量計。 - 【請求項１３】 前記処理部は、算出した熱伝導率と流
体の種類を対応づけるテーブルを有することを特徴とす
る請求項１２に記載の流量計。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP31737699A JP2001165731A (ja) | 1999-09-30 | 1999-11-08 | フローセンサおよびこれを用いた流量計 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11-279473 | 1999-09-30 | ||
| JP27947399 | 1999-09-30 | ||
| JP31737699A JP2001165731A (ja) | 1999-09-30 | 1999-11-08 | フローセンサおよびこれを用いた流量計 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001165731A true JP2001165731A (ja) | 2001-06-22 |
Family
ID=26553345
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP31737699A Abandoned JP2001165731A (ja) | 1999-09-30 | 1999-11-08 | フローセンサおよびこれを用いた流量計 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2001165731A (ja) |
Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2003106886A (ja) * | 2001-09-28 | 2003-04-09 | Yamatake Corp | 熱式流量計 |
| JP2004085489A (ja) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Yamatake Corp | 熱式流量計 |
| JP2006071362A (ja) * | 2004-08-31 | 2006-03-16 | Horiba Ltd | 可燃性ガスセンサ |
| JP2007024897A (ja) * | 2005-07-20 | 2007-02-01 | Robert Bosch Gmbh | 熱伝導率センサ、熱伝導率センサを製作するための方法および熱伝導率センサを運転するための方法 |
| JP2008241692A (ja) * | 2007-01-19 | 2008-10-09 | Tyco Healthcare Group Lp | 熱伝導プローブおよび電気伝導プローブならびにこれを作成する方法 |
| JP2011137679A (ja) * | 2009-12-28 | 2011-07-14 | Hitachi Automotive Systems Ltd | 熱式ガスセンサ |
| WO2012111368A1 (ja) | 2011-02-18 | 2012-08-23 | 学校法人 東北学院 | 流体の温度と種類の影響を校正した熱伝導型センサと、これを用いた熱型フローセンサおよび熱型気圧センサ |
| WO2015034081A1 (ja) * | 2013-09-09 | 2015-03-12 | 株式会社堀場エステック | 熱式流量計、温度測定装置、及び、熱式流量計用プログラム |
| KR20210115776A (ko) * | 2020-03-16 | 2021-09-27 | 김영희 | 열전도도 보정 질량유량계 |
| JP7398100B2 (ja) | 2020-01-22 | 2023-12-14 | 国立大学法人東海国立大学機構 | 熱線センサ |
-
1999
- 1999-11-08 JP JP31737699A patent/JP2001165731A/ja not_active Abandoned
Cited By (16)
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| CN102169097A (zh) * | 2009-12-28 | 2011-08-31 | 日立汽车系统株式会社 | 热式气体传感器 |
| JP5874117B2 (ja) * | 2011-02-18 | 2016-03-02 | 学校法人東北学院 | 流体の温度と種類の影響を校正した熱伝導型センサと、これを用いた熱型フローセンサおよび熱型気圧センサ |
| WO2012111368A1 (ja) | 2011-02-18 | 2012-08-23 | 学校法人 東北学院 | 流体の温度と種類の影響を校正した熱伝導型センサと、これを用いた熱型フローセンサおよび熱型気圧センサ |
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| CN105264341A (zh) * | 2013-09-09 | 2016-01-20 | 株式会社堀场Stec | 热式流量计、温度测量装置和热式流量计用程序 |
| JPWO2015034081A1 (ja) * | 2013-09-09 | 2017-03-02 | 株式会社堀場エステック | 熱式流量計、温度測定装置、及び、熱式流量計用プログラム |
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| KR20210115776A (ko) * | 2020-03-16 | 2021-09-27 | 김영희 | 열전도도 보정 질량유량계 |
| KR102314819B1 (ko) | 2020-03-16 | 2021-10-20 | 김영희 | 열전도도 보정 질량유량계 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
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| A762 | Written abandonment of application |
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