JP2003240618A - Flow sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、流路中を流れる流
体の流速または流量計測に用いられるフローセンサ、特
に熱式フローセンサに関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow sensor used for measuring the flow velocity or flow rate of a fluid flowing in a flow channel, and more particularly to a thermal type flow sensor.
【0002】[0002]
【従来の技術】流体の流速や流量を計測する熱式のフロ
ーセンサは、流速検出手段を備えたセンサチップを配管
内に計測すべき流体の流れに対して平行になるように設
置し、発熱体(ヒーター)から出た熱による流体の空間
的温度分布に流れによって偏りを生じさせ、これを温度
センサで検出(傍熱型)するか、または流体により発熱
体の熱が奪われることによる電力の変化や抵抗の変化を
検出(自己発熱型)することで、流速または流量を計測
するようにしている(例:特開平4−295724号公
報、特公平6−25684号公報、特開平8−1460
26号公報等)。2. Description of the Related Art A thermal type flow sensor for measuring the flow velocity or flow rate of a fluid has a sensor chip equipped with a flow velocity detecting means installed in a pipe in parallel with the flow of the fluid to be measured to generate heat. Electricity caused by the flow generated in the spatial temperature distribution of the fluid due to the heat generated from the body (heater), which is detected by a temperature sensor (indirect heating type) or the heat of the heating element is removed by the fluid. Change or resistance change is detected (self-heating type) to measure the flow velocity or flow rate (eg, Japanese Patent Application Laid-Open No. 4-295724, Japanese Patent Publication No. 6-25684, and Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-25684). 1460
No. 26 publication).
【0003】フローセンサのセンサチップは、基板の一
方の面に温度検出手段をフォトリソグラフィ技術とエッ
チング技術によって形成したものが一般的である。基板
材料としては、通常シリコン、ガラス等が用いられる
が、耐食性および機械的強度が要求される場合は、ステ
ンレス等からなる金属製の基板が用いられる。この場
合、センサチップは導電体であるため、絶縁膜形成工程
によって電気絶縁膜を形成した後、その上に導体からな
る流速検出手段が形成される。本発明は、特にステンレ
ス製のセンサチップを用いた熱式フローセンサに関す
る。A sensor chip of a flow sensor is generally one in which a temperature detecting means is formed on one surface of a substrate by a photolithography technique and an etching technique. As the substrate material, silicon, glass or the like is usually used, but when corrosion resistance and mechanical strength are required, a metal substrate made of stainless steel or the like is used. In this case, since the sensor chip is a conductor, the flow velocity detecting means made of a conductor is formed on the electric insulating film after the electric insulating film is formed in the insulating film forming step. The present invention particularly relates to a thermal flow sensor using a stainless steel sensor chip.
【0004】ステンレス製の基板表面に電気絶縁膜を介
して流速検出手段を形成するには、通常シリコン酸化
膜、窒化シリコン膜等の電気絶縁膜をプラズマCVD法
によって形成し、その上に温度検出手段をフォトリソグ
ラフィ技術とエッチング技術によって形成している。基
板材料である汎用的なステンレス鋼材は、内部にAl2
O3、SiO2 等の不純物(パーティクル)や欠陥(ピ
ンホール)が多数存在して清浄性に欠けるため、歩留り
よくかつ絶縁破壊電圧の高いセンサを製作するには、電
気絶縁膜の膜厚を厚くする必要がある。In order to form a flow velocity detecting means on the surface of a stainless steel substrate through an electric insulating film, an electric insulating film such as a silicon oxide film or a silicon nitride film is usually formed by a plasma CVD method, and a temperature detection is performed on the electric insulating film. The means is formed by photolithography technology and etching technology. A general-purpose stainless steel material, which is a substrate material, has Al 2
Since many impurities (particles) and defects (pinholes) such as O 3 and SiO 2 are present and lacking in cleanliness, the thickness of the electrical insulating film must be adjusted in order to manufacture a sensor with high yield and high breakdown voltage. Need to thicken.
【0005】[0005]
【発明が解決しようとする課題】上記したように、ステ
ンレス製のセンサチップに流速検出手段を形成したフロ
ーセンサは、プラズマCVD法によって基板表面に電気
絶縁膜を形成し、その上に流速検出手段をフォトエッチ
ングによって形成していた。一般的に電気絶縁膜は熱伝
導率が低いので、センサチップと流速検出手段との電気
的絶縁を図れる範囲内で可及的薄く形成することが望ま
しい。しかしながら、汎用のステンレス鋼材(例えば、
SUS304、SUS316系のステンレス鋼)によっ
て形成されたセンサチップは、パーティクルや欠陥が多
く、センサチップと電気絶縁膜を介してその上に形成さ
れた流速検知部との絶縁性を良好にするには電気絶縁膜
を厚くしなければならない。熱式フローセンサの場合
は、電気絶縁膜の膜厚を厚くすると板厚方向の伝熱効率
が低下するとともに、熱容量が大きくなるため、センサ
の感度や応答性を向上させることができないという問題
があった。As described above, in the flow sensor in which the flow velocity detecting means is formed on the stainless steel sensor chip, the electric insulating film is formed on the substrate surface by the plasma CVD method, and the flow velocity detecting means is formed thereon. Were formed by photoetching. Generally, since the electric insulating film has a low thermal conductivity, it is desirable to form the electric insulating film as thin as possible within a range in which electric insulation between the sensor chip and the flow velocity detecting means can be achieved. However, general purpose stainless steel materials (eg,
The sensor chip formed of SUS304, SUS316 series stainless steel) has many particles and defects, and it is necessary to improve the insulation between the sensor chip and the flow velocity detection unit formed on the sensor chip through the electric insulating film. The electric insulation film must be thickened. In the case of a thermal type flow sensor, increasing the film thickness of the electrical insulating film lowers the heat transfer efficiency in the plate thickness direction and increases the heat capacity, so there is a problem that the sensitivity and responsiveness of the sensor cannot be improved. It was
【0006】本発明は上記した従来の問題を解決するた
めになされたもので、その目的とするところは、歩留り
よく電気絶縁膜の膜厚を十分に薄くすることができ、感
度と応答性を向上させるようにしたフローセンサを提供
することにある。The present invention has been made in order to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to make it possible to sufficiently reduce the thickness of the electric insulating film with good yield and to improve sensitivity and responsiveness. It is to provide a flow sensor which is improved.
【0007】[0007]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に第1の発明は、被測定流体の流路の一部を形成するダ
イアフラム部を有するセンサチップを備え、前記ダイア
フラム部の前記流路側とは反対側の面に電気絶縁膜を介
して流速検出手段を設けたフローセンサにおいて、前記
センサチップは、通常の溶解法によって溶解・鋳造され
た鋼塊を真空誘導溶解法によって溶解・鋳造し、さらに
真空アーク再溶解法によって溶解・鋳造することにより
製作されたステンレス鋼材によって形成され、前記ダイ
アフラムの少なくとも前記流路側とは反対側の面が研磨
されているものである。To achieve the above object, a first invention comprises a sensor chip having a diaphragm part forming a part of a flow path of a fluid to be measured, and the diaphragm part on the flow path side. In a flow sensor in which a flow velocity detecting means is provided on the surface opposite to the surface through an electric insulating film, the sensor chip is a steel ingot melted and cast by a normal melting method and melted and cast by a vacuum induction melting method. Further, the diaphragm is formed of a stainless steel material manufactured by melting and casting by a vacuum arc remelting method, and at least a surface of the diaphragm opposite to the flow path side is polished.
【0008】第1の発明において、センサチップは通常
の溶解法によって溶解・鋳造された鋼塊を真空誘導溶解
し、続いて真空アーク再溶解することにより形成された
ステンレス鋼材を素材としているので、パーティクルや
欠陥がきわめて少なく、電気絶縁膜の膜厚を薄くするこ
とが可能である。In the first aspect of the present invention, the sensor chip is made of a stainless steel material formed by vacuum induction melting a steel ingot melted and cast by a normal melting method and then vacuum arc remelting. The number of particles and defects is extremely small, and the thickness of the electric insulating film can be reduced.
【0009】第2の発明は、被測定流体の流路の一部を
形成するダイアフラム部を有するセンサチップを備え、
前記ダイアフラム部の前記流路側とは反対側の面に電気
絶縁膜を介して流速検出手段を設けたフローセンサにお
いて、前記センサチップは、通常の溶解法によって溶解
・鋳造された鋼塊をエレクトロスラブ再溶解法によって
溶解・鋳造することにより製作されたステンレス鋼材に
よって形成され、前記ダイアフラムの少なくとも前記流
路側とは反対側の面が研磨されているものである。A second invention comprises a sensor chip having a diaphragm portion forming a part of a flow path of a fluid to be measured,
In a flow sensor in which a flow velocity detecting means is provided on the surface of the diaphragm portion opposite to the flow path side through an electric insulating film, the sensor chip is an electroslab formed by melting and casting a steel ingot melted by a normal melting method. It is formed of a stainless steel material manufactured by melting and casting by a remelting method, and at least the surface of the diaphragm opposite to the flow path side is polished.
【0010】第2の発明において、センサチップは通常
の溶解法によって溶解・鋳造された鋼塊をエレクトロス
ラブ再溶解法によって再溶解することにより形成された
ステンレス鋼材を素材としているので、パーティクルや
欠陥がきわめて少なく、電気絶縁膜の膜厚を薄くするこ
とが可能である。In the second invention, since the sensor chip is made of a stainless steel material formed by remelting a steel ingot melted and cast by a normal melting method by an electroslab remelting method, particles and defects are formed. Is extremely small, and the thickness of the electric insulating film can be reduced.
【0011】[0011]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施の
形態に基づいて詳細に説明する。図1は本発明に係るフ
ローセンサの一実施の形態を示す断面図、図2はセンサ
チップの平面図である。これらの図において、全体を符
号1で示すフローセンサは、センサボディ2と、このセ
ンサボディ2上に設置されたセンサチップ3と、同じく
前記センサボディ2上にスペーサ4を介して配設され前
記センサチップ3の上方に位置するプリント基板5等で
構成されている。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION The present invention will be described below in detail based on the embodiments shown in the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a flow sensor according to the present invention, and FIG. 2 is a plan view of a sensor chip. In these figures, a flow sensor indicated by reference numeral 1 as a whole is provided with a sensor body 2, a sensor chip 3 installed on the sensor body 2, and a sensor chip 3 arranged on the sensor body 2 with a spacer 4 interposed therebetween. It is composed of a printed circuit board 5 and the like located above the sensor chip 3.
【0012】前記センサボディ2はステンレス製の金属
板からなり、上面中央に一体に突設された突出部2A
と、前記センサチップ3の凹部6とともに被測定流体
(以下、流体ともいう)7の流路8を形成する2つの流
路用孔9,10を有している。流路用孔9,10は貫通
孔からなり、一端開口部が前記突出部2Aの長手方向の
両端寄りにそれぞれ開口し、他端開口部がセンサボディ
2の下面にそれぞれ開口している。The sensor body 2 is made of a metal plate made of stainless steel, and has a protrusion 2A integrally formed at the center of the upper surface.
And two flow path holes 9 and 10 that form a flow path 8 for a fluid to be measured (hereinafter, also referred to as a fluid) 7 together with the recess 6 of the sensor chip 3. The flow path holes 9 and 10 are formed of through-holes, one end of which is open toward both ends of the protruding portion 2A in the longitudinal direction, and the other end of which is open to the lower surface of the sensor body 2.
【0013】前記センサチップ3は、前記センサボディ
2の突出部2Aと略同一の大きさからなる矩形の板状に
形成され、下面中央に前記凹部6が形成されることによ
り、この凹部6が形成されている表面側が薄肉のダイア
フラム部3Aを形成し、このダイアフラム部3Aの周囲
を取り囲む厚肉の固定部3Bが前記突出部2Aの上面に
YAGレーザー溶接等によって接合されている。前記ダ
イアフラム部3Aは、板厚が50〜150μm程度で、
表面中央に後述する流速検出手段12が設けられてい
る。前記凹部6は、センサチップ3の長手方向に長い長
円形で、両端部において前記各流路用孔9,10と連通
している。そして、センサチップ3の前記通路8側とは
反対側で前記流速検出手段12が設けられる上面3a
は、鏡面研磨されている。The sensor chip 3 is formed in a rectangular plate shape having substantially the same size as the protrusion 2A of the sensor body 2, and the recess 6 is formed at the center of the lower surface. The formed surface forms a thin diaphragm portion 3A, and a thick fixing portion 3B surrounding the diaphragm portion 3A is joined to the upper surface of the protrusion 2A by YAG laser welding or the like. The diaphragm portion 3A has a plate thickness of about 50 to 150 μm,
A flow velocity detecting means 12 described later is provided at the center of the surface. The recess 6 is an ellipse elongated in the longitudinal direction of the sensor chip 3, and communicates with the flow passage holes 9 and 10 at both ends. An upper surface 3a on the side opposite to the passage 8 side of the sensor chip 3 on which the flow velocity detecting means 12 is provided.
Are mirror-polished.
【0014】前記センサチップ3の材質としては、熱伝
導率がシリコンに比べて低く、耐熱性、耐食性および剛
性の高い材料、具体的にはステンレス鋼が用いられる。
しかし、通常の溶解・精錬法によって製作された汎用の
ステンレス鋼材は、パーティクルや欠陥、放出ガスの発
生量が多く清浄性に欠けるため、半導体製造装置などに
用いられるフローセンサ1のチップ材料としては不適で
ある。As the material of the sensor chip 3, a material having a lower thermal conductivity than silicon and having high heat resistance, corrosion resistance and rigidity, specifically stainless steel is used.
However, since a general-purpose stainless steel material manufactured by a normal melting / refining method has a large amount of particles, defects, and released gas and lacks in cleanliness, it is used as a chip material for the flow sensor 1 used in a semiconductor manufacturing apparatus or the like. Not suitable.
【0015】そこで、本発明においては通常の溶解・精
錬法によって製作されたステンレス鋼材を、さらに特殊
溶解法によって再溶解して製作したステンレス鋼材をチ
ップ材料として用いている。Therefore, in the present invention, a stainless steel material manufactured by remelting a stainless steel material manufactured by a normal melting / refining method by a special melting method is used as a chip material.
【0016】特殊溶解法によるステンレス鋼材の製造方
法としては、
真空誘導溶解法(VIM)と、これに続く真空アーク
再溶解法(VAR)とによって二重真空溶解を行う
エレクトロスラブ再溶解法(ESR)によって溶解・
鋳造する
の2通りがある。As a method for producing a stainless steel material by the special melting method, a vacuum induction melting method (VIM) and a subsequent vacuum arc remelting method (VAR) are used to perform double vacuum melting, which is an electroslab remelting method (ESR). )
There are two types of casting.
【0017】VIM法は、通常の大気溶解炉によって溶
解・鋳造した鋼塊をVIM炉によって再溶解し、鋳型に
流し込んで鋼塊を製造する方法である。The VIM method is a method for producing a steel ingot by remelting a steel ingot melted and cast by a normal atmospheric melting furnace and pouring it into a mold.
【0018】VAR法は、真空にした水冷銅鋳型内で消
耗電極と鋳型内溶鋼との間にアークを発生させ、その発
生熱により電極を再溶解し、連続的に鋳型内で凝固させ
ることにより鋼塊を製造する方法である。In the VAR method, an arc is generated between a consumable electrode and molten steel in a mold in a vacuum water-cooled copper mold, the generated heat remelts the electrode and continuously solidifies it in the mold. This is a method for producing a steel ingot.
【0019】ESR法は、冷鋳型内で溶融スラグの抵抗
熱により電極素材を溶解しながら鋼塊を製造する方法で
ある。The ESR method is a method of manufacturing a steel ingot while melting the electrode material by resistance heat of molten slag in a cold mold.
【0020】このような特殊溶解法によれば、いずれも
大気と遮断して溶鋼しているため、脱ガス効果に優れ、
酸化物系介在物(パーティクル)を除去することがで
き、清浄性の高い高品質な鋼材を製作することができる
という特長を有している。According to such a special melting method, since the molten steel is cut off from the atmosphere, the degassing effect is excellent.
It has the feature that oxide-based inclusions (particles) can be removed and high-quality steel with high cleanliness can be manufactured.
【0021】特殊溶解法によって製造された鋼塊は、鍛
造または熱間圧延によって所定の厚さのステンレス鋼材
となる。さらに、このステンレス鋼材を所定の大きさに
切断して上面3aを鏡面研磨し、下面3bの中央に凹部
6を形成することにより、上記したステンレス製のセン
サチップ3が製作される。The steel ingot produced by the special melting method is forged or hot rolled into a stainless steel material having a predetermined thickness. Further, the stainless steel material is cut into a predetermined size, the upper surface 3a is mirror-polished, and the recess 6 is formed at the center of the lower surface 3b, whereby the above-mentioned stainless steel sensor chip 3 is manufactured.
【0022】センサチップ3のダイアフラム部3Aは、
厚さが50μm以下であると強度が低下するため好まし
くない。また、150μm以上であるとセンサチップ3
の厚さ方向、つまり流体7と流速検出手段12との間の
熱の伝導効率が低下するとともに、センサチップ3の面
と平行な方向の伝熱量(熱損出)が増加し熱容量も増す
ため好ましくない。The diaphragm portion 3A of the sensor chip 3 is
If the thickness is 50 μm or less, the strength decreases, which is not preferable. Further, if the thickness is 150 μm or more, the sensor chip 3
Since the efficiency of heat transfer between the fluid 7 and the flow velocity detecting means 12 is reduced, the amount of heat transfer (heat loss) in the direction parallel to the surface of the sensor chip 3 is increased, and the heat capacity is also increased. Not preferable.
【0023】前記センサチップ3の上面3aには、電気
絶縁膜13が全面にわたって形成されており、この電気
絶縁膜13の表面に6つの電極パッド14(14a〜1
4f)および配線用金属薄膜15を含む前記流速検出手
段12と周囲温度検出手段16が周知の薄膜成形技術に
よって形成されている。例えば、白金等の材料を電気絶
縁膜13上に成膜し、所定のパターンにエッチングする
ことにより形成され、流速検出手段12と周囲温度検出
手段16が前記電極パッド14に配線用金属薄膜15を
介してそれぞれ電気的に接続されている。An electric insulating film 13 is formed on the entire upper surface 3a of the sensor chip 3, and six electrode pads 14 (14a-1) are formed on the surface of the electric insulating film 13.
4f) and the metal thin film 15 for wiring, the flow velocity detecting means 12 and the ambient temperature detecting means 16 are formed by a well-known thin film forming technique. For example, it is formed by depositing a material such as platinum on the electric insulating film 13 and etching it into a predetermined pattern. The flow velocity detecting means 12 and the ambient temperature detecting means 16 form the wiring metal thin film 15 on the electrode pad 14. Are electrically connected to each other.
【0024】さらに前記流速検出手段12と前記周囲温
度検出手段16を詳述すると、流速検出手段12は、1
つの発熱体(抵抗ヒータ)20と2つの温度センサ21
A,21Bとからなり、傍熱型の流速検出手段を構成し
ている。発熱体20はダイアフラム部3Aの略中央に位
置している。2つの温度センサ21A,21Bは、発熱
体20を挟んで流体7の流れ方向の上流側と下流側にそ
れぞれ位置するように配置されている。周囲温度検出手
段16は、周囲温度、つまり流体7の温度が変化したと
き、その変化を補償するために用いられるもので、上流
側で前記ダイアフラム部3Aの外側に配置されている。
ただし、上流側に限らず下流側であったり、センサチッ
プ3の幅方向のいずれかの片側であったり、あるいはダ
イアフラム部3A上であってもよい。発熱体20のパタ
ーン幅は10〜50μm、温度センサ21A,21Bお
よび周囲温度検出手段16のパターン幅は5〜10μm
程度が好ましい。さらに、ダイアフラム部3Aとその周
囲を取り囲む厚肉の固定部3Bを別々に作り、熱拡散接
合やレーザー溶接などにより一体化しても良い。The flow velocity detecting means 12 and the ambient temperature detecting means 16 will be described in detail.
One heating element (resistive heater) 20 and two temperature sensors 21
A and 21B constitute an indirectly heated flow velocity detecting means. The heating element 20 is located substantially at the center of the diaphragm portion 3A. The two temperature sensors 21A and 21B are arranged so as to be respectively located on the upstream side and the downstream side in the flow direction of the fluid 7 with the heating element 20 interposed therebetween. The ambient temperature detecting means 16 is used to compensate for a change in the ambient temperature, that is, the temperature of the fluid 7, and is arranged outside the diaphragm portion 3A on the upstream side.
However, it is not limited to the upstream side, but may be the downstream side, one side in the width direction of the sensor chip 3, or the diaphragm portion 3A. The pattern width of the heating element 20 is 10 to 50 μm, and the pattern widths of the temperature sensors 21A and 21B and the ambient temperature detecting means 16 are 5 to 10 μm.
A degree is preferable. Further, the diaphragm portion 3A and the thick fixing portion 3B surrounding the diaphragm portion 3A may be separately formed and integrated by thermal diffusion bonding, laser welding or the like.
【0025】前記電気絶縁膜13は、厚さが1μm程度
の酸化シリコン(SiO2 )膜、窒化シリコン膜、酸化
アルミニウム膜、ポリイミド等によって形成されてい
る。酸化シリコン膜は、例えばスパッタリング、CVD
あるいはSOG(スピンオングラス)等により形成され
る。窒化シリコン膜は、スパッタリングやCVD等によ
って形成される。電気絶縁膜13の膜厚を1μm程度以
下にすることができる理由は、センサチップ3を上記し
た特殊溶解法によって製造したステンレス鋼材によって
製作していることによる。すなわち、特殊溶解法によっ
て製造されたステンレス鋼材は清浄性に優れており、一
般の鋼材に比べてパーティクルやピンホールが少なく均
一に電気絶縁膜が形成できるため、絶縁破壊電圧に耐え
得る膜厚以上に厚くする必要がないからである。例え
ば、センサチップ3と導体からなる流速検出手段12と
の間に100〜500V程度の耐電圧や数百MΩ以上の
絶縁性を確保できる範囲内で、前記電気絶縁膜13を薄
く形成すればよい。The electric insulating film 13 is formed of a silicon oxide (SiO 2 ) film, a silicon nitride film, an aluminum oxide film, polyimide, etc. having a thickness of about 1 μm. The silicon oxide film is formed, for example, by sputtering or CVD.
Alternatively, it is formed by SOG (spin on glass) or the like. The silicon nitride film is formed by sputtering, CVD or the like. The reason why the film thickness of the electric insulating film 13 can be reduced to about 1 μm or less is that the sensor chip 3 is made of the stainless steel material manufactured by the special melting method described above. That is, the stainless steel material manufactured by the special melting method has excellent cleanliness, and has less particles and pinholes than ordinary steel materials, so that an electric insulating film can be formed uniformly. This is because it does not need to be thick. For example, the electrical insulating film 13 may be formed thin within a range in which a withstand voltage of about 100 to 500 V and an insulating property of several hundreds MΩ or more can be secured between the sensor chip 3 and the flow velocity detecting means 12 made of a conductor. .
【0026】前記センサボディ2上にスペーサ4を介し
て配設される前記プリント基板5は、中央に前記第ダイ
アフラム部3Aより大きな円形の穴26を有し、表面に
信号処理回路を形成する複数の配線パターン27が印刷
形成されており、これら配線パターン27に前記センサ
チップ3の前記電極パッド14が図示を省略したボンデ
ィングワイヤによって電気的に接続されている。前記ス
ペーサ4は、前記センサボディ2と同じくステンレス、
アルミニウムまたは合成樹脂等によって形成され、ねじ
や接着剤等によってセンサボディ2に固定されている。The printed circuit board 5 arranged on the sensor body 2 via the spacer 4 has a circular hole 26 larger than the third diaphragm portion 3A in the center, and a plurality of circular holes 26 are formed on the surface of the printed circuit board 5. Wiring patterns 27 are formed by printing, and the electrode pads 14 of the sensor chip 3 are electrically connected to the wiring patterns 27 by bonding wires (not shown). The spacer 4 is made of stainless steel like the sensor body 2,
It is made of aluminum or synthetic resin, and is fixed to the sensor body 2 with screws, an adhesive, or the like.
【0027】図3はフローセンサ1の定温度差回路を示
す図である。同図において、発熱体20、周囲温度検出
手段16および3つの固定抵抗R1,R2 ,R3 はブリ
ッジ回路を形成し、これとオペアンプ(OP1 )とで定
温度差回路を構成している。OP1 は、ブリッジ回路の
抵抗R1 と発熱体20の中点電圧を反転入力とするとと
もに、抵抗R2 と抵抗R3 の中点電圧を非反転入力とす
る。このOP1 の出力は、抵抗R1 ,R2 の一端に共通
に接続されている。抵抗R1 ,R2 ,R3 は、発熱体2
0が周囲温度検出手段16よりも常に一定温度高くなる
ように抵抗値が設定されている。FIG. 3 is a diagram showing a constant temperature difference circuit of the flow sensor 1. In the figure, the heating element 20, the ambient temperature detecting means 16 and the three fixed resistors R1, R2 and R3 form a bridge circuit, and this and an operational amplifier (OP1) form a constant temperature difference circuit. OP1 receives the midpoint voltage of the resistor R1 of the bridge circuit and the heating element 20 as an inverting input, and the midpoint voltage of the resistors R2 and R3 as a non-inverting input. The output of OP1 is commonly connected to one ends of resistors R1 and R2. The resistors R1, R2 and R3 are the heating elements 2
The resistance value is set so that 0 is always higher than the ambient temperature detecting means 16 by a constant temperature.
【0028】図4はフローセンサ1のセンサ出力回路を
示す図である。同図において、2つの温度センサ21
A,21Bと2つの固定抵抗R4 ,R5はブリッジ回路
を形成し、これとOP2 とでセンサ出力回路を構成して
いる。FIG. 4 is a diagram showing a sensor output circuit of the flow sensor 1. In the figure, two temperature sensors 21
A and 21B and the two fixed resistors R4 and R5 form a bridge circuit, and this and OP2 form a sensor output circuit.
【0029】このようなフローセンサ1において、図3
に示す定温度差回路のブリッジ回路への通電によって発
熱体20を周囲温度よりもある一定の高い温度に加熱し
た状態で流体7を図2の矢印方向に流すと、ダイアフラ
ム部3Aは流体7によってその流速に比例して熱を奪わ
れるため、発熱体20も熱を奪われて抵抗値が下がる。
このため、ブリッジ回路の平衡状態が崩れるが、OP1
によってその反転入力・非反転入力間に生じる電圧に応
じた電圧がブリッジ回路に加えられるので、流体7によ
って奪われた熱を補償するように発熱体20の発熱量が
増加する。その結果、発熱体20の抵抗値が上昇するこ
とにより、ブリッジ回路は平衡状態に戻る。したがっ
て、平衡状態にあるブリッジ回路にはその流速に応じた
電圧が加えられていることになる。なお、図3の定温度
差回路の用い方としては、ヒータにセンサを共用させる
と、ブリッジ回路に加えられる電圧のうち発熱体20の
端子間電圧を電圧出力として出力させることも可能であ
る。In such a flow sensor 1, as shown in FIG.
When the fluid 7 is made to flow in the direction of the arrow in FIG. 2 while the heating element 20 is heated to a certain higher temperature than the ambient temperature by energizing the bridge circuit of the constant temperature difference circuit shown in FIG. Since the heat is taken away in proportion to the flow velocity, the heating element 20 is also taken away with the heat and the resistance value decreases.
Therefore, the balanced state of the bridge circuit is lost, but OP1
Since a voltage corresponding to the voltage generated between the inverting input and the non-inverting input is applied to the bridge circuit, the amount of heat generated by the heating element 20 increases so as to compensate for the heat taken by the fluid 7. As a result, the resistance value of the heating element 20 increases, and the bridge circuit returns to the equilibrium state. Therefore, a voltage corresponding to the flow velocity is applied to the bridge circuit in the balanced state. As a method of using the constant temperature difference circuit of FIG. 3, it is possible to output the terminal voltage of the heating element 20 among the voltages applied to the bridge circuit as a voltage output by sharing the sensor with the heater.
【0030】流体7の流れによって発熱体20近傍の温
度分布が崩れると、発熱体20の上流側に位置する温度
センサ21Aと下流側に位置する温度センサ21Bの間
に温度差が生じるので、図4に示すセンサ出力回路によ
ってその電圧差または抵抗値差を検出する。2つの温度
センサ21A,21Bの温度差は流体7の流速に比例す
る。そこで、予め流路断面平均流速または流量と温度
差、つまり前記センサ出力回路によって検出された電圧
差または抵抗値差との関係を校正しておけば、前記電圧
差または抵抗値差から実際の流路断面平均流速または流
量を計測することができる。なお、流速検出手段12と
周囲温度検出手段16との構成は、上記した実施の形態
に限らず種々の変更が可能である。また、周囲温度検出
手段16は発熱体からの熱の影響を受けず、流体温度を
検出できるところに配置する。When the temperature distribution near the heating element 20 is destroyed by the flow of the fluid 7, a temperature difference occurs between the temperature sensor 21A located upstream of the heating element 20 and the temperature sensor 21B located downstream thereof. The sensor output circuit shown in FIG. 4 detects the voltage difference or resistance value difference. The temperature difference between the two temperature sensors 21A and 21B is proportional to the flow velocity of the fluid 7. Therefore, if the relationship between the flow path cross-section average flow velocity or flow rate and the temperature difference, that is, the voltage difference or the resistance value difference detected by the sensor output circuit is calibrated in advance, the actual flow from the voltage difference or the resistance value difference is obtained. It is possible to measure the average flow velocity or flow rate of the road section. The configurations of the flow velocity detecting means 12 and the ambient temperature detecting means 16 are not limited to the above-mentioned embodiment, and various changes can be made. Further, the ambient temperature detecting means 16 is arranged at a place where the fluid temperature can be detected without being affected by the heat from the heating element.
【0031】図5は本発明の他の実施の形態を示す断面
図である。この実施の形態は、ヘッダ型と呼ばれるタイ
プのフローセンサに適用したものである。ヘッダ型フロ
ーセンサ30は、流体7が流れる配管31の管壁に設け
たセンサ用取付孔32に外部から嵌挿し、溶接等によっ
て固定されるもので、センサボディ33、センサチップ
34および取付板35とで容器を構成し、内部にプリン
ト基板36を収納している。センサボディ33は、ステ
ンレス鋼によって両端が開放する筒状に形成され、配管
31内に臨む裏面側開口部が前記センサチップ34によ
って閉塞されている。FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the present invention. This embodiment is applied to a flow sensor of a type called a header type. The header type flow sensor 30 is to be fitted into the sensor mounting hole 32 provided in the pipe wall of the pipe 31 through which the fluid 7 flows from the outside and fixed by welding or the like. The sensor body 33, the sensor chip 34, and the mounting plate 35. And constitute a container, and the printed circuit board 36 is housed inside. The sensor body 33 is formed of stainless steel in a cylindrical shape with both ends open, and the back side opening facing the inside of the pipe 31 is closed by the sensor chip 34.
【0032】前記センサチップ34は、ステンレス鋼に
よって板厚が50〜150μm程度の薄肉板状に形成さ
れ、前記センサボディ33の裏面側開口部に外周縁部が
YAGレーザー溶接等によって接合され、被接合部分が
ダイアフラム部34Aを形成している。ダイアフラム部
34Aの流体7が接する面とは反対側の面には、上記し
た実施の形態と同様に電気絶縁膜13が形成され、その
上に1つの発熱体(抵抗ヒータ)と2つの温度センサと
からなる傍熱型の流速検出手段12、電極パッド、配線
用金属薄膜、周囲温度検出手段16が形成されている。
このようなセンサチップ34の材質としては、上記した
実施の形態におけるセンサチップ3と同様に、通常の溶
解・精錬法によって製作されたステンレス鋼材を、さら
に真空誘導溶解法(VIM)と、これに続く真空アー
ク再溶解法(VAR)とによって二重真空溶解を行う
か、またはエレクトロスラブ再溶解法(ESR)によ
って溶解・鋳造することにより製作されるステンレス鋼
材が用いられる。なお、周囲温度検出手段16は発熱体
からの熱の影響を受けず、流体温度を検出できるように
配置する。The sensor chip 34 is formed of stainless steel into a thin plate having a plate thickness of about 50 to 150 μm, and the outer peripheral edge portion is joined to the opening on the back side of the sensor body 33 by YAG laser welding or the like. The joint portion forms the diaphragm portion 34A. An electrically insulating film 13 is formed on the surface of the diaphragm portion 34A opposite to the surface in contact with the fluid 7, as in the above-described embodiment, and one heating element (resistive heater) and two temperature sensors are formed thereon. An indirect heating type flow velocity detecting means 12, which is composed of ,, an electrode pad, a wiring metal thin film, and an ambient temperature detecting means 16 are formed.
As the material of such a sensor chip 34, as in the case of the sensor chip 3 in the above-described embodiment, a stainless steel material manufactured by a normal melting / refining method is further added to a vacuum induction melting method (VIM). A stainless steel material manufactured by performing double vacuum melting by the subsequent vacuum arc remelting method (VAR) or melting and casting by the electroslab remelting method (ESR) is used. The ambient temperature detecting means 16 is arranged so as to detect the fluid temperature without being affected by the heat from the heating element.
【0033】前記プリント基板36には、配線パターン
が形成されており、この配線パターンに前記センサチッ
プ34上に形成された前記流速検出手段12および周囲
温度検出手段16が配線用金属薄膜と電極パッドを介し
てワイヤーボンド等で接続されている。また、配線パタ
ーンには、外部取出し用のリードピン38が接続されて
いる。A wiring pattern is formed on the printed circuit board 36, and the flow velocity detecting means 12 and the ambient temperature detecting means 16 formed on the sensor chip 34 are formed on the wiring pattern by a metal thin film for wiring and an electrode pad. Are connected via wire bonds or the like. Further, a lead pin 38 for taking out to the outside is connected to the wiring pattern.
【0034】前記取付板35は、前記センサボディ33
の表面側に一体形成されており、外周縁部が前記配管3
1の管壁に溶接されている。なお、Oリングを用いてね
じなどで取付けても良い。また、前記センサボディ33
とセンサチップ34も一体に形成されていてもよい。The mounting plate 35 is attached to the sensor body 33.
Is integrally formed on the front surface side of the
It is welded to the wall of pipe 1. It should be noted that the O-ring may be used for attachment with screws or the like. In addition, the sensor body 33
The sensor chip 34 and the sensor chip 34 may be integrally formed.
【0035】このような構造からなるヘッダ型フローセ
ンサ30においても上記した実施の形態と同様な効果が
得られることは明きらかであろう。It will be apparent that the header type flow sensor 30 having such a structure can also obtain the same effect as that of the above-described embodiment.
【0036】[0036]
【発明の効果】以上説明したように本発明に係るフロー
センサによれば、通常の溶解法によって溶解・鋳造され
た鋼塊を特殊溶解法によって再溶解・鋳造して製作した
ステンレス鋼材をセンサチップの材料として用いている
ので、センサチップからのパーティクルや欠陥が少な
く、センサチップの表面に形成される電気絶縁膜の膜厚
を、例えば1μm程度以下に薄くすることができる。し
たがって、センサチップの板厚方向の伝熱効率が改善さ
れ、熱容量も小さくできることからセンサの感度および
応答性を向上させることができ。特に、半導体製造装置
や超高真空装置に用いて好適なフローセンサを提供する
ことができる。As described above, according to the flow sensor of the present invention, the stainless steel material manufactured by remelting and casting the steel ingot melted and cast by the normal melting method by the special melting method is used as the sensor chip. Since it is used as the material of (1), there are few particles and defects from the sensor chip, and the film thickness of the electrical insulating film formed on the surface of the sensor chip can be reduced to, for example, about 1 μm or less. Therefore, the heat transfer efficiency in the plate thickness direction of the sensor chip is improved and the heat capacity can be reduced, so that the sensitivity and responsiveness of the sensor can be improved. In particular, it is possible to provide a flow sensor suitable for use in a semiconductor manufacturing apparatus or an ultra high vacuum apparatus.
【図1】 本発明に係るフローセンサの一実施の形態を
示す断面図である。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of a flow sensor according to the present invention.
【図2】 センサチップの平面図である。FIG. 2 is a plan view of a sensor chip.
【図3】 フローセンサの定温度差回路を示す図であ
る。FIG. 3 is a diagram showing a constant temperature difference circuit of a flow sensor.
【図4】 センサ出力回路を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a sensor output circuit.
【図5】 本発明の他の実施の形態を示す断面図であ
る。FIG. 5 is a sectional view showing another embodiment of the present invention.
1…フローセンサ、2…センサボディ、3…センサチッ
プ、4…スペーサ、5…プリント基板、6…凹部、7…
流体、8…流路、12…流速検出手段、13…電気絶縁
膜、16…周囲温度検出手段、20…発熱体(ヒー
タ)、21A,21B…温度センサ、30…フローセン
サ、31…配管、32…センサ用取付孔、33…センサ
ボディ、34…センサチップ、35…取付板。1 ... Flow sensor, 2 ... Sensor body, 3 ... Sensor chip, 4 ... Spacer, 5 ... Printed circuit board, 6 ... Recessed part, 7 ...
Fluid, 8 ... Flow path, 12 ... Flow velocity detecting means, 13 ... Electrical insulating film, 16 ... Ambient temperature detecting means, 20 ... Heating element (heater), 21A, 21B ... Temperature sensor, 30 ... Flow sensor, 31 ... Piping, 32 ... Sensor mounting hole, 33 ... Sensor body, 34 ... Sensor chip, 35 ... Mounting plate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上運天 昭司 東京都渋谷区渋谷2丁目12番19号 株式会 社山武内 Fターム(参考) 2F035 EA04 EA08 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page (72) Inventor Shouji Kamiten 2-12-19 Shibuya, Shibuya-ku, Tokyo Stock market Takeyama F term (reference) 2F035 EA04 EA08
Claims (2)
アフラム部を有するセンサチップを備え、前記ダイアフ
ラム部の前記流路側とは反対側の面に電気絶縁膜を介し
て流速検出手段を設けたフローセンサにおいて、 前記センサチップは、通常の溶解法によって溶解・鋳造
された鋼塊を真空誘導溶解法によって溶解・鋳造し、さ
らに真空アーク再溶解法によって溶解・鋳造することに
より製作されたステンレス鋼材によって形成され、前記
ダイアフラムの少なくとも前記流路側とは反対側の面が
研磨されていることを特徴とするフローセンサ。1. A sensor chip having a diaphragm part forming a part of a flow path of a fluid to be measured, wherein a flow velocity detecting means is provided on a surface of the diaphragm part opposite to the flow path side via an electric insulating film. In the provided flow sensor, the sensor chip is manufactured by melting and casting a steel ingot melted and cast by a normal melting method by a vacuum induction melting method, and further melting and casting by a vacuum arc remelting method. A flow sensor formed of a stainless steel material, wherein at least a surface of the diaphragm opposite to the flow path side is polished.
アフラム部を有するセンサチップを備え、前記ダイアフ
ラム部の前記流路側とは反対側の面に電気絶縁膜を介し
て流速検出手段を設けたフローセンサにおいて、 前記センサチップは、通常の溶解法によって溶解・鋳造
された鋼塊をエレクトロスラブ再溶解法によって溶解・
鋳造することにより製作されたステンレス鋼材によって
形成され、前記ダイアフラムの少なくとも前記流路側と
は反対側の面が研磨されていることを特徴とするフロー
センサ。2. A sensor chip having a diaphragm portion forming a part of a flow path of a fluid to be measured is provided, and a flow velocity detecting means is provided on a surface of the diaphragm portion opposite to the flow path side via an electric insulating film. In the provided flow sensor, the sensor chip includes a steel ingot melted and cast by an ordinary melting method and melted by an electroslab remelting method.
A flow sensor formed of a stainless steel material produced by casting, wherein at least a surface of the diaphragm opposite to the flow path side is polished.
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Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005024354A1 (en) * | 2003-09-03 | 2005-03-17 | Yamatake Corporation | Flow sensor |
JP2005300187A (en) * | 2004-04-06 | 2005-10-27 | Keyence Corp | Shunt-type flow sensor |
JP2006038787A (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-09 | Yamatake Corp | Flow sensor |
US7100440B2 (en) | 2004-04-30 | 2006-09-05 | Omron Corporation | Flow meter |
JP2008233047A (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai | Stalk liquid flow measuring sensor, stalk liquid flow measuring device, and stalk liquid flow measurement method |
JP2010230312A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-14 | Fujikura Ltd | Semiconductor sensor manufacturing method and semiconductor sensor |
JP2013033057A (en) * | 2012-10-04 | 2013-02-14 | Denso Corp | Flow sensor |
-
2002
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Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2005024354A1 (en) * | 2003-09-03 | 2005-03-17 | Yamatake Corporation | Flow sensor |
JP2005077343A (en) * | 2003-09-03 | 2005-03-24 | Yamatake Corp | Flow sensor |
US7185539B2 (en) | 2003-09-03 | 2007-03-06 | Yamatake Corporation | Flow sensor |
CN100410630C (en) * | 2003-09-03 | 2008-08-13 | 株式会社山武 | Flow sensor |
JP2005300187A (en) * | 2004-04-06 | 2005-10-27 | Keyence Corp | Shunt-type flow sensor |
US7100440B2 (en) | 2004-04-30 | 2006-09-05 | Omron Corporation | Flow meter |
CN100368780C (en) * | 2004-04-30 | 2008-02-13 | 欧姆龙株式会社 | Flow meter |
JP2006038787A (en) * | 2004-07-30 | 2006-02-09 | Yamatake Corp | Flow sensor |
JP4705766B2 (en) * | 2004-07-30 | 2011-06-22 | 株式会社山武 | Flow sensor |
JP2008233047A (en) * | 2007-03-23 | 2008-10-02 | Hamamatsu Kagaku Gijutsu Kenkyu Shinkokai | Stalk liquid flow measuring sensor, stalk liquid flow measuring device, and stalk liquid flow measurement method |
JP2010230312A (en) * | 2009-03-25 | 2010-10-14 | Fujikura Ltd | Semiconductor sensor manufacturing method and semiconductor sensor |
JP2013033057A (en) * | 2012-10-04 | 2013-02-14 | Denso Corp | Flow sensor |
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