JP2010139339A - Thermal type flow sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ヒータの形成されたセンサチップを含む熱式フローセンサに関するものである。 The present invention relates to a thermal flow sensor including a sensor chip on which a heater is formed.
従来、例えば特許文献1に示されるように、ヒータの形成されたセンサチップを含む熱式フローセンサが知られている。
Conventionally, for example, as shown in
特許文献1に示される熱式フローセンサでは、センサチップに隣接して配置された整流部(側面被覆部)及び封止樹脂が、溶融樹脂を金型内に注入するモールド成形によって一体的に形成されている。また、整流部は、センサチップの側面に接しており、センサチップと整流部との間に隙間が無い構成となっている。なお、整流部は、流体の通常時の流れ方向において、センサチップに対し上流側及び下流側に隣接配置され、センサチップの表面と面一とされた面一部位を有している。
In the thermal type flow sensor shown in
特許文献2に示される熱式フローセンサでは、流体を誘導するための第1誘導面と第2誘導面を両側に有する支持部材に対し、第2誘導面側から流量検出素子(センサチップ)が埋設されて、第2誘導面が出っ張りのない滑らかな平坦面となっている。すなわち、支持部材が上記した整流部を兼ねている。
ところで、熱式フローセンサについて本発明者がさらに検討を進めたところ、特許文献1,2に示されるように、センサチップと整流部との間に隙間が無い構成(互いに接触した構成)では、外部雰囲気の温度変化などにより、センサ特性が変動することが明らかとなった。これは、整流部を構成する材料とセンサチップとの線膨張係数差に起因して応力が生じ、ピエゾ抵抗効果によって、センシング部を構成するヒータなどの抵抗体の抵抗値が変動することによるものと考えられる。また、クリープ(応力の経時的な緩和)によって抵抗値が変動することも考えられる。
By the way, when this inventor further examined about the thermal type flow sensor, as shown in
これに対し、流体の流れ方向において、整流部がセンサチップの端面に密着しないように、センサチップと整流部との間に隙間を設けることも考えられる。しかしながら、整流部による乱流抑制機能(整流機能)を活かすためには、流体の流れ方向における隙間の幅は狭いほうが好ましく(例えば100μm以下)、幅が長くなると、整流部を有しながらも、センサチップの端面に流体が衝突して乱流が発生することとなってしまう。特許文献1,2に示される構成では、センサチップの端面に流体が衝突することで生じる乱流を抑制するために、そもそも、センサチップとは別部材である整流部が必要である。したがって、センサチップに対し、別部材である整流部を、チップの厚さ方向及び流体の流れ方向において精度良く位置決めしなければならない。
On the other hand, it is also conceivable to provide a gap between the sensor chip and the rectifying unit so that the rectifying unit does not adhere to the end face of the sensor chip in the fluid flow direction. However, in order to take advantage of the turbulent flow suppressing function (rectifying function) by the rectifying unit, it is preferable that the width of the gap in the fluid flow direction is narrow (for example, 100 μm or less). The fluid collides with the end face of the sensor chip and turbulence is generated. In the configurations shown in
なお、特許文献1に示されるようにモールド成形によって整流部を形成する場合、上記したように隙間が狭いため、モールド成形時に、センサチップ端面(側面)に金型を接触させることで、上記したような幅の狭い隙間を設けることは困難である。
In addition, when forming a rectification | straightening part by mold shaping | molding as shown in
一方、センサチップが搭載される支持基材(例えばリードフレームのアイランド)上に、隙間を有しつつセンサチップの側面を取り囲むように、金型とは別のリジッドな枠体を固定することで、金型を枠体に接触させて枠体内の隙間を確保しつつ封止部をモールド成形により形成することも考えられる。この場合、枠体が少なくとも整流部の一部を構成することとなる。しかしながら、封止部を形成すべく、センサチップのパッド部上に溶融樹脂が供給されるため、センサチップの側面と枠体との間の隙間に溶融樹脂が流入するのを防ぐために、隙間における封止部側の端部を閉塞するダムが、枠体とは別部材として必要となる。また、封止部とは別部材によって整流部を構成し、整流部における封止部側の端部付近を被覆するようにモールド成形によって封止部を形成することも考えられるが、この場合も、センサチップの側面と整流部との間の隙間に溶融樹脂が流入するのを防ぐために、別途ダムが必要となる。さらには、樹脂などの液状の絶縁材料をポッティングし、固化(硬化やゲル化)することで、封止部を形成することも考えられるが、この場合も、センサチップの側面と整流部との間の隙間に液状の絶縁材料が流入するのを防ぐために、別途ダムが必要となる。すなわち、モールド成形及びポッティングのいずれにおいても、液状の絶縁材料を固化して封止部を形成するため、液状の絶縁材料がセンサチップの側面と整流部との間に隙間に流れ込むのを抑制するためのダムが、整流部とは別に必要となる。したがって、熱式フローセンサの部品点数が増加し、製造工程も複雑となる。 On the other hand, a rigid frame separate from the mold is fixed on a support base (for example, an island of a lead frame) on which the sensor chip is mounted so as to surround the side surface of the sensor chip with a gap. It is also conceivable that the sealing part is formed by molding while ensuring a gap in the frame by bringing the mold into contact with the frame. In this case, the frame body constitutes at least a part of the rectification unit. However, since the molten resin is supplied onto the pad portion of the sensor chip in order to form the sealing portion, in order to prevent the molten resin from flowing into the gap between the side surface of the sensor chip and the frame body, A dam that closes the end on the sealing portion side is required as a separate member from the frame. Also, it is conceivable that the rectifying part is constituted by a member different from the sealing part, and the sealing part is formed by molding so as to cover the vicinity of the end of the rectifying part on the sealing part side. In order to prevent the molten resin from flowing into the gap between the side surface of the sensor chip and the rectifying unit, a separate dam is required. Furthermore, it is conceivable to form a sealing portion by potting and solidifying (curing or gelling) a liquid insulating material such as a resin. In this case as well, the side surface of the sensor chip and the rectifying portion may be formed. In order to prevent the liquid insulating material from flowing into the gaps between them, a separate dam is required. That is, in both molding and potting, since the liquid insulating material is solidified to form the sealing portion, the liquid insulating material is prevented from flowing into the gap between the side surface of the sensor chip and the rectifying portion. A dam is required separately from the rectification unit. Therefore, the number of parts of the thermal flow sensor increases and the manufacturing process becomes complicated.
本発明は上記問題点に鑑み、センサ特性の変動を抑制しつつ構成を簡素化できる熱式フローセンサを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a thermal flow sensor capable of simplifying the configuration while suppressing fluctuations in sensor characteristics.
上記目的を達成する為に請求項1に記載の発明は、一面から所定深さの一部領域が他の領域よりも低熱伝導の領域とされた半導体基板と、低熱伝導領域を架橋するように半導体基板の一面上に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に配置された抵抗体として、低熱伝導領域上の部位に配置されたヒータを含むセンシング部と、を有するセンサチップを備えた熱式フローセンサであって、半導体基板における一面とその裏面とを繋ぐ端面のうち、流体の通常時の流れ方向(順方向の流れ)における上流側端面として、一面と連結され、流れ方向においてヒータから離反するほど、半導体基板の厚さ方向において裏面に近づく第1の傾斜部位を含むことを特徴とする。
In order to achieve the above object, the invention according to
本発明では、センサチップを構成する半導体基板の上流側端面が、一面と連結され、流れ方向においてヒータから離反するほど、半導体基板の厚さ方向において裏面に近づく第1の傾斜部位を含む構成としている。すなわち、半導体基板の上流側端面の少なくとも一部をテーパ状とすることで、従来別部材である整流部に担わせていた整流機能(換言すれば、乱流抑制機能)を、センサチップ自身にもたせている。これにより、順方向に流れる流体は、上流側端面における第1の傾斜部位に沿って一面上に誘導され、整流された状態のまま、ヒータなどのセンシング部上を通過する。したがって、別部材としての整流部を有さない構成でありながら、精度良く流体の流量を検出することができる。 In the present invention, the upstream end surface of the semiconductor substrate constituting the sensor chip is connected to one surface, and includes a first inclined portion that approaches the back surface in the thickness direction of the semiconductor substrate as the distance from the heater in the flow direction increases. Yes. That is, by forming at least a part of the upstream end surface of the semiconductor substrate into a tapered shape, the rectifying function (in other words, the turbulent flow suppressing function) that has been conventionally performed by the rectifying unit, which is another member, can be applied to the sensor chip itself. I'm giving it back. As a result, the fluid flowing in the forward direction is guided to one surface along the first inclined portion on the upstream end surface, and passes over the sensing unit such as a heater while being rectified. Therefore, it is possible to detect the flow rate of the fluid with high accuracy even though the rectifying unit is not provided as a separate member.
また、上記したように、整流機能を半導体基板(センサチップ)自身にもたせているので、別部材としての整流部やダムが不要であり、センサチップに対し、別部材である整流部を厚さ方向及び流れ方向において精度良く位置決めする必要もない。したがって、熱式フローセンサの構成を簡素化することができる。すなわち、従来に比べて、熱式フローセンサの部品点数を削減し、また、製造工程も簡素化することができる。 Further, as described above, since the rectification function is provided to the semiconductor substrate (sensor chip) itself, a rectification unit or a dam as a separate member is unnecessary, and the rectification unit as a separate member is thicker than the sensor chip. It is not necessary to position with high accuracy in the direction and the flow direction. Therefore, the configuration of the thermal flow sensor can be simplified. That is, the number of parts of the thermal type flow sensor can be reduced and the manufacturing process can be simplified as compared with the conventional case.
さらには、整流機能を半導体基板(センサチップ)自身にもたせており、別部材である整流部が不要であるので、そもそも整流部を構成する材料とセンサチップ(半導体基板)との線膨張係数差に起因する応力が生じることはない。したがって、センサ特性の変動を抑制することもできる。 Furthermore, since the rectifying function is provided to the semiconductor substrate (sensor chip) itself and a separate rectifying unit is not required, the difference in linear expansion coefficient between the material constituting the rectifying unit and the sensor chip (semiconductor substrate) in the first place. There will be no stress caused by. Therefore, fluctuations in sensor characteristics can be suppressed.
このように本発明に係る熱式フローセンサによれば、乱流を抑制して精度良く流量を検出できる構成でありながら、従来に比べて構成を簡素化し、且つ、センサ特性の変動も抑制することができる。なお、整流機能を半導体基板(センサチップ)自身にもたせており、センサチップに対する整流部位(本発明では第1の傾斜部位)の位置精度が従来よりも高いため、より精度良く流量を検出することができる。 As described above, according to the thermal flow sensor of the present invention, it is possible to detect the flow rate with high accuracy by suppressing the turbulence, but the configuration is simplified as compared with the conventional one and the fluctuation of the sensor characteristics is also suppressed. be able to. Since the semiconductor substrate (sensor chip) itself is provided with a rectifying function and the positional accuracy of the rectifying portion (the first inclined portion in the present invention) with respect to the sensor chip is higher than before, the flow rate can be detected with higher accuracy. Can do.
請求項2に記載のように、上流側端面として、裏面と連結され、流れ方向においてヒータから離反するほど、半導体基板の厚さ方向において一面に近づく第2の傾斜部位を含み、第1の傾斜部位と第2の傾斜部位とが互いに連結された構成としても良い。 According to a second aspect of the present invention, the first inclined surface includes a second inclined portion that is connected to the back surface as the upstream end surface and approaches the one surface in the thickness direction of the semiconductor substrate as the distance from the heater in the flow direction increases. The part and the second inclined part may be connected to each other.
これによれば、第2の傾斜部位により、半導体基板の裏面側を流れる流体も整流することができる。したがって、裏面側を流れる流体にて乱流が生じ、該乱流が、一面側を流れる流体に悪影響を及ぼすのを、抑制することもできる。 According to this, the fluid flowing on the back surface side of the semiconductor substrate can also be rectified by the second inclined portion. Therefore, turbulent flow is generated in the fluid flowing on the back surface side, and it is possible to suppress the turbulent flow from adversely affecting the fluid flowing on the one surface side.
請求項3に記載のように、半導体基板において、上流側端面を含む角部が、丸みを帯びた形状とされた構成とすると良い。これによれば、流体の流れがより滑らかとなるので、流量の検出精度を向上することができる。なお、上流側端面を含む角部とは、少なくとも第1の傾斜部位と一面との連結部位が含まれる。それ以外にも、第2の傾斜部位を有する場合には、第1の傾斜部位と第2の傾斜部位との連結部位、第2の傾斜部位と裏面との連結部位も含まれる。また、上流側端面が第1の傾斜部位のみを有する場合には、第1の傾斜部位と裏面との連結部位も含まれる。 According to a third aspect of the present invention, in the semiconductor substrate, the corner portion including the upstream end face may have a rounded shape. According to this, since the fluid flow becomes smoother, the detection accuracy of the flow rate can be improved. In addition, the corner | angular part containing an upstream end surface includes the connection part of a 1st inclination part and one surface at least. In addition, when it has a 2nd inclination part, the connection part of a 1st inclination part and a 2nd inclination part and the connection part of a 2nd inclination part and a back surface are also included. In addition, when the upstream end surface has only the first inclined portion, a connecting portion between the first inclined portion and the back surface is also included.
請求項4に記載のように、流れ方向における下流側端面として、一面と連結され、流れ方向においてヒータから離反するほど、厚さ方向において裏面に近づく第3の傾斜部位を含む構成としても良い。 According to a fourth aspect of the present invention, the downstream end surface in the flow direction may be connected to one surface, and may include a third inclined portion that approaches the back surface in the thickness direction as the distance from the heater increases in the flow direction.
これによれば、順方向とは逆方向に流れる流体が、下流側端面における第3の傾斜部位に沿って一面上に誘導され、整流された状態のまま、ヒータなどのセンシング部上を通過することとなる。したがって、別部材としての整流部を有さない構成でありながら、第3の傾斜部位による整流機能によって、逆方向の流量も精度良く検出することができる。 According to this, the fluid flowing in the direction opposite to the forward direction is guided to one surface along the third inclined portion on the downstream end surface, and passes over the sensing unit such as the heater while being rectified. It will be. Therefore, the flow rate in the reverse direction can be detected with high accuracy by the rectification function using the third inclined portion, although the rectification unit as a separate member is not provided.
また、請求項5に記載のように、流れ方向における下流側端面として、一面及び裏面と連結され、厚さ方向において一面に近づくほど、流れ方向においてヒータから遠のく第4の傾斜部位を含む構成としても良い。 Further, as described in claim 5, as a downstream side end surface in the flow direction, it is connected to the one surface and the back surface, and as it approaches the one surface in the thickness direction, it includes a fourth inclined portion that is farther from the heater in the flow direction. Also good.
逆流を伴わず、順方向の流体が過渡的に流れている際に車両を減速すると、下流側端面側にて生じたカルマン渦による逆流が、センサチップにおける一面上に及び、この逆流と順方向の流れとによりさらに大きな旋廻渦が生じて、一面上に局所的に逆方向の流れが生じるが知られている。これに対し、本発明では、第4の傾斜部位においてカルマン渦を崩壊させるとともに、第4の傾斜部位で生じる圧力低下部への流体の流れ込みにより、センサチップの一面上での旋廻渦の発生を抑制することができる。すなわち、第4の傾斜部位による整流機能によって、流体の流量を精度良く検出することができる。 If the vehicle is decelerated while forward fluid is flowing transiently without backflow, the backflow caused by Karman vortices generated on the downstream end face side extends over the entire surface of the sensor chip. It is known that a larger swirling vortex is generated by the flow of the flow and a reverse flow is locally generated on one surface. On the other hand, in the present invention, the Karman vortex is collapsed at the fourth inclined portion, and the swirling vortex is generated on one surface of the sensor chip by the fluid flowing into the pressure drop portion generated at the fourth inclined portion. Can be suppressed. That is, the flow rate of the fluid can be detected with high accuracy by the rectifying function by the fourth inclined portion.
請求項6に記載のように、半導体基板において、下流側端面を含む角部が、丸みを帯びた形状とされた構成としても良い。これによれば、流体の流れがより滑らかとなるので、流量の検出精度を向上することができる。なお、下流側端面を含む角部とは、第3の傾斜部位を含む場合、第3の傾斜部位と一面との連結部位が少なくとも含まれる。また、第4の傾斜部位を含む場合には、第4の傾斜部位と一面との連結部位、第4の傾斜部位と裏面との連結部位が含まれる。 According to a sixth aspect of the present invention, in the semiconductor substrate, the corner portion including the downstream end face may have a rounded shape. According to this, since the fluid flow becomes smoother, the detection accuracy of the flow rate can be improved. In addition, when the corner | angular part containing a downstream end surface contains a 3rd inclination part, the connection part of a 3rd inclination part and one surface is included at least. Moreover, when the 4th inclination part is included, the connection part of a 4th inclination part and one surface and the connection part of a 4th inclination part and a back surface are included.
請求項7に記載のように、半導体基板は単結晶シリコンからなり、一面及び裏面を(100)面としており、半導体基板の端面のうち、上流側端面及び下流側端面を除く部位として、一面と連結され、ヒータから離反するほど、半導体基板の厚さ方向において裏面に近づく第5の傾斜部位、及び、裏面と連結され、ヒータから離反するほど、半導体基板の厚さ方向において一面に近づく第6の傾斜部位、の少なくとも一方を含み、各傾斜部位が、半導体基板のエッチングによって形成された構成としても良い。 According to a seventh aspect of the present invention, the semiconductor substrate is made of single crystal silicon, the one surface and the back surface are (100) surfaces, and the end surface of the semiconductor substrate is a surface excluding the upstream end surface and the downstream end surface. As the distance from the heater is increased, the fifth inclined portion that is closer to the back surface in the thickness direction of the semiconductor substrate and the sixth surface that is connected to the back surface and is closer to the first surface in the thickness direction of the semiconductor substrate are separated from the heater. In addition, at least one of the inclined portions may be included, and each inclined portion may be formed by etching the semiconductor substrate.
これによれば、単結晶シリコンからなる半導体基板がエッチングされて、端面全周に傾斜部位が形成されるとともに、センサチップの大きさに分離(チップ化)されている。したがって、上流側端面及び下流側端面に整流機能を発揮する傾斜部位を有する構成でありながら、エッチング(傾斜部位を形成する加工)のみによって、半導体基板をチップ化することができる。すなわち、ダイシングを不要とすることができる。 According to this, a semiconductor substrate made of single crystal silicon is etched to form an inclined portion around the entire end face, and is separated (chiped) into the size of the sensor chip. Therefore, the semiconductor substrate can be formed into a chip only by etching (processing for forming the inclined portion) while having the inclined portion exhibiting the rectifying function on the upstream end face and the downstream end face. That is, dicing can be eliminated.
次に、請求項8に記載の発明は、一面から所定深さの一部領域が他の領域よりも低熱伝導の領域とされた半導体基板と、低熱伝導領域を架橋するように半導体基板の一面上に形成された絶縁膜と、絶縁膜上に配置された抵抗体として、低熱伝導領域上の部位に配置されたヒータを含むセンシング部と、を有するセンサチップを備えた熱式フローセンサであって、半導体基板の一面には、低熱伝導領域とは離間して溝部が形成され、溝部として、一端が、一面とその裏面とを繋ぐ端面のうちの流体の通常時の流れ方向における上流側端面に開口し、流れ方向に沿いつつヒータに向けて延びた上流側溝部を含んでいる。そして、センサチップにおける一面側の表面には、溝部に対応して凹部が形成されていることを特徴とする。 Next, according to an eighth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor substrate in which a partial region having a predetermined depth from one surface is a region having a lower thermal conductivity than other regions, and a surface of the semiconductor substrate so as to bridge the low thermal conductivity region. A thermal flow sensor comprising a sensor chip having an insulating film formed thereon, and a sensing unit including a heater disposed in a region on a low heat conduction region as a resistor disposed on the insulating film. In addition, a groove portion is formed on one surface of the semiconductor substrate so as to be separated from the low heat conduction region, and one end is an upstream end surface in the normal flow direction of the fluid among the end surfaces connecting the one surface and the back surface thereof. And an upstream groove extending toward the heater along the flow direction. And the concave part corresponding to the groove part is formed in the surface of the one surface side in a sensor chip, It is characterized by the above-mentioned.
本発明では、センサチップを構成する半導体基板の一面に溝部が形成されており、該溝部として、一端が上流側端面に開口し、流れ方向に沿いつつヒータに向けて延びる態様の上流側溝部が含まれている。また、半導体基板の一面上に堆積形成された絶縁膜などが溝部の形状を模倣することで、センサチップの表面には、上流側溝部を含む溝部に対応して凹部が形成されている。これにより、順方向に流れる流体は、上流側溝部に対応するセンサチップ表面の凹部内の流路を誘導され、整流された状態のまま、ヒータなどのセンシング部上を通過する。したがって、別部材としての整流部を有さない構成でありながら、精度良く流体の流量を検出することができる。 In the present invention, a groove is formed on one surface of the semiconductor substrate constituting the sensor chip. As the groove, an upstream groove having an end opened on the upstream end surface and extending toward the heater along the flow direction is provided. include. Further, an insulating film or the like deposited on one surface of the semiconductor substrate imitates the shape of the groove, so that a recess is formed on the surface of the sensor chip corresponding to the groove including the upstream groove. Thereby, the fluid flowing in the forward direction is guided through the flow path in the recess on the surface of the sensor chip corresponding to the upstream groove portion, and passes over the sensing portion such as a heater while being rectified. Therefore, it is possible to detect the flow rate of the fluid with high accuracy even though the rectifying unit is not provided as a separate member.
また、上記したように、整流機能をセンサチップ自身にもたせているので、別部材としての整流部やダムが不要であり、センサチップに対し、別部材である整流部を厚さ方向及び流れ方向において精度良く位置決めする必要もない。したがって、熱式フローセンサの構成を簡素化することができる。すなわち、従来に比べて、熱式フローセンサの部品点数を削減し、また、製造工程も簡素化することができる。 In addition, as described above, since the rectifying function is provided to the sensor chip itself, a rectifying unit or a dam as a separate member is unnecessary, and the rectifying unit as a separate member is disposed in the thickness direction and the flow direction with respect to the sensor chip. It is not necessary to position with high accuracy. Therefore, the configuration of the thermal flow sensor can be simplified. That is, the number of parts of the thermal type flow sensor can be reduced and the manufacturing process can be simplified as compared with the conventional case.
さらには、整流機能をセンサチップ自身にもたせており、別部材である整流部が不要であるので、そもそも整流部を構成する材料とセンサチップ(半導体基板)との線膨張係数差に起因する応力が生じることはない。したがって、センサ特性の変動を抑制することもできる。 Furthermore, since the rectifying function is provided to the sensor chip itself and a separate rectifying unit is not required, stress caused by the difference in linear expansion coefficient between the material constituting the rectifying unit and the sensor chip (semiconductor substrate) in the first place. Will not occur. Therefore, fluctuations in sensor characteristics can be suppressed.
このように本発明に係る熱式フローセンサによれば、乱流を抑制して精度良く流量を検出できる構成でありながら、従来に比べて構成を簡素化し、且つ、センサ特性の変動も抑制することができる。 As described above, according to the thermal flow sensor of the present invention, it is possible to detect the flow rate with high accuracy by suppressing the turbulence, but the configuration is simplified as compared with the conventional one and the fluctuation of the sensor characteristics is also suppressed. be able to.
請求項9に記載のように、上流側溝部は、流れ方向に垂直な開口面積の大きさが、流れ方向においてヒータから遠ざかるほど大きくされた構成とすると良い。これによれば、上流側溝部に対応する凹部が、上記した整流機能だけでなく、流速を高める機能も発揮する。したがって、センシング部における検出感度を向上することもできる。 According to a ninth aspect of the present invention, the upstream groove may be configured such that the size of the opening area perpendicular to the flow direction is increased as the distance from the heater increases in the flow direction. According to this, the recessed part corresponding to an upstream groove part exhibits not only the above-mentioned rectification function but the function which raises the flow velocity. Therefore, the detection sensitivity in the sensing unit can be improved.
請求項10に記載のように、溝部として、一端が、端面のうちの流体の通常時の流れ方向における下流側端面に開口し、流れ方向に沿いつつヒータに向けて延びた下流側溝部を含む構成とすることが好ましい。 According to a tenth aspect of the present invention, as the groove portion, one end includes a downstream groove portion that opens to the downstream end surface in the normal flow direction of the fluid in the end surface and extends toward the heater along the flow direction. A configuration is preferable.
本発明では、溝部として、一端が下流側端面に開口し、流れ方向に沿いつつヒータに向けて延びる態様の下流側溝部が含まれている。そして、半導体基板の一面上に堆積形成された絶縁膜などが溝部の形状を模倣することで、センサチップの表面には、下流側溝部に対応して凹部が形成されている。これにより、逆方向の流れの流体が、下流側溝部に対応するセンサチップ表面の凹部内の流路を誘導され、整流された状態のまま、ヒータなどのセンシング部上を通過する。したがって、別部材としての整流部を有さない構成でありながら、逆方向の流量も精度良く検出することができる。 In the present invention, the groove portion includes a downstream groove portion whose one end opens on the downstream end surface and extends toward the heater along the flow direction. Then, an insulating film or the like deposited on one surface of the semiconductor substrate imitates the shape of the groove, so that a recess is formed on the surface of the sensor chip corresponding to the downstream groove. Thereby, the fluid of the flow of a reverse direction is induced | guided | derived through the flow path in the recessed part of the sensor chip surface corresponding to a downstream groove part, and passes over on sensing parts, such as a heater, with the rectified state. Therefore, the flow rate in the reverse direction can be detected with high accuracy even though the rectifying unit is not provided as a separate member.
溝部を有する場合、請求項11に記載のように、半導体基板は、一面と連結された溝部の壁面のうち、ヒータ側の端部の壁面として、流れ方向においてヒータから離反するほど、半導体基板の厚さ方向において裏面に近づく第7の傾斜部位を含む構成とすることが好ましい。
In the case where the groove portion is provided, as described in
これによれば、凹部内の流路を誘導された流体が、第7の傾斜部位を介して滑らかにヒータ上まで誘導される。換言すれば、上流側溝部や下流側溝部に対応する凹部において、ヒータ側の端部で生じる乱流を抑制し、流量の検出精度をより向上することができる。 According to this, the fluid guided through the flow path in the recess is smoothly guided to the heater via the seventh inclined portion. In other words, the turbulent flow generated at the end on the heater side can be suppressed in the recesses corresponding to the upstream groove portion and the downstream groove portion, and the flow rate detection accuracy can be further improved.
請求項12に記載のように、低熱伝導領域として、半導体基板の少なくとも一面に開口する空隙領域を備える構成に好適である。抵抗体としてのヒータは、半導体基板に配置された絶縁膜のうち、半導体基板の空隙領域上の部位に位置する構成、すなわち、ヒータが、空隙領域によってセンサチップの他の部位と熱的に分離された構成では、空隙領域上の絶縁膜からなる薄肉部位(メンブレン)にヒータが位置するため、センサチップと該センサチップに接する他部材(例えばリードフレームのアイランド)との線膨張係数差に起因する応力の影響を、ヒータが特に受けやすい。しかしながら、上記した発明によれば、ヒータへ伝達される応力を効果的に低減することができる。なお、低熱伝導領域としては、空隙領域以外にも、基板に形成されたポーラスシリコン領域などを採用することもできる。 According to a twelfth aspect of the present invention, the low heat conduction region is suitable for a configuration including a void region that opens on at least one surface of the semiconductor substrate. The heater as the resistor is configured in the insulating film disposed on the semiconductor substrate at a position on the gap area of the semiconductor substrate, that is, the heater is thermally separated from other parts of the sensor chip by the gap area. In this configuration, the heater is located in a thin part (membrane) made of an insulating film on the gap region, and this is caused by a difference in linear expansion coefficient between the sensor chip and another member (for example, an island of the lead frame) that contacts the sensor chip. The heater is particularly susceptible to the effects of stress. However, according to the above-described invention, the stress transmitted to the heater can be effectively reduced. As the low thermal conductivity region, a porous silicon region formed on the substrate can be employed in addition to the void region.
以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
(第1の実施の形態)
図1は、第1実施形態に係る熱式フローセンサの概略構成を示す平面図である。図2は、図1のII−II線に沿う断面図である。図3は、図1のIII−III線に沿う断面図である。図4は、センサチップの概略構成を示す平面図である。図5は、図4のV−V線に沿う断面図である。図1,図3,図4に示す白抜き矢印は、通常時の流体の流れ方向を示している。また、図4においては、便宜上、ヒータ、感温体、繋ぎ配線上の絶縁膜及び封止部材を省略して図示している。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
(First embodiment)
FIG. 1 is a plan view showing a schematic configuration of the thermal flow sensor according to the first embodiment. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II in FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line III-III in FIG. FIG. 4 is a plan view showing a schematic configuration of the sensor chip. FIG. 5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. The white arrows shown in FIGS. 1, 3, and 4 indicate the flow direction of the fluid in a normal state. In FIG. 4, for convenience, the heater, the temperature sensing element, the insulating film on the connecting wiring, and the sealing member are omitted.
なお、以下においては、流体の流れ方向(通常の順方向及び逆流時の逆方向いずれも)を単に流れ方向、半導体基板の厚さ方向を単に厚さ方向、該厚さ方向に垂直な方向を単に垂直方向と示すものとする。 In the following, the fluid flow direction (both normal forward direction and reverse direction during reverse flow) is simply the flow direction, the thickness direction of the semiconductor substrate is simply the thickness direction, and the direction perpendicular to the thickness direction is It shall be simply indicated as the vertical direction.
図1〜図5に示すように、熱式フローセンサ1は、要部として、後述するヒータ13を含むセンシング部が形成されたセンサチップ10を有している。本実施形態では、さらに、リードフレームの一部として構成されたアイランド50及びリード51と、センサチップ10のパッド部19やワイヤ54などの電気的な接続部位を被覆する封止樹脂部52を有している。このような熱式フローセンサ1は、例えば車両内燃機関の吸気管内に配置される。
As shown in FIGS. 1 to 5, the
センサチップ10は、一面から所定深さの一部領域が他の領域よりも低熱伝導の領域とされた半導体基板11と、低熱伝導領域を架橋するように半導体基板11の一面11a上に形成された絶縁膜12と、絶縁膜12上に配置された抵抗体として、低熱伝導領域上の部位に配置されたヒータ13を含むセンシング部と、を有するものである。
The
本実施形態では、図4及び図5に示すように、単結晶シリコンからなる平面略長方形の半導体基板11を有しており、半導体基板11の表面(一面11a及びその裏面11b)が(100)面となっている。また、半導体基板11は、一面11a及び裏面11bを繋ぐ端面(側面)のうち、長手側の両端面が流体の流れに面する(略垂直となる)ように配置される。そして、長手側端面のうち、通常時の流体の流れ方向(順方向)に対して、上流側に位置する上流側端面14と、下流側に位置する下流側端面15には、それぞれ傾斜部位が構成されている。
In the present embodiment, as shown in FIGS. 4 and 5, the
半導体基板11における上流側端面14には、一面11aと連結され、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく第1の傾斜部位としての、第1傾斜面14aが構成されている。この第1傾斜面14aは、単結晶シリコンからなる半導体基板11を、一面11a側からKOHなどのアルカリ性溶液にてエッチングすることで形成されており、シリコンの(111)面が第1傾斜面14aとなっている。
The
また、上流側端面14には、裏面11bと連結され、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において一面11aに近づく第2の傾斜部位としての、第2傾斜面14bも構成されている。この第2傾斜面14bは、半導体基板11を、裏面11b側からKOHなどのアルカリ性溶液にてエッチングすることで形成されており、第1傾斜面14a同様、シリコンの(111)面が第2傾斜面14bとなっている。そして、第1傾斜面14aと第2傾斜面14bとが、厚さ方向における半導体基板11の中心付近で互いに連結され、この連結部位が、半導体基板11において、流れ方向上流側での頂点位置となっている。すなわち、上流側端面14は、第1傾斜面14aと第2傾斜面14bとにより構成されている。
Further, the
一方、半導体基板11の下流側端面15には、一面11aと連結され、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく第3の傾斜部位としての、第3傾斜面15aが構成されている。この第3傾斜面15aも、第1傾斜面14a同様、単結晶シリコンからなる半導体基板11を、一面11a側からKOHなどのアルカリ性溶液にてエッチングすることで形成されており、シリコンの(111)面が第3傾斜面15aとなっている。
On the other hand, the
また、下流側端面15には、裏面11bと連結され、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において一面11aに近づく傾斜部位としての、第4傾斜面15bも構成されている。この第4傾斜面15bは、第2傾斜面14b同様、半導体基板11を、裏面11b側からKOHなどのアルカリ性溶液にてエッチングすることで形成されており、シリコンの(111)面が第4傾斜面15bとなっている。そして、第3傾斜面15aと第4傾斜面15bとが、厚さ方向における半導体基板11の中心付近で互いに連結され、この連結部位が、半導体基板11において、流れ方向下流側での頂点位置となっている。すなわち、下流側端面15は、第3傾斜面15aと第4傾斜面15bとにより構成されている。
The
このように上流側端面14及び下流側端面15は、それぞれテーパ形状となっており、互いに対称形状となっている。
As described above, the
半導体基板11には、上記低熱伝導領域に相当する部位として、半導体基板11における少なくとも一面側に開口する空隙領域16が形成されている。本実施形態では、一例として、絶縁膜12としてのシリコン酸化膜をエッチングストッパとして、裏面11b側からKOHなどのアルカリ性溶液にてエッチングすることで、(111)面を壁面とする空隙領域16が形成されている。この空隙領域16は、厚さ方向において半導体基板11を貫通する貫通孔となっており、半導体基板11の一面11a側ほど開口面積が小さく、裏面11b側ほど開口面積が大きくなっている。なお、図4に矩形の破線で示す符号16aは、空隙領域16の裏面側開口端を、符号16bは空隙領域16の一面側開口端を示している。また、図示しないが、半導体基板11の裏面11b上にもエッチングマスクとしての絶縁膜が配置されている。
The
そして、絶縁膜12における空隙領域16を架橋する部位にヒータ13が形成されている。このように、絶縁膜12における空隙領域16を架橋する部位は、センサチップ10において薄肉の部位(所謂メンブレン)となっており、これにより熱容量が低く抑えられ、ヒータ13とセンサチップ10におけるヒータの周囲部位(空隙領域16の周囲部位)との熱的な絶縁が確保されている。
A
本実施形態では、絶縁膜12における半導体基板11の空隙領域16を除く領域上の部位に、一対のヒータ13a,13bを挟むようにして、抵抗体としての一対の感温体17a,17bが上流側と下流側にそれぞれ形成されている。詳しくは、流れ方向に反って、ヒータ13a,13b及び感温体17a,17bが一直線上に配置されている。そして、これらヒータ13a,13bと感温体17a,17bとによりセンシング部が構成されている。これらヒータ13a,13b及び感温体17a,17bは、例えばヒータ13などと同一材料を用いて一体形成された繋ぎ配線18を介して、外部接続端子(電極)としてのパッド部19と電気的に接続されている。そして、これらヒータ13a,13b、感温体17a,17b、及び繋ぎ配線18を覆うようにして、例えばシリコン窒化膜などの保護膜20が積層配置されている。なお、本実施形態では、リンやボロンなどの不純物が導入された単結晶シリコンを、ヒータ13などの配線材料としている。
In the present embodiment, the pair of
このように構成されたセンシング部では、ヒータ13a,13bが、電流の供給によって発熱する機能に加え、それ自身の抵抗値の変化に基づいて、自身の温度を感知する機能も有している。そして、上流側と下流側の各ヒータ13a,13bで生じる熱のうち、流体によって奪われる熱に基づき、流体の流量が検出されるようになっている。また、上流側ヒータ13aと下流側ヒータ13bとのそれぞれに生じる熱のうち、流体によって奪われる熱量の差に基づき、流体の流通方向が検出されるようにもなっている。さらには、上流側ヒータ13aと上流側の感温体17aとの温度差、及び、下流側ヒータ13bと下流側の感温体17bとの温度差に基づき、ヒータ13a,13bに供給される電流量が制御されるようにもなっている。このようなセンシング部の構成は、本出願人による例えば特開2008−180739号公報などに説明されているものと基本的に同じであり、詳細については参照されたい。
In the sensing unit configured as described above, the
そして、センサチップ10は、図2に示すように、ヒータ13が形成された側のヒータ形成側表面10a(以下、単に表面10aと示す)の裏面10bを搭載面とし、接着部材53を介して、支持部材としてのアイランド50の一面上に固定されている。また、裏面10bのうち、一部位のみが接着部材53との接触領域となっている。本実施形態では、図2に示すように、センサチップ10の裏面10bにおいて、長手方向におけるパッド部19側の一端からヒータ13側に向けての一部範囲が、接着部位となっている。詳しくは、接着部位は、半導体基板11の裏面11bにおけるパッド部19の形成領域に対応する部位も含んでおり、低熱伝導領域としての空隙領域16とは離反している。
As shown in FIG. 2, the
なお、図4に二点鎖線で示す符号21は、センサチップ10において、被測定流体に晒される部位と晒されない部位との境界線を示している。そして、測定環境において、該境界線21よりもヒータ13側の部位が、被測定流体に晒され、該境界線21よりもパッド部19側の部位は、封止樹脂部52によって封止されている。また、図2,図3,図5に示す符号22は、半導体基板11の一面11a上に位置する絶縁膜12、ヒータ13などの配線層、及び保護膜20を含む、半導体基板11の一面11a上に位置する上部構造体を示している。
In addition, the code |
アイランド50は、センサチップ10を支持する支持部材であり、センサチップ10を構成する半導体基板11とは異なる材料を用いて構成されている。本実施形態においてはリード51とともに、同一のリードフレームの一部位として構成されている。このように、リード51と同一材料にて構成すると、熱式フローセンサ1の構成を簡素化することができる。また、平面矩形状のアイランド50が、センサチップ10の裏面10bの一部のみと対向しており、その一面上には接着部材53が配置され、この接着部材53を介して、センサチップ10がアイランド50に固定されている。すなわち、センサチップ10は、接着部材53を介してアイランド50に片持ち支持されている。なお、接着部材53は所謂ダイボンド材であり、その構成材料は、アイランド50にセンサチップ10を接着固定できるものであれば特に限定されるものではない。有機系成分のみでも良いし、有機系成分に無機系成分や金属成分を混入させたもの(例えばAgペースト)を用いても良い。本実施形態においては、硬化後のヤング率が1GPa以上である一般的なエポキシ系樹脂を採用している。
The
リード51は、センサチップ10のセンシング部と外部機器との電気的な中継機能を果たすものである。本実施形態においては、上述したように、アイランド50と同一の金属部材を加工することにより形成されており、例えばAlやAuからなるワイヤ54が、超音波を用いた接合方法でリード51とセンサチップ10のパッド部19にそれぞれ接続されて、リード51とセンサチップ10(センシング部)とが電気的に接続されている。
The
封止樹脂部52は、電気絶縁材料からなり、センサチップ10の表面10aのうち、センシング部の形成領域を外部雰囲気に露出させつつパッド部19の形成領域を封止するものである。本実施形態では、液状の絶縁材料を固化(硬化又はゲル化)、詳しくはトランスファーモールド法により、溶融樹脂(例えばエポキシ系樹脂)を硬化して、封止樹脂部52が形成されている。また、アイランド50上にセンサチップ10が接着固定され、センサチップ10のパッド部19とリード51とがワイヤ54を介して接続された状態で、ワイヤ54、ワイヤ54とセンサチップ10(パッド部19)の接続部位、及びワイヤ54とリード51との接続部位を、一体的に被覆している。
The sealing
次に、上記した熱式フローセンサ1の製造方法について説明する。図6は、熱式フローセンサの製造方法を説明するための断面図であり、(a)〜(c)はテーパ状の上流側端面及び下流側端面を形成する工程を示している。
Next, a method for manufacturing the above-described
先ず上記した構成のセンサチップ10を準備する。本実施形態においては、一例として、シリコンからなる支持基板上に、絶縁層を介してシリコンからなる半導体層が積層配置された構成の所謂SOI(Silicon On Insulator)基板を採用する。このSOI基板では、支持基板が上記した半導体基板11に相当し、絶縁層が絶縁膜12に相当する。そして、半導体層にボロンなどの不純物を注入した後、反応性イオンエッチングなどにより半導体層をパターニングして、上記したヒータ13a,13b、感温体17a,17b、繋ぎ配線18を形成する。このパターニングにより、後に上流側端面14及び下流側端面15を形成する部位の半導体層も除去される。また、半導体層のパターニング後、絶縁膜12を覆うように例えば低圧CVD法によって保護膜20としてのシリコン窒化膜を成膜し、所定位置にパッド部19を形成する。このようなセンサチップ10の製造方法は、本出願人による例えば特開2008−180739号公報などに説明されているので、詳細な説明は割愛する。
First, the
次に、図6(a)に示すように、半導体基板11の裏面11bに、図示しない絶縁膜(例えばシリコン窒化膜)をプラズマCVD法などにより成膜し、空隙領域16、上面側端面14(第2傾斜面14b)、及び下流側端面15(第4傾斜面15b)に対応した平面矩形状の開口部を形成すべく、反応性イオンエッチングなどにより、上記絶縁膜をエッチングする。そして、上記絶縁膜をマスクとして、KOHなどのアルカリ性溶液により、半導体基板11を裏面11b側からエッチングする。このエッチングにおいては、上記したように半導体基板11の裏面11bを(100)面とするため、(111)面に沿ってエッチングすることができる。
Next, as shown in FIG. 6A, an insulating film (not shown) (for example, a silicon nitride film) is formed on the
このとき、マスクの開口部は、空隙領域16に対応する部位のほうが、上面側端面14及び下流側端面15に対応する部位よりも大きい。したがって、上部構造体22の絶縁膜12をエッチングストッパとして、半導体基板11を貫通する空隙領域16を形成するとともに、裏面11bから半導体基板11の半分程度までの深さを有するV字状の溝14c,15cを形成することができる。なお、溝14cは、上面側端面14に対応する溝であり、溝14cの壁面が後に第2傾斜面14bとなる。また、溝15cは、下流側端面15に対応する溝であり、溝15cの壁面が後に第4傾斜面15bとなる。
At this time, the opening of the mask is larger in the part corresponding to the
裏面11b側のエッチング終了後、図6(b)に示すように、上面側端面14(第1傾斜面14a)及び下流側端面15(第3傾斜面15a)に対応した平面矩形状の開口部を形成すべく、反応性イオンエッチングなどにより、上部構造体22(保護膜20及び絶縁膜12)をエッチングする。そして、上部構造体22(保護膜20)をマスクとして、KOHなどのアルカリ性溶液により、半導体基板11を一面11a側からエッチングする。このエッチングにおいても、上記したように半導体基板11の一面11aを(100)面とするため、(111)面に沿ってエッチングすることができる。
After the etching on the
このエッチングでは、一面11aから半導体基板11の半分程度までの深さを有するV字状の溝14d,15dを形成し、先に形成した溝14c,15cと繋がった時点でエッチング終了とする。なお、溝14dは、上面側端面14に対応する溝であり、溝14dの壁面が第1傾斜面14aとなる。また、溝15dは、下流側端面15に対応する溝であり、溝15dの壁面が第3傾斜面15aとなる。以上により、図6(c)に示すように、第1傾斜面14a及び第2傾斜面14bを有するテーパ状の上流側端面14と、第3傾斜面15a及び第4傾斜面15bを有するテーパ状の下流側端面15を備えたセンサチップ10を準備することができる。
In this etching, V-shaped
あとは、周知の種々の製造方法を適用することができる。本実施形態では、センサチップ10の準備と並行して、金属板にプレス加工やエッチングなどを施し、アイランド50とリード51を一部位として含むリードフレームを準備する。そして、アイランド50に接着部材53を配置した状態で、アイランド50の接着面上に、裏面10bを搭載面としてセンサチップ10を搭載する。これにより、センサチップ10における裏面10bの一部が接着部材53と接した状態となる。そして、この位置決め状態で、接着部材53の硬化処理(本実施形態においては熱処理)を実施する。これにより、接着部材53が硬化し、センサチップ10がアイランド50に接着固定される。
After that, various known manufacturing methods can be applied. In the present embodiment, in parallel with the preparation of the
センサチップ10の固定後、センサチップ10のパッド部19とリード51とを、ワイヤボンディングによって電気的に接続する。本実施形態においては、Auからなるワイヤ54を、超音波を用いた接合方法を用いて、リード51とセンサチップ10のパッド部19にそれぞれ接続する。特に本実施形態では、パッド部19の形成位置の直下に接着部位が位置しており、接着部位の近傍でワイヤボンディングを実行するので、超音波を用いた接合方法によっても良好な接合状態を形成することができる。
After the
ワイヤボンディング後、トランスファーモールド法により、ヒータ13を含むセンシング部を露出しつつ、ワイヤ54、ワイヤ54とセンサチップ10(パッド部19)の接続部位、及びワイヤ54とリード51との接続部位を一体的に被覆する封止樹脂部52を形成する。このとき、封止樹脂部52を構成する樹脂材料が、センシング部側へ流れ込む恐れがある場合には、センサチップ10の表面10a上に、樹脂膜やゴムなどからなるダムを形成して、樹脂材料を堰き止めるようにすると良い。そして、リードフレームの不要部分を除去することで、図1〜図3に示す熱式フローセンサ1を得ることができる。
After wire bonding, the sensing portion including the
次に、本実施形態に係る熱式フローセンサ1の特徴部分について説明する。先ず本実施形態では、センサチップ10を構成する半導体基板11の上流側端面14が、一面11aと連結され、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく第1傾斜面14aを有している。これにより、図7に示すように、順方向に流れる流体100は、上流側端面14における第1傾斜面14aに沿って一面11a(センサチップ10の表面10a)上に誘導され、整流された状態のまま、ヒータ13などのセンシング部上を通過する。このように、半導体基板11の上流側端面14をテーパ状とすることで、従来別部材である整流部に担わせていた整流機能(換言すれば、乱流抑制機能)をセンサチップ10自身にもたせているので、別部材としての整流部を有さない構成でありながら、上流側端面14が一面11a及び裏面11bに略垂直である構成に比べて、精度良く流体の流量を検出することができる。図7は、整流効果を示す断面図であり、図3に対応している。
Next, the characteristic part of the thermal
また、上記したように、整流機能を半導体基板11(センサチップ10)自身にもたせているので、別部材としての整流部やダムが不要であり、センサチップ10に対し、別部材である整流部を厚さ方向及び流れ方向において精度良く位置決めする必要もない。したがって、熱式フローセンサ1の構成を簡素化することができる。すなわち、従来に比べて、熱式フローセンサ1の部品点数を削減し、また、製造工程も簡素化することができる。
Further, as described above, since the rectifying function is provided to the semiconductor substrate 11 (sensor chip 10) itself, a rectifying unit or a dam as a separate member is unnecessary, and a rectifying unit that is a separate member with respect to the
さらには、整流機能を半導体基板11(センサチップ10)自身にもたせており、別部材である整流部が不要であるので、そもそも整流部を構成する材料とセンサチップ10(半導体基板11)との線膨張係数差に起因する応力が生じることはない。したがって、上記応力によるセンサ特性の変動を抑制することもできる。このように、センサ特性の変動を抑制できるので、本実施形態に示したように、絶縁膜12における低熱伝導領域としての空隙領域16を架橋する部位にヒータ13が配置され、ヒータ13が線膨張係数差に起因する応力の影響を特に受けやすい構成に好適である。
Furthermore, since the rectifying function is provided to the semiconductor substrate 11 (sensor chip 10) itself and a rectifying unit which is a separate member is not required, the material constituting the rectifying unit and the sensor chip 10 (semiconductor substrate 11) are originally provided. No stress is caused by the difference in linear expansion coefficient. Therefore, fluctuations in sensor characteristics due to the stress can be suppressed. As described above, since fluctuations in sensor characteristics can be suppressed, as shown in the present embodiment, the
このように本実施形態に係る熱式フローセンサ1によれば、乱流を抑制して精度良く流量を検出できる構成でありながら、従来に比べて構成を簡素化し、且つ、センサ特性の変動も抑制することができる。なお、整流部位(第1傾斜面14a)を半導体基板11(センサチップ10)自身にもたせており、センサチップ10に対する整流部位の位置精度が従来よりも高いため、より精度良く流量を検出することができる。
As described above, according to the
また、本実施形態では、上流側端面14が、裏面11bと連結され、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において一面11aに近づく第2傾斜面14bも有している。したがって、図7に示すように、順方向に流れ、センサチップ10の裏面10b(半導体基板11の裏面11b)側を流れる流体100も整流することができる。したがって、裏面10b側を流れる流体にて乱流が生じ、該乱流が、表面10a側を流れる流体に悪影響を及ぼすのを抑制することもできる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、下流側端面15が、一面11aと連結され、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく第3傾斜面15aと、裏面11bと連結され、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において一面11aに近づく第4傾斜面15bを有している。したがって、順方向とは逆方向に流体が流れたときに、流体は、下流側端面15における第3傾斜面15aに沿って表面10a上に誘導され、整流された状態のまま、ヒータ13などのセンシング部上を通過することとなる。したがって、別部材としての整流部を有さない構成でありながら、逆方向の流量も精度良く検出することができる。また、裏面10b側を流れる逆方向の流体にて乱流が生じ、該乱流が、表面10a側を流れる流体に悪影響を及ぼすのを、第4傾斜面15bによって抑制することもできる。
Further, in the present embodiment, the
なお、本実施形態では、上流側端面14が、第1傾斜面14a及び第2傾斜面14bを有する例を示した。しかしながら、図8に示すように、第1傾斜面14aのみを有する構成としても良い。この場合、上記した製造工程において、裏面11b側のエッチングによる溝14cを形成せずに、一面11a側からのエッチングによって、半導体基板11を貫通する溝14dを形成すれば良い。図8は、変形例を示す断面図であり、図7に対応している。また、図8に示すように、下流側端面15が、第3傾斜面15aのみを有する構成としても良い。この場合も、上記した製造工程において、裏面11b側のエッチングによる溝15cを形成せずに、一面11a側からのエッチングによって、半導体基板11を貫通する溝15dを形成すれば良い。
In the present embodiment, an example in which the
また、図9に示すように、センサチップ10を構成する半導体基板11において、テーパ状とされた上流側端面14や下流側端面15の角部23が丸みを帯びた形状とすると良い。このように傾斜面との連結部位である角部23を、丸みを帯びた形状とすれば、流体の流れがより滑らかとなるので、流量の検出精度を向上することができる。図9に示す例では、上流側端面14を含む角部23としての、第1傾斜面14aと一面11aとの連結部位である角部23、第1傾斜面14aと第2傾斜面14bとの連結部位である角部23、第2傾斜面14bと裏面11bとの連結部位である角部23が、それぞれ丸みを帯びた形状となっている。また、下流側端面15を含む角部23としての、第3傾斜面15aと一面11aとの連結部位である角部23、第3傾斜面15aと第4傾斜面15bとの連結部位である角部23、第4傾斜面15bと裏面11bとの連結部位である角部23が、それぞれ丸みを帯びた形状となっている。このような丸みを帯びた角部23は、エッチングによる上流側端面14及び下流側端面15の形成後、等方性エッチングを施すことにより、形成することができる。図9は、変形例を示す断面図であり、図7に対応している。
Further, as shown in FIG. 9, in the
また、本実施形態では、SOI基板を採用し、半導体基板11の一面11a上に、上部構造体22を形成した後に、上流側端面14及び下流側端面15を形成すべく、エッチングを行う例を示した。しかしながら、例えば図10(a)に示すように、半導体基板11の一面11a側から、図示しないマスクを介してエッチングにより溝14d,15dを形成し、その後、絶縁膜12の堆積、導電材料(多結晶シリコンや金属材料)の堆積及びパターニングによるヒータ13など配線層の形成、保護膜20の堆積を順に実施して、図10(b)に示すように、一面11a上及び溝14d,15dの壁面上に上部構造体22を一体的に形成する。そして、図10(c)に示すように、半導体基板11の裏面11b側から、図示しないマスクを介してエッチングにより空隙領域16及び溝14c,15cを形成し、テーパ状の上流側端面14及び下流側端面15を有するセンサチップ10を得るようにしても良い。図10(a)〜(c)は、製造方法の変形例を示す断面図である。
In the present embodiment, an SOI substrate is employed, and after the
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を、図11に基づいて説明する。図11は、第2実施形態に係る熱式フローセンサのうち、センサチップの概略構成を示す断面図である。図11は、第1実施形態に示した図7に対応している。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 11 is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a sensor chip in the thermal flow sensor according to the second embodiment. FIG. 11 corresponds to FIG. 7 shown in the first embodiment.
第2実施形態に係る熱式フローセンサは、第1実施形態に示した熱式フローセンサと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、第1実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。 Since the thermal flow sensor according to the second embodiment is common in common with the thermal flow sensor shown in the first embodiment, the detailed description of the common parts will be omitted below, and different parts will be mainly described. . In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown in 1st Embodiment.
第1実施形態では、下流側端面15が、少なくとも第3傾斜面15aを有する例を示した。しかしながら、図11に示すように、下流側端面15が、半導体基板11の一面11a及び裏面11bと連結され、厚さ方向において一面11aに近づくほど、流れ方向においてヒータ13から遠のく第4の傾斜部位としての、第5傾斜面15eのみを有する構成としても良い。なお、図11に示す例では、上流側端面14が、第1実施形態同様、第1傾斜面14a及び第2傾斜面14bを有している。
In 1st Embodiment, the
逆流を伴わず、順方向の流体が過渡的に流れている際に車両を減速すると、下流側端面15側にて生じたカルマン渦による逆流が、センサチップ10における表面10a上に及び、この逆流と順方向の流れとによりさらに大きな旋廻渦が生じて、表面10a上に局所的な逆方向の流れが生じるが知られている。
When the vehicle is decelerated while the forward fluid is transiently flowing without backflow, the backflow due to Karman vortex generated on the
これに対し、図11に示す構成によれば、順方向の流体100が過渡的に流れている際に例えば車両を減速しても、第5傾斜面15eにより、カルマン渦を崩壊させるとともに、第5傾斜面15eで生じる圧力低下部への流体の流れ込みにより、センサチップ10の表面10a上での旋廻渦の発生を抑制することができる。すなわち、第5傾斜面15eによる整流機能によって、流体の流量を精度良く検出することができる。
On the other hand, according to the configuration shown in FIG. 11, even if the vehicle is decelerated, for example, when the
なお、このような第5傾斜面15eも、第1実施形態に示したように、KOHなどのアルカリ性溶液を用いたエッチングにより形成することができる。図11に示す例の場合、例えば、裏面11b側からのエッチングにて、上部構造体22(絶縁膜12)をエッチングストッパとし、空隙領域16を形成するとともに、空隙領域16同様に半導体基板11を貫通する溝15cを形成すれば良い。そして、一面11a側からのエッチングの際に、上部構造体22にホールを形成することで、第5傾斜面15eを有する下流側端面15とすることができる。
Note that such a fifth
(第3実施形態)
次に、本発明の第2実施形態を、図12〜15に基づいて説明する。図12は、第3実施形態に係る熱式フローセンサの概略構成を示す平面図である。図12は、第1実施形態に示した図1に対応している。図13は、図12のXIII−XIII線に沿う断面図である。図14は、図12のXIV−XIV線に沿う断面図である。
(Third embodiment)
Next, 2nd Embodiment of this invention is described based on FIGS. FIG. 12 is a plan view showing a schematic configuration of a thermal flow sensor according to the third embodiment. FIG. 12 corresponds to FIG. 1 shown in the first embodiment. 13 is a cross-sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. 14 is a cross-sectional view taken along line XIV-XIV in FIG.
第3実施形態に係る熱式フローセンサは、上記した各実施形態に示した熱式フローセンサと共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。なお、上記各実施形態に示した要素と同一の要素には、同一の符号を付与するものとする。 Since the thermal type flow sensor according to the third embodiment is in common with the thermal type flow sensor shown in each of the above-described embodiments, a detailed description of the common part will be omitted below, and different parts will be described mainly. To do. In addition, the same code | symbol shall be provided to the element same as the element shown to said each embodiment.
上記実施形態では、上流側端面14や下流側端面15をテーパ状とすることで、これら端面14,15に整流機能を持たせる例を示した。これに対し、本実施形態では、図12に例示するように、センサチップ10の表面10aに、一端が上流側端面14側に開口し、流れ方向に沿いつつヒータ13に向けて延びる上流側凹部24が形成されている点を第1の特徴とする。また、表面10aに、一端が下流側端面15側に開口し、流れ方向に沿いつつヒータ13に向けて延びる下流側凹部25が形成されている点を第2の特徴とする。本実施形態では、凹部として、上流側凹部24及び下流側凹部25以外にも、一端が上流側端面14側に開口し、他端が下流側端面15側に開口する流れ方向に沿って延びる貫通凹部26も、表面10aに形成されている。なお、上流側凹部24及び下流側凹部25が、特許請求の範囲に記載の凹部に相当する。
In the said embodiment, the
上流側凹部24は、半導体基板11の一面11aに上流側溝部27を形成することで構成されている。上流側溝部27は、図12〜図14に示すように、上流側凹部24に対応して、一端が半導体基板11の上流側端面14に開口し、流れ方向に沿いつつヒータ13に向けて延びた、流れ方向に長い溝である。また、低熱伝導領域としての空隙領域16とは離反している。
The
本実施形態では、空隙領域16とは離反するものの、上流側溝部27のヒータ13側の端部の位置が、流れ方向において空隙領域16上となっている。詳しくは、空隙領域16側に開口しないものの、上流側溝部27のヒータ13側の端部の位置が、裏面11b側における開口端16a(図4参照)よりも、ヒータ13に近い位置となっている。また、上流側溝部27の壁面のうち、ヒータ13側の端部の壁面として、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく第7の傾斜部位としての傾斜面27aを有している。なお、本実施形態においても、単結晶シリコンからなる半導体基板11の一面11a及び裏面11bが(100)面とされ、傾斜面27aはシリコンの(111)面となっている。さらには、平面長方形の半導体基板11の長手方向における上流側溝部27の幅が、長手方向におけるヒータ13の長さよりも短くなっており、上流側溝部27の幅が、流れ方向においてほぼ均一となっている。
In this embodiment, the position of the end of the
そして、この上流側溝部27及び半導体基板11の一面11a上に、上記実施形態にて示した絶縁膜12、ヒータ13などの配線層、及び保護膜20などからなる上部構造体22が一体的に形成され、上流側溝部27に倣って上流側凹部24が形成されている。したがって、上流側凹部24におけるヒータ13側の端部の壁面も、傾斜面27aに対応して、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく傾斜面24aとなっている。本実施形態では、このような上流側凹部24及び上流側溝部27が、それぞれ2つ形成されている。
The
一方、下流側凹部25は、半導体基板11の一面11aに下流側溝部28を形成することで構成されている。下流側溝部28は、図12〜図14に示すように、下流側凹部25に対応して、一端が半導体基板11の下流側端面15に開口し、流れ方向に沿いつつヒータ13に向けて延びた、流れ方向に長い溝である。また、低熱伝導領域としての空隙領域16とは離反している。
On the other hand, the
本実施形態では、空隙領域16とは離反するものの、下流側溝部28のヒータ13側の端部の位置が、流れ方向において空隙領域16上となっている。詳しくは、空隙領域16側に開口しないものの、下流側溝部28のヒータ13側の端部の位置が、裏面11b側における開口端16a(図4参照)よりも、ヒータ13に近い位置となっている。また、下流側溝部28の壁面のうち、ヒータ13側の端部の壁面として、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく第7の傾斜部位としての傾斜面28aを有している。なお、傾斜面28aも、シリコンの(111)面となっている。さらには、平面長方形の半導体基板11の長手方向における下流側溝部28の幅が、長手方向におけるヒータ13の長さよりも短くなっており、下流側溝部28の幅が、流れ方向においてほぼ均一となっている。
In the present embodiment, the position of the end of the
そして、この下流側溝部28及び半導体基板11の一面11a上に上部構造体22が形成され、下流側溝部28に倣って下流側凹部25が形成されている。したがって、下流側凹部25におけるヒータ13側の端部の壁面も、傾斜面28aに対応して、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく傾斜面25aとなっている。本実施形態では、このような下流側凹部25及び下流側溝部28を、それぞれ2つ形成されており、ヒータ13を間に挟んで、上流側凹部24と下流側凹部25(上流側溝部27と下流側溝部28)が対称配置となっている。換言すれば、流れ方向に沿って、上流側凹部24と下流側凹部25(上流側溝部27と下流側溝部28)が同一直線上に配置されている。
An
貫通凹部26は、半導体基板11の一面11aに貫通溝部29を形成することで構成されている。貫通溝部29は、図12及び図14に示すように、貫通凹部26に対応して、一端が半導体基板11の上流側端面14に開口し、他端が半導体基板11の下流側端面15に開口しており、流れ方向に沿って延びた、流れ方向に長い溝である。また、低熱伝導領域としての空隙領域16とは離反している。
The through
本実施形態では、空隙領域16(ヒータ13)を挟むように、垂直方向であって、流れ方向に垂直な方向(平面長方形の半導体基板11の長手方向)において、空隙領域16の両側に貫通溝部29がそれぞれ形成されている。詳しくは、ヒータ13よりもパッド部19側に2つの貫通溝部29が形成され、反対側に1つの貫通溝部29が形成されている。
In the present embodiment, the through-groove portions are formed on both sides of the
そして、この貫通溝部29及び半導体基板11の一面11a上に上部構造体22が形成され、貫通溝部29に倣って貫通凹部26が形成されている。本実施形態では、半導体基板11の長手方向において、上流側凹部24、下流側凹部25、及び貫通凹部26が、長手方向において同一幅であって、等間隔で形成されている。
An
このように構成される熱式フローセンサ1では、上記したように、半導体基板11の一面11aに上流側溝部27が形成され、上流側溝部27上に堆積形成された上部構造体22が上流側溝部27の形状を模倣して、センサチップ10の表面10aに、上流側凹部24が形成されている。この上流側凹部24は、上記したように、一端が上流側端面14側に開口し、流れ方向に沿いつつヒータ13に向けて延びている。すなわち、上流側凹部24により、流体の通路(流路)が構成されている。したがって、順方向に流れる流体は、上流側凹部24内の流路を誘導され、整流された状態のまま、ヒータ13などのセンシング部上を通過する。したがって、別部材としての整流部を有さない構成でありながら、精度良く流体の流量を検出することができる。
In the
また、上記したように、整流機能をセンサチップ10自身にもたせているので、別部材としての整流部やダムが不要であり、センサチップ10に対し、別部材である整流部を厚さ方向及び流れ方向において精度良く位置決めする必要もない。したがって、熱式フローセンサ1の構成を簡素化することができる。すなわち、従来に比べて、熱式フローセンサ1の部品点数を削減し、また、製造工程も簡素化することができる。
Further, as described above, since the rectification function is provided to the
さらには、整流機能をセンサチップ10自身にもたせており、別部材である整流部が不要であるので、そもそも整流部を構成する材料とセンサチップ10(半導体基板11)との線膨張係数差に起因する応力が生じることはない。したがって、センサ特性の変動を抑制することもできる。
Furthermore, since the rectifying function is provided to the
このように、本実施形態に係る熱式フローセンサ1によれば、乱流を抑制して精度良く流量を検出できる構成でありながら、従来に比べて構成を簡素化し、且つ、センサ特性の変動も抑制することができる。
As described above, according to the
また、本実施形態では、上記したように、半導体基板11の一面11aに下流側溝部28が形成され、下流側溝部28上に堆積形成された上部構造体22が下流側溝部28の形状を模倣して、センサチップ10の表面10aに、下流側凹部25が形成されている。この下流側凹部25は、上記したように、一端が下流側端面15側に開口し、流れ方向に沿いつつヒータ13に向けて延びている。すなわち、下流側凹部25により、流体の通路(流路)が構成されている。したがって、逆方向に流れる流体は、下流側凹部25内の流路を誘導され、整流された状態のまま、ヒータ13などのセンシング部上を通過する。したがって、別部材としての整流部を有さない構成でありながら、逆方向に流れる流体の流量を精度良く検出することができる。
In the present embodiment, as described above, the
また、本実施形態では、上流側凹部24及び下流側凹部25において、ヒータ13側の端部壁面が、流れ方向においてヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく傾斜面24a,25aとなっている。したがって、上流側凹部24内、又は、下流側凹部25内を誘導された流体が、傾斜面24a,25aを介して滑らかにヒータ13上まで誘導される。したがって、流量の検出精度をより向上することができる。
In the present embodiment, in the
また、本実施形態では、上流側凹部24と下流側凹部25とが、ヒータ13を間に挟んで同一直線上に位置する。したがって、流体が順方向に流れる場合、流体は、上流側凹部24の流路内を誘導されてヒータ13上に到達し、その後、下流側凹部25内の流路を誘導されて下流側端面15側へ抜ける。また、流体が逆方向に流れる場合、流体は、下流側凹部25の流路内を誘導されてヒータ13上に到達し、その後、上流側凹部24内の流路を誘導されて上流側端面14側へ抜ける。したがって、いずれの場合も、流体の流れがスムースとなるので、流量検出精度をより向上することができる。
In the present embodiment, the
また、本実施形態では、貫通凹部26を有し、表面10aの凹部24〜26が、半導体基板11の長手方向において、空隙領域16全体を含む、空隙領域16よりも大きい所定の範囲に形成されている。したがって、流路としての貫通凹部26により、空隙領域16周囲の流体の流れを整流化することができる。
Further, in the present embodiment, the through
なお、上記した熱式フローセンサ1(センサチップ10)は、例えば以下に示す製造方法によって形成することができる。図15は、図12の熱式フローセンサにおけるセンサチップの製造方法を説明するための断面図であり、(a)〜(c)は凹部形成工程を示している。この製造方法は、第1実施形態の変形例(図10参照)とほぼ同じである。 The above-described thermal flow sensor 1 (sensor chip 10) can be formed by, for example, the following manufacturing method. FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining a method of manufacturing a sensor chip in the thermal flow sensor of FIG. 12, and (a) to (c) show a recess forming step. This manufacturing method is almost the same as the modification of the first embodiment (see FIG. 10).
先ず、図15(a)に示すように、単結晶シリコンからなる半導体基板11の一面11a側から、図示しないマスクを介して、エッチングにより例えばV字状の各溝部27〜29(図15では、上流側溝部27と貫通溝部29のみを図示)を形成する。このとき、一面11aは(100)面であるので、KOHなどのアルカリ性溶液により、(111)面に沿ってエッチングすることができる。すなわち、各溝部27〜29の壁面は(111)面となる。これにより、上流側溝部27と下流側溝部28は、ヒータ13側の端部壁面として傾斜面27a,28aを有することとなる。なお、各溝部27〜29の形状はV字に限定されるものではなく、例えばU字状としても良い。また、各溝部27〜29の深さは、上部構造体22を形成した状態で、凹部24〜26が構成される程度の深さとする。
First, as shown in FIG. 15A, for example, V-shaped
次に、形成した溝部27〜29を覆うように、半導体基板11の一面11a上に、絶縁膜12の堆積、導電材料(例えば多結晶シリコンや金属材料)の堆積及びパターニングによるヒータ13など配線層の形成、保護膜20の堆積を順に実施して、図15(b)に示すように上部構造体22を形成する。このとき、上部構造体22は、溝部27〜29に倣って形成されるので、上部構造体22を形成した状態で、各凹部24〜26も形成される。
Next, a wiring layer such as a
そして、図15(c)に示すように、半導体基板11の裏面11b側から、図示しないマスクを介して、エッチングにより空隙領域16を形成することで、上記したセンサチップ10を得ることができる。
And as shown in FIG.15 (c), the above-mentioned
なお、本実施形態では、上流側溝部27、ひいては上流側凹部24の幅が、流れ方向において均一である例を示した。換言すれば、上流側溝部27は、流れ方向に垂直な開口面積の大きさが、流れ方向において均一とされる例を示した。しかしながら、上流側凹部24(上流側溝部27)の幅は、上記例に限定されるものではない。例えば図16〜18に示すように、上流側凹部24(上流側溝部27)は、流れ方向に垂直な開口面積の大きさが、流れ方向においてヒータ13から遠ざかるほど大きくされた構成としても良い。換言すれば、上流側溝部27、ひいては上流側凹部24の幅が、流れ方向においてヒータ13から遠ざかるほど広い構成としても良い。このような上流側溝部27、ひいては上流側凹部24も、上記した製造方法において、マスクの開口部を大きくすることで形成することができる。なお、上流側溝部27は、U字状の溝となっている。なお、図16は、熱式フローセンサの変形例を示す平面図であり、図12に対応している。また、図17は、図16のXVII−XVII線に沿う断面図である。図18は、図16のXVIII−XVIII線に沿う断面図である。
In the present embodiment, an example is shown in which the width of the
このような構成とすると、上流側溝部27に対応する上流側凹部24が、上記した整流機能だけでなく、流速を高める機能も発揮する。したがって、ヒータ(センシング部)における検出感度を向上することもできる。
With such a configuration, the
なお、図18に示す例では、下流側溝部28、ひいては下流側凹部25の幅も、流れ方向においてヒータ13から遠ざかるほど広い構成となっている。この効果は、上記した上流側凹部24と同じである。このように、下流側溝部28、ひいては下流側凹部25の幅も、流れ方向において均一に限定されるものではない。
In the example shown in FIG. 18, the width of the
また、本実施形態では、上流側溝部27におけるヒータ13側の端部壁面が傾斜面27aとされ、上流側凹部24におけるヒータ13側の端部の壁面も、傾斜面27aに対応して傾斜面24aとされる例を示した。しかしながら、上流側溝部27におけるヒータ13側の端部壁面を、一面11a及び裏面11bに垂直な面としても良い。同様に、下流側溝部28におけるヒータ13側の端部壁面を、傾斜面28aではなく、一面11a及び裏面11bに垂直な面としても良い。絶縁膜12などの上部構造体22を形成する際に、ヒータ13側の端部壁面上において、多少なりとも傾斜をもって堆積されるので、上流側凹部24や下流側凹部25における対応する部位に傾斜をもたせることができる。この場合、異方性のドライエッチングを採用することができる。しかしながら、本実施形態で示したように、傾斜面27a,28aを設けると、上流側凹部24や下流側凹部25におけるヒータ13側の端部壁面もなだらか傾斜面24a,25aとなる。したがって、傾斜面24a,25aを介して、ヒータ13上まで流体を滑らかに誘導し、ひいては流量の検出精度をより向上することができる。
Further, in the present embodiment, the end wall surface on the
また、本実施形態に示した構成と、第1実施形態や第2実施形態に示した構成とを組み合わせた構成としても良い。 Moreover, it is good also as a structure which combined the structure shown in this embodiment, and the structure shown in 1st Embodiment or 2nd Embodiment.
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。 The preferred embodiments of the present invention have been described above. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
上記各実施形態では、低熱伝導領域として、裏面側から半導体基板11をエッチングしてなり、半導体基板11を貫通する空隙領域16の例を示した。すなわち、裏面加工型の熱式フローセンサ1の例を示した。しかしながら、低熱伝導領域は上記例に限定されるものではない。例えば、裏面側からエッチングしてなる空隙領域16を、一面に開口しない未貫通の孔としても良い。また、保護膜20及び絶縁膜12に形成されたエッチングホール(図示略)を介して、半導体基板11の一面側からエッチングされてなる、未貫通の空隙領域16を採用しても良い。すなわち、表面加工型の熱式フローセンサ1としても良い。さらには、空隙領域16以外にも、半導体基板11に形成された、ポーラスシリコンやポーラス酸化シリコンなどの多孔質領域を採用することもできる。
In each of the above embodiments, the example of the
上記した実施形態では、センサチップ10の半導体基板11において、上流側端面14をテーパ状とするとともに、下流側端面15もテーパ状とする例を示した。しかしながら、上流側端面14のみをテーパ状、すなわち下流側端面15を、一面11a及び裏面11bに略垂直な端面、すなわちテーパ面を有さない構成としても良い。
In the above-described embodiment, an example in which the
上記各実施形態では、センサチップ10とリード51がワイヤ54を介して電気的に接続される例を示した。しかしながら、熱式フローセンサ1として、回路チップをさらに備え、センサチップ10が、回路チップを介してリード51と電気的に接続された構成としても良い。また、熱式フローセンサ1において、リード51の代わりに、配線基板を採用することもできる。
In each of the above embodiments, the example in which the
上記各実施形態では、トランスファーモールド法により形成された封止樹脂部52の例を示した。しかしながら、封止樹脂部52は上記例に限定されるものではない。例えばポッティングによって形成された封止樹脂部52を採用することができる。この場合、液状の絶縁材料をポッティング後、固化処理(硬化若しくはゲル化)することで、封止樹脂部52を形成することができる。それ以外にも、予めシート状とされた樹脂フィルムを、加熱処理することで硬化させて封止樹脂部52を形成しても良い。この場合、ダムを不要とすることができる。
In each said embodiment, the example of the sealing
上記各実施形態においては、アイランド50とリード51が、リードフレームの一部として構成される例を示した。しかしながら、リードフレームに限定されるものではなく、例えば、アイランド50とリード51が、ともにプリント基板であっても良い。また、アイランド50とリード51が、異なる部材からなる構成としても良い。
In each of the above embodiments, the example in which the
上記各実施形態においては、センサチップ10のパッド部19とリード51が、ワイヤ54を介して電気的に接続される例を示した。しかしながら、センサチップ10とリード51との接続はワイヤボンディングに限定されるものではない。例えば、バンプ等によって接続された構成としても良い。
In each of the embodiments described above, an example in which the
上記各実施形態では、熱式フローセンサ1(センサチップ10)がセンシング部として、一対のヒータ13a,13bと感温体17a,17bを有する例を示した。しかしながら、熱式フローセンサ1(センサチップ10)の構成は上記例に限定されるものではない。低熱伝導領域(例えば空隙領域16)上の絶縁膜12における薄肉部に、少なくとも1つのヒータ13を有し、ヒータ13の生じる熱が流体によって奪われることを利用して、ヒータ13の電気的特性(例えば電圧、電流、抵抗値)の変化から、流体の流量などを検出する構成であれば良い。
In each of the above-described embodiments, an example in which the thermal flow sensor 1 (sensor chip 10) includes a pair of
上記した第1,第2実施形態では、単結晶シリコンからなる平面略長方形の半導体基板11の端面のうち、長手側の両端面である上流側端面14と下流側端面15のみに、それぞれ傾斜部位が形成される例を示した。すなわち、短手側の端面には傾斜部位が形成されず、半導体基板11の一面11a及び裏面11bと略垂直とされる例を示した。このような構成では、半導体基板11をチップ化する際、傾斜部位を形成するエッチングにより長手側の端面(上流側端面14及び下流側端面15)をチップ単位に分離することができるものの、短手側の端面についてはダイシングにてチップ単位に分離しなければならない。すなわち、半導体基板11をチップ化する際に、ダイシング工程とエッチング工程を経ることとなる。
In the first and second embodiments described above, only the
これに対し、図19及び図20に示される熱式フローセンサ1では、単結晶シリコンからなり、一面11a及び裏面11bを(100)面とする平面略長方形の半導体基板11の端面のうち、上流側端面14に、上記した第1傾斜面14aと図示しない第2傾斜面14bが形成され、下流側端面15に、上記した第3傾斜面15aと図示しない第4傾斜面15bが形成されている。また、短手側端面には、一面11aと連結され、ヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく第5の傾斜部位としての傾斜面30aと、裏面11b及び傾斜面30aと連結され、ヒータ13から離反するほど、厚さ方向において一面11aに近づく第6の傾斜部位としての傾斜面30bが形成されている。これら傾斜面30a,30bは、半導体基板11をKOHなどのアルカリ性溶液にてエッチングすることで形成されており、シリコンの(111)面が傾斜面30a,30bとなっている。そして、傾斜面30aと傾斜面30bとが、厚さ方向における半導体基板11の中心付近で互いに連結されている。また、傾斜面30aは、第1傾斜面14a及び第3傾斜面15aと連結され、傾斜面30bは、第2傾斜面14b及び第4傾斜面15bと連結されている。
On the other hand, in the
このように、図19及び図20に示される熱式フローセンサ1では、センサチップ10(半導体基板11)の端面全周が、シリコンの(111)面を壁面とする傾斜面となっている。したがって、図21に示すように、ウェハ状態の半導体基板11wに対し、一面11a及び裏面11b側からのエッチングを施す(第1実施形態参照)ことで、各傾斜面14a,14b,15a,15b,30a,30bを形成するとともに、ウェハ状態の半導体基板11wをチップサイズに分割することができる。したがって、上流側端面14及び下流側端面15に整流機能を発揮する傾斜面14a,14b,15a,15bを有する構成でありながら、傾斜面を形成するエッチングのみによって、半導体基板11wをチップ化することができる。すなわち、ダイシングを不要とすることができる。
As described above, in the
なお、図19は、その他変形例を示す平面図である。図20は、図19のXX−XX線に沿う断面図である。図21は、チップ化を説明するための模式的な図であり、(a)は平面図、(b)は長手側の端面から見た側面図、(c)は短手側の端面から見た側面図である。図21においては、ウェハ状態の半導体基板11wの形状を、便宜上平面矩形状とし、該半導体基板11wから4つのセンサチップ10に分割する例を示している。しかしながら、ウェハ状態の半導体基板11wの形状やセンサチップ10への分割数は上記例に限定されるものではない。また、図19〜図21に示す例では、端面全周に亘って、一面11aと連結され、ヒータ13から離反するほど、厚さ方向において裏面11bに近づく傾斜面(14a,15a,30a)と、該傾斜面及び裏面11bと連結され、ヒータ13から離反するほど、厚さ方向において一面11aに近づく傾斜面(14b,15b,30b)が形成される例を示した。しかしながら、半導体基板11の端面全周に亘り、厚さ方向において傾斜面が形成された構成であれば、エッチングのみによって、半導体基板11wを分割して、各センサチップ10とすることができる。例えば、上流側端面14が一面11a及び裏面11bを連結する第1傾斜面14aを有し、下流側傾斜面15が一面11a及び裏面11bを連結する第3傾斜面15aを有し、上流側端面14及び下流側端面15を除く端面の部位(短手側端面)が、一面11a及び裏面11bを連結する傾斜面30aを有する構成としても良い。また、上流側端面14が一面11a及び裏面11bを連結する第1傾斜面14aを有し、下流側傾斜面15が一面11a及び裏面11bを連結する第4傾斜面15bを有し、上流側端面14及び下流側端面15を除く端面の部位(短手側端面)が、一面11a及び裏面11bを連結する傾斜面30aを有する構成としても良い。
FIG. 19 is a plan view showing another modification. 20 is a cross-sectional view taken along line XX-XX in FIG. 21A and 21B are schematic diagrams for explaining chip formation, in which FIG. 21A is a plan view, FIG. 21B is a side view seen from the end face on the long side, and FIG. 21C is a view seen from the end face on the short side. FIG. FIG. 21 shows an example in which the shape of the
上記した第1,第2実施形態では、上流側端面14及び下流側端面15の長手全体に、傾斜部位がそれぞれ形成される例を示した。しかしながら、上流側端面14及び下流側端面15の長手の一部のみに、傾斜部位がそれぞれ形成された構成としても良い。各傾斜部位は、整流機能を発揮するための部位であるので、傾斜部位は、長手方向において、センシング部の形成領域に対応する部位に少なくとも形成されていれば良い。例えば、上流側端面14及び下流側端面15のうち、封止樹脂部52から露出される(流体に晒される)部位のみに、傾斜部位が形成された構成としても良い。
In the first and second embodiments described above, the example in which the inclined portions are respectively formed on the entire length of the
1・・・熱式フローセンサ
10・・・センサチップ
11・・・半導体基板
13,13a,13b・・・ヒータ
14・・・上流側端面
14a・・・第1傾斜面(第1の傾斜部位)
14b・・・第2傾斜面(第2の傾斜部位)
15・・・下流側端面
15a・・・第3傾斜面(第3の傾斜部位)
15b・・・第4傾斜面
15e・・・第5傾斜面(第4の傾斜部位)
16・・・空隙領域(低熱伝導領域)
24・・・上流側凹部
25・・・下流側凹部
27・・・上流側溝部
28・・・下流側溝部
27a,28a・・・傾斜面(第7の傾斜部位)
DESCRIPTION OF
14b ... 2nd inclined surface (2nd inclined part)
15 ...
15b ... 4th
16 ... void area (low heat conduction area)
24: Upstream concave portion 25: Downstream concave portion 27: Upstream groove portion 28:
Claims (12)
前記半導体基板における前記一面とその裏面とを繋ぐ端面のうち、流体の通常時の流れ方向における上流側端面として、前記一面と連結され、前記流れ方向において前記ヒータから離反するほど、前記半導体基板の厚さ方向において前記裏面に近づく第1の傾斜部位を含むことを特徴とする熱式フローセンサ。 A semiconductor substrate in which one region of a predetermined depth from one surface is a region having a lower thermal conductivity than the other region, an insulating film formed on one surface of the semiconductor substrate so as to bridge the low thermal conductivity region, and As a resistor disposed on an insulating film, a thermal flow sensor comprising a sensor chip having a sensing unit including a heater disposed at a site on the low thermal conduction region,
Of the end surfaces connecting the one surface and the back surface of the semiconductor substrate, the upstream end surface in the normal flow direction of the fluid is connected to the one surface, and as the distance from the heater in the flow direction increases, A thermal flow sensor comprising a first inclined portion that approaches the back surface in the thickness direction.
前記第1の傾斜部位と前記第2の傾斜部位とが互いに連結されていることを特徴とする請求項1に記載の熱式フローセンサ。 As the upstream side end surface, including the second inclined portion that is connected to the back surface and approaches the one surface in the thickness direction of the semiconductor substrate as it is separated from the heater in the flow direction,
The thermal flow sensor according to claim 1, wherein the first inclined portion and the second inclined portion are connected to each other.
前記半導体基板の端面のうち、前記上流側端面及び前記下流側端面を除く部位として、前記一面と連結され、前記ヒータから離反するほど、前記半導体基板の厚さ方向において前記裏面に近づく第5の傾斜部位、及び、前記裏面と連結され、前記ヒータから離反するほど、前記半導体基板の厚さ方向において前記一面に近づく第6の傾斜部位、の少なくとも一方を含み、
前記各傾斜部位が、前記半導体基板のエッチングによって形成されていることを特徴とする請求項4〜6いずれか1項に記載の熱式フローセンサ。 The semiconductor substrate is made of single crystal silicon, and the one surface and the back surface are (100) surfaces,
Of the end face of the semiconductor substrate, as a portion excluding the upstream end face and the downstream end face, the fifth end is connected to the one face and is closer to the back face in the thickness direction of the semiconductor substrate as it is separated from the heater. Including at least one of an inclined portion and a sixth inclined portion that is connected to the back surface and approaches the one surface in the thickness direction of the semiconductor substrate as it is separated from the heater;
The thermal flow sensor according to claim 4, wherein each of the inclined portions is formed by etching the semiconductor substrate.
前記半導体基板の一面には、前記低熱伝導領域とは離間して溝部が形成され、
前記溝部として、一端が、前記一面とその裏面とを繋ぐ端面のうちの流体の通常時の流れ方向における上流側端面に開口し、前記流れ方向に沿いつつ前記ヒータに向けて延びた上流側溝部を含み、
前記センサチップにおける前記一面側の表面には、前記溝部に対応して凹部が形成されていることを特徴とする熱式フローセンサ。 A semiconductor substrate in which one region of a predetermined depth from one surface is a region having a lower thermal conductivity than the other region, an insulating film formed on one surface of the semiconductor substrate so as to bridge the low thermal conductivity region, and As a resistor disposed on an insulating film, a thermal flow sensor comprising a sensor chip having a sensing unit including a heater disposed at a site on the low thermal conduction region,
On one surface of the semiconductor substrate, a groove is formed apart from the low thermal conductivity region,
As the groove portion, one end has an upstream groove portion that opens toward the upstream end surface in the normal flow direction of the fluid among the end surfaces connecting the one surface and the back surface thereof, and extends toward the heater along the flow direction. Including
The thermal flow sensor according to claim 1, wherein a recess is formed on the surface of the sensor chip corresponding to the groove.
Priority Applications (1)
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JP2008315020A JP2010139339A (en) | 2008-12-10 | 2008-12-10 | Thermal type flow sensor |
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2012032320A (en) * | 2010-08-02 | 2012-02-16 | Denso Corp | Air flow rate measuring device |
JP2012047672A (en) * | 2006-03-03 | 2012-03-08 | Denso Corp | Method for manufacturing semiconductor sensor |
JP2013160706A (en) * | 2012-02-08 | 2013-08-19 | Mitsubishi Electric Corp | Flow detector and manufacturing method of the same |
-
2008
- 2008-12-10 JP JP2008315020A patent/JP2010139339A/en active Pending
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