JP2011169641A - 空気流量測定装置 - Google Patents

Abstract

【課題】メンブレン１７に発生する実装応力によって傍熱抵抗１２、および傍熱抵抗１２に接続するリード部５５、６０の抵抗値が変動するのを抑制して測定精度を高める。
【解決手段】リード部５５、６０は傍熱抵抗１２よりも不純物濃度が高い。これにより、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０からなる一連の半導体膜に関して、メンブレン１７の端縁６７におけるピエゾ抵抗係数を、メンブレン１７の中央部におけるピエゾ抵抗係数よりも小さくできる。このため、メンブレン１７上の傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０に生じるピエゾ抵抗効果を効果的に抑制して、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０の抵抗値が実装応力によって変動するのを抑制することができる。したがって、メンブレン１７に実装応力が発生しても、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０の抵抗値が変動するのを抑制して測定精度を高めることができる。
【選択図】図４

Description

本発明は、流路を通過する空気の流量（以下、空気流量と略して呼ぶことがある。）を測定する空気流量測定装置に関する。

従来から、例えば、車両の内燃機関に吸入される空気の流量の測定には、空気流量として質量流量を直接的に測定できる利点から、熱式の空気流量測定装置が用いられている。
この熱式の空気流量測定装置は、主に空気流量相当の信号（以下、流量信号と略して呼ぶ。）を発生する検出部と、検出部から得られる流量信号を処理して、内燃機関等を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）に出力する制御部とを備える。

検出部は、通電により発熱する発熱抵抗と、発熱抵抗から空気の流れを介して熱的影響を受けることで流量信号を発生する測温抵抗と、発熱抵抗および測温抵抗とは別に設けられて発熱抵抗と所定の温度相関にある傍熱抵抗とを有する。また、発熱抵抗、測温抵抗および傍熱抵抗等の素子は、所定の半導体基板上に電気絶縁膜を介して、ケイ素の半導体膜として設けられている。

制御部は、流量信号の処理と併せて、発熱抵抗への通電を制御しており、この発熱抵抗への通電制御は、傍熱抵抗が発生する信号に応じて（つまり、傍熱抵抗の温度に応じて）行われている。また、流量信号の処理を行う素子や、発熱抵抗への通電を制御する素子は、検出部の素子が設けられる半導体基板とは別体の半導体基板上に設けられている（以下、検出部、制御部の素子が設けられた半導体基板を、それぞれ第１、第２半導体基板と呼ぶ。）。

そして、第１、第２半導体基板上には、それぞれ、複数の電極が設けられ、第１、第２半導体基板の各々において、素子と電極とは配線により導通し、さらに、第１半導体基板上の電極と第２半導体基板上の電極とはボンディングワイヤにより導通している（以下、第１半導体基板上で素子と電極とを導通させる配線をリード部と呼ぶ。）。なお、リード部は、発熱抵抗、測温抵抗および傍熱抵抗等と同様に、ケイ素の半導体膜として設けられている。

また、第１半導体基板は空洞を有し、電気絶縁膜は空洞を覆うメンブレンをなしている。そして、発熱抵抗、測温抵抗および傍熱抵抗は、第１半導体基板との熱的な絶縁を確保するためにメンブレン上に設けられ、メンブレン上でリード部と接続している。

以上のような構成により、検出部は、傍熱抵抗の温度を示す信号を制御部に出力し、制御部は、傍熱抵抗の温度を示す信号に応じて発熱抵抗への通電を制御する。これにより、検出部は、測温抵抗において流量信号を発生するとともに、発生した流量信号を制御部に出力し、制御部は、検出部から得られる流量信号を処理してＥＣＵに出力する。

ところで、第１半導体基板は、接着剤により樹脂製の支持体に接着されて支持されるが、第１半導体基板と支持体との間で線膨張係数が大きく異なるため、接着により第１半導体基板が変形してメンブレンに応力が発生してしまう。また、電極およびボンディングワイヤは、保護剤により覆われて外部環境から保護されているが、第１半導体基板と保護剤との間でも線膨張係数が大きく異なるため、保護剤の塗布によっても、第１半導体基板が変形してメンブレンに応力が発生してしまう（以下、第１半導体基板と支持体との接着や第１半導体基板への保護剤の塗布によって発生する応力を「実装応力」と呼ぶ。）。

この結果、メンブレン上において、素子およびリード部の抵抗値はピエゾ抵抗効果により変動してしまう。さらに、メンブレンに発生した実装応力は経時に伴って徐々に開放される虞があるので、メンブレン上の素子およびリード部の抵抗値は経時的にも変動する虞がある。

そして、このようなメンブレン上の素子およびリード部の内、測温抵抗、傍熱抵抗、およびこれらに接続するリード部の抵抗値の変動は、測定誤差の要因となることから何らかの対策をとって解消するのが望ましいとされている。
特に、傍熱抵抗、および傍熱抵抗に接続するリード部は、ブリッジペア性がなく、抵抗値変動の影響がほとんど相殺されないため、抵抗値の変動自体を抑制する必要がある（「ブリッジペア性」については、実施例において詳述する。）。

なお、メンブレン上の素子に関して抵抗値の変動を抑制する技術が様々な観点から考えられている。
例えば、メンブレン上の素子の長手方向と、素子を構成する半導体膜に関してピエゾ抵抗係数(抵抗値の変動量／応力の大きさ)が極小となる結晶方位とを略一致させる方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、どのような結晶方位においてもピエゾ抵抗係数がゼロになることはないので、特許文献１の方法では、メンブレンの実装応力によって素子の抵抗値が変動してしまう。また、上記の結晶方位と素子の長手方向とを略一致させようとすると、素子のパターン配置が大きく制約されてしまう。

また、メンブレンの外周に沿って第１半導体基板の裏面から表面に向かって溝を設ける構造も開示されている（例えば、特許文献２参照）。この構造は、第１半導体基板に発生した変形が溝の存在によりメンブレンに伝わらないようにして、メンブレンにおける実装応力発生を抑制しようとするものである。

しかし、この構造によれば、メンブレンにおける実装応力発生は抑制されるものの、溝の近傍部で基板自体に実装応力が発生するため、リード部の内、溝の近傍部を通る部分の抵抗値がピエゾ抵抗効果により変動してしまう。また、半導体は、そもそも結晶方位に沿ってへき開しやすいので、溝を基点として第１半導体基板が破損する虞もある。

さらに、抵抗値の経時変化を抑制する目的で、素子における不純物濃度を数値限定する手段が開示されている（例えば、特許文献３参照）。
しかし、この手段は、高温下での長期使用によって素子の抵抗値が経時変化することを課題視しており、メンブレンに発生する実装応力については何ら考慮されていない。

特開２００１−１２９８５号公報 特開２００７−２４５８９号公報 特開２００８−１９２８３９号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、傍熱抵抗の温度に応じて発熱抵抗への通電を制御する空気流量測定装置において、メンブレンに発生する実装応力によって傍熱抵抗、および傍熱抵抗に接続するリード部の抵抗値が変動するのを抑制して測定精度を高めることにある。

〔請求項１の手段〕
請求項１に記載の空気流量測定装置は、通電により発熱する発熱抵抗と、発熱抵抗から空気の流れを介して熱的影響を受けることで、空気流量相当の信号（流量信号）を発生する測温抵抗と、発熱抵抗および測温抵抗とは別に設けられて発熱抵抗と所定の温度相関にある傍熱抵抗と、傍熱抵抗の温度に応じて発熱抵抗への通電を制御する発熱制御部と、傍熱抵抗の温度を示す信号を発熱制御部に出力するための第１電極と、第１電極と傍熱抵抗とを導通させる第１リード部とを備え、発熱制御部により発熱抵抗への通電を制御することで、測温抵抗に流量信号を発生させる。

また、傍熱抵抗、第１電極および第１リード部は、所定の半導体基板上に電気絶縁膜を介して設けられている。また、半導体基板は空洞を有し、電気絶縁膜は空洞を覆うメンブレンをなしている。そして、メンブレン上に傍熱抵抗が設けられ、第１リード部はメンブレン上で傍熱抵抗に接続している。
さらに、傍熱抵抗および第１リード部はケイ素の半導体膜として設けられ、第１リード部は傍熱抵抗よりも不純物濃度が高い。

これにより、メンブレンに実装応力が発生しても、傍熱抵抗および第１リード部の抵抗値が変動するのを抑制して測定精度を高めることができる。
すなわち、メンブレン上の実装応力の分布はメンブレンの端縁でピークを示す。また、半導体膜は不純物濃度が高いほどピエゾ抵抗係数が小さくなる。そこで、メンブレン上の傍熱抵抗および第１リード部の不純物濃度を傍熱抵抗の不純物濃度よりも高める。

これにより、メンブレン上の傍熱抵抗および第１リード部に生じるピエゾ抵抗効果を効果的に抑制して、傍熱抵抗および第１リード部の抵抗値が実装応力によって変動するのを抑制することができる。
このため、メンブレンに実装応力が発生しても、傍熱抵抗および第１リード部の抵抗値が変動するのを抑制して測定精度を高めることができる。

〔請求項２の手段〕
請求項２に記載の空気流量測定装置によれば、第１リード部は、メンブレン上において傍熱抵抗よりも幅広になっている。
これにより、第１リード部において放熱能力が高まって温度が下がるので、第１リード部のピエゾ抵抗係数が低下する。このため、第１リード部の抵抗値が実装応力により変動するのをさらに抑制して測定精度を高めることができる。

また、温度が下がることにより、熱による抵抗値の変動も抑制することができる。すなわち、不純物を含む半導体膜は高温状態に保持されると、不純物の再拡散により徐々に不純物濃度が低下して抵抗値が大きくなってしまう。そこで、第１リード部の放熱能力を高めて温度を下げることで、不純物の再拡散を抑制して抵抗値の変動を抑制することができる。

〔請求項３の手段〕
請求項３に記載の空気流量測定装置によれば、メンブレンは矩形状をなして直線状の端縁を有し、第１リード部は直線状の端縁に直交している。
これにより、メンブレン上の第１リード部の内、端縁に近く実装応力が高くなる部分の面積を低減できる。このため、第１リード部の抵抗値が実装応力により変動するのをさらに抑制して測定精度を高めることができる。

〔請求項４の手段〕
請求項４に記載の空気流量測定装置によれば、第１リード部は、メンブレン上にある部分がメンブレン上にない部分よりも不純物濃度が低くなるように設けられている。
半導体膜は不純物濃度が高いほど、高温状態における不純物再拡散に伴う時間的な抵抗変動の割合（以下、抵抗変化率と呼ぶ。）が大きくなる。

ここで、第１リード部の内でメンブレン上にある部分は、発熱抵抗から熱的影響を受けて比較的高温になるが、メンブレン上にない部分はメンブレン上にある部分よりも高温にならない。よって、第１リード部の内、メンブレン上にある部分をメンブレン上にない部分よりも不純物濃度が低くなるように設けることで、第１リード部の全体に関して、効果的に抵抗変化率を下げて抵抗値の変動を抑制することができる。

〔請求項５の手段〕
請求項５に記載の空気流量測定装置によれば、傍熱抵抗の不純物濃度は４×１０^１９／ｃｍ^３以上、かつ１×１０^２０／ｃｍ^３未満であり、第１リード部の内でメンブレン上にある部分の不純物濃度は１×１０^２０／ｃｍ^３である。
これにより、ピエゾ抵抗係数に関して、第１リード部の内でメンブレン上にある部分と傍熱抵抗との比（第１リード部の内でメンブレン上にある部分／傍熱抵抗）を０．５以上１．０未満にすることができる。

〔請求項６の手段〕
請求項６に記載の空気流量測定装置によれば、傍熱抵抗および第１リード部をなす半導体膜は単結晶のケイ素からなる。
半導体膜の抵抗変化率は、多結晶のケイ素の方が単結晶のケイ素よりも大きいので、傍熱抵抗および第１リード部をなす半導体膜を単結晶のケイ素により設けることで、傍熱抵抗および第１リード部に関して、抵抗変化率を下げて抵抗値の変動を抑制することができる。

〔請求項７の手段〕
請求項７に記載の空気流量測定装置によれば、傍熱抵抗および第１リード部は、不純物としてリンを含むｎ型半導体の半導体膜であり、傍熱抵抗および第１リード部の内でメンブレン上にある部分は、面方位（１００）面で＜１１０＞方向と自身の長手方向とが略一致している。

これにより、メンブレン上における傍熱抵抗および第１リード部の長手方向と、傍熱抵抗および第１リード部を構成する半導体膜に関してピエゾ抵抗係数が極小となる結晶方位とを略一致させることができる。このため、メンブレン上における傍熱抵抗および第１リード部の抵抗値の変動をさらに抑制することができる。
なお、この手段は、上記のように長手方向と結晶方位とを略一致させても、メンブレン上で各種の素子や各種のリード部のパターン配置が大きく制約されない場合に有効である。

〔請求項８の手段〕
請求項８に記載の空気流量測定装置によれば、傍熱抵抗および第１リード部は、不純物としてボロンを含むｐ型半導体の半導体膜であり、傍熱抵抗および第１リード部の内でメンブレン上にある部分は、面方位（１００）面で＜００１＞方向または＜０１０＞方向と自身の長手方向とが略一致している。
これにより、請求項７の手段と同様の効果を得ることができる。

〔請求項９の手段〕
請求項９に記載の空気流量測定装置によれば、傍熱抵抗および第１リード部は、不純物としてボロンを含むｐ型半導体の半導体膜であり、傍熱抵抗および第１リード部の内でメンブレン上にある部分は、面方位（１１０）面で＜００１＞方向と自身の長手方向とが略一致している。
これにより、請求項７の手段と同様の効果を得ることができる。

〔請求項１０の手段〕
請求項１０に記載の空気流量測定装置によれば、傍熱抵抗は、メンブレン上になく発熱抵抗と温度相関を有さない第１抵抗、第２抵抗および第３抵抗の３つの抵抗とブリッジ回路を構成する。また、発熱制御部は、傍熱抵抗の温度に応じて発熱抵抗への通電を制御するために、ブリッジ回路から得られる信号を、傍熱抵抗の温度を示す信号として利用する。

さらに、３つの抵抗は、ケイ素の半導体膜として半導体基板上に電気絶縁膜を介して設けられ、ブリッジ回路は、第１抵抗と第２抵抗とを直列に接続するとともに、傍熱抵抗と第３抵抗とを直列に接続し、第１抵抗の両電位端の内、第２抵抗とは反対側の電位端と、傍熱抵抗の両電位端の内、第３抵抗とは反対側の電位端とを接続することで構成されている。そして、傍熱抵抗は、自身の長手方向が空気の流れる方向と直交するように、半導体基板の中央線上に設けられ、第２抵抗と第３抵抗とは、半導体基板の中央線を対称軸として、空気の流れる方向に対称となるように設けられている。

これにより、第２抵抗および第３抵抗は、実装応力による抵抗値変動の影響を打ち消しあうことができる。このため、傍熱抵抗の温度を示す信号に関して、精度を高めることができる。

〔請求項１１の手段〕
請求項１１に記載の空気流量測定装置によれば、傍熱抵抗は、メンブレン上になく発熱抵抗と温度相関を有さない３つの抵抗とブリッジ回路を構成する。また、発熱制御部は、傍熱抵抗の温度に応じて発熱抵抗への通電を制御するために、ブリッジ回路から得られる信号を、傍熱抵抗の温度を示す信号として利用する。

また、３つの抵抗は、第１リード部とは別の第２リード部により、第１電極、および第１電極とは別の第２電極に導通しており、第２電極は、第１電極とともに、ブリッジ回路から得られる信号を発熱制御部に出力するために利用される。そして、３つの抵抗および第２リード部は、ケイ素の半導体膜として半導体基板上に電気絶縁膜を介して設けられ、第２リード部は３つの抵抗よりも不純物濃度が高い。

上記３つの抵抗が存在する領域と保護剤の塗布領域とは接近しているため、３つの抵抗および第２リード部はメンブレン上にないにもかかわらず、実装応力が大きくなって抵抗値が変動しやすい。

そこで、第２リード部の不純物濃度を３つの抵抗の不純物濃度よりも高めることで、３つの抵抗および第２リード部に生じるピエゾ抵抗効果を効果的に抑制して、３つの抵抗および第２リード部の抵抗値が実装応力によって変動するのを抑制することができる。
このため、３つの抵抗および第２リード部の抵抗値が変動するのを抑制することで、傍熱抵抗の温度を示す信号に関して精度を高めることができる。

〔請求項１２の手段〕
請求項１２に記載の空気流量測定装置によれば、第１電極および第２電極を覆って外部環境から保護する保護剤は３つの抵抗を覆っておらず、３つの抵抗は外部環境に露出している。
これにより、３つの抵抗は、早期に外部環境の温度に応じて温度を可変することができる。このため、発熱制御部が受け取る信号（傍熱抵抗の温度を示す信号）は、外部環境に対する応答性が高まるので、発熱抵抗に対する通電制御の応答性、引いては、空気流量測定の応答性を高めることができる。

〔請求項１３の手段〕
請求項１３に記載の空気流量測定装置は、流量信号に所定の処理を施す流量信号処理部と、流量信号を流量信号処理部に出力するための第３電極と、第３電極と測温抵抗とを導通させる第３リード部とを備える。また、メンブレン上に測温抵抗が設けられ、第３リード部はメンブレン上で測温抵抗に接続している。そして、測温抵抗および第３リード部はケイ素の半導体膜として設けられ、第３リード部は測温抵抗よりも不純物濃度が高い。

これにより、メンブレンに実装応力が発生しても、傍熱抵抗および第１リード部と同様に、測温抵抗および第３リード部の抵抗値が変動するのを抑制して測定精度を高めることができる。

〔請求項１４の手段〕
請求項１４に記載の空気流量測定装置によれば、測温抵抗は、空気の流れる方向に関して、発熱抵抗の上流側に設けられる上流側測温抵抗、および発熱抵抗の下流側に設けられる下流側測温抵抗を含んでおり、流量信号は、上流側測温抵抗と下流側測温抵抗との温度差に基づいて生じる。また、発熱抵抗は、自身の長手方向が空気の流れる方向と直交するように、半導体基板の中央線上に設けられ、上流側測温抵抗と下流側測温抵抗とは、半導体基板の中央線を対称軸として、空気の流れる方向に対称となるように設けられている。

そして、上流側測温抵抗に接続する第３リード部において不純物濃度が切り替わる位置と、下流側測温抵抗に接続する第３リード部において不純物濃度が切り替わる位置とは、半導体基板の中央線を対称軸として、空気の流れる方向に対称となるように設定されている。

測温抵抗を上流側、下流側測温抵抗に分ける場合、上流側、下流側測温抵抗をブリッジ回路に組み込み、このブリッジ回路から流量信号を出力させることができる。これにより、不純物濃度が切り替わる位置を、半導体基板の中央線を対称軸として上流側、下流側測温抵抗間で対称となるように設定することで、上流側、下流側測温抵抗は、実装応力による抵抗値変動の影響を打ち消しあうことができる。このため、流量信号の精度を高めることができる。

〔請求項１５の手段〕
請求項１５に記載の空気流量測定装置は、発熱制御部から発熱抵抗に通電するための第４電極と、第４電極と発熱抵抗とを導通させる第４リード部とを備える。また、メンブレン上に発熱抵抗が設けられ、第４リード部はメンブレン上で発熱抵抗に接続している。そして、発熱抵抗および第４リード部はケイ素の半導体膜として設けられ、第４リード部は発熱抵抗よりも不純物濃度が高い。
これにより、第４リード部の抵抗値を下げて発熱抵抗への通電量を高めることができる。このため、発熱抵抗を昇温するための駆動電圧を低減することができる。

空気流量測定装置の流路構成図である（実施例１）。 （ａ）は検出部、制御部および支持体の配置を示す部分平面図であり、（ｂ）は検出部、制御部および支持体の配置を示す部分断面図であり、（ｃ）は検出部の素子を示す部分断面図である（実施例１）。 空気流量測定装置の回路構成図である（実施例１）。 メンブレン上における素子およびリード部の配置を示す平面図である（実施例１）。 第１半導体基板上における素子、リード部および電極の配置を示す平面図である（実施例１）。 （ａ）はメンブレン上に形成される温度分布を示す分布図であり、（ｂ）はメンブレン上における素子の配置を示す断面図である（実施例１）。 下流側測温抵抗と上流側測温抵抗との温度差ΔＴと、空気流量との相関を示す相関図である（実施例１）。 （ａ）は第１半導体基板の端縁を示す説明図であり、（ｂ）はメンブレンに発生する実装応力の分布を示す分布図である（実施例１）。 不純物濃度とピエゾ抵抗係数比との相関を示す相関図である（実施例１）。 不純物濃度と抵抗変化率との相関を示す相関図である（実施例１）。 メンブレン上における素子およびリード部の配置を示す平面図である（実施例２）。 メンブレン上における素子およびリード部の配置を示す平面図である（変形例）。 メンブレン上における素子およびリード部の配置を示す平面図である（変形例）。 メンブレン上における素子およびリード部の配置を示す平面図である（変形例）。 メンブレン上における素子およびリード部の配置を示す平面図である（変形例）。

実施形態１の空気流量測定装置は、通電により発熱する発熱抵抗と、発熱抵抗から空気の流れを介して熱的影響を受けることで、空気流量相当の信号（流量信号）を発生する測温抵抗と、発熱抵抗および測温抵抗とは別に設けられて発熱抵抗と所定の温度相関にある傍熱抵抗と、傍熱抵抗の温度に応じて発熱抵抗への通電を制御する発熱制御部と、傍熱抵抗の温度を示す信号を発熱制御部に出力するための第１電極と、第１電極と傍熱抵抗とを導通させる第１リード部とを備え、発熱制御部により発熱抵抗への通電を制御することで、測温抵抗に流量信号を発生させる。

また、傍熱抵抗、第１電極および第１リード部は、所定の半導体基板上に電気絶縁膜を介して設けられている。また、半導体基板は空洞を有し、電気絶縁膜は空洞を覆うメンブレンをなしている。そして、メンブレン上に傍熱抵抗が設けられ、第１リード部はメンブレン上で傍熱抵抗に接続している。
さらに、傍熱抵抗および第１リード部はケイ素の半導体膜として設けられ、第１リード部は傍熱抵抗よりも不純物濃度が高い。

また、第１リード部は、メンブレン上において傍熱抵抗よりも幅広になっている。
また、傍熱抵抗の不純物濃度は４×１０^１９／ｃｍ^３以上、かつ１×１０^２０／ｃｍ^３未満であり、第１リード部の内でメンブレン上にある部分の不純物濃度は１×１０^２０／ｃｍ^３である。
また、傍熱抵抗および第１リード部をなす半導体膜は単結晶のケイ素からなる。

また、傍熱抵抗は、メンブレン上になく発熱抵抗と温度相関を有さない第１抵抗、第２抵抗および第３抵抗の３つの抵抗とブリッジ回路を構成する。また、発熱制御部は、傍熱抵抗の温度に応じて発熱抵抗への通電を制御するために、ブリッジ回路から得られる信号を、傍熱抵抗の温度を示す信号として利用する。

さらに、３つの抵抗は、ケイ素の半導体膜として半導体基板上に電気絶縁膜を介して設けられ、ブリッジ回路は、第１抵抗と第２抵抗とを直列に接続するとともに、傍熱抵抗と第３抵抗とを直列に接続し、第１抵抗の両電位端の内、第２抵抗とは反対側の電位端と、傍熱抵抗の両電位端の内、第３抵抗とは反対側の電位端とを接続することで構成されている。そして、傍熱抵抗は、自身の長手方向が空気の流れる方向と直交するように、半導体基板の中央線上に設けられ、第２抵抗と第３抵抗とは、半導体基板の中央線を対称軸として、空気の流れる方向に対称となるように設けられている。

また、３つの抵抗は、第１リード部とは別の第２リード部により、第１電極、および第１電極とは別の第２電極に導通しており、第２電極は、第１電極とともに、ブリッジ回路から得られる信号を発熱制御部に出力するために利用される。そして、３つの抵抗および第２リード部は、ケイ素の半導体膜として半導体基板上に電気絶縁膜を介して設けられ、第２リード部は３つの抵抗よりも不純物濃度が高い。
また、第１電極および第２電極を覆って外部環境から保護する保護剤は３つの抵抗を覆っておらず、３つの抵抗は外部環境に露出している。

また、実施形態１の空気流量測定装置は、流量信号に所定の処理を施す流量信号処理部と、流量信号を流量信号処理部に出力するための第３電極と、第３電極と測温抵抗とを導通させる第３リード部とを備える。また、メンブレン上に測温抵抗が設けられ、第３リード部はメンブレン上で測温抵抗に接続している。そして、測温抵抗および第３リード部はケイ素の半導体膜として設けられ、第３リード部は測温抵抗よりも不純物濃度が高い。

さらに、測温抵抗は、空気の流れる方向に関して、発熱抵抗の上流側に設けられる上流側測温抵抗、および発熱抵抗の下流側に設けられる下流側測温抵抗を含んでおり、流量信号は、上流側測温抵抗と下流側測温抵抗との温度差に基づいて生じる。また、発熱抵抗は、自身の長手方向が空気の流れる方向と直交するように、半導体基板の中央線上に設けられ、上流側測温抵抗と下流側測温抵抗とは、半導体基板の中央線を対称軸として、空気の流れる方向に対称となるように設けられている。

そして、上流側測温抵抗に接続する第３リード部において不純物濃度が切り替わる位置と、下流側測温抵抗に接続する第３リード部において不純物濃度が切り替わる位置とは、半導体基板の中央線を対称軸として、空気の流れる方向に対称となるように設定されている。

また、実施形態１の空気流量測定装置は、発熱制御部から発熱抵抗に通電するための第４電極と、第４電極と発熱抵抗とを導通させる第４リード部とを備える。また、メンブレン上に発熱抵抗が設けられ、第４リード部はメンブレン上で発熱抵抗に接続している。そして、発熱抵抗および第４リード部はケイ素の半導体膜として設けられ、第４リード部は発熱抵抗よりも不純物濃度が高い。

実施形態２の空気流量測定装置によれば、メンブレンは矩形状をなして直線状の端縁を有し、第１リード部は直線状の端縁に直交している。

〔実施例１の構成〕
実施例１の空気流量測定装置１の構成を、図１〜図８を用いて説明する。
空気流量測定装置１は、例えば、図１に示すように、車両の内燃機関に吸入される空気の通路２に突出するように配されて空気流量を測定するために用いられており、空気との伝熱を利用することで空気流量として質量流量を直接的に測定するものである。

この空気流量測定装置１は、主に空気流量相当の信号（流量信号）を発生する検出部３と、検出部３から得られる流量信号を処理して、内燃機関等を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）に出力する制御部４とを備える（図２および図３参照）。また、空気流量測定装置１は、通路２を流れる空気の一部を取り込んで通過させる内部流路５を形成しており、内部流路５に検出部３が突出している（図１参照）。

なお、ＥＣＵは、制御部４から入力された流量信号を利用して、内燃機関に吸入される空気の流量（以下、吸気量と呼ぶことがある。）を把握するとともに、吸気量に基づく燃料噴射制御等の各種の制御処理を実行する。

検出部３は、通電により発熱する発熱抵抗７と、発熱抵抗７から空気の流れを介して熱的影響を受けることで流量信号を発生する上流側測温抵抗８、９、下流側測温抵抗１０、１１と、発熱抵抗７から熱的影響を受けて発熱抵抗７と所定の温度相関にある傍熱抵抗１２とを有する（図３〜図６参照）。

また、発熱抵抗７、上流側、下流側測温抵抗８〜１１、傍熱抵抗１２等の検出部３の素子は、所定の半導体基板１４上に電気絶縁膜１５を介して、ケイ素の半導体膜として設けられている（以下、検出部３の素子が設けられた半導体基板１４を第１半導体基板１４と呼ぶ。）。そして、第１半導体基板１４は空洞１６を有し、電気絶縁膜１５は空洞１６を覆うメンブレン１７をなし、発熱抵抗７、上流側、下流側測温抵抗８〜１１および傍熱抵抗１２は、第１半導体基板１４との熱的な絶縁を確保するためにメンブレン１７上に設けられている（図２および図４〜図６参照）。

そして、メンブレン１７上において、発熱抵抗７は、例えば、自身の長手方向が空気の流れる方向と直交するように設けられ、傍熱抵抗１２は、例えば、発熱抵抗７の周囲を囲うように設けられている。また、上流側測温抵抗８、９、下流側測温抵抗１０、１１は、例えば、それぞれが空気の流れる方向に関して発熱抵抗７および傍熱抵抗１２の上流側、下流側に設けられており、発熱抵抗７および傍熱抵抗１２を中央に挟んで線対称となるように設けられている。また、上流側測温抵抗８は、例えば、上流側測温抵抗９の周囲を囲うように設けられ、下流側測温抵抗１０は、例えば、下流側測温抵抗１１の周囲を囲うように設けられている（図４〜図６参照）。

ここで、上流側測温抵抗８、９、下流側測温抵抗１０、１１は、ブリッジ回路１９を形成している（図３参照）。そして、ブリッジ回路１９は、例えば、上流側測温抵抗８と下流側測温抵抗１０とが直列に、かつ、上流側測温抵抗８が下流側測温抵抗１０よりも高電位側に配されるように、また、上流側測温抵抗９と下流側測温抵抗１１とが直列に、かつ、下流側測温抵抗１１が上流側測温抵抗９よりも高電位側に配されるように形成されている（図３参照）。

また、傍熱抵抗１２は、メンブレン１７上になく発熱抵抗７と温度相関を有さない基板抵抗２０〜２２とともにブリッジ回路２３を形成している（図３および図５参照）。ここで、基板抵抗２０〜２２は、ケイ素の半導体膜として電気絶縁膜１５を介して第１半導体基板１４上に設けられるものであり、発熱抵抗７から熱的影響を受けない位置に設けられ、主に、発熱抵抗７により加熱されていない空気の流れに熱的影響を受けるものである（以下の説明では、発熱抵抗７、上流側測温抵抗８、９、下流側測温抵抗１０、１１、傍熱抵抗１２および基板抵抗２０〜２２を、まとめて素子７〜１２、２０〜２２と呼ぶことがある。）。

そして、ブリッジ回路２３は、例えば、傍熱抵抗１２と基板抵抗２２とが直列に、かつ、基板抵抗２２が傍熱抵抗１２よりも高電位側に配されるように、また、基板抵抗２０と基板抵抗２１とが直列に、かつ、基板抵抗２１が基板抵抗２０よりも高電位側に配されるように形成されている（図３参照）。

制御部４は、流量信号の処理を行う流量信号処理部２５と、発熱抵抗７への通電を制御する発熱制御部２６とを有している（図３参照）。
流量信号処理部２５は、ブリッジ回路１９から出力される信号を処理する比較器２７を有し、比較器２７は、上流側測温抵抗８と下流側測温抵抗１０との接続部と、上流側測温抵抗９と下流側測温抵抗１１との接続部との電位差に応じた信号を出力する。そして、流量信号処理部２５は、比較器２７から出力された信号にさらなる処理を施す。

つまり、検出部３は、ブリッジ回路１９における、上流側測温抵抗８と下流側測温抵抗１０との接続部の電位を示す信号、および上流側測温抵抗９と下流側測温抵抗１１との接続部の電位を示す信号を、流量信号として制御部４の流量信号処理部２５における比較器２７に出力する。そして、比較器２７は、上記２つの接続部の電位差（ブリッジ回路１９の電位差）を示す信号を流量信号として合成して出力し、さらに、流量信号処理部２５は、比較器２７以外の機能により、ブリッジ回路１９の電位差を示す信号にさらなる処理を施す。

ここで、ブリッジ回路１９の電位差は、上流側測温抵抗８、９と下流側測温抵抗１０、１１との温度差に基づいて生じる。
すなわち、図６（ａ）に示すように、内部流路５に空気が流れていない場合、発熱抵抗７と空気との伝熱により、発熱抵抗７の上、下流側には均等に熱が伝達されて発熱抵抗７の位置を中心として上、下流側に対称な温度分布が形成される。

そして、内部流路５において上流側から下流側に向かう順方向の空気の流れが生じた場合、発熱抵抗７の上流側では伝熱量が下がって下流側では伝熱量が上がるので、温度分布が下流側に偏って上流側測温抵抗８、９と下流側測温抵抗１０、１１との間に温度差ΔＴが生じる。そして、温度差ΔＴは、図７に示すように、空気流量に応じて変化するため、ブリッジ回路１９の電位差は空気流量相当の値になる。

発熱制御部２６は、ブリッジ回路２３から出力される信号を処理する比較器２８と、比較器２８から出力される信号に応じて電源２９から発熱抵抗７への通電をオンオフするスイッチング素子３０とを有し、傍熱抵抗１２が発生する信号（傍熱抵抗１２の温度を示す信号）に応じて発熱抵抗７への通電を制御する。ここで、比較器２８は、傍熱抵抗１２と基板抵抗２２との接続部と、基板抵抗２０と基板抵抗２１との接続部との電位差に応じて、スイッチング素子３０をオンするための信号を出力したり、出力停止したりする。

つまり、検出部３は、ブリッジ回路２３における、傍熱抵抗１２と基板抵抗２２との接続部の電位を示す信号、および基板抵抗２０と基板抵抗２１との接続部の電位を示す信号を、傍熱抵抗１２の温度を示す信号として、制御部４の発熱制御部２６における比較器２８に出力する。そして、比較器２８は、上記２つの接続部の電位差（ブリッジ回路２３の電位差）の正負に応じてスイッチング素子３０をオンするための信号を出力したり、出力停止したりする。

これにより、傍熱抵抗１２の温度が、発熱抵抗７の影響を受けない空気流の温度よりも一定の温度差だけ高くなるように、発熱抵抗７への通電が制御される。
なお、比較器２７、２８やスイッチング素子３０等の制御部４に含まれる素子は、第１半導体基板１４とは別体の第２半導体基板３２上に設けられている（図２参照）。そして、第１、第２半導体基板１４、３２は、それぞれ、接着剤３３、３４により樹脂製の支持体３５に接着されて支持されている（図２参照）。

また、第１、第２半導体基板１４、３２上には、それぞれ、複数の電極が設けられ、第１、第２半導体基板１４、３２の各々において、素子と電極とは配線により導通し、さらに、第１半導体基板１４上の電極と第２半導体基板３２上の電極とはボンディングワイヤ３６により導通している（図２参照）。

そして、電極およびボンディングワイヤ３６は、保護剤３７により覆われて外部環境から保護されている。また、第１半導体基板１４に対する接着剤３３および保護剤３７の塗布領域は、空気の流れに垂直な方向に関して制御部４の側に偏っているとともに、空気の流れ方向に関して均等である。

以上のような構成により、検出部３は、傍熱抵抗１２の温度を示す信号を制御部４に出力し、制御部４は、傍熱抵抗１２の温度を示す信号に応じて発熱抵抗７への通電を制御する。これにより、検出部３は、上流側、下流側測温抵抗８〜１１において流量信号を発生するとともに、発生した流量信号を制御部４に出力し、制御部４は、検出部３から得られる流量信号を処理してＥＣＵに出力する。

次に、第１半導体基板１４上における素子７〜１２、２０〜２２と電極との間の配線について説明する。
ここで、図５に示すように、第１半導体基板１４上の電極を、上流側から下流側に向かって順に電極４０〜４９とする。また、第１半導体基板１４上で素子７〜１２、２０〜２２と電極４０〜４９との間を導通させる配線をリード部と呼ぶ。そして、電極４０〜４２にそれぞれ接続するリード部をそれぞれリード部５１〜５３とし、電極４３に接続する４つのリード部をリード部５４〜５７とし、電極４４〜４９にそれぞれ接続するリード部をそれぞれリード部５８〜６３とする。

また、リード部５１は、上流側測温抵抗８に接続して上流側測温抵抗８と電極４０とを導通させ、リード部５２は、基板抵抗２０、２１に接続して基板抵抗２０、２１と電極４１とを導通させ、リード部５３は、基板抵抗２１に接続して基板抵抗２１と電極４２とを導通させる（図３および図５参照）。

また、リード部５４は、基板抵抗２０に接続して基板抵抗２０と電極４３とを導通させ、リード部５５は、傍熱抵抗１２に接続して傍熱抵抗１２と電極４３とを導通させ、リード部５６は、発熱抵抗７に接続して発熱抵抗７と電極４３とを導通させ、リード部５７は、上流側測温抵抗９および下流側測温抵抗１０に接続して上流側測温抵抗９および下流側測温抵抗１０と電極４３とを導通させる（図３および図５参照）。

さらに、リード部５８は、発熱抵抗７に接続して発熱抵抗７と電極４４とを導通させ、リード部５９は、基板抵抗２２に接続して基板抵抗２２と電極４５とを導通させ、リード部６０は、傍熱抵抗１２および基板抵抗２２に接続して傍熱抵抗１２および基板抵抗２２と電極４６とを導通させ、リード部６１は、上流側測温抵抗８および下流側測温抵抗１０に接続して上流側測温抵抗８および下流側測温抵抗１０と電極４７とを導通させ、リード部６２は、下流側測温抵抗１１に接続して下流側測温抵抗１１と電極４８とを導通させ、リード部６３は、上流側測温抵抗９および下流側測温抵抗１１に接続して上流側測温抵抗９および下流側測温抵抗１１と電極４９とを導通させる（図３および図５参照）。

以上により、素子７〜１２、２０〜２２、電極４０〜４９およびリード部５１〜６３は、ブリッジ回路１９、２３を形成することができるようになる。また、ブリッジ回路１９、２３は、上流側測温抵抗８と下流側測温抵抗１０との接続部の電位を示す信号、上流側測温抵抗９と下流側測温抵抗１１との接続部の電位を示す信号、傍熱抵抗１２と基板抵抗２２との接続部の電位を示す信号、および基板抵抗２０と基板抵抗２１との接続部の電位を示す信号を制御部４に出力することができるようになる。さらに、電源２９から制御部４を通じて発熱抵抗７への通電が可能になる。

また、リード部５１〜６３は、素子７〜１２、２０〜２２と同様にケイ素の半導体膜として設けられており、素子７〜１２、２０〜２２およびリード部５１〜６３は保護膜６６により覆われている（図２および図６参照）。また、発熱抵抗７、上流側、下流側測温抵抗８〜１１および傍熱抵抗１２は、メンブレン１７上でリード部５１、５５〜５８、６０〜６３と接続している。

つまり、発熱抵抗７とリード部５６、５８とはメンブレン１７上で接続し、上流側測温抵抗８とリード部５１、６１とはメンブレン１７上で接続し、上流側測温抵抗９とリード部５７、６３とはメンブレン１７上で接続し、下流側測温抵抗１０とリード部５７、６１とはメンブレン１７上で接続し、下流側測温抵抗１１とリード部６２、６３とはメンブレン１７上で接続し、傍熱抵抗１２とリード部５５、６０とはメンブレン１７上で接続している。

また、メンブレン１７は、矩形状をなして４つの直線状の端縁を有している。そして、空気の流れ方向に平行な２つの端縁の内、電極４０〜４９の側にある方を端縁６７とし、電極４０〜４９の反対側にある方を端縁６８とすると（図４、図５および図８参照）、リード部５５、５６、５８、６０、６１は、端縁６７を跨いでメンブレン１７の外に引き出されており、リード部５１、５７、６１〜６３は、端縁６８に跨ってメンブレン１７の外に引き出されている。

ところで、第１半導体基板１４は、上記のように接着剤３３により樹脂製の支持体３５に接着されて支持されるが（図２参照）、第１半導体基板１４と支持体３５との間で線膨張係数が大きく異なるため、接着により第１半導体基板１４が変形してメンブレン１７に実装応力が発生してしまう。

また、電極４０〜４９およびボンディングワイヤ３６は、保護剤３７により覆われて外部環境から保護されているが（図２参照）、第１半導体基板１４と保護剤３７との間でも線膨張係数が大きく異なるため、保護剤３７の塗布によっても、第１半導体基板１４が変形してメンブレン１７に実装応力が発生してしまう。
そして、空気の流れ方向に垂直な方向における実装応力の分布は、図８に示すように、メンブレン１７の端縁６７、６８で極大のピークを示している。

〔実施例１の特徴および効果〕
実施例１の空気流量測定装置１の特徴および効果を、図面を用いて説明する。
まず、リード部５５、６０は傍熱抵抗１２よりもリン、ボロン等の不純物濃度が高い。
半導体膜は、図９に示すように、不純物濃度が高いほどピエゾ抵抗係数が小さくなる。ここで、図９に示す相関線は、０℃において、不純物濃度が１．０×１０^１６１／ｃｍ^３であるときのピエゾ抵抗係数に対する比（ピエゾ抵抗係数比：[各濃度におけるピエゾ抵抗係数]／[濃度が１．０×１０^１６１／ｃｍ^３におけるピエゾ抵抗係数]）を、不純物濃度に対して描いたものである。また、相関線は、温度が高いほど、全濃度範囲において図示下方に等比率で縮小するように変化する。

そこで、例えば、傍熱抵抗１２の不純物濃度を４×１０^１９／ｃｍ^３以上、かつ１×１０^２０／ｃｍ^３未満としてリード部５５、６０の不純物濃度を１×１０^２０／ｃｍ^３とすることにより、ピエゾ抵抗係数に関して、リード部５５、６０と傍熱抵抗１２との比を０．５以上１．０未満にする。

これにより、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０からなる一連の半導体膜に関して、メンブレン１７の端縁６７におけるピエゾ抵抗係数を、メンブレン１７の中央部におけるピエゾ抵抗係数の１／２倍以上かつ１倍未満に抑えることができる。

このため、メンブレン１７上の傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０に生じるピエゾ抵抗効果を効果的に抑制して、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０の抵抗値が実装応力によって変動するのを抑制することができる。
したがって、メンブレン１７に実装応力が発生しても、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０の抵抗値が変動するのを抑制して測定精度を高めることができる。

また、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０は、傍熱抵抗１２が基板抵抗２０〜２２とともにブリッジ回路２３を形成するにも係らず、ブリッジペア性がなく、ピエゾ抵抗効果による抵抗値変動の影響がほとんど相殺されないため、測定精度を高めるには、抵抗値の変動自体を抑制する必要がある。

ここで、「ブリッジペア性がある」とは、例えば、上記のように、第１半導体基板１４に対する接着剤３３および保護剤３７の塗布領域が、空気の流れに垂直な方向に関して制御部４の側に偏っているとともに、空気の流れ方向に関して均等である場合に、第１半導体基板１４のブリッジ回路１９、２３において、一方の直列配線に含まれる２つの素子の内の１つと、他方の直列配線に含まれる２つの素子の内の１つとをペアとみなし、ペアを形成する２つの素子を、第１半導体基板１４の中央線７０を挟んで中央線７０の上、下流側に線対称に設けることが可能であることを意味する（図２、図４および図５参照）。

なお、中央線７０とは、例えば、第１半導体基板１４の表面に含まれて空気の流れ方向に垂直な線であって、第１半導体基板１４の表面を上、下流側に２等分する線として定義できる。
また、「ブリッジペア性がない」とは、例えば、ブリッジ回路１９、２３において、ペアを形成する２つの素子を中央線７０の上、下流側に線対称に設けることが不可能であることを意味するものである。

つまり、中央線７０を対称軸とする上、下流側に線対称な位置では、実装応力が同じような大きさで生じるためピエゾ抵抗効果が同じ程度で発生する。このため、ペアを形成する２つの素子のブリッジペア性がよい場合、これら２つの素子の抵抗値がピエゾ抵抗効果により変動しても、抵抗値の変動による影響がこれら２つの素子間で相殺され、ブリッジ回路１９、２３から出力される信号には、見かけ上、これらの影響が現れなくなる。

このようなブリッジペア性の特徴を考慮した上で、傍熱抵抗１２のブリッジペア性を考えると、傍熱抵抗１２は、発熱抵抗７との間に高い温度相関を有するように設ける必要があるので、例えば、上記のように発熱抵抗７の周囲を囲うように設ける必要があり、第１半導体基板１４上における位置、および、自身の形状に関して大きな制約がある。この結果、傍熱抵抗１２は、ペアの対象となる基板抵抗２０、２１の一方との間に、中央線７０を挟む上、下流側に線対称な配置を形成することができず、ブリッジペア性がない。

したがって、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０に発生する抵抗値変動の影響は、ほとんど相殺されないので、測定精度を高めるには、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０に関して抵抗値の変動自体を抑制する必要がある。このため、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０に不純物を含ませるとともに、抵抗値の変動が大きいリード部５５、６０において傍熱抵抗１２よりも不純物濃度を高くすることで、極めて効果的に測定精度を高めることができる。

また、リード部５５、６０は、メンブレン１７上において傍熱抵抗１２よりも幅広になっている。
これにより、リード部５５、６０において放熱能力が高まってリード部５５、６０の温度が下がるので、リード部５５、６０のピエゾ抵抗係数が低下する。このため、リード部５５、６０の抵抗値が実装応力により変動するのをさらに抑制して測定精度を高めることができる。

また、温度が下がることにより、熱による抵抗値の変動も抑制することができる。
すなわち、半導体膜は、図１０に示すように、不純物濃度が大きくなると経時的な抵抗変動の割合（抵抗変化率）が大きくなる。ここで、図１０に示す相関線は、リンを不純物として含む半導体膜に関して３１０℃の温度条件で通電開始から１０００時間経過後の抵抗値に基づき得られた抵抗変化率を、不純物濃度に対して描いたものである。

つまり、不純物を含む半導体膜は高温状態に保持されると、不純物の再拡散により徐々に不純物濃度が低下して抵抗値が大きくなってしまう。
そこで、リード部５５、６０の放熱能力を高めて温度を下げることで、不純物の再拡散を抑制してリード部５５、６０における抵抗値の変動を抑制することができる。

また、メンブレン１７上のリード部５５、６０の内、傍熱抵抗１２から連続する小さい領域７１（図４参照）は、傍熱抵抗１２等からの伝熱によりさほど温度が低下せず、傍熱抵抗１２と同様に高温になっている。そこで、領域７１においても、不純物濃度を傍熱抵抗１２と同等にして抵抗変化率を低減している。なお、領域７１の境界線７２は、実際に温度が上昇するか否かを測定して決定される。

また、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０をなす半導体膜は単結晶のケイ素からなる。
半導体膜の抵抗変化率は、多結晶のケイ素の方が単結晶のケイ素よりも大きいので（図１０参照）、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０をなす半導体膜を単結晶のケイ素により設けることで、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０に関して、抵抗変化率を下げて抵抗値の変動を抑制することができる。

また、傍熱抵抗１２は、自身の長手方向が空気の流れる方向と直交するように、第１半導体基板１４の中央線７０上に設けられ（図４および図５参照）、基板抵抗２１、２２は、中央線７０を対称軸として空気の流れる方向に線対称となるように設けられている。
これにより、基板抵抗２１、２２は、実装応力による抵抗値変動の影響を打ち消しあうことができる。このため、傍熱抵抗１２の温度を示す信号に関して、精度を高めることができる。

また、リード部５２、５３、５９、６０は基板抵抗２０〜２２よりも不純物濃度が高い。
基板抵抗２０〜２２が存在する領域と保護剤３７の塗布領域とは接近しているため（図５参照）、基板抵抗２０〜２２およびリード部５２、５３、５９、６０は、実装応力が大きくなって抵抗値が変動しやすい。

そこで、リード部５２、５３、５９、６０の不純物濃度を基板抵抗２０〜２２の不純物濃度よりも高めることで、基板抵抗２０〜２２およびリード部５２、５３、５９、６０に生じるピエゾ抵抗効果を効果的に抑制して、基板抵抗２０〜２２およびリード部５２、５３、５９、６０の抵抗値が実装応力によって変動するのを抑制することができる。
このため、基板抵抗２０〜２２およびリード部５２、５３、５９、６０の抵抗値が変動するのを抑制することで、傍熱抵抗１２の温度を示す信号に関して精度を高めることができる。

また、保護剤３７は基板抵抗２０〜２２を覆っておらず、基板抵抗２０〜２２は、保護膜６６を介して外部環境に露出している。
これにより、基板抵抗２０〜２２は、早期に外部環境の温度（発熱抵抗７から熱的影響を受けない空気流の温度）に応じて温度を可変することができる。このため、比較器２８が受け取る信号（傍熱抵抗１２の温度を示す信号）は、外部環境に対する応答性が高まるので、発熱抵抗７に対する通電制御の応答性、引いては、空気流量測定の応答性を高めることができる。

また、リード部５１、５７、６１、６２、６３は、上流側、下流側測温抵抗８〜１１よりも不純物濃度が高い。
これにより、メンブレン１７に実装応力が発生しても、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０と同様に、上流側、下流側測温抵抗８〜１１およびリード部５１、５７、６１、６２、６３の抵抗値が変動するのを抑制して測定精度を高めることができる。

また、発熱抵抗７は、自身の長手方向が空気の流れる方向と直交するように中央線７０上に設けられ、上流側測温抵抗８、９と下流側測温抵抗１０、１１とは、中央線７０を対称軸として線対称となるように設けられている（図４および図５参照）。

そして、上流側測温抵抗８、９に接続するリード部５１、５７、６１、６３において不純物濃度が切り替わる境界線７３と、下流側測温抵抗１０、１１に接続するリード部５７、６１、６２、６３において不純物濃度が切り替わる境界線７４とは、中央線７０を対称軸として線対称となるように設定されている（図４参照）。
これにより、上流側、下流側測温抵抗８〜１１は、ピエゾ抵抗効果による抵抗値変動の影響を打ち消しあうことができる。このため、流量信号の精度を高めることができる。なお、境界線７３、７４は、境界線７２と同様にして設定することができる。

また、リード部５６、５８は発熱抵抗７よりも不純物濃度が高い。
これにより、リード部５６、５８の抵抗値を下げて発熱抵抗７への通電量を高めることができる。このため、発熱抵抗７を昇温するための駆動電圧を低減することができる。

〔実施例２〕
実施例２の空気流量測定装置１によれば、図１１に示すように、リード部５５、６０は端縁６７に直交している。
これにより、リード部５５、６０の内、端縁６７に近く実装応力が高くなる部分の面積を低減できる。このため、リード部５５、６０の抵抗値がピエゾ抵抗効果により変動するのをさらに抑制して測定精度を高めることができる。

〔変形例〕
空気流量測定装置１の態様は、実施例１、２に限定されず種々の変形例を考えることができる。
例えば、実施例１、２の空気流量測定装置１によれば、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０の不純物濃度は、リード部５５、６０の方が傍熱抵抗１２よりも高くなるように設定されていたが、リード部５５、６０の不純物濃度に関して、メンブレン１７上にある部分７５がメンブレン１７上にない部分よりも低くなるように設定してもよい（図１２参照）。

つまり、メンブレン１７上にあるリード部５５、６０の内、領域７１について傍熱抵抗１２の反対側に連続する部分７５は、領域７１よりも低温であるもののメンブレン１７上にない部分よりも高温であり、メンブレン１７上にない部分に比べて不純物再拡散に伴う時間的な抵抗変動が懸念される。よって、部分７５を、傍熱抵抗１２および領域７１よりも不純物濃度が高くなるように、かつ、メンブレン１７上にない部分よりも不純物濃度が低くなるように設けることで、リード部５５、６０の全体に関して、効果的に抵抗変化率を下げて抵抗値の変動を抑制することができる。

また、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０を、不純物としてリンを含むｎ型半導体の半導体膜として設けた場合、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０の内でメンブレン１７上にある部分の長手方向を、面方位（１００）面で＜１１０＞方向と略一致させてもよい（図１３参照）。

また、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０を、不純物としてボロンを含むｐ型半導体の半導体膜として設けた場合、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０部の内でメンブレン１７上にある部分の長手方向を、面方位（１００）面で＜００１＞方向または＜０１０＞方向と略一致させてもよく、面方位（１１０）面で＜００１＞方向と略一致させてもよい（図１４および図１５参照）。

これらの場合、メンブレン１７上における傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０の長手方向と、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０を構成する半導体膜に関してピエゾ抵抗係数が極小となる結晶方位とが略一致する。このため、メンブレン１７上における傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０の抵抗値の変動をさらに抑制することができる。
なお、これらの態様は、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０の長手方向と、ピエゾ抵抗係数が極小となる結晶方位とを略一致させても、メンブレン１７上で素子やリード部のパターン配置が大きく制約されない場合に有効である。

また、実施例１、２の空気流量測定装置１によれば、傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０をなす半導体膜は単結晶のケイ素からなるものであったが、多結晶のケイ素により傍熱抵抗１２およびリード部５５、６０を設けてもよい。
さらに、実施例１、２の空気流量測定装置１は、車両の内燃機関への吸気量を測定するために用いられていたが、空気流量測定装置１の用途は、このような吸気量の測定に限定されず、様々な流路を通過する空気流量の測定に用いることができる。

１ 空気流量測定装置
７ 発熱抵抗
８ 上流側測温抵抗（測温抵抗）
９ 上流側測温抵抗（測温抵抗）
１０ 下流側測温抵抗（測温抵抗）
１１ 下流側測温抵抗（測温抵抗）
１２ 傍熱抵抗
１４ 第１半導体基板（半導体基板）
１５ 電気絶縁膜
１６ 空洞
１７ メンブレン
２０ 基板抵抗（第１抵抗、３つの抵抗）
２１ 基板抵抗（第２抵抗、３つの抵抗）
２２ 基板抵抗（第３抵抗、３つの抵抗）
２３ ブリッジ回路
２５ 流量信号処理部
２６ 発熱制御部
３７ 保護剤
４０ 電極（第３電極）
４１ 電極（第２電極）
４２ 電極（第２電極）
４３ 電極（第１電極、第３電極、第４電極）
４４ 電極（第４電極）
４５ 電極（第２電極）
４６ 電極（第１電極）
４７ 電極（第３電極）
４８ 電極（第３電極）
４９ 電極（第３電極）
５１ リード部（第３リード部）
５２ リード部（第２リード部）
５３ リード部（第２リード部）
５４ リード部（第２リード部）
５５ リード部（第１リード部）
５６ リード部（第４リード部）
５７ リード部（第３リード部）
５８ リード部（第４リード部）
５９ リード部（第２リード部）
６０ リード部（第１リード部）
６１ リード部（第３リード部）
６２ リード部（第３リード部）
６３ リード部（第３リード部）
６７ 端縁（直線状の端縁）
７０ 中央線（半導体基板の中央線）
７３ 境界線（上流側測温抵抗に接続する第３リード部において不純物濃度が切り替わる位置）
７４ 境界線（下流側測温抵抗に接続する第３リード部において不純物濃度が切り替わる位置）
７５ 部分（メンブレン上にある部分）

Claims (15)

1. 通電により発熱する発熱抵抗と、
   この発熱抵抗から空気の流れを介して熱的影響を受けることで、空気流量相当の信号を発生する測温抵抗と、
   前記発熱抵抗および前記測温抵抗とは別に設けられて前記発熱抵抗と所定の温度相関にある傍熱抵抗と、
   この傍熱抵抗の温度に応じて前記発熱抵抗への通電を制御する発熱制御部と、
   前記傍熱抵抗の温度を示す信号を前記発熱制御部に出力するための第１電極と、
   この第１電極と前記傍熱抵抗とを導通させる第１リード部とを備え、
   前記発熱制御部により前記発熱抵抗への通電を制御することで、前記測温抵抗に前記空気流量相当の信号を発生させる空気流量測定装置において、
   前記傍熱抵抗、前記第１電極および前記第１リード部は、所定の半導体基板上に電気絶縁膜を介して設けられ、
   前記半導体基板は空洞を有し、前記電気絶縁膜は前記空洞を覆うメンブレンをなし、
   このメンブレン上に前記傍熱抵抗が設けられ、前記第１リード部は前記メンブレン上で前記傍熱抵抗に接続し、
   前記傍熱抵抗および前記第１リード部はケイ素の半導体膜として設けられ、前記第１リード部は前記傍熱抵抗よりも不純物濃度が高いことを特徴とする空気流量測定装置。
2. 請求項１に記載の空気流量測定装置において、
   前記第１リード部は、前記メンブレン上において前記傍熱抵抗よりも幅広になっていることを特徴とする空気流量測定装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の空気流量測定装置において、
   前記メンブレンは、矩形状をなして直線状の端縁を有し、
   前記第１リード部は、前記直線状の端縁に直交していることを特徴とする空気流量測定装置。
4. 請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
   前記第１リード部は、前記メンブレン上にある部分が前記メンブレン上にない部分よりも不純物濃度が低くなるように設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
5. 請求項１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
   前記傍熱抵抗の不純物濃度は４×１０^１９／ｃｍ^３以上、かつ１×１０^２０／ｃｍ^３未満であり、
   前記第１リード部の内で前記メンブレン上にある部分の不純物濃度は１×１０^２０／ｃｍ^３であることを特徴とする空気流量測定装置。
6. 請求項１ないし請求項５の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
   前記傍熱抵抗および前記第１リード部をなす半導体膜は単結晶のケイ素からなることを特徴とする空気流量測定装置。
7. 請求項６に記載の空気流量測定装置において、
   前記傍熱抵抗および前記第１リード部は、不純物としてリンを含むｎ型半導体の半導体膜であり、
   前記傍熱抵抗および前記第１リード部の内で前記メンブレン上にある部分は、面方位（１００）面で＜１１０＞方向と自身の長手方向とが略一致していることを特徴とする空気流量測定装置。
8. 請求項６に記載の空気流量測定装置において、
   前記傍熱抵抗および前記第１リード部は、不純物としてボロンを含むｐ型半導体の半導体膜であり、
   前記傍熱抵抗および前記第１リード部の内で前記メンブレン上にある部分は、面方位（１００）面で＜００１＞方向または＜０１０＞方向と自身の長手方向とが略一致していることを特徴とする空気流量測定装置。
9. 請求項６に記載の空気流量測定装置において、
   前記傍熱抵抗および前記第１リード部は、不純物としてボロンを含むｐ型半導体の半導体膜であり、
   前記傍熱抵抗および前記第１リード部の内で前記メンブレン上にある部分は、面方位（１１０）面で＜００１＞方向と自身の長手方向とが略一致していることを特徴とする空気流量測定装置。
10. 請求項１ないし請求項９の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
    前記傍熱抵抗は、前記メンブレン上になく前記発熱抵抗と温度相関を有さない第１抵抗、第２抵抗および第３抵抗の３つの抵抗とブリッジ回路を構成し、
    前記発熱制御部は、前記傍熱抵抗の温度に応じて前記発熱抵抗への通電を制御するために、前記ブリッジ回路から得られる信号を、前記傍熱抵抗の温度を示す信号として利用し、
    前記３つの抵抗は、ケイ素の半導体膜として前記半導体基板上に前記電気絶縁膜を介して設けられ、
    前記ブリッジ回路は、前記第１抵抗と前記第２抵抗とを直列に接続するとともに、前記傍熱抵抗と前記第３抵抗とを直列に接続し、前記第１抵抗の両電位端の内、前記第２抵抗とは反対側の電位端と、前記傍熱抵抗の両電位端の内、前記第３抵抗とは反対側の電位端とを接続することで構成され、
    前記傍熱抵抗は、自身の長手方向が空気の流れる方向と直交するように、前記半導体基板の中央線上に設けられ、
    前記第２抵抗と前記第３抵抗とは、前記半導体基板の中央線を対称軸として、空気の流れる方向に対称となるように設けられていることを特徴とする空気流量測定装置。
11. 請求項１ないし請求項１０の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
    前記傍熱抵抗は、前記メンブレン上になく前記発熱抵抗と温度相関を有さない３つの抵抗とブリッジ回路を構成し、
    前記発熱制御部は、前記傍熱抵抗の温度に応じて前記発熱抵抗への通電を制御するために、前記ブリッジ回路から得られる信号を、前記傍熱抵抗の温度を示す信号として利用し、
    前記３つの抵抗は、前記第１リード部とは別の第２リード部により、前記第１電極、および前記第１電極とは別の第２電極に導通しており、前記第２電極は、前記第１電極とともに、前記ブリッジ回路から得られる信号を前記発熱制御部に出力するために利用され、
    前記３つの抵抗および前記第２リード部は、ケイ素の半導体膜として前記半導体基板上に前記電気絶縁膜を介して設けられ、
    前記第２リード部は前記３つの抵抗よりも不純物濃度が高いことを特徴とする空気流量測定装置。
12. 請求項１１に記載の空気流量測定装置において、
    前記第１電極および前記第２電極を覆って外部環境から保護する保護剤は、前記３つの抵抗を覆っておらず、
    前記３つの抵抗は、外部環境に露出していることを特徴とする空気流量測定装置。
13. 請求項１ないし請求項１２の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
    前記空気流量相当の信号に所定の処理を施す流量信号処理部と、
    前記空気流量相当の信号を前記流量信号処理部に出力するための第３電極と、
    この第３電極と前記測温抵抗とを導通させる第３リード部とを備え、
    前記メンブレン上に前記測温抵抗が設けられ、前記第３リード部は前記メンブレン上で前記測温抵抗に接続しており、
    前記測温抵抗および前記第３リード部はケイ素の半導体膜として設けられ、前記第３リード部は前記測温抵抗よりも不純物濃度が高いことを特徴とする空気流量測定装置。
14. 請求項１３に記載の空気流量測定装置において、
    前記測温抵抗は、空気の流れる方向に関して、前記発熱抵抗の上流側に設けられる上流側測温抵抗、および前記発熱抵抗の下流側に設けられる下流側測温抵抗を含んでおり、
    前記空気流量相当の信号は、前記上流側測温抵抗と前記下流側測温抵抗との温度差に基づいて生じ、
    前記発熱抵抗は、自身の長手方向が空気の流れる方向と直交するように、前記半導体基板の中央線上に設けられ、
    前記上流側測温抵抗と前記下流側測温抵抗とは、前記半導体基板の中央線を対称軸として、空気の流れる方向に対称となるように設けられ、
    前記上流側測温抵抗に接続する前記第３リード部において不純物濃度が切り替わる位置と、前記下流側測温抵抗に接続する前記第３リード部において不純物濃度が切り替わる位置とは、前記半導体基板の中央線を対称軸として、空気の流れる方向に対称となるように設定されていることを特徴とする空気流量測定装置。
15. 請求項１ないし請求項１４の内のいずれか１つに記載の空気流量測定装置において、
    前記発熱制御部から前記発熱抵抗に通電するための第４電極と、
    この第４電極と前記発熱抵抗とを導通させる第４リード部とを備え、
    前記メンブレン上に前記発熱抵抗が設けられ、前記第４リード部は前記メンブレン上で前記発熱抵抗に接続しており、
    前記発熱抵抗および前記第４リード部はケイ素の半導体膜として設けられ、前記第４リード部は前記発熱抵抗よりも不純物濃度が高いことを特徴とする空気流量測定装置。

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