JP2014160030A - フローセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】絶縁層や被覆材による感度の劣化を抑制する。
【解決手段】絶縁層（１１ｂ）およびモールド樹脂（１２）のいずれか少なくとも一方の内部において、熱伝導路（１５）、熱伝導路（５１）および突起部（５２）のいずれか少なくとも一つを備える。
【選択図】図５

Description

本発明はフローセンサに関し、特にサーモパイル（複数の熱電対を連結した素子）を備えたフローセンサに関する。

従来、流体の流速または流量を測定するために、例えば、特許文献１に開示されたサーモパイルを備えたフローセンサが提案されている。以下、図８に基づき、この従来のフローセンサを用いて流体の流速などを測定する測定原理について説明する。図８は、従来のフローセンサ１００の構造を模式的に示す図であり、図８（ａ）は、フローセンサ１００の上面図であり、図８（ｂ）は、図８（ａ）に示すフローセンサ１００のＡ−Ａ断面を示す縦断面図である。

まず、流体の流速がほぼ０の場合、ヒータ６１による加熱により、ヒータ６１周辺の流体の温度は周囲よりも上昇する。このため、ヒータ６１を熱源として、同熱源からの距離が大きくなる程、温度が低下する温度分布が形成される。このときの（フローセンサ１００の縦断面の面内方向の）温度分布は、熱源の周囲のコンダクタンスにもよるが、熱源の位置を基準とする対称的な温度分布となる（不図示）。

一方、図８（ｂ）に示すように、白抜き矢印の方向に流体の流れがある場合、ヒータ６１周辺の温度分布は、流体の流れの下流側、すなわち、サーモパイル６３の側に偏る。このため、サーモパイル６２では流体が流動していない状態よりも低い温度が検出され、サーモパイル６３では流体が流動していない状態よりも高い温度が検出される。このように、サーモパイル６２およびサーモパイル６３によって検出された温度の差分に基づいて流体の流速などを測定することができる。

特開２００２−５４９６３号公報（２００２年２月２０日公開）

しかしながら、上述のような従来技術には、サーモパイルを含むセンシング部を被覆する絶縁層やモールド樹脂などの被覆材の存在によりフローセンサの検出感度（以下、単に「感度」という）が劣化してしまうという問題点があった。

例えば、サーモパイルを含むセンシング部は、流体と近傍で接している必要がある。しかしながら、フローセンサでは、サーモパイルから出力される微小な信号を増幅するための増幅器や、該増幅器で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するためのＡ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換器などをセンサＩＣ（Integrated Circuit）に実装することが好ましい。このような増幅器やＡ／Ｄ変換器を実装するためにはメタル配線層とメタル配線層間を絶縁するための絶縁層を複数層設ける必要がある。また、これらの絶縁層は、通常二酸化ケイ素で構成されるため、熱伝導率が小さい。このため、流体の流れによる表面の温度分布による温度差がサーモパイルまで到達する前に上記の各絶縁層で拡散されてしまい、サーモパイルの両端間（温接点群Ｓｒｇおよび冷接点群Ｓｏｇ間）で温度差を検出できなくなってしまう可能性がある。また、その結果、フローセンサの感度が劣化してしまうという問題点に繋がる。

一方、センシング部を含むセンサＩＣは、通常、モールド樹脂などの被覆材で被覆されることが多いが、このように、センサＩＣをモールド樹脂で被覆する場合にも、モールド樹脂の熱伝導率が小さいため、上記絶縁層の場合と同様にフローセンサの感度が劣化してしまうという問題点が生じる。

本発明は、上記の問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、絶縁層や被覆材による感度の劣化を抑制することができるフローセンサを提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るフローセンサは、基板上に形成されたセンサ回路のセンシング部に、少なくとも一つのサーモパイルが設けられたフローセンサであって、絶縁層および被覆材のいずれか少なくとも一方と、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高く、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方の内部において、上記基板の基板面方向に対して垂直方向に延在する少なくとも一つの熱伝導路と、を備え、上記熱伝導路の一端は、上記サーモパイルの近傍に配置されていることを特徴とする。

本発明の一態様によれば、絶縁層や被覆材による感度の劣化を抑制するという効果を奏する。

本発明の実施形態１に係るフローセンサの構造を示す縦断面図である。 本発明の実施形態２に係るフローセンサの構造を示す縦断面図である。 本発明の実施形態３に係るフローセンサの構造を示す縦断面図である。 本発明の実施形態４に係るフローセンサの構造を示す縦断面図である。 本発明の実施形態５に係るフローセンサの構造を示す縦断面図である。 上記の実施形態１〜５に係るフローセンサの縦断面の概略図および上面図である。 本発明の実施形態６に係る、上記図１、２、３および５に示すフローセンサの熱伝導路の変形例を示す縦断面図である。 従来のフローセンサの構造を示す模式図であり、（ａ）は、従来のフローセンサの上面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すフローセンサのＡ‐Ａ断面を示す縦断面図である。

本発明の実施の形態について図１〜図７に基づいて説明すれば以下のとおりである。以下の特定の実施形態で説明する構成以外の構成については、必要に応じて説明を省略する場合があるが、他の実施形態で説明されている場合は、その構成と同じである。

また、説明の便宜上、各実施形態に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、適宜その説明を省略する。さらに、各図面に記載した構成の形状、ならびに、長さ、大きさおよび幅などの寸法は、実際の形状や寸法を反映させたものではなく、図面の明瞭化と簡略化のために適宜に変更している。
〔実施形態１〕
図１は、本発明の実施形態１に係るフローセンサ１０ａの縦断面の構造を示す縦断面図である。同図に示すように、フローセンサ１０ａは、センサＩＣ（センサ回路）１１、モールド樹脂（被覆材）１２、サーモパイル１３、ヒータ１４、熱伝導路１５、基板１６、およびボンディングワイヤ１７を備える。なお、本実施形態のフローセンサ１０ａでは、基板面方向に対して垂直方向に、基板１６、センサＩＣ１１、モールド樹脂１２が、この順で配置されている。なお、以下の図面に基づく説明では、流体の流動が無い場合も含め、同図の矢印で示す基板面方向に対して左側を「上流側」、右側を「下流側」と称する。

＜センサＩＣ１１＞
センサＩＣ１１は、温度差センサとしてのサーモパイル１３や、熱を発生させるヒータ１４を備え、フローセンサ１０ａの動作を制御するための制御回路（不図示）や、後述する増幅器およびＡ／Ｄ変換器など（不図示）が実装される集積回路である。基板１６上の配線（不図示）と、センサＩＣ１１の回路（不図示）とは、ボンディングワイヤ１７を用いて電気的に接続されている。ボンディングワイヤ１７の構成材料としては、例えば、金を用いることができるが、これに限定されない。また、基板１６の構成材料としては、任意の材料を用いることができる。

＜絶縁層１１ａ＞
次に、同図に示すように、センサＩＣ１１は、モールド樹脂１２に近い側から基板１６に近い側に向けて、絶縁層１１ａおよびセンシング部１１ｂが、この順で配置されている。絶縁層１１ａは、センサＩＣ１１のセンシング部１１ｂに対して基板１６の側と反対側に形成された絶縁体などからなる層である。上記のように、センサＩＣ１１には、サーモパイル１３から出力される微小な信号を増幅するための増幅器や、該増幅器で増幅されたアナログ信号をデジタル信号に変換するＡ／Ｄ変換器などを実装することが好ましい。しかしながら、上記の増幅器やＡ／Ｄ変換器などを実装する場合、メタル（配線）層〔金属層；通常はアルミニウム（２３７Ｗ／ｍＫ程度）または銅（３８６Ｗ／ｍＫ程度）で構成されるが、これに限定されない〕と、メタル配線層間を絶縁するための絶縁層などが複数層必要になる。例えば、本実施形態のセンサＩＣ１１では、絶縁層１１ａを単に絶縁層と称しているが、実際には、複数の絶縁層、ポリシリコン層、およびメタル配線層などの多数の層からなる多層構造（不図示）を想定している。

＜センシング部１１ｂ＞
センシング部１１ｂの基板１６の側と反対側の表面の近傍には、サーモパイル１３、および、ヒータ１４のそれぞれが形成（配置）されている。ここで、図６は、フローセンサ１０ａ（または、後述するフローセンサ１０ｂ〜１０ｅ）の上面の構造を示す上面図、および、上記各フローセンサの縦断面の概略図である。同図に示すように、本実施形態のサーモパイル１３およびヒータ１４は、実際は、それぞれ、矩形形状のセンシング部１１ａの４つの各辺に形成されている。ここでは、紙面に対して、左側、右側、上側、下側の４つのサーモパイル１３を区別して、サーモパイル１３ｕ、サーモパイル１３ｄ、サーモパイル１３ａ、サーモパイル１３ｂと記載している。また、同様に、左側、右側、上側、下側の４つのヒータ１４を区別して、ヒータ１４ｕ、ヒータ１４ｄ、ヒータ１４ａ、ヒータ１４ｂと記載している。

これらのヒータで周囲の空気を暖めることにより、モールド樹脂１２の表面ＳＵＦ２上に、流体の流速に応じた温度差（温度分布ＴＤ）が生じる。これにより、流体の流れＦに平行に延在するサーモパイル１３ａ（またはサーモパイル１３ｂ）の両端の起電力に差が生じ、この起電力の差を測定することにより、フローセンサ１０ａは流体の流速を測定できる。また、流体の流れＦに垂直に延在するサーモパイル１３ｕおよびサーモパイル１３ｄの各起電力の差も測定することにより、フローセンサ１０ａは、流体の流動方向も測定することができる。

なお、図１に示す温度分布ＴＤは、説明の便宜上、温度分布の様子を模式的に示したものであり、現実の温度分布を反映させたものではない。

なお、本実施形態では、サーモパイル１３およびヒータ１４がそれぞれ４つずつ存在する形態を示している。しかしながら、本発明の初期の効果は、理論上は、サーモパイル１３（および／またはヒータ１４）が少なくとも一つ存在していれば達成される。

次に、サーモパイル１３は、冷接点と温接点とを有する複数の熱電対からなる熱電対群で構成される。冷接点と温接点とで検出される温度差により熱電対は起電力を生じる。このため、サーモパイル１３は、複数の冷接点からなる冷接点群と、複数の温接点からなる温接点群とを有しており、冷接点群と温接点群とで検出される温度差が大きくなる程、大きな起電力が発生する熱‐起電力変換素子（温度差センサ）となっている。すなわち、サーモパイル１３は、複数の熱電対の集合体であり、熱電対の数を増加させることで発生する起電力の大きさを大きくしている。

ヒータ１４は、熱を発生する素子であり、モールド樹脂１２の表面ＳＵＦ２に上記の温度分布ＴＤによる温度差を作り出すためのものである。ヒータ１４から発生した熱は、モールド樹脂１２のセンサＩＣ１１の側と反対側の表面ＳＵＦ２まで伝導し、流体は表面ＳＵＦ２から熱を受け取り、温度分布ＴＤが形成される。

本実施形態では、４つのヒータ１４は、４つのサーモパイル１３で囲まれた領域の内側に配置されている。また、図６に示すように、上下の各ヒータ間（ヒータ１４ａおよび１４ｂ）の中心の位置と、上下の各サーモパイル間（サーモパイル１３ａおよび１３ｂ）の中心の位置とはほぼ一致している。また、同様に、左右の各ヒータ間（ヒータ１４ｕおよび１４ｄ）の中心の位置と、左右の各サーモパイル間（サーモパイル１３ｕおよび１３ｄ）の中心の位置とはほぼ一致している。このため、上記中心の位置を対称点として、上下または左右のサーモパイルどうし、および、上下または左右のヒータどうしは、それぞれ点対称の位置関係にある。

＜モールド樹脂１２＞
モールド樹脂１２は、センサＩＣ１１の基板１６の側と反対側の表面ＳＵＦ１を被覆する樹脂である。モールド樹脂としては、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、シリコーン系樹脂等が挙げられるが、これらに限定されない。シリコーン系樹脂としては、例えばシリコーン樹脂、エポキシ系シリコーン樹脂、フェニル系シリコーン樹脂などが挙げられる。

＜熱伝導路１５＞
熱伝導路１５は、モールド樹脂１２の表面ＳＵＦ２（または絶縁層１１ｂの表面ＳＵ１）の温度分布ＴＤによる温度差をサーモパイル１３に効率的に伝導するための手段である。図６に示すように、本実施形態では、熱伝導路１５は、矩形形状のセンシング部１１ａの４つの角の近傍のそれぞれに配置されており、図６では、肥左上側、右上側、左下側、右下側の４つの熱伝導路を区別して、それぞれ、熱伝導路１５ａｕ、熱伝導路１５ａｄ、熱伝導路１５ｂｕ、熱伝導路１５ｂｄと記載している。

上記の絶縁層１１ａに含まれる絶縁層は、二酸化ケイ素で形成され、その熱伝導率は１．１Ｗ／ｍＫ程度と小さい。このため、図１に示す流体の流れＦによるモールド樹脂１２の表面の温度分布ＴＤによる基板面方向の温度差は、サーモパイル１３まで到達する前に拡散されてしまう。そこで、本実施形態の絶縁層１１ａの内部においては、絶縁層１１ｂよりも熱伝導率が高く、基板１６の基板面方向に対して垂直方向に延在する４つの熱伝導路１５を形成している。また、熱伝導路１５の一端（上記垂直方向の下側）は、サーモパイル１３の近傍に配置している。一方、熱伝導路１５の他端（上記垂直方向の上側）は、センサＩＣ１１の基板１６の側と反対側の表面ＳＵＦ１の近傍まで延在させている。このため、このような熱伝導路１５が存在しない構成と比較して、絶縁層１１ｂの基板１６の側と反対側の表面ＳＵＦ１、または、モールド樹脂１２の基板１６（センサＩＣ１１）の側とは反対側の表面ＳＵＦ２の温度分布による温度差がサーモパイル１３に伝導し易くなる。

なお、本実施形態では、サーモパイル１３の数が４つであるので、熱伝導路１５の数も対応させて４つとしているが、サーモパイル１３および熱伝導路１５の数はこれに限定されない。例えば、サーモパイル１３および熱伝導路１５の数は、１〜３または５以上であっても良い。

＜熱伝導路１５の詳細＞
図１の吹き出しの内部に示すように、本実施形態の熱伝導路１５は、メタル層（金属層、別の金属層）１５ｍ_１〜メタル層（金属層、別の金属層）１５ｍ_Ｔ、ビア（接続部）１５ｂ_１〜ビア（接続部）１５ｂ_Ｔ−１、コンタクト（接続部）１５ｃ、拡散領域／ポリシリコン層１５ｄｐで構成されている。但し、Ｔは、２以上の整数である。

「ビア」は、接続部の一態様であり、メタル配線層（金属層）と別のメタル配線層（別の金属層）とを電気的に接続するための部材である。例えば、ビア１５ｂ_Ｔ−１は、メタル層１５ｍ_Ｔと図示しないメタル層１５ｍ_Ｔ−１とを接続している。

一方、「コンタクト」は、接続部の別の一態様であり、メタル配線層と拡散領域もしくはポリシリコン層などとを電気的に接続するための部材である。例えば、コンタクト１５ｃは、メタル層１５ｍ_１と、拡散領域／ポリシリコン層１５ｄｐとを接続している。

本実施形態のビアまたはコンタクトの構成材料は、タングステンであり、その熱伝導率は１７３Ｗ／ｍＫ程度であるが、これに限定されない。例えば、ビアまたはコンタクトの構成材料は、少なくとも絶縁層１１ａよりも熱伝導率が高い導体であれば良い。これにより、絶縁層１１ｂよりも熱伝導率が高い熱伝導路を実現することができる。このような熱伝導路１５を形成することにより、温度分布ＴＤによる温度差をサーモパイル１３へ効率的に伝えられるようにしている。

なお、サーモパイル１３は冷接点群と温接点群との両端の温度差に応じて電力を発生させるため、熱伝導路１５はサーモパイル１３の両端のそれぞれに配置することが好ましい（図７参照）。

＜フローセンサ１０ａの効果＞
上記のように、フローセンサ１０ａは、絶縁層１１ｂの内部において基板１６の基板面方向に対して垂直方向に延在する４つの熱伝導路１５を備えている。また、これらの熱伝導路１５の熱伝導率は、絶縁層１１ｂよりも高い。さらに、熱伝導路１５の一端は、サーモパイル１３の近傍に配置されている。このため、このような熱伝導路１５が存在しない構成と比較して、モールド樹脂１２の表面ＳＵＦ２（またはセンサＩＣ１１の表面ＳＵＦ１）の温度分布による温度差がサーモパイル１３に伝導し易くなる。

以上により、熱伝導路１５を設けていない構成と比較して、絶縁層１１ｂやモールド樹脂１２による感度の劣化を抑制することができる。より具体的には、例えば、センサＩＣ１１に増幅器やＡ／Ｄ変換器を実装したり、または、センサＩＣ１１をモールド樹脂１２で被覆したりしたとしても感度の劣化を抑えることができる。
〔実施形態２〕
図２は、本発明の実施形態２に係るフローセンサ１０ｂの縦断面の構造を示す縦断面図である。

本実施形態のフローセンサ１０ｂは、絶縁層１１ａの内部において、上記の熱伝導路１５に加えて、さらに、基板１６の基板面方向に対して垂直方向に延在する４つの熱伝導路２１（本実施形態ではヒータの数４つに合せてヒータを合計４つ配置しているが、図２は縦断面図であるため、４つのうちの２つの熱伝導路が図示されていない）を備えている点が、実施形態１に係るフローセンサ１０ａと異なっている。また、熱伝導路２１の一端（上記垂直方向の下側）は、ヒータ１４の近傍に配置している。一方、熱伝導路２１の他端（上記垂直方向の上側）は、センサＩＣ１１の基板１６の側と反対側の表面ＳＵＦ１の近傍まで延在させている。

このため、このような熱伝導路２１が存在しない構成と比較して、ヒータ１４から発生する熱が、モールド樹脂１２の基板１６（センサＩＣ１１）の側とは反対側の表面ＳＵＦ２に伝導し易くなる。

なお、ヒータ１４によって加熱したいのはモールド樹脂１２に接触している流体であるが、流体の流れＦによる温度分布ＴＤを制御することができればサーモパイル１３の両端に伝導される温度差を大きくすることができる。

しかしながら、熱伝導率の小さい絶縁層１１ｂがあるとヒータ１４の熱が拡散してしまい正確な位置に熱を伝導させることができない。よって、本実施形態のフローセンサ１０ｂによれば、熱伝導路２１によりモールド樹脂１２の表面ＳＵＦ２の近傍までヒータ１４による熱を伝えることによって、流体の温度分布ＴＤをより正確に制御できるようにしている。なお、熱伝導路２１の構造の詳細については、熱伝導路１５と同様であるので、ここでは、説明を省略する。
〔実施形態３〕
図３は、本発明の実施形態３に係るフローセンサ１０ｃの縦断面の構造を示す縦断面図である。

本実施形態のフローセンサ１０ｃは、パッケージ（被覆材；モールド樹脂１２）を備え、センシング部１１ｂと基板１６との間に挿入され、パッケージのセンサＩＣ１１の側と反対側の表面ＳＵＦ２と、センサＩＣ１１のパッケージの側の表面ＳＵＦ１と、の間の距離（樹脂厚Ｌｒ）を調整するスペーサ１８を備える点が、実施形態１および２に係るフローセンサ１０ａと異なっている。

被覆材としてのパッケージの熱伝導率は小さいため、樹脂厚Ｌｒは小さいことが好ましい。そのためには、被覆材を薄く形成すれば良いが、既存のパッケージを使用できない場合、専用に治具を制作する必要があるため製造コストが高くなってしまう。また、増幅器やＡ／Ｄ変換器を別チップとして製造し、パッケージの内部に実装する場合、センシング部１１ｂを含むセンサＩＣ１１のセンサ厚Ｌｓは、増幅器やＡ／Ｄ変換器のチップよりも薄くなるため、樹脂厚Ｌｒが大きくなってしまう場合がある。

しかしながら、本実施形態に係るフローセンサ１０ｃによれば、センシング部１１ｂと基板１６との間にスペーサ１８を挿入してセンサＩＣ１１を底上げすることにより、パッケージのセンサＩＣ１１の側と反対側の表面ＳＵＦ２と、センサＩＣ１１のパッケージの側の面と、の間の距離（樹脂厚Ｌｒ）を小さくすることができる。

＜スペーサ１８の変形例＞
スペーサ１８の変形例として、スペーサ１８を、実施形態２、４および５に係るフローセンサ１０ｂ、１０ｄおよび１０ｅのセンシング部１１ｂと基板１６との間にスペーサ１８を挿入しても良い。これにより、本実施形態のフローセンサ１０ｃのスペーサ１８とほぼ同様の効果が得られる。
〔実施形態４〕
図４は、本発明の実施形態４に係るフローセンサ１０ｄの縦断面の構造を示す縦断面図である。

本実施形態のフローセンサ１０ｄは、絶縁層１１ａの内部に形成された熱伝導路１５が、熱伝導路４１に置換されている点が実施形態１に係るフローセンサ１０ａと異なっている。

図４の吹き出しの内部に示すように、本実施形態の熱伝導路４１は、熱伝導性物質（熱伝導性領域）４１ｍで構成されている。本実施形態の熱伝導路４１は、絶縁層１１ｂに形成した穴４１ｈ（または中空部）を、絶縁層１１ｂよりも熱伝導率が高い熱伝導性物質４１ｍで埋めることで形成することができる。穴４１ｈは、ドリルによる穴開け、レーザー加工、またはエッチング加工などで形成される。これにより、絶縁層１１ｂよりも熱伝導率が高い熱伝導路４１を実現することができる。

また、熱伝導路４１の一端（上記垂直方向に対して下側）は、サーモパイル１３の近傍に配置している。一方、熱伝導路４１の他端（上記垂直方向に対して上側）は、センサＩＣ１１の基板１６の側と反対側の表面ＳＵＦ１の近傍まで延在させている。このため、このような熱伝導路４１が存在しない構成と比較して、絶縁層１１ｂの基板１６の側と反対側の表面ＳＵＦ１、または、モールド樹脂１２の基板１６（センサＩＣ１１）の側とは反対側の表面ＳＵＦ２の温度分布による温度差がサーモパイル１３に伝導し易くなる。

センサＩＣ１１に上述した増幅器やＡ／Ｄ変換器などを実装しない場合においても、モールド樹脂１２の表面の温度分布ＴＤをサーモパイル１３まで効率的に伝える必要がある。そのため、絶縁層１１ａに穴４１ｈをあけ、その穴４１ｈを熱伝導率の大きい熱伝導性物質４１ｍで埋めることにより熱伝導路４１を形成し、温度分布ＴＤによる温度差をサーモパイル１３へ効率的に伝えられるようにしている。

なお、本実施形態では、サーモパイル１３の数が４つであるので、対応させて熱伝導路４１の数も４つ（但し、図４では、２つの熱伝導路は図示されていない）としているが、サーモパイル１３および熱伝導路４１の数はこれに限定されない。例えば、サーモパイル１３および熱伝導路４１の数は１〜３または５以上であっても良い。また、サーモパイル１３は冷接点群と温接点群との両端の温度差に応じて電力を発生させるため、熱伝導路４１はサーモパイル１３の両端のそれぞれに配置することが好ましい（図７参照）。

＜熱伝導路４１の変形例＞
熱伝導路４１の変形例として、実施形態２の熱伝導路１５および／または熱伝導路２１、実施形態３の熱伝導路１５、後述する実施形態５の熱伝導路１５を、熱伝導路４１に置換しても良い。これにより、本実形態の熱伝導路４１とほぼ同様の効果が得られる。
〔実施形態５〕
図５は、本発明の実施形態５に係るフローセンサ１０ｅの縦断面の構造を示す縦断面図である。

本実施形態のフローセンサ１０ｅは、モールド樹脂１２の内部に、さらに４つの熱伝導路５１と、４つの突起部５２を形成した点（但し、図５では、２つの熱伝導路と２つの突起部が図示されていない；図６参照）が、実施形態１に係るフローセンサ１０ａと異なっている。

また、フローセンサ１０ｅでは、サーモパイル１３の直上において、基板１６に近い方から、熱伝導路１５、突起部５２、および熱伝導路５１が、それぞれ、この順で配置されている。よって、熱伝導路１５、突起部５２、および熱伝導路５１を介して、温度分布ＴＤによる温度差をサーモパイル１３へ効率的に伝えることができる。このため、樹脂厚Ｌｒが大きい場合でも、フローセンサ１０ｅの感度の劣化をより抑制することができる。

モールド樹脂１２のセンサＩＣ１１の側と反対側の表面ＳＵＦ２と、センサＩＣ１１のモールド樹脂１２の側の表面ＳＵＦ１との間隔（樹脂厚Ｌｒ）は、狭くする方が好ましいが、耐久性等の問題でモールド樹脂１２を薄くできない場合がある。そこで、本実施形態のフローセンサ１０ｅでは、モールド樹脂１２に穴５１ｈをあけ、その穴５１ｈを熱伝導率の大きい熱伝導性物質（熱伝導性領域）５１ｍで埋めて熱伝導路５１を形成することにより、温度分布ＴＤによる温度差をサーモパイル１３へ効率的に伝えられるようにしている。あるいは、センサＩＣ１１の表面ＳＵＦ１に導電性を有するバンプ（突起電極）などの突起５２をつけることによって、温度分布ＴＤによる温度差をサーモパイル１３へ効率的に伝えられるようにしている。

＜熱伝導路５１および突起部５２の変形例＞
熱伝導路５１および突起部５２の変形例として、実施形態２の熱伝導路２１、の直上に、熱伝導路５１および／または突起部５２を設けても良い。これにより、ヒータ１４の直上において、基板１６に近い方から、熱伝導路２１、突起部５２、および熱伝導路５１が、それぞれ、この順で配置される（不図示）。よって、熱伝導路２１、突起部５２、および熱伝導路５１を介して、ヒータ１４から発生する熱を、モールド樹脂１２の表面ＳＵＦ２へ効率的に伝えることができる。このため、樹脂厚Ｌｒが大きい場合でも、フローセンサの感度の劣化をより抑制することができる。

また、本実施形態のフローセンサ１０ｅのヒータ１４の直上に、基板１６に近い方から、実施形態２の熱伝導路２１、本実施形態の突起部５２、および、本実施形態の熱伝導路５１を、それぞれ、この順で配置しても良い。これにより、フローセンサの感度の劣化をより抑制することができる。
〔実施形態６〕
図７は、本発明の実施形態６に係る、上記の実施形態１〜３、および５に係るフローセンサ１０ａ〜１０ｃ，１０ｅにおける熱伝導路１５の変形例を示す。

図７に示すように、熱伝導路１５を熱伝導路１５Ａおよび熱伝導路１５Ｂに分離し、熱伝導路１５Ａおよび熱伝導路１５Ｂのそれぞれの一端をサーモパイル１３の冷接点群Ｓｏｇの側（冷接点側）および温接点群Ｓｒｇの側（温接点側）の両端の近傍に配置しても良い。これにより、熱伝導路１５を、温接点側に直接熱を伝導する経路（熱伝導路１５Ａ）と、サーモパイル１３の冷接点側に直接熱を伝導する経路（熱伝導路１５Ｂ）と、に分離できるため、サーモパイル１３の両端での感度をより向上させることができる。

＜熱伝導路１５Ａ，１５Ｂの変形例＞
熱伝導路１５Ａ，１５Ｂの変形例として、熱伝導路１５Ａ，１５Ｂのそれぞれを、実施形態４の熱伝導路４１で置換しても良い。これにより、熱伝導路１５Ａ，１５Ｂを用いた場合とほぼ同様の効果が得られる。

また、熱伝導路１５Ａ，１５Ｂのいずれか少なくとも一方の直上に、実施形態５の熱伝導路５１および突起部５２を配置しても良い。これにより、実施形態５のフローセンサ１０ｅと比較して、さらに、フローセンサの感度の劣化を抑制することができる。

〔まとめ〕
本発明の態様１に係るフローセンサは、基板上に形成されたセンサ回路のセンシング部に、少なくとも一つのサーモパイルが設けられたフローセンサであって、絶縁層および被覆材のいずれか少なくとも一方と、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高く、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方の内部において、上記基板の基板面方向に対して垂直方向に延在する少なくとも一つの熱伝導路と、を備え、上記熱伝導路の一端は、上記サーモパイルの近傍に配置されている。

上記構成によれば、絶縁層および被覆材のいずれか少なくとも一方の内部において、基板の基板面方向に対して垂直方向に延在する少なくとも一つの熱伝導路を備えている。また、この熱伝導路の熱伝導率は、絶縁層および被覆材のいずれか少なくとも一方よりも高い。さらに、熱伝導路の一端は、サーモパイルの近傍に配置されている。このため、このような熱伝導路が存在しない構成と比較して、絶縁層および被覆材のいずれか少なくとも一方の基板の側と反対側の温度分布による温度差がサーモパイルに伝導し易くなる。

以上により、熱伝導路を設けていない構成と比較して、絶縁層や被覆材による感度の劣化を抑制することができる。より具体的には、センシング部を含むセンサ回路に増幅器やＡ／Ｄ変換器などを実装したり、または、センサ回路を被覆材で被覆したりしたとしても感度の劣化を抑えることができる。

また、本発明の態様２に係るフローセンサは、上記態様１において、上記熱伝導路は、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高く、上記センサ回路の内部に形成された金属層と、上記センサ回路の内部に形成された別の金属層、拡散領域もしくはポリシリコン層と、を電気的に接続する接続部、または、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高く、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方の内部に形成された熱伝導性領域、で構成されていても良い。

上記構成によれば、熱伝導路は、絶縁層および被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高い、接続部もしくは熱伝導性領域で構成されている。よって、絶縁層および／または被覆材よりも熱伝導率が高い熱伝導路を実現することができる。

「接続部」は、センサ回路の内部に形成された金属層と、センサ回路の内部に形成された別の金属層、拡散領域もしくはポリシリコン層と、を電気的に接続する部材などである。より具体的には、メタル配線層（金属層）と、別のメタル配線層（別の金属層）間を接続するビアや、メタル配線層と、拡散領域またはポリシリコン層間を接続するコンタクトなどである。

また、「熱伝導性領域」は、例えば、絶縁層および／または被覆材に形成した穴（または中空部）を、絶縁層および／または被覆材よりも熱伝導率が高い熱伝導性物質で埋めることで形成することができる。

また、本発明の態様３に係るフローセンサは、上記態様１または２において、上記少なくとも一つの熱伝導路が複数存在し、上記複数の熱伝導路のそれぞれの一端が、上記サーモパイルの両端の近傍に配置されていても良い。

上記構成によれば、複数の熱伝導路のそれぞれの一端は、サーモパイルの両端の近傍に配置されている。このため、熱伝導路を、サーモパイルの一端に直接熱を伝導する経路と、他端に直接熱を伝導する経路とに分離できるため、サーモパイルの両端での検出感度をより向上させることができる。

また、本発明の態様４に係るフローセンサは、上記態様１〜３において、熱を発生するヒータと、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高く、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方の内部において、上記基板の基板面方向に対して垂直方向に延在する少なくとも一つの別の熱伝導路と、を備え、上記別の熱伝導路の一端は、上記ヒータの近傍に配置されていても良い。

上記構成によれば、ヒータと、絶縁層および被覆材のいずれか少なくとも一方の内部において、基板の基板面方向に対して垂直方向に延在する少なくとも一つの別の熱伝導路と、を備えている。また、別の熱伝導路の一端は、ヒータの近傍に配置されている。このため、ヒータから発生する熱が、絶縁層および被覆材のいずれか少なくとも一方の基板の側と反対側に伝導し易くなる。

以上により、このような別の熱伝導路を設けていない構成と比較して、絶縁層や被覆材による感度の劣化をより抑制することができる。

また、本発明の態様５に係るフローセンサは、上記態様１〜３において、上記被覆材としてのパッケージを備え、上記センシング部と上記基板との間に挿入され、上記被覆材の上記センサ回路の側と反対側の面と、上記センサ回路の上記被覆材の側の面と、の間の距離を調整するスペーサを備えていても良い。

被覆材としてのパッケージの熱伝導率は小さいため、被覆材のセンサ回路の側と反対側の面と、センサ回路の被覆材側の面と、の間の距離は小さいことが好ましい。そのためには、被覆材を薄く形成すれば良いが、既存のパッケージを使用できない場合、専用に治具を制作する必要があるため製造コストが高くなってしまう。また、増幅器やＡ／Ｄ変換器を別チップとして製造し、被覆材の内部に実装する場合、センシング部を含むセンサ回路は、増幅器やＡ／Ｄ変換器のチップよりも薄くなるため、被覆材のセンサ回路の側と反対側の面と、センサ回路の被覆材の側の面と、の間の距離が大きくなってしまう場合がある。

しかしながら、本発明の態様５に係る上記の構成によれば、センシング部と基板との間にスペーサを挿入してセンサ回路を底上げすることにより、被覆材のセンサ回路の側と反対側の面と、センサ回路の被覆材の側の面と、の間の距離を小さくすることができる。

〔付記事項〕
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。

本発明は、流体の流動方向、流速または流量を測定するためのフローセンサ、および、該フローセンサを備えた流動方向測定装置、流速測定装置および流量測定装置などに利用することができる。

１０ａ〜１０ｅ フローセンサ
１１ センサＩＣ（センサ回路）
１１ａ 絶縁層
１１ｂ センシング部
１２ モールド樹脂（被覆材）
１３，１３ａ，１３ｂ，１３ｄ，１３ｕ サーモパイル
１４，１４ａ，１４ｂ，１４ｄ，１４ｕ ヒータ
１５，２１，４１，５１ 熱伝導路
１５ｍ_１〜１５ｍ_Ｔ，２１ｍ_１〜２１ｍ_Ｔ メタル層（金属層，別の金属層）
１５ｂ_１〜１５ｂ_Ｔ−１，２１ｂ_１〜２１ｂ_Ｔ−１， ビア（接続部）
１５ｃ，２１ｃ コンタクト（接続部）
１５ｄｐ，２１ｄｐ 拡散領域／ポリシリコン層
１５Ａ，１５Ｂ 熱伝導路
１５ａｕ，１５ａｄ，１５ｂｕ，１５ｂｄ 熱伝導路
１６ 基板
１８ スペーサ
４１ｍ，５１ｍ 熱伝導性物質（熱伝導性領域）
５２ 突起部（熱伝導路）
Ｓｒｇ 温接点群
Ｓｏｇ 冷接点群

Claims (5)

1. 基板上に形成されたセンサ回路のセンシング部に、少なくとも一つのサーモパイルが設けられたフローセンサであって、
   絶縁層および被覆材のいずれか少なくとも一方と、
   上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高く、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方の内部において、上記基板の基板面方向に対して垂直方向に延在する少なくとも一つの熱伝導路と、を備え、
   上記熱伝導路の一端は、上記サーモパイルの近傍に配置されていることを特徴とするフローセンサ。
2. 上記熱伝導路は、
   上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高く、上記センサ回路の内部に形成された金属層と、上記センサ回路の内部に形成された別の金属層、拡散領域もしくはポリシリコン層と、を電気的に接続する接続部、または、
   上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高く、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方の内部に形成された熱伝導性領域、で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。
3. 上記少なくとも一つの熱伝導路が複数存在し、
   上記複数の熱伝導路のそれぞれの一端が、上記サーモパイルの両端の近傍に配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載のフローセンサ。
4. 熱を発生するヒータと、
   上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方よりも熱伝導率が高く、上記絶縁層および上記被覆材のいずれか少なくとも一方の内部において、上記基板の基板面方向に対して垂直方向に延在する少なくとも一つの別の熱伝導路と、を備え、
   上記別の熱伝導路の一端は、上記ヒータの近傍に配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載のフローセンサ。
5. 上記被覆材としてのパッケージを備え、
   上記センシング部と上記基板との間に挿入され、上記被覆材の上記センサ回路の側と反対側の面と、上記センサ回路の上記被覆材の側の面と、の間の距離を調整するスペーサを備えていることを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載のフローセンサ。

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