JP2021012134A - 熱式流量センサ - Google Patents

Abstract

【課題】ヒータを挟んだ流体流れの上下流間における熱伝導量のばらつきを抑制することが可能な熱式流量センサを提供する。【解決手段】メンブレン１０の法線方向において、各熱伝導部材５０を上端１００ｂから下端１００ｃに至る開口部１００ａの側面の全域と重なるように配置する。これにより、厚みが変化する開口部１００ａの側面においても、熱伝導部材５０にて高い熱伝導率とすることができ、メンブレン１０の出来映えにばらつきがあったとしても、その影響を十分に抑制することが可能となる。【選択図】図１

Description

本発明は、流体の流量を検出する熱式流量センサに関するものである。

熱式流量センサは、基板上に薄膜のメンブレン、換言すればダイヤフラムを備え、メンブレン内にヒータに相当するヒータを配置すると共に、ヒータを挟んだ流体流れの上流側と下流側それぞれに温度センサを配置した構成とされる。このような構成においては、ヒータを一定温度に加熱すると、流体の流量に応じてヒータの上下流で温度差が発生し、両温度センサを構成する測温抵抗の抵抗値に差が生じる。これに基づき、熱式流量センサは、抵抗値の差を表す信号を検出信号として、流体の流量を検出している。

このような熱式流量センサでは、メンブレンの出来映えのばらつき、すなわちメンブレンを構成するために基板に形成した開口部の形成位置と、ヒータや温度センサの形成位置との位置ずれに応じたばらつきが生じる。

このため、特許文献１では、ヒータおよび両温度センサを挟んだ流体流れの上下流それぞれにおけるメンブレンの縁部領域に熱伝導率の高い熱伝導部材を備えるようにしている。そして、熱伝導部材をヒータや温度センサと同時に形成することで、高い精度の相対位置が得られるようにし、メンブレンの出来映えのばらつきの影響を抑制している。

特開平９−４３０１８号公報

しかしながら、単にメンブレンの縁部領域に熱伝導部材を備えただけでは、メンブレンの出来映えのばらつきの影響を十分に抑制できないことがある。

例えば、基板の開口部は、基板のうちメンブレンの反対側の表面からエッチングすることで形成されるが、開口部の側面がある程度傾斜した状態になる。基板に形成した開口部のうちメンブレン側の端部を上端、メンブレンから離れる側の端部を下端と呼ぶと、下端側から上端側に向かって開口部の寸法が先細りになるテーパ状となる。このため、メンブレンの外縁からメンブレンの外方に向かうほど、基板の厚みが開口部の傾斜に応じて徐々に厚くなる状態となる。

基板においては、基板の厚みが厚いほど熱伝導量が大きくなるため、メンブレンの外縁近傍の薄い位置では熱伝導量が小さくなる。したがって、メンブレン外縁領域に熱伝導部材が形成されていても、開口部の傾斜した領域に形成されていないと、基板の厚みが薄い部分を通じて熱伝導が行われることになる。そして、メンブレンの出来映えのばらつきによって熱伝導部材の形成位置にばらつきが生じると、流体流れの上下流間において、熱伝導部材が開口部の傾斜した領域に形成される方と形成されない方が生じ得る。このため、流体流れの上下流間において熱伝導量にばらつきが生じ、メンブレンの出来映えのばらつきの影響を十分に抑制できなくなる。

本発明は上記点に鑑みて、ヒータを挟んだ流体流れの上下流間における熱伝導量のばらつきを抑制することが可能な熱式流量センサを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の熱式流量センサは、相対する二辺（１１、１２）を有する開口部（１００ａ）が形成された基板（１００）と、基板上に形成され、開口部と対応する位置にメンブレン（１０）を構成すると共に、相対する二辺の間において、メンブレンに、ヒータ（２０）と該ヒータに対する一方向側に配置された上流温度センサ（３０）およびヒータを挟んで上流温度センサの反対側に配置された下流温度センサ（４０）を有する薄膜（１０１〜１０５）と、二辺をそれぞれ覆い、ヒータと上流温度センサおよび下流温度センサを挟んだ両側に配置された、ヒータから基板への熱伝導を促進させる熱伝導部材（５０）と、を有した構成とされている。そして、このような構成において、熱伝導部材は、開口部のうちのメンブレン側の端部を上端（１００ｂ）とし、メンブレンから離れる側の端部を下端（１００ｃ）として、メンブレンの法線方向において、開口部のうちの上端から下端に至るまで覆っている。

このように、メンブレンの法線方向において、各熱伝導部材を開口部のうちの上端から下端に至るまで覆うように配置している。このため、厚みが変化する開口部の側面においても、熱伝導部材にて高い熱伝導率とすることができ、メンブレンの出来映えにばらつきがあったとしても、その影響を抑制することが可能となる。したがって、ヒータを挟んだ流体流れの上下流間における熱伝導量のばらつきを抑制することが可能となり、応答性のばらつきを低減でき、精度良く流体の流量を検出することが可能となる。

なお、各構成要素等に付された括弧付きの参照符号は、その構成要素等と後述する実施形態に記載の具体的な構成要素等との対応関係の一例を示すものである。

第１実施形態にかかる熱式流量センサの上面レイアウト図である。 図１のII−II断面図である。 上流温度センサおよび下流温度センサを構成する各測温抵抗によるホイートストーンブリッジ回路の回路図である。 熱伝導部材が開口部の側面の一部にしか形成されていない場合を示した断面図である。 開口部の側面が構成する辺が直線状にならないときの上面レイアウト図である。 第１実施形態の変形例で説明する熱式流量センサの断面図である。 第２実施形態にかかる熱式流量センサの上面レイアウト図である。 第２実施形態の変形例で説明する熱式流量センサの上面レイアウト図である。 第３実施形態にかかる熱式流量センサの上面レイアウト図である。 第４実施形態にかかる熱式流量センサの上面レイアウト図である。 第５実施形態にかかる熱式流量センサの上面レイアウト図である。 他の実施形態で説明する熱式流量センサの断面図である。 他の実施形態で説明する熱式流量センサの上面レイアウト図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
第１実施形態について説明する。本実施形態にかかる熱式流量センサは、例えば車両におけるエンジンの吸気管に備えられるエアフローセンサとして適用され、エンジンの運転状態に見合った空燃比となるように吸入空気量の調整を行うための空気流量測定のために用いられる。ここでは図示しないが、エアフローセンサは、空気導入管が形成されたハウジングを備え、空気導入管がエンジンの吸気管に露出するようにして設置される。空気導入管には吸入管に流れる空気の一部が導入されるようになっており、さらに空気導入管がハウジング内で分岐していて、その分岐路側にエアフローセンサが設置されるため、主な空気流が直接エアフローセンサに届かないようにされる。このため、吸入空気内に含まれるダストの影響が抑制されて、的確に吸入空気量を検出できるようになっている。

以下、図１および図２を参照して、本実施形態の熱式流量センサの構成について説明する。

図１に示すように、熱式流量センサは、メンブレン１０に、ヒータ２０と流体流れの上流側に位置する上流温度センサ３０や下流側に位置する下流温度センサ４０、および熱伝導部材５０などを備えた構成とされている。また、図示していないが、熱式流量センサの各部への電圧印加や上流温度センサ３０や下流温度センサ４０の検出信号に基づく流体の流量測定などについては制御部によって行われる。

図２に示すように、シリコンなどで構成された基板１００の上に複数の薄膜１０１〜１０５を形成すると共に、基板１００に開口部１００ａを形成し、開口部１００ａとされた部分の薄膜１０１〜１０５によってメンブレン１０を構成している。薄膜１０１〜１０５は、第１シリコン窒化膜１０１、第１シリコン酸化膜１０２、パターン層１０３、第２シリコン酸化膜１０４、第２シリコン窒化膜１０５とされており、これらが順に積層されている。パターン層１０３は、抵抗体材料で構成され、ヒータ２０や上流温度センサ３０および下流温度センサ４０を構成しており、本実施形態の場合は熱伝導部材５０についてもパターン層１０３の一部によって構成している。例えば、抵抗体材料として白金（Ｐｔ）を用いているが、その他の材料、例えば単結晶シリコン、多結晶シリコン、モリブデン（Ｍｏ）などを用いることもできる。パターン層１０３を単結晶シリコンや多結晶シリコンで構成する場合、ヒータ２０などの電流が流される部分については不純物がドープされるが、熱伝導部材５０となる部分についてはノンドープであっても良い。

また、本実施形態の場合、開口部１００ａの側面が傾斜した状態になっている。以下、開口部１００ａのうちのメンブレン１０側の端部を上端１００ｂ、メンブレン１０から離れる側の端部を下端１００ｃと呼ぶ。

図１に示すように、本実施形態では、メンブレン１０が相対する辺１１、１２と、辺１１、１２とは異なる二辺１３、１４とによって構成される長方形状とされている。なお、メンブレン１０の各辺１１〜１４については、実際にはメンブレン１０の表面側に現れないが、光学顕微鏡や電子顕微鏡等によって確認できる部分を実線で示し、確認できない部分を破線で示してある。そして、このメンブレン１０内に、ヒータ２０や上流温度センサ３０および下流温度センサ４０が形成されている。なお、図２中にも、ヒータ２０や上流温度センサ３０および下流温度センサ４０などを示してあるが、簡略化して図示してある。そして、メンブレン１０の外側にヒータ２０の引出配線２１や上流温度センサ３０の引出配線３１および下流温度センサ４０の引出配線４１が引き出されている。

ヒータ２０は、メンブレン１０の中央位置において、図中矢印で示した流体流れ方向に対する直交方向（以下、単に直交方向という）を長手方向として蛇行状にレイアウトされ、図１の紙面下方に引出配線２１が引き出されている。ヒータ２０は、所定幅とされることで抵抗体を構成し、通電されると発熱する。なお、メンブレン１０には、ヒータ２０を囲むように傍熱型の測温抵抗２２が形成されている。この測温抵抗２２の抵抗値変化に基づいて、制御部においてヒータ２０の温度測定が行われ、ヒータ２０の温度が一定となるようにヒータ２０への通電量がフィードバック制御される。

上流温度センサ３０は、メンブレン１０のうちヒータ２０を中心とした一方向側、つまり流体流れの上流側に配置されている。上流温度センサ３０も、直交方向を長手方向として蛇行状にレイアウトされている。また、下流温度センサ４０は、メンブレン１０のうちヒータ２０を中心とした上流温度センサ３０の反対側、つまり流体流れの下流側に配置されている。このため、上流温度センサ３０とヒータ２０および下流温度センサ４０が流体流れ方向を配列方向として並んで配置されている。下流温度センサ４０も、直交方向を長手方向として蛇行状にレイアウトされている。

上流温度センサ３０と下流温度センサ４０は、それぞれ１つずつの測温抵抗によって構成されていても良い。ただし、本実施形態の場合、上流温度センサ３０と下流温度センサ４０とによって図３に示すホイートストーンブリッジ回路を構成して差動出力が得られるように、それぞれを２つの測温抵抗によって構成している。

具体的には、上流温度センサ３０は、第１測温抵抗３０ａと第２測温抵抗３０ｂとを有し、第１測温抵抗３０ａと第２測温抵抗３０ｂが併設するように蛇行状に配置され、それぞれから引出配線３１ａと引出配線３１ｂが引き出されている。図３に示すホイートストーンブリッジ回路において、第１測温抵抗３０ａは抵抗素子ＲＵ１、第２測温抵抗３０ｂは抵抗素子ＲＵ２を構成している。

同様に、下流温度センサ４０は、第１測温抵抗４０ａと第２測温抵抗４０ｂとを有し、第１測温抵抗４０ａと第２測温抵抗４０ｂが併設するように蛇行状に配置され、それぞれから引出配線４１ａと引出配線４１ｂが引き出されている。図３に示すホイートストーンブリッジ回路において、第１測温抵抗４０ａは抵抗素子ＲＤ１、第２測温抵抗４０ｂは抵抗素子ＲＤ２を構成している。

そして、図３のホイートストーンブリッジ回路における電源供給ラインと接地電位ラインとの間に直列接続された抵抗素子ＲＵ２と抵抗素子ＲＤ２との中点電位と、抵抗素子ＲＤ１と抵抗素子ＲＵ１との中点電位の電位差が差動出力とされる。これが図示しない制御部に入力され、制御部において差動出力に基づいて流体の流量が検出される。

なお、各引出配線３１ａ、３１ｂ、４１ａ、４１ｂについて、メンブレン１０の外側の部分を省略してあるが、これらは、各測温抵抗３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂにて図３のホイートストーンブリッジ回路を構成するように適宜接続される。各引出配線３１ａ、３１ｂ、４１ａ、４１ｂについは、上流温度センサ３０と下流温度センサ４０よりも配線幅が大きくされている。

また、メンブレン１０の相対する二辺１１、１２、具体的には流体の流れ方向において相対していて直交方向に伸びた二辺１１、１２に沿って、２つの熱伝導部材５０が備えられている。熱伝導部材５０は、基板１００よりも熱伝導率が高い材料で構成されると好ましいが、基板１００と同程度の熱伝導率の材料で構成されていて基板１００の熱伝導を補助するものであっても良い。本実施形態の場合、一方の熱伝導部材５０によって辺１１の全域が覆われ、もう一方の熱伝導部材５０によって辺１２の全域が覆われている。より詳しくは、図２に示すように、メンブレン１０の法線方向において、各熱伝導部材５０は、上端１００ｂから下端１００ｃに至る開口部１００ａの側面の全域と重なるように配置されている。つまり、メンブレン１０の法線方向において、各熱伝導部材５０のうちの外側の辺５１が下端１００ｃよりもメンブレン１０の外側に位置し、内側の辺５２が上端１００ｂよりもメンブレン１０の内側に位置している。

例えば、流体の流れ方向において、熱伝導部材５０の幅Ｗ１は数μｍ以上かつ数百μｍ以下とされ、上端１００ｂから下端１００ｃまでの幅Ｗ２は０より大きく数百μｍ以下とされる。幅Ｗ１は、幅Ｗ２よりも大きくされている必要があり、かつ、熱伝導部材５０を形成する際の製造誤差分を見込んだ寸法とされ、幅Ｗ２はテーパ状とされた開口部１００ａの側面の角度（以下、テーパ角という）と基板１００の厚みで決まる。このため、幅Ｗ１については、開口部１００ａのテーパ角および基板１００の厚みや開口部１００ａの幅および熱伝導部材５０の形成誤差を加味して寸法を決めている。

メンブレン１０のうち流体の流れ方向の幅Ｗ３と直交方向の幅Ｗ４は、共に３００μｍ〜７００μｍとされている。図１では、幅３の方が幅Ｗ４よりも大きくしてメンブレン１０を長方形状としているが、正方形状であっても良いし、幅Ｗ３よりも幅Ｗ４の方が大きくても良い。また、本実施形態の場合は、直交方向における熱伝導部材５０の幅Ｗ５が幅Ｗ４よりも大きくされている。

以上のようにして、本実施形態の熱式流量センサが構成されている。このように構成された熱式流量センサは、図１中の矢印方向に流れる流体の流量の検出を行う。具体的には、図示しない制御部からの通電に基づいてヒータ２０を一定温度で発熱させると共に、ホイートストーンブリッジ回路の電源供給ラインより一定電圧を印加する。

このとき、上流温度センサ３０および下流温度センサ４０の上を流体が流れると、その流量に応じて上流温度センサ３０は温度が低下し、下流温度センサ４０は温度が上昇する。そして、上流温度センサ３０や下流温度センサ４０を構成する各測温抵抗３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂの抵抗値が温度変化に伴って変化する。例えば、上流温度センサ３０を構成する第１測温抵抗３０ａと第２測温抵抗３０ｂの抵抗値は数式１、下流温度センサ４０を構成する第１測温抵抗４０ａと第２測温抵抗４０ｂの抵抗値は数式２のように変化する。なお、数式１、２中において、Ｒ_０は０℃のときの抵抗値、αは抵抗温度係数、ΔＴは温度変化量を表している。各測温抵抗３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂが金属で構成される場合、温度上昇に伴って抵抗値が高くなる。

（数１）
Ｒ＝Ｒ_０（１−αΔＴ）

（数２）
Ｒ＝Ｒ_０（１＋αΔＴ）
このため、流体の流量に応じた上流温度センサ３０および下流温度センサ４０の温度変化に応じて、抵抗素子ＲＵ２と抵抗素子ＲＤ２との中点電位と、抵抗素子ＲＤ１と抵抗素子ＲＵ１との中点電位の電位差が変化する。これが差動出力としてホイートストーンブリッジ回路から制御部に入力され、制御部において差動出力に基づき流体の流量が検出される。

このような作動を行う際に、メンブレン１０の出来映えのばらつきに起因してヒータ２０からの熱伝導率が上流温度センサ３０側と下流温度センサ４０側とでばらつきがあると、精度良く流体の流量を検出できない。すなわち、ヒータ２０の上下流において上流温度センサ３０と下流温度センサ４０との応答性ばらつき、換言すれば熱伝導の時定数にばらつきが生じ、精度良い流量検出が行えなくなる。また、メンブレン１０の出来映えのばらつきによってヒータ２０の上下流間において熱容量がばらつき、それによる応答性ばらつきも生じるため、より精度良い流量検出が行えなくなる。しかしながら、メンブレン１０の相対する二辺１１、１２に沿って熱伝導部材５０を形成しているため、熱伝導部材５０にて熱伝導が促進され、メンブレン１０の出来映えにばらつきがあったとしても、その影響を抑制できる。

ただし、メンブレン１０の外縁に熱伝導部材５０を形成したとしても、図４に示すように、開口部１００ａの傾斜した領域に形成されていない部分があると、基板１００の厚みが薄い部分を通じて熱伝導が行われることになる。この場合、メンブレン１０の出来映えのばらつきによって熱伝導部材５０の形成位置にばらつきが生じると、流体流れの上下流間において、熱伝導部材５０が開口部１００ａの傾斜した領域に形成される方と形成されない方が生じ得る。このため、流体流れの上下流間において熱伝導量にばらつきが生じ、メンブレン１０の出来映えのばらつきの影響を十分に抑制できなくなる。

これに対して、本実施形態の熱式流量センサでは、メンブレン１０の法線方向において、各熱伝導部材５０を上端１００ｂから下端１００ｃに至る開口部１００ａの側面の全域と重なるように配置している。このため、厚みが変化する開口部１００ａの側面においても、熱伝導部材５０にて高い熱伝導率とすることができ、メンブレン１０の出来映えにばらつきがあったとしても、その影響を十分に抑制することが可能となる。したがって、ヒータ２０を挟んだ流体流れの上下流間における熱伝導量のばらつきを抑制することが可能となり、精度良く流体の流量を検出することが可能となる。

さらに、図５に示すように、開口部１００ａを形成した際にエッチングばらつきによって辺１１、１２が直線状にならず、１つの製品において幅Ｗ３にばらつきが生じることもある。そのような場合、辺１１、１２のうち熱伝導部材５０によって覆われていない部分が発生し、応答性にばらつきが生じ得る。このような場合でも、辺１１、１２の全域、より詳しくは上端１００ｂから下端１００ｃに至る開口部１００ａの側面の全域と重なるように配置されていれば、熱伝導が熱伝導部材５０に律速されるようにできる。したがって、エッチングばらつきによる幅Ｗ３のばらつきが生じても、応答性ばらつきを抑制できる。

また、このように構成される熱式流量センサは、次のようにして形成される。まず、基板１００に対して第１シリコン窒化膜１０１、第１シリコン酸化膜１０２を成膜したのち、パターン層１０３を構成するための抵抗体材料を成膜する。そして、抵抗体材料の上に、ヒータ２０、上流温度センサ３０、下流温度センサ４０および熱伝導部材５０などの形成予定位置が開口するマスクを配置し、抵抗体材料をエッチングすることでパターン層１０３を形成する。これにより、ヒータ２０、上流温度センサ３０、下流温度センサ４０および熱伝導部材５０などがパターニングされる。さらにパターン層１０３を覆うように第２シリコン酸化膜１０４と第２シリコン窒化膜１０５を順に成膜する。そして、基板１００の裏面側に開口部１００ａの形成予定位置が開口するマスクを配置したのち、ドライエッチングなどによって基板１００をエッチングして開口部１００ａを形成する。このようにして熱式流量センサが製造される。

このとき、パターン層１０３のパターニングの際のマスクずれや開口部１００ａを形成する際のマスクずれにより、熱伝導部材５０の形成誤差が発生し得る。また、開口部１００ａをエッチングで形成する際の横方向エッチングのばらつきに起因する幅Ｗ３の形成誤差が発生する可能性があるし、開口部１００ａの側面についてはテーパ状になり得る。しかしながら、これらの形成誤差や開口部１００ａの側面のテーパ角および基板１００の厚みを加味して熱伝導部材５０の幅Ｗ１を設定している。このため、メンブレン１０の法線方向において、各熱伝導部材５０を上端１００ｂから下端１００ｃに至る開口部１００ａの側面の全域と重なるように配置できる。

そして、本実施形態のように、熱伝導部材５０をパターン層１０３の一部としてヒータ２０や上流温度センサ３０および下流温度センサ４０と共に形成すれば、これらを位置ずれなく形成できる。このため、ヒータ２０から熱伝導部材５０までの距離を誤差無く設定でき、よりヒータ２０を挟んだ流体流れの上下流間における熱伝導量のばらつきを抑制することが可能となる。

（第１実施形態の変型例）
上記第１実施形態では、開口部１００ａの側面がテーパ状となる場合を例に挙げた。しかしながら、開口部１００ａをドライエッチングによって形成する場合、図６に示すように、高い異方性により開口部１００ａの側面を基板１００の表面に対してほぼ垂直にすることもできる。このように開口部１００ａの側面が基板１００の表面に対して垂直になると、幅Ｗ２を０にできる。

このため、熱伝導部材５０の幅Ｗ１については、パターン層１０３のパターニングの際のマスクずれや開口部１００ａを形成する際のマスクずれによる熱伝導部材５０の形成誤差や、幅Ｗ３の形成誤差を加味して設定するだけで良くなる。

また、ここではヒータ２０や上流温度センサ３０および下流温度センサ４０を構成するパターン層１０３の一部として熱伝導部材５０を構成した。しかしながら、これは一例を示したに過ぎず、パターン層１０３とは異なる材料によって熱伝導部材５０を構成しても良い。例えば、パターン層１０３をＰｔで構成しつつ、熱伝導部材５０をＭｏ等の他の材料で構成するようにしても良い。

さらに、パターン層１０３の一部として熱伝導部材５０を構成するか否かにかかわらず、熱伝導部材５０の厚みがヒータ２０や上流温度センサ３０および下流温度センサ４０と異なる厚みとなるようにしても良い。例えば、熱伝導部材５０がヒータ２０や上流温度センサ３０および下流温度センサ４０よりも厚くなるようにすると、より熱伝導量を多くできるため好ましい。このような構成は、例えばパターン層１０３の一部として熱伝導部材５０を構成しつつ、さらに熱伝導部材５０の部分のみ開口するマスクを用いて熱伝導部材５０の材料を積み増しすることで実現できる。また、パターン層１０３とは異なる材料で熱伝導部材５０を構成する場合には、はじめからその材料の厚みをパターン層１０３よりも厚くしておけば良い。

（第２実施形態）
第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して熱伝導部材５０のレイアウトを変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分について主に説明する。

図７に示すように、本実施形態でも、流体流れ方向において、各熱伝導部材５０が開口部１００ａの上端１００ｂから下端１００ｃに至る側面の全域を覆うように配置されている。ただし、辺１１、１２の全域を覆うのではなく、辺１１、１２の内側位置のみを覆うようにしている。つまり、メンブレン１０の法線方向において、辺１１、１２が熱伝導部材５０からはみ出した部分が存在するようにしている。より詳しくは、辺１１、１２の両端から所定距離内側の部分のみが覆われるように各熱伝導部材５０を形成している。このため、メンブレン１０の法線方向において、メンブレン１０のうち辺１１、１２と、これら辺１１、１２とは異なる二辺１３、１４とによって構成されるメンブレン１０の四隅が熱伝導部材５０で覆われない状態になっている。

このような構成とする場合、開口部１００ａをエッチングする際に、光学顕微鏡もしくは電子顕微鏡等を用いてメンブレン１０の上面側から透過してメンブレン１０の幅Ｗ３を確認することができる。例えば、光学顕微鏡を用いる場合、基板１００側から光を照射すると、メンブレン１０とその周囲とで光の透過の仕方が異なっていることから、それに基づいて幅Ｗ３を確認できる。

したがって、仮に、開口部１００ａのエッチング条件の制御によってメンブレン１０の幅Ｗ３を所望値にできたのにもかかわらず、熱伝導の時定数が所望値とならなかった場合などに、幅Ｗ３を確認してエッチング量を調整できる。これにより、熱伝導の時定数を補正して所望値とすることが可能となり、より的確に流体の流量を検出することが可能となる。

（第２実施形態の変形例）
上記第２実施形態では、熱伝導部材５０がメンブレン１０の辺１１、１２の内側位置のみに配置されるようにしている。しかしながら、少なくともメンブレン１０の辺１１、１２の一部が熱伝導部材５０に覆われていなければ良く、例えば、メンブレン１０の四隅のうち流体流れ方向における隣り合う２隅のみが熱伝導部材５０に覆われていない構造でも良い。ただし、第２実施形態の構造とした場合、辺１１、１２の中心を通るメンブレン１０の中心線に対して各熱伝導部材５０が線対称となり、上流温度センサ３０や下流温度センサ４０への熱伝導が均一になるようにできる。

ここで、直交方向における熱伝導部材５０の長さについては任意であるが、図８に示すように、熱伝導部材５０の長さＬ１を、同方向における上流温度センサ３０や下流温度センサ４０の長さＬ２よりも長くすると好ましい。このようにすれば、各測温抵抗３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂの温度変化を抑えることができ、上流温度センサ３０や下流温度センサ４０の応答性ばらつきの低減を図ることが可能となる。

（第３実施形態）
第３実施形態について説明する。本実施形態も、第２実施形態と同様にメンブレン１０の辺１１、１２の一部を確認できるようにするものであるが、確認できるようにするための熱伝導部材５０の構造を第２実施形態に対して変更している。その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図９に示すように、本実施形態では、熱伝導部材５０の一部に凹部５０ａを形成し、凹部５０ａにおいて、辺１１、１２が熱伝導部材５０からはみ出すようにすることで、メンブレン１０の幅Ｗ３を確認できるようにしている。本実施形態では、凹部５０ａについては、上流温度センサ３０や下流温度センサ４０と反対側において熱伝導部材５０の一部を凹ませたものとしている。このため、上流温度センサ３０や下流温度センサ４０の方側においては、熱伝導部材５０が直線状とされ、熱伝導部材５０と上流温度センサ３０もしくは下流温度センサ４０との距離が一定とされている。

このように、熱伝導部材５０の一部を凹ませた凹部５０ａを形成しても、第２実施形態と同様の効果が得られる。なお、このような効果は、凹部５０ａが熱伝導部材５０のうちの上流温度センサ３０や下流温度センサ４０の方側を凹ませるようにして形成されていても得られる。ただし、本実施形態のように、凹部５０ａを熱伝導部材５０のうちの上流温度センサ３０や下流温度センサ４０と反対側に形成すれば、熱伝導部材５０のうちの上流温度センサ３０や下流温度センサ４０の方側を直線状にできる。このため、直交方向の全域において熱伝導の均一化を図ることが可能となり、より的確に流体の流量の測定を行うことが可能となる。

また、凹部５０ａの形成場所については任意であるが、ここでは直交方向におけるメンブレン１０の中央位置、つまりメンブレン１０の中心線上に凹部５０ａを形成している。上流温度センサ３０および下流温度センサ４０のうちメンブレン１０の中心線上に位置する部分は特に測温に寄与する部分である。また、エッチングによる幅Ｗ３のばらつきが最も出やすいのもこの部分である。このため、この部分においてメンブレン１０の幅Ｗ３を測定することで、より測温に寄与する部分であり、かつ、エッチングばらつきが反映されている場所で幅Ｗ３を測定できる。これにより、より的確に流体の流量の測定を行うことが可能となる。

（第４実施形態）
第４実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して熱伝導部材５０の構成を変更したものであり、その他については第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と異なる部分についてのみ説明する。

図１０に示すように、本実施形態の熱式流量センサでは、熱伝導部材５０を透過性材料によって構成し、熱伝導部材５０の上からでも幅Ｗ３が確認できるようにしている。幅Ｗ３の確認の際に用いる測定装置の測定方法により、熱伝導部材５０の構成材料を選定すれば良く、光学顕微鏡を用いるのであれば透光性材料、電子顕微鏡を用いるのであれば電子線を透過する材料で熱伝導部材５０を構成すれば良い。例えば、透光性材料としては、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などが挙げられる。

このように、熱伝導部材５０が辺１１、１２を全域覆うように形成する構造としても、熱伝導部材５０が透過性材料によって構成されていれば、その上から幅Ｗ３を確認することができる。このようにしても、第２実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第５実施形態）
第５実施形態について説明する。本実施形態は、第１〜第４実施形態に対して熱伝導部材５０の構成を変更したものであり、その他については第１〜第４実施形態と同様であるため、第１〜第４実施形態と異なる部分についてのみ説明する。なお、ここでは熱伝導部材５０の形状を第１実施形態のものとする場合を例に挙げて説明するが、第２〜第４実施形態の形状であっても良い。

図１１に示すように、本実施形態では、熱伝導部材５０を接地電位点に接続することで接地電位としている。このように熱伝導部材５０を接地電位にすると、熱伝導部材５０に流体中のダストが接触したときに、ダストが有する電荷を除去する効果が得られる。これにより、熱式流量センサ、特にメンブレン１０にダストが付着することを抑制することが可能となり、より的確に流体の流量の測定を行うことが可能となる。

（他の実施形態）
本開示は、上記した実施形態に準拠して記述されたが、当該実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

例えば、図２においては、熱伝導部材５０の上面および下面に対して側面が垂直となる構造を示しているが、図１２に示すように、上面および下面に対して側面が傾斜した構造であっても構わない。このようにすれば、熱伝導部材５０を形成することによる熱伝導量の増加による背反、例えば消費電力の増加などの影響を軽減することが可能となる。

また、第２実施形態では、幅Ｗ３を確認するために辺１１、１２を熱伝導部材５０からはみ出させる開口部として、凹部５０ａを形成する例を挙げたが、他の形状の開口部であっても良い。例えば、図１３に示すように、開口部として熱伝導部材５０の内部を開口させた窓部５０ｂを形成し、窓部５０ｂを通じて幅Ｗ３が確認できるようにしても良い。

また、上記各実施形態では、相対する２辺１１、１２を構成する開口部１００ａが四角形状とされる例を挙げた。しかしながらこれも一例を示したに過ぎず、他の形状、例えば多角形状の相対する二辺の間にヒータ２０を挟んだ両側に上流温度センサ３０と下流温度センサ４０が配置された構造であれば良い。

なお、上記各実施形態において、実施形態を構成する要素は、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、上記各実施形態において、実施形態の構成要素の個数、数値、量、範囲等の数値が言及されている場合、特に必須であると明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではない。また、上記各実施形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に特定の形状、位置関係等に限定される場合等を除き、その形状、位置関係等に限定されるものではない。

１０ メンブレン
１１〜１４ 辺
２０ ヒータ
３０ 上流温度センサ
４０ 下流温度センサ
５０ 熱伝導部材
１００ 基板
１００ａ 開口部
１００ｂ 上端
１００ｃ 下端

Claims (9)

1. 流体の流量を検出する熱式流量センサであって、
   相対する二辺（１１、１２）を有する開口部（１００ａ）が形成された基板（１００）と、
   前記基板上に形成され、前記開口部と対応する位置にメンブレン（１０）を構成すると共に、前記二辺の間において、該メンブレンにヒータ（２０）と該ヒータに対する一方向側に配置された上流温度センサ（３０）および前記ヒータを挟んで前記上流温度センサの反対側に配置された下流温度センサ（４０）を有する薄膜（１０１〜１０５）と、
   前記二辺をそれぞれ覆い、前記ヒータと前記上流温度センサおよび前記下流温度センサを挟んだ両側に配置された、前記ヒータから前記基板への熱伝導を促進させる熱伝導部材（５０）と、を有し、
   前記熱伝導部材は、前記開口部のうちの前記メンブレン側の端部を上端（１００ｂ）とし、前記メンブレンから離れる側の端部を下端（１００ｃ）として、前記メンブレンの法線方向において、前記開口部のうちの前記上端から前記下端に至るまで覆っている、熱式流量センサ。
2. 前記開口部の側面は、前記基板の表面に対して垂直をなしている、請求項１に記載の熱式流量センサ。
3. 前記メンブレンの法線方向において、前記二辺は、該二辺の少なくとも一部が前記熱伝導部材からはみ出している、請求項１または２に記載の熱式流量センサ。
4. 前記熱伝導部材には、前記メンブレンの法線方向において、前記二辺少なくとも一部をはみ出させる開口部（５０ｂ、５０ｃ）が形成されている、請求項３に記載の熱式流量センサ。
5. 前記熱伝導部材は、前記メンブレンの法線方向において、前記二辺を透過させる材料で構成されている、請求項１または２に記載の熱式流量センサ。
6. 前記熱伝導部材は、前記ヒータと前記上流温度センサおよび前記下流温度センサと異なる材料で構成されている、請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱式流量センサ。
7. 前記熱伝導部材は、前記ヒータと前記上流温度センサおよび前記下流温度センサよりも厚い、請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱式流量センサ。
8. 前記熱伝導部材は、前記二辺の伸びる方向において、前記上流温度センサおよび前記下流温度センサよりも長い、請求項１ないし７のいずれか１つに記載の熱式流量センサ。
9. 前記熱伝導部材は、接地電位点に接続される、請求項１ないし８のいずれか１つに記載の熱式流量センサ。

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