JP3379736B2 - Heat propagation time measurement type flow sensor and its manufacturing method - Google Patents

Heat propagation time measurement type flow sensor and its manufacturing method

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JP3379736B2
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Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、熱伝播時間計測型フロ
ーセンサに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a heat propagation time measuring type flow sensor.

【0002】[0002]

【従来の技術】熱伝播時間計測型フローセンサは、生理
学における呼吸機能検査などの生体用から自動車用まで
幅広く用いられ、熱パルス・ワイヤ法の原理を利用した
もの、シリコン技術を利用したものなど種々の型のフロ
ーセンサが開発、実用化されている。
2. Description of the Related Art Flow sensors for measuring heat transit time are widely used for biological functions such as respiratory function tests in physiology to automobiles, those utilizing the principle of heat pulse wire method, those utilizing silicon technology, etc. Various types of flow sensors have been developed and put into practical use.

【0003】図18は従来の熱パルス・ワイヤ法を利用
したフローセンサの原理を説明するための断面図であ
る。
FIG. 18 is a sectional view for explaining the principle of a flow sensor using a conventional heat pulse wire method.

【0004】熱パルス・ワイヤ法は、流管71の中に流
体の流れ方向の順に金網で作られた乱流板72、金属細
線で作った加熱線73、検出線74を置き、加熱回路7
5から加熱線73にパルス電流を印加して加熱線73を
瞬時に加熱してここを通過する流体を加熱し、下流側の
検出線74と制御回路76により加熱された流体が検知
されるまでの時間から流速を求める方法である。今、流
体の流量をQ(l/s)、流管71の断面積をS
(m2 )とすると、平均流速vは、v=Q/S(m/
s)となる。加熱線板73と検出線74との距離をx
(m)、熱伝播時間をTとすると、 T=S・X/Q …(1) で表される。この測定方法では、流量Qの範囲が非常に
広い場合、加熱時間周期(パルス電流周期)の設定が困
難になる。すなわち、加熱時間周期を長くすると高流量
域での流量検出の分解能が劣り、加熱時間周期を短くす
ると下流側ので検出される信号と加熱パルスとの対応の
判定が難しくなり、正確な時間検出ができなくなるとい
う問題がある。
In the heat pulse wire method, a turbulent flow plate 72 made of wire mesh, a heating wire 73 made of thin metal wire, and a detection wire 74 are placed in the flow tube 71 in the order of the flow direction of the fluid, and the heating circuit 7 is provided.
A pulse current is applied to the heating wire 73 from 5 to instantly heat the heating wire 73 to heat the fluid passing therethrough, until the heated detection fluid 74 and the control circuit 76 detect the heated fluid. This is a method of obtaining the flow velocity from the time. Now, the flow rate of the fluid is Q (l / s), and the cross-sectional area of the flow tube 71 is S
(M 2 ), the average flow velocity v is v = Q / S (m /
s). The distance between the heating wire plate 73 and the detection wire 74 is x
(M), where T is the heat propagation time, T = S · X / Q (1) In this measuring method, when the range of the flow rate Q is very wide, it becomes difficult to set the heating time period (pulse current period). That is, if the heating time period is lengthened, the resolution of the flow rate detection in the high flow rate region becomes poor, and if the heating time period is shortened, it becomes difficult to determine the correspondence between the signal detected at the downstream side and the heating pulse, and accurate time detection is possible. There is a problem that you cannot do it.

【0005】この問題を解決するため、熱伝播時間の整
数倍の遅れ時間をおいて次の加熱を行うシング・アラウ
ンド法が提案された。また、ガス組成および流量により
加熱時並びに検出時での熱条件が異なるので、検出され
る信号の振幅、波形が変化することによる誤差が起こ
る。この誤差を小さくするため温度補償を行う。温度補
償を設けた熱移動型フローセンサは、図19に示すよう
に、アクリル樹脂製の流管71の上流側に金網とガーゼ
の二重構造の乱流板72を置き、その下流側に加熱線7
3を置き、その下流側に検出線74と温度補償線75と
を隣接させて置いた構造になっている。
In order to solve this problem, a sing-around method has been proposed in which the next heating is performed with a delay time that is an integral multiple of the heat propagation time. Moreover, since the thermal conditions at the time of heating and at the time of detection differ depending on the gas composition and flow rate, an error occurs due to changes in the amplitude and waveform of the detected signal. Temperature compensation is performed to reduce this error. As shown in FIG. 19, the heat transfer type flow sensor provided with temperature compensation has a turbulent flow plate 72 having a double structure of wire mesh and gauze on the upstream side of a flow tube 71 made of acrylic resin, and is heated on the downstream side thereof. Line 7
3 is placed, and the detection line 74 and the temperature compensation line 75 are placed adjacent to each other on the downstream side.

【0006】図20は従来のシリコンを用いたフローセ
ンサの一例の一部切り欠き斜視図である。
FIG. 20 is a partially cutaway perspective view of an example of a conventional flow sensor using silicon.

【0007】このセンサは、加熱線73、検出線74に
相当する部分をシリコンで形成したものである。シリコ
ン基板81を陽極化成法して表面を深さ20μmまで多
孔質化する。次にこれを酸化して多孔質シリコン酸化膜
82を形成する。この上に薄膜抵抗で加熱素子83、検
出素子84を形成し、金属薄膜の引出線83a,83
b,84a,84bを取付ける。次に裏面からエッチン
グして加熱素子83の下(図20で破線85で示した領
域の下)のシリコンを除去し、多孔質シリコン酸化膜8
2とその上の薄膜抵抗とからなる熱絶縁構造にする。こ
れをステンレス・パイプの中に取付けてフローセンサと
する。加熱素子83と検出素子84は、シリコン・マイ
クロマシン技術により製造される。
In this sensor, the portions corresponding to the heating wire 73 and the detection wire 74 are made of silicon. The silicon substrate 81 is anodized to make the surface porous to a depth of 20 μm. Next, this is oxidized to form a porous silicon oxide film 82. A heating element 83 and a detection element 84 are formed on this with thin film resistors, and lead wires 83a, 83 of the metal thin film are formed.
Install b, 84a, 84b. Next, etching is performed from the back surface to remove the silicon below the heating element 83 (below the region shown by the broken line 85 in FIG. 20), and the porous silicon oxide film 8 is formed.
The thermal insulation structure is composed of 2 and the thin film resistor on it. This is installed in a stainless pipe to make a flow sensor. The heating element 83 and the detection element 84 are manufactured by silicon micromachine technology.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】加熱線、検出線を金属
細線で作ったフローセンサは、広範囲の流速を計測でき
るようにするには複雑な回路を付加して対応を取らねば
ならない上に、管の中に金属細線を張る構造であるの
で、量産化、低コスト化および小型化が難しいという問
題がある。これに対して、シリコンを用いたフローセン
サは、加熱素子と検出素子との一体化が可能、応答が速
い、表面が平坦で流体の流れを乱さない、液体にも使用
できる、量産化に富み、低コスト化が可能である等の多
くの利点があるが、流体による汚れがあると検出素子の
熱容量が変化し、感度が変化するという問題がある。
The flow sensor in which the heating wire and the detection wire are made of thin metal wires must be dealt with by adding a complicated circuit in order to measure a wide range of flow velocity. Since it has a structure in which a thin metal wire is stretched in the tube, there are problems that mass production, cost reduction and miniaturization are difficult. On the other hand, a flow sensor using silicon is capable of integrating a heating element and a detection element, has a fast response, has a flat surface and does not disturb the flow of fluid, and can be used for liquids as well. Although there are many advantages such as cost reduction, there is a problem that the heat capacity of the detection element changes due to the contamination by the fluid, and the sensitivity changes.

【0009】本発明の目的は、感度が良く、広範囲の流
速を計測でき、汚れに対する耐性が高く、低コストで量
産性に富む熱伝播時間計測型フローセンサとその製造方
法を提供することにある。
An object of the present invention is to provide a heat propagation time measuring type flow sensor which has high sensitivity, can measure a wide range of flow velocity, has high resistance to dirt, is low in cost, and is highly producible, and a manufacturing method thereof. .

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】本発明は、流体が流れる
流管内に設けられた一導電型シリコン基板と、このシリ
コン基板の上面に設けられた絶縁膜と、この絶縁膜上に
間隔をおいて平行に前記流体の上流側から下流側に向か
って順に薄膜抵抗膜で形成された加熱素子および温度検
出素子と、前記加熱素子のマイクロヒータ部の下の前記
シリコン基板を裏面から選択エッチして前記絶縁膜を露
出させる凹部とを備えた熱伝播時間計測型フローセンサ
において、前記加熱素子の上流側に参照温度検出素子が
設けられ、前記参照温度検出素子、前記加熱素子および
前記温度検出素子の表面が酸化シリコン膜で被覆され、
前記参照温度検出素子の測温抵抗体と前記加熱素子のマ
イクロヒータ部と前記温度検出素子の測温抵抗体の下に
それぞれ均熱板として反対導電型領域が設けられ、前記
シリコン基板に前記反対導電型領域とその周辺の前記絶
縁膜を露出させる凹部が設けられていることを特徴とす
る。
According to the present invention, a silicon substrate of one conductivity type provided in a flow tube through which a fluid flows, an insulating film provided on the upper surface of the silicon substrate, and a space provided on the insulating film. In parallel, the heating element and the temperature detecting element formed of a thin film resistance film in order from the upstream side to the downstream side of the fluid, and the silicon substrate under the micro-heater portion of the heating element are selectively etched from the back surface. In a heat propagation time measuring type flow sensor having a recess for exposing the insulating film, a reference temperature detecting element is provided on the upstream side of the heating element, and the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element The surface is covered with a silicon oxide film,
Under the resistance temperature detector of the reference temperature detection element, the micro-heater portion of the heating element, and the resistance temperature detector of the temperature detection element, opposite conductivity type regions are provided as soaking plates, respectively, and the opposite side is provided on the silicon substrate. It is characterized in that a recess is formed to expose the conductive type region and the insulating film in the periphery thereof.

【0011】本発明は、前記絶縁膜が酸化シリコン膜と
窒化シリコン膜の二重膜で構成されていることを特徴と
する。
The present invention is characterized in that the insulating film is composed of a double film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.

【0012】本発明は、前記温度検出素子が間隔をおい
て少なくとも二つ設けられていることを特徴とする。
The present invention is characterized in that at least two temperature detecting elements are provided at intervals.

【0013】本発明は、前記薄膜抵抗膜がチタン膜と白
金膜の二重膜で構成されていることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the thin film resistance film is composed of a double film of a titanium film and a platinum film.

【0014】本発明は、前記参照温度検出素子と加熱素
子と温度検出素子との間に空洞が形成され、前記参照温
度検出素子と加熱素子と温度検出素子が前記シリコン基
板に両持ち梁形式で支持されていることを特徴とする。
In the present invention, a cavity is formed between the reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element, and the reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element are supported on the silicon substrate in a double-supported beam form. Characterized by being supported.

【0015】本発明は、前記参照温度検出素子と加熱素
子と温度検出素子との間に空洞が形成され、前記参照温
度検出素子と加熱素子と温度検出素子が前記シリコン基
板に片持ち梁形式で支持されていることを特徴とする。
According to the present invention, a cavity is formed between the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element, and the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element are cantilevered on the silicon substrate. Characterized by being supported.

【0016】本発明は、前記参照温度検出素子の一端子
と前記温度検出素子の一端子との間に直流電源が接続さ
れ、この電源に並列に前記温度検出素子の抵抗値に実質
的に等しい抵抗値を有する第1抵抗と可変抵抗と前記参
照温度検出素子の抵抗値より少し小さい抵抗値を有する
第2抵抗とが直列接続されてブリッジ回路が構成され、
前記第1抵抗と可変抵抗との接続点から第1出力端子が
取り出され、前記参照温度検出素子の他端子と前記温度
検出素子の他端子とに共通に接続する第2出力端子が取
り出され、前記第1出力端子と前記第2出力端子との間
に出力される電圧を測定信号源とする出力回路を備えた
ことを特徴とする。
In the present invention, a DC power source is connected between one terminal of the reference temperature detecting element and one terminal of the temperature detecting element, and the resistance value of the temperature detecting element is substantially equal to the DC power source in parallel with the power source. A first resistor having a resistance value, a variable resistor, and a second resistor having a resistance value slightly smaller than the resistance value of the reference temperature detecting element are connected in series to form a bridge circuit,
A first output terminal is taken out from a connection point between the first resistor and the variable resistor, and a second output terminal commonly connected to the other terminal of the reference temperature detecting element and the other terminal of the temperature detecting element is taken out, An output circuit is provided, which uses a voltage output between the first output terminal and the second output terminal as a measurement signal source.

【0017】本発明は、前記温度検出素子の二つの端子
の間に直流電源が接続され、この電源に並列に前記温度
検出素子の抵抗値と実質的に等しい抵抗値をそれぞれ有
する第1抵抗と第2抵抗と第3抵抗とが直列接続されて
ブリッジ回路が構成され、前記第2抵抗と前記第3抵抗
との接続点から第1出力端子が取り出され、前記第1抵
抗と前記温度検出素子の一端子との接続点から第2出力
端子が取り出され、前記第1出力端子と前記第2出力端
子との間に出力される電圧を測定信号源とする出力回路
を備えたことを特徴とする。
According to the present invention, a DC power source is connected between two terminals of the temperature detecting element, and a first resistor having a resistance value substantially equal to the resistance value of the temperature detecting element is connected in parallel to the power source. A bridge circuit is configured by connecting a second resistor and a third resistor in series, and a first output terminal is taken out from a connection point between the second resistor and the third resistor, and the first resistor and the temperature detecting element. A second output terminal is taken out from a connection point with one terminal, and an output circuit is provided which uses a voltage output between the first output terminal and the second output terminal as a measurement signal source. To do.

【0018】本発明は、前記参照温度検出素子と加熱素
子と温度検出素子が前記シリコン基板に両持ち梁形式で
支持され、この二つの支持部が流管の管壁に支持され、
前記参照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子とが前
記流管内に位置することを特徴とする。
According to the present invention, the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element are supported on the silicon substrate in a double-supported beam form, and the two supporting portions are supported on the wall of the flow tube.
The reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element are located in the flow tube.

【0019】本発明は、前記参照温度検出素子と加熱素
子と温度検出素子が前記シリコン基板に片持ち梁形式で
支持され、この支持部が流管の管壁に支持され、前記参
照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子とが前記流管
内に位置することを特徴とする。
According to the present invention, the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element are supported on the silicon substrate in a cantilever manner, and the supporting portion is supported on the tube wall of the flow tube. And a heating element and a temperature detecting element are located in the flow tube.

【0020】本発明は、前記流管がプラスチックまたは
ガラスで作られていることを特徴とする。
The invention is characterized in that the flow tube is made of plastic or glass.

【0021】本発明は、一導電型シリコン基板に反対導
電型不純物を高濃度に拡散して均熱板としての反対導電
型領域を選択的に形成する工程と、前記シリコン基板の
表面に第1のSiO2 膜を設け、その上にSi3 4
を設ける工程と、前記Si3 4 膜の上にホトレジスト
を被着しパターニングしてホトレジストのマスクを設
け、TiとPtを被着してTiとPtの二重膜から成る
薄膜抵抗膜を形成する工程と、前記ホトレジストのマス
クを溶解除去して前記TiとPtの二重膜の参照温度検
出素子と加熱素子と温度検出素子を形成する工程と、前
記参照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子を含むシ
リコン基板の両面に第2のSiO2 膜を形成し、その上
にホトレジストのマスクを設け、前記参照温度検出素子
と加熱素子と温度検出素子の接続パッド露出予定領域と
前記反対導電型領域露出予定領域に窓をあけ、この窓部
分の第2のSiO2 膜をエッチング除去する工程と、前
記シリコン基板を異方性エッチングして前記反対導電型
領域とその周辺の前記第1のSiO2 膜を露出させる工
程と、を備えていることを特徴とする。
The present invention comprises a step of selectively diffusing an impurity of opposite conductivity type into a silicon substrate of one conductivity type at a high concentration to selectively form a region of opposite conductivity type as a soaking plate, and a first surface on the silicon substrate. the SiO 2 film is provided in a step of providing a the Si 3 N 4 film thereon, a mask of photoresist and photoresist is patterned and deposited on the the Si 3 N 4 film formed, deposited Ti and Pt And forming a thin film resistance film composed of a double film of Ti and Pt, and dissolving and removing the mask of the photoresist to form a reference temperature detecting element, a heating element and a temperature detecting element of the double film of Ti and Pt. And a second SiO 2 film is formed on both surfaces of the silicon substrate including the reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element, and a photoresist mask is provided on the second SiO 2 film to form the reference temperature detecting element and the heating element. And temperature detection Open windows and the connection pad exposed region for the child to the opposite conductivity type region exposed region where the steps of the second SiO 2 film is etched off of the window portion, said opposite the silicon substrate is anisotropically etched And a step of exposing the conductive type region and the first SiO 2 film in the periphery thereof.

【0022】本発明は、(A)一導電型シリコン基板に
反対導電型不純物を高濃度に拡散して均熱板としての
対導電型領域を選択的に形成する工程と、前記シリコン
基板の表面に第1のSiO2 膜を設け、その上にSi3
4 膜を設ける工程と、前記Si3 4 膜の上にホトレ
ジストを被着しパターニングしてホトレジストのマスク
を設け、TiとPtを被着してTiとPtの二重膜から
成る薄膜抵抗膜を形成する工程と、前記ホトレジストの
マスクを溶解除去して前記TiとPtの二重膜の参照温
度検出素子と加熱素子と温度検出素子を形成する工程
と、前記参照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子を
含むシリコン基板の両面に第2のSiO2 膜を形成し、
その上にホトレジストのマスクを設け、前記参照温度検
出素子と加熱素子と温度検出素子の接続パッド露出予定
領域と前記反対導電型領域露出予定領域に窓をあけ、こ
の窓部分の第2のSiO2 膜をエッチング除去する工程
と、前記シリコン基板を異方性エッチングして前記反対
導電型領域とその周辺の前記第1のSiO2 膜を露出さ
せる工程ととを有し、一組の参照温度検出素子と加熱素
子と温度検出素子を一個のフローセンサ素子とするフロ
ーセンサ素子を複数個配列して一枚のシリコン基板に形
成するフローセンサ素子搭載ウェーハの製造工程、 (B)ガラスまたはプラスチックの平板の一面に前記参
照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子の上をガスが
流れるように前記参照温度検出素子と加熱素子と温度検
出素子に対応した位置に凹部を形成し、前記参照温度検
出素子と加熱素子と温度検出素子の各々の接続パッドに
対応した位置に開口部を形成する上部流管用平板の形成
工程と、ガラスまたはプラスチックの平板の一面に前記
参照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子の下をガス
が流れるように前記参照温度検出素子と加熱素子と温度
検出素子に対応した位置に凹部を形成する下部流管用平
板の形成工程と、とを有する流管用平板の製造工程、 (C)前記フローセンサ素子の上面と前記上部流管用平
板の凹部とが向い合うように位置合わせして前記フロー
センサ素子搭載ウェーハの上面に前記上部流管用平板を
置き、前記フローセンサ素子の下面と前記下部流管用平
板の凹部とが向い合うように位置合わせして前記フロー
センサ素子搭載ウェーハの下面に前記下部流管用平板を
置き、前記フローセンサ素子搭載ウェーハと上部流管用
平板と下部流管用平板とを貼合わせる貼合わせ工程、 (D)前記貼合わせたフローセンサ素子搭載ウェーハと
上部流管用平板と下部流管用平板を切断して個別の流管
付きフローセンサに切り離す切断工程、を備えているこ
とを特徴とする。
The present invention comprises: (A) a step of selectively diffusing an impurity of opposite conductivity type in a silicon substrate of one conductivity type in a high concentration to form a counter conductivity type region as a soaking plate . A first SiO 2 film is provided on the surface of the silicon substrate, and Si 3 is formed on the first SiO 2 film.
A step of providing the N 4 film, the Si 3 N 4 and the photoresist is deposited patterned on the film a mask of the photoresist provided, a thin film resistor formed by depositing Ti and Pt from bilayer of Ti and Pt A step of forming a film, a step of dissolving and removing the mask of the photoresist to form a reference temperature detecting element, a heating element and a temperature detecting element of the double film of Ti and Pt, the reference temperature detecting element and the heating element And a second SiO 2 film is formed on both sides of the silicon substrate including the temperature detecting element,
The mask of photoresist provided thereon, open the window connection pad exposed regions for the heating element and the temperature sensing element and the reference temperature sensing element and to said opposite conductivity type region exposed scheduled region, a second SiO 2 of the window portion A step of etching away the film and a step of anisotropically etching the silicon substrate to expose the opposite conductivity type region and the first SiO 2 film in the periphery thereof, and a set of reference temperature detection A process for manufacturing a wafer equipped with a flow sensor element, in which a plurality of flow sensor elements including one element, a heating element, and a temperature detection element as a flow sensor element are arranged and formed on one silicon substrate, (B) a glass or plastic plate A position corresponding to the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element so that the gas flows on the one surface of the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element. A step of forming a concave portion, forming an opening at a position corresponding to each connection pad of the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element, and a step of forming a flat plate for glass or plastic on the one surface of the flat plate. A step of forming a flat plate for a lower flow pipe, in which a concave portion is formed at a position corresponding to the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element so that gas flows under the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element, and And (C) aligning the upper surface of the flow sensor element and the recess of the upper flow tube flat plate so that the upper surface of the flow sensor flat plate faces the upper surface of the flow sensor element mounting wafer. On the lower surface of the flow sensor element mounting wafer by aligning the lower surface of the flow sensor element and the recess of the flat plate for the lower flow tube so as to face each other. Laminating a tube flat plate and laminating the wafer with the flow sensor element, the flat plate for the upper flow tube, and the flat plate for the lower flow tube, (D) The wafer with the flow sensor element mounted, the flat plate for the upper flow tube, and the lower flow tube And a cutting step of cutting the flat plate into individual flow sensors with flow tubes.

【0023】本発明は、前記凹部の断面が半円形または
矩形であることを特徴とする。
The present invention is characterized in that the recess has a semicircular or rectangular cross section.

【0024】[0024]

【作用】本発明では、加熱素子の上流側に参照温度検出
素子が設けたので、加熱素子の下流側の温度検出素子と
の間にブリッジ回路を組むことにより流量が零のときの
零点校正が可能となり、測定の信頼性が向上する。参照
温度検出素子、加熱素子および温度検出素子の表面を酸
化シリコン膜で被覆すると、参照温度検出素子、加熱素
子および温度検出素子が流体によって汚染されるのを防
ぐことができ、測定の信頼性がさらに向上する。加熱素
子のマイクロヒータ部の下にそれぞれ設けられる均熱板
として反対導電型領域は、マイクロヒータ部の電流集中
による局部発熱を防止し、ヒータ断線を防止し、信頼性
を向上させると共に長寿命にする。シリコン基板を下か
らエッチングして反対導電型領域とその周辺の前記絶縁
膜を露出させることにより熱絶縁構造が実現され、感度
が向上する。
In the present invention, since the reference temperature detecting element is provided on the upstream side of the heating element, a zero point calibration when the flow rate is zero can be performed by forming a bridge circuit between the reference temperature detecting element and the temperature detecting element on the downstream side of the heating element. It becomes possible and the reliability of measurement is improved. By coating the surfaces of the reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element with a silicon oxide film, it is possible to prevent the reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element from being contaminated by a fluid, and the measurement reliability is improved. Further improve. Areas of opposite conductivity type as soaking plates provided under the micro-heater part of the heating element respectively prevent local heat generation due to current concentration in the micro-heater part, prevent heater breakage, improve reliability and have a long service life. To do. By thermally etching the silicon substrate from below to expose the opposite conductivity type region and the insulating film around it, a thermal insulating structure is realized and sensitivity is improved.

【0025】Si3 4 膜をシリコン基板に直接形成す
るとSi3 4 膜に亀裂を生じる場合があるが、SiO
2 膜を間に挟むことによってこの亀裂発生を抑えること
ができる。一般に、Siに対してSiO2 膜は圧縮応力
を持ち、Si3 4 膜は引張応力を持つから、SiO2
−Si3 4 の二重膜構造にして膜厚制御を行うことに
より亀裂発生を抑えることができる。さらにまた、Si
2 膜単独であると、ダイアフラムのコーナー部に亀裂
が発生し易い傾向があるが、SiO2 −Si34 二重
膜構造にしておくとこの亀裂発生も防ぐことができる。
これらの理由からSiO2 −Si3 4 二重膜構造にす
る。
When the Si 3 N 4 film is directly formed on the silicon substrate, cracks may occur in the Si 3 N 4 film.
The occurrence of this crack can be suppressed by sandwiching the two films between them. In general, SiO 2 films against Si has a compressive stress, because with the Si 3 N 4 film is tensile stress, SiO 2
The occurrence of cracks can be suppressed by controlling the film thickness with a double film structure of —Si 3 N 4 . Furthermore, Si
The O 2 film alone tends to cause cracks in the corners of the diaphragm, but the SiO 2 —Si 3 N 4 double film structure can prevent the cracks from occurring.
For these reasons, the SiO 2 —Si 3 N 4 double film structure is adopted.

【0026】流速の測定可能範囲は、加熱素子と温度検
出素子との間の距離xに依存するので、種々のxの値の
温度検出素子を作っておけば、流速の大きさに応じてど
の温度検出素子を使用するかを選択できる、測定可能範
囲を広げることができる。このため、温度検出素子を間
隔をおいて少なくとも二つ設けるのである。
The measurable range of the flow velocity depends on the distance x between the heating element and the temperature detecting element. Therefore, if temperature detecting elements having various values of x are prepared, it will be different depending on the magnitude of the flow velocity. The measurable range can be widened by selecting whether to use the temperature detecting element. Therefore, at least two temperature detecting elements are provided at intervals.

【0027】薄膜抵抗膜をチタン膜とその上に被覆され
た白金膜の二重膜で構成すると、白金は不活性金属であ
るので、流体による汚染を防ぐと共に金属細線接続のボ
ンディング・パッドとなり、好都合である。
When the thin film resistance film is composed of a double film of a titanium film and a platinum film coated thereon, platinum is an inert metal, so that it is prevented from being contaminated by a fluid and becomes a bonding pad for connecting fine metal wires. It is convenient.

【0028】参照温度検出素子と前記加熱素子と温度検
出素子との間に空洞を形成すると、参照温度検出素子と
前記加熱素子と温度検出素子とは熱的に絶縁分離され、
熱容量が小さくなり、感度が向上する。素子間が切り離
されるので、参照温度検出素子と前記加熱素子と温度検
出素子を支持するためにシリコン基板に両持ち梁形式で
支持される構造にする。
When a cavity is formed between the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element, the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element are thermally insulated and separated,
The heat capacity is reduced and the sensitivity is improved. Since the elements are separated from each other, a structure in which the reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element are supported on the silicon substrate in a double-supported beam form is used.

【0029】両持ち梁形式にする代わりに、片持ち梁形
式で支持される構造にすると、熱的絶縁分離がさらに進
み、熱容量がさらに小さくなり、感度がさらに向上す
る。
If the structure is supported by the cantilever type instead of the double-supported beam type, the thermal insulation separation is further promoted, the heat capacity is further reduced, and the sensitivity is further improved.

【0030】参照温度検出素子と温度検出素子とに直流
電源と、第1抵抗と可変抵抗と第2抵抗とからなるブリ
ッジ回路を接続しておくと、流量が零のときの零点校正
が可能となり、測定の信頼性が向上する。すなわち、流
量が零のとき可変抵抗を調節して第1出力端子と第2出
力端子との間に出力される電圧を零に調節しておくと、
流体が流れたとき第1出力端子と第2出力端子との間に
電圧が出力され、この電圧が流体の流速あるいは流量を
測定する信号源となる。
If a DC power source and a bridge circuit consisting of a first resistor, a variable resistor and a second resistor are connected to the reference temperature detecting element and the temperature detecting element, zero point calibration becomes possible when the flow rate is zero. , The reliability of measurement is improved. That is, when the variable resistance is adjusted to zero the voltage output between the first output terminal and the second output terminal when the flow rate is zero,
When the fluid flows, a voltage is output between the first output terminal and the second output terminal, and this voltage serves as a signal source for measuring the flow velocity or flow rate of the fluid.

【0031】測定信号出力回路は、温度検出素子の二つ
の端子の間に直流電源を接続し、この電源に並列に温度
検出素子の抵抗値と実質的に等しい抵抗値をそれぞれ有
する第1抵抗と第2抵抗と第3抵抗とを直列接続してブ
リッジ回路を構成し、第2抵抗と第3抵抗との接続点か
ら第1出力端子を取り出し、第1抵抗と温度検出素子の
一端子との接続点から第2出力端子を取り出すことによ
っても校正することができる。第1出力端子と第2出力
端子との間に出力される電圧が測定信号源なることは上
記と同じである。
In the measurement signal output circuit, a DC power supply is connected between the two terminals of the temperature detection element, and a first resistance having a resistance value substantially equal to the resistance value of the temperature detection element is connected in parallel with the power supply. A bridge circuit is formed by connecting the second resistor and the third resistor in series, and the first output terminal is taken out from the connection point of the second resistor and the third resistor, and the first resistor and one terminal of the temperature detecting element are connected. It can also be calibrated by taking out the second output terminal from the connection point. As described above, the voltage output between the first output terminal and the second output terminal serves as the measurement signal source.

【0032】熱伝播時間計測型フローセンサは、ガスが
流れる流管内に設置されて使用されるが、この場合フロ
ーセンサ素子を両持ち梁形式に作り、両持ち梁の二つの
支持部を流管の管壁に支持すると安定した測定を行うこ
とができる。
The heat transfer time measuring type flow sensor is used by being installed in a flow tube through which a gas flows. In this case, the flow sensor element is formed in a double-supported beam type, and two supporting portions of the double-supported beam are connected to the flow tube. Stable measurement can be performed by supporting it on the tube wall.

【0033】上記のように両持ち梁形式にする代わり
に、片持ち梁形式にして、片持ち梁の支持部を流管の管
壁に支持するようにしてもよい。
Instead of the double-supported beam type as described above, the cantilever type may be used so that the support portion of the cantilever beam is supported on the tube wall of the flow tube.

【0034】流管は、プラスチックまたはガラスで作ら
れる。
The flow tube is made of plastic or glass.

【0035】本発明の方法により、SiO2 膜とSi3
4 膜の二重膜の上にTiとPtの二重膜の参照温度検
出素子と加熱素子と温度検出素子を形成し、シリコン基
板から熱絶縁され、感度が向上した熱伝播時間計測型フ
ローセンサを製造することができる。
According to the method of the present invention, a SiO 2 film and a Si 3 film are formed.
A heat propagation time measuring flow in which a reference temperature detecting element, a heating element and a temperature detecting element of a double film of Ti and Pt are formed on a double film of N 4 film and are thermally insulated from a silicon substrate to improve sensitivity. The sensor can be manufactured.

【0036】シリコン基板に複数個のフローセンサ素子
を配列して形成しておき、上部流管用平板と下部流管用
平板を貼合わせてから、個別のフローセンサ・チップに
切り離すようにすると、フローセンサ素子を破損するこ
とがなく、高い歩留りと少ない工数で熱伝播時間計測型
フローセンサを製造することができる。
If a plurality of flow sensor elements are arranged and formed on a silicon substrate and the upper flow tube flat plate and the lower flow tube flat plate are attached to each other and then separated into individual flow sensor chips, the flow sensor The heat propagation time measuring type flow sensor can be manufactured with high yield and a small number of steps without damaging the element.

【0037】流管の凹部の断面は、半円形または矩形の
いずれでもよい。要はガスが滑らかに流れれば良い。
The cross section of the recess of the flow tube may be either semicircular or rectangular. The point is that the gas should flow smoothly.

【0038】[0038]

【実施例】図1は本発明の第1の実施例の平面図および
断面図である。
1 is a plan view and a sectional view of a first embodiment of the present invention.

【0039】N型シリコン基板1の上面にSiO2
4、Si3 4 膜5を設ける。Ti膜とPt膜の二重層
から成る薄膜抵抗膜で参照温度検出素子6、加熱素子
7、温度検出素子8を間隔をおいて平行に形成する。各
素子6,7,8の接続パッド17以外の表面にSiO2
膜9を被覆する。参照温度検出素子6の測温抵抗体6
a、加熱素子7のマイクロヒータ部7a、温度検出素子
8の測温抵抗体8aの下に均熱板としてP++型領域3を
設ける。シリコン基板1を裏面から選択エッチしてP ++
型領域3とその周辺のSiO2 膜4を露出させる。これ
により測温抵抗体6a、マイ4ロヒータ部7a、測温抵
抗体8aは熱絶縁構造となり、感度が向上する。P++
領域3は、電流集中による局部発熱を防止し、加熱線部
分の断線を防止するために設ける。また、Si3 4
5をシリコン基板1に直接形成するとSi3 4 膜5に
亀裂を生じる場合があるので、この亀裂発生を抑えるた
めにSiO2 膜4を間に挟む。一般に、Siに対してS
iO2 膜は圧縮応力を持ち、Si 3 4 膜は引張応力を
持つから、SiO2 −Si3 4 の二重膜構造にして膜
厚制御を行うことにより亀裂発生を抑えることができ
る。さらにまた、SiO2 膜単独であると、ダイアフラ
ムのコーナー部に亀裂が発生し易い傾向があるが、Si
2 −Si3 4 二重膜構造にしておくとこの亀裂発生
も防ぐことができる。これらの理由からSiO2 −Si
3 4 二重膜構造にするのである。
SiO is formed on the upper surface of the N-type silicon substrate 1.2film
4, Si3NFourA membrane 5 is provided. Double layer of Ti film and Pt film
Reference temperature detecting element 6 and heating element
7. The temperature detecting elements 8 are formed in parallel with a space. each
SiO on the surfaces other than the connection pads 17 of the elements 6, 7 and 82
The membrane 9 is coated. Resistance temperature detector 6 of the reference temperature detection element 6
a, micro-heater portion 7a of heating element 7, temperature detection element
P as a soaking plate under the resistance temperature detector 8a of 8++Mold area 3
Set up. Selectively etch silicon substrate 1 from the back ++
SiO in the mold region 3 and its surroundings2The membrane 4 is exposed. this
Temperature measuring resistor 6a, my 4 roh heater 7a, temperature measuring resistance
The antibody 8a has a heat insulating structure, and the sensitivity is improved. P++Type
Area 3 prevents local heat generation due to current concentration,
It is provided to prevent disconnection of the minutes. Also, Si3NFourfilm
When 5 is directly formed on the silicon substrate 1, Si is formed.3NFourOn membrane 5
Since cracks may occur, it is necessary to prevent the cracks from occurring.
For SiO2The membrane 4 is sandwiched between them. In general, S with respect to Si
iO2The film has compressive stress 3NFourThe membrane exerts tensile stress
I have, so SiO2-Si3NFourThe double-layer structure of the membrane
By controlling the thickness, cracking can be suppressed.
It Furthermore, SiO2The diaphragm alone
Although cracks tend to occur at the corners of the
O2-Si3NFourIf a double film structure is used, this crack will occur
Can also be prevented. For these reasons SiO2-Si
3NFourIt has a double film structure.

【0040】次に、第1の実施例の製造方法について説
明する。
Next, the manufacturing method of the first embodiment will be described.

【0041】図2は図1の実施例の製造方法を説明する
ための工程順に示した断面図である。
2A to 2D are sectional views showing the manufacturing method of the embodiment of FIG. 1 in the order of steps for explaining the manufacturing method.

【0042】図2(a)に示すように、結晶方位〔10
0〕のN型シリコン基板1の下面にSiO2 膜2を約7
50nmの厚さに設け、上面にSiO2 膜11を設け
る。ホトリソグラフィ技術によってSiO2 膜11に窓
をあけ、P型不純物を高濃度に導入してP++型領域3を
形成する。
As shown in FIG. 2A, the crystal orientation [10
0] on the lower surface of the N-type silicon substrate 1 with a SiO 2 film 2 of about 7
The thickness is 50 nm, and the SiO 2 film 11 is provided on the upper surface. A window is opened in the SiO 2 film 11 by the photolithography technique, and P type impurities are introduced at a high concentration to form a P ++ type region 3.

【0043】図2(b)に示すように、SiO2 膜11
を除去し、新しくSiO2 膜4を約500nmの厚さに
設け、その上にSi3 4 膜5を約80nmの厚さに設
ける。Si3 4 膜5の上にホトレジストのマスク12
を設け、参照温度検出素子、加熱素子、温度検出素子を
形成する領域に窓をあける。上方からTiを被着して厚
さ約30nmのTi膜13を設け、その上にPtを被着
して厚さ約200nmのPt膜14を設ける。薄膜抵抗
膜をTi膜13とその上に被覆されたPt膜14の二重
膜で構成すると、Pt膜14は不活性金属膜であるので
流体による汚染を防ぐと共に金属細線接続のボンディン
グ・パッドとなり、好都合である。
As shown in FIG. 2B, the SiO 2 film 11 is formed.
Is removed, and a new SiO 2 film 4 is formed to a thickness of about 500 nm, and a Si 3 N 4 film 5 is formed thereon to a thickness of about 80 nm. A photoresist mask 12 on the Si 3 N 4 film 5
Is provided, and a window is opened in a region where the reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element are formed. Ti is deposited from above to form a Ti film 13 having a thickness of about 30 nm, and Pt is deposited thereon to provide a Pt film 14 having a thickness of about 200 nm. When the thin film resistance film is composed of a double film of the Ti film 13 and the Pt film 14 coated on the Ti film 13, the Pt film 14 is an inert metal film, so that it is prevented from being contaminated by a fluid and also serves as a bonding pad for connecting fine metal wires. , Convenient.

【0044】図2(c)に示すように、マスク12をそ
の上のTi膜13、Pt膜14と共に除去する。残留し
た部分が図1の参照温度検出素子6、加熱素子7、温度
検出素子8となる。
As shown in FIG. 2C, the mask 12 is removed together with the Ti film 13 and the Pt film 14 on the mask 12. The remaining portion becomes the reference temperature detecting element 6, the heating element 7, and the temperature detecting element 8 in FIG.

【0045】図2(d)に示すように、表面にSiO2
膜9を形成し、その上にホトレジストのマスク15を設
け、裏面のSiO2 膜2の上にホトレジストのマスク1
6を設ける。マスク15の接続パッド形成予定領域に窓
をあけ、マスク16のP++型領域露出予定領域に窓をあ
ける。
As shown in FIG. 2D, SiO 2 is formed on the surface.
A film 9 is formed, a photoresist mask 15 is provided on the film 9, and a photoresist mask 1 is formed on the SiO 2 film 2 on the back surface.
6 is provided. A window is opened in the area of the mask 15 where the connection pad is to be formed, and a window is opened in the area of the mask 16 where the P + + type area is exposed.

【0046】図2(e)に示すように、エッチングして
窓16の部分のSiO2 膜9を選択除去してPt膜14
を露出させ、接続パッド17を形成すると同時にSiO
2 膜2を選択除去する。そして、ホトレジストのマスク
15,16を除去する。
As shown in FIG. 2E, the SiO 2 film 9 in the window 16 is selectively removed by etching to remove the Pt film 14.
Exposed to form the connection pad 17 and at the same time SiO
2 The film 2 is selectively removed. Then, the photoresist masks 15 and 16 are removed.

【0047】図2(e)に示すように、ヒドラジンまた
はTMAH(テトラメチルアンモニウムハイドロオキサ
イド)でシリコン基板1を異方性エッチングしてP++
領域3とその周辺のSiO2 膜4を露出させる。これに
より図1に示すフローセンサが製造される。
As shown in FIG. 2E, the silicon substrate 1 is anisotropically etched with hydrazine or TMAH (tetramethylammonium hydroxide) to expose the P ++ -type region 3 and the SiO 2 film 4 around it. Let As a result, the flow sensor shown in FIG. 1 is manufactured.

【0048】次に、第1の実施例の使用方法について説
明する。
Next, a method of using the first embodiment will be described.

【0049】図3は図1に示した実施例を用いた流体の
測定方法を説明するための斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view for explaining a fluid measuring method using the embodiment shown in FIG.

【0050】管21はガス等の流体を流す管であり、こ
の中に矢印22の方向に流体が流れる。この管21の中
に第1の実施例のフローセンサを設置する。フローセン
サの加熱素子7の両端の接続パッド17に加熱電源23
を接続してパルス電流を印加する。パルス電流は、例え
ば図に示すように、電圧Va=2V、オフセット電圧V
offset=1V、デューティ=20%、周波数f=10k
Hzのパルス電流を印加する。参照温度検出素子6と温
度検出素子8の各々の一方の接続パッド17に電源24
を接続し、電圧Vを印加する。電源24の両端に第1抵
抗R1 、可変抵抗Ra,第2抵抗R2 を直列に接続し、
第1抵抗R1 と可変抵抗Raとの接続点から端子25を
取り、参照温度検出素子6と温度検出素子8の各々の他
方の接続パッド17を接続して端子26を取る。端子2
5と端子26との間に現れる電圧をVoutとする。第
1抵抗R1 の抵抗値は温度検出素子8の抵抗値と実質的
に等しい抵抗値(1kΩ)に、第2抵抗R2 の抵抗値は
参照温度検出素子6の抵抗値より少し小さい抵抗値(1
kΩ)にして、ブリッジ回路を構成する。最初、加熱素
子7にパルス電流を印加しない状態で可変抵抗Raを調
整してブリッジ回路を平衡(電圧Vout=0)にして
おく。次に、パルス電流を印加して加熱素子7を加熱し
て流体を加熱するとブリッジ回路の平衡が崩れて電圧V
outが出力される。この電圧を演算回路(図示せず)
で演算処理して平均流速v(m/s)を求める。
The pipe 21 is a pipe through which a fluid such as gas flows, and the fluid flows in the direction of the arrow 22 therein. The flow sensor of the first embodiment is installed in this tube 21. A heating power source 23 is provided on the connection pads 17 at both ends of the heating element 7 of the flow sensor.
And pulse current is applied. The pulse current is, for example, as shown in the figure, voltage Va = 2V, offset voltage V
offset = 1V, duty = 20%, frequency f = 10k
A pulse current of Hz is applied. The power supply 24 is connected to the connection pad 17 on one side of each of the reference temperature detecting element 6 and the temperature detecting element 8.
Are connected and a voltage V is applied. A first resistor R 1 , a variable resistor Ra, and a second resistor R 2 are connected in series at both ends of the power source 24,
The terminal 25 is taken from the connection point between the first resistor R 1 and the variable resistor Ra, the other connection pad 17 of each of the reference temperature detection element 6 and the temperature detection element 8 is connected, and the terminal 26 is taken. Terminal 2
The voltage appearing between 5 and the terminal 26 is Vout. The resistance value of the first resistor R 1 is substantially equal to the resistance value of the temperature detecting element 8 (1 kΩ), and the resistance value of the second resistor R 2 is slightly smaller than the resistance value of the reference temperature detecting element 6. (1
kΩ) to form a bridge circuit. First, the variable resistor Ra is adjusted without applying a pulse current to the heating element 7, and the bridge circuit is balanced (voltage Vout = 0). Next, when a pulse current is applied to heat the heating element 7 to heat the fluid, the balance of the bridge circuit is lost and the voltage V
out is output. This voltage is calculated by an arithmetic circuit (not shown)
Then, the average flow velocity v (m / s) is calculated.

【0051】今、管21を流れる流体の流量をQ(m/
s)、管21の断面積をS(m2 )とすると、平均流速
v(m/s)は、 v=Q/S …(2) で表される。上流側の加熱素子7と下流側の温度検出素
子8との間の距離をx(m)とすると熱伝播時間T
(s)は、 T=S・x/Q(s) …(3) で表される。つまり、基本的には、加熱素子7と温度検
出素子8との間の距離を変化させることにより低流速か
ら高流速までの広い範囲について計測できることにな
る。
Now, let the flow rate of the fluid flowing through the pipe 21 be Q (m /
s) and the cross-sectional area of the pipe 21 is S (m 2 ), the average flow velocity v (m / s) is represented by v = Q / S (2) Assuming that the distance between the upstream heating element 7 and the downstream temperature detection element 8 is x (m), the heat propagation time T
(S) is expressed by T = S · x / Q (s) (3). That is, basically, by changing the distance between the heating element 7 and the temperature detecting element 8, it is possible to measure in a wide range from a low flow velocity to a high flow velocity.

【0052】図4は図3に示した実施例で計測した平均
流速と熱伝播時間との関係を示す相関図である。
FIG. 4 is a correlation diagram showing the relationship between the average flow velocity and the heat propagation time measured in the embodiment shown in FIG.

【0053】横軸に平均流速vと平均流速vの逆数とを
とり、縦軸に熱伝播時間Tをとり、計算値と実測値とを
比較したものである。計算値は、(2),(3)式か
ら、 T=S・x/Q=S・x/v・S=x/v …(4) とし、x=2×10-3(m)で求めた。図4に示すよう
に、実測値は平均流速vの逆数が20までは熱伝播時間
Tと比例関係にあるが、20以上になると飽和して熱伝
播時間Tと比例しない。すなわち、x=2×10
-3(m)に設定したときの測定可能範囲は平均流速v=
0.05(m/s)迄で、それより小さい流速では測定
できないことを示している。0.05(m/s)より小
さい流速の流体を測定したいときは加熱素子7と温度検
出素子8との間の距離をxを変える必要がある。また、
計算値と実測値とはずれているが、これは加熱素子7の
マイクロヒータ部7a、参照温度検出素子6および温度
検出素子8の測温抵抗体6a,8aの時定数(約9m
s)によるものと考えられる。計算値と実測値とは平行
にずれているので、補正することが可能で、補正項を加
えることにより高信頼性の測定値を得ることができる。
The horizontal axis represents the average flow velocity v and the reciprocal of the average flow velocity v, and the vertical axis represents the heat propagation time T, and the calculated value and the measured value are compared. From the equations (2) and (3), the calculated value is T = S · x / Q = S · x / v · S = x / v (4), and x = 2 × 10 −3 (m) I asked. As shown in FIG. 4, the measured value is proportional to the heat propagation time T until the reciprocal of the average flow velocity v is 20, but is saturated when the reciprocal of the average flow velocity v is 20 or more and is not proportional to the heat propagation time T. That is, x = 2 × 10
The measurable range when set to -3 (m) is the average flow velocity v =
It shows that the measurement cannot be performed at a flow velocity lower than 0.05 (m / s). When it is desired to measure a fluid having a flow velocity smaller than 0.05 (m / s), it is necessary to change the distance x between the heating element 7 and the temperature detection element 8. Also,
The calculated value is different from the measured value, but this is due to the time constant (about 9 m) of the micro-heater portion 7a of the heating element 7, the reference temperature detecting element 6 and the temperature measuring resistors 6a and 8a of the temperature detecting element 8.
s). Since the calculated value and the actually measured value are shifted in parallel, it is possible to make a correction, and it is possible to obtain a highly reliable measured value by adding a correction term.

【0054】図5は本発明の第2の実施例の正面図およ
び断面図である。
FIG. 5 is a front view and a sectional view of the second embodiment of the present invention.

【0055】第1の実施例と同様に、N型シリコン基板
31の上面にSiO2 膜、Si3 4 膜を設け、その上
にTi膜とPt膜の二重膜から成る薄膜抵抗膜で参照温
度検出素子32、加熱素子33、複数の温度検出素子3
4,35,36,37を間隔をおいて平行に形成する。
複数の温度検出素子を設けるのは、図3と図4で説明し
たように、流速の測定可能範囲が加熱素子と温度検出素
子との間の距離xに依存するので、種々のxの値の温度
検出素子を作り、流速の大きさに応じてどの温度検出素
子を使用するかを選択できるようにして測定可能範囲を
広げるためである。
Similar to the first embodiment, the N-type silicon substrate
SiO on the upper surface of 312Membrane, Si3N FourProvide a membrane and above it
The reference temperature is a thin resistance film consisting of a double film of Ti film and Pt film.
Degree detection element 32, heating element 33, a plurality of temperature detection elements 3
4, 35, 36 and 37 are formed in parallel with a space.
Providing a plurality of temperature detecting elements will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
As described above, the measurable range of the flow velocity is the heating element and the temperature sensor.
The temperature of various values of x depends on the distance x to the child.
Create a detection element and select which temperature detection element to use according to the magnitude of the flow velocity.
The measurable range by selecting whether to use the child
This is to widen it.

【0056】素子32〜37の表面にSiO2 膜を被覆
すること、参照温度検出素子32の測温抵抗体32a、
加熱素子33のマイクロヒータ部33a、温度検出素子
34〜37の測温抵抗体34a〜37aの下に均熱板と
してP++型領域(図示せず)を設けることは第1の実施
例と同様である。次に、シリコン基板31を選択エッチ
して素子32〜37の間に空洞部38を形成すると同時
に測温抵抗体32a〜37aの下のシリコン部分31b
を除去してP++型領域の均熱板(図示せず)を露出させ
て各素子32〜37を熱絶縁する。このように、空洞部
38を形成すると、参照温度検出素子と前記加熱素子と
温度検出素子とは熱的に絶縁分離され、熱容量が小さく
なり、感度が向上する。素子32〜37間が切り離され
るので、素子32〜37を支持するため両端がシリコン
基板31の枠31aに支持された両持ち梁支持構造にす
る。素子32〜37の間に空洞部38が設けられている
点と両持ち梁支持構造となっている点が第1の実施例と
異なる点である。次に、プラスチック・モールド成形に
よって流管40を形成する。プラスチック・モールド成
形は、チップに切り離してから行うこともできるが、工
数がかかるし、素子を傷めることもあるので、センサ素
子が複数個配列して形成されたウェーハのときに流管を
プラスチック・モールド成形しておき、それから個別の
チップに切り離すのが良い。流管40は、その中心に測
温抵抗体32a〜37aが位置するように、そして接続
パッド32b〜37bが流管40の外側に位置するよう
に形成する。流体は流管40内を矢印の方向に流れ、流
速が測定される。
The surfaces of the elements 32 to 37 are coated with a SiO 2 film, the resistance temperature detector 32a of the reference temperature detecting element 32,
Providing a P ++ type region (not shown) as a soaking plate below the micro-heater portion 33a of the heating element 33 and the resistance temperature detectors 34a to 37a of the temperature detection elements 34 to 37 is the same as the first embodiment. It is the same. Next, the silicon substrate 31 is selectively etched to form the cavity 38 between the elements 32 to 37, and at the same time, the silicon portion 31b below the resistance temperature detectors 32a to 37a.
Is removed to expose a soaking plate (not shown) in the P ++ type region to thermally insulate the elements 32 to 37. When the cavity 38 is formed in this manner, the reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element are thermally insulated from each other, the heat capacity is reduced, and the sensitivity is improved. Since the elements 32 to 37 are separated from each other, a double-supported beam support structure in which both ends are supported by the frame 31a of the silicon substrate 31 to support the elements 32 to 37 is formed. The difference from the first embodiment is that a cavity portion 38 is provided between the elements 32 to 37 and a double-supported beam support structure is provided. Next, the flow tube 40 is formed by plastic molding. Plastic molding can be performed after cutting it into chips, but it takes man-hours and may damage the element. It is better to mold it and then cut it into individual chips. The flow tube 40 is formed such that the resistance temperature detectors 32a to 37a are located at the center thereof and the connection pads 32b to 37b are located outside the flow tube 40. The fluid flows in the flow tube 40 in the direction of the arrow, and the flow velocity is measured.

【0057】次に、第2の実施例の製造方法について説
明する。
Next, the manufacturing method of the second embodiment will be described.

【0058】図6は 図5の実施例の製造方法を説明す
るための工程順に示したC−C´線方向断面図、図7は
図5の実施例の製造方法を説明するための工程順に示し
たD−D´線方向断面図である。
FIG. 6 is a sectional view taken along the line CC ′ in the order of steps for explaining the manufacturing method of the embodiment shown in FIG. 5, and FIG. 7 is an order of steps for explaining the manufacturing method of the embodiment of FIG. It is the DD 'line sectional view shown.

【0059】図6(a),図7(a)に示すように、結
晶方位〔100〕のN型シリコン基板31の上面と下面
にSiO2 膜41,42を設け、ホトリソグラフィ技術
によってSiO2 膜41に窓をあけ、P型不純物を高濃
度に導入してP++型領域43を形成する。
[0059] FIG. 6 (a), the as shown in FIG. 7 (a), the SiO 2 films 41 and 42 provided on the upper surface and the lower surface of the N-type silicon substrate 31 of the crystal orientation [100], SiO 2 by photolithography A window is opened in the film 41, and a P-type impurity is introduced at a high concentration to form a P ++- type region 43.

【0060】図6(b),図7(b)に示すように、S
iO2 膜41,42を除去し、CVD法により新しくシ
リコン基板31の下面にSiO2 膜44を約750nm
の厚さに、上面にSiO2 膜45を約500nmの厚さ
に、その上にSi3 4 膜46を約80nmの厚さに、
その上にSiO2 膜47を約500nmの厚さに設け
る。SiO2 膜44の上にホトレジストのマスク48を
設け,SiO2 膜47の上にホトレジストのマスク49
を設ける。そして、空洞部38(図5参照)を形成する
領域のマスク49に窓をあける。
As shown in FIGS. 6 (b) and 7 (b), S
The SiO 2 films 41 and 42 are removed and a SiO 2 film 44 is newly formed on the lower surface of the silicon substrate 31 by the CVD method to a thickness of about 750 nm.
, A SiO 2 film 45 having a thickness of about 500 nm on the upper surface, and a Si 3 N 4 film 46 having a thickness of about 80 nm thereon,
An SiO 2 film 47 is formed on the SiO 2 film to a thickness of about 500 nm. A photoresist mask 48 is provided on the SiO 2 film 44, and a photoresist mask 49 is provided on the SiO 2 film 47.
To provide. Then, a window is opened in the mask 49 in the region where the cavity 38 (see FIG. 5) is formed.

【0061】図6(c),図7(c)に示すように、
ッチングしてSiO2 膜47を選択除去した後に、マス
ク49を除去する。次に、SiO2 膜47をマスクとし
てSi3 4 膜46を選択エッチングする。次に、Si
3 4 膜46をマスクとしてSiO2 膜45,47を選
エッチングする。マスク48を除去し、シリコン基板
31の下面に新しくホトレジストのマスク50を設け、
空洞部38を形成する領域のマスク50に窓をあけ、S
iO2 膜44を選択除去する。しかる後、マスク50を
除去する。
[0061] FIG. 6 (c), the as shown in FIG. 7 (c), d
After the SiO 2 film 47 is selectively removed by etching, the mask 49 is removed. Next, the Si 3 N 4 film 46 is selectively etched using the SiO 2 film 47 as a mask. Next, Si
The SiO 2 films 45 and 47 are selectively etched using the 3 N 4 film 46 as a mask. The mask 48 is removed, and a new photoresist mask 50 is provided on the lower surface of the silicon substrate 31,
A window is opened in the mask 50 in the region where the cavity 38 is formed, and S
The iO 2 film 44 is selectively removed. After that, the mask 50 is removed.

【0062】図6(d),図7(d)に示すように、シ
リコン基板31の上面にホトレジストのマスク51を設
け、参照温度検出素子32、加熱素子33、複数の温度
検出素子34,35,36,37を形成する領域のマス
ク51に窓をあける。上方からTiとPtとを順次被着
して厚さ約30nmのTi膜と厚さ約200nmのPt
膜の二重膜からなる薄膜抵抗膜52を設ける。
As shown in FIGS. 6D and 7D, a photoresist mask 51 is provided on the upper surface of the silicon substrate 31, and a reference temperature detecting element 32, a heating element 33, and a plurality of temperature detecting elements 34, 35 are provided. , 36, 37 are formed in the mask 51 in the area. Ti and Pt are sequentially deposited from above to form a Ti film having a thickness of about 30 nm and Pt having a thickness of about 200 nm.
A thin film resistance film 52 made of a double film is provided.

【0063】図6(e),図7(e)に示すように、マ
スク51をその上のTi−Pt膜52と共に除去する。
残留した部分が図5の参照温度検出素子32、加熱素子
33、温度検出素子34〜37となる。表面にSiO2
膜53を形成し、その上にホトレジストのマスク54を
設け、裏面のSiO2 膜44の上にホトレジストのマス
ク55を設ける。マスク54の接続パッド形成予定領域
と空洞部38形成予定領域に窓をあけ、マスク55のP
++型領域露出予定領域に窓をあける。
As shown in FIGS. 6 (e) and 7 (e), the mask 51 is removed together with the Ti-Pt film 52 thereon.
The remaining portion becomes the reference temperature detecting element 32, the heating element 33, and the temperature detecting elements 34 to 37 in FIG. SiO 2 on the surface
A film 53 is formed, a photoresist mask 54 is provided on the film 53, and a photoresist mask 55 is provided on the SiO 2 film 44 on the back surface. A window is opened in the area where the connection pad is to be formed in the mask 54 and the area where the cavity 38 is to be formed.
++ Type area Open a window in the area to be exposed.

【0064】図6(f),図7(f)に示すように、
ッチングして露出している部のSiO2 膜53を選択除
去してTi−Pt膜52のPt膜表面を露出させ、接続
パッド56を形成する。そして、ホトレジストのマスク
54,55を除去する。
[0064] FIG. 6 (f), the as shown in FIG. 7 (f), d
The exposed SiO 2 film 53 is selectively removed by etching to expose the Pt film surface of the Ti—Pt film 52, and the connection pad 56 is formed. Then, the photoresist masks 54 and 55 are removed.

【0065】図6(g),図7(g)に示すように、ヒ
ドラジンまたはTMAH(テトラメチルアンモニウムハ
イドロオキサイド)でシリコン基板1を異方性エンチン
グしてP++型領域43とその周辺のSiO2 膜45を露
出させる。これにより図5に示すフローセンサが製造さ
れる。
As shown in FIGS. 6 (g) and 7 (g), the silicon substrate 1 is anisotropically etched with hydrazine or TMAH (tetramethylammonium hydroxide) to remove the P ++ -type region 43 and its surroundings. The SiO 2 film 45 is exposed. As a result, the flow sensor shown in FIG. 5 is manufactured.

【0066】図8は本発明の第3の実施例の正面図およ
び断面図である。
FIG. 8 is a front view and a sectional view of a third embodiment of the present invention.

【0067】第2の実施例と同様に、N型シリコン基板
61の上面にSiO2 膜、Si3 4 膜を設け、その上
にTi膜とPt膜の二重膜から成る薄膜抵抗膜で参照温
度検出素子62、加熱素子63、複数の温度検出素子6
4,65を間隔をおいて平行に形成する。複数の温度検
出素子を設けるのは、図3と図4で説明したように、流
速の測定可能範囲が加熱素子と温度検出素子との間の距
離xに依存するので、種々のxの値の温度検出素子を作
り、流速の大きさに応じてどの温度検出素子を使用する
かを選択できるようにして測定可能範囲を広げるためで
ある。第3の実施例では温度検出素子64,65を二つ
しか設けていないが、第2の実施例と同様に四つあるい
はそれ以上設けてよいことは勿論である。
Similar to the second embodiment, an N-type silicon substrate
SiO on the upper surface of 612Membrane, Si3N FourProvide a membrane and above it
The reference temperature is a thin resistance film consisting of a double film of Ti film and Pt film.
Temperature detection element 62, heating element 63, a plurality of temperature detection elements 6
4, 65 are formed in parallel with each other. Multiple temperature detection
The output element is provided as described in FIGS. 3 and 4.
The fast measurable range is the distance between the heating element and the temperature sensing element.
Since it depends on the distance x, it is possible to make temperature detecting elements of various values of x.
Which temperature sensing element to use depending on the magnitude of the flow velocity
To expand the measurable range by selecting
is there. In the third embodiment, two temperature detecting elements 64 and 65 are used.
Although only provided, there are four as in the second embodiment.
Of course, more may be provided.

【0068】素子62〜65の表面にSiO2 膜を被覆
すること、参照温度検出素子62の測温抵抗体62a、
加熱素子63のマイクロヒータ部63a、温度検出素子
64,65の測温抵抗体64a,65aの下に均熱板と
してP++型領域(図示せず)を設けることは第2の実施
例と同様である。次に、シリコン基板61を選択エッチ
して素子62〜65の間に空洞部68を形成すると同時
に測温抵抗体62a〜65aの下のシリコン部分61b
を除去してP++型領域の均熱板(図示せず)を露出させ
て各素子62〜65を熱絶縁する。素子62〜65は片
側がシリコン基板61に支持された片持ち梁構造とな
る。この点が第2の実施例と異なる点である。片持ち梁
形式で支持される構造にすると、熱的絶縁分離がさらに
進み、熱容量がさらに小さくなり、感度がさらに向上す
る。次に、プラスチック・モールド成形によって流管6
9を形成する。プラスチック・モールド成形は、チップ
に切り離してから行うこともできるが、工数がかかる
し、素子を傷めることもあるので、センサ素子が複数個
配列して形成されたウェーハのときに流管をプラスチッ
ク・モールド成形しておき、それから個別のチップに切
り離すのが良い。流管69は、その中心に測温抵抗体6
2a〜65aが位置するように、そして接続パッド62
b〜65bが流管69の外側に位置するように形成す
る。第3の実施例の製造方法は、第2の実施例とほぼ同
じである。
The surfaces of the elements 62 to 65 are coated with a SiO 2 film, the resistance temperature detector 62a of the reference temperature detecting element 62,
Providing a P ++ type region (not shown) as a soaking plate under the micro-heater portion 63a of the heating element 63 and the resistance temperature detectors 64a, 65a of the temperature detection elements 64, 65 is different from the second embodiment. It is the same. Next, the silicon substrate 61 is selectively etched to form the cavity 68 between the elements 62 to 65, and at the same time, the silicon portion 61b below the resistance temperature detectors 62a to 65a.
Is removed to expose a soaking plate (not shown) in the P + + type region to thermally insulate the elements 62 to 65. The elements 62 to 65 have a cantilever structure in which one side is supported by the silicon substrate 61. This point is different from the second embodiment. If the structure is supported in a cantilever form, the thermal insulation separation further proceeds, the heat capacity further decreases, and the sensitivity further improves. Next, the flow tube 6 is formed by plastic molding.
9 is formed. Plastic molding can be performed after cutting it into chips, but it takes man-hours and may damage the element. It is better to mold it and then cut it into individual chips. The flow tube 69 has a resistance temperature detector 6 at its center.
2a to 65a are positioned, and the connection pad 62
It is formed so that b to 65b are located outside the flow tube 69. The manufacturing method of the third embodiment is almost the same as that of the second embodiment.

【0069】図9は図8に示した実施例を用いた流体の
測定方法を説明するための斜視図である。ただし、簡単
化のため、説明に直接関係しない参照温度検出素子62
と温度検出素子65とは省略してある。
FIG. 9 is a perspective view for explaining a fluid measuring method using the embodiment shown in FIG. However, for simplification, the reference temperature detection element 62 not directly related to the description is used.
And the temperature detection element 65 are omitted.

【0070】温度検出素子64の二つの接続パッド64
bの間に、この温度検出素子64の全抵抗と実質的に等
しい抵抗値を有する第1,第2,第3抵抗R1 ,R2
3を直列に接続する。温度検出素子64と第1,第
2,第3抵抗R1 ,R2 ,R3とはブリッジ回路を構成
している。第1抵抗R1 と第2抵抗R2 の両端に電源6
7を接続し、第2抵抗R2 と第3抵抗R3 の接続点と、
第1抵抗R1 の他端と接続パッド64bとの接続点にそ
れぞれ端子を取付け、この端子に現れる出力電圧をVo
utとする。加熱素子63の接続パッド63bに加熱電
源66を接続し、矩形波のパルス電流を所定周波数で印
加する。流体が流れていないときは、ブリッジ回路は平
衡が保たれ、出力電圧Voutはゼロである。流体を矢
印の方向に流すと、加熱素子63で加熱された流体が温
度検出素子64に流れてくると温度検出素子64の抵抗
値が変化して電圧Voutが出力する。この電圧Vou
tを演算回路(図示せず)で演算して流速を求める。
Two connection pads 64 of the temperature detecting element 64
Between b, the first, second and third resistors R 1 , R 2 , having a resistance value substantially equal to the total resistance of the temperature detecting element 64,
Connect R 3 in series. The temperature detecting element 64 and the first, second and third resistors R 1 , R 2 and R 3 form a bridge circuit. A power supply 6 is provided across the first resistor R 1 and the second resistor R 2.
7 is connected to the connection point of the second resistor R 2 and the third resistor R 3 ,
A terminal is attached to each connection point between the other end of the first resistor R 1 and the connection pad 64b, and the output voltage appearing at this terminal is Vo.
ut. A heating power source 66 is connected to the connection pad 63b of the heating element 63, and a rectangular wave pulse current is applied at a predetermined frequency. When no fluid is flowing, the bridge circuit is balanced and the output voltage Vout is zero. When the fluid is made to flow in the direction of the arrow and the fluid heated by the heating element 63 flows to the temperature detection element 64, the resistance value of the temperature detection element 64 changes and the voltage Vout is output. This voltage Vou
An arithmetic circuit (not shown) calculates t to obtain the flow velocity.

【0071】図10は図9に示した実施例で計測した平
均流速と熱伝播時間との関係を示す相関図である。
FIG. 10 is a correlation diagram showing the relationship between the average flow velocity and the heat propagation time measured in the embodiment shown in FIG.

【0072】(4)式を変形すると、 1/T=v/x …(5) が得られる。横軸に平均流速vをとり、縦軸に熱伝播時
間Tの逆数1/T(ms)をとると、(5)式は直線で
表される。xの値を1mm,10.2mmとして、実測
すると図10に示す結果が得られた。実測値は直線上に
乗り、高精度で測定できることを示している。
By modifying the equation (4), 1 / T = v / x (5) is obtained. When the average velocity v is plotted on the horizontal axis and the reciprocal 1 / T (ms) of the heat propagation time T is plotted on the vertical axis, the equation (5) is expressed by a straight line. When the values of x were set to 1 mm and 10.2 mm, the results shown in FIG. 10 were obtained by actual measurement. The measured value indicates that it can be measured with high accuracy by riding on a straight line.

【0073】図11は図9に示した実施例で測定した平
均流速の平方根と出力電圧との関係を示す相関図であ
る。
FIG. 11 is a correlation diagram showing the relationship between the square root of the average flow velocity measured in the embodiment shown in FIG. 9 and the output voltage.

【0074】横軸に平均流速vの平方根をとり、縦軸に
出力電圧Voutをとり、熱伝播時間Tをパラメータに
して実測した。熱伝播時間Tは、2ms,5ms,10
ms,20msの4種類とした。図示するように、いず
れも実測値は直線上に乗り、高精度で測定できることを
示している。熱伝播時間と流速との関係は、流体の汚れ
によってセンサ表面が汚染され出力電圧が変動していな
いかどうかを判別するために使用される。図11のよう
なデータは、最初に一度とっておくと、後は時々汚染チ
ェックのためにとり、最初にとったデータと比べて変化
がなければ良いのである。通常は、出力電圧と流速との
関係を計測する。
The square root of the average flow velocity v is plotted on the abscissa and the output voltage Vout is plotted on the ordinate, and the heat propagation time T was used as a parameter for actual measurement. Heat propagation time T is 2 ms, 5 ms, 10
There are four types, ms and 20 ms. As shown in the figure, in all cases, the measured values are on a straight line, and it can be measured with high accuracy. The relationship between heat transfer time and flow velocity is used to determine if the sensor voltage is contaminated by fluid contamination and the output voltage is not fluctuating. The data shown in FIG. 11 should be stored once at the beginning and then taken for a contamination check from time to time so that there is no change compared with the data taken at the beginning. Usually, the relationship between the output voltage and the flow velocity is measured.

【0075】図12は本発明の第4の実施例の平面図お
よび断面図である。
FIG. 12 is a plan view and a sectional view of the fourth embodiment of the present invention.

【0076】第2の実施例と同様に、N型シリコン基板
91の上面にSiO2 膜、Si3 4 膜を設け、その上
にTi膜とPt膜の二重膜から成る薄膜抵抗膜で参照温
度検出素子92、加熱素子93、複数の温度検出素子9
4を間隔をおいて平行に形成する。素子92〜94の表
面にSiO2 膜を被覆すること、参照温度検出素子92
の測温抵抗体92a、加熱素子93のマイクロヒータ部
93a、温度検出素子94の測温抵抗体94aの下に均
熱板としてP++型領域95を設けること、シリコン基板
91を選択エッチして素子92〜94の間に空洞部98
を形成すること、P++型領域の均熱板95を露出させて
各素子92〜94を熱絶縁することも第2の実施例と同
様である。素子92〜94は両側がシリコン基板91に
支持された両持ち梁構造となる。
N-type silicon substrate similar to the second embodiment
SiO on the upper surface of 912Membrane, Si3N FourProvide a membrane and above it
The reference temperature is a thin resistance film consisting of a double film of Ti film and Pt film.
Temperature detecting element 92, heating element 93, a plurality of temperature detecting elements 9
4 are formed in parallel at intervals. Table of elements 92 to 94
SiO on the surface2Coating film, reference temperature sensing element 92
Temperature measuring resistor 92a, micro-heater part of heating element 93
93a, a temperature detecting element 94, and a temperature measuring element 94a.
P as a hot plate++Providing mold region 95, silicon substrate
91 is selectively etched to form a cavity 98 between the elements 92 to 94.
Forming P,++Exposing the heat equalizing plate 95 in the mold area
It is the same as the second embodiment that the elements 92 to 94 are thermally insulated.
It is like. Both sides of the elements 92 to 94 are on the silicon substrate 91.
It becomes a supported double-supported beam structure.

【0077】次に、ガラス製の流管96を取り付ける。
流管96は、図13に示すように、角柱形の上部流管部
材97と下部流管部材98の二つから成り、各々の内側
に凹部97a,98aが設けられ、上部流管部材97の
外壁には接続パッド92b〜94bを露出させるための
切欠部97bが形成されている。この二つの部材97と
98との間にシリコン基板91を挟み、測温抵抗体92
a〜94aが凹部97a,98aの内側に位置し接続パ
ッド92b〜94bが切欠部97bから露出するように
位置合わせして陽極接合法で接合する。凹部97a,9
8aは、ガスが流れる通路となる。接続パッド92b〜
94bに接続導体線99を熱圧着法等で接続する。
Next, the glass flow tube 96 is attached.
As shown in FIG. 13, the flow pipe 96 is composed of two prismatic upper flow pipe members 97 and a lower flow pipe member 98, and recesses 97 a and 98 a are provided inside each of them, and the upper flow pipe member 97 has a concave portion 97 a. A cutout portion 97b for exposing the connection pads 92b to 94b is formed on the outer wall. The silicon substrate 91 is sandwiched between the two members 97 and 98, and the resistance temperature detector 92
The a-94a are positioned inside the recesses 97a and 98a, and the connection pads 92b-94b are aligned so as to be exposed from the notch 97b, and are bonded by the anodic bonding method. Recesses 97a, 9
8a serves as a passage through which gas flows. Connection pad 92b-
The connecting conductor wire 99 is connected to 94b by a thermocompression bonding method or the like.

【0078】図14は図12に示す第4の実施例のフロ
ーセンサ素子を形成したシリコン・ウェーハの平面図お
よび断面図である。
FIG. 14 is a plan view and a sectional view of a silicon wafer on which the flow sensor element of the fourth embodiment shown in FIG. 12 is formed.

【0079】シリコン・ウェーハ101には複数個のフ
ローセンサ素子102が整列して形成されている。フロ
ーセンサ素子102は図12に示す一組の参照温度検出
素子92と加熱素子93と複数の温度検出素子94から
成る。製造方法は図2で説明した方法と同じである。
On the silicon wafer 101, a plurality of flow sensor elements 102 are formed in line. The flow sensor element 102 comprises a set of reference temperature detecting element 92, heating element 93, and a plurality of temperature detecting elements 94 shown in FIG. The manufacturing method is the same as the method described in FIG.

【0080】図15は図12に示す第4の実施例の上部
流管部材を形成した上部ガラス板の平面図および断面図
である。
FIG. 15 is a plan view and a sectional view of an upper glass plate on which the upper flow tube member of the fourth embodiment shown in FIG. 12 is formed.

【0081】上部ガラス板111の下面には凹部97a
が複数個整列して形成されている。また、各フローセン
サ素子102に対応して切欠部97bが貫通孔の形で形
成されている。凹部97aと切欠部97bは、ホトレジ
ストを用いるエッチングおよび機械加工(超音波加工、
レーザ加工、ダイシング等)で形成される。
A recess 97a is formed on the lower surface of the upper glass plate 111.
Are aligned and formed. A cutout portion 97b is formed in the form of a through hole corresponding to each flow sensor element 102. The recess 97a and the notch 97b are etched and machined using a photoresist (ultrasonic machining,
Laser processing, dicing, etc.).

【0082】図16は図12に示す第4の実施例の下部
流管部材を形成した下部ガラス板の平面図および断面図
である。
FIG. 16 is a plan view and a sectional view of a lower glass plate on which the lower flow tube member of the fourth embodiment shown in FIG. 12 is formed.

【0083】下部ガラス板121の下面には凹部98a
が複数個整列して形成されている。凹部98aは、ホト
レジストを用いるエッチングおよび機械加工(超音波加
工、レーザ加工、ダイシング等)で形成される。
A recess 98a is formed on the lower surface of the lower glass plate 121.
Are aligned and formed. The recess 98a is formed by etching using a photoresist and mechanical processing (ultrasonic processing, laser processing, dicing, etc.).

【0084】図17は図12に示す第4の実施例の製造
方法を説明するための平面図および断面図である。
FIG. 17 is a plan view and a sectional view for explaining the manufacturing method of the fourth embodiment shown in FIG.

【0085】シリコン・ウェーハ101に上部ガラス板
111と下部ガラス板121を重ねて位置合わせして陽
極接合法により貼合わせる。陽極接合は、約400℃の
温度に加熱して600〜1000Vの直流電圧を印加す
ることにより行われる。このように、上部ガラス板11
1と下部ガラス板121でシリコン・ウェーハ101で
挟むと、SiO2 膜、Si3 4 膜、その上の薄膜抵抗
膜の参照温度検出素子92、加熱素子93、複数の温度
検出素子94がガラス板の凹部97a,98aの間に保
持され、外部から保護される。
The upper glass plate 111 and the lower glass plate 121 are superposed on the silicon wafer 101, aligned with each other, and bonded by the anodic bonding method. Anodic bonding is performed by heating to a temperature of about 400 ° C. and applying a DC voltage of 600 to 1000V. In this way, the upper glass plate 11
1 and the lower glass plate 121 sandwiching the silicon wafer 101, the SiO 2 film, the Si 3 N 4 film, and the reference temperature detecting element 92, the heating element 93, and the plurality of temperature detecting elements 94 of the thin film resistance film on the SiO 2 film, the Si 3 N 4 film It is held between the recesses 97a, 98a of the plate and is protected from the outside.

【0086】次に、上部ガラス板111とシリコン・ウ
ェーハ101と下部ガラス板121を切断刃131で切
断して個別のフローセンサ素子102のチップに切り離
す。切断は、図17に破線132,133で示すよう
に、縦横2方向に行う。SiO 2 膜、Si3 4 膜、そ
の上の薄膜抵抗膜の参照温度検出素子92、加熱素子9
3、複数の温度検出素子94は上部ガラス板111と下
部ガラス板121の間に挟まれて保護された状態で切断
されるので、破損することがない。従って、高い歩留り
で熱伝播時間計測型フローセンサを製造することができ
る。なお、第4の実施例ではガラス板の凹部97a,9
8aの断面形状を矩形にしたが、各々半円形にしてもよ
いことは勿論である。
Next, the upper glass plate 111 and the silicon
Cut the wafer 101 and the lower glass plate 121 with the cutting blade 131.
Disconnect and separate into individual flow sensor element 102 chips
You The cutting is indicated by broken lines 132 and 133 in FIG.
Then, it is performed in two directions, vertical and horizontal. SiO 2Membrane, Si3NFourMembrane
Reference temperature detecting element 92 and heating element 9 of thin film resistive film on
3, the plurality of temperature detecting elements 94 and the upper glass plate 111 and the lower
Cut while being protected by being sandwiched between the glass plates 121
Therefore, it will not be damaged. Therefore, high yield
It is possible to manufacture heat flow time measuring type flow sensor with
It In the fourth embodiment, the recesses 97a, 9a of the glass plate are used.
Although the cross-sectional shape of 8a is rectangular, it may be semicircular.
Of course not.

【0087】[0087]

【発明の効果】以上説明したように、本発明では、シリ
コン基板にSiO2 膜とSi3 4 膜の二重膜を設け、
その上に薄膜抵抗膜で参照温度検出素子、加熱素子、温
度検出素子を間隔をおいて設け、表面をSiO2 膜を被
覆し、これらの素子の測温抵抗体の下のシリコンを除去
した熱絶縁構造としたので、感度が良く、広範囲の流速
を計測でき、汚れに対する耐性が高い熱伝播時間計測型
フローセンサを得ることができる。
As described above, according to the present invention, the double film of the SiO 2 film and the Si 3 N 4 film is provided on the silicon substrate,
A reference temperature detecting element, a heating element, and a temperature detecting element are provided at intervals with a thin film resistance film, the surface is covered with a SiO 2 film, and heat is generated by removing the silicon under the resistance temperature detector of these elements. Since it is an insulating structure, it is possible to obtain a heat propagation time measuring type flow sensor having high sensitivity, capable of measuring a wide range of flow velocity, and having high resistance to dirt.

【0088】また、シリコン基板に複数のフローセンサ
素子を形成しておき、上部および下部流管部材となる上
部ガラス板と下部ガラス板を貼り合わせてから個別のフ
ローセンサ・チップに切り離すようにしたので、フロー
センサ素子を破損することがなく、高い歩留りと少ない
工数で熱伝播時間計測型フローセンサを製造することが
できる。
Further, a plurality of flow sensor elements are formed on a silicon substrate, and an upper glass plate and a lower glass plate which are upper and lower flow tube members are attached to each other and then cut into individual flow sensor chips. Therefore, the flow sensor element is not damaged, and the heat propagation time measuring type flow sensor can be manufactured with a high yield and a small number of steps.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の第1の実施例の平面図および断面図で
ある。
FIG. 1 is a plan view and a sectional view of a first embodiment of the present invention.

【図2】図1の実施例の製造方法を説明するための工程
順に示した断面図である。
2A to 2D are cross-sectional views showing the manufacturing method of the embodiment in FIG. 1 in order of steps for explaining the manufacturing method.

【図3】図1に示した実施例を用いた流体の測定方法を
説明するための斜視図である。
FIG. 3 is a perspective view for explaining a fluid measuring method using the embodiment shown in FIG.

【図4】図3に示した実施例で測定した平均流速と熱伝
播時間との関係を示す相関図である。
FIG. 4 is a correlation diagram showing the relationship between the average flow velocity measured in the example shown in FIG. 3 and the heat propagation time.

【図5】本発明の第2の実施例の正面図および断面図で
ある。
FIG. 5 is a front view and a sectional view of a second embodiment of the present invention.

【図6】図5の実施例の製造方法を説明するための工程
順に示したC−C´線方向断面図である。
6A to 6C are cross-sectional views taken along the line CC 'in the order of steps for explaining the manufacturing method of the embodiment of FIG.

【図7】図5の実施例の製造方法を説明するための工程
順に示したD−D´方向線断面図である。
7A to 7C are cross-sectional views taken along the line DD 'in the order of steps for explaining the manufacturing method of the embodiment in FIG.

【図8】本発明の第3の実施例の正面図および断面図で
ある。
FIG. 8 is a front view and a sectional view of a third embodiment of the present invention.

【図9】図8に示した実施例を用いた流体の測定方法を
説明するための斜視図である。
9 is a perspective view for explaining a fluid measuring method using the embodiment shown in FIG.

【図10】図9に示した実施例で測定した平均流速と熱
伝播時間との関係を示す相関図である。
10 is a correlation diagram showing the relationship between the average flow velocity and the heat propagation time measured in the example shown in FIG.

【図11】図9に示した実施例で測定した平均流速の平
方根と出力電圧との関係を示す相関図である。
11 is a correlation diagram showing the relationship between the square root of the average flow velocity measured in the embodiment shown in FIG. 9 and the output voltage.

【図12】本発明の第4の実施例の平面図および断面図
である。
FIG. 12 is a plan view and a sectional view of a fourth embodiment of the present invention.

【図13】図12に示すガラス製流管の分解斜視図であ
る。
13 is an exploded perspective view of the glass flow tube shown in FIG.

【図14】図12に示す第4の実施例のフローセンサ素
子を形成したシリコン・ウェーハの平面図および断面図
である。
FIG. 14 is a plan view and a cross-sectional view of a silicon wafer on which the flow sensor element of the fourth embodiment shown in FIG. 12 is formed.

【図15】図12に示す第4の実施例の上部流管部材を
形成した上部ガラス板の平面図および断面図である。
15A and 15B are a plan view and a sectional view of an upper glass plate on which an upper flow tube member of a fourth embodiment shown in FIG. 12 is formed.

【図16】図12に示す第4の実施例の下部流管部材を
形成した下部ガラス板の平面図および断面図である。
16 is a plan view and a cross-sectional view of a lower glass plate on which a lower flow tube member of the fourth embodiment shown in FIG. 12 is formed.

【図17】図12に示す第4の実施例の製造方法を説明
するための平面図および断面図である。
17A and 17B are a plan view and a cross-sectional view for explaining the manufacturing method of the fourth example shown in FIG.

【図18】従来の熱パルス・ワイヤ法を利用したフロー
センサの原理を説明するための断面図である。
FIG. 18 is a sectional view for explaining the principle of a flow sensor using a conventional heat pulse wire method.

【図19】従来の熱移動型フローセンサの一例の一部切
り欠き斜視図である。
FIG. 19 is a partially cutaway perspective view of an example of a conventional heat transfer type flow sensor.

【図20】従来のシリコンを用いたフローセンサの一例
の一部切り欠き斜視図である。
FIG. 20 is a partially cutaway perspective view of an example of a conventional flow sensor using silicon.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 N型シリコン基板 2 SiO2 膜 3 P++型領域 4 SiO2 膜 5 Si3 4 膜 6 参照温度検出素子 6a 測温抵抗体 7 加熱素子 7a マイクロヒータ部 8 温度検出素子 8a 測温抵抗体 9 SiO2 膜 17 接続パッド1 N-type silicon substrate 2 SiO 2 film 3 P ++ type region 4 SiO 2 film 5 Si 3 N 4 film 6 Reference temperature detecting element 6a Temperature measuring resistor 7 Heating element 7a Micro heater part 8 Temperature detecting element 8a Temperature measuring resistance Body 9 SiO 2 film 17 Connection pad

フロントページの続き (56)参考文献 特開 平9−145442(JP,A) 特開 平2−262013(JP,A) 特開 昭63−282662(JP,A) 特開 昭59−79118(JP,A) 特表 平5−508915(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G01F 1/00 - 9/02 Continuation of the front page (56) Reference JP-A-9-145442 (JP, A) JP-A-2-262013 (JP, A) JP-A-63-282662 (JP, A) JP-A-59-79118 (JP , A) Tokuheihei 5-508915 (JP, A) (58) Fields investigated (Int.Cl. 7 , DB name) G01F 1/00-9/02

Claims (14)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 流体が流れる流管内に設けられた一導電
型シリコン基板と、このシリコン基板の上面に設けられ
た絶縁膜と、この絶縁膜上に間隔をおいて平行に前記流
体の上流側から下流側に向かって順に薄膜抵抗膜で形成
された加熱素子および温度検出素子と、前記加熱素子の
マイクロヒータ部の下の前記シリコン基板を裏面から選
択エッチして前記絶縁膜を露出させる凹部とを備えた熱
伝播時間計測型フローセンサにおいて、 前記加熱素子の上流側に参照温度検出素子が設けられ、
前記参照温度検出素子、前記加熱素子および前記温度検
出素子の表面が酸化シリコン膜で被覆され、前記参照温
度検出素子の測温抵抗体と前記加熱素子のマイクロヒー
タ部と前記温度検出素子の測温抵抗体の下にそれぞれ均
熱板として反対導電型領域が設けられ、前記シリコン基
板に前記反対導電型領域とその周辺の前記絶縁膜を露出
させる凹部が設けられていることを特徴とする熱伝播時
間計測型フローセンサ。
1. A one-conductivity-type silicon substrate provided in a flow tube through which a fluid flows, an insulating film provided on the upper surface of the silicon substrate, and an upstream side of the fluid parallel to and spaced from the insulating film. A heating element and a temperature detection element which are sequentially formed from a thin film resistance film toward the downstream side, and a recess for selectively etching the silicon substrate under the micro-heater portion of the heating element from the back surface to expose the insulating film. In a heat propagation time measurement type flow sensor comprising, a reference temperature detection element is provided on the upstream side of the heating element,
Surfaces of the reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element are covered with a silicon oxide film, and a resistance temperature detector of the reference temperature detecting element, a micro-heater portion of the heating element, and a temperature measuring element of the temperature detecting element. Heat propagation, characterized in that regions of opposite conductivity type are provided below the resistor as heat equalizing plates, and a recess is formed in the silicon substrate to expose the region of opposite conductivity type and the insulating film around it. Time measurement type flow sensor.
【請求項2】 前記絶縁膜が酸化シリコン膜と窒化シリ
コン膜の二重膜で構成されていることを特徴とする請求
項1記載の熱伝播時間計測型フローセンサ。
2. The heat propagation time measuring type flow sensor according to claim 1, wherein the insulating film is composed of a double film of a silicon oxide film and a silicon nitride film.
【請求項3】 前記温度検出素子が少なくとも二つ間隔
をおいて設けられていることを特徴とする請求項1記載
の熱伝播時間計測型フローセンサ。
3. The heat propagation time measuring type flow sensor according to claim 1, wherein the temperature detecting elements are provided at least at two intervals.
【請求項4】 前記薄膜抵抗膜がチタン膜と白金膜の二
重膜で構成されていることを特徴とする請求項1記載の
熱伝播時間計測型フローセンサ。
4. The heat propagation time measurement type flow sensor according to claim 1, wherein the thin film resistance film is composed of a double film of a titanium film and a platinum film.
【請求項5】 前記参照温度検出素子と加熱素子と温度
検出素子との間に空洞が形成され、前記参照温度検出素
子と加熱素子と温度検出素子が前記シリコン基板に両持
ち梁形式で支持されていることを特徴とする請求項1記
載の熱伝播時間計測型フローセンサ。
5. A cavity is formed between the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element, and the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element are supported on the silicon substrate in a double-supported beam form. The heat transfer time measuring type flow sensor according to claim 1, wherein
【請求項6】 前記参照温度検出素子と加熱素子と温度
検出素子との間に空洞が形成され、前記参照温度検出素
子と加熱素子と温度検出素子が前記シリコン基板に片持
ち梁形式で支持されていることを特徴とする請求項1記
載の熱伝播時間計測型フローセンサ。
6. A cavity is formed between the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element, and the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element are supported on the silicon substrate in a cantilever manner. The heat transfer time measuring type flow sensor according to claim 1, wherein
【請求項7】 前記参照温度検出素子の一端子と前記温
度検出素子の一端子との間に直流電源が接続され、この
電源に並列に前記温度検出素子の抵抗値に実質的に等し
い抵抗値を有する第1抵抗と可変抵抗と前記参照温度検
出素子の抵抗値より少し小さい抵抗値を有する第2抵抗
とが直列接続されてブリッジ回路が構成され、前記第1
抵抗と可変抵抗との接続点から第1出力端子が取り出さ
れ、前記参照温度検出素子の他端子と前記温度検出素子
の他端子とに共通に接続する第2出力端子が取り出さ
れ、前記第1出力端子と前記第2出力端子との間に出力
される電圧を測定信号源とする出力回路を備えたことを
特徴とする請求項1記載の熱伝播時間計測型フローセン
サ。
7. A DC power source is connected between one terminal of the reference temperature detecting element and one terminal of the temperature detecting element, and a resistance value substantially equal to the resistance value of the temperature detecting element is connected in parallel to the power source. And a variable resistor and a second resistor having a resistance value slightly smaller than the resistance value of the reference temperature detecting element are connected in series to form a bridge circuit,
A first output terminal is taken out from a connection point of the resistance and the variable resistance, and a second output terminal commonly connected to the other terminal of the reference temperature detecting element and the other terminal of the temperature detecting element is taken out, and the first output terminal is taken out. The heat propagation time measuring type flow sensor according to claim 1, further comprising an output circuit using a voltage output between the output terminal and the second output terminal as a measurement signal source.
【請求項8】 前記温度検出素子の二つの端子の間に直
流電源が接続され、この電源に並列に前記温度検出素子
の抵抗値と実質的に等しい抵抗値をそれぞれ有する第1
抵抗と第2抵抗と第3抵抗とが直列接続されてブリッジ
回路が構成され、前記第2抵抗と前記第3抵抗との接続
点から第1出力端子が取り出され、前記第1抵抗と前記
温度検出素子の一端子との接続点から第2出力端子が取
り出され、前記第1出力端子と前記第2出力端子との間
に出力される電圧を測定信号源とする出力回路を備えた
ことを特徴とする請求項1記載の熱伝播時間計測型フロ
ーセンサ。
8. A first direct current power supply is connected between two terminals of the temperature detecting element, and has a resistance value substantially equal to a resistance value of the temperature detecting element in parallel with the power supply.
A resistor, a second resistor, and a third resistor are connected in series to form a bridge circuit, and a first output terminal is taken out from a connection point between the second resistor and the third resistor, and the first resistor and the temperature. A second output terminal is taken out from a connection point with one terminal of the detection element, and an output circuit using a voltage output between the first output terminal and the second output terminal as a measurement signal source is provided. The heat transfer time measuring type flow sensor according to claim 1.
【請求項9】 前記参照温度検出素子と加熱素子と温度
検出素子が前記シリコン基板に両持ち梁形式で支持さ
れ、この二つの支持部が流管の管壁に支持され、前記参
照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子とが前記流管
内に位置することを特徴とする請求項1または請求項5
記載の熱伝播時間計測型フローセンサ。
9. The reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element are supported on the silicon substrate in a double-supported beam form, and the two supporting portions are supported on the wall of the flow tube, and the reference temperature detecting element is provided. The heating element and the temperature detecting element are located in the flow tube.
The heat transfer time measurement type flow sensor described.
【請求項10】 前記参照温度検出素子と加熱素子と温
度検出素子が前記シリコン基板に片持ち梁形式で支持さ
れ、この支持部が流管の管壁に支持され、前記参照温度
検出素子と加熱素子と温度検出素子とが前記流管内に位
置することを特徴とする請求項1または請求項6記載の
熱伝播時間計測型フローセンサ。
10. The reference temperature detecting element, the heating element, and the temperature detecting element are supported by the silicon substrate in a cantilever manner, and the supporting portion is supported by the tube wall of the flow tube, and the reference temperature detecting element and the heating element are heated. The heat propagation time measuring type flow sensor according to claim 1 or 6, wherein an element and a temperature detecting element are located in the flow tube.
【請求項11】 前記流管がプラスチックまたはガラス
で作られていることを特徴とする請求項9または請求項
10載の熱伝播時間計測型フローセンサ。
11. The heat transit time measuring type flow sensor according to claim 9, wherein the flow tube is made of plastic or glass.
【請求項12】 一導電型シリコン基板に反対導電型不
純物を高濃度に拡散して均熱板としての反対導電型領域
を選択的に形成する工程と、 前記シリコン基板の表面に第1のSiO2 膜を設け、そ
の上にSi3 4 膜を設ける工程と、 前記Si3 4 膜の上にホトレジストを被着しパターニ
ングしてホトレジストのマスクを設け、TiとPtを被
着してTiとPtの二重膜から成る薄膜抵抗膜を形成す
る工程と、 前記ホトレジストのマスクを溶解除去して前記TiとP
tの二重膜の参照温度検出素子と加熱素子と温度検出素
子を形成する工程と、 前記参照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子を含む
シリコン基板の両面に第2のSiO2 膜を形成し、その
上にホトレジストのマスクを設け、前記参照温度検出素
子と加熱素子と温度検出素子の接続パッド露出予定領域
と前記反対導電型領域露出予定領域に窓をあけ、この窓
部分の第2のSiO2 膜をエッチング除去する工程と、 前記シリコン基板を異方性エッチングして前記反対導電
型領域とその周辺の前記第1のSiO2 膜を露出させる
工程と、 を備えていることを特徴とする熱伝播時間計測型フロー
センサの製造方法。
12. A step of selectively diffusing an impurity of opposite conductivity type into a silicon substrate of one conductivity type at a high concentration to selectively form an opposite conductivity type region as a soaking plate , and forming a first SiO 2 film on the surface of the silicon substrate. 2 film is provided, comprising: providing a the Si 3 N 4 film thereon, and a photoresist is deposited patterned on the the Si 3 N 4 film provided a mask of the photoresist, by depositing Ti and Pt Ti A step of forming a thin film resistance film composed of a double film of Pt and Pt, and dissolving and removing the mask of the photoresist to remove the Ti and P
a step of forming the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element of the double film of t, and forming the second SiO 2 film on both surfaces of the silicon substrate including the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element. Then, a photoresist mask is provided thereon, and a window is opened in the connection pad exposed area of the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element and the opposite conductivity type area exposed area, and the second portion of the window portion is exposed. A step of etching away the SiO 2 film, and a step of anisotropically etching the silicon substrate to expose the opposite conductivity type region and the first SiO 2 film in the periphery thereof. Method of manufacturing heat flow time measuring type flow sensor.
【請求項13】 (A)一導電型シリコン基板に反対導
電型不純物を高濃度に拡散して均熱板としての反対導電
型領域を選択的に形成する工程と、 前記シリコン基板の表面に第1のSiO2 膜を設け、そ
の上にSi3 4 膜を設ける工程と、 前記Si3 4 膜の上にホトレジストを被着しパターニ
ングしてホトレジストのマスクを設け、TiとPtを被
着してTiとPtの二重膜から成る薄膜抵抗膜を形成す
る工程と、 前記ホトレジストのマスクを溶解除去して前記TiとP
tの二重膜の参照温度検出素子と加熱素子と温度検出素
子を形成する工程と、 前記参照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子を含む
シリコン基板の両面に第2のSiO2 膜を形成し、その
上にホトレジストのマスクを設け、前記参照温度検出素
子と加熱素子と温度検出素子の接続パッド露出予定領域
と前記反対導電型領域露出予定領域に窓をあけ、この窓
部分の第2のSiO2 膜をエッチング除去する工程と、 前記シリコン基板を異方性エッチングして前記反対導電
型領域とその周辺の前記第1のSiO2 膜を露出させる
工程ととを有し、一組の参照温度検出素子と加熱素子と
温度検出素子を一個のフローセンサ素子とするフローセ
ンサ素子を複数個配列して一枚のシリコン基板に形成す
るフローセンサ素子搭載ウェーハの製造工程、 (B)ガラスまたはプラスチックの平板の一面に前記参
照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子の上をガスが
流れるように前記参照温度検出素子と加熱素子と温度検
出素子に対応した位置に凹部を形成し、前記参照温度検
出素子と加熱素子と温度検出素子の各々の接続パッドに
対応した位置に開口部を形成する上部流管用平板の形成
工程と、 ガラスまたはプラスチックの平板の一面に前記参照温度
検出素子と加熱素子と温度検出素子の下をガスが流れる
ように前記参照温度検出素子と加熱素子と温度検出素子
に対応した位置に凹部を形成する下部流管用平板の形成
工程と、 とを有する流管用平板の製造工程、 (C)前記フローセンサ素子の上面と前記上部流管用平
板の凹部とが向い合うように位置合わせして前記フロー
センサ素子搭載ウェーハの上面に前記上部流管用平板を
置き、前記フローセンサ素子の下面と前記下部流管用平
板の凹部とが向い合うように位置合わせして前記フロー
センサ素子搭載ウェーハの下面に前記下部流管用平板を
置き、前記フローセンサ素子搭載ウェーハと上部流管用
平板と下部流管用平板とを貼合わせる貼合わせ工程、 (D)前記貼合わせたフローセンサ素子搭載ウェーハと
上部流管用平板と下部流管用平板を切断して個別の流管
付きフローセンサに切り離す切断工程、 を備えていることを特徴とする熱伝播時間計測型フロー
センサの製造方法。
13. A step of: (A) diffusing an impurity of opposite conductivity type into a silicon substrate of one conductivity type at a high concentration to selectively form a region of opposite conductivity type as a soaking plate ; No. 1 SiO 2 film is provided and a Si 3 N 4 film is provided thereon, and a photoresist is deposited on the Si 3 N 4 film and patterned to provide a photoresist mask, and Ti and Pt are deposited. Forming a thin resistance film composed of a double film of Ti and Pt, and removing the mask of the photoresist by dissolution to remove the Ti and P
a step of forming the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element of the double film of t, and forming the second SiO 2 film on both surfaces of the silicon substrate including the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element. Then, a photoresist mask is provided thereon, and a window is opened in the connection pad exposed area of the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element and the opposite conductivity type area exposed area, and the second portion of the window portion is exposed. A step of etching away the SiO 2 film, and a step of anisotropically etching the silicon substrate to expose the opposite conductivity type region and the first SiO 2 film in the periphery thereof. A process for manufacturing a wafer equipped with a flow sensor element, in which a plurality of flow sensor elements each having a temperature detection element, a heating element, and a temperature detection element as one flow sensor element are arranged and formed on a single silicon substrate. Forming a concave portion at a position corresponding to the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element so that gas flows over the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element on one surface of a flat plate of glass or plastic, A step of forming a flat plate for the upper flow tube that forms an opening at a position corresponding to each connection pad of the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element; and the reference temperature detecting element on one surface of the glass or plastic flat plate. A flow tube flat plate having a step of forming a concave portion at a position corresponding to the reference temperature detecting element, the heating element and the temperature detecting element so that gas flows under the heating element and the temperature detecting element, and (C) The flow sensor element mounting wafer is aligned such that the upper surface of the flow sensor element and the recess of the flat plate for the upper flow tube face each other. The upper flow tube flat plate is placed on the upper surface of the flow sensor element, and the lower surface of the flow sensor element is aligned so that the lower surface of the flow sensor element and the recess of the lower flow tube plate face each other. And a step of laminating the wafer with the flow sensor element, the flat plate for the upper flow tube and the flat plate for the lower flow tube, and (D) cutting the bonded wafer with the flow sensor element, the flat plate for the upper flow tube and the flat plate for the lower flow tube And a cutting step for cutting the flow sensor with individual flow tubes into separate pieces.
【請求項14】 前記凹部の断面が半円形または矩形で
あることを特徴とする請求項13記載の熱伝播時間計測
型フローセンサの製造方法。
14. The method of manufacturing a heat propagation time measuring type flow sensor according to claim 13, wherein the recess has a semicircular or rectangular cross section.
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