JP3500040B2 - フローセンサ - Google Patents
フローセンサInfo
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、流体の流量や流速
などを測定するためのフローセンサに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、都市ガスや水道水などの流体
の流量や流速を測定するためのセンサとしてフローセン
サ（マイクロフローセンサ）が知られている（例えば、
特開昭６０−１４２２６８号公報、特公平５−７６５９
号公報、特開平２−１３２３２８号公報等参照）。 【０００３】このようなフローセンサの一例を図８を参
照して説明する。図８はフローセンサのセンサチップ１
の構造を概略的に示すもので、単結晶シリコンによる１
枚のセンサ基板２には、その表面から内部を貫通して表
面に開通するように空洞３がトンネル状に形成されてい
る。これにより、空洞３上の中央部には架橋構造の支持
部４が形成されている。ここに、空洞３は流体の流れの
方向Ｆに平行となるように形成され、支持部４の長手方
向は空洞３に直交することで流体の流れの方向Ｆに対し
て直交するように設定されている。 【０００４】この支持部４上の中央部には細長い１つの
薄膜ヒータ５がパターン形成され、さらに、この薄膜ヒ
ータ５を挾む形で上下流に位置させて２つの温度センサ
６，７がパターン形成されている。ここに、薄膜ヒータ
５が発熱手段として機能し、薄膜ヒータ５と温度センサ
６とにより流体の流れの方向Ｆに直交する方向に細長い
第１の温度検出部８が形成され、薄膜ヒータ５と温度セ
ンサ７とにより流体の流れの方向Ｆに直交する方向に細
長い第２の温度検出部９が形成されている。即ち、これ
らの第１，２の温度検出部８，９は１つの薄膜ヒータ５
を発熱手段として共用し、各々温度を検出する機能を備
えている。 【０００５】このようなセンサチップ１は、例えば、図
９（ａ）に示すようなセラミックス実装基板１０、又
は、図９（ｂ）に示すようにＣＡＮ型パッケージ１１上
に実装されて、フローセンサ１２として流路中に配設さ
れる。具体的には、実装基板１０やパッケージ１１上に
シリコン樹脂等の接着剤でダイボンドされ、周知のワイ
ヤボンディング法によってボンディングパッド１３と実
装基板１０やパッケージ１１との間が金線１４により配
線接続される。 【０００６】このような構成において、駆動電源から薄
膜ヒータ５に電力を供給することにより薄膜ヒータ５が
発熱駆動され、温度センサ６，７の抵抗値の変化の比率
が検出回路により検出される。 【０００７】ここに、流体の流れがない状態（流量ない
しは流速が０）では、薄膜ヒータ５の発熱は周囲の静止
している流体により温度センサ６，７に同様に伝播され
るため、第１の温度検出部８と第２の温度検出部９とで
は温度差を生じない。即ち、温度センサ６，７の抵抗値
の比率は変化しないので、検出回路により検出される流
量や流速は０となる。 【０００８】一方、流体の流れが生ずると、上流側の第
１の温度検出部８では、流体が温度センサ６側から薄膜
ヒータ５側に流動するので薄膜ヒータ５により加熱され
ていたこの温度センサ６は流体によって冷却される状態
となり、その温度は低下する。下流側の第２の温度検出
部９では、流体が薄膜ヒータ５側から温度センサ７側に
流動するのでこの温度センサ６は薄膜ヒータ５により加
熱された流体によってさらに加熱される状態となり、そ
の温度は上昇する。このため、温度センサ６，７の抵抗
値の比率が流体の流速に応じた量だけ変化するので、検
出回路により流量又は流速を検出することができる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
フローセンサ１２を流路中に配設した場合、フローセン
サチップ１や配線用の金線１４が流体の流れの中に直接
晒されることになるため、大流量時には大きな流体抵抗
を受けることになる。特に、金線１４は低コスト化を図
る等の理由で主に２０〜３０μｍ程度の非常に細いもの
が使用されるため、流量変動による流体抵抗の変動の影
響を受けて断線等の不良を生ずることが懸念される。こ
のような断線等の不良があると、長期に渡って継続的に
計測するセンサとしての信頼性を確保できず、長寿命化
を図る上で支障を来す。 【００１０】また、フローセンサ１２等のハンドリング
時の接触等によっても、金線１４等の断線やショート等
の不良が発生し、センサ製造上の歩留まり低下の要因と
もなりかねない。 【００１１】そこで、本発明は、流速変化等の影響を受
けても断線等の不良を生ずることがなく、長寿命化を図
りやすいフローセンサ及びその製造方法を提供すること
を目的とする。 【００１２】また、製造上でも断線等の心配がなく、歩
留まりを向上させ得るフローセンサ及びその製造方法を
提供することを目的とする。 【００１３】 【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明のフ
ローセンサは、発熱手段を備えた第１の温度検出部と第
２の温度検出部とが、流体の流れの方向に対して略直交
する方向に形成されて、流体の流れに伴い前記第１の温
度検出部と前記第２の温度検出部との間に生ずる温度差
に基づいて流体の流量を検出するフローセンサにおい
て、前記第１の温度検出部と前記第２の温度検出部とを
それぞれボンデングパットに接続するとともにこれらの
第１の温度検出部と第２の温度検出部とが、流体の流れ
の方向に貫通した空洞上を橋架する架橋構造としてセン
サ基板に形成されたセンサチップを備え、このセンサチ
ップが流体の流れの方向に沿わせた凹状流路と前記ボン
デングパットに対向する引出電極とを有する実装基板上
に前記ボンデングパットと前記引出電極とをパンプによ
り接続状態としてフェースダウン実装され、前記架橋構
造は平面的に見て蛇行屈曲形状に形成されている。従っ
て、センサチップが実装基板上にフェースダウン実装さ
れているので、金線等による配線露出個所がなくなり、
流路中に晒されても断線等の心配は生じない。ここに、
フローセンサとしての機能は、センサチップにおける空
洞と架橋構造と実装基板側の凹状流路とによって第１，
２の温度検出部を流体中に晒すことで確保される。ま
た、架橋構造は、平面的に見て蛇行屈曲形状に形成され
ているので、実装基板にフェースダウン実装されたセン
サチップに関して実装基板自体の熱膨張等によって架橋
構造部分にストレスがかかることもあるが、蛇行屈曲形
状の架橋構造によりエキスパンド特性を持たせること
で、このストレスを緩和させることができ、長寿命化を
図る上で都合がよい。 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。本実施の形態のフロー
センサ２１は、センサチップ２２を実装基板２３上にフ
ェースダウン実装させた構造として形成されている。 【００１８】図２及び図３にセンサチップ２２の構造を
示す。このセンサチップ２２は、単結晶シリコンによる
１枚の矩形状のセンサ基板２４をベースとするものであ
る。このセンサ基板２４には、その表面から内部を貫通
して表面に開通するように空洞２５がトンネル状に形成
されている。これにより、空洞２５上の中央部には架橋
構造の支持部２６が形成されている。ここに、空洞２５
は流体の流れの方向Ｆに平行となるように形成され、支
持部２６の長手方向は空洞２５に直交することで流体の
流れの方向Ｆに対して直交するように設定されている。
前記空洞２５は例えばＫＯＨ溶液などを用いた異方性エ
ッチングにより対角線方向に形成され、前記支持部２６
は例えばＳｉＯ2 ，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＮ等の絶縁膜により
膜厚１〜２μｍ程度に形成されている。 【００１９】前記支持部２６上の中央部には細長い１つ
の薄膜ヒータ２７がパターン形成され、さらに、この薄
膜ヒータ２７を挾む形で上下流に位置させて２つの温度
センサ２８，２９がパターン形成されている。ここに、
薄膜ヒータ２７が発熱手段として機能し、薄膜ヒータ２
７と温度センサ６とにより流体の流れの方向Ｆに直交す
る方向に細長い第１の温度検出部３０が形成され、薄膜
ヒータ２７と温度センサ７とにより流体の流れの方向Ｆ
に直交する方向に細長い第２の温度検出部３１が形成さ
れている。即ち、これらの第１，２の温度検出部３０，
３１は１つの薄膜ヒータ２７を発熱手段として共用し、
各々温度を検出する機能を備えている。これらの薄膜ヒ
ータ２７や温度センサ２８，２９としては主にＰｔが用
いられ、その膜厚は１０００〜３０００Å程度とされて
いる。さらに、これらの薄膜ヒータ２７や温度センサ２
８，２９のパターンの端部はボンディングパッド３２，
３３，３４に各々接続されている。ボンディングパッド
３２は電源供給用であり、ボンディングパッド３３，３
４は検出回路用である。これらのボンディングパッド３
２，３３，３４上には周知のハンダバンプ法等によりバ
ンプ３５が形成されている。 【００２０】一方、実装基板２３側にあっては、図１中
に示すように、センサチップ２２側の空洞２５よりも長
さも幅も大きな穴（又は、堀）３６が凹状流路として形
成されている。この穴３６の長手方向は流体の流れの方
向Ｆに平行となるように設定されている。また、この実
装基板２３にあっては前記穴３６の周辺に位置させて前
記ボンディングパッド３２，３３，３４の各々と対応す
る配列の引出電極３７，３８，３９が所定のパターンで
形成されている。 【００２１】このような実装基板２３に対してセンサチ
ップ２２を位置合わせして穴３６上にフェースダウン実
装することにより、対応するボンディングパッド３２，
３３，３４と引出電極３７，３８，３９との間が各々バ
ンプ３５により接続状態となり、フローセンサ２１が完
成する。 【００２２】このような構成のフローセンサ２１が流路
中に配設される。この場合、実装基板２３の穴３６の長
手方向が流体の流れの方向Ｆに沿うように配設される。
このような状態で、流体は空洞２５と穴３６との間の空
間を通りながら上流側から下流側に流れる。これによ
り、支持部２６上の第１，２の温度検出部３０，３１は
流体中に晒されることになり、図８で説明した従来例の
場合と同様の検出原理で流体の流量や流速が検出され
る。 【００２３】本実施の形態のフローセンサ２１によれ
ば、金線等による配線を行わないので、流路中に晒され
て流速や流量の変化を受けても断線等の心配が生じな
い。このため、長期に渡って信頼性の高い測定を行える
フローセンサとなる。また、このようなフローセンサ２
１を製造する上でもハンドリング時の配線の断線等の心
配を生じないため、歩留まりも向上することになる。 【００２４】本発明の第二の実施の形態を図４及び図５
に基づいて説明する。前記実施の形態で示した部分と同
一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以下
の実施の形態でも同様とする）。本実施の形態のフロー
センサ４１では、センサチップ２２に代えて、空洞２５
を有しないセンサチップ４２が用いられ、このセンサチ
ップ４２が実装基板２３上にフェースダウン実装されて
いる。即ち、本実施の形態のセンサチップ４２はセンサ
基板自体を有しないもので、絶縁膜構成の支持部２６の
みの構成とされている（この支持部２６上には前記実施
の形態の場合と同様に、薄膜ヒータ２７等が形成されて
いる…図４参照）。そして、このようなセンサチップ４
２が実装基板２３の穴３６上を橋架する架橋構造をなす
ように実装基板２３上にフェースダウン実装され、対応
するボンディングパッド３２，３３，３４と引出電極３
７，３８，３９との間が各々バンプ３５により接続状態
とされている。 【００２５】このような構成のフローセンサ４１が流路
中に配設される。この場合も、実装基板２３の穴３６の
長手方向が流体の流れの方向Ｆに沿うように配設され
る。このような状態で、流体は穴３６内の空間を通りな
がら上流側から下流側に流れる。これにより、穴３６を
跨ぐ架橋構造をなす支持部２６上の第１，２の温度検出
部３０，３１は流体中に晒されることになり、流体の流
量や流速の検出に供される。 【００２６】本実施の形態のフローセンサ４１による場
合も、金線等による配線を行わないので、流路中に晒さ
れて流速や流量の変化を受けても断線等の心配が生じな
い。このため、長期に渡って信頼性の高い測定を行える
フローセンサとなる。また、このようなフローセンサ４
１を製造する上でもハンドリング時の配線の断線等の心
配を生じないため、歩留まりも向上することになる。 【００２７】本発明の第三の実施の形態を図６に基づい
て説明する。本実施の形態は、最終的に図５に示したよ
うな構造のフローセンサ４１を作製するための製造方法
に関する。なお、図６では支持部２６上の薄膜ヒータ２
７等の状態やそのボンディングパッド３２等を同時に図
示するため、異なる断面位置の形状を併せて示してい
る。 【００２８】まず、図６（ａ）に示すようにセンサ基板
であるシリコン基板４３上に絶縁性薄膜４４と金属薄膜
４５とを順次成膜する。ここに、絶縁性薄膜４４は、例
えばＳｉＯ2 やＳｉ3Ｎ4やＴａ2Ｏ5等の絶縁材料を用い
てスパッタリング法、ＣＶＤ法等により膜厚１．５μｍ
程度に成膜される。また、金属薄膜４５は、例えばＰｔ
やＮｉ等の金属材料を用いて真空蒸着法やスパッタリン
グ法などにより膜厚０．２μｍ程度に成膜される。 【００２９】次に、図６（ｂ）に示すように、金属薄膜
４５をフォトリソグラフィ法とエッチング法とを用い
て、薄膜ヒータ２７と温度センサ２８，２９との形状に
パターニングし（各々のボンディングパッド３２，３
３，３４部分を含む）、さらに、表面には、パッシベー
ション層として絶縁性薄膜４６を成膜する。この絶縁性
薄膜４６は絶縁性薄膜４４と同様の材料、成膜法でよ
く、膜厚０．３μｍ程度に成膜される。 【００３０】この後、図６（ｃ）に示すように、絶縁性
薄膜４６，４４をフォトリソグラフィ法とエッチング法
とを用いて、支持部２６の形状（図４参照）にパターニ
ングする。このとき、ボンディングパッド３２，３３，
３４上の絶縁性薄膜４６も同時にエッチングする。 【００３１】続いて、図６（ｄ）に示すように、ボンデ
ィングパッド３２，３３，３４上にバンプ３５を形成
し、実装基板２３上にフェースダウン実装する。バンプ
３５は周知のように蒸着法や電気メッキ法や半田ボール
法などにより形成できる。また、フェースダウン実装
は、バンプ３５と配線電極（引出電極３７，３８，３
９）とを位置合わせしてから加熱することにより行え
る。 【００３２】このようにフェースダウン実装した後、特
に図示しないが、ＫＯＨ溶液などのエッチング液を用い
てエッチングを行うことにより、センサチップ４２にお
けるシリコン基板４３を除去することで、図５に示した
ようなフローセンサ４１が完成する。 【００３３】本実施の形態によれば、実装基板２３にフ
ェースダウン実装してからシリコン基板４３をエッチン
グ除去することによりフローセンサ４１を完成している
ので、図２等に示したような空洞２５を形成するための
異方性エッチングを行う必要がなく、エッチング工程が
簡単になる。また、ダイシングの際に支持部２６の保護
が必要ないため、工程の短縮も望める。 【００３４】本発明の第四の実施の形態を図７に基づい
て説明する。本実施の形態は、薄膜ヒータ２７等が形成
されて架橋構造をなす支持部２６の平面形状に関する。
即ち、図２や図４に示す支持部２６ではその長手方向に
直線的に形成されているが、本実施の形態では略コ字状
の繰返しパターンにより全体的には蛇行屈曲形状をなす
ように形成されている。 【００３５】支持部２６をこのような蛇行屈曲形状に形
成することにより、ある程度エキスパンド特性を持つも
のとなり、実装基板２３自体の熱膨張等によって穴３６
上に橋架されている支持部２６にストレスがかかったと
してもそのストレスを緩和させることができる。よっ
て、長期に渡って使用されるフローセンサ２１，４１に
関して長寿命化を図る上で都合がよい。 【００３６】なお、支持部２６の蛇行屈曲形状に関して
本実施の形態では略コ字状の繰返しパターンとしたが、
必ずしもこのようなパターンに限らず、例えば、波状
（正弦波状）パターン等であってもよい。 【００３７】 【発明の効果】請求項１記載の発明のフローセンサによ
れば、第１の温度検出部と第２の温度検出部とをそれぞ
れボンデングパットに接続するとともにこれらの第１の
温度検出部と第２の温度検出部とが、流体の流れの方向
に貫通した空洞上を橋架する架橋構造としてセンサ基板
に形成されたセンサチップを備え、このセンサチップが
流体の流れの方向に沿わせた凹状流路とボンデングパッ
トに対向する引出電極とを有する実装基板上にボンデン
グパットと引出電極とをパンプにより接続状態としてフ
ェースダウン実装されているので、金線等による配線露
出個所がなくなり、流路中に晒されても断線等の心配は
全くなく、長期に渡って信頼性の高いフローセンサを提
供できる。また、架橋構造は、平面的に見て蛇行屈曲形
状に形成されているので、実装基板にフェースダウン実
装されたセンサチップに関して実装基板自体の熱膨張等
によって架橋構造部分にストレスがかかることもある
が、蛇行屈曲形状の架橋構造によりエキスパンド特性を
持たせることで、このストレスを緩和させることができ
る。 【００３８】 【００３９】 【００４０】
などを測定するためのフローセンサに関する。 【０００２】 【従来の技術】従来より、都市ガスや水道水などの流体
の流量や流速を測定するためのセンサとしてフローセン
サ（マイクロフローセンサ）が知られている（例えば、
特開昭６０−１４２２６８号公報、特公平５−７６５９
号公報、特開平２−１３２３２８号公報等参照）。 【０００３】このようなフローセンサの一例を図８を参
照して説明する。図８はフローセンサのセンサチップ１
の構造を概略的に示すもので、単結晶シリコンによる１
枚のセンサ基板２には、その表面から内部を貫通して表
面に開通するように空洞３がトンネル状に形成されてい
る。これにより、空洞３上の中央部には架橋構造の支持
部４が形成されている。ここに、空洞３は流体の流れの
方向Ｆに平行となるように形成され、支持部４の長手方
向は空洞３に直交することで流体の流れの方向Ｆに対し
て直交するように設定されている。 【０００４】この支持部４上の中央部には細長い１つの
薄膜ヒータ５がパターン形成され、さらに、この薄膜ヒ
ータ５を挾む形で上下流に位置させて２つの温度センサ
６，７がパターン形成されている。ここに、薄膜ヒータ
５が発熱手段として機能し、薄膜ヒータ５と温度センサ
６とにより流体の流れの方向Ｆに直交する方向に細長い
第１の温度検出部８が形成され、薄膜ヒータ５と温度セ
ンサ７とにより流体の流れの方向Ｆに直交する方向に細
長い第２の温度検出部９が形成されている。即ち、これ
らの第１，２の温度検出部８，９は１つの薄膜ヒータ５
を発熱手段として共用し、各々温度を検出する機能を備
えている。 【０００５】このようなセンサチップ１は、例えば、図
９（ａ）に示すようなセラミックス実装基板１０、又
は、図９（ｂ）に示すようにＣＡＮ型パッケージ１１上
に実装されて、フローセンサ１２として流路中に配設さ
れる。具体的には、実装基板１０やパッケージ１１上に
シリコン樹脂等の接着剤でダイボンドされ、周知のワイ
ヤボンディング法によってボンディングパッド１３と実
装基板１０やパッケージ１１との間が金線１４により配
線接続される。 【０００６】このような構成において、駆動電源から薄
膜ヒータ５に電力を供給することにより薄膜ヒータ５が
発熱駆動され、温度センサ６，７の抵抗値の変化の比率
が検出回路により検出される。 【０００７】ここに、流体の流れがない状態（流量ない
しは流速が０）では、薄膜ヒータ５の発熱は周囲の静止
している流体により温度センサ６，７に同様に伝播され
るため、第１の温度検出部８と第２の温度検出部９とで
は温度差を生じない。即ち、温度センサ６，７の抵抗値
の比率は変化しないので、検出回路により検出される流
量や流速は０となる。 【０００８】一方、流体の流れが生ずると、上流側の第
１の温度検出部８では、流体が温度センサ６側から薄膜
ヒータ５側に流動するので薄膜ヒータ５により加熱され
ていたこの温度センサ６は流体によって冷却される状態
となり、その温度は低下する。下流側の第２の温度検出
部９では、流体が薄膜ヒータ５側から温度センサ７側に
流動するのでこの温度センサ６は薄膜ヒータ５により加
熱された流体によってさらに加熱される状態となり、そ
の温度は上昇する。このため、温度センサ６，７の抵抗
値の比率が流体の流速に応じた量だけ変化するので、検
出回路により流量又は流速を検出することができる。 【０００９】 【発明が解決しようとする課題】ところが、このような
フローセンサ１２を流路中に配設した場合、フローセン
サチップ１や配線用の金線１４が流体の流れの中に直接
晒されることになるため、大流量時には大きな流体抵抗
を受けることになる。特に、金線１４は低コスト化を図
る等の理由で主に２０〜３０μｍ程度の非常に細いもの
が使用されるため、流量変動による流体抵抗の変動の影
響を受けて断線等の不良を生ずることが懸念される。こ
のような断線等の不良があると、長期に渡って継続的に
計測するセンサとしての信頼性を確保できず、長寿命化
を図る上で支障を来す。 【００１０】また、フローセンサ１２等のハンドリング
時の接触等によっても、金線１４等の断線やショート等
の不良が発生し、センサ製造上の歩留まり低下の要因と
もなりかねない。 【００１１】そこで、本発明は、流速変化等の影響を受
けても断線等の不良を生ずることがなく、長寿命化を図
りやすいフローセンサ及びその製造方法を提供すること
を目的とする。 【００１２】また、製造上でも断線等の心配がなく、歩
留まりを向上させ得るフローセンサ及びその製造方法を
提供することを目的とする。 【００１３】 【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明のフ
ローセンサは、発熱手段を備えた第１の温度検出部と第
２の温度検出部とが、流体の流れの方向に対して略直交
する方向に形成されて、流体の流れに伴い前記第１の温
度検出部と前記第２の温度検出部との間に生ずる温度差
に基づいて流体の流量を検出するフローセンサにおい
て、前記第１の温度検出部と前記第２の温度検出部とを
それぞれボンデングパットに接続するとともにこれらの
第１の温度検出部と第２の温度検出部とが、流体の流れ
の方向に貫通した空洞上を橋架する架橋構造としてセン
サ基板に形成されたセンサチップを備え、このセンサチ
ップが流体の流れの方向に沿わせた凹状流路と前記ボン
デングパットに対向する引出電極とを有する実装基板上
に前記ボンデングパットと前記引出電極とをパンプによ
り接続状態としてフェースダウン実装され、前記架橋構
造は平面的に見て蛇行屈曲形状に形成されている。従っ
て、センサチップが実装基板上にフェースダウン実装さ
れているので、金線等による配線露出個所がなくなり、
流路中に晒されても断線等の心配は生じない。ここに、
フローセンサとしての機能は、センサチップにおける空
洞と架橋構造と実装基板側の凹状流路とによって第１，
２の温度検出部を流体中に晒すことで確保される。ま
た、架橋構造は、平面的に見て蛇行屈曲形状に形成され
ているので、実装基板にフェースダウン実装されたセン
サチップに関して実装基板自体の熱膨張等によって架橋
構造部分にストレスがかかることもあるが、蛇行屈曲形
状の架橋構造によりエキスパンド特性を持たせること
で、このストレスを緩和させることができ、長寿命化を
図る上で都合がよい。 【００１４】 【００１５】 【００１６】 【００１７】 【発明の実施の形態】本発明の第一の実施の形態を図１
ないし図３に基づいて説明する。本実施の形態のフロー
センサ２１は、センサチップ２２を実装基板２３上にフ
ェースダウン実装させた構造として形成されている。 【００１８】図２及び図３にセンサチップ２２の構造を
示す。このセンサチップ２２は、単結晶シリコンによる
１枚の矩形状のセンサ基板２４をベースとするものであ
る。このセンサ基板２４には、その表面から内部を貫通
して表面に開通するように空洞２５がトンネル状に形成
されている。これにより、空洞２５上の中央部には架橋
構造の支持部２６が形成されている。ここに、空洞２５
は流体の流れの方向Ｆに平行となるように形成され、支
持部２６の長手方向は空洞２５に直交することで流体の
流れの方向Ｆに対して直交するように設定されている。
前記空洞２５は例えばＫＯＨ溶液などを用いた異方性エ
ッチングにより対角線方向に形成され、前記支持部２６
は例えばＳｉＯ2 ，Ｔａ2Ｏ5，ＳｉＮ等の絶縁膜により
膜厚１〜２μｍ程度に形成されている。 【００１９】前記支持部２６上の中央部には細長い１つ
の薄膜ヒータ２７がパターン形成され、さらに、この薄
膜ヒータ２７を挾む形で上下流に位置させて２つの温度
センサ２８，２９がパターン形成されている。ここに、
薄膜ヒータ２７が発熱手段として機能し、薄膜ヒータ２
７と温度センサ６とにより流体の流れの方向Ｆに直交す
る方向に細長い第１の温度検出部３０が形成され、薄膜
ヒータ２７と温度センサ７とにより流体の流れの方向Ｆ
に直交する方向に細長い第２の温度検出部３１が形成さ
れている。即ち、これらの第１，２の温度検出部３０，
３１は１つの薄膜ヒータ２７を発熱手段として共用し、
各々温度を検出する機能を備えている。これらの薄膜ヒ
ータ２７や温度センサ２８，２９としては主にＰｔが用
いられ、その膜厚は１０００〜３０００Å程度とされて
いる。さらに、これらの薄膜ヒータ２７や温度センサ２
８，２９のパターンの端部はボンディングパッド３２，
３３，３４に各々接続されている。ボンディングパッド
３２は電源供給用であり、ボンディングパッド３３，３
４は検出回路用である。これらのボンディングパッド３
２，３３，３４上には周知のハンダバンプ法等によりバ
ンプ３５が形成されている。 【００２０】一方、実装基板２３側にあっては、図１中
に示すように、センサチップ２２側の空洞２５よりも長
さも幅も大きな穴（又は、堀）３６が凹状流路として形
成されている。この穴３６の長手方向は流体の流れの方
向Ｆに平行となるように設定されている。また、この実
装基板２３にあっては前記穴３６の周辺に位置させて前
記ボンディングパッド３２，３３，３４の各々と対応す
る配列の引出電極３７，３８，３９が所定のパターンで
形成されている。 【００２１】このような実装基板２３に対してセンサチ
ップ２２を位置合わせして穴３６上にフェースダウン実
装することにより、対応するボンディングパッド３２，
３３，３４と引出電極３７，３８，３９との間が各々バ
ンプ３５により接続状態となり、フローセンサ２１が完
成する。 【００２２】このような構成のフローセンサ２１が流路
中に配設される。この場合、実装基板２３の穴３６の長
手方向が流体の流れの方向Ｆに沿うように配設される。
このような状態で、流体は空洞２５と穴３６との間の空
間を通りながら上流側から下流側に流れる。これによ
り、支持部２６上の第１，２の温度検出部３０，３１は
流体中に晒されることになり、図８で説明した従来例の
場合と同様の検出原理で流体の流量や流速が検出され
る。 【００２３】本実施の形態のフローセンサ２１によれ
ば、金線等による配線を行わないので、流路中に晒され
て流速や流量の変化を受けても断線等の心配が生じな
い。このため、長期に渡って信頼性の高い測定を行える
フローセンサとなる。また、このようなフローセンサ２
１を製造する上でもハンドリング時の配線の断線等の心
配を生じないため、歩留まりも向上することになる。 【００２４】本発明の第二の実施の形態を図４及び図５
に基づいて説明する。前記実施の形態で示した部分と同
一部分は同一符号を用いて示し、説明も省略する（以下
の実施の形態でも同様とする）。本実施の形態のフロー
センサ４１では、センサチップ２２に代えて、空洞２５
を有しないセンサチップ４２が用いられ、このセンサチ
ップ４２が実装基板２３上にフェースダウン実装されて
いる。即ち、本実施の形態のセンサチップ４２はセンサ
基板自体を有しないもので、絶縁膜構成の支持部２６の
みの構成とされている（この支持部２６上には前記実施
の形態の場合と同様に、薄膜ヒータ２７等が形成されて
いる…図４参照）。そして、このようなセンサチップ４
２が実装基板２３の穴３６上を橋架する架橋構造をなす
ように実装基板２３上にフェースダウン実装され、対応
するボンディングパッド３２，３３，３４と引出電極３
７，３８，３９との間が各々バンプ３５により接続状態
とされている。 【００２５】このような構成のフローセンサ４１が流路
中に配設される。この場合も、実装基板２３の穴３６の
長手方向が流体の流れの方向Ｆに沿うように配設され
る。このような状態で、流体は穴３６内の空間を通りな
がら上流側から下流側に流れる。これにより、穴３６を
跨ぐ架橋構造をなす支持部２６上の第１，２の温度検出
部３０，３１は流体中に晒されることになり、流体の流
量や流速の検出に供される。 【００２６】本実施の形態のフローセンサ４１による場
合も、金線等による配線を行わないので、流路中に晒さ
れて流速や流量の変化を受けても断線等の心配が生じな
い。このため、長期に渡って信頼性の高い測定を行える
フローセンサとなる。また、このようなフローセンサ４
１を製造する上でもハンドリング時の配線の断線等の心
配を生じないため、歩留まりも向上することになる。 【００２７】本発明の第三の実施の形態を図６に基づい
て説明する。本実施の形態は、最終的に図５に示したよ
うな構造のフローセンサ４１を作製するための製造方法
に関する。なお、図６では支持部２６上の薄膜ヒータ２
７等の状態やそのボンディングパッド３２等を同時に図
示するため、異なる断面位置の形状を併せて示してい
る。 【００２８】まず、図６（ａ）に示すようにセンサ基板
であるシリコン基板４３上に絶縁性薄膜４４と金属薄膜
４５とを順次成膜する。ここに、絶縁性薄膜４４は、例
えばＳｉＯ2 やＳｉ3Ｎ4やＴａ2Ｏ5等の絶縁材料を用い
てスパッタリング法、ＣＶＤ法等により膜厚１．５μｍ
程度に成膜される。また、金属薄膜４５は、例えばＰｔ
やＮｉ等の金属材料を用いて真空蒸着法やスパッタリン
グ法などにより膜厚０．２μｍ程度に成膜される。 【００２９】次に、図６（ｂ）に示すように、金属薄膜
４５をフォトリソグラフィ法とエッチング法とを用い
て、薄膜ヒータ２７と温度センサ２８，２９との形状に
パターニングし（各々のボンディングパッド３２，３
３，３４部分を含む）、さらに、表面には、パッシベー
ション層として絶縁性薄膜４６を成膜する。この絶縁性
薄膜４６は絶縁性薄膜４４と同様の材料、成膜法でよ
く、膜厚０．３μｍ程度に成膜される。 【００３０】この後、図６（ｃ）に示すように、絶縁性
薄膜４６，４４をフォトリソグラフィ法とエッチング法
とを用いて、支持部２６の形状（図４参照）にパターニ
ングする。このとき、ボンディングパッド３２，３３，
３４上の絶縁性薄膜４６も同時にエッチングする。 【００３１】続いて、図６（ｄ）に示すように、ボンデ
ィングパッド３２，３３，３４上にバンプ３５を形成
し、実装基板２３上にフェースダウン実装する。バンプ
３５は周知のように蒸着法や電気メッキ法や半田ボール
法などにより形成できる。また、フェースダウン実装
は、バンプ３５と配線電極（引出電極３７，３８，３
９）とを位置合わせしてから加熱することにより行え
る。 【００３２】このようにフェースダウン実装した後、特
に図示しないが、ＫＯＨ溶液などのエッチング液を用い
てエッチングを行うことにより、センサチップ４２にお
けるシリコン基板４３を除去することで、図５に示した
ようなフローセンサ４１が完成する。 【００３３】本実施の形態によれば、実装基板２３にフ
ェースダウン実装してからシリコン基板４３をエッチン
グ除去することによりフローセンサ４１を完成している
ので、図２等に示したような空洞２５を形成するための
異方性エッチングを行う必要がなく、エッチング工程が
簡単になる。また、ダイシングの際に支持部２６の保護
が必要ないため、工程の短縮も望める。 【００３４】本発明の第四の実施の形態を図７に基づい
て説明する。本実施の形態は、薄膜ヒータ２７等が形成
されて架橋構造をなす支持部２６の平面形状に関する。
即ち、図２や図４に示す支持部２６ではその長手方向に
直線的に形成されているが、本実施の形態では略コ字状
の繰返しパターンにより全体的には蛇行屈曲形状をなす
ように形成されている。 【００３５】支持部２６をこのような蛇行屈曲形状に形
成することにより、ある程度エキスパンド特性を持つも
のとなり、実装基板２３自体の熱膨張等によって穴３６
上に橋架されている支持部２６にストレスがかかったと
してもそのストレスを緩和させることができる。よっ
て、長期に渡って使用されるフローセンサ２１，４１に
関して長寿命化を図る上で都合がよい。 【００３６】なお、支持部２６の蛇行屈曲形状に関して
本実施の形態では略コ字状の繰返しパターンとしたが、
必ずしもこのようなパターンに限らず、例えば、波状
（正弦波状）パターン等であってもよい。 【００３７】 【発明の効果】請求項１記載の発明のフローセンサによ
れば、第１の温度検出部と第２の温度検出部とをそれぞ
れボンデングパットに接続するとともにこれらの第１の
温度検出部と第２の温度検出部とが、流体の流れの方向
に貫通した空洞上を橋架する架橋構造としてセンサ基板
に形成されたセンサチップを備え、このセンサチップが
流体の流れの方向に沿わせた凹状流路とボンデングパッ
トに対向する引出電極とを有する実装基板上にボンデン
グパットと引出電極とをパンプにより接続状態としてフ
ェースダウン実装されているので、金線等による配線露
出個所がなくなり、流路中に晒されても断線等の心配は
全くなく、長期に渡って信頼性の高いフローセンサを提
供できる。また、架橋構造は、平面的に見て蛇行屈曲形
状に形成されているので、実装基板にフェースダウン実
装されたセンサチップに関して実装基板自体の熱膨張等
によって架橋構造部分にストレスがかかることもある
が、蛇行屈曲形状の架橋構造によりエキスパンド特性を
持たせることで、このストレスを緩和させることができ
る。 【００３８】 【００３９】 【００４０】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一の実施の形態を示し、（ａ）は平
面図、（ｂ）はそのＡ‐Ａ線概略断面図である。 【図２】そのセンサチップ構造を示す平面図である。 【図３】（ａ）は図２におけるＢ‐Ｂ線概略断面図、
（ｂ）は図２におけるＣ‐Ｃ線概略断面図である。 【図４】本発明の第二の実施の形態を示すセンサチップ
の平面図である。 【図５】フローセンサを示す概略断面図である。 【図６】本発明の第三の実施の形態を工程順に示す概略
断面図である。 【図７】本発明の第四の実施の形態を示す平面図であ
る。 【図８】従来のセンサチップ例を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）はそのＤ‐Ｄ線概略断面図である。 【図９】その実装例を示す側面図である。 【符号の説明】 ２２ センサチップ ２３ 実装基板 ２４ センサ基板 ２５ 空洞 ２６ 架橋構造 ２７ 発熱手段 ３０ 第１の温度検出部 ３１ 第２の温度検出部 ３６ 凹状流路 ４２ センサチップ
面図、（ｂ）はそのＡ‐Ａ線概略断面図である。 【図２】そのセンサチップ構造を示す平面図である。 【図３】（ａ）は図２におけるＢ‐Ｂ線概略断面図、
（ｂ）は図２におけるＣ‐Ｃ線概略断面図である。 【図４】本発明の第二の実施の形態を示すセンサチップ
の平面図である。 【図５】フローセンサを示す概略断面図である。 【図６】本発明の第三の実施の形態を工程順に示す概略
断面図である。 【図７】本発明の第四の実施の形態を示す平面図であ
る。 【図８】従来のセンサチップ例を示し、（ａ）は平面
図、（ｂ）はそのＤ‐Ｄ線概略断面図である。 【図９】その実装例を示す側面図である。 【符号の説明】 ２２ センサチップ ２３ 実装基板 ２４ センサ基板 ２５ 空洞 ２６ 架橋構造 ２７ 発熱手段 ３０ 第１の温度検出部 ３１ 第２の温度検出部 ３６ 凹状流路 ４２ センサチップ
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(56)参考文献 特開 昭61−235726（ＪＰ，Ａ)
特開 昭60−4814（ＪＰ，Ａ)
特開 昭63−271167（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 1/00 - 9/02
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 【請求項１】 発熱手段を備えた第１の温度検出部と第
２の温度検出部とが、流体の流れの方向に対して略直交
する方向に形成されて、流体の流れに伴い前記第１の温
度検出部と前記第２の温度検出部との間に生ずる温度差
に基づいて流体の流量を検出するフローセンサにおい
て、 前記第１の温度検出部と前記第２の温度検出部とをそれ
ぞれボンデングパットに接続するとともにこれらの第１
の温度検出部と第２の温度検出部とが、流体の流れの方
向に貫通した空洞上を橋架する架橋構造としてセンサ基
板に形成されたセンサチップを備え、このセンサチップ
が流体の流れの方向に沿わせた凹状流路と前記ボンデン
グパットに対向する引出電極とを有する実装基板上に前
記ボンデングパットと前記引出電極とをパンプにより接
続状態としてフェースダウン実装され、前記架橋構造は
平面的に見て蛇行屈曲形状に形成されていることを特徴
とするフローセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14369797A JP3500040B2 (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | フローセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14369797A JP3500040B2 (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | フローセンサ |
Publications (2)
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|---|---|
| JPH10332455A JPH10332455A (ja) | 1998-12-18 |
| JP3500040B2 true JP3500040B2 (ja) | 2004-02-23 |
Family
ID=15344869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14369797A Expired - Fee Related JP3500040B2 (ja) | 1997-06-02 | 1997-06-02 | フローセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| JP (1) | JP3500040B2 (ja) |
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| JP4955334B2 (ja) * | 2006-08-03 | 2012-06-20 | ローム株式会社 | 加速度センサ |
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| JP5902305B2 (ja) * | 2012-09-12 | 2016-04-13 | ルネサスエレクトロニクス株式会社 | 半導体装置 |
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1997
- 1997-06-02 JP JP14369797A patent/JP3500040B2/ja not_active Expired - Fee Related
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| JPH10332455A (ja) | 1998-12-18 |
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