JP3514666B2 - 熱式空気流量センサ - Google Patents
熱式空気流量センサInfo
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/688—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element
- G01F1/69—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow using a particular type of heating, cooling or sensing element of resistive type
- G01F1/692—Thin-film arrangements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/6845—Micromachined devices
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- Fluid Mechanics (AREA)
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- Measuring Volume Flow (AREA)
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、発熱抵抗体を用い
て空気流量を計測する熱式空気流量センサに係り、例え
ば、内燃機関の吸入空気流量を測定するのに好適な熱式
空気流量センサに関する。
て空気流量を計測する熱式空気流量センサに係り、例え
ば、内燃機関の吸入空気流量を測定するのに好適な熱式
空気流量センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、自動車などの内燃機関の吸入空気
通路に設けられ、吸入空気量を測定する空気流量センサ
としては、熱式のものが質量流量を直接検知できること
から主流となってきている。近年、このような熱式空気
流量センサにおいて、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板
上に半導体微細加工技術を用いて、薄膜状のセンサ領域
を有する熱式空気流量センサが比較的容易に、しかも大
量生産方式で生産できることから経済性があり、また、
低電力で駆動できることから注目されてきている。
通路に設けられ、吸入空気量を測定する空気流量センサ
としては、熱式のものが質量流量を直接検知できること
から主流となってきている。近年、このような熱式空気
流量センサにおいて、シリコン（Ｓｉ）等の半導体基板
上に半導体微細加工技術を用いて、薄膜状のセンサ領域
を有する熱式空気流量センサが比較的容易に、しかも大
量生産方式で生産できることから経済性があり、また、
低電力で駆動できることから注目されてきている。
【０００３】このような半導体基板上に薄膜状のセンサ
領域を有するセンサ素子を備えた熱式空気流量センサと
して、特開平9−26343号公報に記載の特許公報からは、
図１８の概略図に示すようにセンサ素子１０の片側のみ
を、切欠２１を有するセンサ支持体２０に接着する浮動
的支持構造（片持ち支持構造）が公知である。
領域を有するセンサ素子を備えた熱式空気流量センサと
して、特開平9−26343号公報に記載の特許公報からは、
図１８の概略図に示すようにセンサ素子１０の片側のみ
を、切欠２１を有するセンサ支持体２０に接着する浮動
的支持構造（片持ち支持構造）が公知である。
【０００４】センサ素子の接着面全面をセンサ支持体に
接着する場合には、その接着工程において前記薄膜状の
センサ領域に損傷を与える危険性が高く、また、使用条
件によっては温度サイクルにより、センサ素子とセンサ
支持体の線膨張係数の違いにより接着部に損傷を生じる
危険性が高い。従って、この種の浮動的支持構造が採用
される。
接着する場合には、その接着工程において前記薄膜状の
センサ領域に損傷を与える危険性が高く、また、使用条
件によっては温度サイクルにより、センサ素子とセンサ
支持体の線膨張係数の違いにより接着部に損傷を生じる
危険性が高い。従って、この種の浮動的支持構造が採用
される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこの種の
浮動的支持構造では、その接着工程において、センサ素
子表面とセンサ支持体表面を同一平面に保つことが困難
であるという問題がある。半導体技術を用いた微小なセ
ンサ素子を有する熱式空気流量センサにおいては、セン
サ素子表面とセンサ支持体表面との間に接着剤厚の制御
不良等により段差が生じると、センサ素子表面の流れの
様相が変化するため、大量生産においては、熱式空気流
量センサの特性バラツキの要因となる。また、センサ素
子とセンサ支持体間には必ず隙間が生じ、その隙間から
センサ素子裏面に空気が流入するが、この種の浮動的支
持構造ではセンサ領域下部の空洞部は空間的に前記隙間
とつながっているため、この空洞部に入り込む不所望な
空気流を完全に抑制することが難しいという問題があ
る。また、センサ素子をセンサ支持体に接着する際の接
着剤の広がりを制御できないため、前記空洞部への接着
剤の流入，センサ表面への接着剤の回り込み等により、
センサ素子を損傷させる危険性が高いという問題があ
る。また、センサ素子をセンサ支持体に接着する際に、
接着剤をセンサ支持体に滴下し、センサ素子を接着する
場合には、接着剤を滴下させた際に、空気を巻込み、こ
の巻込んだ空気が残留すると、後工程のセンサ素子と外
部信号処理回路を接続するためのボンディング時に悪影
響を及ぼす。
浮動的支持構造では、その接着工程において、センサ素
子表面とセンサ支持体表面を同一平面に保つことが困難
であるという問題がある。半導体技術を用いた微小なセ
ンサ素子を有する熱式空気流量センサにおいては、セン
サ素子表面とセンサ支持体表面との間に接着剤厚の制御
不良等により段差が生じると、センサ素子表面の流れの
様相が変化するため、大量生産においては、熱式空気流
量センサの特性バラツキの要因となる。また、センサ素
子とセンサ支持体間には必ず隙間が生じ、その隙間から
センサ素子裏面に空気が流入するが、この種の浮動的支
持構造ではセンサ領域下部の空洞部は空間的に前記隙間
とつながっているため、この空洞部に入り込む不所望な
空気流を完全に抑制することが難しいという問題があ
る。また、センサ素子をセンサ支持体に接着する際の接
着剤の広がりを制御できないため、前記空洞部への接着
剤の流入，センサ表面への接着剤の回り込み等により、
センサ素子を損傷させる危険性が高いという問題があ
る。また、センサ素子をセンサ支持体に接着する際に、
接着剤をセンサ支持体に滴下し、センサ素子を接着する
場合には、接着剤を滴下させた際に、空気を巻込み、こ
の巻込んだ空気が残留すると、後工程のセンサ素子と外
部信号処理回路を接続するためのボンディング時に悪影
響を及ぼす。
【０００６】本発明の目的は、検出素子の接着に起因し
て生じる空気流の乱れが少なく、検出精度のよい空気流
量センサを実現することにある。
て生じる空気流の乱れが少なく、検出精度のよい空気流
量センサを実現することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的は、半導体基板
に絶縁層を介して発熱抵抗体を形成した検出素子と、窪
みを有する支持体とを備え、前記検出素子が前記窪みの
底面に接着剤を介して固定され、空気通路中に配置され
る空気流量センサにおいて、前記検出素子には、前記底
面と隣接する第１の領域と、溝を介して前記底面と接着
剤により接着される第２の領域とがあることによって達
成される。
に絶縁層を介して発熱抵抗体を形成した検出素子と、窪
みを有する支持体とを備え、前記検出素子が前記窪みの
底面に接着剤を介して固定され、空気通路中に配置され
る空気流量センサにおいて、前記検出素子には、前記底
面と隣接する第１の領域と、溝を介して前記底面と接着
剤により接着される第２の領域とがあることによって達
成される。
【０００８】また、上記目的は、半導体基板に絶縁層を
介して発熱抵抗体を形成した検出素子と、前記検出素子
が固定される窪みを有する支持体と、を備えた空気流量
センサにおいて、前記窪みの底面には、前記検出素子と
前記支持体とが隣接する第１の領域と、溝を介して前記
検出素子と前記支持体とが接着剤により接着される第２
の領域とが設けられ、前記溝は、前記検出素子と前記支
持体との両方に設けられ、互いに接着剤が流通可能であ
ることにより達成される。
介して発熱抵抗体を形成した検出素子と、前記検出素子
が固定される窪みを有する支持体と、を備えた空気流量
センサにおいて、前記窪みの底面には、前記検出素子と
前記支持体とが隣接する第１の領域と、溝を介して前記
検出素子と前記支持体とが接着剤により接着される第２
の領域とが設けられ、前記溝は、前記検出素子と前記支
持体との両方に設けられ、互いに接着剤が流通可能であ
ることにより達成される。
【０００９】また、上記目的は、半導体基板上に電気絶
縁層を介して発熱抵抗体を形成した検出素子と、前記検
出素子が接着剤により接着される支持体とを備えた熱式
空気流量センサにおいて、前記半導体基板の前記支持体
への接着面に少なくとも１本以上の溝を設け、前記半導
体基板の端部をエッチングしたことにより達成される。
また、上記目的は、半導体基板上に電気絶縁層を介して
発熱抵抗体を形成した検出素子と、前記検出素子が接着
剤により接着される支持体とを備えた熱式空気流量セン
サにおいて、前記半導体基板の前記支持体への接着面に
少なくとも１本以上の溝を設け、エッチングにより形成
した前記溝は前記検出素子の長手方向に形成され、少な
くとも溝の片端は前記半導体基板端部にまで達している
ことにより達成される。
縁層を介して発熱抵抗体を形成した検出素子と、前記検
出素子が接着剤により接着される支持体とを備えた熱式
空気流量センサにおいて、前記半導体基板の前記支持体
への接着面に少なくとも１本以上の溝を設け、前記半導
体基板の端部をエッチングしたことにより達成される。
また、上記目的は、半導体基板上に電気絶縁層を介して
発熱抵抗体を形成した検出素子と、前記検出素子が接着
剤により接着される支持体とを備えた熱式空気流量セン
サにおいて、前記半導体基板の前記支持体への接着面に
少なくとも１本以上の溝を設け、エッチングにより形成
した前記溝は前記検出素子の長手方向に形成され、少な
くとも溝の片端は前記半導体基板端部にまで達している
ことにより達成される。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら説明する。
図面を参照しながら説明する。
【００１１】図１は本発明の第１の実施例を示すもので
あり、センサ素子１０が接着剤３０によりセンサ支持体
２０に取付けられた状態の断面図を示す。図１は図２の
Ａ−Ａ断面図である。
あり、センサ素子１０が接着剤３０によりセンサ支持体
２０に取付けられた状態の断面図を示す。図１は図２の
Ａ−Ａ断面図である。
【００１２】センサ素子１０は半導体製造技術により作
製され、単結晶シリコン基板１１上に電気絶縁層１２を
形成し、その上に少なくとも１つの発熱抵抗体１３ａ及
び空気温度測温抵抗体１３ｂを有している。この発熱抵
抗体１３ａの領域下部には単結晶シリコン基板１１をエ
ッチングにより除去した空洞部（窪み）１４が形成され
る。このような構造により、発熱抵抗体１３ａの熱が単
結晶シリコン基板１１を熱伝導して逃げることを防止す
る。
製され、単結晶シリコン基板１１上に電気絶縁層１２を
形成し、その上に少なくとも１つの発熱抵抗体１３ａ及
び空気温度測温抵抗体１３ｂを有している。この発熱抵
抗体１３ａの領域下部には単結晶シリコン基板１１をエ
ッチングにより除去した空洞部（窪み）１４が形成され
る。このような構造により、発熱抵抗体１３ａの熱が単
結晶シリコン基板１１を熱伝導して逃げることを防止す
る。
【００１３】センサ素子１０の発熱抵抗体１３ａ及び空
気温度測温抵抗体１３ｂはセンサ素子側電極１５に接続
されており、この電極とアルミナ等の電気絶縁基板上に
形成された信号処理回路の電極４０が金線５０等による
ボンディングにより接続されている。この信号処理回路
は公知の制御方式によりセンサ素子１０への電流，電圧
供給、及びセンサ素子１０から送出される電気信号の評
価のために使用される。センサ素子１０が取付けられた
センサ支持体２０は例えば、内燃機関の吸入空気通路の
内部にある副通路中にセンサ素子１０が配置されるよう
に固定される。図３は図１に示すセンサ素子１０の接着
面側の平面図、図４は図３のセンサ素子１０をチップに
分割する前の状態の部分平面図、図５は図４のエッチン
グ領域をパターニングするためのマスクの部分平面図で
ある。
気温度測温抵抗体１３ｂはセンサ素子側電極１５に接続
されており、この電極とアルミナ等の電気絶縁基板上に
形成された信号処理回路の電極４０が金線５０等による
ボンディングにより接続されている。この信号処理回路
は公知の制御方式によりセンサ素子１０への電流，電圧
供給、及びセンサ素子１０から送出される電気信号の評
価のために使用される。センサ素子１０が取付けられた
センサ支持体２０は例えば、内燃機関の吸入空気通路の
内部にある副通路中にセンサ素子１０が配置されるよう
に固定される。図３は図１に示すセンサ素子１０の接着
面側の平面図、図４は図３のセンサ素子１０をチップに
分割する前の状態の部分平面図、図５は図４のエッチン
グ領域をパターニングするためのマスクの部分平面図で
ある。
【００１４】以下、センサ素子１０の製造プロセスにつ
いて説明する。単結晶シリコン基板１１上に電気絶縁層
１２として二酸化シリコン層を熱酸化あるいはＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition)等の方法で形成後、窒化
シリコン層をＣＶＤ等の方法で形成する。次に多結晶シ
リコン層をＣＶＤ等の方法で形成し、不純物としてリン
を熱拡散またはイオン注入によりドーピングする。その
後、公知のホトリソグラフィ技術によりレジストを所定
の形状に形成し、反応性イオンエッチング等の方法によ
り、多結晶シリコン層をパターニングすることにより発
熱抵抗体１３ａ，空気温度測温抵抗体１３ｂ等を形成す
る。次に、保護層１６として窒化シリコン層をＣＶＤ等
の方法で形成後、二酸化シリコン層をＣＶＤ等の方法で
形成する。その後、電極１５を形成する部分の保護層を
エッチングにより取り除きアルミニウムにより電極１５
を形成する。最後に、空洞部１４及び接着剤流入溝１７
を形成するために、単結晶シリコン基板１１の発熱抵抗
体１３ａを形成していない面にＣＶＤ等の方法により窒
化シリコン層を形成し、図５に示すマスクを使用して公
知のホトリソグラフィ技術によりレジストを所定の形状
に形成し、イオンエッチング等によりパターニングを行
う。その後、異方性エッチングを行い、空洞部１４及び
接着剤流入溝１７を形成し、ダイシングによりチップに
分割される。分割されたセンサ素子１０は、例えば図示
の例では長辺が６mm，短辺が２.５mm，厚さが０.３mm程
度である。また、接着剤流入溝１７の形状は、異方性エ
ッチングでは（１１１）面がエッチングされないことを
利用し、例えば図示の例では溝深さが０.１mm 程度とな
るように開口部８１がパターニングされている。
いて説明する。単結晶シリコン基板１１上に電気絶縁層
１２として二酸化シリコン層を熱酸化あるいはＣＶＤ
（Chemical Vapor Deposition)等の方法で形成後、窒化
シリコン層をＣＶＤ等の方法で形成する。次に多結晶シ
リコン層をＣＶＤ等の方法で形成し、不純物としてリン
を熱拡散またはイオン注入によりドーピングする。その
後、公知のホトリソグラフィ技術によりレジストを所定
の形状に形成し、反応性イオンエッチング等の方法によ
り、多結晶シリコン層をパターニングすることにより発
熱抵抗体１３ａ，空気温度測温抵抗体１３ｂ等を形成す
る。次に、保護層１６として窒化シリコン層をＣＶＤ等
の方法で形成後、二酸化シリコン層をＣＶＤ等の方法で
形成する。その後、電極１５を形成する部分の保護層を
エッチングにより取り除きアルミニウムにより電極１５
を形成する。最後に、空洞部１４及び接着剤流入溝１７
を形成するために、単結晶シリコン基板１１の発熱抵抗
体１３ａを形成していない面にＣＶＤ等の方法により窒
化シリコン層を形成し、図５に示すマスクを使用して公
知のホトリソグラフィ技術によりレジストを所定の形状
に形成し、イオンエッチング等によりパターニングを行
う。その後、異方性エッチングを行い、空洞部１４及び
接着剤流入溝１７を形成し、ダイシングによりチップに
分割される。分割されたセンサ素子１０は、例えば図示
の例では長辺が６mm，短辺が２.５mm，厚さが０.３mm程
度である。また、接着剤流入溝１７の形状は、異方性エ
ッチングでは（１１１）面がエッチングされないことを
利用し、例えば図示の例では溝深さが０.１mm 程度とな
るように開口部８１がパターニングされている。
【００１５】センサ支持体２０は、例えばアルミナまた
は金属等から成る。切欠２１はセンサ素子１０が完全に
収容される形状であり、切欠２１の深さはセンサ素子１
０の厚さと同等であり、例えば図示の例では０.３mm程
度である。
は金属等から成る。切欠２１はセンサ素子１０が完全に
収容される形状であり、切欠２１の深さはセンサ素子１
０の厚さと同等であり、例えば図示の例では０.３mm程
度である。
【００１６】センサ素子１０は、接着剤３０によりセン
サ支持体２０に接着されるが、本発明によれば、センサ
素子１０の接着剤流入溝１７に接着剤３０が流れ込むこ
とにより、センサ素子１０とセンサ支持体２０間に接着
剤厚さがないように接着される。従って、センサ素子表
面とセンサ支持体表面は同一面となる。
サ支持体２０に接着されるが、本発明によれば、センサ
素子１０の接着剤流入溝１７に接着剤３０が流れ込むこ
とにより、センサ素子１０とセンサ支持体２０間に接着
剤厚さがないように接着される。従って、センサ素子表
面とセンサ支持体表面は同一面となる。
【００１７】また、接着剤厚さがないことから、センサ
素子１０とセンサ支持体２０間の隙間７０ａ，７０ｂ，
７０ｃと薄膜状のセンサ領域下部の空洞部１４は空間的
にほとんど分離されるため、隙間７０ａ，７０ｂ，７０
ｃから流れ込む空気流は空洞部１４にはほとんど流れ込
まない。
素子１０とセンサ支持体２０間の隙間７０ａ，７０ｂ，
７０ｃと薄膜状のセンサ領域下部の空洞部１４は空間的
にほとんど分離されるため、隙間７０ａ，７０ｂ，７０
ｃから流れ込む空気流は空洞部１４にはほとんど流れ込
まない。
【００１８】また、余分な接着剤３０は接着剤流入溝１
７により切欠２１の前記ボンディングを施してある方向
へ押し出される。ボンディングを施してある側は、直接
空気流には触れないため、図１に示すように余分な接着
剤３０が排出される領域が存在してもセンサの特性には
全く影響を及ぼさない。
７により切欠２１の前記ボンディングを施してある方向
へ押し出される。ボンディングを施してある側は、直接
空気流には触れないため、図１に示すように余分な接着
剤３０が排出される領域が存在してもセンサの特性には
全く影響を及ぼさない。
【００１９】図６，図７は本発明の第２の実施例を示す
ものであり、センサ素子１０をセンサ支持体２０に取付
けた断面図を示す。図６は図２のＡ−Ａ断面図、図７は
図２のＢ−Ｂ断面図である。
ものであり、センサ素子１０をセンサ支持体２０に取付
けた断面図を示す。図６は図２のＡ−Ａ断面図、図７は
図２のＢ−Ｂ断面図である。
【００２０】図８は図６に示すセンサ素子１０の接着面
側平面図、図９は図８に示すセンサ素子１０のチップに
分割する前の状態の部分平面図、図１１は図１０のエッ
チング領域をパターニングするためのマスクの部分平面
図である。
側平面図、図９は図８に示すセンサ素子１０のチップに
分割する前の状態の部分平面図、図１１は図１０のエッ
チング領域をパターニングするためのマスクの部分平面
図である。
【００２１】第２の実施例は、第１の実施例に加えて、
センサ素子１０の空洞部１４周囲の単結晶シリコン基板
１１の端部をエッチングした領域(端部エッチング領域
１８)を有するものである。
センサ素子１０の空洞部１４周囲の単結晶シリコン基板
１１の端部をエッチングした領域(端部エッチング領域
１８)を有するものである。
【００２２】センサ素子１０の製造プロセスは第１の実
施例と全く同様である。但し、第１の実施例において、
センサ素子１０の空洞部１４，接着剤流入溝１７を形成
する工程において、第１の実施例で図５に示すマスクに
相当する、図１１に示すマスクを使用し、端部エッチン
グ領域１８も形成する。端部エッチング領域１８は、例
えば図示の例では溝深さが０.２mm 程度となるように開
口部８２がパターニングされている。
施例と全く同様である。但し、第１の実施例において、
センサ素子１０の空洞部１４，接着剤流入溝１７を形成
する工程において、第１の実施例で図５に示すマスクに
相当する、図１１に示すマスクを使用し、端部エッチン
グ領域１８も形成する。端部エッチング領域１８は、例
えば図示の例では溝深さが０.２mm 程度となるように開
口部８２がパターニングされている。
【００２３】センサ支持体２０，センサ素子１０のセン
サ支持体への接着は第１の実施例と全く同様である。
サ支持体への接着は第１の実施例と全く同様である。
【００２４】この第２の実施例では、端部エッチング領
域１８とセンサ支持体２０の切欠２１によりチャネル２
２が形成される。従って、例えばセンサ素子１０の上流
側から下流側への空気流６０の場合、センサ素子１０と
センサ支持体２０の上流側隙間７０ａから流入した空気
はこのチャネル２２に沿って流れ、下流側隙間70ｃより
流出する。従って、前記隙間７０ａ，７０ｂ，７０ｃか
らの空気流が空洞部に流れ込むことを、第１の実施例よ
りもさらに抑制することができる。
域１８とセンサ支持体２０の切欠２１によりチャネル２
２が形成される。従って、例えばセンサ素子１０の上流
側から下流側への空気流６０の場合、センサ素子１０と
センサ支持体２０の上流側隙間７０ａから流入した空気
はこのチャネル２２に沿って流れ、下流側隙間70ｃより
流出する。従って、前記隙間７０ａ，７０ｂ，７０ｃか
らの空気流が空洞部に流れ込むことを、第１の実施例よ
りもさらに抑制することができる。
【００２５】センサ素子表面とセンサ支持体表面が同一
面となること、余分な接着剤３０は接着剤流入溝１７に
より切欠２１のボンディング側へ押し出されることにつ
いては第１の実施例と同様の効果が得られる。
面となること、余分な接着剤３０は接着剤流入溝１７に
より切欠２１のボンディング側へ押し出されることにつ
いては第１の実施例と同様の効果が得られる。
【００２６】図１１は本発明の第３の実施例を示し、セ
ンサ素子１０をセンサ支持体２０に取付けた断面図を示
す。図１２は図１１に示すセンサ素子１０の接着面側平
面図を示す。
ンサ素子１０をセンサ支持体２０に取付けた断面図を示
す。図１２は図１１に示すセンサ素子１０の接着面側平
面図を示す。
【００２７】この第３の実施例は、接着剤流入溝１７と
空洞部１４の間に更に溝１９を有するものである。
空洞部１４の間に更に溝１９を有するものである。
【００２８】センサ素子１０の製造プロセスは第１の実
施例と全く同様である。但し、第１の実施例において、
センサ素子１０の空洞部１４，接着剤流入溝１７を形成
する工程において、第１の実施例で図５に示すマスクに
相当する、図１３に示すマスクを使用し、溝１９も形成
する。溝１９は、例えば図示の例では溝深さが単結晶シ
リコン基板１１厚となるように開口部８３がパターニン
グされている。
施例と全く同様である。但し、第１の実施例において、
センサ素子１０の空洞部１４，接着剤流入溝１７を形成
する工程において、第１の実施例で図５に示すマスクに
相当する、図１３に示すマスクを使用し、溝１９も形成
する。溝１９は、例えば図示の例では溝深さが単結晶シ
リコン基板１１厚となるように開口部８３がパターニン
グされている。
【００２９】この第３の実施例では、溝１９により接着
剤３０が空洞部１４の方向に流れた場合に溝１９内に流
れ込むことにより、空洞部１４に流れ込むことを防止し
ている。
剤３０が空洞部１４の方向に流れた場合に溝１９内に流
れ込むことにより、空洞部１４に流れ込むことを防止し
ている。
【００３０】また、発熱抵抗体１３ａからの熱の移動を
流線９０，９１，９２に示す。流線９０は空気への熱伝
達であり、流線９１，９２は単結晶シリコン基板１１へ
の熱伝導であり、従って、流線９０の熱量は流線９１，
９２に比較すると非常に小さい。従って、発熱抵抗体１
３ａの単結晶シリコン基板１１への熱伝導は溝１９があ
る場合の方が小さくなり、従って発熱抵抗体１３ａの無
駄な熱量を抑制することができ熱式空気流量センサ特性
を向上することができる。
流線９０，９１，９２に示す。流線９０は空気への熱伝
達であり、流線９１，９２は単結晶シリコン基板１１へ
の熱伝導であり、従って、流線９０の熱量は流線９１，
９２に比較すると非常に小さい。従って、発熱抵抗体１
３ａの単結晶シリコン基板１１への熱伝導は溝１９があ
る場合の方が小さくなり、従って発熱抵抗体１３ａの無
駄な熱量を抑制することができ熱式空気流量センサ特性
を向上することができる。
【００３１】図１４，図１５は本発明の第４の実施例を
示す。図１４はセンサ素子１０をセンサ支持体２０に取
付けた断面図を示し、図１５は図１４のＣ−Ｃ断面図を
示す。この第４の実施例は、第１の実施例に示したセン
サ素子１０を有し、センサ支持体２０のセンサ素子１０
接着面に矩形の溝２５を有するものである。
示す。図１４はセンサ素子１０をセンサ支持体２０に取
付けた断面図を示し、図１５は図１４のＣ−Ｃ断面図を
示す。この第４の実施例は、第１の実施例に示したセン
サ素子１０を有し、センサ支持体２０のセンサ素子１０
接着面に矩形の溝２５を有するものである。
【００３２】第４の実施例によれば、センサ素子１０を
センサ支持体２０に接着する際に生じる余分な接着剤３
０は接着剤流入溝１７により切欠２１のボンディング側
へ排出されるが、このときに排出された接着剤３０が矩
形の溝２５内に流れ込み、余分な接着剤３０がセンサ素
子１０表面に回り込むことを第１〜第３の実施例の場合
よりも更に抑制することができる。
センサ支持体２０に接着する際に生じる余分な接着剤３
０は接着剤流入溝１７により切欠２１のボンディング側
へ排出されるが、このときに排出された接着剤３０が矩
形の溝２５内に流れ込み、余分な接着剤３０がセンサ素
子１０表面に回り込むことを第１〜第３の実施例の場合
よりも更に抑制することができる。
【００３３】また、接着剤３０を滴下させる際に空気の
巻込みが抑制されるため、残留気泡を抑制することがで
きる。
巻込みが抑制されるため、残留気泡を抑制することがで
きる。
【００３４】また、センサ支持体２０に設ける矩形の溝
２５の代わりに接着剤流入切欠２３を設けることによっ
ても、同様の効果が得られる。
２５の代わりに接着剤流入切欠２３を設けることによっ
ても、同様の効果が得られる。
【００３５】図１４では、センサ素子１０に接着剤流入
溝１７がある場合の例を示したが、図１７に示すよう
に、センサ素子１０に接着剤流入溝１７がない場合にお
いても同様の効果が得られる。
溝１７がある場合の例を示したが、図１７に示すよう
に、センサ素子１０に接着剤流入溝１７がない場合にお
いても同様の効果が得られる。
【００３６】図１６は本発明の第５の実施例を示してお
り、センサ支持体２０に設けられた接着剤流入切欠２３
内に突起２４を設けたものである。この第５の実施例で
は、センサ素子１０に形成された接着剤流入溝１７の１
つと突起２４により、センサ素子１０とセンサ支持体２
０の位置合わせを容易に行うことができる。センサ素子
１０上の薄膜状のセンサ領域は非常に微小であるため、
センサ素子１０とセンサ支持体２０の接着位置が微小に
変化するとセンサ特性に影響を与えるため、大量生産に
おいてはセンサ特性バラツキの原因となる。従って、セ
ンサ素子１０とセンサ支持体２０の位置合わせを行うこ
とは非常に有効である。
り、センサ支持体２０に設けられた接着剤流入切欠２３
内に突起２４を設けたものである。この第５の実施例で
は、センサ素子１０に形成された接着剤流入溝１７の１
つと突起２４により、センサ素子１０とセンサ支持体２
０の位置合わせを容易に行うことができる。センサ素子
１０上の薄膜状のセンサ領域は非常に微小であるため、
センサ素子１０とセンサ支持体２０の接着位置が微小に
変化するとセンサ特性に影響を与えるため、大量生産に
おいてはセンサ特性バラツキの原因となる。従って、セ
ンサ素子１０とセンサ支持体２０の位置合わせを行うこ
とは非常に有効である。
【００３７】また、以上の実施例で説明した接着構造に
おいて、その接着剤３０として、例えば銀（Ａｇ）など
の金属が混入しない接着剤を使用すると、センサ特性を
向上させることができる。
おいて、その接着剤３０として、例えば銀（Ａｇ）など
の金属が混入しない接着剤を使用すると、センサ特性を
向上させることができる。
【００３８】一般的に、半導体チップをアルミナなどに
接着する場合には、半導体チップ上の熱をキバン側に逃
がすために、熱伝導性の良好な接着剤として例えば銀
(Ａｇ)等の金属が混入した接着剤を使用するが、本発明
における熱式空気流量センサにおいては、特にセンサ素
子１０からのセンサ支持体２０へ熱を逃がす必要がな
く、逆に、使用環境によってはセンサ支持体２０が高温
になる場合があり、その場合に前記銀（Ａｇ）が混入し
た接着剤等ではセンサ支持体２０からの熱がセンサ素子
１０に熱伝導し易くなり、従って、熱式空気流量センサ
の特性に悪影響を及ぼす。
接着する場合には、半導体チップ上の熱をキバン側に逃
がすために、熱伝導性の良好な接着剤として例えば銀
(Ａｇ)等の金属が混入した接着剤を使用するが、本発明
における熱式空気流量センサにおいては、特にセンサ素
子１０からのセンサ支持体２０へ熱を逃がす必要がな
く、逆に、使用環境によってはセンサ支持体２０が高温
になる場合があり、その場合に前記銀（Ａｇ）が混入し
た接着剤等ではセンサ支持体２０からの熱がセンサ素子
１０に熱伝導し易くなり、従って、熱式空気流量センサ
の特性に悪影響を及ぼす。
【００３９】しかし、金属を含まない接着剤は金属を含
む接着剤よりも硬度が小さいため、後工程のセンサ素子
１０と外部信号処理回路を接続するための例えば金線５
０によるボンディングにおいて、超音波振動を吸収して
しまい、図１８に示すような浮動的支持構造においては
作業性が悪くなる。しかし、本発明のように、センサ素
子とセンサ支持体が接している構造においては、ボンデ
ィングの作業性には影響を与えないため、金属を含まな
い接着剤を使用することが可能となり、センサ特性を向
上させることができる。
む接着剤よりも硬度が小さいため、後工程のセンサ素子
１０と外部信号処理回路を接続するための例えば金線５
０によるボンディングにおいて、超音波振動を吸収して
しまい、図１８に示すような浮動的支持構造においては
作業性が悪くなる。しかし、本発明のように、センサ素
子とセンサ支持体が接している構造においては、ボンデ
ィングの作業性には影響を与えないため、金属を含まな
い接着剤を使用することが可能となり、センサ特性を向
上させることができる。
【００４０】
【発明の効果】本発明によれば、検出素子の接着に起因
して生じる空気流の乱れが少なく、検出精度のよい空気
流量センサを実現することができる。
して生じる空気流の乱れが少なく、検出精度のよい空気
流量センサを実現することができる。
【００４１】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施例によるセンサ素子を備え
たセンサ支持体の断面図。
たセンサ支持体の断面図。
【図２】図１，図６に示すセンサ素子を備えたセンサ支
持体の平面図。
持体の平面図。
【図３】図１に示すセンサ素子接着面側の平面図。
【図４】図３に示すセンサ素子接着面側のチップ分割前
の状態を示す部分平面図。
の状態を示す部分平面図。
【図５】図４に示すセンサ素子のエッチング部をパター
ニングするために使用するマスクの部分平面図。
ニングするために使用するマスクの部分平面図。
【図６】本発明の第２の実施例によるセンサ素子を備え
たセンサ支持体の断面図。
たセンサ支持体の断面図。
【図７】本発明の第２の実施例によるセンサ素子を備え
たセンサ支持体の断面図。
たセンサ支持体の断面図。
【図８】図６に示すセンサ素子接着面側の平面図。
【図９】図８に示すセンサ素子接着面側のチップ分割前
の状態を示す部分平面図。
の状態を示す部分平面図。
【図１０】図９に示すセンサ素子のエッチング部をパタ
ーニングするために使用するマスクの部分平面図。
ーニングするために使用するマスクの部分平面図。
【図１１】本発明の第３の実施例によるセンサ素子を備
えたセンサ支持体の断面図。
えたセンサ支持体の断面図。
【図１２】図１１に示すセンサ素子接着面側の平面図。
【図１３】図１１に示すセンサ素子のエッチング部をパ
ターニングするために使用するマスクの部分平面図。
ターニングするために使用するマスクの部分平面図。
【図１４】本発明の第４の実施例によるセンサ素子を備
えたセンサ支持体の断面図。
えたセンサ支持体の断面図。
【図１５】本発明の第４の実施例によるセンサ素子を備
えたセンサ支持体の断面図。
えたセンサ支持体の断面図。
【図１６】本発明の第５の実施例によるセンサ素子を備
えたセンサ支持体の断面図。
えたセンサ支持体の断面図。
【図１７】本発明の第６の実施例によるセンサ素子を備
えたセンサ支持体の断面図。
えたセンサ支持体の断面図。
【図１８】従来のセンサ素子とセンサ支持体の接着を示
す断面図。
す断面図。
１０…センサ素子、１１…単結晶シリコン基板、１２…
電気絶縁層、１３ａ…発熱抵抗体、１３ｂ…空気温度測
温抵抗体、１４…空洞部、１５…電極、１６…保護層、
１７，１９，２５…接着剤流入溝、１８…端部エッチン
グ領域、２０…センサ支持体、２１，２３…切欠、２２
…チャネル、２４…突起、３０…接着剤、４０…電極、
５０…金線、６０…空気流、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ…
隙間、８０…空洞部形成用開口部、８１…接着剤流入溝
形成用開口部、８２…チャネル形成用開口部、８３…溝
形成用開口部、９０，９１，９２…流線。
電気絶縁層、１３ａ…発熱抵抗体、１３ｂ…空気温度測
温抵抗体、１４…空洞部、１５…電極、１６…保護層、
１７，１９，２５…接着剤流入溝、１８…端部エッチン
グ領域、２０…センサ支持体、２１，２３…切欠、２２
…チャネル、２４…突起、３０…接着剤、４０…電極、
５０…金線、６０…空気流、７０ａ，７０ｂ，７０ｃ…
隙間、８０…空洞部形成用開口部、８１…接着剤流入溝
形成用開口部、８２…チャネル形成用開口部、８３…溝
形成用開口部、９０，９１，９２…流線。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 山田 雅通
茨城県日立市大みか町七丁目１番１号
株式会社 日立製作所 日立研究所内
(56)参考文献 特開 平６−50783（ＪＰ，Ａ)
特開 平９−72804（ＪＰ，Ａ)
特開 平11−108782（ＪＰ，Ａ)
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01F 1/00 - 9/02
F02D 35/00
Claims (15)
- 【請求項１】半導体基板に絶縁層を介して発熱抵抗体を
形成した検出素子と、 窪みを有する支持体とを備え、 前記検出素子が前記窪みの底面に接着剤を介して固定さ
れ、空気通路中に配置される空気流量センサにおいて、 前記検出素子には、前記底面と隣接する第１の領域と、
溝を介して前記底面と接着剤により接着される第２の領
域とがあることを特徴とする空気流量センサ。 - 【請求項２】請求項１において、 前記発熱抵抗体が形成された前記半導体基板の反対側に
設けられた第２の窪みを備え、 前記第２の窪みが、前記支持体と、前記第１の領域また
は前記第２の領域によって、ほぼ気密に封止されること
を特徴とする空気流量センサ。 - 【請求項３】請求項１において、 前記発熱抵抗体が形成された前記半導体基板の反対側に
設けられた第２の窪みを備え、 前記第１の領域が前記第２の窪みを囲って設けられてい
ることを特徴とする空気流量センサ。 - 【請求項４】請求項１から３のいずれかにおいて、 前記溝は、前記検出素子または前記支持体に設けられた
ことを特徴とする空気流量センサ。 - 【請求項５】請求項４において、 前記接着剤が前記溝の中を通って外部に排出されること
を特徴とする空気流量センサ。 - 【請求項６】請求項５において、 前記外部とは前記検出素子または前記支持体に設けられ
た第３の窪みであることを特徴とする空気流量センサ。 - 【請求項７】請求項４において、 前記溝は断面が逆三角形であって、稜を介して複数本設
けられていることを特徴とする空気流量センサ。 - 【請求項８】請求項４において、 前記溝は、前記検出素子と前記支持体との両方に設けら
れ、互いに接着剤が流通可能であることを特徴とする空
気流量センサ。 - 【請求項９】半導体基板に絶縁層を介して発熱抵抗体を
形成した検出素子と、 前記検出素子が固定される窪みを有する支持体と、 を備えた空気流量センサにおいて、 前記窪みの底面には、前記検出素子と前記支持体とが隣
接する第１の領域と、溝を介して前記検出素子と前記支
持体とが接着剤により接着される第２の領域とが設けら
れ、 前記溝は、前記検出素子と前記支持体との両方に設けら
れ、互いに接着剤が流通可能であることを特徴とする空
気流量センサ。 - 【請求項１０】半導体基板上に電気絶縁層を介して発熱
抵抗体を形成した検出素子と、 前記検出素子が接着剤により接着される支持体とを備え
た熱式空気流量センサにおいて、 前記半導体基板の前記支持体への接着面に少なくとも１
本以上の溝を設け、 前記半導体基板の端部をエッチングしたことを特徴とす
る熱式空気流量センサ。 - 【請求項１１】半導体基板上に電気絶縁層を介して発熱
抵抗体を形成した検出素子と、 前記検出素子が接着剤により接着される支持体とを備え
た熱式空気流量センサにおいて、 前記半導体基板の前記支持体への接着面に少なくとも１
本以上の溝を設け、 エッチングにより形成した前記溝は前記検出素子の長手
方向に形成され、少なくとも溝の片端は前記半導体基板
端部にまで達していることを特徴とする熱式空気流量セ
ンサ。 - 【請求項１２】請求項１０または１１において、 前記発熱抵抗体と前記溝との間に、前記溝と垂直な方向
にエッチングにより形成した前記電気絶縁膜まで達する
第２の溝を設けたことを特徴とする熱式空気流量セン
サ。 - 【請求項１３】請求項１０から１２のいずれかにおい
て、 前記支持体は、前記検出素子と接着される領域に、切欠
と、その切欠内に前記検出素子に形成された前記溝と平
行で断面が三角形の突起とを有し、 前記突起は前記切欠の深さよりも高いことを特徴とする
熱式空気流量センサ。 - 【請求項１４】請求項１から１３のいずれかにおいて、 前記接着剤は金属を含まないことを特徴とする熱式空気
流量センサ。 - 【請求項１５】請求項１において、 前記支持体上に形成され、前記検出素子と接続され、前
記検出素子に電流と電圧供給し信号処理を行う信号処理
回路を備え、 前記接着剤が、前記溝の中を前記接続の為のボンディン
グが施された側へ押し出されてなることを特徴とする空
気流量センサ。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18477099A JP3514666B2 (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | 熱式空気流量センサ |
| US09/609,065 US6553829B1 (en) | 1999-06-30 | 2000-06-30 | Air flow sensor having grooved sensor element |
| DE10031879A DE10031879B4 (de) | 1999-06-30 | 2000-06-30 | Luftmengenmesser mit Heizwiderstand |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP18477099A JP3514666B2 (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | 熱式空気流量センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001012986A JP2001012986A (ja) | 2001-01-19 |
| JP3514666B2 true JP3514666B2 (ja) | 2004-03-31 |
Family
ID=16159022
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP18477099A Expired - Fee Related JP3514666B2 (ja) | 1999-06-30 | 1999-06-30 | 熱式空気流量センサ |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6553829B1 (ja) |
| JP (1) | JP3514666B2 (ja) |
| DE (1) | DE10031879B4 (ja) |
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| JP2015014578A (ja) * | 2013-07-08 | 2015-01-22 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 流量センサ |
| KR20180091909A (ko) * | 2015-12-16 | 2018-08-16 | 콘티넨탈 오토모티브 게엠베하 | 공기 질량 유량계 |
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2000
- 2000-06-30 US US09/609,065 patent/US6553829B1/en not_active Expired - Lifetime
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