JP4670293B2

JP4670293B2 - Gas flow sensor device

Info

Publication number: JP4670293B2
Application number: JP2004280392A
Authority: JP
Inventors: 祥文渡部; 由明本多
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Works Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Electric Works Co Ltd
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2011-04-13
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP2006090989A

Description

本発明は、熱式のガスフローセンサを備えたガスフローセンサ装置に関するものである。 The present invention is related to the gas flow sensor equipment provided with a gas flow sensor of the thermal type.

従来から、マイクロマシンニング技術を応用して形成した熱式のガスフローセンサが各所で研究開発されており（例えば、特許文献１、２参照）、例えば、図１０（ａ），（ｂ）に示す構成のガスフローセンサ１００が知られている。 Conventionally, thermal gas flow sensors formed by applying micromachining technology have been researched and developed in various places (see, for example, Patent Documents 1 and 2), for example, as shown in FIGS. 10 (a) and 10 (b). A gas flow sensor 100 having a configuration is known.

このガスフローセンサ１００は、シリコン基板１１１の一表面（図１０（ｂ）における上面）側に第１のシリコン酸化膜１２２ａが形成され、第１のシリコン酸化膜１２２ａ上において所定形状にパターニングした多結晶シリコン膜からなるヒータ１１３が形成され、第１のシリコン酸化膜１２２ａの表面側にヒータ１１３を覆う第２のシリコン酸化膜１２２ｂが形成され、第２のシリコン酸化膜１２２ｂに開孔したコンタクトホール１２２ｃ，１２２ｃを通してヒータ１１３の両端部に電気的に接続される一対のパッド１１４，１１４が形成されている。また、シリコン基板１１１の他表面（図１０（ｂ）における下面）にはシリコン窒化膜からなる裏面側保護膜１２１が形成されている。 In the gas flow sensor 100, a first silicon oxide film 122a is formed on one surface (upper surface in FIG. 10B) side of a silicon substrate 111, and patterned in a predetermined shape on the first silicon oxide film 122a. A heater 113 made of a crystalline silicon film is formed, a second silicon oxide film 122b covering the heater 113 is formed on the surface side of the first silicon oxide film 122a, and a contact hole opened in the second silicon oxide film 122b. A pair of pads 114 and 114 that are electrically connected to both ends of the heater 113 through 122c and 122c are formed. Further, a back surface side protective film 121 made of a silicon nitride film is formed on the other surface of the silicon substrate 111 (the lower surface in FIG. 10B).

要するに、上述のガスフローセンサ１００では、第１のシリコン酸化膜１２２ａと第２のシリコン酸化膜１２２ｂとからなる表面保護膜１２２にヒータ１１３が埋設されており、シリコン基板１１１の上記一表面の所定領域に凹所１１２を形成することによりヒータ１１３とシリコン基板１１１とを熱絶縁している。 In short, in the gas flow sensor 100 described above, the heater 113 is embedded in the surface protective film 122 formed of the first silicon oxide film 122a and the second silicon oxide film 122b, and the predetermined surface of the one surface of the silicon substrate 111 is predetermined. By forming the recess 112 in the region, the heater 113 and the silicon substrate 111 are thermally insulated.

シリコン基板１１１の上記一表面への凹所１１２の形成にあたっては、パッド１１４，１１４の形成後に、まず、表面側保護膜１２２において上記所定領域に重複し且つヒータ１１３に重複しない適宜部位に厚み方向に貫通する２つのエッチング液導入孔１２３，１２３を形成してから、表面側保護膜１２２および裏面側保護膜１２１をマスクとし、アルカリ系溶液をエッチング液としてシリコン基板１１１を上記一表面側から異方性エッチングすることにより凹所１１２を形成している。 In forming the recess 112 on the one surface of the silicon substrate 111, after forming the pads 114, 114, first, in the thickness direction, the surface side protective film 122 overlaps the predetermined region and does not overlap the heater 113. After forming two etching solution introduction holes 123, 123 penetrating through the surface, the silicon substrate 111 is different from the one surface side using the front side protective film 122 and the back side protective film 121 as a mask and using an alkaline solution as an etching solution. The recess 112 is formed by isotropic etching.

ところで、上述のガスフローセンサ１００を用いたガスフローセンサ装置は、例えば、一対のパッド１１４，１１４を介してヒータ１１３へ定電流を供給する駆動手段と、ガスの流れに起因したヒータ１１３の電圧の変化量を検出し当該変化量からガスの流量を求める信号処理手段とを備えるように構成される。
特公平３−５２０２８号公報特開平８−５４２６９号公報 By the way, the gas flow sensor device using the gas flow sensor 100 described above includes, for example, driving means for supplying a constant current to the heater 113 via the pair of pads 114 and 114, and the voltage of the heater 113 caused by the gas flow. Signal processing means for detecting a change amount of the gas and obtaining a gas flow rate from the change amount.
Japanese Patent Publication No. 3-52028 JP-A-8-54269

図１０に示した構成のガスフローセンサ１００では、シリコン基板１１１の上記一表面に凹所１１２を形成することによりシリコン基板１１１とヒータ１１３とを熱絶縁しており、パッド１１４，１１４の形成後に異方性エッチングにより凹所１１２を形成する必要があるので、構造および製造プロセスが複雑であった。 In the gas flow sensor 100 having the configuration shown in FIG. 10, the silicon substrate 111 and the heater 113 are thermally insulated by forming a recess 112 on the one surface of the silicon substrate 111, and after the pads 114 and 114 are formed. Since the recess 112 needs to be formed by anisotropic etching, the structure and the manufacturing process are complicated.

また、上述のガスフローセンサ１００を用いたガスフローセンサ装置では、駆動手段からヒータ１１３へ定電流を連続的に供給するので、消費電力が大きいという不具合があった。 Further, in the gas flow sensor device using the gas flow sensor 100 described above, since a constant current is continuously supplied from the driving means to the heater 113, there is a problem that power consumption is large.

本発明は上記事由に鑑みて為されたものであり、その目的は、ガスフローセンサの構造および製造が容易で、且つ、低消費電力化および検出精度の向上が可能なガスフローセンサ装置を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its object is easy to structure and manufacture of gas flow sensor, and a gas flow sensor equipment capable to improve the low power consumption and detection accuracy there to be subjected Hisage.

請求項１の発明は、支持基板の一表面側に形成されたヒータと支持基板との間に介在する熱絶縁層を有するガスフローセンサと、ガスフローセンサのヒータへ電気的な入力を与える駆動手段と、ガスの流れに起因したガスフローセンサのヒータの電気的特性の変化からガスの流量を求める信号処理手段とを備え、ガスフローセンサは、熱絶縁層の熱伝導率をαi〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕、熱容量をＣi〔Ｊ／（ｍ ^３・Ｋ）〕とし、支持基板の熱伝導率をαs〔Ｗ／（ｍ・Ｋ）〕、熱容量をＣs〔Ｊ／（ｍ ^３・Ｋ）〕とするとき、
〔αi×Ｃi〕＜〔αs×Ｃs〕
の関係を満足し、
駆動手段は、ガスフローセンサのヒータへ電気的な入力を間欠的に与えるものであり、信号処理手段は、駆動手段によりヒータへ間欠的に電気的な入力が与えられているときのヒータの電圧と電流とに基づいてヒータの抵抗値を演算し、ヒータの電気的特性である抵抗値の変化からガスの流量を求めるものであって、ガスフローセンサは、ヒータが複数並設されており、信号処理手段は、各ヒータそれぞれの抵抗値の変化量に基づいてガスの流量およびガスの流れている方向を求めるものであり、抵抗値の変化量の大きなヒータを上流側のヒータであると決定し、当該上流側のヒータの抵抗値の変化からガスの流量を算出することを特徴とする。ここにおいて、電気的な入力とは、ヒータへ印加する電圧またはヒータへ供給する電流を意味している。 According to the first aspect of the present invention, there is provided a gas flow sensor having a heat insulating layer interposed between a heater formed on one surface side of the support substrate and the support substrate, and a drive for giving an electric input to the heater of the gas flow sensor. And a signal processing means for obtaining a gas flow rate from a change in the electrical characteristics of the heater of the gas flow sensor due to the gas flow. The gas flow sensor determines the thermal conductivity of the thermal insulation layer by αi [W / (M · K)], the heat capacity is Ci [J / (m ³ · K)], the thermal conductivity of the support substrate is αs [W / (m · K)], and the heat capacity is Cs [J / (m ³ ・ K)]
[Αi × Ci] <[αs × Cs]
Satisfied with the relationship
The driving means intermittently gives an electric input to the heater of the gas flow sensor, and the signal processing means is a voltage of the heater when the electric input is intermittently given to the heater by the driving means. The heater resistance value is calculated based on the current and the current, and the flow rate of the gas is obtained from the change in the resistance value, which is an electrical characteristic of the heater. The gas flow sensor includes a plurality of heaters arranged in parallel. The signal processing means obtains the gas flow rate and the gas flowing direction based on the resistance change amount of each heater, and determines that the heater having the large resistance change amount is the upstream heater. The flow rate of the gas is calculated from the change in the resistance value of the upstream heater . Here, the electrical input means a voltage applied to the heater or a current supplied to the heater.

この発明によれば、ガスフローセンサが、ヒータと支持基板との間に介在する熱絶縁層によりヒータと支持基板とを熱絶縁した構造となっているので、ガスフローセンサの構造および製造が容易であり、また、ガスフローセンサを間欠的に駆動するので、ガスフローセンサを連続的に駆動する場合に比べて低消費電力化を図ることができ、しかも、ガスフローセンサが〔αi×Ｃi〕＜〔αs×Ｃs〕の関係を満足しているので、間欠駆動する際の電気的な入力であるパルス間の時間を短くしてもヒータの熱が支持基板を通して放熱されやすくなって、ヒータへの電気的な入力の有無によるヒータの温度差を大きくすることができるとともに、支持基板の温度が安定してヒータの温度が支持基板の温度の影響を受けにくくなるので、ガスの流量の検出精度を向上できる。 According to the present invention, since the gas flow sensor has a structure in which the heater and the support substrate are thermally insulated by the heat insulating layer interposed between the heater and the support substrate, the structure and manufacture of the gas flow sensor are easy. In addition, since the gas flow sensor is driven intermittently, power consumption can be reduced as compared with the case where the gas flow sensor is driven continuously, and the gas flow sensor is [αi × Ci]. <[Αs × Cs] is satisfied, so that even if the time between pulses, which is an electrical input in intermittent driving, is shortened, the heat of the heater is easily dissipated through the support substrate. The temperature difference of the heater due to the presence or absence of electrical input can be increased, and the temperature of the support substrate is stabilized and the heater temperature is less affected by the temperature of the support substrate. Degree can be improved.

また、この発明によれば、信号処理手段は、前記駆動手段により前記ヒータへ間欠的に電気的な入力が与えられているときの前記ヒータの電圧と電流とに基づいて前記ヒータの抵抗値を演算し、前記ヒータの電気的特性である抵抗値の変化からガスの流量を求めるので、ヒータの温度を直接測定することなく前記ヒータの抵抗値からガスの流量を求めることができる。また、この発明によれば、ガスフローセンサは、ヒータが複数並設されており、信号処理手段は、各ヒータそれぞれの抵抗値の変化量に基づいてガスの流量およびガスの流れている方向を求めるものであり、抵抗値の変化量の大きなヒータを上流側のヒータであると決定し、当該上流側のヒータの抵抗値の変化からガスの流量を算出するので、ガスの流量と併せてガスの流れている方向を検出することができる。 Further, according to the present invention, signal processing means, the resistance value of the heater on the basis of the voltage of the heater and current when intermittently electrical input is given by the driving means to the heater can be calculated the electrical characteristics and is determined the flow rate from a change in gas resistance Runode of the heater, determine the flow rate from the resistance value of the gas of the heater without measuring the temperature of the heater directly. Further, according to the present invention, the gas flow sensor includes a plurality of heaters arranged in parallel, and the signal processing means determines the gas flow rate and the direction in which the gas flows based on the amount of change in the resistance value of each heater. It is determined that the heater having a large resistance change amount is determined as the upstream heater, and the gas flow rate is calculated from the change in resistance value of the upstream heater. It is possible to detect the direction of the flow.

請求項２の発明は、請求項１の発明において、前記信号処理手段は、演算により求めた前記ヒータの抵抗値が規定抵抗値に近づくように前記駆動手段から前記ヒータへ与える電気的な入力の大きさを変化させた後、前記ヒータの電気的特性である抵抗値の変化からガスの流量を求めることを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the invention, the signal processing unit is configured to input electrical input from the driving unit to the heater so that the resistance value of the heater obtained by calculation approaches a specified resistance value. After changing the magnitude, the flow rate of the gas is obtained from a change in resistance value, which is an electrical characteristic of the heater.

この発明によれば、ガスの流量によらず前記ヒータの最高到達温度を略一定値とすることが可能となり、検出精度の安定化を図れる。 According to this invention, it becomes possible to make the maximum temperature reached by the heater substantially constant regardless of the gas flow rate, and the detection accuracy can be stabilized .

請求項３の発明は、請求項１または請求項２の発明において、前記ガスフローセンサは、前記熱絶縁層が多孔質層からなることを特徴とする。 Invention 請 Motomeko 3 is the invention of claim 1 or claim 2, wherein the gas flow sensor, the thermal insulating layer is characterized by comprising the porous layer.

この発明によれば、前記熱絶縁層を構成する多孔質層の多孔度を高くするほど前記熱絶縁層の熱伝導率αiおよび熱容量Ｃiが小さくなって、〔αi×Ｃi〕と〔αs×Ｃs〕との差が大きくなるから、間欠駆動する際の電気的な入力であるパルス間の時間を短くしても前記ヒータの熱が前記支持基板を通してより放熱されやすくなり、ガスの流量の検出精度をより向上できる。 According to the present invention, the higher the porosity of the porous layer constituting the thermal insulation layer, the smaller the thermal conductivity αi and thermal capacity Ci of the thermal insulation layer, and [αi × Ci] and [αs × Cs Therefore, even if the time between pulses, which is an electrical input in intermittent driving, is shortened, the heat of the heater is more easily dissipated through the support substrate, and the gas flow rate detection accuracy Can be improved more.

請求項４の発明は、請求項３の発明において、前記ガスフローセンサは、前記支持基板がシリコン基板からなり、前記熱絶縁層である前記多孔質層が多孔質シリコン層からなることを特徴とする。 According to a fourth aspect of the present invention, in the gas flow sensor according to the third aspect of the present invention, the support substrate is a silicon substrate, and the porous layer that is the thermal insulating layer is a porous silicon layer. To do.

この発明によれば、〔αi×Ｃi〕と〔αs×Ｃs〕との差を前記熱絶縁層としてシリコン酸化膜を用いる場合に比べて大きくでき、且つ、前記支持基板および前記熱絶縁層の耐熱温度が１０００℃を超える高温なので、前記ヒータの材料としてシリコンよりも高融点の材料を適宜選択することにより、前記ヒータの最高到達温度を前記支持基板および前記熱絶縁層の耐熱温度に近い高温まで設定可能となり、高感度化を図れる。 According to the present invention, the difference between [αi × Ci] and [αs × Cs] can be increased as compared with the case where a silicon oxide film is used as the thermal insulation layer, and the heat resistance of the support substrate and the thermal insulation layer can be increased. Since the temperature is higher than 1000 ° C., by appropriately selecting a material having a melting point higher than that of silicon as the material of the heater, the maximum reached temperature of the heater is increased to a temperature close to the heat resistance temperature of the support substrate and the thermal insulating layer. It becomes possible to set and high sensitivity can be achieved .

請求項１の発明では、ガスフローセンサの構造および製造が容易で、且つ、低消費電力化および検出精度の向上が可能になるという効果がある。 According to the first aspect of the present invention, there is an effect that the structure and manufacture of the gas flow sensor are easy, the power consumption can be reduced, and the detection accuracy can be improved .

（参考例１）
本参考例のガスフローセンサ装置は、図１（ａ），（ｂ）に示す構成のガスフローセンサ（以下、センサ素子と称す）１０を備えている。 (Reference Example 1)
The gas flow sensor device of this reference example includes a gas flow sensor (hereinafter referred to as a sensor element) 10 having the configuration shown in FIGS.

センサ素子１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１の一表面（図１（ｂ）における上面）側に形成された熱絶縁層１２と、熱絶縁層１２上に形成された金属薄膜からなるヒータ１３と、半導体基板１１の上記一表面側でヒータ１３の両端部（図１（ａ）における左右両端部）それぞれに沿って形成されヒータ１３と電気的に接続された一対のパッド１４，１４とを備えている。本参考例では、半導体基板１１が支持基板を構成しており、支持基板とヒータ１３との間に熱絶縁層１２が介在している。なお、半導体基板１１、熱絶縁層１２それぞれの外周形状は矩形状としてあり、ヒータ１３の外周形状は細長の矩形状としてある。 The sensor element 10 includes a semiconductor substrate 11, a heat insulating layer 12 formed on one surface (the upper surface in FIG. 1B) of the semiconductor substrate 11, and a heater made of a metal thin film formed on the heat insulating layer 12. 13 and a pair of pads 14, 14 formed along the both ends of the heater 13 on the one surface side of the semiconductor substrate 11 (left and right ends in FIG. 1A) and electrically connected to the heater 13, It has. In this reference example, the semiconductor substrate 11 constitutes a support substrate, and the thermal insulating layer 12 is interposed between the support substrate and the heater 13. The outer peripheral shape of each of the semiconductor substrate 11 and the heat insulating layer 12 is a rectangular shape, and the outer peripheral shape of the heater 13 is an elongated rectangular shape.

ここにおいて、センサ素子１０は、ヒータ１３への通電（電気エネルギの供給）に伴ってヒータ１３の温度が上昇し、ヒータ１３近傍を通過するガスの流量に依存してヒータ１３の温度が変化するので、ヒータ１３の電気的特性（例えば、電圧、電流、抵抗値）の変化からガスの流量を求めることが可能となる。 Here, in the sensor element 10, the temperature of the heater 13 increases with energization (supply of electric energy) to the heater 13, and the temperature of the heater 13 changes depending on the flow rate of the gas passing near the heater 13. Therefore, the gas flow rate can be obtained from the change in the electrical characteristics (for example, voltage, current, resistance value) of the heater 13.

センサ素子１０では、半導体基板１１としてｐ形のシリコン基板を用いており、熱絶縁層１２を多孔質層である多孔質シリコン層により構成している。ここで、熱絶縁層１２を構成する多孔質シリコン層は、半導体基板１１としてのｐ形シリコン基板の一部を電解液中で陽極酸化処理することにより形成されており、陽極酸化処理の条件を適宜変化させることにより、多孔度を変化させることができる。多孔質シリコン層は、多孔度が高くなるにつれて熱伝導率および熱容量が小さくなり、多孔度を適宜設定することにより熱伝導率を単結晶シリコンに比べて十分に小さくすることができる。一例として、熱伝導率が１６８Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が１．６７×１０^６Ｊ／（ｍ^３・Ｋ）の単結晶のシリコン基板を陽極酸化処理して形成される多孔度が６０％の多孔質シリコン層は、熱伝導率が１Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量が０．７×１０^６Ｊ／（ｍ^３・Ｋ）となることが知られている。なお、熱絶縁材料の一種であるＳｉＯ_２の熱伝導率は、１．４Ｗ／（ｍ・Ｋ）、熱容量は２．２７×１０^６Ｊ／（ｍ^３・Ｋ）である。したがって、熱伝導率と熱容量との積で比較すれば、〔多孔質シリコン層〕＜〔ＳｉＯ_２〕＜〔シリコン基板〕となっている。 In the sensor element 10, a p-type silicon substrate is used as the semiconductor substrate 11, and the thermal insulating layer 12 is constituted by a porous silicon layer that is a porous layer. Here, the porous silicon layer constituting the heat insulating layer 12 is formed by anodizing a part of a p-type silicon substrate as the semiconductor substrate 11 in an electrolytic solution. By changing appropriately, the porosity can be changed. The porous silicon layer has a smaller thermal conductivity and heat capacity as the porosity increases, and the thermal conductivity can be made sufficiently smaller than that of single crystal silicon by appropriately setting the porosity. As an example, the porosity formed by anodizing a single crystal silicon substrate having a thermal conductivity of 168 W / (m · K) and a heat capacity of 1.67 × 10 ⁶ J / (m ³ · K) is 60. % Porous silicon layer is known to have a thermal conductivity of 1 W / (m · K) and a heat capacity of 0.7 × 10 ⁶ J / (m ³ · K). Note that the thermal conductivity of SiO ₂ , which is a kind of thermal insulating material, is 1.4 W / (m · K), and the heat capacity is 2.27 × 10 ⁶ J / (m ³ · K). Therefore, if the product of thermal conductivity and heat capacity is compared, [porous silicon layer] <[SiO ₂ ] <[silicon substrate].

ここに、半導体基板１１は単結晶のｐ形シリコン基板に限らず、多結晶あるいはアモルファスのｐ形シリコン基板でもよいし、また、ｐ形に限らず、ｎ形あるいはノンドープであってもよく、半導体基板１１の種類に応じて陽極酸化処理の条件を適宜変更すればよい。したがって、熱絶縁層１２を構成する多孔質半導体層も多孔質シリコン層に限らず、例えば、多結晶シリコンを陽極酸化処理することにより形成した多孔質多結晶シリコン層や、シリコン以外の半導体材料からなる多孔質半導体層でもよい。 Here, the semiconductor substrate 11 is not limited to a single crystal p-type silicon substrate, but may be a polycrystalline or amorphous p-type silicon substrate, is not limited to p-type, and may be n-type or non-doped. What is necessary is just to change the conditions of an anodizing process suitably according to the kind of board | substrate 11. FIG. Therefore, the porous semiconductor layer constituting the heat insulating layer 12 is not limited to the porous silicon layer. For example, a porous polycrystalline silicon layer formed by anodizing polycrystalline silicon or a semiconductor material other than silicon is used. It may be a porous semiconductor layer.

また、ヒータ１３の材料としては、高融点金属の一種であるＷを採用しているが、ヒータ１３の材料は、Ｗに限らず、例えば、Ｔａ、Ｍｏなどの高融点金属や、Ｉｒなどの貴金属を採用してもよい。また、各パッド４，４の材料としては、例えば、Ａｌなどを採用すればよい。 The material of the heater 13 is W, which is a kind of refractory metal. However, the material of the heater 13 is not limited to W, and examples thereof include refractory metals such as Ta and Mo, Ir, and the like. A noble metal may be adopted. Further, as the material of each pad 4, 4, for example, Al may be adopted.

なお、センサ素子１０では、熱絶縁層１２の厚さを４０μｍ、ヒータ１３の厚さを５０ｎｍ、パッド１４の厚さを０．５μｍとしてあるが、これらの厚さは一例であって特に限定するものではない。 In the sensor element 10, the thickness of the thermal insulating layer 12 is 40 μm, the thickness of the heater 13 is 50 nm, and the thickness of the pad 14 is 0.5 μm. However, these thicknesses are only examples and are particularly limited. It is not a thing.

以下、センサ素子１０の製造方法について簡単に説明する。 Hereinafter, a method for manufacturing the sensor element 10 will be briefly described.

まず、単結晶のｐ形シリコン基板からなる半導体基板１１の他表面（図１（ｂ）における下面）側に陽極酸化処理時に用いる通電用電極（図示せず）を形成した後、図２に示すような陽極酸化処理装置にて陽極酸化を行うことで多孔質シリコン層からなる熱絶縁層１２を形成する。ここにおいて、陽極酸化処理の工程が熱絶縁層形成工程となっており、陽極酸化処理にあたっては、図２に示すように、半導体基板１１を主構成とする被処理物Ｃを処理槽Ａに入れられた電解液（例えば、５５ｗｔ％のフッ化水素水溶液とエタノールとを１：１で混合した混合液）Ｂに浸漬し、その後、電流源Ｄのマイナス側に配線を介して接続された白金電極Ｆを電解液Ｂ中において半導体基板１１の上記一表面側に対向するように配置する。続いて、通電用電極を陽極、白金電極Ｆを陰極として、電流源Ｄから陽極と陰極Ｆとの間に所定の電流密度（ここでは、２０ｍＡ／ｃｍ^２）の電流を所定時間（ここでは、３０分）だけ流す陽極酸化処理を行うことにより半導体基板１の上記一表面側に周部以外の部位の厚さが一定の所定厚さ（ここでは、４０μｍ）となる熱絶縁層１２を形成する。なお、陽極酸化処理時の条件は特に限定するものではなく、電流密度は例えば１〜５００ｍＡ／ｃｍ^２程度の範囲内で適宜設定すればよいし、上記所定時間も熱絶縁層１２の上記所定厚さに応じて適宜設定すればよい。 First, a current-carrying electrode (not shown) used for anodizing treatment is formed on the other surface (the lower surface in FIG. 1B) of the semiconductor substrate 11 made of a single crystal p-type silicon substrate, and then shown in FIG. The thermal insulation layer 12 made of a porous silicon layer is formed by anodizing with such an anodizing apparatus. Here, the anodizing process is a thermal insulating layer forming process, and in the anodizing process, as shown in FIG. A platinum electrode immersed in the resulting electrolyte (for example, a mixture of 55 wt% aqueous hydrogen fluoride and ethanol mixed 1: 1) B, and then connected to the negative side of the current source D via a wiring F is disposed in the electrolyte solution B so as to face the one surface side of the semiconductor substrate 11. Subsequently, with the current-carrying electrode as the anode and the platinum electrode F as the cathode, a current having a predetermined current density (in this case, 20 mA / cm ² ) between the anode and the cathode F from the current source D for a predetermined time (here, The thermal insulating layer 12 is formed on the one surface side of the semiconductor substrate 1 so that the thickness of the portion other than the peripheral portion is a predetermined thickness (in this case, 40 μm) by performing an anodic oxidation process for 30 minutes). . The conditions during the anodizing treatment are not particularly limited, and the current density may be set as appropriate within a range of, for example, about 1 to 500 mA / cm ² , and the predetermined thickness of the thermal insulating layer 12 may be set for the predetermined time. What is necessary is just to set suitably according to it.

上述の熱絶縁層形成工程の後、熱絶縁層１２上にヒータ１３を形成するヒータ形成工程、ヒータ１３と電気的に接続するパッド１４，１４を形成するパッド形成工程を順次行い、ダイシング工程を行うことによって、センサ素子１０が完成する。なお、ヒータ形成工程およびパッド形成工程では、例えば、各種のスパッタ法、各種の蒸着法、各種のＣＶＤ法などによって膜形成を行えばよい。 After the above-described thermal insulating layer forming process, a heater forming process for forming the heater 13 on the thermal insulating layer 12 and a pad forming process for forming pads 14 and 14 electrically connected to the heater 13 are sequentially performed, and a dicing process is performed. By doing so, the sensor element 10 is completed. In the heater forming step and the pad forming step, the film may be formed by, for example, various sputtering methods, various vapor deposition methods, various CVD methods, or the like.

以上説明したセンサ素子１０を用いたガスフローセンサ装置は、図３に示す構成を有している。 The gas flow sensor device using the sensor element 10 described above has a configuration shown in FIG.

すなわち、本参考例のガスフローセンサ装置は、センサ素子１０のヒータ１３へ電気的な入力を与える駆動手段としてのパルス入力部２０と、パルス入力部２０によりヒータ１３へ間欠的に電気的な入力が与えられているときのヒータ１３の電圧および電流を検出する電圧・電流検出部３０と、電圧・電流検出部３０の検出結果に基づいてガスの流れに起因したセンサ素子１０のヒータ１３の電気的特性の変化からガスの流量を求める信号処理手段４０とを備えている。ここにおいて、パルス入力部２０は、センサ素子１０のヒータ１３へ電気的な入力として電圧または電流のいずれかを間欠的に与える。また、信号処理手段４０は、パルス入力部２０によりヒータ１３へ間欠的に電気的な入力（入力パルス）が与えられているときのヒータ１３の電圧と電流とに基づいてヒータ１３の抵抗値を演算する抵抗算出部４１と、ヒータ１３の電気的特性である抵抗値の変化からガスの流量を求めるガス流量換算部４２とを備えている。なお、信号処理手段４０の抵抗算出部４１およびガス流量換算部４２は、信号処理手段４０を構成するマイクロコンピュータに適宜ソフトウェアを搭載することにより実現できる。 That is, the gas flow sensor device of the present reference example has a pulse input unit 20 as a driving unit that gives an electric input to the heater 13 of the sensor element 10 and an intermittent electric input to the heater 13 by the pulse input unit 20. The voltage / current detection unit 30 that detects the voltage and current of the heater 13 when the voltage is given, and the electricity of the heater 13 of the sensor element 10 caused by the gas flow based on the detection result of the voltage / current detection unit 30 Signal processing means 40 for obtaining the gas flow rate from the change in the characteristic. Here, the pulse input unit 20 intermittently applies either voltage or current as an electrical input to the heater 13 of the sensor element 10. Further, the signal processing means 40 determines the resistance value of the heater 13 based on the voltage and current of the heater 13 when an electrical input (input pulse) is intermittently given to the heater 13 by the pulse input unit 20. A resistance calculation unit 41 that performs calculation and a gas flow rate conversion unit 42 that obtains a gas flow rate from a change in resistance value that is an electrical characteristic of the heater 13 are provided. The resistance calculation unit 41 and the gas flow rate conversion unit 42 of the signal processing unit 40 can be realized by appropriately installing software in a microcomputer that constitutes the signal processing unit 40.

以下、ガスフローセンサ装置の動作について図４を参照しながら説明する。 Hereinafter, the operation of the gas flow sensor device will be described with reference to FIG.

パルス入力部２０によりセンサ素子１０の駆動が開始され（Ｓ１）、電圧・電流検出部３０において入力パルスの供給期間中の所定のタイミング（ヒータ１３へ与える入力パルスの立ち上がりに同期して計時を開始するタイマなどを利用して決定する）でヒータ１３の電圧および電流を検出し（Ｓ２）、抵抗算出部４１において電圧・電流検出部３０の出力に基づいてガスが流れているときの抵抗値を算出し（Ｓ３）、ガス流量換算部４２においてガスが流れていないときの抵抗値とガスが流れているときの抵抗値との抵抗値変化量を算出して（Ｓ４）、当該抵抗値変化量からガスの流量を求める（Ｓ５）。なお、ガス流量換算部４２には、あらかじめ抵抗値変化量とガスの流量との対応関係を記憶したメモリが設けられている。 The driving of the sensor element 10 is started by the pulse input unit 20 (S1), and the voltage / current detection unit 30 starts timing at a predetermined timing during the input pulse supply period (synchronized with the rising of the input pulse applied to the heater 13). The voltage and current of the heater 13 are detected (S2), and the resistance calculation unit 41 determines the resistance value when the gas is flowing based on the output of the voltage / current detection unit 30. Calculate (S3), calculate a resistance value change amount between the resistance value when the gas is not flowing and the resistance value when the gas is flowing in the gas flow rate conversion unit 42 (S4), and the resistance value change amount From this, the gas flow rate is obtained (S5). The gas flow rate conversion unit 42 is provided with a memory that stores in advance the correspondence between the resistance value change amount and the gas flow rate.

ところで、上述のセンサ素子１０は、熱絶縁層１２の熱伝導率をαi、熱容量をＣiとし、半導体基板１１の熱伝導率をαs、熱容量をＣsとすれば、
〔αi×Ｃi〕＜〔αs×Ｃs〕
の関係を満足している。 By the way, in the sensor element 10 described above, if the thermal conductivity of the thermal insulating layer 12 is αi, the thermal capacity is Ci, the thermal conductivity of the semiconductor substrate 11 is αs, and the thermal capacity is Cs,
[Αi × Ci] <[αs × Cs]
Satisfied with the relationship.

しかして、本参考例のガスフローセンサ装置では、センサ素子１０が、ヒータ１３と半導体基板１１との間に介在する熱絶縁層１２によりヒータ１３と半導体基板１１とを熱絶縁した構造となっているので、センサ素子１０の構造および製造が容易であり、また、センサ素子１０を間欠的に駆動するので、センサ素子１０を連続的に駆動する場合に比べて低消費電力化を図ることができ、しかも、センサ素子１０が〔αi×Ｃi〕＜〔αs×Ｃs〕の関係を満足しているので、間欠駆動する際の電気的な入力であるパルス間の時間を短くしてもヒータ１３の熱が半導体基板１を通して放熱されやすくなって、ヒータ１３への電気的な入力の有無によるヒータ１３の温度差を大きくすることができるとともに、半導体基板１１の温度が安定してヒータ１３の温度が半導体基板１１の温度の影響を受けにくくなるので、ガスの流量の検出精度を向上できる。ここで、熱絶縁層１２を構成する多孔質シリコン層の多孔度を高くするほど熱絶縁層１２の熱伝導率αiおよび熱容量Ｃiが小さくなって、〔αi×Ｃi〕と〔αs×Ｃs〕との差が大きくなるから、間欠駆動する際の電気的な入力であるパルス間の時間を短くしてもヒータ１３の熱が半導体基板１１を通してより放熱されやすくなり、ガスの流量の検出精度をより向上できる。また、支持基板としての半導体基板１１がシリコン基板からなり、熱絶縁層１２が多孔質シリコン層からなるので、〔αi×Ｃi〕と〔αs×Ｃs〕との差を熱絶縁層１２としてシリコン酸化膜を用いる場合に比べて大きくでき、且つ、支持基板および熱絶縁層１２の耐熱温度が１０００℃を超える高温なので、ヒータ１３の材料として上述のようなシリコンよりも高融点の材料を適宜選択することにより、ヒータ１３の最高到達温度を支持基板および熱絶縁層１２の耐熱温度に近い高温まで設定可能となり、高感度化を図れる。 Thus, in the gas flow sensor device of this reference example , the sensor element 10 has a structure in which the heater 13 and the semiconductor substrate 11 are thermally insulated by the thermal insulating layer 12 interposed between the heater 13 and the semiconductor substrate 11. Therefore, the structure and manufacture of the sensor element 10 are easy, and since the sensor element 10 is driven intermittently, power consumption can be reduced compared to the case where the sensor element 10 is driven continuously. In addition, since the sensor element 10 satisfies the relationship [αi × Ci] <[αs × Cs], even if the time between pulses, which is an electrical input in intermittent driving, is shortened, the heater 13 Heat is easily dissipated through the semiconductor substrate 1, the temperature difference of the heater 13 due to the presence or absence of electrical input to the heater 13 can be increased, and the temperature of the semiconductor substrate 11 is stabilized and the heater 1 is stabilized. The temperature of is hardly influenced by the temperature of the semiconductor substrate 11, thereby improving the detection accuracy of the flow rate of gas. Here, as the porosity of the porous silicon layer constituting the thermal insulating layer 12 is increased, the thermal conductivity αi and the thermal capacity Ci of the thermal insulating layer 12 become smaller, and [αi × Ci] and [αs × Cs] Therefore, even if the time between pulses, which is an electrical input for intermittent driving, is shortened, the heat of the heater 13 is more easily dissipated through the semiconductor substrate 11, and the detection accuracy of the gas flow rate is further improved. It can be improved. In addition, since the semiconductor substrate 11 as the support substrate is made of a silicon substrate and the thermal insulation layer 12 is made of a porous silicon layer, the difference between [αi × Ci] and [αs × Cs] is used as the thermal insulation layer 12 for silicon oxidation. Since the heat resistance temperature of the support substrate and the thermal insulating layer 12 is higher than 1000 ° C., the material having a higher melting point than that of silicon as described above is appropriately selected as the material of the heater 13. As a result, the maximum temperature reached by the heater 13 can be set to a high temperature close to the heat resistance temperature of the support substrate and the heat insulating layer 12, and high sensitivity can be achieved.

また、本参考例のガスフローセンサ装置では、ヒータ１３の温度を直接測定することなくヒータ１３の抵抗値変化からガスの流量を求めることができる。 Further, in the gas flow sensor device of this reference example, the gas flow rate can be obtained from the change in the resistance value of the heater 13 without directly measuring the temperature of the heater 13.

（参考例２）
本実施形態のガスフローセンサ装置の基本構成は参考例１と略同じであり、参考例１にて説明した信号処理手段４０の構成が相違するだけなので図示を省略する。なお、センサ素子１０および他の構成については参考例１と同じである。 (Reference Example 2)
The basic configuration of a gas flow sensor device of the present embodiment is substantially the same as in Reference Example 1, not shown because only the configuration of the signal processing unit 40 described in Reference Example 1 is different. The sensor element 10 and other configurations are the same as those in Reference Example 1 .

本参考例における信号処理手段４０は、抵抗算出部４１にて演算により求めたヒータ１３の抵抗値を規定抵抗値（基準抵抗値）と比較して規定抵抗値に近づくようにパルス入力部２０からヒータ１３へ与える電気的な入力の大きさを変化させた後、ヒータ１３の電気的特性である抵抗値の変化からガスの流量を求めるようになっている。このため、本参考例における信号処理手段４０は、抵抗算出部４１にて求めた抵抗値と規定抵抗値（基準抵抗値）とを比較する比較部と、比較部の出力に基づいてパルス入力部２０の出力を制御する制御部とを備えている。 Signal processing means definitive of the present reference example 40, the pulse input unit 20 as defined resistance the resistance value of the heater 13 as compared to (reference resistance value) approaches a specified resistance value obtained by the calculation by resistance calculating unit 41 After changing the magnitude of the electrical input given to the heater 13, the flow rate of the gas is obtained from the change in the resistance value, which is the electrical characteristic of the heater 13. Therefore, the signal processing means 40 for definitive the present embodiment includes a comparator for comparing the resistance value with the prescribed resistance value determined by the resistance calculation unit 41 and a (reference resistance value), the pulse input based on the output of the comparator unit And a control unit that controls the output of the unit 20.

以下、本参考例のガスフローセンサ装置の動作について図５を参照しながら説明する。 Hereinafter, the operation of the gas flow sensor device of this reference example will be described with reference to FIG.

パルス入力部２０によりセンサ素子１０の駆動が開始され（Ｓ１１）、電圧・電流検出部３０において入力パルスの供給期間中の所定のタイミングでヒータ１３の電圧および電流を検出し（Ｓ１２）、抵抗算出部４１において電圧・電流検出部３０の出力に基づいてガスが流れているときの抵抗値を算出し（Ｓ１３）、上記比較部において抵抗算出部４１で求めた抵抗値と基準抵抗値とを比較し（Ｓ１４）、上記制御部が上記比較部の出力に基づいてパルス入力部２０の出力を制御する（Ｓ１５）。その後、電圧・電流検出部３０において入力パルスの供給期間中の所定のタイミングでヒータ１３の電圧および電流を検出し（Ｓ１６）、抵抗算出部４１において電圧・電流検出部３０の出力に基づいてガスが流れているときの抵抗値を算出し（Ｓ１７）、ガス流量換算部４２においてガスが流れていないときの抵抗値とガスが流れているときの抵抗値との抵抗値変化量を算出して（Ｓ１８）、当該抵抗値変化量からガスの流量を求める（Ｓ１９）。 The driving of the sensor element 10 is started by the pulse input unit 20 (S11), and the voltage / current detection unit 30 detects the voltage and current of the heater 13 at a predetermined timing during the input pulse supply period (S12), and calculates the resistance. The resistance value when the gas flows is calculated based on the output of the voltage / current detection unit 30 in the unit 41 (S13), and the resistance value obtained by the resistance calculation unit 41 in the comparison unit is compared with the reference resistance value. The control unit controls the output of the pulse input unit 20 based on the output of the comparison unit (S15). Thereafter, the voltage / current detection unit 30 detects the voltage and current of the heater 13 at a predetermined timing during the input pulse supply period (S16), and the resistance calculation unit 41 detects the gas based on the output of the voltage / current detection unit 30. The resistance value when the gas flows is calculated (S17), and the change amount of the resistance value between the resistance value when the gas is not flowing and the resistance value when the gas is flowing is calculated in the gas flow rate conversion unit 42. (S18) The flow rate of gas is obtained from the resistance value variation (S19).

しかして、本参考例のガスフローセンサ装置によれば、ガスの流量によらずヒータ１３の最高到達温度を略一定値とすることが可能となり、ヒータ１３の温度に依存した放熱性の変化がなくなるので、検出精度の安定化を図れる。 Therefore, according to the gas flow sensor device of the present reference example, the maximum temperature reached by the heater 13 can be set to a substantially constant value regardless of the gas flow rate, and the change in heat dissipation depending on the temperature of the heater 13 can be achieved. Therefore, the detection accuracy can be stabilized.

（実施形態）
本実施形態のガスフローセンサ装置は、ガスフローセンサ（センサ素子）１０の構成が参考例１とは相違している。 (Working-shaped state)
In the gas flow sensor device of the present embodiment, the configuration of the gas flow sensor (sensor element) 10 is different from that of the reference example 1 .

本実施形態におけるセンサ素子１０は、図６に示すように、熱絶縁層１２上において複数（図示例では、２つ）のヒータ１３がヒータ１３の幅方向に離間して配設されており、各ヒータ１３それぞれの長手方向の両端部に接するパッド１４，１４が形成されている。要するに、本実施形態のセンサ素子１０では、熱絶縁層１２上でヒータ１３が複数並設されている。なお、センサ素子１０の製造方法については参考例１と同様である。 As shown in FIG. 6, the sensor element 10 in the present embodiment has a plurality (two in the illustrated example) of heaters 13 arranged on the thermal insulating layer 12 so as to be spaced apart from each other in the width direction of the heater 13. Pads 14 and 14 are formed in contact with the longitudinal ends of each heater 13. In short, in the sensor element 10 of the present embodiment, a plurality of heaters 13 are arranged side by side on the heat insulating layer 12. The manufacturing method of the sensor element 10 is the same as that in Reference Example 1 .

また、本実施形態のガスフローセンサ装置における信号処理手段４０の基本構成は参考例１と略同じであり、各ヒータ１３それぞれの抵抗値の変化量に基づいてガスの流量およびガスの流れている方向を求める機能を有している点に特徴がある。ただし、本実施形態のガスフローセンサ装置では、複数のヒータ１３の並設方向をガスの流れ方向と一致するようにガスの流路に配設している場合にガスの流れ方向を検出することが可能となる。要するに、複数のヒータ１３の並設方向にガスが流れた場合、上流側から下流側へヒータ１３の熱により温まったガスが流れることとなるので、下流側のヒータ１３では上流側のヒータ１３に比べてガスの流れに起因した抵抗値変化量が小さくなるから、各ヒータ１３の抵抗値変化量を比較することによりガスの流れる方向を検出することができる。 Further, the basic configuration of the signal processing means 40 in the gas flow sensor device of the present embodiment is substantially the same as that of the reference example 1, and the gas flow rate and the gas flow are based on the amount of change in the resistance value of each heater 13. It is characterized in that it has a function for obtaining a direction. However, in the gas flow sensor device according to the present embodiment, the gas flow direction is detected when the plurality of heaters 13 are arranged in the gas flow path so as to coincide with the gas flow direction. Is possible. In short, when the gas flows in the direction in which the plurality of heaters 13 are arranged, the gas warmed by the heat of the heater 13 flows from the upstream side to the downstream side. Compared with the resistance value change amount of each heater 13, the direction of gas flow can be detected because the resistance value change amount due to the gas flow is smaller.

以下、本実施形態のガスフローセンサ装置の動作について図７を参照しながら説明する。 Hereinafter, the operation of the gas flow sensor device of the present embodiment will be described with reference to FIG.

パルス入力部２０によりセンサ素子１０の駆動（両ヒータ１３を同時に駆動）が開始され（Ｓ３１）、電圧・電流検出部３０において入力パルスの供給期間中の所定のタイミング（ヒータ１３へ与える入力パルスの立ち上がりに同期して計時を開始するタイマなどを利用して決定する）で各ヒータ１３それぞれの電圧および電流を検出し（Ｓ３２）、抵抗算出部４１において電圧・電流検出部３０の出力に基づいてガスが流れているときの各ヒータ１３それぞれの抵抗値を算出し（Ｓ３３）、信号処理手段４０における抵抗値比較部（図示せず）において各ヒータ１３のガスの流れていないときと流れているときの抵抗値変化量を比較し（Ｓ３４）、信号処理手段４０における上流側ヒータ決定部（図示せず）にて抵抗値変化量の大きなヒータ１３を上流側のヒータ１３であると決定し（Ｓ３５）、ガス流量換算部４２において上流側のヒータ１３の抵抗値変化量からガスの流量を算出し（Ｓ３６）、信号処理手段４０における流れ方向検出部（図示せず）においてガスの流れ方向を検出してからガスの流量およびガスの流れ方向を出力する（Ｓ３７）。 The pulse input unit 20 starts driving the sensor element 10 (drives both the heaters 13 simultaneously) (S31), and the voltage / current detection unit 30 at a predetermined timing during the input pulse supply period (the input pulse applied to the heater 13). The voltage and current of each heater 13 is detected by using a timer that starts timing in synchronization with the rise (S32). Based on the output of the voltage / current detection unit 30 in the resistance calculation unit 41 The resistance value of each heater 13 when the gas is flowing is calculated (S33), and the resistance value comparison unit (not shown) in the signal processing means 40 flows when the gas of each heater 13 is not flowing. Resistance value change amount at the time (S34), and an upstream heater determination unit (not shown) in the signal processing means 40 has a large resistance value change amount. 13 is determined to be the upstream heater 13 (S35), the gas flow rate conversion unit 42 calculates the gas flow rate from the resistance value change amount of the upstream heater 13 (S36), and the flow direction in the signal processing means 40 is calculated. A gas flow direction and a gas flow direction are output after a gas flow direction is detected by a detection unit (not shown) (S37).

しかして、本実施形態のガスフローセンサ装置では、１つのセンサ素子１０に複数のヒータ１３が並設されており、信号処理手段４０が各ヒータ１３それぞれの抵抗値の変化量に基づいてガスの流量およびガスの流れている方向を求めるので、ガスの流量と併せてガスの流れている方向を検出することができる。 Thus, in the gas flow sensor device of the present embodiment, a plurality of heaters 13 are arranged in parallel on one sensor element 10, and the signal processing means 40 determines the gas flow based on the amount of change in the resistance value of each heater 13. Since the flow rate and the direction in which the gas flows are obtained, the direction in which the gas flows can be detected together with the flow rate of the gas.

（参考例３）
本参考例のガスフローセンサ装置は、図８に示す構成のセンサ素子１０を備えている。 (Reference Example 3)
The gas flow sensor device of this reference example includes a sensor element 10 having the configuration shown in FIG.

本参考例におけるセンサ素子１０は、図８に示すように、１つの半導体基板１１の一表面側に２つの熱絶縁層２が離間して形成されており、各熱絶縁層２上にヒータ１３が２つずつ形成されている。ここにおいて、本参考例では、図８における左上のヒータ１３を抵抗Ｒ１、右上のヒータ１３を抵抗Ｒ１２、左下のヒータ１３を抵抗Ｒ１３、右下のヒータ１３を抵抗Ｒ４とすると、これら４つの抵抗Ｒ１〜Ｒ４が複数の金属配線１４により図９のブリッジ回路を構成するように接続されている。ここに、金属配線１４は、パッドを兼ねている。なお、センサ素子１０の製造方法については参考例１と同様である。 Sensor element 10 definitive in this reference example, as shown in FIG. 8, one on one surface side of the semiconductor substrate 11 are formed apart from the two heat insulating layer 2, the heater on the heat insulating layer 2 Two 13 are formed. In this reference example, if the upper left heater 13 in FIG. 8 is the resistor R1, the upper right heater 13 is the resistor R12, the lower left heater 13 is the resistor R13, and the lower right heater 13 is the resistor R4, these four Resistors R1 to R4 are connected by a plurality of metal wires 14 so as to constitute the bridge circuit of FIG. Here, the metal wiring 14 also serves as a pad. The manufacturing method of the sensor element 10 is the same as that in Reference Example 1 .

しかして、本参考例のガスフローセンサ装置では、図９に示すように駆動手段としての電源Ｅからブリッジ回路の対角位置の一方の端子Ｔ１，Ｔ２間に電気的な入力として電圧を印加し、図示しない信号処理手段において、ブリッジ回路の対向位置の他方の端子Ｔ３，Ｔ４間の電圧をヒータ１３の電気的な特性の変化として検出し端子Ｔ３，Ｔ４間の電圧の変化からガスの流量を求めるようになっている。ここで、端子Ｔ３、Ｔ４間の電圧はアンプＡＰにて増幅され、アンプＡＰの出力電圧Ｖoutが信号処理手段へ入力される。信号処理手段は、マイクロコンピュータなどにより構成され、アンプＡＰの出力電圧Ｖoutの変化量からガスの流量を求める機能を有している。 Thus, in the gas flow sensor device of this reference example , as shown in FIG. 9, a voltage is applied as an electrical input from the power source E as the driving means to one of the terminals T1 and T2 at the diagonal positions of the bridge circuit. In the signal processing means (not shown), the voltage between the other terminals T3 and T4 at the opposite position of the bridge circuit is detected as a change in the electrical characteristics of the heater 13, and the gas flow rate is determined from the change in the voltage between the terminals T3 and T4. It comes to ask for. Here, the voltage between the terminals T3 and T4 is amplified by the amplifier AP, and the output voltage Vout of the amplifier AP is input to the signal processing means. The signal processing means is constituted by a microcomputer or the like, and has a function of obtaining the gas flow rate from the amount of change in the output voltage Vout of the amplifier AP.

しかして、本参考例のガスフローセンサ装置では、上記各参考例および実施形態に比べて、検出精度を高めることができ、検出可能な流量の範囲がより広くなる。 Thus, a gas flow sensor device of the present embodiment, compared to the above Reference Examples and implementation form, it is possible to increase the detection accuracy, the range of detectable flow is wider.

参考例１におけるガスフローセンサを示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。The gas flow sensor in the reference example 1 is shown, (a) is a schematic plan view, (b) is XX 'sectional drawing of (a). 同上におけるガスフローセンサの製造方法の説明図である。It is explanatory drawing of the manufacturing method of the gas flow sensor same as the above. 同上におけるガスフローセンサ装置のブロック図である。It is a block diagram of the gas flow sensor apparatus same as the above. 同上におけるガスフローセンサ装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the gas flow sensor apparatus in the same as the above. 参考例２におけるガスフローセンサ装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the gas flow sensor apparatus in the reference example 2. FIG. 実施形態におけるガスフローセンサの概略平面図である。It is a schematic plan view of a gas flow sensor definitive in practice shaped state. 同上におけるガスフローセンサ装置の動作説明図である。It is operation | movement explanatory drawing of the gas flow sensor apparatus in the same as the above. 参考例３におけるガスフローセンサの概略平面図である。It is a schematic plan view of a gas flow sensor definitive in Reference Example 3. 同上におけるガスフローセンサ装置の要部回路図である。It is a principal part circuit diagram of the gas flow sensor apparatus same as the above. 従来例を示し、（ａ）は概略平面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ’断面図である。A prior art example is shown, (a) is a schematic plan view, and (b) is an X-X ′ cross-sectional view of (a).

１１半導体基板
１２熱絶縁層
１３ヒータ
１４パッド 11 Semiconductor substrate 12 Thermal insulation layer 13 Heater 14 Pad

Claims

A gas flow sensor having a heat insulating layer interposed between the heater formed on one surface side of the support substrate and the support substrate; drive means for providing an electrical input to the heater of the gas flow sensor; Signal processing means for obtaining the gas flow rate from the change in the electrical characteristics of the heater of the gas flow sensor caused by the gas flow sensor, the gas flow sensor representing the thermal conductivity of the thermal insulation layer as αi [W / (m · K)], the heat capacity and Ci [J / ^(m 3 · K)], .alpha.s [W / (m · K)] the thermal conductivity of the support substrate, when the heat capacity and Cs [J / ^(m 3 · K)] ,
[Αi × Ci] <[αs × Cs]
Satisfied with the relationship
The driving means intermittently gives an electric input to the heater of the gas flow sensor, and the signal processing means is a voltage of the heater when the electric input is intermittently given to the heater by the driving means. The heater resistance value is calculated based on the current and the current, and the flow rate of the gas is obtained from the change in the resistance value, which is an electrical characteristic of the heater. The signal processing means obtains the gas flow rate and the gas flowing direction based on the resistance change amount of each heater, and determines that the heater having the large resistance change amount is the upstream heater. A gas flow sensor device that calculates a gas flow rate from a change in the resistance value of the upstream heater .

The signal processing means changes the electrical input applied from the driving means to the heater so that the heater resistance value obtained by the calculation approaches a specified resistance value, and then the electrical characteristics of the heater. The gas flow sensor device according to claim 1, wherein the flow rate of the gas is obtained from a change in the resistance value.

The gas flow sensor device according to claim 1 , wherein the heat insulating layer is made of a porous layer .

The gas flow sensor, the supporting substrate is made of silicon substrate, which is the heat insulating layer and the porous layer is a gas flow sensor device 請 Motomeko 3 wherein you characterized by comprising the porous silicon layer.