JP4997039B2 - Flow sensor - Google Patents
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Description
本発明は、例えば半導体製造装置に使用するガス等の微少な流量の測定に適したフローセンサに関する。 The present invention relates to a flow sensor suitable for measuring a minute flow rate of gas or the like used in a semiconductor manufacturing apparatus, for example.
例えば、半導体製造装置に使用するガス等の被測定流体の流量を検出するフローセンサ(流量測定装置)として流体に熱を加えて所定位置における流体の温度差を測定することにより微少な流量を測定する熱式のフローセンサがある(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
For example, as a flow sensor (flow rate measuring device) that detects the flow rate of a fluid to be measured such as gas used in semiconductor manufacturing equipment, heat is applied to the fluid and the minute flow rate is measured by measuring the temperature difference of the fluid at a predetermined position. There is a thermal type flow sensor that performs (see, for example,
図4は、従来の熱式フローセンサの一例を示し、熱式のフローセンサ1は、シリコン基板2上に流量検出部3が形成されたセンサチップ4と、流量検出部(センサ部)3を収容すると共に当該流量検出部3を流れる流体の流路(溝)5aが形成された透明な流路形成部材としてのガラスチップ5とを接合して形成されている。そして、ガラスチップ5の流路5aは、サンドブラスト等により形成されている。
FIG. 4 shows an example of a conventional thermal flow sensor. The
フローセンサ1の製造後の検査工程において、流量検出部3及び流路内に異常が無いかを視覚的に確認でき、更に、使用後に被測定流体に混じって微小な塵埃等が流路5aに侵入していないか、または流路検出部3に不具合を与えていないか等を確認できる。
しかしながら、ガラスチップ5の流路5aをサンドブラストにより形成する方法では、図4及び図5に示すようにセンサチップ4の上面4aからガラスチップ5の流路5aの内側上面5bまでの高さ(以下「センサ流路高さ」という)hを一様に加工することが難く、加工精度を高くすることが困難である。このため、流量検出部3付近の流路5aの断面積S(=h×w、wは流路5aの幅)が設計通りでない場合がある。センサ出力は、流量Qとセンサ流路の断面積Sによって決まるため、流路5aの断面積Sが変化すると流量特性(流量曲線)が変化し、大きなスパンの調整が必要になると共に、フローセンサの個体差が出てくるので品質の安定性を図り難くなる。
However, in the method of forming the
また、ガラスチップ5の流路5aをサンドブラストにより加工すると、加工面である流路5aの内側上面5bの面が粗くなり透明性が悪くなる。従って、透明性を高めるために後処理が必要となる。また、サンドブラスト加工時における微細な傷に起因してガラスチップの耐圧性が低下するおそれがある。
Moreover, when the
本発明の目的は、センサ流路の断面積の加工精度を向上させて個体差を少なくすることで流量検出精度を安定させたフローセンサを提供することにある。 An object of the present invention is to provide a flow sensor that stabilizes the flow rate detection accuracy by improving the processing accuracy of the cross-sectional area of the sensor flow path and reducing individual differences.
上述した課題を解決するために、本発明に係るフローセンサは、
基板の上面に形成された凹部の少なくとも一部を覆うように被覆された絶縁膜に流量検出部が形成されたセンサチップと、
前記センサチップ上に設けられ前記流量検出部を流れる流体の流路が形成された流路形成部材とを接合して構成したフローセンサにおいて、
前記流路形成部材は、透明部材である第1の流路形成部材と、第2の流路形成部材とを接合することにより構成され、
前記第1の流路形成部材は板状をなし、当該第1の流路形成部材には被測定流体の導入孔及び導出孔が設けられ、
前記第2の流路形成部材は、シリコンにより所定形状に形成された板状体からなり、かつ当該第2の流路形成部材には前記流量検出部に沿って流れる流体の流れに沿った流路を形成する所定形状の貫通口が設けられ、
前記貫通口は、両端が前記導入孔及び導出孔のそれぞれに連通し、前記流量検出部が前記貫通口の前記導入孔と導出孔に対応する部分の間に配置され、
前記第1及び第2の流路形成部材で所定の断面積の流路を形成することを特徴としている。
In order to solve the above-described problems, a flow sensor according to the present invention is
A sensor chip in which a flow rate detection unit is formed on an insulating film coated so as to cover at least a part of a recess formed on the upper surface of the substrate;
In a flow sensor configured by joining a flow path forming member provided on the sensor chip and formed with a flow path of fluid flowing through the flow rate detection unit,
The flow path forming member is configured by joining a first flow path forming member, which is a transparent member, and a second flow path forming member,
The first flow path forming member has a plate shape, and the first flow path forming member is provided with an introduction hole and a discharge hole for the fluid to be measured.
The second flow path forming member is composed of a plate-like body formed of silicon in a predetermined shape , and the second flow path forming member has a flow along the flow of the fluid flowing along the flow rate detection unit. A through hole of a predetermined shape that forms a path is provided,
Both ends of the through-hole communicate with the introduction hole and the lead-out hole, respectively, and the flow rate detection unit is disposed between portions corresponding to the introduction hole and the lead-out hole of the through-hole,
A flow path having a predetermined cross-sectional area is formed by the first and second flow path forming members.
流路形成部材を流体の導入孔と導出孔が形成された透明な板状の第1の流路形成部材と、板状をなしセンサチップに設けられた流量検出部に沿って流れる流体の流れに沿った流路を形成する貫通口が設けられた第2の流路形成部材とにより形成し、貫通口の両端を導入孔及び導出孔のそれぞれに連通させて所定の断面積の流路を形成し、貫通口に流量検出部を配置する。これにより、センサ流路の高さ、即ち貫通口の断面積を一定とすることができ、流路断面積に関するセンサの個体差が少なくなる。この結果、第1の流路形成部材の透明性を確保しつつフローセンサの品質の安定性を図ることができる。 The flow path forming member is a transparent plate-like first flow path forming member in which a fluid introduction hole and a lead-out hole are formed, and a fluid flow that flows along a flow rate detector provided in the sensor chip. And a second flow path forming member provided with a through-hole that forms a flow path along the flow path, and the flow path having a predetermined cross-sectional area by connecting both ends of the through-hole to the introduction hole and the discharge hole, respectively. Form a flow rate detector at the through hole. Thereby, the height of the sensor flow path, that is, the cross-sectional area of the through hole can be made constant, and the individual difference of the sensor related to the cross-sectional area of the flow path is reduced. As a result, the quality of the flow sensor can be stabilized while ensuring the transparency of the first flow path forming member.
なお、センサチップと第2の流路形成部材が接合されているので、センサチップと第2の流路形成部材とを互いに熱膨張係数が同一又は近い材料とすることにより、センサチップと第2の流路形成部材の周囲の温度変化が生じてもセンサチップと第2の流路形成部材のそれぞれに歪が生じ難くなり、センサの出力がドリフトし難くなり、センサの計測精度の悪化を避けることができるようになる。 In addition, since the sensor chip and the second flow path forming member are joined, the sensor chip and the second flow path forming member are made of materials having the same or close thermal expansion coefficient as each other. Even if the temperature around the flow path forming member changes, the sensor chip and the second flow path forming member are hardly distorted, the sensor output is less likely to drift, and deterioration of the sensor measurement accuracy is avoided. Will be able to .
また、センサチップと第2の流路形成部材とが同一の熱膨張係数をもつシリコン材料又は第2の流路形成部材を熱膨張係数がシリコン材料に略近い硼珪酸ガラスを使用することで、センサチップと第2の流路形成部材の周囲の温度変化等により、センサチップと第2の流路形成部材とに歪が生じ難くなり、センサの出力がドリフトし難く、センサの計測精度悪化を避けることができるようになる。 In addition, by using a silicon material having the same thermal expansion coefficient as the sensor chip and the second flow path forming member or using a borosilicate glass whose thermal expansion coefficient is substantially similar to the silicon material, Due to changes in the temperature around the sensor chip and the second flow path forming member, the sensor chip and the second flow path forming member are less likely to be distorted, the sensor output is less likely to drift, and the sensor measurement accuracy is degraded. Can be avoided.
特にシリコン材料は、加工精度を良くすることができる材料であり、第2の流路形成部材の加工精度が良くなり設計通りに製作することができ、その結果、センサ流路の高さを一様に設計通りとすることができる。これにより、流路断面積を設計通りとすることができ、フローセンサの流量検出精度を安定させることができる。 In particular, the silicon material is a material that can improve the processing accuracy, and the processing accuracy of the second flow path forming member can be improved and can be manufactured as designed. As a result, the height of the sensor flow path is made uniform. Can be as designed. Thereby, a flow-path cross-sectional area can be made as designed, and the flow volume detection accuracy of a flow sensor can be stabilized.
また、本発明の請求項2に係るフローセンサは、請求項1に記載のフローセンサにおいて、
前記第1の流路形成部材は硼珪酸ガラスにより形成されていることを特徴としている。
A flow sensor according to
The first flow path forming member is made of borosilicate glass .
第1の流路形成部材の硼珪酸ガラスと、第2の流路形成部材のシリコン材料又は硼珪酸ガラスとが略近い又は同一の熱膨張係数をもつこととなり、第1の流路形成部材と第2の流路形成部材の周囲の温度変化等により、第1の流路形成部材と第2の流路形成部材のそれぞれに歪が生じ難くなり、歪が第2の流路形成部材を介してセンサチップに伝わることも無く、センサの出力がドリフトし難く、センサの計測精度の悪化を避けることができる。 The borosilicate glass of the first flow path forming member and the silicon material or borosilicate glass of the second flow path forming member have substantially the same or the same thermal expansion coefficient, and the first flow path forming member and Due to a change in temperature around the second flow path forming member, the first flow path forming member and the second flow path forming member are less likely to be distorted, and the distortion is caused to pass through the second flow path forming member. Therefore, it is difficult for the sensor output to drift, and deterioration of the measurement accuracy of the sensor can be avoided.
本発明によると、センサ流路の断面積の加工精度を向上させて個体差を少なくすることでフローセンサの流量検出精度を安定させることができた。 According to the present invention, the flow rate detection accuracy of the flow sensor can be stabilized by improving the processing accuracy of the cross-sectional area of the sensor flow path and reducing individual differences.
より具体的には流体の導入孔と導出孔が形成された板状の第1の流路形成部材と、板状をなしセンサチップに設けられた流量検出部に沿って流れる流体の流れに沿った流路を形成する貫通口が設けられた第2の流路形成部材とにより流路形成部材を形成し、貫通口の両端を導入孔及び導出孔のそれぞれに連通させて流路を形成することにより、流路断面積が一定となりフローセンサの個体差を少なくすることができ、流量検出精度を安定させることが可能となる。 More specifically, a plate-like first flow path forming member in which a fluid introduction hole and a lead-out hole are formed, and a fluid flow that flows along a flow rate detection unit provided in the sensor chip. The flow path forming member is formed by the second flow path forming member provided with the through-hole that forms the flow path, and both ends of the through-hole are communicated with the introduction hole and the outlet hole to form the flow path. As a result, the cross-sectional area of the flow path becomes constant, individual differences among the flow sensors can be reduced, and the flow rate detection accuracy can be stabilized.
以下、本発明の一実施形態に係るフローセンサについて図面に基づいて説明する。図1は、本発明に係るフローセンサを示す組立斜視図である。フローセンサ11は、センサチップ12と、流路形成部材13を形成する第1の流路形成部材(ガラスチップ)14及び第2の流路形成部材15とにより形成されている。
Hereinafter, a flow sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is an assembled perspective view showing a flow sensor according to the present invention. The
センサチップ12は、直方体形状をなすシリコン基板21の上面21aに窒化シリコン又は二酸化シリコンの絶縁膜(薄膜)22が形成され、この絶縁膜22の位置に流量検出部(センサ部)23が形成され、更に流量検出部23が窒化シリコン又は二酸化シリコンの絶縁膜24により被覆された構成とされている。尚、図1において絶縁膜22,24は、流量検出部23を分かり易くするために透明に描いてある。
In the
シリコン基板21の上面21aの中央位置には図2及び図3に示すように流量検出部23の下側に凹部21cが形成されており、流量検出部23が形成されている絶縁膜22の凹部21cを覆う部位はダイアフラムとされて流量検出部23とシリコン基板21とが熱的に遮断されている。流量検出部23は、熱式の検出部で絶縁膜22上に例えば白金(Pt)薄膜でできた図示しない発熱素子としてのヒータと、このヒータの上流側及び下流側に等間隔で配置された例えば白金薄膜でできた抵抗素子としての図示しない測温素子とにより構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, a
そして、流量検出部23の前記ヒータ及び測温素子の信号取り出し配線としてのリードパターン23a,23b,23cは、シリコン基板21の両側面位置まで延出されている。これらのリードパターン23a〜23cの先端部は、それぞれ図示しない外部の測定回路に接続可能とされている。
The
第1の流路形成部材14は、シリコン基板21の上面21aと同じ大きさで、かつ所定の板厚とされ、上面14aの長手方向に沿う中心線上の両側位置に被測定流体の導入孔14c、導出孔14dが下面14bまで貫通して形成されている。これらの導入孔14cと導出孔14dは、同じ大きさとされている。また、両側面には流量検出部23のリードパターン23a〜23cと対応する位置に切欠14fが設けられており、これらのリードパターン23a〜23cの先端の接続部を露出させて前記外部の測定回路に接続可能とされている。この第1の流路形成部材14は、透明な硼珪酸ガラスにより形成されており、導入孔14c及び導出孔14dは、サンドブラスト、エンドミル等の機械加工により形成され、ウェットエッチング又はドライエッチングによって仕上げ加工されるようになっている。
The first flow
また、第1の流路形成部材14は、流体の導入孔14c及び導出孔14dを形成するだけであるためにサンドブラストにより加工した場合でもこれらの導入孔14cと導出孔14dとの間の部分の透明性が確保される。これにより、流量検出部23の外部からの視認性が確保される。
Further, since the first flow
尚、硼珪酸ガラスとして、例えばパイレックス(登録商標)ガラス或いはテンパックスガラスと称するガラスがある。本実施形態においては透明なパイレックス(登録商標)ガラスを使用している。これにより、第1の流路成形部材14の透明性を確保することができる。尚、テンパックスガラスでも同様に透明性を確保することができる。
Examples of borosilicate glass include glass called Pyrex (registered trademark) glass or Tempax glass. In this embodiment, transparent Pyrex (registered trademark) glass is used. Thereby, the transparency of the first flow
第2の流路形成部材15は、第1の流路形成部材14と同じ大きさの長方形状の板体をなし、上面15aの長手方向に沿う中心線上に長手方向に沿って長い長円形の長穴(トラック形状の円)15cが下面15bまで貫通して形成されている(以下「貫通口15c」という)。この貫通口15cは、その幅が導入孔14c、導出孔14dの直径と同じ長さとされ、両端部の半円形部15d,15eが導入孔14c、導出孔14dの両端側の半円形部と合致するように形成されている。また、両側面には第1の流路形成部材14の切欠14fと対応して同じ形状の切欠15fが形成されており、流量検出部23のリードパターン23a〜23cの先端の接続部を露出させて前記外部の測定回路に接続可能とされている。
The second flow
貫通口15cの幅は、センサチップ12の上面12aに形成された流量検出部23の幅よりも幅広とされている。この貫通口15cは、サンドブラスト、エンドミル等の機械加工により形成され、ウェットエッチング又はドライエッチングによって仕上げ加工をしても良い。
The width of the through-
この第2の流路形成部材15は、シリコンの板で形成されており、貫通口15cは、センサチップ12上に形成された流量検出部23上を流れる流体の流路とされる。第2の流路形成部材15をシリコンの板で形成することにより、その厚さを一定の厚みに正確に加工することができる。これにより、貫通口15cの深さ、即ちセンサ流路の高さhを正確に形成することが可能となり、流路断面積を正確に形成することができる。
The second flow
第2の流路形成部材としてシリコン部材を用いる理由は2つあり、第1の理由は、加工精度が良好なので、従来技術に比べて流量検出部23付近のセンサ流路の断面積が設計通りに形成することができることである。また、第2の理由は、センサチップ12がシリコンを材料としており、かつ第1の流路形成部材14は硼珪酸ガラスを材料としているので、センサチップ12の材料であるシリコンの熱膨張係数に近い物質であることが好ましいことと、硼珪酸ガラスの熱膨張係数に近い物質であることが好ましいからである。
There are two reasons for using a silicon member as the second flow path forming member. The first reason is that the processing accuracy is good, so the cross-sectional area of the sensor flow path near the flow
センサチップと第2の流路形成部材が接合しているので、センサチップ12と第2の流路形成部材15とが互いに熱膨張係数の近い材料であることが好ましいとする理由は、熱膨張係数が近いとセンサチップ12と絶縁材料の周囲の温度変化等によりセンサチップ12と絶縁材料のそれぞれに歪が生じ難くなるので、フローセンサの出力がドリフトし難くなり、センサの計測精度の悪化を避けることができるためである。因みに、パイレックス(登録商標)ガラスの熱膨張係数は3.2×10−6/℃であり、シリコンの熱膨張係数は2.3×10−6/℃である。
Since the sensor chip and the second flow path forming member are joined, it is preferable that the
次に、フローセンサ11の製造の手順を簡単に説明する。図1及び図2に示すように第1の流路形成部材(ガラスチップ)14と第2の流路形成部材(シリコン)15とを重ねて第1の流路形成部材14の下面14bと第2の流路形成部材15の上面15aとを陽極接合などの方法で接合して流路形成部材13を構成する。これらの第1の流路形成部材(ガラスチップ)14と第2の流路形成部材(シリコン)15とを位置合せする際は、第1の流路形成部材(ガラスチップ)14に形成した導入孔14c及び導出孔14dが第2の流路形成部材(シリコン)15に形成された貫通口15cの両端に合致して連通すると共に、両側部の切欠14fと15fが合致するように互いの部材を配置する。
Next, a procedure for manufacturing the
尚、上記工程の接合方法である陽極接合は、第1の流路形成部材(ガラスチップ)14、第2の流路形成部材(シリコン)15をそれぞれウエハにして、ウエハ状態(チップに分割する前)で実施しても良く、また、前記ウエハをチップに分割してから実施しても良い。 In the anodic bonding, which is a bonding method in the above process, the first flow path forming member (glass chip) 14 and the second flow path forming member (silicon) 15 are used as wafers, respectively. It may be performed in the previous step, or may be performed after the wafer is divided into chips.
因みに、本実施形態では、第1の流路形成部材(ガラスチップ)14の板厚は、約0.5〜1.0mmであり、センサ流路の高さ(h)となる第2の流路形成部材(シリコン製の板)の板厚は、約0.2〜1.0mmであり、センサチップ12のサイズは、1.5mm×3.5mm〜6.0mm×12.0mm程度である。
Incidentally, in the present embodiment, the plate thickness of the first flow path forming member (glass chip) 14 is about 0.5 to 1.0 mm, and the second flow that becomes the height (h) of the sensor flow path. The thickness of the path forming member (silicon plate) is about 0.2 to 1.0 mm, and the size of the
次いで、センサチップ12の上面12aに上述したように形成した流路形成部材13を載置し、第2の流路形成部材(シリコン)15の貫通口15c内の略中央位置に流量検出部23の上面が露出するように、かつ流量検出部23のリードパターン23a〜23cの先端の接続部が切欠15f,14fから露出するように位置決めする。そして、第2の流路形成部材(シリコン)15の下面15bとセンサチップ12の上面12a(シリコン基板21の上面21a)とを陽極接合などの方法で接合する。
Next, the flow
これにより、流量検出部23がセンサ流路の一部を構成する貫通口15c内に配設されるので、被測定流体を計測することができ、かつ透明部材である第1の流路形成部材(ガラスチップ)14を通してフローセンサ11の外部から流量検出部23を視認することができる。
Thereby, since the flow
フローセンサ11の流路は、第1の流路形成部材(ガラスチップ)14の導入孔14c、導出孔14dと、これらが連通した第2の流路形成部材(シリコン)15の貫通口15cにより構成される。そして、前記センサ流路は、フローセンサ11の流路のうち第2の流路形成部材15の貫通口15cにより構成されたものを指す。このようにして、フローセンサ11が構成される。
A flow path of the
このフローセン11は、例えば半導体製造装置(図示せず)に取り付けられ、第1の流路形成部材(ガラスチップ)14の導入孔14c、導出孔14dが前記装置の被測定流体通路に気密に連通接続され、被測定流体が図2の矢印で示すように流れる。また、図1に示すフローセンサ11の各リードパターン23a〜23cが図示しない測定回路に接続される。
The
被測定流体は、導入孔14cから流路としての貫通口15c内に導入され、当該貫通口15c内を流れて導出孔14dから導出される。そして、流量検出部23のヒータに通電する。ヒータは、制御回路によりシリコン基板21上に設けられた周囲温度センサで測定されたガスの温度よりもある一定温度高く加熱され、貫通口(流路)15cを流れるガスを加熱する。
The fluid to be measured is introduced into the through-
ガスが流れないときは、ヒータの上流側/下流側に均一の温度分布が形成されており、上流側の測温素子と下流側の測温素子は、略等しい温度に対応する抵抗値を示す。一方、ガスの流れがあるときには、ヒータの上流側/下流側の均一な温度分布のバランスが崩れ、上流側の温度が低くなり、下流側の温度が高くなる。そして、上流側の測温素子と下流側の測温素子により構成される例えばホイーストンブリッジ回路により測温素子の抵抗値差、即ちこれと等価的に対応する温度差を検出して貫通口(流路)15c内を流れるガスの流量を測定する。 When the gas does not flow, a uniform temperature distribution is formed on the upstream / downstream side of the heater, and the upstream temperature measuring element and the downstream temperature measuring element show resistance values corresponding to substantially equal temperatures. . On the other hand, when there is a gas flow, the balance of the uniform temperature distribution on the upstream / downstream side of the heater is lost, the temperature on the upstream side decreases, and the temperature on the downstream side increases. Then, a resistance value difference of the temperature measuring element, that is, a temperature difference equivalent to this is detected by, for example, a Wheatstone bridge circuit composed of the temperature measuring element on the upstream side and the temperature measuring element on the downstream side, and a through-hole ( (Flow path) The flow rate of the gas flowing in 15c is measured.
尚、上記実施形態においては1つのヒータ(発熱素子)と、このヒータの両側に配置した2つの測温素子とにより傍熱型の流量検出部を構成した場合について記述したが、これに限るものではなく、発熱素子が1つ、即ち1つのヒータで自己発熱型の流量検出部を構成しても良く、或いは発熱素子が2つ、即ち2つのヒータで自己発熱型の流量検出部を構成しても良い。 In the above embodiment, the case where the indirectly heated flow rate detection unit is configured by one heater (heating element) and two temperature measuring elements arranged on both sides of the heater has been described. However, the present invention is not limited to this. Rather, one heat generating element, that is, one heater may constitute a self-heating type flow rate detecting unit, or two heat generating elements, that is, two heaters, constitute a self-heating type flow rate detecting unit. May be.
尚、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、センサチップの材質に合わせて、センサチップと熱膨張係数の近い第2の流路形成部材を用いても良い。例えば、第1の流路検出部材及び第2の流路検出部材の材質も硼珪酸ガラスで形成することができる。硼珪酸ガラスは、平坦度が良く加工し易い材料であり、容易に使用することができる。 In addition, in the range which does not deviate from the meaning of this invention, you may use the 2nd flow path formation member near a sensor chip and a thermal expansion coefficient according to the material of a sensor chip. For example, the material of the first flow path detection member and the second flow path detection member can also be formed of borosilicate glass. Borosilicate glass is a material with good flatness and easy to process, and can be easily used.
以上説明したように本発明によれば、流路形成部材を流体の導入孔と導出孔が形成された透明な板状の第1の流路形成部材と、板状をなしセンサチップに設けられた流量検出部に沿って流れる流体の流れに沿った流路を形成する貫通口が設けられた第2の流路形成部材とを接合して形成し、貫通口(流路)の両端を導入孔及び導出孔のそれぞれに連通させて所定の流路断面積の流路を形成し、貫通口に流量検出部を配置することにより、センサ流路の高さ、即ち貫通口の断面積を一定にすることができる。その結果、流路断面積に関するセンサの個体差を少なくすることができ、フローセンサの品質の安定性を図ることができる。 As described above, according to the present invention, the flow path forming member is provided with the transparent plate-like first flow path forming member in which the fluid introduction hole and the lead-out hole are formed, and is provided on the sensor chip. It is formed by joining a second flow path forming member provided with a through hole that forms a flow path along the flow of the fluid flowing along the flow rate detection unit, and introduces both ends of the through hole (flow path) A flow passage having a predetermined flow passage cross-sectional area is formed by communicating with each of the hole and the lead-out hole, and a flow rate detection unit is disposed in the through-hole, thereby making the height of the sensor flow passage, that is, the cross-sectional area of the through-hole constant. Can be. As a result, it is possible to reduce individual differences between the sensors regarding the cross-sectional area of the flow path, and it is possible to stabilize the quality of the flow sensor.
また、第1の流路形成部材14にサンドブラスト等により流路を形成しないためにこの流路に微細な傷が付くことがなく、かかる微細な傷に起因して発生する割れ等を防止することができ、耐圧性及び耐久性の向上を図ることが可能であると共に、外部からの視認性を確保することができ、フローセンサの製造工程における流路内の粉塵の有無等の検査を行い易くなる。
In addition, since the flow path is not formed in the first flow
また、センサチップと第2の流路形成部材が接合しているので、センサチップと第2の流路形成部材とを互いに熱膨張係数が同一又は近い材料とすることにより、センサチップと第2の流路形成部材の周囲の温度変化等により、センサチップと第2の流路形成部材とに歪が生じ難くなるので、センサの出力がドリフトし難くなり、センサの計測精度の悪化を避けることができる。 In addition, since the sensor chip and the second flow path forming member are joined, the sensor chip and the second flow path forming member are made of materials having the same or close thermal expansion coefficient as each other. Since the sensor chip and the second flow path forming member are less likely to be distorted due to a change in temperature around the flow path forming member, the sensor output is less likely to drift and deterioration of the sensor measurement accuracy is avoided. Can do.
また、センサチップと第2の流路形成部材が接合しているので、センサチップと第2の流路形成部材とが同一の熱膨張係数をもつシリコン材料又は第2の流路形成部材を熱膨張係数がシリコン材料に略近い硼珪酸ガラスを使用することで、センサチップと第2の流路形成部材の周囲の温度変化等により、センサチップと第2の流路形成部材のそれぞれに歪が生じ難くなり、センサの出力がドリフトし難く、センサの計測精度悪化を避けることができる。 In addition, since the sensor chip and the second flow path forming member are joined, the sensor chip and the second flow path forming member heat the silicon material having the same thermal expansion coefficient or the second flow path forming member. By using borosilicate glass whose expansion coefficient is substantially similar to that of a silicon material, the sensor chip and the second flow path forming member are distorted due to a change in temperature around the sensor chip and the second flow path forming member. It is difficult to occur, the output of the sensor is difficult to drift, and deterioration of the measurement accuracy of the sensor can be avoided.
特にシリコン材料は、加工精度を良くすることができる材料であり、第2の流路形成部材も加工精度が良く、設計通りに製作することができる。その結果、センサ流路の高さが一様に設計通りとすることができ、これにより、流路断面積を設計通りとすることができ、フローセンサの流量検出精度を安定させることができる。 In particular, the silicon material is a material that can improve the processing accuracy, and the second flow path forming member also has a high processing accuracy and can be manufactured as designed. As a result, the height of the sensor flow path can be made uniform as designed, and thereby the flow path cross-sectional area can be made as designed, and the flow rate detection accuracy of the flow sensor can be stabilized.
また、第1の流路形成部材の硼珪酸ガラスと第2の流路形成部材のシリコン材料又は硼珪酸ガラスが接合しているので、第1の流路形成部材の硼珪酸ガラスと、第2の流路形成部材のシリコン材料又は硼珪酸ガラスとが略近い又は同一の熱膨張係数を有することとなり、第1の流路形成部材と第2の流路形成部材の周囲の温度変化等により、第1の流路形成部材と第2の流路形成部材のそれぞれに歪が生じ難くなり、歪が第2の流路形成部材を介してセンサチップに伝わることも無く、センサの出力がドリフトし難く、センサの計測精度悪化を避けることができる。 Further, since the borosilicate glass of the first flow path forming member and the silicon material or borosilicate glass of the second flow path forming member are joined, the borosilicate glass of the first flow path forming member and the second The silicon material or the borosilicate glass of the flow path forming member has substantially the same or the same thermal expansion coefficient, and due to temperature changes around the first flow path forming member and the second flow path forming member, The first flow path forming member and the second flow path forming member are less likely to be distorted, and the strain is not transmitted to the sensor chip via the second flow path forming member, and the sensor output drifts. It is difficult to avoid deterioration of the measurement accuracy of the sensor.
1 フローセンサ
2 シリコン基板
3 流量検出部(センサ部)
4 センサチップ
4a 上面
5 ガラスチップ(流路形成部材)
5a 流路(溝)
5b 流路の内側上面
11 フローセンサ
12 センサチップ
12a 上面
12b 下面
13 流路形成部材
14 第1の流路形成部材(ガラスチップ)
14a 上面
14b 下面
14c 導入孔
14d 導出孔
14f 切欠
15 第2の流路形成部材(シリコン)
15a 上面
15b 下面
15c 貫通口(流路)
15d,15e 半円形部
15f 切欠
21 シリコン基板
21a 上面
21b 下面
21c 凹部
22,24 絶縁膜
23 流量検出部(センサ部)
23a,23b,23c リードパターン
h センサ流路高さ
w 流路幅
S 流路断面積
Q 流量
1
4
5a Channel (groove)
5b Inner upper surface of
15d,
23a, 23b, 23c Lead pattern h Sensor channel height w Channel width S Channel cross-sectional area Q Flow rate
Claims (2)
前記センサチップ上に設けられ前記流量検出部を流れる流体の流路が形成された流路形成部材とを接合して構成したフローセンサにおいて、
前記流路形成部材は、透明部材である第1の流路形成部材と、第2の流路形成部材とを接合することにより構成され、
前記第1の流路形成部材は板状をなし、当該第1の流路形成部材には被測定流体の導入孔及び導出孔が設けられ、
前記第2の流路形成部材は、シリコンにより所定形状に形成された板状体からなり、かつ当該第2の流路形成部材には前記流量検出部に沿って流れる流体の流れに沿った流路を形成する所定形状の貫通口が設けられ、
前記貫通口は、両端が前記導入孔及び導出孔のそれぞれに連通し、前記流量検出部が前記貫通口の前記導入孔と導出孔に対応する部分の間に配置され、
前記第1及び第2の流路形成部材で所定の断面積の流路を形成することを特徴とするフローセンサ。 A sensor chip in which a flow rate detection unit is formed on an insulating film coated so as to cover at least a part of a recess formed on the upper surface of the substrate;
In a flow sensor configured by joining a flow path forming member provided on the sensor chip and formed with a flow path of fluid flowing through the flow rate detection unit,
The flow path forming member is configured by joining a first flow path forming member, which is a transparent member, and a second flow path forming member,
The first flow path forming member has a plate shape, and the first flow path forming member is provided with an introduction hole and a discharge hole for the fluid to be measured.
The second flow path forming member is composed of a plate-like body formed of silicon in a predetermined shape , and the second flow path forming member has a flow along the flow of the fluid flowing along the flow rate detection unit. A through hole of a predetermined shape that forms a path is provided,
Both ends of the through-hole communicate with the introduction hole and the lead-out hole, respectively, and the flow rate detection unit is disposed between portions corresponding to the introduction hole and the lead-out hole of the through-hole,
A flow sensor having a predetermined cross-sectional area formed by the first and second flow path forming members.
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