JP5081174B2 - Sensor and flow sensor - Google Patents

Sensor and flow sensor Download PDF

Info

Publication number
JP5081174B2
JP5081174B2 JP2009017882A JP2009017882A JP5081174B2 JP 5081174 B2 JP5081174 B2 JP 5081174B2 JP 2009017882 A JP2009017882 A JP 2009017882A JP 2009017882 A JP2009017882 A JP 2009017882A JP 5081174 B2 JP5081174 B2 JP 5081174B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
glass
flow
sensor
detection unit
flow rate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2009017882A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2009085973A (en
Inventor
信一 池
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Azbil Corp
Original Assignee
Azbil Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Azbil Corp filed Critical Azbil Corp
Priority to JP2009017882A priority Critical patent/JP5081174B2/en
Publication of JP2009085973A publication Critical patent/JP2009085973A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5081174B2 publication Critical patent/JP5081174B2/en
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Landscapes

  • Measuring Volume Flow (AREA)

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好適なセンサ及びフローセンサに関する。   The present invention relates to a sensor and a flow sensor suitable for measuring a minute flow rate of gas or the like used in a semiconductor manufacturing apparatus, for example.

半導体素子を密封する構造として、半導体素子及びこの半導体素子の信号引き出し線が形成されたベースウェハの上面にガラスフリットを介してキャップウェハを接着して一体化し、前記引き出し線のうち、前記ガラスフリットに交差する部分の少なくとも上面に前記引き出し線及び前記ガラスフリットに密着し易い中間層を形成し、この中間層を介して前記ガラスフリットを引き出し線に密着させ、前記キャブウェハによる半導体素子の気密封止を可能にしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。   As a structure for sealing the semiconductor element, a cap wafer is bonded and integrated through a glass frit to the upper surface of the base wafer on which the semiconductor element and a signal lead line of the semiconductor element are formed, and the glass frit of the lead lines is integrated. An intermediate layer that is in close contact with the lead wire and the glass frit is formed on at least the upper surface of a portion that intersects with the glass frit, and the glass frit is in close contact with the lead wire through the intermediate layer, and the semiconductor device is hermetically sealed by the cab wafer. Has been proposed (see, for example, Patent Document 1).

上記半導体の密封構造は、ベースウェハ及びキャブウェハとしてパイレックス(登録商標)ガラス等の絶縁材が用いられ、キャブウェハの下面全面にガラスフリットをスクリーン印刷で形成し、このガラスフリットを介してベースウェハにキャブウェハを加熱、加圧して接着一体化している。
特開2000−307018号公報(3頁、第1図)
In the semiconductor sealing structure, an insulating material such as Pyrex (registered trademark) glass is used as a base wafer and a cab wafer, and a glass frit is formed on the entire lower surface of the cab wafer by screen printing. Are heated and pressed to integrate them.
Japanese Unexamined Patent Publication No. 2000-307018 (page 3, FIG. 1)

前記密封構造は、半導体素子をパッケージし、なおかつ半導体素子から信号を取り出すための引き出し線をガラスフリットを介してキャップウェハで気密封止している。しかしながら、この構造ではガラスフリットの接合強度が弱く半導体素子に耐圧構造を持たせることは難しい。また、ガラスフリットの接合温度を例えば400℃以下に低く抑えようとすると、前記パイレックス(登録商標)ガラスの熱膨張係数(3.2×10−6/℃)に合った十分な接着強度を有する低融点ガラスが存在しない。このため、半導体素子に熱的なダメージを与えることなく、なおかつベースウェハ及びキャブウェハと熱膨張係数の合った低融点ガラスを適用することが困難である。   In the sealing structure, a semiconductor element is packaged, and lead lines for taking out signals from the semiconductor element are hermetically sealed with a cap wafer through a glass frit. However, in this structure, the bonding strength of the glass frit is weak and it is difficult to give the semiconductor element a pressure-resistant structure. Further, if the bonding temperature of the glass frit is kept low, for example, to 400 ° C. or less, the glass frit has a sufficient adhesive strength that matches the thermal expansion coefficient (3.2 × 10 −6 / ° C.) of the Pyrex (registered trademark) glass. There is no low melting glass. For this reason, it is difficult to apply a low melting point glass having a thermal expansion coefficient matching that of the base wafer and the cab wafer without causing thermal damage to the semiconductor element.

本発明は、貼り合わせる部材の熱膨張係数に近い接着材を適用することが好ましいが小さい接着面積に使用するものであればある程度熱膨張係が離れた接着材を使用してもその影響は小さい(原出願の0032段落の記載)、という着想に基づくものである。上述した課題を解決するために、請求項1に係る発明は、センサチップとガラス製のカバー部材とを接合して構成されたフローセンサであり、前記センサチップには、基板に流量検出部と前記検出部の両側に延出された信号取り出し配線部とが形成され、前記カバー部材には、前記センサチップと接合する面の中央に長手方向に沿って前記流量検出部上に被測定流体を流すための流路と、前記流路の直交方向に位置する側壁それぞれに切欠部とが形成されたフローセンサにおいて、前記信号取り出し配線部の一方ならびに他方の先端は、それぞれの延出方向に形成されている前記切欠部に位置し、前記カバー部材には前期信号取り出し配線部の延出方向に沿って溝が形成され、前記信号取り出し配線部は前記溝に挿通されており、前記カバー部材の溝と前記検出部の信号取り出し配線との隙間が低融点ガラスにより埋められ、それ以外の接合領域が陽極接合により接合されることを特徴とするフローセンサ。 In the present invention, it is preferable to apply an adhesive material having a thermal expansion coefficient close to that of the member to be bonded. (Described in paragraph 0032 of the original application). In order to solve the above-described problem, the invention according to claim 1 is a flow sensor configured by joining a sensor chip and a glass cover member, and the sensor chip includes a flow rate detection unit on a substrate. A signal extraction wiring portion extending on both sides of the detection portion is formed, and the fluid to be measured is placed on the flow rate detection portion along the longitudinal direction in the center of the surface joined to the sensor chip on the cover member. In the flow sensor in which a flow path for flow and a cutout portion are formed in each of the side walls located in the orthogonal direction of the flow path, one end and the other end of the signal extraction wiring portion are formed in respective extending directions. A groove is formed in the cover member along the extending direction of the signal extraction wiring portion in the previous period, and the signal extraction wiring portion is inserted through the groove, Clearance between the groove and the detection of the signal lead-out wires of the wood are filled by the low-melting glass, the flow sensor, wherein the junction region the other are joined by anodic bonding.

カバー部材の両側壁の中央部が切り欠かれて切欠部とされていることで、接合面積を小さくすることができる(原出願の0022段落の記載)。 Since the center part of the both side walls of the cover member is notched to be a notch part, the joining area can be reduced (described in paragraph 0022 of the original application).

以下、本発明の一実施形態に係るセンサ及びフローセンサについて図面に基づいて説明する。図1は、本発明のフローセンサの斜視図を示し、フローセンサ1は、図中左右方向に長い直方体形状をなし、センサチップ2と、下面がこのセンサチップ2の上面に接合されたカバー部材としてのガラスチップ3と、センサチップ2の上面に形成された流量検出部10等により構成されている。ガラスチップ3は、透明なガラスで形成されており内部が透けて見えている。そのため、流量検出部10も透かして描いてある。 Hereinafter, a sensor and a flow sensor according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a perspective view of a flow sensor of the present invention. The flow sensor 1 has a rectangular parallelepiped shape that is long in the left-right direction in the figure, and a cover member in which a sensor chip 2 and a lower surface are joined to the upper surface of the sensor chip 2. As a glass chip 3, a flow rate detection unit 10 formed on the upper surface of the sensor chip 2, and the like. The glass chip 3 is made of transparent glass and the inside is seen through. Therefore, the flow rate detection unit 10 is also drawn through.

センサチップ2は、図2に示すように例えばシリコン基板4の上面4aの中央に幅方向に全幅に亘り窒化シリコン又は二酸化シリコンの絶縁膜(薄膜)5が形成されており、この絶縁膜5の中央位置に例えば白金(Pt)薄膜でできた発熱素子としてのヒータ6と、このヒータ6の上流側及び下流側に等間隔で例えば白金薄膜でできた抵抗素子としての測温素子7と測温素子8とが形成されている。 As shown in FIG. 2, the sensor chip 2 has, for example, a silicon nitride or silicon dioxide insulating film (thin film) 5 formed in the center of the upper surface 4a of the silicon substrate 4 in the width direction. A heater 6 as a heating element made of, for example, a platinum (Pt) thin film at a central position, and a temperature measuring element 7 as a resistance element made of, for example, a platinum thin film at equal intervals on the upstream and downstream sides of the heater 6 and a temperature measurement. An element 8 is formed.

ヒータ6、測温素子7,8の信号取り出し配線としてのリードパターン6a,6b,7a,7b,8a,8bは、夫々両側方に絶縁膜5の先端近傍まで延出している。これらのヒータ6、測温素子7,8及びリードパターン6a,6b,7a,7b,8a,8bは、図3に示すように帯状をなして等間隔で配列されている。そして、これらのヒータ6、測温素子7,8及びリードパターン6a,6b,7a,7b,8a,8bは、図3及び図4に示すように窒化シリコン又は二酸化シリコンの絶縁膜(薄膜)9により全体が被覆されている。 Lead patterns 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, and 8b as signal extraction wirings for the heater 6 and the temperature measuring elements 7 and 8 extend to the vicinity of the tip of the insulating film 5 on both sides. The heater 6, the temperature measuring elements 7 and 8, and the lead patterns 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, and 8b are arranged at regular intervals in a band shape as shown in FIG. The heater 6, the temperature measuring elements 7, 8 and the lead patterns 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, 8b are composed of an insulating film (thin film) 9 of silicon nitride or silicon dioxide as shown in FIGS. The whole is covered by.

ヒータ6、測温素子7,8及びこれらのリードパターンは、図4に示すように絶縁膜5上に0.1〜0.5μm程度の厚みを有して形成され、絶縁膜9は0.5〜1.0μm程度の厚みを有して形成されており、従って、絶縁膜9は、これらの厚みに応じて上面が段差(凹部)9aをなしている。また、絶縁膜9には各リードパターンの先端近傍に図3に示すように夫々接続用の電極パッド9bが穿設されている。そして、これらのヒータ6、測温素子7,8により流量検出部10が形成されている。 As shown in FIG. 4, the heater 6, the temperature measuring elements 7, 8 and their lead patterns are formed on the insulating film 5 with a thickness of about 0.1 to 0.5 μm. The insulating film 9 is formed to have a thickness of about 5 to 1.0 μm. Therefore, the upper surface of the insulating film 9 forms a step (concave portion) 9a according to these thicknesses. Further, as shown in FIG. 3, electrode pads 9b for connection are formed in the insulating film 9 in the vicinity of the tips of the respective lead patterns. A flow rate detection unit 10 is formed by the heater 6 and the temperature measuring elements 7 and 8.

流量検出部10は、リードパターン6a,7a,8a及び6b,7b,8bの先端部が夫々各電極パッド9bを通してワイヤボンディングにより図示しない外部の測定回路等に接続される。なお、図3に示すように流量検出部10の両側に延出されたリードパターン6a,7a,8a及び6b,7b,8bの部分を信号取り出し配線部10aと称することとする。 In the flow rate detection unit 10, the leading ends of the lead patterns 6a, 7a, 8a and 6b, 7b, 8b are connected to an external measurement circuit (not shown) or the like by wire bonding through the electrode pads 9b. As shown in FIG. 3, the portions of the lead patterns 6a, 7a, 8a and 6b, 7b, 8b extending on both sides of the flow rate detection unit 10 are referred to as signal extraction wiring units 10a.

シリコン基板4の上面4aには流量検出部10の下方位置に図2乃至図4に点線で示すように凹部4bが形成されており、絶縁膜5の凹部4bを覆う部位はダイアフラムとされている。これにより、流量検出部10とシリコン基板4とが熱的に遮断されている。なお、凹部4bは、絶縁膜5の箇所に多数のスリットをフォトリソグラフィーとエッチングにより形成し、このスリットを介して異方性エッチングをシリコン基板4に施すことによって形成される。 A recess 4b is formed on the upper surface 4a of the silicon substrate 4 at a position below the flow rate detection unit 10 as shown by a dotted line in FIGS. 2 to 4, and a portion covering the recess 4b of the insulating film 5 is a diaphragm. . Thereby, the flow volume detection part 10 and the silicon substrate 4 are thermally interrupted. The recess 4b is formed by forming a large number of slits at the location of the insulating film 5 by photolithography and etching, and applying anisotropic etching to the silicon substrate 4 through the slits.

ガラスチップ3は、シリコン基板4と略同じ大きさの透明なガラス例えば硼珪酸ガラスで形成され、図1、図5及び図6に示すように下面3bの中央に長手方向に沿ってセンサチップ2に形成された流量検出部10上にガス等の流体を流すための流路(溝)11が形成されている。流路11は、両端部11a,11bがガラスチップ3の上面3aに開口しており、センサチップ2に形成されている流量検出部10上を例えば測温素子7側から測温素子8側に向かって流体を流すようになっている。従って、ガラスチップ3は、前記ガス等の流体を流すための流路形成部材としての機能を有している。 The glass chip 3 is formed of a transparent glass, for example, borosilicate glass, which is substantially the same size as the silicon substrate 4, and as shown in FIGS. 1, 5, and 6, the sensor chip 2 extends along the longitudinal direction at the center of the lower surface 3b. A flow path (groove) 11 for flowing a fluid such as a gas is formed on the flow rate detection unit 10 formed in the above. Both ends 11a and 11b of the flow path 11 are open to the upper surface 3a of the glass chip 3, and the flow rate detection unit 10 formed on the sensor chip 2 is, for example, from the temperature measuring element 7 side to the temperature measuring element 8 side. The fluid is made to flow toward it. Therefore, the glass chip 3 has a function as a flow path forming member for flowing a fluid such as the gas.

流路11は、加工面即ち、内壁面が平滑な面となるような工法例えば、溶融成型やフッ酸エッチング等により加工しても良く、或いはエンドミルやサンドブラスト等により流路11を形成した後にドライ又はウェットエッチングを併用して内壁面が滑らかになるように処理しても良い。このように流路11の内壁面を平滑な面とすることでガラスチップ3の外側から流量検出部10や流路11を観察することが容易となる。なお、ガラスチップ3の外側から流量検出部10や流路11を観察する必要が無い場合は、エンドミルやサンドブラスト等による加工のままでも良い。 The flow path 11 may be processed by a processing method such as a process surface, that is, an inner wall surface that is smooth, for example, melt molding or hydrofluoric acid etching, or may be dried after the flow path 11 is formed by an end mill, sandblasting, or the like. Or you may process so that an inner wall surface may become smooth using wet etching together. Thus, it becomes easy to observe the flow volume detection part 10 and the flow path 11 from the outer side of the glass chip 3 by making the inner wall surface of the flow path 11 into a smooth surface. In addition, when it is not necessary to observe the flow rate detection part 10 and the flow path 11 from the outer side of the glass chip 3, it may be processed by an end mill, a sand blast, or the like.

ガラスチップ3は、図1及び図5に示すように両側壁の中央部が略長半円形状に欠かれて切欠部3cが形成されており、これら切欠部3cの中央部に流路11と直交する方向、即ち流量検出部10の信号取り出し配線部10aの延出方向に沿って端面視略矩形状の溝3dが形成されている。溝3dは、流量検出部10の信号取り出し配線部10aをガラスチップ3の両側方に取り出すための挿通部で、図6に示すように流路11よりも浅く、かつ図8に示すように信号取り出し配線部10aよりも僅かに大きく形成されている。なお、溝3dは、溶融成型やフッ酸エッチング等により加工しても良く、或いはエンドミルやサンドブラスト等により形成しても良い。 As shown in FIGS. 1 and 5, the glass chip 3 is formed with a notch 3 c formed in a substantially semi-circular shape at the center of both side walls, and the flow path 11 and the center of these notches 3 c are formed. A groove 3d having a substantially rectangular shape when viewed from the end surface is formed along a direction orthogonal to each other, that is, along the extending direction of the signal extraction wiring portion 10a of the flow rate detection unit 10. The groove 3d is an insertion part for taking out the signal extraction wiring part 10a of the flow rate detection part 10 to both sides of the glass chip 3, and is shallower than the flow path 11 as shown in FIG. 6 and the signal as shown in FIG. It is formed slightly larger than the extraction wiring portion 10a. The groove 3d may be processed by melt molding, hydrofluoric acid etching, or the like, or may be formed by an end mill, sand blast, or the like.

また、ガラスチップ3は、図5に示すように両側壁の中央部が切り欠かれて切欠部3cとされていることで、溝3dの長さ、即ち溝3dの流路11側開口端から切欠部3c側開口端までの距離が短くなり、流量検出部10の信号取り出し配線部10aと溝3dの内壁面との接合面積を小さくすることができる。 Further, as shown in FIG. 5, the glass chip 3 is cut away from the center of both side walls to form a notch 3 c, so that the length of the groove 3 d, that is, from the opening end on the flow channel 11 side of the groove 3 d. The distance to the open end on the notch 3c side is shortened, and the junction area between the signal extraction wiring portion 10a of the flow rate detection portion 10 and the inner wall surface of the groove 3d can be reduced.

因みに、センサチップ2のサイズは、1.5mm×6.0mm〜6.0mm×12.0mm/厚さ0.5mm〜1.0mm程度であり、ガラスチップ3のサイズは、1.5mm×6.0mm〜6.0mm×12.0mm/厚さ0.5mm〜2.0mm程度である。ガラスチップ3の流路(溝)11のサイズは、幅0.2mm〜2.0mm/深さ0.2mm〜1.0mm程度である。 Incidentally, the size of the sensor chip 2 is about 1.5 mm × 6.0 mm to 6.0 mm × 12.0 mm / thickness 0.5 mm to 1.0 mm, and the size of the glass chip 3 is 1.5 mm × 6. It is about 0.0 mm to 6.0 mm × 12.0 mm / thickness 0.5 mm to 2.0 mm. The size of the flow path (groove) 11 of the glass chip 3 is about 0.2 mm to 2.0 mm in width / 0.2 mm to 1.0 mm in depth.

また、流量検出部10の信号取り出し配線部10aのサイズは、幅0.7mm〜1.5mm/厚さ1μm〜2μm/長さ0.5mm〜2.5mm(流路11の端からセンサチップ2の端までの距離)程度であり、溝3dのサイズは、幅0.7mm〜1.5mm/深さ20μm〜50μm/長さ0.2mm〜1.5mm程度である。 The size of the signal extraction wiring portion 10a of the flow rate detection unit 10 is as follows: width 0.7 mm to 1.5 mm / thickness 1 μm to 2 μm / length 0.5 mm to 2.5 mm (from the end of the flow path 11 to the sensor chip 2 And the size of the groove 3d is about 0.7 mm to 1.5 mm wide / 20 μm to 50 μm deep / 0.2 mm to 1.5 mm long.

ガラスチップ3に使用するガラスとしては、陽極接合を行なうためにイオン伝導性を持っていることが必要であり、また、センサチップ2の基板(シリコン)と熱膨張係数が近いものが好ましく、例えば、硼珪酸ガラスなどが適している。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などがあり、本実施例ではガラスチップ3は、パイレックス(登録商標)ガラスを使用している。センサチップ2の基板としてシリコンを使用した場合、シリコンの熱膨張係数(2.3×10−6/℃)とパイレックス(登録商標)ガラスの熱膨張係数(3.2×10−6/℃)が近似しているため、これらの接合部の熱応力に起因する歪みを少なくすることができる。なお、パイレックス(登録商標)とテンパックスは、熱膨張係数などを含むほとんどの特性がほぼ同じであるので、どちらを使用してもかまわない。 The glass used for the glass chip 3 needs to have ion conductivity in order to perform anodic bonding, and preferably has a coefficient of thermal expansion close to that of the substrate (silicon) of the sensor chip 2. Borosilicate glass is suitable. Examples of borosilicate glass include glass called Pyrex (registered trademark) glass or Tempax glass. In this embodiment, the glass chip 3 uses Pyrex (registered trademark) glass. When silicon is used as the substrate of the sensor chip 2, the thermal expansion coefficient of silicon (2.3 × 10 −6 / ° C.) and the thermal expansion coefficient of Pyrex (registered trademark) glass (3.2 × 10 −6 / ° C.) Therefore, the distortion caused by the thermal stress at these joints can be reduced. Note that Pyrex (registered trademark) and Tempax have almost the same characteristics including the coefficient of thermal expansion, and either one may be used.

なお、陽極接合は一般的に、金属(電気伝導性を持つ材質)とガラス(イオン伝導性を持つ材料)の間で可能であるので、センサチップ2の基板としてはシリコンに限らず金属などでも良い。 In addition, since anodic bonding is generally possible between metal (material having electrical conductivity) and glass (material having ion conductivity), the substrate of the sensor chip 2 is not limited to silicon but may be metal or the like. good.

以下に上記構成のセンサチップ2とガラスチップ3、及びガラスチップ3の溝3dと流量検出部10の信号取り出し配線部10aとの各接合構造及び手順について説明する。 Below, each joining structure and procedure of the sensor chip 2 and the glass chip 3 having the above-described configuration, and the groove 3d of the glass chip 3 and the signal extraction wiring portion 10a of the flow rate detection unit 10 will be described.

先ず、図7(a)に示すようにガラスチップ3の溝3dを上方に向けて開口させ、この溝3dの内壁面に同図(b)に示すように低融点ガラス12を塗布し、仮焼成(溶剤などを揮発させて硬化)する。低融点ガラス12の塗布は、例えばスクリーン印刷やディスペンサ等によって溝3dの接着面としての内壁面にパターニングすることにより行うことができる。なお、溝3dに低融点ガラスを適量施して仮焼成しても良い。低融点ガラスとしては例えばフリットガラスと称するものがあり、本実施例では低融点ガラス12としてこのフリットガラスを使用している。本実施例で使用するフリットガラスは、熱膨張係数が7.0(〜16.0)×10−6/℃、融点が350℃〜450℃程度のものである。 First, the groove 3d of the glass chip 3 is opened upward as shown in FIG. 7A, and the low melting point glass 12 is applied to the inner wall surface of the groove 3d as shown in FIG. Baking (hardening by volatilizing solvent etc.). The low melting point glass 12 can be applied by patterning the inner wall surface as the bonding surface of the groove 3d by, for example, screen printing or a dispenser. An appropriate amount of low-melting glass may be applied to the groove 3d and temporarily fired. An example of the low melting point glass is a frit glass. In this embodiment, the frit glass is used as the low melting point glass 12. The frit glass used in this example has a thermal expansion coefficient of 7.0 (˜16.0) × 10 −6 / ° C. and a melting point of about 350 ° C. to 450 ° C.

次いで、このガラスチップ3を、図1及び図9に示すようにシリコン基板4上に流路11が流量検出部10の上方かつ測温素子7、ヒータ6、測温素子8の配列方向(図3参照)に沿うように配置し、かつ溝3dの低融点ガラス12の下側から信号取り出し配線部10aを切欠部3cの側方に延出させ、下面3bをシリコン基板4の上面4aに当接する。 Next, as shown in FIGS. 1 and 9, the glass chip 3 is placed on the silicon substrate 4 with the flow path 11 above the flow rate detection unit 10 and the arrangement direction of the temperature measuring element 7, the heater 6, and the temperature measuring element 8 (FIG. 3) and the signal extraction wiring portion 10a is extended from the lower side of the low melting point glass 12 in the groove 3d to the side of the cutout portion 3c, and the lower surface 3b is brought into contact with the upper surface 4a of the silicon substrate 4. Touch.

次いで、図8乃至図10に示すようにガラスチップ3の下面3bとシリコン基板4の上面4aとを陽極接合によって接合すると同時に、この陽極接合の際にかける熱(約350℃〜420℃)により低融点ガラス12を溶融させてペースト状にし、ガラスチップ3の溝3dと信号取り出し配線部10aとの隙間を埋めて確実に密着させる。なお、図8において陽極接合部13を太線で示し、図9において陽極接合領域をA、低融点ガラス12の接着領域をBで示した。 Next, as shown in FIGS. 8 to 10, the lower surface 3b of the glass chip 3 and the upper surface 4a of the silicon substrate 4 are bonded together by anodic bonding, and at the same time, the heat applied during the anodic bonding (about 350 ° C. to 420 ° C.). The low-melting glass 12 is melted to form a paste, and the gap between the groove 3d of the glass chip 3 and the signal extraction wiring portion 10a is filled and reliably adhered. In FIG. 8, the anodic bonding portion 13 is indicated by a bold line, and in FIG. 9, the anodic bonding region is indicated by A, and the adhesion region of the low melting point glass 12 is indicated by B.

低融点ガラス12は、ペースト状に溶融することで図7(c)及び図8に示すようにシリコン基板4上に存在する絶縁膜9の段差(凹部)9aに追従して密着するので、溝3dと流量検出部10の信号取り出し配線部10aとの気密性が確保される。なお、図7(c)において陽極接合部13を太線で示してある。このようにして、フローセンサ1が形成されている。 Since the low melting point glass 12 is melted in a paste form and closely adheres to the step (concave portion) 9a of the insulating film 9 existing on the silicon substrate 4 as shown in FIG. 7C and FIG. Airtightness between 3d and the signal extraction wiring portion 10a of the flow rate detection unit 10 is ensured. In FIG. 7C, the anodic bonding portion 13 is indicated by a thick line. In this way, the flow sensor 1 is formed.

低融点ガラス12の材料としてその熱膨張係数がこれに貼り合わせるシリコン基板4とパイレックス(登録商標)ガラスで形成したガラスチップ3の熱膨張係数に近いものを適用することが好ましいが、本実施例のように流量検出部10の信号取り出し配線部10aと溝3dとの間に局所的かつ極めて小さい接着面積に使用するものであれば、ある程度熱膨張係数が離れたフリットガラスのような材料を使用してもその影響は極めて小さく、熱膨張係数の不一致を緩和することができる。 As a material of the low melting point glass 12, it is preferable to apply a material whose thermal expansion coefficient is close to that of the silicon chip 4 and the glass chip 3 formed of Pyrex (registered trademark) glass. For example, a material such as frit glass having a thermal expansion coefficient separated to some extent is used between the signal extraction wiring portion 10a of the flow rate detection portion 10 and the groove 3d, as long as it is used for a local and extremely small bonding area. However, the influence is extremely small, and the mismatch of thermal expansion coefficients can be alleviated.

このように、流量検出部10の信号取り出し配線部10aと溝3dとの間の微小な隙間を低融点ガラス12により接着することで気密性を確保することができ、それ以外の接合即ち図9の接合領域Aで示すシリコン基板4の上面とガラスチップ3の下面との接合を陽極接合により接合することでフローセンサ全体の接合強度を確保することができる。 In this way, airtightness can be secured by adhering a minute gap between the signal extraction wiring portion 10a of the flow rate detection portion 10 and the groove 3d with the low melting point glass 12, and other bonding, that is, FIG. The bonding strength of the entire flow sensor can be ensured by bonding the upper surface of the silicon substrate 4 and the lower surface of the glass chip 3 indicated by the bonding region A by anodic bonding.

また、低融点ガラス12を、ガラスチップ3の溝3dの内壁面と流量検出部10の信号取り出し配線部10aとを接着する接着剤として用いれば、硬化後はガラスとなるので、接着剤からの脱ガスによる測定誤差の発生や、測定流体の汚染を防ぐことができる。 Further, if the low melting point glass 12 is used as an adhesive for bonding the inner wall surface of the groove 3d of the glass chip 3 and the signal extraction wiring portion 10a of the flow rate detection unit 10, it becomes glass after curing. Generation of measurement errors due to degassing and contamination of the measurement fluid can be prevented.

フローセンサ1は、図1及び図9に示すガラスチップ3の流路11に例えば端部11aから端部11bに向けて流量検出部10上に例えばガス等の流体を流し、流量検出部10のヒータ6に通電する。ヒータ6は、ヒータ制御回路によりシリコン基板4に設けられた図示しない周囲温度センサで測定された流体温度よりもある一定温度高く加熱され、流量検出部10および流路11を流れるガスを加熱する。流れがないときは、ヒータ6の上流側/下流側に均一な温度分布が形成されており、上流側の測温素子7と下流側の測温素子8は、略等しい温度に対応する抵抗値を示す。一方、流れがあるときは、ヒータ6の上流側/下流側の均一な温度分布がくずれ、上流側の温度が低くなり、下流側の温度が高くなる。 The flow sensor 1 causes a fluid such as a gas to flow on the flow rate detection unit 10 from the end 11a toward the end 11b, for example, in the flow path 11 of the glass chip 3 shown in FIGS. Energize the heater 6. The heater 6 is heated by a certain temperature higher than the fluid temperature measured by an ambient temperature sensor (not shown) provided on the silicon substrate 4 by the heater control circuit, and heats the gas flowing through the flow rate detection unit 10 and the flow path 11. When there is no flow, a uniform temperature distribution is formed on the upstream / downstream side of the heater 6, and the upstream temperature measuring element 7 and the downstream temperature measuring element 8 have resistance values corresponding to substantially equal temperatures. Indicates. On the other hand, when there is a flow, the uniform temperature distribution on the upstream / downstream side of the heater 6 is broken, the temperature on the upstream side becomes low, and the temperature on the downstream side becomes high.

そして、ここでは詳細には説明しないが上流側の測温素子7と下流側の測温素子8により構成されるホイートストンブリッジ回路により上流側の測温素子7と下流側の測温素子8との抵抗値差つまり温度差を検出し、流路11内を流れるガスの流量を測定する。 Although not described in detail here, the upstream temperature measuring element 7 and the downstream temperature measuring element 8 are connected by a Wheatstone bridge circuit constituted by the upstream temperature measuring element 7 and the downstream temperature measuring element 8. A resistance value difference, that is, a temperature difference is detected, and the flow rate of the gas flowing in the flow path 11 is measured.

また、フローセンサ1は、ガラスチップ3が透明なガラスにより形成され、かつ流路1
1の内壁面が平滑な面とされていることで、ガラスチップ3の外側から流量検出部10の観察が容易となり、例えば100μm程度の微小な塵埃等がガスに混じって流路11内に浸入して流量検出部10に付着した場合でも外部から直接観察することが可能となる。これにより、フローセンサ1の異常を迅速に検知することが可能となる。
The flow sensor 1 includes a glass chip 3 made of transparent glass and a flow path 1.
Since the inner wall surface of 1 is a smooth surface, the flow rate detection unit 10 can be easily observed from the outside of the glass chip 3. For example, fine dust of about 100 μm enters the flow path 11 mixed with gas. Even if it adheres to the flow rate detection unit 10, it can be directly observed from the outside. Thereby, it becomes possible to detect the abnormality of the flow sensor 1 quickly.

続いて上述した実施形態の変形例について説明する。図11は、本発明に係るフローセンサの変形例を示し、フローセンサ1は、ガラスチップ3の溝3dと流量検出部10の信号取り出し配線部10aとを接着する低融点ガラス12の長さを溝3dの長さよりも短くして接着面積を少なくしたものである。これにより、低融点ガラス12による接着領域Cを図10に示す接着領域Bに比べて小さくすることができ、これに伴いガラスチップ3、シリコン基板4と低融点ガラス12との熱膨張係数の不一致を更に緩和することができる。 Subsequently, a modified example of the above-described embodiment will be described. FIG. 11 shows a modification of the flow sensor according to the present invention. The flow sensor 1 has a length of the low melting point glass 12 that bonds the groove 3d of the glass chip 3 and the signal extraction wiring portion 10a of the flow rate detection unit 10. The bonding area is reduced by shortening the length of the groove 3d. Thereby, the adhesion region C by the low melting point glass 12 can be made smaller than the adhesion region B shown in FIG. 10, and accordingly, the thermal expansion coefficients of the glass chip 3, the silicon substrate 4 and the low melting point glass 12 are inconsistent. Can be further relaxed.

なお、上記実施形態においては1つのヒータ(発熱素子)6と、このヒータ6の両側に配置した2つの測温素子7,8とにより傍熱型の流量検出部10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、発熱素子兼測温素子が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、発熱素子兼測温素子が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 10 is configured by one heater (heating element) 6 and two temperature measuring elements 7 and 8 arranged on both sides of the heater 6 is described. However, the present invention is not limited to this, and one heating element / temperature measuring element, that is, one heater may constitute a self-heating type flow rate detection unit, or two heating elements / temperature measuring elements, That is, a self-heating type flow rate detection unit may be configured by two heaters.

また、流量検出部10の構造は、上記実施形態のように絶縁膜5,9がシリコン基板4の凹部4bを覆うようなダイアフラム構造でもよく、或いは絶縁膜5,9がシリコン基板4の凹部4bの少なくとも一部を覆うようなブリッジ構造でも良い。 The structure of the flow rate detection unit 10 may be a diaphragm structure in which the insulating films 5 and 9 cover the concave portion 4b of the silicon substrate 4 as in the above embodiment, or the insulating films 5 and 9 are concave portions 4b of the silicon substrate 4. A bridge structure that covers at least a part of the structure may be used.

本発明のフローセンサの一実施形態に係る斜視図である。It is a perspective view concerning one embodiment of a flow sensor of the present invention. 図1に示したフローセンサのセンサチップの平面図を示し、シリコン基板の上面に絶縁膜と流量検出部を形成した状態の平面図である。It is a top view of the sensor chip of the flow sensor shown in FIG. 1, and is a top view of the state which formed the insulating film and the flow volume detection part on the upper surface of the silicon substrate. 図2に示した絶縁膜及び流量検出部の上に絶縁膜を形成して被覆した状態を示す平面図である。It is a top view which shows the state which formed and coat | covered the insulating film on the insulating film and flow-rate detection part which were shown in FIG. 図3に示したセンサチップの矢線IV-IVに沿う断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view of the sensor chip shown in FIG. 3 taken along an arrow IV-IV. 図1に示したフローセンサのガラスチップの下面図である。It is a bottom view of the glass chip of the flow sensor shown in FIG. 図5に示したガラスチップの矢線VI-VIに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the arrow line VI-VI of the glass chip | tip shown in FIG. 図1に示したフローセンサのセンサチップとガラスチップとの接合工程、及びガラスチップの溝と流量検出部の信号取り出し配線部との接着工程の説明図である。It is explanatory drawing of the bonding process of the groove | channel of a glass chip, and the signal extraction wiring part of a flow volume detection part of the sensor chip and glass chip of the flow sensor shown in FIG. 図1に示したフローセンサの矢線VIII-VIIIに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the arrow VIII-VIII of the flow sensor shown in FIG. 図8に示したフローセンサの矢線IX-IXに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the arrow IX-IX of the flow sensor shown in FIG. 図1に示したフローセンサの矢線X-Xに沿う断面図である。It is sectional drawing which follows the arrow XX of the flow sensor shown in FIG. 本発明に係るフローセンサの変形例を示し、センサチップとガラスチップとの接合部、及び流量検出部の信号取り出し配線部とガラスチップの溝との接着部を示す説明図である。It is explanatory drawing which shows the modification of the flow sensor which concerns on this invention, and shows the junction part of a sensor chip and a glass chip, and the adhesion part of the signal extraction wiring part of a flow volume detection part, and the groove | channel of a glass chip.

1 フローセンサ 2 センサチップ 3 ガラスチップ(カバー部材) 3a 上面 3b 下面 3c 切欠部 3d 溝 4 シリコン基板 4a 上面 4b 凹部 5 絶縁膜 6 ヒータ(発熱素子) 7,8 測温素子 6a,6b,7a,7b,8a,8b リードパターン 9 絶縁膜 9a 段差 9b 電極パッド 10 流量検出部 10a 信号取り出し配線部 11 流路 11a,11b 端部 12 低融点ガラス 13 陽極接合部 A 陽極接合領域 B,C 低融点ガラス接着領域 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Flow sensor 2 Sensor chip 3 Glass chip (cover member) 3a Upper surface 3b Lower surface 3c Notch 3d Groove 4 Silicon substrate 4a Upper surface 4b Recessed part 5 Insulating film 6 Heater (heating element) 7, 8 Temperature measuring element 6a, 6b, 7a, 7b, 8a, 8b Lead pattern 9 Insulating film 9a Step 9b Electrode pad 10 Flow rate detection part 10a Signal extraction wiring part 11 Flow path 11a, 11b End part 12 Low melting point glass 13 Anode joining part A Anode joining area B, C Low melting point glass Bonding area

Claims (1)

センサチップとガラス製のカバー部材とを接合して構成されたフローセンサであり、It is a flow sensor configured by joining a sensor chip and a glass cover member,
前記センサチップは、基板に流量検出部と前記流量検出部の両側に延出された信号取り出し配線部とが形成されたものであって、The sensor chip is a substrate in which a flow rate detection unit and signal extraction wiring units extending on both sides of the flow rate detection unit are formed,
前記カバー部材は、前記センサチップと接合する面の中央に長手方向に沿って前記流量検出部上に被測定流体を流すための流路と、前記流路の直交方向に位置する側壁それぞれに切欠部とが形成されたものであるフローセンサにおいて、The cover member is notched in each of a flow path for flowing a fluid to be measured on the flow rate detection unit along a longitudinal direction in the center of a surface to be joined to the sensor chip, and a side wall located in an orthogonal direction of the flow path. In the flow sensor in which the part is formed,
前記信号取り出し配線部の一方ならびに他方の先端は、それぞれの延出方向に形成されている前記切欠部に位置し、One end of the signal extraction wiring portion and the other end are located in the cutout portion formed in the extending direction, respectively.
前記カバー部材には前記信号取り出し配線部の延出方向に沿って溝が形成され、A groove is formed in the cover member along the extending direction of the signal extraction wiring portion,
前記信号取り出し配線部は前記溝に挿通されており、The signal extraction wiring portion is inserted through the groove,
前記カバー部材の溝と前記検出部の信号取り出し配線との隙間が低融点ガラスにより埋められ、The gap between the groove of the cover member and the signal extraction wiring of the detection unit is filled with low melting point glass,
それ以外の接合領域が陽極接合により接合されることを特徴とするフローセンサ。A flow sensor characterized in that other bonding regions are bonded by anodic bonding.
JP2009017882A 2009-01-29 2009-01-29 Sensor and flow sensor Expired - Fee Related JP5081174B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009017882A JP5081174B2 (en) 2009-01-29 2009-01-29 Sensor and flow sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009017882A JP5081174B2 (en) 2009-01-29 2009-01-29 Sensor and flow sensor

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2006134586A Division JP2007304025A (en) 2006-05-14 2006-05-14 Sensor and flow sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2009085973A JP2009085973A (en) 2009-04-23
JP5081174B2 true JP5081174B2 (en) 2012-11-21

Family

ID=40659540

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009017882A Expired - Fee Related JP5081174B2 (en) 2009-01-29 2009-01-29 Sensor and flow sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5081174B2 (en)

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5427134B2 (en) * 2010-07-16 2014-02-26 株式会社豊田中央研究所 Hit analysis method, program, storage medium, and hit analysis device
JP5638344B2 (en) * 2010-10-26 2014-12-10 アズビル株式会社 Flow sensor
JP5643693B2 (en) * 2011-03-25 2014-12-17 アズビル株式会社 Flow sensor
KR101708232B1 (en) * 2015-07-29 2017-02-27 주식회사 현대케피코 Sensor elements for air flow sensor
US11402253B2 (en) * 2018-06-26 2022-08-02 Minebea Mitsumi Inc. Fluid sensing apparatus and method for detecting failure of fluid sensor

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4548078A (en) * 1982-09-30 1985-10-22 Honeywell Inc. Integral flow sensor and channel assembly
JPH10264381A (en) * 1997-03-26 1998-10-06 Seiko Epson Corp Ink-jet head and its manufacture
JP2000146652A (en) * 1998-11-05 2000-05-26 Fuji Electric Co Ltd Mass flow sensor
JP2000311572A (en) * 1999-04-27 2000-11-07 Omron Corp Electrostatic relay
JP2002340646A (en) * 2001-05-11 2002-11-27 Horiba Ltd Flow sensor for mass flow controller, and method of manufacturing flow sensor
JP2004177343A (en) * 2002-11-28 2004-06-24 Fujikura Ltd Pressure sensor
JP2005195423A (en) * 2004-01-06 2005-07-21 Alps Electric Co Ltd Pressure sensor

Also Published As

Publication number Publication date
JP2009085973A (en) 2009-04-23

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4845187B2 (en) Sensor package structure and flow sensor having the same
JP5052275B2 (en) Flow sensor mounting structure
US9587970B2 (en) Airflow measuring apparatus including a ventilation hole between a connector part and a circuit chamber
JP5081174B2 (en) Sensor and flow sensor
KR20080093434A (en) Pressure sensor with silicon frit bonded cap
JP4577370B2 (en) Sensor device and manufacturing method thereof
JP4854238B2 (en) Flow sensor
JP5125978B2 (en) Sensor device
JP2008101917A (en) Package for pressure sensor
JP4997039B2 (en) Flow sensor
JP2016125896A (en) Measuring apparatus
JP2008089421A (en) Pressure sensor package
JP2007304025A (en) Sensor and flow sensor
JP5079435B2 (en) Flow sensor and manufacturing method thereof
JP2010230388A (en) Flow sensor
JP2007139559A (en) Capacitive pressure sensor
JP2008070323A (en) Flow sensor
JP5276493B2 (en) Flow sensor and manufacturing method thereof
JP2008070315A (en) Flow sensor
US20140007670A1 (en) Flow sensor
JP5248218B2 (en) Pressure measuring device, pressure measuring method
JP2016219365A (en) Micro heater and sensor
JP2016133367A (en) Thermal type air flowmeter
JP3740027B2 (en) Flow sensor
JP2015194428A (en) Flow sensor and manufacturing method for flow sensor

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20090326

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20111018

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20111214

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20120810

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20120831

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20150907

Year of fee payment: 3

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees