JP6385743B2

JP6385743B2 - Micro heater

Info

Publication number: JP6385743B2
Application number: JP2014144888A
Authority: JP
Inventors: 英彦山岡
Original assignee: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Instititute (TIRI)
Current assignee: Tokyo Metropolitan Industrial Technology Research Instititute (TIRI)
Priority date: 2013-07-16
Filing date: 2014-07-15
Publication date: 2018-09-05
Anticipated expiration: 2034-07-15
Also published as: JP2015038864A

Description

本発明は、マイクロヒータに関するものである。 The present invention relates to a micro heater.

マイクロヒータは、ガスセンサ、流量センサ、湿度センサ、熱式加速度センサ、アクチュエータなどの各種デバイスに用いられている。例えば、ガスセンサは、検知部に付着したガスを揮発させるため、マイクロヒータを備える。このようなマイクロヒータとしては、矩形状の貫通穴が形成された基板に、ジグザグ形状を有する白金膜の連続部の裏面が露出するように設けられたマイクロヒータが開示されている（例えば、特許文献１）。また、支持体の表面に形成された絶縁膜に設けられたマイクロヒータが開示されている（例えば、特許文献２）。さらに、基板上に凹部と凸部とが互い違いに配置された矩形波状に形成されたマイクロヒータが開示されている（例えば、特許文献３）。 Micro heaters are used in various devices such as gas sensors, flow sensors, humidity sensors, thermal acceleration sensors, and actuators. For example, the gas sensor includes a micro heater in order to volatilize the gas attached to the detection unit. As such a microheater, a microheater is disclosed in which a back surface of a continuous portion of a platinum film having a zigzag shape is exposed on a substrate in which a rectangular through hole is formed (for example, a patent) Reference 1). Further, a micro heater provided on an insulating film formed on the surface of a support is disclosed (for example, Patent Document 2). Furthermore, a micro heater formed in a rectangular wave shape in which concave portions and convex portions are alternately arranged on a substrate is disclosed (for example, Patent Document 3).

特開2007-64865号公報JP 2007-64865 特開2011-80809号公報JP 2011-80809 JP 特開2012-107999号公報JP 2012-107999 A

しかしながら、上記特許文献１に係るマイクロヒータは、連続部の両端が基板に接続されているため、熱変化が加わった時に生じる変形を妨げるように熱応力が発生する。したがって上記熱応力が白金膜の許容応力を超えた場合、マイクロヒータは、破壊してしまうという問題がある。同様に、上記特許文献２及び３に係るマイクロヒータは、熱変化が加わった時に、自由膨張あるいは自由収縮し得るように形成されていないため、熱応力が発生する。したがってこれらマイクロヒータは、熱応力により破壊してしまうという問題がある。 However, since the micro heater according to Patent Document 1 has both ends of the continuous portion connected to the substrate, thermal stress is generated so as to prevent deformation that occurs when a thermal change is applied. Therefore, when the thermal stress exceeds the allowable stress of the platinum film, there is a problem that the microheater is broken. Similarly, since the microheaters according to Patent Documents 2 and 3 are not formed so as to be capable of free expansion or contraction when a thermal change is applied, thermal stress is generated. Therefore, these micro heaters have a problem that they are destroyed by thermal stress.

そこで本発明は、熱応力を抑制することができるマイクロヒータを提供することを目的とする。 Then, an object of this invention is to provide the micro heater which can suppress a thermal stress.

本発明に係るマイクロヒータは、溝が形成された基板と、前記基板上に配置された複数のヒータ配線部とを備え、前記ヒータ配線部は、互いに平行になるように所定の間隔を空けて配置された一対の配線と、一対の前記配線の一端同士を接続する折り返し部と、前記配線の他端に形成され、隣り合う前記ヒータ配線部同士を接続する接続部とを有し、前記折り返し部は、前記接続部に比べ線幅が狭く形成されており、前記基板には、前記接続部を支持し得る支持部が形成されており、前記ヒータ配線部は、前記折り返し部を自由端とする片持ち梁構造を有し、前記配線と前記折り返し部は、前記溝を画定する前記基板表面との間に隙間を形成し得るように空中に配置されていることを特徴とする。 A microheater according to the present invention includes a substrate on which a groove is formed and a plurality of heater wiring portions disposed on the substrate, and the heater wiring portions are spaced apart from each other by a predetermined interval. a pair of wires arranged, the folded portion for connecting one end of the pair of the wiring, is formed on the other end of the wiring, have a connecting portion for connecting the heater wire portion adjacent the folded The portion is formed with a narrower line width than the connection portion, and the substrate is provided with a support portion that can support the connection portion, and the heater wiring portion has the folded portion as a free end. The wiring and the folded portion are arranged in the air so that a gap can be formed between the substrate surface defining the groove .

本発明によれば、マイクロヒータは、熱変化によって生じる変形を拘束しないように配線を片持ち梁構造としたので、熱応力を抑制することができる。 According to the present invention, since the micro heater has a cantilever structure so that the deformation caused by the heat change is not constrained, the thermal stress can be suppressed.

第１実施形態に係るマイクロヒータの全体構成を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the whole structure of the microheater which concerns on 1st Embodiment. 第１実施形態に係るヒータ層の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the heater layer which concerns on 1st Embodiment. 図３Ａは図２におけるＡ−Ａ端面図、図３Ｂは図２におけるＢ−Ｂ端面図である。3A is an AA end view in FIG. 2, and FIG. 3B is a BB end view in FIG. 第１実施形態に係る配線の製造方法を段階的に示す縦断面図であり、図４Ａは基板を用意した段階、図４Ｂはホトレジストを形成した段階、図４Ｃは金属膜を形成した段階、図４Ｄホトレジストを除去した段階、図４Ｅは基板の一部を除去した段階を示す図である。FIG. 4A is a longitudinal cross-sectional view showing a method of manufacturing a wiring according to the first embodiment, wherein FIG. 4A is a stage where a substrate is prepared, FIG. 4B is a stage where a photoresist is formed, FIG. 4C is a stage where a metal film is formed, FIG. 4E is a diagram showing a stage where a part of the substrate is removed, after removing the 4D photoresist. 第２実施形態に係る配線の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the wiring which concerns on 2nd Embodiment. 第２実施形態に係る配線の製造方法を段階的に示す縦断面図であり、図６Ａは基板にホトレジストを形成した段階、図６Ｂは基板の一部を除去した段階、図６Ｃは基板に酸化膜を形成した段階、図６Ｄは酸化膜上にホトレジストを形成した段階、図６Ｅは金属膜を形成した段階、図６Ｆはホトレジストを除去した段階、図６Ｇは基板の一部を除去した段階を示す図である。FIG. 6A is a longitudinal cross-sectional view showing a wiring manufacturing method according to the second embodiment step by step, FIG. 6A is a step in which a photoresist is formed on the substrate, FIG. 6B is a step in which a part of the substrate is removed, and FIG. 6D shows a stage where a photoresist is formed on the oxide film, FIG. 6E shows a stage where a metal film is formed, FIG. 6F shows a stage where the photoresist is removed, and FIG. 6G shows a stage where a part of the substrate is removed. FIG. 第３実施形態に係るヒータ層の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the heater layer which concerns on 3rd Embodiment. 第４実施形態に係るヒータ層の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the heater layer which concerns on 4th Embodiment. 第４実施形態に係る配線の製造方法を段階的に示す縦断面図であり、図９Ａは基板表面に酸化膜を形成した段階、図９Ｂは酸化膜上にホトレジストを形成した段階、図９Ｃは金属膜を形成した段階、図９Ｄはホトレジストを除去した段階、図９Ｅは基板の一部を残し基板をハーフダイシングした段階、図９Ｆは酸化膜をエッチングにより除去した段階、図９Ｇは基板の一部をエッチングにより除去した段階、図９Ｈは回路基板に実装した段階を示す図である。FIG. 9A is a longitudinal cross-sectional view showing a wiring manufacturing method according to the fourth embodiment in stages, FIG. 9A is a stage where an oxide film is formed on the substrate surface, FIG. 9B is a stage where a photoresist is formed on the oxide film, and FIG. 9D shows the stage where the photoresist is removed, FIG. 9E shows the stage where the substrate is partially diced, leaving part of the substrate, FIG. 9F shows the stage where the oxide film is removed by etching, and FIG. FIG. 9H is a diagram showing a stage where the portion is removed by etching, and FIG. 第４実施形態に係るヒータ層の熱分布を示す図である。It is a figure which shows the heat distribution of the heater layer which concerns on 4th Embodiment. 熱分布の測定に用いた第１実施形態に係るヒータ層の構成を示す平面図である。It is a top view which shows the structure of the heater layer which concerns on 1st Embodiment used for the measurement of heat distribution. 図１１に示すヒータ層の熱分布を示す図である。It is a figure which shows the heat distribution of the heater layer shown in FIG. 第４実施形態に係るヒータ層の消費電力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the power consumption characteristic of the heater layer which concerns on 4th Embodiment. 図１１に示すヒータ層の消費電力特性を示すグラフである。It is a graph which shows the power consumption characteristic of the heater layer shown in FIG. 変形例に係る接続部の構成を示す縦断面図である。It is a longitudinal cross-sectional view which shows the structure of the connection part which concerns on a modification.

以下、図面を参照して本発明の実施形態について詳細に説明する。
１．第１実施形態
（全体構成）
本発明の第１実施形態に係るマイクロヒータについて説明する。図１に示すように、マイクロヒータ１０Ａは、基板１２Ａと、基板１２Ａ上に形成されたヒータ層１４Ａとを備える。基板１２Ａは、絶縁体で形成され、特に限定されないが、例えば平面視矩形状のＳｉＯ_２基板を用いることができる。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
1. First embodiment (overall configuration)
A micro heater according to a first embodiment of the present invention will be described. As shown in FIG. 1, the microheater 10A includes a substrate 12A and a heater layer 14A formed on the substrate 12A. The substrate 12A is formed of an insulator and is not particularly limited. For example, a rectangular SiO ₂ substrate in plan view can be used.

ヒータ層１４Ａは、発熱体材料で形成されている。本実施形態の場合、ヒータ層１４Ａは、金や白金などの金属膜で形成され、電極１６と、ヒータ部１７とを有する。ヒータ層１４Ａは、２個の電極１６の間に配置された１個のヒータ部１７の組み合わせを２個備える。電極１６は、基板１２Ａの四隅にそれぞれ各１個（合計４個）形成されている。ヒータ部１７は基板１２Ａのほぼ中央に配置されており、端部において電極１６と接続されている。ヒータ部１７は、複数（本図の場合５個）のヒータ配線部１８が一体に形成されている。基板１２Ａは、ヒータ配線部１８同士が向き合う部分を中心として、ヒータ配線部１８と基板１２Ａ表面との間に隙間を形成し得るように溝（本図には図示しない）が形成されている。 The heater layer 14A is formed of a heating element material. In the case of this embodiment, the heater layer 14 A is formed of a metal film such as gold or platinum, and includes an electrode 16 and a heater portion 17. The heater layer 14 A includes two combinations of one heater portion 17 disposed between the two electrodes 16. One electrode 16 is formed at each of the four corners of the substrate 12A (four in total). The heater portion 17 is disposed at substantially the center of the substrate 12A and is connected to the electrode 16 at the end. The heater unit 17 has a plurality of (in the case of this figure, five) heater wiring units 18 formed integrally. The substrate 12A has a groove (not shown in the drawing) so that a gap can be formed between the heater wiring portion 18 and the surface of the substrate 12A, with the heater wiring portion 18 facing each other.

ヒータ配線部１８は、図２に示すように、一対の配線２０と、一対の配線２０同士を一端において接続する折り返し部２２と、配線２０の他端に形成された接続部２４とを有する。配線２０は、直線状に形成されている。一対の配線２０は、２本の配線２０が所定の間隔を空けて平行に配置されている。折り返し部２２は、一対の配線２０に対し直交する線材で形成されており、一対の配線２０の一端において配線２０と一体に形成されている。本図の場合、折り返し部２２は直線状に形成されているが、これに限られず、半円弧状に形成されていてもよい。 As shown in FIG. 2, the heater wiring portion 18 includes a pair of wirings 20, a folded portion 22 that connects the pair of wirings 20 at one end, and a connection portion 24 formed at the other end of the wiring 20. The wiring 20 is formed in a straight line. In the pair of wirings 20, two wirings 20 are arranged in parallel at a predetermined interval. The folded portion 22 is formed of a wire material orthogonal to the pair of wires 20, and is formed integrally with the wire 20 at one end of the pair of wires 20. In the case of this figure, although the folding | returning part 22 is formed in linear form, it is not restricted to this, You may form in semicircular arc shape.

隣り合うヒータ配線部１８同士は、配線２０が平行になるように配置されている。接続部２４は、配線２０の他端において隣り合うヒータ配線部１８同士を接続する。接続部２４は、配線２０と一体に形成されている。これにより、ヒータ部１７は、隣り合うヒータ配線部１８同士が接続部２４で接続されている。ヒータ部１７の幅方向の両端に配置されたヒータ配線部１８の外側の配線２０の他端は、それぞれ電極１６と一体に接続されている。 Adjacent heater wiring portions 18 are arranged so that the wirings 20 are parallel to each other. The connecting portion 24 connects the heater wiring portions 18 adjacent to each other at the other end of the wiring 20. The connecting portion 24 is formed integrally with the wiring 20. Thereby, the heater part 17 has the adjacent heater wiring parts 18 connected by the connection part 24. The other ends of the wirings 20 outside the heater wiring part 18 disposed at both ends in the width direction of the heater part 17 are connected to the electrode 16 respectively.

ヒータ部１７は、折り返し部２２の方が接続部２４に比べ電気抵抗が大きくなるように形成されている。本実施形態の場合、折り返し部２２は、接続部２４に比べ線幅が狭くなるように形成されている。マイクロヒータ１０Ａは、折り返し部２２同士を突き合わせるように２個のヒータ部１７を配置して形成されている。 The heater portion 17 is formed so that the folded portion 22 has a larger electrical resistance than the connecting portion 24. In the present embodiment, the folded portion 22 is formed so that the line width is narrower than that of the connecting portion 24. The micro heater 10 A is formed by arranging two heater portions 17 so as to abut the folded portions 22.

図３に示すように、配線２０は基板１２Ａ表面との間に所定の間隔を空けて形成されている（図３Ａ）。折り返し部２２は、配線２０と同様に基板１２Ａ表面との間に所定の間隔を空けて形成されている。基板１２Ａは、ヒータ配線部１８の接続部２４を支持する支持部２６Ａが形成されている（図３Ｂ）。このようにヒータ配線部１８は、折り返し部２２が自由端であり、接続部２４が支持部２６Ａによって支持される支持端である。したがって配線２０は、片持ち梁構造を有する。 As shown in FIG. 3, the wiring 20 is formed with a predetermined space between the surface of the substrate 12A (FIG. 3A). The folded portion 22 is formed with a predetermined gap between the folded portion 22 and the surface of the substrate 12 A similarly to the wiring 20. The substrate 12A is provided with a support portion 26A that supports the connection portion 24 of the heater wiring portion 18 (FIG. 3B). As described above, the heater wiring portion 18 has the folded portion 22 as a free end and the connection portion 24 as a support end supported by the support portion 26A. Therefore, the wiring 20 has a cantilever structure.

（配線の製造方法）
次に配線２０の製造方法を、図４を参照して説明する。なお、説明の便宜上、配線２０を１個作製する場合について説明する。まず、ＳｉＯ_２で形成された基板１２Ａを用意する（図４Ａ）。次いで図４Ｂに示すようにホトレジスト２８を選択的に形成する。その後、図４Ｃに示すように、例えばスパッタ法により金属膜３０を形成する。次いで、ホトレジスト２８をアセトンなどの有機溶媒を用いて除去する。同時にホトレジスト２８上に形成された金属膜３０もリフトオフにより除去される（図４Ｄ）。これによりヒータ層１４Ａが形成される。次いで形成された開口部３１の基板１２Ａを例えばフッ酸によるエッチングにより除去して溝３２を形成する（図４Ｅ）。これにより本実施形態に係る片持ち梁構造の配線２０を形成することができる。 (Wiring manufacturing method)
Next, a method for manufacturing the wiring 20 will be described with reference to FIG. For convenience of explanation, a case where one wiring 20 is manufactured will be described. First, a substrate 12A made of SiO ₂ is prepared (FIG. 4A). Next, as shown in FIG. 4B, a photoresist 28 is selectively formed. Thereafter, as shown in FIG. 4C, a metal film 30 is formed by, eg, sputtering. Next, the photoresist 28 is removed using an organic solvent such as acetone. At the same time, the metal film 30 formed on the photoresist 28 is also removed by lift-off (FIG. 4D). Thereby, the heater layer 14A is formed. Next, the substrate 12A in the formed opening 31 is removed by, for example, etching with hydrofluoric acid to form a groove 32 (FIG. 4E). Thereby, the wiring 20 of the cantilever structure according to the present embodiment can be formed.

（作用及び効果）
上記のように構成されたマイクロヒータ１０Ａは、電極１６間に電力が供給されると、ヒータ部１７が電気抵抗によって加熱される。ヒータ部１７は、折り返し部２２の方が接続部２４に比べ電気抵抗が大きくなるように形成されている。したがってマイクロヒータ１０Ａは、折り返し部２２を中心に温度が高くなる。 (Function and effect)
In the microheater 10A configured as described above, when power is supplied between the electrodes 16, the heater unit 17 is heated by electric resistance. The heater portion 17 is formed so that the folded portion 22 has a larger electrical resistance than the connecting portion 24. Therefore, the temperature of the microheater 10 A increases with the folded portion 22 as the center.

このように加熱されると、ヒータ配線部１８は熱膨張する。すなわち配線２０が長手方向に膨張する。本実施形態の場合、配線２０は、片持ち梁構造を有するので、自由膨張する。そうするとヒータ配線部１８は、加熱によって熱応力が生じない。 When heated in this way, the heater wiring portion 18 thermally expands. That is, the wiring 20 expands in the longitudinal direction. In the case of this embodiment, since the wiring 20 has a cantilever structure, it freely expands. If it does so, the heater wiring part 18 will not produce a thermal stress by heating.

マイクロヒータ１０Ａは、電極１６間に供給される電力を停止すると、ヒータ部１７が次第に冷却される。冷却によって、ヒータ部１７は熱収縮する。すなわち配線２０が長手方向に収縮する。本実施形態の場合、配線２０は、片持ち梁構造を有するので、自由収縮する。そうするとヒータ配線部１８は、冷却によって熱応力が生じない。 When the microheater 10 A stops the power supplied between the electrodes 16, the heater unit 17 is gradually cooled. Due to the cooling, the heater portion 17 is thermally contracted. That is, the wiring 20 contracts in the longitudinal direction. In the case of this embodiment, since the wiring 20 has a cantilever structure, it freely contracts. If it does so, the heater wiring part 18 will not produce a thermal stress by cooling.

上記のようにマイクロヒータ１０Ａは、熱変化によって生じる変形を拘束しないように配線２０を片持ち梁構造としたので、熱応力を抑制することができる。さらにマイクロヒータ１０Ａは、配線２０を平行に配置し、さらに折り返し部を突き合わせるように２個のヒータ部１７を配置したことにより、発熱箇所を集中することができるので、効率的に加熱することができる。このように構成されたマイクロヒータ１０Ａは、ガスセンサ、流量センサ、湿度センサ、熱式加速度センサ、アクチュエータなどの各種デバイスに用いることができる。 As described above, the microheater 10A has a cantilever structure for the wiring 20 so as not to constrain deformation caused by a thermal change, so that thermal stress can be suppressed. Furthermore, since the microheater 10A arranges the wirings 20 in parallel and further arranges the two heater parts 17 so as to abut the folded part, the heat generation points can be concentrated, so that the heating can be efficiently performed. Can do. The thus configured microheater 10A can be used in various devices such as a gas sensor, a flow rate sensor, a humidity sensor, a thermal acceleration sensor, and an actuator.

２．第２実施形態
次に第２実施形態に係るマイクロヒータについて説明する。本実施形態に係るマイクロヒータは、配線の形状のみが上記第１実施形態と異なる。本実施形態の場合、図５に示すように配線３４の断面がＶ字状に形成されている。このように構成された配線３４の製造方法を、図６を参照して説明する。 2. Second Embodiment Next, a micro heater according to a second embodiment will be described. The microheater according to this embodiment is different from the first embodiment only in the shape of the wiring. In the case of the present embodiment, the cross section of the wiring 34 is formed in a V shape as shown in FIG. A method of manufacturing the wiring 34 configured as described above will be described with reference to FIG.

まず、図６Ａに示すように、Ｓｉ基板１２Ｂを用意し、基板１２Ｂ上にホトレジスト３６を選択的に形成する。その後、図６Ｂに示すように、異方性エッチングにより、開口部３７の基板１２Ｂの一部を除去し、溝３８を形成する。次いで、ホトレジスト３６をアセトンなどの有機溶媒を用いて除去した後、熱酸化により基板１２Ｂ表面に酸化膜４０を形成する（図６Ｃ）。その後、図６Ｄに示すように、基板１２Ｂ上にホトレジスト４２を選択的に形成する。次いで、図６Ｅに示すように、例えばスパッタ法により金属膜４４を形成する。次いで、ホトレジスト４２をアセトンなどの有機溶媒を用いて除去する。同時にホトレジスト４２上に形成された金属膜４４もリフトオフにより除去される（図６Ｆ）。これによりヒータ層１４Ｂが形成される。次いで形成された開口部４５の基板１２Ｂの一部を例えばフッ酸によるエッチングにより除去し、溝４６を形成する（図６Ｇ）。これにより本実施形態に係る断面がＶ字形状の配線３４を形成することができる。 First, as shown in FIG. 6A, a Si substrate 12B is prepared, and a photoresist 36 is selectively formed on the substrate 12B. Thereafter, as shown in FIG. 6B, a part of the substrate 12B in the opening 37 is removed by anisotropic etching, and a groove 38 is formed. Next, after removing the photoresist 36 using an organic solvent such as acetone, an oxide film 40 is formed on the surface of the substrate 12B by thermal oxidation (FIG. 6C). Thereafter, as shown in FIG. 6D, a photoresist 42 is selectively formed on the substrate 12B. Next, as shown in FIG. 6E, a metal film 44 is formed by, eg, sputtering. Next, the photoresist 42 is removed using an organic solvent such as acetone. At the same time, the metal film 44 formed on the photoresist 42 is also removed by lift-off (FIG. 6F). Thereby, the heater layer 14B is formed. Next, a part of the substrate 12B in the formed opening 45 is removed by, for example, etching with hydrofluoric acid to form a groove 46 (FIG. 6G). Thereby, the wiring 34 having a V-shaped cross section according to the present embodiment can be formed.

本実施形態の場合、配線３４を片持ち梁構造としたから、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。さらに本実施形態の場合、配線３４は、断面がＶ字形状を有することにより、配線３４の曲げ強度を大きくすることができる。 In the case of the present embodiment, since the wiring 34 has a cantilever structure, the same effect as in the first embodiment can be obtained. Further, in the case of this embodiment, the wiring 34 has a V-shaped cross section, so that the bending strength of the wiring 34 can be increased.

本実施形態では、配線３４の断面をＶ字形状とする場合について説明したが、本発明はこれに限られず、例えば断面をＵ字形状としてもよい。 In the present embodiment, the case where the cross section of the wiring 34 is V-shaped has been described.

３．第３実施形態
次に第３実施形態に係るマイクロヒータについて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。 3. Third Embodiment Next, a micro heater according to a third embodiment will be described. In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図７に示すように、マイクロヒータ１０Ｃは、基板１２Ａと、基板１２Ａ上に形成されたヒータ層１４Ｃとを備える。ヒータ層１４Ｃは、電極４８と、複数のヒータ配線部５０を有するヒータ部５１とを備える。ヒータ層１４Ｃは、２個の電極４８の間に配置された１個のヒータ部５１を有する。電極４８は、基板１２Ａの対向する側辺にそれぞれ１個ずつ形成されている。ヒータ部５１は基板１２Ａのほぼ中央に配置されており、端部において電極４８と接続されている。ヒータ部５１は、複数（本図の場合５個）のヒータ配線部５０が一体に形成されている。 As shown in FIG. 7, the microheater 10C includes a substrate 12A and a heater layer 14C formed on the substrate 12A. The heater layer 14 C includes an electrode 48 and a heater part 51 having a plurality of heater wiring parts 50. The heater layer 14 C has one heater portion 51 disposed between the two electrodes 48. One electrode 48 is formed on each opposite side of the substrate 12A. The heater unit 51 is disposed at substantially the center of the substrate 12A, and is connected to the electrode 48 at the end. In the heater section 51, a plurality (five in the case of this figure) of heater wiring sections 50 are integrally formed.

ヒータ配線部５０は、直線状の複数の配線５２と、当該配線５２同士を一端で接続する折り返し部５６とを有する。隣り合うヒータ配線部５０同士は、配線５２が平行になるように配置されている。配線５２の他端において隣り合うヒータ配線部５０同士が折り返し部５６で接続されている。これによりヒータ部５１は、配線５２がジグザグ状に接続されて形成されている。 The heater wiring unit 50 includes a plurality of linear wirings 52 and a folded portion 56 that connects the wirings 52 at one end. Adjacent heater wiring portions 50 are arranged such that the wirings 52 are parallel to each other. The heater wiring portions 50 adjacent to each other at the other end of the wiring 52 are connected by a turn-back portion 56. Thereby, the heater part 51 is formed by connecting the wiring 52 in a zigzag shape.

本実施形態の場合、ヒータ配線部５０は、配線５２が基板１２Ａに形成された支持部（図示しない）によって所定箇所５８が支持されている。折り返し部５６は、基板１２Ａ表面との間に所定の間隔を空けて形成されている。このようにヒータ配線部５０は、折り返し部５６が自由端である。したがって配線５２は、片持ち梁構造を有する。 In the present embodiment, the heater wiring portion 50 is supported at a predetermined location 58 by a support portion (not shown) in which the wiring 52 is formed on the substrate 12A. The folded portion 56 is formed with a predetermined gap between the folded portion 56 and the surface of the substrate 12A. Thus, as for heater wiring part 50, return part 56 is a free end. Therefore, the wiring 52 has a cantilever structure.

上記のように本実施形態に係るマイクロヒータは、配線５２を片持ち梁構造としたから、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 As described above, since the microheater according to the present embodiment has a cantilever structure for the wiring 52, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

４．第４実施形態
次に第４実施形態に係るマイクロヒータについて説明する。なお、上記第１実施形態と同様の構成については同様の符号を付し、説明を省略する。 4). Fourth Embodiment Next, a micro heater according to a fourth embodiment will be described. In addition, about the structure similar to the said 1st Embodiment, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.

図８に示すように、マイクロヒータ１０Ｄは、基板１２Ｃと、基板１２Ｃ上に形成されたヒータ層１４Ｄとを備える。ヒータ層１４Ｄは、電極６２と、複数のヒータ配線部５０を有するヒータ部６４とを備える。 As shown in FIG. 8, the microheater 10D includes a substrate 12C and a heater layer 14D formed on the substrate 12C. The heater layer 14 D includes an electrode 62 and a heater portion 64 having a plurality of heater wiring portions 50.

ヒータ層１４Ｄは、２個の電極６２の間に１個のヒータ部６４を配置して形成されている。ヒータ部６４は、端部において連結部６６を介して電極６２と接続されている。ヒータ部６４は、複数（本図の場合４個）のヒータ配線部５０が一体に形成されている。基板１２Ｃは、ヒータ配線部５２と基板１２Ｃ表面との間に隙間を形成し得るように溝（本図には図示しない）が形成されている。 The heater layer 14 D is formed by disposing one heater portion 64 between the two electrodes 62. The heater part 64 is connected to the electrode 62 via the connecting part 66 at the end part. In the heater section 64, a plurality (four in the case of this figure) of heater wiring sections 50 are integrally formed. In the substrate 12C, a groove (not shown in the drawing) is formed so as to form a gap between the heater wiring portion 52 and the surface of the substrate 12C.

ヒータ配線部５０は、直線状の複数の配線５２と、当該配線５２同士を一端で接続する折り返し部５６とを有する。隣り合うヒータ配線部５０同士は、配線５２が平行になるように配置されている。配線５２の他端において隣り合うヒータ配線部５０同士が別の折り返し部５６で接続されている。これによりヒータ部６４は、配線５２がジグザグ状に接続されて形成されている。ヒータ部６４の幅方向の両端に配置されたヒータ配線部５０の外側の配線５２の他端は、それぞれ連結部６６を介して電極６２と一体に接続されている。 The heater wiring unit 50 includes a plurality of linear wirings 52 and a folded portion 56 that connects the wirings 52 at one end. Adjacent heater wiring portions 50 are arranged such that the wirings 52 are parallel to each other. The heater wiring portions 50 adjacent to each other at the other end of the wiring 52 are connected to each other by another folded portion 56. Thereby, the heater part 64 is formed by connecting the wiring 52 in a zigzag shape. The other ends of the wirings 52 outside the heater wiring unit 50 disposed at both ends in the width direction of the heater unit 64 are integrally connected to the electrode 62 via the connecting portions 66, respectively.

連結部６６は、ヒータ部６４において生じた熱が電極６２側へ伝達するのを抑制するため、前記ヒータ部６４を前記電極６２から所定距離だけ離れた位置に保持するように形成されている。また連結部６６は、連結部６６自体が発熱するのを抑制するように、電極６２からヒータ部６４に向かって先細形状に形成されている。 The connecting portion 66 is formed so as to hold the heater portion 64 at a position away from the electrode 62 by a predetermined distance in order to prevent heat generated in the heater portion 64 from being transmitted to the electrode 62 side. Further, the connecting portion 66 is formed in a tapered shape from the electrode 62 toward the heater portion 64 so as to suppress the heat generation of the connecting portion 66 itself.

本実施形態の場合、連結部６６は、第１連結部６８と第２連結部７０とで構成されている。連結部６６は、第１連結部６８の幅が第２連結部７０よりも太く形成されている。連結部６６は、電極６２側から第１連結部６８、第２連結部７０の順に配置されている。 In the case of the present embodiment, the connecting portion 66 includes a first connecting portion 68 and a second connecting portion 70. The connecting portion 66 is formed such that the width of the first connecting portion 68 is thicker than that of the second connecting portion 70. The connecting portion 66 is arranged in the order of the first connecting portion 68 and the second connecting portion 70 from the electrode 62 side.

上記のように構成されたマイクロヒータ１０Ｄは、上記第１実施形態と同様に作製することができる。また、酸化膜を表面に備えたＳｉ基板を用いても作製することができる。以下に酸化膜を表面に備えたＳｉ基板を用いた配線の製造方法を、図９を参照して説明する。なお、説明の便宜上、配線を１個作製する場合について説明する。 The microheater 10D configured as described above can be manufactured in the same manner as in the first embodiment. It can also be produced using a Si substrate provided with an oxide film on its surface. A method for manufacturing a wiring using a Si substrate having an oxide film on the surface will be described below with reference to FIG. For convenience of explanation, a case where one wiring is manufactured will be described.

まず、表面に酸化膜７２を有するＳｉ基板１２Ｃを用意する（図９Ａ）。次いで図９Ｂに示すようにホトレジスト７４を選択的に形成する。その後、図９Ｃに示すように、例えばスパッタ法により金属膜７６を形成する。金属膜７６としては、Ｓｉ基板１２Ｃ側に形成されるＴｉ膜と、表面側に形成されるＰｔ膜とで構成することができる。膜厚は、特に限定されないが、例えば、Ｔｉ：２０ｎｍ、Ｐｔ：３００ｎｍとすることができる。 First, a Si substrate 12C having an oxide film 72 on the surface is prepared (FIG. 9A). Next, as shown in FIG. 9B, a photoresist 74 is selectively formed. Thereafter, as shown in FIG. 9C, a metal film 76 is formed by, eg, sputtering. The metal film 76 can be composed of a Ti film formed on the Si substrate 12C side and a Pt film formed on the surface side. The film thickness is not particularly limited, but can be, for example, Ti: 20 nm, Pt: 300 nm.

その後、図９Ｄに示すように、ホトレジスト７４をアセトンなどの有機溶媒を用いて除去する。同時にホトレジスト７４上に形成された金属膜７６もリフトオフにより除去される。これによりヒータ層１４Ｄ及び開口部７７が形成される。次いで、基板１２Ｃの一部を残し、当該基板１２Ｃをダイシングする（図９Ｅ）。 Thereafter, as shown in FIG. 9D, the photoresist 74 is removed using an organic solvent such as acetone. At the same time, the metal film 76 formed on the photoresist 74 is also removed by lift-off. Thereby, the heater layer 14D and the opening 77 are formed. Next, a part of the substrate 12C is left, and the substrate 12C is diced (FIG. 9E).

次いで、開口部７７の酸化膜７２をＣＦ４によるドライエッチングにより除去する（図９Ｆ）。さらにＳＦ６によるドライエッチングにより開口部７７のＳｉ基板１２Ｃを除去して溝７８を形成する（図９Ｇ）。その後、例えば１０００℃、１時間の条件で金属膜７６に対し熱処理をする。 Next, the oxide film 72 in the opening 77 is removed by dry etching with CF4 (FIG. 9F). Further, the Si substrate 12C in the opening 77 is removed by dry etching with SF6 to form a groove 78 (FIG. 9G). Thereafter, the metal film 76 is subjected to heat treatment, for example, at 1000 ° C. for 1 hour.

最後に基板１２Ｃを分割することにより得られたマイクロヒータ１０Ｄは、ワイヤボンディングにより回路基板８０上の電極に接続して、回路基板８０に実装する（図９Ｈ）。 Finally, the microheater 10D obtained by dividing the substrate 12C is connected to the electrode on the circuit board 80 by wire bonding and mounted on the circuit board 80 (FIG. 9H).

上記のように構成されたマイクロヒータ１０Ｄは、配線５２を片持ち梁構造としたから、上記第１実施形態と同様の効果を得ることができる。 Since the microheater 10D configured as described above has a cantilever structure for the wiring 52, the same effect as in the first embodiment can be obtained.

本実施形態に係るマイクロヒータ１０Ｄは、連結部６６が、ヒータ部６４を電極６２から所定距離だけ離れた位置に保持するように形成されているので、ヒータ部６４において生じた熱が電極６２側へ伝達するのを抑制することができる。 In the microheater 10D according to the present embodiment, since the connecting portion 66 is formed so as to hold the heater portion 64 at a position away from the electrode 62 by a predetermined distance, the heat generated in the heater portion 64 is on the electrode 62 side. Can be prevented from being transmitted to

また、連結部６６は、電極６２からヒータ部６４に向かって先細形状に形成されていることにより、連結部６６自体が電極６２側において発熱するのを抑制する。 Further, since the connecting portion 66 is formed in a tapered shape from the electrode 62 toward the heater portion 64, the connecting portion 66 itself is prevented from generating heat on the electrode 62 side.

したがってマイクロヒータ１０Ｄは、電極６２とヒータ部６２の間に形成された連結部が、ヒータ部６４において生じた熱の逃げを防ぐと共に、連結部６６自体が発熱するのを抑制するように形成されているので、より効率的にヒータ部６４を加熱することができる。 Accordingly, the microheater 10D is formed such that the connecting portion formed between the electrode 62 and the heater portion 62 prevents escape of heat generated in the heater portion 64 and suppresses the connecting portion 66 itself from generating heat. Therefore, the heater part 64 can be heated more efficiently.

上述した本実施形態に係るマイクロヒータ１０Ｄの製造方法の手順にしたがって、本実施形態に係るマイクロヒータ１０Ｄを作製した。当該マイクロヒータ１０Ｄのヒータ部６４は、約１００μｍ^２とした。配線部５２の太さは６μｍとした。第１連結部６８は、幅を１８μｍ、長さを５０μｍとした。第２連結部７０は、幅を１２μｍ、長さを５０μｍとした。このマイクロヒータ１０Ｄの熱分布を測定した結果を図１０に示す。本図から、ヒータ部６４のみ温度上昇が認められ、電極６２は温度上昇が認められない。このことから、マイクロヒータ１０Ｄは、ヒータ部６４のみが加熱されており、連結部６６が加熱されていないことが確認できる。このことからマイクロヒータ１０Ｄは、連結部６６を備えることにより、ヒータ部６４で生じた熱が電極６２側へ伝達するのを抑制できるといえる。また、連結部６６は、電極６２からヒータ部６４に向かって先細形状に形成されていることにより、連結部６６自体が発熱するのを抑制できるといえる。 The microheater 10D according to this embodiment was manufactured according to the procedure of the method for manufacturing the microheater 10D according to this embodiment described above. The heater section 64 of the microheater 10D was about 100 μm ² . The thickness of the wiring part 52 was 6 μm. The first connecting portion 68 has a width of 18 μm and a length of 50 μm. The second connecting portion 70 had a width of 12 μm and a length of 50 μm. The result of measuring the heat distribution of the microheater 10D is shown in FIG. From this figure, only the heater part 64 is recognized to have a temperature rise, and the electrode 62 has no temperature rise. From this, it can be confirmed that in the microheater 10D, only the heater portion 64 is heated and the connecting portion 66 is not heated. From this, it can be said that the microheater 10D can suppress the heat generated in the heater part 64 from being transmitted to the electrode 62 side by including the connecting part 66. Moreover, it can be said that the connection part 66 can suppress that the connection part 66 itself generate | occur | produces heat | fever by being formed in the tapered shape toward the heater part 64 from the electrode 62. FIG.

因みに、図１１に示すように、連結部６６を備えていないマイクロヒータ１０Ｅも同様の手順で作製した。本図の場合、ヒータ部８２を２個備える。本図のマイクロヒータ１０Ｅのヒータ部８２は、約２００μｍ^２とした。このマイクロヒータ１０Ｅの熱分布を測定した結果を図１２に示す。本図から、電極８３付近の温度が高くなっていることが分かる。このことから、連結部６６を備えていないマイクロヒータ１０Ｅは、ヒータ部８２の熱が電極８３を介して周囲に拡散しているといえる。 Incidentally, as shown in FIG. 11, the micro heater 10 E not provided with the connecting portion 66 was manufactured in the same procedure. In the case of this figure, two heater parts 82 are provided. The heater portion 82 of the microheater 10E in this figure is about 200 μm ² . The result of measuring the heat distribution of the microheater 10E is shown in FIG. From this figure, it can be seen that the temperature near the electrode 83 is high. From this, it can be said that in the microheater 10E that does not include the connecting portion 66, the heat of the heater portion 82 is diffused to the surroundings via the electrode 83.

次に、本実施形態に係るマイクロヒータ１０Ｄの温度特性を調べた。その結果を図１３に示す。図１３は、縦軸が温度（℃）、横軸が所費電力（ｍＷ）を示す。本図から本実施形態に係るマイクロヒータ１０Ｄは、４００℃に達するのに必要な電力が９．９ｍＷであることがわかった。 Next, the temperature characteristics of the micro heater 10D according to the present embodiment were examined. The result is shown in FIG. In FIG. 13, the vertical axis represents temperature (° C.) and the horizontal axis represents the required power (mW). From this figure, it was found that the power required to reach 400 ° C. of the micro heater 10D according to the present embodiment is 9.9 mW.

一方、連結部６６を備えていないマイクロヒータ１０Ｅ（図１１）の場合、図１４に示すように、４００℃に達するのに必要な電力が３６ｍＷであることがわかった。 On the other hand, in the case of the microheater 10E (FIG. 11) that does not include the connecting portion 66, it was found that the power required to reach 400 ° C. was 36 mW, as shown in FIG.

両者は、ヒータ部の面積が異なるので、単純に比較できないものの、本実施形態に係るマイクロヒータ１０Ｄは、連結部６６を備えていないマイクロヒータ１０Ｅに比べ、加熱効率が高いといえる。 Although both cannot be simply compared since the areas of the heater portions are different, it can be said that the microheater 10D according to the present embodiment has higher heating efficiency than the microheater 10E that does not include the connecting portion 66.

上記実施形態では、電極が２個の場合について説明したが、本発明はこれに限らず、３個でもよい。以下に電極の個数、連結部の長さと、消費電力の関係について調べた結果を説明する。 Although the case where the number of electrodes is two has been described in the above embodiment, the present invention is not limited to this and may be three. The results of examining the relationship between the number of electrodes, the length of the connecting portion, and the power consumption will be described below.

表１に示すように本実施形態に係るマイクロヒータ１０Ｄに相当する４種類の試料を作製した。No.1の試料は、電極が３個、連結部が短いマイクロヒータである。No.2の試料は、上述した熱分布及び温度特性を測定したマイクロヒータと同様であり、電極が２個、連結部が長いマイクロヒータである。No.3の試料は、電極が２個、連結部が短いマイクロヒータである。No.4の試料は、電極が３個、連結部が長いマイクロヒータである。各試料の詳細な仕様は、表１に示す通りである。各試料について４００℃に到達するまでの消費電力を測定した。なお表１に示す結果は、No.1の試料が９個、No.2の試料及びNo.３の試料が１０個、No.4の試料が８個のマイクロヒータの平均値である。 As shown in Table 1, four types of samples corresponding to the microheater 10D according to the present embodiment were produced. The sample No. 1 is a microheater with three electrodes and a short connecting part. The sample No. 2 is the same as the above-described microheater having measured heat distribution and temperature characteristics, and is a microheater having two electrodes and a long connecting portion. The sample No. 3 is a micro heater with two electrodes and a short connecting part. The sample No. 4 is a microheater with three electrodes and a long connecting part. Detailed specifications of each sample are as shown in Table 1. The power consumption until reaching 400 ° C. was measured for each sample. The results shown in Table 1 are average values of 9 micro heaters, No. 1 samples, No. 2 samples and 10 No. 3 samples, and 8 No. 4 samples.

表１の結果から、No.1の試料とNo.4の試料、No.2の試料とNo.3の試料を比較すると、連結部が長い方がより消費電力が小さいことが分かる。またNo.1の試料とNo.3の試料、No.2の試料とNo.4の試料を比較すると、電極は少ない方がより消費電力が小さいことが分かる。さらに電極の個数よりも連結部の長さの方が、消費電力を小さくするための寄与率が高いことが分かった。 From the results in Table 1, comparing the No. 1 sample with the No. 4 sample, and the No. 2 sample with the No. 3 sample, it can be seen that the longer the connecting portion, the lower the power consumption. Also, comparing the No. 1 sample with the No. 3 sample, and the No. 2 sample with the No. 4 sample, it can be seen that the smaller the number of electrodes, the lower the power consumption. Furthermore, it has been found that the length of the connecting portion has a higher contribution ratio for reducing power consumption than the number of electrodes.

５．変形例
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨の範囲内で適宜変更することが可能である。 5. The present invention is not limited to the above-described embodiment, and can be appropriately changed within the scope of the gist of the present invention.

例えば、上記実施形態では、支持部は、ヒータ配線部を支持する場合について説明したが、本発明はこれに限られない。図１５に示す基板１２Ａに形成された支持部２６Ｂは、ヒータ配線部６０と接触していない。本変形例の場合、支持部２６Ｂは、ヒータ配線部６０が変形したときにはじめてヒータ配線部６０と接触し、当該ヒータ配線部６０を支持し得るように形成される。これにより支持部２６Ｂは、ヒータ配線部６０の変形量を許容範囲に止め、破壊を防止することができる。
上記実施形態では、基板が、ＳｉＯ_２基板または、酸化膜を備えたＳｉ基板である場合について説明したが、本発明はこれに限らず樹脂で形成してもよい。基板は樹脂で形成することにより、耐腐食性を向上することができる。また樹脂は、ＳｉＯ_２基板または、酸化膜を備えたＳｉ基板に比べ、熱伝導性が低いので、ヒータ部で生じた熱の拡散を抑制することができる。また基板を樹脂で形成することにより、ＳｉＯ_２基板または、酸化膜を備えたＳｉ基板にくらべ、製造工程を簡略化することができる。
上記第４実施形態の場合、連結部は、幅が段階的に細くなるように構成した場合について説明したが、本発明はこれに限らず、連結部は、平面視で三角形状に形成してもよい。 For example, in the above-described embodiment, the case where the support portion supports the heater wiring portion has been described, but the present invention is not limited to this. The support part 26 B formed on the substrate 12 A shown in FIG. 15 is not in contact with the heater wiring part 60. In the case of this modification, the support portion 26 B is formed so as to contact the heater wiring portion 60 and support the heater wiring portion 60 only when the heater wiring portion 60 is deformed. Thereby, the support part 26B can stop the deformation amount of the heater wiring part 60 within an allowable range and prevent the destruction.
In the above embodiment, the case where the substrate is a SiO ₂ substrate or a Si substrate provided with an oxide film has been described, but the present invention is not limited to this and may be formed of a resin. Corrosion resistance can be improved by forming the substrate from a resin. In addition, since the resin has lower thermal conductivity than the SiO ₂ substrate or the Si substrate provided with the oxide film, it is possible to suppress the diffusion of heat generated in the heater portion. Further, by forming the substrate with a resin, the manufacturing process can be simplified as compared with the SiO ₂ substrate or the Si substrate provided with the oxide film.
In the case of the fourth embodiment, the case where the connecting portion is configured so that the width is gradually reduced has been described. However, the present invention is not limited to this, and the connecting portion is formed in a triangular shape in plan view. Also good.

１０Ａマイクロヒータ
１２Ａ基板
１８ヒータ配線部
２０配線
２２折り返し部
２４接続部 10A Micro heater 12A Substrate 18 Heater wiring part 20 Wiring 22 Folding part 24 Connection part

Claims

A substrate with grooves formed thereon;
A plurality of heater wiring portions disposed on the substrate;
With
The heater wire portion is arranged on the folded portion and the other end of the wiring connecting a pair of wires which are arranged at a predetermined interval so as to be parallel to each other, one end of the pair of the wiring, next the have a connecting portion for connecting the heater wire portions fit,
The folded portion is formed with a narrower line width than the connection portion,
A support portion that can support the connection portion is formed on the substrate.
The heater wiring portion has a cantilever structure with the folded portion as a free end ,
The microheater, wherein the wiring and the folded portion are arranged in the air so as to form a gap between the substrate surface defining the groove .

The wiring in the longitudinal section perpendicular to the longitudinal direction, the micro-heater according to claim 1, wherein the center is characterized in that it is formed in a concave shape.

3. The microheater according to claim 1, wherein the folded portions are arranged so as to face each other, and a plurality of the heater wiring portions are formed.

A substrate with grooves formed thereon;
A plurality of heater wiring portions disposed on the substrate;
With
The heater wiring section is formed at a pair of wirings arranged at predetermined intervals so as to be parallel to each other, and at both ends of the wiring, and connects one end of the pair of wirings, and The heater wiring portions adjacent to each other at the other end are connected to each other, and a folded portion that connects the wirings in a zigzag shape.
Wherein the substrate is supported portions formed capable of supporting the wire,
The heater wiring portion has a cantilever structure with the folded portion as a free end,
The folded portion, characterized and to luma Ikurohita the be disposed in the air so as to form a gap between the substrate surface defining the groove.

The heater wiring part is deformed by heat change,
The said support part is not in contact with the said non-deformable heater wiring part, is in contact with the deformed heater wiring part, and supports the heater wiring part. The micro heater according to item 1.

The support portion is any one micro-heater according to claim 1, characterized in that bonded to the said heater wiring portion.

And electrodes,
A connecting portion for connecting the heater wiring portion and the electrode ;
The micro heater according to any one of claims 1 to 6 , wherein the connecting portion is formed in a tapered shape from the electrode toward the heater wiring portion .

Any one micro-heater according to claim 1-7, characterized in that said substrate is formed of a resin.