JP7258800B2 - サーモパイル型センサ - Google Patents
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Description
サーモパイルを有し、
前記サーモパイルは、PolySi配線と、少なくとも一部に金属部分を含む金属配線とを接続させた熱電対が絶縁膜上において直列に連結されることで形成されており、
直列に連結される各々の前記熱電対は所定の隙間を開けて並んで配置されるとともに、各々の前記熱電対においては、前記PolySi配線の上に前記金属配線が重なるように配置されており、
前記熱電対と隣の熱電対の接続部分においては、前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断しており、
前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分における該隙間の幅は、他の部分における前記PolySi配線どうしの隙間の幅に比較して広い、
サーモパイル型センサである。
本発明によれば、絶縁膜上に熱電対を高い密度で配置することによる高感度化を図ると同時に、抵抗値の増加や断線等を抑制する信頼性の向上も可能となる。
イル型センサとしてもよい。これによれば、金属配線がPolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分における隙間の幅を充分に広くすることができ、金属配線がPolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分における金属膜を充分に成膜させることができる。
0.1μm以上5μm以下である、サーモパイル型センサとしてもよい。これによれば、熱電対を充分に高い密度で配置することができ、より確実にセンサの感度を高めることが可能である。また、金属配線がPolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分における隙間の幅を、他の部分における隙間の幅に対して充分に広くすることができる。
、他方はn型の不純物であってもよい。これによっても、二層のPolySi配線はそれぞれ異
なる不純物を含有するため、物性に差が生じ、より大きい値の起電力が得られやすい。
本適用例においては、サーモパイルを熱式の流量測定装置に適用した場合について説明する。本適用例に係るサーモパイル型センサはサーモパイルを有し、サーモパイルは複数の熱電対から構成される。一対あたりの熱電対は、ヒータと同じ側に位置する温接点、及びヒータと反対側に位置し、温接点と対を成す冷接点を接続する。
以下の範囲内にあることが望ましい。
以下、本発明の実施形態に係る流量測定装置について、図面を用いて説明する。なお、以下の実施形態においては、本発明を流量測定装置に適用した例について説明するが、本発明は、赤外線センサなど、他のサーモパイル型センサに適用しても構わない。以下に示す実施形態は、流量測定装置の一例であり、本発明に係る流量測定装置は、以下の構成には限定されない。
図1は、本実施形態に係る流量測定装置1の一例を示す分解斜視図である。図2は、流量測定装置1の一例を示す透視図である。
延在する、縦断面が略コ字型の流路である。物性値検出用流路32は、長手方向(主流路部2と平行な方向)に延在する部分に、測定対象流体の物性値を検出するための物性値検出部12が配置されている。
出用流路32及び流量検出用流路33の幅が設定されている。
なお、Thはマイクロヒータ101の温度、Taはサーモパイル102の外側に設けられる周囲温度センサが測定した温度、Vfは流速の平均値、Aとbは所定の定数である。
図6は、図1に示した流量検出部11の概略構成を示す平面図であり、図7は、図1に示した物性値検出部12の概略構成を示す平面図である。流量測定装置1では、物性値検出用流路32と流量検出用流路33とは、長手方向に延在する流路の幅がそれぞれ異なっており、物性値検出用流路32において物性値検出部12を含む部分の幅は、流量検出用流路33において流量検出部11を含む部分の幅よりも狭くなっている。これにより、流量測定装置1では、物性値検出用流路32及び流量検出用流路33に分流される測定対象流体の流量を、それぞれ個別に制御している。
の温度を検出する。
に亘って広範囲に温度を検出することが可能となる。このため、測定対象流体の流れによって温度分布が下流側に偏った場合であっても物性値検出部内第1温度検出部121及び物性値検出部内第2温度検出部122の出力特性の変化を低減することができる。
図8は、流量測定装置1が備える回路基板5の機能構成を示すブロック図である。流量測定装置1は、流量検出部11と、物性値検出部12と、制御部13とを備えている。
示した物性値検出部12の物性値検出部内第1温度検出部121、及び物性値検出部内第2温度検出部122の4つのサーモパイルが含まれている。
きくなり、ノイズ発生となり特性悪化となってしまう。また、赤外線センサの場合、PolySi配線は赤外線吸収効率がよいため、配線が細くなると赤外線吸収量が減り、感度低下にもつながってしまう。
21aと隣のPolySi配線の間の隙間を横断する部分における隙間幅を表し、bはPolySi配
線1021aと隣のPolySi配線の間の隙間のうち、金属膜が横断しない部分の隙間幅を表す。
あってもよい。また、aの値は1μm以上、及びbの値は5μm以下であってもよい。また、aの値は、PolySi配線の膜厚以上である。
次に、本発明の実施例2について説明する。本実施例と実施例1との相違点は、サーモパイル一対あたりに二層のPolySi配線を適用している点である。図13は、上述した実施形態におけるサーモパイル102に対し、一対あたりに二層のPolySi配線を適用し、各層のPolySi配線ごとに温接点、及び冷接点が形成されているサーモパイルを示す模式的な図である。図13(a)はサーモパイルの平面図、図13(b)は断面A-A‘に係る断面図である。
、他方はn型の不純物である。PolySiは、含有する不純物の種類や濃度によって、抵抗値
、熱電特性や熱伝導性等の物性に差が生じる。本変形例においては、熱起電力の低い金属膜の代わりに熱起電力が高く一層目のPolySiと逆極性のPolySiに置き換えることで、より大きい値の起電力が得られる。
次に、本発明の実施例3について説明する。本実施例と実施例1との相違点は、金属膜がPolySi配線の間の隙間を横断する部分が、PolySi配線の端部に位置する点である。図14は、サーモパイルの形状を変形した例として、上述のサーモパイル102に対し、金属膜がPolySi配線の間の隙間を横断する部分が、PolySi配線の端部に位置する構成を持つサーモパイルを示す模式的な図である。
<発明1>
サーモパイル(102)を有し、
前記サーモパイルは、PolySi配線(1021a―1021e)と、少なくとも一部に金属部分を含む金属配線(1022a―1022e)とを接続させた熱電対(102a―102e)が絶縁膜(1023)上において直列に連結されることで形成されており、
直列に連結される各々の前記熱電対は所定の隙間を開けて並んで配置されるとともに、各々の前記熱電対においては、前記PolySi配線の上に前記金属配線が重なるように配置されており、
前記熱電対と隣の熱電対の接続部分においては、前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断しており、
前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分における該隙間の幅は、他の部分における前記PolySi配線どうしの隙間の幅に比較して広い、
サーモパイル型センサ(1)。
100 :センサ素子
101 :マイクロヒータ
102 :サーモパイル
102a―102e :熱電対
103 :キャビティエリア
104 :フレーム
11 :流量検出部
12 :物性値検出部
13 :制御部
2 :主流路部
3 :副流路部
4 :シール
5 :回路基板
6 :カバー
7 :テストパターン
71 :テストパターン用シリコン
72 :テストパターン用金属配線
73 :テストパターン用絶縁膜
1021a―1021e:PolySi配線
1022a―1022e:金属膜
1023 :絶縁膜
1024 :シリコン基板
1025 :温接点
1025a :下層温接点
1025b :上層温接点
1026 :冷接点
1026a :下層冷接点
1026b :上層冷接点
1027 :PolySi配線の間の隙間を横断する部分における金属膜
1028a :下層PolySi配線
1028b :上層PolySi配線
Claims (10)
- サーモパイルを有し、
前記サーモパイルは、PolySi配線と、少なくとも一部に金属部分を含む金属配線とを接続させた熱電対が絶縁膜上において直列に連結されることで形成されており、
直列に連結される各々の前記熱電対は所定の隙間を開けて並んで配置されるとともに、各々の前記熱電対においては、前記PolySi配線の上に前記金属配線が重なるように配置されており、
前記熱電対と隣の熱電対の接続部分においては、前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断しており、
前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分における該隙間の幅は、他の部分における前記PolySi配線どうしの隙間の幅に比較して広い、
サーモパイル型センサ。 - 前記絶縁膜はシリコン基板上に形成され、前記シリコン基板は、前記絶縁膜側に開口した凹部であるキャビティエリアと、該キャビティエリアを囲うように配置されたフレームとを有し、前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分は、前記フレーム上に配置されている、
請求項1に記載のサーモパイル型センサ。 - 前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分における前記PolySi配線どうしの隙間の幅は、他の部分における前記PolySi配線どうしの隙間の幅の1.5倍以上5倍以下である、
請求項1または2に記載のサーモパイル型センサ。 - 前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分における前記PolySi配線どうしの隙間の幅は、前記PolySi配線の膜厚以上である、
請求項1または2に記載のサーモパイル型センサ。 - 前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断する部分における前記PolySi配線どうしの隙間の幅は、1μm以上10μm以下である、
請求項1または2に記載のサーモパイル型センサ。 - 前記他の部分における前記PolySi配線どうしの隙間の幅は、0.1μm以上5μm以下である、
請求項1または2に記載のサーモパイル型センサ。 - 前記PolySi配線が前記フレームから前記キャビティエリアの中央付近まで伸びており、
前記PolySi配線は前記キャビティエリアの中央付近で前記金属配線と短絡し、温接点を形成しており、
前記金属配線が前記PolySi配線上を、前記キャビティエリアの中央付近から前記フレームまで伸びており、
前記金属配線が前記PolySi配線どうしの間の隙間を横断し、隣のPolySiの端部と電気的に短絡し、冷接点を形成している、
請求項2に記載のサーモパイル型センサ。 - 前記金属配線の一部は、前記PolySi配線とは異なる不純物を含有する第2PolySi配線により形成される、
請求項1から7のいずれか一項に記載のサーモパイル型センサ。 - 前記金属配線の中央部は、前記PolySi配線とは異なる不純物を含有する第2PolySi配線により形成され、両端部は金属膜により形成される、
請求項8に記載のサーモパイル型センサ。 - 前記異なる不純物の一方はp型の不純物であり、他方はn型の不純物である、
請求項8または9に記載のサーモパイル型センサ。
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