JPH04230808A - Diaphragm sensor - Google Patents

Diaphragm sensor

Info

Publication number
JPH04230808A
JPH04230808A JP3106528A JP10652891A JPH04230808A JP H04230808 A JPH04230808 A JP H04230808A JP 3106528 A JP3106528 A JP 3106528A JP 10652891 A JP10652891 A JP 10652891A JP H04230808 A JPH04230808 A JP H04230808A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
diaphragm
temperature
slit
heater
resistance
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.)
Granted
Application number
JP3106528A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP3096820B2 (en
Inventor
Mitsuhiko Osada
光彦 長田
Shoji Jounten
昭司 上運天
Takashi Kurosawa
敬 黒澤
Tomoshige Yamamoto
友繁 山本
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 JP03106528A priority Critical patent/JP3096820B2/en
Publication of JPH04230808A publication Critical patent/JPH04230808A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP3096820B2 publication Critical patent/JP3096820B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01FMEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F1/00Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
    • G01F1/68Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
    • G01F1/684Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
    • G01F1/6845Micromachined devices

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Volume Flow (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce the heat conduction from a heating part to a thermometric resistor and to prevent the adhesion of dust to the utmost by forming a slit part between the heating part and the thermometric resistor along the longitudinal direction thereof. CONSTITUTION:A thin-walled diaphragm part 23 is formed to the surface of a semiconductor substrate 21 and a heater 7 is formed thereon and thermometric resistors 8, 9 are formed on both sides of the heater 7 and, further, slit parts 24l, 24r are provided on both sides of the heater 7. Since the heat conduction from the heater 7 to the resistors 8, 9 through the member of the diaphragm part 23 is reduced by this constitution, the temp. rise of the resistors 8, 9 becomes low as compared with conventional resistors. Therefore, the output error due to the adhesion of dust becoming large in proportion to the temps. of the resistors 8, 9 and the output error due to the drift of the TCR mismatching between the upstream resistor 8 and the downstream resistor 9 becomes small. Further, since air does not enter the space part under the diaphragm part 23 and flows along the surface of the diaphragm part, the adhesion of dust becomes min.

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

【0001】0001

【産業上の利用分野】本発明は、流量検出素子などに用
いられるダイアフラムセンサに関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a diaphragm sensor used as a flow rate detection element.

【0002】0002

【従来の技術】図5は流体の流速を検出する従来のマイ
クロブリッジ型フローセンサの一例を示す斜視図である
。同図において、1はシリコンからなる半導体基板であ
り、この半導体基板1の中央部には異方性エッチングに
より両側の開口2,3を連通する貫通孔、つまり空隙部
4が形成されており、この空隙部の上部には半導体基板
1からブリッジ状に空間的に隔離され結果的に半導体基
板1から熱的に絶縁された橋絡部5が形成されている。 そしてこの橋絡部5の表面には通常の薄膜形成技術によ
り薄膜のヒータエレメント7とそれを挟む薄膜の測温抵
抗エレメント8,9が配列して形成されている。また、
半導体基板1上の角部には薄膜の測温抵抗エレメント1
0が形成されている。なお、11は半導体基板1上の各
開口2,3の中央部分に形成されたスリット状の中央開
口であり、これらの開口2,3および中央開口11によ
って露出したシリコン部分をKOHなどの溶液で異方性
エッチングを行うことによりエッチングの断面形状が逆
台形を有する空隙部4が形成されるとともにその空隙部
4によって半導体基板1からヒータエレメント7および
測温抵抗エレメント8,9が熱的に絶縁されて支持され
た橋絡部5が形成される。
2. Description of the Related Art FIG. 5 is a perspective view showing an example of a conventional microbridge type flow sensor for detecting the flow velocity of a fluid. In the figure, 1 is a semiconductor substrate made of silicon, and in the center of this semiconductor substrate 1, a through hole, that is, a cavity 4, which communicates openings 2 and 3 on both sides is formed by anisotropic etching. A bridge portion 5 is formed above this gap portion, which is spatially isolated from the semiconductor substrate 1 in a bridge shape and is thermally insulated from the semiconductor substrate 1 as a result. On the surface of this bridging portion 5, a thin film heater element 7 and thin film temperature sensing resistance elements 8, 9 sandwiching the heater element 7 are arranged and formed using a normal thin film forming technique. Also,
A thin film resistance temperature measuring element 1 is mounted on the corner of the semiconductor substrate 1.
0 is formed. Note that 11 is a slit-shaped central opening formed in the center of each opening 2 and 3 on the semiconductor substrate 1, and the silicon portion exposed by these openings 2 and 3 and the central opening 11 is filled with a solution such as KOH. By performing anisotropic etching, a cavity 4 having an etched cross-sectional shape of an inverted trapezoid is formed, and the heater element 7 and the temperature sensing resistance elements 8 and 9 are thermally insulated from the semiconductor substrate 1 by the cavity 4. A supported bridge portion 5 is formed.

【0003】図6(a),(b)は図5に示すマイクロ
ブリッジ型フローセンサの動作を示す説明図であり、同
図(a)は各エレメントの温度分布を示し,同図(b)
は図6のB−B′線断面を示している。なお、図中、6
は半導体基板1上に形成されるヒータエレメント7など
の素子を保護するための保護膜であり、これは熱伝導率
の低い窒化シリコンなどの材料により形成されている。
FIGS. 6(a) and 6(b) are explanatory diagrams showing the operation of the microbridge type flow sensor shown in FIG. 5. FIG. 6(a) shows the temperature distribution of each element, and FIG.
shows a cross section taken along line B-B' in FIG. In addition, in the figure, 6
is a protective film for protecting elements such as the heater element 7 formed on the semiconductor substrate 1, and is made of a material such as silicon nitride having low thermal conductivity.

【0004】ここで、ヒータエレメント7を周囲温度よ
りもある一定の高い温度th (例えば63℃:周囲温
度基準)で制御すると、測温抵抗エレメント8,9の温
度t3 ,t4 (例えば35℃:周囲温度基準)は図
6(a)に示すように略等しくなる。このとき、例えば
図5に示すように矢印方向12に気体が移動すると、上
流側の測温抵抗エレメント8は冷却され、ΔT3 だけ
降温する。一方、下流側の測温抵抗エレメント9は温度
がΔT4 だけ昇温する。この結果、上流側の測温抵抗
エレメント8と下流側測温抵抗エレメント9との間に温
度差が生じる。このため、測温抵抗エレメント8,9を
ホィートストンブリッジ回路に組み込み、その温度差を
電圧に変換することにより、気体の流速の応じた電圧出
力が得られ、その結果、気体の流速を検出することがで
きる。
[0004] Here, when the heater element 7 is controlled at a certain higher temperature th than the ambient temperature (for example, 63°C: ambient temperature reference), the temperatures t3 and t4 of the resistance temperature sensing elements 8 and 9 (for example, 35°C: (ambient temperature reference) are approximately equal as shown in FIG. 6(a). At this time, when the gas moves in the direction of the arrow 12 as shown in FIG. 5, for example, the upstream temperature measuring resistance element 8 is cooled and its temperature decreases by ΔT3. On the other hand, the temperature of the temperature measuring resistance element 9 on the downstream side increases by ΔT4. As a result, a temperature difference occurs between the upstream temperature measuring resistance element 8 and the downstream temperature measuring resistance element 9. Therefore, by incorporating the temperature measuring resistance elements 8 and 9 into a Wheatstone bridge circuit and converting the temperature difference into voltage, a voltage output corresponding to the gas flow rate can be obtained, and as a result, the gas flow rate can be detected. can do.

【0005】このように従来のマイクロブリッジ型フロ
ーセンサは、薄膜技術および異方性エッチング技術によ
り形成された極めて熱容量の小さい薄膜橋絡構造を有す
るもので、応答速度が極めて速く、高感度,低消費電力
であり、しかも量産性が良いなどの優れた利点を有して
いる。
As described above, the conventional microbridge type flow sensor has a thin film bridge structure with extremely low heat capacity formed by thin film technology and anisotropic etching technology, and has an extremely fast response speed, high sensitivity, and low heat capacity. It has excellent advantages such as low power consumption and good mass production.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
マイクロブリッジ型フローセンサでは、半導体基板1の
一部を異方性エッチングにより除去して空隙部4を形成
する場合、エッチング用開口のうち、特に左右両側の開
口2,3が比較的大きくなっていた。このため、気体の
流れが空隙部4内にも入り込んでしまい、気体中に含ま
れているゴミ(ダスト)などがその開口2,3の周辺に
付着したりあるいは空隙部4内に入り込むなどしてセン
サ特性に悪影響を与えるという問題があった。また、低
流速(低流量)の測定が精度良く安定して行うことがで
きないという問題があった。
[Problems to be Solved by the Invention] However, in the conventional microbridge type flow sensor, when a part of the semiconductor substrate 1 is removed by anisotropic etching to form the cavity 4, it is particularly difficult to The openings 2 and 3 on both the left and right sides were relatively large. For this reason, the gas flow also enters the cavity 4, and dirt (dust) contained in the gas may adhere to the periphery of the openings 2 and 3 or enter the cavity 4. There was a problem in that the sensor characteristics were adversely affected. Further, there was a problem in that low flow velocity (low flow rate) measurements could not be performed accurately and stably.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】このような課題を解決す
るために本発明による第1のダイアフラムセンサは、基
板の一部に薄肉状に形成されたダイアフラム部と、この
ダイアフラム部に形成された発熱部と、この発熱部の両
側に形成された測温抵抗部と、発熱部と測温抵抗部との
間にその長手方向に沿って形成されたスリット部とを有
して構成するものである。また、本発明による第2のダ
イアフラムセンサは、第1のダイアフラムセンサに加え
て発熱部の長手方向端部にスリット部を設けたものであ
る。また、本発明による第3のダイアフラムセンサは、
第1のダイアフラムセンサまたは第2のダイアフラムセ
ンサに加えて測温抵抗部の外周部にスリット部を設けた
ものである。
[Means for Solving the Problems] In order to solve such problems, a first diaphragm sensor according to the present invention includes a diaphragm portion formed in a thin shape on a part of a substrate, and a diaphragm portion formed on this diaphragm portion. It is composed of a heat generating part, a temperature measuring resistor part formed on both sides of the heat generating part, and a slit part formed along the longitudinal direction between the heat generating part and the temperature measuring resistor part. be. Further, the second diaphragm sensor according to the present invention has a slit section provided at the longitudinal end of the heat generating section in addition to the first diaphragm sensor. Moreover, the third diaphragm sensor according to the present invention includes:
In addition to the first diaphragm sensor or the second diaphragm sensor, a slit portion is provided on the outer periphery of the temperature measuring resistor portion.

【0008】[0008]

【作用】本発明における第1のダイアフラムセンサは、
発熱部を挟んで両側に対称に測温抵抗体を配置し、この
発熱部と測温抵抗体との間にその長手方向に沿ってスリ
ット部を設けたことにより、発熱部から両側測温抵抗体
へのダイアフラム部部材を通しての熱伝導が小さくなる
。また、本発明における第2のダイアフラムセンサは、
発熱部の長手方向端部にスリット部を設けたことにより
、発熱部から基板厚肉部へのダイアフラム部部材を通し
ての熱伝導が小さくなる。また、本発明における第3の
ダイアフラムセンサは、測温抵抗部の外周部にスリット
部を設けたことにより、測温抵抗部の基板厚肉部へのダ
イアフラム部部材を通しての熱伝導が小さくなる。
[Operation] The first diaphragm sensor in the present invention has the following features:
By arranging the resistance temperature detectors symmetrically on both sides with the heat generating part in between, and by providing a slit section along the longitudinal direction between the heat generating part and the resistance temperature detector, the resistance temperature detectors on both sides can be connected to the heat generating part. Heat conduction through the diaphragm member to the body is reduced. Moreover, the second diaphragm sensor in the present invention is
By providing the slit portion at the longitudinal end of the heat generating portion, heat conduction from the heat generating portion to the thick portion of the substrate through the diaphragm member is reduced. Further, in the third diaphragm sensor of the present invention, by providing the slit portion on the outer circumferential portion of the temperature-measuring resistor portion, heat conduction through the diaphragm member to the thick portion of the substrate of the temperature-measuring resistor portion is reduced.

【0009】[0009]

【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図1は本発明によるダイアフラムセンサの一
実施例による構成を示す図であり、図(a)は上方から
見た要部平面図、図(b)は図(a)のB−B′線の断
面図である。同図において、21は基板として例えばシ
リコンからなる半導体基板であり、この半導体基板21
の背面側中央部には例えば異方性エッチングにより表面
側に連通しない断面が台形状の開口22が形成されてお
り、この開口22の底部側、つまり半導体基板21の表
面側には薄肉状のダイアフラム部23が一体的に形成さ
れている。また、このダイアフラム部23の表面中央部
には、通常の薄膜形成技術により薄膜のヒータエレメン
ト7が形成されている。さらにこのヒータエレメント7
を挟む両側には、所定距離離間して通常の薄膜形成技術
により薄膜の測温抵抗エレメント8,9が対称に配列し
て形成されている。また、このヒータエレメント7とそ
の両側の測温抵抗エレメント8,9との間には、その長
手方向に沿ってダイアフラム部23の薄肉部を貫通する
帯状のスリット部24l,24rが穿設され、さらに両
側の測温抵抗エレメント8,9の外側にも長手方向に沿
ってこのダイアフラム部23の薄肉部を貫通する複数の
角穴を断続的に連結したスリット部25l,25rが穿
設されている。また、同様にこのヒータエレメント7の
長手方向両端側にはこのダイアフラム部23の薄肉部を
貫通するスリット部24u,24dが穿設され、さらに
両側の測温抵抗エレメント8,9の長手方向両端側にも
このダイアフラム部23の薄肉部を貫通するスリット部
25u,25dが穿設されている。なお、これらのスリ
ット部24l,24r,24u,24d,25l,25
r,25u,25dは、通常のフォトリソグラフィおよ
びウェットもしくはドライエッチング技術により容易に
形成することができる。
Embodiments Hereinafter, embodiments of the present invention will be explained in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of a diaphragm sensor according to the present invention. FIG. 1(a) is a plan view of the main part seen from above, and FIG. FIG. In the figure, reference numeral 21 denotes a semiconductor substrate made of silicon, for example, and this semiconductor substrate 21
An opening 22 with a trapezoidal cross section that does not communicate with the front surface side is formed in the central part of the back side of the semiconductor substrate 21 by, for example, anisotropic etching. A diaphragm portion 23 is integrally formed. Furthermore, a thin film heater element 7 is formed at the center of the surface of the diaphragm portion 23 using a normal thin film forming technique. Furthermore, this heater element 7
Thin film resistance temperature measuring elements 8 and 9 are symmetrically arranged and formed on both sides of the sensor by a conventional thin film forming technique at a predetermined distance apart. Furthermore, band-shaped slits 24l and 24r are provided between the heater element 7 and the temperature-measuring resistance elements 8 and 9 on both sides of the heater element 7, passing through the thin wall portion of the diaphragm portion 23 along its longitudinal direction. Furthermore, slit portions 25l and 25r, which are formed by intermittently connecting a plurality of square holes passing through the thin wall portion of the diaphragm portion 23, are bored on the outside of the temperature sensing resistance elements 8 and 9 on both sides along the longitudinal direction. . Similarly, slits 24u and 24d passing through the thin wall portion of the diaphragm portion 23 are formed on both ends of the heater element 7 in the longitudinal direction. Slit portions 25u and 25d passing through the thin wall portion of the diaphragm portion 23 are also provided in the diaphragm portion 23. In addition, these slit parts 24l, 24r, 24u, 24d, 25l, 25
r, 25u, and 25d can be easily formed by ordinary photolithography and wet or dry etching techniques.

【0010】このような構成によれば、半導体基板21
の表面に薄肉状のダイアフラム部23を形成するととも
にこのダイアフラム部23上にヒータエレメント7およ
びこのヒータエレメント7を挟んで両側に対称に測温抵
抗エレメント8,9を形成配置し、さらにヒータエレメ
ント7の両側に長手方向に沿ってスリット部24l,2
4rを設けたことにより、ヒータエレメント7から測温
抵抗エレメント8,9へのダイアフラム部23の部材を
通しての熱伝導が極めて少なくなるので、ヒータエレメ
ント7によって発生した熱による測温抵抗エレメント8
,9の温度上昇は従来に比べて低くなる。よって測温抵
抗エレメント8,9の温度に比例して大きくなるダスト
の付着による出力誤差および温度に比例して大きくなる
上流側測温抵抗エレメント8と下流側測温抵抗エレメン
ト9との間のTCRミスマッチのドリフトによる出力誤
差が小さくなる。特に熱伝導率の小さい気体の場合、測
温抵抗エレメント8,9のエレメント抵抗の温度をより
低く設定することができる。また、測温抵抗エレメント
8と測温抵抗エレメント9との間の気体の流れによって
形成された温度差を小さくするように動作するヒータエ
レメント7からの余分な熱供給がなくなるため、低流速
域での感度も向上できる。また、ヒータエレメント7は
通電時に若干熱変形するが、その影響(応力)が測温抵
抗エレメント8,9に伝わらず、誤差の要因を大幅に減
らすことができる。また、測温抵抗エレメント8,9の
外側にそれぞれスリット部25l,25r,25u,2
5dを設けたことにより、これらのスリット部25l,
25r,25u,25dの外側の半導体基板21の厚肉
部との熱絶縁が極めて良好となり、感度を向上させるこ
とができる。さらにヒータエレメント7および測温抵抗
エレメント8,9の両端側に短手方向に沿ってそれぞれ
スリット部24u,24dおよびスリット部25u,2
5dを設けたことにより、ヒータエレメント7と半導体
基板21の厚肉部との熱絶縁が極めて良好となり、ヒー
タエレメント7の消費電力が少なくなり、また、測温抵
抗エレメント8,9と半導体基板21の厚肉部との熱絶
縁が極めて良好となり、感度を向上させることができる
According to such a configuration, the semiconductor substrate 21
A thin diaphragm part 23 is formed on the surface of the diaphragm part 23, and a heater element 7 and temperature measuring resistance elements 8 and 9 are formed and arranged symmetrically on both sides of the heater element 7 on both sides of the heater element 7. Slit portions 24l, 2 are provided along the longitudinal direction on both sides of the
By providing 4r, heat conduction from the heater element 7 to the temperature-measuring resistance elements 8 and 9 through the members of the diaphragm section 23 is extremely reduced.
, 9 is lower than that of the conventional method. Therefore, the output error due to adhesion of dust increases in proportion to the temperature of the resistance temperature measurement elements 8 and 9, and the TCR between the upstream resistance temperature measurement element 8 and the downstream temperature measurement resistance element 9 increases in proportion to the temperature. Output errors due to mismatch drift are reduced. Particularly in the case of a gas with low thermal conductivity, the temperature of the element resistance of the temperature measuring resistance elements 8 and 9 can be set lower. In addition, since there is no excess heat supplied from the heater element 7, which operates to reduce the temperature difference formed by the gas flow between the resistance temperature measurement element 8 and the resistance temperature measurement element 9, in the low flow velocity region, The sensitivity can also be improved. Further, although the heater element 7 is slightly thermally deformed when energized, the influence (stress) is not transmitted to the temperature measuring resistance elements 8 and 9, and the cause of errors can be significantly reduced. Further, slit portions 25l, 25r, 25u, 2 are provided on the outside of the temperature sensing resistance elements 8, 9, respectively.
By providing 5d, these slit parts 25l,
The thermal insulation between the thick portions of the semiconductor substrate 21 on the outside of 25r, 25u, and 25d is extremely good, and the sensitivity can be improved. Furthermore, slit portions 24u, 24d and slit portions 25u, 2 are provided along the width direction on both end sides of the heater element 7 and the resistance temperature sensing elements 8, 9, respectively.
5d provides extremely good thermal insulation between the heater element 7 and the thick portion of the semiconductor substrate 21, reducing the power consumption of the heater element 7. Thermal insulation between the thick wall portion and the thick portion is extremely good, and the sensitivity can be improved.

【0011】図2はダイアフラムセンサにおける測温抵
抗体の抵抗値特性を示したものであり、図(a)は図1
に示すヒータエレメント7と測温抵抗エレメント8,9
との間を分離しない構造およびヒータエレメント7と測
温抵抗エレメント8,9との間をスリットで部分的に分
離した構造におけるヒータ電流を増加させたときの測温
抵抗エレメント8,9の抵抗値変化を示し、図(b)は
ヒータエレメント7と測温抵抗エレメント8,9との間
にスリット部24l,24rを設けて完全に分離した本
実施例による構造におけるヒータ電流を増加させたとき
の測温抵抗エレメント8,9の抵抗値変化を示したもの
である。ヒータエレメント7の印加電流を増加させてい
くと、測温抵抗エレメント8,9の抵抗値は増加してい
くが、ヒータエレメント7と測温抵抗エレメント8,9
との間を分離しない構造および部分的にスリットで分離
した構造では、ヒータ電流の増加に伴い、発生した熱に
よるダイアフラム部23の機械的変形が測温抵抗エレメ
ント8,9に伝わり、図(a)に示すようにある限界点
Pを越えると、測温抵抗エレメント8,9にも機械的歪
みを与え、測温抵抗エレメント8,9の抵抗値に誤差を
与えてしまい、さらにこの限界点Pの位置も限界点P以
上での抵抗値特性も一定しておらず、また、ヒータエレ
メント7の両側の測温抵抗エレメント8,9でのこの効
果の程度に多少のずれがあるため、測温抵抗エレメント
8,9間のバランスが不安定、つまり零点が安定しない
ことになる。実際の使用条件としては、必要な感度を得
るために必要なヒータ電流を流すと、この限界点を越え
てしまうことが多く、特に間欠駆動においては、毎回零
点が変動してしまい、正確な測定ができない。したがっ
て機械的な歪みに影響されない限界点P以下での使用が
条件となる。一方、スリット部24l,24rで完全に
分離した本実施例による構造では、ヒータエレメント7
のヒータ電流の増加に伴い、発生した熱によるダイアフ
ラム部23の機械的変形が測温抵抗エレメント8,9に
伝わらないので、安定した抵抗値特性が得られる。した
がってスリット部24l,24rで完全に分離した構造
では、より安定した計測が可能となり、特に零点の安定
性を大幅に向上させることができる。
FIG. 2 shows the resistance value characteristics of the temperature measuring resistor in the diaphragm sensor, and FIG.
Heater element 7 and resistance temperature measuring elements 8 and 9 shown in
Resistance values of the resistance temperature measurement elements 8 and 9 when the heater current is increased in a structure in which the heater element 7 and the resistance temperature measurement elements 8 and 9 are partially separated by a slit Figure (b) shows the change when the heater current is increased in the structure according to this embodiment in which slits 24l and 24r are provided between the heater element 7 and the resistance temperature sensing elements 8 and 9 to completely separate them. It shows the resistance value change of the temperature measuring resistance elements 8 and 9. As the current applied to the heater element 7 increases, the resistance values of the resistance temperature measurement elements 8 and 9 increase;
In a structure in which the diaphragm 23 is not separated from the diaphragm 23 or is partially separated by a slit, as the heater current increases, mechanical deformation of the diaphragm 23 due to the generated heat is transmitted to the temperature sensing resistance elements 8 and 9. ), when a certain limit point P is exceeded, mechanical distortion is also given to the resistance temperature measurement elements 8 and 9, giving an error to the resistance values of the resistance temperature measurement elements 8 and 9, and furthermore, when this limit point P is exceeded, The position of the resistance value and the resistance value characteristics above the limit point P are not constant, and there is some deviation in the degree of this effect between the temperature measuring resistance elements 8 and 9 on both sides of the heater element 7. The balance between the resistance elements 8 and 9 is unstable, that is, the zero point is not stable. In actual usage conditions, when the heater current necessary to obtain the required sensitivity is applied, this limit point is often exceeded, and especially in intermittent drive, the zero point fluctuates each time, making it difficult to make accurate measurements. I can't. Therefore, the condition is that it is used below the limit point P, which is not affected by mechanical distortion. On the other hand, in the structure according to this embodiment in which the heater element 7 is completely separated by the slit parts 24l and 24r,
As the heater current increases, mechanical deformation of the diaphragm portion 23 due to the generated heat is not transmitted to the temperature measuring resistance elements 8, 9, so that stable resistance value characteristics can be obtained. Therefore, with a structure in which the slit parts 24l and 24r are completely separated, more stable measurement becomes possible, and in particular, the stability of the zero point can be greatly improved.

【0012】図3は本発明によるダイアフラムセンサの
他の実施例による構成を示す図で図(a)は上方から見
た要部平面図、図(b)は図(a)のB−B′線の断面
図であり、前述の図と同一部分には同一符号を付してあ
る。同図において、図1と異なる点は、半導体基板21
の対向辺に気体の流れる方向12を設定するようにヒー
タエレメント7,測温抵抗エレメント8,測温抵抗エレ
メント9およびこれらのスリット部24l,24r,2
4u,24d,25l,25r,25u,25dを配列
して構成したものである。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the diaphragm sensor according to the present invention, in which FIG. 3(a) is a plan view of the main part seen from above, and FIG. It is a cross-sectional view along a line, and the same parts as in the previous figure are given the same reference numerals. In the figure, the difference from FIG. 1 is that the semiconductor substrate 21
The heater element 7, the temperature-measuring resistance element 8, the temperature-measuring resistance element 9, and their slit portions 24l, 24r, 2 are arranged so that the gas flow direction 12 is set on the opposite sides of the
It is constructed by arranging 4u, 24d, 25l, 25r, 25u, and 25d.

【0013】このような構成においても前述と全く同様
な効果が得られる。なお、ダイアフラム部23は正方形
もしくは長方形のいずれの形状に形成しても良い。
[0013] Even in such a configuration, effects exactly similar to those described above can be obtained. Note that the diaphragm portion 23 may be formed in either a square or rectangular shape.

【0014】なお、前述した実施例においては、開口部
22を形成するために半導体基板21の背面側からエッ
チングを行ったが、例えば図4(a),(b)に図1に
相当する図で示すようにダイアフラム部23に複数のス
リット31を形成し、これらの各スリット31を利用し
て上面から結晶軸のエッチング特性を利用した異方性エ
ッチングもしくは等方性エッチングを行い、ダイアフラ
ム部23の下に中空の空間部31を形成して構成しても
良い。
In the above embodiment, etching was performed from the back side of the semiconductor substrate 21 to form the opening 22. For example, FIGS. 4(a) and 4(b) show a diagram corresponding to FIG. As shown in , a plurality of slits 31 are formed in the diaphragm portion 23 , and each of these slits 31 is used to perform anisotropic etching or isotropic etching from the top surface using the etching characteristics of the crystal axis. A hollow space 31 may be formed below.

【0015】また、前述した実施例においては、基板と
して例えばシリコンからなる半導体基板を用いた場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、例えばアルミニウム,ステンレスなどの金属基板
を用い、ダイアフラム部を例えばSiO2 ,Si3 
N4 などの絶縁膜で形成しても同様の効果が得られる
ことは言うまでもない。
Furthermore, in the above-mentioned embodiments, the case where a semiconductor substrate made of silicon, for example, was used as the substrate was explained, but the present invention is not limited to this, and for example, a metal substrate such as aluminum or stainless steel may be used. The diaphragm part is made of SiO2, Si3, etc.
It goes without saying that the same effect can be obtained by forming an insulating film such as N4.

【0016】また、前述した実施例においては、ダイア
フラム部の形成に異方性エッチングを用いた場合につい
て説明したが、例えば弗酸と硝酸との混合液による等方
性エッチングなどによるエッチング方法を用いても同様
に形成できることは言うまでもない。
In addition, in the above-mentioned embodiments, the case where anisotropic etching was used to form the diaphragm portion was explained, but it is also possible to use an etching method such as isotropic etching using a mixed solution of hydrofluoric acid and nitric acid. Needless to say, it can be formed in the same way.

【0017】また、ダイアフラム部の形成方法は、エッ
チングに限られるものではなく、エンドミルやレーザな
どによる加工でも形成可能であり、もしくは基板とダイ
アフラム部とを別々に製作し、貼り合わせても同様に形
成できることは勿論である。
Furthermore, the method for forming the diaphragm part is not limited to etching, but can also be formed by machining with an end mill or laser, or the substrate and diaphragm part may be manufactured separately and then bonded together. Of course, it can be formed.

【0018】[0018]

【発明の効果】以上、説明したように本発明によるダイ
アフラムセンサによれば、基板の一部に薄肉状のダイア
フラム部を設け、このダイアフラム部に発熱部とこの発
熱部の両側に測温抵抗部とを設けたことにより、気体が
このダイアフラム部下側の空間部に入り込まず、表面に
沿って流れるので、気体の流れによるダストの付着が極
小となる(付着したとしも従来のように特定の箇所に集
中することがなくなる)とともに基板との熱絶縁が極め
て良好になり、高感度の流量検出および低消費電力によ
る流量検出が可能となる。また、この発熱部と測温抵抗
部との間にその長手方向に沿ってスリット部を設けたこ
とにより、発熱部から測温抵抗部へのダイアフラム部の
部材を通しての熱伝導が極めて小さくなるので、発熱部
によって発生した熱による測温抵抗部の温度上昇は従来
に比べて低くなり、測温抵抗部の温度にに比例して大き
くなるダストの付着による出力誤差および温度に比例し
て大きくなる測温抵抗部間のTCRミスマッチドリフト
による出力誤差を小さくすることができるとともに特に
熱伝導率の小さい気体の場合、測温抵抗部の温度をより
低く設定でき、さらに発熱部からの余分な熱供給がなく
なるので、低流速域での感度を向上させることができる
。また、発熱部は通電時に若干変形するが、その影響に
よる応力が測温抵抗部に伝わらないので、誤差の要因を
大幅に減らすことができる。また、発熱部の長手方向端
部にスリット部を設けたことにより、発熱部と基板厚肉
部との熱絶縁が極めて良好となり、発熱部の消費電力が
少なくなる。また、測温抵抗部の外周部にスリット部を
設けたことにより、基板厚肉部との熱絶縁が極めて良好
となり、感度を向上させることができる。また、従来の
ブリッジ構造とは異なり、全ての端面を厚肉の基板によ
って固定されているダイアフラム構造では、ダイアフラ
ム部形成時の残留応力が多い場合には割れてしまうこと
があるが、スリット部を設けたことにより、応力を分散
させることができ、信頼性の高いダイアフラムセンサを
形成することができるという極めて優れた効果が得られ
る。
As described above, according to the diaphragm sensor according to the present invention, a thin diaphragm portion is provided on a part of the substrate, and the diaphragm portion has a heat generating portion and a temperature measuring resistor portion on both sides of the heat generating portion. By providing a In addition, thermal insulation from the substrate becomes extremely good, and flow rate detection with high sensitivity and low power consumption becomes possible. In addition, by providing a slit section along the longitudinal direction between the heat generating section and the temperature measuring resistor section, heat conduction from the heat generating section to the temperature measuring resistor section through the members of the diaphragm section becomes extremely small. , the temperature rise in the RTD part due to the heat generated by the heat generating part is lower than before, and the output error due to dust adhesion increases in proportion to the temperature of the RTD part, and increases in proportion to the temperature. It is possible to reduce the output error due to TCR mismatch drift between the temperature-measuring resistor parts, and especially in the case of gases with low thermal conductivity, the temperature of the temperature-measuring resistor part can be set lower, and furthermore, the excess heat is supplied from the heat-generating part. Since the flow rate is eliminated, the sensitivity in the low flow rate region can be improved. Further, although the heat generating part deforms slightly when energized, the stress caused by this deformation is not transmitted to the temperature measuring resistor part, so the causes of errors can be significantly reduced. Further, by providing the slit portion at the longitudinal end of the heat generating portion, thermal insulation between the heat generating portion and the thick portion of the substrate becomes extremely good, and power consumption of the heat generating portion is reduced. Further, by providing the slit portion on the outer circumference of the temperature-measuring resistance portion, thermal insulation from the thick portion of the substrate becomes extremely good, and sensitivity can be improved. In addition, unlike conventional bridge structures, diaphragm structures in which all end faces are fixed by thick substrates may crack if there is a lot of residual stress when forming the diaphragm part, but the slit part By providing this, an extremely excellent effect can be obtained in that stress can be dispersed and a highly reliable diaphragm sensor can be formed.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

【図1】本発明によるダイアフラムセンサの一実施例に
よる構成を示す図である。
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of an embodiment of a diaphragm sensor according to the present invention.

【図2】本発明によるダイアフラムセンサの測温抵抗体
部の抵抗値特性を説明する図である。
FIG. 2 is a diagram illustrating resistance value characteristics of a temperature-measuring resistor portion of a diaphragm sensor according to the present invention.

【図3】本発明によるダイアフラムセンサの他の実施例
による構成を示す図である。
FIG. 3 is a diagram showing the configuration of another embodiment of the diaphragm sensor according to the present invention.

【図4】本発明によるダイアフラムセンサのさらに他の
実施例による構成を示す図である。
FIG. 4 is a diagram showing a configuration according to still another embodiment of the diaphragm sensor according to the present invention.

【図5】従来のマイクロブリッジ型フローセンサの構成
を示す図である。
FIG. 5 is a diagram showing the configuration of a conventional microbridge type flow sensor.

【図6】マイクロブリッジ型フローセンサの動作を説明
する図である。
FIG. 6 is a diagram illustrating the operation of a microbridge type flow sensor.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

7    ヒータエレメント 8    測温抵抗エレメント 9    測温抵抗エレメント 21    半導体基板 22    開口部 23    ダイアフラム部 24l    スリット部 24r    スリット部 24u    スリット部 24d    スリット部 25l    スリット部 25r    スリット部 25u    スリット部 25d    スリット部 31    スリット 32    空間部 7 Heater element 8. Temperature measuring resistance element 9 Temperature measuring resistance element 21 Semiconductor substrate 22 Opening 23 Diaphragm part 24l Slit part 24r Slit part 24u Slit part 24d Slit part 25l Slit part 25r Slit part 25u Slit part 25d Slit part 31 Slit 32 Space part

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】  基板の一部に空間を設けて薄肉状に形
成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に形成
された発熱部と、前記発熱部の両側に形成された測温抵
抗部と、前記発熱部と両側の測温抵抗部との間に長手方
向に沿って形成されたスリット部とを備えたことを特徴
とするダイアフラムセンサ。
1. A diaphragm section formed thin with a space provided in a part of a substrate, a heat generating section formed in the diaphragm section, and a temperature measuring resistor section formed on both sides of the heat generating section. A diaphragm sensor comprising: a slit portion formed along the longitudinal direction between the heat generating portion and the temperature measuring resistor portions on both sides.
【請求項2】  請求項1において、前記発熱部の長手
方向端部にスリット部を設けたことを特徴とするダイア
フラムセンサ。
2. The diaphragm sensor according to claim 1, wherein a slit portion is provided at a longitudinal end of the heat generating portion.
【請求項3】  請求項1または請求項2において、前
記測温抵抗部の外周部にスリット部を設けたことを特徴
とするダイアフラムセンサ。
3. The diaphragm sensor according to claim 1, wherein a slit portion is provided at an outer peripheral portion of the temperature measuring resistor portion.
JP03106528A 1990-04-13 1991-04-12 Diaphragm sensor Expired - Lifetime JP3096820B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP03106528A JP3096820B2 (en) 1990-04-13 1991-04-12 Diaphragm sensor

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP9652090 1990-04-13
JP2-96520 1990-04-13
JP03106528A JP3096820B2 (en) 1990-04-13 1991-04-12 Diaphragm sensor

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPH04230808A true JPH04230808A (en) 1992-08-19
JP3096820B2 JP3096820B2 (en) 2000-10-10

Family

ID=26437717

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP03106528A Expired - Lifetime JP3096820B2 (en) 1990-04-13 1991-04-12 Diaphragm sensor

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP3096820B2 (en)

Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6301960B1 (en) 1999-06-10 2001-10-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thermo-sensitive flow rate sensor
US6470742B1 (en) 1999-01-25 2002-10-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Flow sensor
US6675644B2 (en) 1998-10-28 2004-01-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thermo-sensitive flow rate sensor
US7082825B2 (en) 2002-12-27 2006-08-01 Yamatake Corporation Smoking device including a flowmeter
US7228733B2 (en) 2002-11-18 2007-06-12 Yamatake Corporation Fluid detection device
JP2008020237A (en) * 2006-07-11 2008-01-31 Yazaki Corp Flow velocity measuring method, flow rate measuring method, current meter and flowmeter
WO2008142941A1 (en) * 2007-05-24 2008-11-27 Yamatake Corporation Heat flowmeter
JP2010197319A (en) * 2009-02-27 2010-09-09 Hitachi Automotive Systems Ltd Measurement element
JP2013033057A (en) * 2012-10-04 2013-02-14 Denso Corp Flow sensor
CN109211342A (en) * 2018-09-05 2019-01-15 武汉四方光电科技有限公司 A kind of air flow meter, the temperature sensitive chip of MEMS silicon substrate and preparation method thereof

Cited By (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6675644B2 (en) 1998-10-28 2004-01-13 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thermo-sensitive flow rate sensor
DE19919398B4 (en) * 1998-10-28 2006-05-04 Mitsubishi Denki K.K. Heat sensitive flow rate sensor
US6470742B1 (en) 1999-01-25 2002-10-29 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Flow sensor
DE19942675B4 (en) * 1999-01-25 2006-06-29 Mitsubishi Denki K.K. flow sensor
US6301960B1 (en) 1999-06-10 2001-10-16 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thermo-sensitive flow rate sensor
US7228733B2 (en) 2002-11-18 2007-06-12 Yamatake Corporation Fluid detection device
US7082825B2 (en) 2002-12-27 2006-08-01 Yamatake Corporation Smoking device including a flowmeter
JP2008020237A (en) * 2006-07-11 2008-01-31 Yazaki Corp Flow velocity measuring method, flow rate measuring method, current meter and flowmeter
WO2008142941A1 (en) * 2007-05-24 2008-11-27 Yamatake Corporation Heat flowmeter
JP2008292286A (en) * 2007-05-24 2008-12-04 Yamatake Corp Thermal flowmeter
US8225652B2 (en) 2007-05-24 2012-07-24 Azbil Corporation Thermal flow meter measuring flow rate based on temperature difference measurement and driving energy of the heater
JP2010197319A (en) * 2009-02-27 2010-09-09 Hitachi Automotive Systems Ltd Measurement element
US8104355B2 (en) 2009-02-27 2012-01-31 Hitachi Automotive Systems, Ltd. Thermal humidity sensor
JP2013033057A (en) * 2012-10-04 2013-02-14 Denso Corp Flow sensor
CN109211342A (en) * 2018-09-05 2019-01-15 武汉四方光电科技有限公司 A kind of air flow meter, the temperature sensitive chip of MEMS silicon substrate and preparation method thereof

Also Published As

Publication number Publication date
JP3096820B2 (en) 2000-10-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5291781A (en) Diaphragm-type sensor
US7117736B2 (en) Flow sensor
US6470742B1 (en) Flow sensor
JPH0989619A (en) Heat-sensitive flowmeter
JPH04230808A (en) Diaphragm sensor
WO2017057176A1 (en) Flow rate sensor
JPH0625684B2 (en) Fluid flow rate detection sensor
JP2946400B2 (en) Heating resistor temperature control circuit
EP0452134B1 (en) Diaphragm-type sensor
JP2002340646A (en) Flow sensor for mass flow controller, and method of manufacturing flow sensor
JPH109924A (en) Thermal air flowmeter
JP2529895B2 (en) Flow sensor
JP6807005B2 (en) Flow sensor
JP2602117B2 (en) Flow sensor
JPH04372865A (en) Measuring device of flow velocity using silicon
JPH0612493Y2 (en) Micro bridge flow sensor
JP3316740B2 (en) Flow detection element
JP2002081982A (en) Flow sensor for infrared gas detector, and manufacturing method of flow sensor
JPH0643906B2 (en) Flow sensor
JP2859831B2 (en) Flow sensor, manufacturing method and driving method thereof
JP3808208B2 (en) Solid stem for flow sensor
JP2550435B2 (en) Flow sensor
JPH1062222A (en) Flow sensor
JPH04102023A (en) Flow speed sensor
JPH10197306A (en) Flow rate sensor

Legal Events

Date Code Title Description
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080811

Year of fee payment: 8

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080811

Year of fee payment: 8

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090811

Year of fee payment: 9

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100811

Year of fee payment: 10

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100811

Year of fee payment: 10

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

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110811

Year of fee payment: 11

EXPY Cancellation because of completion of term
FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110811

Year of fee payment: 11