JPH045572A - 流速センサ - Google Patents
流速センサInfo
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
シリコン等の半導体基板を用いたマイクロダイアフラム
流速センサに関するものである。
センサを例にとって第7図を用いて説明する。第7図に
おいて、1は例えばシリコンからなる半導体基板でsb
、この半導体基板1の中央部には、異方性エツチングに
よシ両側の開口2゜3を連通する貫通孔つまシ空隙部4
が形成されておシ、この空隙部4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
によシ薄膜のヒータエレメントTとそれを挾む薄膜の測
温抵抗エレメント8.9とが配列して形成されている。
レメント10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念スリット
状の中央開口であり、これら開口2,3及び11によっ
て囲まれた半導体基板1つまりシリコンの下側をそれら
開口2.3及び11t−介してKOH等ノ溶液で異方性
エッチングすることにより、エツ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及び
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。
ブリッジ流速センサの動作を示す説明図であり、同図(
m)は各エレメントの温度分布を示し、同図(b)は第
7図のA−A’線断面を示している。なお、図中符号6
は半導体基板1上に形成されるヒータニレメン)7等の
素子を保護するための保腹膜であり、これは、熱伝導率
の低い窒化シリコンなどの材料から々る。
の高い温度th1.th2(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
す、t<(例えば、35℃:周囲温度基準)は第8図(
a)に示すようにヒータエレメント7の温度thl 、
th2 を中心として略対称となる。このとき、例
えば第6図に示す矢印21の方向からの気体が移動する
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。
体としてヒータエレメントγからの熱伝導が促進され、
温度がΔT4だけ昇温するために温度差が生じる。この
ため、測温抵抗エレメント8゜9をホイートストンブリ
ッジ回路に組込み、その温度差を電圧に変換することに
よシ、気体の流速に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。
技術および異方性エツ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。
点を有している。
基板の一部に橋絡部5を形成する場合、その基板表面の
橋絡部5の両側に設けた開口2,3及び11を用いてエ
ツチングを行なっているが、この方法では、その橋絡部
5の寸法開口部2,3゜11の大きさによって制限され
てしまう。また、エツチング用開口のうち特に両側の開
口2,3が比較的大きくなるので、流体特に気体の検出
時に飛来してくるゴミ(ダスト)等がその開口2,3の
周辺に付着した9、あるいは空隙部4内に入や込む等し
て、センサの特性に悪影響を与えるという問題があった
。
88532号公報の如く、半導体基板上に形成すべき空
隙部のパターンに応じて、その基板表面の中央部に幅の
広いスリットと、その周辺に沿って幅の狭いスリットを
それぞれ設け、これらスリットを介して半導体基板を異
方性エッチングすることにより、ダイアフラム構造とし
たものが開示されている。しかし、かかる構造の流速セ
ンサは、一定の空隙部を設けるためには、スリットをあ
る程度の幅にしなければならず、ゴミによる影響を激減
させるまでは至らなかった。また、ダイアプラム面積に
対し、を隙部の深さが深いため、ダイアフラム自体の厚
さが厚くなるという欠点を有していた。
、ゴミ等の影響を少なくし、しかもダイアフラムを大き
くとれる構造にすることによシ、性能を向上させた流速
センサを提供することにある。
基板上に、発熱部と該発熱部の両側に各々独立した測温
抵抗部を設け、該発熱部及び測温抵抗部の下側および周
辺を、その基板表面に設けた多数の細いスリットを介し
て溶液にてエッチングすることにより空隙化して、該発
熱部及び測温抵抗部を前記基板から隔離して支持したダ
イアフラム構造を有するものである。
数の細いスリットを介してエツチングを行うことにより
、効率良くエツチングすることができるので、比較的大
きいダイアフラムを容易にかつ短い時間で形成できる。
抗部のパターンが大きくとれ、検出感度を増大させるこ
とができる。また、各々のスリットはその幅が10〜2
0μm程度と微細であるので、空隙部への流体の流れが
少なくなシ、各スリット周辺へのゴミの何着やその空隙
部内へのゴミの入9込みを効果的に解消できる。
する。
ーン構造の平面図である。この実施例は、半導体基板1
上の中央部分にヒータエレメント7を設けるとともに、
該ヒータエレメント7の両側に各々独立した測温抵抗エ
レメント8,9を設ける。そして、このヒータエレメン
ト7及び測温抵抗エレメント8.9は例えば窒化シリコ
ン等の保護膜で覆われている。また、この半導体基板1
上の表面にはエツチングのための多数の細いスリット1
2を設け、ヒータエレメント7及び測温抵抗エレメント
8.9の下側および周辺を、その基板表面に設けた多数
の細いスリット12を介して例えば異方性エツチングな
どのエツチング方法によりエッチングすることにより空
隙化して、空隙部4を形成する。これにより、その空隙
部4の上部には、半導体基板1からダイアフラム状に空
間的に隔離され、その基板よりヒータエレメント7及び
測温抵抗エレメント8,9が熱的に絶縁されて支持され
念ダイアフラム5鳳が形成される。
0)面を表面とするシリコン基板を用いる場合、その(
100)面にKOH等の溶欲による異方性エツチングを
施すと、(111)面に沿ってエツチングが進行するこ
とを利用し、多数の細いスリット12は、第1図に示す
ように、上流側において(111)面に対応する境界線
a、bで囲まれた三角形の領域13】をエツチングする
第1のスリット部121と、中流側において(111)
面に対応しない境界線c、dで囲まれた四角形の領域1
32をエツチングする第2のスリット部122と、下流
側において(111)面に対応する境界線a、bで囲ま
れた三角形の領域133をエツチングするための第3の
スリット部123からなシ、各々のスリット部分は気体
の進行方向21に対してほぼ平行と垂直に交互に配列し
て設けられる。そして、各第1.第2及び第3のスリッ
ト部121〜123は、センサを構成するヒータエレメ
ント7及び測温抵抗エレメント8,9の下部および周辺
において上述の異方性エツチングにより各々のスリット
部分を対角線とする正方形の領域にわたってシリコン基
板をエツチングする際に、第4図に示す如く各々のスリ
ット部分121〜123(第4図では12、の一部のみ
)が作るエツチング領域Aが重なるように、所定の寸法
が決められている。このとき、第2のスリット部122
のうちヒータエレメントT及び測温抵抗エレメント8,
9からなるセンサとダイアフラム5aの付け根にあるも
のは、必ず流体の流れに平行になるように設ける。
面に設けた多数の細いスリット12を用いてそのシリコ
ンの異方性エツチングを行うことによ)、第2図及び第
3図に示すように、エツチングの断面形状が従来例と同
様な逆台形状のパターンをもつ空隙部4を形成すること
ができる。その結果、効率良くエツチングができるので
、所定のダイアフラム5mを容易に形成できるとともに
、比較的大きいダイアフラムを短時間に形成できる。
プラムを形成したり、エッチピットを深くせずに大きい
ダイアプラムを形成できる。さらに、応力の集中を避け
、平坦で大きなダイアフラムを形成できる等の利点を有
する。なお、第3図において、14は半導体基板10表
面、15Fi、その空隙部4内の傾斜面、16はその底
面を示す。また、図中同一符号は同一または相当部分を
示している。
の進行方向に対しほぼ平行と垂直に交互に配列して設け
たが、この多数の細いスリット12のうちセンサ近傍部
及びダイアフラム付け根部近傍を除くスリット部121
,123(図示せず)を、第5図に示すように流体の進
行方向21と平行に配列して設けたシ、あるいは、第6
図に示すように流体の進行方向21とほぼ垂直に配列し
て設けても、第1図の実施例と同様の効果を奏する。
上に配設された発熱部及び測温抵抗部の下側および周辺
を空隙化し、その空隙部によって基板から発熱部及び測
温抵抗部を熱的に絶縁したダイアフラムを形成するに際
し、基板表面に多数の細かいスリットを設け、これに異
方性エツチングを行なうので、従来例とは異なり、基台
面下部に底の浅い幅広の空隙部を容易にしかも短時間で
゛形成できる(底の浅い幅広のダイヤスラムを短時間で
容易に作成可能)。さらに、センサ表面の各々のエツチ
ング用スリットが微細であるので、その表面にゴミが付
きにくくなると共に、空隙部内へのゴミの入シ込みが少
なくなり、その結果、流速センサの安定動作、ダイアフ
ラム部の熱的独立性が高いことによる検出感度の向上が
図れる効果がある。
ーン構造の平面図、第2図は第1図における各々のスリ
ット部と空隙部との対応状態を示す概略図、第3図は第
1図における上流側の空隙部分の一部破断斜視図、第4
図は上記実施例の説明に供する上流側スリット部の一部
平面図、第5図及び第6図はそれぞれ本発明の他の実施
例を説明するための上流側の領域のスリットの配列状態
を示す一部平面図、第7図は従来の流速センサの一例を
示す斜視図、第8図(a)及び(b)は第7図に示す流
速センサの動作を示す説明図である。 1・・・・半導体基板、4・・・・空隙部、5a・・・
・ダイアフラム、7・・・・ヒータエレメント、8.9
・・・・測温抵抗エレメント、10・・・・周囲測温抵
抗エレメント、12・・・・スリット、121 ・・・
・第1のスリット部、122 ・・・・第2のスリット
部、123・・・・第3のスリット部。 第2WJ
Claims (4)
- (1)基板上に、発熱部と該発熱部の両側に各々独立し
た側温抵抗部を設け、該発熱部及び測温抵抗部の下側お
よび周辺を、その基板表面に設けた多数の細いスリット
を介して溶液にて異方性エッチングすることにより空隙
化して、該発熱部及び側温抵抗部を前記基板から隔離し
て支持したダイアフラム構造を有することを特徴とする
流速センサ。 - (2)請求項1において各々のスリットは、各スリット
によるエッチング領域が重なるように設けたことを特徴
とする流速センサ。 - (3)請求項1において、センサ近傍部及びダイアフラ
ム付け根部近傍を除くスリットは、流体の進行方向に対
しほぼ平行と垂直に交互に配列して設けたことを特徴と
する流速センサ。 - (4)請求項1において、センサ近傍を除くスリットは
、流体の進行方向とほぼ平行あるいは垂直のいずれかに
配列して設けたことを特徴とする流速センサ。
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
JP2105355A JP2602117B2 (ja) | 1990-04-23 | 1990-04-23 | 流速センサ |
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Family Applications (1)
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JP2105355A Expired - Lifetime JP2602117B2 (ja) | 1990-04-23 | 1990-04-23 | 流速センサ |
Country Status (1)
Country | Link |
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JP (1) | JP2602117B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH05223835A (ja) * | 1992-02-07 | 1993-09-03 | Yamatake Honeywell Co Ltd | 流速検出装置 |
JPH05223836A (ja) * | 1992-02-07 | 1993-09-03 | Yamatake Honeywell Co Ltd | 自動車塗装ブースの横方向気流検出方法 |
KR100581137B1 (ko) * | 2004-02-27 | 2006-05-16 | 오므론 가부시키가이샤 | 유속 측정 장치 |
Families Citing this family (1)
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---|---|---|---|---|
JP2007051963A (ja) * | 2005-08-19 | 2007-03-01 | Mitsuteru Kimura | 熱型気圧センサとこれを用いた気圧計測装置 |
-
1990
- 1990-04-23 JP JP2105355A patent/JP2602117B2/ja not_active Expired - Lifetime
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KR100581137B1 (ko) * | 2004-02-27 | 2006-05-16 | 오므론 가부시키가이샤 | 유속 측정 장치 |
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JP2602117B2 (ja) | 1997-04-23 |
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