JPH06201420A - 流量センサおよびその製造方法 - Google Patents

流量センサおよびその製造方法

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JPH06201420A
JPH06201420A JP36169592A JP36169592A JPH06201420A JP H06201420 A JPH06201420 A JP H06201420A JP 36169592 A JP36169592 A JP 36169592A JP 36169592 A JP36169592 A JP 36169592A JP H06201420 A JPH06201420 A JP H06201420A
Authority
JP
Grant status
Application
Patent type
Prior art keywords
pressure sensor
semiconductor pressure
sensor
base
diaphragm
Prior art date
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Pending
Application number
JP36169592A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuya Kawahira
哲也 川平
Original Assignee
Fujikura Ltd
株式会社フジクラ
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、半導体圧力センサを用いた、小型
で、高精度の流量センサを提供することを目的とする。 【構成】 本発明は、流路Lの途中に流体導入穴13a
を有する台座13を設置し、当該台座13にその流体導
入穴13aを遮断する形で半導体圧力センサ11のダイ
ヤフラム14を対峙させると共に、当該半導体圧力セン
サ11部分または前記台座13部分に狭小微細通路(オ
リフィス通路)19を設けた流量センサであり、これに
より、台座13の狭小微細通路19部分に極めて近接し
て半導体圧力センサ11のダイヤフラム14が位置され
るため、ほぼ当該装置系に発生する最大差圧が理想的な
形で求められる。

Description

【発明の詳細な説明】

【0001】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体圧力センサを用
いた流量センサおよびこのセンサの製造方法に関するも
のである。

【0002】

【従来の技術】半導体圧力センサを用いた流量センサ
は、従来から提案されている。その一例を示すと、図5
の如くで、被測定流体の流れる流路1の途中に中心に小
孔2を有するオリフィス部3を設けると共に、当該オリ
フィス部3の前後の流路1間にバイパス流路4を設け
て、流体の一部を導入し、当該バイパス流路4に設置し
た半導体圧力センサ(差圧センサ)5で、その差圧を検
出することにより、流体の流量を求めていた。

【0003】

【発明が解決しようとする課題】とろこが、上記流量セ
ンサの場合、オリフィス部3と半導体圧力センサ5の設
置されたセンサ部が別体であるため、製造が面倒でコス
ト上昇となる他、装置の小型化が望めないという欠点が
あった。

【0004】また、上記のような欠点の他に、測定系で
発生する差圧は、図6に示したように、オリフィス部3
の入口の圧力P1 と出口直後の圧力P2 との差圧(P1
−P2 )が最大となり、この差圧を測定すれば、最も精
度よい流量が検出できるわけであるが、上記のようにバ
イパス流路4を設ける方法にあっては、オリフィス部3
の直後に理論上間隙なくバイパス流路4を設けることが
機械加工上難しく、また、バイパス流路4の内径の大き
さの影響もあって、実際の差圧の測定にあたっては、図
示のように、オリフィス部3の直後から若干離れた部分
の圧力P2 ′との差圧(P1 −P2 ′)を測定している
ため、どうしても精度の低下が避けられないという欠点
があった。

【0005】一方、このような精度の低下は、オリフィ
ス部3の小孔(オリフィス径)2を小さくすることによ
り、改善を図ることができるものの、オリフィス径が小
さくなると、圧力損失が生じるという別の問題が発生
し、好ましくない。

【0006】本発明は、このような従来の実情に鑑みて
なされたもので、その大きな特徴は、流路の途中に直接
半導体圧力センサのダイヤフラムを設けて、上記欠点を
解消した流量センサを提供すると共に、このセンサの効
果的な製造方法を提供せんとするものである。

【0007】

【課題を解決するための手段】本発明の第1は、流路の
途中に当該流路を遮断する形で半導体圧力センサのダイ
ヤフラムを設けると共に、当該半導体圧力センサと前記
流路間に狭小微細通路を設けたことを特徴とする流量セ
ンサにある。

【0008】本発明の第2は、流路の途中に流体導入穴
を有する台座を設置し、当該台座にその流体導入穴を遮
断する形で半導体圧力センサのダイヤフラムを対峙させ
ると共に、当該半導体圧力センサ部分または前記台座部
分に狭小微細通路を設けたことを特徴とする流量センサ
にある。

【0009】本発明の第3は、流路の途中に流体導入穴
を有する台座を設置し、当該台座にその流体導入穴を遮
断する形で半導体圧力センサのダイヤフラムを対峙させ
ると共に、当該半導体圧力センサ部分または前記台座部
分に狭小微細通路を設けた流量センサにおいて、前記狭
小微細通路を物理的な刻設により半導体圧力センサ部分
または前記台座部分に形成することを特徴とする流量セ
ンサの製造方法にある。

【0010】本発明の第4は、流路の途中に流体導入穴
を有する台座を設置し、当該台座にその流体導入穴を遮
断する形で半導体圧力センサのダイヤフラムを対峙させ
ると共に、当該半導体圧力センサ部分または前記台座部
分に狭小微細通路を設けた流量センサにおいて、前記狭
小微細通路を化学的な食刻により半導体圧力センサ部分
または前記台座部分に形成することを特徴とする流量セ
ンサの製造方法にある。

【0011】

【作用】本発明の第1では、流路の狭小微細通路部分に
極めて近接して半導体圧力センサのダイヤフラムが位置
されるため、入口と出口直後の差圧がダイヤフラム表裏
の圧力差として検出され、ほぼ理想的な差圧が求められ
る。

【0012】本発明の第2では、流路の狭小微細通路を
台座部分に設け、しかも、この台座の狭小微細通路部分
に極めて近接して半導体圧力センサのダイヤフラムが位
置されるため、やはり入口と出口直後の差圧がダイヤフ
ラム表裏の圧力差として検出され、ほぼ理想的な差圧が
求められる。

【0013】本発明の第3では、半導体圧力センサ部分
または前記台座部分にダイシングソ(切断鋸)、レーザ
ービーム、イオンビームなどを作用させて、物理的に刻
設するものであるため、刻設溝からなる狭小微細通路が
簡単に形成できる。

【0014】本発明の第4では、半導体圧力センサ部分
または前記台座部分に種々の薬品(弗酸、KOHなど)
によるエッチング処理などを施して化学的に食刻するも
のであるため、食刻溝からなる狭小微細通路が簡単に形
成できる。

【0015】

【実施例】図1は、本発明に係る流量センサの一実施例
を示した概略縦断面図である。図において、10は流量
センサ本体の全体を示し、11はセンサ本体10の円盤
プレートなどからなるステム12に石英、ガラスなどか
なる台座13を介して設置された半導体圧力センサ、1
4は薄肉部を有する半導体圧力センサ11のダイヤフラ
ム、15,15はダイヤフラム14の外表面(図中右側
表面)に形成されたセンサ回路(図示省略)に接続され
たリード線、16,16はステム12に植設されその内
側先端(図中右側先端)にリード線15,15が接続さ
れた電極ピン、17はステム12の外側底面(図中左側
面)に接続され当該ステム12の流体導入穴12aと連
通された流体導入管、18は上記ステム12の外周に嵌
合されたキャップ状で、その頭部(図中右側部分)に流
体排出管部18aを有する外装のキヤンである。

【0016】上記台座13は、例えば図2の如くで、そ
の中央には流体導入穴13aが開けられ、当該流体導入
穴13aの一方(図1の左側)が上記ステム12の流体
導入穴12aと連通され、他方が上記半導体圧力センサ
11のダイヤフラム14に対して遮断される形で対峙さ
れている。そして、例えば上下左右方向(放射状方向な
ども可)には、図2のように角溝からなる狭小微細通路
(オリフィス通路)19・・・が設けてある。

【0017】したがって、この流量センサの場合、気体
などの流体が流れる流路Lは、その流れの順にそって示
すと、流体導入管17,ステム12の流体導入穴12
a,台座13の流体導入穴13a,狭小微細通路19・
・・,キヤン18の内部,キヤン18の流体排出管部1
8aの順となって構成される。この流路Lにおいて、上
記狭小微細通路19の巾、深さなどを十分小さくすれ
ば、流体はこの狭小微細通路19部分で堰き止められる
形となって、通過するため、所望のオリフィス作用が得
られる。そして、そのときの差圧、すなわち入口と出口
直後の圧力(P1 −P2 )は、ちょうど半導体圧力セン
サ11のダイヤフラム14の表裏(内外)の圧力差とし
て検出されるため、ダイヤフラム14の表裏間の隔たり
は極めて小さく、つまり、従来のような、オリフィス部
とバイパス通路間のような隔たりは全くなくなり、ほぼ
当該測定系に発生する最大差圧が求められるので高精度
の測定が可能となる。

【0018】この台座13を設けた場合、安定した半導
体圧力センサ11の保持が可能となる。特に、上記のよ
うに台座13に狭小微細通路19を設ける構成をとれ
ば、半導体圧力センサ11側に特別な加工を施す必要が
なく、歩留まりの向上や、既存のセンサが大した変更も
なくそのまま使えるなどの利点が得られる。しかしなが
ら、本発明においては、この台座13を省略することも
可能で、例えば図3に示したように、半導体圧力センサ
11の底面側の上下左右方向(放射状方向なども可)に
直接狭小微細通路19・・・を設けて、これをステム1
2上に設置することも可能である。この場合、半導体圧
力センサ11側に特別な加工が必要となるものの、部品
点数の削減を図ることができる。また、図4に示したよ
うに、台座13と半導体圧力センサ11の両面側に半々
ずつの溝を設けて狭小微細通路19とすることもでき
る。この場合、各面の溝の深さが浅くてよく、形成作業
が容易になる。また、この狭小微細通路19の形状も、
上記角溝に限定されず、丸溝などでもよく、さらに、長
さ方向にあっても、直線状のものに限らず、LやS字状
にクランクさせた溝としたり、途中に巾の広い膨張部や
十字状部などを設けたりしてもよい。つまり、これらの
加工によって、測定系に発生する差圧が小さくなり過ぎ
ないように調整することができる。

【0019】このような狭小微細通路19の溝の形成に
あたって、本発明の場合、その一方法として、ダイシン
グソ(切断鋸)、レーザービーム、イオンビームなどを
用いて、ガラス製台座13の底面や半導体圧力センサ1
1のシリコン製チップ底面などを削り、刻設して形成す
る。例えば、ガラス基板の場合にはレジンブレードのも
のを用い、シリコンウェハ基板の場合にはメタルブレー
ドまたはレジンブレードのものを用いるとよい。そし
て、基板部材の厚さが1〜3mm程度で、ダイシングソ
による場合、溝の寸法としては、巾が30〜100μm
程度、深さが20μm〜0.8mm程度での極めて小さ
い溝を容易に作ることができる。このような小さい溝で
は、流体の流量が微量であっても、測定系に発生する差
圧が小さくなり過ぎることがないため、精度よい測定が
可能となる。

【0020】また、狭小微細通路19の溝の形成にあた
っての別の方法としては、種々の薬品による化学的な処
理が挙げられる。すなわち、弗酸やKOHなどの薬品に
より、ガラス製台座13の底面や半導体圧力センサ11
のシリコン製チップ底面などをエッチングして食刻する
方法である。例えば、ガラス基板では弗酸によりエッチ
ングし、シリコンウェハ基板ではKOHなどによりエッ
チングするとよい。そして、これらの基板部材の溝の
巾、形状などは任意に設定でき、また、その溝深さも、
エッチング時間や溝巾などの関係で自在に設定すること
ができる。例えば、エッチング処理の場合、巾が数μm
で、深さが数μmの特に小さい極小溝を容易に作ること
ができる。特に、半導体圧力センサ11側の場合には、
ダイヤフラム14の薄肉部を形成する際に同時に形成す
ることができる。この場合、大したコストアップ要因と
なることもない。

【0021】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、次のような優れた効果が得られる。 (1)本発明の第1では、流路の途中に当該流路を遮断
する形で半導体圧力センサのダイヤフラムを設けると共
に、当該半導体圧力センサと前記流路間に狭小微細通路
を設けてあるため、流路の狭小微細通路部分に極めて近
接して半導体圧力センサのダイヤフラムが位置され、入
口と出口直後の差圧がダイヤフラム表裏の圧力差として
検出されるので、ほぼ理想的な差圧が求められ、精度の
高い流量センサが得られる。もちろん、オリフィス部と
センサ部とが一体で、従来のようにバイパス流路が不要
であるため、装置本体の大幅な小型化が可能となる。ま
た、この一体化により、部品点数も減るため、製造コス
トの低減が図られる。

【0022】(2)本発明の第2では、流路の途中に流
体導入穴を有する台座を設置し、当該台座にその流体導
入穴を遮断する形で半導体圧力センサのダイヤフラムを
対峙させると共に、当該半導体圧力センサ部分または前
記台座部分に狭小微細通路を設けてあるため、上記第1
の発明と同様の効果が得られる他に、台座部分に狭小微
細通路が設けられる関係上、既存の半導体圧力センサに
特別な変更(加工)を加えることなく、使用できるなど
の利点が得られる。また、狭小微細通路の溝の形成にあ
たっても、半導体圧力センサとは独立した台座が単独で
取り出されて、加工されるため、半導体圧力センサ側に
歩留り低下などの悪影響を与えることもない。もちろ
ん、この台座により、半導体圧力センサは安定して支持
される。

【0023】(3)本発明の第3では、流路の途中に流
体導入穴を有する台座を設置し、当該台座にその流体導
入穴を遮断する形で半導体圧力センサのダイヤフラムを
対峙させると共に、当該半導体圧力センサ部分または前
記台座部分に狭小微細通路を設けた流量センサにおい
て、前記狭小微細通路を物理的な刻設により半導体圧力
センサ部分または前記台座部分に形成するものであるた
め、極めて小さい溝を容易に作ることができる。しか
も、このダイジンクソによる作業は高速で、かつ短時間
で行うことができる。このような小さい溝の形成によ
り、流体の流量が微量であっても、測定精度の高い流量
センサを製造することができる。

【0024】(4)本発明の第4では、流路の途中に流
体導入穴を有する台座を設置し、当該台座にその流体導
入穴を遮断する形で半導体圧力センサのダイヤフラムを
対峙させると共に、当該半導体圧力センサ部分または前
記台座部分に狭小微細通路を設けた流量センサにおい
て、前記狭小微細通路を化学的な食刻により半導体圧力
センサ部分または前記台座部分に形成するものであるた
め、任意の巾、任意の深さ、任意の形状の極めて小さい
溝を容易に作ることができる。例えば、数μmの巾で数
μmの深さの溝を作ることも可能で、より測定感度の高
い流量センサを製造することができる。また、溝の形成
を圧力センサ製造時に同時に行える。

【図面の簡単な説明】

【図1】本発明に係る流量センサの一実施例を示した概
略縦断面図である。

【図2】図1の流量センサに用いられている台座を示し
た斜視図である。

【図3】本発明に係る流量センサの別の実施例で用いら
れる半導体圧力センサを示した斜視図である。

【図4】本発明に係る流量センサのさらに別の実施例で
用いられる台座と半導体圧力センサ間に形成した狭小微
細通路を示した縦断面図である。

【図5】従来の流量センサを示した概略縦断面図であ
る。

【図6】流量センサにおける入口と出口直後の差圧を示
したグラプである。

【符号の説明】

10 流量センサ本体 11 半導体圧力センサ 12 ステム 12a 流体導入穴 13 台座 13a 流体導入穴 14 ダイヤフラム 15 リード線 16 電極ピン 17 流体導入管 18 キャン 18a 流体排出管部 19 狭小微細通路 L 流路

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 流路の途中に当該流路を遮断する形で半
    導体圧力センサのダイヤフラムを設けると共に、当該半
    導体圧力センサと前記流路間に狭小微細通路を設けたこ
    とを特徴とする流量センサ。
  2. 【請求項2】 流路の途中に流体導入穴を有する台座を
    設置し、当該台座にその流体導入穴を遮断する形で半導
    体圧力センサのダイヤフラムを対峙させると共に、当該
    半導体圧力センサ部分または前記台座部分に狭小微細通
    路を設けたことを特徴とする流量センサ。
  3. 【請求項3】 流路の途中に流体導入穴を有する台座を
    設置し、当該台座にその流体導入穴を遮断する形で半導
    体圧力センサのダイヤフラムを対峙させると共に、当該
    半導体圧力センサ部分または前記台座部分に狭小微細通
    路を設けた流量センサにおいて、前記狭小微細通路を物
    理的な刻設により半導体圧力センサ部分または前記台座
    部分に形成することを特徴とする流量センサの製造方
    法。
  4. 【請求項4】 流路の途中に流体導入穴を有する台座を
    設置し、当該台座にその流体導入穴を遮断する形で半導
    体圧力センサのダイヤフラムを対峙させると共に、当該
    半導体圧力センサ部分または前記台座部分に狭小微細通
    路を設けた流量センサにおいて、前記狭小微細通路を化
    学的な食刻により半導体圧力センサ部分または前記台座
    部分に形成することを特徴とする流量センサの製造方
    法。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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