JPH07119632B2

JPH07119632B2 - 複合薄膜センサ

Info

Publication number: JPH07119632B2
Application number: JP4270620A
Authority: JP
Inventors: 勝久藤田; 慎一村川; 正義中井; 良夫江頭; 一郎石山; 雅記嘉藤; 達也西田
Original assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Current assignee: Hokuriku Electric Industry Co Ltd; Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Priority date: 1992-10-08
Filing date: 1992-10-08
Publication date: 1995-12-20
Anticipated expiration: 2010-12-20
Also published as: JPH06160131A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、エアコン、加湿器、空
気清浄器等の環境制御装置およびクリーンルーム等の精
密環境の分布モニタリングに好適な複合薄膜センサに関
する。

【０００２】

【従来の技術】従来の複合薄膜センサについて図を用い
て説明する。図４は、例えば、特願平２−０６１７９３
号に開示されているような従来の環境センサ（複合薄膜
センサ）の構造図である。

【０００３】図において、複合薄膜センサは、基板（シ
リコン基板）２１上に絶縁膜２２を成膜し、その絶縁膜
２２上に気温センサ２３と気流センサ２４と輻射センサ
２５と湿度センサ２６とを形成した構造となっている。
上記気温センサ２３、気流センサ２４、輻射センサ２５
は、それぞれ薄膜抵抗で形成されている。

【０００４】気流センサ２４は、気流検知部２４ａの
他、同検知部２４ａで検知した気流の気温に対する補正
を行う気流気温補正部２４ｂを有する。気流気温補正部
２４ｂは、基板２１上に形成された絶縁膜２２上に設け
られている。輻射センサ２５は、その上部に熱吸収効率
を高めるための黒体材料２５ａを有している。また、湿
度センサ２６は、電極２６ｂ間に挿入した感湿材２６ａ
の静電容量の変化により湿度を検知する。図５（ａ）
は、図４に示すＣ−Ｃ線に沿った断面図であり、図５
（ｂ）は、図４に示すＤ−Ｄ線に沿った断面図である。

【０００５】図５（ａ），（ｂ）に示すように、気流セ
ンサ２４の気流検知部２４ａおよび輻射センサ２５の下
部には、基板２１の対応部分を除去することによって、
空隙部（空所）２７が形成されている。この空隙部２７
は、気流および輻射に対するそれぞれのセンサの感度向
上およびローパワ化をはかるためのものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の環境センサ
（複合薄膜センサ）には下記の問題点があった。

【０００７】まず、気流センサ２４は、気流気温補正部
２４ａを有しているものの、気流センサ２４の気流検知
部２４ａは測定原理上発熱した状態になっており、気流
気温補正部２４ｂの温度に対する抵抗値の変化量、即ち
抵抗温度係数が異なるため、検知した抵抗値の変化量に
ついて、気温に対する補正を完全に行うことができず、
複合薄膜センサ外部に更に補正回路を設ける必要があっ
た。また、上記環境センサ（複合薄膜センサ）の調整は
一品一品の調整となるため労力がかかった。

【０００８】また、従来の環境センサ（複合薄膜セン
サ）は、輻射センサ２５の気温に対する補正を行なうた
めの輻射気温補正部を有していないので、複合薄膜セン
サ外部に輻射気温補正回路を設ける必要があった。

【０００９】本発明は上記事情に鑑みて成されたもので
あり、その目的は、基板上で気流センサおよび輻射セン
サの気温に対する補正を行ない、気温、湿度、気流、輻
射をローパワで検出でき、調整の必要がない小形の複合
薄膜センサを提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題点を
解決するために、気温センサと、輻射センサと、静電容
量型湿度センサと、気流気温補正部を備えた気流センサ
とを基板上に絶縁膜を介して一体形成した複合薄膜セン
サにおいて、輻射の気温による変化を補正するための輻
射気温補正部を、輻射検知部と対を成して輻射センサに
設け、

【００１１】輻射検知部と輻射気温補正部と気流検知部
と気流気温補正部に対応する基板の各該当部分をそれぞ
れ除去して、空隙部を形成し、更に気流気温補正部に風
防部材を被せたことを特徴とする。また、本発明は、上
記風防部材を上記気流気温補正部の他に、輻射検知部お
よび輻射気温補正部にも被せたことをも特徴とする。

【００１２】

【作用】本発明によれば、気温センサは気温変化を薄膜
抵抗変化で捉える方式とし、湿度センサは湿度変化を感
湿材の静電容量変化で捉える方式とし、気流センサは気
流による大気の熱伝導率の変化による温度変化を薄膜抵
抗変化で捉える方式とし、輻射センサは輻射熱の入熱に
よる温度変化を薄膜抵抗変化で捉える方式としているた
めに、同一基板上で気温、湿度、気流、輻射を同時に個
別に検出できる。

【００１３】また、気流センサの気流検知部と気流気温
補正部、輻射センサの輻射検知部と輻射気温補正部の各
々の下部の基板部材を微細加工により全て取り除くこと
により、空隙部（空所）を形成しているので、熱絶縁性
の高い薄膜（絶縁膜）上に両センサが形成される構造と
なり、両センサの熱抵抗が増大する。この様な構造とす
ることにより、基板上の気流センサ部を形成する薄膜抵
抗は、わずかな消費電力で温度が上り、気流センサとし
て正しく機能し、また、輻射センサ部を形成する薄膜抵
抗も、わずかな輻射エネルギで温度が上昇するため、高
感度な輻射センサとして機能する。

【００１４】また、気流センサの気流検知部と気流気温
補正部を同一形状とし、上記したように各々の下部に空
隙部が形成された構造とすることにより、気流センサは
精度良く気温補正ができる。輻射センサの輻射検知部と
輻射気温補正部についても同一形状とし、上記したよう
に各々の下部に空隙部が形成された構造とすることによ
り、輻射センサは精度良く気温補正ができる。

【００１５】気流センサの気流気温補正部には風防部材
が被せられており、これにより気流が気流気温補正部に
直接当たるのが防止される。この結果、気流気温補正部
は、気流の影響を受けないため、気流検知部での気流検
知に対する比較部として正しく使用することが可能とな
る。

【００１６】また、輻射センサにも被せられた風防部材
は、輻射センサに気流が直接当たるのを防止している。
このため、輻射検知時に気流によるノイズ成分を小さく
することができる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の第１実施例を
説明する。図１は、同実施例における複合薄膜センサの
構造図である。図において、基板１はシリコンで形成さ
れており、同基板上１には絶縁膜２が成膜されている。

【００１８】絶縁膜２上には、気温センサ３、気流セン
サ４、輻射センサ５および湿度センサ６が形成されてい
る。また、絶縁膜２は、各センサに用いられている薄膜
抵抗間の電気的絶縁と気流センサ４および輻射センサ５
に対して熱的絶縁の機能を有する。気温センサ３は、薄
膜抵抗で形成されており、気温変化を抵抗変化で検出す
るものである。

【００１９】気流センサ４は、気流を検知するための気
流検知部４ａと気流の気温に対する補正をするための気
流気温補正部４ｂとで構成されている。気流検知部４ａ
と気流気温補正部４ｂは共に薄膜抵抗で同形状に形成さ
れている。気流センサ４は、気流による大気の熱伝導率
の変化を温度変化で捉えるもので、最終的に薄膜抵抗の
変化で検出する。また、気流気温補正部４ｂは、風防７
により覆われている。

【００２０】輻射センサ５は、輻射を検知するための輻
射検知部５ａと輻射の気温に対する補正をするための輻
射気温補正部５ｂとで構成されている。輻射検知部５ａ
と輻射気温補正部５ｂは、共に薄膜抵抗で同形状に形成
されている。また、輻射検知部５ａは、輻射熱検出のた
めの薄膜抵抗と輻射熱の吸収効率を高めるための黒体材
料５ａ-1とで構成されている。

【００２１】湿度センサ６は、感湿材６ａの静電容量変
化により湿度を検出する。この湿度センサ６の詳細な構
造を図６に示す。なお、同図（ａ）は同センサ６の平面
図、同図（ｂ）は同図（ａ）に示すＥ−Ｅ線に沿った断
面図であり、同図で示される湿度センサ６は、先に本出
願人により出願された実願平０３−０６７１５７号に記
載されているものである。

【００２２】図６に示す湿度センサは、静電容量型湿度
センサであり、一端に端子部３５ａを有する上部電極板
３５と下部電極板３３の間に感湿材３４を配置した構造
となっている。また、上部電極板３５は、下部電極板３
３より小さく形成されている。図２（ａ）は、図１に示
すＡ−Ａ線に沿った断面図であり、図２（ｂ）は図１に
示すＢ−Ｂ線に沿った断面図である。

【００２３】図２（ａ）、（ｂ）に示すように、表面に
絶縁膜２が形成された基板１の一部は、微細加工技術に
よりエッチングを用いて、絶縁膜に達するまで除去さ
れ、空隙部８ａ〜８ｄが形成されている。

【００２４】図２（ａ）に示すように、空隙部８ａに対
応する絶縁膜２上には輻射検知部５ａが形成され、同じ
く空隙部８ｂに対応する絶縁膜２上には輻射気温補正部
５ｂが形成されている。また、図２（ｂ）に示すよう
に、空隙部８ｃに対応する絶縁膜２上には気流気温補正
部４ｂが形成され、空隙部８ｄに対応する絶縁膜２上に
は気流検知部４ａが形成されている。

【００２５】即ち、本実施例において、輻射センサ５の
輻射検知部５ａ、輻射気温補正部５ｂと絶縁膜２を挾ん
で対向する基板１の各該当部は全て除去されて空隙部８
ａ、８ｂが形成され、気流センサ４の気流検知部４ａ、
気流気温補正部４ｂと絶縁膜２を挾んで対向する基板１
の各該当部は全て除去されて空隙部８ｃ、８ｄが形成さ
れている。

【００２６】この様に、基板１の気流センサ４と輻射セ
ンサ５に対応する部分のシリコンを微細加工技術により
エッチングし、全て除去することにより、気流センサ４
および輻射センサ５は共に熱絶縁性の高い絶縁膜２上に
形成された構造となるので、両センサの熱抵抗は増大す
る。このため、（両センサの熱抵抗が増大したことによ
り）、輻射センサ５はわずかな輻射エネルギで温度が上
昇するので熱感度が向上し、気流センサ４はわずかな消
費電力で温度が上昇するので電池駆動にも対応可能な程
度にローパワ化される。

【００２７】また、既に述べた通り、気流センサ４の気
流気温補正部４ｂは気流検知部４ａと同形状・同構造に
形成されており、輻射センサ５の輻射気温補正部５ｂは
輻射検知部５ａと同形状・同構造に形成されている。こ
のため、気温センサ４および輻射センサ５は、同一シリ
コン半導体チップ上で共に精度良く気温補正ができる。

【００２８】上記構成の気流センサ４において、その気
流検出原理は、気流検知部４ａと気流気温補正部４ｂを
発熱させ、気流検知部４ａと気流気温補正部４ｂをそれ
ぞれ形成する薄膜抵抗の気流による抵抗値変化量を検出
するものである。ここで、気流気温補正部４ｂは、気流
検知部４ａでの気流検知に対して、比較部として使用さ
れる。そこで、図１に示すように気流気温補正部４ｂを
覆う風防７を設け、同補正部４ｂに気流が直接当たらな
いようにしている。また、輻射センサ５についても、そ
の検出原理は上記気流センサ４と同様である。つぎに本
発明の第２実施例について説明する。図３は、同実施例
における複合薄膜センサの構造を示すものである。な
お、図１と同一部分には、同一符号を付して詳細な説明
を省略する。

【００２９】図３に示す複合薄膜センサが図１に示す複
合薄膜センサと異なる点は、気流気温補正部４ｂだけで
なく輻射センサ５、即ち輻射検知部５ａおよび輻射気温
補正部５ｂをも覆う風防１７が設けられた構造となって
いることである。

【００３０】上記構成において、輻射センサ５の輻射検
知部５ａと輻射気温補正部５ｂは、第１実施例同様に同
形状を成している。このため、輻射センサ５は風防無し
でも輻射の検出はできる。しかし、図３に示すように気
流気温補正部４ｂだけでなく輻射センサ５、即ち輻射検
知部５ａと輻射気温補正部５ｂにも風防１７を被せるこ
とにより、輻射検知時における気流によるノイズ成分が
小さくできる。このため、輻射センサ５は、精度良く輻
射検知ができる。また、風防１７の材料としては、輻射
エネルギを通過させる必要があるため、ポリエチレン等
の赤外線透過材料が用いられる。

【００３１】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
複合薄膜センサにおいて、輻射センサに輻射気温補正部
を設けたことにより、輻射センサは、基板上で輻射検知
の気温に対する補正が行うことができる。

【００３２】本発明によれば、気流センサの気流気温補
正部の下部と輻射センサの輻射検知部および輻射気温補
正部の各々の下部に空隙部を形成したことにより、熱絶
縁性の高い絶縁膜上に輻射センサと気流センサが形成さ
れた構造となり、輻射センサおよび気流センサの熱抵抗
が増大する。このため、輻射センサはわずかな輻射エネ
ルギで温度が上昇するので熱感度が向上し、気流センサ
はわずかな消費電力で温度が上昇するので電池駆動に対
応できる程度にローパワ化される。

【００３３】また、本発明によれば、気流センサの気流
気温補正部に風防を設けたことにより、気流は直接気流
気温補正部に当たることはなくなるので、基板上で気温
に対する補正を正確に行うことができる。このため、複
合薄膜センサの外部に新たに補正回路を設ける必要がな
くなる。

【００３４】また、本発明によれば、気温、湿度、気
流、輻射の４種の物理量を同一点で個別に同時に検出可
能な複合薄膜センサが得られる。この複合薄膜センサは
空調機等に搭載できるため、快適環境制御の高度化が図
れる。

【００３５】また、本発明によれば、気流センサおよび
輻射センサの気温補正をチップ（基板）上で行っている
ため、両センサからの信号を処理する信号処理回路の調
整が不要となり低コスト化が図れる。また、本発明によ
れば、複合薄膜センサは小形であるため、クリーンルー
ム等、精密環境の分布モニタリングが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係る複合薄膜センサの構
造図。

【図２】図１の気流センサ４および輻射センサ５の断面
図。

【図３】本発明の第２実施例に係る複合薄膜センサの構
造図。

【図４】従来の環境センサ（複合薄膜センサ）の構造
図。

【図５】図４の気流センサ２４および輻射センサ２５の
断面図。

【図６】上記第１および第２実施例で適用されている湿
度センサの構造図。

【符号の説明】

１…基板、２…絶縁膜、３…
気温センサ、４…気流センサ、４ａ…気流検知
部、４ｂ…気流気温補正部、５…輻射センサ、
５ａ…輻射検知部、５ａ-1…黒体材料、５ｂ…
輻射気温補正部、６…湿度センサ、６ａ…感湿
材、６ｂ…電極、７，１７…風防

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者中井正義兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者江頭良夫兵庫県高砂市荒井町新浜二丁目１番１号三菱重工業株式会社高砂研究所内 (72)発明者石山一郎富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地北陸電気工業株式会社中央研究所内 (72)発明者嘉藤雅記富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地北陸電気工業株式会社中央研究所内 (72)発明者西田達也富山県上新川郡大沢野町下大久保3158番地北陸電気工業株式会社中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】気温センサと、輻射を検知するための輻
射検知部を持つ輻射センサと、電極板間に感湿材を配置
して形成した静電容量型湿度センサと、気流を検知する
ための気流検知部と気流の気温による変化を補正するた
めの、気流気温補正部を持つ気流センサとを、絶縁膜が
成膜された基板上に薄膜形成によって一体形成した複合
薄膜センサにおいて、前記輻射センサの一部を成し、輻射の気温による変化を
補正するための前記基板上に前記絶縁膜を介して形成さ
れた輻射気温補正部と、前記輻射検知部、前記輻射気温補正部、前記気流検知部
および前記気流気温補正部に対応する前記基板の各該当
部分をそれぞれ除去することにより形成された空隙部
と、前記気流気温補正部を覆う風防部材と、を具備することを特徴とする複合薄膜センサ。
【請求項２】前記風防部材は前記気流気温補正部の
他、前記輻射検知部および前記輻射気温補正部をも覆う
ことを特徴とする請求項１記載の複合薄膜センサ。