JPH0712837A - 半導体ガスレートセンサ - Google Patents
半導体ガスレートセンサInfo
- Publication number
- JPH0712837A JPH0712837A JP8711294A JP8711294A JPH0712837A JP H0712837 A JPH0712837 A JP H0712837A JP 8711294 A JP8711294 A JP 8711294A JP 8711294 A JP8711294 A JP 8711294A JP H0712837 A JPH0712837 A JP H0712837A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- gas
- nozzle hole
- gas flow
- opening width
- gas passage
- 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
Links
Landscapes
- Micromachines (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】 半導体基板をエッチングすることによってノ
ズル孔およびガス通路が形成され、そのガス通路に感熱
抵抗素子からなるヒートワイヤ対が設けられたセンサ本
体からなる半導体ガスレートセンサにあって、充分な感
度をもってセンサ本体に作用する角速度を精度良く検出
できるようにするべく、ノズル孔からガス通路内に噴出
されるガス流が最適な状態になるようにする。 【構成】 半導体ガスレートセンサにあって、そのセン
サ本体におけるノズル孔の開口幅が３００〜１０００μ
ｍの範囲になるようにし、また、ノズル孔の長さが２ｍ
ｍ以上となるようにし、さらに、ガス通路内を流れるガ
スがまっすぐに抜けることができるガス通路の奥方の位
置にガス出口を設けるようにする。
ズル孔およびガス通路が形成され、そのガス通路に感熱
抵抗素子からなるヒートワイヤ対が設けられたセンサ本
体からなる半導体ガスレートセンサにあって、充分な感
度をもってセンサ本体に作用する角速度を精度良く検出
できるようにするべく、ノズル孔からガス通路内に噴出
されるガス流が最適な状態になるようにする。 【構成】 半導体ガスレートセンサにあって、そのセン
サ本体におけるノズル孔の開口幅が３００〜１０００μ
ｍの範囲になるようにし、また、ノズル孔の長さが２ｍ
ｍ以上となるようにし、さらに、ガス通路内を流れるガ
スがまっすぐに抜けることができるガス通路の奥方の位
置にガス出口を設けるようにする。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、センサ本体に角速度が
作用したときに生ずるガス流の偏向状態を電気的に検出
する、特にセンサ本体が半導体基板を用いて形成された
半導体ガスレートセンサに関する。
作用したときに生ずるガス流の偏向状態を電気的に検出
する、特にセンサ本体が半導体基板を用いて形成された
半導体ガスレートセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】一般に、ガスレートセンサにあっては、
ポンプを駆動することにより、センサ本体におけるノズ
ル孔からガス通路内に左右一対に設けられた感熱抵抗素
子からなるヒートワイヤ対に向けてガスを噴出させてお
き、外部から角速度運動が加わってガス通路内を流れる
ガス流が左右方向に偏向したときに、ヒートワイヤ対に
生じた各感熱出力の差に応じた検出信号をとり出して、
そのときセンサ本体に作用している角速度の向きおよび
大きさを検出するようにしている。
ポンプを駆動することにより、センサ本体におけるノズ
ル孔からガス通路内に左右一対に設けられた感熱抵抗素
子からなるヒートワイヤ対に向けてガスを噴出させてお
き、外部から角速度運動が加わってガス通路内を流れる
ガス流が左右方向に偏向したときに、ヒートワイヤ対に
生じた各感熱出力の差に応じた検出信号をとり出して、
そのときセンサ本体に作用している角速度の向きおよび
大きさを検出するようにしている。
【０００３】最近、この種のガスレートセンサとして、
ガス通路およびそのガス通路内に設けられるヒートワイ
ヤ対からなるセンサ本体が、ＩＣ製造技術を利用した半
導体基板のマイクロマシニング加工によって形成された
超小形の半導体ガスレートセンサが開発されている（特
開平３−２９８５８号公報参照）。
ガス通路およびそのガス通路内に設けられるヒートワイ
ヤ対からなるセンサ本体が、ＩＣ製造技術を利用した半
導体基板のマイクロマシニング加工によって形成された
超小形の半導体ガスレートセンサが開発されている（特
開平３−２９８５８号公報参照）。
【０００４】その半導体ガスレートセンサにおけるセン
サ本体としては、図３ないし図５に示すように、それぞ
れ半導体基板にノズル孔３′を形成する半孔３１とそれ
につながるガス通路４′を形成する半溝４１とがエッチ
ングによって形成された下側半導体基板１′と上側半導
体基板２′とを、それぞれの半孔３１および半溝４１を
つき合せるように重ね、両者を接着させることによっ
て、ノズル孔３′およびガス通路４′が形成されてい
る。
サ本体としては、図３ないし図５に示すように、それぞ
れ半導体基板にノズル孔３′を形成する半孔３１とそれ
につながるガス通路４′を形成する半溝４１とがエッチ
ングによって形成された下側半導体基板１′と上側半導
体基板２′とを、それぞれの半孔３１および半溝４１を
つき合せるように重ね、両者を接着させることによっ
て、ノズル孔３′およびガス通路４′が形成されてい
る。
【０００５】そして、下側半導体基板１′にはガス通路
４′にかかるブリッジ部６が形成され、そのブリッジ部
６の上面には一対のヒートワイヤ５１，５２がパターン
成形されている。
４′にかかるブリッジ部６が形成され、そのブリッジ部
６の上面には一対のヒートワイヤ５１，５２がパターン
成形されている。
【０００６】図中、７は、一対のヒートワイヤ５１，５
２の両側における下側半導体基板１上にパターン形成さ
れた電極部である。
２の両側における下側半導体基板１上にパターン形成さ
れた電極部である。
【０００７】このような半導体ガスレートセンサでは、
充分な感度をもってセンサ本体に作用する角速度を精度
良く検出するべく、センサ本体におけるノズル孔３から
ガス通路４内に噴出されるガス流が、後述するように、
種々の条件を満たす最適な状態になるようにする必要が
あり、そのために微細なセンサ本体の形状寸法は重要な
要因となっている。
充分な感度をもってセンサ本体に作用する角速度を精度
良く検出するべく、センサ本体におけるノズル孔３から
ガス通路４内に噴出されるガス流が、後述するように、
種々の条件を満たす最適な状態になるようにする必要が
あり、そのために微細なセンサ本体の形状寸法は重要な
要因となっている。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題
点は、センサ本体におけるノズル孔からガス通路内に噴
出されるガス流が最適な状態になるようにするためにセ
ンサ本体の形状寸法が重要な要因となっているにもかか
わらず、従来ではそのためのセンサ本体の形状寸法が格
別配慮されていないことである。
点は、センサ本体におけるノズル孔からガス通路内に噴
出されるガス流が最適な状態になるようにするためにセ
ンサ本体の形状寸法が重要な要因となっているにもかか
わらず、従来ではそのためのセンサ本体の形状寸法が格
別配慮されていないことである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】本発明は、半導体ガスレ
ートセンサにあって、基本的に、そのセンサ本体におけ
るノズル孔の開口幅が３００〜１０００μｍの範囲にな
るようにしたことを特徴としている。
ートセンサにあって、基本的に、そのセンサ本体におけ
るノズル孔の開口幅が３００〜１０００μｍの範囲にな
るようにしたことを特徴としている。
【００１０】また、本発明は、半導体ガスレートセンサ
にあって、ノズル孔の長さが２ｍｍ以上となるようにし
たことを特徴としている。
にあって、ノズル孔の長さが２ｍｍ以上となるようにし
たことを特徴としている。
【００１１】さらに、本発明は、半導体ガスレートセン
サにあって、ガス通路内を流れるガスがほぼまっすぐに
抜けることができるガス通路の奥方の位置にガス出口を
設けたことを特徴としている。
サにあって、ガス通路内を流れるガスがほぼまっすぐに
抜けることができるガス通路の奥方の位置にガス出口を
設けたことを特徴としている。
【００１２】
【実施例】本発明によるガスレートセンサにあっては、
そのセンサ本体が、図１および図２に示すように、ノズ
ル孔３となる小溝３０と、ガス通路４となる溝４０とが
それぞれエッチングによって形成され、その溝４０にま
たがってヒートワイヤ対５が設けられた下側半導体基板
１上に上側半導体基板２を重ねて、両者を接着すること
によって構成されている。
そのセンサ本体が、図１および図２に示すように、ノズ
ル孔３となる小溝３０と、ガス通路４となる溝４０とが
それぞれエッチングによって形成され、その溝４０にま
たがってヒートワイヤ対５が設けられた下側半導体基板
１上に上側半導体基板２を重ねて、両者を接着すること
によって構成されている。
【００１３】ノズル孔３となる小溝３０は、その断面
が、底辺が下側および上側の各半導体基板１，２の接合
面に平行な２等辺三角形状となるように形成されてい
る。
が、底辺が下側および上側の各半導体基板１，２の接合
面に平行な２等辺三角形状となるように形成されてい
る。
【００１４】ノズル孔３のガス流入側には、ガスを送り
込むマイクロポンプの駆動に起因してガス流に生ずる脈
動などのノイズ成分を緩衝させるためのバッファ室８が
一体的に形成されている。
込むマイクロポンプの駆動に起因してガス流に生ずる脈
動などのノイズ成分を緩衝させるためのバッファ室８が
一体的に形成されている。
【００１５】また、下側半導体基板１には、ガス入口９
およびガス出口１０がそれぞれ形成されている。
およびガス出口１０がそれぞれ形成されている。
【００１６】このように構成されたセンサ本体を、特に
図示しないが、Ｎ２やＡｒなどの空気に近い特性をもっ
た不活性ガスが封入されたケース内に入れて、マイクロ
ポンプの駆動によってガスをセンサ本体を通してオープ
ンループで循環させながら、ガス通路４内にガス流を生
じさせる。
図示しないが、Ｎ２やＡｒなどの空気に近い特性をもっ
た不活性ガスが封入されたケース内に入れて、マイクロ
ポンプの駆動によってガスをセンサ本体を通してオープ
ンループで循環させながら、ガス通路４内にガス流を生
じさせる。
【００１７】その際、充分な感度をもってセンサ本体に
作用する角速度を精度良く検出するために、センサ本体
におけるノズル孔３からガス通路４内に噴出されるガス
流が、下記の条件を満たす最適な状態になるようにする
必要がある。
作用する角速度を精度良く検出するために、センサ本体
におけるノズル孔３からガス通路４内に噴出されるガス
流が、下記の条件を満たす最適な状態になるようにする
必要がある。
【００１８】（イ）センサ本体に角速度が何ら作用しな
いとき、マイクロポンプの駆動により層流としてノズル
孔３からガス通路４内に噴出されるガスが、ガス通路４
の中心線に沿ったまっすぐなガス流を形成する。 （ロ）ノズル孔３から噴出されるガスが、流速分布勾配
が急な指向性の鋭いガス流を形成し、それがヒートワイ
ヤ対５の位置まで充分維持できる。 （ハ）ガス流は、脈動などのノイズ成分のない安定した
層流を形成する。 （ニ）ガス流は、適当な流速を有し、かつ束縛されるこ
となく、センサ本体に作用する角速度に対して応答性良
く偏向する。
いとき、マイクロポンプの駆動により層流としてノズル
孔３からガス通路４内に噴出されるガスが、ガス通路４
の中心線に沿ったまっすぐなガス流を形成する。 （ロ）ノズル孔３から噴出されるガスが、流速分布勾配
が急な指向性の鋭いガス流を形成し、それがヒートワイ
ヤ対５の位置まで充分維持できる。 （ハ）ガス流は、脈動などのノイズ成分のない安定した
層流を形成する。 （ニ）ガス流は、適当な流速を有し、かつ束縛されるこ
となく、センサ本体に作用する角速度に対して応答性良
く偏向する。
【００１９】本発明では、センサ本体におけるノズル孔
３からガス通路４内に噴出されるガス流がこれらの条件
を満たす最適な状態になるようにするべく、センサ本体
における各部の形状寸法を以下のように決定している。
３からガス通路４内に噴出されるガス流がこれらの条件
を満たす最適な状態になるようにするべく、センサ本体
における各部の形状寸法を以下のように決定している。
【００２０】（１）ノズル孔３の開口幅ａが、３００〜
１０００μｍの範囲になるようにする。
１０００μｍの範囲になるようにする。
【００２１】なお、ノズル孔３が、三角形状以外に、円
形状や楕円形状などの他の形状をとる場合には、その最
大開口幅が３００〜１０００μｍの範囲になるようにす
る。
形状や楕円形状などの他の形状をとる場合には、その最
大開口幅が３００〜１０００μｍの範囲になるようにす
る。
【００２２】ここで、ノズル孔３の開口幅ａが３００μ
ｍ以下では、ノズル孔３から噴出されるガスがシャープ
な流速分布をもってヒートワイヤ対５までまっすぐに流
れるだけの充分な流量が得られず、ノズル孔３から噴出
後にガス流が広がってしまう。また、ノズル孔３の開口
幅ａが１０００μｍ以上になると、マイクロポンプによ
るガス供給能力を高めないと必要なガス流量を得ること
ができなくなってしまい、ポンプ効率上好ましくない。
ｍ以下では、ノズル孔３から噴出されるガスがシャープ
な流速分布をもってヒートワイヤ対５までまっすぐに流
れるだけの充分な流量が得られず、ノズル孔３から噴出
後にガス流が広がってしまう。また、ノズル孔３の開口
幅ａが１０００μｍ以上になると、マイクロポンプによ
るガス供給能力を高めないと必要なガス流量を得ること
ができなくなってしまい、ポンプ効率上好ましくない。
【００２３】（２）ノズル孔３の長さｂが、ノズル孔３
の開口幅ａの１〜５倍の範囲になるようにする。
の開口幅ａの１〜５倍の範囲になるようにする。
【００２４】ここで、ノズル孔３の長さｂがノズル孔３
の開口幅ａよりも短くなると、ノズル孔３から噴出され
るガスの流速分布勾配がだれて、まっすぐな指向性の鋭
いガス流を得ることができなくなる。また、ノズル孔３
の長さｂがノズル孔３の開口幅ａの５倍以上になると、
ガスの噴出特性は問題ないが、そのノズル孔３が必要以
上に長くなってデッドスペースとなり、センサ本体のサ
イズの増大につながるとともに、ガスの動粘性による抵
抗が大きくなって、ノズル孔３から噴出されるガスの流
速の低下が問題になる。
の開口幅ａよりも短くなると、ノズル孔３から噴出され
るガスの流速分布勾配がだれて、まっすぐな指向性の鋭
いガス流を得ることができなくなる。また、ノズル孔３
の長さｂがノズル孔３の開口幅ａの５倍以上になると、
ガスの噴出特性は問題ないが、そのノズル孔３が必要以
上に長くなってデッドスペースとなり、センサ本体のサ
イズの増大につながるとともに、ガスの動粘性による抵
抗が大きくなって、ノズル孔３から噴出されるガスの流
速の低下が問題になる。
【００２５】（３）ノズル孔３の開口端とヒートワイヤ
対５との間の距離ｌが、ノズル孔３の開口幅ａの３〜５
０倍の範囲になるようにする。
対５との間の距離ｌが、ノズル孔３の開口幅ａの３〜５
０倍の範囲になるようにする。
【００２６】ノズル孔３の開口端とヒートワイヤ対５と
の間の距離ｌが長いほど角速度に応じたガス流の偏向状
態が顕著になって、角速度の検出感度が増大する。一
方、ノズル孔３から噴出されるガスはノズル孔３の開口
幅ａの５０倍程度まではシャープな流速分布をもってま
っすぐに流れる。したがって、角速度の検出感度の点か
らして、ノズル孔３の開口端とヒートワイヤ対５との間
の距離ｌがノズル孔３の開口幅ａの３〜５０倍の範囲内
に設定されるのが適当である。
の間の距離ｌが長いほど角速度に応じたガス流の偏向状
態が顕著になって、角速度の検出感度が増大する。一
方、ノズル孔３から噴出されるガスはノズル孔３の開口
幅ａの５０倍程度まではシャープな流速分布をもってま
っすぐに流れる。したがって、角速度の検出感度の点か
らして、ノズル孔３の開口端とヒートワイヤ対５との間
の距離ｌがノズル孔３の開口幅ａの３〜５０倍の範囲内
に設定されるのが適当である。
【００２７】（４）ヒートワイヤ対５における各ヒート
ワイヤ５１，５２の間隔ｄが、ノズル孔３の開口幅ａの
１／２〜２倍の範囲になるようにする。
ワイヤ５１，５２の間隔ｄが、ノズル孔３の開口幅ａの
１／２〜２倍の範囲になるようにする。
【００２８】ガス通路４の幅により異なるが、角速度の
検出感度が最大となるヒートワイヤ間隔ｄの値はノズル
孔３の開口幅ａの１／２〜２倍の範囲である。この範囲
を外れると、感度は低下する。
検出感度が最大となるヒートワイヤ間隔ｄの値はノズル
孔３の開口幅ａの１／２〜２倍の範囲である。この範囲
を外れると、感度は低下する。
【００２９】（５）ガス通路４の幅Ｗが、２〜６ｍｍの
範囲内になるようにする。
範囲内になるようにする。
【００３０】ガス通路４の幅ｗが広いほど、流路壁によ
ってガス流が拘束されることがなくなって感度が向上す
る。それが２ｍｍ以下の場合には、その流路壁とガス流
の流線とが近くなりすぎてガス流が乱される。また、そ
れが６ｍｍ以上と必要以上に広い場合には、センサ本体
のサイズが増大し、ヒートワイヤ対５を設けるためのブ
リッジ成形が困難になるなどの問題が生ずる。
ってガス流が拘束されることがなくなって感度が向上す
る。それが２ｍｍ以下の場合には、その流路壁とガス流
の流線とが近くなりすぎてガス流が乱される。また、そ
れが６ｍｍ以上と必要以上に広い場合には、センサ本体
のサイズが増大し、ヒートワイヤ対５を設けるためのブ
リッジ成形が困難になるなどの問題が生ずる。
【００３１】（６）ガス通路５の深さｈが、４００〜１
５００μｍの範囲内になるようにする。
５００μｍの範囲内になるようにする。
【００３２】ガス通路４が浅いと流路壁によってガス流
が乱されて角速度の検出感度が低下する。ガス通路５の
深さｈが４００〜１５００μｍの範囲では、深さの増大
とともに感度が向上する。その深さｈが４００μｍ以下
では感度が低くなりすぎ、１５００μｍ以上では半導体
基板のエッチングに長時間を要し、また、半導体基板が
厚くなってセンサ本体のサイズが大きくなってしまう。
が乱されて角速度の検出感度が低下する。ガス通路５の
深さｈが４００〜１５００μｍの範囲では、深さの増大
とともに感度が向上する。その深さｈが４００μｍ以下
では感度が低くなりすぎ、１５００μｍ以上では半導体
基板のエッチングに長時間を要し、また、半導体基板が
厚くなってセンサ本体のサイズが大きくなってしまう。
【００３３】（７）ガス通路４の深さ方向に対して、ヒ
ートワイヤ対５が中央に位置するようにする。
ートワイヤ対５が中央に位置するようにする。
【００３４】ガス通路４の深さ方向に対して、ヒートワ
イヤ対５が中央に位置する場合に角速度の検出感度が最
大となる。ただし、数１０μｍ〜数１００μｍ程度のず
れは問題とはならない。
イヤ対５が中央に位置する場合に角速度の検出感度が最
大となる。ただし、数１０μｍ〜数１００μｍ程度のず
れは問題とはならない。
【００３５】また、このようなマイクロマシニング加工
によって形成された超小型の半導体ガスレートセンサに
あっては、そのガス通路４内に噴出されるガス流量に対
するオフセット電圧（センサ本体に角速度が加わってい
ないときのセンサ出力電圧）の特性が図６に示すように
なり、ガス流量Ｆ＝６０〜８０ＳＣＣＭ程度の動作点に
おける特性の傾き（オフセット電圧変動量ΔＶｏｓ／ガ
ス流量変動量ΔＦ）の値がセンサ性能に大きく影響する
ことになる。
によって形成された超小型の半導体ガスレートセンサに
あっては、そのガス通路４内に噴出されるガス流量に対
するオフセット電圧（センサ本体に角速度が加わってい
ないときのセンサ出力電圧）の特性が図６に示すように
なり、ガス流量Ｆ＝６０〜８０ＳＣＣＭ程度の動作点に
おける特性の傾き（オフセット電圧変動量ΔＶｏｓ／ガ
ス流量変動量ΔＦ）の値がセンサ性能に大きく影響する
ことになる。
【００３６】したがって、図６の特性曲線を動作点近辺
にてどれだけフラットな特性に近づけられるかがセンサ
性能の向上の要因となる。
にてどれだけフラットな特性に近づけられるかがセンサ
性能の向上の要因となる。
【００３７】例えば、その影響を受けるセンサ性能とし
ては、オフセット電圧の安定性（経時ドリフト、温度ド
リフト）およびノイズの問題が代表的なものである。
ては、オフセット電圧の安定性（経時ドリフト、温度ド
リフト）およびノイズの問題が代表的なものである。
【００３８】オフセット電圧の安定性の問題としては、
ガス流量はポンプおよびその駆動回路による流量制御系
の精度によって決定されるが、その流量は経時的／温度
変化に対して微妙に変化するということである。したが
って、そのガス流量の変動量ΔＦがオフセット電圧の変
動量ΔＶｏｓを生じさせることになる。
ガス流量はポンプおよびその駆動回路による流量制御系
の精度によって決定されるが、その流量は経時的／温度
変化に対して微妙に変化するということである。したが
って、そのガス流量の変動量ΔＦがオフセット電圧の変
動量ΔＶｏｓを生じさせることになる。
【００３９】ノイズの問題としては、ポンプの駆動によ
ってノズル孔３からガス通路４内に噴出されるガス流が
完全な層流ではなく、また、ピエゾ式のマイクロボンプ
は脈流を含んでいるために、ガス流は時間的または場所
的に常にゆらいで変動しているということである。した
がって、そのガス流量の変動量ΔＦがオフセット電圧の
変動量ΔＶｏｓを生じさせることになる。
ってノズル孔３からガス通路４内に噴出されるガス流が
完全な層流ではなく、また、ピエゾ式のマイクロボンプ
は脈流を含んでいるために、ガス流は時間的または場所
的に常にゆらいで変動しているということである。した
がって、そのガス流量の変動量ΔＦがオフセット電圧の
変動量ΔＶｏｓを生じさせることになる。
【００４０】しかして、このようなオフセット電圧の安
定性およびノイズの問題に影響を受けるセンサ性能の向
上を図るために、一対に設けられるヒートワイヤ５１，
５２として一定流量のガス流に対して同一の抵抗値を示
すものを揃える必要がある。
定性およびノイズの問題に影響を受けるセンサ性能の向
上を図るために、一対に設けられるヒートワイヤ５１，
５２として一定流量のガス流に対して同一の抵抗値を示
すものを揃える必要がある。
【００４１】また、ノズル孔３の対称性を良くする必要
がある。その場合、下側半導体基板１をエッチングする
ことによってノズル孔３となる小溝３０を形成する際
に、基板のＳｉ結晶面方位をマスクの方向と合せたうえ
で、Ｓｉ異方性エッチング（ＫＯＨエッチング）する。
がある。その場合、下側半導体基板１をエッチングする
ことによってノズル孔３となる小溝３０を形成する際
に、基板のＳｉ結晶面方位をマスクの方向と合せたうえ
で、Ｓｉ異方性エッチング（ＫＯＨエッチング）する。
【００４２】そして本発明では、センサ性能の向上を図
るため、特にノズル孔３の長さを２ｍｍ以上として、ガ
ス通路４内に直進性の良い、流速変化のない安定したガ
ス流を噴出させることができるようにしている。
るため、特にノズル孔３の長さを２ｍｍ以上として、ガ
ス通路４内に直進性の良い、流速変化のない安定したガ
ス流を噴出させることができるようにしている。
【００４３】その際、ノズル孔３の入口付近（入口から
２ｍｍ以下の部分）ではガス導入による乱れ（ポンプの
脈流を含む）が顕著で直進性が悪く、それがノズル孔３
内を進むにしたがって層流として次第に発達して乱れの
ない直進性の良いガス流が得られるようになる。
２ｍｍ以下の部分）ではガス導入による乱れ（ポンプの
脈流を含む）が顕著で直進性が悪く、それがノズル孔３
内を進むにしたがって層流として次第に発達して乱れの
ない直進性の良いガス流が得られるようになる。
【００４４】いま、図７に示すような、ノズル幅が０．
２ｍｍ、ノズル長さが５ｍｍ以上のノズル孔３を用い
て、そのノズル孔３の側方に設けられたガス導入口１１
からガスを導入したときのノズル孔３内における各部の
流速分布を測定した結果を図８に示す。ここで、Ｌ１の
特性は長さ１ｍｍの位置における左右のガス流速分布状
態を示し、Ｌ２の特性は長さ２ｍｍの位置における左右
のガス流速分布状態を示し、Ｌ３の特性は長さ３ｍｍの
位置における左右のガス流速分布状態を示し、Ｌ４の特
性は長さ４ｍｍの位置における左右のガス流速分布状態
を示し、Ｌ５の特性は長さ５ｍｍの位置における左右の
ガス流速分布状態を示している。
２ｍｍ、ノズル長さが５ｍｍ以上のノズル孔３を用い
て、そのノズル孔３の側方に設けられたガス導入口１１
からガスを導入したときのノズル孔３内における各部の
流速分布を測定した結果を図８に示す。ここで、Ｌ１の
特性は長さ１ｍｍの位置における左右のガス流速分布状
態を示し、Ｌ２の特性は長さ２ｍｍの位置における左右
のガス流速分布状態を示し、Ｌ３の特性は長さ３ｍｍの
位置における左右のガス流速分布状態を示し、Ｌ４の特
性は長さ４ｍｍの位置における左右のガス流速分布状態
を示し、Ｌ５の特性は長さ５ｍｍの位置における左右の
ガス流速分布状態を示している。
【００４５】また、図９は、図７のノズル孔３にあっ
て、各長さ位置における左右のガス流速の差をプロット
したもので（図８の特性における左右の差を示す）、Ｓ
１の特性は＋８７．５μｍと−８７．５μｍとの対称位
置における各長さ方向のガス流速差を、Ｓ２の特性は＋
６２．５μｍと−６２．５μｍとの対称位置における各
長さ方向のガス流速差を、Ｓ３の特性は＋３７．５μｍ
と−３７．５μｍとの対称位置における各長さ方向のガ
ス流速差を、Ｓ４の特性は＋１２．５μｍと−１２．５
μｍとの対称位置における各長さ方向のガス流速差を示
している。
て、各長さ位置における左右のガス流速の差をプロット
したもので（図８の特性における左右の差を示す）、Ｓ
１の特性は＋８７．５μｍと−８７．５μｍとの対称位
置における各長さ方向のガス流速差を、Ｓ２の特性は＋
６２．５μｍと−６２．５μｍとの対称位置における各
長さ方向のガス流速差を、Ｓ３の特性は＋３７．５μｍ
と−３７．５μｍとの対称位置における各長さ方向のガ
ス流速差を、Ｓ４の特性は＋１２．５μｍと−１２．５
μｍとの対称位置における各長さ方向のガス流速差を示
している。
【００４６】ここで、図８、図９の特性において、ノズ
ル孔３内における左右の対称性がガス流の安定化を示し
ており、ノズル孔３の長さが２ｍｍ以上あれば対称性の
良いガス流が得られることがわかる。
ル孔３内における左右の対称性がガス流の安定化を示し
ており、ノズル孔３の長さが２ｍｍ以上あれば対称性の
良いガス流が得られることがわかる。
【００４７】さらに、本発明では、センサ性能の向上を
図るために、図１０に示すように、ガス通路４内を流れ
るガスがまっすぐに抜けることができるガス通路４の奥
方の位置にガス出口１０′を設けるようにしている。具
体的には、例えば、下側半導体基板１におけるノズル孔
３と対向する反対側の位置に半溝を形成し、下側半導体
基板１に重ねられる上側半導体基板２との間にガス出口
１０′が形成されるようにする。
図るために、図１０に示すように、ガス通路４内を流れ
るガスがまっすぐに抜けることができるガス通路４の奥
方の位置にガス出口１０′を設けるようにしている。具
体的には、例えば、下側半導体基板１におけるノズル孔
３と対向する反対側の位置に半溝を形成し、下側半導体
基板１に重ねられる上側半導体基板２との間にガス出口
１０′が形成されるようにする。
【００４８】しかして、ガス通路４内を流れるガスが屈
曲することなく、その流れの方向にまっすぐに抜けるよ
うになり、ガス通路４内におけるガスの流れが乱される
ことなくスムーズになる。
曲することなく、その流れの方向にまっすぐに抜けるよ
うになり、ガス通路４内におけるガスの流れが乱される
ことなくスムーズになる。
【００４９】この点、図１１に示すように下側半導体基
板１の下面にガス出口１０を設けるのでは、ガス通路４
内を流れるガスがその出口部分で屈曲することになり、
またガス通路４のつき当りでの反射も多くなって、ガス
通路４内におけるガスの流れが乱されてしまう。
板１の下面にガス出口１０を設けるのでは、ガス通路４
内を流れるガスがその出口部分で屈曲することになり、
またガス通路４のつき当りでの反射も多くなって、ガス
通路４内におけるガスの流れが乱されてしまう。
【００５０】このように、ノズル孔３の長さを２ｍｍ以
上とし、また、ガス流がまっすぐに抜けることができる
ガス通路４の奥方の位置にガス出口１０′を設けること
により、層流として発達した乱れのない直進性の良い安
定したガス流が得られ、センサ性能が著しく向上する。
上とし、また、ガス流がまっすぐに抜けることができる
ガス通路４の奥方の位置にガス出口１０′を設けること
により、層流として発達した乱れのない直進性の良い安
定したガス流が得られ、センサ性能が著しく向上する。
【００５１】
【発明の効果】以上、本発明による半導体ガスレートセ
ンサにあっては、センサ本体におけるノズル孔からガス
通路内に噴出されるガス流が最適な状態になるように、
ノズル孔の開口幅を３００〜１０００μｍの範囲をもっ
て設定し、さらに、そのノズル孔の開口幅を基準とし
て、ノズル孔の長さ、ノズル孔の開口端とヒートワイヤ
対との間の距離、ヒートワイヤ対の間隔を設定するよう
にしたもので、センサ本体の微細な形状寸法を最適に設
定して、充分な感度をもってセンサ本体に作用する角速
度を精度良く検出することができるという利点を有して
いる。
ンサにあっては、センサ本体におけるノズル孔からガス
通路内に噴出されるガス流が最適な状態になるように、
ノズル孔の開口幅を３００〜１０００μｍの範囲をもっ
て設定し、さらに、そのノズル孔の開口幅を基準とし
て、ノズル孔の長さ、ノズル孔の開口端とヒートワイヤ
対との間の距離、ヒートワイヤ対の間隔を設定するよう
にしたもので、センサ本体の微細な形状寸法を最適に設
定して、充分な感度をもってセンサ本体に作用する角速
度を精度良く検出することができるという利点を有して
いる。
【００５２】また、本発明による半導体ガスレートセン
サにあっては、ノズル孔の長さを２ｍｍ以上とし、ガス
通路内を流れるガスがまっすぐに抜けることができるガ
ス通路の奥方の位置にガス出口を設けるようにしたもの
で、層流として発達した乱れのない直進性の良い安定し
たガス流を得て、センサ性能を向上することができると
いう利点を有している。
サにあっては、ノズル孔の長さを２ｍｍ以上とし、ガス
通路内を流れるガスがまっすぐに抜けることができるガ
ス通路の奥方の位置にガス出口を設けるようにしたもの
で、層流として発達した乱れのない直進性の良い安定し
たガス流を得て、センサ性能を向上することができると
いう利点を有している。
【図１】本発明に係る半導体ガスレートセンサにおける
センサ本体の一構成例を示す下側半導体基板の平面図で
ある。
センサ本体の一構成例を示す下側半導体基板の平面図で
ある。
【図２】図１のＡ−Ａ線矢視に相当するセンサ本体の断
面図である。
面図である。
【図３】半導体ガスレートセンサにおけるセンサ本体の
他の構成例を示す斜視図である。
他の構成例を示す斜視図である。
【図４】図３に示すセンサ本体の下側半導体基板の平面
図である。
図である。
【図５】図３に示すセンサ本体の正断面図である。
【図６】ガス通路内に噴出されるガス流量に対するオフ
セット電圧の特性を示す図である。
セット電圧の特性を示す図である。
【図７】ノズル孔の一構成例を示す平面図である。
【図８】ノズル孔の長さ方向における各部の流速分布を
測定した結果を示す特性図である。
測定した結果を示す特性図である。
【図９】ノズル孔の長さ方向の各位置における左右のガ
ス流速の差を測定した結果を示す特性図である。
ス流速の差を測定した結果を示す特性図である。
【図１０】ガス通路の奥方の位置に設けられたガス出口
の部分を示すセンサ本体の部分的な側断面図である。
の部分を示すセンサ本体の部分的な側断面図である。
【図１１】ガス通路の下面に設けられたガス出口の部分
を示すセンサ本体の部分的な側断面図である。
を示すセンサ本体の部分的な側断面図である。
１ 下側半導体基板 ２ 上側半導体基板 ３ ノズル孔 ４ ガス通路 ５ ヒートワイヤ対 ５１ ヒートワイヤ ５２ ヒートワイヤ ６ ブリッジ部 ８ バッファ室 ９ ガス入口 １０ ガス出口 １０′ ガス出口
Claims (6)
- 【請求項１】 半導体基板をエッチングすることによっ
てノズル孔およびガス通路が形成され、そのガス通路に
感熱抵抗素子からなるヒートワイヤ対が設けられたセン
サ本体に、角速度が作用したときのノズル孔からガス通
路内に噴出されているガス流の偏向の状態を、ヒートワ
イヤ対に生じた各抵抗値の変化としてとらえてセンサ本
体に作用する角速度を電気的に検出する半導体ガスレー
トセンサにおいて、ノズル孔の開口幅が３００〜１００
０μｍの範囲になるようにしたことを特徴とする半導体
ガスレートセンサ。 - 【請求項２】 ノズル孔の長さが、ノズル孔の開口幅の
１〜５倍の範囲になるようにしたことを特徴とする前記
第１項の記載による半導体ガスレートセンサ。 - 【請求項３】 ノズル孔の開口端とヒートワイヤ対との
間の距離が、ノズル孔の開口幅の３〜５０倍の範囲にな
るようにしたことを特徴とする前記第１項の記載による
半導体ガスレートセンサ。 - 【請求項４】 ヒートワイヤ対の間隔が、ノズル孔の開
口幅の１／２〜２倍の範囲になるようにしたことを特徴
とする前記第１項の記載による半導体ガスレートセン
サ。 - 【請求項５】 半導体基板をエッチングすることによっ
てノズル孔およびガス通路が形成され、そのガス通路に
感熱抵抗素子からなるヒートワイヤ対が設けられたセン
サ本体に、角速度が作用したときのノズル孔からガス通
路内に噴出されているガス流の偏向の状態を、ヒートワ
イヤ対に生じた各抵抗値の変化としてとらえてセンサ本
体に作用する角速度を電気的に検出する半導体ガスレー
トセンサにおいて、ノズル孔の長さが２ｍｍ以上となる
ようにしたことを特徴とする半導体ガスレートセンサ。 - 【請求項６】 ガス通路内を流れるガスがほぼまっすぐ
に抜けることができるガス通路の奥方の位置にガス出口
を設けたことを特徴とする前記第５項の記載による半導
体ガスレートセンサ。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP8711294A JP3312229B2 (ja) | 1993-04-27 | 1994-03-18 | 半導体ガスレートセンサ |
| EP95103509A EP0672907B1 (en) | 1994-03-18 | 1995-03-10 | Semiconductor type gas rate sensor |
| DE69530537T DE69530537T2 (de) | 1994-03-18 | 1995-03-10 | Mittels Gas arbeitender Drehgeschwindigkeitsmesser in Halbleitertechnik |
| US08/406,328 US5610333A (en) | 1994-03-18 | 1995-03-17 | Semiconductor type gas rate sensor |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP13571793 | 1993-04-27 | ||
| JP5-135717 | 1993-04-27 | ||
| JP8711294A JP3312229B2 (ja) | 1993-04-27 | 1994-03-18 | 半導体ガスレートセンサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0712837A true JPH0712837A (ja) | 1995-01-17 |
| JP3312229B2 JP3312229B2 (ja) | 2002-08-05 |
Family
ID=26428416
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP8711294A Expired - Fee Related JP3312229B2 (ja) | 1993-04-27 | 1994-03-18 | 半導体ガスレートセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3312229B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63166693A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-09 | Yamaha Motor Co Ltd | 小型ジエツト推進艇の表示装置 |
| JP2009133829A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-06-18 | Toyama Prefecture | ガスレートセンサ |
-
1994
- 1994-03-18 JP JP8711294A patent/JP3312229B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS63166693A (ja) * | 1986-12-27 | 1988-07-09 | Yamaha Motor Co Ltd | 小型ジエツト推進艇の表示装置 |
| JP2009133829A (ja) * | 2007-10-31 | 2009-06-18 | Toyama Prefecture | ガスレートセンサ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP3312229B2 (ja) | 2002-08-05 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7685874B2 (en) | Thermal type flow sensor with a constricted measuring passage | |
| US4838091A (en) | Fludic oscillator flowmeters | |
| JP2721840B2 (ja) | ガス式角速度検出器 | |
| JPH0712837A (ja) | 半導体ガスレートセンサ | |
| CN106052669A (zh) | 一种微型高精度双泵双轴循环射流陀螺 | |
| CN111595318B (zh) | 一种单热源“t”字型微机械双轴薄膜陀螺 | |
| JPH07234236A (ja) | ガス式角速度センサ | |
| JP3276373B2 (ja) | 流体振動子及びこのような振動子を備えた流量計 | |
| EP0672907B1 (en) | Semiconductor type gas rate sensor | |
| JP3141215B2 (ja) | ガスレートセンサ | |
| JPH11503228A (ja) | 表面ジェットの角速度センサー | |
| JP2992659B2 (ja) | ガスレートセンサ | |
| JP4820032B2 (ja) | フルイディック素子の製造方法、フルイディック素子、フルイディック型流量計、並びに複合型流量計 | |
| JPH052026A (ja) | ガスレートセンサ | |
| JP2599323B2 (ja) | ガスレートセンサ | |
| JP2000241205A (ja) | 流体振動型流量計 | |
| JPH09329480A (ja) | 流量センサ | |
| JPS6177718A (ja) | カルマン渦流量計 | |
| JPH11201788A (ja) | 半導体カルマン渦流量センサ及びその製造方法 | |
| CN111595316A (zh) | 一种t字型推挽流微机械三轴薄膜陀螺 | |
| JP3258483B2 (ja) | ガスレートセンサ | |
| JP3472865B2 (ja) | ガスレートセンサの製造方法 | |
| JPH03239914A (ja) | フルイディック流量計 | |
| JP2000241204A (ja) | 流量計 | |
| JP2019196935A (ja) | 熱線式流量計 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20080531 Year of fee payment: 6 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 7 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090531 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20090531 Year of fee payment: 7 |
|
| FPAY | Renewal fee payment (prs date is renewal date of database) |
Year of fee payment: 8 Free format text: PAYMENT UNTIL: 20100531 |
|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |