JPH08114617A - 流速センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 小形で量産性および信頼性があり、計測可能
範囲の広い流速センサを得ることを目的とする 【構成】 支持基部１、複数の感知作動部２およびスト
ッパ４を同一の半導体チップで形成する。支持基部１に
て流速センサを流体の流れ中に置くと、複数の感知作動
部２が流体の動圧を受けて撓む。このとき、感知作動部
２はそれぞれの外形寸法や形状の違いで撓み量が異な
る。各感知作動部２の撓み量はストッパ４で規制され、
その折損が阻止される。各感知作動部２に設けられた機
電変換部３が感知作動部２の撓みによる応力を、その応
力に応じた電気信号に変換して出力する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、流体から受ける力に
よる感知作動部の撓みから、流体の流速を検出する流速
センサに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１８は、例えば特開昭６１−１３８１
２５号公報に開示された従来の流速センサの外観を示す
斜視図である。この図１８において、１は流体の流速を
検出しようとする対象部分に取り付けられる支持基部、
２は支持基部１に一体に形成された感知作動部、５１は
感知作動部の周囲で支持基部との間に形成された隙間、
３は感知作動部２の支持基部１との付け根部に形成され
た機電変換部、５５は端子である。上記支持基部１およ
び感知作動部２は板状の半導体チップにエッチングを行
うことによって形成され、機電変換部３は半導体チップ
に不純物を注入することによって形成される。

【０００３】次に、上記流速センサの動作を説明する。
支持基部１を流速を検出しようとする対象部分に取り付
けた状態において、対象部分の周囲で一定方向に流れる
流体が感知作動部２に当たると、感知作動部２が流体の
流速に起因する動圧を受けて撓み、機電変換部３が撓み
による付け根部に生じた応力をこれに応じた電気信号に
変換して端子より外部に出力する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の流速センサ
は、以上のように感知作動部２を唯一有する構成である
ので、検出可能な流速範囲は付け根部に生じる応力が半
導体チップを構成する単結晶の弾性限界に相当する流速
までである。また、感知作動部２が支持基部１より片持
ちに延設された状態で流体の流れ方向に自由に撓む構成
であるので、上記検出可能な範囲を越える過大な流速が
感知作動部２に印加された場合、感知作動部２の付け根
部が折損するという問題を内在する。

【０００５】そこで、折損を避けるために、付け根部の
剛性を上げると、小流速での感度不足が起こるので、付
け根部の剛性を上げるのは、にわかに採用しがたいもの
である。

【０００６】この発明は上記のような課題を解決するた
めになされたもので、その主たる目的は小流速から大流
速まで検出できるように検出可能範囲を拡大することで
ある。別の目的は流速センサを半導体集積回路を製造す
るに用いられる半導体製造の薄膜形成技術、フォトリソ
グラフィ技術およびエッチング技術などの微細加工を使
用して容易に製造可能とすることである。さらに別の目
的は、流速および圧力で流量換算の容易化を可能とする
ことである。さらに別の目的は、流量換算値精度の向上
を可能とすることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載された第
１の発明に係る流速センサは、支持基部、複数の感知作
動部および機電変換部を備え、支持基部は流体の流速を
検出する対象部に取り付けるためのものであり、複数の
感知作動部は支持基部に設けられて流体から受ける動圧
で撓む撓み量を異にするものであり、機電変換部は複数
の感知作動部の撓み量を電気信号に変換するものであ
る。

【０００８】請求項２に記載された第２の発明に係る流
速センサは、第１の発明における機電変換部を、複数の
感知作動部それぞれに設けられた歪ゲージで構成したも
のである。

【０００９】請求項３に記載された第３の発明に係る流
速センサは、第１の発明における機電変換部を静電容量
体で構成し、この静電容量体は複数の感知作動部それぞ
れに設けられた一方電極と、これらの電極と所定の間隔
を以て対向配置された他方電極とからなるものである。

【００１０】請求項４に記載された第４の発明に係る流
速センサは、第１の発明における機電変換部を複数の感
知作動部それぞれに設けられた圧電変換体で構成したも
のである。

【００１１】請求項５に記載された第５の発明に係る流
速センサは、第１の発明における支持基部にストッパを
設け、このストッパが感知作動部の撓み量を規制する構
成としたものである。

【００１２】請求項６に記載された第６の発明に係る流
速センサは、第１の発明における支持基部、感知作動部
およびストッパを単一の半導体チップで構成したもので
ある。

【００１３】請求項７に記載された第７の発明に係る流
速センサは、第６の発明における単一の半導体チップを
単結晶半導体で構成したものである。

【００１４】請求項８に記載された第８の発明に係る流
速センサは、第７の発明における単結晶半導体からなる
半導体チップに設けられた複数の感知作動部の主平面
を、流体の流れの向きに対して傾斜する結晶面に構成し
たものである。

【００１５】請求項９に記載された第９の発明に係る流
速センサは、第１の発明における支持基部および感知作
動部を半導体チップで構成し、この半導体チップとは別
体にストッパを構成し、このストッパに半導体チップを
組み付ける構成としたものである。

【００１６】請求項１０に記載された第１０の発明に係
る流速センサは、第１の発明に、流体の動圧に対する静
圧を検知する圧力検知部を備えたものである。

【００１７】請求項１１に記載された第１１の発明に係
る流速センサは、第１の発明に、流体の温度を検知する
温度検知部を備えたものである。

【００１８】請求項１２に記載された第１２の発明に係
る流速センサは、流体の流速を検出する対象部に取り付
けるための支持基部、この支持基部に設けられて流体か
ら受ける動圧で撓む感知作動部、この感知作動部の撓み
量を電気信号に変換する機電変換部、および支持基部に
感知作動部の撓み量を規制するストッパを備えたもので
ある。

【００１９】請求項１３に記載された第１３の発明に係
る流速センサは、流体の流速を検出する対象部に取り付
けるための支持基部、この支持基部に設けられて流体か
ら受ける動圧で撓む感知作動部、この感知作動部の撓み
量を電気信号に変換する機電変換部、および流体の動圧
に対する静圧を検知する圧力検知部を備えたものであ
る。

【００２０】請求項１４に記載された第１４の発明に係
る流速センサは、第１３の発明における支持基部に、感
知作動部の撓み量を規制するストッパを備えたものであ
る。

【００２１】請求項１５に記載された第１５の発明に係
る流速センサは、第１３の発明または第１４の発明のい
ずれかに、流体の温度を検知する温度検知部を備えたも
のである。

【００２２】

【作用】第１の発明の流速センサは、一定方向に流れる
流体の中に置かれることによって、複数の感知作動部が
流体の動圧で撓む際に、それぞれの外形寸法や形状の違
いによって撓み量たる感度が異なる。例えば、流体の流
速が小流速の場合、高感度の感知作動部が最も多く撓
み、その次に感度のよい感知作動部がやや多く撓み、そ
の次に感度のよい感知作動部が少し撓み、最も低感度の
感知作動部が最も少なく撓む。そして、複数の感知作動
部に設けられた機電変換部が、それぞれの感知作動部の
撓みによる応力を、その応力に応じた電気信号に変換し
て出力する。結果として、小流速から大流速までの広範
囲の流速が一つの流速センサで計測可能となる。

【００２３】第２の発明の流速センサは、これを半導体
装置の製造装置にて製造する場合、複数の感知作動部に
歪ゲージを形成した後に、配線層を形成する。結果とし
て、薄膜形成回数が少ない工程で、機電変換部が製造可
能である。

【００２４】第３の発明の流速センサは、複数の感知作
動部が流体からの動圧を受けて撓むと、一方電極と他方
電極とからなる各静電容量体の電極間距離が各感知作動
部の撓み量に応じて変わり、各静電容量体の静電容量値
が変化した電気信号を出力する。また、流体が感知作動
部に当たる方向が乱れた場合でも、静電容量体の平均電
極間距離により、静電容量値が平均化される。

【００２５】第４の発明の流速センサは、これを半導体
装置の製造装置にて製造する場合、複数の感知作動部そ
れぞれに圧電膜を形成した後に、配線層を形成する。結
果として、歪ゲージのような複数の拡散抵抗体からなる
フルブリッジの構成を用いる必要がない。

【００２６】第５の発明の流速センサは、複数の感知作
動部が流体からの動圧で撓むと、感知作動部の付け根部
に生じる応力が感知作動部を構成する素材の弾性限界に
達する前に、ストッパが複数の感知作動部それぞれの撓
み量を規制する。結果として、感知作動部の素材の弾性
限界以上の応力が感知作動部の付け根部にかからず、感
知作動部の折損が阻止される。

【００２７】第６の発明の流速センサは、支持基部、複
数の感知作動部およびストッパおよび機電変換部など流
速センサに必要な構成部品および形状が、半導体集積回
路を製造するのに用いられる、半導体製造の微細加工を
使用して製造可能となる。

【００２８】第７の発明の流速センサは、半導体製造の
微細加工における異方性エッチングを使用し、複数の感
知作動部との間に所定の間隔を有するストッパの形成が
容易に可能となる。

【００２９】第８の発明の流速センサは、感知作動部の
流体の動圧を受ける主平面における流体の流れ対する角
度のばらつきが極めて少なくなり、出力特性が安定す
る。

【００３０】第９の発明の流速センサは、ストッパを構
成する部材と半導体チップとの組み付け工程は増えるも
のの、ストッパを多段化または面接触化することによ
り、感知作動部の折損を完全に阻止することが可能とな
る。

【００３１】第１０の発明の流速センサは、機電変換部
からの出力たる流速と圧力検知部からの出力たる静圧と
から流量の換算が容易に可能となる。

【００３２】第１１の発明の流速センサは、流量換算に
そのときの流体の温度を加味することにより、流量換算
値が高精度となる。

【００３３】第１２の発明の流速センサは、感知作動部
が単数の場合でも、感知作動部の撓み量を規制し、感知
作動部の折損が阻止可能となる。

【００３４】第１３の発明の流速センサは、感知作動部
が単数の場合でも、流量の換算が容易に可能となる。

【００３５】第１４の発明の流速センサは、感知作動部
が単数の場合でも、感知作動部の折損阻止機能および流
量換算容易機能を併有する。

【００３６】第１５の発明の流速センサは、感知作動部
が単数の場合でも、流量換算値が高精度となる。また
は、感知作動部が単数の場合でも、感知作動部の折損阻
止機能および流量換算値の高精度機能を併有する。

【００３７】

【実施例】以下、この発明の各実施例について図１乃至
図１７を用い、前記従来例と同一部分に同一符号を付し
て説明する。なお、実施例１〜実施例４では単結晶半導
体からなる単一の半導体チップに半導体製造上の微細加
工を行うことによって形成された流速センサの態様を図
示し、実施例５では半導体チップと別体との組み合わせ
によって形成された流速センサの態様を図示してある。

【００３８】実施例１．図１は実施例１としての流速セ
ンサの外観を示す斜視図、図２は実施例１の流速センサ
の流速に対する出力の特性を示す図、図３は実施例１の
流速センサの製造工程を示す図、図４乃至図７は実施例
１の感知作動部の受圧面の各種形状の代表的な例を示す
平面図である。

【００３９】図１において、支持基部１は複数の感知作
動部２を備える。これらの感知作動部２は、支持基部１
の上部一側縁より同一方向に向けて片持ち状態の水平に
延設されて互いに並列配置されたくし歯のように形成さ
れ、厚さ、左右の幅、支持基部１からの長さなどで決ま
る受圧面（主平面）の外形寸法および形状の違いによっ
て、流体から受ける動圧で撓む撓み量を異にするように
構成される。各感知作動部２は支持基部１との付け根部
に機電変換部３を有する。また、支持基部１は、ストッ
パ４、機電変換部３の出力電圧を平均化する電子回路
５、流体の動圧に対する静圧（側圧）を検知する圧力検
知部６および流体の温度を検知する温度検知部７を備え
る。ストッパ４は感知作動部２と同じ方向において支持
基部１の下部一側縁より水平に延設されて複数の感知作
動部２それぞれと上下方向に所定の間隔を以て対向配置
される方形状になっている。このストッパ４の感知作動
部２との間における所定の間隔は、感知作動部２の付け
根部に生じる応力が半導体チップを構成する単結晶の弾
性限界に達するよりも前に、それ以上の応力の増加を抑
えることができるように、各感知作動部２の撓み量を規
制する寸法である。ストッパ４の左右両側縁は上方に向
けて突出する補強壁８を備え、左側に位置する補強壁８
は最も左側に位置する感知作動部２との間に隙間を有
し、右側に位置する補強壁８は最も右側に位置する感知
作動部２との間に隙間を有する。これらの補強壁８の後
端は支持基部１に一体不可分に連接されている。よっ
て、補強壁８はストッパ４の形状保持および各感知作動
部２の当接による押圧力を十分に負担できる。また、機
電変換部３、電子回路５、圧力検知部６および温度検知
部７は半導体チップに不純物を注入することによって形
成される。この実施例１における各機電変換部３それぞ
れは、四つの拡散抵抗体でフルブリッジを構成した歪ゲ
ージになっている。これらの機電変換部３は電子回路５
に配線９で接続され、電子回路５は支持基部１の表面に
設けられた端子群１０に配線１１で接続され、圧力検知
部６は支持基部１の表面に設けられた上記とは別の端子
群１２に配線１３で接続され、温度検知部７は支持基部
１の表面に設けられた上記とはさらに別の端子群１４に
配線１５で接続されている。

【００４０】したがって、この図１に示した流速センサ
によれば、流速を検出するための対象部分に支持基部１
を取り付け、流速センサが一定方向に流れる流体の中に
置かれた状態においては、複数の感知作動部２が流体の
動圧で撓む。各感知作動部２の撓み量は、各感知作動部
２の外形寸法や形状の違いによって異なるため、感度も
各感知作動部２の各部の寸法によって異なる。例えば、
同一の動圧が各感知作動部２に印加された場合におい
て、左側の感知作動部２が右側の感知作動部２よりも高
感度に形成されていると仮定すると、左側の感知作動部
２の撓み量はその右隣りの感知作動部２よりも大きい値
となる。つまり、小流速のときは、左側の感知作動部２
が最も多く撓み、その右隣りの感知作動部２がやや多く
撓み、その右隣りの感知作動部２が少なく撓み、さらに
その右隣りの感知作動部２が最も少なく撓むというよう
に、左側から右側に行くに伴い、感知作動部２の撓み量
は徐々に少なくなる。そして、流速が速くなるにしたが
い、感知作動部２の自由端がストッパ４に当接した感知
作動部２はそれ以上撓まなくなる。この感知作動部２が
ストッパ４に当接した状態を微視的に観察すると、感知
作動部２はストッパ４との当接部分と感知作動部２の付
け根部とによる両端支持状態となり、その中間部がスト
ッパ４側に弧を描くような動圧を受けるけれども、その
とき、感知作動部２の付け根部に生じる応力は、感知作
動部２が片持ち状態でストッパ４の存在しないまま撓む
ときの応力の数分の一となり、感知作動部２の付け根部
に生じる応力は半導体チップを構成する単結晶の弾性限
界内に止まる。結果として、実施例１のような半導体チ
ップで作られた小型の流速センサを使用する流速検出範
囲においては、感知作動部２がその付け根部で折損する
という不都合はほとんど発生しない。

【００４１】そして、感知作動部２が動圧で撓むと、複
数の感知作動部２に設けられた各機電変換部３が撓みに
よる感知作動部２の付け根部に生じた応力をこれに応じ
た電気信号に変換して電子回路５に出力し、電子回路５
が図２に示すようなそれぞれの機電変換部３の出力の平
均化する処理を行った出力を端子群１０に送る。この図
２について考察すると、ストッパ４で撓みが規制された
感知作動部２上の機電変換部３の出力は、一定であるた
め、最も低感度の感知作動部２がストッパ４で撓みを規
制されるまで、図２に実線で示すように、合成された出
力は流速に応じ徐々に増加する。

【００４２】この図２に示す出力は流速に応じたもので
あるが、この実施例１の流速センサは同一の半導体チッ
プ内に圧力検知部６を備えるので、この圧力検知部６か
らの出力を流速センサ外部の例えばコンピュータユニッ
トに導き、同コンピュータユニットで流量に容易に換算
することができる。

【００４３】また、この実施例１の流速センサは同一の
半導体チップ内に温度検知部７を備えるので、この温度
検知部７からの出力を上記コンピュータユニットに導い
て上記流量換算に加味すれば、流量換算値の精度が高く
なる。

【００４４】さて、この実施例１の流速センサの製法に
ついて図３を参照しながら大まかに説明する。ａ図にお
いて、高純度な単結晶のシリコンウェハ２０を用いる。
そして、ｂ図において、シリコンウェハ２０の所定部位
に不純物を注入して電子回路５、圧力検知部６および温
度検知部７を形成した後に、蒸着などの薄膜形成加工に
よって感知作動部２となる酸化膜（ＳｉＯ2）２１を形
成する。引き続き、ｃ図において、エッチング加工によ
って、酸化膜２１の一部を除去して複数の感知作動部２
を形成するとともにシリコンウェハ２０の上層部を感知
作動部２の真下に位置する部分を含めて異方性エッチン
グで除去する。その後、薄膜形成加工によって各機電変
換部３としての歪ゲージのためのポリシリコン層２２を
形成する。最後に、ｄ図において、薄膜形成加工によっ
てアルミニウム層２３を形成し、このアルミニウム層２
３の不用部分をエッチングで除去することによって配線
９，１１，１３，１５および端子群１０，１２，１４を
形成する。

【００４５】一方、上記複数の感知作動部２における受
圧面について図４乃至図６を参照しながら説明する。図
４では、複数の感知作動部２は支持基部１よりの長さが
大きくなるに伴い左右の幅が小さくなる短冊状の受圧面
を有する態様になっており、上記長さを左側の感知作動
部２から右側の感知作動部２へ順にＬ１，Ｌ２，Ｌ３，
Ｌ４とし、左右の幅を左側の感知作動部２から右側の感
知作動部２へ順にＷ１，Ｗ２，Ｗ３，Ｗ４とすると、各
寸法大小はＬ１＜Ｌ２＜Ｌ３＜Ｌ４で、Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ
３＞Ｗ４の関係を有する。

【００４６】図５では、複数の感知作動部２は支持基部
１よりの長さが大きくなるに伴い左右の幅が大きくなる
短冊状の受圧面を有する態様になっており、上記長さを
左側の感知作動部２から右側の感知作動部２へ順にＬ
５，Ｌ６，Ｌ７，Ｌ８とし、左右の幅を左側の感知作動
部２から右側の感知作動部２へ順にＷ５，Ｗ６，Ｗ７，
Ｗ８とすると、各寸法大小はＬ５＜Ｌ６＜Ｌ７＜Ｌ８
で、Ｗ５＜Ｗ６＜Ｗ７＜Ｗ８の関係を有する。

【００４７】図６では、各感知作動部２の付け根部がく
びれ２ａに形成された態様になっており、この態様にあ
っては、くびれ２ａの長さＬ９が同じ寸法に設定された
場合は各感知作動部２のくびれ２ａよりも先端側（自由
端側）に位置する受圧面の面積の大きさの違いによっ
て、各感知作動部２の感度つまり撓み量が異なる。受圧
面の面積が同じ場合は、くびれ２ａの長さが違うことに
よって、各感知作動部２の感度が異なる。

【００４８】図７では各感知作動部２が付け根部から自
由端側に行くに伴い左右の幅が徐々に細くなる山形に形
成された態様を示している。結果として、これら図４乃
至図７に示した各態様により、感知作動部２は厚さ、幅
および長さで決まる受圧面の外形寸法および形状の違い
によって、流体から受ける動圧で撓む撓み量を異にする
ことが明らかになるとともに、面形状は図４乃至図７に
図示した以外の例えば円形、楕円形、菱形、多角形およ
びそれらにくびれを付加した各種の形状が適用可能であ
ることが明らかであろう。

【００４９】要するに、この実施例１によれば、支持基
部１に複数の感知作動部２を設け、これらの感知作動部
２の流体からの動圧に起因する撓み量を異にすることに
よって、小流速から大流速までの広範囲な流速を一つの
流速センサで計測することができる。特に、この点は請
求項１に対応する事項である。

【００５０】機電変換部３を複数の感知作動部２に設け
た歪ゲージで構成することによって、図３に示すよう
に、歪ゲージとなるポリシリコン層２２を形成した後
に、配線９，１１，１３，１５となるアルミニウム層２
３を形成するというように、薄膜の形状回数が少ない工
程で、機電変換部３が得られ、結果として、流速センサ
を容易に量産できる。

【００５１】支持基部１にストッパ４を設け、このスト
ッパ４で感知作動部２の撓み量を規制することによっ
て、感知作動部２の付け根部に生じる応力が半導体チッ
プを構成する単結晶の弾性限界に達するよりも前に、そ
れ以上の応力の増加を抑えることができるため、過大な
流速が感知作動部２に印加されても、感知作動部２が流
体の流れの方向に自由に撓む構成と比べて、感知作動部
２が折損することは阻止できる。

【００５２】支持基部１、感知作動部２およびストッパ
４を単一の半導体チップで構成することによって、支持
基部１、感知作動部２、ストッパ４、機電変換部３、電
子回路５、圧力検知部６および温度検知部７など、この
実施例１の流速センサの必要構成部品および形状が半導
体集積回路を製造するのに用いられてきた、半導体製造
の微細加工を使用して容易に製造できる。

【００５３】支持基部１、感知作動部２およびストッパ
４を構成する単一の半導体チップが単結晶半導体で構成
されることによって、上記半導体製造の微細加工におけ
るエッチングに異方性エッチングを使用し、複数の感知
作動部２との間に所定の間隔を有するストッパ４を容易
に形成できる。

【００５４】流体の静圧を検知する圧力検知部６を設け
ることによって、機電変換部３から電子回路５を経た出
力たる流速と圧力検知部６からの出力たる静圧とから流
量を容易に換算できる。

【００５５】流体の温度を検知する温度検知部７を設け
ることによって、上記流量換算にそのときの流体の温度
を加味して、流量換算値を高精度にすることができる。

【００５６】実施例２．図８は実施例２としての流速セ
ンサを示す断面図、図９は実施例２の流速センサの作用
を説明するための図、図１０は実施例２の流速センサの
製造工程を示す図である。

【００５７】図８において、この実施例２は機電変換部
３Ａを静電容量体に構成した点に特徴がある。具体的に
は、一方電極２５が複数の感知作動部２のストッパ４と
対向する部分の上面に設けられ、他方電極２６がストッ
パ４の各感知作動部２と対向する部分の上面に設けられ
ており、感知作動部２が流体の動圧で撓むことによっ
て、一方電極２５と他方電極２６との間の間隔（電極間
距離）が変化し、以て、静電容量体の静電容量値が変化
するように、機電変換部３Ａが構成されている。一方電
極２５と他方電極２６との組み合わせによって構成され
た複数の静電容量体は配線２７によって電気的に並列に
接続される。

【００５８】したがって、この図８に示した流速センサ
によれば、流速センサが支持基部１にて対象部分に取り
付けられ一方向に流れる流体の中に置かれ、感知作動部
２が流体からの動圧を受けて撓むと、一方電極２５と他
方電極２６とで構成される静電容量体は、図９のａ図に
示す電極間距離Ｄ１が変わるため、静電容量値が変化
し、この静電容量値の変化を電気信号に変換して端子群
２８より出力する。結果として、この流速センサによれ
ば、流速に応じた静電容量値変換を検出した出力が得ら
れる。

【００５９】また、流体が感知作動部２の受圧面たる主
平面に当たるとき、流体の主平面への当たる方向が図９
のｂ図に示すようにわずかに乱れると、感知作動部２は
ねじれ方向に乱れた応力を発生する。しかし、図９のｂ
図に示す静電容量体の平均電極間距離Ｄ２により、静電
容量値が平均化されるので、流速センサの出力に生じる
乱れは小さく抑えられる。

【００６０】結果として、この実施例２によれば、機電
変換部３Ａを静電容量体で構成したことにより、感知作
動部２のねじれによる平均化処理を行うための電子回路
５が不用となり、同電子回路５の設置スペース分だけ、
流速センサを小形化できる。

【００６１】さて、この実施例２の流速センサの製法に
ついて図１０を参照しながら大まかに説明する。ａ図に
おいて、支持基部１およびストッパ４となる高純度な単
結晶のシリコンウェハ２０を用いる。そして、ｂ図にお
いて、シリコンウェハ２０の所定部位に不純物を注入し
て他方電極２６としてのＰ+層３０を形成する。このと
き、シリコンウェハ２０の他方電極配置部以外の所定部
位にも不純物を注入して圧力検知部６および温度検知部
７を形成することによって、支持基部１に圧力検知部６
および温度検知部７を付加できる（図１参照）。その
後、薄膜形成加工によって電極間の絶縁層となる酸化膜
（ＳｉＯ2）３１を形成する。引き続き、ｃ図におい
て、薄膜形成加工によって、所定の電極間距離を得るた
めの犠牲層としてのポリシリコン層３２を絶縁層３１の
所定部位上に形成した後に、ポリシリコン層３２より露
出した絶縁層３１上およびポリシリコン層３２上に複数
の感知作動部２となる酸化膜（ＳｉＯ2）３３を形成
し、さらに、酸化膜３３上およびシリコンウェハ２０上
に一方電極２５、配線２７および端子群２８となるアル
ミニウム層３４を形成する。最後に、ｄ図において、エ
ッチング加工によって、犠牲層たるポリシリコン層３２
を全部除去する。したがって、この実施例２によれば、
流速センサが前記実施例１と同様に半導体製造の微細加
工によって容易に製造できる。

【００６２】なお、図８では他方電極２６上に絶縁層３
１の存在しない態様であり、図９では感知作動部２の下
面に一方電極２５が存在する態様であり、図１０では感
知作動部２の上面に一方電極２５が存在する態様である
が、図８は機電変換部３Ａとしての静電容量体の基本的
な構成を重視した態様を図示したものであり、図９は感
知作動部２のねじれに起因する応力の乱れの平均化を説
明する模式図であり、図１０は製法を重視した態様を図
示したものであり、それぞれの目的の相違によって、各
態様に多少の違いを生じたものであるものの、各態様は
技術的上からは実質的に同一と理解できる範疇にあるこ
とは明らかであろう。

【００６３】実施例３．図１１は実施例３としての流速
センサを示す断面図、図１２は実施例３の流速センサの
製造工程を示す図である。

【００６４】図１１において、この実施例３は機電変換
部３Ｂを圧電変換体で構成した点に特徴がある。具体的
には、ＰｚＴなどのような圧電膜が複数の感知作動部２
の付け根部に設けられており、感知作動部２が流体の動
圧で撓むことによって、圧電膜が応力を生じ、その応力
に応じた電荷を圧電膜の表面に発生するように、機電変
換部３Ｂが構成されている。圧電膜の上下方向両表面に
は電極４０，４１が接続され、これらの上下電極４０，
４１が配線４２によって電子回路５に接続される。上部
電極４０は下部電極４１と電気的に絶縁されつつ電子回
路５に配線で接続されているものの、同上部電極の電子
回路５への配線は図１１では図示されていない。

【００６５】この図１１に示した流速センサによれば、
流速センサが支持基部１にて対象部分に取り付けられ一
方向に流れる流体の中に置かれ、感知作動部２が流体か
らの動圧を受けて撓むと、機電変換部３Ｃとしての圧電
変換体が感知作動部２の撓み量に応じた電荷を電子回路
５に出力し、電子回路５が各圧電変換体からの電荷を電
圧に変換し加え合わせて端子群より出力する。結果とし
て、この流速センサによれば、流速に応じた出力が得ら
れる。

【００６６】さて、この実施例３の流速センサの製法に
ついて図１２を参照しながら大まかに説明する。ａ図に
おいて、高純度な単結晶のシリコンウェハ２０を用い
る。そして、ｂ図において、シリコンウェハ２０の所定
部位に不純物を注入して電子回路５を形成する。このと
き、前記実施例２と同様に、圧力検知部６および温度検
知部７を付加することは可能である（図１参照）。その
後、薄膜形成加工によって感知作動部２となる酸化膜
（ＳｉＯ2）４３を形成する。引き続き、ｃ図におい
て、エッチング加工によって、酸化膜４３の一部を除去
して複数の感知作動部２を形成するとともにシリコンウ
ェハ２０の上層部を感知作動部２の真下に位置する部分
を含めて異方性エッチングにて除去する。最後に、ｄ図
において、薄膜形成加工によって、下部電極４１、電子
回路５への配線４２および電極群４４となる下部アルミ
ニウム層４５を形成し、この下部アルミニウム層４５の
不用部分をエッチングで除去して下部電極４１、配線４
２および端子群４４を形成した後、下部電極４１上に圧
電膜４６を形成し、この圧電膜４６上にアルミニウム層
４７で上部電極４０を形成する。

【００６７】要するに、この実施例３によれば、機電変
換部３Ｂを圧電変換体で構成したことにより、図１に示
すような複数の拡散抵抗体を分離配置してなるフルブリ
ッジの構成が不用となり、その分、流速センサを容易に
製造できる。

【００６８】実施例４．図１３は実施例４としての流速
センサの外観を示す斜視図、図１４は図１３のＡ−Ａ線
断面図である。

【００６９】図１３において、この実施例４は複数の感
知作動部２の主平面を流体の流れの向きに対し角度をも
つ傾斜面に構成した点に特徴がある。具体的には、感知
作動部２の主平面５０は、単結晶の単一な半導体チップ
を異方性エッチングすることによって形成された結晶面
であるため、流体の流れの方向に対し、例えば１１１面
の５４．７４°の角度を有する。また、上記異方性エッ
チングが半導体チップの上面から下面にわたって行わ
れ、複数の感知作動部２相互間には半導体チップの上下
面に貫通する隙間５１が形成されており、支持基部１に
は周壁５２が複数の感知作動部２の左右外側および自由
端側から離れて囲むように連接され、この周壁５２の感
知作動部２の自由端側における一片には複数の感知作動
部２と同数のストッパ４Ａが突設される。

【００７０】したがって、この実施例４の流速センサに
よれば、図１４に示すように、感知作動部２は流体から
の動圧を受けて主平面５０の垂直方向に撓む。これは主
平面５０が流体の流れの向きに対し傾斜したことによ
り、流体が主平面に当たると、力の分解が発生するから
である。また、感知作動部２に当たった流体は各隙間５
１を通り抜けて流れて行く。

【００７１】要するに、この実施例４によれば、複数の
感知作動部２相互間、感知作動部２の周壁５２との間、
感知作動部２のストッパ４Ａとの間それぞれには、半導
体チップの上下面に貫通する隙間５１が形成されている
ので、感知作動部２に当たった流体がその流れをあまり
乱されることなく流速センサの外部へと通り抜けられ
る。結果として、この実施例４によれば、感知作動部２
の主平面５０が流体の流れに正対する場合に比べて、流
速センサを設置することによる流体の動圧損失が低減で
きる。

【００７２】また、この実施例４では、主平面５０を単
結晶半導体の結晶面で構成したことにより、感知作動部
２の流体の流れの向きに対する角度はばらつきが極めて
少なくなるので、出力特性が安定し、品質信頼性の高い
量産に優れた流速センサを得ることができる。

【００７３】さらに、この実施例４によれば、エッチン
グを半導体チップの上面から下面にわたって行うことに
よって、複数の感知作動部２とストッパ４とが左右方向
に交互に配置された形態を構成したことにより、製造工
程上で手間をかけることなく、各感知作動部２のストッ
パ４との間隔はそれぞれの感知作動部２ごとに異なる寸
法とすることができる。よって、各感知作動部２のスト
ッパ４との間隔は、計測しようとする流速範囲に応じ、
同じ寸法に設計しても、それぞれ異なる寸法に設計する
ことが容易である。

【００７４】実施例５．図１５は実施例５としての流速
センサの組み立て前の状態を示す斜視図、図１６は図１
５の流速センサの組み立てられた状態の外観を示す斜視
図、図１７は実施例５のストッパ４の変形例を説明する
ための図である。

【００７５】図１６において、この実施例５は支持基部
１および感知作動部２を半導体チップで構成し、この半
導体チップとは別体でストッパ４を構成し、このストッ
パ４を半導体チップに組み付けたことによって、流速セ
ンサを構成した点に特徴がある。

【００７６】具体的には、図１５において、薄膜形成、
フォトリソグラフィおよびエッチングなどの半導体微細
加工によって、半導体チップに支持基部１、複数の感知
作動部２、電子回路５、圧力検知部６、温度検知部７、
配線９，１１，１３，１５および端子群１０，１２，１
４を形成しておく一方、この半導体チップとは別体でス
トッパ４、補強壁８および支持基部受け５３を形成して
おく。このストッパ４、補強壁８および支持基部受け５
３を形成する素材は、例えばガラス、合成樹脂、半導体
チップまたはステアタイトのような無機材など、上記支
持基部１、複数の感知作動部２、電子回路５、圧力検知
部６、温度検知部７、配線９，１１，１３，１５および
端子群１０，１２，１４を形成する半導体チップ以外の
部材であればよい。そして、上記別々に構成したストッ
パ４、補強壁８および支持基部受けを有する別体と、支
持基部１、複数の感知作動部２、電子回路５、圧力検知
部６、温度検知部７、配線９，１１，１３，１５および
端子群１０，１２，１４を形成する半導体チップとを図
１６に示す形態となるように例えば接着材で一体に結合
する。

【００７７】したがって、この実施例５によれば、少な
くとも支持基部１および複数の感知作動部２を有する半
導体チップと、少なくともストッパ４を有する部材とを
別体に構成したことにより、図１７のａ図に示すような
ストッパの多段化、図１７のｂ図に示すようなストッパ
の面接触化の採用が容易になる。つまり、図１７のａ図
においては、第１ストッパ４Ｂと第２ストッパ４Ｃを設
け、第１ストッパ４Ｂが撓みを生じた感知作動部２の自
由端を受け止め、その後に、感知作動部２が第１ストッ
パ４Ｂとの当接部分と付け根部とによる両端支持状態と
なり、感知作動部２の中間部が第２ストッパ４Ｃ側に弧
を描くような動圧を受けた場合に、第２ストッパ４Ｃが
その感知作動部２の中間部を受け止めるように、ストッ
パを多段に構成したものである。このストッパの多段化
によって、感知作動部２の付け根部の応力の増加を、よ
り一層抑えることができ、感知作動部２の折損阻止の効
果が上がる。図１７のｂ図においては、ストッパ４Ｄの
上面を傾斜面に形成し、この傾斜面が撓みを生じた感知
作動部２を全体的に受け止めるように、面接触に構成し
たものである。このストッパ４Ｄの面接触化によって、
感知作動部２の折損は完全に阻止できる。

【００７８】結果として、この実施例５によれば、二部
材の組み付け工程は増えるものの、多段化または面接触
化のように、ストッパ４の形状選択の自由度が増し、多
段化または面接触化のいずれかを採用することによっ
て、感知作動部２が過大な流速を受けた場合でも、感知
作動部２の折損をほぼ完全に阻止することができ、信頼
性の高い流速センサが得られる。

【００７９】実施例６．上記実施例１〜５では感知作動
部２を複数設けることによって計測範囲を拡大する態様
について説明したが、この実施例６としては図示は省略
するけれども、感知作動部２を単数とし、この単数の感
知作動部２の撓み量を規制するストッパ４を支持基部１
に設けることにより、単数の感知作動部２が過大な流速
を受けても、ストッパ４が感知作動部２の折損を阻止す
る態様も可能である。

【００８０】また、感知作動部２を単数とし、支持基部
１に流体の静圧を検知する圧力検知部６を設けることに
より、流速と圧力とで流量換算が容易な流速センサを得
ることも考えられる。

【００８１】また、感知作動部２を単数とし、支持基部
１に上記ストッパ４および上記圧力検知部６を設けるこ
とにより、単数の感知作動部２の折損阻止機能および流
量換算容易機能を併有する流速センサを得ることもでき
る。

【００８２】また、感知作動部２を単数とし、支持基部
１に上記圧力検知部６および流体の温度を検知する温度
検知部７を設けることにより、単数の感知作動部２を有
する流速センサに流量換算値の精度向上機能を付加する
態様も考えられる。

【００８３】さらに、感知作動部２を単数とし、支持基
部１に上記ストッパ４および上記圧力検知部６に加え上
記温度検知部７を設けることにより、単数の感知作動部
２の折損阻止機能および流量換算値の精度向上機能を併
有した流速センサを得ることもできる。

【００８４】

【発明の効果】以上説明したように、第１の発明によれ
ば、複数の感知作動部がそれぞの外形寸法や形状や違い
によって撓み量を異にし、複数の感知作動部に設けられ
た機電変換部が、それぞれの感知作動部の撓みよる応力
を、その応力に応じた電気信号に変換して出力する構成
としたので、小流速から大流速までの広範囲の流速が一
つの流速センサで計測できるという効果がある。

【００８５】第２の発明によれば、半導体装置の製造装
置にて製造する場合、薄膜形成回数が少ない工程で、機
電変換部を製造できるという効果がある。

【００８６】第３の発明によれば、流体が感知作動部に
当たる方向が乱れた場合でも、静電容量体の平均電極間
距離により、静電容量値が平均化されるので、流速セン
サの出力に生じる乱れは小さく抑えられるという効果が
ある。加えて、感知作動部のねじれによる平均化処理を
行うための電子回路が不用となるので、その分、流速セ
ンサを小形化できるという利点がある。

【００８７】第４の発明によれば、半導体装置の製造装
置にて製造する場合、歪ゲージのような複数の拡散抵抗
体からなるフルブリッジの構成を用いる必要がないの
で、その分、流速センサを容易に製造できるという効果
がある。

【００８８】第５の発明によれば、ストッパが複数の感
知作動部それぞれの撓み量を規制するので、感知作動部
の素材の弾性限界以上の応力が感知作動部の付け根部に
かからず、感知作動部の折損を阻止できるという効果が
ある。

【００８９】第６の発明によれば、支持基部、複数の感
知作動部およびストッパおよび機電変換部など流速セン
サに必要な構成部品および形状を、半導体集積回路を製
造するのに用いられる、半導体製造の微細加工を使用し
て製造できるという効果がある。

【００９０】第７の発明によれば、半導体製造の微細加
工における異方性エッチングを使用し、複数の感知作動
部との間に所定の間隔を有するストッパが容易に形成で
きるという効果がある。

【００９１】第８の発明によれば、感知作動部の流体の
動圧を受ける主平面における流体の流れ対する角度のば
らつきが極めて少なくなり、出力特性が安定するという
効果がある。

【００９２】第９の発明によれば、ストッパを多段化ま
たは面接触化することにより、感知作動部の折損を完全
に阻止できるという効果がある。

【００９３】第１０の発明によれば、機電変換部からの
出力たる流速と圧力検知部からの出力たる静圧とから流
量の換算が容易となる流速センサを得ることができると
いうことがある。

【００９４】第１１の発明によれば、流量換算値が高精
度となる流速センサを得ることができるという効果があ
る。

【００９５】第１２の発明によれば、感知作動部が単数
の場合でも、感知作動部の撓み量を規制し、感知作動部
の折損が阻止できるという効果がある。

【００９６】第１３の発明によれば、感知作動部が単数
の場合でも、流量換算の可能な流速センサが得られると
いう効果がある。

【００９７】第１４の発明によれば、感知作動部が単数
の場合でも、感知作動部の折損阻止機能および流量換算
容易機能を併有する流速センサが得られるという効果が
ある。

【００９８】第１５の発明によれば、感知作動部が単数
の場合でも、流量換算値が高精度となる。または、感知
作動部が単数の場合でも、感知作動部の折損阻止機能お
よび流量換算値の高精度機能を併有する流速センサが得
られるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施例１の流速センサの外観を示す斜視図で
ある。

【図２】 実施例１の流速センサの特性を示す図であ
る。

【図３】 実施例１の流速センサの製造工程を示す図で
ある。

【図４】 実施例１の感知作動部の受圧面の形状を示す
平面図である。

【図５】 実施例１の感知作動部の受圧面の別の形状を
示す平面図である。

【図６】 実施例１の感知作動部の受圧面のさらに別の
形状を示す平面図である。

【図７】 実施例１の感知作動部の受圧面のさらに別の
形状を示す平面図である。

【図８】 実施例２の流速センサを示す断面図である。

【図９】 実施例２の流速センサの作用を説明するため
の図である。

【図１０】 実施例２の流速センサの製造工程を示す図
である。

【図１１】 実施例３の流速センサを示す断面図であ
る。

【図１２】 実施例３の流速センサの製造工程を示す図
である。

【図１３】 実施例４の流速センサの外観を示す斜視図
である。

【図１４】 図１３のＡ−Ａ線断面図である。

【図１５】 実施例５の流速センサの組み立て前の状態
を示す斜視図である。

【図１６】 実施例５の流速センサの組み立てられた状
態の外観を示す斜視図である。

【図１７】 実施例５のストッパの変形例を説明するた
めの図である。

【図１８】 従来の流速センサの外観を示す斜視図であ
る。

【符号の説明】

１ 支持基部、２ 感知作動部、３，３Ａ，３Ｂ 機電
変換部、４，４Ａ ストッパ、６ 圧力検知部、７ 温
度検知部、５０ 感知作動部の主平面。

Claims (15)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 流体の流速を検出する対象部に取り付け
   るための支持基部、この支持基部に設けられて流体から
   受ける動圧で撓む撓み量を異にする複数の感知作動部、
   および複数の感知作動部の撓み量を電気信号に変換する
   機電変換部を備えた流速センサ。
2. 【請求項２】 機電変換部を複数の感知作動部それぞれ
   に設けられた歪ゲージで構成したことを特徴とする請求
   項第１項記載の流速センサ。
3. 【請求項３】 機電変換部を複数の感知作動部それぞれ
   に設けられた一方電極と、これらの電極と所定の間隔を
   以て対向配置された他方電極とからなる静電容量体で構
   成したことを特徴とする請求項第１項記載の流速セン
   サ。
4. 【請求項４】 機電変換部を複数の感知作動部それぞれ
   に設けられた圧電変換体で構成したことを特徴とする請
   求項第１項記載の流速センサ。
5. 【請求項５】 支持基部に感知作動部の撓み量を規制す
   るストッパを備えたことを特徴とする請求項第１項記載
   の流速センサ。
6. 【請求項６】 支持基部、感知作動部およびストッパを
   単一の半導体チップで構成したことを特徴とする請求項
   第１項記載の流速センサ。
7. 【請求項７】 単一の半導体チップを単結晶半導体で構
   成したことを特徴とする請求項第６項に記載の流速セン
   サ。
8. 【請求項８】 単結晶半導体からなる半導体チップに設
   けられた複数の感知作動部の主平面を流体の流れの向き
   に対して傾斜する結晶面に構成したことを特徴とする請
   求項第７項記載の流速センサ。
9. 【請求項９】 支持基部および感知作動部を半導体チッ
   プで構成し、この半導体チップとは別体にストッパを構
   成し、このストッパに半導体チップを組み付けたことを
   特徴とする請求項第１項記載の流速センサ。
10. 【請求項１０】 流体の動圧に対する静圧を検知する圧
    力検知部を備えたことを特徴とする請求項第１項記載の
    流速センサ。
11. 【請求項１１】 流体の温度を検知する温度検知部を備
    えたことを特徴とする請求項第１０項記載の流速セン
    サ。
12. 【請求項１２】 流体の流速を検出する対象部に取り付
    けるための支持基部、この支持基部に設けられて流体か
    ら受ける動圧で撓む感知作動部、この感知作動部の撓み
    量を電気信号に変換する機電変換部、および支持基部に
    感知作動部の撓み量を規制するストッパを備えたことを
    特徴とする流速センサ。
13. 【請求項１３】 流体の流速を検出する対象部に取り付
    けるための支持基部、この支持基部に設けられて流体か
    ら受ける動圧で撓む感知作動部、この感知作動部の撓み
    量を電気信号に変換する機電変換部、および流体の動圧
    に対する静圧を検知する圧力検知部を備えたことを特徴
    とする流速センサ。
14. 【請求項１４】 支持基部に感知作動部の撓み量を規制
    するストッパを備えたことを特徴とする請求項第１３項
    記載の流速センサ。
15. 【請求項１５】 流体の温度を検知する温度検知部を備
    えたことを特徴とする請求項第１３または請求項１４の
    いずれかに記載の流速センサ。