JPH10260069A - 流量検出素子の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 応答性、検出感度に優れ、かつ機械的強度が
大きな感熱抵抗膜を有する流量検出素子の製造方法を得
る。 【解決手段】 平板状基材１上に絶縁性の支持膜２と、
発熱抵抗膜４のパターンと、中間膜１１と、計測流体の
流れの方向に並んだ２つの感熱抵抗膜よりなる測温抵抗
５、６のパターンと、保護膜３を有する感熱型流量検出
素子を製造する方法において、発熱抵抗４のパターンの
少なくとも一部が、測定抵抗５、６とオーバラップする
ように形成する工程を具備する流量検出素子の製造方法
である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は発熱体を備え、発熱
体あるいは発熱体によって加熱された部分から、流体へ
の熱伝達現象に基づいて流体の流速あるいは流量を計測
する流量検出素子の製造方法に関するものであり、例え
ば内燃機関の吸入空気量を計測する場合等に用いられ
る。

【０００２】

【従来の技術】図８は、例えば特公平５−７６５９号公
報に示されている従来の感熱式流量検出素子の平面図
（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）である。図において１は
シリコン半導体よりなる平板状基材、２は窒化シリコン
よりなる絶縁性の支持膜、４は感熱抵抗であるパーマロ
イよりなる発熱抵抗、５及び６は感熱抵抗であるパーマ
ロイよりなる測温抵抗、３は窒化シリコンよりなる絶縁
性の保護膜である。平板状基材１には空気スペース９が
設けられており、ブリッジ１３を形成している。空気ス
ペース９は窒化シリコンをいためないエッチング液を用
いて開口部８からシリコン半導体の一部を除去して形成
されている。測温抵抗５、６は発熱抵抗４を挟んで流れ
の方向に平面的に並んでいる。また７は感熱抵抗である
パーマロイよりなる比較抵抗である。

【０００３】このような従来の流量検出素子では、発熱
抵抗４に通電する加熱電流が、図示しない制御回路によ
って比較抵抗７で検出された平板状基材１の温度より２
００℃高い一定の温度になるように制御されている。発
熱抵抗４の下部には空気スペース９があるため、発熱抵
抗４で発生した熱はほとんど比較抵抗７まで伝導せず、
従って比較抵抗７の温度は空気温度とほぼ等しくなって
いる。

【０００４】発熱抵抗４で発生した熱は支持膜２や保護
膜３を伝導して測温抵抗５、６に伝えられる。図８
（ａ）に示すように発熱抵抗４と測温抵抗５、６は対称
の形状であるため空気の流れがない場合は測温抵抗５と
測温抵抗６の抵抗値に差は生じないが、空気の流れがあ
る場合は、上流側にある測温抵抗５または６は冷却され
下流側にある測温抵抗は発熱抵抗４から空気に伝達され
た熱によって上流側の測温抵抗ほど冷却されない。例え
ば矢印１０に示す方向に気流が生じた場合、測温抵抗５
は測温抵抗６よりも低い温度となり、両者の抵抗値の差
は流速が大きいほど拡大される。従って測温抵抗５と６
の抵抗値の差を検出することによって流速が測定され
る。

【０００５】また、流れの方向が矢印１０と逆の方向に
なった場合は、測温抵抗６の方が測温抵抗５の温度より
も低くなることから、流体の流れの方向を検出すること
も可能である。

【０００６】以上は、ブリッジタイプの感熱式流量検出
素子の従来例であるが、他にダイヤフラムタイプの感熱
式流量検出素子がある。図９にはダイヤフラムタイプの
従来の感熱式流量検出素子の平面図及びＢ−Ｂ断面図を
示している。図において１〜１０は図８に示したブリッ
ジタイプの流量検出素子と同一のものである。１２は平
板状基材１の支持膜２が構成された面と反対面から平板
状基材１の一部をエッチング等の手段により除去した凹
部である。したがって支持膜２と保護膜３は発熱抵抗４
と測温抵抗５、６を挟んでダイヤフラム１４を構成する
ことになる。このような構成では図８に示したブリッジ
タイプの流量検出素子に比べて高い強度を得ることがで
きるが、一方でブリッジタイプに比べるとダイヤフラム
１４が全周で支持されているので応答性に劣る。流体の
流速検出の原理はブリッジタイプと同様である。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、感熱式流量
検出素子では計測流体の流量や流速が変化した場合、支
持膜２、発熱抵抗４および測温抵抗５、６を含む感熱抵
抗膜の温度は、感熱抵抗膜あるいは保護膜３の熱伝導率
と熱容量で決まる遅れを生じる。上記のような従来の流
量検出素子の場合は、発熱抵抗４の温度は制御される
が、その横にある測温抵抗５、６の温度は制御されてい
ないため、特に測温抵抗５、６の温度変化が正確な流量
や流速を検出できる所定の温度となるまでに時間を要
す。計測流体の流量や流速が常に変化し続ける場合にお
いては、測温抵抗５、６の温度は瞬時流量や瞬時流速を
正確に示す温度になることはない。また、流体の速度の
時間当たりの変化が大きいほど、正確な瞬時流量や流速
を検出することが困難となる。即ち、流量センサとして
の応答性が悪いということである。

【０００８】この問題は、支持膜２や保護膜４あるいは
感熱抵抗膜の厚さを薄くすることによって解決する方向
に作用するが、その場合ブリッジ１３やダイヤフラム１
４の強度が著しく低下し、流量検出素子の信頼性が低下
するという問題がある。

【０００９】例えば、内燃機関の吸入空気量を計測する
場合、吸入空気は回転数に応じた脈動流となり、特に高
負荷域においては流量変動幅が非常に大きく、また高回
転域では流量変動の速度が早いため、応答性の良い流量
センサが求められる。さらに内燃機関では吸入空気の最
大流速が２００ｍ／ｓ近くに達する場合もあるため流量
検出素子には所定の強度が要求される。

【００１０】しかし、従来の流量検出素子を用いた流量
センサでは応答性を早くするためには強度を落とさねば
ならず、内燃機関の吸入空気量の計測には適した設計が
非常に困難であった。

【００１１】この発明は上述のような課題を解決するた
めになされたもので、第１の目的は支持膜や保護膜の厚
さを薄くすることなく応答性の良い流量検出素子の製造
方法を得ることにある。

【００１２】また、第２の目的は上記第１の目的を達成
しつつ検出感度の高い流量検出素子の製造方法を得るこ
とにある。

【００１３】さらに、第３の目的は強度と応答性の両立
する流量検出素子の製造方法を得ることにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
平板状基材の表面に絶縁性の支持膜を形成する第１の工
程と、該支持膜上に、感熱抵抗体よりなる発熱抵抗のパ
ターンを形成する第２の工程と、該発熱抵抗上に、絶縁
性の中間膜を形成する第３の工程と、該中間膜上に、計
測流体の流れの方向に並んだ２つの感熱抵抗体よりなる
測温抵抗のパターンを、少なくとも一部が前記発熱抵抗
のパターンとオーバラップするように形成する第４の工
程と、該測温抵抗上に絶縁性の保護膜を形成する第５の
工程と、前記支持膜、発熱抵抗及び測温抵抗を含む感熱
抵抗膜の領域の少なくとも一部の下部にある前記平板状
基材を除去する第６の工程とを具備する流量検出素子の
製造方法である。

【００１５】請求項２に係る発明は、平板状基材の表面
に絶縁性の支持膜を形成する第１の工程と、該支持膜上
に計測流体の流れの方向に並んだ２つの感熱抵抗体より
なる測温抵抗のパターンを形成する第２の工程と、該測
温抵抗上に、絶縁性の中間膜を形成する第３の工程と、
該中間膜上に、感熱抵抗体よりなる発熱抵抗のパターン
を、少なくとも一部が前記測温抵抗のパターンとオーバ
ラップするように形成する第４の工程と、該発熱抵抗上
に、絶縁性の保護膜を形成する第５の工程と、前記支持
膜、測温抵抗及び発熱抵抗を含む感熱抵抗膜の領域の少
なくとも一部の下部にある前記平板状基材を除去する第
６の工程とを具備する流量検出素子の製造方法である。

【００１６】請求項３に係る発明は、請求項１または２
記載の流量検出素子の製造方法において、第６の工程に
おいて、平板状基材を、感熱抵抗膜を形成した面の反対
側の面から部分的に除去し、ダイアフラム構造とするも
のである。

【００１７】請求項４に係る発明は、請求項１または２
記載の流量検出素子の製造方法において、第６の工程に
おいて、平板状基材を、感熱抵抗膜を形成した面から部
分的に除去し、ブリッジ構造とするものである。

【００１８】請求項５に係る発明は、請求項１ないし４
のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法において、
第２の工程において、パターンの断面をテーパ状に形成
するものである。

【００１９】請求項６に係る発明は、請求項１ないし５
のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法において、
中間膜の熱伝導率が、絶縁性の支持膜の熱伝導率と同じ
か高い材料で形成するものである。

【００２０】請求項７に係る発明は、請求項１ないし６
のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法において、
中間膜の厚みを、支持膜の厚みより薄く形成するもので
ある。

【００２１】請求項８に係る発明は、請求項１ないし７
のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法において、
中間膜が窒化シリコンであるものである。

【００２２】請求項９に係る発明は、請求項１ないし８
のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法において、
発熱抵抗のパターンの計測流体の流れ方向に対して直交
する方向における長さが、測温抵抗のパターンの計測流
体の流れ方向に対して直交する方向における長さよりも
長いものである。

【００２３】請求項１０に係る発明は、請求項１ないし
９のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法におい
て、２つの測温抵抗のパターンの一部が、測定流体の流
れ方向において、発熱抵抗のパターンとオーバラップし
ないものである。

【００２４】請求項１１に係る発明は、請求項１ないし
１０のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法におい
て、発熱抵抗のパターンの計測流体の流れ方向長さが、
計測流体の流れに対して直交する方向の長さよりも長い
ものである。

【００２５】

【発明の実施の形態】

実施の形態１．図１は、この発明の一実施の形態である
感熱型の流量検出素子の平面図（ａ）と断面図（ｂ）を
示すものである。図において、１はシリコンよりなる平
板状基板、２は平板状基板１に形成された厚さ２μｍの
窒化シリコンよりなる絶縁性の支持膜、４は支持膜２上
に形成された厚さ０．２μｍの白金等の感熱抵抗体より
なる発熱抵抗、７は支持膜２上に形成された厚さ０．２
μｍの白金等の感熱抵抗体よりなる比較抵抗、１１は発
熱抵抗４及び比較抵抗７を覆うように形成された厚さ１
μｍの窒化シリコンよりなる絶縁性の中間膜、５および
６はそれぞれ中間膜１１を介して発熱抵抗４と重なるよ
うに形成された厚さ０．２μｍの白金等の感熱抵抗体よ
りなる測温抵抗、３は測温抵抗５、６を覆うように形成
された厚さ１μｍの窒化シリコンよりなる絶縁性の保護
膜、１５ａ〜１５ｈは流量検出素子の外部との電気的接
続を行うための電極、１２は平板状基板１の裏面に形成
された凹部、１４はダイアフラム１４、１６は厚さ１μ
ｍの窒化シリコンよりなる絶縁性の裏面保護膜である。
以下に、図１に示した感熱型流量検出素子の製造方法を
説明する。

【００２６】まず、例えば、厚さ約０．４ｍｍのシリコ
ンよりなる平板状基材の表面に厚さ２μｍの窒化シリコ
ンよりなる絶縁性の支持膜２をスパッタ、ＣＶＤあるい
はスピンコート等の方法で形成し、支持膜２上に、厚さ
０．２μｍの白金等の感熱抵抗体よりなる発熱抵抗膜
を、蒸着あるいはスパッタ法等で成膜する。この発熱抵
抗膜を写真製版、ウエットあるいはドライエッチング等
の方法を用いて所定のパターン幅でパターンニングし、
所定のパターン幅の電流路が形成された発熱抵抗４とす
る。

【００２７】次に、発熱抵抗４の上に、厚さ１μｍの窒
化シリコンよりなる絶縁性の中間膜１１をスパッタ、Ｃ
ＶＤ等の方法で形成し、さらに、その上に例えば厚さ
０．２μｍの白金等の感熱抵抗体を蒸着あるいはスパッ
タ等の方法で成膜した後、写真製版、ウエットあるいは
ドライエッチング等の方法を用いて、発熱抵抗体４と重
なる所定のパターン幅の電流路が形成された測温抵抗
５、６と発熱抵抗体４から離れた位置に比較抵抗７を形
成する（測温抵抗５、６及び比較抵抗７はそれぞれ外部
との電気的接続を行うための電極を有する）。

【００２８】さらに、測温抵抗５、６及び比較抵抗７を
覆うように厚さ１μｍの窒化シリコンよりなる絶縁性の
保護膜３をスパッタ、ＣＶＤあるいはスピンコート等の
方法で形成する。

【００２９】発熱抵抗体４と測温抵抗５、６はオーバー
ラップしているが、薄い絶縁性の中間膜１１によって電
気的に絶縁されている。中間膜１１の厚さは絶縁性が確
保されていれば１μｍ以下でもなんら問題はない。

【００３０】１５ａ〜１５ｈは感熱型流量検出素子の外
部との電気的接続を行うための電極であり、この部分は
保護膜３が除去されている。

【００３１】次に、平板状基材１の支持膜２が形成され
ている面とは逆の面に、厚さ１μｍの窒化シリコン膜か
らなる裏面保護膜１６を成膜し、この裏面保護膜１６に
写真製版等の方法でエッチングホール１７を形成後、例
えばアルカリエッチング等を施し、平板状基材１の一部
を除去して凹部１２を形成することによって、感熱抵抗
膜（ダイヤフラム）１４を形成する。

【００３２】以上のようにして製造された感熱型流量検
出素子は、発熱抵抗４を図示しない制御回路によって所
定の平均温度に制御するが、計測流体の流速が早いほ
ど、計測流体上流部の表面温度が低く、下流部の表面温
度が高くなるように温度分布が変化する。

【００３３】図６は流量検出素子の流れ方向断面の表面
温度分布であり、図１の流量検出素子における断面Ａ−
Ａ間の表面温度分布の実測値を空気流速０ｍ／ｓ（実
線）と空気流速１７ｍ／ｓ（一点鎖線）の場合について
記載している。Ｌ２はダイヤフラム１４の幅、Ｌ３は発
熱抵抗４の幅、Ｌ４は測温抵抗５の幅、Ｌ４’は測温抵
抗６の幅を表している。矢印１０に示す方向に計測流体
の移動が生じた場合、Ｌ４の平均温度はＬ４’の平均温
度より低くなっている。従って図示しない回路によって
測温抵抗５と測温抵抗６の各々に一定の電圧を与えてお
き、各々に流れる電流値を検出し比較したり、あるいは
測温抵抗５と測温抵抗６の各々に一定電流を流しておき
端子電圧を検出し比較したり、さらには測温抵抗５と測
温抵抗６の消費電力を検出し比較するといった方法で、
流体の流量あるいは流速が計測できる。

【００３４】本実施の形態では、発熱抵抗４と測温抵抗
５、６の間が薄い絶縁性の中間膜１１を介してオーバー
ラップしているので発熱抵抗４と測温抵抗５、６は電気
的に絶縁されながら、熱的には強い結合を持つことにな
り、応答性がよくなる。

【００３５】また、測温抵抗と発熱抵抗とを、支持膜２
より薄い絶縁性の中間膜１１を介してオーバラップして
いるので測温抵抗と発熱抵抗間の電気的な絶縁性を保っ
たまま熱的な結合を高めるとともに、ダイヤフラム１４
の機械的な強度も保持することができる。

【００３６】図８及び図９に示した従来例において、発
熱抵抗４と測温抵抗５、６のパターン幅を５μｍ、パタ
ーン間距離を５μｍに設計（パターン幅やパターン間距
離は５μｍより小さくすることも可能であるが、製造時
の歩留まり等を考慮すれば５μｍ程度がリーズナブルな
値である）されていたとすれば、発熱抵抗４の上流部中
心と測温抵抗５の中心の間、及び発熱抵抗４の下流部中
心と測温抵抗６の中心の間の距離であるＬ１、Ｌ１’
（発熱抵抗４と測温抵抗５、６の間の熱抵抗に寄与する
距離）は５０μｍにもなるが、この実施の形態では、発
熱抵抗４と測温抵抗５、６が厚さ１μｍの中間膜１１を
介して重なっているため、発熱抵抗４と測温抵抗５、６
の間の熱抵抗は従来例に比べて極めて小さくなる。従っ
て計測流体の流量あるいは流速が急激に変化した場合、
測温抵抗５、６は発熱抵抗４の流れ方向における温度分
布を極めて早く検出でき、応答性の良い流量検出素子が
得られる。

【００３７】そして、応答速度を向上させるとともに、
ダイヤフラム１３の厚さを大きくしより高いダイヤフラ
ム強度を得ることができることを意味している。

【００３８】また、本実施の形態の構成をブリッジタイ
プの流量検出素子に適用すれば、より応答性の高い流量
検出素子が得られ、しかも、ブリッジの機械的強度も保
持することができる。

【００３９】ブリッジタイプの流量検出素子は、窒化シ
リコンからなる保護膜３の一部に開口部を設け、保護膜
３をいためないエッチング液を用いて上記開口部から感
熱抵抗膜１４の下部のシリコンよりなる平板状基板１の
一部を除去することにより形成することができる。

【００４０】図１においては、中間膜１１と支持膜２を
窒化シリコン膜のような熱伝導率の大きいもので構成し
たが、中間膜１１の熱伝導率が高いものであればよく、
支持膜２の熱伝導率は中間膜１１より小さくても、測温
抵抗５、６と発熱抵抗４間の電気的な絶縁性を保ったま
ま、熱的な結合を高いものとすることができる。

【００４１】なお、本実施の形態では平板状基材１の表
面に支持膜２、発熱抵抗４、中間膜１１、測温抵抗５及
び６、保護膜３の順に膜を構成しているが、以下に述べ
る全ての実施の形態において、図２の平面図（ａ）及び
断面図（ｂ）に示すように、平板状基材１の表面に支持
膜２、測温抵抗５及び６、中間膜１１、発熱抵抗４、保
護膜３の順に膜を構成しても同様の効果が得られる。

【００４２】また、本実施の形態を含め、以下に述べる
全ての実施の形態において、ダイヤフラムタイプの流量
検出素子を例として挙げているが、ブリッジタイプの流
量検出素子の場合も同様の効果が得られることは言うま
でもない。

【００４３】実施の形態２．図３は、この発明の他の実
施の形態を示す平面図（ａ）及びＡ−Ａ断面図（ｂ）断
面図である。図において、１〜１４、１６、１７は、上
記実施の形態１と同一のものを示し、図１及び２に示し
た流量検出素子の外部との電気的接続を行うための電極
１５は省略している。この実施の形態では、発熱抵抗４
の流れ方向１０に直交する方向の長さＬ９が、測温抵抗
５、６の流れ方向１０に直交する方向の長さＬ１０より
も長くなっている。

【００４４】図７は、流量検出素子の流れに垂直方向断
面の表面温度分布であり、図３の流量検出素子における
断面Ｂ−Ｂ間の表面温度分布の実測値を空気流速０ｍ／
ｓ（実線）と空気流速１７ｍ／ｓ（一点鎖線）の場合に
ついて記載している。Ｌ８はダイヤフラム１４の幅、Ｌ
９は発熱抵抗の幅を表している。

【００４５】図７から明らかなように、発熱抵抗４の中
央部の温度分布は略平坦であり、端部に近づくに従い温
度勾配が大きくなっている。温度勾配の大きな部分の温
度は流量検出素子の寸法や構成材料の不均一性によって
バラツキが大きくなる傾向にある。

【００４６】本実施の形態のように構成された流量検出
素子においては、発熱抵抗４の流れ方向に直交する方向
において略中央部において測温抵抗５、６がオーバーラ
ップしている。発熱抵抗４の流れ方向に直交する方向の
温度分布の略中央部の温度勾配が小さく温度の高い部分
に測温抵抗５、６が配置されているので流量あるいは流
速計測の精度が安定な流量検出素子が得られる。

【００４７】なお、測温抵抗５、６は流れ方向に直交す
る方向において発熱抵抗４の略中央部に設けられ、長さ
Ｌ１０は、長さＬ９の１／２以下の長さであることが、
安定な測定精度を得る上で望ましい。

【００４８】実施の形態３．図４は、この発明の他の実
施の形態を示す平面図（ａ）及び断面図（ｂ）である。
図において１〜１７は、上記実施の形態３と同一のもの
を示す。本実施の形態では、測温抵抗５の上流側端部と
測温抵抗６の下流側端部の一部を発熱抵抗４とオーバー
ラップしないように構成している。Ｌ７及びＬ７’は測
温抵抗５及び６の流れ方向の幅である。

【００４９】図６において、流速０ｍ／ｓの温度分布と
１７ｍ／ｓの温度分布を比較すると幅Ｌ４における平均
温度差（流速０ｍ／ｓと１７ｍ／ｓの温度差）よりも幅
Ｌ７における平均温度差が大きくなっている。一方、幅
Ｌ４’における平均温度差と幅Ｌ７’における平均温度
差には大差がない。

【００５０】測温抵抗５の上流側端部と測温抵抗６の下
流側端部の一部を発熱抵抗４とオーバーラップしないよ
うに構成することによって、発熱抵抗４上のより温度の
低い部分とより温度の高い部分の差を測温抵抗５と測温
抵抗６によって計ることができ、流量検出素子の流速あ
るいは流量の変化に対する計測感度を高めることができ
る。

【００５１】なお、計測感度を高める上で、測温抵抗５
と測温抵抗６の間は発熱抵抗４の流れ方向の幅Ｌ３の略
中央部にＬ３の１／３程度の長さに設定されることが望
ましく、また、測温抵抗４及び測温抵抗５の流れ方向の
幅Ｌ７、Ｌ７’は発熱抵抗４の幅の半分程度になってい
ることが望ましい。

【００５２】実施の形態４．図５は、この発明の他の実
施の形態を示す断面図（ａ）と平面図（ｂ）である。図
において１〜１７は、上記実施の形態１と同一のものを
示す。本実施の形態では、発熱抵抗４の流れ方向の長さ
Ｌ１１を流れに対して直交する方向の長さＬ１２より長
くしている。

【００５３】このように構成された流量検出素子では流
量あるいは流速が遅いときと早いときの発熱抵抗４の流
れ方向の温度分布が拡大され、従って流れがある時の測
温抵抗５と測温抵抗６の温度差を大きくとることがで
き、計測感度の高い流量検出素子が得られる。

【００５４】実施の形態５．本実施の形態は、図１に示
した発熱抵抗体４の断面形状がテーパ状に形成されてい
る点を除けば、上記実施の形態１ないし４で説明した構
成と同一のものである。

【００５５】支持膜２上に例えば厚さ０．２μｍの白金
等の感熱抵抗膜を蒸着やスパッタ等の方法で成膜し、写
真製版、ウエットあるいはドライエッチング等の方法を
用いてパターンニングにより電流路が形成された感熱抵
抗４を形成する工程において、例えば、ドライエッチン
グの際、写真製版に用いるマスクを回折限界よりも細い
幅の回折格子にしてピッチ一定で幅を変化させることに
よりレジストをテーパー状に製版し、イオンミリング装
置によりドライエッチングでパターンニングにより電流
路を形成することによって、発熱抵抗４の断面形状をテ
ーパー状にすることができる。

【００５６】本実施の形態では、発熱抵抗４の断面がテ
ーパー形状を有するので、窒化シリコンよりなる絶縁性
の中間膜１１の表面はなだらかになり、測温抵抗５、６
は断線等の欠陥がなくなり、より信頼性の高い素子とな
る。

【００５７】なお、図２に示した構成において、測温抵
抗５、６の断面形状を上記のテーパ状に形成する方法で
テーパ状にすることによって、測温抵抗５、６の上に成
膜する窒化シリコンよりなる絶縁性の中間膜１１の表面
はなだらかになり、中間膜１１の上に形成する発熱抵抗
４は断線等の欠陥がなくなり、より信頼性の高い素子と
なる。

【００５８】以上の実施の形態において、計測流体の流
れが矢印１０で示した方向にある場合を述べてきたが、
逆流を検出する場合は矢印１０と反対の方向に計測流体
の移動が起こり、全ての実施の形態において原理上逆流
を検出することが可能である。また、発熱抵抗４、測温
抵抗５、６は、図面においてわかりやすいようにパター
ン幅、パターン間距離を大きめに図示しているが、実際
にはさらに細かなパターンニングがなされる場合もあ
る。

【００５９】

【発明の効果】この発明は以上説明したように構成され
ているので、以下に示すような効果を奏する。請求項１
及び２に係る発明によれば、支持膜上の測温抵抗のパタ
ーンと発熱抵抗のパターンとが、絶縁性の薄い中間膜を
介してオーバラップするように形成するので、測温抵抗
と発熱抵抗間において、電気的な絶縁性を保ったまま熱
的な結合を高め、測温抵抗部温度の応答遅れを小さくで
き、流量検出素子の応答性を改善することができる。

【００６０】請求項３に係る発明によれば、応答速度を
向上させるとともに、感熱抵抗膜の厚さを大きくし、よ
り高いダイヤフラム強度を得ることができる

【００６１】請求項４に係る発明によれば、応答速度を
向上させるとともに、感熱抵抗膜の厚さを大きくし、よ
り高いブリッジ強度を得ることができる。

【００６２】請求項５に係る発明によれば、支持膜上に
感熱抵抗体よりなる発熱抵抗または測温抵抗のパターン
を形成する第２の工程において、パターンの断面をテー
パ状に形成するするようにしたので、中間膜上に形成す
る測温抵抗または発熱抵抗の断線等による信頼性の低下
を防止できる。

【００６３】請求項６に係る発明によれば、絶縁性の中
間膜の熱伝導率を絶縁性の支持膜の熱伝導率と同じか高
い材料で形成したので測温抵抗と発熱抵抗間の電気的な
絶縁性を保ったまま、さらに熱的な結合を高めることが
でき、流量検出素子の応答性を改善することができる。

【００６４】請求項１１に係る発明は、請求項１ないし
１０のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法におい
て、発熱抵抗のパターンの計測流体の流れ方向長さが、
計測流体の流れに対して直交する方向の長さよりも長い
ものである。

【００６５】請求項７に係る発明によれば、中間膜の厚
みを、支持膜の厚みより薄く形成することによって、測
温抵抗と発熱抵抗間の電気的な絶縁性を保ったまま、一
層熱的な結合を高めることができ、流量検出素子の応答
性を改善できる。

【００６６】請求項８に係る発明によれば、中間膜を窒
化シリコンにて形成することによって、測温抵抗と発熱
抵抗間の電気的な絶縁性を保ったまま、極めて熱的な結
合を高めることができ、流量検出素子の応答性を改善す
ることができる。

【００６７】請求項９に係る発明によれば、発熱抵抗の
パターンの計測流体の流れ方向に対して直交する方向に
おける長さが、測温抵抗のパターンの計測流体の流れ方
向に対して直交する方向における長さよりも長いものと
することによって、発熱抵抗の中央部の均一な温度分布
の領域に測温抵抗をオーバラップさせ、安定した流量、
流速の測定ができる。

【００６８】請求項１０に係る発明によれば、２つの測
温抵抗のパターンの一部が、測定流体の流れ方向におい
て、発熱抵抗のパターンとオーバラップしないようにす
ることによって、上流側測温抵抗と下流側測温抵抗の温
度差をさらに大きくして計測感度を高めることができ
る。

【００６９】請求項１０に係る発明によれば、発熱抵抗
のパターンの計測流体の流れ方向長さが、計測流体の流
れに対して直交する方向の長さよりも長くすることによ
り、発熱抵抗上の上流部温度と下流部温度の差が拡大
し、発熱抵抗とオーバーラップして設けられた測温抵抗
の温度差をさらに大きくして計測感度を高めることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明の一実施の形態を示す流量検出素子
の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図２】 この発明の他の実施の形態を示す流量検出素
子の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図３】 この発明の他の実施の形態を示す流量検出素
子の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図４】 この発明の他の実施の形態を示す流量検出素
子の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図５】 この発明の他の実施の形態を示す流量検出素
子の平面図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図６】 一実施の形態における流量検出素子の測定流
体の流れ方向断面の表面温度分布である。

【図７】 他の実施の形態における流量検出素子の測定
流体の流れに垂直方向断面の表面温度分布である。

【図８】 従来の流量検出素子（ブリッジ型）の平面図
（ａ）および断面図（ｂ）である。

【図９】 従来の流量検出素子（ダイヤフラム型）の平
面図（ａ）および断面図（ｂ）である。

【符号の説明】

１ 平板状基材、２ 支持膜、３ 保護膜、４ 発熱抵
抗、５ 測温抵抗、６測温抵抗、７ 比較抵抗、８ 開
口部、９ 空気スペース、１０ 矢印、１１中間膜、１
２ 凹部、１３ 感熱抵抗膜（ブリッジ）、１４ 感熱
抵抗膜（ダイヤフラム）、１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，１
５ｄ，１５ｅ，１５ｆ，１５ｇ，１５ｈ 電極、１６
裏面保護膜、１７ エッチングホール

Claims (11)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 平板状基材の表面に絶縁性の支持膜を形
   成する第１の工程と、該支持膜上に、感熱抵抗体よりな
   る発熱抵抗のパターンを形成する第２の工程と、該発熱
   抵抗上に、絶縁性の中間膜を形成する第３の工程と、該
   中間膜上に、計測流体の流れの方向に並んだ２つの感熱
   抵抗体よりなる測温抵抗のパターンを、少なくとも一部
   が前記発熱抵抗のパターンとオーバラップするように形
   成する第４の工程と、該測温抵抗上に絶縁性の保護膜を
   形成する第５の工程と、前記支持膜、発熱抵抗及び測温
   抵抗を含む感熱抵抗膜の領域の少なくとも一部の下部に
   ある前記平板状基材を除去する第６の工程とを具備する
   ことを特徴とする流量検出素子の製造方法。
2. 【請求項２】 平板状基材の表面に絶縁性の支持膜を形
   成する第１の工程と、該支持膜上に計測流体の流れの方
   向に並んだ２つの感熱抵抗体よりなる測温抵抗のパター
   ンを形成する第２の工程と、該測温抵抗上に、絶縁性の
   中間膜を形成する第３の工程と、該中間膜上に、感熱抵
   抗体よりなる発熱抵抗のパターンを、少なくとも一部が
   前記測温抵抗のパターンとオーバラップするように形成
   する第４の工程と、該発熱抵抗上に、絶縁性の保護膜を
   形成する第５の工程と、前記支持膜、測温抵抗及び発熱
   抵抗を含む感熱抵抗膜の領域の少なくとも一部の下部に
   ある前記平板状基材を除去する第６の工程とを具備する
   ことを特徴とする流量検出素子の製造方法。
3. 【請求項３】 第６の工程において、平板状基材を、感
   熱抵抗膜を形成した面の反対側の面から部分的に除去
   し、ダイアフラム構造とすることを特徴とする請求項１
   または２記載の流量検出素子の製造方法。
4. 【請求項４】 第６の工程において、平板状基材を、感
   熱抵抗膜を形成した面から部分的に除去し、ブリッジ構
   造とすることを特徴とする請求項１または２記載の流量
   検出素子の製造方法。
5. 【請求項５】 第２の工程において、パターンの断面を
   テーパ状に形成するすることを特徴とする請求項１ない
   し４のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法。
6. 【請求項６】 中間膜の熱伝導率が、絶縁性の支持膜の
   熱伝導率と同じか高い材料で形成することを特徴とする
   請求項１ないし５のいずれかに記載の流量検出素子の製
   造方法。
7. 【請求項７】 中間膜の厚みを、支持膜の厚みより薄く
   形成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか
   に記載の流量検出素子の製造方法。
8. 【請求項８】 中間膜が窒化シリコンであることを特徴
   とする請求項１ないし７のいずれかに記載の流量検出素
   子の製造方法。
9. 【請求項９】 発熱抵抗のパターンの計測流体の流れ方
   向に対して直交する方向における長さが、測温抵抗のパ
   ターンの計測流体の流れ方向に対して直交する方向にお
   ける長さよりも長いことを特徴とする請求項１ないし８
   のいずれかに記載の流量検出素子の製造方法。
10. 【請求項１０】 ２つの測温抵抗のパターンの一部が、
    測定流体の流れ方向において、発熱抵抗のパターンとオ
    ーバラップしないことを特徴とする請求項１ないし９の
    いずれかに記載の流量検出素子の製造方法。
11. 【請求項１１】 発熱抵抗のパターンの計測流体の流れ
    方向長さが、計測流体の流れに対して直交する方向の長
    さよりも長いことを特徴とする請求項１ないし１０のい
    ずれかに記載の流量検出素子の製造方法。