JPH11281445A - Flow rate detecting element and flow sensor - Google Patents

Flow rate detecting element and flow sensor

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Publication number
JPH11281445A
JPH11281445A JP8583298A JP8583298A JPH11281445A JP H11281445 A JPH11281445 A JP H11281445A JP 8583298 A JP8583298 A JP 8583298A JP 8583298 A JP8583298 A JP 8583298A JP H11281445 A JPH11281445 A JP H11281445A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
flow rate
detecting element
flow
rate detecting
heating resistor
Prior art date
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Pending
Application number
JP8583298A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Kazuhiko Tsutsumi
和彦 堤
Yuichi Sakai
裕一 坂井
Akira Yamashita
彰 山下
Yukihisa Yoshida
幸久 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Mitsubishi Electric Corp
Original Assignee
Mitsubishi Electric Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Mitsubishi Electric Corp filed Critical Mitsubishi Electric Corp
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Publication of JPH11281445A publication Critical patent/JPH11281445A/en
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow rate detecting element or a flow rate sensor wherein the flowing direction of fluids is detected and quick responsiveness is provided. SOLUTION: In a flow rate detecting element or a flow rate sensor having this flow rate detecting element, an insulating supporting film 2 is formed in the surface of a silicon substrate, first and second heat resistors 4 and 5 made of thermo-sensitive resisting films are formed on the supporting film 2, and insulating protective films are formed on the heat resistors 4 and 5. The silicon substrate in the lower part of at least a portion of an area where the heat resistors 4 and 5 are formed is partially eliminated to form a diaphragm structure, the two heat resistors 4 and 5 are arranged side by side in the flowing direction of fluids to be measured on the insulating supporting film 2 and, thus, the flowing direction of the fluids is detected and quick responsiveness is provided.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、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、該流体の流速ないしは流量を計測する流量検
出素子及び該流量検出素子を用いた流量センサに関する
ものであって、例えば内燃機関の吸入空気量の計測等に
用いられるものに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a flow rate detecting element for measuring a flow rate or a flow rate of a fluid based on a heat transfer phenomenon from a heating element or a portion heated by the heating element to the fluid, and a flow rate detecting element. The present invention relates to a flow sensor used, for example, for measuring an intake air amount of an internal combustion engine.

【0002】[0002]

【従来の技術】流体の流速ないしは流量と、該流体中に
配置された発熱体から流体への熱伝達量との間に成立す
るほぼ一義的な関数関係を利用して、該熱伝達量に基づ
いて流体の流速ないしは流量を検出するようにした感熱
式流量検出素子、あるいは該流量検出素子を用いた流量
センサは、従来より内燃機関の吸入空気量の検出等に広
く用いられている。
2. Description of the Related Art The heat transfer amount is determined by utilizing a substantially unique functional relationship established between the flow rate or flow rate of a fluid and the heat transfer amount from a heating element disposed in the fluid to the fluid. 2. Description of the Related Art A heat-sensitive flow rate detecting element that detects a flow rate or a flow rate of a fluid based on the flow rate, or a flow rate sensor using the flow rate detecting element has been widely used for detecting an intake air amount of an internal combustion engine.

【0003】図13及び図14は、それぞれ、例えば特
公平2−50406号公報に開示されている、内燃機関
の吸入空気量を検出するための従来の熱線プローブ(感
熱式流量検出素子の1種)の斜視図及びそのXIV−X
IV線断面図である。図13及び図14において、21
は空気の流れ方向にみて上流側の発熱抵抗体であり、2
2は空気の流れ方向にみて下流側の発熱抵抗体であり、
23はコーティング薄膜であり、24は円柱状又は中空
円柱状のボビンである。
FIGS. 13 and 14 each show a conventional hot-wire probe (one type of a heat-sensitive flow rate detecting element) disclosed in, for example, Japanese Patent Publication No. 2-50406 for detecting an intake air amount of an internal combustion engine. ) And its XIV-X
FIG. 4 is a sectional view taken along line IV. 13 and FIG.
Is a heating resistor on the upstream side in the air flow direction,
2 is a heating resistor on the downstream side in the air flow direction,
Reference numeral 23 denotes a coating thin film, and reference numeral 24 denotes a cylindrical or hollow cylindrical bobbin.

【0004】このような従来の熱線プローブでは、普
通、発熱抵抗体21、22に通電される加熱電流が、図
示していない制御回路によって、温度補償用抵抗体で検
出された空気温度よりも高い一定の温度となるように制
御されている。なお、発熱抵抗体21、22で発生した
熱はほとんど温度補償用抵抗体には伝達されず、したが
って温度補償用抵抗体の温度は空気の温度とほぼ等しく
なっている。
In such a conventional hot wire probe, the heating current applied to the heating resistors 21 and 22 is usually higher than the air temperature detected by the temperature compensating resistor by a control circuit (not shown). The temperature is controlled to be constant. The heat generated by the heat generating resistors 21 and 22 is hardly transmitted to the temperature compensating resistor, so that the temperature of the temperature compensating resistor is substantially equal to the temperature of the air.

【0005】かくして、この熱線プローブにおいて、空
気が図14中の矢印A方向に流れている場合は、両発熱
抵抗体21、22はいずれも空気により冷却されるもの
の、下流側の発熱抵抗体22は上流側の発熱抵抗体21
ほどは冷却されない。このため、両発熱抵抗体21、2
2間の放散熱量の差に基づいて、空気の流れの方向を検
知することができる。また、両発熱抵抗体21、22の
放散熱量を演算することにより、空気の流速ないしは流
量を測定することができる。なお、空気が前記の場合と
は逆に、図14中の矢印B方向に流れている場合も同様
である。
Thus, in this heat ray probe, when air flows in the direction of arrow A in FIG. 14, both heating resistors 21 and 22 are cooled by air, but the heating resistor 22 on the downstream side is cooled. Is the heating resistor 21 on the upstream side
Not as cool. For this reason, both heating resistors 21 and 2
The direction of the air flow can be detected based on the difference in the amount of heat dissipated between the two. In addition, by calculating the amount of heat dissipated by both the heating resistors 21 and 22, the flow velocity or the flow rate of the air can be measured. The same applies to the case where the air flows in the direction of arrow B in FIG.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の熱
線プローブでは、計測流体の流量ないしは流速が変化し
た場合、発熱抵抗体21、22の温度変化には、該発熱
抵抗体21、22自体やコーティング薄膜23や円柱状
又は中空円柱状のボビン24の熱伝導率及び熱容量によ
って定まる時間遅れが伴われる。とくに、ボビン24が
円柱状である場合は、たとえ比較的熱伝導率の高いセラ
ミックを用いたとしても、その熱容量がかなり大きくな
り、流体の速度ないしは流量の単位時間当たりの変化が
大きいときほど、瞬時流量や流速を正確に検出するのが
困難となる。すなわち、流量センサとして要求される高
速応答性を満足することができないといった問題があ
る。さらに、熱線プローブ全体の熱容量が大きいので、
その消費電力が大きくなるといった問題もある。
In the case of this type of hot-wire probe, when the flow rate or the flow velocity of the measurement fluid changes, the temperature change of the heating resistors 21 and 22 causes the heating resistors 21 and 22 themselves and the heating resistors 21 and 22 to change. There is a time delay determined by the thermal conductivity and heat capacity of the coating thin film 23 and the cylindrical or hollow cylindrical bobbin 24. In particular, when the bobbin 24 has a cylindrical shape, even if a ceramic having a relatively high thermal conductivity is used, the heat capacity thereof becomes considerably large, and the change in the speed or flow rate of the fluid per unit time is large. It is difficult to accurately detect the instantaneous flow rate and flow velocity. That is, there is a problem that the high-speed response required as a flow sensor cannot be satisfied. Furthermore, since the heat capacity of the entire hot wire probe is large,
There is also a problem that the power consumption increases.

【0007】また、このような熱線プローブは、普通、
セラミックなどの材質で作られた円柱状又は中空円柱状
のボビン24にフィルム状の発熱抵抗体21、22を貼
り付けた後、その外周面に薄膜23でコーティングを施
すなどといった手法で製造される。そして、この製造工
程においては、フィルム状の発熱抵抗体21、22を貼
り付ける位置は高精度に位置決めしなければならず、中
空円柱状のボビン24を用いる場合はその取り扱いが難
しく、また円柱状の外周面への薄膜23のコーティング
は特殊なコーティング手法を用いなければならないの
で、該工程は非常に複雑なものとなり、該熱線プローブ
を低コストで製造するのは困難であるといった問題があ
る。
[0007] Such a hot-wire probe is usually
After the film-shaped heating resistors 21 and 22 are attached to a cylindrical or hollow cylindrical bobbin 24 made of a material such as ceramic, the outer peripheral surface is coated with a thin film 23 or the like. . In this manufacturing process, the positions where the film-shaped heat generating resistors 21 and 22 are to be attached must be positioned with high precision. When a hollow cylindrical bobbin 24 is used, it is difficult to handle the bobbin 24. Since the coating of the thin film 23 on the outer peripheral surface of the substrate must use a special coating method, the process becomes very complicated, and it is difficult to manufacture the hot wire probe at low cost.

【0008】この発明は上記従来の問題を解決するため
になされたものであって、流体の流れの方向を検出する
ことができ、消費電力が少なく、高速応答性を有し、さ
らには低コストで製造することができる流量検出素子な
いしは流量センサを得ることを目的ないしは解決すべき
課題とする。
The present invention has been made to solve the above-mentioned conventional problems, and can detect the flow direction of a fluid, has low power consumption, has high-speed response, and has a low cost. The object of the present invention is to obtain a flow rate detecting element or a flow rate sensor which can be manufactured by the method described above.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
になされたこの発明の第1の態様に係る流量検出素子
は、(a)シリコン基板(平板状基材)と、(b)シリ
コン基板の表面に形成された絶縁性の支持膜と、(c)
支持膜の上に形成され該支持膜によって支持された、感
熱抵抗膜よりなる発熱抵抗部と、(d)発熱抵抗部の上
に形成され該発熱抵抗部を保護する絶縁性の保護膜とを
備えていて、(e)発熱抵抗部が形成されている領域の
少なくとも一部の下部で、シリコン基板が部分的に除去
され、(f)発熱抵抗部によって加熱された部分から計
測流体への熱伝達現象に基づいて該計測流体の流量又は
流速を計測するようになっている感熱式流量検出素子に
おいて、(g)発熱抵抗部が、支持膜の上に計測流体の
流れの方向に並んで配置された2つの発熱抵抗を備えて
いることを特徴とするものである。
Means for Solving the Problems A flow detecting element according to a first aspect of the present invention, which has been made to solve the above-mentioned problems, comprises: (a) a silicon substrate (a flat substrate); and (b) a silicon substrate. An insulating support film formed on the surface of (c);
A heating resistor formed of a heat-sensitive resistance film formed on the support film and supported by the support film; and (d) an insulating protective film formed on the heating resistor and protecting the heating resistor. (E) the silicon substrate is partially removed below at least a part of the region where the heating resistor is formed, and (f) heat from the portion heated by the heating resistor to the measurement fluid In a thermosensitive flow rate detecting element adapted to measure a flow rate or a flow rate of the measurement fluid based on a transmission phenomenon, (g) a heating resistor is arranged on the support film in a direction of the flow of the measurement fluid. It is characterized by having two generated heating resistors.

【0010】この第1の態様に係る流量検出素子におい
ては、シリコン基板の表面に絶縁性の支持膜が形成さ
れ、該支持膜の上に感熱抵抗膜よりなる発熱抵抗部が形
成され、該発熱抵抗部の上に絶縁性の保護膜が形成さ
れ、発熱抵抗部が形成された領域の少なくとも一部の下
部のシリコン基板が部分的に除去された構造とされ、か
つ発熱抵抗部が支持膜の上に計測流体の流れの方向に並
んだ2つの発熱抵抗を備えているので、流体の流れの方
向を検出することが可能であり、また流量検出素子全体
の熱容量が極めて小さくなる。このため、流体の速度な
いしは流量の単位時間当たりの変化が大きいときでも、
瞬時流量や流速を正確に検出することができる。すなわ
ち、流体の流れの方向の検出が可能でかつ高速応答性を
有する流量検出素子を得ることができる。また、流量検
出素子全体の熱容量が極めて小さくなるので、消費電力
を大幅に低減することができる。さらに、該流量検出素
子は、半導体プロセスと同様の製造工程で作ることがで
きるので、低コストで製造することができる。
In the flow rate detecting element according to the first aspect, an insulating support film is formed on the surface of the silicon substrate, and a heat generating resistor portion made of a heat sensitive resistance film is formed on the support film. An insulating protective film is formed on the resistance portion, the silicon substrate under at least a part of the region where the heating resistor is formed is partially removed, and the heating resistor is formed of the supporting film. Since two heating resistors arranged in the direction of the flow of the measurement fluid are provided on the upper side, the direction of the flow of the fluid can be detected, and the heat capacity of the entire flow rate detection element becomes extremely small. For this reason, even when the speed or the flow rate of the fluid changes greatly per unit time,
Instantaneous flow rate and flow velocity can be accurately detected. That is, it is possible to obtain a flow rate detection element capable of detecting the direction of the flow of the fluid and having high-speed response. Further, since the heat capacity of the entire flow detecting element becomes extremely small, power consumption can be significantly reduced. Further, since the flow rate detecting element can be manufactured in the same manufacturing process as the semiconductor process, it can be manufactured at low cost.

【0011】この発明の第2の態様に係る流量検出素子
は、第1の態様に係る流量検出素子において、シリコン
基板が、支持膜が配置された方の表面とは反対側の表面
から部分的に除去されている(ダイヤフラム構造をな
す)ことを特徴とするものである。この流量検出素子に
おいては、発熱抵抗が形成された領域の少なくとも一部
を含むシリコン基板を、支持膜や発熱抵抗が形成されて
いる方の表面とは反対側の表面から部分的に除去したダ
イヤフラム構造としているので、シリコン基板を介して
の伝導による熱放出が少なくなるとともに、発熱抵抗が
形成されている面上で流体の流れが乱されることがない
ので、瞬時流量や流速をさらに正確に検出することがで
きる。
[0011] The flow rate detecting element according to a second aspect of the present invention is the flow rate detecting element according to the first aspect, wherein the silicon substrate is partially formed from a surface opposite to the surface on which the support film is disposed. (A diaphragm structure). In this flow rate detection element, a diaphragm in which a silicon substrate including at least a part of a region where a heating resistor is formed is partially removed from a surface opposite to a surface on which a supporting film and a heating resistor are formed is provided. With this structure, heat release due to conduction through the silicon substrate is reduced, and the flow of fluid is not disturbed on the surface where the heating resistor is formed. Can be detected.

【0012】この発明の第3の態様に係る流量検出素子
は、第1の態様に係る流量検出素子において、2つの発
熱抵抗が、計測流体の流れの方向に300μm未満の距
離を隔てて配置されていることを特徴とするものであ
る。この流量検出素子においては、絶縁性の支持膜の上
に計測流体の流れの方向に並んでいる2つの発熱抵抗
が、計測流体の流れの方向に300μm未満の距離を隔
てて配置されているので、流体の流れ方向にみて上流側
の発熱抵抗の出力と下流側の発熱抵抗の出力との差を十
分に得ることができ、大流量領域であっても瞬時流量や
流速を正確に検出することができる。
[0012] A flow detecting element according to a third aspect of the present invention is the flow rate detecting element according to the first aspect, wherein the two heating resistors are arranged at a distance of less than 300 μm in the flow direction of the measurement fluid. It is characterized by having. In this flow rate detecting element, the two heating resistors arranged in the direction of the flow of the measurement fluid on the insulating support film are arranged at a distance of less than 300 μm in the direction of the flow of the measurement fluid. It is possible to obtain a sufficient difference between the output of the heating resistor on the upstream side and the output of the heating resistor on the downstream side in the flow direction of the fluid, and accurately detect the instantaneous flow rate and the flow velocity even in a large flow rate region. Can be.

【0013】この発明の第4の態様に係る流量検出素子
は、第1の態様に係る流量検出素子において、2つの発
熱抵抗が、それぞれ、互いに左右対称(線対称)となる
形状を有していることを特徴とするものである。この流
量検出素子においては、絶縁性支持膜上に計測流体の流
れの方向に並んでいる2つの発熱抵抗が、左右対称形状
となっているので、2つの発熱抵抗の抵抗値の差を最小
にすることができ、2つの発熱抵抗の抵抗値の差から生
じる上流側の発熱抵抗の出力と下流側の発熱抵抗の出力
との差に加わる誤差をなくすことができ、瞬時流量や流
速をさらに正確に検出することができる。
A flow rate detecting element according to a fourth aspect of the present invention is the flow rate detecting element according to the first aspect, wherein each of the two heating resistors has a shape which is bilaterally symmetrical (linearly symmetric) to each other. It is characterized by having. In this flow rate detecting element, since the two heating resistors arranged in the direction of the flow of the measurement fluid on the insulating support film have a symmetrical shape, the difference between the resistance values of the two heating resistors is minimized. The error added to the difference between the output of the heating resistor on the upstream side and the output of the heating resistor on the downstream side resulting from the difference between the resistance values of the two heating resistors can be eliminated, and the instantaneous flow rate and the flow velocity can be more accurate. Can be detected.

【0014】この発明の第5の態様に係る流量検出素子
は、第1の態様に係る流量検出素子において、2つの発
熱抵抗のそれぞれにおいて、その第1の端部と第2の端
部とが、計測流体の流れの方向と直交する方向に関して
互いに反対側(逆側)に配置されていることを特徴とす
るものである。この流量検出素子においては、絶縁性の
支持膜の上に計測流体の流れの方向に並んでいる2つの
発熱抵抗についてそれぞれ、発熱抵抗の各端部が計測流
体の流れの方向と直交する方向に関して互いに反対側に
配置されているので、配線部(引き出し線)の幅を発熱
抵抗の幅に比べて広くすることができ、電極面積を広く
とることができる。このため、流量検出素子の信頼性が
向上し、さらには配線部での発熱が防止され、発熱によ
る影響をなくすことができる。これにより、瞬時流量や
流速をさらに正確に検出することができる。
[0014] A flow detecting element according to a fifth aspect of the present invention is the flow rate detecting element according to the first aspect, wherein the first end and the second end of each of the two heating resistors are provided. , Are arranged on opposite sides (opposite sides) with respect to a direction orthogonal to the flow direction of the measurement fluid. In this flow rate detecting element, with respect to the two heat generating resistors arranged in the direction of the flow of the measurement fluid on the insulating support film, each end of the heat generation resistor is related to the direction orthogonal to the direction of the flow of the measurement fluid. Since they are arranged on opposite sides, the width of the wiring portion (lead line) can be made wider than the width of the heating resistor, and the electrode area can be made wider. For this reason, the reliability of the flow rate detecting element is improved, and further, heat generation in the wiring portion is prevented, and the influence of the heat generation can be eliminated. Thereby, the instantaneous flow rate and the flow velocity can be detected more accurately.

【0015】この発明の第6の態様に係る流量検出素子
は、第5の態様に係る流量検出素子において、2つの発
熱抵抗のそれぞれにおいて、第1の端部を外部回路に接
続する第1の接続部(電極)と、第2の端部を外部回路
に接続する第2の接続部(電極)とが、計測流体の流れ
の方向と直交する方向に関して同じ側に配置されている
ことを特徴とするものである。この流量検出素子におい
ては、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向に並
んでいる2つの発熱抵抗の各端部が計測流体の流れ方向
と直交する方向に関して互いに反対側に配置され、かつ
外部回路との接続部が同じ側に配置されているので、該
流量検出素子と外部回路との接続が容易となり、その製
造工程が簡素なものとなる。
A flow detecting element according to a sixth aspect of the present invention is the flow rate detecting element according to the fifth aspect, wherein the first end of each of the two heating resistors is connected to an external circuit. The connection part (electrode) and the second connection part (electrode) for connecting the second end to an external circuit are arranged on the same side in a direction orthogonal to the direction of the flow of the measurement fluid. It is assumed that. In this flow rate detecting element, the respective ends of the two heating resistors arranged in the direction of the flow of the measurement fluid on the insulating support film are arranged on opposite sides with respect to the direction orthogonal to the flow direction of the measurement fluid. In addition, since the connection portion with the external circuit is arranged on the same side, the connection between the flow rate detecting element and the external circuit is facilitated, and the manufacturing process is simplified.

【0016】この発明の第7の態様に係る流量センサ
は、第1〜第6の態様のいずれか1つに係る流量検出素
子を用いて計測流体の流量を計測するようになっている
ことを特徴とするものである。すなわち、第1〜第6の
態様のいずれか1つに係る流量検出素子を用いて流量セ
ンサとしたものである。この流量センサによれば、第1
〜第6の態様に係る流量検出素子の場合と同様の作用が
得られる。
A flow rate sensor according to a seventh aspect of the present invention is adapted to measure the flow rate of a measurement fluid using the flow rate detecting element according to any one of the first to sixth aspects. It is a feature. That is, a flow rate sensor is formed using the flow rate detection element according to any one of the first to sixth aspects. According to this flow sensor, the first
The same operation as in the case of the flow rate detecting element according to the sixth to sixth aspects is obtained.

【0017】[0017]

【発明の実施の形態】実施の形態1.図1及び図2は、
それぞれ、この発明の実施の形態1に係る流量検出素子
の立面断面図及び平面図である。また、図3は、図2中
の感熱抵抗膜よりなる発熱抵抗部分を拡大して示した部
分的な平面図である。図1〜図3において、1は例えば
厚さ約0.4mmのシリコンからなる平板状基材すなわ
ちシリコン基板であり、このシリコン基板1の表面に、
例えば厚さ1μmの窒化シリコン等よりなる絶縁性の支
持膜2がスパッタ法、CVD法等を用いて形成されてい
る。そして、この支持膜2の上に、それぞれ例えば厚さ
0.2μmの白金等の感熱抵抗膜よりなる第1発熱抵抗
4及び第2発熱抵抗5が蒸着法やスパッタ法等を用いて
成膜されている。これらの発熱抵抗4、5はそれぞれ、
写真製版法、ウェットエッチング法あるいはドライエッ
チング法等を用いてパターニングされ、これにより電流
路が形成されている。ここで、第1発熱抵抗4と第2発
熱抵抗5とは、図2中に矢印Yで示す方向、すなわち通
常時における計測流体の流れの方向に並んで配置されて
いる。そして、第1発熱抵抗4と第2発熱抵抗5とは、
計測流体の流れ方向(矢印Y方向)に10μmの距離を
隔てて配置されている。さらに、両発熱抵抗4、5及び
後記の比較抵抗10ないしは支持膜2の上に、例えば厚
さ1μmの窒化シリコン等よりなる絶縁性の保護膜3が
スパッタ法、CVD法等を用いて形成されている。
DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiment 1 1 and 2
It is an elevation sectional view and a plan view of the flow rate detecting element according to Embodiment 1 of the present invention, respectively. FIG. 3 is a partial plan view showing, in an enlarged manner, a heating resistor portion made of a heat-sensitive resistor film in FIG. In FIG. 1 to FIG. 3, reference numeral 1 denotes a flat substrate or silicon substrate made of, for example, silicon having a thickness of about 0.4 mm.
For example, an insulating support film 2 made of silicon nitride or the like having a thickness of 1 μm is formed using a sputtering method, a CVD method, or the like. Then, on the support film 2, a first heating resistor 4 and a second heating resistor 5 each made of a heat-sensitive resistor film of, for example, 0.2 μm thick made of platinum or the like are formed by vapor deposition or sputtering. ing. These heating resistors 4 and 5 are respectively
Patterning is performed using a photolithography method, a wet etching method, a dry etching method, or the like, thereby forming a current path. Here, the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5 are arranged side by side in the direction indicated by the arrow Y in FIG. 2, that is, in the direction of the flow of the measurement fluid in the normal state. Then, the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5
They are arranged at a distance of 10 μm in the flow direction of the measurement fluid (the direction of arrow Y). Further, an insulating protective film 3 made of, for example, silicon nitride having a thickness of 1 μm is formed on both the heating resistors 4 and 5 and the later-described comparative resistor 10 or the support film 2 by a sputtering method, a CVD method, or the like. ing.

【0018】また、6a〜6fは、それぞれ、該流量検
出素子の各部を外部回路等に電気的に接続するための電
極(接続部)であり、この部分では電気的接続を行うた
めに保護膜3が除去されている。ここで、第1発熱抵抗
4は、比較的幅の広い配線部4a(引き出し線)を介し
て電極6dに電気的に接続される一方、比較的幅の広い
配線部4b(引き出し線)を介して電極6cに電気的に
接続されている。また、第2発熱抵抗5は、比較的幅の
広い配線部5a(引き出し線)を介して電極6aに電気
的に接続される一方、比較的幅の広い配線部5b(引き
出し線)を介して電極6bに電気的に接続されている。
Reference numerals 6a to 6f denote electrodes (connecting portions) for electrically connecting the respective portions of the flow rate detecting element to an external circuit or the like. In these portions, protective films are provided for making electrical connection. 3 have been removed. Here, the first heating resistor 4 is electrically connected to the electrode 6d via a relatively wide wiring portion 4a (lead line), while being electrically connected to the electrode 6d via a relatively wide wiring portion 4b (lead line). Is electrically connected to the electrode 6c. The second heating resistor 5 is electrically connected to the electrode 6a via a relatively wide wiring portion 5a (lead line), while being electrically connected to the electrode 6a via a relatively wide wiring portion 5b (lead line). It is electrically connected to the electrode 6b.

【0019】さらに、シリコン基板1の、支持膜2が形
成されている方の表面とは反対側の表面(裏面)に形成
された裏面保護膜7に写真製版方等を用いてエッチング
ホール8が形成された後、例えばアルカリエッチング等
を施すことによって、シリコン基板1の一部が除去さ
れ、これによりダイヤフラム9(ダイヤフラム部)が形
成されている。
Further, an etching hole 8 is formed on the back surface protective film 7 formed on the surface (back surface) of the silicon substrate 1 opposite to the surface on which the support film 2 is formed by using a photolithography method or the like. After the formation, a portion of the silicon substrate 1 is removed by performing, for example, alkali etching or the like, thereby forming the diaphragm 9 (diaphragm portion).

【0020】この流量検出素子においては、両発熱抵抗
4、5はそれぞれ、図示していない制御回路によって所
定の平均温度(一定温度)となるように制御されてい
る。該平均温度は、例えば、ダイヤフラム9が形成され
た領域の外において、流体の流れ方向上流側に設けられ
た比較抵抗10によって測定される雰囲気温度よりも2
00°Cだけ高い温度に設定される。そして、流体の流
れ方向上流側に第1発熱抵抗4が配置され、下流側に第
2発熱抵抗5が配置されている。ここで、流体の流れが
生じたときには、両発熱抵抗4、5はいずれも該流体の
流量に応じて温度が低下するが、上流側の第1発熱抵抗
4の平均温度の低下は、下流側の第2発熱抵抗5の平均
温度の低下よりも大きい。これは、上流側の第1発熱抵
抗4を通過するときに暖められた流体が下流側の第1発
熱抵抗5に到達するからである。したがって、図示して
いない回路によって、第1発熱抵抗4及び第2発熱抵抗
5の各々に一定の電圧を印加しておき、各発熱抵抗4、
5に流れる電流値を検出し、又は第1発熱抵抗4と第2
発熱抵抗5とにそれぞれ一定電流を流しておいて端子電
圧を検出し、あるいは第1発熱抵抗4と第2発熱抵抗5
の消費電力を検出するなどといった方法で、第1発熱抵
抗4と第2発熱抵抗5の温度に相当する量を計測して比
較することにより、流体の流量あるいは流速を正確に計
測することができる。
In this flow rate detecting element, both the heating resistors 4 and 5 are controlled by a control circuit (not shown) so as to have a predetermined average temperature (constant temperature). The average temperature is, for example, two times lower than the ambient temperature measured by the comparative resistance 10 provided on the upstream side in the fluid flow direction outside the region where the diaphragm 9 is formed.
The temperature is set higher by 00 ° C. The first heating resistor 4 is arranged on the upstream side in the flow direction of the fluid, and the second heating resistor 5 is arranged on the downstream side. Here, when the flow of the fluid occurs, both the heating resistors 4 and 5 decrease in temperature in accordance with the flow rate of the fluid, but the average temperature of the first heating resistor 4 on the upstream side decreases on the downstream side. Is lower than the average temperature of the second heating resistor 5. This is because the fluid heated when passing through the first heating resistor 4 on the upstream side reaches the first heating resistor 5 on the downstream side. Therefore, a predetermined voltage is applied to each of the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5 by a circuit (not shown).
5 is detected, or the first heating resistor 4 and the second
A terminal current is detected by applying a constant current to each of the heating resistors 5 or the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5 are detected.
The flow rate or flow velocity of the fluid can be accurately measured by measuring and comparing the amounts of the temperatures of the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5 by, for example, detecting the power consumption of the fluid. .

【0021】この実施の形態1では、平板状基材として
シリコン基板1を用いているので、基材厚みを非常に薄
く設定(選択)することができる。さらに、流量検出素
子の製造に、半導体プロセス、とくに精密なエッチング
技術を応用することができるので、その生産性を高める
ことができ、これにより該流量検出素子の低コスト化が
可能となる。また、支持膜2と保護膜3とを、これらの
厚さの合計が2μmとなるように、窒化シリコン等より
なる絶縁性の薄膜で形成しているので、膜厚が極めて薄
くなり、かつ熱絶縁性が良好となる。このため、ダイヤ
フラム9における発熱抵抗4、5の熱損失が極めて少な
くなり、発熱抵抗4、5で発生した熱のほとんどが、該
流量検出素子の表面上を流れる流体(空気)に伝えられ
るので、流体の流れの変化に非常に迅速に応答すること
ができる。したがって、上記発熱が流体の流量あるいは
流速を計測するためのみに利用されることになり、瞬時
流量や流速を正確に検出することができる。すなわち、
流量センサとして必要とされる高速応答性を満足するこ
とができる。さらに、流量検出素子全体の熱容量が小さ
いので、その消費電力を低減することができる。なお、
この実施の形態1を含めて、以下に述べる全ての実施の
形態ではダイヤフラムタイプの流量検出素子を一例とし
てあげているが、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。
In the first embodiment, since the silicon substrate 1 is used as the flat base material, the thickness of the base material can be set (selected) very thin. Furthermore, since a semiconductor process, particularly a precise etching technique, can be applied to the manufacture of the flow rate detecting element, the productivity can be increased, and the cost of the flow rate detecting element can be reduced. Further, since the supporting film 2 and the protective film 3 are formed of an insulating thin film made of silicon nitride or the like so that the total thickness thereof is 2 μm, the film thickness becomes extremely small and the heat is reduced. Good insulation properties. For this reason, the heat loss of the heating resistors 4 and 5 in the diaphragm 9 becomes extremely small, and most of the heat generated in the heating resistors 4 and 5 is transmitted to the fluid (air) flowing on the surface of the flow rate detecting element. It can respond very quickly to changes in fluid flow. Therefore, the heat generation is used only for measuring the flow rate or the flow rate of the fluid, and the instantaneous flow rate or the flow rate can be accurately detected. That is,
The high-speed response required as a flow sensor can be satisfied. Further, since the heat capacity of the entire flow detecting element is small, the power consumption thereof can be reduced. In addition,
In all of the embodiments described below, including the first embodiment, a diaphragm type flow detecting element is described as an example, but it goes without saying that the same effect can be obtained in the case of a bridge type flow detecting element. No.

【0022】実施の形態2.図4は、この発明の実施の
形態2に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態2に係る流量検出素子では、計測流
体の流れの方向に並んでいる第1発熱抵抗4と第2発熱
抵抗5とは、計測流体の流れの方向に100μmの距離
を隔てて配置されている。それ以外の構成は、前記の実
施の形態1に係る流量検出素子と同様である。
Embodiment 2 FIG. FIG. 4 is a plan view of a heating resistor portion of the flow rate detecting element according to Embodiment 2 of the present invention. In the flow detecting element according to the second embodiment, the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5 arranged in the flow direction of the measurement fluid are arranged at a distance of 100 μm in the flow direction of the measurement fluid. Have been. Other configurations are the same as those of the flow rate detecting element according to the first embodiment.

【0023】実施の形態3.図5は、この発明の実施の
形態3に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態3に係る流量検出素子では、計測流
体の流れの方向に並んでいる第1発熱抵抗4と第2発熱
抵抗5とは、計測流体の流れの方向に200μmの距離
を隔てて配置されている。それ以外の構成は、前記の実
施の形態1に係る流量検出素子と同様である。
Embodiment 3 FIG. FIG. 5 is a plan view of a heating resistor portion of the flow rate detecting element according to Embodiment 3 of the present invention. In the flow rate detecting element according to the third embodiment, the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5 arranged in the direction of the flow of the measurement fluid are arranged at a distance of 200 μm in the direction of the flow of the measurement fluid. Have been. Other configurations are the same as those of the flow rate detecting element according to the first embodiment.

【0024】実施の形態4.図6は、この発明の実施の
形態4に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態4に係る流量検出素子では、計測流
体の流れの方向に並んでいる第1発熱抵抗4と第2発熱
抵抗5とは、計測流体の流れの方向に300μmの距離
を隔てて配置されている。それ以外の構成は、前記の実
施の形態1に係る流量検出素子と同様である。
Embodiment 4 FIG. 6 is a plan view of a heating resistor portion of a flow rate detecting element according to Embodiment 4 of the present invention. In the flow rate detecting element according to the fourth embodiment, the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5 arranged in the flow direction of the measurement fluid are arranged at a distance of 300 μm in the flow direction of the measurement fluid. Have been. Other configurations are the same as those of the flow rate detecting element according to the first embodiment.

【0025】図7は、実施の形態1〜4に係る流量検出
素子の流量検出特性、すなわち計測流体の流量(g/
s)に対する電圧出力特性の一例を示す図である。図7
において、流量が0であるのは計測流体の流れが生じて
いない状態を意味し、流量がマイナス側の値であるのは
計測流体が逆流していることを意味している。図7から
明らかなとおり、いずれの流量検出素子においても、計
測流体の逆流を検出することができる。ここで注目され
るのは、流量がプラス側の値である場合において、流量
が150g/s程度まではいずれの流量検出素子におい
ても出力は単調に増加しているものの、両発熱抵抗4、
5が計測流体の流れの方向に300μmの距離を隔てて
配置されている実施の形態4に係る流量検出素子では、
流量が150g/s付近のところで出力が飽和している
ことである。
FIG. 7 shows the flow rate detection characteristics of the flow rate detection elements according to the first to fourth embodiments, that is, the flow rate (g / g) of the measurement fluid.
It is a figure showing an example of the voltage output characteristic to s). FIG.
In the case, the flow rate of 0 means that the flow of the measurement fluid is not generated, and the flow rate of which is a negative value means that the measurement fluid is flowing backward. As is clear from FIG. 7, any of the flow rate detection elements can detect the backflow of the measurement fluid. It should be noted here that when the flow rate is a positive value, the output of any of the flow rate detection elements monotonously increases up to a flow rate of about 150 g / s, but the two heating resistors 4
5 is arranged at a distance of 300 μm in the direction of the flow of the measurement fluid,
That is, the output is saturated at a flow rate around 150 g / s.

【0026】これは、第1発熱抵抗4と第2発熱抵抗5
とが離れすぎているため、大流量域では上流側の第1発
熱抵抗4で暖められた流体が下流側の第2発熱抵抗5に
影響をほとんで及ぼさなくなり、両発熱抵抗4、5が同
一の挙動を示してしまうからであると考えられる。した
がって、流量が150g/s以上の大流量域で流量測定
を行う流量検出素子は、計測流体の流れの方向に並んで
いる2つの発熱抵抗4、5が、計測流体の流れの方向に
300μm未満の距離を隔てて配置されていることが必
要である。もちろん、初期の発熱抵抗の設定温度を高く
することによって、流量検出素子の出力特性を改善する
ことも可能であるが、この設定温度を高くすると、消費
電力の増加を招き、かつ該流量検出素子の信頼性を低下
させるといった問題が生じることになる。
This is because the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5
Is too far away, the fluid heated by the first heating resistor 4 on the upstream side hardly affects the second heating resistor 5 on the downstream side in a large flow rate region, and the two heating resistors 4 and 5 are the same. It is thought that this is because the behavior is exhibited. Therefore, in the flow rate detecting element for performing the flow rate measurement in the large flow rate range where the flow rate is 150 g / s or more, the two heat generating resistors 4 and 5 arranged in the direction of the flow of the measurement fluid are smaller than 300 μm in the flow direction of the measurement fluid. Must be arranged at a distance from each other. Of course, it is possible to improve the output characteristics of the flow rate detecting element by increasing the initial set temperature of the heating resistor. However, if this set temperature is increased, the power consumption is increased and the flow rate detecting element is increased. This causes a problem that the reliability of the device is reduced.

【0027】実施の形態5.図8は、この発明の実施の
形態5に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態5に係る流量検出素子では、第2発
熱抵抗5と電極6aとを電気的に接続する配線部5a
(引き出し線)が、Pで示す部分では、第1発熱抵抗4
と電極6dとを電気的に接続する配線部4aに比べて細
く(幅が狭く)なっている。それ以外の構成は、前記の
実施の形態1に係る流量検出素子と同様である。
Embodiment 5 FIG. FIG. 8 is a plan view of a heating resistor portion of a flow rate detecting element according to Embodiment 5 of the present invention. In the flow detecting element according to the fifth embodiment, a wiring portion 5a for electrically connecting the second heating resistor 5 and the electrode 6a is provided.
In the portion indicated by P, the first heating resistor 4
It is thinner (narrower) than the wiring portion 4a that electrically connects the electrode 6d to the wiring portion 4a. Other configurations are the same as those of the flow rate detecting element according to the first embodiment.

【0028】この実施の形態5に係る流量検出素子につ
いて、流量検出のために電力を投入してから流量検出が
可能となるまでの時間を測定したところ、上流側からと
下流側からとでは、その時間に差があることが判明し
た。これは、第1発熱抵抗4と第2発熱抵抗5とでは、
その抵抗値に差があるため、これらが一定の温度になる
までの時間が異なることに起因しているものと考えられ
る。すなわち、この流量検出素子においては、2つの発
熱抵抗4、5がともに設定温度になるまでは、熱的なア
ンバランスが生じ、流量測定に誤差が生じることにな
る。なお、前記の実施の形態1にかかる流量検出素子で
は、第1発熱抵抗4と第2発熱抵抗5とは、配線部4
a、4b、5a、5bを含めて、同一パターン形状となっ
ており、電力を投入してから設定温度になるまでの時間
を含め、熱的に同様の挙動をとるため、電力投入直後か
ら流量検出が可能であることが判明した。したがって、
電力投入直後から流量検出が可能な流量検出素子は、配
線部4a、4b、5a、5bを含めて、両発熱抵抗4、5が
同一パターン形状であることが必要である。
With respect to the flow rate detecting element according to the fifth embodiment, the time from when power was supplied for flow rate detection to when flow rate detection became possible was measured. It turned out that there was a difference in time. This is because the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5
It is considered that the difference between the resistance values is due to the difference in the time required to reach a certain temperature. That is, in this flow rate detecting element, thermal imbalance occurs until both the heating resistors 4 and 5 reach the set temperature, and an error occurs in the flow rate measurement. In the flow rate detecting element according to the first embodiment, the first heating resistor 4 and the second heating resistor 5 are connected to the wiring section 4.
a, 4b, 5a, and 5b have the same pattern shape, and have the same thermal behavior including the time from when the power is turned on until the temperature reaches the set temperature. It turned out to be detectable. Therefore,
In the flow rate detecting element capable of detecting the flow rate immediately after the power is turned on, both the heating resistors 4 and 5 including the wiring portions 4a, 4b, 5a and 5b need to have the same pattern shape.

【0029】実施の形態6.図9は、この発明の実施の
形態6に係る流量検出素子の発熱抵抗部分の平面図であ
る。この実施の形態6に係る流量検出素子では、計測流
体の流れの方向と直交する方向に関して、2つの発熱抵
抗4、5の端部がすべて同じ側に配置され、かつ配線部
4a、4b、5a、5bもすべて同じ側に配置されてい
る。また、この流量検出素子では、配線部上に配置され
該流量検出素子の外部回路等との電気的接続を行うため
の電極6a〜6dの必要面積を確保するため、発熱抵抗
4、5の配線部4a、4b、5a、5bの幅は、実施の形態
1に係る流量検出素子の場合と同一とされている。この
ため、この実施の形態6に係る流量検出素子では、計測
流体の流れの方向に並んでいる2つの発熱抵抗4、5
は、計測流体の流れの方向に300μm(あるいは、4
00μm)の距離を隔てて配置されている。
Embodiment 6 FIG. FIG. 9 is a plan view of a heating resistor portion of a flow rate detecting element according to Embodiment 6 of the present invention. In the flow detecting element according to the sixth embodiment, the ends of the two heating resistors 4 and 5 are all arranged on the same side in the direction orthogonal to the direction of the flow of the measurement fluid, and the wiring portions 4a, 4b and 5a are provided. , 5b are all arranged on the same side. In addition, in this flow detecting element, the wiring of the heating resistors 4 and 5 is provided to secure a necessary area of the electrodes 6a to 6d which are arranged on the wiring portion and electrically connect the flow detecting element to an external circuit or the like. The widths of the portions 4a, 4b, 5a, and 5b are the same as those of the flow rate detecting element according to the first embodiment. For this reason, in the flow rate detecting element according to the sixth embodiment, the two heating resistors 4 and 5 arranged in the direction of the flow of the measurement fluid.
Is 300 μm (or 4 μm) in the direction of the flow of the measurement fluid.
00 μm).

【0030】したがって、この実施の形態6にかかる流
量検出素子では、上述したように流量が150g/s付
近のところで出力が飽和することになる。この実施の形
態6に係る流量検出素子で、両発熱抵抗4、5の計測流
体の流れの方向の間隔を300μm未満にしようとすれ
ば、配線部4a、4b、5a、5bを細くする(幅を狭く
する)必要があるが、これらを細くすると、配線部4
a、4b、5a、5bでの発熱により消費電力の増加を招
くとともに、電極面積の減少による接続部の信頼性の低
下を招くことになる。
Therefore, in the flow rate detecting element according to the sixth embodiment, the output is saturated at a flow rate near 150 g / s as described above. In the flow rate detecting element according to the sixth embodiment, if the distance between the heating resistors 4 and 5 in the direction of the flow of the measurement fluid is set to less than 300 μm, the wiring portions 4a, 4b, 5a and 5b are made thin (width). It is necessary to make the wiring portion 4 narrow.
Heat generation at a, 4b, 5a, and 5b causes an increase in power consumption and a decrease in the electrode area, thereby lowering the reliability of the connection portion.

【0031】よって、流量が150g/s以上の大流量
域で流量測定を行う流量検出素子は、前記の実施の形態
1に係る流量検出素子のように、計測流体の流れの方向
に並んでいる2つの発熱抵抗4、5のそれぞれの各端部
を、計測流体の流れ方向と直交する方向に関して反対側
に配置した上で、配線部4a、4b、5a、5bを図1に
示すような形状に形成する必要がある。このようにすれ
ば、配線部4a、4b、5a、5bの幅を発熱抵抗4、5の
幅に比べてを十分に広くすることができ、配線部4a、
4b、5a、5bでの発熱を防止することができ、該配線
部4a、4b、5a、5bでの発熱による影響をなくすこ
とができ、さらに電極6a〜6dの必要面積を確保する
ことができ、該流量検出素子の信頼性を一層向上させる
ことができる。
Therefore, the flow rate detecting elements for measuring the flow rate in the large flow rate range where the flow rate is 150 g / s or more are arranged in the flow direction of the measurement fluid, like the flow rate detecting element according to the first embodiment. After arranging the respective ends of the two heat generating resistors 4 and 5 on opposite sides with respect to a direction orthogonal to the flow direction of the measurement fluid, the wiring portions 4a, 4b, 5a and 5b are formed as shown in FIG. Must be formed. By doing so, the width of the wiring portions 4a, 4b, 5a, 5b can be made sufficiently larger than the width of the heating resistors 4, 5, and the wiring portions 4a,
4b, 5a, and 5b can be prevented from generating heat, the influence of heat generated in the wiring portions 4a, 4b, 5a, and 5b can be eliminated, and the required area of the electrodes 6a to 6d can be secured. The reliability of the flow rate detecting element can be further improved.

【0032】実施の形態7.前記の実施の形態1に係る
流量検出素子のように、計測流体の流れの方向に並んで
いる2つの発熱抵抗4、5のそれぞれの各端部を、計測
流体の流れの方向と直交する方向に関して反対側に配置
した上で、該端部に配線部4a、4b、5a、5bを接続
した流量検出素子では、該流量検出素子の外部回路等と
の電気的接続を行うための電極6a〜6dを同じ側に配
置するのが望ましい。これらの電極6a〜6dは、該流
量検出素子を制御する制御回路との接続のための電極で
あるため、同じ側に配置された場合は、該流量検出素子
と制御回路等との接続が容易となり、このため該流量検
出素子の製造工程が簡素なものとなる。
Embodiment 7 Like the flow rate detecting element according to the first embodiment, each end of the two heating resistors 4 and 5 arranged in the direction of the flow of the measurement fluid is set in the direction orthogonal to the direction of the flow of the measurement fluid. With respect to the flow rate detecting element in which the wiring sections 4a, 4b, 5a, and 5b are connected to the ends after being disposed on the opposite side with respect to the electrodes 6a to 6c for electrically connecting the flow rate detecting element to an external circuit or the like. 6d is preferably located on the same side. Since these electrodes 6a to 6d are electrodes for connection to a control circuit for controlling the flow rate detection element, when they are arranged on the same side, connection between the flow rate detection element and the control circuit or the like is easy. Therefore, the manufacturing process of the flow rate detecting element is simplified.

【0033】図10に、この発明の実施の形態7とし
て、外部回路等との電気的接続を行うための電極6a〜
6dを、各発熱抵抗4、5についてそれぞれ反対側に配
置した流量検出素子を示す。図10から明らかなとお
り、この実施の形態7に係る流量検出素子では、制御回
路との接続は複雑なものとなる。したがって、低コスト
の流量検出素子を実現するには、絶縁性の支持膜2の上
に、計測流体の流れの方向に並んでいる2つの発熱抵抗
4、5の端部を計測流体の流れ方向と直交する方向に関
して反対側に配置した上で、外部回路との接続部である
電極6a〜6dを同じ側に配置するのが望ましい。
FIG. 10 shows, as a seventh embodiment of the present invention, electrodes 6a to 6c for making electrical connection with an external circuit or the like.
Reference numeral 6d denotes a flow rate detecting element arranged on the opposite side of each of the heating resistors 4 and 5, respectively. As is clear from FIG. 10, in the flow rate detecting element according to the seventh embodiment, the connection with the control circuit is complicated. Therefore, in order to realize a low-cost flow rate detecting element, the ends of the two heating resistors 4 and 5 arranged in the direction of the flow of the measurement fluid on the insulating support film 2 are connected to the flow direction of the measurement fluid. It is desirable to arrange the electrodes 6a to 6d, which are the connection portions with the external circuit, on the same side after being arranged on the opposite side with respect to the direction orthogonal to.

【0034】実施の形態8.図11及び図12は、それ
ぞれ、前記の実施の形態1〜7に係る流量検出素子を用
いた流量センサの実施の形態を示す正面図及び側面断面
図である。図11及び図12において、11は流量検出
素子であり、12は検出管路であり、13は流体の通路
である主通路であり、14は格子状の整流器であり、1
5は制御回路が収められたケースであり、16は該流量
センサに電源を供給したり出力を取り出すためのコネク
タである。このように、実施の形態1〜7に係る流量検
出素子を組み込むことにより、これらの各実施の形態に
係る流量検出素子と同様の作用・効果を奏する流量セン
サが得られる。
Embodiment 8 FIG. FIG. 11 and FIG. 12 are a front view and a side sectional view, respectively, showing an embodiment of the flow sensor using the flow detecting elements according to the first to seventh embodiments. 11 and 12, reference numeral 11 denotes a flow detecting element, 12 denotes a detection pipe, 13 denotes a main passage which is a fluid passage, 14 denotes a grid-shaped rectifier,
Reference numeral 5 denotes a case in which a control circuit is housed, and reference numeral 16 denotes a connector for supplying power to the flow rate sensor and extracting output. As described above, by incorporating the flow rate detecting elements according to the first to seventh embodiments, a flow rate sensor having the same operation and effect as those of the flow rate detecting elements according to the respective embodiments can be obtained.

【0035】なお、以上の実施の形態においては、計測
流体の流れが矢印Y(図2、図12参照)で示す方向で
ある場合について説明しているが、計測流体が逆流する
場合、すなわち矢印Yと反対の方向の計測流体の流動
(移動)が起こる場合も、原理上は、前記のすべての実
施の形態に係る流量検出素子及び流量センサで、該逆流
を検出することができる。
In the above embodiment, the case where the flow of the measurement fluid is in the direction indicated by arrow Y (see FIGS. 2 and 12) has been described. Even in the case where the measurement fluid flows (moves) in the direction opposite to the direction Y, in principle, the backflow can be detected by the flow rate detection elements and the flow rate sensors according to all the above-described embodiments.

【0036】[0036]

【発明の効果】この発明によれば、以下に示すような顕
著な効果を奏する。すなわちこの発明の第1の態様に係
る流量検出素子によれば、シリコン基板の表面に絶縁性
の支持膜が形成され、該支持膜の上に感熱抵抗膜よりな
る発熱抵抗部が形成され、該発熱抵抗部の上に絶縁性の
保護膜が形成され、発熱抵抗部が形成された領域の少な
くとも一部の下部でシリコン基板が部分的に除去された
構造とされ、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方
向に並んだ2つの発熱抵抗が配置されているので、流体
の流れの方向を検出することが可能であり、流量検出素
子全体の熱容量が極めて小さくなる。このため、流体の
速度の単位時間当たりの変化が大きい場合でも、瞬時流
量や流速を正確に検出することができる。すなわち、流
体の流れの方向が検出可能でありかつ高速応答性を有す
る流量検出素子を得ることができる。また、流量検出素
子全体の熱容量が極めて小さくなるので、消費電力を低
減することができる。また、該流量検出素子は半導体プ
ロセスと同様の製造工程で作ることができるので、低コ
ストで製造することができる。
According to the present invention, the following remarkable effects can be obtained. That is, according to the flow rate detecting element according to the first aspect of the present invention, an insulating support film is formed on the surface of the silicon substrate, and a heat generating resistance portion made of a heat sensitive resistance film is formed on the support film. An insulating protective film is formed on the heating resistor portion, and the silicon substrate is partially removed under at least a part of the region where the heating resistor portion is formed. Since the two heat generating resistors arranged in the direction of the flow of the measurement fluid are arranged in the sensor, it is possible to detect the direction of the flow of the fluid, and the heat capacity of the entire flow rate detecting element becomes extremely small. Therefore, even when the velocity of the fluid changes greatly per unit time, the instantaneous flow rate and the flow velocity can be accurately detected. That is, it is possible to obtain a flow rate detecting element capable of detecting the direction of the flow of the fluid and having high-speed response. Further, since the heat capacity of the entire flow rate detecting element becomes extremely small, power consumption can be reduced. Further, since the flow rate detecting element can be manufactured in the same manufacturing process as the semiconductor process, it can be manufactured at low cost.

【0037】この発明の第2の態様にかかる流量検出素
子によれば、発熱抵抗部が形成された領域の少なくとも
一部を含むシリコン基板が、支持膜が形成されている方
の表面とは反対側の表面から部分的に除去されてダイヤ
フラム構造とされているので、シリコン基板を介しの伝
導による熱放出が少なくなるとともに、流体の流れが発
熱抵抗が形成されている面上で乱されることがなくな
り、瞬時流量や流速をさらに正確に検出することができ
る。
According to the flow rate detecting element according to the second aspect of the present invention, the silicon substrate including at least a part of the region where the heating resistor is formed is opposite to the surface on which the support film is formed. Since the diaphragm structure is partially removed from the side surface, heat release due to conduction through the silicon substrate is reduced, and fluid flow is disturbed on the surface where the heating resistance is formed And the instantaneous flow rate and flow velocity can be detected more accurately.

【0038】この発明の第3の態様に係る流量検出素子
によれば、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向
に並んでいる2つの発熱抵抗が、流れ方向に300μm
未満の距離を隔てて配置されているので、上流側の発熱
抵抗の出力と下流側の発熱抵抗の出力との差を十分に得
ることができ、大流量域においても瞬時流量や流速を正
確に検出することができる。
According to the flow rate detecting element of the third aspect of the present invention, the two heating resistors arranged in the direction of the flow of the measurement fluid on the insulating support film have a thickness of 300 μm in the flow direction.
It is possible to obtain a sufficient difference between the output of the heating resistor on the upstream side and the output of the heating resistor on the downstream side. Can be detected.

【0039】この発明の第4の態様に係る流量検出素子
によれば、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向
に並んでいる2つの発熱抵抗が、左右対称形状となるよ
うに形成されているので、2つの発熱抵抗の抵抗値の差
を最小にすることができ、2つの発熱抵抗の抵抗値の差
から生じる上流側の発熱抵抗の出力と下流側の発熱抵抗
の出力との差に加わる誤差をなくすことができ、瞬時流
量や流速をさらに正確に検出することができる。
According to the flow rate detecting element according to the fourth aspect of the present invention, the two heating resistors arranged in the direction of the flow of the measurement fluid on the insulating support film have a symmetrical shape. As a result, the difference between the resistance values of the two heating resistors can be minimized, and the output of the upstream heating resistor and the output of the downstream heating resistor resulting from the difference in the resistance values of the two heating resistors can be reduced. Can be eliminated, and the instantaneous flow rate and the flow velocity can be detected more accurately.

【0040】この発明の第5の態様に係る流量検出素子
によれば、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向
に並んでいる2つの発熱抵抗において、各々の発熱抵抗
の端部が計測流体の流れ方向と直交する方向に関して反
対側に配置されているので、配線部の幅を発熱抵抗の幅
に比べて広くすることができる。このため、電極面積を
広くとることができ、流量検出素子の信頼性が向上し、
さらに配線部での発熱が防止され、発熱による影響をな
くすことができ、瞬時流量や流速をさらに正確に検出す
ることができる。
According to the flow rate detecting element according to the fifth aspect of the present invention, the two heating resistors arranged in the direction of the flow of the measurement fluid on the insulating support film have the ends of the respective heating resistors. Are arranged on the opposite side with respect to the direction orthogonal to the flow direction of the measurement fluid, so that the width of the wiring portion can be made wider than the width of the heat generating resistor. Therefore, the electrode area can be increased, and the reliability of the flow rate detecting element is improved.
Further, heat generation in the wiring portion is prevented, the influence of the heat generation can be eliminated, and the instantaneous flow rate and flow velocity can be detected more accurately.

【0041】この発明の第6の態様に係る流量検出素子
によれば、絶縁性の支持膜の上に計測流体の流れの方向
に並んでいる2つの発熱抵抗体の端部が計測流体の流れ
方向と直交する方向に関して反対側に配置され、かつ外
部回路との接続部は同じ側に配置されているので、該流
量検出素子と外部回路との接続が容易になり、該流量検
出素子の製造工程が簡素なものとなる。
According to the flow rate detecting element of the sixth aspect of the present invention, the ends of the two heating resistors arranged on the insulating support film in the direction of the flow of the measurement fluid are connected to the flow of the measurement fluid. Since it is arranged on the opposite side with respect to the direction orthogonal to the direction and the connection part with the external circuit is arranged on the same side, the connection between the flow detection element and the external circuit becomes easy, and the production of the flow detection element The process becomes simple.

【0042】この発明の第7の態様にかかる流量センサ
によれば、第1〜第6の態様に係る流量検出素子を用い
ているので、これらの流量検出素子の場合と同様の効果
を奏する。
According to the flow rate sensor according to the seventh aspect of the present invention, since the flow rate detecting elements according to the first to sixth aspects are used, the same effects as in the case of these flow rate detecting elements can be obtained.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 この発明の実施の形態1に係る感熱式流量検
出素子の立面断面図である。
FIG. 1 is an elevational sectional view of a thermosensitive flow rate detecting element according to Embodiment 1 of the present invention.

【図2】 図1に示す流量検出素子の平面図である。FIG. 2 is a plan view of the flow rate detecting element shown in FIG.

【図3】 図2に示す流量検出素子の発熱抵抗部分を拡
大して示した部分的な平面図である。
FIG. 3 is a partial plan view showing, on an enlarged scale, a heating resistor portion of the flow rate detection element shown in FIG. 2;

【図4】 この発明の実施の形態2に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。
FIG. 4 is a plan view of a heating resistor portion of a flow rate detecting element according to Embodiment 2 of the present invention.

【図5】 この発明の実施の形態3に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。
FIG. 5 is a plan view of a heating resistor portion of a flow rate detecting element according to Embodiment 3 of the present invention.

【図6】 この発明の実施の形態4に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。
FIG. 6 is a plan view of a heating resistor portion of a flow rate detecting element according to Embodiment 4 of the present invention.

【図7】 この発明の実施の形態1〜4にかかる流量検
出素子の流量検出特性を示す図である。
FIG. 7 is a diagram showing a flow rate detection characteristic of the flow rate detection element according to the first to fourth embodiments of the present invention.

【図8】 この発明の実施の形態5に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。
FIG. 8 is a plan view of a heating resistor portion of a flow rate detecting element according to Embodiment 5 of the present invention.

【図9】 この発明の実施の形態6に係る流量検出素子
の発熱抵抗部分の平面図である。
FIG. 9 is a plan view of a heating resistor portion of a flow rate detecting element according to Embodiment 6 of the present invention.

【図10】 この発明の実施の形態7に係る流量検出素
子の発熱抵抗部分の平面図である。
FIG. 10 is a plan view of a heating resistor portion of a flow rate detecting element according to Embodiment 7 of the present invention.

【図11】 この発明の実施の形態8に係る流量センサ
の正面図である。
FIG. 11 is a front view of a flow sensor according to Embodiment 8 of the present invention.

【図12】 図11に示す流量センサの側面断面図であ
る。
FIG. 12 is a side sectional view of the flow sensor shown in FIG. 11;

【図13】 従来の熱線プローブの斜視図である。FIG. 13 is a perspective view of a conventional hot-wire probe.

【図14】 図13に示す従来の熱線プローブのXIV
−XIV線断面図である。
FIG. 14 shows the XIV of the conventional hot-wire probe shown in FIG.
FIG. 14 is a sectional view taken along line XIV.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリコン基板(平板状基材)、2 支持膜、3 保
護膜、4 第1発熱抵抗、4a 配線部、4b 配線
部、5 第2発熱抵抗、5a 配線部、5b 配線部、
6a 電極、6b 電極、6c 電極、6d 電極、6
e 電極、6f電極、7 裏面保護膜、8 エッチング
ホール、9 ダイヤフラム、10 比較抵抗、11 流
量検出素子、12 検出管路、13 主通路、14 整
流器、15 ケース、16 コネクタ、21 発熱抵抗
体、22 発熱抵抗体、23 コーティング薄膜、24
円柱状又は中空円柱状のボビン。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Silicon substrate (plate-shaped base material), 2 support film, 3 protective film, 4 1st heating resistance, 4a wiring section, 4b wiring section, 5 2nd heating resistance, 5a wiring section, 5b wiring section,
6a electrode, 6b electrode, 6c electrode, 6d electrode, 6
e electrode, 6f electrode, 7 back surface protective film, 8 etching hole, 9 diaphragm, 10 comparative resistance, 11 flow detection element, 12 detection conduit, 13 main passage, 14 rectifier, 15 case, 16 connector, 21 heating resistor, 22 Heating resistor, 23 Coating thin film, 24
A cylindrical or hollow cylindrical bobbin.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 吉田 幸久 東京都千代田区丸の内二丁目2番3号 三 菱電機株式会社内 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continued on the front page (72) Inventor Yukihisa Yoshida 2-3-2 Marunouchi, Chiyoda-ku, Tokyo Mitsubishi Electric Corporation

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリコン基板と、 前記シリコン基板の表面に形成された絶縁性の支持膜
と、 前記支持膜の上に形成され該支持膜によって支持され
た、感熱抵抗膜よりなる発熱抵抗部と、 前記発熱抵抗部の上に形成され該発熱抵抗部を保護する
絶縁性の保護膜とを備えていて、 前記発熱抵抗部が形成されている領域の少なくとも一部
の下部で、前記シリコン基板が部分的に除去され、前記
発熱抵抗部によって加熱された部分から計測流体への熱
伝達現象に基づいて該計測流体の流量又は流速を計測す
るようになっている感熱式流量検出素子において、 前記発熱抵抗部が、前記支持膜の上に前記計測流体の流
れの方向に並んで配置された2つの発熱抵抗を備えてい
ることを特徴とする流量検出素子。
A silicon substrate; an insulating support film formed on the surface of the silicon substrate; and a heating resistor portion formed on the support film and supported by the support film, the heating resistor portion comprising a heat-sensitive resistor film. An insulating protective film formed on the heating resistor portion to protect the heating resistor portion, wherein at least a part of a region where the heating resistor portion is formed, the silicon substrate is A heat-sensitive flow rate detecting element configured to measure a flow rate or a flow rate of the measurement fluid based on a heat transfer phenomenon from a portion heated by the heating resistance portion to the measurement fluid; The flow rate detecting element, wherein the resistance portion includes two heat generating resistors arranged on the support film in a direction of the flow of the measurement fluid.
【請求項2】 前記シリコン基板が、前記支持膜が配置
された方の表面と反対側の表面から部分的に除去されて
いることを特徴とする請求項1に記載の流量検出素子。
2. The flow detecting element according to claim 1, wherein the silicon substrate is partially removed from a surface opposite to a surface on which the support film is disposed.
【請求項3】 前記の2つの発熱抵抗が、前記計測流体
の流れの方向に300μm未満の距離を隔てて配置され
ていることを特徴とする請求項1に記載の流量検出素
子。
3. The flow rate detecting element according to claim 1, wherein the two heating resistors are arranged at a distance of less than 300 μm in a flow direction of the measurement fluid.
【請求項4】 前記の2つの発熱抵抗が、それぞれ、互
いに左右対称となる形状を有していることを特徴とする
請求項1に記載の流量検出素子。
4. The flow rate detecting element according to claim 1, wherein each of the two heat generating resistors has a shape which is symmetrical to each other.
【請求項5】 前記の2つの発熱抵抗のそれぞれにおい
て、その第1の端部と第2の端部とが、前記計測流体の
流れの方向と直交する方向に関して互いに反対側に配置
されていることを特徴とする請求項1に記載の流量検出
素子。
5. A first end and a second end of each of the two heating resistors are arranged on opposite sides in a direction orthogonal to a flow direction of the measurement fluid. The flow rate detecting element according to claim 1, wherein:
【請求項6】 前記の2つの発熱抵抗のそれぞれにおい
て、前記第1の端部を外部回路に接続する第1の接続部
と、前記第2の端部を外部回路に接続する第2の接続部
とが、前記計測流体の流れの方向と直交する方向に関し
て同じ側に配置されていることを特徴とする請求項5に
記載の流量検出素子。
6. A first connection for connecting the first end to an external circuit and a second connection for connecting the second end to an external circuit in each of the two heating resistors. The flow rate detecting element according to claim 5, wherein the part is arranged on the same side in a direction orthogonal to the direction of the flow of the measurement fluid.
【請求項7】 請求項1〜6のいずれか1つに記載の流
量検出素子を用いて計測流体の流量を計測するようにな
っていることを特徴とする流量センサ。
7. A flow rate sensor, wherein the flow rate of a measurement fluid is measured using the flow rate detection element according to claim 1.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2002022512A (en) * 2000-07-12 2002-01-23 Ricoh Co Ltd Flow sensor and composite type flowmeter
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CN111650395A (en) * 2019-03-04 2020-09-11 美蓓亚三美株式会社 Fluid sensor

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