JPS61138126A - 逆流探知装置を有する質量の空気流センサーと、それをつくる方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 イ。産業上の利用分野 本発明は空気流測定にかかわる。

口、従来の技術 既知の空気流計は、ホットフィルム風速計センサーを含
んでいる。そのようなホットフィルムワイヤすなわちホ
ットフィルム測風学によれば、細いフィルムワイヤセン
サーは石英またはガラスのような基板の上に溶着されて
いる。セラミックの巻きわくの上に自由に支えられ、ず
なわち巻がれ、そして電子感知回路と帰還回路によって
吸込み空気温度より以上のある温度に維持される非常に
細い白金またはタングステンのワイヤを使用することも
既知である。空気流の中のいかなる変化も、加熱された
ワイヤの土の空気の冷に１効果を変える。

電子回路は、熱伝達率のこの変化を感知し、そしてワイ
ヤの温度を目標値に維持するために加熱電流の変化を記
録することができる。

ホットフィルム風速計センサーは一般に、６ｔＪ。

のガラスまたは繊維の低い熱伝導率の結果として低い反
応速度を持っていた。ざらに、センサー素子の製作には
、細いワイヤすなわち石英繊維の取り扱いに大きな注意
が払われねばならない。これは生産能力を制限し、そし
て単位コストを増す。

フランクその他に発行された米国特許 第４，１２９．８４８号は、白金フィルム抵抗器装置を
教えている。絶縁基板の上に溶着された石英の層は、そ
の表面にエッチビットをつくるためにスパッタエッチさ
れている。白金の層は石英の層の上に溶着されている。

石英の第二の層は白金の層の上に溶着され、そして石英
の第二の層は覆われて、白金の層が除去されるべき地帯
で化学的にエツチングで除去される。露出した白金と第
二の石英層の一部分は、次いであらかじめ決められた形
状に白金を残してスパッタエッチで除去される。

自動車用の典型的な質量の空気流システムは、一つの熱
センサー素子を使用し、そして空気流の方向を識別する
ことができない。しかし、あるエンジンの中に吸込みと
排出の弁の重複があるとき、低ＲＰＨで高い加速率と重
い負荷のようなある作仙状態では、短時間のあいＩ、″
逆方向の空気の正味の流れがある。一つのサイクルの燃
料計測は前のサイクルの空気流ｊ＃ｔｆｌによるので、
もしこれが正常の質量の空気流の信号から分離されなけ
れば、逆流状態は重大な誤りとなることがある。空気流
システムからの電子信号の分析によって逆流の川を推測
しようとする試みがなされたが、これは全く満足なもの
ではなかった。

高い信頼性を有し、非常に低い単位コストで作られるこ
とのできる、逆流を探知し、そしてよい熱伝導率を有す
る空気流センサーの必要はなＪ３残っている。さらに、
システムのコストを下げ、そしてシステム全体の信頼性
を改善するとともにパッケージング効率を増す、逆流空
気セン１ナーを有することは有利であろう。これらは本
発明が克服する問題のいくつかでおる。

ハ８問題点を解決するための手段 逆流探知装置を有する質量の空気流センサーは、オリエ
ンティング平面内に置かルだ第一の細長く、比較的薄い
シリコン部材、およびオリエンティング平面内に置かれ
た第二と第三の細長く、比較的薄いシリコン部材を含ん
でいる。第一のシリコン部材は、酸化ケイ素被覆と金属
被覆を有している。

第二と第三のシリコン部材は第一のシリコン部材の各側
に一つ置かれ、そしておのおの酸化ケイ素被覆を有しそ
しておのおの熱電対の金属被覆を有している。熱電対の
被覆は第二と第三のシリコン部材の第一の端に第一の金
属被覆を、そして第二と第三のシリコン部材の第二の端
に第二の金属被覆を含んでいる。第一と第二の金属被覆
は、熱電対をつくるように第二と第三のシリコン部材の
一部分の上に重複地帯を有している。

もし電圧が第二と第三のシリコン部材の直列結合を横切
って測定されるならば、電圧は二つの接続点の間の温麿
差を示ず。電圧は、接続点がより高い温度にある接続極
性により、極性が正または負になる。センサーは、一つ
の接続点が加熱されることのできる第一のシリコン部材
のりぐ上流にあり、そしてもう一つの接続点が下流にあ
るように、空気流の中に取り付けられる。正常の作動中
、上流の接続点は周囲空気のＩＩＩにある。下流の接続
点は、第一のシリコン部材によって加熱された空気で暖
められた周囲より以上のある温度にある。

こうして特殊の極性の電圧が生ずる。もし逆流状態のよ
うに空気流の方向に変化があるならば、二つの熱電対の
役割は切り替えられる。

そのような逆流感知装置は有利であり、そして半導体超
小型電子技術工業に一般的な、平らなシリコンの処理技
術を使用するので１低コストの形状を使用することがで
きる。在来の写真石版技術を処理に使用することができ
る。シリコンの熱伝導率は白金のそれに匹敵するので、
応答の速度は白金ホットワイヤセンサーのそれに匹敵す
る。超小型電子技術工業に既知の製作技術の使用は、大
規模の回分処理方法が容易なために、低い単位コストと
高い信頼性をもたらす。そのうえ、シリコンからのセン
サー製作は、いかなる信号処理電子工学の組み入れをも
可能にしてシステムのコストをさらに下げ、そしてシス
テム全体の信頼性を改善するとともにパッケージング効
率を増す。

二、実施例 第１図について述べると、質量の空気流センサー１０は
、間隔を置いた口１２，１３．１４．および１５を有す
る全体的に平らなシリコン基板１１を含んでいる。口１
２と１３の中間には細長いシリコンのワイヤ部材１６が
ある。口１３と１４の中間には細長いシリコンのワイヤ
部材１７がある。口１４と１５の中間には細長いシリコ
ンのワイヤ部材１８がある。ワイヤ状部材１６゜１７、
および１８を含むシリコン基板１１は酸化されて、その
上に二酸化ケイ素のｌ！１１９をつくっている。シリコ
ン部材１７の上の酸化層１９の上には加熱金属層２０が
つくられている。

シリコン部材１６と１８の上の酸化ケイ素の層１９のお
のおのの頂面には、おのおのワイヤ状部材１６と１８の
一端に第一の金属Ｉ！１２３を、そしてシリコンのワイ
ヤ状゛部材の他端に重複する金属層２４を有する、金属
熱電対２１と２２がつくられている。金属層２３と反対
の金ｐＡ層２４の端は。

接点２５によっていっしょに接合されている。接点２６
は、金属層２４と反対の金属層２３の端につくられてい
る。接点２７はシリコン部材１７の上の金属層２０の両
端につくられている。

作動中、質ｍの空気流センサー１ｏは、接続点２１また
は２２の一つがホットフィルム素子１７のすぐ上流にあ
り、そしてもう一つが下流にあるように、空気流の中に
取り付けられる。正常の作動中、上流の接続点は周囲空
気の温度にある。下流の接続点は、ホットフィルム素子
部材１７によって加熱された空気で暖められた周囲より
以上のある温度にある。こうじで特殊の極性の電圧が接
点２６を横切って生ずる。もし逆流状態のように空気流
の方向に変化があるならば、二つの熱電対２１と２２の
役割は極性が切り替えられ、そして逆流に応答する。電
子論理は、そのような集積差動熱電対の助けで、質量の
空気流センサーシステムが正確に逆流を探知することが
できるように、組み込まれることができる。

シリコン部材の中央地帯で熱雷、対の接続点に使用する
ために用意される二つの金属フィルムの被覆は、典型的
に銅とフンスタンタン合金（銅５５％、ニッケル４５％
）である。基板１１は、直径０．０５ミリ、長さ３ミリ
の程度の寸法を有するシリコンのワイヤ状部材をつくる
製作技術を使用して食刻されることができる。二酸化ケ
イ素の被覆１９の典型的厚さは、約０．５ミクロンより
小さい。二酸化ケイ素の層は金ｆｉｆｆｌをシリコン基
板１１から電気的に絶縁する。薄い酸化物の被覆は、で
きあがった質量の空気流センサー１０の応答の速度をほ
とんど減らさない。

もちろん種々な改変は、本発明に関係ある種々な当業者
に可能であろう。例えば、基板の大きさはここに開示し
たものと変わっていてもよく、またここに開示した口も
同様である。この開示が技術を進歩させた教えに基本的
に依拠するこれらおよび他のすべての変形は、当然本発
明の範囲内にあると考えられる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例による空気流センサーの頂
部の透視図、 第２図は、本発明の一実施例による空気流センサーの底
面の透視図、 第３Ａ図、第３Ｂ図、第３Ｃ図、および第３Ｄ図は、第
１図の線■−■における、本発明の一実施例によるセン
サーの製作順序を示し、第４図は、本発明の一実施例に
よる熱電対の金属被覆の第３Ｄ図の線ＩＶ−ＩＶにおけ
る断面図である。 図面の符号１０は「質愚の空気流センサー」、１１は「
シリコン基板」、１２は「第三の口」、１３は「第一の
口」、１４は「第二の口」、１５は「第四の口」、１６
は「第二のシリコンのワイＶ部材」、１７は「第一のシ
リコンのワイヤ部材」または［ホットフィルム素子」、
１８は［第三のシリコンのワイヤ部材」、１９は「二酸
化ケイ素被覆」、２０は「金属被覆」または［金属加熱
素子Ｊ　２１．２２は「熱電対」、２３は［熱電対の第
一の金属被覆」、２４は［熱電対の第二の金属被覆」、
２５は［共通の接点Ｊまたは「結合端子」２６は「端の
接点」、２７は［接点端子Ｊを示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）逆流探知装置を有する質量の空気流センサーにし
   て、 酸化ケイ素被覆を有しそして金属被覆を有する、オリエ
   ンテイング平面内に置かれた第一の細長く、比較的薄い
   シリコン部材、 酸化ケイ素被覆を有しそしておのおの熱電対の金属被覆
   を有する、前記第一のシリコン部材の各側に一つ、前記
   オリエンテイング平面内に置かれた第二と第三の細長く
   、比較的薄いシリコン部材、を含み、そして前記熱電対
   の被覆は、前記第二と第三のシリコン部材の第一の端に
   第一の金属被覆を、そして前記第二と第三のシリコン部
   材の第二の端に第二の金属被覆を含み、前記第一と第二
   の金属被覆は、熱電対をつくるように前記第二と第三の
   シリコン部材の一部分の上に重複地帯を有する、 　ことを特徴とする逆流探知装置を有する質量の空気流
   センサー。 （２）特許請求の範囲第１項記載の逆流探知装置を有す
   る質量の空気流センサーにおいて、前記第一、第二、お
   よび第三のシリコン部材と一体の全体的に平らなシリコ
   ン基板をさらに含み、前記第一、第二、および第三のシ
   リコン部材は全体的に平行であり、そして前記シリコン
   基板の中の口を横切つて延びる、ことを特徴とする逆流
   探知装置を有する質量の空気流センサー。 （３）特許請求の範囲第２項記載の逆流探知装置を有す
   る質量の空気流センサーにおいて、 前記第一のシリコン部材の上の前記金属被覆は、前記シ
   リコン基板の第一の側に該当する第一の側にあり、そし
   て 前記第二と第三のシリコン部材の上の前記熱電対の金属
   被覆は、前記第一の側と反対の、前記シリコン基板の第
   二の側に該当する第二の側にある、ことを特徴とする逆
   流探知装置を有する質量の空気流センサー。 （４）特許請求の範囲第３項記載の逆流探知装置を有す
   る質量の空気流センサーにおいて、 前記シリコン基板の前記第二の側に置かれた前記第二と
   第三のシリコン部材の前記第一の端の間の接続端子、 をさらに含むことを特徴とする逆流探知装置を有する質
   量の空気流センサー。 （５）特許請求の範囲第４項記載の逆流探知装置を有す
   る質量の空気流センサーにおいて、 前記第二と第三のシリコン部材を横切つて結合するため
   に前記第二のシリコン部材の前記第二の端に結合された
   第一の端子と、前記第三のシリコン部材の前記第二の端
   に結合された第二の端子、をさらに含むことを特徴とす
   る逆流探知装置を有する質量の空気流センサー。 （６）特許請求の範囲第５項記載の逆流探知装置を有す
   る質量の空気流センサーにおいて、前記熱電対の金属は
   、一端の上の銅と、他端の上の銅とニツケルの合金であ
   る、ことを特徴とする逆流探知装置を有する質量の空気
   流センサー。 （７）特許請求の範囲第１項記載の逆流探知装置を有す
   る質量の空気流センサーにおいて、前記合金は銅５５％
   とニツケル４５％である、ことを特徴とする逆流探知装
   置を有する質量の空気流センサ（８）逆流探知装置を有
   する質量の空気流センサーをつくる方法にして、 口の間に三つの全体的に平行の細長いシリコンのワイヤ
   状部材が形成されるように、シリコン基板の中に四つの
   間隔を置いた前記口をつくり、二酸化ケイ素の層を作る
   ために露出したシリコンを酸化し、 前記三つのシリコン部材の中央のものの上に金属加熱素
   子をつくり、 外側のシリコン部材のいずれが前記中央のシリコン部材
   の下流にあるかを探知するように、前中央のシリコン部
   材に隣接する他の二つの前記外側のシリコンのワイヤ状
   部材の上に金属の熱探知熱電対をつくる、 諸段階を含む、ことを特徴とする逆流探知装置を有する
   質量の空気流センサーをつくる方法。 （９）特許請求の範囲第８項記載の逆流探知装置を有す
   る質量の空気流センサーをつくる方法において、 前記シリコン基板の第一の側の前記中央のシリコン部材
   の各端に接点端子をつくり、 前記第一の側と反対の、前記シリコン基板の第二の側の
   前記外側のシリコン部材の二つの端を接合する共通の接
   点をつくり、そして 前記共通の接点を有する前記端と反対の前記外側のシリ
   コン部材の各端に一つ、そして前記シリコン基板の前記
   第二の側に、二つの端の接点をつくる、 諸段階をさらに含む、ことを特徴とする逆流探知装置を
   有する質量の空気流センサーを作る方法。 （１０）逆流探知装置を有する質量の空気流センサーを
   つくる方法にして、 シリコン基板の中に第一と第二の口を作り、前記第一と
   第二の口は互いに間隔を置き、そしてそれらの間に第一
   の細長いワイヤ状シリコン部材を形成し、 前記第一の口から間隔を置いた第三の口をつくり、そし
   てそれらの間に第二の細長いワイヤ状シリコン部材を形
   成し、 前記第二の口から間隔を置いた第四の口をつくり、そし
   てそれらの間に第三の細長いワイヤ状シリコン部材を形
   成し、 前記第一、第二、および第三のシリコン部材の上に二酸
   化ケイ素の被覆をつくり、 前記第一のシリコン部材の上に導電性被覆をつくり、 一端が第一の金属の被覆であり、そして第二の端が第二
   の金属被覆であり、そして熱電対をつくる重複地帯があ
   るにように、前記第二と第三のシリコン部材の上に熱電
   対の被覆をつくり、そして前記第二と第三のシリコン部
   材の二つの端を電気的に接続するために、前記シリコン
   基板に結合端子を付ける、 ことを含む、ことを特徴とする逆流探知装置を有する質
   量の空気流センサーをつくる方法。