KR100499227B1 - 물리량 검출장치, 물리량 검출장치의 제조방법 및 물리량검출장치를 사용한 차량제어시스템 - Google Patents

물리량 검출장치, 물리량 검출장치의 제조방법 및 물리량검출장치를 사용한 차량제어시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 목적은 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않고, 구조가 간단한 물리량 검사장치, 그것의 제조방법 및 물리량 검출장치를 사용하여 신뢰성이 향상한 차량 제어시스템을 제공하는 것에 있다. 공기유량 센서(20)는 반도체기판(11)에 형성된 발열 저항체(12H)와, 측온 저항체(12C)를 구비하고 있다. 발열 저항체(12H)는 두께가 얇은 부(11A)에 형성되어 있다. 발열 저항체(12H)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출도체(13H1, 13H2)를 거쳐 전극(14H1, 14H2)에 접속되어 있다. 전극(14H1)에 접속된 제 2 인출도체(15H1)는 공기유량 센서(10)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있다. 전극(14H2)에 접속된 제 2 인출도체(15H2, 15H3)도 공기유량 센서(10)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있으나, 도중에 단선부(16)가 설치되어 있어, 전기적으로는 도통으로 되어 있다.

Description

물리량 검출장치, 물리량 검출장치의 제조방법 및 물리량 검출장치를 사용한 차량제어시스템 {DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL QUANTITY, METHOD OF MANUFACTURE THEREOF, AND VEHICLE CONTROL SYSTEM USING DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL QUANTITY}
본 발명은 유량, 압력, 온도, 습도, 가속도, 가스농도 등의 물리량을 검출하는 물리량 검출장치, 물리량 검출장치의 제조방법 및 물리량 검출장치를 사용한 차량제어시스템에 관한 것으로, 특히 소형의 센서를 사용하는 것에 적합한 물리량 검출장치, 물리량 검출장치의 제조방법 및 물리량 검출장치를 사용한 차량제어시스템에 관한 것이다.
종래, 자동차 등의 내연기관의 흡입 공기통로에 설치되어 흡입 공기량을 측정하는 공기유량 센서로서, 열식의 것이 질량 공기량을 직접 검지할 수 있기 때문에 주류로 되어 오고 있다. 최근에는 특히 반도체 마이크로 머시닝기술에 의하여 제조된 소형의 공기유량 센서가 고속 응답성을 가지는 것이나, 그 응답성의 빠르기를 이용하여 역류검출도 가능한 것으로부터 주목받고 있다. 종래의 소형의 열식 공기유량 센서의 히터재료로서는, 예를 들면 일본국 특개평8-54269호 공보나 특개평11-233303호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 폴리실리콘과 같은 반도체재료나, 백금, 금, 구리, 알루미늄, 크롬, 니켈, 텅스텐, 파마로이(FeNi), 티탄 등의 금속재료가 이용되고 있다. 또 일본국 특개평11-233303호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 이들 소형의 센서는 유량센서 이외에도 상대습도의 검출용 센서나 가스검출센서에도 적용되고 있다.
그러나 종래의 소형의 센서는 두께가 얇은 부에 형성된 히터저항의 가열이나, 주위로부터의 열적인 영향에 의하여 히터저항 자신의 저항치가 변화되어 버린다는 문제가 있다. 따라서 예를 들면 일본국 특개평11-233303호 공보에 기재되어 있는 바와 같이 히터저항과는 다른 도체막을 형성하여 온도분포가 국소가열이 되는 것을 방지하여 경시변화를 억제하는 것이 알려져 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도,
도 2는 도 1의 A-A 단면도,
도 3은 도 1의 B-B 단면도,
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서를 사용한 공기유량계의 설치상태의 단면도,
도 5는 도 4의 주요부 확대를 나타내는 단면도,
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 제조시의 평면도,
도 7은 도 6의 주요부 확대를 나타내는 평면도,
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 발열 저항체와 측온 저항체의 발열온도와 소비전력의 관계의 설명도,
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리전의 발열 저항체의 통전가열시의 저항변화율의 설명도,
도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리전의 발열 저항체의 통전가열시의 저항온도 계수변화율의 설명도,
도 11은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리 전후의 발열 저항체의 저항온도 계수의 설명도,
도 12는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리 전후의 발열 저항체의 저항온도 계수의 설명도,
도 13은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리후의 발열 저항체의 통전가열시의 저항변화율의 설명도,
도 14는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도,
도 15는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도,
도 16은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 제조시의 평면도,
도 17은 도 16의 주요부 확대를 나타내는 평면도,
도 18은 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도,
도 19는 본 발명의 제 6 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 애징처리시의 평면도,
도 20은 본 발명의 제 6 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 애징처리후의 평면도,
도 21은 본 발명의 제 7 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도,
도 22는 도 21의 A-A 단면도,
도 23은 본 발명의 제 8 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 반도체식압력센서의 평면도,
도 24는 도 23의 A-A 단면도,
도 25는 본 발명의 제 9 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 가속도센서의 평면도,
도 26은 도 25의 A-A 단면도,
도 27은 본 발명의 제 10 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 공기유량 센서를 사용한 내연기관의 연료제어시스템의 구성을 나타내는 시스템 구성도,
도 28은 본 발명의 제 11 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 공기유량 센서를 사용한 내연기관의 연료제어시스템의 구성을 나타내는 시스템 구성도,
도 29는 본 발명의 제 12 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 압력센서를 사용한 내연기관의 연료제어시스템의 구성을 나타내는 시스템 구성도이다.
그러나, 히터저항과는 별도의 도체막을 사용하는 방식에서는 센서구조가 복잡화한다는 문제가 있었다.
본 발명의 목적은 장시간 사용하여도 저항치가 변화되지 않고, 구조가 간단한 물리량 검출장치, 그것의 제조방법 및 물리량 검출장치를 사용하여 신뢰성이 향상된 차량제어시스템을 제공하는 것에 있다.
(1) 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판의 두께가 얇은 부에 형성된 저항체와, 이 저항체의 양쪽 끝에 각각 제 1 인출도체를 거쳐 접속된 전극을 가지고, 이 저항체를 사용하여 물리량을 검출하는 물리량 검출장치에 있어서, 상기 저항체의 양쪽 끝에 전기적으로 접속됨과 동시에, 상기 기판의 바깥 둘레 끝으로 연장되어 형성된 제 2 인출도체를 구비하도록 한 것이다.
이와 같은 구성에 의하여 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않고, 구조를 간단한 것으로 할 수 있다.
(2) 또 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판의 두께가 얇은 부에 형성된 저항체와, 이 저항체의 양쪽 끝에 각각 제 1 인출도체를 거쳐 접속된 전극을 가지고, 이 저항체를 사용하여 물리량을 검출하는 물리량 검출장치의 제조방법에 있어서, 상기 기판에 복수의 상기 저항체를 동시에 형성함과 동시에, 복수의 저항체의 양쪽 끝에 제 2 인출도체에 의하여 순차 전기적으로 접속한 후, 일괄하여 상기 복수의 저항체를 통전 가열처리하고, 다시 각 저항체별로 분할하도록 한 것이다.
이와 같은 구성에 의하여 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않고, 구조가 간단한 물리량 검출장치가 얻어진다.
(3) 또 상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 물리량 검출장치와, 이 물리량 검출장치에 의하여 검출된 차량의 상태에 의거하여 차량을 제어하는 제어유닛을 가지고, 상기 물리량 검출장치는 기판의 두께가 얇은 부에 형성된 저항체와, 이 저항체의 양쪽 끝에 각각 제 1 인출도체를 거쳐 접속된 전극을 가지고, 이 저항체를 사용하여 물리량을 검출하는 물리량 검출장치를 사용한 차량제어시스템에 있어서, 상기물리량 검출장치의 상기 저항체의 양쪽 끝에 전기적으로 접속됨과 동시에, 상기 기판의 바깥 둘레 끝으로 연장기되어 형성된 제 2 인출도체를 구비하도록 한 것이다. 이와 같은 구성에 의하여 제어시의 신뢰성을 향상할 수 있는 것이 된다.
이하, 도 1 내지 도 13을 사용하여 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 물리량 검출장치의 구성에 대하여 설명한다. 또한 이하의 설명에 있어서는 물리량 검출장치로서, 열식 공기유량 센서를 예로서 설명한다.
제일 먼저 도 1 내지 도 3을 사용하여 본 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 전체구성에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도이고, 도 2는 도 1의 A-A 단면도이고, 도 3은 도 1의 B-B 단면도이다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 열식 공기유량 센서(10)는 반도체기판(11)에 형성된 발열 저항체(12H)와, 측온 저항체(12C)를 구비하고 있다. 반도체기판(11)은 예를 들면 실리콘 등으로 형성되어 있다. 발열 저항체(12H) 및 측온 저항체(12C)는 폴리실리콘이나 단결정 실리콘에 P 등의 불순물을 도핑한 저항체, 또는 백금, 금, 구리, 알루미늄, 크롬, 니켈, 텅스텐, 파마로이(FeNi), 티탄 등에 의하여 형성된다. 발열 저항체(12H)는 두께가 얇은 부(11A)에 형성되어 있다. 두께가 얇은 부 (11A)의 상세에 대해서는 도 2를 사용하여 뒤에서 설명한다. 발열 저항체(12H)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출도체(13H1, 13H2)를 거쳐, 전극(14H1, 14H2)에 접속되어 있다. 전극(14H1)에 접속된 제 2 인출도체(15H1)는 공기유량 센서(10)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있다. 전극(14H2)에 접속된 제 2 인출도체(15H2, 15H3)도 공기유량 센서(10)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있으나, 도중에 단선부(16)가 설치되어 있고, 전기적으로는 비도통으로 되어 있다.
반도체기판(11)의 크기는, 예를 들면 폭(W1)이 2.5mm 이고, 길이(L1)가 6mm 이다. 두께가 얇은 부(11A)의 크기는, 예를 들면 폭(W2)이 0.5mm 이고, 길이(L2)가 1mm 이다. 발열 저항체(12H)의 폭(W3)은 예를 들면 70㎛ 이고, 제 1 인출도체 (13H1, 13H2)의 폭(W4)은, 예를 들면 100㎛ 이다. 제 2 인출도체(15H1, 15H2)의 폭(W5)은, 예를 들면 100㎛ 이고, 단선부(16)의 폭(W6)은, 절단되기 전에 있어서 예를 들면 2㎛ 이다.
다음에 도 2를 사용하여, 도 1의 A-A 단면의 구성에 대하여 설명한다. 또한 도 1과 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.
반도체기판(11)의 위에는, 하층 절연막(16D)이 형성되어 있다. 하층 절연막 (16D)의 위에, 발열 저항체(12H), 제 1 인출도체(13H1), 제 2 인출도체(15H1) 및 전극(14H1)이 형성되어 있다. 발열 저항체(12H), 제 1 인출도체(13H1), 및 제 2 인출도체(15H1)의 위, 다시 전극(14H1)의 일부의 위에는 상층 절연막(16U)이 형성되어 있다. 하층 절연막(16D) 및 상층 절연막(16U)은 SiO2나 Si3N4로 이루어진다. 즉, 발열 저항체(12H)나 인출도체(13H1, 15H1)는 절연막에 끼워져 구성되어 있다. 측온 저항체(12C)도 발열 저항체(12H)와 마찬가지로, 하층 절연막(16D) 및 상층 절연막 (16U)에 끼워져 있다.
또 반도체기판(11)의 일부로서, 발열 저항체(12H)가 형성되는 부분의 뒤쪽에는 공동(11B)이 형성되어 있다. 따라서 발열 저항체(12H)의 하부에는 반도체기판은 존재하지 않고, 발열 저항체(12H)는 하층 절연막(16D)의 박막부(11A)에 의하여 지지되어 있다. 공동(11B)은 반도체기판(11)의 이면으로부터 수산화칼륨과 같은 에칭액을 사용하여 이방성 에칭에 의하여 형성된다.
반도체기판(11)의 두께(D1)는 예를 들면 0.3mm 이다. 또 두께가 얇은 부 (11A)를 형성하는 하층 절연막(16D)의 두께(D2)는 예를 들면 0.0015mm 이다.
다음에 도 3을 사용하여, 도 1의 B-B 단면의 구성에 대하여 설명한다. 또한 도 1, 도 2와 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.
반도체기판(11)의 위에는 하층 절연막(16D)이 형성되어 있다. 하층 절연막 (16D)의 위에 제 2 인출도체(15H2)가 형성되어 있다. 제 2 인출도체(15H2)의 위에는 상층 절연막(16U)이 형성되어 있다. 제 2 인출도체(15H2)의 일부에는 단선부 (16)가 형성되어 있다.
다음에 도 4 및 도 5를 사용하여 본 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서를 사용한 공기유량계의 구성에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서를 사용한 공기유량계의 설치상태의 단면도이고, 도 5는 도 4의 주요부 확대를 나타내는 단면도이다. 또한 도 1 및 도 2와 동일부호는 동일부분을 나타내고 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이 내연기관의 흡기통로(P1)를 형성하는 흡입관(30)의 벽면에 형성된 개구(31)내에 공기유량계(20)의 선단부가 삽입된다. 공기유량계 (20)는 나사(N1, N2)에 의하여 흡입관(30)에 고정되어 있다. 공기유량계(20)는 하 하우징(21D)과 상 하우징(21U)을 구비하고 있다. 하 하우징(21D)과 상 하우징 (21U)의 사이에는 부통로(P2)가 형성된다. 부통로(P2)에는 흡기통로(P1)를 흐르는 공기흐름의 일부가 흘러 든다. 부통로(P2)의 내부에는 지지부재(22)에 의하여 지지된 열식 공기유량 센서(10)가 배치된다. 또 하 하우징(21D)에는 제어회로(23)가 구비되어 있다. 제어회로(23)와 공기유량 센서(10)는 접속 와이어(24A)에 의하여 전기적으로 접속되어 있다. 제어회로(23)에는 공기유량 센서(10)의 발열 저항체에 흐르는 전류를 제어하는 회로나, 공기유량 센서(10)에 의하여 검출된 공기유량의 신호를 출력하는 회로가 포함되어 있다. 제어회로(23)는 접속 와이어(24B)에 의하여 금속단자(25)에 접속되어 있고, 공기유량 신호가 금속단자(25)로부터 외부로 인출된다. 제어회로(23) 및 접속 와이어(24A, 24B)의 상부는 실리콘겔(26)에 의하여 덮여져 있고, 제어회로(23)나 접속회로(24A, 24B)에 대한 방습구조로 되어 있다. 또 제어회로(23)의 위에는 커버(27)가 설치되어 있다.
다음에 도 5에 나타내는 바와 같이 열식 공기유량 센서(10)는 지지부재(22)에 형성된 함몰부 속에 은 페이스트와 같은 센서 접착제(28)로 접착되어, 고정되어 있다. 공기유량 센서(10)의 구성은 도 1 내지 도 3에 있어서 설명한 것과 동일하다. 공기유량 센서(10)의 단자(14H1)는 접속 와이어(24C)에 의하여 지지부재(22)의 단자(22A)에 접속되어 있다. 접속 와이어(24C)는 에폭시 등의 밀봉재(26B)에 의하여 덮여져 있다.
다음에 도 6 및 도 7을 사용하여, 본 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 제조방법에 대하여 설명한다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 제조시의 평면도이고, 도 7은 도 6의 주요부 확대를 나타내는 평면도이다.
도 6에 나타내는 바와 같이, 반도체웨이퍼(40)에는 복수의 열식 공기유량 센서(10)가 반도체 마이크로 머시닝기술에 의하여 동시에 제조된다. 반도체웨이퍼 (4O)의 직경이 약 12.5cm(5인치)인 경우, 동시에 제조되는 공기유량 센서(10)의 갯수는 약 600개이다. 공기유량 센서(10)는 반도체웨이퍼(40)상에 매트릭스형상으로 배치되나, 하나의 변에 최대 40개 정도가 제조된다.
공기유량 센서(10)의 구성은, 도 1 내지 도 3에 있어서 설명한 것과 동일하다. 반도체웨이퍼(40)의 위에 복수의 공기유량 센서(10)가 형성된 상태에서는, 도 1에 나타낸 단선부(16)는 아직 단선상태로는 되어 있지 않고, 도통상태로 되어 있다.
그리고 도 1에 나타내는 제 2 인출도체(15H1, 16H2, 15H3)는 도 6에 나타내는 바와 같이, 제 2 인출도체(15H1)에 의하여 전기적으로 직렬로 결선되어 있다. 매트릭스형상으로 배치되는 공기유량 센서(10)에 대하여, 각 변에 직렬 접속된 공기유량 센서의 좌변에는 각 변마다 전극(14HLm, 14HLn, …)이 형성되고, 각 변에 직렬 접속된 공기유량 센서의 우변에는 각 변에 공통하는 전극(14HR)이 형성된다.
여기서, 도 1에 나타낸 발열 저항체(12H)는 측온 저항체(12L)의 저항치에 의거하여 주위온도보다도 약 100℃ 내지 150℃ 높은 온도가 되도록 가열하여 사용된다. 주위온도는 자동차의 흡입공기에 의해 약 10O℃ 정도로 상승하기 때문에, 발열 저항체(12H)는 약 200℃ 내지 250℃로 까지 가열되게 된다. 그 때문에 공기유량 센서를 장시간 사용하면 서서히 열화가 진행되어 저항치가 변화하는 것이 판명되었다. 저항치가 변화하면 열식 유량센서(10)로서의 유량특성이 변화하기 때문에, 신뢰성이 저하하게 된다. 따라서 미리 사용하기 전에 발열 저항체(12H)를 통전 가열하여 열화를 진행시킴으로써 실용상태에서는 저항치가 변화하지 않도록 하는 애징처리를 실시하는 것을 검토하였다. 애징처리를 행하기 위해서는 예를 들면 도 1에 나타낸 전극(14H1, 14H2) 사이에 소정의 전류를 통전함으로서 행해지나, 공기유량 센서(10)의 크기가 2.5mm ×6mm로 소형이고, 전극(14H1, 14H2)도 한 변이 100㎛의 정방형으로 작기 때문에 1개씩 공기유량 센서마다 애징처리를 행하는 것에서는 작업효율이 낮다는 문제가 있음이 밝혀졌다. 통전조건에 대해서는 도 8 내지 도 13을 사용하여 뒤에서 설명하나, 통전시간은 약 24시간 정도는 필요하다.
따라서 본 실시형태에서는 도 6에 나타내는 바와 같이, 반도체웨이퍼(40)상에 매트릭스형상으로 제조되는 복수개(수백개)의 공기유량 센서(10) 중, 각 변의 센서를 제 2 인출도체(15H)에 의하여 접속하는 구성으로 하여 전극(14HLm, 14HLn)과, 전극(14HR)의 사이에 통전함으로써, 복수의 발열 저항체(12H)에 대하여 동시에 통전가열하여 애징처리를 행하도록 하고 있다. 반도체웨이퍼(40)는 예를 들면 5인치 크기의 것을 사용하면, 약 600개의 반도체 센서소자(10)를 형성할 수 있어, 그것과 동시에 통전하는 것이 가능하기 때문에 통전처리에 요하는 시간을 1/600로 저감할 수 있다.
또 도 2에 나타내는 바와 같이 반도체기판(11)에 형성된 두께가 얇은 부 (11A)는 제조과정의 이방성 에칭시에 파손되기 쉬운 것이다. 특히 열식 유량센서 (10)에서는 두께가 얇은 부(11A)의 두께가 불과 0.0015mm 이므로, 두께가 얇은 부 (11A)의 표면에 미소한 균열이 생긴 경우에도 공기유량 센서(10) 자체가 파손되게 된다. 미소한 파손의 경우에는 공기유량 센서(10) 단체로 검사하는 것이 곤란하기 때문에 도 4에 나타내는 바와 같이, 제어회로(23)와 결선한 후에 단점이 판명되게 되어 제조시의 수율의 저하를 야기하게 된다.
그것에 대하여 본 실시형태에서는 도 6에 나타낸 전극(14HLm)과 전극(14HR) 사이의 저항치를 측정함으로써, 전극(14HLm, 14HR)의 사이에 접속된 복수개(예를 들면 40개)의 공기유량 센서(10) 중에 파손품이 있는지의 여부의 검사를 용이하게 행할 수 있다. 다른 각 변의 복수의 센서에 대해서도 마찬가지로 검사할 수 있다. 파손품이 발생할 확률은 그다지 높지 않으므로, 40개의 센서 중에 파손품이 없는 것을 일괄하여 검사할 수 있음으로써, 검사작업을 단시간으로 행할 수 있다. 만약에 40개의 센서 중 어느 하나에 파손품이 있는 것이 밝혀진 경우에는 개별의 센서에 대히여 검사함으로써, 구체적인 파손품을 특정하는 것은 가능하다.
다음에 도 7은 도 6에 나타낸 반도체웨이퍼(40)상에 복수의 공기유량 센서 (10)가 형성되어 있는 상태 중에서, 3개의 공기유량 센서(10A, 10B, 10C)부분을 확대하여 나타내고 있다. 공기유량 센서(10A, 10B, 10C)의 구성은, 각각 도 1에 나타낸 것과 동일하다. 예를 들면 공기유량 센서(10B)는 발열 저항체(12HB)와, 측온 저항체(12CB)를 구비하고 있다.
발열 저항체(12HB)의 양쪽 끝부는, 각각 제 1 인출도체(13H1B, 13H2B)를 거쳐, 전극(14H1B, 14H2B)에 접속되어 있다. 전극(14H1B)에 접속된 제 2 인출도체 (15H1B)는 공기유량 센서(10A)의 전극(14H3A)에 접속된다. 전극(14H2)에 접속된 제 2 인출도체(15H2)는 좁은부(16B') 및 제 2 인출전극(15H3)을 거쳐, 전극(14H3B)에 접속되어 있다. 공기유량 센서(10A)의 발열 저항체(12HA)는 제 1 인출도체 (13H2A), 전극(14H2A), 제 2 인출도체(15H2A), 좁은부(16A'), 제 2 인출도체 (15H3A)를 거쳐 전극(14H3A)에 접속되어 있다. 또 공기유량 센서(10C)의 발열 저항체(12HC)는 제 1 인출도체(13H1C), 전극(14H1C), 제 2 인출도체(15H1C)를 거쳐 발열 저항체(12HB)에 접속되어 있다. 이상과 같이 하여 각 발열 저항체(12HA, 12HB, 12HC)는 직렬 접속되어 있다.
여기서, 도 1에 있어서 설명한 바와 같이, 제 2 인출도체(15H2B, 15H3B)의 폭을 100㎛로 하였을 때, 좁은부(16B')의 폭은 2㎛ 정도로 좁게 하고 있다. 애징을 위한 통전처리의 경우, 통전전류는 그다지 크지 않기 때문에 좁은부(16B')가 용융하는 일은 없는 것이다. 애징처리 종료후, 예를 들면 전극(14H2B)과 전극(14H3B) 사이에 대전류를 흘림으로써 좁은부(16B')는 가열되어 퓨즈와 같이 용융한다. 이 대전류 통전처리에 의하여 좁은부(16B')를 전기적으로 비도통으로 하여 도 1에 나타낸 단선부(16)를 형성한다. 애징처리시의 통전전류를 예를 들면 10mA이라 하면, 대전류를 흘려 용단(溶斷)되는 퓨즈법에 의한 단선시에는 예를 들면 1A 정도의 대전류를 통전한다.
또한 좁은부(16B')를 단선상태로 하는 방법으로서는, 대전류에 의하여 용단되는 퓨즈방식 이외에도, 예를 들면 레이저광을 사용하여 좁은부를 용융하여 단선상태로 하는 방식 등을 사용할 수도 있다.
도 7에 나타내는 상태에 있어서, 실선으로 나타내는 부분은 공기유량 센서 (10A, 10B, 1OC)로서 사용되는 부분이고, 실선의 부분에 있어서, 반도체웨이퍼로부터 분할됨으로써 개개의 공기유량 센서를 구성할 수 있다. 그것에 대하여 파선으로 나타내는 부분(17A, 17B, 17C)은 반도체웨이퍼(40)을 절단하여 공기유량 센서(10A, 10B, 10C)를 제조할 때, 폐기되는 부분이다. 폐기부분(17A, 17B, 17C)에는 도시하는 바와 같이 전극(14H3A, 14H3B, 14H3C) 외에 제 2 인출도체(15H1A, 15H1B, 15H1C, 15H3A, 15H3B, 15H3C)의 일부가 포함되어 있다.
이와 같이 하여 제조된 공기유량 센서(10)는 도 1에 나타낸 바와 같이 반도체기판(11)의 끝부에 제 2 인출도체(15H1, 15H3)의 끝부가 연장되어 있다. 이것은 발열 저항체(12H)의 양쪽 끝부는 각각 인출도체에 접속할 필요가 있고, 또 도 6에 있어서 설명한 바와 같이 복수의 발열도체를 직렬 접속한 후, 도 7에 있어서 설명한 바와 같이 폐기부분(17)을 사용하여 복수의 발열도체의 접속을 절단하는 구성의 경우, 필연적이 되는 구성이다. 여기서 본 실시형태에서는 제 2 인출도체(15H1)는 발열 저항체(12H)에 접속되어 있는 것에 대하여, 제 2 인출도체(15H3)는 도중에 단선부(16)가 있기 때문에, 발열 저항체(12H)에는 접속되어 있지 않도록 하고 있다.
이와 같은 구성으로 함으로서, 다음과 같은 이점이 있다. 도 4에 나타내는 바와 같이 공기유량 센서(10)는 지지부재(22)에 센서 접착제(28)에 의하여 고정된다. 이 때 공기유량 센서(10)의 끝부에 2개의 인출도체가 있으면, 센서 접착제 (28)에 의하여 2개의 인출도체가 전기적으로 접속되는 경우가 있다. 이와 같이 2개의 인출도체가 접속되면 발열 저항체(10)의 양쪽 끝이 접속되게 되기 때문에 센서로서의 기능을 할 수 없게 된다. 또 센서접착제로서, 전기절연성의 접착제를 사용할 수도 있으나, 전기전도성이 있는 반도체기판(11)이 근접하고 있어, 습도의 영향이나 전기전도성이 있는 이물이 혼입한 경우에는 도통할 염려도 있다. 또한 제조프로세스과정에서 반도체웨이퍼(11)로부터 센서(11)를 분할하기 위해서는 일반적으로는 다이싱이 실시되나, 그 때에 칩으로서 발생하는 도전성 실리콘이나 도체재료가 절단부끝면에 부착하는 가능성이 있어, 부착물을 제거하기 위한 세정공정이 필요하게 된다.
그것에 대하여 본 실시형태에서는 가령, 제 2 인출도체(15H1)와 제 2 인출도체(15H3)가 센서 접착제에 의하여 접속되었다 하여도 제 2 인출도체(15H3)는 단선부 (16)에 있어서, 발열 저항체(12H)와는 전기적으로 비도통으로 되어 있기 때문에 센서기능을 잃는 일이 없는 것이다.
또한 도 1에 나타낸 구성에서는, 제 2 인출도체(15H1, 15H3)가 반도체기판 (11)의 끝면에서 절단된 구조로 하고 있으나, 전극(14H1, 14H2)을 반도체기판(11)의 끝면에 형성하는 구성으로 하여도 좋은 것이다.
다음에 도 8 내지 도 13을 사용하여, 본 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서에 있어서의 제조시의 애징처리에 대하여 설명한다.
제일 먼저 도 8을 사용하여, 본 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 발열 저항체(12H)와 측온 저항체(12C)의 발열온도와 소비전력의 관계에 대하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 발열 저항체와 측온 저항체의 발열온도와 소비전력의 관계의 설명도이다. 도면 중, 가로축은 저항체(12H, 12C)의 발열온도(℃)를 나타내고 있고, 세로축은 소비전력(W)을 나타내고 있다.
도 8은 열식 공기유량 센서(10)의 두께가 얇은 부(11A)에 형성한 발열 저항체 (12H)와 두께가 얇은 부 이외의 곳에 형성한 측온 저항체(12C)를 사용하여 상온, 무풍 공기 중에서 인가전압을 바꾸었을 때의 발열온도와 소비전력의 관계를 나타낸 것이다. 두께가 얇은 부(11A)에 형성한 발열 저항체(12H)를, 예를 들면 통전에 의하여 250℃로 가열하는 데 필요로 하는 소비전력은 불과 0.04W 이다. 그것에 대하여 측온 저항체(12C)를 동일한 온도까지 가열하는 데 필요로 하는 소비전력은 2.2W 이다. 따라서 가령 발열저항체(12H)를 정리하여 600개 동시에 250℃로 발열시켜 통전처리한다고 하여도 불과 24W의 공급능력을 가지는 전원을 준비하면 좋은 것이 된다.
한편, 측온 저항체(12C)와 같이 두께가 얇은 부(11A) 이외의 곳에 형성한 저항체에서는 열전도가 좋은 반도체기판(11) 전체에 열이 확산되기 때문에, 대단히 큰 전력이 필요하게 되어, 실제로 설비를 설계하는 것이 곤란하게 된다. 또한 반도체웨이퍼(40) 전체가 고온으로 오르기 때문에, 예를 들면 전극(14)인 알루미늄이나 표면의 일부에 폴리이미드와 같은 유기절연막이 형성되어 있는 경우에는 그것들이 열화하게 된다. 본 실시형태에서는 두께가 얇은 부(11A)에 형성된 저항체(12H)만을 통전함으로써, 두께가 얇은 부(11A) 이외의 부분에 열이 전해지기 어렵기 때문에, 이상적으로 발열 저항체(12H)만을 애징할 수 있게 된다.
제일 먼저, 도 9를 사용하여 본 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리전의 발열 저항체(12H)의 통전가열시의 저항변화율에 대하여 설명한다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리전의 발열 저항체의 통전가열시의 저항변화율의 설명도이다.
도면 중, 가로축은 250℃ 통전 가열한 경우의 시간을 대수눈금으로 나타내고, 세로축은 발열 저항체(12H)의 저항변화율(%)을 대수눈금으로 나타내고 있다.
도면 중의 (X)는 발열 저항체(12H)의 재료로서 백금박막 저항체를 사용한 경우의 저항변화율의 추이를 나타내고 있다. (Y)는 발열 저항체(12H)의 재료로서, 단결정 실리콘에 불순물로서 P(인)를 도핑한 저항체를 사용한 경우의 저항변화율의 추이를 나타내고 있다. (Z)는 발열 저항체(12H)의 재료로서 불순물로서 P(인)를 도핑한 폴리실리콘 저항체의 저항변화율의 추이를 나타내고 있다.
또한 250℃로 발열시키는 통전시험을 실시한 것은, 자동차의 흡입공기온도가 100℃가 되면, 발열 저항체의 온도가 200℃ 내지 250℃가 되는 것을 상정한 것이다. 또 저항변화율은 통전하기 전의 O℃의 저항치와 통전후의 0℃의 저항치를 항온조에서 측정한 것이다.
저항변화는 저항체 재료에 따라 다소 다르나, 예를 들면 1000시간 경과후의 저항변화는 0.1% 내지 0.7% 이다. 한편 일반적인 전기회로에 있어서, 저항치변화의 허용치는 구조나 회로방식에 의해서도 변하나, 약 0.05%로부터 0.3% 정도이다. 따라서 0.7%나 변화한다는 것은 그대로는 발열 저항체(12H)로서 사용할 수 없음을 나타내고 있다.
여기서 세로축, 가로축 모두 대수눈금으로 나타내고 있고, (X), (Y), (Z)의 3종류의 저항체 모두 시간의 경과와 함께 저항변화율이 감소하고 있다. 즉, 초기적으로 통전가열을 실시하여 미리 저항치를 변화시킴으로써, 실용상태에 있어서의 저항변화의 억제가 가능하다고 생각된다.
다음에 도 10을 사용하여 본 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리전의 발열 저항체(12H)의 통전가열시의 저항온도 계수변화율에 대하여 설명한다.
도 10은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리전의 발열 저항체의 통전가열시의 저항온도 계수변화율의 설명도이다.
도면 중, 가로축은 250℃ 통전 가열한 경우의 시간을 대수눈금으로 나타내고, 세로축은 발열 저항체(12H)의 저항온도 계수변화율(%)을 대수눈금으로 나타내고 있다.
도면 중의 (X)는 발열 저항체(12H)의 재료로서 백금박막 저항체를 사용한 경우의 저항온도 계수변화율의 추이를 나타내고 있다. (Y)는 발열 저항체(12H)의 재료로서 단결정 실리콘에 불순물로서 P(인)를 도핑한 저항체를 사용한 경우의 저항온도 계수변화율의 추이를 나타내고 있다. (Z)는 발열 저항체(12H)의 재료로서, 불순물로서 P(인)를 도핑한 폴리실리콘 저항체의 저항온도 계수변화율의 추이를 나타내고 있다.
또한 저항온도 계수변화율은, 항온조에서 0℃와 10O℃일 때의 저항치로부터 산출한 것이다. 저항온도 계수는 (Y)의 단결정 실리콘에 P를 도핑한 것에서는 증가경향을 나타내고, 그 밖의 재료(X), (Z)에서는 감소경향을 나타내는 것을 알 수 있었다.
또한 통전 가열온도를 여러가지로 바꾸어 저항변화율과 저항온도 계수변화율을 측정한 바, 도 9, 도 10에 나타내는 변화의 경향은, 가열온도가 500℃ 부근까지는 동일하다. 그러나 통전 가열온도가 500℃ 이상으로 되면 저항치가 극단으로 감소하거나, 저항온도 계수변화가 다른 경향을 나타내기 때문에 애징조건으로서 바람직하지 않은 것이다. 또 통전에 의하여 가열하지 않고, 항온조 등의 내부에 발열 저항체를 설치하여 소정온도를 인가하여도 저항변화가 매우 작아 애징조건으로서는 부적당하였다. 또 측온 저항체가 10O℃가 될 때, 발열 저항체는 200℃ 내지 250℃까지 가열되기 때문에, 통전가열에 의한 애징온도는 실용상태의 최고온도보다도 더욱 높고, 또한 저항체의 물성이 이상으로 변화하지 않는 250℃ 내지 500℃의 범위가 적당하다.
또한 250℃보다도 온도를 높게 함에 따라 애징에 필요로 하는 시간을 단시간으로 할 수 있어, 실용적으로는 350℃ 이상으로 하는 것이 효과적이었다. 또 통전가열온도가 500℃에 가까워짐에 따라, 저항치나 저항온도 계수의 불균일이 커진다. 발열 저항체의 설계에 있어서는 애징처리후의 저항치가 소정의 설정치가 되도록 애징전의 저항치를 규정하여 설계하나, 애징처리후의 불균일이 크면, 설계가 곤란하게 된다. 애징처리후의 저항치의 불균일이 실용적인 범위에서 작게 하기 위해서는 통전 가열온도를 400℃ 이하로 하는 것이 적합하다. 즉, 최적으로는 통전 가열온도를 350℃ 내지 400℃의 범위로 하는 것이 적당하다.
다음에 도 11 및 도 12를 사용하여, 본 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리 전후의 발열 저항체(12H)의 저항온도 계수에 대하여 설명한다.
도 11 및 도 12는 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리 전후의 발열 저항체의 저항온도 계수의 설명도이다.
통전가열에 의한 애징조건을 가열온도 350℃ ×24h로 하여, 도면 중 가로축은 샘플수 N = 16을 나타내고 있다. 저항온도 계수의 변화는 불균일이 크기 때문에 N = 16개의 샘플을 사용하여 측정하고 있다. 세로축은 발열 저항체(12H)의 저항온도 계수(ppm/℃)를 나타내고 있다.
도 11의 (a)는 발열 저항체로서 백금박막을 사용한 경우의 애징전의 저항온도 계수를 나타내고, (b)는 백금박막의 애징후의 저항온도 계수를 나타내고 있다. (c)는 발열 저항체로서 P를 도핑한 폴리실리콘의 애징전의 저항온도 계수를 나타내고, (d)는 발열 저항체로서 P를 도핑한 폴리실리콘의 애징후의 저항온도 계수를 나타내고 있다. 도 12의 (e)는 발열 저항체로서 단결정 실리콘에 P를 도핑한 것의 애징전의 저항온도 계수를 나타내고, (f)는 발열 저항체로서 단결정 실리콘에 P를 도핑한 것의 애징후의 저항온도 계수를 나타내고 있다.
백금박막에서는 애징에 의하여 저항온도 계수가 2494ppm/℃로부터 2481 ppm/℃(즉, 약 -0.52%)로 감소하여 P를 도핑한 폴리실리콘에서는 1380ppm/℃로부터 1376ppm/℃(즉, 약 -0.29%)로 감소하고, 단결정 실리콘에 P를 도핑한 것에서는 1982ppm/℃로부터 2013ppm/℃(즉, 약 1.6%)로 증가한다.
따라서 동일한 재료로 발열저항체(12H)와 측온 저항체(12C)를 형성하고, 발열저항체(12H)의 통전가열 애징을 실시한 경우의 저항온도 계수를 복수개에서 실측하여 평균하면, 백금박막이나 P를 도핑한 폴리실리콘에서는 측온 저항체(12C)보다도 발열 저항체(12H)의 쪽이 작고, 단결정 실리콘에 P를 도핑한 것에서는 커져, 그 변화량은 약 ±0.25% 이상이다. 이와 같이 본 실시형태를 적용하면 발열 저항체 (12H)와 측온 저항체(12C)의 저항온도 계수에 차이가 생기는 것이 특징이나, 실용상의 문제는 없는 것이다.
다음에 도 13을 사용하여 본 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리후의 발열 저항체(12H)의 통전 가열시의 저항변화율에 대하여 설명한다.
도 13은 본 발명의 제 1 실시형태에 의한 열식 공기유량 센서에 사용하는 애징처리후의 발열 저항체의 통전 가열시의 저항변화율의 설명도이다.
도면 중, 가로축은 250℃ 통전 가열한 경우의 시간을 대수눈금으로 나타내고, 세로축은 발열 저항체(12H)의 저항변화율(%)을 대수눈금으로 나타내고 있다.
도면 중의 (X)는 발열 저항체(12H)의 재료로서 백금박막 저항체를 사용한 경우의 저항변화율의 추이를 나타내고 있다. (Y)는 발열 저항체(12H)의 재료로서, 단결정 실리콘에 불순물로서 P(인)를 도핑한 저항체를 사용한 경우의 저항변화율의 추이를 나타내고 있다. (Z)는 발열 저항체(12H)의 재료로서, 불순물로서 P(인)를 도핑한 폴리실리콘 저항체의 저항변화율의 추이를 나타내고 있다.
애징처리조건은 350℃ ×24h의 통전가열로 하고, 애징처리후에 250℃의 통전가열시험을 실시하고 있다. 또한 저항변화율은 통전하기 전의 O℃의 저항치와 통전후의 O℃의 저항치를 항온조에서 측정한 것이다.
어느것의 재료도 애징을 실시함으로써, 저항변화가 감소하고 있고, 대폭으로 내구성을 향상할 수 있다. 또 그 밖의 저항체 재료, 예를 들면 금, 구리, 알루미늄, 크롬, 니켈, 텅스텐, 파마로이(FeNi), 티탄 등이더라도 동일한 효과를 기대할 수 있다. 또 도 13에 나타낸 애징의 조건은 350℃ ×24h 이나, 애징시간을 더욱 길게하거나, 또는 통전 가열온도를 350℃보다도 더욱 올려, 예를 들면 500℃ 등으로 올리면 저항변화의 경감을 더욱 기대할 수 있다. 단, 그 경우는 저항온도 계수의 변화가 상기한 ±0.25%보다도 커지나, 실용상의 문제는 없다.
또 본 실시형태에서는 다수의 발열 저항체를 일괄처리로 애징할 수 있으므로, 24h이라는 긴 애징도 가능하나, 개별로 된 상태에서 통전 애징하는 것은 설비와 작업시간의 관점에서 실현 곤란하다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 반도체웨이퍼상에 형성된 복수의 공기유량 센서의 발열 저항체를 제 2 인출도체를 사용하여 서로 접속한 다음에 통전가열에 의한 애징처리를 행하도록 하고 있기 때문에, 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않아, 구조가 간단한 물리량 검출장치를 얻을 수 있다.
또 제 2 인출도체의 도중에 좁은부를 설치하여, 이 좁은부를 단선함으로써, 발열 저항체를 용이하게 절연할 수 있다.
다시 내구성을 대폭으로 향상할 수 있다. 그 때문에 통상의 열식 공기유량 센서(10)에서는, 발열 저항체의 온도를 주위온도에 대하여 100℃ 내지 150℃로 밖에 올려지지 않았던 것이, 본 실시형태에서는 더욱 온도를 올리고, 예를 들면 주위온도보다도 200℃ 정도 높은 온도로 하는 것이 가능하게 된다. 고온으로 할 수 있으면, 유체 중에 포함되는 오일 등의 고비점 물질도 증발하게 되어, 오손되기 어렵게 된다. 따라서 센서가 더러워져 유량특성이 변화하는 문제도 해결할 수 있다. 또 열식 공기유량 센서(10)는 발열 저항체의 크기가 매우 작기 때문에, 물방울 등이 실제차 환경하에서 부착되거나, 수증기가 결로하면 증발에 시간이 걸린다. 증발 중은 유량특성이 이상(異狀)한 값을 출력하기 때문에 가능한 한 단시간으로 증발시키는 것이 바람직한 것이다. 따라서 본 실시형태와 같이 내구성을 향상하고 발열 저항체의 온도를 고온으로 할 수 있음으로써 물방울 등의 영향도 저감할 수 있다.
다음에 도 14를 사용하여, 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 구성에 대하여 설명한다.
도 14는 본 발명의 제 2 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도이다. 또한 도 14는 도 7과 대비하는 도면이고, 본 실시형태에 있어서도 도 6에 있어서 설명한 바와 같이, 반도체웨이퍼에는 복수의 열식 공기유량 센서(10)가 반도체 마이크로 머시닝기술에 의하여 동시에 제조되어 있다. 그리고 도 14는 그 중 3개의 공기유량 센서(10D, 10E, 10F)를 나타내고 있다. 공기유량 센서 (10D, 10E, 10F)의 기본적인 구성은 각각 도 1에 나타낸 것과 동일하다. 예를 들면 공기유량 센서(10E)는 발열 저항체(12HE)와, 측온 저항체(12CE)를 구비하고 있다.
발열 저항체(12HE)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출도체(13H1E, 13H2E)를 거쳐 전극(14H1E, 14H2E)에 접속되어 있다. 전극(14H1E)에 접속된 제 2 인출도체 (15H1E)는 좁은부(16E") 및 제 2 인출도체(15H4E)를 거쳐, 공기유량 센서(10D)의 전극(14H3D)에 접속된다. 제 1 인출도체(13H2E)에 접속된 제 2 인출도체(15H2)는 좁은부(16E') 및 제 2 인출전극(15H3)을 거쳐, 전극(14H3E)에 접속되어 있다. 공기유량 센서(10D)의 발열 저항체(12HD)는 제 1 인출도체(13H2D), 전극(14H2D), 제 2 인출도체(15H2D), 좁은부(16D'), 제 2 인출도체(15H3D)를 거쳐, 전극(14H3D)에 접속되어 있다. 또 공기유량 센서(10F)의 발열 저항체(12HF)는 제 1 인출도체(13H1F), 전극(14H1F), 제 2 인출도체(15H1F), 좁은부(16F') 및 제 2 인출도체(15H4F)를 거쳐 발열 저항체(12HE)에 접속되어 있다. 이상과 같이 하여 각 발열 저항체(12HD, 12HE, 12HF)는 직렬 접속되어 있고, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 통전 애징처리를 행할 수 있다.
또 본 실시형태에서는 하나의 공기유량 센서(10E)에 대하여, 2개소의 단선부(16E', 16E")를 설치하고 있다. 따라서 발열 저항체(12E)를 더욱 확실하게 절연할 수 있다. 또 도 5에 나타낸 기판 지지부재(22)가 만일 전위가 인가되는 금속재료이어도 사용할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 제 1 실시형태의 효과에 더하여 제 2 인출도체의 도중에 2개소의 좁은부를 설치하고, 이 좁은부를 단선함으로써 발열 저항체를 확실하게 절연 할 수 있다.
다음에 도 15를 사용하여, 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 구성에 대하여 설명한다.
도 15는 본 발명의 제 3 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도이다. 또한 본 실시형태에 있어서도, 도 6에 있어서 설명한 바와 같이 반도체웨이퍼에는 복수의 열식 공기유량 센서(10)가 반도체 마이크로 머시닝기술에 의하여 동시에 제조되고 있다. 그리고 도 15는 그 중 3개의 공기유량 센서 (10G, 10H, 10J)를 나타내고 있다. 공기유량 센서(10G, 10H, 10J)의 기본적인 구성은 각각 도 1에 나타낸 것과 동일하다. 예를 들면 공기유량 센서(10H)는 발열 저항체(12HH)와, 측온 저항체(12CH)를 구비하고 있다.
발열 저항체(12HH)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출도체(13H1H, 13H2H)를 거쳐, 전극(14H1H, 14H2H)에 접속되어 있다. 또 측온 저항체(12CH)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출도체(13C1H, 13C2H)를 거쳐, 전극(14C1H, 14H1H)에 접속되어 있다. 전극(14C1H)에 접속된 제 2 인출도체(15H3H)는 좁은부(16H') 및 제 2 인출도체 (15H4H)를 거쳐 공기유량 센서(10G)의 제 1 인출도체(13H2G)에 접속된다. 제 1 인출도체(13H2H)에 접속된 제 2 인출도체(15H2H)는 좁은부(16J') 및 제 2 인출전극 (15H3J)을 거쳐 전극(14C1J)에 접속되어 있다. 즉, 공기유량 센서(10G)의 발열 저항체(12HG)는 제 1 인출도체(13H2G), 제 2 인출도체(15H4H), 좁은부(16H'), 전극 (14C1H), 제 1 인출도체(13C1H)를 거쳐, 측온 저항체(12CH)에 접속되어 있다. 측온 저항체(12CH)는 제 1 인출도체(13C2H), 전극(14H1H)을 거쳐, 발열 저항체(12HH)에 접속되어 있다. 이상과 같이 각 발열저항체(12HG, 12HH, 12HJ) 및 측온 저항체 (12CG, 12CH, 12CJ)는 직렬 접속되어 있다.
여기서 측온 저항체(12J)는 도 8을 사용하여 설명한 바와 같이, 가열에 필요한 전력이 매우 크기 때문에, 측온 저항체(12CH)와 발열 저항체(12HH)에 동시에 동일전류를 흘려도 대개 발열하지 않는 것이다. 따라서 도 15에 나타내는 구조이어도 발열 저항체(12HG, 12HH, 12HJ)의 애징이 가능하게 된다. 따라서 배선 레이아웃의 문제 등으로 발열 저항체의 양쪽 끝에 제 2 인출도체를 형성할 수 없을 때에는 본 실시형태의 구조와 같이 설계할 수도 있다.
또한 발열 저항체(12H)와 측온 저항체(12C)가 결선되어 있음으로써, 발열 저항체(12H)의 단선 등 뿐만 아니라, 측온 저항체(12C)의 단선 등도 동시에 검사할 수 있다.
또한 발열 저항체(12H)와 측온 저항체(12C)를 전기적으로 결선하는 대신에, 다른 저항체를 반도체기판(11)상에 형성하고, 그 저항체에 제 2 인출도체를 설치하도록 하여도 애징이 가능하다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태의 효과에 더하여 측온 저항체의 검사도 행할 수 있다.
다음에 도 16 및 도 17를 사용하여, 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 구성에 대하여 설명한다.
도 16은 본 발명의 제 4 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 제조시의 평면도이고, 도 17은 도 16의 주요부 확대를 나타내는 평면도이다.
도 16에 나타내는 바와 같이, 반도체웨이퍼(40')에는 복수의 열식 공기유량 센서(1O)가 반도체 마이크로 머시닝기술에 의하여 동시에 제조된다. 반도체웨이퍼 (40)'의 직경이 약 12.5cm(인치)인 경우, 동시에 제조되는 공기유량 센서(10)의 갯수는 약 600개이다. 공기유량 센서(10)는 반도체웨이퍼(40')상에 매트릭스형상으로 배치되나, 하나의 변에 최대 40개 정도가 제조된다.
공기유량 센서(10)의 구성은, 도 1 내지 도 3에 있어서 설명한 것과 동일하다. 그리고 전극(14HLm)과 전극(14HR) 사이에는 복수의 공기유량 센서(10)가 제 2 인출도체(15H)에 의하여 병렬로 접속되어 있다. 반도체기판(11)에 형성된 두께가 얇은 부(11A)는 파손되기 쉽기 때문에 복수개의 발열 저항체(12H)를 직렬로 결선하는 구조의 경우에는 만약 1개소이더라도 두께가 얇은 부(11A)의 파손품이 있으면 복수개 전부를 애징할 수 없게 된다. 그것에 대하여 본 실시형태에서는 발열 저항체 (12H) 끼리의 결선을 병렬로 함으로써 애징을 가능하게 하고 있다.
여기서 도 17에 나타내는 바와 같이 공기유량 센서(10K, 10L, 10M)의 발열 저항체(12HK, 12HL, 12HM)는 각각 제 1 인출도체(13H1K, 13H2K, 13H1L, 13H2L, 13H1M, 13H2M)에 의하여, 전극(14H1K, 14H2K, 14H1L, 14H2L, 14H1M, 14H2M)에 접속되어 있다. 전극(14H1K, 14H1L, 14H1M)은, 제 2 인출도체(15H1)에 의하여 공통 접속되어 있다. 또 전극(14H2K, 14H2L, 14H2M)은 각각 제 2 인출도체(15H2K, 15H2L, 15H2M) 및 좁은부(16K', 16L', 16M')를 거쳐 제 2 인출도체(15H2)에 의하여 공통 접속되어 있다. 따라서 공기유량 센서(10K, 10L, 10M)의 발열 저항체(12HK, 12HL, 12HM)는 각각 제 2 인출도체(15H1)와 제 2 인출도체(15H2)에 의하여 병렬 접속되어 있고, 가령 하나의 발열 저항체에 불량이 있더라도 다른 발열 저항체의 애징처리를 행할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태의 효과에 더하여 하나의 발열 저항체에 단점이 있더라도, 다른 발열 저항체의 애징처리를 행할 수 있다.
다음에 도 18을 사용하여, 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 구성에 대하여 설명한다.
도 18은 본 발명의 제 5 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도이다. 또한 도 1과 동일부호는, 동일부분을 나타내고 있다.
열식 공기유량 센서(10N)는 반도체기판(11)에 형성된 발열 저항체(12H)와, 측온 저항체(12C)를 구비하고 있다. 발열 저항체(12H)는 두께가 얇은 부(11A)에 형성되어 있다. 발열 저항체(12H)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출도체(13H1, 13H2)를 거쳐, 전극(14H1, 14H2)에 접속되어 있다. 전극(14H1)에 접속된 제 2 인출도체 (15H1)는 공기유량 센서(10)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있다. 전극(14H2)에 접속된 제 2 인출도체(15H2, 15H3)도 공기유량 센서(10)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있으나, 도중에 단선부(16)가 설치되어 있어, 전기적으로는 비도통으로 되어 있다.
또한 발열 저항체(12H)의 상류측에는 상류측 감온 저항체(12SU)가 설치되고, 하류측에는 하류측 감온 저항체(12SD)가 설치되어 있다. 상류측 감온 저항체 (12SU)의 한쪽의 끝부는 제 1 인출전극(13SU1)에 의하여 전극(14SU)에 접속되어 있다. 또 하류측 감온 저항체(12SD)의 한쪽의 끝부는 제 1 인출전극(13SD1)에 의하여 전극(14SD)에 접속되어 있다. 다시 상류측 감온 저항체(12SU)의 다른쪽 끝부 및 하류측 감온 저항체(12SD)의 다른쪽 끝부는, 제 1 인출전극(13S)에 의하여 전극(14S)에 접속되어 있다.
본 실시형태에 있어서도, 제 2 인출도체(15H)를 사용하여, 복수의 발열 저항체를 직렬 접속한 뒤에 발열 저항체(12H)에 통전 애징을 행함으로써 저항변화를 방지할 수 있다. 또한 상류측 감온 저항체(12SU) 및 하류측 감온 저항체(12SD)도 실용상태에 있어서의 발열 저항체(12H)의 열영향에 의하여 저항치가 미소하게 변화한다. 따라서 도시는 생략하나, 이들 감온 저항체(12SU, 12SD)에도 제 2 인출도체를 형성하여, 발열 저항체(12H)와 동일한 통전 애징을 함으로써, 신뢰성을 향상할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 제 1 실시형태의 효과에 더하여 신뢰성을 더욱 향상할 수 있다.
다음에 도 19 및 도 20을 사용하여, 본 발명의 제 6 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식공기유량 센서의 구성에 대하여 설명한다.
도 19는 본 발명의 제 6 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 애징처리시의 평면도이고, 도 20은 본 발명의 제 6 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 애징처리후의 평면도이다. 또한 본 실시형태에 있어서도, 도 6에 있어서 설명한 바와 같이 반도체웨이퍼에는 복수의 열식 공기유량 센서(10)가 반도체 마이크로 머시닝기술에 의하여 동시에 제조되고 있다. 그리고 도 19 및 도 20은 그 중 3개의 공기유량 센서(10P, 10Q, 10R)를 나타내고 있다. 공기유량 센서(10P, 10Q, 10R)의 기본적인 구성은, 각각 도 1에 나타낸 것과 동일하다. 예를 들면 공기유량 센서(10Q)는 발열 저항체(12HQ)와, 도시생략하였으나, 측온 저항체를 구비하고 있다.
발열 저항체(12HP)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출도체(13H1P, 13H2P)를 거쳐, 전극(14H1P, 14H2P)에 접속되어 있다. 또 발열 저항체(12HQ)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출도체(13H1Q, 13H2Q)를 거쳐, 전극(14H1Q, 14H2Q)에 접속되어 있다. 또한 발열 저항체(12HR)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출도체(13H1R, 13H2R)를 거쳐 전극(14H1R, 14H2R)에 접속되어 있다.
또 전극(14H2P)과 전극(14H1Q)은 제 2 인출도체에 상당하는 금속 와이어 (18P)에 의하여 접속되어 있다. 또한 전극(14H2Q)과 전극(14H1R)은 제 2 인출도체에 상당하는 금속 와이어(18Q)에 의하여 접속되어 있다. 이상과 같이 하여 각 발열 저항체(12HP, 12HQ, 12HR)는 직렬 접속되어 있고, 동시에 애징처리가 가능하게 되어 있다.
본 실시형태의 방식으로 함으로써, 인출도체를 위한 면적을 취할 필요가 없기 때문에, 반도체웨이퍼내에 형성할 수 있는 열식 공기유량 센서(10)의 갯수를, 더욱 많게 할 수 있다.
애징처리종료후, 금속 와이어(18P, 18Q)를 커터 등에 의하여 절단한다. 따라서 상기한 실시형태와 같이 퓨즈법이나 레이저법과 같이 열식 공기유량 센서(10)에 영향을 미칠 걱정이 없는 것이다. 또 단선방법으로서 가장 확실하다.
도 20은 금속 와이어(18P, 18Q)를 절단한 후의 상태를 나타내고 있다. 금속 와이어(18P, 18Q)의 단선후는 전극(14H1Q, 14H2Q)에 단선된 금속 와이어(18P2, 18Q1)가 남은 상태가 된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 제 1 실시형태의 효과에 더하여 제조할 수 있는 갯수를 많게 할 수 있음과 동시에, 단선을 확실하게 할 수 있다.
다음에 도 21 및 도 22를 사용하여, 본 발명의 제 7 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식공기유량 센서의 구성에 대하여 설명한다.
도 21은 본 발명의 제 7 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 열식 공기유량 센서의 평면도이고, 도 22는 도 21의 A-A 단면도이다.
도 1 내지 도 20에 있어서 설명한 실시형태에 있어서는, 발열 저항체가 형성되는 기판으로서, 반도체기판을 사용하고 있으나, 기판의 재료로서는 반도체에 한정하지 않고, 다른 기판을 사용하는 것도 가능하다. 본 실시형태에서는 기판 재료로서 금속을 사용하고 있다.
도 21에 나타내는 바와 같이 금속제의 기판(50)의 위에는, 복수의 열식 공기유량 센서(10S, 10T, 10U)가 동시에 제조된다. 공기유량 센서(10S, 10T, 10U)의 크기나 구성은 도 1 내지 도 3에 있어서 설명한 것과 동일하고, 각각 발열 저항체 (12HS, 12HT, 12HU)를 구비하고 있다. 또 도시는 생략하고 있으나, 측온 저항체도 구비하고 있다. 발열 저항체(12HS, 12HT, 12HU)는 제 2 인출도체(15H)에 의하여 전극(14HL1)과 전극(14HR) 사이에 직렬 접속되어 있고, 동시에 애징처리한다. 금속제기판(50)의 크기가 사방 1Ocm인 경우, 동시에 제조되는 공기유량 센서(10)의 갯수는 약 400 내지 500개이다.
다음에 도 22를 사용하여, 단면구조에 대하여 설명한다.
금속제 기판(50)의 위에는 폴리이미드 등으로 이루어지는 절연막(52)이 형성된다. 금속제 기판(50)의 두께(D3)는 예를 들면 200㎛ 이다. 절연막(52)의 두께 (D4)는 예를 들면 6 내지 10㎛이다. 절연막(52)의 위에 발열 저항체(12HS, 12HT, 12HU)나 제 1 인출도체, 제 2 인출도체(15H)가 형성된다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면, 기판이 반도체기판 이외의 것에 있더라도, 제 1 실시형태의 효과를 달성할 수 있다.
다음에 도 23 및 도 24를 사용하여 본 발명의 제 8 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 반도체식 압력센서의 구성에 대하여 설명한다.
도 23은 본 발명의 제 8 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 반도체식 압력센서의 평면도이고, 도 24는 도 23의 A-A 단면도이다.
도 23에 나타내는 바와 같이, 압력센서(60)는 반도체기판(61)의 두께가 얇은 부(61A)에 형성된 피에조 저항체(62A, 62B, 62C, 62D)를 구비하고 있다. 반도체기판(61)은 예를 들면 실리콘 등으로 형성되어 있다. 피에조 저항체(62)는 반도체기판(62)에 불순물을 도핑한 저항체이다. 피에조 저항체(62A, 62B)의 한쪽의 끝부는, 제 1 인출전극(63AB)를 거쳐 전극(64AB)에 접속되어 있다. 피에조 저항체 (62B)의 다른쪽 끝부와 피에조 저항체(62C)의 한쪽의 끝부는 제 1 인출전극(63BC)을 거쳐, 전극(64BC)에 접속되어 있다. 피에조 저항체(62C)의 다른쪽 끝부와 피에조 저항체(62D)의 한쪽의 끝부는 제 1 인출전극(63CD)을 거쳐, 전극(64CD)에 접속되어 있다. 피에조 저항체(62D)의 다른쪽 끝부와 피에조 저항체(62A)의 다른쪽 끝부는 제 1 인출전극(63AD)을 거쳐, 전극(64AD)에 접속되어 있다.
또한 본 실시형태에 있어서는, 전극(64AD)에 접속된 제 2 인출도체(65AD)는, 압력센서(60)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있다. 제 1 인출도체(63BC)에 접속된 제 2 인출도체(65BC1, 65BC2)도, 압력센서(60)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있으나, 도중에 좁은부(66')가 설치되어 있다. 압력센서(60)는 도 6에 나타낸 공기유량 센서 (10)와 마찬가지로 반도체웨이퍼상에 복수개 동시에 제조된다. 따라서 제 2 인출전극(65AD)은 인접하는 압력센서의 전극에 접속되고, 또 제 2 인출전극(65BC2)도 다른쪽에 인접하는 압력센서의 전극에 접속되므로, 복수의 압력센서의 피에조 저항(62)이 직렬 접속된다.
또 도 24에 나타내는 바와 같이, 반도체기판(61)의 표면에 피에조 저항체 (62B, 62D) 및 제 1 인출도체(63AB, 63AD)나 도시 생략한 다른 피에조 저항체나 제 1 인출도체나 제 2 인출도체를 형성한 후, 표면에 보호막(67)을 형성한다. 또 반도체기판(61)의 이면 중앙의 피에조 저항체(62)가 형성되는 영역에, 이방성 에칭에 의하여 오목부(61B)를 형성함으로써 약 0.02mm 두께의 두께가 얇은 부(61A)를 형성한다.
압력센서(60) 자신은 열식 유량센서(10)와 같이 발열 저항체(12H)는 사용하고 있지 않으므로, 저항치가 크게 변화하는 일은 없으나, 실제차 환경에서의 열영향에 의하여 저항치가 변화되어 간다. 따라서 이 경우도 직렬 접속된 피에조 저항체 (62)에 통전 가열하여 애징처리함으로써 압력센서(60)의 신뢰성을 향상할 수 있다. 본 실시형태는 특히 고온하에서 압력을 검출하는 목적에 유리하다. 애징처리 종료후 좁은부(66')를 절단함으로써, 설치시의 센서의 불량을 회피할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면, 압력센서 등의 물리량 검출장치에 있어서도, 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않고, 구조를 간단한 것으로 할 수 있다.
다음에 도 25 및 도 26을 사용하여, 본 발명의 제 9 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 가속도센서의 구성에 대하여 설명한다.
도 25는 본 발명의 제 9 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 가속도센서의 평면도이고, 도 26은 도 25의 A-A 단면도이다.
도 25에 나타내는 바와 같이, 가속도센서(70)는 반도체기판(71)의 두께가 얇은 부(71A)에 형성된 피에조 저항체(72P)와, 측온 저항체(72C)를 구비하고 있다. 가속도 검출부(71B)는 두께가 얇은 부(71A)에 의하여 캔틸레버식으로 반도체기판 (71)에 지지되어 있고, 가속도 검출부(71B)가 가속도를 받으면 두께가 얇은 부 (71A)가 휘어져 피에조 저항체(72P)에 의하여 가속도를 검출할 수 있다. 반도체기판 (71)은 예를 들면 실리콘 등으로 형성되어 있다. 피에조 저항체(72P) 및 측온 저항체(72C)는 반도체기판(72)에 불순물을 도핑한 저항체이다. 피에조 저항체(72P)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출전극(73P1, 73P2)을 거쳐 전극(74P1, 74P2)에 접속되어 있다. 측온 저항체(72C)의 양쪽 끝부는 각각 제 1 인출전극(73C1, 73C2)을 거쳐 전극(74C1, 74C2)에 접속되어 있다.
또한 본 실시형태에 있어서는 전극(74P1)에 접속된 제 2 인출도체(75P1)는 가속도센서(70)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있다. 전극(74P2)에 접속된 제 2 인출도체(75P2, 75P3)도 가속도센서(70)의 바깥 둘레부까지 연장되어 있으나, 도중에 단선부(76)가 설치되어 있다. 가속도센서(70)는 도 6에 나타낸 공기유량 센서(10)와 마찬가지로 반도체웨이퍼상에 복수개 동시에 제조된다. 따라서 제 2 인출전극(75P1)은 인접하는 가속도센서의 전극에 접속되고, 또 제 2 인출전극(75P3)도 다른쪽에 인접하는 가속도센서의 전극에 접속되기 때문에, 복수의 가속도센서의 피에조 저항(72)이 직렬 접속된다. 또한 단선부(76)는 애징처리전에는 도통하고 있다.
또 도 26에 나타내는 바와 같이 반도체기판(71)의 표면에 피에조 저항체 (72P) 및 제 1 인출도체(73P2)나 도시 생략한 측온 저항체나 제 1 인출도체나 제 2 인출도체를 형성한 후, 표면에 보호막(77)을 형성한다. 또 반도체기판(71)의 이면중앙의 피에조 저항체(72P)가 형성되는 영역에, 이방성 에칭에 의하여 오목부(71C)를 형성함으로써 약 0.01mm 두께의 두께가 얇은 부(71A)를 형성한다.
가속도센서(70) 자신은 열식 유량센서(10)와 같이 발열 저항체(12H)는 사용하고 있지 않으므로, 저항치가 크게 변화하는 일은 없으나, 실제차 환경에서의 열영향에 의하여 저항치가 변화하여 온다. 따라서 이 경우도 직렬 접속된 피에조 저항체 (72)에 통전 가열하여 애징처리함으로써, 가속도센서(70)의 신뢰성을 향상할 수 있다. 본 실시형태는 특히 고온하에서 가속도를 검출하는 목적에 유리하다. 애징처리 종료후, 좁은부를 절단하여 단선부(76)로 함으로써, 설치시의 센서의 불량을 회피할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 가속도센서 등의 물리량 검출장치에 있어서도, 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않고, 구조를 간단한 것으로 할 수 있다.
또한 이상의 각 실시형태에서는 물리량 검출장치로서, 공기유량 센서, 압력센서, 가속도센서를 예로 하여 설명하였으나, 본 발명은 반도체기판에 두께가 얇은 부를 형성함과 동시에 두께가 얇은 부에 히터를 형성하는 구조의 습도센서, 가스센서, 온도센서 등에도 적용할 수 있는 것이고, 신뢰성이 향상한 물리량 검출장치를 얻을 수 있다.
또 센서소자의 기판으로서는, 상기한 예와 같이 반도체기판이나 복수개의 구멍을 설치한 금속기판의 위에 매우 얇은 절연막을 접착하여 두께가 얇은 부를 형성하는 기판 이외에도 예를 들면 복수개의 구멍을 설치한 세라믹기판의 위에 매우 얇은 절연막을 접착하여 두께가 얇은 부를 형성하는 기판 등을 사용하는 것도 가능하고, 상기한 각 실시형태와 마찬가지로 하여 통전 애징하는 것도, 애징후에 다이싱하여 각 센서소자에 분할하는 것도 가능하다.
다음에 도 27을 사용하여, 본 발명의 제 10 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 공기유량 센서를 사용한 내연기관의 연료제어시스템의 구성에 대하여 설명한다.
도 27은 본 발명의 제 10 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 공기유량 센서를 사용한 내연기관의 연료제어시스템의 구성을 나타내는 시스템 구성도이다.
본 실시형태는, 내연기관, 특히 가솔린엔진에 적용한 것이다. 흡입공기 (101)는 에어클리너(102), 몸체(105), 덕트(106), 스로틀몸체(109), 흡기 매니폴드 (110)를 거쳐 엔진실린더(114)에 흡입된다. 몸체(105)에는 서미스터 등의 흡기온 센서(103) 및 상기한 공기유량계(20)가 배치되고, 흡기온 및 공기유량을 검출하여 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 스로틀몸체(109)에는 스로틀밸브의 개방도를 검출하는 스로틀각 센서(107)가 설치되고, 검출된 스로틀각 신호는 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 또 배기매니폴드(115)로부터 배출되는 가스(116) 중의 산소농도가 산소농도계(117)에 의하여 검출되고, 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 엔진의 회전수는 회전속도계(113)에 의하여 검출되고, 엔진제어유닛(111)에 도입된다.
엔진제어유닛(111)은 이들 입력신호에 의거하여 연료분사량을 산출하고, 인젝터(112)를 사용하여 흡기매니폴드(110)에 연료를 분사한다.
여기서 공기유량계(20)는 도 1 내지 도 22에 있어서, 설명한 바와 같이 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않고, 구조도 간단한 것으로, 따라서 내연기관의 제어의 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한 디젤엔진의 경우도 기본 구성은 대략 동일하고, 본 실시형태와 마찬가지로 적용할 수 있다. 즉 디젤엔진의 에어클리너(102)와 흡기매니폴드(115)의 도중에 배치한 공기유량계(20)에 의하여 유량이 검지되고, 검지된 신호가 제어유닛(111)에 도입된다.
또 연료제어의 시스템뿐만 아니라, 점화시기의 제어나 차량의 제어에도 적당하게 할 수 있고, 마찬가지로 제어시스템의 신뢰성을 향상할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 차량 제어시스템의 신뢰성을 향상할 수 있다.
다음에 도 28을 사용하여 본 발명의 제 11 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 공기유량 센서를 사용한 내연기관의 연료제어시스템의 구성에 대하여 설명한다.
도 28은 본 발명의 제 11 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 공기유량 센서를 사용한 내연기관의 연료제어시스템의 구성을 나타내는 시스템 구성도이다.
본 실시형태는 내연기관, 특히 가스엔진에 적용한 것이다. 흡입공기(101)는 에어클리너(102), 몸체(105), 덕트(106), 스로틀몸체(109), 흡기매니폴드(110)를 거쳐, 엔진실린더(114)에 흡입된다. 몸체(105)에는 흡기온 센서(103) 및 상기한 공기유량계(20)가 배치되고, 흡기온 및 공기유량을 검출하여 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 스로틀몸체(109)에는 스로틀밸브의 개방도를 검출하는 스로틀각 센서(107)가 설치되고, 검출된 스로틀각 신호는 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 또 배기매니폴드(115)로부터 배출되는 가스(116) 중의 산소농도가 산소농도계(117)에 의하여 검출되고, 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 엔진의 회전수는 회전속도계(113)에 의하여 검출되고, 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 또 CNG(압축 천연가스)를 봉입한 가스탱크(118)로부터 공급되는 가스의 유량은 상기한 공기유량계(20A)에 의하여 검출되고, 엔진제어유닛(111)에 도입된다.
엔진제어유닛(111)은 시동시에는 이들 입력신호에 의거하여 인젝터(112)로 부터의 가스의 분사량을 산출하고, 인젝터(112)를 사용하여 흡기매니폴드(110)에 연료를 분사한다. 또 시동후는 엔진제어유닛(111)은 공기유량계(20A)에 의하여 가스유량을 검출하여 소정의 가스유량이 되도록 밸브(119)의 개방도를 제어한다.
여기서 공기유량계(20, 20A)는 도 1 내지 도 22에 있어서 설명한 바와 같이, 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않고, 구조도 간단한 것이고, 따라서 내연기관의 제어의 신뢰성을 향상할 수 있다.
또 연료제어의 시스템뿐만 아니라, 점화시기의 제어나 차량의 제어에도 적당 하고, 마찬가지로 제어시스템의 신뢰성을 향상할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이 본 실시형태에 의하면 차량 제어시스템의 신뢰성을 향상할 수 있다.
다음에 도 29를 사용하여 본 발명의 제 12 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 압력센서를 사용한 내연기관의 연료제어시스템의 구성에 대하여 설명한다.
도 29는 본 발명의 제 12 실시형태에 의한 물리량 검출장치인 압력센서를 사용한 내연기관의 연료제어시스템의 구성을 나타내는 시스템 구성도이다.
본 실시형태는 내연기관, 특히 가솔린엔진에 적용한 것이다. 흡입공기(101)는 에어클리너(102), 몸체(105), 덕트(106), 스로틀몸체(109), 흡기매니폴드(110)를 거쳐, 엔진실린더(114)에 흡입된다. 몸체(105)에는 흡기온 센서(103)가 배치되고, 흡기온을 검출하여, 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 스로틀몸체(109)에는 스로틀밸브의 개방도를 검출하는 스로틀각 센서(107)가 설치되고, 검출된 스로틀각 신호는 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 흡기매니폴드(110)에는 상기한 압력센서(60)가 배치되고, 흡기압을 검출하여 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 또 배기매니폴드(115)로부터 배출되는 가스(116) 중의 산소농도가 산소농도계(117)에 의하여 검출되고, 엔진제어유닛(111)에 도입된다. 엔진의 회전수는 회전속도계(113)에 의하여 검출되고, 엔진제어유닛(111)에 도입된다.
엔진제어유닛(111)은 이들 입력신호에 의거하여 연료분사량을 산출하고, 인젝터(112)를 사용하여 흡기 매니폴드(110)에 연료를 분사한다.
여기서 압력센서(60)는 도 23 및 도 24에 있어서 설명한 바와 같이, 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않고, 구조도 간단한 것으로, 따라서 내연기관의 제어의 신뢰성을 향상할 수 있다.
또 연료제어의 시스템뿐만 아니라, 점화시기의 제어나 차량의 제어에도 적당 하고, 마찬가지로 제어시스템의 신뢰성을 향상할 수 있는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태에 의하면 차량 제어시스템의 신뢰성을 향상할 수 있다.
또한 도 27 내지 도 29에 나타낸 차량 제어시스템에는 도시는 생략하나, 유량센서나 압력센서 외에 가스성분 센서나 산소농도 센서, 가속도 센서, 온도센서, 습도센서 등의 다른 물리량을 검출하는 센서(검출장치)에도 마찬가지로 사용할 수 있다.
본 발명에 의하면 물리량 검출장치를 장시간 사용하여도 저항치가 변화하지 않고, 구조가 간단한 것으로 할 수 있다. 또 물리량 검출장치를 사용한 차량 제어시스템의 신뢰성을 향상할 수 있다.

Claims (9)

  1. 삭제
  2. 기판의 두께가 얇은 부에 형성된 저항체와, 상기 저항체의 양쪽 끝에 각각 제 1 인출도체를 거쳐 접속된 전극을 가지고 상기 저항체를 사용하여 물리량을 검출하는 물리량 검출장치에 있어서,
    상기 저항체의 양쪽 끝에 전기적으로 접속됨과 동시에, 상기 기판의 바깥 둘레 끝으로 연장되어 형성된 제 2 인출도체를 구비하고, 상기 제 2 인출도체의 적어도 한쪽의 제 2 인출도체는, 그 도중에 있어서 전기적으로 단선된 단선부를 구비한 것을 특징으로 하는 물리량 검출장치.
  3. 기판의 두께가 얇은 부에 형성된 저항체와, 상기 저항체의 양쪽 끝에 각각 제 1 인출도체를 거쳐 접속된 전극을 가지고 상기 저항체를 사용하여 물리량을 검출하는 물리량 검출장치에 있어서,
    상기 저항체의 양쪽 끝에 전기적으로 접속됨과 동시에, 상기 기판의 바깥 둘레 끝으로 연장되어 형성된 제 2 인출도체를 구비하고, 상기 기판에 형성됨과 동시에, 상기 저항체와 동일재료로 형성된 제 2 저항체를 구비함과 동시에, 상기 저항체와 상기 제 2 저항체의 저항온도 계수가, 적어도 ±0.25% 이상 다른 것을 특징으로 하는 물리량 검출장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 저항체 및 제 2 저항체를 형성하는 재료는 백금 또는 폴리실리콘에 불순물을 도핑한 것이고, 상기 저항체의 저항온도 계수가 상기 제 2 저항체의 저항온도 계수보다도 0.25% 이상 작은 것을 특징으로 하는 물리량 검출장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 저항체 및 제 2 저항체를 형성하는 재료는 단결정 실리콘에 불순물을 도핑한 것이고, 상기 저항체의 저항온도 계수가 상기 제 2 저항체의 저항온도 계수보다도 0.25% 이상 큰 것을 특징으로 하는 물리량 검출장치.
  6. 제 2항에 있어서,
    상기 기판은 반도체기판인 것을 특징으로 하는 물리량 검출장치.
  7. 삭제
  8. 기판의 두께가 얇은 부에 형성된 저항체와, 상기 저항체의 양쪽 끝에 각각 제 1 인출도체를 거쳐 접속된 전극을 가지고 상기 저항체를 사용하여 물리량을 검출하는 물리량 검출장치의 제조방법에 있어서,
    상기 기판에 복수의 상기 저항체를 동시에 형성함과 동시에, 복수의 저항체의 양쪽 끝에 제 2 인출도체에 의하여 순차 전기적으로 접속한 후, 일괄하여 상기 복수의 저항체를 통전 가열처리하고, 다시 각 저항체마다 분할하고, 상기 통전 가열처리후, 각 저항체 사이를 접속하는 상기 제 2 인출도체를 전기적으로 단선하는 것을 특징으로 하는 물리량 검출장치의 제조방법.
  9. 물리량 검출장치와, 상기 물리량 검출장치에 의하여 검출된 차량의 상태에 따라 차량을 제어하는 제어유닛을 가지고, 상기 물리량 검출장치는 기판의 두께가 얇은 부에 형성된 저항체와, 상기 저항체의 양쪽 끝에 각각 제 1 인출도체를 거쳐 접속된 전극을 가지고 상기 저항체를 사용하여 물리량을 검출하는 물리량 검출장치를 사용한 차량 제어시스템에 있어서,
    상기 물리량 검출장치의 상기 저항체의 양쪽 끝에 전기적으로 접속됨과 동시에, 상기 기판의 바깥 둘레 끝으로 연장되어 형성된 제 2 인출도체를 구비하고, 상기 제 2 인출도체의 적어도 한쪽의 제 2 인출도체는 그 도중에 있어서 전기적으로 단선된 단선부를 구비한 것을 특징으로 하는 물리량 검출장치.
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