WO2001084088A1

WO2001084088A1 - Dispositif de mesure d'une quantite physique, procede de fabrication associe, et systeme de commande de vehicule mettant en oeuvre ce dispositif de mesure de quantite physique

Info

Publication number: WO2001084088A1
Application number: PCT/JP2000/002910
Authority: WO
Inventors: Izumi Watanabe; Keiichi Nakada; Masamichi Yamada
Original assignee: Hitachi, Ltd.; Hitachi Car Engineering Co., Ltd.
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2001-11-08
Also published as: CN1433513A; US6988399B1; JP4101518B2; EP1310774A4; DE60030333T2; DE60030333D1; CN1268899C; EP1310774A1; KR100499227B1; KR20020080454A; EP1310774B1

Description

明細書物理量検出装置，物理量検出装置の製造方法及び物理量検出装置を用いた車両制御システム技術分野

本発明は、流量，圧力，温度，湿度，加速度，ガス濃度などの物理量を検出する物理量検出装置，物理量検出装置の製造方法及び物理量検出装置を用いた車両制御システムに係り、特に，小型なセンサを用いるものに好適な物理量検出装置，物理量検出装置の製造方法及び物理量検出装置を用いた車両制御システムに関する。背景技術

従来、自動車などの内燃機関の吸入空気通路に設けられ、吸入空気量を測定する空気流量センサとして、熱式のものが質量空気量を直接検知できることから主流となってきている。最近では、特に，半導体マイクロマシニング技術により製造された小型な空気流量センサが高速応答性を有することや、その応答性の速さを利用して逆流検出も可能であることから注目されている。従来の小型な熱式空気流量センサのヒータ材料としては、例えば，特開平 8— 5 4 2 6 9号公報ゃ特開平 1 1— 2 3 3 3 0 3号公報に記載されているように、ポリシリコンのような半導体材料や、白金，金，銅，アルミニウム，クロム，ニッケル，タングステン，パーマロイ（FeNi) , チタン等の金属材料が用いられている。また、特開平 1 1 一 2 3 3 3 0 3号公報に記載されているように、これらの小型なセンサは、流量センサ以外にも、相対湿度の検出用センサゃガス検出センサにも適用されている。しかしながら、従来の小型なセンサは、薄肉部に形成されたヒー夕抵抗の加熱や、周囲からの熱的な影響により、ヒー夕抵抗自身の抵抗値が変化してしまうという問題がある。そこで、例えば，特開平 1 1— 2 3 3 3 0 3号公報に記載されているように、ヒータ抵抗とは別の導体膜を形成して、温度分布が局所加熱になることを防止して経時変化を抑えることが知られている。発明の開示

しかしながら、ヒー夕抵抗とは別の導体膜を用いる方式では、センサ構造が複雑化するという問題があった。

本発明の目的は、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造の簡単な物理量検出装置，それの製造方法及び物理量検出装置を用いて信頼性の向上した車両制御システムを提供することにある。

( 1 ) 上記目的を達成するために、本発明は、基板の薄肉部に形成された抵抗体と、この抵抗体の両端にそれぞれ第 1引出導体を介して接続された電極とを有し、この抵抗体を用いて物理量を検出する物理量検出装置において、上記抵抗体の両端に電気的に接続されるとともに、上記基板の外周端に延びて形成された第

2引出導体を備えるようにしたものである。

かかる構成により、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造を簡単なものとし得る。

( 2 ) また、上記目的を達成するために、本発明は、基板の薄肉部に形成された抵抗体と、この抵抗体の両端にそれぞれ第 1引出導体を介して接続された電極とを有し、この抵抗体を用いて物理量を検出する物理量検出装置の製造方法において、上記基板に複数の上記抵抗体を同時に形成するとともに、複数の抵抗体の両端に第 2引出導体により順次電気的に接続した後、一括して上記複数の抵抗体を通電加熱処理し、さらに、各抵抗体毎に分割するようにしたものである。かかる構成により、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造を簡単な物理量検出装置を得られる。

( 3 ) また、上記目的を達成するために、本発明は、物理量検出装置と、この物理量検出装置によって検出された車両の状態に基づいて車両を制御するコントロールユニットを有し、上記物理量検出装置は、基板の薄肉部に形成された抵抗体と、この抵抗体の両端にそれぞれ第 1弓 I出導体を介して接続された電極とを有し、この抵抗体を用いて物理量を検出する物理量検出装置を用いた車両制御システムにおいて、上記物理量検出装置の上記抵抗体の両端に電気的に接続されるとともに、上記基板の外周端に延びて形成された第 2引出導体を備えるようにしたものである。

かかる構成により、制御時の信頼性を向上し得るものとなる。図面の簡単な説明

図 1は、本発明の第 1の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図である。

図 2は、図 1の A— A断面図である。

図 3は、図 1の B— B断面図である。

図 4は、本発明の第 1の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサを用いた空気流量計の実装状態の断面図である。

図 5は、図 4の要部拡大を示す断面図である。

図 6は、本発明の第 1の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの製造時の平面図である。

図 7は、図 6の要部拡大を示す平面図である。

図 8は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いる発熱抵抗体と測温抵抗体の発熱温度と消費電力の関係の説明図である。

図 9は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前の発熱抵抗体の通電加熱時の抵抗変化率の説明図である。

図 1 0は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前の発熱抵抗体の通電加熱時の抵抗温度係数変化率の説明図である。図 1 1は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前後の発熱抵抗体の抵抗温度係数の説明図である。

図 1 2は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前後の発熱抵抗体の抵抗温度係数の説明図である。

図 1 3は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理後の発熱抵抗体の通電加熱時の抵抗変化率の説明図である。

図 1 4は、本発明の第 2の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図である。

図 1 5は、本発明の第 3の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図である。

図 1 6は、本発明の第 4の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの製造時の平面図である。

図 1 7は、図 1 6の要部拡大を示す平面図である。

図 1 8は、本発明の第 5の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図である。

図 1 9は、本発明の第 6の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサのエージング処理時の平面図である。

図 2 0は、本発明の第 6の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサのエージング処理後の平面図である。

図 2 1は、本発明の第 7の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図である。

図 2 2は、図 2 1の A— A断面図である。

図 2 3は、本発明の第 8の実施形態による物理量検出装置である半導体式圧力センサの平面図である。

図 2 4は、図 2 3の A— A断面図である。

図 2 5は、本発明の第 9の実施形態による物理量検出装置である加速度センサの平面図である。

図 2 6は、図 2 5の A— A断面図である。

図 2 7は、本発明の第 1 0の実施形態による物理量検出装置である空気流量センサを用いた内燃機関の燃料制御システムの構成を示すシステム構成図である。図 2 8は、本発明の第 1 1の実施形態による物理量検出装置である空気流量センサを用いた内燃機関の燃料制御システムの構成を示すシステム構成図である。図 2 9は、本発明の第 1 2の実施形態による物理量検出装置である圧力センサを用いた内燃機関の燃料制御システムの構成を示すシステム構成図である。発明を実施するための最良の形態

以下、図 1〜図 1 3を用いて、本発明の第 1の実施形態による物理量検出装置の構成について説明する。なお、以下の説明においては、物理量検出装置として、熱式空気量センサを例にして説明する。

最初に、図 1〜図 3を用いて、本実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの全体構成について説明する。

図 1は、本発明の第 1の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図であり、図 2は、図 1の A— A断面図であり、図 3は、図 1の B_ B断面図である。

図 1に示すように、熱式空気流量センサ 10は、半導体基板 1 1に形成された発熱抵抗体 12Hと、測温抵抗体 12 Cを備えている。半導体基板 1 1は、例えば、シリコン等で形成されている。発熱抵抗体 12 H及び測温抵抗体 12 Cは、ポリシリコンや単結晶シリコンに、 P等の不純物をドーピングした抵抗体、または白金，金，銅，アルミニウム，クロム，ニッケル，タングステン，パーマロイ (FeNi), チタン等によって形成される。発熱抵抗体 12Hは、薄肉部 1 1Aに形成されている。薄肉部 1 1 Aの詳細については、図 2を用いて後述する。発熱抵抗体 12 Hの両端部は、それぞれ、第 1引出導体 13 H 1 , 13H2を介して、電極 14H 1, 14H 2に接続されている。電極 14H 1に接続された第 2引出導体 15H1は、空気流量センサ 10の外周部まで延在している。電極 14H2 に接続された第 2引出導体 15 H2， 15H3も、空気流量センサ 10の外周部まで延在しているが、途中に、断線部 16が設けられており、電気的には非導通となっている。

半導体基板 1 1の大きさは、例えば、幅 W1が 2. 5 mmであり、長さ L 1が 6mmである。薄肉部 11Aの大きさは、例えば、幅 W2が 0. 5mmであり、長さ L2が lmmである。発熱抵抗体 12 Hの幅 W 3は、例えば、 70 zmであり、第 1引出導体 13H1， 13H2の幅 W4は、例えば、 100 mである。第 2出導体 15H1, 15H2の幅 W5は、例えば、 l O O imであり、断線部 16の幅\¥6は、切断される前において、例えば 2 mである。

次に、図 2を用いて、図 1の A— A断面の構成について説明する。なお、図 1 と同一符号は、同一部分を示している。

半導体基板 1 1の上には、下層絶縁膜 16 Dが形成されている。下層絶縁膜 1 6Dの上に、発熱抵抗体 12H，第 1引出導体 13H1，第 2引出導体 15H1 及び電極 14H 1が形成されている。発熱抵抗体 12 H, 第 1引出導体 13H 1, 及び第 2引出導体 1 5H 1の上、さらに、電極 14H 1の一部の上には、上層絶縁膜 16 Uが形成されている。下層絶緣膜 16 D及び上層絶縁膜 16Uは、 S i 0₂や S i ₃N₄からなる。即ち、発熱抵抗体 12Hや引出導体 13H1， 1 5H 1は、絶緣膜に挟まれて構成されている。測温抵抗体 12 Cも、発熱抵抗体 12 Hと同様に、下層絶縁膜 16 D及び上層絶緣膜 16 Uに挟まれている。

また、半導体基板 1 1の一部であって、発熱抵抗体 12 Hが形成される部分の裏側には、空洞 1 1 Bが形成されている。従って、発熱抵抗体 12Hの下部には、半導体基板は存在せず、発熱抵抗体 12Hは、下層絶縁膜 16Dの薄膜部 1 1 A によって支持されている。空洞 1 1 Bは、半導体基板 1 1の裏面から水酸化カリゥムのようなエッチング液を用いて異方性エッチングにより形成される。

半導体基板 1 1の厚さ D 1は、例えば、 0. 3mmである。また、薄肉部 1 1 Aを形成する下層絶縁膜 16 Dの厚さ D 2は、例えば、 0. 0015mmである。次に、図 3を用いて、図 1の B— B断面の構成について説明する。なお、図 1，図 2と同一符号は、同一部分を示している。

半導体基板 1 1の上には、下層絶縁膜 16 Dが形成されている。下層絶緣膜 1 6Dの上に、第 2引出導体 15H2が形成されている。第 2引出導体 15H2の上には、上層絶緣膜 16 Uが形成されている。第 2引出導体 1 5H2の一部には、断線部 16が形成されている。

次に、図 4及び図 5を用いて、本実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサを用いた空気流量計の構成について説明する。

図 4は、本発明の第 1の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサを用いた空気流量計の実装状態の断面図であり、図 5は、図 4の要部拡大を示す断面図である。なお、図 1及び図 2と同一符号は、同一部分を示している。図 4に示すように、内燃機関の吸気通路 P 1を形成する吸気管 30の壁面に形成された開口 31内に、空気流量計 20の先端部が挿入される。空気流量計 20 は、ネジ Nl， N 2によって、吸気管 30に固定されている。空気流量計 20は、下ハウジング 21Dと上ハウジング 21Uを備えている。下ハウジング 21Dと上ハウジング 21Uの間には、副通路 P 2が形成される。副通路 P 2には、吸気通路 P 1を流れる空気流の一部が流れ込む。副通路 P 2の内部には、支持部材 2 2によって支持された熱式空気流量センサ 1 0が配置される。また、下ハウジング 2 1 Dには、制御回路 2 3が備えられている。制御回路 2 3と空気流量センサ 1 0は、接続ワイヤ 2 4 Aによって電気的に接続されている。制御回路 2 3には、空気流量センサ 1 0の発熱抵坊体に流れる電流を制御する回路や、空気流量センサ 1 0によって検出された空気流量の信号を出力する回路が含まれている。制御回路 2 3は、接続ワイヤ 2 4 Bによって、金属端子 2 5に接続されており、空気流量信号が金属端子 2 5から外部に取り出される。制御回路 2 3及び接続ワイヤ 2 4 A, 2 4 Bの上部は、シリコンゲル 2 6によって覆われており、制御回路 2 3や接続回路 2 4 A, 2 4 Bに対する防湿構造としている。また、制御回路 2 3 の上には、カバー 2 7が設けられている。

次に、図 5に示すように、熱式空気流量センサ 1 0は、支持部材 2 2に形成された窪みの中に、銀ペーストのようなセンサ接着剤 2 8で接着され、固定されている。空気流量センサ 1 0の構成は、図 1〜図 3において説明したものと同様である。空気流量センサ 1 0の端子 1 4 H 1は、接続ワイヤ 2 4 Cによって、支持部材 2 2の端子 2 2 Aに接続されている。接続ワイヤ 2 4 Cは、エポキシ樹脂等の封止材 2 6 Bによって覆われている。

次に、図 6及び図 7を用いて、本実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの製造方法について説明する。

図 6は、本発明の第 1の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの製造時の平面図であり、図 7は、図 6の要部拡大を示す平面図である。図 6に示すように、半導体ウェハ 4 0には、複数の熱式空気流量センサ 1 0が半導体マイクロマシニング技術により、同時に製造される。半導体ウェハ 4 0の直径が約 1 2 . 5 c m ( 5インチ）の場合、同時に製造される空気流量センサ 1 0の個数は、約 6 0 0個である。空気流量センサ 1 0は、半導体ウェハ 4 0上にマトリックス状に配置されるが、一つの辺に最大 4 0個程度が製造される。

空気流量センサ 1 0の構成は、図 1〜図 3において説明したものと同様である。半導体ウェハ 4 0の上に複数の空気流量センサ 1 0が形成された状態では、図 1 に示した断線部 1 6はまだ断線状態とはなっておらず、導通状態となっている。そして、図 1に示した第 2引出導体 15H 1， 1 6H2, 15 H 3は、図 6に示すように、第 2引出導体 15Hによって電気的に直列に結線されている。マトリックス状に配置される空気流量センサ 1 0に対して、各辺に直列接続された空気流量センサの左辺には、各辺毎に電極 14HLm, 14HL n, …が形成され、各辺に直列接続された空気流量センサの右辺には、各辺に共通する電極 14HR が形成される。

ここで、図 1に示した発熱抵抗体 12 Hは、測温抵抗体 12 Lの抵抗値に基づき、周囲温度よりも約 10 O から 150°C高い温度なるように加熱して用いられる。周囲温度は、自動車の吸入空気で約 100°C程度に上昇するため、発熱抵抗体 12Hは、約 200 から 25 O にまで加熱されることになる。そのため、空気流量センサを長時間使用すると、徐々に劣化が進行して抵抗値が変化することが判明した。抵抗値が変化すると、熱式流量センサ 10としての流量特性が変化するため、信頼性が低下することになる。そこで、あらかじめ使用する前に発熱抵抗体 12 Hを通電加熱して劣化を進行させることにより、実用状態では抵抗値が変化しないようにするエージング処理を施すことを検討した。エージング処理を行うためには、例えば、図 1に示した電極 14H 1， 14H2間に所定の電流を通電することで行えるが、空気流量センサ 10の大きさが 2. 5mmx 6m mと小形であり、電極 14H1， 14H 2も 1辺が 100 imの正方形と小さいため、一つずつの空気流量センサ毎にエージング処理を行うのでは、作業効率が低いという問題があることが判明した。通電条件については、図 8〜図 13を用いて後述するが、通電時間は約 24時間程度は必要である。

そこで、本実施形態では、図 6に示したように、半導体ウェハ 40上にマトリックス状に製造される複数個（数百個）の空気流量センサ 10の内、各辺のセンサを第 2引出導体 15 Hにより接続する構成として、電極 14HLm， 14HL nと、電極 14HRの間に通電することにより、複数の発熱抵抗体 12 Hに対して同時に通電加熱してエージング処理を行うようにしている。半導体ウェハ 40 は、例えば、 5インチサイズのものを用いれば、約 600個の半導体センサ素子 10を形成でき、それに同時に通電することが可能であるであるため、通電処理に要する時間を 1Z600に低減することができる。また、図 2に示したように、半導体基板 1 1に形成された薄肉部 1 1 Aは、製造過程の異方性エッチング時に破損し易いものである。特に、熱式流量センサ 1 0では薄肉部 1 1 Aの厚さが僅か 0. 0015mmであるため、薄肉部 1 1 Aの表面に微小なクラックが生じた場合でも、空気流量センサ 10自体が破損することになる。微小な破損の場合には、空気流量センサ 10単体で検査することが困難であるため、図 4に示すように、制御回路 23と結線した後に不具合が判明することとなり、製造時の歩留まりの低下を引き起こすこととなる。

それに対して、本実施形態では、図 6に示した電極 14HLmと電極 14HR の間の抵抗値を測定することにより、電極 14HLm, 14HRの間に接続された複数個（例えば、 40個）の空気流量センサ 10の中に破損品があるかどうかの検査を容易に行うことができる。他の各辺の複数のセンサについても、同様に検査できる。破損品が発生する確率はそれほど高くないため、 40個のセンサの中に破損品がないことを一括して検査できることにより、検査作業を短時間で行うことができる。もし、 40個のセンサのいずれかに破損品があることが判明した場合には、個別のセンサについて検査することにより、具体的な破損品を特定することは可能である。

次に、図 7は、図 6に示した半導体ウェハ 40上に複数の空気流量センサ 10 が形成されている状態の中で、 3個の空気流量センサ 10 A， 10B, 10じの部分を拡大して示している。空気流量センサ 1 OA, 10B, 10 Cの構成は、それぞれ、図 1に示したものと同様である。例えば、空気流量センサ 10Bは、発熱抵抗体 12 HBと、測温抵抗体 12 CBを備えている。

発熱抵抗体 12 HBの両端部は、それぞれ、第 1引出導体 13H1 B, 13H 2Bを介して、電極 14H1 B, 14H2 Bに接続されている。電極 14 H 1 B に接続された第 2引出導体 15H 1 Bは、空気流量センサ 1 OAの電極 14H3 Aに接続される。電極 14H2に接続された第 2引出導体 1 5H2は、狭隘部 1 6 Β' 及び第 2引出電極 15Η 3を介して、電極 14Η3 Βに接続されている。空気流量センサ 1 OAの発熱抵抗体 12 ΗΑは、第 1引出導体 13H2A, 電極 14H2 A, 第 2引出導体 15H2 A，狭隘部 16 A' ，第 2引出導体 15H3 Aを介して、電極 14H 3 Aに接続されている。また、空気流量センサ 10じの発熱抵抗体 12HCは、第 1引出導体 13H 1 C, 電極 14H 1 C, 第 2引出導体 15H1 Cを介して、発熱抵抗体 12 HBに接続されている。以上のようにして、各発熱抵抗体 12HA， 12HB, 12 H Cは直列接続されている。

ここで、図 1において説明したように、第 2引出導体 1 5H2B, 15H3B の幅を 100 tmとしたとき、狭隘部 16 B' の幅は 2 m程度と狭くしている。エージングのための通電処理の場合、通電電流はそれほど大きくないため、狭隘部 16B' が溶融することはないものである。エージング処理終了後、例えば、電極 14H2 Bと電極 14H3 Bの間に大電流を流すことにより、狭隘部 16 B ' は加熱し、ヒューズのように溶融する。この大電流通電処理により、狭隘部 1 6 Bを電気的に非導通として、図 1に示した断線部 16を形成する。エージング処理時の通電電流を例えば 10mAとすると、大電流を流して溶断するヒューズ法による断線時には、例えば、 1 A程度の大電流を通電する。

なお、狭隘部 16 B' を断線状態にする方法としては、大電流によって溶断するヒューズ方式以外にも、例えば、レーザ光を用いて狭隘部を溶融して断線状態とする方式等を用いることもできる。

図 7に示す状態において、実線で示す部分は、空気流量センサ 1 OA, 10B, 10 Cとして用いられる部分であり、実線の部分において、半導体ウェハから分割されることにより、個々の空気流量センサを構成することができる。それに対して、破線で示される部分 17 A, 17 B, 17 Cは、半導体ウェハ 40を切断して、空気流量センサ 1 OA, 1 OB, 10 Cを製造するとき、廃棄される部分である。廃棄部分 17 A, 17 B, 17 Cには、図示するように、電極 14H3 A, 14H3B, 14H3 Cの他に、第 2引出導体 15H 1 A， 15H 1 B, 1 5H1 C, 15H3 A, 1 5H3B, 15 H 3 Cの一部が含まれている。

このようにして製造された空気流量センサ 10は、図 1に示したように、半導体基板 1 1の端部に、第 2引出導体 15H1, 15H3の端部が延在している。これは、発熱抵抗体 12 Hの両端部は、それぞれ、引出導体に接続する必要があり、また、図 6において説明したように、複数の発熱導体を直列接続した後、図 7において説明したように、廃棄部分 17を用いて、複数の発熱導体の接続を切断する構成の場合、必然的になる構成である。ここで、本実施形態では、第 2引出導体 1 5H 1は、発熱抵抗体 12 Hに接続されているのに対して、第 2引出導体 15H3は、途中に断線部 16があるため、発熱抵抗体 12 Hには接続されていないようにしている。

このような構成としたことにより、次のような利点がある。図 4に示したように、空気流量センサ 10は、支持部材 22に、センサ接着剤 28により固定される。このとき、空気流量センサ 10の端部に 2つの引出導体があると、センサ接着剤 28によって、 2つの引出導体が電気的に接続される場合がある。このように、 2つの引出導体が接続されると、発熱抵坊体 10の両端が接続されることになるため、センサとしての機能を果たさなくなる。また、センサ接着剤として、電気絶縁性の接着剤を用いることもできるが、電気伝導性のある半導体基板 1 1 が近接しており、湿度の影響や電気伝導性のある異物が混入した場合には、導通する恐れもある。さらに、製造プロセス過程で、半導体ウェハ 1 1からセンサ 1 1を分割するには、一般的には、ダイシングが実施されるが、その際に切り屑として発生する導電性のシリコンゃ導体材料が切断部端面に付着する可能性があり、付着物を除去するための洗浄工程が必要になる。

それに対して、本実施形態では、例え、第 2引出導体 15H1と第 2引出導体 15H3がセンサ接着剤によって接続されたとしても、第 2引出導体 15H3は、断線部 16において、発熱抵抗体 12 Hとは電気的に非導通となっているため、センサ機能が失われることがないものである。

なお、図 1に示した構成では、第 2引出導体 1 5H1， 15H3が半導体基板 1 1の端面で切断された構造としているが、電極 14H1， 14H2を半導体基板 1 1の端面に形成する構成としてもよいものである。

次に、図 8〜図 13を用いて、本実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサにおける製造時のエージング処理について説明する。

最初に、図 8を用いて、本実施形態による熱式空気流量センサに用いる発熱抵抗体 12 Hと測温抵抗体 12 Cの発熱温度と消費電力の関係について説明する。図 8は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いる発熱抵抗体と測温抵抗体の発熱温度と消費電力の関係の説明図である。図中、横軸は抵抗体 12H， 12 Cの発熱温度（）を示しており、縦軸は消費電力（W) を示している。

図 8は、熱式空気流量センサ 1 0の薄肉部 1 1 Aに形成した発熱抵抗体 1 2 H と薄肉部以外のところに形成した測温抵抗体 1 2 Cを用い、常温、無風空気中で印加電圧を変えた時の発熱温度と消費電力の関係を示したものである。薄肉部 1 1 Aに形成した発熱抵抗体 1 2 Hを、例えば、通電により 2 5 O に加熱するのに要する消費電力は、僅か 0 4 Wである。それに対して、測温抵抗体 1 2 C を同じ温度まで加熱するのに要する消費電力は 2 . 2 Wである。従って、仮に発熱抵抗体 1 2 Hをまとめて 6 0 0個同時に 2 5 0 °Cに発熱させて通電処理するとしても、僅か 2 4 Wの供給能力を有する電源を準備すれば良いことになる。一方、測温抵抗体 1 2 Cのように薄肉部 1 1 A以外のところに形成した抵抗体では、熱伝導のよい半導体基板 1 1全体に熱が拡散されるため、非常に大きな電力が必要となり、実際に設備を設計するのが困難となる。しかも、半導体ウェハ 4 0全体が高温に上がるため、例えば、電極 1 4であるアルミニウムや表面の一部にポリイミドのような有機絶縁膜が形成されている場合にはそれらが劣化することになる。本実施形態では、薄肉部 1 1 Aに形成された抵抗体 1 2 Hだけを通電することにより、薄肉部 1 1 A以外の部分に熱が伝わりにくいため、理想的に発熱抵抗体 1 2 Hだけをエージングできることになる。

最初に、図 9を用いて、本実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前の発熱抵抗体 1 2 Hの通電加熱時の抵抗変化率について説明する。図 9は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前の発熱抵抗体の通電加熱時の抵抗変化率の説明図である。

図中、横軸は 2 5 0で通電加熱した場合の時間を対数目盛で示し、縦軸は発熱抵抗体 1 2 Hの抵抗変化率 (%) を対数目盛で示している。

図中の（X) は、発熱抵抗体 1 2 Hの材料として白金薄膜抵抗体を用いた場合の抵抗変化率の推移を示している。（Y) は、発熱抵抗体 1 2 Hの材料として、単結晶シリコンに不純物として P (リン）をドーピングした抵抗体を用いた場合の抵抗変化率の推移を示している。（Z ) は、発熱抵抗体 1 2 Hの材料として、不純物として P (リン）をドーピングしたポリシリコン抵抗体の抵抗変化率の推移を示している。なお、 2 5 0 に発熱させる通電試験を実施したのは、自動車の吸入空気温度が 1 0 0 °Cになると、発熱抵抗体の温度が 2 0 0 ：〜 2 5 0 °Cになることを想定したものである。また、抵抗変化率は、通電する前の 0 の抵抗値と通電後の 0 °Cの抵抗値を恒温槽で測定したものである。

抵抗変化は、抵抗体材料によって多少異なるが、例えば， 1 0 0 0時間経過後の抵抗変化は 0 . 1 %〜0 . 7 %である。一方、一般的な電気回路において、抵抗値変化の許容値は、構造や回路方式によっても変わるが、約 0 . 0 5 %から 0 . 3 %程度である。したがって、 0 . 7 %も変化するということは、そのままでは、発熱抵抗体 1 2 Hとして用いることができないことを示している。

ここで、縦軸，横軸とも、対数目盛りで示しており、（X) , (Y) ， ( Z ) の 3種類の抵抗体とも、時間の経過と共に抵抗変化率が減少している。即ち、初期的に通電加熱を実施して、予め抵抗値を変化させることにより、実用状態における抵抗変化の抑制が可能と考えられる。

次に、図 1 0を用いて、本実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前の発熱抵抗体 1 2 Hの通電加熱時の抵抗温度係数変化率について説明する。

図 1 0は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前の発熱抵抗体の通電加熱時の抵抗温度係数変化率の説明図である。図中、横軸は 2 5 O t:通電加熱した場合の時間を対数目盛で示し、縦軸は発熱抵抗体 1 2 Hの抵抗温度係数変化率（％) を対数目盛で示している。

図中の（X) は、発熱抵抗体 1 2 Hの材料として白金薄膜抵抗体を用いた場合の抵抗温度係数変化率の推移を示している。（Y) は、発熱抵抗体 1 2 Hの材料として、単結晶シリコンに不純物として P (リン）をドーピングした抵抗体を用いた場合の抵抗温度係数変化率の推移を示している。（Z ) は、発熱抵抗体 1 2 Hの材料として、不純物として P (リン）をドーピングしたポリシリコン抵抗体の抵抗温度係数変化率の推移を示している。

なお、抵抗温度係数変化率は、恒温槽で 0 と 1 0 o :の時の抵抗値から算出したものである。抵抗温度係数は、（Y) の単結晶シリコンに Pをドーピングしたものでは増加傾向を示し、その他の材料（X) ， ( Z ) では減少傾向を示すことが判った。

さらに、通電加熱温度を種々変えて、抵抗変化率と抵抗温度係数変化率を測定したところ、図 9，図 1 0に示す変化の傾向は、加熱温度が 5 0 O :付近までは同じである。しかし、通電加熱温度が 5 0 0 °C以上になると、抵抗値が極端に減少したり、抵抗温度係数変化が違つた傾向を示すことからエージング条件として望ましくないものである。また、通電によって加熱せずに、恒温槽などの内部に発熱抵抗体を設置して所定温度を印加しても、抵抗変化が非常に小さくてエージング条件としては不適であった。また、測温抵抗体が 1 0 o :になるとき、発熱抵抗体は 2 0 0 〜 2 5 0でまで加熱されるため、通電加熱によるエージング温度は、実用状態の最高温度よりも更に高く、しかも抵抗体の物性が異常に変化しない 2 5 0 ° (：〜 5 0 0 の範囲が適当である。

さらに、 2 5 0 よりも温度を高くするにしたがって、エージングに要する時間を短時間とすることができ、実用的には、 3 5 0 °C以上とすることが効果的であった。また、通電加熱温度が 5 0 O :に近くなるにしたがって、抵抗値や抵抗温度係数のばらつきが大きくなる。発熱抵抗体の設計にあたっては、エージング処理後の抵抗値が所定の設定値になるように、エージング前の抵抗値を規定して設計するが、エージング処理後のばらつきが大きいと、設計が困難になる。エージング処理後の抵抗値のばらつきが実用的な範囲で小さくするためには、通電加熱温度を 4 0 O t:以下にすることが好適である。即ち、最適には、通電加熱温度を、 3 5 0 から 4 0 O の範囲とすることが適当である。

次に、図 1 1及び図 1 2を用いて、本実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前後の発熱抵抗体 1 2 Hの抵抗温度係数について説明する。図 1 1及び図 1 2は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理前後の発熱抵抗体の抵抗温度係数の説明図である。

通電加熱によるエージング条件を加熱温度 3 5 0 x 2 4 hとして、図中、横軸はサンプル数 N = l 6を示している。抵抗温度係数の変化は、ばらつきが大きいため、 N = 1 6個のサンプルを用いて測定している。縦軸は発熱抵抗体 1 2 H の抵抗温度係数（ppm/ :) を示している。

図 1 1の（a ) は、発熱抵抗体として白金薄膜を用いた場合のエージング前の抵抗温度係数を示し、（b) は、白金薄膜のエージング後の抵抗温度係数を示しいている。（c) は、発熱抵抗体として Pをドーピングしたポリシリコンのエージング前の抵抗温度係数を示し、（d) は、発熱抵抗体として Pをドーピングしたポリシリコンのエージング後の抵抗温度係数を示している。図 12の（e) は、発熱抵抗体として単結晶シリコンに Pをドーピングしたもののエージング前の抵抗温度係数を示し、（f) は、発熱抵抗体として単結晶シリコンに Fをドーピングしたもののエージング後の抵抗温度係数を示している。

白金薄膜では、エージングにより抵抗温度係数が 2494 p pmZ :から 24 81 p m/ : (すなわち、約— 0. 52%) に減少し、 Pをドーピングしたポリシリコンでは、 1380 p pmZ°Cから 1 376 p pmZt: (すなわち、約一 0. 29%) に減少し、単結晶シリコンに Pをドーピングしたものでは 1982 p pmZ :から 2013 p pmZで（すなわち、約 1. 6%) に増加する。

従って、同一の材料で発熱抵抗体 12 Hと測温抵抗体 12 Cを形成し、発熱抵抗体 12 Hの通電加熱エージングを実施した場合の抵抗温度係数を複数個で実測し平均すると、白金薄膜や Pをドーピングしたポリシリコンでは測温抵抗体 12 Cよりも発熱抵抗体 12 Hのほうが小さく、単結晶シリコンに Pをドーピングしたものでは大きくなり、その変化量はおよそ ±0. 25%以上である。このように、本実施形態を適用すると、発熱抵抗体 12 Hと測温抵抗体 12 Cの抵抗温度係数に違いが生じることが特徴であるが、実用上の問題はないものである。

次に、図 13を用いて、本実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理後の発熱抵抗体 12 Hの通電加熱時の抵抗変化率について説明する。図 13は、本発明の第 1の実施形態による熱式空気流量センサに用いるエージング処理後の発熱抵抗体の通電加熱時の抵抗変化率の説明図である。

図中、横軸は 250°C通電加熱した場合の時間を対数目盛で示し、縦軸は発熱抵抗体 12Hの抵抗変化率（％) を対数目盛で示している。

図中の（X) は、発熱抵抗体 12 Hの材料として白金薄膜抵抗体を用いた場合の抵抗変化率の推移を示している。（Y) は、発熱抵抗体 12 Hの材料として、単結晶シリコンに不純物として P (リン）をドーピングした抵抗体を用いた場合の抵抗変化率の推移を示している。（Z) は、発熱抵抗体 12 Hの材料として、不純物として P (リン）をドーピングしたポリシリコン抵抗体の抵抗変化率の推移を示している。

エージング処理条件は、 3 5 O X 2 4 hの通電加熱とし、エージング処理後に、 2 5 0 °Cの通電加熱試験を実施している。なお、抵抗変化率は、通電する前の 0 °Cの抵抗値と通電後の 0 °Cの抵抗値を恒温槽で測定したものである。

いずれの材料もエージングを実施することで抵抗変化が減少しており、大幅に耐久性を向上できる。また、その他の抵抗体材料、例えば、金，銅，アルミニゥム，クロム，ニッケル，タングステン，パーマロイ（F e N i ) ，チタン等であつても同様の効果が期待できる。また、図 1 3に示したエージングの条件は 3 5 0 °C X 2 4 hであるが、エージング時間をさらに長くするか、あるいは通電加熱温度を 3 5 0 よりもさらに上げて、例えば 5 0 0 等に上げればより抵抗変化の軽減が期待できる。但し、その場合は抵抗温度係数の変化が前述の ± 0 . 2 5 %よりも大きくなるが実用上の問題はない。

また、本実施形態では、多数の発熱抵抗体を一括処理でエージングできるため、 2 4 hという長いエージングも可能であるが、個別にされた状態で通電工一ジングすることは設備と作業時間の観点から実現困難である。

以上説明したように、本実施形態によれば、半導体ウェハ上に形成された複数の空気流量センサの発熱抵抗体を第 2引出導体を用いて互いに接続した上で、通電加熱によるエージング処理を行うようにしているので、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造の簡単な物理量検出装置を得ることができる。

また、第 2引出導体の途中に狭隘部を設け、この狭隘部を断線することにより、発熱抵抗体を容易に絶縁することができる。

さらに、耐久性を大幅に向上することができる。そのため、通常の熱式空気流量センサ 1 0では、発熱抵抗体の温度を周囲温度に対して 1 0 0 T〜 1 5 0 °Cにしか上げられなかったものが、本実施形態では、さらに温度を上げて、例えば周囲温度よりも 2 0 O :程度高い温度にすることが可能となる。高温にできれば、流体中に含まれるオイル等の高沸点物質も蒸発できることになり、汚損し難くなる。したがって、センサが汚れて流量特性が変化する問題も解決できる。また、熱式空気流量センサ 1 0は発熱抵抗体の大きさが非常に小さいため、水滴等が実車環境下で付着したり、水蒸気が結露すると蒸発に時間がかかる。蒸発中は流量特性が異状な値を出力するためできるだけ短時間で蒸発させることが望ましいものである。そこで、本実施形態のように耐久性を向上し、発熱抵抗体の温度を高温にすることができることにより、水滴等の影響も低減することができる。

次に、図 14を用いて、本発明の第 2の実施形態による物理量検出装置である熱式空気量センサの構成について説明する。

図 14は、本発明の第 2の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図である。なお、図 14は、図 7と対比する図面であり、本実施形態においても、図 6において説明したように、半導体ウェハには、複数の熱式空気流量センサ 10が半導体マイクロマシニング技術により、同時に製造されている。そして、図 14は、そのうちの 3個の空気流量センサ 10D， 10 E, 10 Fを示している。空気流量センサ 10D， 10 E, 10 Fの基本的な構成は、それぞれ、図 1に示したものと同様である。例えば、空気流量センサ 10Eは、発熱抵抗体 12HEと、測温抵抗体 12 CEを備えている。

発熱抵抗体 12 HEの両端部は、それぞれ、第 1引出導体 13H1 E, 13H 2 Eを介して、電極 14H1 E, 14H2 Eに接続されている。電極 14 H 1 E に接続された第 2引出導体 15H1 Eは、狭隘部 16E" 及び第 2引出導体 15 H4Eを介して、空気流量センサ 10Dの電極 14H 3Dに接続される。第 1引出導体 13H2 Eに接続された第 2弓 I出導体 1 5H2は、狭隘部 16 E ' 及び第 2引出電極 15H 3を介して、電極 14H3Eに接続されている。空気流量センサ 10Dの発熱抵抗体 12HDは、第 1引出導体 13H2D, 電極 14H2D, 第 2引出導体 15H2D, 狭隘部 16D' , 第 2引出導体 1 5H3Dを介して、電極 14H3Dに接続されている。また、空気流量センサ 10 Fの発熱抵抗体 1 2HFは、第 1引出導体 13H1 F, 電極 14H1 F, 第 2引出導体 15H1 F, 狭隘部 16F' 及び第 2引出導体 15 H4Fを介して、発熱抵抗体 12HEに接続されている。以上のようにして、各発熱抵抗体 12 HD， 12HE, 12HF は直列接続されており、第 1の実施形態同様に、通電エージング処理を行うことができる。

また、本実施形態では、 1つの空気流量センサ 10Eに対して、 2力所の断線部 1 6 E' , 1 6E" を設けている。したがって、発熱抵抗体 12 Εをより確実に絶縁することができる。また、図 5に示した基板支持部材 22が仮に電位がかかるような金属材料であっても使用することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第 1の実施形態の効果に加えて、第 2引出導体の途中に 2力所の狭隘部を設け、この狭隘部を断線することにより、発熱抵抗体を確実に絶緣することができる。

次に、図 1 5を用いて、本発明の第 3の実施形態による物理量検出装置である熱式空気量センサの構成について説明する。

図 1 5は、本発明の第 3の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図である。なお、本実施形態においても、図 6において説明したように、半導体ウェハには、複数の熱式空気流量センサ 1 0が半導体マイクロマシニング技術により、同時に製造されている。そして、図 1 5は、そのうちの 3個の空気流量センサ 1 0G, 1 OH, 10 Jを示している。空気流量センサ 1 0 G， 1 OH, 1 0 Jの基本的な構成は、それぞれ、図 1に示したものと同様である。例えば、空気流量センサ 10Hは、発熱抵抗体 1 2HHと、測温抵抗体 12 CH を備えている。

発熱抵抗体 1 2 HHの両端部は、それぞれ、第 1引出導体 1 3 H 1 H， 1 3H 2 Hを介して、電極 14H 1H, 14H2Hに接続されている。また、測温抵抗体 1 2 CHの両端部は、それぞれ、第 1引出導体 1 3 C 1H, 1 3 C 2Hを介して、電極 14 C 1 H, 14H 1 Hに接続されている。電極 14 C 1 Hに接続された第 2引出導体 1 5H3Hは、狭隘部 16H' 及び第 2引出導体 1 5 H 4 Hを介して、空気流量センサ 1 0Gの第 1弓 I出導体 1 3H2 Gに接続される。第 1引出導体 1 3H2Hに接続された第 2引出導体 1 5H2Hは、狭隘部 1 6 J ' 及び第 2引出電極 1 5 H 3 Jを介して、電極 14 C 1 Jに接続されている。即ち、空気流量センサ 10 Gの発熱抵抗体 12HGは、第 1引出導体 1 3H2 G, 第 2引出導体 1 5H4H, 狭隘部 16 H' ，電極 14 C 1 H, 第 1引出導体 1 3 C 1Hを介して、測温抵抗体 1 2 CHに接続されている。測温抵抗体 1 2 CHは、第 1引出導体 13 C 2H, 電極 14H 1Hを介して、発熱抵抗体 1 2 HHに接続されている。以上のようにして、各発熱抵抗体 1 2HG, 12HH, 12 H J及び測温抵抗体 1 2 CG, 1 2 CH, 1 2 C Jは直列接続されている。

ここで、測温抵抗体 1 2 Jは、図 8を用いて説明したように、加熱に必要な電力が非常に大きいため、測温抵抗体 12 CHと発熱抵抗体 1 2 HHに同時に同じ電流を流してもほとんど発熱しないものである。したがって、図 1 5に示す構造であっても、発熱抵抗体 1 2HG, 1 2 HH, 1 2 H Jのエージングが可能となる。従って、配線レイアウトの問題等で発熱抵抗体の両端に第 2引出導体を形成できない時には、本実施形態の構造のように設計することもできる。

さらに、発熱抵抗体 12Hと測温抵抗体 1 2 Cが結線されていることにより、発熱抵抗体 1 2Hの断線等のみならず、測温抵抗体 12 Cの断線等も同時に検査できる。

なお、発熱抵抗体 12Hと測温抵抗体 1 2 Cを電気的に結線する代わりに、別の抵抗体を半導体基板 1 1上に形成し、その抵抗体に第 2引出導体を設けるようにしても、エージング可能である。

以上説明したように、本実施形態によれば、第 1の実施形態の効果に加えて、測温抵抗体の検査も行うことができる。

次に、図 1 6及び図 17を用いて、本発明の第 4の実施形態による物理量検出装置である熱式空気量センサの構成について説明する。

図 1 6は、本発明の第 4の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの製造時の平面図であり、図 1 7は、図 1 6の要部拡大を示す平面図である。

図 1 6に示すように、半導体ウェハ 40' には、複数の熱式空気流量センサ 1 0が半導体マイクロマシニング技術により、同時に製造される。半導体ウェハ 4 0 ' の直径が約 12. 5 cm (5インチ）の場合、同時に製造される空気流量センサ 1 0の個数は、約 600個である。空気流量センサ 10は、半導体ウェハ 4 0' 上にマトリックス状に配置されるが、一つの辺に最大 40個程度が製造される。

空気流量センサ 1 0の構成は、図 1〜図 3において説明したものと同様である。そして、電極 14HLmと電極 14HRの間には、複数の空気流量センサ 1 0が、第 2引出導体 1 5Hによって並列に接続されている。半導体基板 1 1に形成された薄肉部 1 1 Aは破損し易いため、複数個の発熱抵抗体 12 Hを直列に結線する構造の場合には、仮に一ヶ所でも薄肉部 1 1 Aの破損品があると複数個全部がェ一ジングできなくなることになる。それに対して、本実施形態では、発熱抵抗体

12 H同志の結線を並列とすることで、エージングを可能としている。

ここで、図 17に示すように、空気流量センサ 10 K， 10 L, 10Mの発熱抵抗体 12ΗΚ， 12HL, 12ΗΜは、それぞれ、第 1引出導体 13Η 1 Κ，

13 Η 2 Κ, 13H1 L, 13H2 L, 13 Η 1 Μ, 13H2Mによって、電極

14H 1K, 14H2K, 14H 1 L, 14H2 L, 14H 1M, 14H2Mに接続されている。電極 14Η 1 K， 14H1 L, 14 Η 1 Μは、第 2引出導体 1

5Η 1によって共通接続されている。また、電極 14Η2Κ, 1 Η2 L, 14 Η2Μは、それぞれ、第 2引出導体 1 5Η2Κ, 15Η2 L, 1 5 Η 2 Μ及び狭隘部 16K' , 16L' , 16M' を介して、第 2引出導体 15 Η 2によって共通接続されている。したがって、空気流量センサ 10Κ， 10 L, 10Mの発熱抵抗体 12HK， 12HL, 12ΗΜは、それぞれ、第 2引出導体 15Η 1と第

2引出導体 15Η2によって並列接続されており、例え、一つの発熱抵抗体に不具合があっても、他の発熱抵抗体のエージング処理を行うことができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第 1の実施形態の効果に加えて、一つの発熱抵抗体に不具合があっても、他の発熱抵抗体のエージング処理を行うことができる。

次に、図 18を用いて、本発明の第 5の実施形態による物理量検出装置である熱式空気量センサの構成について説明する。

図 18は、本発明の第 5の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図である。なお、図 1と同一符号は、同一部分を示している。

熱式空気流量センサ 1 ONは、半導体基板 1 1に形成された発熱抵抗体 12H と、測温抵抗体 12 Cを備えている。発熱抵抗体 12Hは、薄肉部 1 1Aに形成されている。発熱抵抗体 12 Hの両端部は、それぞれ、第 1引出導体 13H1, 13H2を介して、電極 14H 1， 14H 2に接続されている。電極 14 H 1に接続された第 2引出導体 15H1は、空気流量センサ 10の外周部まで延在している。電極 14H 2に接続された第 2引出導体 15H2, 15H3も、空気流量センサ 10の外周部まで延在している力途中に、断線部 16が設けられており、電気的には非導通となっている。

さらに、発熱抵抗体 12 Hの上流側には、上流側感温抵抗体 12 SUが設けられ、下流側には、下流側感温抵抗体 12 SDが設けられている。上流側感温抵抗体 12 SUの一方の端部は、第 1引出電極 13 SU1によって電極 14 SUに接続されている。また、下流側感温抵抗体 12 SDの一方の端部は、第 1引出電極 13 SD 1によって電極 14 SDに接続されている。さらに、上流側感温抵抗体 12 S Uの他方の端部及び下流側感温抵抗体 12 S Dの他方の端部は、第 1引出電極 13 Sによって電極 14 Sに接続されている。

本実施形態においても、第 2引出導体 15Hを用いて、複数の発熱抵抗体を直列接続した上で、発熱抵抗体 12 Hに通電エージングを行うことで抵抗変化を防止できる。なお、上流側感温抵抗体 12 SU及び下流側感温抵抗体 12 SDも実用状態における発熱抵抗体 12 Hの熱影響により抵抗値が微小に変化する。そこで、図示はしないが、これらの感温抵抗体 12 SU， 12 SDにも第 2引出導体を形成して、発熱抵抗体 12 Hと同様の通電エージングをすることで、信頼性を向上することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第 1の実施形態の効果に加えて、さらに、信頼性を向上することができる。

次に、図 19及び図 20を用いて、本発明の第 6の実施形態による物理量検出装置である熱式空気量センサの構成について説明する。

図 19は、本発明の第 6の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサのエージング処理時の平面図であり、図 20は、本発明の第 6の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサのエージング処理後の平面図である。なお、本実施形態においても、図 6において説明したように、半導体ゥェ八には、複数の熱式空気流量センサ 10が半導体マイクロマシニング技術により、同時に製造されている。そして、図 19及び図 20は、そのうちの 3個の空気流量センサ 10P, 10 Q, 10 Rを示している。空気流量センサ 10 P, 10 Q, 1 ORの基本的な構成は、それぞれ、図 1に示したものと同様である。例えば、空気流量センサ 10Qは、発熱抵抗体 12HQと、図示していないが測温抵抗体 1 を備えている。

発熱抵抗体 12 HPの両端部は、それぞれ、第 1引出導体 13H1 P, 13H 2 Pを介して、電極 14H1 P, 14H2 Pに接続されている。また、発熱抵抗体 12HQの両端部は、それぞれ、第 1引出導体 13H1Q, 13H2Qを介して、電極 14H1 Q, 14H2Qに接続されている。さらに、発熱抵抗体 12 H Rの両端部は、それぞれ、第 1引出導体 13H 1 R, 13H2Rを介して、電極 14H1 R, 14H 2 Rに接続されている。

また、電極 14H2 Pと電極 14H 1 Qは、第 2引出導体に相当する金属ワイャ 18 Pにより接続されている。さらに、電極 14H2Qと電極 14H1 Rは、第 2引出導体に相当する金属ワイヤ 18Qにより接続されている。以上のようにして、各発熱抵抗体 12HP, 12HQ, 12HRは直列接続されており、同時にェ一ジング処理が可能となっている。

本実施形態の方式とすることにより、引出し導体のための面積を取る必要がないため、半導体ウェハ内に形成できる熱式空気流量センサ 10の個数を、より多くすることができる。

エージング処理終了後、金属ワイヤ 18 P, 18Qをカツ夕等により切断する。したがって、前述した実施形態のように、ヒューズ法やレーザー法のように熱式空気流量センサ 10に影響のでる心配がないものである。また、断線方法として最も確実である。

図 20は、金属ワイヤ 18 P， 18 Qを切断した後の状態を示している。金属ワイヤ 18 P, 18Qの断線後は、電極 14H 1 Q， 14H2Qに断線された金属ワイヤ 18 P 2， 18Q 1が残った状態になる。

以上説明したように、本実施形態によれば、第 1の実施形態の効果に加えて、製造できる個数を多くできるとともに、断線を確実にすることができる。

次に、図 21及び図 22を用いて、本発明の第 7の実施形態による物理量検出装置である熱式空気量センサの構成について説明する。

図 21は、本発明の第 7の実施形態による物理量検出装置である熱式空気流量センサの平面図であり、図 22は、図 21の A— A断面図である。

図 1〜図 20において説明した実施形態においては、発熱抵抗体が形成される基板として、半導体基板を用いているが、基板の材料としては、半導体に限らず、他の基板を用いることも可能である。本実施形態では、基板材料として、金属を用いている。

図 21に示すように、金属製の基板 50の上には、複数の熱式空気流量センサ 10 S, 10T, 10Uが同時に製造される。空気流量センサ 10 S, 10T, 10Uの大きさや構成は、図 1〜図 3において説明したものと同様であり、それぞれ、発熱抵抗体 12HS, 12HT, 12HUを備えている。また、図示は省略しているが、測温抵抗体も備えている。発熱抵抗体 12HS， 12HT, 12 HUは、第 2引出導体 15Hによって、電極 14HL 1と電極 14HRの間に、直列接続されており、同時にエージング処理する。金属製基板 50の大きさが 1 0 cm四方の場合、同時に製造される空気流量センサ 10の個数は、約 400〜 500個である。

次に、図 22を用いて、断面構造について説明する。

金属製基板 50の上には、ポリイミド等からなる絶緣膜 52が形成される。金属製基板 50の厚さ D 3は、例えば、 200 /zmである。絶縁膜 52の厚さ D 4 は、例えば、 6〜 10 j mである。絶縁膜 52の上に、発熱抵抗体 12 HS， 1 2HT, 12HUや第 1引出導体、第 2引出導体 15Hが形成される。

以上説明したように、本実施形態によれば、基板が半導体基板以外のものにあつても、第 1の実施形態の効果を達成することができる。

次に、図 23及び図 24を用いて、本発明の第 8の実施形態による物理量検出装置である半導体式圧力センサの構成について説明する。

図 23は、本発明の第 8の実施形態による物理量検出装置である半導体式圧力センサの平面図であり、図 24は、図 23の A_A断面図である。

図 23に示すように、圧力センサ 60は、半導体基板 61の薄肉部 61 Aに形成されたピエゾ抵抗体 62 A, 62 B, 62 C, 62 Dを備えている。半導体基板 61は、例えば、シリコン等で形成されている。ピエゾ抵抗体 62は、半導体基板 62に不純物をドーピングした抵抗体である。ピエゾ抵抗体 62A, 62 B の一方の端部は、第 1引出電極 63 ABを介して、電極 64 ABに接続されている。ピエゾ抵抗体 62 Bの他方の端部とピエゾ抵抗体 62 Cの一方の端部は、第 1引出電極 63 BCを介して、電極 64 BCに接続されている。ピエゾ抵抗体 6 2 Cの他方の端部とピエゾ抵抗体 62Dの一方の端部は、第 1引出電極 63 CD を介して、電極 64 CDに接続されている。ピエゾ抵抗体 62Dの他方の端部とピエゾ抵抗体 62 Aの他方の端部は、第 1引出電極 63 ADを介して、電極 64 ADに接続されている。

さらに、本実施形態においては、電極 64 ADに接続された第 2引出導体 65 ADは、圧力センサ 60の外周部まで延在している。第 1引出導体 63BCに接続された第 2引出導体 65 BC 1， 65 BC 2も、圧力センサ 60の外周部まで延在しているが、途中に、狭隘部 66' が設けられている。圧力センサ 60は、図 6に示した空気流量センサ 10と同様に、半導体ウェハ上に複数個同時に製造される。したがって、第 2引出電極 65ADは、隣接する圧力センサの電極に接続され、また、第 2引出電極 65 BC 2も、他方に隣接する圧力センサの電極に接続されるので、複数の圧力センサのピエゾ抵抗 62が直列接続される。

また、図 24に示すように、半導体基板 61の表面にピエゾ抵抗体 62 B， 6 2D及び第 1引出導体 63 AB, 63 ADや図示しない他のピエゾ抵抗体や第 1 引出導体や第 2引出導体を形成した後、表面に保護膜 67を形成する。また、半導体基板 61の裏面の中央のピエゾ抵坊体 62が形成される領域に、異方性エツチングにより凹部 61 Bを形成することにより、約 0. 02 mmの厚さの薄肉部 61 Aを形成する。

圧力センサ 60自身は、熱式流量センサ 10のように発熱抵抗体 12Hは用いていないため、抵抗値が大きく変化することはないが、実車環境での熱影響により抵抗値が変化してくる。従って、この場合も、直列接続されたピエゾ抵抗体 6 2に通電加熱してエージング処理することにより、圧力センサ 60の信頼性を向上することができる。本実施形態は、特に高温下で圧力を検出する目的に有利である。エージング処理終了後、狭隘部 66' を切断することにより、実装時のセンサの不具合を回避することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、圧力センサ等の物理量検出装置においても、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造を簡単なものとすることができる。次に、図 25及び図 26を用いて、本発明の第 9の実施形態による物理量検出装置である加速度センサの構成について説明する。

図 25は、本発明の第 9の実施形態による物理量検出装置である加速度センサの平面図であり、図 26は、図 25の A— A断面図である。

図 25に示すように、加速度センサ 70は、半導体基板 7 1の薄肉部 7 1 Aに形成されたピエゾ抵抗体 72 Pと、測温抵抗体 72 Cを備えている。加速度検出部 7 1 Bは、薄肉部 7 1 Aによって片持張り式で半導体基板 7 1に支持されており、加速度検出部 7 1 Bが加速度を受けると、薄肉部 7 1 Aが橈み、ピエゾ抵抗体 72 Pにより加速度を検出できる。半導体基板 7 1は、例えば、シリコン等で形成されている。ピエゾ抵抗体 72 P及び測温抵抗体 72 Cは、半導体基板 72 に不純物をドーピングした抵抗体である。ピエゾ抵抗体 72 Pの両端部は、それぞれ、第 1引出電極 73 P 1, 73 P 2を介して、電極 74 P 1 , 74 P 2に接続されている。測温抵抗体 72 Cの両端部は、それぞれ、第 1引出電極 73 C 1, 73 C 2を介して、電極 74C 1, 74 C 2に接続されている。

さらに、本実施形態においては、電極 74 P 1に接続された第 2引出導体 75 P 1は、加速度センサ 70の外周部まで延在している。電極 74 P 2に接続された第 2引出導体 75 P 2, 7 5 P 3も、加速度センサ 70の外周部まで延在しているが、途中に、断線部 7 6が設けられている。加速度センサ 70は、図 6に示した空気流量センサ 10と同様に、半導体ウェハ上に複数個同時に製造される。したがって、第 2引出電極 7 5 P 1は、隣接する加速度センサの電極に接続され、また、第 2引出電極 75 P 3も、他方に隣接する加速度センサの電極に接続されるので、複数の加速度センサのピエゾ抵抗 72が直列接続される。なお、断線部 76は、エージング処理の前には、導通している。 '

また、図 26に示すように、半導体基板 7 1の表面にピエゾ抵抗体 72 P及び第 1引出導体 73 P 2や図示しない測温抵抗体や第 1引出導体や第 2引出導体を形成した後、表面に保護膜 77を形成する。また、半導体基板 7 1の裏面の中央のピエゾ抵抗体 72 Pが形成される領域に、異方性エッチングにより凹部 7 1 C を形成することにより、約 0. 0 lmmの厚さの薄肉部 7 1 Aを形成する。

加速度センサ 70自身は、熱式流量センサ 1 0のように発熱抵抗体 12Hは用いていないため、抵抗値が大きく変化することはないが、実車環境での熱影響により抵抗値が変化してくる。従って、この場合も、直列接続されたピエゾ抵抗体

7 2に通電加熱してエージング処理することにより、加速度センサ 7 0の信頼性を向上することができる。本実施形態は、特に高温下で加速度を検出する目的に有利である。エージング処理終了後、狭隘部を切断して断線部 7 6とすることにより、実装時のセンサの不具合を回避することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、加速度センサ等の物理量検出装置においても、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造を簡単なものとすることができる。

なお、以上の各実施形態では、物理量検出装置として、空気流量センサ，圧力センサ，加速度センサを例にして説明したが、本発明は、半導体基板に薄肉部を形成するとともに薄肉部にヒーターを形成する構造の湿度センサ，ガスセンサ，温度センサ等にも適用することができるものであり、信頼性の向上した物理量検出装置を得ることができる。

また、センサ素子の基板としては、上述した例のように、半導体基板や複数個の穴を設けた金属基板の上に非常に薄い絶縁膜を接着して薄肉部を形成する基板以外にも、例えば、複数個の穴を設けたセラミック基板の上に非常に薄い絶縁膜を接着して薄肉部を形成する基板等を用いることも可能であり、上述の各実施形態と同様にして、通電エージングすることも、エージング後にダイシングして各センサ素子に分割することも可能である。

次に、図 2 7を用いて、本発明の第 1 0の実施形態による物理量検出装置である空気流量センサを用いた内燃機関の燃料制御システムの構成について説明する。図 2 7は、本発明の第 1 0の実施形態による物理量検出装置である空気流量センサを用いた内燃機関の燃料制御システムの構成を示すシステム構成図である。本実施形態は、内燃機関、特に，ガソリンエンジンに適用したものである。吸入空気 1 0 1は、エアクリーナー 1 0 2，ボディ 1 0 5，ダクト 1 0 6，スロットルボディ 1 0 9 , 吸気マ二ホールド 1 1 0を介して、エンジンシリンダ 1 1 4 に吸入される。ボディ 1 0 5には、サ一ミス夕等の吸気温センサ 1 0 3及び上述した空気流量計 2 0が配置され、吸気温及び空気流量を検出して、トロ一ルュニット 1 1 1に取り込まれる。スロットルボディ 1 0 9には、スロットバルブの開度を検出するスロットル角センサ 1 0 7が設けられ、検出されたスロットル角信号は、エンジンコントロールユニット 1 1 1に取り込まれる。また、排気マ二ホールド 1 1 5から排出されるガス 1 1 6中の酸素濃度が、酸素濃度計 1 1 7によって検出され、エンジンコントロールュニット 1 1 1に取り込まれるエンジンの回転数は、回転速度計 1 1 3によって検出され、エンジンコント口一ルュニット 1 1 1に取り込まれる。

エンジンコントロールユニット 1 1 1は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射量を算出し、インジェクタ 1 1 2を用いて、吸気マニホルド 1 1 0に燃料を噴射する。

ここで、空気流量計 2 0は、図 1〜図 2 2において説明したように、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造も簡単なものであり、したがって、内燃機関の制御の信頼性を向上することができる。

なお、ディーゼルエンジンの場合も基本構成はほぼ同じであり、本実施形態と同様に適用できる。すなわち、ディーゼルエンジンのエアクリーナー 1 0 2と吸気マ二ホールド 1 1 5の途中に配置した空気流量計 2 0により流量が検知され、検知された信号がコントロールユニット 1 1 1に取り込まれる。

また、燃料制御のシステムだけでなく、点火時期の制御や車両の制御にも適当でき、同様に、制御システムの信頼性を向上できるものである。

以上説明したように、本実施形態によれば、車両制御システムの信頼性を向上することができる。

次に、図 2 8を用いて、本発明の第 1 1の実施形態による物理量検出装置である空気流量センサを用いた内燃機関の燃料制御システムの構成について説明する。図 2 8は、本発明の第 1 1の実施形態による物理量検出装置である空気流量センサを用いた内燃機関の燃料制御システムの構成を示すシステム構成図である。本実施形態は、内燃機関、特に，ガスエンジンに適用したものである。吸入空気 1 0 1は、エアクリーナ一 1 0 2 , ボディ 1 0 5，ダクト 1 0 6 , スロットルボディ 1 0 9，吸気マ二ホールド 1 1 0を介して、エンジンシリンダ 1 1 4に吸入される。ボディ 1 0 5には、吸気温センサ 1 0 3及び上述した空気流量計 2 0 が配置され、吸気温及び空気流量を検出して、エンジンコントロールユニット 1 1 1に取り込まれる。スロットルボディ 1 0 9には、スロットバルブの開度を検出するスロットル角センサ 1 0 7が設けられ、検出されたスロットル角信号は、エンジンコントロールユニット 1 1 1に取り込まれる。また、排気マ二ホールド 1 1 5から排出されるガス 1 1 6中の酸素濃度が、酸素濃度計 1 1 7によって検出され、エンジンコントロールユニット 1 1 1に取り込まれる。エンジンの回転数は、回転速度計 1 1 3によって検出され、エンジンコントロールユニット 1 1 1に取り込まれる。また、 C N G (圧縮天然ガス）を封入したガスタンク 1 1 8 より供給されるガスの流量は、上述した空気流量計 2 O Aによって検出され、ェンジンコントロールュニット 1 1 1に取り込まれる。

エンジンコントロールユニット 1 1 1は、始動時には、これらの入力信号に基づいて、インジェク夕 1 1 2からのガスの噴射量を算出し、インジェク夕 1 1 2 を用いて、吸気マニホルド 1 1 0に燃料を噴射する。また、始動後は、エンジンコントロールユニット 1 1 1は、空気流量計 2 O Aによって、ガス流量を検出し、所定のガス流量となるように、バルブ 1 1 9の開度を制御する。

ここで、空気流量計 2 0， 2 O Aは、図 1〜図 2 2において説明したように、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造も簡単なものであり、したがって、内燃機関の制御の信頼性を向上することができる。

また、燃料制御のシステムだけでなく、点火時期の制御や車両の制御にも適当であり、同様に、制御システムの信頼性を向上できるものである。

次に、図 2 9を用いて、本発明の第 1 2の実施形態による物理量検出装置である圧力センサを用いた内燃機関の燃料制御システムの構成について説明する。図 2 9は、本発明の第 1 2の実施形態による物理量検出装置である圧力センサを用いた内燃機関の燃料制御システムの構成を示すシステム構成図である。

本実施形態は、内燃機関、特に，ガソリンエンジンに適用したものである。吸入空気 1 0 1は、エアクリーナー 1 0 2 , ボディ 1 0 5，ダクト 1 0 6，スロットルボディ 1 0 9 , 吸気マ二ホールド 1 1 0を介して、エンジンシリンダ 1 1 4 に吸入される。ボディ 1 0 5には、吸気温センサ 1 0 3が配置され、吸気温を検出して、エンジンコントロールユニット 1 1 1に取り込まれる。スロットルボディ 1 0 9には、スロッ卜バルブの開度を検出するスロットル角センサ 1 0 7が設けられ、検出されたスロットル角信号は、エンジンコントロールユニット 1 1 1 に取り込まれる。吸気マニホルド 1 1 0には、上述した圧力センサ 6 0が配置され、吸気圧を検出して、エンジンコントロールユニット 1 1 1に取り込まれる。また、排気マ二ホールド 1 1 5から排出されるガス 1 1 6中の酸素濃度が、酸素濃度計 1 1 7によって検出され、エンジンコントロールュニット 1 1 1に取り込まれる。エンジンの回転数は、回転速度計 1 1 3によって検出され、エンジンコントロールュニット 1 1 1に取り込まれる。

エンジンコントロールユニット 1 1 1は、これらの入力信号に基づいて、燃料噴射量を算出し、インジェク夕 1 1 2を用いて、吸気マニホルド 1 1 0に燃料を噴射する。

ここで、圧力センサ 6 0は、図 2 3及び図 2 4において説明したように、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造も簡単なものであり、したがって、内燃機関の制御の信頼性を向上することができる。

なお、図 2 7〜図 2 9に示した車両制御システムには、図示はしないが、流量センサや圧力センサの他に、ガス成分センサや酸素濃度センサ，加速度センサ，温度センサ，湿度センサ等の他の物理量を検出するセンサ（検出装置）にも同様に用いることができる。産業上の利用の可能性

本発明によれば、物理量検出装置を、長時間使用しても抵抗値が変化せず、構造の簡単なものとすることができる。また、物理量検出装置を用いた車両制御システムの信頼性を向上することができる。

Claims

請求の範囲

1 . 基板の薄肉部に形成された抵抗体と、この抵抗体の両端にそれぞれ第 1引出導体を介して接続された電極とを有し、この抵抗体を用いて物理量を検出する物理量検出装置において、

上記抵抗体の両端に電気的に接続されるとともに、上記基板の外周端に延びて形成された第 2引出導体を備えたことを特徴とする物理量検出装置。

2 . 請求項 1記載の物理量検出装置において、

上記第 2引出導体の少なくとも一方の第 2引出導体は、その途中において、電気的に断線された断線部を備えたことを特徴とする物理量検出装置。

3 . 請求項 1記載の物理量検出装置において、さらに、

上記基板に形成されるとともに、上記抵抗体と同一材料で形成された第 2抵抗体を備えるとともに、

上記抵抗体と上記第 2抵抗体の抵抗温度係数が、少なくとも ± 0 . 2 5 %以上異なることを特徴とする物理量検出装置。

4 . 請求項 3記載の物理量検出装置において、

上記抵抗体及び第 2抵抗体を形成する材料は白金またはポリシリコンに不純物をドーピングしたものであり、上記抵抗体の抵抗温度係数が上記第 2抵抗体の抵抗温度係数よりも 0 . 2 5 %以上小さいことを特徴とする物理量検出装置。

5 . 請求項 3記載の物理量検出装置において、

上記抵抗体及び第 2抵抗体を形成する材料は単結晶シリコンに不純物をドーピングしたものであり、上記抵抗体の抵抗温度係数が上記第 2抵抗体の抵抗温度係数よりも 0 . 2 5 %以上大きいことを特徴とする物理量検出装置。

6 . 請求項 1記載の物理量検出装置において、

上記基板は、半導体基板であることを特徴とする物理量検出装置。

7 . 基板の薄肉部に形成された抵抗体と、この抵抗体の両端にそれぞれ第 1引出導体を介して接続された電極とを有し、この抵抗体を用いて物理量を検出する物理量検出装置の製造方法において、

上記基板に複数の上記抵钪体を同時に形成するとともに、複数の抵抗体の両端に第 2引出導体により順次電気的に接続した後、一括して上記複数の抵抗体を通電加熱処理し、さらに、各抵抗体毎に分割することを特徴とする物理量検出装置の製造方法。

8 . 請求項 7記載の物理量検出装置の製造方法において、

上記通電加熱処理後、各抵抗体間を接続する上記第 2引出導体を電気的に断線することを特徴とする物理量検出装置の製造方法。

9 . 物理量検出装置と、この物理量検出装置によって検出された車両の状態に基づいて車両を制御するコントロールュニッ卜を有し、

上記物理量検出装置は、基板の薄肉部に形成された抵抗体と、この抵抗体の両端にそれぞれ第 1引出導体を介して接続された電極とを有し、この抵抗体を用いて物理量を検出する物理量検出装置を用いた車両制御システムにおいて、上記物理量検出装置の上記抵抗体の両端に電気的に接続されるとともに、上記基板の外周端に延びて形成された第 2引出導体を備えたことを特徴とする物理量検出装置を用いた車両制御システム。