WO2026079110A1 - フローセンサ - Google Patents
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Abstract
フローセンサのオフセット電圧のばらつきを低減させる。本フローセンサは、周辺部と前記周辺部よりも薄いメンブレン部とを有する基板と、前記メンブレン部に配置されたヒータと、前記ヒータに対して対称に配置された複数のサーモパイルと、を有し、前記複数のサーモパイルは、第1配線と第2配線とを有し、前記第1配線と前記第2配線は、前記メンブレン部の上で接続され、かつ前記周辺部の上で接続され、前記第1配線は、第1部分と前記第1部分よりも太い第2部分とを有し、前記第2配線は、第3部分と前記第3部分よりも太い第4部分とを有し、前記第2部分及び前記第4部分は、前記メンブレン部と前記周辺部に跨るように配置されている。
Description
本発明は、フローセンサに関する。
従来、気体又は液体等の流体の、流量又は流速等を検出するフローセンサが知られている。
例えば、特許文献1には、加熱要素に対して対称的に配置された温度センサに対し、チップ上面の少なくとも2つの熱伝導領域が同じ距離に配置された構成が開示されている。
フローセンサでは、オフセット電圧のばらつきを抑えることが重要である。
本発明は、フローセンサのオフセット電圧のばらつきを低減させることを目的とする。
本フローセンサは、周辺部(11)と前記周辺部(11)よりも薄いメンブレン部(12)とを有する基板(1)と、前記メンブレン部(12)に配置されたヒータ(2)と、前記ヒータ(2)に対して対称に配置された複数のサーモパイル(3)と、を有し、前記複数のサーモパイル(3)は、第1配線(31)と第2配線(32)とを有し、前記第1配線(31)と前記第2配線(32)は、前記メンブレン部(12)の上で接続され、かつ前記周辺部(11)の上で接続され、前記第1配線(31)は、第1部分(311)と、前記第1部分(311)よりも太い第2部分(312)と、を有し、前記第2配線(32)は、第3部分(321)と前記第3部分(321)よりも太い第4部分(322)とを有し、前記第2部分(312)及び前記第4部分(322)は、前記メンブレン部(12)と前記周辺部(11)に跨るように配置されている。
なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。
本発明によれば、フローセンサのオフセット電圧のばらつきを低減させることができる。
以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を適宜省略する。但し、以下に示す形態は、本開示の技術思想を具現化するためのフローセンサを例示するものであって、以下に限定するものではない。なお、各図面が示す部材の大きさ、位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。
各図面において、方向表現として、X軸、Y軸及びZ軸を有する直交座標を用いる。X軸、Y軸及びZ軸は、互いに略直交する。X軸の矢印が向く方向を+X方向又は+X側、+X方向とは反対方向を-X方向又は-X側と表記する。Y軸の矢印が向く方向を+Y方向又は+Y側、+Y方向とは反対方向を-Y方向又は-Y側と表記する。Z軸の矢印が向く方向を+Z方向又は+Z側、+Z方向とは反対方向を-Z方向又は-Z側と表記する。
Y方向は、実施形態に係るフローセンサが有するサーモパイルの第1配線及び第2配線が延びる第1方向に対応する。X方向は、第1方向と交差する第2方向に対応する。Z方向は、実施形態に係るフローセンサが有するメンブレン部の平面を上面視する方向である第3方向に対応する。本明細書では、第1方向Y、第2方向X、及び第3方向Zと表記する。また、第3方向Zから対象物を視ることを上面視という場合がある。
上記の特定の方向や位置を示す用語は、参照した図面における相対的な方向や位置を分かり易くするために用いているにすぎない。これらの用語は、実施形態の方向を限定するものではなく、実施形態に係るフローセンサの使用時における向きは任意である。また、本明細書において、「配置する」は、直接接する場合に限られず、間接的に、例えば他の部材を介して配置する場合も含む。
[第1実施形態]
<第1実施形態に係るフローセンサの構成>
図1から図3を参照して、第1実施形態に係るフローセンサの構成について説明する。図1は、第1実施形態に係るフローセンサ100の全体構成を示す模式的上面図の一例である。図2は、図1におけるII-II線の模式的断面図である。図3は、フローセンサ100が有するサーモパイル3を拡大して示す模式的上面図である。
<第1実施形態に係るフローセンサの構成>
図1から図3を参照して、第1実施形態に係るフローセンサの構成について説明する。図1は、第1実施形態に係るフローセンサ100の全体構成を示す模式的上面図の一例である。図2は、図1におけるII-II線の模式的断面図である。図3は、フローセンサ100が有するサーモパイル3を拡大して示す模式的上面図である。
フローセンサ100は、気体又は液体等の流体の流量又は流速等を検出する熱式のセンサである。フローセンサ100は、流体の流量又は流速等に応じた検出信号を出力する。
図1に示す例では、フローセンサ100は、上面視において、略矩形の外形形状を有する。上面視におけるフローセンサ100のサイズは、一例として、1.6mm×1.6mmである。但し、上面視における基板1の外形形状は、略円形、略楕円形、又は略多角形等であってよい。また、フローセンサ100のサイズは、上記のものに限定されない。フローセンサ100は、半導体プロセス等により形成される。
図1に示すように、フローセンサ100は、周辺部11と周辺部11よりも薄いメンブレン部12とを有する基板1と、メンブレン部12に配置されたヒータ2と、ヒータ2に対して対称に配置された複数のサーモパイル3と、を有する。複数のサーモパイル3は、第1配線31と第2配線32とを有する。接続された第1配線31と第2配線32を1組として熱電対と称することができる。基板1の第1配線31と第2配線32の一端は、メンブレン部12の上で接続され、かつ他端は周辺部11の上で接続される。
図1に示す例では、ヒータ2は、第2方向Xに延びている。ヒータ2は、第2方向Xにおける両端に配置されたヒータパッド21に接続している。第1方向Yにおいて、ヒータ2に対して対称に8個のサーモパイル3が第2方向Xに並んで一定の間隔で配置されている。図1におけるメンブレン長さLMは、メンブレン部12の第1方向Yにおける長さである。
図1に示す例では、フローセンサ100は、2つのサーモパイル3を有している。ヒータ2の+Y側に配置されたサーモパイル3Aと、ヒータ2の-Y側に配置されたサーモパイル3Bは、ヒータ2を基準に鏡映対称であり、対をなしている。なお、サーモパイル3を熱電堆と称し、複数の熱電対が接続されてサーモパイル3を形成していると言える。
フローセンサ100は、サーモパイル3により得られる検出信号を、基板1の4つの角部近傍に配置された4つのセンサパッド10(10A-1、10A-2、10B-1、10B-2)を通して出力する。サーモパイル3Aの両端には、センサパッド10A-1、10A-2が接続され、サーモパイル3Bの両端には、センサパッド10B-1、10B-2が接続されている。サーモパイル3Aは、複数の熱電対の第1点33と第2点34の間に生じる温度差を電圧差に変換して、その電圧差をセンサパッド10A-1、10A-2に出力する。サーモパイル3Bは、複数の熱電対の第1点33と第2点34の間に生じる温度差を電圧差に変換して、その電圧差をセンサパッド10B-1、10B-2に出力する。
図1に示す例では、第1配線31と第2配線32は、第1コンタクトプラグ330により、第1点33で接続されている。第1配線31と第2配線32は、第2コンタクトプラグ340により、第2点34で接続されている。ここで、第1コンタクトプラグ330が第1点33であり、第2コンタクトプラグ340が第2点34である。そのため、図1では、第1コンタクトプラグ330及び第1点33の符号を併記し、第2コンタクトプラグ340及び第2点34の符号を併記している。なお、第1点33を第1コンタクトプラグ330の中心としても良く、第2点34を第2コンタクトプラグ340の中心としても良い。
図1に示す例では、サーモパイル3A、3Bはそれぞれ8個の第1配線31と8個の第2配線32を有している。第1配線31、第2配線32を第2方向Xの小さい方から1、2、・・、n、・・、8個目とする。nを1以上の整数とすると、メンブレン部12において、n個目の第2配線32nとn個目の第1配線31nは、第1点33で接続されている。また、周辺部11において、n個目の第2配線32nとn+1個目の第1配線31n+1が第2点34で接続されている。
図2に示す例では、フローセンサ100は、基板1と、第3方向Zにおいて基板1の上に配置された絶縁膜113と、絶縁膜113上に配置された保護膜13を有している。周辺部11は基板1からなる支持部111を有している。メンブレン部12は支持部111を有していない。第3方向Zにおいて、周辺部11の厚さは約400μmであり、メンブレン部12の厚さは約2μmである。第2配線32は、第3方向Zにおいて、第1配線31の上方、例えば+Z側に配置されている。第1配線31と第2配線32は、メンブレン部12上の第1点33において接続され、かつ周辺部11上の第2点34において接続されている。第1点33は、サーモパイル3が有する2つの接点のうち、温度測定のために用いられる温接点である。第2点34は、サーモパイル3が有する2つの接点のうち、温接点以外の冷接点である。
保護膜13は、複数の絶縁膜が積層された積層構造体である。周辺部11の支持部111は、基板1であり、例えばシリコンを含んで構成された部材である。周辺部11は、メンブレン部12と比較して放熱効率が高く、ヒートシンクの機能を有する。ヒータ2は、白金、ニクロム、ポリシリコン等を含んで構成され、ヒータパッド21を介して供給される電流又は電圧に応じて発熱する発熱抵抗体である。
サーモパイル3の第1配線31は、例えばポリシリコン膜を含んで構成されたポリシリコン配線である。サーモパイル3の第2配線32は、例えばアルミニウム膜を含んで構成されたアルミニウム配線である。第1配線31及び第2配線32は、それぞれ第1方向Yに延びている。サーモパイル3は、第1配線31のポリシリコン膜と第2配線32のアルミニウム膜が直列接続された繰り返し構造を有する。
図3に示すように、本実施形態では、第1配線31は、第1部分311と第1部分311よりも太い第2部分312とを有する。第2配線32は、第3部分321と第3部分321よりも太い第4部分322とを有する。第2部分312及び第4部分322は、メンブレン部12と周辺部11に跨るように配置されている。図3に示す例では、第2部分312及び第4部分322は、メンブレン部12と周辺部11の境界120を介して、メンブレン部12と周辺部11に跨るように配置されている。
また、本実施形態では、メンブレン部12と周辺部11の境界120において、第3方向Zから見たときに、第2配線32は、第1方向Y及び第2方向Xのそれぞれにおいて第1配線31に包含されている。別の観点では、メンブレン部12と周辺部11の境界120の近傍において、第3方向Zから見たときに、第2配線32は、第1方向Y及び第2方向Xのそれぞれにおいて第1配線31に包含されている。
<第1実施形態に係るフローセンサ100の作用効果>
フローセンサ100では、第1方向Yのマイナス(-Y方向)からプラス(+Y方向)に流体が流れる。フローセンサ100では、流体の流量又は流速等を検出するときには、ヒータ2が通電加熱されることで、ヒータ2を中心に略対称な温度分布が形成される。ヒータ2に対して略対称な温度分布が形成された状態において、フローセンサ100の+Z側の空間に流体の流れが生じると、ヒータ2により形成された温度分布の対称性が崩れる。温度分布の対称性が崩れることで、対をなすサーモパイル3A(下流側)とサーモパイル3B(上流側)の起電力の差分が、流量又は流速等に応じたものとなる。フローセンサ100は、この起電力の差分に対応する電圧信号を、流体の流量又は流速等の検出信号として出力する。
フローセンサ100では、第1方向Yのマイナス(-Y方向)からプラス(+Y方向)に流体が流れる。フローセンサ100では、流体の流量又は流速等を検出するときには、ヒータ2が通電加熱されることで、ヒータ2を中心に略対称な温度分布が形成される。ヒータ2に対して略対称な温度分布が形成された状態において、フローセンサ100の+Z側の空間に流体の流れが生じると、ヒータ2により形成された温度分布の対称性が崩れる。温度分布の対称性が崩れることで、対をなすサーモパイル3A(下流側)とサーモパイル3B(上流側)の起電力の差分が、流量又は流速等に応じたものとなる。フローセンサ100は、この起電力の差分に対応する電圧信号を、流体の流量又は流速等の検出信号として出力する。
例えば、基板1のメンブレン部12は、基板1を深く掘り込むため、深堀りのドライエッチング加工を施したり、テトラメチルアンモニウムヒドロキシド(Tetramethylammonium Hydroxide:TMAH)等の薬液を用いた結晶異方性エッチング加工を施したりすることで形成される。これらの深堀りのドライエッチング加工や結晶異方性エッチング加工は、加工精度が高くない。そのため、メンブレン部12の加工誤差によって、図2及び図3に示すメンブレン部12と周辺部11の境界120の位置が、所望の位置から第1方向Yにずれる場合がある。境界120の位置ずれにより、第1方向Yにヒータ2を挟んで配置されたサーモパイル3Aとサーモパイル3Bの第1点33から周辺部11とメンブレン部12の境界の距離(図3の距離AL)が異なる。すなわち、サーモパイル3Aとサーモパイル3Bのヒートシンク機能の対称性が崩れる。これにより、サーモパイル3Aとサーモパイル3Bの温度検知特性に差が出ることで、流体の流量又は流速等が無い無風時においても、フローセンサ100の検出信号がゼロにならないオフセット電圧が生じる。このオフセット電圧がばらつくことで、フローセンサ100による検出値がばらつき、フローセンサ100の検出精度が低下する。
本実施形態では、第1配線31の第2部分312と第2配線32の第4部分322とが、メンブレン部12と周辺部11に跨るように配置されている。第2部分312は、第1部分311よりも太く形成されることで、第1部分311と比較して熱容量が大きく、かつ、基板1の周辺部11との熱抵抗が低いため、ヒートシンク機能を有する。第4部分322は、第3部分321よりも太く形成されることで、第3部分321と比較して熱容量が大きく、ヒートシンク機能を有する。ここで、第1配線31及び第2配線32は、精度良く温度検知をするため、加工精度を上げる必要がある。第1配線31及び第2配線32に対する加工精度は、シリコン基板に対する深堀りのドライエッチング加工、或いは結晶異方性エッチング加工等と比較して高い。従って、第2部分312及び第4部分322の位置精度を高くすることで、距離ALよりも距離BL(距離ALから長さPLを引いた距離)の寸法精度が高くなる。
図3において、第2配線32の第4部分322のメンブレン部12上にある端部をヒートシンク部35のヒートシンク端350とする。なお、放熱効率が第2配線32よりも第1配線31の方が高い場合は、ヒートシンク端350は第1配線31の第3部分321のメンブレン部12上の端部になる。また、放熱効率が第1配線31と第2配線32と同じ場合は、ヒートシンク端350は第3部分321と第4部分322のうちヒータ2に近い方のメンブレン部12上にある端部になる。ヒートシンク長さLHの寸法精度が高いことで、サーモパイル3Aとサーモパイル3Bのヒートシンク機能の対称性が向上する。すなわち、図1に示す、サーモパイル3Aのヒートシンク端350からヒータ2までの長さLI-Aと、サーモパイル3Bのヒートシンク端350からヒータ2までの長さLI-Bのばらつきが小さくなる。ヒートシンク機能の対称性が向上することにより、本実施形態では、フローセンサ100のオフセット電圧のばらつきを低減させることができる。また、本実施形態では、オフセット電圧のばらつきを低減させることで、フローセンサ100の検出精度を高くすることができる。
第2部分312及び第4部分322は、フローセンサ100による流体の流量又は流速等の検出感度に対する寄与が小さい部分である。従って、第2部分312及び第4部分322を太くして抵抗を低くすることが好ましい。別の観点では、本実施形態では、第2部分312の抵抗は、第1部分311の抵抗よりも低いことが好ましい。第2部分312の抵抗が第1部分311の抵抗よりも低いことで、検出信号におけるノイズが低減し、フローセンサ100のSNR(Signal Noise Ratio)が高くなる。フローセンサ100のSNRが高くなることで、フローセンサ100の検出精度が高くなる。
また、メンブレン部12に配置された第1部分311が第2部分312よりも細く、メンブレン部12に配置された第3部分321が第4部分322よりも細いことで、フローセンサ100による流体の流量又は流速等の検出感度が高くなる。流体の流量又は流速等の検出感度が高くなることで、フローセンサ100の検出精度が高くなる。
本実施形態では、第2配線32は、第3方向Zにおいて、第1配線31の上方、例えば+Z側に配置されている。また、メンブレン部12と周辺部11の境界120において、第3方向Zから見たときに、第2配線32は、第1方向Y及び第2方向Xのそれぞれで第1配線31に包含されている。例えば、メンブレン部12と周辺部11の境界120において、第3方向Zから見たときに、第1方向Y及び第2方向Xのそれぞれにおける第1配線31と第2配線32の端部が重なると、第3方向Zから見たときに第1配線31と第2配線32の合わせズレにより第1配線31の側面に第2配線32の加工残りが発生する場合がある。加工残りが発生すると意図しない配線ショートが発生する場合がある。メンブレン部12と周辺部11の境界120において、第3方向Zから見たときに、第2配線32が第1方向Y及び第2方向Xのそれぞれで第1配線31に包含されていることで、第2配線32(第4部分322)のアルミニウムの加工残りの発生が低減する。
図3において、ヒートシンク部35のヒートシンク端350の、メンブレン部12と周辺部11の境界120から+Y側へせり出す長さPLは、1μm以上で、かつメンブレン長さLMの1/4以下であることが好ましい。これにより、フローセンサ100の検出精度が高くなる。
ここで、図4は、第1実施形態の変形例に係るフローセンサ100が有するサーモパイルを拡大して示す模式的上面図の一例である。例えば、図4において、ヒートシンク部35は、ほとんどの領域が周辺部11に熱的に接地され、周辺部11に対して温度差がない。そのため、ヒートシンク部35は、フローセンサ100の起電力には寄与せず、寄生抵抗生じさせるだけの領域である。そこで、サーモパイル3におけるヒートシンク部35-1のポリシリコン膜に不純物を注入することで、ヒートシンク部35-1の抵抗を低くすることができる。別の観点では、本実施形態では、第2部分312の不純物濃度は、第1部分311の不純物濃度よりも高いと言える。ヒートシンク部35の抵抗を低くすることで、熱的なノイズが低減し、フローセンサ100のSNRが高くなる。なお、不純物濃度を低くしてサーモパイル感度を高くする観点では、サーモパイル3におけるヒートシンク部35よりもメンブレン部12側の部分では、ヒートシンク部35よりも不純物濃度を低くすることが好ましい。
[第2実施形態]
次に、第2実施形態に係るフローセンサについて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の名称、符号については、同一もしくは同質の部材又は構成を示しており、詳細説明を適宜省略する。この点は、以降に示す実施形態においても同様とする。
次に、第2実施形態に係るフローセンサについて説明する。なお、既に説明した実施形態と同一の名称、符号については、同一もしくは同質の部材又は構成を示しており、詳細説明を適宜省略する。この点は、以降に示す実施形態においても同様とする。
図5は、第2実施形態に係るフローセンサが有するサーモパイル3を拡大して示す模式的上面図である。
本実施形態に係るフローセンサでは、メンブレン部12と周辺部11の境界120において、第3方向Zから見たときに、第2方向Xにおける第2部分312と第4部分322の全部が重なっている点が、第1実施形態に係るフローセンサ100と異なる。
第2方向Xにおける第2部分312と第4部分322の全部が重なっていることで、ヒートシンク部35における第2部分312及び第4部分322のそれぞれの面積が最大になる。これにより、ヒートシンク部35の放熱効率を最大にすることができる。但し、第2方向Xにおける第2部分312と第4部分322は、第3方向Zから見たときに全部が重なる構成に限定されるものではなく、少なくとも一部が重なっていてもよい。
本実施形態に係るフロセーサにおける上記以外の効果は、第1実施形態に係るフローセンサ100の効果と同様である。
[第3実施形態]
次に、第3実施形態に係るフローセンサについて説明する。
次に、第3実施形態に係るフローセンサについて説明する。
図6は、第3実施形態に係るフローセンサが有するサーモパイル3を拡大して示す模式的上面図である。
本実施形態に係るフローセンサでは、メンブレン部12と周辺部11の境界120において、第3方向Zから見たときに、第2配線32が、第1配線31に対して第1方向Y及び第2方向Xのそれぞれにずれるように配置されている点が、第1実施形態に係るフローセンサ100と異なる。
メンブレン部12と周辺部11の境界120において、第3方向Zから見たときに、第1方向Yにおいて第2配線32と第1配線31の太さが同じであり、かつ、第2配線32が、第1配線31に対して第1方向Y及び第2方向Xのそれぞれにずれるように配置されている。その結果、第1配線31と第2配線32の端部が重ならないため、第2配線32の第4部分322のアルミニウムの加工残りの可能性が低減する。これにより、第2配線32を細くする必要が無いため、ヒートシンクの効果を落とすことが無く、かつ、ヒートシンク部35における加工精度の低下が抑制される。なお、第2配線32は、第1配線31に対して第1方向Y及び第2方向Xのそれぞれにずれている構成に限定されず、第1配線31に対して少なくとも第2方向Xにおいてずれていればよい。
本実施形態に係るフロセーサにおける上記以外の効果は、第1実施形態に係るフローセンサ100の効果と同様である。
[第4実施形態]
次に、第4実施形態に係るフローセンサについて説明する。
次に、第4実施形態に係るフローセンサについて説明する。
図7は、第4実施形態に係るフローセンサが有するサーモパイル3を拡大して示す模式的上面図である。
本実施形態に係るフローセンサでは、第2配線32が、メンブレン部12と周辺部11の境界120と第2点34との間に第4部分322よりも細い第5部分323を有する点が、第1実施形態に係るフローセンサ100と異なる。また、本実施形態に係るフローセンサでは、第1配線31が、メンブレン部12と周辺部11の境界120と第2点34との間に第2部分312よりも細い第6部分313を有する点が、第1実施形態に係るフローセンサ100と異なる。
例えば、隣り合う第2配線32間の間隔が狭いと、第2配線32同士がショートするリスクが高まる場合がある。第2配線32が、メンブレン部12と周辺部11の境界120と第2点34との間に第4部分322よりも細い第5部分323を有する。具体的には、第1配線31nと第1配線31n+1を跨ぐ第2配線32が曲がる部分に第5部分323を配置している。配線が曲がる部分は、加工により配線幅が太くなる。ここで、第2配線32が曲がる部分に第5部分323を有さない場合と比較して、隣り合う第2配線32間の第2間隔d2が広くなる。これにより、第2配線32同士がショートする可能性を低くすることができる。
また、例えば、隣り合う第1配線31間の間隔が狭いと、第2配線32による第1配線31の被覆性が低下し、断線のリスクが高まる場合がある。第1配線31が、メンブレン部12と周辺部11の境界120と第2点34との間に第2部分312よりも細い第6部分313を有する。具体的には、第2配線32が第1配線31nと第1配線31n+1を跨ぐ部分に第6部分313を配置している。ここで、第1配線31が第6部分313を有さない場合と比較して、隣り合う第1配線31間の第1間隔d1が広くなる。例えば、第2配線32を物理気相堆積法(Physical Vapor Deposition:PVD)で形成する場合には、第1配線31同士の間が狭いと、原料分子が隣り合う第1配線31の間に届かない場合がある。その結果、第1配線31間における第2配線32の被覆性が低下して、第2配線32が断線する可能性がある。本実施形態では、隣り合う第1配線31間の第1間隔d1を広くすることにより、原料分子が隣り合う第1配線31の間に届きやすくなる。その結果、第2配線32の断線のリスクが低減する。
本実施形態に係るフロセーサにおける上記以外の効果は、第1実施形態に係るフローセンサ100の効果と同様である。
[第5実施形態]
次に、第5実施形態に係るフローセンサについて説明する。
次に、第5実施形態に係るフローセンサについて説明する。
図7は、第5実施形態に係るフローセンサが有するサーモパイル3を拡大して示す模式的上面図である。
本実施形態に係るフローセンサでは、第1配線31は、第1導電型のポリシリコン配線であり、第2配線32は、第1導電型とは反対の第2導電型のポリシリコン配線である点が、第1実施形態に係るフローセンサ100と異なる。
図8に示すように、第3方向Zにおいて、メンブレン部12上の第1方向Yの第1配線31の端部は、第2配線32から露出している。第1配線31が露出している部分において、第1配線31は、第1コンタクトプラグ330と接続され、上層配線36を介してコンタクトプラグ361により第2配線32に接続されている。上層配線36は第2配線32よりも第3方向Zにおいて上方に配置されている。また、第3方向Zにおいて、周辺部11条の第1方向Yの第1配線31の端部は、第2配線32から露出している。第1配線31が露出している部分において、第1配線31は第2コンタクトプラグ340と接続され、上層配線37を介してコンタクトプラグ371により第2配線32に接続されている。
図8に示す例では、第1導電型はP型であり、第2導電型はN型である。但し、第1導電型がN型であって、第2導電型がP型であってもよい。第2配線32は、第1コンタクトプラグ330により第1配線31と接続される第7部分324を含む。また、上層配線36、上層配線37は例えばアルミニウムにより構成されている。また、上層配線36、上層配線37は同じ層に形成されていても良い。また、コンタクトプラグ361、671は上層配線36、37と同じ材料、例えばアルミニウムなど、であっても良い。また、上層配線36、37と異なる材料、例えば、タングステンなどの金属、であっても良い。
以上のように、第1配線31及び第2配線32を導電型のポリシリコンにより構成した場合にも、第1実施形態に係るフローセンサ100と同様の作用効果を得ることができる。
[第6実施形態]
次に、第6実施形態に係るフローセンサについて説明する。
次に、第6実施形態に係るフローセンサについて説明する。
図9は、第6実施形態に係るフローセンサが有するサーモパイル3を拡大して示す模式的上面図である。
本実施形態に係るフローセンサは、メンブレン部12及び周辺部11に跨るように配置されている部材4を有する点が、第1実施形態に係るフローセンサ100と異なる。
部材4は、第2方向Xにおいて、第1配線31及び第2配線32から電気的に独立し、第1方向Yにおいて、メンブレン部12上において、端部40の位置がヒートシンク端350の位置と同じである。
図9に示す例では、部材4は、第1配線31と同じ層に配置された第1層41と、第2配線32と同じ層に配置された第2層42と、を有する。第1層41は、例えば、ポリシリコン膜を含んで構成される。第2層42は、例えば、アルミニウム膜を含んで構成される。上面視における部材4の外形形状は、略矩形である。但し、上面視における部材4の外形形状は、略円形、略楕円形、略多角形等であってもよい。なお、端部40は、第2層42のメンブレン部12上における端部である。放熱効率が第2層42よりも第1層41の方が高い場合には、端部40は第1層41のメンブレン部12上の端部になる。放熱効率が第1層41と第2配線32が同じ場合には、端部40は第1層41と第2層42のうちヒータ2に近い方のメンブレン部12上にある端部になる。
第2層42は、メンブレン部12と周辺部11の境界120の近傍において、第3方向Zから見たときに、第1方向Y及び第2方向Xのそれぞれで第1層41に包含されている。但し、第3方向Zから見たときの第1層41と第2層42の位置関係は、上記のものに限定されず、第3方向Zから見たときに、少なくとも一部が重なっていればよい。
部材4はヒートシンクとしての機能を有する。部材4の第1層41は第1配線31と同じ工程で形成される。部材4の第2層42は第2配線32と同じ工程で形成される。すなわち、部材4の加工精度は、周辺部11の加工精度と比較して高い。第6実施形態に係るフローセンサは、部材4を有することで、部材4の加工精度の高さによってヒートシンク機能の対称性が向上する。この結果、オフセット電圧のばらつきがさらに低減する。
本実施形態に係るフロセーサにおける上記以外の効果は、第1実施形態に係るフローセンサ100の効果と同様である。
[第7実施形態]
次に、第7実施形態に係るフローセンサについて説明する。
次に、第7実施形態に係るフローセンサについて説明する。
図10は、第7実施形態に係るフローセンサが有するサーモパイル3を拡大して示す模式的上面図である。
本実施形態に係るフローセンサは、部材4が、メンブレン部12と周辺部11の境界120を露出させるスリット43を有する点が、第6実施形態に係るフローセンサと異なる。
図10に示す例では、部材4は、上面視における形状が第1方向Yを長手とする略長方形であり、第2方向Xに並ぶ2個のスリット43を有する。但し、メンブレン部12と周辺部11の境界120を露出させることができれば、スリット43の配置、個数、及び上面視における形状は、適宜変更可能である。
第1層41は、第2方向Xに所定の間隔で配置された複数の第1の層部分411を有する。図10に示す例では、第1の層部分411の上面視における形状は、第1方向Yを長手とする略長方形である。第1層41は、第2方向Xに並ぶ3個の第1の層部分411を有する。但し、第1の層部分411の配置、個数、及び上面視における形状は、適宜変更可能である。
第2層42は、第2方向Xに所定の間隔で配置された複数の第2の層部分421と、第1の層部分411と第2の層部分421とを接続する複数の接続部422と、を有する。第2の層部分421の上面視における形状は、第1方向Yを長手とする略長方形である。
図10に示す例では、第2層42は、第2方向Xに並ぶ3個の第2の層部分421を有する。接続部422は、第2方向Xに延びて第1の層部分411と第2の層部分421とを接続している。第2層42は、4個の接続部422を有する。但し、第2の層部分421及び接続部422それぞれの配置、個数、及び上面視における形状は、適宜変更可能である。
本実施形態では、隣り合う第1の層部分411間の間隔、並びに、隣り合う第2の層部分421間の間隔が第3方向Zにおいて重なることによりスリット43を形成している。
本実施形態では、部材4がスリット43を有する。これにより、第1層41のポリシリコン膜、及び第2層42のアルミニウム膜のそれぞれの応力が緩和され、ポリシリコン膜及びアルミニウム膜の剥離や破断のリスクが低減する。また、境界120がスリット43により露出している。これにより、スリット43を通して境界120の位置を検知できるため、フローセンサの製造工程の管理が容易になる。
また、本実施形態では、第1層41が複数の第1の層部分411を有し、第2層42が複数の第2の層部分421と複数の接続部422と、を有する。これにより、第1層41のポリシリコン膜、及び第2層42のアルミニウム膜のそれぞれの応力が緩和し、ポリシリコン膜及びアルミニウム膜の剥離や破断のリスクが低減する。また、隣り合う第1の層部分411間の間隔、並びに、隣り合う第2の層部分421間の間隔によって境界120が露出している。これにより、境界120の位置を検知できるため、フローセンサの製造工程の管理が容易になる。
本実施形態に係るフロセーサにおける上記以外の効果は、第1実施形態に係るフローセンサ100の効果と同様である。
[実施例]
図11は、実施例に係るフローセンサ100を示す上面図である。図11は、実施例に係るフローセンサ100の具体的なレイアウトの一例を示している。但し、実施形態は、実施例に何ら限定されない。
図11は、実施例に係るフローセンサ100を示す上面図である。図11は、実施例に係るフローセンサ100の具体的なレイアウトの一例を示している。但し、実施形態は、実施例に何ら限定されない。
図11に示すように、実施例に係るフローセンサ100は、周辺部11と周辺部11よりも薄いメンブレン部12とを有する基板1と、メンブレン部12に配置されたヒータ2と、を有する。またフローセンサ100は、ヒータ2に対して対称に配置された複数のサーモパイル3と、上面視において、第2方向Xにおける複数のサーモパイル3の外側に配置された部材4と、を有する。
複数のサーモパイル3は、ヒートシンク部35を含む。ヒートシンク部35は、メンブレン部12と周辺部11に跨るように配置されている。ヒートシンク部35の加工精度が周辺部11の加工精度と比較して高いことで、ヒートシンク機能の対称性が向上し、フローセンサ100のオフセット電圧のばらつきが低減する。
部材4は、サーモパイル3以外の部分を用いて構成されたヒートシンク機能を有する部材である。部材4は、例えば、ポリシリコン膜及びアルミニウム膜を含んで構成される。部材4は、第2方向Xにおいてサーモパイル3と隣接するように4つ配置されている。部材4の加工精度が周辺部11の加工精度と比較して高いことで、ヒートシンク機能の対称性がさらに向上し、フローセンサ100のオフセット電圧のばらつきがさらに低減する。
[第8実施形態]
以下において、検出対象である流体は、Y軸方向に流れるものとする。以下、Y軸方向を「第1方向Y」という。第1方向Yは、流体の流れ方向に対応する。また、-Y側から+Y側への流体の流れ方向を「順方向」という。+Y側から-Y側への流体の流れ方向を「逆方向」という。X軸方向は、Z軸方向から視たときに第1方向Yと交差する方向である。以下、X軸方向を「第2方向X」という。Z軸方向は、実施形態に係るフローセンサの高さ方向に対応する。以下、Z軸方向を「第3方向Z」という。第3方向Zから対象物を視ることを「平面視」という。
以下において、検出対象である流体は、Y軸方向に流れるものとする。以下、Y軸方向を「第1方向Y」という。第1方向Yは、流体の流れ方向に対応する。また、-Y側から+Y側への流体の流れ方向を「順方向」という。+Y側から-Y側への流体の流れ方向を「逆方向」という。X軸方向は、Z軸方向から視たときに第1方向Yと交差する方向である。以下、X軸方向を「第2方向X」という。Z軸方向は、実施形態に係るフローセンサの高さ方向に対応する。以下、Z軸方向を「第3方向Z」という。第3方向Zから対象物を視ることを「平面視」という。
以下において「方向に沿う」とは、2つの軸又は方向が交差しない場合を含む他、2つの軸又は方向の成す角度が±5度以下の場合を含む。また、「直交」とは、任意の方向に対する角度が90度±5度の範囲を含む場合を含む。また、本実施形態では、温度検出部(後述する第1温度検出部31、第2温度検出部32)の一例として、2つの異なる導体を繋げ、温接点と冷接点の間に生じた起電力により温度を検出するサーモパイルを用いて説明している。なお、温度検出部としては、白金測温抵抗体や酸化バナジウムを用いたボロメータを使用することもできる。
<全体構成の一例>
図12から図15を参照して、第8実施形態に係るフローセンサ1の全体構成の一例を説明する。図12は、第8実施形態に係るフローセンサ1の一例を模式的に示す上面図である。図13は、図12に示すII-II線で切断した断面を模式的に示すフローセンサ1の断面図である。図14Aは、流体の流れが生じていないとき(以下、「無風時」という)の流路内及びフローセンサ1上の温度分布の一例を示すフローセンサ1の断面図である。図14Bは、流体の流れが生じているときの流路内及びフローセンサ1上の温度分布の一例を示すフローセンサ1の断面図である。図15は、比較例のフローセンサ1Rの一例を模式的に示す上面図である。なお、説明の便宜上、図12において、フローセンサ1が備える基板10の保護膜13を省略している。図14A及び図14Bに示すフローセンサ1の断面は、図12に示すII-II線で切断した断面に対応する。
図12から図15を参照して、第8実施形態に係るフローセンサ1の全体構成の一例を説明する。図12は、第8実施形態に係るフローセンサ1の一例を模式的に示す上面図である。図13は、図12に示すII-II線で切断した断面を模式的に示すフローセンサ1の断面図である。図14Aは、流体の流れが生じていないとき(以下、「無風時」という)の流路内及びフローセンサ1上の温度分布の一例を示すフローセンサ1の断面図である。図14Bは、流体の流れが生じているときの流路内及びフローセンサ1上の温度分布の一例を示すフローセンサ1の断面図である。図15は、比較例のフローセンサ1Rの一例を模式的に示す上面図である。なお、説明の便宜上、図12において、フローセンサ1が備える基板10の保護膜13を省略している。図14A及び図14Bに示すフローセンサ1の断面は、図12に示すII-II線で切断した断面に対応する。
フローセンサ1は、気体又は液体等の流体の流量又は流速を検出する熱式のフローセンサである。フローセンサ1は、図12に示すように、基板10と、ヒータ20と、検出部30と、第1配線40と、第2配線50と、を備える。図12に示す例では、フローセンサ1は、端子61a,61b,61c,61d,61e,61f、第3配線70a,70b、第4配線75a,75b、他の配線77をさらに備える。フローセンサ1は、これら以外の他の構成部材をさらに備えていてもよい。なお、検出部30は、第1温度検出部31及び第2温度検出部32を含む。第1温度検出部31の一例として、前述のように、サーモパイルが挙げられる。以下、第1温度検出部31を「第1サーモパイル31」として説明する。ただし、第1温度検出部31は、サーモパイルに限定されない。また、第2温度検出部32の一例として、サーモパイルが挙げられる。以下、第2温度検出部32を「第2サーモパイル32」として説明する。第2温度検出部32は、サーモパイルに限定されない。前述のように、第1温度検出部31及び第2温度検出部32の他の例として、白金測温抵抗体、及び酸化バナジウムを用いたボロメータが挙げられる。
端子61a,61bは、ヒータ20を加熱する際の電力の供給源である外部の電源と接続される端子である。図12に示すように、端子61aは、第1配線40を介してヒータ20の一端21と接続される。端子61bは、配線77を介してヒータ20の他端22と接続される。すなわち、ヒータ20は、端子61a,61bを介して外部の電源と接続される。なお、本明細書において「接続」とは、複数の対象物が物理的につながる場合に限られず、電気的に接続される場合を含む。
端子61c,61d,61e,61fのそれぞれは、例えば、ボンディングワイヤ等の接続部材を介して外部の信号処理回路と接続される端子である。端子61cは、第3配線70aを介して、検出部30が有する第1サーモパイル31と接続される。端子61dは、第4配線75aを介して、と接続される。すなわち、第1サーモパイル31は、端子61c,61dを介して、外部の信号処理回路と接続される。第1サーモパイル31からの検出信号は、61c,61dを介して、外部の信号処理回路へ出力される。なお、第1サーモパイル31からの検出信号は、「検出部30からの検出信号」の一例である。
端子61eは、第3配線70bを介して、検出部30が有する第2サーモパイル32と接続される。端子61fは、第4配線75bを介して、第3導体部321と接続される。すなわち、第2サーモパイル32は、端子61e,61fを介して、外部の信号処理回路と接続される。第2サーモパイル32からの検出信号は、端子61e,61fを介して、外部の信号処理回路へ出力される。なお、第2サーモパイル32からの検出信号は、「検出部30からの検出信号」の一例である。
<基板10>
基板10は、フローセンサ1の各構成部材を支持する支持部11を有する。検出対象の流体は、基板10の上方を流れる。すなわち、フローセンサ1において、基板10の上方(+Z側)の空間が流体の流路に対応する。
基板10は、フローセンサ1の各構成部材を支持する支持部11を有する。検出対象の流体は、基板10の上方を流れる。すなわち、フローセンサ1において、基板10の上方(+Z側)の空間が流体の流路に対応する。
図12及び図13に示すように、基板10は、支持部11に加えて、絶縁膜12と、保護膜13と、を有する。支持部11は、例えば、シリコン(Si)等の半導体材料から構成される。支持部11の内側には、基板10の一部が除去されることにより開口部10Sが形成される。支持部11は、基板10の下面から上方へ窪む開口部10Sの周囲に配置される枠状の部分である。
絶縁膜12は、例えば、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料から構成される。図13に示すように、絶縁膜12は、支持部11上に配置され、かつ、開口部10Sを塞ぐ。絶縁膜12上には、例えば、ヒータ20、第1サーモパイル31、第2サーモパイル32、第1配線40、第2配線50、第3配線70a,70b、及び第4配線75a,75bが配置されている。
保護膜13は、例えば、SiO2膜及び窒化シリコン(SiN)膜等の複数の絶縁膜が積層された積層構造体である。保護膜13は、絶縁膜12上に配置され、かつ、ヒータ20、第1サーモパイル31、第2サーモパイル32、第1配線40、第2配線50、第3配線70a,70b、及び第4配線75a,75bを一括して被覆する。
絶縁膜12及び保護膜13のうち、平面視において、支持部11より内側の部分を、以下、「薄膜部111」という。また、支持部11、並びに、絶縁膜12及び保護膜13のうち平面視において支持部11と重なる外側の部分を、以下、「周辺部112」という。換言すれば、基板10は、薄膜部111と、周辺部112と、を有する。薄膜部111は、Z軸方向において、開口部10Sと重なる。周辺部112は、平面視において、薄膜部111を囲むように配置される。図13に示すように、薄膜部111の厚さは、周辺部112の厚さより薄い。
図12に示す例では、基板10は、平面視において、略矩形の外形形状を有する。ただし、基板10の平面視における外形形状は、略矩形に限定されない。基板10の平面視における外形形状は、略円形、略楕円形、矩形以外の略多角形であってもよい。
<ヒータ20>
ヒータ20は、基板10に配置される。ヒータ20は、外部の電源から端子61a,61bを介して供給される電圧又は電流によって発熱する導体を含む。ヒータ20が発した熱は、基板10を通じてヒータ20より上方に形成される流路に伝わる。これにより、ヒータ20が発した熱に由来する温度分布が流路に形成される。ヒータ20は、発熱抵抗体等の熱抵抗値が比較的高い導体によって構成されることが好ましい。ヒータ20は、例えば、ポリシリコンによって構成される。ただし、ヒータ20を構成する材料は、ポリシリコンに限定されない。
ヒータ20は、基板10に配置される。ヒータ20は、外部の電源から端子61a,61bを介して供給される電圧又は電流によって発熱する導体を含む。ヒータ20が発した熱は、基板10を通じてヒータ20より上方に形成される流路に伝わる。これにより、ヒータ20が発した熱に由来する温度分布が流路に形成される。ヒータ20は、発熱抵抗体等の熱抵抗値が比較的高い導体によって構成されることが好ましい。ヒータ20は、例えば、ポリシリコンによって構成される。ただし、ヒータ20を構成する材料は、ポリシリコンに限定されない。
図12に示すように、ヒータ20は、第2方向Xに延びる。ヒータ20の一端21は、-X側に位置する。ヒータ20の他端22は、+X側に位置する。ヒータ20における一端21と他端22との間の領域は、基板10の薄膜部111上に位置する。図12に示す例では、ヒータ20の一端21及び他端22のそれぞれは、基板10の周辺部112上に配置されている。ただし、ヒータ20の一端21及び他端22のそれぞれは、基板10の薄膜部111上に配置されていてもよい。
<検出部30>
図示される例では、検出部30は、第1サーモパイル31と、第2サーモパイル32と、を有する。検出部30は、第1サーモパイル31及び第2サーモパイル32を通じて、流路内及びフローセンサ1上の温度を検出する。具体的には、第1サーモパイル(第1温度検出部)31は、流路を形成する空間のうち、第1サーモパイル(第1温度検出部)31上の空間の温度を検出する。第2サーモパイル(第2温度検出部)32は、流路を形成する空間のうち、第2サーモパイル(第2温度検出部)32上の空間の温度を検出する。
図示される例では、検出部30は、第1サーモパイル31と、第2サーモパイル32と、を有する。検出部30は、第1サーモパイル31及び第2サーモパイル32を通じて、流路内及びフローセンサ1上の温度を検出する。具体的には、第1サーモパイル(第1温度検出部)31は、流路を形成する空間のうち、第1サーモパイル(第1温度検出部)31上の空間の温度を検出する。第2サーモパイル(第2温度検出部)32は、流路を形成する空間のうち、第2サーモパイル(第2温度検出部)32上の空間の温度を検出する。
第1サーモパイル31及び第2サーモパイル32のそれぞれは、基板10に配置される。図12に示すように、第1サーモパイル31及び第2サーモパイル32は、第1方向Yにおいてヒータ20を挟むように配置される。図12に示す例では、第1サーモパイル31、ヒータ20、第2サーモパイル32が、+Y側から-Y側へ順に配置されている。ただし、第2サーモパイル32、ヒータ20、第1サーモパイル31が、+Y側から-Y側へ順に配置されていてもよい。
第1サーモパイル31は、直列に接続される複数の熱電対によって構成される。第1サーモパイル31を構成する複数の熱電対は、例えば、第2方向Xに並ぶ。第1サーモパイル31を構成する複数の熱電対のそれぞれは、互いに異なる導体材料で構成される第1導体部311及び第2導体部312を含む。第1導体部311を構成する導体材料は、例えば、ポリシリコンである。第2導体部312を構成する導体材料は、例えば、アルミニウムである。ただし、第1導体部311を構成する導体材料及び第2導体部312を構成する導体材料は、これらに限定されない。
図12に示す例では、第1サーモパイル31は、8個の熱電対を有する。すなわち、図12に示す例では、第1サーモパイル31は、8個の第1導体部311と、8個の第2導体部312と、を有する。ただし、第1サーモパイル31が有する熱電対の数(すなわち、第1導体部311の数及び第2導体部312の数)は、これに限定されない。図13に示す例では、第2導体部312は、第1導体部311上に配置される。ただし、第1導体部311が第2導体部312上に配置されていてもよい。
第1サーモパイル31は、ヒータ20の近くに配置される複数の温接点313と、温接点313に比べてヒータ20から離れた位置に配置される複数の冷接点314と、を有する。図12及び図13に示す例では、複数の温接点313のそれぞれは、同じ熱電対における第1導体部311と第2導体部312との接点に対応する。図12に示すように、複数の温接点313のそれぞれは、第2方向Xに並び、かつ、基板10の薄膜部111上に配置されている。
図12及び図13に示す例では、複数の冷接点314のそれぞれは、隣り合う2つの熱電対の一方が有する第1導体部311と他方が有する第2導体部312との接点である。図12に示すように、複数の冷接点314のそれぞれは、第2方向Xに並んで配置されている。複数の冷接点314のうち、最も-X側に位置する冷接点314は、第4配線75aを介して端子61dと接続されている。図12に示す例では、複数の冷接点314のそれぞれは、基板10の周辺部112上に配置されている。
第2サーモパイル32は、直列に接続される複数の熱電対によって構成される。第2サーモパイル32を構成する複数の熱電対は、例えば、第2方向Xに並ぶ。第2サーモパイル32を構成する複数の熱電対のそれぞれは、互いに異なる導体材料で構成される第3導体部321及び第4導体部322を含む。第3導体部321を構成する導体材料は、例えば、ポリシリコンである。第4導体部322を構成する導体材料は、例えば、アルミニウムである。ただし、第3導体部321を構成する導体材料及び第4導体部322を構成する導体材料は、これらに限定されない。
図12に示す例では、第2サーモパイル32は、8個の熱電対を有する。すなわち、図12に示す例では、第2サーモパイル32は、8個の第3導体部321と、8個の第4導体部322と、を有する。ただし、第2サーモパイル32が有する熱電対の数(すなわち、第3導体部321の数及び第4導体部322の数)は、これに限定されない。図13に示す例では、第4導体部322は、第3導体部321上に配置される。ただし、第3導体部321が第4導体部322上に配置されていてもよい。
第2サーモパイル32は、ヒータ20の近くに配置される複数の温接点323と、温接点323に比べてヒータ20から離れた位置に配置される複数の冷接点324と、を有する。図12及び図13に示す例では、複数の温接点323のそれぞれは、同じ熱電対における第3導体部321と第4導体部322との接点に対応する。複数の温接点323のそれぞれは、第2方向Xに並び、かつ、基板10の薄膜部111上に配置されている。
図12及び図13に示す例では、複数の冷接点324のそれぞれは、隣り合う2つの熱電対の一方が有する第3導体部321と他方が有する第4導体部322との接点である。複数の冷接点324のそれぞれは、第2方向Xに並んで配置されている。図12に示す例では、複数の冷接点324のそれぞれは、基板10の周辺部112上に配置されている。
図14A及び図14Bを参照して、検出部30から出力された検出信号に基づく流体の流量又は流速の検出原理の一例を説明する。図14Aに示すように、ヒータ20が発した熱は、基板10より上方の空間、すなわち、ヒータ20より上方の空間である流路内及びフローセンサ1上に略等方的に伝わる。その結果、無風時において、ヒータ20を中心とする略対象な温度分布が流路内及びフローセンサ1上に形成される。一方、流路に流体の流れが生じていると、無風時において流路内及びフローセンサ1上に形成された温度分布の対称性が崩れる。例えば、図14Bに示すように、流体の流れ方向が順方向である場合、流路内及びフローセンサ1上の空間のうち+Y側の温度が-Y側の温度より高くなるように、流路内及びフローセンサ1上の温度分布が偏る。また、流体の流れ方向が逆方向である場合、流路内及びフローセンサ1上の空間のうち-Y側の温度が+Y側の温度より高くなるように、流路内及びフローセンサ1上の温度分布が偏る。このように、流体の流れ方向が順方向である場合及び逆方向である場合の双方において、流路内及びフローセンサ1上の空間のうち、第1サーモパイル31上の空間と第2サーモパイル32上の空間とで温度差が生じる。その結果、第1サーモパイル31から出力された検出信号の電圧値と、第2サーモパイル32から出力された検出信号の電圧値との差電圧が生じる。第1サーモパイル31から出力された検出信号の電圧値と、第2サーモパイル32から出力された検出信号の電圧値との差電圧は、流体の流量又は流速に応じたものとみなすことができる。これにより、検出部30は、流体の流量又は流速を検出することができる。なお、外部の信号処理回路は、検出部30から出力された差電圧に基づいて流体の流量又は流速を算出する。外部の信号処理回路は、例えば、検出部30から出力された差電圧に所定の係数を乗じて、流体の流量又は流速を算出する。
ところで、流体の流量又は流速の検出精度を向上させる観点から、無風時において、流路内及びフローセンサ1上に形成された温度分布の対称性が確保されていることが好ましい。すなわち、無風時において、第1サーモパイル31と第2サーモパイル32から出力された差電圧がゼロであることが好ましい。一方、基板10において、外部の電源からの電力をヒータ20へ供給するための配線又は検出部30からの検出信号を外部へ出力するための配線等、各種の配線が設けられている。ここで、配線は熱抵抗が低いため基板10に設けられた配線のヒートシンク効果によって、配線近傍の温度が低くなる。このとき、配線レイアウトの幾何学的な対称性が低いと、フローセンサ1の面内における放熱量の分布に偏りが生じ得る。そのため、無風時であるにも関わらず、流路内及びフローセンサ1上に形成された温度分布の対称性が崩れる可能性がある。その結果、無風時において差電圧がゼロではないオフセット電圧が検出部30から出力される。その結果、流体の流れが生じた際、流体の流れ方向(順方向又は逆方向)によって検出部30から出力される差電圧と流量又は流速との対応関係が変化する等、流体の流量又は流速の検出精度の低下を招く事態が生じ得る。
図15を示す比較例のフローセンサ1Rを用いて、フローセンサ1Rの面内における放熱量の分布に偏りが生じる例を説明する。図15に示すように、比較例のフローセンサ1Rが備えるヒータ20の一端21と端子61aとを接続する配線40Rは、ヒータ20を境に+Y側のみに配置されている。また、フローセンサ1Rの基板10には、ヒータ20を基準に、+X側に配線40Rの少なくとも一部と対称に位置する部分を有する他の配線が設けられていない。したがって、従来のフローセンサ1Rにおいて、面内における放熱量の分布に偏りが生じる可能性がある。一方、本実施形態に係るフローセンサ1は、別途説明する第1配線40及び第2配線50を備えることで、基板10に設けられた配線レイアウトの幾何学的な対称性を向上させることができ、面内における放熱量の分布の偏りを低減することができる。以下、第1配線40及び第2配線50を詳細に説明する。なお、本明細書において、「対称性」とは、特記する場合を除き、ヒータ20等の所定の基準に2つの対象物が線対称に位置することを意味するものとする。また、「対称性が高い」又は「対称性を向上させる」とは、複数の対象物の位置関係が、線対称に近づくことを意味するものとする。
<第1配線40>
第1配線40は、ヒータ20の一端21に接続される。第1配線40は、断面視において、例えば、ヒータ20より上方に位置する。第1配線40は、コンタクトプラグ等のZ軸方向に延びる接続部材を介してヒータ20の一端21と接続されていてもよい。図12に示す例では、第1配線40は、ヒータ20の一端21と端子61aとを接続し、外部の電源からヒータ20へ電圧又は電流を供給するための配線である。ただし、第1配線40は、ヒータ20の一端21と端子61aとを接続する配線に限定されない。第1配線40の熱抵抗値は、ヒータ20の熱抵抗値より小さい。第1配線40は、例えば、アルミニウム等の金属材料から構成される。
第1配線40は、ヒータ20の一端21に接続される。第1配線40は、断面視において、例えば、ヒータ20より上方に位置する。第1配線40は、コンタクトプラグ等のZ軸方向に延びる接続部材を介してヒータ20の一端21と接続されていてもよい。図12に示す例では、第1配線40は、ヒータ20の一端21と端子61aとを接続し、外部の電源からヒータ20へ電圧又は電流を供給するための配線である。ただし、第1配線40は、ヒータ20の一端21と端子61aとを接続する配線に限定されない。第1配線40の熱抵抗値は、ヒータ20の熱抵抗値より小さい。第1配線40は、例えば、アルミニウム等の金属材料から構成される。
図12に示すように、第1配線40は、第1部分41と、第2部分42と、を有する。また、第1配線40は、第1部分41と端子61aとの間に配置される他の部分43をさらに有する。ただし、第1配線40は、第1部分41及び第2部分42のみから構成されていてもよいし、他の部分43とは異なる部分をさらに有していてもよい。
第1部分41は、第1サーモパイル31の隣に位置する。具体的には、第1部分41は、第1サーモパイル31における最も-X側に位置する第1導体部311及び第2導体部312と、第2方向Xに並ぶように位置する。また、第1部分41は、第1サーモパイル31の最も-X側に位置する温接点313と、第2方向Xに並ぶように位置する。なお、第1部分41と第1サーモパイル31との間に配線を配置しないようにすることができる。その結果、第1サーモパイル31に対する温度制御において、第1部分41のヒートシンク効果が最も寄与することになる。
第2部分42は、第2サーモパイル32の隣に位置する。具体的には、第2部分42は、第2サーモパイル32における最も-X側に位置する第3導体部321及び第4導体部322と、第2方向Xに並ぶように位置する。なお、第2部分42と第2サーモパイル32との間に配線を配置しないようにすることができる。その結果、第2サーモパイル32に対する温度制御において、第2部分42のヒートシンク効果が最も寄与することになる。また、第2部分42は、第2サーモパイル32の最も-X側に位置する温接点323と、第2方向Xに並ぶように位置する。その結果、温度分布の対称性を保つにあたって重要な温接点323における、第1部分41と第2部分42の位置の対称性を確保することができる。
第2部分42は、第1配線40において第1部分41と連続する部分であって、ヒータ20を基準に第1部分41と対称に位置する。第1配線40は、ヒータ20の一端21より+Y側に延びる部分(第1部分41)と、ヒータ20の一端21より-Y側に延びる部分(第2部分42)と、を有する。なお、本明細書において、2つの対象物が「ヒータ20を基準に対称に位置する」とは、ヒータ20と重なるように第2方向Xに延びる基準線CLを基準に、2つの対象物が対称に位置することを意味するものとする。
第1配線40がヒータ20を基準に対称に位置する第1部分41及び第2部分42を有することで、第1配線40のヒートシンク効果に由来する温度の低下領域を、ヒータ20の+Y側及び-Y側に対称に分布させることができる。その結果、図15に示すフローセンサ1Rに比べて、面内における放熱量の分布の偏りを低減することができ、無風時において、流路内及びフローセンサ1上に形成された温度分布の対称性を確保することができる。したがって、流体の流量又は流速の検出精度を向上させることができる。
図12に示す例では、第1部分41及び第2部分42は、基板10の周辺部112上に位置し、かつ、薄膜部111と周辺部112との境界120の近傍に位置している。第1部分41及び第2部分42が薄膜部111と周辺部112との境界120の近傍に位置することで、絶縁材料で構成される絶縁膜12及び保護膜13で構成され、ヒートシンク効果が弱い薄膜部111に、第1部分41及び第2部分42を近づけることができる。その結果、温度分布の対称性を向上させることができる。なお、「薄膜部111と周辺部112との境界120の近傍」とは、第1部分41及び第2部分42等の対象物と境界120との第2方向Xにおける距離が、薄膜部111の第2方向Xにおける距離の10%以下であることをいうものとする。第1部分41及び第2部分42とは異なる他の対象物(例えば、別途説明する第2配線50の第3部分51及び第4部分52)に関しても同様である。
第1部分41及び第2部分42のそれぞれは、第1方向Yに延びることが好ましい。すなわち、第1部分41と第2部分42とが、第1方向Yに沿う同一直線上に配置されることが好ましい。第1部分41及び第2部分42のそれぞれが第1方向Yに延びることで、第1部分41及び第2部分42を容易に形成することができ、かつ、ヒータ20を基準に第1部分41と第2部分42とを対称に配置することができる。
<第2配線50>
第2配線50は、ヒータ20の他端22に接続される。第2配線50は、断面視において、例えば、ヒータ20より上方に位置する。第2配線50は、コンタクトプラグ等のZ軸方向に延びる接続部材を介してヒータ20の他端22と接続されていてもよい。第2配線50の熱抵抗値は、ヒータ20の熱抵抗値より小さい。すなわち、第1配線40の熱抵抗値及び第2配線50の熱抵抗値は、ヒータ20の熱抵抗値より小さい。第2配線50は、例えば、アルミニウム等の金属材料から構成される。その結果、第1配線40及び第2配線50の周辺の温度を効果的に低下させることにより、温度分布を制御することができる。
第2配線50は、ヒータ20の他端22に接続される。第2配線50は、断面視において、例えば、ヒータ20より上方に位置する。第2配線50は、コンタクトプラグ等のZ軸方向に延びる接続部材を介してヒータ20の他端22と接続されていてもよい。第2配線50の熱抵抗値は、ヒータ20の熱抵抗値より小さい。すなわち、第1配線40の熱抵抗値及び第2配線50の熱抵抗値は、ヒータ20の熱抵抗値より小さい。第2配線50は、例えば、アルミニウム等の金属材料から構成される。その結果、第1配線40及び第2配線50の周辺の温度を効果的に低下させることにより、温度分布を制御することができる。
図12に示すように、第2配線50は、第3部分51と、第4部分52と、を有する。図12に示す例では、第2配線50は、第3部分51及び第4部分52のみから構成されている。ただし、第2配線50は、第3部分51及び第4部分52とは異なる部分をさらに有していてもよい。
第3部分51は、第1サーモパイル31の隣に位置する。具体的には、第3部分51は、第1サーモパイル31における最も+X側に位置する第1導体部311及び第2導体部312と、第2方向Xに並ぶように位置する。また、第3部分51は、第1サーモパイル31の最も+X側に位置する温接点313と、第2方向Xに並ぶように位置する。なお、第3部分51と第1サーモパイル31との間に配線を配置しないようにすることができる。その結果、第1サーモパイル31に対する温度制御において、第3部分51のヒートシンク効果が最も寄与することになる。
図12に示すように、第1配線40の第1部分41及び第2配線50の第3部分51は、第2方向Xにおけるヒータ20の中央点20CPを基準に対称に位置することが好ましい。すなわち、第1配線40の第1部分41及び第2配線50の第3部分51は、第1サーモパイル31を挟み、かつ、第1サーモパイル31を基準に対称に位置することが好ましい。これにより、第1配線40及び第2配線50のヒートシンク効果に由来する温度の低下領域を、ヒータ20の中央点20CPの+X側及び-X側に対称に分布させることができる。その結果、面内における放熱量の分布の偏りをさらに低減することができ、無風時において、流路内及びフローセンサ1上に形成された温度分布の対称性を確保することができる。したがって、流体の流量又は流速の検出精度をさらに向上させることができる。なお、本明細書において、2つの対象物が「第2方向Xにおけるヒータ20の中央点20CPを基準に対称に位置する」とは、中央点20CPと重なるように第1方向Yに延びる基準線を基準に、2つの対象物が対称に位置することを意味するものとする。
第1配線40の第1部分41及び第2配線50の第3部分51は、第1方向Yに平行に延びることが好ましい。第1配線40の第1部分41及び第2配線50の第3部分51が第1方向Yに平行に延びることで、ヒータ20の中央点20CPを基準とする第1配線40と第2配線50との対称性をさらに向上させることができる。これにより、面内における放熱量の分布の偏りをさらに低減することができる。
第4部分52は、第2サーモパイル32の隣に位置する。具体的には、第4部分52は、第2サーモパイル32における最も+X側に位置する第3導体部321及び第4導体部322と、第2方向Xに並ぶように位置する。なお、第4部分52と第2サーモパイル32との間に配線を配置しないようにすることができる。その結果、第2サーモパイル32に対する温度制御において、第4部分52のヒートシンク効果が最も寄与することになる。また、第4部分52は、第2サーモパイル32の最も+X側に位置する温接点323と、第2方向Xに並ぶように位置する。その結果、温度分布の対称性を保つにあたって重要な温接点323における第3部分51と第4部分52の位置の対称性を確保することができる。
第4部分52は、第2配線50において第3部分51と連続する部分であって、ヒータ20を基準に第3部分51と対称に位置する。第2配線50は、ヒータ20の他端22より+Y側に延びる部分(第3部分51)と、ヒータ20の他端22より-Y側に延びる部分(第4部分52)と、を有する。
第2配線50がヒータ20を基準に対称に位置する第3部分51及び第4部分52を有することで、第2配線50のヒートシンク効果に由来する温度の低下領域を、ヒータ20の+Y側及び-Y側に対称に分布させることができる。その結果、面内における放熱量の分布の偏りをさらに低減することができ、無風時において、流路内及びフローセンサ1上に形成された温度分布の対称性を確保することができる。したがって、流体の流量又は流速の検出精度をさらに向上させることができる。
図12に示す例では、第2配線50の第3部分51及び第4部分52は、基板10の周辺部112上に位置し、かつ、薄膜部111と周辺部112との境界120の近傍に位置する。第3部分51及び第4部分52が薄膜部111と周辺部112との境界120の近傍に位置することで、絶縁材料で構成される絶縁膜12及び保護膜13で構成され、ヒートシンク効果が弱い薄膜部111に第3部分51及び第4部分52を近づけることができる。その結果、温度分布の対称性を向上させることができる。
第3部分51及び第4部分52のそれぞれは、第1方向Yに延びることが好ましい。すなわち、第3部分51と第4部分52とが、第1方向Yに沿う同一直線上に配置されることが好ましい。第3部分51及び第4部分52のそれぞれが第1方向Yに延びることで、第3部分51及び第4部分52を容易に形成することができ、かつ、ヒータ20を基準に第3部分51と第4部分52とを対称に配置することができる。
図12に示すように、第1配線40の第2部分42及び第2配線50の第4部分52は、第2方向Xにおけるヒータ20の中央点20CPを基準に対称に位置することが好ましい。すなわち、第1配線40の第2部分42及び第2配線50の第4部分52は、第2方向Xにおいて、第2サーモパイル32を挟み、かつ、第2サーモパイル32を基準に対称に位置することが好ましい。これにより、第1配線40及び第2配線50のヒートシンク効果に由来する温度の低下領域を、ヒータ20の中央点20CPの+X側及び-X側に対称に分布させることができる。その結果、面内における放熱量の分布の偏りをさらに低減することができ、無風時において、流路内及びフローセンサ1上に形成された温度分布の対称性を確保することができる。したがって、流体の流量又は流速の検出精度をさらに向上させることができる。
第1配線40の第2部分42及び第2配線50の第4部分52は、第1方向Yに平行に延びることが好ましい。第1配線40の第2部分42及び第2配線50の第4部分52が第1方向Yに平行に延びることで、ヒータ20の中央点20CPを基準とする、第1配線40と第2配線50との対称性をさらに向上させることができる。これにより、面内における放熱量の分布の偏りをさらに低減することができる。
図12に示す例では、第1配線40の第2部分42側の端部42T及び第2配線50の第4部分52側の端部52Tは、それぞれ終端している。また、図12に示す例では、第1配線40の第2部分42側の端部42T及び第2配線50の第4部分52側の端部52Tは、第1方向Yにおいて同じ位置にある。第1配線40の第2部分42側の端部42T及び第2配線50の第4部分52側の端部52Tがそれぞれ終端し、かつ、第1方向Yにおいて同じ位置にあることで、ヒータ20の中央点20CPを基準とする第1配線40と第2配線50との対称性をさらに向上させることができる。これにより、面内における放熱量の分布の偏りをさらに低減することができる。
<第3配線70a,70b、第4配線75a,75b>
図12に示すように、第3配線70aは、第1サーモパイル31の最も+X側に位置する第2導体部312と端子61cとを接続する。第3配線70bは、第2サーモパイル32の最も+X側に位置する第4導体部322と端子61eとを接続する。第4配線75aは、第1サーモパイル31の最も-X側に位置する第1導体部311と端子61dとを接続する。第4配線75bは、第2サーモパイル32の最も-X側に位置する第3導体部321と端子61fとを接続する。図12に示す例では、第3配線70a及び第4配線75aは、第1サーモパイル31からの検出信号を外部へ出力するための配線である。第3配線70b及び第4配線75bは、第2サーモパイル32からの検出信号を外部へ出力するための配線である。
図12に示すように、第3配線70aは、第1サーモパイル31の最も+X側に位置する第2導体部312と端子61cとを接続する。第3配線70bは、第2サーモパイル32の最も+X側に位置する第4導体部322と端子61eとを接続する。第4配線75aは、第1サーモパイル31の最も-X側に位置する第1導体部311と端子61dとを接続する。第4配線75bは、第2サーモパイル32の最も-X側に位置する第3導体部321と端子61fとを接続する。図12に示す例では、第3配線70a及び第4配線75aは、第1サーモパイル31からの検出信号を外部へ出力するための配線である。第3配線70b及び第4配線75bは、第2サーモパイル32からの検出信号を外部へ出力するための配線である。
第3配線70aと第3配線70bとは、ヒータ20を基準に対称に位置している。第3配線70aの熱抵抗値及び第3配線70bの熱抵抗値は、ヒータ20の熱抵抗値より小さい。第3配線70a及び第3配線70bのそれぞれは、例えば、アルミニウムで構成される。ただし、第3配線70a及び第3配線70bのそれぞれを構成する材料は、アルミニウムに限定されない。
第4配線75aと第4配線75bとは、ヒータ20を基準に対称に位置している。第4配線75aの熱抵抗値及び第4配線75bの熱抵抗値は、ヒータ20の熱抵抗値より小さい。第4配線75a及び第4配線75bのそれぞれは、例えば、アルミニウムで構成される。ただし、第4配線75a及び第4配線75bのそれぞれを構成する材料は、アルミニウムに限定されない。
第1配線40の第1部分41、第2部分42、第2配線の第3部分51、第4部分52の配線の幅は同じにすることができる。これにより、面内における放熱量の分布の偏りをさらに低減することができる。
[第9実施形態]
次に、図16及び図17を参照して、第9実施形態に係るフローセンサ1Aの構成の一例を説明する。図16は、第9実施形態に係るフローセンサ1Aの一例を模式的に示す上面図である。図17は、図16に示すVI-VI線で切断した断面を模式的に示すフローセンサ1Aの断面図の一例である。なお、第9実施形態において、第8実施形態と同様の構成部材に関して、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
次に、図16及び図17を参照して、第9実施形態に係るフローセンサ1Aの構成の一例を説明する。図16は、第9実施形態に係るフローセンサ1Aの一例を模式的に示す上面図である。図17は、図16に示すVI-VI線で切断した断面を模式的に示すフローセンサ1Aの断面図の一例である。なお、第9実施形態において、第8実施形態と同様の構成部材に関して、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
図16に示すように、ヒータ20Aの一端21aと端子61aとを接続する配線78が配置されている。図17に示すように、ヒータ20の一端21aと配線78はコンタクトプラグ80により電気的に接続されている。第9実施形態では、配線78が、外部の電源からヒータ20Aへ電圧又は電流を供給する配線に相当する。これに対して、第8実施形態とは異なり、第1配線40Aは、ヒータ20Aと同じ層に配置されている。図16に示す例では、第1配線40Aは、第1部分41A及び第2部分42のみから構成されている。
図17に示すように、第1配線40A及び第2配線50Aの高さ方向における位置は、ヒータ20Aの高さ方向における位置と同じである。すなわち、第1配線40Aは、ヒータ20Aの一端21aと連続する。第2配線50Aは、ヒータ20Aの他端22aと連続する。
第1配線40A及び第2配線50Aのそれぞれを構成する材料は、ヒータ20Aを構成する材料と同じであってよい。換言すれば、第1配線40Aの熱抵抗値及び第2配線50Aの熱抵抗値は、ヒータ20Aの熱抵抗値と同じであってよい。ヒータ20A、第1配線40A、及び第2配線50Aのそれぞれは、例えば、ポリシリコンで構成される。
ヒータ20A、第1配線40A、及び第2配線50Aの高さ方向における位置を同じとし、かつ、ヒータ20A、第1配線40A、及び第2配線50Aを同じ材料で構成することで、それぞれを同一工程で形成することができる。これにより、ヒータ20A、第1配線40A、及び第2配線50Aを形成する際のコストを低減することができる。
図16に示すように、第1配線40Aの第1部分41A側の端部41T及び第2部分42側の端部42Tは、それぞれ終端している。また、第2配線50Aの第3部分51A側の端部51T及び第4部分52A側の端部52Tは、それぞれ終端している。図16に示す例では、第1配線40A及び第2配線50Aは、第1方向Yに平行に延びている。
第1配線40Aの第1方向Yにおける長さ40Lは、第2配線50Aの第1方向Yにおける長さ50Lと同じである。第1配線40Aの第1方向Yにおける長さ40Lが第2配線50Aの第1方向Yにおける長さ50Lと同じであることで、ヒータ20Aの中央点20CPを基準とする第1配線40Aと第2配線50Aとの対称性を向上させることができる。これにより、面内における放熱量の分布の偏りをさらに低減することができる。
フローセンサ1Aは、第8実施形態と同様、検出部30から出力される検出信号を処理する信号処理回路と接続される複数の端子61c,61d,61e,61fを備える。第3配線70aは、端子61cと接続される。また、第3配線70aは、第1サーモパイル31が有する複数の温接点313のうち、第2配線50Aの最も近くに位置する温接点313aに接続される。すなわち、第3配線70aは、端子61cと温接点313aとを接続する。第3配線70bは、端子61eと接続される。また、第3配線70bは、第2サーモパイル32が有する複数の温接点323のうち、第2配線50Aの最も近くに位置する温接点323aに接続される。すなわち、第3配線70bは、端子61eと温接点323aとを接続する。
図17に示すように、第3配線70aは、ヒータ20A、第1配線40A、及び第2配線50Aより上方に配置されている。第3配線70aは、Z軸方向において絶縁膜12と保護膜13との間にある他の絶縁膜14を介して、ヒータ20A、第1配線40A、及び第2配線50Aと離隔している。第3配線70bも同様に、ヒータ20A、第1配線40A、及び第2配線50Aより上方に配置され、絶縁膜14を介して、ヒータ20A、第1配線40A、及び第2配線50Aと離隔している。また、図16に示すように、第3配線70aは、平面視において、第2配線50Aの一部である第3部分51Aと重なる。第3配線70bは、平面視において、第2配線50Aの一部である第4部分52Aと重なる。これにより、端子61c,61eにそれぞれ接続される第3配線70a,70bと、第2配線50Aとの短絡を防ぎつつ、基板10に設けられる配線のレイアウトの自由度を向上させることができる。また、フローセンサ1Aを小型化することができる。なお、図16に示す例では、第3配線70a,70bのそれぞれが、平面視において、第2配線50Aの一部と重なっているが、第3配線70a,70bの一方のみが、平面視において、第2配線50Aの一部と重なっていてもよい。
[第10実施形態]
以下、第10実施形態に係るフローセンサについて説明する。なお、本明細書において、「上」及び「下」との用語を使用する場合がある。これは、図19に示されている状態における「上」及び「下」である。実際のフローセンサの配置はこれに限定されない。
以下、第10実施形態に係るフローセンサについて説明する。なお、本明細書において、「上」及び「下」との用語を使用する場合がある。これは、図19に示されている状態における「上」及び「下」である。実際のフローセンサの配置はこれに限定されない。
[参考形態に係るフローセンサ100B]
第10実施形態に係るフローセンサ100を説明する前に参考形態に係るフローセンサ100Bについて説明する。参考形態に係るフローセンサ100Bは、第10実施形態に係るフローセンサ100の前提技術である。図18は、参考形態に係るフローセンサ100Bを例示する平面図である。図19は、参考形態に係るフローセンサ100Bを例示する断面図である。なお、各図において、互いに直交するX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向を図示する。X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は、直交していなくてもよい。X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は任意の方向でもよい。X軸方向は、矢印で示す方向とその逆方向を含む。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。
第10実施形態に係るフローセンサ100を説明する前に参考形態に係るフローセンサ100Bについて説明する。参考形態に係るフローセンサ100Bは、第10実施形態に係るフローセンサ100の前提技術である。図18は、参考形態に係るフローセンサ100Bを例示する平面図である。図19は、参考形態に係るフローセンサ100Bを例示する断面図である。なお、各図において、互いに直交するX軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向を図示する。X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は、直交していなくてもよい。X軸方向、Y軸方向、及びZ軸方向は任意の方向でもよい。X軸方向は、矢印で示す方向とその逆方向を含む。Y軸方向及びZ軸方向についても同様である。
フローセンサ100Bは、気体又は液体などの流体の流量又は流速を検出する熱式のフローセンサである。フローセンサ100Bは、半導体基板110、ヒータ10、検出部20、第1配線41,43、及び第2配線51,53を備える。フローセンサ100Bは、端子152,153,155、第5配線61,62、及び第6配線71,72を備える。検出部20は、第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22を有する。
[半導体基板110]
検出対象の流体は、半導体基板110の上方を流れる。フローセンサ100Bにおいて、半導体基板110の上方の空間が流体の流路である。
検出対象の流体は、半導体基板110の上方を流れる。フローセンサ100Bにおいて、半導体基板110の上方の空間が流体の流路である。
図19に示すように、半導体基板110は、支持部111、絶縁膜112、及び保護膜113を有する。支持部111は、例えば、シリコン(Si)等の半導体材料から構成される。支持部111の内側には、開口部114が形成されている。支持部111は、半導体基板110の下面から上方へ窪む開口部114の周囲に配置される枠状の部分である。支持部111は、Z軸方向に見て開口部114の周囲に形成されている。
絶縁膜112は、例えば、酸化シリコン(SiO2)等の絶縁材料から構成される。絶縁膜112は、支持部111上に配置され、かつ、開口部114を覆うように形成されている。絶縁膜112上には、例えば、ヒータ10、第1サーモパイル21、第2サーモパイル22、第1配線41,43、第2配線51,53、第5配線61,62、及び第6配線71,72が配置されている。
保護膜113は、例えば、SiO2膜及び窒化シリコン(SiN)膜等の複数の絶縁膜が積層された積層構造体である。保護膜113は、絶縁膜112上に配置され、かつ、ヒータ10、第1サーモパイル21、第2サーモパイル22、第1配線41,43、第2配線51,53、第5配線61,62、第6配線71,72、及び配線73を被覆する。
絶縁膜112及び保護膜113のうち、平面視において、支持部111より内側の部分を、以下、「薄膜部120」という。また、支持部111、並びに、絶縁膜112及び保護膜113のうち平面視において支持部111と重なる外側の部分を、以下、「周辺部130」という。換言すれば、半導体基板110は、薄膜部120及び周辺部130を有する。薄膜部120は、Z軸方向において、開口部114と重なるよう形成されている。周辺部130は、平面視において、薄膜部120を囲むように配置される。Z軸方向において、薄膜部120の厚さは、周辺部130の厚さより薄い。
図18に示されるように、半導体基板110は、平面視において、略矩形を成す。半導体基板110は、複数の辺110a,110b,110c,110dを有する。辺110a,110bは、X軸方向に離れて配置され、Y軸方向に延びる。辺110c,110dは、Y軸方向に離れて配置され、X軸方向に延びる。半導体基板110の形状は、略矩形に限定されない。半導体基板110の形状は、略円形、又は略楕円形でもよく、矩形以外の略多角形であってもよい。
[ヒータ10]
ヒータ10は、半導体基板110に配置される。ヒータ10は、外部の回路から電力が供給されて発熱する。ヒータ10による熱は、フローセンサ100に接する流路に伝熱される。ヒータ10は、発熱抵抗体等の熱抵抗値が比較的高い導体でもよい。ヒータ10は、例えば、ポリシリコンでもよい。ヒータ10の材質は、ポリシリコンに限定されない。
ヒータ10は、半導体基板110に配置される。ヒータ10は、外部の回路から電力が供給されて発熱する。ヒータ10による熱は、フローセンサ100に接する流路に伝熱される。ヒータ10は、発熱抵抗体等の熱抵抗値が比較的高い導体でもよい。ヒータ10は、例えば、ポリシリコンでもよい。ヒータ10の材質は、ポリシリコンに限定されない。
ヒータ10は、棒状を成し、X軸方向に延びる。ヒータ10は、長手方向における両端部である端部11及び端部12を有する。端部12は、X軸方向において、複数の端子152,153,155に近い方に配置され、端部11は、複数の端子152,153,155から遠い方に配置されている。ヒータ10の大部分は、薄膜部120に配置され、端部11及び端部12は、周辺部130に配置されている。端部11及び端部12は、薄膜部120に配置されていてもよい。
[第1サーモパイル21]
検出部20は、第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22を有する。第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22は、流路内の温度を検出する。第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22は、Y軸方向に離れて配置されている。ヒータ10は、Y軸方向において、第1サーモパイル21と第2サーモパイル22との間に配置されている。第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22は、ヒータ10を基準としてY軸方向に対称に配置されている。第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22は、ヒータ10からY軸方向に所定距離離れて配置されている。
検出部20は、第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22を有する。第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22は、流路内の温度を検出する。第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22は、Y軸方向に離れて配置されている。ヒータ10は、Y軸方向において、第1サーモパイル21と第2サーモパイル22との間に配置されている。第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22は、ヒータ10を基準としてY軸方向に対称に配置されている。第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22は、ヒータ10からY軸方向に所定距離離れて配置されている。
第1サーモパイル21は、直列に接続される複数の熱電対を含む。第1サーモパイル21に含まれる熱電対は、例えば、X軸方向に並ぶ。図19に示されるように、熱電対は、互いに異なる導電材料である第1導体部23及び第2導体部24を含む。第1導体部23の材質は、例えばポリシリコンでもよい。第2導体部24の材質は、例えばAlでもよい。
第1導体部23は絶縁膜112の上に形成され、第2導体部24は、第1導体部23の上に形成されている。
図18に示されるように、第1サーモパイル21は、複数の温接点21a及び冷接点21bを有する。温接点21a及び冷接点21bは、Y軸方向に離れて配置されている。温接点21aは、Y軸方向において、ヒータ10に近い位置に配置され、冷接点21bは、ヒータ10から遠い位置に配置されている。複数の温接点21aは、薄膜部120に配置され、複数の冷接点21bは、周辺部130に配置されている。
第1導体部23は、Y軸方向に沿って直線的に形成されている。第2導体部24は、第1導体部23の上でY軸方向に沿って直線的に形成されている部分と、Y軸方向に対して傾斜する部分とを含む。第2導体部24のうち、温接点21aに近い方の部分は、Y軸方向に沿って直線的に形成されている。第2導体部24のうち、冷接点21bに近い方の部分は、Y軸方向に対して傾斜している。
第2導体部24のうち薄膜部120に形成されている部分は、Y軸方向に沿って直線的に形成され、周辺部130に形成されている部分は、Y軸方向に対して傾斜するように形成されていてもよい。第2導体部24は、冷接点21bにおいて、温接点21aで接続されている第1導体部23に隣り合う別の第1導体部23と接続されている。複数の熱電対は、交互に直列に接続された第1導体部23及び第2導体部24を含む。
[第2サーモパイル22]
第2サーモパイル22は、ヒータ10を基準として、Y軸方向に第1サーモパイル21と対称に配置されている。第2サーモパイル22は、直列に接続される複数の熱電対を含む。第2サーモパイル22に含まれる熱電対は、例えば、X軸方向に並ぶ。熱電対は、互いに異なる導電材料である第1導体部25及び第2導体部26を含む。第1導体部25の材質は、例えばポリシリコンでもよい。第2導体部26の材質は、例えばAlでもよい。
第2サーモパイル22は、ヒータ10を基準として、Y軸方向に第1サーモパイル21と対称に配置されている。第2サーモパイル22は、直列に接続される複数の熱電対を含む。第2サーモパイル22に含まれる熱電対は、例えば、X軸方向に並ぶ。熱電対は、互いに異なる導電材料である第1導体部25及び第2導体部26を含む。第1導体部25の材質は、例えばポリシリコンでもよい。第2導体部26の材質は、例えばAlでもよい。
図19に示されるように、第1導体部25は絶縁膜112の上に形成され、第2導体部26は、第1導体部25の上に形成されている。
図18に示されるように、第2サーモパイル22は、複数の温接点22a及び冷接点22bを有する。温接点22a及び冷接点22bは、Y軸方向に離れて配置されている。温接点22aは、Y軸方向において、ヒータ10に近い位置に配置され、冷接点22bは、ヒータ10から遠い位置に配置されている。複数の温接点22aは、薄膜部120に配置され、複数の冷接点22bは、周辺部130に配置されている。
第1導体部25は、Y軸方向に沿って直線的に形成されている。第2導体部26は、第1導体部25の上でY軸方向に沿って直線的に形成されている部分と、Y軸方向に対して傾斜する部分とを含む。第2導体部26のうち、温接点21aに近い方の部分は、Y軸方向に沿って直線的に形成されている。第2導体部26のうち、冷接点22bに近い方の部分は、Y軸方向に対して傾斜している。
第2導体部26のうち薄膜部120に形成されている部分は、Y軸方向に沿って直線的に形成され、周辺部130に形成されている部分は、Y軸方向に対して傾斜するように形成されていてもよい。第2導体部26は、冷接点22bにおいて、温接点22aで接続されている第1導体部25に隣り合う別の第1導体部25と接続されている。複数の熱電対は、交互に直列に接続された第1導体部25及び第2導体部26を含む。
[第1配線41,43]
第1配線41,43は、第1サーモパイル21に接続されている。第1配線41は、第1サーモパイル21と端子153とを接続する。第1配線43は、第1サーモパイル21と第2サーモパイル22とを接続する。第1配線43は、第2配線53を介して、第2サーモパイル22と接続されている。
第1配線41,43は、第1サーモパイル21に接続されている。第1配線41は、第1サーモパイル21と端子153とを接続する。第1配線43は、第1サーモパイル21と第2サーモパイル22とを接続する。第1配線43は、第2配線53を介して、第2サーモパイル22と接続されている。
第1配線41は、複数の熱電対のうち最も端子153に近い位置に配置された第2導体部24に接続されている。複数の温接点21aのうち、最も端子153に近い位置に配置された温接点21aは、第2導体部24および第1配線41を介して、端子153に接続されている。第1配線43は、複数の冷接点21bのうち端子153から最も離れた位置に配置された冷接点21bに接続されている。
[第2配線51,53]
第2配線51,53は、第2サーモパイル22に接続されている。第2配線51は、第2サーモパイル22と端子155とを接続する。第2配線53は、第2サーモパイル22と第1サーモパイル21とを接続する。
第2配線51,53は、第2サーモパイル22に接続されている。第2配線51は、第2サーモパイル22と端子155とを接続する。第2配線53は、第2サーモパイル22と第1サーモパイル21とを接続する。
第2配線51は、複数の熱電対のうち最も端子155に近い位置に配置された第2導体部26に接続されている。複数の温接点22aのうち、最も端子155に近い位置に配置された温接点22aは、第2導体部26および第2配線51を介して、端子155に接続されている。第2配線53は、複数の冷接点22bのうち端子155から最も離れた位置に配置された冷接点22bに接続されている。第2配線53は、第1配線43を介して、第1サーモパイル21と接続されている。
[第5配線61,62]
第5配線61,62は、ヒータ10の端部11に接続されている。第5配線61は、Y軸方向に沿って、端部11から離れるように直線的に延びる。第5配線61は、端部11から第5配線62とは反対側に延びる。第5配線61は、X軸方向において、第1サーモパイル21と離れて配置されている。第5配線61は、X軸方向において、第1サーモパイル21と第1配線43の部分43bとの間に配置されている。
第5配線61,62は、ヒータ10の端部11に接続されている。第5配線61は、Y軸方向に沿って、端部11から離れるように直線的に延びる。第5配線61は、端部11から第5配線62とは反対側に延びる。第5配線61は、X軸方向において、第1サーモパイル21と離れて配置されている。第5配線61は、X軸方向において、第1サーモパイル21と第1配線43の部分43bとの間に配置されている。
第5配線62は、Y軸方向に沿って、端部11から離れるように直線的に延びる部分62aと、X軸方向に屈曲されて第2サーモパイル22から離れる方向に直線的に延びる部分62bとを含む。部分62aは、端部11から第5配線61とは反対側に延びる。部分62aは、X軸方向において、第2サーモパイル22と離れて配置されている。部分62aは、X軸方向において、第2サーモパイル22と第2配線53の部分53bとの間に配置されている。
[第6配線71,72]
第6配線71,72は、ヒータ10の端部12に接続されている。第6配線71は、Y軸方向に沿って、端部12から離れるように直線的に延びる。第6配線71は、X軸方向において、第1サーモパイル21と離れて配置されている。第6配線72は、Y軸方向に沿って、端部12から離れるように直線的に延びる。第6配線72は、端部12から第6配線71とは反対側に延びる。第6配線72は、Y軸方向において、第2サーモパイル22と離れて配置されている。
第6配線71,72は、ヒータ10の端部12に接続されている。第6配線71は、Y軸方向に沿って、端部12から離れるように直線的に延びる。第6配線71は、X軸方向において、第1サーモパイル21と離れて配置されている。第6配線72は、Y軸方向に沿って、端部12から離れるように直線的に延びる。第6配線72は、端部12から第6配線71とは反対側に延びる。第6配線72は、Y軸方向において、第2サーモパイル22と離れて配置されている。
第1サーモパイル21は、X軸方向において、第5配線61の部分61aと、第6配線71との間に配置されている。第2サーモパイル22は、X軸方向において、第5配線62と第6配線72との間に配置されている。
[配線73]
フローセンサ100Bは、半導体基板110に形成された配線73を備える。配線73は、ヒータ10の端部12に接続されている。配線73は、X軸方向に延在し、端部12と端子152とを接続する。
フローセンサ100Bは、半導体基板110に形成された配線73を備える。配線73は、ヒータ10の端部12に接続されている。配線73は、X軸方向に延在し、端部12と端子152とを接続する。
[端子152]
複数の端子152,153,155は、X軸方向において同じ位置に配置されていてもよい。複数の端子152,153,155は、Y軸方向に並んで配置されていてもよい。複数の端子152,153,155は、矩形状の半導体基板110の辺110aに近い位置に配置されている。複数の端子152,153,155は、Y軸方向において、辺110cに近い位置から辺110dに向かって、端子153、端子152、端子155の順で配置されている。
複数の端子152,153,155は、X軸方向において同じ位置に配置されていてもよい。複数の端子152,153,155は、Y軸方向に並んで配置されていてもよい。複数の端子152,153,155は、矩形状の半導体基板110の辺110aに近い位置に配置されている。複数の端子152,153,155は、Y軸方向において、辺110cに近い位置から辺110dに向かって、端子153、端子152、端子155の順で配置されている。
端子152は、ヒータ10を加熱する際の電力の供給源である外部の回路と接続される端子である。端子152は、配線73を介してヒータ10の端部12に接続されている。
[端子153]
端子153は、例えば、ボンディングワイヤなどの接続部材を介して外部の信号処理回路と接続される端子である。端子153は、第1配線41を介して、第1サーモパイル21の第2導体部24と接続されている。第1サーモパイル21は、端子153を介して、外部の信号処理回路と接続される。第1サーモパイル21からの検出信号は、端子153を介して、外部の信号処理回路へ出力される。
端子153は、例えば、ボンディングワイヤなどの接続部材を介して外部の信号処理回路と接続される端子である。端子153は、第1配線41を介して、第1サーモパイル21の第2導体部24と接続されている。第1サーモパイル21は、端子153を介して、外部の信号処理回路と接続される。第1サーモパイル21からの検出信号は、端子153を介して、外部の信号処理回路へ出力される。
[端子155]
端子155は、第2配線51を介して、第2サーモパイル22の第2導体部26と接続されている。第2サーモパイル22は、端子155を介して、外部の信号処理回路と接続される。第2サーモパイル22からの検出信号は、端子155を介して、外部の信号処理回路へ出力される。
端子155は、第2配線51を介して、第2サーモパイル22の第2導体部26と接続されている。第2サーモパイル22は、端子155を介して、外部の信号処理回路と接続される。第2サーモパイル22からの検出信号は、端子155を介して、外部の信号処理回路へ出力される。
[流量の検出原理]
図20及び図21を参照して、第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22から出力された検出信号に基づく流体の流量又は流速の検出原理の一例を説明する。図20に示すように、ヒータ10が発した熱は、半導体基板110より上方の空間、すなわち、ヒータ10より上方の空間である流路内及びフローセンサ100B上に略等方的に伝わる。その結果、無風時において、ヒータ10を中心とする略対象な温度分布が流路内及びフローセンサ100B上に形成される。
図20及び図21を参照して、第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22から出力された検出信号に基づく流体の流量又は流速の検出原理の一例を説明する。図20に示すように、ヒータ10が発した熱は、半導体基板110より上方の空間、すなわち、ヒータ10より上方の空間である流路内及びフローセンサ100B上に略等方的に伝わる。その結果、無風時において、ヒータ10を中心とする略対象な温度分布が流路内及びフローセンサ100B上に形成される。
[参考形態に係るフローセンサ100Bの課題]
次に、参考形態に係るフローセンサ100Bの課題について説明する。流路に流体の流れが生じていると、無風時において流路内及びフローセンサ100B上に形成された温度分布の対称性が崩れる。例えば、図21に示すように、流体の流れ方向が辺110dから辺110cに向かう方向である場合、流路内及びフローセンサ100B上の空間のうち、ヒータ10よりも下流側の温度は、ヒータ10の上流側の温度よりも高くなる。このように、流体の流れ方向によって、第1サーモパイル21上の空間と第2サーモパイル22上の空間とで温度差が生じる。その結果、第1サーモパイル21から出力された検出信号の電圧値と、第2サーモパイル22から出力された検出信号の電圧値との差電圧が生じる。
次に、参考形態に係るフローセンサ100Bの課題について説明する。流路に流体の流れが生じていると、無風時において流路内及びフローセンサ100B上に形成された温度分布の対称性が崩れる。例えば、図21に示すように、流体の流れ方向が辺110dから辺110cに向かう方向である場合、流路内及びフローセンサ100B上の空間のうち、ヒータ10よりも下流側の温度は、ヒータ10の上流側の温度よりも高くなる。このように、流体の流れ方向によって、第1サーモパイル21上の空間と第2サーモパイル22上の空間とで温度差が生じる。その結果、第1サーモパイル21から出力された検出信号の電圧値と、第2サーモパイル22から出力された検出信号の電圧値との差電圧が生じる。
第1サーモパイル21から出力された検出信号の電圧値と、第2サーモパイル22から出力された検出信号の電圧値との差電圧は、流体の流量又は流速に応じたものとみなすことができる。これにより、フローセンサ100Bは、流体の流量又は流速を検出することができる。なお、外部の信号処理回路は、検出部20から出力された差電圧に基づいて流体の流量又は流速を算出する。外部の信号処理回路は、例えば、検出部20から出力された差電圧に所定の係数を乗じて、流体の流量又は流速を算出する。
ところで、流体の流量又は流速の検出精度を向上させる観点から、無風時において、流路内及びフローセンサ100B上に形成された温度分布の対称性が確保されていることが好ましい。すなわち、無風時において、第1サーモパイル21と第2サーモパイル22から出力された差電圧がゼロであることが好ましい。一方、半導体基板110には、外部の回路からの電力をヒータ10へ供給するための配線、又は、検出部20からの検出信号を外部へ出力するための配線等、各種の配線が設けられている。
ここで、配線は熱抵抗が低いため半導体基板110に設けられた配線のヒートシンク効果によって、配線近傍の温度が低くなる。このとき、配線レイアウトの幾何学的な対称性が低いと、フローセンサ100Bの面内における放熱量の分布に偏りが生じやすい。そのため、無風時であるにも関わらず、流路内及びフローセンサ100B上に形成された温度分布の対称性が崩れる可能性がある。その結果、無風時において差電圧がゼロではないオフセット電圧が検出部20から出力される。その結果、流体の流れが生じた際、流体の流れ方向(順方向又は逆方向)によって検出部20から出力される差電圧と流量又は流速との対応関係が変化する等、流体の流量又は流速の検出精度の低下を招く事態が生じ得る。例えば、図21に示される矢印の向きを順方向とし、その逆向きを逆方向とする。
[第10実施形態に係るフローセンサ100]
次に図22~図25を参照して、第10実施形態に係るフローセンサ100について説明する。図22は、第10実施形態に係るフローセンサ100を例示する平面図である。図23は、第10実施形態に係るフローセンサ100の交差部310,320を拡大して示す平面図である。第10実施形態に係るフローセンサ100が、上記の参考形態に係るフローセンサ100Bと違う点は、配線の配置が異なる点、端子の配置が異なる点、ジャンパを備える点、並びに、第2センサ210及び第3センサ220を備える点である。なお、第10実施形態に係るフローセンサ100の説明において、上記の参考形態に係るフローセンサ100Bと同様の説明は省略する場合がある。
次に図22~図25を参照して、第10実施形態に係るフローセンサ100について説明する。図22は、第10実施形態に係るフローセンサ100を例示する平面図である。図23は、第10実施形態に係るフローセンサ100の交差部310,320を拡大して示す平面図である。第10実施形態に係るフローセンサ100が、上記の参考形態に係るフローセンサ100Bと違う点は、配線の配置が異なる点、端子の配置が異なる点、ジャンパを備える点、並びに、第2センサ210及び第3センサ220を備える点である。なお、第10実施形態に係るフローセンサ100の説明において、上記の参考形態に係るフローセンサ100Bと同様の説明は省略する場合がある。
フローセンサ100は、半導体基板110、ヒータ10、検出部20、第1配線41,43、第2配線51,53、第5配線61,62、第6配線71,72、配線73、配線81,83、配線91、第2センサ210,及び、第3センサ220を備える。
[第1配線41,43]
第1配線41,43は、第1サーモパイル21に接続されている。第1配線41は、第1サーモパイル21と端子153とを接続する。第1配線41は、X軸方向において最も端子153に近い位置に配置された熱電対に接続されている。
第1配線41,43は、第1サーモパイル21に接続されている。第1配線41は、第1サーモパイル21と端子153とを接続する。第1配線41は、X軸方向において最も端子153に近い位置に配置された熱電対に接続されている。
第1配線43は、第2配線53を介して、第2サーモパイル22に接続されている。第1配線43は、第1サーモパイル21に接続されX軸方向に直線的に延びる部分43aと、部分43aに接続され、Y軸方向に直線的に延びる部分43bとを有する。部分43aは、X軸方向において最も端子153から離れた位置に配置された熱電対に接続されている。部分43bは、第2配線53に接続されている。
[第2配線51,53]
第2配線51,53は、第2サーモパイル22に接続されている。第2配線51は、第2サーモパイル22と端子155とを接続する。第2配線51は、X軸方向において最も端子155に近い位置に配置された熱電対に接続されている。
第2配線51,53は、第2サーモパイル22に接続されている。第2配線51は、第2サーモパイル22と端子155とを接続する。第2配線51は、X軸方向において最も端子155に近い位置に配置された熱電対に接続されている。
第2配線53は、第1配線43を介して、第1サーモパイル21に接続されている。第2配線53は、第2サーモパイル22に接続されX軸方向に直線的に延びる部分53aと、部分53aに接続され、Y軸方向に直線的に延びる部分53bとを有する。部分53aは、X軸方向において最も端子155から離れた位置に配置された熱電対に接続されている。部分53bは、第1配線43に接続されている。第1配線43及び第2配線53は、第1サーモパイル21と第2サーモパイル22とを接続する。
[第5配線61,62]
第5配線61,62は、ヒータ10の端部11に接続されている。第5配線61は、Y軸方向に沿って、端部11から離れるように直線的に延びる。第5配線61は、端部11から第5配線62とは反対側に延びる。第5配線61は、X軸方向において、第1サーモパイル21と離れて配置されている。第5配線61は、X軸方向において、第1サーモパイル21と第1配線43の部分43bとの間に配置されている。
第5配線61,62は、ヒータ10の端部11に接続されている。第5配線61は、Y軸方向に沿って、端部11から離れるように直線的に延びる。第5配線61は、端部11から第5配線62とは反対側に延びる。第5配線61は、X軸方向において、第1サーモパイル21と離れて配置されている。第5配線61は、X軸方向において、第1サーモパイル21と第1配線43の部分43bとの間に配置されている。
第5配線62は、Y軸方向に沿って、端部11から離れるように直線的に延びる部分62aと、X軸方向に屈曲されて第2サーモパイル22から離れる方向に直線的に延びる部分62bとを含む。部分62aは、端部11から第5配線61とは反対側に延びる。部分62aは、X軸方向において、第2サーモパイル22と離れて配置されている。部分62aは、X軸方向において、第2サーモパイル22と第2配線53の部分53bとの間に配置されている。
第5配線61及び第5配線62の部分62aは、ヒータ10を基準としてY軸方向に対称に配置されている。第5配線62の部分62aは、Y軸方向に沿って直線的に形成されている部分である。第5配線62の部分62aのY軸方向における長さは、第5配線61のY軸方向における長さと同じでもよい。換言すると、Y軸方向に沿って直線的に形成されている第5配線61の長さと、Y軸方向に沿って直線的に形成性されている第5配線62の部分62aの長さは同じでもよい。
[第6配線71,72]
一対の第6配線71,72は、ヒータ10の端部12に接続されている。第6配線71は、Y軸方向に沿って、端部12から離れるように直線的に延びる。第6配線71は、X軸方向において、第1サーモパイル21と離れて配置されている。第6配線72は、Y軸方向に沿って、端部12から離れるように直線的に延びる。第6配線72は、端部12から第6配線71とは反対側に延びる。第6配線72は、Y軸方向において、第2サーモパイル22と離れて配置されている。
一対の第6配線71,72は、ヒータ10の端部12に接続されている。第6配線71は、Y軸方向に沿って、端部12から離れるように直線的に延びる。第6配線71は、X軸方向において、第1サーモパイル21と離れて配置されている。第6配線72は、Y軸方向に沿って、端部12から離れるように直線的に延びる。第6配線72は、端部12から第6配線71とは反対側に延びる。第6配線72は、Y軸方向において、第2サーモパイル22と離れて配置されている。
第1サーモパイル21は、X軸方向において、第5配線61と、第6配線71との間に配置されている。第2サーモパイル22は、X軸方向において、第5配線62の部分62aと第6配線72との間に配置されている。
第6配線71及び第6配線72は、ヒータ10を基準としてY軸方向に対称に配置されている。第6配線72のY軸方向における長さは、第6配線71のY軸方向における長さと同じでもよい。
第6配線71は、第5配線61と平行に配置されていてもよい。第6配線72は、第5配線62の部分62aと平行に配置されていてもよい。第5配線61及び第6配線71は、第1サーモパイル21と平行に配置されていてもよい。第5配線62及び第6配線72は、第2サーモパイル22と平行に配置されていてもよい。
第6配線71と第5配線61は、第1サーモパイル21を基準としてX軸方向に対称に配置されてもよい。第6配線72と第5配線62は、第2サーモパイルを基準としてX軸方向に対称に配置されてもよい。
[配線73]
配線73は、ヒータ10の端部12に接続されている。配線73は、X軸方向に延在し、端部12と端子152とを接続する。
配線73は、ヒータ10の端部12に接続されている。配線73は、X軸方向に延在し、端部12と端子152とを接続する。
[配線81]
配線81は、Y軸方向に沿って直線的に延びる。配線81は、辺110cに近い位置に配置された測温抵抗体230に接続されていてもよい。配線81は、辺110dに近い位置に配置された第3センサ220に接続されていてもよい。配線81は、X軸方向において、第5配線61及び第5配線62の部分62aと隣り合うように配置されている。配線81は、Z軸方向に見て、第5配線62の部分62bと交差するように配置されている。詳しくは後述する。
配線81は、Y軸方向に沿って直線的に延びる。配線81は、辺110cに近い位置に配置された測温抵抗体230に接続されていてもよい。配線81は、辺110dに近い位置に配置された第3センサ220に接続されていてもよい。配線81は、X軸方向において、第5配線61及び第5配線62の部分62aと隣り合うように配置されている。配線81は、Z軸方向に見て、第5配線62の部分62bと交差するように配置されている。詳しくは後述する。
[配線83]
配線83は、X軸方向において、配線81と第5配線61,62とを接続する。配線83は、Y軸方向においてヒータ10と同じ位置に配置されていてもよい。
配線83は、X軸方向において、配線81と第5配線61,62とを接続する。配線83は、Y軸方向においてヒータ10と同じ位置に配置されていてもよい。
[配線91]
配線91は、Y軸方向に沿って直線的に延びる。配線91は、辺110cに近い位置に配置された第2センサ210に接続されていてもよい。配線91は、辺110dに近い位置に配置された第3センサ220に接続されていてもよい。配線91は、X軸方向において、配線81と隣り合うように配置されている。配線91には、第5配線62の部分62bが接続されている。
配線91は、Y軸方向に沿って直線的に延びる。配線91は、辺110cに近い位置に配置された第2センサ210に接続されていてもよい。配線91は、辺110dに近い位置に配置された第3センサ220に接続されていてもよい。配線91は、X軸方向において、配線81と隣り合うように配置されている。配線91には、第5配線62の部分62bが接続されている。
[半導体基板110の積層構造]
次に図24及び図25を参照して半導体基板110の積層構造について説明する。図24は、ジャンパ313,323を例示する断面図であり、図23中のVII-VII線に沿う切断面を示す図である。図25は、ジャンパ313を例示する断面図であり、図23中のVIII-VIII線に沿う切断面を示す図である。
次に図24及び図25を参照して半導体基板110の積層構造について説明する。図24は、ジャンパ313,323を例示する断面図であり、図23中のVII-VII線に沿う切断面を示す図である。図25は、ジャンパ313を例示する断面図であり、図23中のVIII-VIII線に沿う切断面を示す図である。
半導体基板110は、支持部111、第1層115、第2層116、第3層117、及び第4層118を有する。第1層115は、支持部111の上に成膜されている。第1層115は、酸化シリコン(SiO2)から形成されている。第2層116は、第1層115の上に成膜されている。第2層116は、窒化シリコン(SiN)から形成されている。
第3層117は、第2層116の上に成膜されている。第3層117は、酸化シリコン(SiO2)から形成されている。第4層118は、第3層117の上に成膜されている。第4層118は、保護膜113でもよい。
[交差部310]
図23及び図24に示されるように、フローセンサ100は、配線81と第5配線62とが交差する交差部310を有する。配線81は、第5配線62の部分62bと交差するジャンパ313を有する。
図23及び図24に示されるように、フローセンサ100は、配線81と第5配線62とが交差する交差部310を有する。配線81は、第5配線62の部分62bと交差するジャンパ313を有する。
配線81は、第1部分311、第2部分312、及びジャンパ313を含む。第1部分311及び第2部分312は、Y軸方向に離れて配置されている。ジャンパ313は、Y軸方向に第1部分311と第2部分312とを接続する。
図25に示されるように、ジャンパ313は、第1部分311及び第2部分312とは異なる配線層に形成されている。ジャンパ313は、第3層117に形成されている。第1部分311及び第2部分312は、第3層117の上に形成された第4層118に形成されている。第1部分311は、Z軸方向にジャンパ313と接続されている。第2部分312は、Z軸方向にジャンパ313と接続されている。
[交差部320]
図23及び図24に示されるように、フローセンサ100は、第2配線53と第5配線62とが交差する交差部320を有する。第2配線53は、第5配線62の部分62bと交差するジャンパ323を有する。
図23及び図24に示されるように、フローセンサ100は、第2配線53と第5配線62とが交差する交差部320を有する。第2配線53は、第5配線62の部分62bと交差するジャンパ323を有する。
第2配線53の部分53bは、第1部分321、第2部分322、及びジャンパ323を含む。第1部分321及び第2部分322は、Y軸方向に離れて配置されている。ジャンパ323は、Y軸方向に第1部分321と第2部分322とを接続する。
図26は、ジャンパ323を例示する断面図であり、図23中のIX-IX線に沿う切断面を示す図である。図26に示されるように、ジャンパ323は、第1部分321及び第2部分322とは異なる配線層に形成されている。ジャンパ323は、第3層117に形成されている。第1部分321及び第2部分322は、第3層117の上に形成された第4層118に形成されている。第1部分321は、Z軸方向にジャンパ323と接続されている。第2部分322は、Z軸方向にジャンパ323と接続されている。第2配線53は、第2サーモパイル22と接続された「第2配線」であり「一方の配線」の一例である。第1部分321及び第2部分322は、「本体部分」の一例である。ジャンパ323は、本体部分とは異なる配線層に形成された第3配線を含む「第1ジャンパ」の一例である。
[非交差部330]
図27は、第10実施形態に係るフローセンサ100の非交差部330を拡大して示す平面図である。図28は、ジャンパ333を例示する断面図であり、図27中のXI-XI線に沿う切断面を示す図である。図27及び図28に示されるように、フローセンサ100は、第1配線43に形成された非交差部330を有する。非交差部330は、ジャンパ333を有する。
図27は、第10実施形態に係るフローセンサ100の非交差部330を拡大して示す平面図である。図28は、ジャンパ333を例示する断面図であり、図27中のXI-XI線に沿う切断面を示す図である。図27及び図28に示されるように、フローセンサ100は、第1配線43に形成された非交差部330を有する。非交差部330は、ジャンパ333を有する。
第1配線43の部分43bは、第1部分331、第2部分332、及びジャンパ333を含む。第1部分331及び第2部分332は、Y軸方向に離れて配置されている。ジャンパ333は、Y軸方向に第1部分331と第2部分332とを接続する。
図28に示されるように、ジャンパ333は、第1部分331及び第2部分332とは異なる配線層に形成されている。ジャンパ333は、第3層117に形成されている。第1部分331及び第2部分332は、第3層117の上に形成された第4層118に形成されている。第1部分331は、Z軸方向にジャンパ333と接続されている。第2部分332は、Z軸方向にジャンパ333と接続されている。第1配線43は、第1サーモパイル21と接続された「第1配線」であり「他方の配線」の一例である。ジャンパ333は、第3配線(ジャンパ323)と同じ配線層(第3層117)に形成された第4配線を含む「第2ジャンパ」の一例である。ジャンパ333は、抵抗部の一例である。ジャンパ333は、半導体基板110に形成された他の配線と交差していない。
図22に示されるように、ジャンパ333は、Y軸方向において、ヒータ10を基準として、ジャンパ323と対称に形成されている。第1サーモパイル21に接続された第1配線43の抵抗値は、第2サーモパイル22に接続された第2配線53の抵抗値と等しい。第1配線43は、Y軸方向において、ヒータ10を基準として、第2配線53と対称に形成されていてもよい。
第2配線53には、ジャンパ323が1つだけ形成され、第1配線43には、ジャンパ333が1つだけ形成されている。第2配線53に形成されたジャンパ323の個数は、第1配線43に形成されたジャンパ323の個数と等しくてもよい。
ジャンパ323のY軸方向における長さは、ジャンパ333のY軸方向における長さと等しくてもよい。ジャンパ323のX軸方向における幅は、ジャンパ333のX軸方向における幅と等しくてもよい。
ジャンパ323及びジャンパ333は、ヒータ10と同じ材質である。ジャンパ323及びジャンパ333の材質は、例えばポリシリコンでもよい。ジャンパ323及びジャンパ333の材質はポリシリコンに限定されず、その他のものでもよい。また、ジャンパ323及びジャンパ333の材質は、ヒータ10の材質と異なっていてもよい。
ヒータ10の端部12と端子152とを接続する配線73には、ジャンパ323及びジャンパ333は、形成されていない。配線73は、例えば同じ配線層に形成されている。ヒータ10の端部11は、第5配線62及び配線91を介して端子(例えば図18に示す端子151)が接続されている。端部11と端子151とを接続する第5配線62及び配線91には、ジャンパ323及びジャンパ333は、形成されていない。第5配線62及び配線91は、例えば同じ配線層に形成されている。ヒータ10に電力を供給する配線は、ヒータ10を加熱するための配線である。
[第10実施形態に係るフローセンサ100の作用効果]
第10実施形態に係るフローセンサ100は、薄膜部120を有する半導体基板110と、薄膜部120に形成され、X軸方向(第1方向)に延びるヒータ10と、薄膜部120に形成され、ヒータ10から所定距離をおいてY軸方向(第2方向)に、ヒータ10を挟むように配置された第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22と、半導体基板110に形成され、第1サーモパイル21に接続された第1配線43と、半導体基板110に形成され、第2サーモパイル22に接続された第2配線53と、を備える。配線(第1配線及び第2配線のうちの一方の配線)53は、第1部分(本体部分)321及び第2部分(本体部分)322と、第1部分321及び第2部分322とは異なる配線層(第3層117)に形成されたジャンパ(第1ジャンパ、第3配線)323とを有する。第1配線43(第1配線及び第2配線のうちの他方の配線)は、第1配線43の抵抗値と第2配線53の抵抗値とが等しくなるように形成されたジャンパ(抵抗部)333を有する。
第10実施形態に係るフローセンサ100は、薄膜部120を有する半導体基板110と、薄膜部120に形成され、X軸方向(第1方向)に延びるヒータ10と、薄膜部120に形成され、ヒータ10から所定距離をおいてY軸方向(第2方向)に、ヒータ10を挟むように配置された第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22と、半導体基板110に形成され、第1サーモパイル21に接続された第1配線43と、半導体基板110に形成され、第2サーモパイル22に接続された第2配線53と、を備える。配線(第1配線及び第2配線のうちの一方の配線)53は、第1部分(本体部分)321及び第2部分(本体部分)322と、第1部分321及び第2部分322とは異なる配線層(第3層117)に形成されたジャンパ(第1ジャンパ、第3配線)323とを有する。第1配線43(第1配線及び第2配線のうちの他方の配線)は、第1配線43の抵抗値と第2配線53の抵抗値とが等しくなるように形成されたジャンパ(抵抗部)333を有する。
このようなフローセンサ100では、第1配線43の抵抗値と第2配線53の抵抗値とが等しくなるようにジャンパ33が形成されていることにより、第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22に接続された配線の抵抗値やヒータ10の熱分布の不均一を改善することができる。これにより、フローセンサ100における検出精度の向上を図ることができる。「等しく」とは、略等しい場合を含み、例えば、90%以上110%以下の範囲でもよい。
第1配線43は、第1サーモパイル21の冷接点21bに接続された端部43cから第2配線53との境界点C11まででもよい。第2配線53は、第2サーモパイル22の冷接点22bに接続された端部53cから第1配線43との境界点C11まででもよい。境界点C11は、第1配線43及び第2配線53が延在する方向において、端部43cと端部53cと間の中間位置でもよく、Y軸方向においてヒータ10に対応する位置でもよい。フローセンサ100では、第1配線43の抵抗値と第2配線53の抵抗値とが等しくなるようにジャンパ333が形成されている。
フローセンサ100において、ジャンパ(第4配線、第2ジャンパ)333は、ジャンパ(第3配線)323と同じ第3層117に形成されている。ジャンパ323,333が同じ配線層に形成されていることにより、製造工程の簡素化を図ることができる。
フローセンサ100において、ジャンパ333は、半導体基板110に形成された他の配線と交差していない。Z軸方向に見て、ジャンパ333は、他の配線と交差していない。他の配線と交差していない部分に、ジャンパ333を設けることにより、第1サーモパイル21に接続された第1配線43の抵抗値と、第2サーモパイル22に接続された第2配線53の抵抗値とを等しくできる。その結果、フローセンサ100における熱分布の不均一を改善することができ、検出精度の向上を図ることができる。
フローセンサ100において、ジャンパ323は、半導体基板110に形成された他の配線(第5配線62の部分62b)と交差する。他の配線と交差する部分にジャンパ323を設けることにより、第1サーモパイル21に接続された第1配線43の抵抗値と、第2サーモパイル22に接続された第2配線53の抵抗値とを等しくできる。その結果、フローセンサ100における熱分布の不均一を改善することができ、検出精度の向上を図ることができる。
フローセンサ100において、ジャンパ323の個数は、ジャンパ333の個数と等しくてもよい。この構造のフローセンサ100では、第1配線43の抵抗値と、第2配線53の抵抗値とを等しくしやすい。
フローセンサ100において、ジャンパ323の長さは、ジャンパ333の長さと等しくてもよい。この構造のフローセンサ100では、第1配線43の抵抗値と、第2配線53の抵抗値とを等しくしやすい。
フローセンサ100において、ジャンパ323の幅W323は、ジャンパ333の幅W333と等しくてもよい。この構造のフローセンサ100では、第1配線43の抵抗値と、第2配線53の抵抗値とを等しくしやすい。また、ジャンパ323,333の長さを同一に揃える場合と比較して、ジャンパ323,333の幅W323,W333を同一に揃える場合の方が、抵抗値の均一化を図りやすい。ジャンパ323の抵抗値は、ジャンパ323と第2配線53とを接続するコンタクト間の長さL323に起因するため、ジャンパ323の長手方向と交差する幅W323を調整する方が、抵抗値を調整しやすい。同様に、ジャンパ333の抵抗値は、ジャンパ333と第1配線43とを接続するコンタクト間の長さL333に起因するため、ジャンパ333の長手方向と交差する幅W333を調整する方が、抵抗値を調整しやすい。そのため、ジャンパ323,333の幅W323,W333を同一に揃える場合の方が、ジャンパ323,333の長さを同一に揃える場合と比較して、抵抗値の均一化を図りやすい。
なお、「ジャンパ323と第2配線53とを接続するコンタクト間の長さL323」とは、ジャンパ323と第1部分321とが接触している部分と、ジャンパ323と第2部分322とが接触している部分との間の長さでもよい。「ジャンパ333と第1配線43とを接続するコンタクト間の長さL333」とは、ジャンパ333と第1部分331とが接触している部分と、ジャンパ333と第2部分332とが接触している部分との間の長さでもよい。「コンタクト間の長さL323,L333」は、一方のコンタクト中心から他方のコンタクト中心までの距離でもよい。例えば、コンタクトが2列ある場合には、1列目のコンタクトと2列目のコンタクトの中間がコンタクト中心となる。
フローセンサ100において、ジャンパ323が延在する方向は、ジャンパ333が延在する方向と同じである。ジャンパ323,333の長手方向は、Y軸方向に沿っている。このような構成のフローセンサ100では、チップ(半導体基板110)内において、ジャンパ323,333の長手方向の向きを揃えることにより、半導体基板110の成膜時にウェハ内でばらつきが生じてもチップ内でのばらつきを抑制することができる。これにより、第1配線43の抵抗値と、第2配線53の抵抗値とを等しくしやすい。
また、ジャンパ323,333の長手方向は、半導体基板110の長手方向(長辺)と同じ方向でもよい。これにより、第1配線43の抵抗値と、第2配線53の抵抗値の均一化を図ることができると共に、効率よくスペースに配置できる。「効率よくスペースに配置できる」とは、半導体基板110のスペースを有効に利用できることでもよい。
フローセンサ100において、ジャンパ323及びジャンパ333は、ヒータ10と同じ材質でもよい。このように、ヒータ10、ジャンパ323及びジャンパ333の材質を同じにすることにより、製造工程の簡素化を図ると共に、第1配線43の抵抗値と、第2配線53の抵抗値とを等しくしやすい。製造工程における簡素化を図り、フローセンサ100を製造する際の製造時間の短縮を図ることができる。
また、フローセンサ100は、外部の回路に電気的に接続される端子(パッド)151,152を有する。端子151,152は、半導体基板110の一辺に配置され、一端が端子152に接続され、他端がヒータ10に接続され、ヒータ10を加熱するための配線73には、ジャンパ323及びジャンパ333が形成されていなくてもよい。この構成のフローセンサ100では、エレクトロマイグレーションの発生を防止できる。
フローセンサ100において、ジャンパ323及びジャンパ333は、ヒータ10を基準としてY軸方向に対称となるように配置されていてもよい。この構造のフローセンサ100によれば、ヒータ10を基準としてY軸方向における配線の抵抗値及び熱分布の不均一を改善できる。その結果、検出精度の向上を図ることができる。
また、フローセンサ100は、ヒータ10の端部(一端)11に接続された一対第5配線61,62と、ヒータ10の端部(他端)12に接続された一対の第6配線71,72と、をさらに備えていてもよい。第5配線61及び第5配線62の部分62aは、ヒータ10を基準としてY軸方向に対称となるように配置され、一対の第6配線71,72は、ヒータ10を基準としてY軸方向に対称となるように配置されていてもよい。この構造のフローセンサ100によれば、ヒータ10を基準としてY軸方向における配線の抵抗値及び熱分布の不均一を改善できる。その結果、検出精度の向上を図ることができる。
また、フローセンサ100において、第5配線61及び第6配線71は、第1サーモパイル21に対して平行でもよい。同様に、第5配線62及び第6配線72は、第2サーモパイル22に対して平行でもよい。この構造のフローセンサ100によれば、ヒータ10を基準としてX軸方向における配線の抵抗値及び熱分布の不均一を改善できる。その結果、検出精度の向上を図ることができる。
また、フローセンサ100において、第5配線61,62及び第6配線71,72は、第1サーモパイル21及び第2サーモパイル22を基準としてX軸方向に対称となるように配置されてもよい。この構造のフローセンサ100によれば、ヒータ10を基準としてX軸方向における配線の抵抗値及び熱分布の不均一を改善できる。その結果、検出精度の向上を図ることができる。
[第11実施形態に係るフローセンサ100C]
次に第11実施形態に係るフローセンサ100Cについて説明する。図29は、第11実施形態に係るフローセンサ100Cを例示する平面図である。第11実施形態に係るフローセンサ100Cが、上記の第10実施形態に係るフローセンサ100と違う点は、複数のジャンパ341~344を備えている点である。なお、第11実施形態の説明において、上記の第10実施形態及び参考形態に係るフローセンサ100,100Bと同様の説明は省略する場合がある。
次に第11実施形態に係るフローセンサ100Cについて説明する。図29は、第11実施形態に係るフローセンサ100Cを例示する平面図である。第11実施形態に係るフローセンサ100Cが、上記の第10実施形態に係るフローセンサ100と違う点は、複数のジャンパ341~344を備えている点である。なお、第11実施形態の説明において、上記の第10実施形態及び参考形態に係るフローセンサ100,100Bと同様の説明は省略する場合がある。
第11実施形態に係るフローセンサ100Cは、複数のジャンパ341~344を備える。複数のジャンパ341~344は、流量を検出する検出部20以外の領域に設けられていてもよい。フローセンサ100Cは、第2センサ210、第3センサ220、及び、測温抵抗体230を備える。第2センサ210は、気体の熱伝導率を検出するセンサでもよい。第3センサ220は、気体の熱量を検出するセンサでもよい。
[ジャンパ341]
ジャンパ341及びジャンパ342は、Y軸方向において、第2センサ210が配置されている領域に配置されていてもよい。ジャンパ341は、例えば、配線91の部分91bと配線81とが交差する交差部に設けられている。配線91は、X軸方向に延在する部分91bを含む。配線81は、Y軸方向に延在し、配線91と交差するジャンパ341を有する。ジャンパ341は、ジャンパ313と同じ配線層(第3層117)に設けられている。
ジャンパ341及びジャンパ342は、Y軸方向において、第2センサ210が配置されている領域に配置されていてもよい。ジャンパ341は、例えば、配線91の部分91bと配線81とが交差する交差部に設けられている。配線91は、X軸方向に延在する部分91bを含む。配線81は、Y軸方向に延在し、配線91と交差するジャンパ341を有する。ジャンパ341は、ジャンパ313と同じ配線層(第3層117)に設けられている。
[ジャンパ342]
ジャンパ342は、例えば、配線91と、第2センサ210に接続された配線411とが交差する交差部に設けられている。第2センサ210に接続された配線411は、Y軸方向に延在する部分を含む。配線411は、Y軸方向に延在し、配線91の部分91bと交差するジャンパ342を有する。ジャンパ342は、ジャンパ341と同じ配線層(第3層117)に設けられている。
ジャンパ342は、例えば、配線91と、第2センサ210に接続された配線411とが交差する交差部に設けられている。第2センサ210に接続された配線411は、Y軸方向に延在する部分を含む。配線411は、Y軸方向に延在し、配線91の部分91bと交差するジャンパ342を有する。ジャンパ342は、ジャンパ341と同じ配線層(第3層117)に設けられている。
[ジャンパ343]
ジャンパ343及びジャンパ344は、Y軸方向において、第3センサ220が配置されている領域に配置されていてもよい。ジャンパ343は、例えば、配線91の部分91cと、第3センサ220に接続された配線412とが交差する交差部に設けられている。配線91は、X軸方向に延在する部分91cを含む。配線412は、Y軸方向に延在し、配線91の部分91cと交差するジャンパ343を有する。ジャンパ343は、ジャンパ341と同じ配線層(第3層117)に設けられている。
ジャンパ343及びジャンパ344は、Y軸方向において、第3センサ220が配置されている領域に配置されていてもよい。ジャンパ343は、例えば、配線91の部分91cと、第3センサ220に接続された配線412とが交差する交差部に設けられている。配線91は、X軸方向に延在する部分91cを含む。配線412は、Y軸方向に延在し、配線91の部分91cと交差するジャンパ343を有する。ジャンパ343は、ジャンパ341と同じ配線層(第3層117)に設けられている。
[ジャンパ344]
ジャンパ344は、例えば、配線91の部分91dと、第3センサ220に接続された配線413とが交差する交差部に設けられている。配線91は、X軸方向に延在する部分91dを含む。配線413は、Y軸方向に延在し、配線91の部分91dと交差するジャンパ344を有する。ジャンパ343は、ジャンパ343と同じ配線層(第3層117)に設けられている。
ジャンパ344は、例えば、配線91の部分91dと、第3センサ220に接続された配線413とが交差する交差部に設けられている。配線91は、X軸方向に延在する部分91dを含む。配線413は、Y軸方向に延在し、配線91の部分91dと交差するジャンパ344を有する。ジャンパ343は、ジャンパ343と同じ配線層(第3層117)に設けられている。
このような第11実施形態に係るフローセンサ100Cにおいても、上記の第10実施形態に係るフローセンサ100と同様の作用効果を奏する。フローセンサ100Cは、流量を検出する検出部20が形成されている領域以外に形成されたジャンパ341~344を備えていてもよい。
[変形例に係るフローセンサ100]
変形例に係るフローセンサ100において、第1サーモパイル21に接続された第1配線にジャンパが設けられ、第2サーモパイル22に接続された第2配線に、抵抗部(第2ジャンパ333)が設けられていてもよい。
変形例に係るフローセンサ100において、第1サーモパイル21に接続された第1配線にジャンパが設けられ、第2サーモパイル22に接続された第2配線に、抵抗部(第2ジャンパ333)が設けられていてもよい。
なお、上記第10実施形態及び第11実施形態に挙げた構成等に対し、その他の構成要素が組み合わされるなどした他の実施形態であってもよく、ここで示した構成に本発明が何等限定されるものではない。この点に関しては、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で変更することが可能であり、その応用形態に応じて適切に定めることができる。
なお、抵抗部は、第2ジャンパに限定されない。例えば、配線の一部の寸法や材質を変更することにより、第1配線の抵抗値と第2配線の抵抗値とが等しくなるように形成された抵抗部でもよい。
以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。
本発明の態様は、例えば以下の通りである。
<1> 周辺部と前記周辺部よりも薄いメンブレン部とを有する基板と、前記メンブレン部に配置されたヒータと、前記ヒータに対して対称に配置された複数のサーモパイルと、を有し、前記複数のサーモパイルは、第1配線と第2配線とを有し、前記第1配線と前記第2配線は、前記メンブレン部の上で接続され、かつ前記周辺部の上で接続され、前記第1配線は、第1部分と前記第1部分よりも太い第2部分とを有し、前記第2配線は、第3部分と前記第3部分よりも太い第4部分とを有し、前記第2部分及び前記第4部分は、前記メンブレン部と前記周辺部に跨るように配置されている、フローセンサである。
<2> 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、前記メンブレン部は、平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、前記メンブレン部と前記周辺部の境界において、前記第3方向から見たときに、前記第2方向における前記第2部分と前記第4部分の少なくとも一部が重なっている、前記<1>に記載のフローセンサである。
<3> 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、前記メンブレン部は平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、前記第3方向において、前記第2配線は、前記第1配線よりも上方に位置し、前記メンブレン部と前記周辺部の境界において、前記第3方向から見たときに、前記第2配線は、前記第1方向及び前記第2方向のそれぞれで前記第1配線に包含されている、前記<1>又は前記<2>に記載のフローセンサである。
<4> 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、前記メンブレン部は、平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、前記メンブレン部と前記周辺部の境界において、前記第3方向から見たときに、前記第2配線は、前記第1配線に対して、少なくとも前記第2方向においてずれるように配置されている、前記<1>又は前記<2>に記載のフローセンサである。
<5> 前記第1配線と前記第2配線の端部が重ならない、前記<4>に記載のフローセンサである。
<6> nを1以上の整数とし、前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1配線及び前記第2配線は、前記第1方向と交差する第2方向に一定の間隔で複数配置され、前記メンブレン部は平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、前記第3方向において、前記第2配線は、前記第1配線よりも上方に位置し、前記メンブレン部において、n個目の前記第2配線とn個目の前記第1配線が第1点で接続され、前記周辺部において、n個目の前記第2配線とn+1個目の前記第1配線が第2点で接続されている、前記<1>から前記<5>のいずれか1つに記載のフローセンサである。
<7> 前記第2配線は、前記メンブレン部と前記周辺部の境界と前記第2点との間に、前記第4部分よりも細い第5部分を有する、前記<6>に記載のフローセンサである。
<8> 前記第1配線は、前記メンブレン部と前記周辺部の境界と前記第2点との間に、前記第2部分よりも細い第6部分を有する、前記<7>に記載のフローセンサである。
<9> 前記第1配線は、第1導電型のポリシリコン配線であり、前記第2配線は、前記第1導電型とは反対の第2導電型のポリシリコン配線であり、前記第3方向において、前記第1配線は、前記第1点で前記第2配線から露出しており、前記第1配線が露出している部分において、前記第1配線は第1コンタクトプラグに接続され、第3配線を介して第2コンタクトプラグにより前記第2配線に接続されており、前記第3方向において、前記第1配線は、前記第2点で前記第2配線から露出しており、前記第1配線が露出している部分において、前記第1配線は第3コンタクトプラグに接続され、第4配線を介して第4コンタクトプラグにより前記第2配線に接続されている、前記<6>に記載のフローセンサである。
<10> 前記第2部分の抵抗は、前記第1部分の抵抗よりも低い、前記<1>から前記<9>のいずれか1つに記載のフローセンサである。
<11> 前記第2部分の不純物濃度は前記第1部分の不純物濃度よりも高い、前記<1>から前記<10>のいずれか1つに記載のフローセンサである。
<12> 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、前記第2方向において、前記第1配線及び前記第2配線から電気的に独立し、前記第1方向において、前記メンブレン上の端部の位置が前記第2部分又は前記第4部分の端部の位置と同じである部材を有し、前記部材は、前記メンブレン部及び前記周辺部に跨るように配置されている、前記<1>から前記<11>のいずれか1つに記載のフローセンサである。
<13> 前記部材は、前記第1配線と同じ層に配置された第1層と、前記第2配線と同じ層に配置された第2層と、を有する、前記<12>に記載のフローセンサである。
<14> 前記部材は、前記メンブレン部と前記周辺部の境界を露出させるスリットを有する、前記<12>に記載のフローセンサである。
<15>前記メンブレン部は、平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、 前記第1層は、前記第2方向に所定の間隔で配置された複数の第1の層部分を有し、前記第2層は、前記第2方向に所定の間隔で配置された複数の第2の層部分と、前記第1の層部分と前記第2の層部分とを接続する複数の接続部と、を有し、隣り合う前記第1の層部分間の間隔、並びに、隣り合う前記第2の層部分間の間隔が前記第3方向において重なることによりスリットを形成している、前記<13>に記載のフローセンサである。
<16> 基板と、
前記基板に配置され、平面視において、流体の流れ方向である第1方向と交差する第2方向に延びるヒータと、
それぞれが前記基板に配置され、かつ、前記第1方向において前記ヒータを挟むように配置される第1温度検出部及び第2温度検出部を含む検出部と、
前記ヒータの一端に接続される第1配線と、
前記ヒータの他端に接続される第2配線と、
を備え、
前記第1配線は、前記第1温度検出部の隣に位置する第1部分と、前記第2温度検出部の隣に位置し、かつ、前記ヒータを基準に前記第1部分と対称に位置する第2部分と、を有し、
前記第2配線は、前記第1温度検出部の隣に位置する第3部分と、前記第2温度検出部の隣に位置し、かつ、前記ヒータを基準に前記第3部分と対称に位置する第4部分と、を有する、
フローセンサ。
<17> 前記第1部分及び前記第3部分は、前記第2方向における前記ヒータの中央点を基準に対称に位置する、
前記<16>に記載のフローセンサ。
<18> 前記第1部分及び前記第3部分は、前記第1方向に平行に延びる、
前記<16>又は前記<17>に記載のフローセンサ。
<19> 前記第2部分及び前記第4部分は、前記第2方向における前記ヒータの中央点を基準に対称に位置する、
前記<16>から前記<18>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
<20> 前記第2部分及び前記第4部分は、前記第1方向に平行に延びる、
前記<19>に記載のフローセンサ。
<21> 前記第1配線の前記第2部分側の端部及び前記第2配線の前記第4部分側の端部は、それぞれ終端し、かつ、前記第1方向において同じ位置にある、
前記<20>に記載のフローセンサ。
<22> 前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部は、温接点を有するサーモパイルであり、
前記第1配線の前記第1部分及び前記第2配線の前記第3部分は、前記第2方向において、前記第1温度検出部の前記温接点と並び、
前記第1配線の前記第2部分及び前記第2配線の前記第4部分は、前記第2方向において、前記第2温度検出部の前記温接点と並ぶ、
前記<16>から前記<21>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
<23> 前記第1配線の熱抵抗値及び前記第2配線の熱抵抗値は、前記ヒータの熱抵抗値より小さい、
前記<16>から前記<22>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
<24> 前記第1配線及び前記第2配線の高さ方向における位置は、前記ヒータの前記高さ方向における位置と同じであり、
前記第1配線の前記第1部分側の端部及び前記第2部分側の端部は、それぞれ終端し、
前記第2配線の前記第3部分側の端部及び前記第4部分側の端部は、それぞれ終端し、
前記第1配線の前記第1方向における長さは、前記第2配線の前記第1方向における長さと同じである、
前記<16>から前記<23>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
<25> 前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部は、複数の温接点を有するサーモパイルであり、
前記フローセンサは、
前記検出部から出力される検出信号を処理する信号処理回路と接続される複数の端子と、
前記ヒータ、前記第1配線、及び前記第2配線より上方に配置され、かつ、前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部の少なくとも一方が有する複数の前記温接点のうち、前記第2配線の最も近くに位置する前記温接点に接続される第3配線と、
をさらに備え、
前記第3配線は、複数の前記端子のうちの少なくとも1つと、前記第2配線の最も近くに位置する前記温接点とを接続し、かつ、平面視において、前記第2配線の一部と重なる、
前記<24>に記載のフローセンサ。
<26> 前記基板は、薄膜部と、平面視において前記薄膜部を囲むように配置される周辺部と、を有し、
前記第1配線の前記第1部分及び前記第2部分、並びに、前記第2配線の前記第3部分及び前記第4部分のそれぞれは、前記周辺部上に位置し、かつ、前記薄膜部と前記周辺部との境界の近傍に位置する、
前記<16>から前記<25>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
<1> 周辺部と前記周辺部よりも薄いメンブレン部とを有する基板と、前記メンブレン部に配置されたヒータと、前記ヒータに対して対称に配置された複数のサーモパイルと、を有し、前記複数のサーモパイルは、第1配線と第2配線とを有し、前記第1配線と前記第2配線は、前記メンブレン部の上で接続され、かつ前記周辺部の上で接続され、前記第1配線は、第1部分と前記第1部分よりも太い第2部分とを有し、前記第2配線は、第3部分と前記第3部分よりも太い第4部分とを有し、前記第2部分及び前記第4部分は、前記メンブレン部と前記周辺部に跨るように配置されている、フローセンサである。
<2> 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、前記メンブレン部は、平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、前記メンブレン部と前記周辺部の境界において、前記第3方向から見たときに、前記第2方向における前記第2部分と前記第4部分の少なくとも一部が重なっている、前記<1>に記載のフローセンサである。
<3> 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、前記メンブレン部は平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、前記第3方向において、前記第2配線は、前記第1配線よりも上方に位置し、前記メンブレン部と前記周辺部の境界において、前記第3方向から見たときに、前記第2配線は、前記第1方向及び前記第2方向のそれぞれで前記第1配線に包含されている、前記<1>又は前記<2>に記載のフローセンサである。
<4> 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、前記メンブレン部は、平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、前記メンブレン部と前記周辺部の境界において、前記第3方向から見たときに、前記第2配線は、前記第1配線に対して、少なくとも前記第2方向においてずれるように配置されている、前記<1>又は前記<2>に記載のフローセンサである。
<5> 前記第1配線と前記第2配線の端部が重ならない、前記<4>に記載のフローセンサである。
<6> nを1以上の整数とし、前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1配線及び前記第2配線は、前記第1方向と交差する第2方向に一定の間隔で複数配置され、前記メンブレン部は平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、前記第3方向において、前記第2配線は、前記第1配線よりも上方に位置し、前記メンブレン部において、n個目の前記第2配線とn個目の前記第1配線が第1点で接続され、前記周辺部において、n個目の前記第2配線とn+1個目の前記第1配線が第2点で接続されている、前記<1>から前記<5>のいずれか1つに記載のフローセンサである。
<7> 前記第2配線は、前記メンブレン部と前記周辺部の境界と前記第2点との間に、前記第4部分よりも細い第5部分を有する、前記<6>に記載のフローセンサである。
<8> 前記第1配線は、前記メンブレン部と前記周辺部の境界と前記第2点との間に、前記第2部分よりも細い第6部分を有する、前記<7>に記載のフローセンサである。
<9> 前記第1配線は、第1導電型のポリシリコン配線であり、前記第2配線は、前記第1導電型とは反対の第2導電型のポリシリコン配線であり、前記第3方向において、前記第1配線は、前記第1点で前記第2配線から露出しており、前記第1配線が露出している部分において、前記第1配線は第1コンタクトプラグに接続され、第3配線を介して第2コンタクトプラグにより前記第2配線に接続されており、前記第3方向において、前記第1配線は、前記第2点で前記第2配線から露出しており、前記第1配線が露出している部分において、前記第1配線は第3コンタクトプラグに接続され、第4配線を介して第4コンタクトプラグにより前記第2配線に接続されている、前記<6>に記載のフローセンサである。
<10> 前記第2部分の抵抗は、前記第1部分の抵抗よりも低い、前記<1>から前記<9>のいずれか1つに記載のフローセンサである。
<11> 前記第2部分の不純物濃度は前記第1部分の不純物濃度よりも高い、前記<1>から前記<10>のいずれか1つに記載のフローセンサである。
<12> 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、前記第2方向において、前記第1配線及び前記第2配線から電気的に独立し、前記第1方向において、前記メンブレン上の端部の位置が前記第2部分又は前記第4部分の端部の位置と同じである部材を有し、前記部材は、前記メンブレン部及び前記周辺部に跨るように配置されている、前記<1>から前記<11>のいずれか1つに記載のフローセンサである。
<13> 前記部材は、前記第1配線と同じ層に配置された第1層と、前記第2配線と同じ層に配置された第2層と、を有する、前記<12>に記載のフローセンサである。
<14> 前記部材は、前記メンブレン部と前記周辺部の境界を露出させるスリットを有する、前記<12>に記載のフローセンサである。
<15>前記メンブレン部は、平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、 前記第1層は、前記第2方向に所定の間隔で配置された複数の第1の層部分を有し、前記第2層は、前記第2方向に所定の間隔で配置された複数の第2の層部分と、前記第1の層部分と前記第2の層部分とを接続する複数の接続部と、を有し、隣り合う前記第1の層部分間の間隔、並びに、隣り合う前記第2の層部分間の間隔が前記第3方向において重なることによりスリットを形成している、前記<13>に記載のフローセンサである。
<16> 基板と、
前記基板に配置され、平面視において、流体の流れ方向である第1方向と交差する第2方向に延びるヒータと、
それぞれが前記基板に配置され、かつ、前記第1方向において前記ヒータを挟むように配置される第1温度検出部及び第2温度検出部を含む検出部と、
前記ヒータの一端に接続される第1配線と、
前記ヒータの他端に接続される第2配線と、
を備え、
前記第1配線は、前記第1温度検出部の隣に位置する第1部分と、前記第2温度検出部の隣に位置し、かつ、前記ヒータを基準に前記第1部分と対称に位置する第2部分と、を有し、
前記第2配線は、前記第1温度検出部の隣に位置する第3部分と、前記第2温度検出部の隣に位置し、かつ、前記ヒータを基準に前記第3部分と対称に位置する第4部分と、を有する、
フローセンサ。
<17> 前記第1部分及び前記第3部分は、前記第2方向における前記ヒータの中央点を基準に対称に位置する、
前記<16>に記載のフローセンサ。
<18> 前記第1部分及び前記第3部分は、前記第1方向に平行に延びる、
前記<16>又は前記<17>に記載のフローセンサ。
<19> 前記第2部分及び前記第4部分は、前記第2方向における前記ヒータの中央点を基準に対称に位置する、
前記<16>から前記<18>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
<20> 前記第2部分及び前記第4部分は、前記第1方向に平行に延びる、
前記<19>に記載のフローセンサ。
<21> 前記第1配線の前記第2部分側の端部及び前記第2配線の前記第4部分側の端部は、それぞれ終端し、かつ、前記第1方向において同じ位置にある、
前記<20>に記載のフローセンサ。
<22> 前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部は、温接点を有するサーモパイルであり、
前記第1配線の前記第1部分及び前記第2配線の前記第3部分は、前記第2方向において、前記第1温度検出部の前記温接点と並び、
前記第1配線の前記第2部分及び前記第2配線の前記第4部分は、前記第2方向において、前記第2温度検出部の前記温接点と並ぶ、
前記<16>から前記<21>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
<23> 前記第1配線の熱抵抗値及び前記第2配線の熱抵抗値は、前記ヒータの熱抵抗値より小さい、
前記<16>から前記<22>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
<24> 前記第1配線及び前記第2配線の高さ方向における位置は、前記ヒータの前記高さ方向における位置と同じであり、
前記第1配線の前記第1部分側の端部及び前記第2部分側の端部は、それぞれ終端し、
前記第2配線の前記第3部分側の端部及び前記第4部分側の端部は、それぞれ終端し、
前記第1配線の前記第1方向における長さは、前記第2配線の前記第1方向における長さと同じである、
前記<16>から前記<23>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
<25> 前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部は、複数の温接点を有するサーモパイルであり、
前記フローセンサは、
前記検出部から出力される検出信号を処理する信号処理回路と接続される複数の端子と、
前記ヒータ、前記第1配線、及び前記第2配線より上方に配置され、かつ、前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部の少なくとも一方が有する複数の前記温接点のうち、前記第2配線の最も近くに位置する前記温接点に接続される第3配線と、
をさらに備え、
前記第3配線は、複数の前記端子のうちの少なくとも1つと、前記第2配線の最も近くに位置する前記温接点とを接続し、かつ、平面視において、前記第2配線の一部と重なる、
前記<24>に記載のフローセンサ。
<26> 前記基板は、薄膜部と、平面視において前記薄膜部を囲むように配置される周辺部と、を有し、
前記第1配線の前記第1部分及び前記第2部分、並びに、前記第2配線の前記第3部分及び前記第4部分のそれぞれは、前記周辺部上に位置し、かつ、前記薄膜部と前記周辺部との境界の近傍に位置する、
前記<16>から前記<25>のいずれか1つに記載のフローセンサ。
この出願は、2024年10月7日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2024-176073号、2024年11月8日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2024-196119号、及び2025年1月7日に日本国特許庁に出願された日本国特許出願第2025-002262号に基づいて、それらの優先権を主張するものであり、この日本国特許出願の全内容を含む。
1・・・基板、2・・・ヒータ、3・・・サーモパイル、4・・・部材、10・・・センサパッド、11・・・周辺部、12・・・メンブレン部、13・・・保護膜、21・・・ヒータパッド、31、31n、31n+1・・・第1配線、32、32n・・・第2配線、33・・・第1点、34・・・第2点、35、35-1・・・ヒートシンク部、40・・・端部、41・・・第1層、42・・・第2層、43・・・スリット、100・・・フローセンサ、110・・・上面、111・・・支持部、112・・・上部、120・・・境界、311・・・第1部分、312・・・第2部分、313・・・第6部分、321・・・第3部分、322・・・第4部分、323・・・第5部分、324・・・第7部分、330・・・第1コンタクトプラグ、340・・・第2コンタクトプラグ、350・・・ヒートシンク端、411・・・第1の層部分、421・・・第2の層部分、422・・・接続部、d1・・・第1間隔、d2・・・第2間隔、LH・・・ヒートシンク長さ、LM・・・メンブレン長さ、PL・・・長さ
1,1A・・・フローセンサ、10・・・基板、111・・・薄膜部、112・・・周辺部、20,20A・・・ヒータ、20CP・・・中央点、21,21a・・・ヒータの一端、22,22a・・・ヒータの他端、30・・・検出部、31・・・第1サーモパイル、313・・・第1サーモパイルの温接点、314・・・第1サーモパイルの冷接点、32・・・第2サーモパイル、323・・・第2サーモパイルの温接点、324・・・第2サーモパイルの冷接点、40,40A・・・第1配線、41,41A・・・第1部分、41T・・・第1部分側の端部、42・・・第2部分、42T・・・第2部分側の端部、50,50A・・・第2配線、51,51A・・・第3部分、51T・・・第3部分側の端部、52,52A・・・第4部分、52T・・・第4部分側の端部、61a~61f・・・端子、70a,70b・・・第3配線、75a,75b・・・第4配線
100,100C:フローセンサ、10:ヒータ、11:端部(ヒータの一端)、12:端部(ヒータの他端)、21:第1サーモパイル、22:第2サーモパイル、43:第1配線、53:第2配線、61:第5配線、62:第5配線、71:第6配線、72:第6配線、110:半導体基板、117:第3層(配線層)、120:薄膜部、321:第1部分(第2配線の本体部分)、322:第2部分(第2配線の本体部分)、323:ジャンパ(第1ジャンパ、第3配線)、333:ジャンパ(第2ジャンパ、第4配線、抵抗部)、X…X軸方向(第1方向)、Y…Y軸方向(第2方向、流路方向)、Z…Z軸方向。
1,1A・・・フローセンサ、10・・・基板、111・・・薄膜部、112・・・周辺部、20,20A・・・ヒータ、20CP・・・中央点、21,21a・・・ヒータの一端、22,22a・・・ヒータの他端、30・・・検出部、31・・・第1サーモパイル、313・・・第1サーモパイルの温接点、314・・・第1サーモパイルの冷接点、32・・・第2サーモパイル、323・・・第2サーモパイルの温接点、324・・・第2サーモパイルの冷接点、40,40A・・・第1配線、41,41A・・・第1部分、41T・・・第1部分側の端部、42・・・第2部分、42T・・・第2部分側の端部、50,50A・・・第2配線、51,51A・・・第3部分、51T・・・第3部分側の端部、52,52A・・・第4部分、52T・・・第4部分側の端部、61a~61f・・・端子、70a,70b・・・第3配線、75a,75b・・・第4配線
100,100C:フローセンサ、10:ヒータ、11:端部(ヒータの一端)、12:端部(ヒータの他端)、21:第1サーモパイル、22:第2サーモパイル、43:第1配線、53:第2配線、61:第5配線、62:第5配線、71:第6配線、72:第6配線、110:半導体基板、117:第3層(配線層)、120:薄膜部、321:第1部分(第2配線の本体部分)、322:第2部分(第2配線の本体部分)、323:ジャンパ(第1ジャンパ、第3配線)、333:ジャンパ(第2ジャンパ、第4配線、抵抗部)、X…X軸方向(第1方向)、Y…Y軸方向(第2方向、流路方向)、Z…Z軸方向。
Claims (40)
- 周辺部と前記周辺部よりも薄いメンブレン部とを有する基板と、
前記メンブレン部に配置されたヒータと、
前記ヒータに対して対称に配置された複数のサーモパイルと、を有し、
前記複数のサーモパイルは、第1配線と第2配線とを有し、
前記第1配線と前記第2配線は、前記メンブレン部の上で接続され、かつ、前記周辺部の上で接続され、
前記第1配線は、第1部分と前記第1部分よりも太い第2部分とを有し、
前記第2配線は、第3部分と前記第3部分よりも太い第4部分とを有し、
前記第2部分及び前記第4部分は、前記メンブレン部と前記周辺部に跨るように配置されている、フローセンサ。 - 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、
前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、
前記メンブレン部は、平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、
前記メンブレン部と前記周辺部の境界において、前記第3方向から見たときに、前記第2方向における前記第2部分と前記第4部分の少なくとも一部が重なっている、請求項1に記載のフローセンサ。 - 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、
前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、
前記メンブレン部は平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、
前記第3方向において、前記第2配線は、前記第1配線よりも上方に位置し、
前記メンブレン部と前記周辺部の境界において、前記第3方向から見たときに、前記第2配線は、前記第1方向及び前記第2方向のそれぞれにおいて前記第1配線に包含されている、請求項1又は請求項2に記載のフローセンサ。 - 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、
前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、
前記メンブレン部は、平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、
前記メンブレン部と前記周辺部の境界において、前記第3方向から見たときに、前記第2配線は、前記第1配線に対して、少なくとも前記第2方向においてずれるように配置されている、請求項1又は請求項2に記載のフローセンサ。 - 前記第1配線と前記第2配線の端部が重ならない、
請求項4に記載のフローセンサ。 - nを1以上の整数とし、
前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、
前記第1配線及び前記第2配線は、前記第1方向と交差する第2方向に一定の間隔で複数配置され、
前記メンブレン部は平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、
前記第3方向において、前記第2配線は、前記第1配線よりも上方に位置し、
前記メンブレン部において、n個目の前記第2配線とn個目の前記第1配線が第1点で接続され、
前記周辺部において、n個目の前記第2配線とn+1個目の前記第1配線が第2点で接続されている、請求項1から請求項5のいずれか1項に記載のフローセンサ。 - 前記第2配線は、前記メンブレン部と前記周辺部の境界と前記第2点との間に、前記第4部分よりも細い第5部分を有する、請求項6に記載のフローセンサ。
- 前記第1配線は、前記メンブレン部と前記周辺部の境界と前記第2点との間に、前記第2部分よりも細い第6部分を有する、請求項7に記載のフローセンサ。
- 前記第1配線は、第1導電型のポリシリコン配線であり、
前記第2配線は、前記第1導電型とは反対の第2導電型のポリシリコン配線であり、
前記第3方向において、前記第1配線は、前記第1点で前記第2配線から露出しており、
前記第1配線が露出している部分において、前記第1配線は第1コンタクトプラグに接続され、第3配線を介して第2コンタクトプラグにより前記第2配線に接続されており、
前記第3方向において、前記第1配線は、前記第2点で前記第2配線から露出しており、
前記第1配線が露出している部分において、前記第1配線は第3コンタクトプラグに接続され、第4配線を介して第4コンタクトプラグにより前記第2配線に接続されている、請求項6に記載のフローセンサ。 - 前記第2部分の抵抗は、前記第1部分の抵抗よりも低い、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載のフローセンサ。
- 前記第2部分の不純物濃度は前記第1部分の不純物濃度よりも高い、請求項1から請求項10のいずれか1項に記載のフローセンサ。
- 前記第1配線及び前記第2配線は、第1方向に延び、
前記第1方向と交差する方向を第2方向とし、
前記第2方向において、前記第1配線及び前記第2配線から電気的に独立し、前記第1方向において、前記メンブレン部上の端部の位置が前記第2部分又は前記第4部分の端部の位置と同じである部材を有し、
前記部材は、前記メンブレン部及び前記周辺部に跨るように配置されている、請求項1から請求項11のいずれか1項に記載のフローセンサ。 - 前記部材は、前記第1配線と同じ層に配置された第1層と、前記第2配線と同じ層に配置された第2層と、を有する、請求項12に記載のフローセンサ。
- 前記部材は、前記メンブレン部と前記周辺部の境界を露出させるスリットを有する、請求項12に記載のフローセンサ。
- 前記メンブレン部は、平面を有し、前記平面を上面視する方向を第3方向とし、
前記第1層は、前記第2方向に所定の間隔で配置された複数の第1の層部分を有し、
前記第2層は、前記第2方向に所定の間隔で配置された複数の第2の層部分と、前記第1の層部分と前記第2の層部分とを接続する複数の接続部と、を有し、
隣り合う前記第1の層部分間の間隔、並びに、隣り合う前記第2の層部分間の間隔が前記第3方向において重なることによりスリットを形成している、請求項13に記載のフローセンサ。 - 基板と、
前記基板に配置され、平面視において、流体の流れ方向である第1方向と交差する第2方向に延びるヒータと、
それぞれが前記基板に配置され、かつ、前記第1方向において前記ヒータを挟むように配置される第1温度検出部及び第2温度検出部を含む検出部と、
前記ヒータの一端に接続される第1配線と、
前記ヒータの他端に接続される第2配線と、
を備え、
前記第1配線は、前記第1温度検出部の隣に位置する第1部分と、前記第2温度検出部の隣に位置し、かつ、前記ヒータを基準に前記第1部分と対称に位置する第2部分と、を有し、
前記第2配線は、前記第1温度検出部の隣に位置する第3部分と、前記第2温度検出部の隣に位置し、かつ、前記ヒータを基準に前記第3部分と対称に位置する第4部分と、を有する、
フローセンサ。 - 前記第1部分及び前記第3部分は、前記第2方向における前記ヒータの中央点を基準に対称に位置する、
請求項16に記載のフローセンサ。 - 前記第1部分及び前記第3部分は、前記第1方向に平行に延びる、
請求項16又は請求項17に記載のフローセンサ。 - 前記第2部分及び前記第4部分は、前記第2方向における前記ヒータの中央点を基準に対称に位置する、
請求項16から請求項18のいずれか1項に記載のフローセンサ。 - 前記第2部分及び前記第4部分は、前記第1方向に平行に延びる、
請求項19に記載のフローセンサ。 - 前記第1配線の前記第2部分側の端部及び前記第2配線の前記第4部分側の端部は、それぞれ終端し、かつ、前記第1方向において同じ位置にある、
請求項20に記載のフローセンサ。 - 前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部は、温接点を有するサーモパイルであり、
前記第1配線の前記第1部分及び前記第2配線の前記第3部分は、前記第2方向において、前記第1温度検出部の前記温接点と並び、
前記第1配線の前記第2部分及び前記第2配線の前記第4部分は、前記第2方向において、前記第2温度検出部の前記温接点と並ぶ、
請求項16から請求項21のいずれか1項に記載のフローセンサ。 - 前記第1配線の熱抵抗値及び前記第2配線の熱抵抗値は、前記ヒータの熱抵抗値より小さい、
請求項16から請求項22のいずれか1項に記載のフローセンサ。 - 前記第1配線及び前記第2配線の高さ方向における位置は、前記ヒータの前記高さ方向における位置と同じであり、
前記第1配線の前記第1部分側の端部及び前記第2部分側の端部は、それぞれ終端し、
前記第2配線の前記第3部分側の端部及び前記第4部分側の端部は、それぞれ終端し、
前記第1配線の前記第1方向における長さは、前記第2配線の前記第1方向における長さと同じである、
請求項16から請求項23のいずれか1項に記載のフローセンサ。 - 前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部は、複数の温接点を有するサーモパイルであり、
前記フローセンサは、
前記検出部から出力される検出信号を処理する信号処理回路と接続される複数の端子と、
前記ヒータ、前記第1配線、及び前記第2配線より上方に配置され、かつ、前記第1温度検出部及び前記第2温度検出部の少なくとも一方が有する複数の前記温接点のうち、前記第2配線の最も近くに位置する前記温接点に接続される第3配線と、
をさらに備え、
前記第3配線は、複数の前記端子のうちの少なくとも1つと、前記第2配線の最も近くに位置する前記温接点とを接続し、かつ、平面視において、前記第2配線の一部と重なる、
請求項24に記載のフローセンサ。 - 前記基板は、薄膜部と、平面視において前記薄膜部を囲むように配置される周辺部と、を有し、
前記第1配線の前記第1部分及び前記第2部分、並びに、前記第2配線の前記第3部分及び前記第4部分のそれぞれは、前記周辺部上に位置し、かつ、前記薄膜部と前記周辺部との境界の近傍に位置する、
請求項16から請求項25のいずれか1項に記載のフローセンサ。 - 薄膜部を有する半導体基板と、
前記薄膜部に形成され、第1方向に延びるヒータと、
前記薄膜部に形成され、前記ヒータから所定距離をおいて前記第1方向に交差する第2方向に、前記ヒータを挟むように配置された第1サーモパイル及び第2サーモパイルと、
前記半導体基板に形成され、前記第1サーモパイルに接続された第1配線と、
前記半導体基板に形成され、前記第2サーモパイルに接続された第2配線と、を備え、
前記第1配線及び前記第2配線のうちの一方の配線は、本体部分と、前記本体部分とは異なる配線層に形成された第3配線を含む第1ジャンパとを有し、
前記第1配線及び前記第2配線のうちの他方の配線は、前記第1配線の抵抗値と前記第2配線の抵抗値とが等しくなるように形成された抵抗部を有するフローセンサ。 - 前記抵抗部は、前記第3配線と同じ配線層に形成された第4配線を含む第2ジャンパを有する請求項27に記載のフローセンサ。
- 前記第2ジャンパは、前記半導体基板に形成された他の配線と交差していない請求項28に記載のフローセンサ。
- 前記第1ジャンパは、前記半導体基板に形成された他の配線と交差する請求項29に記載のフローセンサ。
- 前記第1ジャンパの個数は、前記第2ジャンパの個数と等しい請求項28に記載のフローセンサ。
- 前記第3配線の長さは、前記第4配線の長さと等しい請求項28に記載のフローセンサ。
- 前記第3配線の幅は、前記第4配線の幅と等しい請求項28に記載のフローセンサ。
- 前記第3配線が延在する方向は、前記第4配線が延在する方向と同じである請求項28に記載のフローセンサ。
- 前記第3配線及び前記第4配線は、前記ヒータと同じ材質である請求項28に記載のフローセンサ。
- 外部の回路に電気的に接続されるパッドを有し、
前記パッドは、前記半導体基板の一辺に配置され、
一端が前記パッドに接続され、他端が前記ヒータに接続され、前記ヒータを加熱するための配線には、前記第1ジャンパ及び前記第2ジャンパが形成されていない請求項28に記載のフローセンサ。 - 前記第1ジャンパ及び前記第2ジャンパは、前記ヒータを基準として前記第2方向に対称となるように配置されている請求項28に記載のフローセンサ。
- 前記ヒータの一端に接続された一対の第5配線と、
前記ヒータの他端に接続された一対の第6配線と、をさらに備え、
前記一対の第5配線は、前記ヒータを基準として前記第2方向に対称となるように配置され、
前記一対の第6配線は、前記ヒータを基準として前記第2方向に対称となるように配置されている請求項27に記載のフローセンサ。 - 前記第5配線及び前記第6配線は、前記第1サーモパイル及び前記第2サーモパイルに対して平行である請求項38に記載のフローセンサ。
- 前記第5配線及び前記第6配線は、前記第1サーモパイル及び前記第2サーモパイルを基準として前記第1方向に対称となるように配置されている請求項39に記載のフローセンサ。
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| WO (1) | WO2026079110A1 (ja) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002054963A (ja) * | 2000-08-11 | 2002-02-20 | Tokyo Gas Co Ltd | 流速センサ |
| JP2021139652A (ja) * | 2020-03-02 | 2021-09-16 | オムロン株式会社 | サーモパイル型センサ |
-
2025
- 2025-09-22 WO PCT/JP2025/033299 patent/WO2026079110A1/ja active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002054963A (ja) * | 2000-08-11 | 2002-02-20 | Tokyo Gas Co Ltd | 流速センサ |
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