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JP2007322320A - Flow sensor and manufacturing method thereof - Google Patents

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JP2007322320A
JP2007322320A JP2006154655A JP2006154655A JP2007322320A JP 2007322320 A JP2007322320 A JP 2007322320A JP 2006154655 A JP2006154655 A JP 2006154655A JP 2006154655 A JP2006154655 A JP 2006154655A JP 2007322320 A JP2007322320 A JP 2007322320A
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temperature
flow sensor
ambient temperature
fluid
sensor
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JP2006154655A
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Japanese (ja)
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Junya Tanigawa
純也 谷川
Yoshimitsu Kaneoka
佳充 金岡
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Yazaki Corp
Original Assignee
Yazaki Corp
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Publication date
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow sensor capable of sufficiently correcting temperature even if there is a difference between fluid temperature and ambient temperature. <P>SOLUTION: A flow sensor comprises a pair of temperature sensors 14, 15 positioned at the upper stream P and the lower stream Q in the flow direction of fluid on the surface of a silicone substrate 11; a microheater 13 positioned between a pair of the temperature sensors 14, 15 on the surface of the silicone substrate 11; and a reference resistance 16 for measuring an ambient temperature provided on the silicone substrate 11 so as not to directly contact with the fluid. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、流路内を流れるガスや水等の流体の流量を計測に用いられるフローセンサ及びその製造方法に関する。   The present invention relates to a flow sensor used for measuring the flow rate of a fluid such as gas or water flowing in a flow path, and a method for manufacturing the same.

従来から、流路内を流れるガスや水等の流体の流量を計測する流量計測装置として、熱型のフローセンサを用いたものが知られている(例えば、特許文献1参照。)。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a flow rate measuring device for measuring the flow rate of a fluid such as gas or water flowing in a flow path, a device using a thermal type flow sensor is known (see, for example, Patent Document 1).

この熱型のフローセンサは、流体の温度よりも高い温度を有するヒータを流量測定対象である流体の流れの中に設置し、ヒータによって加熱された流体の温度分布が流速の増加に伴って変化するという原理を利用したものである。   In this thermal type flow sensor, a heater having a temperature higher than the temperature of the fluid is installed in the flow of the fluid whose flow is to be measured, and the temperature distribution of the fluid heated by the heater changes as the flow velocity increases. It uses the principle of doing.

図6(A),(B)は、従来の熱型のフローセンサの一例を示し、図6(A)は従来のフローセンサの平面図、図6(B)は従来のフローセンサの断面図である。   6 (A) and 6 (B) show an example of a conventional thermal type flow sensor, FIG. 6 (A) is a plan view of the conventional flow sensor, and FIG. 6 (B) is a cross-sectional view of the conventional flow sensor. It is.

図6(A),(B)において、フローセンサ100は、シリコン基体102の一面に凹状の空隙部102aを形成し、この空隙部102aを覆うようにしてシリコン基体102の一面に絶縁薄膜103を設け、この絶縁薄膜103の一部によって空隙部102aの上に薄膜状のダイヤフラム103aを形成している。このダイヤフラム103aは空隙部102a内の空間(空気)によってシリコン基体102と断熱されている。   6 (A) and 6 (B), the flow sensor 100 forms a concave void portion 102a on one surface of a silicon substrate 102, and an insulating thin film 103 is formed on one surface of the silicon substrate 102 so as to cover the void portion 102a. A thin film diaphragm 103 a is formed on the gap 102 a by a part of the insulating thin film 103. The diaphragm 103a is thermally insulated from the silicon substrate 102 by a space (air) in the gap 102a.

ダイヤフラム103aの表面中央部にはヒータ104が設けられている。また、このヒータ104を挟んで対称な位置にそれぞれ測温体105,106が設けられている。さらに、ダイヤフラム103aの外側における絶縁薄膜103の表面には、周囲温度測温用の抵抗体107が設けられている。そして、これらヒータ104、測温体105,106及び抵抗体107を覆うようにシリコン基体102は保護膜108で被覆されている。尚、図6(A)において、符号104a,104b、符号105a,105b、符号106a,106b、符号107a,107bは、それぞれ電源端子又は出力端子である。
特開2002−202168号公報
A heater 104 is provided at the center of the surface of the diaphragm 103a. Further, temperature measuring bodies 105 and 106 are provided at symmetrical positions with respect to the heater 104, respectively. Further, a resistor 107 for measuring ambient temperature is provided on the surface of the insulating thin film 103 outside the diaphragm 103a. The silicon substrate 102 is covered with a protective film 108 so as to cover the heater 104, the temperature measuring elements 105 and 106, and the resistor 107. In FIG. 6A, reference numerals 104a and 104b, reference numerals 105a and 105b, reference numerals 106a and 106b, and reference numerals 107a and 107b are power supply terminals and output terminals, respectively.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-202168

ところで、上記の如く構成された流量計測装置のフローセンサ100にあっては、周囲温度測温用の抵抗体107が測温体105,106と同一のシリコン基体102上に設けられていた。従って、シリコン基体102の温度検出用素子として機能する測温体105,106と周囲温度を測定する温度検出用素子としての抵抗体107とが同じ流路内に配置されることとなり、流体温度と周囲温度とが全く違う場合、温度補正が充分になされないという問題が生じていた。   By the way, in the flow sensor 100 of the flow rate measuring apparatus configured as described above, the resistor 107 for measuring the ambient temperature is provided on the same silicon substrate 102 as the temperature measuring bodies 105 and 106. Accordingly, the temperature measuring bodies 105 and 106 functioning as temperature detecting elements of the silicon substrate 102 and the resistor 107 as the temperature detecting element for measuring the ambient temperature are arranged in the same flow path, and the fluid temperature and When the ambient temperature is completely different, there has been a problem that the temperature correction is not sufficiently performed.

よって本発明は、上述した問題点に鑑み、流体温度と周囲温度とが異なる場合であっても充分な温度補正を行うことができるフローセンサ及びその製造方法を提供することを目的とする。   Therefore, in view of the problems described above, an object of the present invention is to provide a flow sensor capable of performing sufficient temperature correction even when the fluid temperature and the ambient temperature are different, and a manufacturing method thereof.

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項1記載の流量計測装置は、基体の表面側に設けられて流体の通過方向上流側と下流側とに位置する一対の温度センサと、前記基体の表面側に設けられて前記一対の温度センサの間に位置するヒータと、流体と直接接しないように前記基体の裏面側に設けられた周囲温度測定用の温度センサとを備えていることを特徴とする。   The flow rate measuring device according to claim 1, which has been made in accordance with the present invention to solve the above-described problems, is a pair of temperature sensors provided on the surface side of the base body and positioned upstream and downstream in the fluid passage direction, and the base body A heater located between the pair of temperature sensors and a temperature sensor for measuring the ambient temperature provided on the back side of the base so as not to directly contact the fluid. Features.

請求項2記載の発明は、請求項1に記載のフローセンサにおいて、前記周囲温度測定用の温度センサが、前記基体の裏面側に設けられていることを特徴とする。   According to a second aspect of the present invention, in the flow sensor according to the first aspect, the temperature sensor for measuring the ambient temperature is provided on the back surface side of the substrate.

請求項3記載の発明は、請求項1に記載のフローセンサにおいて、前記基体の表面を覆う絶縁膜を有し、そして、前記周囲温度測定用の温度センサが、前記基体と前記絶縁膜との間に介在するように設けられていることを特徴とする。   According to a third aspect of the present invention, in the flow sensor according to the first aspect of the present invention, the flow sensor according to the first aspect includes an insulating film that covers a surface of the base body, and the temperature sensor for measuring the ambient temperature includes the base body and the insulating film. It is provided so as to be interposed between them.

上記課題を解決するため本発明によりなされた請求項4記載の流量計測装置の製造方法は、前記基体の表面側に一対の温度センサ並びにこの一対の温度センサの間に位置するようにヒータをそれぞれ形成する導通線形成ステップと、前記流体と直接接しないように周囲温度測定用の温度センサを基体に形成する周囲温度センサ形成ステップとを備えていることを特徴とする。   The method of manufacturing a flow rate measuring device according to claim 4, which is made according to the present invention to solve the above-described problem, includes a pair of temperature sensors on the surface side of the base and a heater so as to be positioned between the pair of temperature sensors. A conductive line forming step to be formed; and an ambient temperature sensor forming step to form a temperature sensor for measuring the ambient temperature on the substrate so as not to directly contact the fluid.

以上説明したように請求項1に記載した本発明のフローセンサによれば、流路に流れる流体の温度に関係なく正確に周囲温度(センサチップ等)の温度を検出することができるため、より高精度な流量を検出することができ、充分な温度補正を行うことができる。よって、流体温度と周囲温度とが異なる場合であっても充分な温度補正を行うことができるため、フローセンサを用いた流量計測の精度の向上に貢献することができる。   As described above, according to the flow sensor of the present invention described in claim 1, the temperature of the ambient temperature (sensor chip or the like) can be accurately detected regardless of the temperature of the fluid flowing in the flow path. A highly accurate flow rate can be detected, and sufficient temperature correction can be performed. Therefore, even if the fluid temperature and the ambient temperature are different, sufficient temperature correction can be performed, which can contribute to improvement in accuracy of flow rate measurement using the flow sensor.

請求項2に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、周囲温度測定用の温度センサを基体の裏面側に設けるようにしたことから、例えば、基体を固定するステムと基体との間等に周囲温度測定用の温度センサを設けることができるため、流体温度の影響を受けることなく、確実に周囲温度のみを検出することができる。   According to the second aspect of the present invention, in addition to the effect of the first aspect of the invention, a temperature sensor for measuring the ambient temperature is provided on the back side of the base. Since a temperature sensor for measuring the ambient temperature can be provided between the substrate and the substrate, only the ambient temperature can be reliably detected without being affected by the fluid temperature.

請求項3に記載の発明によれば、請求項1に記載の発明の効果に加え、基体と該基体の表面を覆う絶縁膜との間に周囲温度測定用の温度センサを介在させるようにしたことから、製造効率を向上することができ、確実に周囲温度のみを検出することができる。   According to the invention described in claim 3, in addition to the effect of the invention described in claim 1, a temperature sensor for measuring the ambient temperature is interposed between the base and the insulating film covering the surface of the base. As a result, manufacturing efficiency can be improved, and only the ambient temperature can be reliably detected.

以上説明したように請求項4に記載した本発明の流量計測装置の製造方法によれば、基体の表面側に一対の温度センサ並びにこの一対の温度センサの間に位置するようにヒータをそれぞれ形成し、流体と直接接しないように周囲温度測定用の温度センサを基体の裏面側等に形成するようにしたことから、流路に流れる流体の温度に関係なく正確に周囲温度(センサチップ等)の温度を検出することができるため、より高精度な流量を検出することができ、充分な温度補正を行うことができる。よって、流体温度と周囲温度とが異なる場合であっても充分な温度補正を行うことができるため、フローセンサを用いた流量計測の精度の向上に貢献することができる。   As described above, according to the method for manufacturing a flow rate measuring device of the present invention described in claim 4, the pair of temperature sensors and the heaters are formed on the surface side of the base so as to be positioned between the pair of temperature sensors. Since the temperature sensor for measuring the ambient temperature is formed on the back side of the base so as not to come into direct contact with the fluid, the ambient temperature (sensor chip, etc.) can be accurately measured regardless of the temperature of the fluid flowing in the flow path. Therefore, the flow rate can be detected with higher accuracy, and sufficient temperature correction can be performed. Therefore, even if the fluid temperature and the ambient temperature are different, sufficient temperature correction can be performed, which can contribute to improvement in accuracy of flow rate measurement using the flow sensor.

次に、本発明の一実施形態に係るフローセンサを用いた流量計測装置について、図面を参照して以下に説明する。なお、図1(A)は本発明の一実施形態に係る流量計測装置の概念図、図1(B)は本発明の一実施形態に係る流量計測装置に用いられるフローセンサの概略断面図、図2は本発明の一実施形態に係る流量計測装置に用いられるフローセンサの平面図である。   Next, a flow measurement device using a flow sensor according to an embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. 1A is a conceptual diagram of a flow rate measuring device according to one embodiment of the present invention, FIG. 1B is a schematic cross-sectional view of a flow sensor used in the flow rate measuring device according to one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a plan view of a flow sensor used in the flow rate measuring apparatus according to the embodiment of the present invention.

図1(A),(B)に示すように、流量計測装置は、ガスや水等の流体を搬送する流路R内に配置されたフローセンサ10と、このフローセンサ10への電源供給や温度信号制御等を行う制御部30とを備えている。   As shown in FIGS. 1A and 1B, the flow rate measuring device includes a flow sensor 10 disposed in a flow path R that conveys a fluid such as gas or water, and power supply to the flow sensor 10. And a control unit 30 that performs temperature signal control and the like.

フローセンサ10は、シリコン基板(基体)11と、シリコン基板11の表面側、即ち、流路Rに直接接する面側に設けられてその一部にダイヤフラム12aを形成した絶縁薄膜12と、ダイヤフラム12a上に形成された白金(Pt)・パーマロイ(鉄)・ニッケル(Ni)等からなるヒータ13と、ヒータ13よりも流路Rの流体搬送方向上流P側に形成された温度センサとしての上流側サーモパイル14と、ヒータ13よりも流路Rの流体搬送方向下流Q側に形成された温度センサとしての下流側サーモパイル15と、シリコン基板11の裏面側、即ち、流路Rに直接接しない面側に設けられた周囲温度測定用の温度センサとしてのリファレンス抵抗(又は測温ダイオード)16とを備えている。   The flow sensor 10 includes a silicon substrate (base body) 11, an insulating thin film 12 provided on the surface side of the silicon substrate 11, that is, a surface side in direct contact with the flow path R, and a diaphragm 12 a formed on a part thereof, and a diaphragm 12 a. The heater 13 made of platinum (Pt), permalloy (iron), nickel (Ni), etc. formed on the upper side, and the upstream side as a temperature sensor formed on the upstream side P in the fluid conveyance direction of the flow path R from the heater 13 The thermopile 14, the downstream thermopile 15 as a temperature sensor formed on the downstream Q side in the fluid conveyance direction of the flow path R from the heater 13, and the back side of the silicon substrate 11, that is, the surface side not directly in contact with the flow path R And a reference resistor (or a temperature measuring diode) 16 as a temperature sensor for measuring ambient temperature.

ヒータ13は、図2に示すように、図示を略する電源から制御部30によって電流制御された駆動電流を供給する電源端子13A,13B及び電源端子13C,13Dとを備えている。   As shown in FIG. 2, the heater 13 includes power terminals 13 </ b> A and 13 </ b> B and power terminals 13 </ b> C and 13 </ b> D that supply a drive current whose current is controlled by the control unit 30 from a power supply (not shown).

上流側サーモパイル14並びに下流側サーモパイル15は、それぞれ温度信号を制御部30に出力するための出力端子14A,14B及び出力端子15A,15Bをそれぞれ備えている。   The upstream thermopile 14 and the downstream thermopile 15 include output terminals 14A and 14B and output terminals 15A and 15B for outputting temperature signals to the control unit 30, respectively.

リファレンス抵抗16は、周囲温度信号を制御部30に出力するための出力端子16A,16Bを備えている。   The reference resistor 16 includes output terminals 16A and 16B for outputting an ambient temperature signal to the control unit 30.

このような構成において、フローセンサ10は、ヒータ13に対して流体の搬送方向(上流P側から下流Q側)に向けて略直交方向に配置され、流体の物性状態情報を検出する。この際、リファレンス抵抗16は、ヒータ13の発熱に伴う温度上方に影響を受けることなくシリコン基板13の温度を周囲温度として制御部30に出力することができる。   In such a configuration, the flow sensor 10 is disposed in a substantially orthogonal direction with respect to the heater 13 in the fluid conveyance direction (from the upstream P side to the downstream Q side), and detects physical property state information of the fluid. At this time, the reference resistor 16 can output the temperature of the silicon substrate 13 as the ambient temperature to the control unit 30 without being affected by the temperature increase accompanying the heat generation of the heater 13.

制御部30は、その周囲温度よりも一定温度以上に上昇するようにヒータ13を加熱制御する。   The control unit 30 controls the heating of the heater 13 so as to rise above a certain temperature from the ambient temperature.

ヒータ13が加熱を開始すると、ヒータ13から発生した熱は、流路Rを流れる流体を媒体として、流体の熱拡散効果と上流P側から下流Q側へと向かって流れる流体の流速との相乗効果によって、各サーモパイル14,15に伝達される。   When the heater 13 starts heating, the heat generated from the heater 13 is a synergy between the thermal diffusion effect of the fluid and the flow velocity of the fluid flowing from the upstream P side toward the downstream Q side using the fluid flowing through the flow path R as a medium. The effect is transmitted to each thermopile 14,15.

即ち、流速がない場合には、熱拡散によって上流側サーモパイル14と下流側サーモパイル15に均等に伝達され、上流側サーモパイル14からの上流側温度信号と下流側サーモパイル15からの下流側温度信号との温度差信号は零となる。   That is, when there is no flow velocity, the heat is diffused evenly to the upstream thermopile 14 and the downstream thermopile 15, and the upstream temperature signal from the upstream thermopile 14 and the downstream temperature signal from the downstream thermopile 15 are transmitted. The temperature difference signal becomes zero.

一方、流体に流速が発生すると、その流速によって下流側サーモパイル15に伝達される熱量が多くなり、上流側サーモパイル14に伝達される熱量は少なくなるため、下流側温度信号と上流側温度信号との温度差信号は流速に応じた値となる。   On the other hand, when a flow rate is generated in the fluid, the amount of heat transferred to the downstream thermopile 15 is increased by the flow rate, and the amount of heat transferred to the upstream thermopile 14 is decreased. The temperature difference signal has a value corresponding to the flow velocity.

制御部30は、上流側サーモパイル14及び下流側サーモパイル15から入力される上流側温度信号と下流側温度信号との差信号を、リファレンス抵抗16から入力される周囲温度信号に基づいて補正を行い、その差信号に基づいて流体の流速を計測する。   The control unit 30 corrects the difference signal between the upstream temperature signal and the downstream temperature signal input from the upstream thermopile 14 and the downstream thermopile 15 based on the ambient temperature signal input from the reference resistor 16, Based on the difference signal, the flow velocity of the fluid is measured.

以上説明したフローセンサ10によれば、流路Rに流れる流体の温度に関係なく正確に周囲温度(センサチップ等)の温度を検出することができるため、より高精度な流量を検出することができ、充分な温度補正を行うことができる。よって、流体温度と周囲温度とが異なる場合であっても充分な温度補正を行うことができるため、フローセンサ10を用いた流量計測の精度の向上に貢献することができる。   According to the flow sensor 10 described above, it is possible to accurately detect the temperature of the ambient temperature (sensor chip or the like) regardless of the temperature of the fluid flowing in the flow path R, and thus it is possible to detect a more accurate flow rate. And sufficient temperature correction can be performed. Therefore, even if the fluid temperature and the ambient temperature are different, sufficient temperature correction can be performed, which can contribute to improvement in accuracy of flow rate measurement using the flow sensor 10.

次に、このようなフローセンサ10の製造方法の一例を図3乃至図5の図面に基づいて説明する。   Next, an example of a manufacturing method of such a flow sensor 10 will be described based on the drawings of FIGS.

図3及び図4は、本発明のフローセンサ10の製造方法の一例を示し、図3(A)〜図3(H)は、フローセンサ10の製造工程を時系列で示した説明図、図4(A)はフローセンサの製造工程途中における要部の斜視図、図4(B)は要部の拡大断面図である。   3 and 4 show an example of the manufacturing method of the flow sensor 10 of the present invention, and FIGS. 3A to 3H are explanatory views showing the manufacturing process of the flow sensor 10 in time series. 4A is a perspective view of the main part in the course of the manufacturing process of the flow sensor, and FIG. 4B is an enlarged sectional view of the main part.

フローセンサ10は、先ず所定形状及び大きさに形成されたシリコン基板11(図3(A)参照)の表面側に高濃度p型シリコン(p++−Si)等の伝導体からなる導通薄膜17,18を形成した後、その導通薄膜17,18を覆うように絶縁皮膜12を形成する。また、シリコン基板11の裏面に絶縁皮膜19を形成する(図3(B)参照)。   The flow sensor 10 includes a conductive thin film 17 made of a conductor such as high-concentration p-type silicon (p ++-Si) on the surface side of a silicon substrate 11 (see FIG. 3A) formed in a predetermined shape and size. After forming 18, an insulating film 12 is formed so as to cover the conductive thin films 17 and 18. In addition, an insulating film 19 is formed on the back surface of the silicon substrate 11 (see FIG. 3B).

次に、絶縁皮膜12に各サーモパイル14,15の出力端子14A,14B及び出力端子15A,15Bと導通薄膜17,18とが導通するように、絶縁薄膜12の所定位置にコンタクトホール20を形成する。また、絶縁皮膜19の中央をエッチング処理する(図3(C)参照)。   Next, the contact hole 20 is formed at a predetermined position of the insulating thin film 12 so that the output terminals 14A and 14B and the output terminals 15A and 15B of the thermopile 14 and 15 and the conductive thin films 17 and 18 are electrically connected to the insulating film 12. . Further, the center of the insulating film 19 is etched (see FIG. 3C).

さらに、絶縁皮膜12の表面に、ヒータ13、上流側サーモパイル14、下流側サーモパイル15を例えば白金等を用いて形成し(図3(D)参照)、エッチングされた絶縁皮膜19の部分に対応するシリコン基板11をエッチングして絶縁皮膜12にダイヤフラム12aを形成する(図3(E)参照)。   Furthermore, a heater 13, an upstream thermopile 14, and a downstream thermopile 15 are formed on the surface of the insulating film 12 using, for example, platinum or the like (see FIG. 3D), and correspond to the etched insulating film 19 portion. The silicon substrate 11 is etched to form a diaphragm 12a on the insulating film 12 (see FIG. 3E).

また、本実施例では、エッチング処理を施したシリコン基板11の表面に、図4に示す絶縁膜40を形成しているが、図3ではその工程と絶縁膜40を省略している。なお、該該絶縁膜40は不要であれば、シリコン基板11の表面に形成する必要はない。   Further, in this embodiment, the insulating film 40 shown in FIG. 4 is formed on the surface of the silicon substrate 11 subjected to the etching process, but the step and the insulating film 40 are omitted in FIG. If the insulating film 40 is unnecessary, it is not necessary to form it on the surface of the silicon substrate 11.

次に、絶縁皮膜19の表面(シリコン基板11の裏面)にリファレンス抵抗16を形成する(図3(F)参照)。この際、リファレンス抵抗16の出力端子16A,16Bは、図4に示すように、シリコン基板11(絶縁膜40の表面)からダイヤフラム12aに亘って形成され、そして、コンタクトホール16C等を介して絶縁皮膜12の表面側に設けられた導通皮膜21と電気的に接続される。   Next, the reference resistor 16 is formed on the surface of the insulating film 19 (the back surface of the silicon substrate 11) (see FIG. 3F). At this time, as shown in FIG. 4, the output terminals 16A and 16B of the reference resistor 16 are formed from the silicon substrate 11 (the surface of the insulating film 40) to the diaphragm 12a and insulated through the contact holes 16C and the like. It is electrically connected to a conductive film 21 provided on the surface side of the film 12.

さらに、シリコン基板11の裏面側には、リファレンス抵抗16を含めて絶縁皮膜19を覆うように設けられた絶縁性接着剤22を介してステム23に固定され(図3(G)参照)、このステム23に一端が固定されたピン24を介して各電器接続体としてのヒータ13、上流側サーモパイル14、下流側サーモパイル15、リファレンス抵抗16がワイヤ25,26,27によって接続される(図3(H)参照)。   Furthermore, the back surface side of the silicon substrate 11 is fixed to the stem 23 via an insulating adhesive 22 provided so as to cover the insulating film 19 including the reference resistor 16 (see FIG. 3G). The heater 13, the upstream thermopile 14, the downstream thermopile 15, and the reference resistor 16 are connected by wires 25, 26, and 27 via a pin 24 whose one end is fixed to the stem 23 (FIG. 3 ( H)).

このように実施例1のフローセンサ10の製造方法によれば、所定形状に形成されたシリコン基板11の表面側に導通薄膜17,18を形成した後にその導通薄膜17,18を覆うように絶縁皮膜19を形成する表面側薄膜形成ステップと、前記シリコン基板11の裏面に絶縁皮膜を形成する裏面側薄膜形成ステップと、前記シリコン基板11の表面側に一対のサーモパイル14,15(温度センサ)並びにこの一対のサーモパイル14,15の間に位置するようにヒータ13をそれぞれ形成する導通線形成ステップと、前記シリコン基板11の裏面側を除去して前記表面側の絶縁皮膜19の裏面にダイヤフラム12aを形成するダイヤフラム形成ステップと、前記シリコン基板11の裏面側に周囲温度測定用のリファレンス抵抗16(温度センサ)を形成する周囲温度センサ形成ステップとを備えている。   As described above, according to the manufacturing method of the flow sensor 10 of the first embodiment, the conductive thin films 17 and 18 are formed on the surface side of the silicon substrate 11 formed in a predetermined shape, and then the conductive thin films 17 and 18 are covered so as to cover the conductive thin films 17 and 18. A front surface side thin film forming step for forming the film 19, a back surface thin film forming step for forming an insulating film on the back surface of the silicon substrate 11, a pair of thermopiles 14 and 15 (temperature sensor) on the front surface side of the silicon substrate 11, and Conductive line forming steps for forming the heaters 13 so as to be positioned between the pair of thermopiles 14 and 15, respectively, and removing the back surface side of the silicon substrate 11 to provide a diaphragm 12a on the back surface of the insulating film 19 on the front surface side. A diaphragm forming step to be formed, and a reference resistor 16 (temperature) for measuring ambient temperature on the back side of the silicon substrate 11 And a ambient temperature sensor forming step of forming a capacitors).

上述した実施例1では、シリコン基板11の裏面側にリファレンス抵抗16を形成したフローセンサ10の製造方法について説明したが、上述したリファレンス抵抗16をシリコン基板11と絶縁皮膜12との間に介在させるフローセンサ10の製造方法について説明する。   In the first embodiment described above, the manufacturing method of the flow sensor 10 in which the reference resistor 16 is formed on the back side of the silicon substrate 11 has been described. However, the reference resistor 16 described above is interposed between the silicon substrate 11 and the insulating film 12. A method for manufacturing the flow sensor 10 will be described.

なお、フローセンサ10は、上述した実施例1と同様に、シリコン基板(基体)11と、ダイヤフラム12aを形成した絶縁薄膜12と、ヒータ13と、上流側サーモパイル14と、下流側サーモパイル15と、周囲温度測定用の温度センサとしてのリファレンス抵抗16とを備えている。   The flow sensor 10 includes a silicon substrate (base) 11, an insulating thin film 12 on which a diaphragm 12 a is formed, a heater 13, an upstream thermopile 14, a downstream thermopile 15, as in the first embodiment. A reference resistor 16 is provided as a temperature sensor for measuring the ambient temperature.

このフローセンサ10は、リファレンス抵抗16以外の構成については、上述した実施例1と基本構成が同一となっている。そして、リファレンス抵抗16は、シリコン基板11と絶縁皮膜12との間に介在するように設けられている。   The flow sensor 10 has the same basic configuration as that of the first embodiment except for the configuration of the reference resistor 16. The reference resistor 16 is provided so as to be interposed between the silicon substrate 11 and the insulating film 12.

図5は、本発明のフローセンサ10の製造方法の一例を示し、図5(A)〜図5(G)は、フローセンサ10の製造工程を時系列で示した説明図である。   FIG. 5 shows an example of the manufacturing method of the flow sensor 10 of the present invention, and FIGS. 5A to 5G are explanatory diagrams showing the manufacturing process of the flow sensor 10 in time series.

フローセンサ10は、先ず所定形状及び大きさに形成されたシリコン基板11(図5(A)参照)の表面側に、リファレンス抵抗16を形成すると同時に高濃度p型シリコン(p++−Si)等の伝導体からなる導通薄膜17,18を形成した後、その導通薄膜17,18を覆うように絶縁皮膜12を形成する。また、シリコン基板11の裏面に絶縁皮膜19を形成する(図5(B)参照)。   The flow sensor 10 first forms a reference resistor 16 on the surface side of a silicon substrate 11 (see FIG. 5A) formed in a predetermined shape and size, and at the same time uses high-concentration p-type silicon (p ++-Si) or the like. After the conductive thin films 17 and 18 made of a conductor are formed, the insulating film 12 is formed so as to cover the conductive thin films 17 and 18. In addition, an insulating film 19 is formed on the back surface of the silicon substrate 11 (see FIG. 5B).

次に、絶縁皮膜12に各サーモパイル14,15の出力端子14A,14B及び出力端子15A,15Bと導通薄膜17,18とが導通するように、絶縁薄膜12の所定位置にコンタクトホール20を形成する。また、絶縁皮膜19の中央をエッチング処理する(図5(C)参照)。   Next, the contact hole 20 is formed at a predetermined position of the insulating thin film 12 so that the output terminals 14A and 14B and the output terminals 15A and 15B of the thermopile 14 and 15 and the conductive thin films 17 and 18 are electrically connected to the insulating film 12. . Further, the center of the insulating film 19 is etched (see FIG. 5C).

さらに、絶縁皮膜12の表面に、ヒータ13、上流側サーモパイル14、下流側サーモパイル15を例えば白金等を用いて形成し(図5(D)参照)、エッチングされた絶縁皮膜19の部分に対応するシリコン基板11をエッチングして絶縁皮膜12にダイヤフラム12aを形成する(図5(E)参照)。   Furthermore, a heater 13, an upstream thermopile 14, and a downstream thermopile 15 are formed on the surface of the insulating film 12 using, for example, platinum or the like (see FIG. 5D), and correspond to the etched insulating film 19 portion. The silicon substrate 11 is etched to form a diaphragm 12a on the insulating film 12 (see FIG. 5E).

次に、シリコン基板11の裏面側には、リファレンス抵抗16を含めて絶縁皮膜19を覆うように設けられた絶縁性接着剤22を介してステム23に固定され(図5(F)参照)、このステム23に一端が固定されたピン24を介して各電器接続体としてのヒータ13、上流側サーモパイル14、下流側サーモパイル15、リファレンス抵抗16がワイヤ25,26,27によって接続される(図5(G)参照)。   Next, the back surface of the silicon substrate 11 is fixed to the stem 23 via an insulating adhesive 22 provided so as to cover the insulating film 19 including the reference resistor 16 (see FIG. 5F). The heater 13, the upstream thermopile 14, the downstream thermopile 15, and the reference resistor 16 are connected to each other by wires 25, 26, and 27 through a pin 24 whose one end is fixed to the stem 23 (FIG. 5). (See (G)).

このように実施例2のフローセンサ10の製造方法によれば、所定形状に形成されたシリコン基板11の表面側に周囲温度測定用のリファレンス抵抗16(温度センサ)を形成する周囲温度センサ形成ステップと、該周囲温度測定用のリファレンス抵抗16を覆うように前記シリコン基板11の表面側に絶縁皮膜12を形成する絶縁皮膜形成ステップと、該絶縁皮膜12の表面側に一対のサーモパイル14,15(温度センサ)並びにこの一対のサーモパイル14,15の間に位置するようにヒータ13をそれぞれ形成する導通線形成ステップと、前記シリコン基板11の裏面側を除去して前記絶縁皮膜12の裏面にダイヤフラム12aを形成するダイヤフラム形成ステップと、を備えている。   As described above, according to the manufacturing method of the flow sensor 10 of the second embodiment, the ambient temperature sensor forming step of forming the reference resistor 16 (temperature sensor) for measuring the ambient temperature on the surface side of the silicon substrate 11 formed in a predetermined shape. An insulating film forming step for forming an insulating film 12 on the surface side of the silicon substrate 11 so as to cover the reference resistor 16 for measuring the ambient temperature, and a pair of thermopiles 14 and 15 ( A temperature sensor) and a conductive line forming step for forming the heaters 13 so as to be positioned between the pair of thermopiles 14 and 15, respectively, and a back surface side of the silicon substrate 11 is removed to form a diaphragm 12a on the back surface of the insulating film 12. Forming a diaphragm.

尚、このような製造方法によれば、基体は絶縁皮膜12となるが、このような場合であっても、流路Rにリファレンス抵抗16が直接露出した構成とはなっていないため、シリコン基板11を含む周囲温度を効率よく検出することができる。   According to such a manufacturing method, the base body becomes the insulating film 12, but even in such a case, since the reference resistor 16 is not directly exposed to the flow path R, the silicon substrate 11 can be detected efficiently.

(A)は本発明の一実施形態に係る流量計測装置の概念図、(B)は本発明の一実施形態に係る流量計測装置に用いられるフローセンサの概略断面図である。(A) is a conceptual diagram of the flow measurement device according to one embodiment of the present invention, (B) is a schematic cross-sectional view of a flow sensor used in the flow measurement device according to one embodiment of the present invention. 本発明の一実施形態に係る流量計測装置に用いられるフローセンサの平面図である。It is a top view of the flow sensor used for the flow measuring device concerning one embodiment of the present invention. 本発明のフローセンサの製造方法の一例を示し、(A)〜(H)は、フローセンサの製造工程を時系列で示した説明図である。An example of the manufacturing method of the flow sensor of this invention is shown, (A)-(H) is explanatory drawing which showed the manufacturing process of the flow sensor in time series. (A)はフローセンサの製造工程途中における要部の斜視図、(B)は要部の拡大断面図である。(A) is a perspective view of the principal part in the middle of the manufacturing process of a flow sensor, (B) is an expanded sectional view of the principal part. 本発明のフローセンサの製造方法の一例を示し、(A)〜(G)は、フローセンサの製造工程を時系列で示した説明図である。An example of the manufacturing method of the flow sensor of this invention is shown, (A)-(G) is explanatory drawing which showed the manufacturing process of the flow sensor in time series. 従来の熱型のフローセンサの一例を示し、(A)は従来のフローセンサの平面図、(B)は従来のフローセンサの断面図である。An example of the conventional thermal type flow sensor is shown, (A) is a plan view of the conventional flow sensor, and (B) is a sectional view of the conventional flow sensor.

符号の説明Explanation of symbols

10 フローセンサ
11 シリコン基板(基体)
12 絶縁薄膜(絶縁膜)
12a ダイヤフラム
13 ヒータ
14 上流側サーモパイル(温度センサ)
15 下流側サーモパイル(温度センサ)
16 リファレンス抵抗(周囲温度測定用の温度センサ)
10 Flow sensor 11 Silicon substrate (base)
12 Insulating thin film (insulating film)
12a Diaphragm 13 Heater 14 Upstream thermopile (temperature sensor)
15 Downstream thermopile (temperature sensor)
16 Reference resistance (temperature sensor for ambient temperature measurement)

Claims (4)

基体の表面側に設けられて流体の流れ方向の上流側と下流側とに位置する一対の温度センサと、前記基体の表面側に設けられて前記一対の温度センサの間に位置するヒータと、前記流体と直接接しないように前記基体に設けられた周囲温度測定用の温度センサとを備えていることを特徴とするフローセンサ。   A pair of temperature sensors provided on the surface side of the substrate and positioned on the upstream side and the downstream side in the fluid flow direction; a heater provided on the surface side of the substrate and positioned between the pair of temperature sensors; A flow sensor comprising: a temperature sensor for measuring an ambient temperature provided on the base so as not to directly contact the fluid. 前記周囲温度測定用の温度センサが、前記基体の裏面側に設けられていることを特徴とする請求項1に記載のフローセンサ。   The flow sensor according to claim 1, wherein the temperature sensor for measuring the ambient temperature is provided on a back surface side of the base body. 前記基体の表面を覆う絶縁膜を有し、そして、
前記周囲温度測定用の温度センサが、前記基体と前記絶縁膜との間に介在するように設けられていることを特徴とする請求項1に記載のフローセンサ。
Having an insulating film covering the surface of the substrate; and
The flow sensor according to claim 1, wherein the temperature sensor for measuring the ambient temperature is provided so as to be interposed between the base body and the insulating film.
前記基体の表面側に一対の温度センサ並びにこの一対の温度センサの間に位置するようにヒータをそれぞれ形成する導通線形成ステップと、前記流体と直接接しないように周囲温度測定用の温度センサを前記基体に形成する周囲温度センサ形成ステップとを備えていることを特徴とするフローセンサの製造方法。   A pair of temperature sensors on the surface side of the substrate, a conduction line forming step for forming a heater so as to be positioned between the pair of temperature sensors, and a temperature sensor for measuring ambient temperature so as not to be in direct contact with the fluid An ambient temperature sensor forming step formed on the base body.
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