JP2012202950A - Flow sensor and manufacturing method of flow sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は流体の検査技術に係り、フローセンサ及びフローセンサの製造方法に関する。 The present invention relates to a fluid inspection technique, and relates to a flow sensor and a method for manufacturing the flow sensor.
ガスの配管等においては、ガスの流量を正確に計測することが重要である。ガス等の流体の流量を計測する機器として、フローセンサがある。フローセンサを配管に設置する際に、必要となる工事を可能な限り省略するために、フローセンサそのものにパッケージ機能をもたせ、配管への設置を容易にしたものが提案されている(例えば、特許文献1参照。)。 In gas piping or the like, it is important to accurately measure the gas flow rate. There is a flow sensor as a device for measuring the flow rate of a fluid such as gas. In order to eliminate the necessary work as much as possible when installing the flow sensor on the pipe, a flow sensor has been proposed that has a package function to facilitate installation on the pipe (for example, patents). Reference 1).
しかし、従来のフローセンサは、機械的強度が弱く、信頼性が低いという問題がある。そこで、本発明は、信頼性の高いフローセンサ及びフローセンサの製造方法を提供することを目的の一つとする。 However, the conventional flow sensor has a problem that mechanical strength is weak and reliability is low. Accordingly, an object of the present invention is to provide a highly reliable flow sensor and a flow sensor manufacturing method.
本発明者は、鋭意研究の結果、従来のフローセンサの機械的強度の弱さは、流路室の断面形状が、発熱素子の上下において非対象的であり、応力集中箇所ができる構造を有しているために生じていることを見出した。そこで、本発明の態様によれば、(a)上面に凹部が設けられた第1の基板と、(b)第1の基板の凹部の一部を覆うように配置された発熱素子と、(c)第1の基板の上面に、発熱素子を囲むように配置され、発熱素子と同じ厚みを有する支持膜と、(d)第1の基板の凹部及び発熱素子を覆うように配置され、底面に凹部が設けられており、それぞれ第1の基板の凹部に連通する流入口及び流出口が設けられた第2の基板と、を備え、(e)第1の基板の凹部の開口形状と、第2の基板の凹部の開口形状と、が等しく、(f)第1の基板の上面と平行な方向において、第1の基板の凹部の開口と、第2の基板の凹部の開口と、が同じ位置にある、フローセンサが提供される。 As a result of diligent research, the present inventor has found that the weakness of the mechanical strength of the conventional flow sensor has a structure in which the cross-sectional shape of the flow path chamber is non-targeted above and below the heating element, and stress concentration points can be formed. I found out that it was caused by doing. Therefore, according to an aspect of the present invention, (a) a first substrate provided with a recess on the upper surface, (b) a heating element disposed so as to cover a part of the recess of the first substrate, c) A support film disposed on the upper surface of the first substrate so as to surround the heat generating element and having the same thickness as the heat generating element; and (d) disposed so as to cover the recess and the heat generating element of the first substrate. And (e) an opening shape of the concave portion of the first substrate, and a second substrate provided with an inflow port and an outflow port respectively communicating with the concave portion of the first substrate. The opening shape of the concave portion of the second substrate is equal, and (f) the opening of the concave portion of the first substrate and the opening of the concave portion of the second substrate are in a direction parallel to the upper surface of the first substrate. A flow sensor in the same position is provided.
本発明の態様によれば、(a)第1の基板の上面に凹部が設けることと、(b)第1の基板の凹部の一部を覆うよう発熱素子を配置することと、(c)第1の基板の上面に、発熱素子を囲むように、発熱素子と同じ厚みを有する支持膜を形成することと、(d)底面に開口形状が第1の基板の凹部の開口形状と等しい凹部が設けられており、かつ流入口及び流出口が設けられた第2の基板を用意することと、(e)第2の基板の流入口及び流出口がそれぞれ第1の基板の凹部に連通し、第1の基板の上面と平行な方向において、第1の基板の凹部の開口と、第2の基板の凹部の開口と、が同じ位置になるよう、第1の基板の凹部及び発熱素子を覆うように第2の基板を配置することと、を含むフローセンサの製造方法が提供される。 According to an aspect of the present invention, (a) a recess is provided on the upper surface of the first substrate, (b) a heating element is disposed so as to cover a part of the recess of the first substrate, and (c). Forming a support film having the same thickness as the heat generating element on the top surface of the first substrate so as to surround the heat generating element; and (d) a concave portion having an opening shape on the bottom surface equal to the opening shape of the concave portion of the first substrate. And a second substrate provided with an inlet and an outlet, and (e) the inlet and the outlet of the second substrate communicate with the recesses of the first substrate, respectively. In the direction parallel to the top surface of the first substrate, the concave portion of the first substrate and the heating element are arranged so that the opening of the concave portion of the first substrate and the opening of the concave portion of the second substrate are in the same position. Disposing a second substrate so as to cover, a method of manufacturing a flow sensor is provided.
本発明によれば、信頼性の高いフローセンサ及びフローセンサの製造方法を提供可能である。 According to the present invention, it is possible to provide a highly reliable flow sensor and a flow sensor manufacturing method.
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings.
実施の形態に係るフローセンサは、図1乃至図3に示すように、上面に凹部8が設けられた第1の基板1と、第1の基板1の凹部8の一部を覆うように配置された発熱素子6と、第1の基板1の上面に、発熱素子6を囲むように配置され、発熱素子6と同じ厚みを有する支持膜40と、第1の基板1の凹部8及び発熱素子6を覆うように配置され、それぞれ第1の基板1の凹部8に連通する流入口12及び流出口13が設けられた第2の基板14と、を備える。
As shown in FIGS. 1 to 3, the flow sensor according to the embodiment is disposed so as to cover the
第1の基板1の材料としては、パイレックス(登録商標)ガラス等が使用可能である。第1の基板1には凹部8が設けられており、凹部8の両側で発熱素子6をブリッジ状に保持している。発熱素子6には、シリコンフィラメント等が使用可能である。第1の基板1には、それぞれ金属膜9を介して底面から上面に貫通する貫通電極2、3が設けられている。貫通電極2、3は、第1の基板1の凹部8の両側で、金属膜9を介して発熱素子6に接触している。
As a material of the
支持膜40は、例えば、第1の基板1の上面の、発熱素子6が配置されなった部分の総てに配置される。そのため、支持膜40は、発熱素子6の周囲に接している。支持膜40の材料としては、例えば酸化ケイ素(SiO2)等が使用可能である。
For example, the
第2の基板14の材料としても、パイレックス(登録商標)ガラス等が使用可能である。第2の基板14の底面には、凹部11が設けられている。例えば、第1の基板1の凹部8の開口と、第2の基板14の凹部の開口と、は、形状が等しく、長さ及び幅が等しい。第1の基板1と、第2の基板14と、は、例えば熱圧着接合により結合されている。例えば、第1の基板1の上面と平行な方向において、第1の基板の凹部8の開口と、第2の基板14の凹部11の開口と、は同じ位置にある。第1の基板1に設けられた凹部8と、第2の基板14に設けられた凹部11と、は、発熱素子6の周囲に、流体室を形成している。
Pyrex (registered trademark) glass or the like can also be used as the material of the
流体室内部には、第2の基板14に設けられた流入口12を介して流体が注入される。注入された流体は、発熱素子6の上下を流れ、第2の基板14に設けられた流出口13を介してフローセンサの外部に排出される。
A fluid is injected into the fluid chamber through an
ここで、貫通電極2、3間に電圧を印加すると、発熱素子6に電流が流れ、ジュール熱が発生する。発熱素子6が発する熱は、フローセンサに注入された流体の流速に応じて奪われる。発熱素子6の電気抵抗は、発熱素子6の発熱温度に相関する。したがって、発熱素子6の電気抵抗の変化を計測することによって、発熱素子6の発熱温度の変化を計測することが可能であり、ひいては、発熱素子6の周囲を流れる流体の流速の変化を計測することが可能となる。
Here, when a voltage is applied between the through
次に、実施の形態に係るフローセンサの製造方法を説明する。 Next, a method for manufacturing the flow sensor according to the embodiment will be described.
まず、図4に示すように、第1の基板1を用意し、エッチング法等により、第1の基板1の上面に凹部8を設ける。次に、図5に示すように、サンドブラスト法等により、第1の基板1に貫通孔16、17を設ける。また、図6に示すように、シリコン基板18を用意し、エピタキシャル成長により、シリコン基板18の表面にボロン高濃度層19を形成する。次に、図7に示すように、エッチング法等により、ボロン高濃度層19を適当な大きさに整形する。
First, as shown in FIG. 4, a
図8に示すように、ボロン高濃度層19が凹部8の一部、及び貫通孔16、17を覆うように、第1の基板1と、ボロン高濃度層19と、を陽極接合により結合する。なお、第1の基板1と、ボロン高濃度層19と、を直接接合で結合してもよい。次に、ヒドラジンや水酸化テトラメチルアンモニウム(TMAH)等のアルカリ液を用いて、シリコン基板18を除去し、図9に示すように、ボロン高濃度層19を発熱素子6とする。
As shown in FIG. 8, the
図10に示すように、第1の基板1の上面の発熱素子6が配置されなかった部分に、酸化ケイ素膜41を堆積させる。さらに、酸化ケイ素膜41を研磨して、図11に示すように、酸化ケイ素膜41の厚みを発熱素子6と同じにし、支持膜40とする。なお、酸化ケイ素膜41を研磨する際、同時に発熱素子6の表面を研磨してもよい。
As shown in FIG. 10, a
第2の基板14を用意し、図12に示すように、エッチング法等により、第2の基板14の底面に凹部11を設ける。また、図13に示すように、サンドブラスト法等により、第2の基板14に流入口12及び流出口13を設ける。次に、図14に示すように、発熱素子6が配置された第1の基板1と、第2の基板14と、を、熱圧着接合により結合する。その後、図15に示すように、スパッタ法等により、第1の基板1の底面と、貫通孔16、17の内部と、に金属膜9を成膜する。
A
図16に示すように、第1の基板1に溝10の加工をダイシング法等で行うことにより、金属膜9を分割し、電気的に分離する。その後、貫通孔16、17内部に金属を充填して、それぞれ発熱素子6に通電する図2に示した貫通電極2、3を形成し、実施の形態に係るフローセンサの製造方法を終了する。なお、この金属膜9の分離・分割は、フォトリソグラフィやハードマスクなどで行なうこともできる。
As shown in FIG. 16, the
ここで、支持膜40がない場合、図17に示すように、第1の基板1の凹部8の開口形状と、第2の基板14の凹部11の開口形状と、を等しくすることが困難となる。この場合、高圧の流体がフローセンサの内部に注入されると、第1の基板1と、第2の基板14と、の接合面に応力が集中する。したがって、支持膜40がないフローセンサは、耐圧性が低い。また、第1の基板1と、第2の基板14と、の接着面に応力が集中すると、曲げモーメントが生じ、発熱素子6が変形して、発熱素子6の抵抗値がドリフトする。
Here, when the supporting
これに対し、実施の形態に係るフローセンサによれば、支持膜40を設けることによって、第1の基板1の凹部8の開口形状と、第2の基板14の凹部11の開口形状と、を等しくすることができ、結果として第1の基板1と、第2の基板14と、の接合面に応力が集中することを緩和し、高い精度で流体の流量を計測することが可能となる。
On the other hand, according to the flow sensor according to the embodiment, by providing the
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、フローセンサの製造工程において、図18に示すように、支持膜40を形成する前に第1の基板1と、第2の基板14と、を接着させ、第1の基板1と、第2の基板14と、の間の隙間に接着剤を注入して、図2に示す支持膜40を形成してもよい。本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。
As described above, the present invention has been described according to the embodiment. However, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, embodiments, and operation techniques should be apparent to those skilled in the art. For example, in the manufacturing process of the flow sensor, as shown in FIG. 18, the
1 第1の基板
2、3 貫通電極
6 発熱素子
8、11 凹部
9 金属膜
10 ダイシング溝
12 流入口
13 流出口
14 第2の基板
16、17 貫通孔
18 シリコン基板
19 ボロン高濃度層
40 支持膜
41 酸化ケイ素膜
DESCRIPTION OF
Claims (3)
前記第1の基板の凹部の一部を覆うように配置された発熱素子と、
前記第1の基板の上面に、前記発熱素子を囲むように配置され、前記発熱素子と同じ厚みを有する支持膜と、
前記第1の基板の凹部及び前記発熱素子を覆うように配置され、底面に凹部が設けられており、それぞれ前記第1の基板の凹部に連通する流入口及び流出口が設けられた第2の基板と、
を備え、
前記第1の基板の凹部の開口形状と、前記第2の基板の凹部の開口形状と、が等しく、
前記第1の基板の上面と平行な方向において、前記第1の基板の凹部の開口と、前記第2の基板の凹部の開口と、が同じ位置にある、
フローセンサ。 A first substrate having a recess on the upper surface;
A heating element arranged to cover a part of the recess of the first substrate;
A support film disposed on the upper surface of the first substrate so as to surround the heat generating element and having the same thickness as the heat generating element;
The second substrate is disposed so as to cover the concave portion of the first substrate and the heating element, the concave portion is provided on the bottom surface, and the inflow port and the outflow port respectively communicating with the concave portion of the first substrate are provided. A substrate,
With
The opening shape of the concave portion of the first substrate is equal to the opening shape of the concave portion of the second substrate,
In the direction parallel to the top surface of the first substrate, the opening of the recess of the first substrate and the opening of the recess of the second substrate are at the same position.
Flow sensor.
前記第1の基板の凹部の一部を覆うよう発熱素子を配置することと、
前記第1の基板の上面に、前記発熱素子を囲むように、前記発熱素子と同じ厚みを有する支持膜を形成することと、
底面に開口形状が前記第1の基板の凹部の開口形状と等しい凹部が設けられており、かつ流入口及び流出口が設けられた第2の基板を用意することと、
前記第2の基板の前記流入口及び前記流出口がそれぞれ前記第1の基板の凹部に連通し、前記第1の基板の上面と平行な方向において、前記第1の基板の凹部の開口と、前記第2の基板の凹部の開口と、が同じ位置になるよう、前記第1の基板の凹部及び前記発熱素子を覆うように前記第2の基板を配置することと、
を含むフローセンサの製造方法。 Providing a recess on the upper surface of the first substrate;
Disposing a heating element so as to cover a part of the concave portion of the first substrate;
Forming a support film having the same thickness as the heating element on the upper surface of the first substrate so as to surround the heating element;
Providing a second substrate provided with a recess having an opening shape equal to the opening shape of the recess of the first substrate on the bottom surface and provided with an inlet and an outlet;
The inlet and outlet of the second substrate communicate with the recess of the first substrate, respectively, and in the direction parallel to the upper surface of the first substrate, the opening of the recess of the first substrate; Disposing the second substrate so as to cover the concave portion of the first substrate and the heating element so that the opening of the concave portion of the second substrate is in the same position;
The manufacturing method of the flow sensor containing this.
前記第1の基板の上面に、前記発熱素子を囲むように、前記発熱素子の厚みより大きい厚みを有する堆積膜を形成することと、
前記堆積膜を研磨することと、
を含む、請求項2に記載のフローセンサの製造方法。 Forming the support film,
Forming a deposited film having a thickness larger than the thickness of the heating element on the upper surface of the first substrate so as to surround the heating element;
Polishing the deposited film;
The manufacturing method of the flow sensor of Claim 2 containing this.
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JP2011070483A JP2012202950A (en) | 2011-03-28 | 2011-03-28 | Flow sensor and manufacturing method of flow sensor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN113295224A (en) * | 2021-05-25 | 2021-08-24 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | Gas-liquid dual-purpose thermal flow sensor and preparation method thereof |
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2011
- 2011-03-28 JP JP2011070483A patent/JP2012202950A/en not_active Withdrawn
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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CN113295224A (en) * | 2021-05-25 | 2021-08-24 | 中国科学院上海微***与信息技术研究所 | Gas-liquid dual-purpose thermal flow sensor and preparation method thereof |
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