JP2015175723A - Flow sensor and method of manufacturing the same - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow sensor that can be miniaturized and for which a manufacturing process can be simplified.SOLUTION: Each of flow sensors 1 includes: a substrate 2; a flow passage constitution film 7 that is formed on a surface 2a of the substrate 2 and constitutes a fluid flow passage 71 for passing a fluid; and a sensing unit 3 that is arranged on the surface 2a of the substrate 2 and detects the flow rate of the fluid that passes through the fluid flow passage 71. The flow passage constitution film 7 is a patterned film and has a recess 7a. The fluid flow passage 71 includes in a region surrounded by the recess 7a and substrate 2: a first opening part 71a that is an opening part for introducing the fluid; and a second opening part 71b that is an opening part for discharging the fluid to the outside. The flow sensors 1 can be manufactured by a bottom-up type manufacturing technology by which the flow sensors 1 are formed on a single wafer 200 by forming the fluid flow passage 71 on the wafer in a semiconductor process, thereby enabling the plurality of flow sensors 1 to be processed simultaneously.

Description

本発明は、被検出体である流体を通すための流体流路と、流体流路を通る流体の流量を検出するセンシング部とを有する構成とされた流量センサおよびその製造方法に関する。   The present invention relates to a flow rate sensor configured to include a fluid flow path for passing a fluid to be detected and a sensing unit that detects a flow rate of the fluid passing through the fluid flow path, and a method for manufacturing the same.

従来、被検出体である流体を通すための流体流路と、流体流路を通る流体の流量を検出するセンシング部とを有する構成とされた流量センサが知られている。   2. Description of the Related Art Conventionally, there is known a flow sensor configured to include a fluid flow path for passing a fluid that is a detection target and a sensing unit that detects the flow rate of the fluid passing through the fluid flow path.

この種の流量センサとしては、特許文献1に記載の流量センサが提案されている。この流量センサは、シリコン基板(以下、第1シリコン基板という)の下面にガラス基板が貼り合わせられ、さらに、このガラス基板の下面に別のシリコン基板(以下、第2シリコン基板という)が貼り合わされた構成とされている。そして、この流量センサは、第1シリコン基板の上面において絶縁膜を介してセンシング部が設けられた構成とされている。ガラス基板には、該ガラス基板の厚さ方向において貫通する孔が該厚さ方向に垂直な方向に伸びるように形成されている。この流量センサでは、このガラス基板に形成された孔が第1シリコン基板や第2シリコン基板によって囲まれることで形成される内部領域を流体流路の基本部分としている。また、第2シリコン基板には、第2シリコン基板の厚さ方向において貫通する孔が2つ形成されており、この2つの孔は、それぞれ、上記したガラス基板に形成された孔(流体流路の基本部分)に連通すると共に、外部に連通している。この流量センサでは、この2つの孔のうち一方が、被検出体である流体を導入するための開口部を含む部分とされ、他方が、流体を外部に排出するための開口部を含む部分とされている。以上のように、特許文献1に記載の流量センサは、3枚の基板(ガラス基板、第1シリコン基板、第2シリコン基板)を貼り合わせる構成とされることにより流体流路を形成するものである。   As this type of flow sensor, a flow sensor described in Patent Document 1 has been proposed. In this flow sensor, a glass substrate is bonded to the lower surface of a silicon substrate (hereinafter referred to as a first silicon substrate), and another silicon substrate (hereinafter referred to as a second silicon substrate) is bonded to the lower surface of the glass substrate. It has been configured. And this flow sensor is set as the structure by which the sensing part was provided through the insulating film in the upper surface of the 1st silicon substrate. In the glass substrate, a hole penetrating in the thickness direction of the glass substrate is formed so as to extend in a direction perpendicular to the thickness direction. In this flow sensor, an internal region formed by a hole formed in the glass substrate being surrounded by the first silicon substrate or the second silicon substrate is a basic part of the fluid flow path. The second silicon substrate is formed with two holes penetrating in the thickness direction of the second silicon substrate. These two holes are holes formed in the glass substrate (fluid channel). The basic part) and the outside. In this flow sensor, one of the two holes is a portion including an opening for introducing a fluid to be detected, and the other is a portion including an opening for discharging the fluid to the outside. Has been. As described above, the flow sensor described in Patent Document 1 forms a fluid flow path by being configured to bond three substrates (glass substrate, first silicon substrate, and second silicon substrate). is there.

この流量センサは、以下のように製造される。まず、ガラス基板を用意し、このガラス基板に長音波加工やレーザ加工によって流体流路となる孔を形成する。なお、この孔の厚さは、0.3mm〜1mmである。次に、このガラス基板の上面に第1シリコン基板を陽極接合により貼り合わせる。次に、第1シリコン基板が100μm程度の厚さになるまで、エッチングもしくは研磨を行う。次に、異方性エッチングや超音波加工、レーザ加工などによって孔を開設した第2シリコン基板を用意し、ガラス基板の下面に第2シリコン基板を陽極接合により貼り合わせる。次に、第1シリコン基板の上面にセンシング部を形成する。こうして、特許文献1に記載の流量センサは製造される。以上のように、この製造方法では、流体流路を形成するための3枚の基板について、それぞれ別個の製造工程において別個に加工を施したのちに、これら3枚の基板を貼り合わせることで、流量センサが製造される。   This flow sensor is manufactured as follows. First, a glass substrate is prepared, and holes that serve as fluid flow paths are formed in the glass substrate by long wave processing or laser processing. In addition, the thickness of this hole is 0.3 mm-1 mm. Next, a first silicon substrate is bonded to the upper surface of the glass substrate by anodic bonding. Next, etching or polishing is performed until the first silicon substrate has a thickness of about 100 μm. Next, a second silicon substrate having holes formed by anisotropic etching, ultrasonic processing, laser processing or the like is prepared, and the second silicon substrate is bonded to the lower surface of the glass substrate by anodic bonding. Next, a sensing unit is formed on the upper surface of the first silicon substrate. Thus, the flow sensor described in Patent Document 1 is manufactured. As described above, in this manufacturing method, the three substrates for forming the fluid flow path are separately processed in separate manufacturing steps, and then bonded to the three substrates. A flow sensor is manufactured.

特許3324855号公報Japanese Patent No. 3324855

上記したように、特許文献1に記載の製造方法では、流体流路を形成するための3枚の基板について、それぞれ別個の製造工程において別個に加工を施したのちに、これら3枚の基板を貼り合わせることで、流量センサを製造している。このように、この製造方法に係る流量センサでは、3枚の基板を貼り合せた構成とされるため、流量センサを構成する部材として多くの部材が必要となると共に、流量センサの体積が大きいものとなってしまう。また、この製造方法では、3枚の基板について、それぞれ別個の製造工程において別個に加工を施すため、製造工程が多くなってしまう。   As described above, in the manufacturing method described in Patent Document 1, three substrates for forming a fluid flow path are separately processed in separate manufacturing processes, and then the three substrates are processed. The flow sensor is manufactured by pasting together. As described above, the flow sensor according to this manufacturing method has a configuration in which three substrates are bonded to each other. Therefore, many members are required as members constituting the flow sensor, and the volume of the flow sensor is large. End up. Moreover, in this manufacturing method, since it processes separately in a separate manufacturing process about three board | substrates, a manufacturing process will increase.

本発明は上記点に鑑みて、被検出体である流体を通すための流体流路と、流体流路を通る流体の流量を検出するセンシング部とを有する構成とされた流量センサにおいて、小型化可能であり、製造工程を簡略化できる流量センサを提供することを目的とする。   In view of the above points, the present invention provides a flow sensor that is configured to include a fluid flow path for passing a fluid to be detected and a sensing unit that detects a flow rate of the fluid passing through the fluid flow path. An object of the present invention is to provide a flow sensor that is possible and that can simplify the manufacturing process.

上記目的を達成するため、請求項1に記載の発明では、表面(2a)を有する基板(2)と、被検出体である流体を導入するための開口部である第1開口部(71a)および流体を外部に排出するための開口部である第2開口部(71b)を有する構成とされた、第1開口部から導入された流体を通すための流路である流体流路(71)と、基板の表面に配置されて、流体流路を通る流体の流量を検出するセンシング部(3)と、を有する構成とされた流量センサの製造方法であって、以下の特徴を有する。   In order to achieve the above object, according to the first aspect of the present invention, a substrate (2) having a surface (2a) and a first opening (71a) which is an opening for introducing a fluid to be detected. And a fluid flow path (71), which is a flow path for passing the fluid introduced from the first opening, having a second opening (71b) that is an opening for discharging the fluid to the outside And a sensing unit (3) that is disposed on the surface of the substrate and detects the flow rate of the fluid passing through the fluid flow path, and has the following characteristics.

すなわち、複数の流量センサの基板を構成する部材として、表面(200a)を有する板状のウェハ(200)を用意し、ウェハの表面において、複数の流量センサそれぞれに対応した複数のセンシング部を配置する第1工程と、第1工程ののちに、ウェハの表面のうち、複数の流量センサに対応する複数の流体流路が形成される部分に第1膜(201)を形成すると共に、第1膜のうち第1開口部に相当する部分および第2開口部に相当する部分を外部に露出させつつ、ウェハと共に第1膜を覆い囲むように、ウェハの表面に配置された膜である第2膜(202)を形成する第2工程と、第2工程ののちに、第1膜を除去することで、ウェハと第2膜とによって囲まれた領域において、第1開口部および第2開口部を有する流体流路を形成する第3工程と、第3工程の後に、ウェハをダイシングして個片化することで複数の流量センサを得る第4工程とを有することを特徴とする。   That is, a plate-like wafer (200) having a surface (200a) is prepared as a member constituting a plurality of flow sensor substrates, and a plurality of sensing units corresponding to the plurality of flow sensors are arranged on the surface of the wafer. After the first step and the first step, the first film (201) is formed on the surface of the wafer where the plurality of fluid flow paths corresponding to the plurality of flow sensors are formed, and the first step A second film is a film disposed on the surface of the wafer so as to cover the first film together with the wafer while exposing a portion corresponding to the first opening and a portion corresponding to the second opening of the film to the outside. In the region surrounded by the wafer and the second film by removing the first film after the second step of forming the film (202) and the second step, the first opening and the second opening Forming a fluid flow path with A third step that, after the third step, characterized by a fourth step of obtaining a plurality of flow sensors by individual pieces by dicing the wafer.

このため、半導体プロセスによって複数の流量センサについて同時に加工を行うことが可能となる。よって、上記した従来技術のように複数の部材についてそれぞれ別個の製造工程において別個に加工することなく、同時に複数の流量センサを製造することができる。   For this reason, it becomes possible to process several flow sensors simultaneously by a semiconductor process. Therefore, a plurality of flow sensors can be manufactured at the same time without separately processing a plurality of members in separate manufacturing steps as in the conventional technique described above.

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each means described in this column and the claim shows the correspondence with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第1実施形態に係る流量センサ1の平面構成を示す図である。It is a figure showing the plane composition of flow sensor 1 concerning a 1st embodiment. 図1に示す流量センサ1のII−II’断面構成を示す図である。It is a figure which shows the II-II 'cross-section structure of the flow sensor 1 shown in FIG. 流体流路71の流路深さを横軸とし、空気が流体流路71内を流れる際のレイノルズ数Reを縦軸として、流体流路71の流路深さとレイノルズ数Reとの関係を示した図である。The relationship between the channel depth of the fluid channel 71 and the Reynolds number Re is shown with the channel depth of the fluid channel 71 as the horizontal axis and the Reynolds number Re when the air flows in the fluid channel 71 as the vertical axis. It is a figure. 図3に示す図の一部について縦軸を拡大して示した図である。It is the figure which expanded and showed the vertical axis | shaft about a part of figure shown in FIG. 図1に示す流量センサ1の製造工程中のワークの断面構成を示した図である。It is the figure which showed the cross-sectional structure of the workpiece | work in the manufacturing process of the flow sensor 1 shown in FIG. 図1に示す流量センサ1の製造方法の第1工程のワークの平面構成を示した図である。It is the figure which showed the plane structure of the workpiece | work of the 1st process of the manufacturing method of the flow sensor 1 shown in FIG. 図1に示す流量センサ1の製造方法の第2工程におけるワークの平面構成を示した図である。It is the figure which showed the plane | planar structure of the workpiece | work in the 2nd process of the manufacturing method of the flow sensor 1 shown in FIG. 図1に示す流量センサ1の製造方法の第2工程におけるワークの平面構成を示した図である。It is the figure which showed the plane | planar structure of the workpiece | work in the 2nd process of the manufacturing method of the flow sensor 1 shown in FIG. 図1に示す流量センサ1の製造方法の第2工程におけるワークの平面構成を示した図である。It is the figure which showed the plane | planar structure of the workpiece | work in the 2nd process of the manufacturing method of the flow sensor 1 shown in FIG. 第2実施形態で説明する流量センサ1の製造方法におけるワークの断面構成を示した図である。It is the figure which showed the cross-sectional structure of the workpiece | work in the manufacturing method of the flow sensor 1 demonstrated in 2nd Embodiment. 他の実施形態に係る流量センサ1の平面構成を示す図である。It is a figure which shows the plane structure of the flow sensor 1 which concerns on other embodiment. 図11に示す流量センサ1のXII−XII’断面構成を示す図である。It is a figure which shows the XII-XII 'cross-section structure of the flow sensor 1 shown in FIG. 別の他の実施形態に係る流量センサ1の平面構成を示す図である。It is a figure which shows the plane structure of the flow sensor 1 which concerns on another other embodiment. 図13に示す流量センサ1のXXIV−XIV’断面構成を示す図である。It is a figure which shows the XXIV-XIV 'cross-sectional structure of the flow sensor 1 shown in FIG.

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following embodiments, parts that are the same or equivalent to each other will be described with the same reference numerals.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態に係る流量センサ1について図1〜図9を参照して説明する。
(First embodiment)
A flow sensor 1 according to a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

まず、第1実施形態に係る流量センサ1の構成について、図1〜図4を参照して、以下で説明する。流量センサ1は、流体の流量を検出する流量計であり、ここでは一例として熱式流量計とされている。流量センサ1は、用途が限定されるものではないが、例えば、自動車に搭載され自動車用エンジンの吸入空気量や排気量などを測定するエアフロメータ(熱式流量計)として用いられる。   First, the configuration of the flow sensor 1 according to the first embodiment will be described below with reference to FIGS. The flow sensor 1 is a flow meter that detects a flow rate of a fluid, and is a thermal flow meter as an example here. The use of the flow sensor 1 is not limited. For example, the flow sensor 1 is used as an air flow meter (thermal flow meter) that is mounted on an automobile and measures an intake air amount or an exhaust amount of an automobile engine.

図1、図2に示すように、流量センサ1は、基板2と、流体の流量を検出するセンシング部3と、センシング部3が検出した流量信号を演算処理する電気回路部4と、基板2および電気回路部4を搭載するリードフレーム5と、モールド樹脂6とを有する。そして、流量センサ1は、基板2の表面2aに形成されていると共に、被検出体である流体を通すための流体流路71を構成する流路構成膜7を有する。   As shown in FIGS. 1 and 2, the flow sensor 1 includes a substrate 2, a sensing unit 3 that detects a fluid flow rate, an electric circuit unit 4 that performs arithmetic processing on a flow rate signal detected by the sensing unit 3, and a substrate 2. And a lead frame 5 on which the electric circuit portion 4 is mounted and a mold resin 6. The flow sensor 1 is formed on the surface 2a of the substrate 2 and has a flow path forming film 7 that constitutes a fluid flow path 71 for passing a fluid as a detection target.

基板2は、シリコン半導体などで構成された板状のチップである。図1、図2に示すように、基板2は、表面2aを有し、基板2の表面2aには、アルミ、白金などの金属やイオン注入により部分的にドーピングされたシリコンなどで構成された3つの薄膜抵抗体3a、3b、8が形成されている。具体的には、流体流路71内において、流体の流れの上流側に薄膜抵抗体3a、下流側に薄膜抵抗体3bが形成されており、薄膜抵抗体3aと薄膜抵抗体3bとの間の中間位置に薄膜抵抗体8が形成されている。また、基板2の表面2a上には、流体流路71を構成するための流路構成膜7が形成されている。   The substrate 2 is a plate-like chip made of a silicon semiconductor or the like. As shown in FIGS. 1 and 2, the substrate 2 has a surface 2a, and the surface 2a of the substrate 2 is made of a metal such as aluminum or platinum or silicon partially doped by ion implantation. Three thin film resistors 3a, 3b, 8 are formed. Specifically, in the fluid flow path 71, a thin film resistor 3a is formed on the upstream side of the fluid flow, and a thin film resistor 3b is formed on the downstream side. Between the thin film resistor 3a and the thin film resistor 3b, A thin film resistor 8 is formed at an intermediate position. Further, on the surface 2 a of the substrate 2, a flow path forming film 7 for forming the fluid flow path 71 is formed.

図2に示すように、基板2の一端側21aにおける表面2aとは反対側の裏面2bには、凹部21cが形成されており、この凹部21cが形成されていることにより、基板2の表面2a側には、凹部21cの底部をなす薄肉部21dが構成されている。凹部21cは、シリコンの異方性エッチングなどにより形成される。   As shown in FIG. 2, a recess 21c is formed on the back surface 2b of the one end 21a of the substrate 2 on the side opposite to the surface 2a. By forming the recess 21c, the surface 2a of the substrate 2 is formed. On the side, a thin portion 21d that forms the bottom of the recess 21c is formed. The recess 21c is formed by anisotropic etching of silicon or the like.

図2に示すように、3つの薄膜抵抗体3a、3b、8は、それぞれ、基板2の表面2aに配置された異なる電極対9(9a、9b)、10(10a、10b)、11(11a、11b)を介して、ボンディングワイヤ13によって電気回路部4と電気的に接続される。3つの薄膜抵抗体3a、3b、8は、それぞれ、薄肉部21dの上まで延設されている。3つの薄膜抵抗体3a、3b、8は、それぞれ、シリコン窒化膜などの保護膜によって被覆された構成とされている。薄膜抵抗体3aおよび3bは、それぞれ、図示しないブリッジ回路の一部を構成しており、温度センサとして機能するセンシング部3として構成されている。また、薄膜抵抗体8は、温度センサである2つの薄膜抵抗体3a、3bが検出する温度の差を大きくするためのヒータ(発熱体)として構成されている。なお、電極対9〜11は、金などで構成されている。   As shown in FIG. 2, the three thin film resistors 3a, 3b, and 8 are formed of different electrode pairs 9 (9a, 9b), 10 (10a, 10b), and 11 (11a) disposed on the surface 2a of the substrate 2, respectively. , 11b) and is electrically connected to the electric circuit section 4 by the bonding wire 13. The three thin film resistors 3a, 3b, and 8 are each extended up to the thin portion 21d. Each of the three thin film resistors 3a, 3b, and 8 is configured to be covered with a protective film such as a silicon nitride film. Each of the thin film resistors 3a and 3b constitutes a part of a bridge circuit (not shown), and is configured as a sensing unit 3 that functions as a temperature sensor. The thin film resistor 8 is configured as a heater (heating element) for increasing the difference in temperature detected by the two thin film resistors 3a and 3b which are temperature sensors. The electrode pairs 9 to 11 are made of gold or the like.

本実施形態に係る流量センサ1では、流体流路71内を流体が通ると、センシング部3上の温度分布が変化し、ヒータである薄膜抵抗体8よりも上流側に配置された薄膜抵抗体3aが冷却されると共に、下流側に配置された薄膜抵抗体3bがヒータ(薄膜抵抗体8)の熱によって加熱される。このとき、2つの温度センサ(薄膜抵抗体3a、3b)が検出する温度の温度差によって生じる抵抗値変化を電気信号として出力することで、流体の流量を検出する。   In the flow sensor 1 according to this embodiment, when a fluid passes through the fluid flow path 71, the temperature distribution on the sensing unit 3 changes, and the thin film resistor disposed upstream of the thin film resistor 8 that is a heater. While 3a is cooled, the thin film resistor 3b arrange | positioned downstream is heated with the heat of a heater (thin film resistor 8). At this time, the flow rate of the fluid is detected by outputting a resistance value change caused by the temperature difference between the temperatures detected by the two temperature sensors (thin film resistors 3a and 3b) as an electrical signal.

なお、上記したように、本実施形態に係る流量センサ1では、3つの薄膜抵抗体3a、3b、8が、基板2のうち熱容量の小さい部分である薄肉部21dの上まで延設された構成とされているため、ヒータ(薄膜抵抗体8)が発する熱などの熱が基板2の内部に篭り難くなる。これにより、本実施形態に係る流量センサ1では、流体の流量変化による熱応答性が良好であり、流量センサ1の検出感度が高くなる。   Note that, as described above, in the flow sensor 1 according to the present embodiment, the three thin film resistors 3a, 3b, and 8 are extended to the top of the thin portion 21d, which is a portion of the substrate 2 having a small heat capacity. For this reason, heat such as heat generated by the heater (thin film resistor 8) is difficult to reach the inside of the substrate 2. Thereby, in the flow sensor 1 which concerns on this embodiment, the thermal responsiveness by the flow volume change of a fluid is favorable, and the detection sensitivity of the flow sensor 1 becomes high.

なお、基板2は、一端側21aと反対側の他端側21bにおいて、リードフレーム5に対して、導電性あるいは電気絶縁性の接着剤を介してリードフレーム5に接着されて固定されている。   The substrate 2 is bonded and fixed to the lead frame 5 via a conductive or electrically insulating adhesive on the other end side 21b opposite to the one end side 21a.

本実施形態に係る流量センサ1では、流体が流体流路71を流れたときに、2つの温度センサ(薄膜抵抗体3a、3b)の間に流体の流量に対応した温度差が生じ、これによって、ブリッジ回路の平衡が変化して電気的変化が生じることとなる。この流量センサ1では、この電気的変化を流体の流量に対応した電気信号として得ることで、基板2の表面2aの上方を流れる流体の流量を検出する。   In the flow sensor 1 according to the present embodiment, when the fluid flows through the fluid flow path 71, a temperature difference corresponding to the flow rate of the fluid is generated between the two temperature sensors (thin film resistors 3a and 3b). As a result, the balance of the bridge circuit changes and an electrical change occurs. The flow sensor 1 detects the flow rate of the fluid flowing above the surface 2 a of the substrate 2 by obtaining this electrical change as an electrical signal corresponding to the fluid flow rate.

電気回路部4は、2つの温度センサ(薄膜抵抗体3a、3b)が検出した電気信号を演算処理する電気回路を有する回路チップである。電気回路部4は、外部出力用接続端子15に接続されたボンディングワイヤ14を介して外部と電気的に接続されており、これにより、電気回路部4によって演算処理された結果として得られる電気信号が外部へ出力される。電気回路部4は、例えば、2つの温度センサ(薄膜抵抗体3a、3b)が検出した電気信号が示す流量信号と、予め所定の流量が設定された設定流量信号とを比較する演算処理を行い、その結果としての信号を外部に出力する。図1、図2に示すように、電気回路部4は、リードフレーム5に搭載されて支持されている。   The electric circuit unit 4 is a circuit chip having an electric circuit that performs arithmetic processing on electric signals detected by two temperature sensors (thin film resistors 3a and 3b). The electric circuit unit 4 is electrically connected to the outside through a bonding wire 14 connected to the external output connection terminal 15, and thereby an electric signal obtained as a result of arithmetic processing by the electric circuit unit 4. Is output to the outside. For example, the electric circuit unit 4 performs arithmetic processing for comparing a flow rate signal indicated by an electrical signal detected by two temperature sensors (thin film resistors 3a and 3b) with a set flow rate signal in which a predetermined flow rate is set in advance. The resulting signal is output to the outside. As shown in FIGS. 1 and 2, the electric circuit portion 4 is mounted on and supported by a lead frame 5.

リードフレーム5は、Cuや42アロイなどの導電性に優れた金属よりなるもので、エッチングやプレスなどにより形成されたものである。図1、図2に示すように、リードフレーム5は、基板2および電気回路部4を搭載して支持している。   The lead frame 5 is made of a metal having excellent conductivity such as Cu or 42 alloy, and is formed by etching or pressing. As shown in FIGS. 1 and 2, the lead frame 5 mounts and supports the substrate 2 and the electric circuit portion 4.

流路構成膜7は、パターニングされた膜であり、ここでは一例として、耐環境性の高い材料であるポリシリコンで構成されている。このため、本実施形態に係る流量センサ1は、高温、高湿、もしくは腐食し易い環境などの苛酷な環境における使用にも耐えることができる。図2に示すように、流路構成膜7は、凹部7aを有し、凹部7aと基板2とによって囲まれた領域によって、流体を通すための流路である流体流路71を構成する。
流体流路71は、被検出体である流体を導入するための開口部である第1開口部71aおよび流体を外部に排出するための開口部である第2開口部71bを有する構成とされている。すなわち、本実施形態に係る流量センサ1では、第1開口部71aから導入された流体が、流体流路71内を通って、第2開口部71bから外部に排出される。
The flow path constituting film 7 is a patterned film, and here, as an example, it is made of polysilicon which is a material having high environmental resistance. For this reason, the flow sensor 1 according to the present embodiment can withstand use in a severe environment such as a high temperature, high humidity, or a corrosive environment. As shown in FIG. 2, the flow path forming film 7 has a recess 7 a, and a region surrounded by the recess 7 a and the substrate 2 constitutes a fluid flow path 71 that is a flow path for allowing fluid to pass through.
The fluid flow path 71 is configured to include a first opening 71a that is an opening for introducing a fluid that is a detection target and a second opening 71b that is an opening for discharging the fluid to the outside. Yes. That is, in the flow sensor 1 according to the present embodiment, the fluid introduced from the first opening 71a passes through the fluid flow path 71 and is discharged to the outside from the second opening 71b.

ここで、図2に示すように、本実施形態に係る流量センサ1では、流体流路71における基板2の表面2aに対する法線の方向(図2における紙面の上下方向)の高さである流路深さ(図2中の矢印Y2を参照)が50μm以下とされている。上記の流路深さが50μm以下とされている理由を図3、図4を参照して以下に示す。なお、図3、図4に示すレイノルズ数Reは、流体の慣性力と粘性力との比で定義される一般に使われる数値である。ここでは、20℃、1atmの環境にて、密度が1.205[kg/m]、粘性係数が1.82×10−5の[Pa・s]流体(空気)について算出している。また、図3、図4中のVは、流体流路71内を通る流体(空気)の平均流速を示す。 Here, as shown in FIG. 2, in the flow sensor 1 according to the present embodiment, the flow is a height in the direction of the normal to the surface 2 a of the substrate 2 in the fluid flow path 71 (the vertical direction of the paper surface in FIG. 2). The path depth (see arrow Y2 in FIG. 2) is 50 μm or less. The reason why the channel depth is 50 μm or less will be described below with reference to FIGS. 3 and 4. The Reynolds number Re shown in FIGS. 3 and 4 is a commonly used numerical value defined by the ratio between the inertial force and the viscous force of the fluid. Here, the calculation is performed for a [Pa · s] fluid (air) having a density of 1.205 [kg / m 3 ] and a viscosity coefficient of 1.82 × 10 −5 in an environment of 20 ° C. and 1 atm. 3 and 4 indicates the average flow velocity of the fluid (air) passing through the fluid flow path 71.

レイノルズ数Reの値が小さいと流体が層流になり易く、大きいと乱流になり易いため、流量センサ1においては、流体の流量を高精度に検出するために、流体が層流となることが望ましく、すなわち、レイノルズ数Reが小さくなることが好ましい。ここで、図3、図4に示すように、流体流路71内を通る流体(空気)の平均流速が1m[メートル]/s[秒]、3m/s、10m/s、30m/s、100m/sのいずれの場合であっても、流体流路71の流路深さが増加されるほどレイノルズ数Reが大きくなる。   If the Reynolds number Re is small, the fluid tends to be laminar, and if it is large, it tends to be turbulent. Therefore, in the flow sensor 1, the fluid becomes laminar in order to detect the fluid flow rate with high accuracy. In other words, it is preferable that the Reynolds number Re is small. Here, as shown in FIGS. 3 and 4, the average flow velocity of the fluid (air) passing through the fluid flow path 71 is 1 m [meter] / s [second], 3 m / s, 10 m / s, 30 m / s, In any case of 100 m / s, the Reynolds number Re increases as the flow path depth of the fluid flow path 71 increases.

また、流体(空気)の平均流速が1m/s、3m/s、10m/s、30m/s、100m/sのいずれの場合であっても、流体流路71の流路深さが増加されるほど、図3、図4中のレイノルズ数Reを示す曲線の接線の傾きが大きくなる。すなわち、流体流路71の流路深さが増加されるほど、流体(空気)の平均流速の増加量に対するレイノルズ数Reの増加量が大きくなる。図3、図4に示すように、流体流路71の流路深さが50μmを超えた所定値に達した場合(図3、図4中のP、P、P10、P30、P100を参照)にレイノルズ数Reを示す曲線それぞれの接線の傾きが飽和する。そして、流体流路71の流路深さが上記所定値を超える場合では、それぞれの曲線において、接線の傾きは大きく変化せずに略一定となり、すなわち、流体流路71の流路深さが増加されると大きくレイノルズ数Reが増加される。以上説明したように、流体(空気)の平均流速に関わらず、レイノルズ数Reは、流体流路71の流路深さが50μmを超えた所定値に達した場合に最も増加し易く、大きくなり易い。よって、流体(空気)の平均流速に関わらず、流体流路71の流路深さが50μm以下であれば、レイノルズ数Reを小さくすることができるため、本実施形態に係る流量センサ1では、流路深さが50μm以下とされている。 Moreover, the flow path depth of the fluid flow path 71 is increased regardless of whether the average flow velocity of the fluid (air) is 1 m / s, 3 m / s, 10 m / s, 30 m / s, or 100 m / s. The greater the slope of the tangent of the curve indicating the Reynolds number Re in FIGS. That is, as the flow path depth of the fluid flow path 71 is increased, the increase amount of the Reynolds number Re with respect to the increase amount of the average flow velocity of the fluid (air) is increased. As shown in FIGS. 3 and 4, when the flow path depth of the fluid flow path 71 reaches a predetermined value exceeding 50 μm (P 1 , P 3 , P 10 , P 30 in FIGS. 3 and 4, curve slope of each of the tangent showing the Reynolds number Re to see) the P 100 is saturated. When the flow path depth of the fluid flow path 71 exceeds the predetermined value, the slope of the tangent line does not change greatly in each curve and is substantially constant, that is, the flow path depth of the fluid flow path 71 is When it is increased, the Reynolds number Re is greatly increased. As described above, regardless of the average flow velocity of the fluid (air), the Reynolds number Re is most likely to increase and increase when the flow path depth of the fluid flow path 71 reaches a predetermined value exceeding 50 μm. easy. Therefore, the Reynolds number Re can be reduced if the flow path depth of the fluid flow path 71 is 50 μm or less regardless of the average flow velocity of the fluid (air). Therefore, in the flow sensor 1 according to the present embodiment, The channel depth is 50 μm or less.

なお、図2に示すように、本実施形態に係る流量センサ1では、流体流路71における基板2の表面2aに平行な直線の方向(図2における紙面の左右方向)の長さである流路幅が、薄肉部21dにおける基板2の表面2aに平行な直線の方向の長さよりも長くしてある。これにより、流体流路71内を通る流体が広範囲の薄肉部21dに検出され易くなり、流量センサ1の検出精度が高くなる。   As shown in FIG. 2, in the flow sensor 1 according to the present embodiment, the flow having a length in the direction of a straight line parallel to the surface 2 a of the substrate 2 in the fluid flow path 71 (the left-right direction on the paper surface in FIG. 2). The path width is longer than the length in the direction of a straight line parallel to the surface 2a of the substrate 2 in the thin portion 21d. Thereby, the fluid passing through the fluid flow path 71 is easily detected by the wide thin portion 21d, and the detection accuracy of the flow sensor 1 is increased.

また、図1、図2に示すように、本実施形態に係る流量センサ1では、基板2の表面2a上を流れる流体の流れを整えるための整流板12が設けられている。整流板12は、一面12cを有する板形状の底部12aと底部12aの一面12cにおいて、一面12cに略垂直な方向に立設された壁部12bを有する構成とされている。図1に示すように、整流板12は、底部12aの一面12cが基板2の裏面2bと対向するように配置されており、基板2の表面2aに対する法線の方向(図1の紙面に対する法線の方向)から見て、一端側21aの部分に対向する周囲の全周に亘って配置されている。また、図2に示すように、整流板12は、基板2の表面2aに平行な直線の方向(例えば、図2の紙面に対する法線の方向)から見て、基板2の裏面2bから表面2aまでの領域に位置するように構成されている。なお、整流板12の底部12aはリードフレーム5と接続されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the flow sensor 1 according to the present embodiment is provided with a rectifying plate 12 for adjusting the flow of the fluid flowing on the surface 2 a of the substrate 2. The rectifying plate 12 has a plate-like bottom portion 12a having one surface 12c and a wall portion 12b erected in a direction substantially perpendicular to the one surface 12c on one surface 12c of the bottom portion 12a. As shown in FIG. 1, the rectifying plate 12 is disposed so that one surface 12 c of the bottom 12 a faces the back surface 2 b of the substrate 2, and the direction of the normal to the surface 2 a of the substrate 2 (the method relative to the paper surface of FIG. 1). When viewed from the direction of the line), it is arranged over the entire circumference of the periphery facing the portion on the one end side 21a. Further, as shown in FIG. 2, the rectifying plate 12 is formed from the back surface 2b of the substrate 2 to the front surface 2a when viewed from the direction of a straight line parallel to the surface 2a of the substrate 2 (for example, the direction normal to the paper surface of FIG. 2). It is comprised so that it may be located in the area | region. The bottom 12a of the rectifying plate 12 is connected to the lead frame 5.

ここで、流体を図1、図2中の矢印Y1の向きに流すために流体を第1開口部71aに通そうとすると、流体が基板2の表面2aより下(図2の紙面の下)の領域(例えば、凹部21cの辺りなど)に流れ、乱流が発生し、センシング部3の温度分布を掻乱するため、流量センサ1の検出精度が低くなってしまう。しかしながら、本実施形態に係る流量センサ1では、上記の整流板12を設けられたことで、流体が基板2の表面2aより下(図2の紙面の下)の領域に行かずに第1開口部71aに向かうように整流される。このため、本実施形態に係る流量センサ1では、流体が効率良く第1開口部71aに集められ、検出精度が高くなる。   Here, if the fluid is to pass through the first opening 71a in order to flow the fluid in the direction of the arrow Y1 in FIGS. 1 and 2, the fluid is below the surface 2a of the substrate 2 (under the paper surface of FIG. 2). Since the turbulent flow is generated and the temperature distribution of the sensing unit 3 is disturbed, the detection accuracy of the flow sensor 1 is lowered. However, in the flow rate sensor 1 according to the present embodiment, since the rectifying plate 12 is provided, the fluid does not go to the region below the surface 2a of the substrate 2 (below the paper surface of FIG. 2) and the first opening. Rectification is performed so as to go to the portion 71a. For this reason, in the flow sensor 1 according to the present embodiment, the fluid is efficiently collected in the first opening 71a, and the detection accuracy is increased.

モールド樹脂6は、エポキシ樹脂などよりなるものであり、金型を用いたトランスファーモールド法などにより成形される。図1、図2に示すように、モールド樹脂6は、基板2の他端側21bの部分、電気回路部4、リードフレーム5の大部分、および整流板12の底部12aの一部などを封止している。   The mold resin 6 is made of an epoxy resin or the like, and is molded by a transfer mold method using a mold. As shown in FIGS. 1 and 2, the mold resin 6 seals the portion of the other end 21 b of the substrate 2, the electric circuit portion 4, most of the lead frame 5, and part of the bottom portion 12 a of the rectifying plate 12. It has stopped.

以上、本実施形態に係る流量センサ1の構成について説明した。次に、本実施形態に係る流量センサ1の製造方法について図5〜図9を参照して説明する。なお、図5の各図(図5(a)〜図5(g))は、製造工程中におけるウェハ200のうち1つの流量センサ1に相当する部分のみを示してある。なお、図5(a)は図6のVa−Va’断面、図5(c)は図7のVc−Vc’断面、図5(e)は図8のVe−Ve’断面、図5(g)は図9のVg−Vg’断面に相当している。   The configuration of the flow sensor 1 according to the present embodiment has been described above. Next, a manufacturing method of the flow sensor 1 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 5 (FIGS. 5A to 5G) only shows a portion corresponding to one flow sensor 1 in the wafer 200 during the manufacturing process. 5A is a Va-Va ′ cross section of FIG. 6, FIG. 5C is a Vc-Vc ′ cross section of FIG. 7, FIG. 5E is a Ve-Ve ′ cross section of FIG. g) corresponds to the Vg-Vg ′ cross section of FIG.

流量センサ1は、基本的には、一般的なICの製造工程と同様の工程を経て製造される。すなわち、流量センサ1は、前工程(ウェハ200上にIC回路を作り込む工程)と前工程を経て完成したウェハ200についてダイシング、マウントなどの加工等を行う後工程を経て製造される。したがって、ここでは本実施形態に係る流量センサ1の製造方法のうち特徴的部分のみを詳しく説明する。   The flow sensor 1 is basically manufactured through a process similar to a general IC manufacturing process. That is, the flow sensor 1 is manufactured through a pre-process (process for forming an IC circuit on the wafer 200) and a post-process for performing processing such as dicing and mounting on the wafer 200 completed through the pre-process. Therefore, only the characteristic part of the manufacturing method of the flow sensor 1 according to the present embodiment will be described in detail here.

本実施形態に係る流量センサ1の製造方法は、以下の第1〜4工程を有することを特徴とする。なお、第1〜3工程は上記の前工程に含まれる工程であって、第4工程は上記の後工程に含まれる工程である。   The manufacturing method of the flow sensor 1 according to the present embodiment includes the following first to fourth steps. The first to third steps are steps included in the preceding step, and the fourth step is a step included in the subsequent step.

第1工程では、まず、図5(a)に示すように、複数の流量センサ1の基板2を構成する部材として、基板2の表面2aに相当する表面200aを有する板状のウェハ200を用意する。ここでは、シリコン半導体で構成されたウェハ200を採用している。   In the first step, first, as shown in FIG. 5A, a plate-like wafer 200 having a surface 200a corresponding to the surface 2a of the substrate 2 is prepared as a member constituting the substrate 2 of the plurality of flow rate sensors 1. To do. Here, a wafer 200 made of a silicon semiconductor is employed.

そして、ウェハ200の表面200aにおいて、複数の流量センサ1それぞれに対応した複数のセンシング部3および薄膜抵抗体8を配置する。具体的には、本実施形態に係る製造方法では、図5(a)、図6に示すように、ウェハ200の表面200aにおいて、アルミ、白金などの金属やイオン注入により部分的にドーピングされたシリコンなどで構成された2つの薄膜抵抗体3a、3bを、複数の流量センサ1それぞれに対応した複数形成されるようにパターニングすると共に、薄膜抵抗体8を同時にパターニングする。こうして、ウェハ200の表面200aにおいて、複数の流量センサ1それぞれに対応した複数のセンシング部3としての2つの薄膜抵抗体3a、3b、ヒータとしての薄膜抵抗体8を配置する。   A plurality of sensing units 3 and thin film resistors 8 corresponding to the plurality of flow sensors 1 are arranged on the surface 200a of the wafer 200. Specifically, in the manufacturing method according to the present embodiment, as shown in FIGS. 5A and 6, the surface 200a of the wafer 200 was partially doped by a metal such as aluminum or platinum or ion implantation. The two thin film resistors 3a and 3b made of silicon or the like are patterned so that a plurality of thin film resistors 3a and 3b corresponding to the plurality of flow sensors 1 are formed, and the thin film resistor 8 is simultaneously patterned. Thus, on the surface 200a of the wafer 200, the two thin film resistors 3a and 3b as the plurality of sensing units 3 corresponding to the respective flow sensors 1 and the thin film resistor 8 as the heater are arranged.

また、図5(a)、図6に示すように、ウェハ200の表面200aにおいて、複数の電極対9、10、11を配置する。電極対9〜11は、それぞれ、金などで構成されるパッドである。   Further, as shown in FIGS. 5A and 6, a plurality of electrode pairs 9, 10, and 11 are arranged on the surface 200 a of the wafer 200. The electrode pairs 9 to 11 are pads made of gold or the like.

このようにして第1工程を行い、その後、第2工程を行う。具体的には、図5(b)に示すように、ウェハ200の表面200a上に、第1膜201の形成材料を成膜する。こののち、図5(c)、図7に示すように、第1膜201の形成材料をエッチングによりパターニングして、複数の流量センサ1それぞれに対応した複数の流体流路71が形成される部分に第1膜201を形成する。第1膜201の形成材料は、例えばシリコン酸化膜などによって成膜され、ここでは、二酸化シリコンをプラズマCVDで成膜している。   Thus, a 1st process is performed and a 2nd process is performed after that. Specifically, as shown in FIG. 5B, a material for forming the first film 201 is formed on the surface 200 a of the wafer 200. After that, as shown in FIGS. 5C and 7, the material for forming the first film 201 is patterned by etching to form a plurality of fluid flow paths 71 corresponding to the plurality of flow sensors 1. First film 201 is formed. A material for forming the first film 201 is, for example, a silicon oxide film, and here, silicon dioxide is formed by plasma CVD.

そののちに、図5(d)に示すように、第1膜201の表面を含むウェハ200の上に第2膜202の形成材料を成膜する。そして、図5(e)、図8に示すように、第2膜202の形成材料をエッチングによりパターニングして第1膜201のうち第1開口部71aに相当する部分および第2開口部71bに相当する部分を外部に露出させる。第2膜202の形成材料は、例えばポリシリコン膜などによって成膜される。   After that, as shown in FIG. 5D, a material for forming the second film 202 is formed on the wafer 200 including the surface of the first film 201. Then, as shown in FIGS. 5E and 8, the material for forming the second film 202 is patterned by etching to form a portion corresponding to the first opening 71 a and the second opening 71 b in the first film 201. The corresponding part is exposed to the outside. A material for forming the second film 202 is formed of, for example, a polysilicon film.

このようにして第2工程を行い、その後、第3工程を行う。具体的には、図5(f)に示すように、第2膜202に対して第1膜201の選択比の大きなエッチング材料を用いて、第2膜202がエッチングされないようにしつつ第1膜201をエッチングする。これにより第1膜201を除去することで、ウェハ200と第2膜202とによって囲まれた領域において、第1開口部71aおよび第2開口部71bを有する流体流路71を形成する。こののち、図5(g)に示すように、ウェハ200をエッチングすることにより、ウェハ200の表面200aとは反対側の裏面200bにおいて、凹部21cを形成する。なお、エッチング材料として、基板2に対して第1膜201の選択比の大きなものを用いることにも留意すべきである。   Thus, the second step is performed, and then the third step is performed. Specifically, as shown in FIG. 5F, an etching material having a large selection ratio of the first film 201 to the second film 202 is used to prevent the second film 202 from being etched. 201 is etched. Thus, by removing the first film 201, a fluid flow path 71 having a first opening 71a and a second opening 71b is formed in a region surrounded by the wafer 200 and the second film 202. After that, as shown in FIG. 5G, by etching the wafer 200, a recess 21c is formed on the back surface 200b opposite to the front surface 200a of the wafer 200. It should be noted that an etching material having a large selection ratio of the first film 201 with respect to the substrate 2 is used.

このように、本実施形態に係る製造方法では、凹部21cを形成することにより構成される薄肉部21が割れ易いことを考慮して、上記第1、2工程を経て、第3工程において、第1膜201を除去したのちに、凹部21cを形成する。   As described above, in the manufacturing method according to the present embodiment, in consideration of the fact that the thin-walled portion 21 formed by forming the recess 21c is easily broken, the first and second steps are followed by the third step. After removing one film 201, a recess 21c is formed.

なお、従来技術のような超音波加工やレーザ加工などの機械加工によっては、流路深さが50μm以下の小さい流体流路71を形成するのは困難である。しかしながら、本実施形態に係る製造方法では、上記したような前工程、すなわち半導体プロセスにおいて流体流路71を形成するため、容易に、流路深さが50μm以下の小さい流体流路71を形成することができる。   Note that it is difficult to form a small fluid flow path 71 having a flow path depth of 50 μm or less by mechanical processing such as ultrasonic processing and laser processing as in the prior art. However, in the manufacturing method according to the present embodiment, since the fluid flow path 71 is formed in the preceding process, that is, the semiconductor process as described above, the small fluid flow path 71 having a flow path depth of 50 μm or less is easily formed. be able to.

このようにして第3工程を行い、その後、第4工程を行う。具体的には、まず、ウェハ200をダイシングして個片化することで、図5(g)、図9に示すワークを複数得る。次に、これら複数のワークについて、それぞれ、接着剤を介してリードフレーム5に接着する。また、電気回路部4をリードフレーム5に搭載する。また、ボンディングワイヤ13によって、3つの薄膜抵抗体3a、3b、8を、それぞれ、基板2の表面2aに配置された異なる電極対9、10、11を介して、電気回路部4と電気的に接続する。そして、モールド樹脂6による封止を行う。以上の工程を経て、複数の流量センサ1が完成する。以上説明したような本製造方法は、前工程、すなわち半導体プロセスにおいてウェハ200に流体流路71を形成して流量センサ1を単一ウェハ上に作り上げるボトムアップ式製造技術に属するものである。   Thus, the third step is performed, and then the fourth step is performed. Specifically, first, the wafer 200 is diced into individual pieces, thereby obtaining a plurality of workpieces shown in FIGS. Next, each of the plurality of workpieces is bonded to the lead frame 5 via an adhesive. In addition, the electric circuit unit 4 is mounted on the lead frame 5. In addition, the three thin film resistors 3a, 3b, and 8 are electrically connected to the electric circuit unit 4 through different electrode pairs 9, 10, and 11 disposed on the surface 2a of the substrate 2 by the bonding wire 13, respectively. Connecting. Then, sealing with the mold resin 6 is performed. Through the above steps, a plurality of flow sensors 1 are completed. This manufacturing method as described above belongs to the bottom-up manufacturing technique in which the fluid flow path 71 is formed in the wafer 200 in the previous step, that is, the semiconductor process, and the flow sensor 1 is formed on a single wafer.

以上、本実施形態に係る流量センサ1の製造方法について説明した。次に、上記で説明した本実施形態に係る流量センサ1の構成および製造方法による作用効果について説明する。   The manufacturing method of the flow sensor 1 according to this embodiment has been described above. Next, the effect of the structure and manufacturing method of the flow sensor 1 according to the present embodiment described above will be described.

上記で説明したように、本実施形態に係る流量センサ1は、以下の構成とされる。すなわち、流量センサ1は、基板2と、基板2の表面2a上に形成され、流体を通すための流路である流体流路71を構成する流路構成膜7と、基板2の表面2aに配置され、流体流路71を通る流体の流量を検出するセンシング部3とを有する構成とされる。流路構成膜7は、パターニングされた膜であり、凹部7aを有する。流体流路71は、凹部7aと基板2とによって囲まれた領域によって、流体を導入するための開口部である第1開口部71aおよび流体を外部に排出するための開口部である第2開口部71bを有する構成とされる。   As described above, the flow sensor 1 according to the present embodiment has the following configuration. That is, the flow rate sensor 1 is formed on the substrate 2, the flow path forming film 7 that forms the fluid flow path 71 that is a flow path for allowing fluid to pass through, and the surface 2 a of the substrate 2. The sensing unit 3 is disposed and detects the flow rate of the fluid passing through the fluid flow path 71. The flow path constituting film 7 is a patterned film and has a recess 7a. The fluid flow path 71 includes a first opening 71a that is an opening for introducing a fluid and a second opening that is an opening for discharging the fluid to the outside by a region surrounded by the recess 7a and the substrate 2. It is set as the structure which has the part 71b.

このように、本実施形態に係る流量センサ1では、1枚の基板2の表面2a上に流路構成膜7が形成された構成とされるため、流量センサ1の小型化が可能となる。また、本実施形態に係る流量センサ1の製造においては、上記したように、半導体プロセスにおいてウェハ200に流体流路71を形成して流量センサ1を単一ウェハ上に作り上げるボトムアップ式製法技術によって製造することができる。このため、半導体プロセスによって複数の流量センサ1について同時に加工を行うことが可能となる。よって、本実施形態に係る流量センサ1の製造においては、上記した従来技術のように複数の部材についてそれぞれ別個の製造工程において別個に加工することなく、同時に複数の流量センサ1を製造することができる。これにより、本実施形態に係る流量センサ1では、従来よりも製造工程を簡略化することができる。   As described above, the flow rate sensor 1 according to the present embodiment has a configuration in which the flow path constituting film 7 is formed on the surface 2a of the single substrate 2, and thus the flow rate sensor 1 can be downsized. Further, in the manufacture of the flow sensor 1 according to the present embodiment, as described above, by the bottom-up manufacturing technique in which the fluid flow path 71 is formed in the wafer 200 and the flow sensor 1 is formed on a single wafer in the semiconductor process. Can be manufactured. For this reason, it becomes possible to process several flow sensors 1 simultaneously by a semiconductor process. Therefore, in the manufacture of the flow sensor 1 according to the present embodiment, a plurality of flow sensors 1 can be manufactured at the same time without separately processing a plurality of members in separate manufacturing steps as in the conventional technique described above. it can. Thereby, in the flow sensor 1 which concerns on this embodiment, a manufacturing process can be simplified rather than before.

上記で説明したように、本実施形態に係る製造方法は、表面2aを有する基板2と、第1開口部71aおよび第2開口部71bを有する構成とされた流体流路71と、センシング部3とを有する流量センサの製造方法であって、以下の特徴を有する。すなわち、本実施形態に係る製造方法では、第1工程として、まず、複数の流量センサ1の基板2を構成する部材として、表面200aを有する板状のウェハ200を用意する。そして、ウェハ200の表面200aにおいて、複数の流量センサ1それぞれに対応した複数のセンシング部3を配置する。第1工程ののちの第2工程として、ウェハ200の表面200aのうち、複数の流量センサ1に対応する複数の流体流路71が形成される部分に第1膜201を形成する。また、第1膜201のうち第1開口部71aに相当する部分および第2開口部71bに相当する部分を外部に露出させつつ、ウェハ200と共に第1膜201を覆い囲むように、ウェハ200の表面200aに配置された第2膜202を形成する。第2工程ののちの第3工程として、第1膜201を除去することで、ウェハ200と第2膜202とによって囲まれた領域において、第1開口部71aおよび第2開口部71bを有する流体流路71を形成する。そして、第3工程ののちの第4工程として、ウェハ200をダイシングして個片化することで複数の流量センサ1を得ている。   As described above, the manufacturing method according to the present embodiment includes the substrate 2 having the surface 2a, the fluid flow path 71 having the first opening 71a and the second opening 71b, and the sensing unit 3. And a flow rate sensor having the following characteristics. That is, in the manufacturing method according to this embodiment, as a first step, first, a plate-like wafer 200 having a surface 200a is prepared as a member constituting the substrate 2 of the plurality of flow rate sensors 1. Then, on the surface 200 a of the wafer 200, a plurality of sensing units 3 corresponding to the plurality of flow rate sensors 1 are arranged. As a second step after the first step, the first film 201 is formed on a portion of the surface 200a of the wafer 200 where a plurality of fluid flow paths 71 corresponding to the plurality of flow rate sensors 1 are formed. Further, the portion of the first film 201 that surrounds the first film 201 together with the wafer 200 is exposed to the outside while the portion corresponding to the first opening 71a and the portion corresponding to the second opening 71b are exposed to the outside. A second film 202 is formed on the surface 200a. As a third step after the second step, a fluid having the first opening 71a and the second opening 71b in a region surrounded by the wafer 200 and the second film 202 by removing the first film 201. A flow path 71 is formed. Then, as a fourth step after the third step, the plurality of flow rate sensors 1 are obtained by dicing the wafer 200 into pieces.

このため、半導体プロセスによって複数の流量センサ1について同時に加工を行うことが可能となる。よって、本実施形態に係る流量センサ1の製造においては、上記した従来技術のように複数の部材についてそれぞれ別個の製造工程において別個に加工することなく、同時に複数の流量センサ1を製造することができる。   For this reason, it becomes possible to process several flow sensors 1 simultaneously by a semiconductor process. Therefore, in the manufacture of the flow sensor 1 according to the present embodiment, a plurality of flow sensors 1 can be manufactured at the same time without separately processing a plurality of members in separate manufacturing steps as in the conventional technique described above. it can.

(第2実施形態)
本発明の第2実施形態について図10を参照して説明する。本実施形態は、第1実施形態に係る流量センサ1に対して、流路構成膜7の材質を変更すると共に、第1実施形態における製造方法の第2工程を変更したものである。その他に関しては第1実施形態と同様であるため、ここでは基本的には異なる部分のみを説明する。なお、図10の各図(図10(a)〜図10(c))は、製造工程中におけるウェハ200のうち1つの流量センサ1に相当する部分のみを示してある。
(Second Embodiment)
A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the material of the flow path constituent film 7 is changed with respect to the flow sensor 1 according to the first embodiment, and the second step of the manufacturing method in the first embodiment is changed. Since other aspects are the same as those in the first embodiment, only different parts are basically described here. 10 (FIGS. 10A to 10C) shows only a portion corresponding to one flow sensor 1 in the wafer 200 during the manufacturing process.

第1実施形態に係る流量センサ1では、流路構成膜7をポリシリコンで構成していたが、本実施形態では、流路構成膜7をネガ型のフォトレジストで構成している。ネガ型のフォトレジストは、一般的に用いられているものであって、光によって溶解性が変化する組成物のうち、露光されると現像液に対して溶解性が低下し、現像後に露光部分が残ることとなるものである。   In the flow rate sensor 1 according to the first embodiment, the flow path constituting film 7 is made of polysilicon, but in this embodiment, the flow path constituting film 7 is made of a negative photoresist. Negative type photoresists are commonly used. Among compositions whose solubility is changed by light, when exposed to light, the solubility in the developer is lowered, and the exposed portion after development is exposed. Will remain.

そして、第1実施形態のおける製造方法の第2工程では、まず、図10(a)に示すように、ウェハ200の表面200a上に、第1膜201および第2膜202の形成材料としてのネガ型のフォトレジストを成膜する。   Then, in the second step of the manufacturing method according to the first embodiment, first, as shown in FIG. 10A, as a material for forming the first film 201 and the second film 202 on the surface 200 a of the wafer 200. A negative photoresist is formed.

そののち、フォトレジストのうち第1膜201に相当する部分を露光せずに第2膜202に相当する部分を露光する。具体的には、ウェハ200の表面200aに対する法線の方向(図10(b)の紙面の上下方向。以下、単に上下方向という)から見て、フォトレジストにおいて、複数の流量センサ1に対応する複数の流体流路71が形成される部分(以下、レジスト流路部分という)については、上下方向の途中までの部分のみを露光する。すなわち、図10(b)に示すように、ウェハ200の表面200aから遠い側を露光せずに近い側を露光する。また、レジスト流路部分の両側に位置する周辺部分(以下、レジスト流路周辺部分という)については、厚み分全域を露光する。すなわち、図10(b)に示すように、レジスト流路周辺部分のうちのウェハ200の表面200aから遠い側の一面より近い側の一面までの全部を露光する。このとき、ウェハ200の表面200aに対する法線の方向から見て、レジスト流路部分がフォトレジストの一端から該一端と反対側の他端まで形成されるようにする。つまり、フォトレジストの両端面において、レジスト流路部分を露出させる。   After that, the portion corresponding to the second film 202 is exposed without exposing the portion corresponding to the first film 201 in the photoresist. Specifically, the photoresist corresponds to a plurality of flow rate sensors 1 when viewed from the direction of the normal to the surface 200a of the wafer 200 (the vertical direction of the paper surface of FIG. 10B, hereinafter simply referred to as the vertical direction). With respect to a portion where the plurality of fluid flow paths 71 are formed (hereinafter referred to as a resist flow path portion), only the part up to the middle in the vertical direction is exposed. That is, as shown in FIG. 10B, the side far from the surface 200a of the wafer 200 is exposed without exposing the side far from the surface 200a. In addition, a peripheral portion located on both sides of the resist channel portion (hereinafter referred to as a resist channel peripheral portion) is exposed for the entire thickness. That is, as shown in FIG. 10B, the entire resist channel peripheral portion is exposed to one surface closer to one surface farther from one surface far from the surface 200a of the wafer 200. At this time, the resist channel portion is formed from one end of the photoresist to the other end opposite to the one end as seen from the direction of the normal to the surface 200a of the wafer 200. That is, the resist flow path portions are exposed on both end faces of the photoresist.

なお、フォトレジストにおいて上下方向の途中までの部分のみを露光する方法としては、例えば、光の一部を遮るためのスリット部もしくは半透過部を有するマスクを用いることができる。すなわち、光を全部遮る部分、光が全く遮らない部分、および光の一部を遮る部分を有するマスクを用いる。そして、マスクのうちフォトレジストにおける第1膜201とする部分と対応する部分を光の一部を遮る部分とし、それ以外の部分を光が全く遮らない部分とする。これにより、第1膜201とする部分においては減光されて、フォトレジストのうちの上下方向の途中までしか露光されず、それ以外の部分においてはフォトレジストの上下方向の全域が露光されるようにできる。   As a method for exposing only a part of the photoresist up to the middle in the vertical direction, for example, a mask having a slit portion or a semi-transmissive portion for blocking a part of light can be used. That is, a mask having a part that blocks all light, a part that does not block light at all, and a part that blocks part of light is used. Then, a portion of the mask corresponding to the portion of the photoresist that forms the first film 201 is a portion that blocks a part of the light, and the other portion is a portion that does not block the light at all. As a result, the portion to be the first film 201 is dimmed so that only the middle of the photoresist in the vertical direction is exposed, and in the other portions, the entire region in the vertical direction of the photoresist is exposed. Can be.

上記で説明したようにフォトレジストを露光することで、レジスト流路部分のうちウェハ200の表面200aから近い側の露光されていない部分を第1膜201とする。また、レジスト流路部分のうちウェハ200の表面200aから遠い側の露光された部分およびレジスト流路周辺部分を第2膜202とする。   By exposing the photoresist as described above, a portion of the resist flow path portion that is not exposed on the side near the surface 200a of the wafer 200 is defined as the first film 201. In addition, the exposed portion on the side far from the surface 200 a of the wafer 200 and the peripheral portion of the resist flow channel in the resist flow channel portion are referred to as a second film 202.

これにより、フォトレジストによって複数の流量センサ1それぞれに対応した複数の流体流路71が形成される部分に第1膜201を形成すると共に、その第1膜201を覆うように第2膜202を形成することができる。そして、第1膜201のうち第1開口部71aに相当する部分および第2開口部71bに相当する部分を外部に露出させることができる。   As a result, the first film 201 is formed on the portion where the plurality of fluid flow paths 71 corresponding to the plurality of flow sensors 1 are formed by the photoresist, and the second film 202 is formed so as to cover the first film 201. Can be formed. A portion corresponding to the first opening 71a and a portion corresponding to the second opening 71b in the first film 201 can be exposed to the outside.

また、第3工程では、図10(c)に示すように、フォトレジストのうち露光されていない部分である第1膜201を現像液によって溶かす。これにより、ウェハ200と第2膜202とによって囲まれた領域において、第1開口部71aおよび第2開口部71bを有する流体流路71を形成する。   In the third step, as shown in FIG. 10C, the first film 201, which is an unexposed portion of the photoresist, is dissolved with a developer. As a result, in the region surrounded by the wafer 200 and the second film 202, the fluid flow path 71 having the first opening 71a and the second opening 71b is formed.

以上説明したように、フォトレジストを用いて第1膜201および第2膜202を構成することもできる。このようにしても、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。   As described above, the first film 201 and the second film 202 can also be formed using a photoresist. Even if it does in this way, the effect similar to 1st Embodiment can be acquired.

(他の実施形態)
本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した範囲内において適宜変更が可能である。
(Other embodiments)
The present invention is not limited to the embodiment described above, and can be appropriately changed within the scope described in the claims.

例えば、図11、図12に示すように、第1実施形態に係る流量センサ1において、流体流路71を、流体の向きを変えることで慣性の働きにより流体に含まれた異物を流体から分離するためのバイパス流路部72を有する構成としてもよい。具体的には、流体流路71を直線状の主通路に対してそれから分岐したバイパス流路部72を備えるようにし、異物が含まれた流体が主通路を通過する際に異物を慣性によって直線状に移動させ、バイパス流路部72に入り込まないようにする。流体の一部は、圧力差によりセンシング部3に導かれる。これにより、バイパス流路部72に流体のみが導かれ、異物がセンシング部3側に移動させられないようにすることが可能となる。したがって、異物がセンシング部に衝突し難くなり、センシング部3が破損する等の不具合が生じ難くなる。なお、バイパス流路部72へは、主通路に対して所定の比率で流体が流れることになるため、バイパス流路部72を通る流体の流量をセンシング部3で検出することで、流体流路71に流れる流体の全体流量を検出可能である。   For example, as shown in FIG. 11 and FIG. 12, in the flow sensor 1 according to the first embodiment, the fluid flow path 71 separates foreign matter contained in the fluid by the action of inertia by changing the direction of the fluid. It is good also as a structure which has the bypass flow-path part 72 for doing. Specifically, the fluid flow path 71 is provided with a bypass flow path portion 72 branched therefrom with respect to the straight main passage, and when the fluid containing foreign matter passes through the main passage, the foreign matter is straightened by inertia. So that it does not enter the bypass channel 72. A part of the fluid is guided to the sensing unit 3 by a pressure difference. Thereby, it is possible to prevent only the fluid from being guided to the bypass flow path portion 72 and moving foreign matter to the sensing portion 3 side. Therefore, it is difficult for foreign matter to collide with the sensing unit, and problems such as damage to the sensing unit 3 are less likely to occur. In addition, since the fluid flows to the bypass channel 72 at a predetermined ratio with respect to the main channel, the flow rate of the fluid passing through the bypass channel 72 is detected by the sensing unit 3 so that the fluid channel The total flow rate of the fluid flowing through 71 can be detected.

また、図13、図14に示すように、第1実施形態に係る流量センサ1において、複数のセンシング部3が設けられ、流体流路71が流路構成膜7によって複数のセンシング部3のそれぞれに設けられるように構成してもよい。この場合、複数のセンシング部3のそれぞれに構成された流体流路71において、それぞれ流体を通すことで同時に複数の流体の流量を検出することができる。なお、このとき、各流体流路に同じ種類の流体を通してもよいし、流体流路ごとに異なる種類の流体を通してもよい。   Further, as shown in FIGS. 13 and 14, in the flow sensor 1 according to the first embodiment, a plurality of sensing units 3 are provided, and a fluid flow path 71 is provided by each of the plurality of sensing units 3 by the flow path constituting film 7. You may comprise so that it may be provided. In this case, it is possible to detect the flow rates of the plurality of fluids simultaneously by passing the fluids in the fluid flow paths 71 configured in the plurality of sensing units 3 respectively. At this time, the same type of fluid may be passed through each fluid channel, or different types of fluid may be passed through each fluid channel.

2 基板
3a、3b 薄膜抵抗体
7 流路構成膜
71 流体流路
71a 第1開口部
71b 第2開口部
72 バイパス流路部
8 薄膜抵抗体
12 整流板
200 ウェハ
2 Substrate 3a, 3b Thin film resistor 7 Flow path component film 71 Fluid flow path 71a First opening 71b Second opening 72 Bypass flow path 8 Thin film resistor 12 Rectification plate 200 Wafer

Claims (8)

表面(2a)を有する基板(2)と、
被検出体である流体を導入するための開口部である第1開口部(71a)および前記流体を外部に排出するための開口部である第2開口部(71b)を有する構成とされた、前記第1開口部から導入された前記流体を通すための流路である流体流路(71)と、
前記基板の表面に配置されて、前記流体流路を通る前記流体の流量を検出するセンシング部(3)と、を有する構成とされた流量センサの製造方法であって、
複数の前記流量センサの前記基板を構成する部材として、表面(200a)を有する板状のウェハ(200)を用意し、前記ウェハの表面において、複数の前記流量センサそれぞれに対応した複数の前記センシング部を配置する第1工程と、
前記第1工程ののちに、
前記ウェハの表面のうち、複数の前記流量センサに対応する複数の前記流体流路が形成される部分に第1膜(201)を形成すると共に、前記第1膜のうち前記第1開口部に相当する部分および前記第2開口部に相当する部分を外部に露出させつつ、前記ウェハと共に前記第1膜を覆い囲むように、前記ウェハの表面に配置された膜である第2膜(202)を形成する第2工程と、
前記第2工程ののちに、
前記第1膜を除去することで、前記ウェハと前記第2膜とによって囲まれた領域において、前記第1開口部および前記第2開口部を有する前記流体流路を形成する第3工程と、
前記第3工程の後に、
前記ウェハをダイシングして個片化することで複数の前記流量センサを得る第4工程と、を有することを特徴とする流量センサの製造方法。
A substrate (2) having a surface (2a);
The first opening (71a) that is an opening for introducing a fluid that is a detection target and the second opening (71b) that is an opening for discharging the fluid to the outside, A fluid flow path (71) which is a flow path for passing the fluid introduced from the first opening;
A sensing unit (3) that is disposed on a surface of the substrate and detects the flow rate of the fluid passing through the fluid flow path, and a method for manufacturing a flow rate sensor,
A plate-like wafer (200) having a surface (200a) is prepared as a member constituting the substrate of the plurality of flow sensors, and a plurality of the sensings corresponding to the plurality of flow sensors on the surface of the wafer are prepared. A first step of arranging the parts;
After the first step,
A first film (201) is formed on a portion of the surface of the wafer where a plurality of fluid flow paths corresponding to the plurality of flow sensors are formed, and the first film is formed in the first opening. A second film (202) that is a film disposed on the surface of the wafer so as to surround the first film together with the wafer while exposing a corresponding part and a part corresponding to the second opening to the outside. A second step of forming
After the second step,
A third step of forming the fluid flow path having the first opening and the second opening in a region surrounded by the wafer and the second film by removing the first film;
After the third step,
And a fourth step of obtaining a plurality of the flow sensors by dicing the wafer into individual pieces.
前記第2工程では、
前記ウェハの表面上に、前記第1膜の形成材料を成膜したのち、前記第1膜の形成材料をエッチングによりパターニングして、複数の前記流量センサそれぞれに対応した複数の前記流体流路が形成される部分に前記第1膜を形成し、そののちに、前記第1膜の表面を含む前記ウェハの上に前記第2膜の形成材料を成膜したのち、前記第2膜の形成材料をエッチングによりパターニングして前記第1膜のうち前記第1開口部に相当する部分および前記第2開口部に相当する部分を外部に露出させることを特徴とする請求項1に記載の流量センサの製造方法。
In the second step,
After forming the first film forming material on the surface of the wafer, the first film forming material is patterned by etching, and a plurality of fluid flow paths corresponding to the plurality of flow sensors are formed. The first film is formed on the portion to be formed, and then the second film forming material is formed on the wafer including the surface of the first film, and then the second film forming material is formed. 2. The flow sensor according to claim 1, wherein a portion corresponding to the first opening and a portion corresponding to the second opening of the first film are exposed to the outside by patterning by etching. Production method.
前記第2工程では、
前記ウェハの表面上に、前記第1膜および前記第2膜の形成材料としてのネガ型のフォトレジストを成膜したのち、前記フォトレジストのうち前記第1膜に相当する部分を露光せずに前記第2膜に相当する部分を露光することで、前記フォトレジストによって複数の前記流量センサそれぞれに対応した複数の前記流体流路が形成される部分に前記第1膜を形成すると共に前記第2膜を形成し、前記第1膜のうち前記第1開口部に相当する部分および前記第2開口部に相当する部分を外部に露出させることを特徴とする請求項1に記載の流量センサの製造方法。
In the second step,
After forming a negative photoresist as a material for forming the first film and the second film on the surface of the wafer, a portion corresponding to the first film in the photoresist is not exposed. By exposing a portion corresponding to the second film, the first film is formed in a portion where the plurality of fluid flow paths corresponding to the plurality of flow sensors are formed by the photoresist, and the second film is formed. 2. The flow sensor according to claim 1, wherein a film is formed, and a portion corresponding to the first opening and a portion corresponding to the second opening of the first film are exposed to the outside. Method.
前記流体流路のおける前記ウェハの表面に対する法線の方向の高さである流路深さを50μm以下とすることを特徴とする請求項1ないし3のいずれか1つに記載の流量センサの製造方法。   4. The flow rate sensor according to claim 1, wherein a flow path depth which is a height in a direction of a normal to the surface of the wafer in the fluid flow path is set to 50 μm or less. 5. Production method. 基板(2)と、
前記基板の表面上にパターニングされた膜で構成され、凹部(7a)を有し、該凹部と前記基板とによって囲まれた領域によって、被検出体である流体を導入するための開口部である第1開口部(71a)および前記流体を外部に排出するための開口部である第2開口部(71b)を有する構成とされた流体流路(71)を構成する流路構成膜(7)と、
前記基板の表面に配置され、前記流体流路を通る前記流体の流量を検出するセンシング部(3)と、を有することを特徴とする流量センサ。
A substrate (2);
It is an opening for introducing a fluid to be detected by a region that is formed of a film patterned on the surface of the substrate, has a recess (7a), and is surrounded by the recess and the substrate. A flow path constituting film (7) constituting a fluid flow path (71) having a first opening (71a) and a second opening (71b) which is an opening for discharging the fluid to the outside. When,
A flow rate sensor comprising: a sensing unit (3) disposed on a surface of the substrate and detecting a flow rate of the fluid passing through the fluid flow path.
前記流体流路が、前記流体の向きを変えることで慣性の働きにより前記流体に含まれた異物を前記流体から分離するためのバイパス流路部(72)を有する構成とされており、
前記センシング部が、前記バイパス流路部を通る前記流体の流量を検出する構成とされていることを特徴とする請求項5に記載の流量センサ。
The fluid channel is configured to have a bypass channel part (72) for separating foreign matter contained in the fluid from the fluid by the action of inertia by changing the direction of the fluid,
The flow rate sensor according to claim 5, wherein the sensing unit is configured to detect a flow rate of the fluid passing through the bypass flow path unit.
複数の前記センシング部を有し、
前記流体流路が、前記流路構成膜によって前記複数のセンシング部のそれぞれに構成されていることを特徴とする請求項5または6に記載の流量センサ。
A plurality of the sensing units;
The flow sensor according to claim 5, wherein the fluid flow path is configured in each of the plurality of sensing units by the flow path forming film.
前記流体流路における前記基板の表面に対する法線の方向の高さである流路深さが50μm以下とされていることを特徴とする請求項5ないし7のいずれか1つに記載の流量センサ。   8. The flow sensor according to claim 5, wherein a flow path depth that is a height in a direction of a normal to the surface of the substrate in the fluid flow path is 50 μm or less. .
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