JP2015175723A - Flow sensor and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
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
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
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
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.
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
The
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/m3]、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
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
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P1、P3、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
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
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
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
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
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
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
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
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-
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
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
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
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
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
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
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
(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
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
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
Claims (8)
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.
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.
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