JP2550435B2 - 流速センサ - Google Patents

流速センサ

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JP2550435B2
JP2550435B2 JP2276375A JP27637590A JP2550435B2 JP 2550435 B2 JP2550435 B2 JP 2550435B2 JP 2276375 A JP2276375 A JP 2276375A JP 27637590 A JP27637590 A JP 27637590A JP 2550435 B2 JP2550435 B2 JP 2550435B2
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昭司 上運天
光彦 長田
敬 黒澤
友繁 山本
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Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、気体の流速を測定する流速センサに係わ
り、特にダイアフラム構造の流速センサに関するもので
ある。
[従来の技術] 一般に気体の流速測定には、各種の構造の流速センサ
が提案されており、その1つとしては例えば特開昭60−
142268号公報には、半導体製造技術を用いて製作された
熱式流速センサが提案されている。この熱式流速センサ
は、第3図に要部拡大平面図で示すように半導体基板1
にこの半導体基板1と熱的に絶縁する空隙部2を介して
薄膜状のブリッジ部3が形成されており、このブリッジ
部3上の表面中央部にはヒータエレメント4およびこの
ヒータエレメント4の両側に熱感知用の測温抵抗エレメ
ント5,6が形成されて構成されている。なお、7は空隙
部2に連通された開口である。
このように構成される流速センサは、ヒータエレメン
ト4に電流を流して加熱し、気体の流れの中に置いたと
きに矢印方向8から気体が移動すると、上流側の測温抵
抗エレメント5は気体の流れよって冷却されて降温し、
一方、下流側の測温抵抗エレメント6は温度が上昇す
る。この結果、上流側の測温抵抗エレメント5と下流側
の測温抵抗エレメント6との間に温度差が生じ、抵抗値
が変化する。このため、上流側の測温抵抗エレメント5
と下流側の測温抵抗エレメント6とをホイートストンブ
リッジ回路に組み込み、その抵抗値の変化を電圧に変換
することにより、気体の流速に応じた電圧出力が得ら
れ、その結果、気体の流速を検出することができる。
[発明が解決しようとする課題] しかしながら、従来の流速センサは、ブリッジ部3上
の表面に形成されたヒータエレメント4および測温抵抗
エレメント5,6において、実際に感熱部,発熱部として
動作する部分以外は固定抵抗分による感度劣化を防ぎ、
消費電力を抑えるために抵抗体パターンを幅広に形成し
ていたが、この幅広部分はブリッジ部3に形成されたヒ
ータエレメント4および測温抵抗エレメント5,6におい
て実際に発熱部,感温部として動作する部分の極近傍か
ら半導体基板1の肉厚部にまたがって形成されていたの
で、半導体基板1の厚肉部へ熱が多く逃げてしまい、測
温抵抗エレメント5,6による検出感度およびヒータエレ
メント4の消費電力などの点において無駄が多く、ま
た、気体の熱伝導率の違いによる零点のずれや体積流量
に対する感度のずれが大きいという問題があった。
[課題を解決するための手段] このような課題を解決するために本発明による第1の
流速センサは、ダイアフラム部における発熱体の抵抗体
パターンの幅広部と発熱体の主部との間にスリットを形
成配置したものである。また、本発明による第2の流速
センサは、ダイアフラム部における測温抵抗体の抵抗体
パターンの幅広部と測温抵抗体の主部との間にスリット
を形成配置したものである。
[作用] 本発明においては、抵抗体パターンを通しての薄肉部
から基台への熱伝導を低下させる。
[実施例] 以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明す
る。
第1図は本発明による流速センサの一実施例による概
略構成を説明する平面図であり、前述の図と同一または
相当部分には同一符号を付しその説明は省略する。同図
において、半導体基板1の表面中央部分には、この半導
体基板1に対して空隙部2を介して熱的に絶縁された薄
肉状のダイアフラム部3aが形成されており、このダイア
フラム部3aの中央部分には、ヒータエレメント4が形成
され、さらにこのヒータエレメント4の両側にはそれぞ
れ独立した測温抵抗エレメント5,6が形成されている。
また、この半導体基板1上の表面には、この半導体基板
1のエッチングのための多数のスリット11が開設され、
ヒータエレメント4および測温抵抗エレメント5,6の周
辺部を、その半導体基板1の表面に開設された多数の細
かいスリット11を介して例えば異方性エッチングを行う
ことにより、内側に逆台形状の空気スペースを有する空
隙部2が形成されている。これによってこの空隙部2の
上部には、半導体基板1からダイアフラム状に空間的に
隔離され、この半導体基板1からヒータエレメント4お
よび両側の測温抵抗エレメント5,6が熱的に絶縁されて
支持されたダイアフラム部3aが形成される構造となって
いる。なお、111,112,113,114,115はダイアフラム部3a
において、風上側から風下側に向かって各測温抵抗エレ
メント5,ヒータエレメント4,測温抵抗エレンメント6の
配列前後に空隙部2と連通して連続的に開設されたスリ
ット部である。そして、ダイアフラム部3aの表面に設け
られた上流側測温抵抗エレメント5,下流側測温抵抗エレ
メント6およびヒータエレメント4は、気体の流れる方
向8と交差する流手方向の各抵抗体パターンが風上側か
ら風下側方向に向かってほぼ同一長さでかつ等間隔を有
し、しかも各抵抗体パターンの長さ方向寸法がダイアフ
ラム部3aの幅の約1/2程度の大きさで形成されている。
また、このヒータエレメント4は、第2図の要部拡大平
面図で示すようにその抵抗体パターンの外部回路接続用
端子41,42およびコモン端子43に結合されるパターン幅
広部4a,4b,4c,4dがヒータエレメント4の主部から一定
距離離間して破線で囲んで示されるダイアフラム部3aと
半導体基板1の厚肉部とに跨って形成されている。つま
りヒータレメント4の単部から半導体基板1境界部まで
の距離をL1としたとき、各パターン幅広部4a,4b,4c,4d
がヒータエレメント4の端部から少なくとも1≧L1/2以
上離間されて形成されている。また、このダイアフラム
部3aに設けられた上流側の測温抵抗エレメント5は、そ
の抵抗体パターンの幅広部5a,5b,5c,5dが上記同様にこ
の上流側の測温抵抗エレメント5の主部から一定距離離
間してダイアフラム部3aと半導体基板1の厚肉部とに跨
って形成されている。この場合も測温抵抗エレメント5
の部から半導体基板1境界部までの距離をL2としたと
き、各抵抗体パターンの幅広部5a,5b,5c,5dが測温抵抗
エレメント5の端部から少なくとも1≧L2/2以上離間さ
れて形成されている。なお、51,52は外部回路接続用端
子、53は中継用パターンである。さらにこのダイアフラ
ム部3aに設けられた下流側測温抵抗エレメント6は、そ
の抵抗体パターンの幅広部6a,6b,6c,6dが上記同様に下
流側測温抵抗エレメント6の主部から一定距離離間して
ダイアフラム部3aと半導体基板1の厚肉部とに跨って形
成されている。この場合も上記同様に各抵抗体パターン
の幅広部6a,6b,6c,6dが測温抵抗エレメント6の端部か
ら少なくとも1≧L2/2以上離間されて形成されている。
なお、61は外部回路接続用端子であり、この外部回路接
続用端子61に対応する他方の外部回路接続用端子は上流
側測温抵抗エレメント5の外部回路接続用端子52と共通
となっている。62は中継用パターンである。また、これ
らの抵抗体パターンのパターン幅広部4a〜4d,5a〜5d,6a
〜6dは、各エレメント4,5,6の形成と同一工程で例えば
パーマロイ,白金などの積層金属膜により形成され、さ
らに抵抗値を小さくするために部分的に表面に金などの
薄膜が形成されている。
このような構成によると、ヒータエレメント4,上流側
測温抵抗エレメント5,下流側測温抵抗エレメント6は、
その各抵抗体パターン幅広部4a〜4d,5a〜5d,6a〜6dをそ
れぞれエレメントの主部から一定距離離間して設けたこ
とにより、このダイアフラム部3aの部材よりも数倍も熱
伝導率の高い抵抗体パターンを介ざて半導体基板1に逃
げる熱量が少なくなり、ダイアフラム部3aの熱絶縁が極
めて良くなる。したがってヒータエレメント4において
は、消費電力が少なくなり、上流側測温抵抗エレメント
5,下流側測温抵抗エレメント6においては検出感度が向
上できるとともに気体の熱伝導率の違いによって生じる
零点のずれや体積流量に対する感度のずれが少なくな
る。また、各抵抗体パターン幅広部4a〜4d,5a〜5d,6a〜
6dとそれぞれのエレメントの主部との間のダイアフラム
部3aに複数のスリット11を設け、これらのスリット間に
各エレメント4,5,6の抵抗体パターンを挿通させて構成
したことにより、ダイアフラム部3aの熱絶縁をさらに良
くすることができるとともに、ダイアフラム部3aの機械
的強度を増大させることができる。
なお、前述した実施例においては、半導体基板の一部
に空隙部を設けて形成した薄肉部構造を、ダイアフラム
構造とした場合について説明したが、本発明はこれに限
定されるものではなく、マイクロブリッジ構造に適用し
ても前述とほぼ同等の効果が得られることは言うまでも
ない。
また、前述した実施例においては、基台として半導体
基板を用いた場合について説明したが、本発明はこれに
限定されるものではなく、例えばアルミニウム,ステン
レスなどの金属基板を用い、ダイアフラム部をSiO2,Si3
N4などの絶縁膜で形成しても上述と同様な効果が得られ
ることは言うまでもない。
さらに前述した実施例において、ダイアフラム部の構
造は、エッチッイングにより形成した場合について説明
したが、本発明は、これに限られるものではなく、エン
ドミル レーザなどにより加工形成した構造でも良く、
また、基板とダイアフラム部とを別々に製作し、両者を
張り合わせて形成した構成でも同様な効果が得られるこ
とはことは言うまでもない。
[発明の効果] 以上、説明したように本発明による第1の流速センサ
は、ダイアフラム部における発熱体の抵抗体パターンの
幅広部と発熱体の主部との間にスリットを形成配置した
ことにより、薄肉部の熱絶縁が大幅に向上し、抵抗体パ
ターンを通しての基台への熱伝導をさらに減少させ、薄
肉部の熱絶縁が最良となるとともに発熱体の計測に寄与
する割合が低い部分(リード部)の抵抗値を可能な限り
小さくすることができるので、発熱部の消費電力が減少
できるとともに高感度の流速検出が可能となる。また、
第2の流速センサは、ダイアフラム部における測温抵抗
体の抵抗体パターンの幅広部と測温抵抗体の主部との間
にスリットを形成配置したことにより、薄肉部の熱絶縁
が大幅に向上し、抵抗体パターンを通して基第への熱伝
導をさらに減少させ、薄肉部の熱絶縁が最良となるとと
もに測温抵抗体の計測に寄与する割合が低い部分(リー
ド部)の抵抗値を可能な限り小さくすることができるの
で、気体の熱伝導率に違いによって生じる零点のずれや
体積流量に対する感度のずれが少なくなり、高感度,高
精度の流速検出が可能となるなどの極めて優れた効果が
得られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による流速センサの一実施例による構成
を示す概略平面図、第2図は第1図の要部拡大平面図、
第3図は従来の流速センサの構成を示す要部平面図であ
る。 1……半導体基板、2……空隙部、3a……ダイアフラム
部、4……ヒータエレメント、41,42……外部回路接続
用端子、43……コモン端子、4a〜4d……パターン幅広
部、5……上流側測温抵抗エレメント、51,52……外部
回路接続用端子、53……中継用パターン、5a〜5d……パ
ターン幅広部、6……下流側測温抵抗エレメント、61
…外部回路接続用端子、62……中継用パターン、6a〜6d
……パターン幅広部、8……矢印方向、11……スリッ
ト、111,112,113,114,115……スリット部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山本 友繁 神奈川県藤沢市川名1丁目12番2号 山 武ハネウエル株式会社藤沢工場内 (56)参考文献 特開 昭61−88532(JP,A)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】基台と、前記基台の一部に空間を設けて薄
    肉状に形成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム
    部に気体の流れる方向と交差して形成された発熱体と、
    前記発熱体の両側にそれぞれ形成された測温抵抗体とを
    備え、前記ダイアフラム部における前記発熱体の抵抗体
    パターンの幅広部と前記発熱体の主部との間にスリット
    を形成配置したことを特徴とする流速センサ。
  2. 【請求項2】基台と、前記基台の一部に空間を設けて薄
    肉状に形成されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム
    部に気体の流れる方向と交差して形成された発熱体と、
    前記発熱体の両側にそれぞれ形成された測温抵抗体とを
    備え、前記ダイアフラム部における前記測温抵抗体の抵
    抗体パターンの幅広部と前記測温抵抗体の主部との間に
    スリットを形成配置したことを特徴とする流速センサ。
JP2276375A 1990-10-17 1990-10-17 流速センサ Expired - Lifetime JP2550435B2 (ja)

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