JP4548052B2

JP4548052B2 - Flow sensor and manufacturing method thereof

Info

Publication number: JP4548052B2
Application number: JP2004259254A
Authority: JP
Inventors: 直輝岸; 仁原
Original assignee: Yokogawa Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 2004-09-07
Filing date: 2004-09-07
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2024-09-07
Also published as: JP2006078188A

Description

本発明は、赤外線ガス分析計に使用されるフローセンサおよびその製造方法に関するものである。
更に詳しくは、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）の検出器として用いられ、２つのヒータ線を一定の間隔を保った状態でガスの流通路内に配置するようにしたフローセンサおよびその製造方法に関するものである。 The present invention relates to a flow sensor used in an infrared gas analyzer and a manufacturing method thereof.
More specifically, a flow sensor that is used as a detector of a non-dispersive infrared gas analyzer (NDIR) and that has two heater wires arranged in a gas flow path in a state of being spaced apart from each other, and its manufacture It is about the method.

従来、非分散型赤外線ガス分析計（ＮＤＩＲ）は、測定対象ガスと同じ吸収特性を示すガスが充填されると共に、測定セルに対して互いに直列的または並列的に配置される２つのガス室と、両ガス室を連通させるガス流通路と、当該ガス流通路内にガス流通路を遮るように設けられたフローサンサとを有しており、このフローセンサには、２つのヒータ線を一定の間隔を保った状態でガスの流通路内に配置するようにしたフローセンサが使用されている。
また、フローセンサにおける２つのヒータ線は、ブリッジ回路の２つの辺に挿入され、２つのガス室に入射する赤外線の強度差により発生するガスの流れを、ヒータ線の抵抗値変化として電気的に検出している。 Conventionally, a non-dispersive infrared gas analyzer (NDIR) is filled with a gas exhibiting the same absorption characteristics as the measurement target gas, and includes two gas chambers arranged in series or in parallel with each other with respect to the measurement cell. The gas flow passage for communicating the two gas chambers, and a flow sensor provided in the gas flow passage so as to block the gas flow passage. A flow sensor arranged in the gas flow path while maintaining the above is used.
In addition, the two heater wires in the flow sensor are inserted into two sides of the bridge circuit, and the flow of gas generated by the difference in the intensity of infrared rays incident on the two gas chambers is electrically expressed as a change in the resistance value of the heater wire. Detected.

図９は、従来のフローセンサの一例を示す構成図である。図において、１１０、１２０はそれぞれ蛇行状のヒータ線１１１、１２１を有するヒータ線基板、１３０、１４０、１５０はガラス板である。ヒータ線基板１１０、１２０およびガラス板１３０、１４０、１５０にはガス流通用の貫通孔１１２、１２２、１３１、１４１、１５１が設けられており、ヒータ線基板１１０、１２０およびガラス板１３０、１４０、１５０はこれらの貫通孔１１２、１２２、１３１、１４１、１５１の位置が一致するように重ねられる。
このため、２つのヒータ線１１１、１２１は中間のガラス板１４０の厚さに応じた間隔をもって保持され、ガスの流通路内に配置されることになる。 FIG. 9 is a configuration diagram illustrating an example of a conventional flow sensor. In the figure, 110 and 120 are heater wire substrates having meandering heater wires 111 and 121, respectively, and 130, 140 and 150 are glass plates. The heater wire substrates 110, 120 and the glass plates 130, 140, 150 are provided with through holes 112, 122, 131, 141, 151 for gas circulation, and the heater wire substrates 110, 120 and the glass plates 130, 140, 150 is overlapped so that the positions of these through holes 112, 122, 131, 141, 151 coincide.
For this reason, the two heater wires 111 and 121 are held at intervals according to the thickness of the intermediate glass plate 140 and are arranged in the gas flow passage.

また、１１３、１１４、１２３、１２４はヒータ線１１１、１２１の引出し電極であり、ヒータ線基板１１０およびガラス板１３０、１４０には、これらの引出し電極１１３、１１４、１２３、１２４の位置を避けるように切欠部１１５、１３２、１３３、１４２、１４３が設けられて、リード線が外部に引き出されている。 Reference numerals 113, 114, 123, and 124 are extraction electrodes for the heater wires 111 and 121, and the positions of the extraction electrodes 113, 114, 123, and 124 are avoided on the heater wire substrate 110 and the glass plates 130 and 140. Are provided with notches 115, 132, 133, 142, and 143, and lead wires are drawn to the outside.

図１０は、従来のフローセンサの他の例を示す構成図である。図に示す例は、半導体技術の同一プロセスにより形成された２つの金属薄膜ヒータ基板２１０、２２０を２段重ねて、フローセンサを構成したもので、それぞれのシリコン基板部２１１、２２１の表面に金属薄膜よりなるヒータ線２１２、２２２を形成するとともに、ヒータ線２１２、２２２の下部に位置するシリコン基板を異方性エッチングにより除去して、ガス流通用の貫通孔２１３、２２３を形成している。 FIG. 10 is a configuration diagram illustrating another example of a conventional flow sensor. In the example shown in the figure, two metal thin film heater substrates 210 and 220 formed by the same process of the semiconductor technology are stacked in two stages to form a flow sensor, and a metal is formed on the surface of each silicon substrate portion 211 and 221. The heater wires 212 and 222 made of a thin film are formed, and the silicon substrate located under the heater wires 212 and 222 is removed by anisotropic etching to form through holes 213 and 223 for gas flow.

したがって、このような金属薄膜ヒータ基板２１０、２２０を２段重ねることにより、２つのヒータ線２１２、２２２をシリコン基板部２１１の厚みに応じた間隔をもって保持し、ガスの流通路２３０内に配置することができる。 Therefore, by stacking such metal thin film heater substrates 210 and 220 in two stages, the two heater wires 212 and 222 are held at intervals according to the thickness of the silicon substrate portion 211 and arranged in the gas flow passage 230. be able to.

また、図１１に示す如く、２つの金属薄膜ヒータ基板２１０、２２０の相対位置を４５度回転させて重ね合わせることにより、基板の隅に設けた引出し電極２１４、２１５、２２４、２２５の位置をずらし、容易にリード線を取り出すことができる。 Further, as shown in FIG. 11, the positions of the extraction electrodes 214, 215, 224, and 225 provided at the corners of the substrates are shifted by overlapping the relative positions of the two metal thin film heater substrates 210 and 220 by rotating 45 degrees. The lead wire can be easily taken out.

特開２００２−０８１９８２号公報Japanese Patent Laid-Open No. 2002-081982

しかしながら、上記のようなフローセンサにおいては、次のような欠点を有している。
図９の装置においては、リード線の取り出しを容易にするために、大きさや形の異なる複数のヒータ線基板やガラス板を用意しなければならず、部品点数が多く、部品選択や組立が複雑であり、歩留まりを悪化させてしまうとともに、各基板に貫通孔を精度良く加工することは困難である。
図１０および図１１の装置においては、ヒータ線の間隔はフローセンサの性能を決める重要な要因であるにもかかわらず、シリコン基板の厚さによって一義的に決まってしまい、半導体プロセスからの制約により、大きな自由度を得ることができない。
また、ガスの流通路に電極やワイヤボンディング部分がむき出しとなり、電気的接続の劣化や不安定性を招く原因となってしまう。 However, the above flow sensor has the following drawbacks.
In the apparatus of FIG. 9, in order to make it easy to take out the lead wires, it is necessary to prepare a plurality of heater wire substrates and glass plates having different sizes and shapes, and there are a large number of parts, and parts selection and assembly are complicated. Thus, the yield is deteriorated and it is difficult to accurately process the through holes in each substrate.
In the apparatus of FIG. 10 and FIG. 11, although the heater wire interval is an important factor that determines the performance of the flow sensor, it is uniquely determined by the thickness of the silicon substrate, and is limited by the semiconductor process. , Can not get a great degree of freedom.
In addition, the electrodes and wire bonding portions are exposed in the gas flow path, leading to deterioration of electrical connection and instability.

本発明は、上記のような従来装置の欠点をなくし、部品点数を減らして、組立を容易にするとともに、ヒータ線の間隔を自由に設定することのできるフローセンサおよびその製造方法を実現することを目的としたものである。
また、ヒータ線の電極部分やボンディング部分が被測定ガスに曝されてしまうことのないフローセンサおよびその製造方法を実現することを目的としたものである。 The present invention eliminates the disadvantages of the conventional apparatus as described above, reduces the number of parts, facilitates assembly, and realizes a flow sensor that can freely set the interval between heater wires and a method for manufacturing the same. It is aimed at.
Another object of the present invention is to realize a flow sensor and a manufacturing method thereof in which the electrode portion and bonding portion of the heater wire are not exposed to the gas to be measured.

上記のような目的を達成するために、本発明の請求項１では、２つのヒータ線を一定の間隔を保った状態でガスの流通路内に配置するようにしたフローセンサにおいて、一方の面にヒータ線を有するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を設けた第１の半導体基板と、一方の面にヒータ線を有するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を設けた第２の半導体基板と、前記第１および第２の半導体基板にそれぞれ設けられたヒータ線を外部回路に接続するための配線パターンを有するとともにガス流通用の貫通孔が設けられたスペーサ基板とを具備し、これらの各基板をそれぞれの貫通孔の位置を合わせるように重ねるとともに、前記第１および第２の半導体基板をそのヒータ線を有する面が互いに前記スペーサ基板を介して対向するように配置し、前記スペーサ基板上の配線パターンを介して外部回路から前記第１および第２の半導体基板におけるヒータ線への配線を行うことを特徴とする。 In order to achieve the above object, according to claim 1 of the present invention, in one aspect of the flow sensor, two heater wires are arranged in a gas flow path in a state of maintaining a constant interval. A first semiconductor substrate having a heater wire on its lower surface and a through hole for gas flow at the bottom of the heater wire, and a heater wire on one surface and a through hole for gas flow at the bottom of the heater wire. Spacer substrate having a second semiconductor substrate provided and a wiring pattern for connecting the heater wires provided respectively on the first and second semiconductor substrates to an external circuit and provided with a through hole for gas flow comprising the door, along with superimposing these respective substrates to align the positions of the respective through-holes, said first and second of said semiconductor substrate surface having the heater wire to each other spacer substrate Via disposed so as to face, and performs the wiring to the heater lines in the first and second semiconductor substrate from the external circuit through the wiring pattern on the spacer substrate.

請求項２では、請求項１のフローセンサにおいて、前記第１および第２の半導体基板を同一の形状に形成するとともに、これらの基板を相対的な向きを変えて前記スペーサ基板に配置したことを特徴とする。 According to a second aspect of the present invention, in the flow sensor according to the first aspect, the first and second semiconductor substrates are formed in the same shape, and the substrates are arranged on the spacer substrate while changing their relative directions. Features.

請求項３では、請求項２のフローセンサにおいて、前記第１および第２の半導体基板は、相対的な向きを９０度回転させたことを特徴とする。 According to a third aspect of the present invention, in the flow sensor according to the second aspect, the first and second semiconductor substrates are rotated relative to each other by 90 degrees.

請求項４では、請求項１のフローセンサにおいて、前記スペーサ基板は、前記第１および第２の半導体基板における引出し電極部に対応する位置に穴を有し、この穴を通して前記引出し電極部と配線パターンとの接続を行うことを特徴とする。 According to claim 4, in the flow sensor according to claim 1, wherein the spacer substrate includes a hole at a position corresponding to the lead electrode portions in the first and second semiconductor substrate, wiring and the lead electrode portions through the holes The connection with the pattern is performed.

請求項５では、請求項４のフローセンサにおいて、前記引出し電極部と配線パターンとの接続をワイヤボンディングにより行うことを特徴とする。 According to a fifth aspect of the present invention , in the flow sensor according to the fourth aspect , the connection between the extraction electrode portion and the wiring pattern is performed by wire bonding.

請求項６では、請求項１乃至５のいずれかのフローセンサにおいて、前記スペーサ基板は、両面プリント板であることを特徴とする。 According to a sixth aspect of the present invention , in the flow sensor according to any one of the first to fifth aspects, the spacer substrate is a double-sided printed board.

請求項７では、請求項１乃至６のいずれかのフローセンサにおいて、前記スペーサ基板は、熱絶縁性の高い材料により構成されたことを特徴とする。 According to a seventh aspect of the present invention , in the flow sensor according to any one of the first to sixth aspects, the spacer substrate is made of a material having high thermal insulation.

請求項８では、請求項１乃至７のいずれかのフローセンサにおいて、前記第１および第２の半導体基板は、シール材を介して前記スペーサ基板に固定されることを特徴とする。 According to an eighth aspect of the present invention , in the flow sensor according to any one of the first to seventh aspects, the first and second semiconductor substrates are fixed to the spacer substrate via a sealing material.

請求項９では、請求項８のフローセンサにおいて、前記シール材は、前記貫通孔を囲む環状であることを特徴とする。 According to a ninth aspect of the present invention , in the flow sensor according to the eighth aspect , the sealing material is an annular shape surrounding the through hole.

請求項１０では、２つのヒータ線を一定の間隔を保った状態でガスの流通路内に配置するようにしたフローセンサの製造方法において、第１の半導体基板の一方の面にヒータ線を形成するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を形成し、第２の半導体基板の一方の面にヒータ線を形成するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を形成し、スペーサ基板に前記第１および第２の半導体基板にそれぞれ形成されたヒータ線を外部回路に接続するための配線パターンを形成するとともにガス流通用の貫通孔を形成し、これらの各基板をそれぞれの貫通孔の位置を合わせるように重ねるとともに、前記第１および第２の半導体基板がそのヒータ線を有する面が互いに前記スペーサ基板を介して対向するように配置し、前記スペーサ基板上の配線パターンを介して外部回路から前記第１および第２の半導体基板におけるヒータ線への配線を行うことを特徴とする。 According to a tenth aspect of the present invention, there is provided a flow sensor manufacturing method in which two heater wires are arranged in a gas flow path in a state where a predetermined interval is maintained, and the heater wires are formed on one surface of the first semiconductor substrate. And forming a through hole for gas flow in the lower part of the heater wire, forming a heater line in one surface of the second semiconductor substrate and forming a through hole for gas flow in the lower part of the heater line, A wiring pattern for connecting the heater wires respectively formed on the first and second semiconductor substrates to the external circuit is formed on the spacer substrate, and a through hole for gas flow is formed. with overlap to align the through-holes, arranged so that said first and face the second semiconductor substrate having the heater wire is opposed through the spacer substrate to each other, said scan And performing wiring to the heater lines in the first and second semiconductor substrate from the external circuit through the wiring pattern on the p o substrate.

請求項１１では、請求項１０のフローセンサの製造方法において、前記第１および第２の半導体基板を同一の形状に形成するとともに、これらの基板を相対的な向きを変えて前記スペーサ基板に配置したことを特徴とする。 According to a eleventh aspect of the present invention, in the method for manufacturing a flow sensor according to the tenth aspect , the first and second semiconductor substrates are formed in the same shape, and the substrates are arranged on the spacer substrate with their relative orientations changed. It is characterized by that.

請求項１２では、請求項１１のフローセンサの製造方法において、前記第１および第２の半導体基板の相対的な向きを９０度回転させたことを特徴とする。 According to a twelfth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a flow sensor according to the eleventh aspect , the relative orientations of the first and second semiconductor substrates are rotated by 90 degrees.

請求項１３では、請求項１０のフローセンサの製造方法において、前記スペーサ基板において、前記第１および第２の半導体基板における引出し電極部に対応する位置に穴を設け、この穴を通して前記引出し電極部と配線パターンとの接続を行うことを特徴とする。 According to claim 13, in the manufacturing method of the flow sensor according to claim 10, wherein the spacer substrate, a hole provided at a position corresponding to the lead electrode portions in the first and second semiconductor substrate, the lead electrode portions through the holes And a wiring pattern are connected.

請求項１４では、請求項１３のフローセンサの製造方法において、前記引出し電極部と配線パターンとの接続をワイヤボンディングにより行うことを特徴とする。 According to a fourteenth aspect of the present invention, in the method for producing a flow sensor according to the thirteenth aspect , the connection between the extraction electrode portion and the wiring pattern is performed by wire bonding.

請求項１５では、請求項１０乃至１４のいずれかのフローセンサの製造方法において、前記スペーサ基板を両面プリント板により構成したことを特徴とする。 According to a fifteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a flow sensor according to any one of the tenth to fourteenth aspects, the spacer substrate is formed of a double-sided printed board.

請求項１６では、請求項１０乃至１５のいずれかのフローセンサの製造方法において、前記スペーサ基板を熱絶縁性の高い材料により構成したことを特徴とする。 According to a sixteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a flow sensor according to any one of the tenth to fifteenth aspects, the spacer substrate is made of a material having high thermal insulation.

請求項１７では、請求項１０乃至１６のいずれかのフローセンサの製造方法において、前記第１および第２の半導体基板をシール材を介して前記スペーサ基板に固定することを特徴とする。 According to a seventeenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a flow sensor according to any one of the tenth to sixteenth aspects, the first and second semiconductor substrates are fixed to the spacer substrate via a sealing material.

請求項１８では、請求項１７のフローセンサの製造方法において、前記シール材を、前記貫通孔を囲む環状とすることを特徴とする。
According to an eighteenth aspect of the present invention, in the method for manufacturing a flow sensor according to the seventeenth aspect , the sealing material is an annular shape surrounding the through hole.

このように、第１の半導体基板の一方の面にヒータ線を形成するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を形成し、第２の半導体基板の一方の面にヒータ線を形成するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を形成し、スペーサ基板にガス流通用の貫通孔を形成し、これらの各基板をそれぞれの貫通孔の位置を合わせるように重ねるとともに、前記第１および第２の半導体基板がそのヒータ線を有する面が互いに前記スペーサ基板を介して対向するように配置すると、ヒータ線を含む２つの半導体基板を半導体技術により形成することができるとともに、２つのヒータ線の間隔をスペーサ基板の厚さのみにより決定することができ、部品点数を減らして、組立を容易にするとともに、ヒータ線の間隔を自由に設定することができる。
また、第１および第２の半導体基板をシール材を介してスペーサ基板に固定するように構成すると、被測定ガスの流通をガス流通孔のみに限定することができ、ヒータ線の電極部分やボンディング部分が被測定ガスに曝されてしまうことがない。 Thus, a heater wire is formed on one surface of the first semiconductor substrate, a through hole for gas flow is formed below the heater wire, and a heater wire is formed on one surface of the second semiconductor substrate. In addition, a through hole for gas flow is formed in the lower part of the heater wire, a through hole for gas flow is formed in the spacer substrate, and each of these substrates is overlaid so that the positions of the respective through holes are aligned. If the first and second semiconductor substrates are arranged so that the surfaces having the heater wires face each other via the spacer substrate, two semiconductor substrates including the heater wires can be formed by semiconductor technology. The distance between the two heater wires can be determined only by the thickness of the spacer substrate, reducing the number of parts, facilitating assembly, and freely setting the distance between the heater wires. Can.
Further, if the first and second semiconductor substrates are fixed to the spacer substrate via the sealing material, the flow of the gas to be measured can be limited only to the gas flow holes, and the electrode portion of the heater wire and the bonding The portion is not exposed to the gas to be measured.

以下、図面を用いて、本発明のフローセンサおよびその製造方法を説明する。 Hereinafter, a flow sensor of the present invention and a manufacturing method thereof will be described with reference to the drawings.

図１は、本発明のフローセンサおよびその製造方法の一実施例を示す構成図である。図において、１０は第１の半導体基板、２０は第２の半導体基板、３０はスペーサ基板である。第１および第２の半導体基板１０、２０は、スペーサ基板３０を介して対向するように配置されるとともに、相対的な向きを９０度回転させてスペーサ基板３０に固定されている。 FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of a flow sensor and a manufacturing method thereof according to the present invention. In the figure, 10 is a first semiconductor substrate, 20 is a second semiconductor substrate, and 30 is a spacer substrate. The first and second semiconductor substrates 10 and 20 are arranged so as to face each other with the spacer substrate 30 therebetween, and are fixed to the spacer substrate 30 by rotating their relative directions by 90 degrees.

図２は、図１におけるＡ−Ａ断面図である。図において、第１の半導体基板１０は、その一方の面にヒータ線１２を有するとともに、そのヒータ線１２の下部にはガス流通用の貫通孔１７が設けられている。また、第２の半導体基板２０も第１の半導体基板１０と同じ構造を有しており、その一方の面にヒータ線２２を有するとともに、そのヒータ線２２の下部にはガス流通用の貫通孔２７が設けられている。３１はスペーサ基板３０に設けられたガス流通用の貫通孔、４１、４２はシール材である。 2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. In the figure, the first semiconductor substrate 10 has a heater wire 12 on one surface, and a through hole 17 for gas flow is provided below the heater wire 12. The second semiconductor substrate 20 also has the same structure as the first semiconductor substrate 10 and has a heater wire 22 on one surface thereof, and a through hole for gas circulation at the lower portion of the heater wire 22. 27 is provided. Reference numeral 31 denotes a through hole for gas flow provided in the spacer substrate 30, and 41 and 42 are sealing materials.

第１および第２の半導体基板１０、２０とスペーサ基板３０は、それぞれの貫通孔１７、２７、３１の位置を合わせるようにして重ねられるとともに、第１および第２の半導体基板１０、２０においてヒータ線１２、２２を有する面が互いにスペーサ基板３０を介して対向するように配置されている。なお、ここでは、第１および第２の半導体基板１０、２０はシール材４１、４２を介してスペーサ基板３０に固定されている。 The first and second semiconductor substrates 10 and 20 and the spacer substrate 30 are overlapped so that the positions of the respective through holes 17, 27, and 31 are aligned, and the heaters in the first and second semiconductor substrates 10 and 20 are stacked. The surfaces having the lines 12 and 22 are arranged so as to face each other with the spacer substrate 30 therebetween. Here, the first and second semiconductor substrates 10 and 20 are fixed to the spacer substrate 30 via sealants 41 and 42.

このように、各基板を重ね合わせると、２つのヒータ線１２、２２の間隔はスペーサ基板３０の厚さのみにより決定されることになり、スペーサ基板３０の厚さを選択することにより、ヒータ線１２、２２の間隔を自由に設定することができる。 As described above, when the substrates are overlapped, the distance between the two heater lines 12 and 22 is determined only by the thickness of the spacer substrate 30. By selecting the thickness of the spacer substrate 30, the heater wires The interval between 12 and 22 can be set freely.

以下、各部の詳細な構成と、組立手順を順を追って説明する。
図３は、第１の半導体基板１０の形成例を示す構成図である。図において、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＢ−Ｂ断面図である。１１はシリコン基板であり、その一方の面には、不純物のドーピングやエッチングなどの半導体プロセスにより、蛇行状のヒータ線（抵抗線）１２が形成されている。１３、１４はその配線パターン、１５、１６は引出し電極部（ボンディングパッド）である。また、ヒータ線１２の下部に位置するシリコン基板１１は、異方性エッチングなどにより除去され、ガス流通用の貫通孔１７が設けられている。
したがって、ガス流通路内に蛇行状のヒータ線１２を保持する構造が実現される。 Hereinafter, the detailed configuration of each part and the assembly procedure will be described in order.
FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of forming the first semiconductor substrate 10. In the figure, (a) is a plan view and (b) is a BB cross-sectional view thereof. Reference numeral 11 denotes a silicon substrate, on one surface of which a meandering heater wire (resistance wire) 12 is formed by a semiconductor process such as impurity doping or etching. Reference numerals 13 and 14 denote wiring patterns, and reference numerals 15 and 16 denote extraction electrode portions (bonding pads). Further, the silicon substrate 11 located below the heater wire 12 is removed by anisotropic etching or the like, and a through hole 17 for gas circulation is provided.
Therefore, a structure for holding the meandering heater wire 12 in the gas flow passage is realized.

なお、第２の半導体基板２０も第１の半導体基板１０と同様のプロセスにより形成されるもので、図示はしないが、シリコン基板２１、ヒータ線（抵抗線）２２、配線パターン２３、２４、引出し電極部（ボンディングパッド）２５、２６、ガス流通用の貫通孔２７を有している。 The second semiconductor substrate 20 is also formed by the same process as the first semiconductor substrate 10, and although not shown, the silicon substrate 21, the heater wires (resistance wires) 22, the wiring patterns 23 and 24, the drawers It has electrode parts (bonding pads) 25 and 26 and a through hole 27 for gas flow.

図４は、スペーサ基板３０の形成例を示す構成図である。図において、スペーサ基板３０は、両面プリント板により形成されており、ほぼ中心部にガス流通用の貫通孔３１が設けられている。３２、３３、３４、３５は配線用穴であり、スペーサ基板３０に第１および第２の半導体基板１０、２０を、それぞれの貫通孔１７、２７、３１の位置を合わせて取り付けた際に、各半導体基板１０、２０の引出し電極部１５、１６、２５、２６が来る位置に設けられている。３６、３７、３８、３９は配線パターンであり、配線用穴３２、３３、３４、３５の近傍からスペーサ基板３０の端部まで伸びている。
なお、第１のヒータ線１２用の配線パターン３６、３７と第２のヒータ線２２用の配線パターン３８、３９とは、スペーサ基板（両面プリント板）３０の異なる面に形成されているが、スルーホール配線などを利用すれば、外部回路と接続される端子部をスペーサ基板３０の同一の面に形成することができる。 FIG. 4 is a configuration diagram illustrating an example of forming the spacer substrate 30. In the figure, the spacer substrate 30 is formed of a double-sided printed board, and a gas distribution through-hole 31 is provided substantially at the center. 32, 33, 34, and 35 are wiring holes. When the first and second semiconductor substrates 10 and 20 are attached to the spacer substrate 30 so that the positions of the respective through holes 17, 27, and 31 are aligned, Each of the semiconductor substrates 10 and 20 is provided at a position where the extraction electrode portions 15, 16, 25 and 26 come. Reference numerals 36, 37, 38, and 39 denote wiring patterns that extend from the vicinity of the wiring holes 32, 33, 34, and 35 to the end of the spacer substrate 30.
The wiring patterns 36 and 37 for the first heater wire 12 and the wiring patterns 38 and 39 for the second heater wire 22 are formed on different surfaces of the spacer substrate (double-sided printed board) 30. If through-hole wiring or the like is used, a terminal portion connected to an external circuit can be formed on the same surface of the spacer substrate 30.

図５は、スペーサ基板３０に第１の半導体基板１０を取り付けた状態を示す構成図である、図において、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。図に示されるように、第１の半導体基板１０は、その貫通孔１７および引出し電極部１５、１６が、スペーサ基板３０の貫通孔３１および配線用穴３２、３３の位置と合致するように、シール材４１を介してスペーサ基板３０に取り付けられる。
また、第１の半導体基板１０における引出し電極部１５、１６とスペーサ基板３０における配線パターン３６、３７との間は、配線用穴３２、３３を通して、ワイヤボンディングなどにより接続される。 FIGS. 5A and 5B are configuration diagrams showing a state in which the first semiconductor substrate 10 is attached to the spacer substrate 30. FIG. 5A is a plan view, and FIG. 5B is a cross-sectional view taken along line AA. As shown in the figure, the first semiconductor substrate 10 has the through holes 17 and the extraction electrode portions 15 and 16 aligned with the positions of the through holes 31 and the wiring holes 32 and 33 of the spacer substrate 30. It is attached to the spacer substrate 30 via the sealing material 41.
Further, the lead electrode portions 15 and 16 in the first semiconductor substrate 10 and the wiring patterns 36 and 37 in the spacer substrate 30 are connected through wiring holes 32 and 33 by wire bonding or the like.

図６は、シール材４１の形状およびその取付状態を示す構成図である。図に示す如く、シール材４１は環状を有しており、貫通孔１７、３１を囲むように、第１の半導体基板１０とスペーサ基板３０との間に挟持される。
したがって、第１の半導体基板１０における引出し電極部１５、１６およびスペーサ基板３０における配線パターン３６、３７は、シール材４１の外側に位置するようになり、被測定ガスに曝されることがない。 FIG. 6 is a configuration diagram showing the shape of the sealing material 41 and its attached state. As shown in the drawing, the sealing material 41 has an annular shape and is sandwiched between the first semiconductor substrate 10 and the spacer substrate 30 so as to surround the through holes 17 and 31.
Therefore, the extraction electrode portions 15 and 16 in the first semiconductor substrate 10 and the wiring patterns 36 and 37 in the spacer substrate 30 come to be located outside the sealing material 41 and are not exposed to the gas to be measured.

図７は、前記図５の状態から、更に、スペーサ基板３０に第２の半導体基板２０を取り付けた状態を示す構成図である、図において、（ａ）は平面図、（ｂ）はそのＡ−Ａ断面図である。図に示されるように、第２の半導体基板２０は、その貫通孔２７および引出し電極部２５、２６が、スペーサ基板３０の貫通孔３１および配線用穴３４、３５の位置と合致するように、しかも、そのヒータ線２２を有する面がスペーサ基板３０を介して第１の半導体基板１０におけるヒータ線１２を有する面と対向するように、シール材４２を介してスペーサ基板３０に取り付けられる。
また、第２の半導体基板２０における引出し電極部２５、２６とスペーサ基板３０における配線パターン３８、３９との間は、配線用穴３４、３５を通して、ワイヤボンディングなどにより接続される。 7 is a configuration diagram showing a state in which the second semiconductor substrate 20 is further attached to the spacer substrate 30 from the state of FIG. 5, in which FIG. 7A is a plan view, and FIG. It is -A sectional drawing. As shown in the figure, the second semiconductor substrate 20 has the through holes 27 and the extraction electrode portions 25 and 26 aligned with the positions of the through holes 31 and the wiring holes 34 and 35 of the spacer substrate 30. Moreover, the heater wire 22 is attached to the spacer substrate 30 via the sealing material 42 so that the surface having the heater wire 22 faces the surface of the first semiconductor substrate 10 having the heater wire 12 via the spacer substrate 30.
Further, the extraction electrode portions 25 and 26 in the second semiconductor substrate 20 and the wiring patterns 38 and 39 in the spacer substrate 30 are connected through wiring holes 34 and 35 by wire bonding or the like.

ここで、第１の半導体基板１０と第２の半導体基板２０とは、相対的な向きが９０度回転した状態となっており、それぞれの引出し電極部１５、１６、２５、２６の位置が重なってしまうことがない。
また、シール材４２の形状およびその取付状態は、前記した図６のシール材４１と同様であり、貫通孔２７、３１を囲むように、第２の半導体基板２０とスペーサ基板３０との間に挟持される。
したがって、第２の半導体基板２０における引出し電極部２５、２６およびスペーサ基板３０における配線パターン３８、３９は、シール材４２の外側に位置するようになり、被測定ガスに曝されることがない。 Here, the first semiconductor substrate 10 and the second semiconductor substrate 20 are in a state in which the relative directions are rotated by 90 degrees, and the positions of the respective extraction electrode portions 15, 16, 25, and 26 are overlapped. There is no end.
Further, the shape of the sealing material 42 and its mounting state are the same as those of the sealing material 41 of FIG. 6 described above, and between the second semiconductor substrate 20 and the spacer substrate 30 so as to surround the through holes 27 and 31. It is pinched.
Therefore, the extraction electrode portions 25 and 26 in the second semiconductor substrate 20 and the wiring patterns 38 and 39 in the spacer substrate 30 are located outside the sealing material 42 and are not exposed to the gas to be measured.

図８は、上記のようにして構成されたフローセンサを赤外線ガス分析計のガス流通路に配置した状態を示す構成図である。図において、５１、５２は赤外線ガス分析計において本発明の如きフローセンサ１００をガス流通路５０内に保持する保持部材であり、フローセンサ１００は保持部材５１、５２により、シール材４３、４４を介して挟持される。
シール材４３、４４は前記したシール材４１、４２と同様に、環状を有するものである。 FIG. 8 is a configuration diagram showing a state in which the flow sensor configured as described above is arranged in the gas flow path of the infrared gas analyzer. In the figure, reference numerals 51 and 52 denote holding members for holding the flow sensor 100 according to the present invention in the gas flow passage 50 in the infrared gas analyzer. The flow sensor 100 uses the holding members 51 and 52 to seal the seal materials 43 and 44. Is sandwiched between.
The sealing materials 43 and 44 have an annular shape like the sealing materials 41 and 42 described above.

このように、本発明のフローセンサ１００を保持部材５１、５２により挟持すると、簡単な組立動作により、２つのヒータ線を一定の間隔を保った状態でガスの流通路内に配置することができる。 As described above, when the flow sensor 100 of the present invention is sandwiched between the holding members 51 and 52, the two heater wires can be arranged in the gas flow path with a constant interval by a simple assembling operation. .

図１は本発明のフローセンサおよびその製造方法の一実施例を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a flow sensor and a manufacturing method thereof according to the present invention. 図２は図１におけるＡ−Ａ断面図。2 is a cross-sectional view taken along line AA in FIG. 図３は第１の半導体基板１０の形成例を示す構成図。FIG. 3 is a configuration diagram showing an example of forming the first semiconductor substrate 10. 図４はスペーサ基板３０の形成例を示す構成図。FIG. 4 is a configuration diagram showing an example of forming the spacer substrate 30. 図５はスペーサ基板３０に第１の半導体基板１０を取り付けた状態を示す構成図。FIG. 5 is a configuration diagram illustrating a state in which the first semiconductor substrate 10 is attached to the spacer substrate 30. 図６はシール材４１の形状およびその取付状態を示す構成図。FIG. 6 is a configuration diagram showing the shape of the sealing material 41 and its mounting state. 図７はスペーサ基板３０に第２の半導体基板２０を取り付けた状態を示す構成図。FIG. 7 is a configuration diagram showing a state in which the second semiconductor substrate 20 is attached to the spacer substrate 30. 図８は本発明のフローセンサを赤外線ガス分析計のガス流通路に配置した状態を示す構成図。FIG. 8 is a block diagram showing a state in which the flow sensor of the present invention is arranged in the gas flow passage of the infrared gas analyzer. 図９は従来のフローセンサの一例を示す構成図。FIG. 9 is a block diagram showing an example of a conventional flow sensor. 図１０は従来のフローセンサの他の例を示す構成図。FIG. 10 is a block diagram showing another example of a conventional flow sensor. 図１１は従来のフローセンサの他の例を示す構成図。FIG. 11 is a block diagram showing another example of a conventional flow sensor.

符号の説明Explanation of symbols

１０第１の半導体基板
２０第２の半導体基板
３０スペーサ基板
１１、２１シリコン基板
１２，２２ヒータ線（抵抗線）
１３、１４、２３、２４配線
１５、１６、２５、２６引出し電極部
１７、２７、３１貫通孔
３２、３３、３４、３５配線用穴
３６、３７、３８、３９配線パターン
４１、４２、４３、４４シール材
５１、５２保持部材
１１０、１２０ヒータ線基板
１３０、１４０、１５０ガラス板
２１０第１の金属薄膜ヒータ基板
２２０第２の金属薄膜ヒータ基板
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 1st semiconductor substrate 20 2nd semiconductor substrate 30 Spacer substrate 11, 21 Silicon substrate 12, 22 Heater wire (resistance wire)
13, 14, 23, 24 Wiring 15, 16, 25, 26 Lead electrode part 17, 27, 31 Through hole 32, 33, 34, 35 Wiring hole 36, 37, 38, 39 Wiring pattern 41, 42, 43, 44 Seal material 51, 52 Holding member 110, 120 Heater wire substrate 130, 140, 150 Glass plate 210 First metal thin film heater substrate 220 Second metal thin film heater substrate

Claims

２つのヒータ線を一定の間隔を保った状態でガスの流通路内に配置するようにしたフローセンサにおいて、一方の面にヒータ線を有するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を設けた第１の半導体基板と、一方の面にヒータ線を有するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を設けた第２の半導体基板と、前記第１および第２の半導体基板にそれぞれ設けられたヒータ線を外部回路に接続するための配線パターンを有するとともにガス流通用の貫通孔が設けられたスペーサ基板とを具備し、これらの各基板をそれぞれの貫通孔の位置を合わせるように重ねるとともに、前記第１および第２の半導体基板をそのヒータ線を有する面が互いに前記スペーサ基板を介して対向するように配置し、前記スペーサ基板上の配線パターンを介して外部回路から前記第１および第２の半導体基板におけるヒータ線への配線を行うことを特徴とするフローセンサ。 In a flow sensor in which two heater wires are arranged in a gas flow path with a certain distance therebetween, a heater wire is provided on one surface and a through hole for gas circulation is provided below the heater wire. A first semiconductor substrate provided; a second semiconductor substrate having a heater wire on one surface and a through hole for gas flow at a lower portion of the heater wire; and the first and second semiconductor substrates. A spacer substrate having a wiring pattern for connecting each heater wire to an external circuit and having a through hole for gas distribution, and aligning the position of each through hole with each substrate. together with overlaid, the first and second semiconductor substrates arranged such that the surface having the heater wire is opposed through the spacer substrate to each other, the wiring path on the spacer substrate Flow sensor and performs the wiring to the heater lines in the first and second semiconductor substrate from the external circuit through the over down.

前記第１および第２の半導体基板を同一の形状に形成するとともに、これらの基板を相対的な向きを変えて前記スペーサ基板に配置したことを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。 2. The flow sensor according to claim 1, wherein the first and second semiconductor substrates are formed in the same shape, and the substrates are arranged on the spacer substrate with their relative orientations changed.

前記第１および第２の半導体基板は、相対的な向きを９０度回転させたことを特徴とする請求項２に記載のフローセンサ。 The flow sensor according to claim 2, wherein the first and second semiconductor substrates are rotated by 90 degrees relative directions.

前記スペーサ基板は、前記第１および第２の半導体基板における引出し電極部に対応する位置に穴を有し、この穴を通して前記引出し電極部と配線パターンとの接続を行うことを特徴とする請求項１に記載のフローセンサ。The spacer substrate has a hole at a position corresponding to the lead electrode portion in the first and second semiconductor substrates, and the lead electrode portion and the wiring pattern are connected through the hole. The flow sensor according to 1.

前記引出し電極部と配線パターンとの接続をワイヤボンディングにより行うことを特徴とする請求項４に記載のフローセンサ。The flow sensor according to claim 4, wherein the connection between the extraction electrode portion and the wiring pattern is performed by wire bonding.

前記スペーサ基板は、両面プリント板であることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のフローセンサ。The flow sensor according to claim 1, wherein the spacer substrate is a double-sided printed board.

前記スペーサ基板は、熱絶縁性の高い材料により構成されたことを特徴とする請求項１乃至６のいずれかに記載のフローセンサ。The flow sensor according to claim 1, wherein the spacer substrate is made of a material having high thermal insulation.

前記第１および第２の半導体基板は、シール材を介して前記スペーサ基板に固定されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のフローセンサ。The flow sensor according to claim 1, wherein the first and second semiconductor substrates are fixed to the spacer substrate via a sealing material.

前記シール材は、前記貫通孔を囲む環状であることを特徴とする請求項８に記載のフローセンサ。The flow sensor according to claim 8, wherein the sealing material has an annular shape surrounding the through hole.

２つのヒータ線を一定の間隔を保った状態でガスの流通路内に配置するようにしたフローセンサの製造方法において、第１の半導体基板の一方の面にヒータ線を形成するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を形成し、第２の半導体基板の一方の面にヒータ線を形成するとともにそのヒータ線の下部にガス流通用の貫通孔を形成し、スペーサ基板に前記第１および第２の半導体基板にそれぞれ形成されたヒータ線を外部回路に接続するための配線パターンを形成するとともにガス流通用の貫通孔を形成し、これらの各基板をそれぞれの貫通孔の位置を合わせるように重ねるとともに、前記第１および第２の半導体基板がそのヒータ線を有する面が互いに前記スペーサ基板を介して対向するように配置し、前記スペーサ基板上の配線パターンを介して外部回路から前記第１および第２の半導体基板におけるヒータ線への配線を行うことを特徴とするフローセンサの製造方法。In a method for manufacturing a flow sensor in which two heater wires are arranged in a gas flow path at a constant interval, a heater wire is formed on one surface of a first semiconductor substrate and the heater wire A through hole for gas flow is formed in the lower portion of the second semiconductor substrate, a heater wire is formed on one surface of the second semiconductor substrate, a through hole for gas flow is formed in the lower portion of the heater wire, and the spacer substrate is A wiring pattern for connecting the heater wires respectively formed on the first and second semiconductor substrates to an external circuit is formed and a through hole for gas flow is formed, and the position of each through hole is set on each substrate. In addition, the first and second semiconductor substrates are arranged so that the surfaces having the heater wires face each other with the spacer substrate interposed therebetween, and the arrangement on the spacer substrate is performed. Method for manufacturing a flow sensor and performs the wiring to the heater lines in the first and second semiconductor substrate from the external circuit through the pattern.

前記第１および第２の半導体基板を同一の形状に形成するとともに、これらの基板を相対的な向きを変えて前記スペーサ基板に配置したことを特徴とする請求項１０に記載のフローセンサの製造方法。11. The flow sensor according to claim 10, wherein the first and second semiconductor substrates are formed in the same shape, and the substrates are arranged on the spacer substrate with their relative orientations changed. Method.

前記第１および第２の半導体基板の相対的な向きを９０度回転させたことを特徴とする請求項１１に記載のフローセンサの製造方法。The method of manufacturing a flow sensor according to claim 11, wherein the relative directions of the first and second semiconductor substrates are rotated by 90 degrees.

前記スペーサ基板において、前記第１および第２の半導体基板における引出し電極部に対応する位置に穴を設け、この穴を通して前記引出し電極部と配線パターンとの接続を行うことを特徴とする請求項１０に記載のフローセンサの製造方法。11. The spacer substrate according to claim 10, wherein a hole is provided at a position corresponding to the extraction electrode portion in the first and second semiconductor substrates, and the extraction electrode portion and the wiring pattern are connected through the hole. The manufacturing method of the flow sensor as described in 1 ..

前記引出し電極部と配線パターンとの接続をワイヤボンディングにより行うことを特徴とする請求項１３に記載のフローセンサの製造方法。14. The method for manufacturing a flow sensor according to claim 13, wherein the connection between the extraction electrode portion and the wiring pattern is performed by wire bonding.

前記スペーサ基板を両面プリント板により構成したことを特徴とする請求項１０乃至１４のいずれかに記載のフローセンサの製造方法。The method for manufacturing a flow sensor according to claim 10, wherein the spacer substrate is formed of a double-sided printed board.

前記スペーサ基板を熱絶縁性の高い材料により構成したことを特徴とする請求項１０乃至１５のいずれかに記載のフローセンサの製造方法。The method of manufacturing a flow sensor according to claim 10, wherein the spacer substrate is made of a material having high thermal insulation.

前記第１および第２の半導体基板をシール材を介して前記スペーサ基板に固定することを特徴とする請求項１０乃至１６のいずれかに記載のフローセンサの製造方法。17. The method of manufacturing a flow sensor according to claim 10, wherein the first and second semiconductor substrates are fixed to the spacer substrate via a sealing material.

前記シール材を、前記貫通孔を囲む環状とすることを特徴とする請求項１７に記載のフローセンサの製造方法。The method for manufacturing a flow sensor according to claim 17, wherein the sealing material is an annular shape surrounding the through hole.