(57)【要約】      （修正有）【課題】センサを構成する台座に貫通孔を形成する際に生じるバリやデブリを除去するとともに、台座とチップとの接合面積を確保する。【解決手段】センサチップを接合させる台座を備えるフローセンサを製造するにあたり、台座用母材１０Ａのセンサチップとの接合面（第一の面）１１に研磨加工を施し、第一の面１１から反対側の面（第二の面）１２へと貫通孔１３を形成する。貫通孔１３を形成する際には、台座用母材１０Ａの第一の面１１から所定深さだけエッチングを施すことにより第一の径Ｗ1を有する第一の部分１３ａを形成し、その後、台座用母材１０Ａの第二の面１２から第一の部分１３ａまで孔開け加工を施すことにより第一の径Ｗ1よりも大きい第二の径Ｗ2を有する第二の部分１３ｂを形成する。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップ又はダイアフラムを接合させる台座を備えるセンサであって、
前記台座の前記チップ又はダイアフラムとの接合面には、研磨加工が施され、
前記台座は、前記接合面から前記接合面とは反対側の面へと貫通するように形成された貫通孔を有し、
前記貫通孔は、前記接合面から所定深さだけ第一の径で形成された第一の部分と、前記反対側の面から前記第一の部分まで孔開け加工により前記第一の径以上の第二の径で形成された第二の部分と、を有する、
センサ。
【請求項２】
前記台座は、ガラスで構成されたものである、
請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記台座は、酸化アルミニウムの単結晶体で構成されたものである、
請求項１に記載のセンサ。
【請求項４】
前記台座は、シリコンで構成されたものである、
請求項１に記載のセンサ。
【請求項５】
前記台座は、チタンで構成されたものである、
請求項１に記載のセンサ。
【請求項６】
前記台座は、ステンレスで構成されたものである、
請求項１に記載のセンサ。
【請求項７】
前記貫通孔の前記第一の部分は、ドライエッチングにより形成されたものである、
請求項１から６の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項８】
前記貫通孔の前記第一の部分は、ウェットエッチングにより形成されたものである、
請求項１から６の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項９】
前記台座は、チップを接合させるものであり、
前記センサは、フローセンサである、
請求項１から８の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１０】
前記台座は、ダイアフラムを接合させるスペーサであり、
前記センサは、圧力センサである、
請求項１から８の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項１１】
チップ又はダイアフラムを接合させる台座を備えるセンサを製造する方法であって、
前記台座又は台座用母材の前記チップ又はダイアフラムとの接合面に研磨加工を施す研磨工程と、
前記接合面から前記接合面とは反対側の面へと貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、を備え、
前記貫通孔形成工程は、
前記台座又は台座用母材の前記接合面から所定深さだけエッチングを施すことにより、前記貫通孔のうち第一の径を有する第一の部分を形成するエッチング工程と、
前記台座又は台座用母材の前記反対側の面から前記第一の部分まで孔開け加工を施すことにより、前記貫通孔のうち前記第一の径以上の第二の径を有する第二の部分を形成する孔開け工程と、を有する、
センサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、センサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、被測定圧力の変化を静電容量の変化として検出するダイアフラム構造を備えた容量式圧力センサが実用化されている。かかる容量式圧力センサは、一般的に、測定圧力導入用の貫通孔が穿設されたスペーサにセンサダイアフラムを直接接合する工程を経て製造される。
【０００３】
ところが、容量式圧力センサを構成するスペーサに貫通孔を穿設する際に、貫通孔の開口部にバリやデブリが生じ、このバリやデブリによってセンサダイアフラムが撓んでしまう場合がある。また、バリやデブリが形成された領域に鏡面研磨を施すことによってバリやデブリを除去することも行われているが、このような鏡面研磨を施すと、貫通孔の開口部周縁付近が貫通孔内に徐々に落ち込んでいく現象（いわゆる「ダレ」と呼ばれる形状不良）が生じてしまうことがある。
【０００４】
そこで、近年においては、上記のようなバリ、デブリ、ダレ等に起因するセンサダイアフラムの撓み（及びそれに伴ったセンサ特性の異常）を防ぐ目的で、スペーサの貫通孔の開口部周縁付近を研磨してバリやデブリを除去した後、研磨した領域に開口部全周に亘って凹み部をエッチングにより形成し、この凹み部周囲の平面にセンサダイアフラムを直接接合する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４５４８７７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載された技術を採用すると、貫通孔の開口部周縁付近（バリ・デブリ形成領域）を研磨した後に開口部全周に亘ってエッチングを施すことから、スペーサの接合面に、貫通孔よりも径の大きな凹みが形成されてしまい、センサダイアフラムとの接合面積を充分に確保することができないという問題が新たに発生していた。特許文献１に記載された技術を適用してフローセンサの台座を形成する場合においても同様に、台座とセンサチップとの接合面積を充分確保することができなくなる。また、接合面積を確保するために台座（及びセンサチップ）自体を大きくすると、流路径を小さくすることができず、フローセンサの低流量レンジへの適用が困難となってしまう。
【０００７】
本発明は、かかる状況に鑑みてなされたものであり、センサを構成する台座に貫通孔を形成する際に生じるバリやデブリを除去するとともに、台座とダイアフラム（又はチップ）との接合面積を確保することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の第一の側面は、チップ又はダイアフラムを接合させる台座を備えるセンサであって、台座のチップ又はダイアフラムとの接合面には研磨加工が施され、台座は、接合面から反対側の面へと貫通するように形成された貫通孔を有し、貫通孔は、接合面から所定深さだけ第一の径で形成された第一の部分と、反対側の面から第一の部分まで孔開け加工により第一の径以上の第二の径で形成された第二の部分と、を有するものである。
【０００９】
かかる構成を採用すると、センサを構成する台座の貫通孔のうち接合面から所定深さだけ第一の部分が形成されているため、貫通孔のうち接合面とは反対側の面から第一の部分まで孔開け加工により第二の部分を形成する際に、孔開け加工により貫通孔の開口部周縁付近に生じるバリやデブリを効果的に除去することができる。また、台座の接合面側の貫通孔部分（第一の部分）は比較的小径（第一の径）とされているため、チップやダイアフラムとの接合面積を充分に確保することができる。本発明は、フローセンサや圧力センサに適用され得る。なお、本発明における「台座」は、チップやダイアフラムを接合させる部材（チップを接合させるフローセンサ用の台座や、ダイアフラムを接合させる圧力センサ用のスペーサ等）を意味するものである。
【００１０】
本発明に係るセンサにおいて、ガラス、酸化アルミニウムの単結晶体、シリコン、チタン等の単一金属、ステンレス等の合金類等で構成した台座を採用することができる。
【００１１】
また、本発明に係るセンサにおいて、貫通孔の第一の部分を、ドライエッチングやウェットエッチングにより形成することができる。
【００１２】
本発明の第二の側面は、チップ又はダイアフラムを接合させる台座を備えるセンサを製造する方法であって、台座又は台座用母材のチップ又はダイアフラムとの接合面に研磨加工を施す研磨工程と、台座又は台座用母材の接合面から反対側の面へと貫通孔を形成する貫通孔形成工程と、を備えるものである。貫通孔形成工程は、台座又は台座用母材の接合面から所定深さだけエッチングを施すことにより、貫通孔のうち第一の径を有する第一の部分を形成するエッチング工程と、台座又は台座用母材の反対側の面から第一の部分まで孔開け加工を施すことにより、貫通孔のうち第一の径以上の第二の径を有する第二の部分を形成する孔開け工程と、を有する。
【００１３】
かかる方法を採用すると、センサを構成する台座（又は台座用母材）に貫通孔を形成するにあたり、台座（台座用母材）の接合面から所定深さだけエッチングを施すことにより第一の部分を形成するため、台座（台座用母材）の接合面とは反対側の面から第一の部分まで孔開け加工を施して第二の部分を形成する際に貫通孔の開口部周縁付近に生じるバリやデブリを効果的に除去することができる。また、台座（台座用母材）の接合面側の貫通孔部分（第一の部分）は比較的小径（第一の径）とされているため、チップやダイアフラムとの接合面積を充分に確保することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、センサを構成する台座に貫通孔を形成する際に生じるバリやデブリを除去するとともに、台座とダイアフラム（チップ）との接合面積を確保することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態に係るフローセンサの斜視図である。
【図２】図１のII-II部分の断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係るフローセンサの製造方法を説明するためのものであり、フローセンサの台座用母材の表面に研磨加工を施した状態を示す断面図である。
【図４】本発明の実施形態に係るフローセンサの製造方法を説明するためのものであり、図３に示す台座用母材にエッチングを施した状態を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るフローセンサの製造方法を説明するためのものであり、図３に示す台座用母材に孔開け加工を施した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１７】
まず、図１及び図２を用いて、本実施形態に係るフローセンサ１の構成について説明することとする。本フローセンサ１は、図１（斜視図）及び図２（図１のII-II部分における断面図）に示すように、台座１０と、台座１０上に配置され接合されるセンサチップ２０と、を備えている。
【００１８】
台座１０は、後述する台座用母材１０Ａを加工して構成した筒状部材である。台座１０のセンサチップ２０との接合面（第一の面）１１には、研磨加工が施されている。また、台座１０の内部には凹部１１ａが形成されており、さらに、第一の面１１から凹部１１ａの底面（第一の面１１とは反対側の第二の面）１２へと貫通するように二つの貫通孔１３が形成されている。各貫通孔１３は、第一の面１１から所定深さＤ1だけ第一の径Ｗ1で形成された第一の部分１３ａと、第二の面１２から第一の部分１３ａまで孔開け加工により第一の径Ｗ1より大きな第二の径Ｗ2で形成された第二の部分１３ｂと、を有している。
【００１９】
台座１０の貫通孔１３には、電導部材４５Ａ、４５Ｂが挿通されている。電導部材４５Ａ、４５Ｂは、センサチップ２０の裏面の電極２４Ａ、２４Ｂ（後述）に各々電気的に接続され、電極２４Ａ、２４Ｂから電気信号を外部に取り出すための部材（例えばリードピン等）である。台座１０の材料としては、ガラス（石英ガラスや硼珪酸ガラス等）、サファイア（酸化アルミニウムの単結晶体）、シリコン、チタン等の単一金属、ステンレス等の合金類等を使用することができる。
【００２０】
センサチップ２０は、所定の基板を加工して構成した板状部材であり、台座１０の上面に配置される基板２１と、基板２１の上面に配置された電気抵抗素子２３を含む流速検出部２２と、基板２１を貫通し電気抵抗素子２３と電気的に接続された電極２４Ａ、２４Ｂと、を有している。
【００２１】
基板２１には、エッチング法等により形成されたキャビティ２５が設けられている。このキャビティ２５は、エッチング法やサンドブラスト法等により形成される。基板２１の材料としては、例えばガラス（石英ガラスや硼珪酸ガラス等）、シリコン、サファイア（酸化アルミニウムの単結晶体）、セラミック等を使用することができる。流速検出部２２において、電気抵抗素子２３は、例えばガラス部材や絶縁膜内部に含まれている。流速検出部２２は、基板２１のキャビティ２５を覆うように配置されている。また、流速検出部２２の両端には、キャビティ２５への開口２６が設けられている。流速検出部２２において、内部に含まれる電気抵抗素子２３は、第一測温素子３２、発熱素子３１及び第二測温素子３３を含んでいる。
【００２２】
図２に示す電極２４Ａ、２４Ｂは、流速検出部２２内に設けられた回路を介して、第一測温素子３２、発熱素子３１及び第二測温素子３３の少なくとも一つと電気的に接続されている。なお、図２においては、基板２１を貫通する２つの電極２４Ａ、２４Ｂを示したが、基板２１を貫通する電極の数はこれに限定されるものではない。電極２４Ａ、２４Ｂの材料としては、導電性樹脂等を使用することができる。電極２４Ａ、２４Ｂは、基板２１にエッチング法やドリルを用いる微細加工法を用いて孔を形成し、孔を前述の電導物質で埋めることにより形成することができる。
【００２３】
台座１０及びセンサチップ２０の基板２１を同じ材料（ガラス等）で構成すると、台座１０の熱膨張率と、基板２１の熱膨張率と、が同一になる。このため、熱膨張率の異なる物同士の界面で生じ得る歪みが生じ難くなるので好ましい。また、異種材料同士でも熱膨張率が近いもの同士を選択することで、熱膨張の影響を抑制することができる。
【００２４】
本実施形態に係るフローセンサ１は、流体が供給される流路に配置される。ここで、流速検出部２２表面に接する流体が静止している場合、発熱素子３１から流体に加えられた熱は、流路の上流方向と下流方向へ対称的に伝播する。したがって、第一測温素子３２及び第二測温素子３３の温度は等しくなり、第一測温素子３２及び第二測温素子３３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、第一測温素子３２が配置された側から第二測温素子３３が配置された側に向かって流体に流れている場合、発熱素子３１から流体に加えられた熱は、第二測温素子３３が配置された側に運ばれる。従って、第一測温素子３２の温度よりも第二測温素子３３の温度が高くなる。このため、第二測温素子３３の電気抵抗と第一測温素子３２の電気抵抗に差が生じる。第二測温素子３３の電気抵抗と第一測温素子３２の電気抵抗の差と、流速検出部２２表面に接する流体の流速（流量）と、の間には一定の関係がある。このため、第二測温素子３３の電気抵抗と第一測温素子３２の電気抵抗の差から、流速検出部２２表面に接する流体の流速（流量）を求めることができる。
【００２５】
次に、図３〜図５を用いて、本実施形態に係るフローセンサ１の製造方法について説明することとする。
【００２６】
まず、図３に示すように、フローセンサ１の台座１０を構成する部材（台座用母材１０Ａ）を準備する（基板準備工程）。台座用母材１０Ａは、既に述べたように、ガラス、サファイア、シリコン、チタン、ステンレス等で構成することができる。台座用母材１０Ａの厚さは、製造するフローセンサ１の大きさに応じて適宜設定することができる。
【００２７】
次いで、台座用母材１０Ａの第一の面（センサチップ２０との接合面）１１に研磨加工を施す（研磨工程）。次いで、台座用母材１０Ａの第一の面１１から、第一の面１１とは反対側の面（第二の面）１２へと、貫通孔１３を形成する（貫通孔形成工程）。ここで、貫通孔形成工程についてさらに具体的に説明する。
【００２８】
貫通孔１３を形成する際には、まず図４に示すように、台座用母材１０Ａの第一の面１１から所定深さＤ1だけエッチングを施すことにより、貫通孔１３のうち第一の径Ｗ1を有する第一の部分１３ａを形成する（エッチング工程）。第一の部分１３ａの深さＤ1は、後述する孔開け加工で貫通孔の開口部周縁付近に発生し得るバリやデブリの高さを超える程度でかつ構造的に破壊の起きない程度（例えば数μｍ〜数ｍｍ）に設定される。エッチング手法としては、ドライエッチングだけでなく、ウェットエッチングを採用することができる。
【００２９】
エッチング工程に続いて、図５に示すように、台座用母材１０Ａの第二の面１２から第一の部分１３ａまで孔開け加工を施すことにより、貫通孔１３のうち第一の径Ｗ1より大きい第二の径Ｗ2を有する第二の部分１３ｂを形成する（孔開け工程）。なお、本実施形態においては、第二の部分１３ｂの径（第二の径Ｗ2）を第一の部分１３ａの径（第一の径Ｗ1）よりも大きくしたが、第二の径Ｗ2を第一の径Ｗ1と同一にしてもよい。
【００３０】
貫通孔形成工程に続いて、台座用母材１０Ａを所定の大きさに切り出して台座１０を形成する（切出工程）。なお、切出工程を、研磨工程及び貫通孔形成工程の前に実施することもできる。すなわち、台座用母材１０Ａを所定の大きさに切り出して台座１０を形成した後、その台座１０の第一の面１１に研磨加工を施し、さらに上記エッチング工程及び孔開け工程を経て台座１０に貫通孔１３を形成することもできる。
【００３１】
続いて、台座１０の接合面１１に、別途準備したセンサチップ２０を配置し接合してフローセンサ１を形成する（接合工程）。接合工程においては、接着剤を用いて、台座１０とセンサチップ２０とを接着することができる。接着剤としては、フッ素樹脂系接着剤を使用することができる。あるいは、希フッ化水素酸（ＨＦ）接合法、常温活性化接合法又は拡散接合法により、台座１０とセンサチップ２０とを接合することもできる。以上の工程群を経て、フローセンサ１を得ることができる。
【００３２】
以上説明した実施形態に係るフローセンサ１の製造方法においては、台座用母材１０Ａに貫通孔１３を形成するにあたり、台座用母材１０Ａの第一の面１１から所定深さＤ1だけエッチングを施すことにより第一の部分１３ａを形成するため、台座用母材１０Ａの第二の面１２から第一の部分１３ａまで孔開け加工を施して第二の部分１３ｂを形成する際に貫通孔１３の開口部周縁付近に生じるバリやデブリを効果的に除去することができる。また、台座用母材１０Ａの第一の面１１側の貫通孔部分（第一の部分１３ａ）は比較的小径（第二の部分１３ｂの径Ｗ2より小さい径Ｗ1）とされているため、センサチップ２０との接合面積を充分に確保することができる。
【００３３】
なお、以上の実施形態においては、台座１０及びセンサチップを備えるフローセンサ１に本発明を適用した例を示したが、スペーサ及びダイアフラムを備える圧力センサに本発明を適用することもできる。
【００３４】
本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、この実施形態に当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。すなわち、上記実施形態が備える各要素及びその配置、材料、条件、形状、サイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。また、上記実施形態が備える各要素は、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【００３５】
１…フローセンサ
１０…台座
１０Ａ…台座用母材
１１…第一の面（接合面）
１２…第二の面（接合面とは反対側の面）
１３…貫通孔
１３ａ…第一の部分
１３ｂ…第二の部分
２０…センサチップ
Ｄ1…所定深さ
Ｗ1…第一の径
Ｗ2…第二の径
【図１】
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【図２】
2014126533.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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