(57)【要約】【課題】  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。【解決手段】  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、ガス流通用の貫通孔を設け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たことを特徴とする。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、ガス流通用の貫通孔を設け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たことを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
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。
【請求項３】
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。
【請求項４】
前記スペーサ基板上に配線パターンを設け、この配線パターンを介して前記第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請求項１乃至３のいずれかに記載のフローセンサ。
【請求項５】
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４に記載のフローセンサ。
【請求項６】
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５に記載のフローセンサ。
【請求項７】
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４乃至６のいずれかに記載のフローセンサ。
【請求項８】
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７のいずれかに記載のフローセンサ。
【請求項９】
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８のいずれかに記載のフローセンサ。
【請求項１０】
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９に記載のフローセンサ。
【請求項１１】
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たことを特徴とするフローセンサの製造方法。
【請求項１２】
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１１に記載のフローセンサの製造方法。
【請求項１３】
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１２に記載のフローセンサの製造方法。
【請求項１４】
前記スペーサ基板上に配線パターンを設け、この配線パターンを介して前記第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請求項１１乃至１３のいずれかに記載のフローセンサの製造方法。
【請求項１５】
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１４に記載のフローセンサの製造方法。
【請求項１６】
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１５に記載のフローセンサの製造方法。
【請求項１７】
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１４乃至１６のいずれかに記載のフローセンサの製造方法。
【請求項１８】
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１１乃至１７のいずれかに記載のフローセンサの製造方法。
【請求項１９】
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１１乃至１８のいずれかに記載のフローセンサの製造方法。
【請求項２０】
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１９に記載のフローセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−０８１９８２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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、ガス流通用の貫通孔を設け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たことを特徴とする。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
請求項４では、請求項１乃至３のいずれかのフローセンサにおいて、前記スペーサ基板上に配線パターンを設け、この配線パターンを介して前記第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。
【００１５】
請求項５では、請求項４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。
【００１６】
請求項６では、請求項５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。
【００１７】
請求項７では、請求項４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、両面プリント板であることを特徴とする。
【００１８】
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。
【００１９】
請求項９では、請求項１乃至８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。
【００２０】
請求項１０では、請求項９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。
【００２１】
請求項１１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たことを特徴とする。
【００２２】
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。
【００２３】
請求項１３では、請求項１２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。
【００２４】
請求項１４では、請求項１１乃至１３のいずれかのフローセンサの製造方法において、  前記スペーサ基板上に配線パターンを設け、この配線パターンを介して前記第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。
【００２５】
請求項１５では、請求項１４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。
【００２６】
請求項１６では、請求項１５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。
【００２７】
請求項１７では、請求項１４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。
【００２８】
請求項１８では、請求項１１乃至１７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。
【００２９】
請求項１９では、請求項１１乃至１８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。
【００３０】
請求項２０では、請求項１９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。
【発明の効果】
【００３１】
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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３２】
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。
【実施例１】
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【００４１】
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。
【００４２】
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。
【００４３】
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。
【００４４】
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。
【００４５】
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。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】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。
【図２】図２は図１におけるＡ−Ａ断面図。
【図３】図３は第１の半導体基板１０の形成例を示す構成図。
【図４】図４はスペーサ基板３０の形成例を示す構成図。
【図５】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。
【図６】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。
【図７】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。
【図８】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。
【図９】図９は従来のフローセンサの一例を示す構成図。
【図１０】図１０は従来のフローセンサの他の例を示す構成図。
【図１１】図１１は従来のフローセンサの他の例を示す構成図。
【符号の説明】
【００４７】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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