(57)【要約】統合可能な流体流れおよび特性マイクロセンサ・アセンブリが、ラボオンチップシステムにおいて使用されるタイプの微細流体カートリッジに動作式に埋め込まれるように構成される。アセンブリは、頑強な感知装置を達成するために、ハウジング内に包含される微細構造流れセンサを有する頑強なパッケージである。カートリッジは、アセンブリに流路を提供し、流路は、流体を流れセンサを横断するように向け、流体をカートリッジの流路に戻す。流れセンサは、流体の制御された流れを監視して、その流れを表す信号を送信する。アセンブリ構造は、多くの異なる応用分野において動作可能であり、かつ精密である頑強なセンサを提供する。
2005526245.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
カードアセンブリ内に容易に組み込まれる、流体の流れを監視するためのセンサアセンブリであって、
流体の流れに応答する感知表面を有するセンサ・ダイであって、流体の流れを表す信号を生成し、生成された電気信号を送信するための複数の電気接点をさらに有するセンサ・ダイと、
前記センサ・ダイを包含し、一方、前記電気接点へのアクセスをも提供するセンサ・ハウジングであって、流体入口と、流体出口と、前記流体入口と前記流体出口との間にある流れチャネルであって、前記感知表面を通り過ぎて流体を向けるように構成される流れチャネルと、を有するセンサ・ハウジングと、
関係システムによって前記電気信号にアクセスすることを可能にするための、前記電気接点に電気的に接続された複数のコネクタと、
を備えるセンサアセンブリ。
【請求項２】
請求項１に記載のセンサアセンブリであって、前記ハウジングは、プラスチック物質で作成される、センサアセンブリ。
【請求項３】
請求項１に記載のセンサアセンブリであって、前記ハウジングは、ガラス物質で作成される、センサアセンブリ。
【請求項４】
請求項１に記載のセンサアセンブリであって、前記ハウジングは、ほぼ平面のチャネル部分およびほぼ平面のカバー部分を含み、前記流れチャネルは、前記カバー部分の取付けによって封入される前記チャネル部分において溝によって形成される、センサアセンブリ。
【請求項５】
請求項４に記載のセンサアセンブリであって、前記感知表面が、前記流れチャネルの一部をさらに封入するように、前記センサ・ダイは、前記チャネル部分および前記カバー部分の両方に取り付けられる、センサアセンブリ。
【請求項６】
請求項５に記載のセンサアセンブリであって、前記カバー部分は、前記センサ・ダイを受けるために開口を含む、センサアセンブリ。
【請求項７】
請求項１に記載のセンサアセンブリであって、前記ハウジングは、セラミック物質から作成される、センサアセンブリ。
【請求項８】
請求項１に記載のセンサアセンブリであって、前記センサ・ダイは、前記流体の熱伝導率を表す信号を生成する、センサアセンブリ。
【請求項９】
請求項１に記載のセンサアセンブリであって、前記センサ・ダイは、前記流体の比熱を表す信号を生成する、センサアセンブリ。
【請求項１０】
請求項１に記載のセンサアセンブリであって、前記複数のコネクタは、湾曲回路を備える、センサアセンブリ。
【請求項１１】
請求項１に記載のセンサアセンブリであって、前記複数のコネクタは、セラミック回路板を備える、センサアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１に記載のセンサアセンブリであって、前記複数のコネクタは、前記電気信号を前記カードアセンブリのエッジに送信するために、前記カードアセンブリの上に複数の回路トレースを備える、センサアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１２に記載のセンサアセンブリであって、前記電気信号が、前記カードアセンブリの前記エッジから関係システムにピゴピン（ｐｏｇｏ  ｐｉｎ）アレイを介して伝播する、センサアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１２に記載のセンサアセンブリであって、前記電気信号が、前記カードアセンブリの前記エッジから関係システムにカードエッジコネクタを介して伝播する、センサアセンブリ。
【請求項１５】
流体の流れを監視するための、カートリッジに容易に組み込まれるセンサアセンブリであって、
前面の上において流れチャネルを画定するチャネルハウジング層と、
通るウィンドウを画定するカバーハウジング層であって、前記チャネルハウジング層の前面に隣接し、封止が間に存在し、前記流れチャネルの第１部分を封入するカバーハウジング層と、
流体の流れに応答する感知表面を有するセンサ・ダイであって、前記感知表面が、前記流れチャネルの第２部分を封入するように、前記ウィンドウにおいて構成され、前記流れチャネルが、前記カバー層とセンサ・ダイとの組合わせによって封入され、それにより、前記流れチャネルの前記流体が、前記感知表面を横断して向けられる、センサ・ダイと、
を備えるセンサアセンブリ。
【請求項１６】
請求項１５に記載のセンサアセンブリであって、間に封止を創出する前記チャネルハウジング層と前記カバーハウジング層との間に接着層をさらに備える、センサアセンブリ。
【請求項１７】
請求項１５に記載のセンサアセンブリであって、前記センサ・ダイは、流体の流れを表す電気信号を生成することができる、センサアセンブリ。
【請求項１８】
請求項１５に記載のセンサアセンブリであって、前記センサ・ダイは、前記流体の前記熱伝導率を表す電気信号を生成することができる、センサアセンブリ。
【請求項１９】
請求項１５に記載のセンサアセンブリであって、前記センサ・ダイは、前記流体の前記比熱を表す電気信号を生成することができる、センサアセンブリ。
【請求項２０】
請求項１７に記載のセンサアセンブリであって、前記センサ・ダイの背面は、生成された前記電気信号を送信するための複数の電気接点を備え、前記センサ・ダイの前記背面は、前記センサ・ダイの前記感知表面と対向する、センサアセンブリ。
【請求項２１】
請求項２０に記載のセンサアセンブリであって、複数のコネクタは、前記電気接点に電気的に接続され、前記複数のコネクタは、湾曲回路を備える、センサアセンブリ。
【請求項２２】
請求項２０に記載のセンサアセンブリであって、複数のコネクタは、前記電気接点に電気的に接続され、前記複数のコネクタは、セラミック回路板を備える、センサアセンブリ。
【請求項２３】
請求項２０に記載のセンサアセンブリであって、複数のコネクタは、前記電気接点に電気的に接続され、前記複数のコネクタは、前記電気信号を前記カートリッジのエッジに送信するために、前記カートリッジの上に複数の回路トレースを備える、センサアセンブリ。
【請求項２４】
請求項２３に記載のセンサアセンブリであって、前記電気信号が、前記カートリッジの前記エッジから外部システムにポゴピンアレイを介して伝播する、センサアセンブリ。
【請求項２５】
請求項２３に記載のセンサアセンブリであって、前記電気信号が、前記カートリッジの前記エッジから外部システムにカードエッジコネクタを介して伝播する、センサアセンブリ。
【請求項２６】
請求項１５に記載のセンサアセンブリであって、前記チャネルハウジング層は、前記チャネルハウジングを通ってその背面から前記流れチャネルまで延びる流体入口と、前記チャネルハウジングを通ってその前記背面から前記流れチャネルまで延びる流体出口とを画定し、前記流体入口および前記流体出口は、前記流れチャネルの両端に位置する、センサアセンブリ。
【請求項２７】
請求項１５に記載のセンサアセンブリであって、前記チャネルハウジング層および前記カバーハウジング層は、プラスチック物質から作成される、センサアセンブリ。
【請求項２８】
請求項１５に記載のセンサアセンブリであって、前記チャネルハウジング層および前記カバーハウジング層は、ガラス物質から作成される、センサアセンブリ。
【請求項２９】
請求項１５に記載のセンサアセンブリであって、前記チャネル層および前記カバーハウジング層は、セラミック物質から作成される、センサアセンブリ。
【請求項３０】
カードアセンブリ内に容易に組み込まれる、流体の流れを監視するためのセンサアセンブリを創出する方法であって、
エポキシ物質をチャネルハウジング層に、前記エポキシ物質が前記チャネルハウジング層によってその前面の上において画定される封止凹みにおいて受けられるように導入し、前記エポキシ物質が、前記チャネルハウジング層の前記前面とほぼ同じ高さになるまで導入されるステップと、
前記チャネルハウジング層の前記前面の上において流れセンサを、前記流れセンサが前記エポキシ物質を接触して、間に封止を創出するように位置決めするステップと、
前記チャネルハウジング層の前記前面上にエポキシ層を、前記エポキシ層が、前記前面上の前記チャネルハウジング層によって画定される流れチャネルをほぼ囲むように添付するステップと、
前記チャネルハウジング層の前記前面上においてカバーハウジング層を、前記エポキシ層が間に封止を創出するように位置決めし、前記流れチャネルが、前記カバーハウジング層と前記流れセンサとの組合わせによってほぼ封入されるステップと、
を含む方法。
【請求項３１】
請求項３０に記載の方法であって、前記チャネルハウジング層および前記カバー層を通って孔開けされた誘導孔は、前記チャネルハウジング層の上において前記カバーハウジング層を精確に位置決めするために使用される、方法。
【請求項３２】
請求項３１に記載の方法であって、前記チャネルハウジング層および前記エポキシ層を通って孔開けされた誘導孔は、前記チャネルハウジング層の上に前記エポキシ層を精確に添付するために使用される、方法。
【請求項３３】
請求項３０に記載の方法であって、前記チャネルハウジング層は、エポキシリリースバイアを画定し、前記エポキシリリースは、前記封止凹みから前記チャネルハウジング層の背面まで、前記チャネルハウジング層を通って延び、それにより、前記流れセンサが、前記チャネルハウジング層の上において位置決めされているので、過剰なエポキシ物質は、前記エポキシリリースを経て放出することが可能である、方法。
【請求項３４】
請求項３０に記載の方法であって、前記チャネルハウジング層および前記カバーハウジング層は、プラスチック物質から作成される、方法。
【請求項３５】
請求項３０に記載の方法であって、前記チャネルハウジング層および前記カバーハウジング層は、ガラス物質から作成される、方法。
【請求項３６】
請求項３０に記載の方法であって、前記チャネルハウジング層および前記カバーハウジング層は、セラミック物質から作成される、方法。
【請求項３７】
流体の流れを監視するためのセンサシステムであって、
流体を含むカートリッジと、
前記カートリッジに動作式に接続されたセンサアセンブリであって、
流体流れに応答し、流体流れを表す電気信号を生成するセンサ・ダイと、
センサアセンブリを前記カートリッジに接続して、前記センサ・ダイを支持するハウジングと、
前記電気信号を前記センサ・ダイから送信するための複数の電気接点と、
を含み、前記カートリッジから前記流体を受け取り、前記センサ・ダイを横断するように前記流体を向け、前記流体を前記カートリッジに戻すように構成され、前記カートリッジからさらに取外し可能であるセンサアセンブリと、
前記センサアセンブリの外部において前記電気信号にアクセスすることを可能にするために、前記電気接点に動作式に接続された複数の電気コネクタと、
を備えるセンサシステム。
【請求項３８】
請求項３７に記載のセンサシステムであって、前記複数の電気コネクタにより、関係システムによって前記電気信号にアクセスすることが可能になる、センサシステム。
【請求項３９】
請求項３８に記載のセンサシステムであって、前記複数の電気コネクタは、前記電気信号を前記センサシステムのエッジに送信するために、前記センサアセンブリに沿って複数の回路トレースを備える、センサシステム。
【請求項４０】
請求項３９に記載のセンサシステムであって、前記電気信号が、前記センサシステムの前記エッジから前記関係システムにポゴピンアレイを介して伝播する、センサシステム。
【請求項４１】
請求項３９に記載のセンサシステムであって、前記電気信号が、前記センサシステムの前記エッジから前記関係システムにカードエッジコネクタを介して伝播する、センサシステム。
【請求項４２】
請求項３７に記載のセンサシステムであって、前記複数の電気コネクタは、湾曲回路を備える、センサシステム。
【請求項４３】
請求項３７に記載のセンサシステムであって、前記複数の電気コネクタは、セラミック回路板を備える、センサシステム。
【請求項４４】
請求項３７に記載のセンサシステムであって、前記電気信号は、前記流体の熱伝導率を表す、センサシステム。
【請求項４５】
請求項３７に記載のセンサシステムであって、前記電気信号は、前記流体の比熱を表す、センサシステム。
【請求項４６】
請求項３７に記載のセンサシステムであって、前記ハウジングが、前記カートリッジに依然として接続されているように、前記センサ・ダイは、前記ハウジングから取外し可能である、センサシステム。
【請求項４７】
請求項３７に記載のセンサシステムであって、前記ハウジングは、プラスチック物質から作成される、センサシステム。
【請求項４８】
請求項３７に記載のセンサシステムであって、前記ハウジングは、ガラス基板から作成される、センサシステム。
【請求項４９】
請求項３７に記載のセンサシステムであって、前記ハウジングは、セラミック物質から作成される、センサシステム。
【請求項５０】
流体の流れを監視するためのセンサシステムであって、
流体を含むカートリッジと、
前記カートリッジに動作式に埋め込まれた流れセンサであって、感知表面を含み、かつ流体流れに応答し、前記カートリッジから前記流体を受け取り、前記感知表面を横断するように前記流体を向け、前記流体を前記カートリッジに戻すように構成される流れセンサと、
を備えるセンサシステム。
【請求項５１】
請求項５０に記載のセンサシステムであって、前記流れセンサは、流体流れを表す電気信号を生成する、センサシステム。
【請求項５２】
請求項５１に記載のセンサシステムであって、前記流れセンサは、前記流体の熱伝導率を表す電気信号を生成する、センサシステム。
【請求項５３】
請求項５１に記載のセンサシステムであって、前記流れセンサは、前記流体の比熱を表す電気信号を生成する、センサシステム。
【請求項５４】
請求項５１に記載のセンサシステムであって、前記流れセンサは、前記電気信号を前記流れセンサから送信するための複数の電気接点を含む、センサシステム。
【請求項５５】
請求項５０に記載のセンサシステムであって、前記流れセンサは、前記カートリッジから取外し可能である、センサシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般に、微細構造の形態で頑強なパッケージに組み込まれた流体流れセンサなど、流体の熱センサに関する。便宜上、「流れセンサ」（ｆｌｏｗ  ｓｅｎｓｏｒ）という用語は、そのような熱センサについて、これ以後、一般的に使用される。読者は、質量流量、温度、熱伝導率、および比熱などの主な特性を測定するために、そのようなセンサを使用することが可能であり、伝熱は、強制対流または自然対流により生成される可能性があることを理解するであろう。本発明は、具体的には、微細構造流れセンサの能力を利用するカートリッジまたはアセンブリに関する。さらにより具体的には、構造が頑強で、かつ過酷な環境において動作することができる中央加熱要素および周囲センサアレイを有するマイクロブリック（Ｍｉｃｒｏｂｒｉｃｋ）ＴＭまたはマイクロフィル（ｍｉｃｒｏｆｉｌｌ）タイプのセンサが使用される。これらのマイクロブリックＴＭまたはマイクロフィルセンサは、ウェハ通して相互接続を含み、したがって、環境の損傷または汚染に対して非常に低い感受性を提供する。センサ支持構造の材料は、応用分野に適合された熱伝導率を有し、したがって、過酷な環境における高い感受性または１つまたは複数の高質量流束流体流れ測定に必要とされるような、より有用で多目的のセンサを生成する。
【背景技術】
【０００２】
これは、現在は米国特許第６，１８４，７７３号明細書である米国特許出願第０９／２０７，１６５号明細書、１９９８年１２月７日出願、名称「Ｒｕｇｇｅｄ  Ｆｌｕｉｄ  Ｆｌｏｗ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｙ  Ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒ」の一部係属である米国特許出願第０９／６５６，６９４号明細書、２０００年９月７日出願、名称「Ｒｏｂｕｔｓｔ  ｆｌｕｉｄ  ａｎｄ  Ｐｒｏｐｅｒｔｙ  Ｍｉｃｒｏｓｅｎｓｏｒ  Ｍａｄｅ  ｏｆ  Ｏｐｔｉｍａｌ  Ｍａｔｅｒｉａｌ」、および米国特許出願第０９／２３９，１２５号明細書、１９９９年１月２８日出願の一部係属である米国特許出願第０９／３６８、６２１号明細書、１９９９年８月５日出願、両方とも名称「Ｍｉｃｏｒｓｅｎｓｏｒ  Ｈｏｕｓｉｎｇ」の一部係属である。
【０００３】
（関連する従来技術の記述）
ヒガシ（Ｈｉｇａｓｈｉ）らへの米国特許第５，４０１，１５５号明細書において詳述されているような開放マイクロブリッジ構造は、大きな圧力の揺らぎがある、またはない清浄な気体の測定によく適しているが、その理由は、マイクブリッジ構造が耐破裂性であるからである。しかし、マイクロブリッジ構造が開放性であるために、蒸気の凝縮物が、マイクロブリッジ構造において制御されずに保持されることがあり、熱応答または出力が制御されずに変化して、構造が出力誤差および不十分な安定性を呈示しやすくなる。
【０００４】
通常のマイクロブリッジ構造は、他の電気リードおよび／または電子機器を担持するヘッダへの上面または基板において結合されたケイ素ダイ・ワイヤ（ｓｉｌｉｃｏｎ  ｄｉｅ  ｗｉｒｅ）を有する。通常、ワイヤ結合用のそのようなワイヤは、１ミルの金ワイヤである。このワイヤは、流体に懸濁された粒子を保持し、液体凝縮物を保持し、所望されない乱流を増大させ、流れ応答をシフトさせる傾向を有する。その薄さのために、このワイヤも、高率の液体流れなどの高質量流束環境において、およびセンサを清浄することを試行する際に、損傷を受けやすい。
【０００５】
膜ベースのセンサは、マイクロブリッジ構造の問題のいくつかを克服するが、その理由は、流体に暴露される開口が存在しないからである。より具体的には、流体が下層構造に入ることを可能にする開口は存在しない。しかし、膜は、絶縁空気間隙の上に封止され、異なる圧力が誘起する応力信号誤差の影響を受けるので、膜ベースセンサは、高圧力の応用分野では応用が限定されていた。膜の物理的な構成のために、圧力差（膜の両面における）が約１００ＰＳＩ（高質量流束環境において非常に可能性のある圧力レベル）を超えて増大する際に、膜は、変形または破裂することがある。膜センサの上面の加熱／感知要素も、通常、他の構成要素に結合されたワイヤであり、清浄試行中に破片が累積し、おそらくは破裂する流路のワイヤについて問題を残す。
【０００６】
流体流れセンサを作成するために、多くの異なる材料を使用することが可能であるが、材料の選択は、センサの性能に、劇的な影響を与えることがある。センサ基板を作成する好ましい材料は、特性の中でもとりわけ、比較的低い熱伝導率を有する。この低熱伝導率は、センサの感受性を維持するために必要である。熱伝導率が比較的低いので、様々な感知要素に呈示される加熱／冷却効果は、感知される流体によって生じる。すなわち、熱が基板を経て過度に伝達されず、信号の短絡とならないことを保証することが重要である。
【０００７】
上記で議論した微細膜構造は、過酷な環境において（蒸気を凝縮させる、懸濁粒子を有するなど）精確な熱測定を実施することを可能にする設計手法を提供する。具体的には、加熱／感知要素のすぐ下にあるケイ素の質量は、大きく低減または排除され、それにより、可能性のある熱損が限定される。しかし、この構造においてさえ、材料の選択は決定的であり、低熱伝導率および適切な材料強度は、依然として非常に受容である。この構造の欠点は、感知要素において応力を誘起して、出力信号の無制御の変化または誤差をもたらす圧力差（膜にわたる）に対する感受性である。
【０００８】
上記で言及した熱特性の他に、流れセンサ全体が、化学的不活性、耐腐食性、高温安定性、電気的絶縁性、および生物学的適合可能であることが非常に所望される。明らかに、これらの特性の多くは、材料を適切に選択することによって達成される。さらに、これらの所望の特性は、センサの動作環境を考慮すると必要である。選択される材料は、過酷な環境において動作することができるセンサに備えなければならない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
したがって、上記で言及した問題を呈示しにくい流れセンサを開発することが所望される。具体的には、センサは、マイクロブリッジの下に蒸気が蓄積することによって影響を受けず、加熱要素および感知要素の付近において結合ワイヤを暴露させない。所望のセンサは、構造が頑強であり、したがって、過酷な環境において動作することができる。さらに、信号短絡によって影響を受けず、したがって高質量気流および液体流を感知することができる流れセンサを開発することが所望される。これを達成するために、所望の流れセンサは、比較的低い熱伝導率、高温安定性、高電気絶縁性、耐腐食性、化学的不活性、および生物学的適合性を有する頑強な構造またはダイを含む。そのような構造の設計により、高圧において広範囲にわたって流量および熱特性を感知することが可能になる。さらに、この能力は、劣悪な環境において問題なく動作することを提供する。所望の流れセンサおよび関連するハウジングは、また、死容積を最小限に抑え、費用効果、携帯性、および小型化を促進する。センサは、センサに取り付けられた所定の流れチャネルを通る流れを監視するように適合可能でもある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、マイクロブリックＴＭまたはマイクロフィル構造（それぞれ、感知要素の下にほぼ固体の構造を有する）および水通し電気相互接続を備えるマイクロセンサ・ダイを有する微細構造流れセンサを詳述する。この構造は、過酷な環境を含めて、多くの異なる応用分野において動作可能で精確である頑強なセンサを提供する。
【００１１】
さらに、微細構造流れセンサは、頑強な感知要素を達成するために、アセンブリに組む込むことが可能である。アセンブリは、頑強なパッケージであり、ラボオンチップシステムにおいて使用されるタイプの微細流体カートリッジに動作式に統合することが可能であるように構成可能である。アセンブリの流れセンサは、カートリッジにおける流体の制御された流れを監視して、その流れを表す信号を湾曲回路を経て送信する。アセンブリおよびカートリッジの統合は、より小型の装置を介してより大型の機器の利点をもたらす。
【００１２】
センサは、適切な電気絶縁を提供するために、ヒータおよび感知要素の上に重なる平坦で不活性化された上面を装備する。さらに、ウェハ通し相互接続を有するダイが、上記で議論した付随する問題を有する結合ワイヤの必要性を排除する。広範な圧力レベルに耐え、かつ過酷な環境において動作するために、ダイの構造は、非常に頑強であるように構成される。ダイは、非常に低い熱伝導率を有する材料で作成され、したがって所望されない熱信号短絡を排除する。たとえば、ダイは、様々なガラス材料、アルミナ、またはそのような材料の組合わせを使用して製造することが可能である。
【００１３】
ダイは、任意の数の接着剤によって、適切に整合された熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する基板に取り付けられる。電気接点が、熱圧縮結合、はんだバンピング、導電性接着剤などによって作成される。基板通し電気接点は、センサの他の電子機器への取付けのために、必要な導電性ランにおいて終端することが好ましい。これは、以下で記述する他の装置への容易な相互接続を見込む。
【００１４】
基板は、背面接点へのアクセスを防止するために、ダイの底面に流体障壁を提供し、かつ封止を埋め戻すように、ダイとの対合表面において不活性化層をさらに有することが可能である。ケイ素酸化物層およびケイ素窒化物層の両方が、ダイの構築に使用される可能性がある。本発明は、すべての流体流れの応用分野において問題がなくかつサービスの信頼性が高く、ならびに製造が容易で清浄の保全を受けやすいことによって、使用者に利益を与える。
【００１５】
高質量流束感知動作を実施する能力は、センサの物理的な特性に大きく依存する。これらの高質量流束感知状況において動作することができるセンサを創出するために、ダイ基板の低熱伝導率が必要であることが、最も重要である。熱伝導率を最小限に抑えるために、センサ加熱／冷却効果の妨害は最小限に抑えられ、感知能力は向上される。具体的には、ダイ構造材料の特性は、伝熱の適切な経路を制御することであり、これにより、ヒータからセンサへのダイ構造を経た伝熱が回避される。様々な材料が、この特性を提供することができる。歴史的には、マイクロブリッジセンサチップのケイ素窒化物が、あるレベルの熱伝導率を提供するために使用され、また容易に製造された。しかし、その脆弱性のために、過酷な環境において使用することができない。
【００１６】
所望の特性を呈示するより最適な材料は、ガラスである。しかし、ガラスは、微細機械加工が容易ではなかったので、以前は使用されていなかった。すなわち、ガラスを使用して必要な構造を形成することは困難である。他の可能性のある基板材料は、アルミナであり、これは、電子機器パッケージに広く使用され、いくつかの所望の特性を有する基板として作用するように機械加工することができる。しかし、１つの所望されない特徴は、熱伝導率が高いことであり、これにより、センサチップの感受性が極度に低減される。
【００１７】
感光性ガラスおよびパイレックス（商標）を含めて、ガラス材料の最近の開発は、微細機械加工が可能であり、かつ極度に有効であることを示した。したがって、この材料は、現在、微細機械加工された流れおよび特性センサの代替ダイ構造を提供することができる。本発明は、最適な物理的特性を有する流れおよび特性センサを生成するために、ガラス（感光性ガラス、融合シリカなど）またはアルミナ材料の特性を利用する。したがって、マイクロブリックＴＭまたはマイクロフィル構造のガラスベースセンサを提供することにより、圧力応力誘起誤差信号のない、液体特性または高質量流束流体流れを感知する堅牢なセンサを製造することが可能になる。
【００１８】
ガラスの最近の開発のために、この材料をダイ構造として使用することにより、必要な構造機械可能の量が一般に低減される。より具体的には、構造は、現在、ほぼ固体の構造を有するマイクロブリックＴＭまたはマイクロフィル構造で製造することができる。このタイプのセンサ・ダイでは、加熱要素および感知要素は、基板のすぐ上に配置され、さらなる処理または構造化は、それらの要素より下では必要とされない。したがって、構造自体は、感知要素より下では連続的であり、より頑強なセンサ・ダイを創出する。ガラス構造材料の特性により、このマイクロブリックＴＭ構造を過酷な環境において有効に使用することが可能になる。
【００１９】
代替として、プラグタイプの構成を使用して、同じマイクロブリックＴＭ構造を達成することができる。この手法では、構造材料が、加熱要素および感知要素の下にある孔、またはそれらの要素を完全に通って延びる開口を含む。次いで、この孔は、適切な材料のフィラーまたはプラグで再充填されて、マイクロフィル構造を創出する（すなわち、固体材料で充填された微細孔）。この構造と適切なフィラー（ｆｉｌｌｅｒ）またはプラグ（ｐｌｕｇ）との組み合わせは、マイクロセンサ・ダイの熱特性に有効に適合することができる。たとえば、基板は、主にアルミナから製造することが可能であり、ガラスプラグを含む。次いで、加熱要素は、このプラグ要素のすぐ上に配置され、それにより、必要な熱特性を提供する。
【００２０】
微細構造流れセンサは、より完全な感知装置を達成するために、流れセンサ・アセンブリに動作式に統合することが可能であるように、構成される。具体的には、流れセンサ・アセンブリが、共動センサ・ハウジング内に包含される流れセンサを含むことが可能である。センサ・ハウジングは、流体を流れセンサにわたって向ける封止流れチャネルを画定し、流れチャネルの両端において流体入口および流体出口を提供する。センサ・ダイは、流れチャネルを通って流れる試薬および他の流体の容積を計量する。封止流れチャネルの構成が既知であるので、これは、計量流れチャネルとして動作する。
【００２１】
センサ・ハウジングは、チャネル層およびカバー層の２つの層を含むことが可能である。チャネル層の精密溝が、流れチャネルを画定し、流れチャネルの一部は、カバー層をチャネル層に取り付けることによって封入される。カバー層は、信号を他の装置に送信するために、流れセンサを暴露させるためのウィンドウを画定する。流れセンサは、その感知表面が流れチャネルの残りの部分をも封入して、封止計量流れチャネルを創出するように、チャネル層の上に構成される。チャネル層およびカバー層は、間に封止を創出する層間においてエポキシ層が提供されるプロセスを含めて、様々な手段により取り付けることが可能である。チャネル層の溝は、結果的な流れチャネルが所望の流れ制御を提供するように、十分な精度で創出される。さらに、流れセンサは、その感知表面が、流れチャネルを通って流れる試薬および他の流体の精確な計量を提供するように実質的に構成されるように、チャネル層において受けられ、位置合わせされる。
【００２２】
流れセンサ・アセンブリは、多目的で頑強なパッケージであり、ラボオンチップシステムにおいて使用されるタイプの微細流体カートリッジの上に動作式に埋め込むことが可能であるように構成可能である。アセンブリのセンサは、カートリッジにおける流体の制御された流れを監視し、その流れを表す信号を送信するための電気コネクタを含む。
【００２３】
たとえば、流れセンサ・アセンブリは、具体的には血球である細胞をカウントおよび分類するように設計された微細血球計算カートリッジを可能にする可能性がある。カートリッジは、血液サンプルを受け取り、カートリッジ内において血球の流路を提供することが可能である。カートリッジ流路は、血液をセンサアセンブリの流体入口内に導入し、センサを横断する血液流量を計量した後、流体出口から血球を受け取る。微細血球計算カートリッジは、それぞれがカートリッジ経路の離散点において血液および他の試薬の流量を計量する複数のセンサアセンブリをさらに実施することが可能である。
【００２４】
この統合構造により、より大型でより高価な機器の能力が、より小型の装置にもたらされ、多くの利点が提供される。センサアセンブリおよびカートリッジのサイズの低減により、コスト削減が促進され、死容積流れ（ｄｅａｄ  ｖｏｌｕｍｅ  ｆｌｏｗ）が最小限に抑えられる。センサおよびカートリッジのサイズが小さく軽量な設計により、携帯性および自蔵の利点が増強される。さらに、カートリッジの上に埋め込まれたセンサアセンブリを、他のカートリッジの上において再使用することが可能であり、それにより、各使用後に新しいセンサの費用が節約され、同時に、カートリッジによって提供される機能および能力から利益が得られる。しかし、カートリッジの性質に応じて、センサアセンブリおよびカートリッジの両方を使用後に廃棄することが好ましい可能性がある。
【００２５】
なお、本発明は、図面と関連して好ましい実施形態の記述を読むことにより、より完全かつ徹底的に理解されるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
好ましい実施形態の記述にわたって、同じ構成要素は、同じ参照符合によって識別される。
図１を参照すると、流体流れセンサ・ダイ２１は、本体１３を含む。本体１３の上に、感知要素１５、１７が付着され、それらは、中央加熱要素１９を囲む。すべて、白金などの適切な金属からなる。このタイプの微細構造流体流れセンサの構成および動作の理論は、当業者には既知であり、本明細書ではさらには詳述しない。再び、便宜上、この構造は、上記で指摘したように、「流れセンサ」と一般に呼ばれる。
【００２７】
図２を参照すると、本発明による流れセンサが、適切な整合された熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する基板２３に結合されたマイクロセンサ・ダイ２１を含むことが可能である。基板２３の材料は、アルミナ、ムライト、または、適切なＣＴＥを有する既知の印刷回路板材料を含む可能性がある。上部囲み本体または層２５は、マイクロセンサ・ダイ２１を囲むように、基板２３の上に配置され、さらに、感知装置の上面をさらに平坦化し、流体流れと、粒子または凝縮物が中にロッジ（ｌｏｄｇｅ）することが可能である最小間隙とに最小抵抗を提供するために、配置される。上部囲み２５は、エポキシ層、プレフォーム、または、上記で留意した目的に役立つあらゆる適切に構築および構成された付着層もしくは構造層として実施することが可能である。基板２３と、ダイ２１と、上部囲み２５との間の接合は、潜在的なほこりおよび蒸気のトラップを除去するために、適切なエポキシなどでさらに封止または平滑化することが可能である。
【００２８】
図示したように、マイクロセンサ・ダイ２１は、本体１３を備え、本体１３は、金、クロム／金合金、またはクロム／金／パラジウム合金であることが好ましい電気導体材料で集団的２９に充填された電気バイアとして作用する通し孔を有する。図示したような通し方式を相互接続に使用することにより、流れセンサの多くの利点が、提供される。具体的には、マイクロセンサ・ダイ２１の上面から上に延びるワイヤ結合は、存在しない。したがって、感知されている流れを妨害する構造は、存在しない。予期されるように、これにより、あらゆる乱流が排除され、ならびに、特定の結合構造に対する応力が回避される。
【００２９】
再び、図２を参照すると、基板２３は、基板本体５５を備え、基板本体５５は、アルミナ、ムライト、または、マイクロセンサ・ダイ２１に適切に整合された熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する他の既知の材料からなる。ケイ素マイクロセンサ・ダイ２１と対合される基板構造２３の上面には、熱圧縮はんだバンプ結合５１が、配置される。
【００３０】
ケイ素は、非常に有効なマイクロセンサ本体材料であるとしばしば見なされるが、その理由は、いくつかの周知のケイ素処理技法を使用して、容易に機械加工／処理することができるからである。しかし、超高質量流束流体流れ感知および高圧力の応用分野など、ある応用分野では、マイクロブリッジまたは微細膜としてのそのようなケイ素支持構造は、ある欠点を有する。具体的には、ケイ素の熱絶縁特性は、センサがケイ素のすぐ上に構築される場合、センサの構造特性および動作特性を限定する。これらの熱特性に対処するために、ケイ素ベースセンサのマクロセンサ本体は、ヒータおよび感知要素より下の熱質量を限定するために、微細膜タイプの構造に構成される。明らかに、これは、ケイ素ベースセンサの物理的強度を限定する。さらに、この微細膜構成は、高質量流束感知には不適切であるが、その理由は、出力信号が、高流束レベルに到達する前に飽和するからである。
【００３１】
過酷な環境において有効に動作するために、流れセンサは、構造が頑強でなければならない。上記で示唆したように、１００ＰＳＩ付近で破裂する膜構造は、頑強なセンサを創出するのに必要な構造特性を呈示しない。源（高圧パルス、超音波清浄、および水ハンマなど）による高圧に耐えるように十分頑強なセンサが必要である。高質量流束流量を感知するために、ある熱伝導率を有する基板材料を有することも必要である。熱伝導率が低過ぎる場合（膜の場合など）、出力信号は、中程度の流束において飽和するが（〜１ｇ／ｃｍ２ｓ）、熱伝導率が高過ぎる場合、出力信号は、過度に小さくなる。あるガラス材料は、より良好な絶縁特性を提供し（ケイ素より）、したがって、上記で概述した微細機械加工された流れおよび特性センサの能力を向上させる。ガラスの使用は、より頑強な物理的構造が使用されることをも見込む。さらに、感知要素は、不活性化層によって保護され、それにより、蒸気および液体に対する感受性が低減される。これらの様々な特性は、複数の応用分野において使用することができるより多目的なセンサをもたらす。さらに、以下で概述するように、ある技法は、ガラスベース基板の有効な微細機械加工に備える。
【００３２】
ここで図３を参照すると、ガラスベースの気流センサまたは流体流れセンサのより詳細な構造が示されている。マイクロセンサ本体の材料としてガラスを使用することにより、センサの能力を向上させる複数の特徴が提供される。これらの特徴は、（１）水通し接点の自動電気絶縁、（２）ケイ素より低い熱伝導率、（３）液体の感知に関して、圧力パルスに耐えるために必要な環境的堅牢性、および（５）構造が頑強なセンサ本体構成を使用する能力を含む。さらに、ガラスベースセンサは、化学的不活性、耐腐食性、および生物学的適合性のすべてを満たす。
【００３３】
上述したように、ガラスは、様々な接点間において固有の電気絶縁を提供する。これは、わずかに絶縁性であるように成長したより高価なケイ素ウエハが使用されない限り、基板の上に二酸化ケイ素の層を組み込むことによって絶縁を達成しなければならないシリコンベースセンサと比較される。明らかに、これにより、材料の１つの層および１つの必要な処理ステップが排除される。これは、特に有益であるが、その理由は、酸化物を成長させるステップは、時間がかかり、かつかなり高温で実施されるからである。
【００３４】
ここで図３を参照すると、本発明のガラスベースセンサ・ダイ１２１の断面図が示されている。本発明のセンサは、ガラスベースセンサと一般に呼ばれるが、適切な物理構造を有する他の材料を使用することもできることを理解されたい。たとえば、アルミナは、適切に構造化されるとき、センサ・ダイ１２１を形成するベース材料として使用することができる。他の材料は、本発明の範囲および精神の範囲内あることを意図する。ガラス本体１１０が、センサ・ダイ１２１を形成する基礎として使用される。ガラス本体１１０の上面の上に、不活性化および構造化機能として再び作用する窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）の層１１２がある。この不活性化層１１２の上に、上述し、かつ当技術者には周知のものと同様のヒータ要素１１４およびセンサ１１６が構築される。再び、これらの加熱要素および感知要素は、白金など、多くの材料から製造することができる。構造の上面全体を、保護不活性化コーティングとして作用する上部層１１８が覆う。上部層１１８は、再び通常、窒化ケイ素（ＳｉｘＮｙ）である。
【００３５】
上述したセンサと同様に、ガラス本体１１０は、それを通って延びる複数の電気バイア１２９を有する。これらの電気バイアは、通常、ガラス本体１１０において創出され、かつその背面１２０への相互接続を提供する孔である。再び、これにより、感知システムの他の要素への電気接続が可能になる。これらの電気バイア１２９の製造は、以下で図４を参照して、より完全に説明される。
【００３６】
電気バイア１２９の内部に、実際のヒータ１１４またはセンサ１１６への電気接続を提供する導電性接続材料１３１が配置される。これらの電気接続に使用される材料は、ガラス本体１１０の熱膨張特性に厳密に整合するように選択される。
【００３７】
再び、基板１２３が、マイクロセンサ・ダイ１２１の背面に取り付けられるように構成される。基板１２３は、ガラス基板１１０の熱特性と厳密に整合するように選択された材料で作成された基板主本体１５５を含む。例として、基板１２３は、コバール封止ガラス、アルミナ、ＰＣＢなどとすることが可能である。基板本体１５５の上面の上に、艶出し（ｇｌａｚｉｎｇ）層１６０、ならびに複数の金属接点１７０がある。他の構成要素への適切な電気接続を提供するために、様々な通し孔またはバイア１８０を基板本体１５５において提供することもできる。
【００３８】
動作センサを提供するために、センサ・ダイ１２１が、すべての適切な電気接続が適切に位置合わせされるように、基板１２３に取り付けられる。この取付けは、熱圧縮、または、はんだバンピングもしくはｚ軸接着剤などの他の適切な取付け機構により、容易に達成することができる。
【００３９】
図からわかるように、ガラス本体１１０は、材料のほぼ固体のブロックである。すなわち、センサ・ダイ１２１に取り付けられた構成要素への電気接続のために提供される既存の電気バイア１２９以外に、他の開口または孔は、内部に存在しない。最も具体的には、ヒータ１１４および感知要素１１６のすぐ下にあるガラス本体１１０の領域は、ほぼ固体である。予期することができるように、これにより、製造が極度に容易な構造が提供され、必要な処理ステップが最小限に抑えられる。このタイプの構造は、本体１１０について選択される材料の性質のために、有効に使用することができる。より具体的には、低熱伝導率を有するガラスベース材料を使用することによって、動作式流体流れセンサを製造することができる。このタイプの構造は、一般にマイクロブリックＴＭと呼ばれ、非常に頑強で環境に安全なセンサに備える。このセンサは、破裂せずに、高圧レベルに耐えることができることが最も重要である。
【００４０】
上述したように、ガラス本体１１０に適切な材料を使用することにより、マイクロブリックＴＭ構造が可能になる。一般に、この構造は、ケイ素が基板材料として使用されるとき、その高熱伝導率のために、うまく作用しない。したがって、ケイ素では、伝熱経路が、基板材料自体により過度に容易に創出され、その結果、異常に低い／信号出力をもたらす。上述したように、これは、ヒータ１１４に対する感知要素１１６の感受性を低下させるので、あらゆる流体流れ感知にとって非常に望ましくないことである。
【００４１】
ここで図４を参照すると、本発明の代替実施形態が示されている。この修正された微細膜構成では、マイクロセンサ・ダイ２２１が、ガラス本体２１０の上において再び基礎とされる。図３に示した実施形態の場合のように、不活性化層１１２が、ガラス本体２１０の上面のすぐ上に付着される。この不活性化層の上に、ヒータ１１４および１対の感知要素１１６が製造される。また、感知要素とすべての他の適切な構成要素との間の電気相互接続を提供する上面相互接続１１９も含まれる。これらの要素（ヒータ１１４、感知要素１１６、および相互接続１１９）の上に、保護層１１８がコーティングされる。
【００４２】
図からわかるように、ガラス本体２１０は、ヒータ１１４および感知要素１１６の下に中央フィラー部分２１２を含む。この実施形態では、フィラー部分２１２は、ヒータ１１４と感知要素１１６との間に追加の熱絶縁を提供することによって、マイクロセンサ・ダイ２２１の動作をさらに改善する。上述したように、ガラス本体２１０について選択されるガラス材料は、多くの利点、およびケイ素より最適な熱絶縁を提供する。しかし、ガラスは、事実上すべての材料と同様に、いくらかの熱伝導率の特性を有する。伝熱は、上述したように、ガラスよりさらに良好な熱伝導率特性を有する材料をフィラー部分２１２において使用することによって、さらに低減される。その結果、ヒータ１１５および感知要素１１５にじかに隣接する構造全体は、非常に低い熱伝導率特性を有する。その結果、高質量流束流れ条件におけるセンサの感受性は、大きく改善される。
【００４３】
ここで図５を参照すると、マイクロセンサ・ダイ３２１の他の構成が示されている。この特定の構成では、マイクロセンサ・ダイ３２１は、図５に示すように、ガラス本体２１０とある程度同様に構成される本体３１０の上において基礎とされる。しかし、この場合、本体３１０は、ガラスまたはケイ素もしくはアルミナの両方を含む他の材料で製造することが可能である。マイクロセンサ・ダイ３２１の熱特性をさらに適合させるために、適切に構成されたプラグ３１２が使用される。プラグ３１２は、本体３１０を通って完全にまたは全面的に延び、所望の熱特性を有する材料から選択される。図からわかるように、ヒータ１１４および感知要素１１６は、プラグ３１２のすぐ上に構成される。たとえば、本体３１０は、アルミナから構成することが可能であり、一方、プラグ３１２は、適切なガラス材料で構成することが可能である。これに関して、固体構造がヒータ１１４および感知要素１１６の下に維持され、一方、熱特性は再び厳密に制御される。
【００４４】
図５に示す構成は、アルミナまたはケイ素が本体の材料として使用されるとき、特に適用可能である。周知であるように、アルミナは、周知の方法を使用して、容易に機械加工し、適切な構成に製造することができる。さらに、アルミナは、ガラスまたはケイ素さえより化学的に不活性である。したがって、アルミナのみを使用することは、ある応用分野では利点を有する。さらに、アルミナは、より耐温度性であるので、はるかにより高温の応用分野において使用することができる。上述したように、適切なプラグ材料を使用して、必要な熱伝導率を達成することができ、これにより、所望の動作特性を有する熱センサが得られる。このプラグまたはマイクロフィルの手法は、センサの特性を適切に「調整」または適合させるように、他の材料と共に同様に使用することができる。
【００４５】
ここで図６を参照すると、本発明による流れセンサ・アセンブリ４００の分解図が示されている。流れセンサ・アセンブリ４００は、流れセンサ４１０がセンサ・ハウジング４２０内に包含されるように構成された、微細構造流れセンサ４１０および流れセンサ・ハウジング４２０を含む。本発明のハウジングは、プラスチックまたはガラスの材料から一般に構築されるが、適切な物理的特性を有する他の材料を使用することもできることを理解されたい。センサ・ハウジング４２０は、流体の入口および出口を流れセンサ・ハウジング４２０にそれぞれ提供する流れ入口４３０および流れ出口４４０を画定する。流れセンサ・ハウジング４２０は、流れ入口４３０と流れ出口４４０とを接続する封止流れチャネル４５０をさらに提供し、流れセンサ４１０の上を通過する。
【００４６】
流れセンサ・ハウジング４２０は、チャネル層４６０およびカバー層４７０の２つのチャネルを含む。チャネル層４６０の精密溝が、封止流れチャネル４５０を画定し、ハウジングのカバー層４７０によってほぼ封入される。カバー層４７０は、流れチャネル４５０のセクションを暴露させるハウジングウィンドウ４９０を画定する。流れセンサ４１０は、その感知表面が、流れチャネル４５０の暴露セクションを封入し、それにより、チャネル層４６０およびカバー層４７０と流れセンサ４１０との間において流れチャネル４５０を封止するように、チャネル層４６０の上に構成される。流れ入口４３０に入る流体が、封止流れチャネル４５０を通って流れ、流れセンサ４１０を横断して通過し、流れ出口４４０を通ってセンサアセンブリを出る。チャネル層４６０の溝は、所望の流れ制御を提供するチャネルをもたらす十分な精度で創出される。ハウジングウィンドウ４９０は、センサが信号を他の装置に送信することが可能であるように、流れセンサ４１０を暴露させる。
【００４７】
流れセンサ・アセンブリ４００は、頑強なパッケージであり、図７に示すように、ラボオンチップシステムにおいて使用されるタイプの微細流体カートリッジ５５０など、他のシステムに動作式に埋め込むのに適切である。この統合構造により、より大型でより高価な機器の能力が、微細流体カートリッジ５５０などのより小型の装置にもたらされる。アセンブリの好ましい実施形態は、約３ｍｍから６ｍｍにわたるアセンブリの幅、および約６ｍｍから２５ｍｍにわたるアセンブリの長さに備える。アセンブリ４００の流れセンサ４１０は、カートリッジ５５０における流体の制御されない流れを監視し、その流れを表す電気信号を送信するための電気コネクタを含む。電気コネクタは、電気信号をカートリッジまたは他の装置に提供するために、当技術分野において既知の湾曲回路またはセラミック回路板によって、実施することが可能である。代替として、カートリッジ５５０の上の電気接続に至る、センサ４１０のすぐ上にある回路トレースが、電気信号を送信することが可能である。電気信号がセンサ４１０のエッジに送信された後、信号は、ポゴピンアレイ（ｐｏｇｏ  ｐｉｎ  ａｒｒａｙ）、カードエッジコネクタ、または、他の適切な手段によって、カートリッジ５５０または他の装置に伝播される。
【００４８】
上記で提供された実施形態は、センサアセンブリ４００をカートリッジ５５０の中に埋め込まれる一体式エントリとして記述するが、代替実施形態では、センサ・ハウジング４２０は、カートリッジ内に固定式に組み込まれ、一方、流れセンサ４１０は、ハウジング４２０内に埋め込まれる。本発明のこの後者の実施形態では、ハウジング４２０は、カートリッジの堅固にはめ込まれた部分であり、センサ４１０は、ハウジング４２０内に埋め込み、かつハウジング４２０から取り外すことが可能である。この多目的「プラグアンドプレイ（ｐｌｕｇ−ａｎｄ−ｐｌａｙ）」タイプの構成は、カートリッジ内外への流れセンサの直接的なスワッピングに備え、一方、ハウジング４２０は、依然としてカートリッジ５５０の一部である。これらの寸法によって限定されないが、この「プラグアンドプレイ」構成の好ましい実施形態は、約１．６ｍｍから４ｍｍにわたるセンサ４１０の幅、および約１．６ｍｍから５ｍｍにわたる長さに備える。
【００４９】
本発明の一実施態様では、流れセンサ・アセンブリ４００は、血球を計量するための流れチャネルメータを必要とする微細血球計算カートリッジに動作式に埋め込むことが可能である。カートリッジ５５０は、血液サンプルを受け取り、カートリッジ内において血球の流路５２０を提供することが可能である。カートリッジ流路５２０は、計量のために、センサアセンブリ４００の流れ入口４３０内に血球を導入する。血球は、流れセンサ４１０を横断して封止流れチャネル４５０を通って流れ、流れ出口４４０を通ってセンサアセンブリ４００を出て、再びカートリッジ流路５２０内に入る。アセンブリ４００の流れセンサ４１０は、血球の流れを監視し、アセンブリ４００の電気コネクタは、計量されている血球の特性を表す信号を送信する。微細血球計算カートリッジが使用された後、センサアセンブリ４００は、他のカートリッジと共に使用するために除去することが可能であり、一方、元のカートリッジは廃棄される。
【００５０】
センサアセンブリ４００を創出する処理は、様々な方法により達成することが可能である。１つの方法は、一般に、流れセンサ４１０をエポキシ物質でカバー層４７０に取り付け、それにより、流れセンサを確実に設置する。流れセンサ４１０の精確な設置は、センサの感知表面が、流れチャネル４５０を通って流れる試薬および他の流体の精確な計量を提供するために十分に構成されるように、センサが２つのハウジング層の間において受けられ、かつ位置合わせされることを保証する。流体流れを妨害または混乱させない精密な流れチャネル４５０を維持するために、センサアセンブリの創出により、エポキシが流れチャネル４５０内に漏れないことが保証される。図６に示すように、封止凹み４８０が、以下で記述される封止エポキシを受けるために、チャネル層４６０において形成される。図８ａに示すように、封止凹み４８０の過剰なエポキシおよび気泡を排出するために、複数のエポキシリリース５３０が、封止凹み４８０のベースにおいて提供される。
【００５１】
さらに、エポキシ層５１０が、図８ａに示すように、チャネル層４６０およびカバー層４７０とほぼ同じ外周で囲まれる。エポキシ層５１０の内周は、図８ａに示すように、流れチャネル４５０およびハウジングウィンドウ４９０のパターンをほぼたどる。さらに、チャネル層４６０、カバー層４７０、およびエポキシ層５１０は、それらを通る誘導孔（ｇｕｉｄｅ  ｈｏｌｅ）５００を有する。誘導孔５００は、孔の位置合わせが、チャネル層４６０に対してカバー層４６０およびエポキシ層５１０の所望の位置決めをもたらすように、これらの層を通って孔開けされる。
【００５２】
センサアセンブリ４００の上述した特徴は、アセンブリを創出する方法を容易にする。この方法によれば、封止凹み４８０は、エポキシ物質が、チャネル層４６０の表面とほぼ同じ高さにあるように、エポキシ物質で充填され、それにより、そうでない場合に流れチャネル４５０内に漏れて、所望の流れチャネルの形態を妨害する可能性がある過剰なエポキシ物質が最小限に抑えられる。チャネル層４６０は、流れセンサ４１０を受け、その間に封止を創出する。封止凹み４８０の過剰なエポキシおよび気泡は、エポキシリリース５３０を経て排出される。エポキシ層５１０は、エポキシ層５１０が流れチャネル４５０を覆わないように、チャネル層４６０と位置合わせされて、それに取り付けられる。精確な位置決めのために誘導孔５００を使用して、カバー層４７０およびチャネル層４６０は、互いに接触され、その間に封止を創出する。結果的なアセンブリは、図８ｂに示す微細流体カートリッジの上に埋め込まれるように設計されたアセンブリにおいて、封止計量流れチャネルを提供する。
【００５３】
当業者なら、本発明は、多くの利点を提供し、かつ、好ましい実施形態の詳細な構造は、多くの問題に対するいくつかの解決法を呈示することを理解するであろう。したがって、好ましい実施形態の様々な構造は、特定の要素の固有の利点が、封止センサの応用分野に所望されないとき、代用される相対物を有することが可能であることが理解されるであろう。したがって、本発明は、添付の請求項によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】微細膜ヒータおよび感知要素を示すマイクロセンサ・ダイの上面図である。
【図２】基板構造を含む、本発明による組み立てられた流体流れセンサの断面図である。
【図３】マイクロセンサ・ダイおよび基板のより詳細な図である。
【図４】フィラー部分を組み込む代替マイクロセンサ・ダイ構造の断面図である。
【図５】プラグを使用する他のマイクロセンサ・ダイ構造の断面図である。
【図６】本発明による流れセンサおよび流れセンサ・ハウジングを含む流れセンサ・アセンブリの分解図である。
【図７】本発明による埋込み流れセンサを有する微細流体カートリッジを示す図である。
【図８ａ】本発明による、組立て前の流れセンサ・アセンブリを示す図である。
【図８ｂ】本発明による、組立て後の流れセンサ・アセンブリを示す図である。
【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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【国際調査報告】
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