(57)【要約】【課題】応力が支持部の一部分に集中して加わることを抑制する流向流速計を提供する。【解決手段】流向流速計は、薄膜状の複数の梁１２と、複数の梁１２を支持する支持部１１と、梁１２の上に配置され、被計測流体を加熱するヒータ１３と、梁１２の上に配置され、ヒータ１３により加熱された被計測流体の温度を測定する少なくとも３つ以上の温度センサ１４ａ〜１４ｆとを備える。基板２１の裏面に円柱状の凹みＣａを形成することにより、凹みＣａの底面近傍に複数の梁１２が形成され、且つ凹みＣａの周囲に支持部１１が形成され、支持部１１の外側の側面ＦＵの少なくとも一部は、凹みＣａと中心軸を同じにする円柱の側面を成している。【選択図】図１
2011013144.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
薄膜状の複数の梁またはダイアフラムと、
当該複数の梁またはダイアフラムを支持する支持部と、
前記梁の上に配置され、被計測流体を加熱する加熱部と、
前記梁の上に配置され、前記加熱部により加熱された被計測流体の温度を測定する少なくとも３つ以上の温度計測部と、を備え、
基板の裏面に円柱状または円錐台状の凹みを形成することにより、当該凹みの底面近傍に前記複数の梁またはダイアフラムが形成され、且つ当該凹みの周囲に前記支持部が形成され、
前記支持部の外側の側面の少なくとも一部は、前記凹みと中心軸を同じにする円柱の側面を成している
ことを特徴とする流向流速計。
【請求項２】
前記支持部の外側の側面の全部が、前記凹みと中心軸を同じにする円柱の側面を成していることを特徴とする請求項１に記載の流向流速計。
【請求項３】
前記支持部の外側の側面の一部のみが、前記凹みと中心軸を同じにする円柱の側面を成していることを特徴とする請求項１に記載の流向流速計。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被計測流体を加熱する加熱部と、加熱部の周囲に配置された少なくとも３つ以上の温度計測部とを備え、温度計測部により計測された被計測流体の温度の変化から被計測流体の流向及び流速を計測する流向流速計に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の流向流速計として、半導体装置の製造に用いられる微細加工技術を利用して、ＳＯＩ基板の一部に空洞部を設け、当該空洞部を介してＳＯＩ基板から熱分離した薄膜に、ヒータ（加熱部）及びそのヒータを取り囲むように配列した複数の温度センサ（温度計測部）のアレイを配置したフローセンサが従来から知られている（特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１の図３では、方形状の基板に円形の空洞部を設けて、温度センサの梁の長さやヒータの配線の配置などを対称な構造とすることにより、温度の分布を均一にして、流速測定における流向依存性を低減している。
【０００４】
また、特許文献２には、上記のフローセンサと同様な構成を備える流速センサを回路基板に対して電気的に接続する際に、ワイヤを用いずにバンプを介したフリップチップ接続を行う構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１６２４２３号公報（特に、図３参照）
【特許文献２】特開２００２−３５０２０３号公報（特に、図２、図８参照）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に開示されたフローセンサでは、方形状の基板に円形の空洞部を設けているため、基板の角部同士の間の部分が最も細くなり、この部分の機械的強度が低下してしまう。よって、このフローセンサを特許文献２に開示された回路基板に対してフリップチップ接続する場合、フリップチップ接続する際の加重による応力が、基板の一部分、即ち角部同士の間の部分に集中して加わってしまい、フローセンサが破損してしまう可能性がある。
【０００７】
本発明の目的は、応力が支持部の一部分に集中して加わることを抑制する流向流速計を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特徴は、薄膜状の複数の梁またはダイアフラムと、当該複数の梁またはダイアフラムを支持する支持部と、梁の上に配置され、被計測流体を加熱する加熱部と、梁の上に配置され、加熱部により加熱された被計測流体の温度を測定する少なくとも３つ以上の温度計測部と、を備える流向流速計であって、基板の裏面に円柱状または円錐台状の凹みを形成することにより、当該凹みの底面近傍に複数の梁またはダイアフラムが形成され、且つ当該凹みの周囲に支持部が形成され、支持部の外側の側面の少なくとも一部は、凹みと中心軸を同じにする円柱の側面を成していることである。
【０００９】
本発明の特徴によれば、支持部は基板に円柱状または円錐台状の凹みを形成することにより凹みの周囲に形成されるため、支持部の内側の側面は、凹みと中心軸を同じにする円柱の側面を成すことになる。また、支持部の外側の側面の少なくとも一部は、凹みと中心軸を同じにする円柱の側面を成している。したがって、支持部の内側の側面及び外側の側面の一部は中心軸を同じにする円柱の側面を成しているので、例えば、フローセンサをフリップチップ接続する際の加重による応力が、支持部の一部分に集中して加わることを抑制することができる。
【００１０】
本発明の特徴において、支持部の外側の側面の全部が、凹みと中心軸を同じにする円柱の側面を成していてもよい。これにより、支持部の一部分への応力集中を更に抑制することができる。
【００１１】
或いは、支持部の外側の側面の一部のみが、凹みと中心軸を同じにする円柱の側面を成していてもよい。これにより、支持部の一部分への応力集中を抑制しつつ、流向流速計の製造及び加工の容易性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施の形態に係わる流向流速計の構成を示す斜視図であり、図１（ｂ）はＡ−Ａ切断面に沿った断面図であり、図１（ｃ）は上面図である。
【図２】図２（ａ）は第１の変形例に係わる流向流速計の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）はその断面図であり、図２（ｃ）は第２の変形例に係わる流向流速計の構成を示す斜視図である。
【図３】図３（ａ）〜図３（ｅ）は、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した流向流速計の製造方法の一例を示す主要な工程斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。図面の記載において同一部分には同一符号を付している。ただし、図面は模式的なものであり、部材の厚みと幅との関係、各部材の厚みの比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。また、図面の相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることはもちろんである。
【００１４】
図１（ａ）〜図１（ｃ）を参照して、本発明の実施の形態に係わる流向流速計の構成を説明する。本発明の実施の形態に係わる流向流速計は、薄膜状の複数の梁１２と、当該複数の梁１２を支持する支持部１１と、梁１２の上に配置され、気体或いは液体などの被計測流体を加熱するヒータ１３（加熱部）と、梁１２の上に配置され、ヒータ１３により加熱された被計測流体の温度を測定する少なくとも３つ以上の温度センサ１４ａ〜１４ｆ（温度計測部）とを備える。
【００１５】
複数の梁１２は、基板の裏面Ｆｂに円柱状の凹みＣａを形成することにより、当該凹みＣａの底面近傍に形成されている。また、支持部１１は、基板の裏面Ｆｂに円柱状の凹みＣａを形成することにより、凹みＣａの周囲に形成されている。そして、支持部１１の外側の側面ＦＵの少なくとも一部は、凹みＣａと中心軸を同じにする円柱の側面を成している。
【００１６】
本発明の実施の形態において、流向流速計は、６つの温度センサ１４ａ〜１４ｆを備え、各温度センサ１４ａ〜１４ｆは、ヒータ１３から離間してヒータ１３の周りを取り囲むように配置されている。ヒータ１３及び温度センサ１４ａ〜１４ｆを含む検知部は、被計測流体の中に配置されている。ヒータ１３及び温度センサ１４ａ〜１４ｆは図１（ｃ）に示す一平面上に配置され、流向流速計は当該平面内における被計測流体の流向及び流速を計測する。
【００１７】
６つの温度センサ１４ａ〜１４ｆの中点は、ヒータ１３の中心点を中心とする正六角形の頂点に配置されている。ヒータ１３及び６つの温度センサ１４ａ〜１４ｆは、各々、梁１２の上に配置され、ヒータ１３、６つの温度センサ１４ａ〜１４ｆ、及び支持部１１は互いに熱的に分離されている。図１（ａ）〜図１（ｃ）において、この熱分離を実現するための複数の梁１２の具体的な構成は省略している。
【００１８】
シリコン（Ｓｉ）からなる基板の裏面Ｆｂに、基板の表面Ｆａに薄膜を残す程度の深さの円柱状の凹みＣａが形成されている。凹みＣａは円柱状であるため、支持部１１の内側の側面ＧＵは、凹みＣａと同じ円柱の側面を成すことになる。一方、支持部１１の外側の側面ＦＵの全体が凹みＣａと中心軸を同じにする円柱の側面を成している。よって、内側の側面ＧＵから外側の側面ＦＵまでの距離、すなわち支持部１１の厚みは、いずれの流向においても等しくなるので、例えば、流向流速計をフリップチップ接続する際の加重による応力が、支持部１１の一部分に集中して加わることを抑制することができ、流向流速計の破損を抑制することができる。また、熱分布の良い流向流速計を歩留まり良く製造することができる。なお、フリップチップ接続におけるバンプ部（凸状電極）は、ヒータ１３及び温度センサ１４ａ〜１４ｆと反対側の面に形成されるが、ここでは図示を省略している。
【００１９】
また、流向流速計の形状がどの方向から見ても同じであるため、流れの方向と速度を同時に計測する流向流速計においては、流れの方向によって特定が変化してしまうことが抑制され、正確な測定が可能となる。
【００２０】
図1に示す流向流速計の測定動作の一例を説明する。先ず、ヒータ１１に直流電流を流して被計測流体を加熱し、各温度センサ１４ａ〜１４ｆの出力電圧を測定する。温度センサ１４ａ〜１４ｆの各出力電圧に基づいて、温度センサ１４ａ〜１４ｆごとのベクトルを演算し、その後、温度センサ１４ａ〜１４ｆごとのベクトルを合算して合成ベクトルを求める。
【００２１】
なお、温度センサ１４ａ〜１４ｆごとのベクトルの向きは、ヒータ１３の中心点から温度センサ１４ａ〜１４ｆの中点への方向に相当する。温度センサ１４ａ〜１４ｆごとのベクトルの長さは、温度センサ１４ａ〜１４ｆから出力される電圧に応じて変化する量であって、温度センサ１４ａ〜１４ｆが配置された方向ごとの流速成分に相当する。よって、合成ベクトルの向きは流向流速計により計測される流向（流れの方向）に相当し、合成ベクトルの長さは流向流速計により計測される流速に相当する。
【００２２】
半導体ウェハ上にマトリックス状に複数の流向流速計を同時に形成する場合、個片化の作業は、清浄な可能ができれば、レーザー加工、プラズマによるドライエッチング・サンドブラストなどにより行えばよい。図1に示す流向流速計の製造方法の一例は、図３を参照して後述する。
（変形例）
【００２３】
図２（ａ）は、第１の変形例に係わる流向流速計の構成を示す斜視図であり、図２（ｂ）はその断面図である。図２（ａ）〜図２（ｃ）において、梁１２の上に形成されているヒータ及び温度センサは図示を省略している。
【００２４】
第１の変形例に係わる流向流速計において、支持部１１の外側の側面ＦＵ１、ＦＵ２の一部ＦＵ１のみが、凹みＣａと中心軸を同じにする円柱の側面を成している。よって、支持部１１の内側の側面ＧＵから外側の側面ＦＵ１までの距離、すなわち支持部１１の厚みは、いずれの流向においても等しい。一方、支持部１１の外側の側面の他の一部ＦＵ２は方形状の形状を有している。
【００２５】
更に、第１の変形例に係わる流向流速計において、方形状の外側の側面ＦＵ２は、梁１２が形成されていない基板の裏面Ｆｂ側に形成されている。
【００２６】
図２（ｃ）は、第２の変形例に係わる流向流速計の構成を示す斜視図である。第２の変形例に係わる流向流速計において、支持部１１の外側の側面ＦＵ１、ＦＵ２の一部ＦＵ２のみが、凹みＣａと中心軸を同じにする円柱の側面を成している。一方、支持部１１の外側の側面の他の一部ＦＵ１は方形状の形状を有している。第２の変形例において、方形状の外側の側面ＦＵ１は、梁１２が形成された基板の表面Ｆａ側に形成されている。その他の構成は、第１の変形例と同じであり、説明を省略する。
【００２７】
図３（ａ）〜図３（ｅ）を参照して、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した流向流速計の製造方法の一例を説明する。
【００２８】
（イ）先ず、図３（ａ）に示すように、単結晶シリコンからなる基板２１を用意する。次に、図３（ｂ）に示すように、半導体装置の製造に用いられる微細加工技術を利用して、基板２１の一部に凹み（図示せず）を設け、当該凹みを介して基板２１から熱分離した梁１２に、ヒータ１３（図示せず）及びそのヒータを取り囲むように配列した複数の温度センサ１４ａ〜１４ｆ（図示せず）のアレイを配置した複数の流向流速計を行列状に形成する。
【００２９】
（ロ）具体的には、スピン塗布法及びフォトリソグラフィ法を用いて、基板２１の裏面に、形成したい凹みの形状に対応する所定のレジストパターンを形成する。このレジストパターンをエッチングマスクとして、異方性を有するウェットエッチング法或いはドライエッチング法を用いて基板２１を選択的に除去することにより、凹みＣａを形成する。凹みＣａの底面に残された薄膜状の基板２１に対して、上記したレジストパターンと同じ方法により、梁１２を形成する為のレジストパターンを形成して、ＲＩＥ（反応性イオンエッチング）法などのドライエッチングにより梁１２を形成する。また同時に、梁１２の上にヒータ１３及び温度センサ１４ａ〜１４ｆとしてのサーモパイルを形成する。
【００３０】
（ハ）次に、図３（ｃ）に示すように、上記したレジストパターンと同じ方法により、基板２１の表面に、支持部１１の外側の側面ＦＵ１の形状に対応するレジストパターンを形成して、ＲＩＥ法などのドライエッチングにより基板２１を選択的に除去して、支持部１１の外側の側面ＦＵ１を形成する。この状態で、複数の流向流速計は、支持部１１の方形状の側面ＦＵ２に相当する部分において、互いに連結されている。なお、ドライエッチングの替わりに、レーザー加工を行っても良い。
【００３１】
（ニ）次に、図３（ｄ）に示すダイシングラインＤＬに沿って、基板２１を切断することにより、図３（ｅ）に示すように、複数の流向流速計ＴＰは、個片化される。
【００３２】
このように、流向流速計の製造工程のうち、梁１２、ヒータ１３、温度センサ１４ａ〜１４ｆを製造する工程では、複数の流向流速計の裏面Ｆｂ側或いは表面Ｆａ側を薄い板状に連結させておき、その後の工程においてダイシングソーを用いて薄い板状の連結部分を方形状に切断する。これにより、凹みＣａと中心軸を同じにする円柱の側面を成す支持部１１の外側の側面ＦＵ１と、方形状の側面ＦＵ２とを有する、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示した流向流速計を製造することができる。
【００３３】
このように、支持部１１の外側の側面の一部ＦＵ１またはＦＵ２のみが、凹みと中心軸を同じにする円柱の側面を成していてもよい。これにより、支持部１１の一部分への応力集中を抑制しつつ、流向流速計の製造及び加工の容易性を高めることができる。
【００３４】
また、複数の梁１２の代りにダイアフラムを形成し、このダイアフラムの上にヒータ１３及び温度センサ１４ａ〜１４ｆを形成しても構わない。また、凹みＣａの形状は円柱状に限らず、円錐台状であっても構わない。
【００３５】
上記のように、本発明は、１つの実施形態及びその変形例によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。すなわち、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を包含するということを理解すべきである。したがって、本発明はこの開示から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ限定されるものである。
【符号の説明】
【００３６】
１１    支持部
１２    複数の梁
１３    ヒータ（加熱部）
１４ａ〜１４ｆ    温度センサ（温度計測部）
２１    基板
Ｃａ    凹み
Ｆａ    表面
Ｆｂ    裏面
ＦＵ、ＦＵ１、ＦＵ２    外側の側面
ＧＵ    内側の側面
ＴＰ    流向流速計
【図１】
2011013144.tif 000003
【図２】
2011013144.tif 000004
【図３】
2011013144.tif 000005