(57)【要約】【課題】センサチップの接着作業を簡素にしつつ、センサチップに対する接着剤の厚さを均一にして、接着剤の厚さ不均一に起因するセンサチップの破損を防止することができる測定装置の製造方法を提供する。【解決手段】配管１１の外面にセンサチップ１２，１３を接着剤５１を用いて固定する測定装置の製造方法であって、第１凹部４１を配管１１に加工し、配管１１とセンサチップ１２，１３との間における予め設定された接着膜厚と同じ寸法となる深さ寸法及びセンサチップ１２，１３の幅寸法よりも広い幅寸法を有する第２凹部４２を、第１凹部４１の第１底面４１ａに加工し、第２凹部４２内に接着剤５１を供給し、第２凹部４２内に充填した接着剤５１の表面を、第１底面４１ａと同一平面となるように均し、センサチップ１２，１３を、第２凹部４２内に充填した接着剤５１の表面のみに接触させ、センサチップ１２，１３が接触した接着剤５１を硬化させる。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
管状部材の外面に、センサを接着剤を用いて固定するようにした測定装置の製造方法であって、
前記外面から凹んだ平坦面を、前記管状部材に加工し、
前記管状部材と前記センサとの間における予め設定された接着膜厚と同じ寸法となる深さ寸法及び前記センサの幅寸法よりも広い幅寸法を有する凹部を、前記平坦面に加工し、
前記凹部内に、前記接着剤を供給し、
前記凹部内に充填した前記接着剤の表面を、前記平坦面と同一平面となるように均し、
前記センサを、前記凹部内に充填した前記接着剤の表面のみに接触させ、
前記センサが接触した前記接着剤を硬化させる
ことを特徴とする測定装置の製造方法。
【請求項２】
前記平坦面と前記凹部の底面とを平行となるように加工する
ことを特徴とする請求項１記載の測定装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配管内を流れる流体の流量を測定するためのセンサチップを備えた測定装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、各種流体の流量を測定する測定装置として、様々な形式のものが提供されている。その中でも、低コスト化や省電力化等を図ることが比較的容易であるという理由から、熱式のものが多く利用され始めている。
【０００３】
熱式の測定装置においては、半導体製造プロセス技術を利用して製造されたセンサチップ（フローセンサ）を、流量測定手段としており、流体によって奪われたヒータ熱が流量に依存して変化するという原理を用いたものがある。そして、このような、熱式の測定装置としては、例えば、特許文献１−３に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特表２００３−５３２０９９号公報
【特許文献２】特開２０１７−２６４２８号公報
【特許文献３】特開２０１７−２６４２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記従来の測定装置においては、センサチップを配管の外面に固定することにより、配管内を流れる流体の流量をセンサチップによって測定可能としている。このとき、センサチップは、配管の外面に接着剤を用いて取り付けられており、その接着剤が硬化することによって、完全に固定されることになる。
【０００６】
このため、センサチップの取付面（接着面）が接着剤と部分的に接触した状態で、その接着剤を硬化させてしまうと、当該取付面に局所的な負荷が掛ってしまい、センサチップを破損させるおそれがある。特に、センサチップの取付面が薄膜状となる場合には、上述した問題が顕著となる。
【０００７】
これに対して、接着剤をその厚さが均一になるように塗布する場合には、マスキングテープを使用することが考えられる。しかしながら、その貼り付け作業においては、テープ長さやテープ幅に関わらず、煩雑になり易く、貼り付けたマスキングテープに皺が発生してしまい、接着剤塗布領域を精度良く区画形成することが困難となる。
【０００８】
また、マスキングテープの厚さの種類には、限度があるため、塗布する接着剤の厚さを、所望の厚さにすることができないおそれがある。このため、センサチップに対する接着剤の厚さ管理を厳しく行う場合には、マスキングテープを使用することは不適格であると思われる。
【０００９】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、センサチップの接着作業を簡素にしつつ、センサチップに対する接着剤の厚さを均一にして、接着剤の厚さ不均一に起因するセンサチップの破損を防止することができる測定装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る測定装置の製造方法は、管状部材の外面に、センサを接着剤を用いて固定するようにした測定装置の製造方法であって、外面から凹んだ平坦面を、管状部材に加工し、管状部材とセンサとの間における予め設定された接着膜厚と同じ寸法となる深さ寸法及びセンサの幅寸法よりも広い幅寸法を有する凹部を、平坦面に加工し、凹部内に、接着剤を供給し、凹部内に充填した接着剤の表面を、平坦面と同一平面となるように均し、センサを、凹部内に充填した接着剤の表面のみに接触させ、センサが接触した接着剤を硬化させるものである。
【発明の効果】
【００１１】
この発明によれば、センサチップの接着作業を簡素にしつつ、センサチップに対する接着剤の厚さを均一にして、接着剤の厚さ不均一に起因するセンサチップの破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施の形態１に係る製造方法が適用される測定装置の平面図である。
【図２】図１のII−II矢視断面図である。
【図３】温度センサチップの斜視図である。
【図４】図１のIV−IV矢視断面図である。
【図５】ヒータチップの斜視図である。
【図６】図１のVI−VI矢視断面図である。
【図７】本発明の実施の形態１に係る製造方法の手順を示した図である。図７Ａは、配管に第１凹部及び第２凹部を加工する工程を示した図である。図７Ｂは、第２凹部内に接着剤を供給する工程を示した図である。図７Ｃは、第２凹部内に充填した接着剤の表面を均す工程を示した図である。図７Ｄは、均した接着剤の表面にセンサチップを接着させて、その接着剤を硬化させる工程を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、この発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１４】
実施の形態１．
図１に示すように、本実施の形態に係る測定装置（例えば、熱式の流量測定装置）は、配管１１、一対のセンサチップ１２，１３、ワイヤ１４、及び、基板１５等を備えている。そして、各センサチップ１２，１３と基板１５とは、配管１１に接着固定されると共に、導電性のワイヤ１４によって電気的に接続されている。
【００１５】
配管１１は、その内部流路に流体（気体または液体）を通過可能とする円形管状部材である。この配管１１の材質は、例えば、ガラス、セラミックス、プラスチック、及び、ステンレス等のいずれかである。なお、図１に記載した矢印の方向は、流体の流れ方向を示している。
【００１６】
流体流れ方向前後一対のセンサチップ１２，１３は、配管１１内を流れる流体の流量を測定する熱式のフローセンサであって、半導体製造プロセス技術を利用して製造されたものである。このような、半導体チップとなる熱式のセンサチップ１２，１３は、配管１１の外面に、当該配管１１の軸方向（流体流れ方向）に沿って順に設けられている。
【００１７】
このとき、流体流れ方向上流側に配置されるセンサチップ１２は、配管１１内を流れる流体の温度を測定する測温機能を有する温度センサチップとなっている。一方、流体流れ方向下流側に配置されるセンサチップ１３は、配管１１内を流れる流体の温度を測定する測温機能、及び、配管１１内を流れる流体に所定の熱量を供給する発熱（熱供給）機能を有するヒータチップとなっている。以下、センサチップ１２を温度センサチップ１２と称する一方、センサチップ１３をヒータチップ１３と称して、本実施の形態を説明する。
【００１８】
図２及び図３に示すように、温度センサチップ１２は、例えば、ベース基板２１、絶縁膜２２、測温部２３、及び、電気接続部２４等を備えており、基板１５から分離された構造となっている。
【００１９】
具体的に、ベース基板２１の表面は、絶縁膜２２によって覆われている。また、絶縁膜２２の表面中央部には、測温部２３が設けられており、この測温部２３には、電気接続部２４が電気的に接続されている。測温部２３は、配管１１内を流れる流体の温度を測定するものである。電気接続部２４は、絶縁膜２２の表面上において、測温部２３からチップ外側に向けて延びている。そして、電気接続部２４は、ワイヤ１４を介して、基板１５のリードと電気的に接続されている。これにより、測温部２３から出力された流体温度測定信号は、電気接続部２４からワイヤ１４を介して、基板１５に中継された後、当該基板１５から基板外部の流量測定部（図示省略）に送信される。
【００２０】
一方、図４及び図５に示すように、ヒータチップ１３は、例えば、ベース基板３１、絶縁膜３２、測温部３３、及び、電気接続部３４等を備えており、基板１５から分離された構造となっている。
【００２１】
具体的に、ベース基板３１の中央部には、キャビティ３１ａが、当該ベース基板３１をその厚さ方向に貫通するように形成されている。これに対して、ベース基板３１の表面は、絶縁膜３２によって覆われており、この絶縁膜３２の中央部には、断熱性を有する薄膜状のダイヤフラム３２ａが設けられている。即ち、ダイヤフラム３２ａは、キャビティ３１ａの上端開口部全域を、外側から覆っている。
【００２２】
また、ダイヤフラム３２ａの表面中央部には、測温部３３が設けられており、この測温部３３には、電気接続部３４が電気的に接続されている。測温部３３は、配管１１内を流れる流体の温度を測定すると共に、配管１１内を流れる流体を一定温度に加熱するものである。電気接続部３４は、絶縁膜３２の表面上において、測温部３３からチップ外側に向けて延びている。そして、電気接続部３４は、ワイヤ１４を介して、基板１５のリードと電気的に接続されている。
【００２３】
これにより、測温部３３から出力された流体温度測定信号は、電気接続部３４からワイヤ１４を介して、基板１５に中継された後、当該基板１５から基板外部の流量測定部に送信される。一方、流体を加熱するための電力は、基板外部の電力供給装置（図示省略）から基板１５に中継された後、ワイヤ１４を介して、測温部３３に送られる。
【００２４】
更に、図１及び図６に示すように、基板１５の先端には、矩形をなす先端突出部１５ａが形成されている。この先端突出部１５ａは、基板１５の先端中央部から基板外側に向けて、配管１１の径方向に突出している。そして、先端突出部１５ａの左右両側（配管１１の軸方向両側）には、基板１５から分離されたチップ１２，１３が、それぞれ配置されている。
【００２５】
これにより、先端突出部１５ａは、チップ１２，１３と共に、配管１１の第１凹部４１内に設置されており、接着剤５２によって、その第１凹部４１の第１底面４１ａに固定されている。つまり、基板１５は、先端突出部１５ａのみが、配管１１に接着固定されている。
【００２６】
従って、配管１１内を流れる流体の流量を測定する場合には、温度センサチップ１２によって、配管１１内を流れる流体の温度を測定する。これに対して、ヒータチップ１３によって、配管１１内を流れる流体の温度が、温度センサチップ１２によって測定された流体の温度（測定温度）よりも、一定温度高くなるように、流体に熱量を供給する。
【００２７】
即ち、ヒータチップ１３に設定された発熱温度は、温度センサチップ１２によって測定された測定温度に応じて変化することになり、当該ヒータチップ１３は、測定温度と発熱温度との温度差に対応した熱量を、流体に供給する。
【００２８】
そして、ヒータチップ１３が上記熱量を流体に供給するときの電力量は、配管１１内を流れる流体の流量と相関関係があることが、従来から知られている。これにより、流量測定部は、上記電力量に基づいて、配管１１内を流れる流体の流量を算出（測定）することができる。
【００２９】
ここで、温度センサチップ１２及びヒータチップ１３は、接着剤５１によって、配管１１の外面に固定されている。以下に、そのようなチップ接着構造について、詳細に説明する。
【００３０】
図１から図６、及び、図７Ａに示すように、配管１１の軸方向途中部分には、第１凹部４１が形成されている。この第１凹部４１は、配管１１の径方向内側に向けて凹んでおり、その第１底面４１ａは、配管１１の軸方向に延びる平坦面となっている。
【００３１】
更に、第１凹部４１の第１底面４１ａには、２つの第２凹部４２が、チップ１２，１３に対応して形成されている。第２凹部４２は、配管１１の径方向内側に向けて凹んでおり、チップ１２，１３を接着固定する際に使用する接着剤５１を収納するための凹みとなっている。そして、第２凹部４２の第２底面４２ａは、配管１１の軸方向に延びる平坦面であって、第１底面４１ａと平行になっている。
【００３２】
このとき、第２凹部４２の幅寸法（配管１１の軸方向における長さ寸法）、即ち、第２底面４２ａの幅寸法は、チップ１２，１３の幅寸法よりも幅広となっている。また、第２凹部４２の長さ寸法（配管１１の径方向における長さ寸法）、即ち、第２底面４２ａの長さ寸法は、チップ１２，１３の長手方向寸法よりも短くなっている。
【００３３】
本実施の形態においては、チップ１２，１３を接着固定する際に、第２凹部４２内に充填した接着剤５１の表面を、第１底面４１ａと同一平面となるように均した後、その均した接着剤５１の表面のみに、チップ１２，１３の接着面（絶縁膜２２，３２の表面）を載せ置いて接触させる。つまり、チップ１２，１３の接着面は、その長手方向両端部が接着剤５１の表面から長手方向外側に向けて突出した状態で、且つ、第１底面４１ａと接触することなく、接着剤５１の表面に接着される。
【００３４】
これにより、チップ１２，１３の接着面における長手方向両端部は、接着剤５１の表面とは接触しておらず、その接着面の長手方向一端部に設定されたワイヤボンディング位置となる電気接続部２４，３４は、開放されている。よって、チップ１２，１３を配管１１に接着剤５１を用いて固定した場合であっても、チップ１２，１３におけるワイヤ１４のボンディング位置を確保することができる。また同時に、チップ１２，１３にボンディングされたワイヤ１４と、チップ１２，１３が固定された配管１１との干渉を防止することができる。
【００３５】
なお、チップ１２，１３の接着面における長手方向他端部には、電気接続部２４，３４を設けて、ワイヤ１４のボンディング位置を設定する必要がないため、当該長手方向他端部については、接着剤５１の表面から長手方向外側に向けて突出させることなく、当該接着剤５１の表面に接着させても構わない。
【００３６】
また、第２凹部４２の深さ寸法、即ち、第１底面４１ａと第２底面４２ａとの間における配管１１の径方向距離は、チップ１２，１３を配管１１に接着固定する際の接着膜厚の寸法となるものである。この接着膜厚は、接着剤５１に接着したチップ１２，１３がその接着剤５１の硬化に伴って破損することなく、且つ、チップ１２，１３が接着剤５１から剥がれることのない、所定の基準接着膜厚以上となっている。
【００３７】
つまり、第２凹部４２は、その深さ寸法が、予め設定された接着膜厚と同じ寸法で、且つ、第２底面４２ａが第１底面４１ａと平行になるように加工されている。従って、このように加工された第２凹部４２内に接着剤５１を充填することにより、接着剤５１の厚さは、上記接着膜厚と同じ寸法で均一となる。
【００３８】
接着剤５１は、配管１１と各チップ１２，１３との間における熱伝導性の向上を図ることを目的として、熱伝導性フィラーを含んだ、シリコーン系の熱伝導性接着剤となっている。これにより、接着剤５１は、配管１１内を流れる流体の熱を、温度センサチップ１２に伝達させることができる一方、ヒータチップ１３の発熱を、配管１１内を流れる流体に伝達させることができる。
【００３９】
次に、チップ１２，１３を配管１１に接着固定するときの方法について、図７Ａから図７Ｄを用いて詳細に説明する。
【００４０】
先ず、図７Ａに示すように、配管１１の軸方向途中部分に、第１凹部４１及び第２凹部４２を加工する。このとき、第１凹部４１と第２凹部４２とは、第１底面４１ａと第２底面４２ａとが平行となるように加工される。また、第２凹部４２においては、その深さ寸法が、予め設定された接着膜厚と同じ寸法となると共に、その幅寸法が、チップ１２，１３の幅寸法よりも幅広となるように加工される。
【００４１】
次いで、図７Ｂに示すように、接着剤５１を、第２凹部４２内に滴下して供給する。なお、図７Ｂにおいては、２つの第２凹部４２のうち、一方の第２凹部４２のみに接着剤５１を供給した場合について図示している。
【００４２】
そして、図７Ｃに示すように、第２凹部４２内に供給した接着剤５１を、スキージと称するへら状工具を使用して、その第２凹部４２内に充填する。このとき、第２凹部４２内に充填した接着剤５１の表面を、第１底面４１ａと同一平面となるように均す。
【００４３】
例えば、へら状工具を、接着剤５１を供給した第２凹部４２を跨ぐようにして、第１底面４１ａ上を滑り移動させたりすることによって、第２凹部４２内に充填した接着剤５１の表面と、第１底面４１ａとを面一にすることができる。つまり、第２凹部４２内に充填した接着剤５１の表面には、凹凸が無くなり、その表面は平坦面となる。
【００４４】
次いで、図７Ｄに示すように、温度センサチップ１２における絶縁膜２２の表面、及び、ヒータチップ１３における絶縁膜３２の表面を、第２凹部４２内に充填した接着剤５１の表面のみに接着する。
【００４５】
続いて、チップ１２，１３を、接着剤５１によって配管１１に接着させた状態で、その接着剤５１を、所定の温度以上に加熱して、硬化させる。これにより、チップ１２，１３は、配管１１に対して、均一の接着膜厚で接着固定されることになる。
【００４６】
以上より、本発明に係る測定装置の製造方法によれば、配管１１に加工した第１凹部４１の第１底面４１ａに、均一な深さ寸法及びチップ１２，１３の幅寸法よりも広い幅寸法を有する第２凹部４２を加工した後、第２凹部４２に充填した接着剤５１の表面を、第１底面４１ａと同一平面となるように均して、その接着剤５１の表面のみにチップ１２，１３を接着する。これにより、マスキングテープ等を使用することなく、接着剤５１の塗布領域を精度良く区画形成することができるので、チップ１２，１３の接着作業の簡素化を図ることができる。
【００４７】
また、接着剤５１の厚さを均一にすることができるので、厚さが不均一となる接着剤５１が硬化する際に発生する、チップ１２，１３の破損を防止することができる。特に、ヒータチップ１３のダイヤフラム３２ａは、薄膜状になっているのに関わらず、第２凹部４２内に充填した接着剤５１の表面に接着固定されることになるが、その接着剤５１の表面は、凹凸が無い平坦面となっているため、接着剤５１が硬化しても、ダイヤフラム３２ａに局所的な負荷が掛ることが無い。よって、接着剤５１の厚さ不均一に起因するダイヤフラム３２ａの破損を防止することができる。
【００４８】
なお、本願発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは、実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。例えば、上述した実施の形態においては、配管内を流れる流体の流量を測定するフローセンサとして、温度センサとヒータとを別々のフローセンサとした構成を挙げているが、このような構成に替えて、温度センサとヒータとを１つのフローセンサに組み込むようにした構成を採用することも可能である。
【符号の説明】
【００４９】
１１  配管
１２  温度センサチップ
１３  ヒータチップ
１４  ワイヤ
１５  基板
１５ａ  先端突出部
２１，３１  ベース基板
２２，３２  絶縁膜
２３，３３  測温部
２４，３４  電気接続部
３１ａ  キャビティ
３２ａ  ダイヤフラム
４１  第１凹部
４１ａ  第１底面
４２  第２凹部
４２ａ  第２底面
５１  接着剤
５２  接着剤
【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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