(57)【要約】【課題】センサチップを接着固定するための接着剤の厚さを制御して、センサチップの感度を向上させることにより、流体の流量を高精度に測定することができる測定装置及び測定装置の製造方法を提供する。【解決手段】流体の流路を形成する配管１１と、配管１１の外面に流体流れ方向に沿って設けられ、配管１１内を流れる流体の流量を測定するセンサチップ１２，１３と、センサチップ１２，１３から出力された信号を外部に向けて送信する基板１５と、基板１５からその外側に向けて突出し、センサチップ１２，１３間に配置される先端突出部１５ａとを備え、センサチップ１２，１３を配管１１に接着剤５１によって固定し、先端突出部１５ａを配管１１に接着剤５２によって固定し、接着剤５１の厚さを接着剤５２の厚さよりも薄くする。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路を形成する管状部材と、
前記管状部材の外面に流体流れ方向に沿って設けられ、前記管状部材内を流れる流体の流量を測定する一対の熱式センサチップと、
前記熱式センサチップと電気的に接続し、前記熱式センサチップから出力された信号を外部に向けて送信する基板と、
前記基板の先端から当該基板の外側に向けて突出し、前記一対の熱式センサチップ間に配置される先端突出部とを備え、
前記熱式センサチップは、前記管状部材の外面に、チップ用接着剤によって固定され、
前記先端突出部は、前記管状部材の外面に、基板用接着剤によって固定され、
前記チップ用接着剤の厚さは、前記基板用接着剤の厚さよりも薄い
ことを特徴とする測定装置。
【請求項２】
前記熱式センサチップにおける前記チップ用接着剤が塗布される表面は、前記先端突出部における前記基板用接着剤が塗布される表面よりも、前記管状部材側に配置される
ことを特徴とする請求項１記載の測定装置。
【請求項３】
前記熱式センサチップ及び前記先端突出部は、前記管状部材の同一平面に接着固定される
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載の測定装置。
【請求項４】
流体の流路を形成する管状部材と、
前記管状部材の外面に流体流れ方向に沿って設けられ、前記管状部材内を流れる流体の流量を測定する一対の熱式センサチップと、
前記熱式センサチップと電気的に接続し、前記熱式センサチップから出力された信号を外部に向けて送信する基板と、
前記基板の先端から当該基板の外側に向けて突出し、前記一対の熱式センサチップ間に配置される先端突出部とを備え、
前記熱式センサチップ及び前記先端突出部を前記管状部材の外面に接着固定するときに、前記熱式センサチップにおけるチップ用接着剤が塗布される表面を、前記先端突出部における基板用接着剤が塗布される表面よりも、前記管状部材側に配置させて、前記チップ用接着剤の厚さを、前記基板用接着剤の厚さよりも薄くする
ことを特徴とする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、センサチップを接着固定するための接着剤の厚さを適切に設定するようにした測定装置及び測定装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、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、測定原理の１つとして、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。
【０００４】
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に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特表２００３−５３２０９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記従来の測定装置においては、配管内を流れる流体の流量を測定することを目的としており、配管の外面にセンサチップを接着固定し、そのセンサチップから出力された出力値に基づいて、流体の流量を測定するようにしている。このため、接着層の厚さは、センサの感度に大きく影響することになる。つまり、センサの感度は、接着層の厚さが薄くなるに従って、向上することになる。しかしながら、上記従来の測定装置においては、接着層の厚さについては、何ら規定しておらず、センサの感度、即ち、装置全体としての測定精度が低下してしまうおそれがある。
【０００７】
従って、本発明は上記課題を解決するものであって、センサチップを接着固定するための接着剤の厚さを制御して、センサチップの感度を向上させることにより、流体の流量を高精度に測定することができる測定装置及び測定装置の製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
この発明に係る測定装置は、流体の流路を形成する管状部材と、管状部材の外面に流体流れ方向に沿って設けられ、管状部材内を流れる流体の流量を測定する一対の熱式センサチップと、熱式センサチップと電気的に接続し、熱式センサチップから出力された信号を外部に向けて送信する基板と、基板の先端から当該基板の外側に向けて突出し、一対の熱式センサチップ間に配置される先端突出部とを備え、熱式センサチップは、管状部材の外面に、チップ用接着剤によって固定され、先端突出部は、管状部材の外面に、基板用接着剤によって固定され、チップ用接着剤の厚さは、基板用接着剤の厚さよりも薄いものである。
【０００９】
この発明に係る測定装置の製造方法は、流体の流路を形成する管状部材と、管状部材の外面に流体流れ方向に沿って設けられ、管状部材内を流れる流体の流量を測定する一対の熱式センサチップと、熱式センサチップと電気的に接続し、熱式センサチップから出力された信号を外部に向けて送信する基板と、基板の先端から当該基板の外側に向けて突出し、一対の熱式センサチップ間に配置される先端突出部とを備え、熱式センサチップ及び先端突出部を管状部材の外面に接着固定するときに、熱式センサチップにおけるチップ用接着剤が塗布される表面を、先端突出部における基板用接着剤が塗布される表面よりも、管状部材側に配置させて、チップ用接着剤の厚さを、基板用接着剤の厚さよりも薄くするものである。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、センサチップを接着固定するための接着剤の厚さを制御して、センサチップの感度を向上させることにより、流体の流量を高精度に測定することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態に係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】基板及び各センサチップを接着用治具を用いて配管に接着固定する様子を示した側面図である。
【図８】接着剤の厚さとセンサチップの感度との関係を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
実施の形態１．
図１に示すように、熱式の測定装置（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。
【００１４】
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。
【００１５】
また、図１、図２、図４、及び、図６に示すように、配管１１の軸方向途中部分には、凹部４１が形成されている。この凹部４１は、配管１１の径方向内側に向けて凹んでいる。そして、凹部４１の底面４１ａは、配管１１の軸方向に延びる平坦面であって、チップ１２，１３を取り付けるためのチップ取付面となっている。
【００１６】
更に、図１に示すように、流体流れ方向前後一対のチップ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ている。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の外面となる底面４１ａ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内を流れる流体に所定の熱量を供給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（測定部）２３、及び、電極パッド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、電極パッド２４の基端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って、２つの電極パッド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、電極パッド２４の先端は、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。
【００２０】
つまり、ワイヤ１４の一端は、電極パッド２４に、第１ボンディング点として、ボンディングされている。一方、ワイヤ１４の他端は、基板１５のリードに、第２ボンディング点として、ボンディングされている。これにより、測温部２３から出力された温度測定信号は、ワイヤ１４を通じて、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。
【００２１】
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、ヒータ部（測定部）３３、及び、電極パッド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。
【００２２】
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、上方から覆っている。
【００２３】
更に、ダイヤフラム３２ａの表面中央部には、ヒータ部３３が設けられており、このヒータ部３３には、電極パッド３４の基端が電気的に接続されている。ヒータ部３３は、配管１１内を流れる流体を一定温度に加熱すると共に、配管１１内を流れる流体の温度を測定するものであって、２つの電極パッド３４は、絶縁膜３２の表面上において、ヒータ部３３からチップ外側に向けて延びている。そして、電極パッド２４の先端は、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。
【００２４】
つまり、ワイヤ１４の一端は、電極パッド３４に、第１ボンディング点として、ボンディングされている。一方、ワイヤ１４の他端は、基板１５のリードに、第２ボンディング点として、ボンディングされている。これにより、ヒータ部３３から出力された温度測定信号は、ワイヤ１４を通じて、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。
【００２５】
また、図１、図２、及び、図４に示すように、チップ１２，１３は、チップ用接着剤となる接着剤５１によって、配管１１の外面に固定されている。即ち、絶縁膜２２，３２の表面中央部は、接着剤５１によって、凹部４１の底面４１ａに固定されている。このとき、温度センサチップ１２を接着固定するための接着剤５１の厚さと、ヒータチップ１３を接着固定するための接着剤５１の厚さとは、同じ厚さとなっている。
【００２６】
これに対して、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の先端中央部からその外側に向けて、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。これにより、先端突出部１５ａは、チップ１２，１３と共に、凹部４１の底面４１ａに接着固定されている。このとき、先端突出部１５ａは、基板用接着剤となる接着剤５２によって、凹部４１の底面４１ａに固定されており、その先端突出部１５ａを接着固定するための接着剤５２の厚さは、チップ１２，１３の厚さ及び接着剤５１の厚さよりも厚くなっている（図７参照）。
【００２７】
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。そして、先端突出部１５ａの流体流れ方向上流側には、温度測定機能を有する温度センサチップ１２が設置されている。一方、先端突出部１５ａの流体流れ方向下流側には、熱量供給機能を有するヒータチップ１３が設置されている。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
次に、温度センサチップ１２、ヒータチップ１３、及び、基板１５の先端突出部１５ａを、配管１１に接着固定するときの製造方法について、図７を用いて詳細に説明する。
【００３２】
先ず始めに、本実施の形態に係る製造方法においては、図７に示すように、接着用治具６１及び重石６２を使用することにしている。そこで、その製造方法を説明する前に、接着用治具６１及び重石６２の構成について説明する。
【００３３】
接着用治具６１は、チップ取付面６１ａと基板嵌合凹部６１ｂとを有している。チップ取付面６１ａは、接着用治具６１の上面を構成するものであって、そのチップ取付面６１ａの治具幅方向両側部には、チップ１２，１３がそれぞれ設置可能となっている。チップ１２，１３は、同じ形状で、且つ、同じ大きさとなっているため、当該チップ１２，１３をチップ取付面６１ａ上に設置すると、それらの表面（絶縁膜２２，３２の表面）は、同じ高さ位置に配置される。
【００３４】
また、チップ取付面６１ａの治具幅方向中央部には、基板嵌合凹部６１ｂが形成されている。基板嵌合凹部６１ｂは、チップ取付面６１ａから治具厚み方向下側に向けて凹んでおり、その外形形状は、基板１５における先端突出部１５ａの外形形状と一致している。つまり、基板嵌合凹部６１ｂには、先端突出部１５ａが嵌合可能となっている。
【００３５】
これにより、チップ取付面６１ａ上に設置されたチップ１２，１３の表面は、基板嵌合凹部６１ｂ内に嵌合された先端突出部１５ａの表面よりも上方に位置する。言い換えれば、チップ取付面６１ａ上に設置されたチップ１２，１３の表面は、基板嵌合凹部６１ｂ内に嵌合された先端突出部１５ａの表面よりも、配管１１の径方向内側に配置される。
【００３６】
これに対して、重石６２は、配管１１の外周面を径方向外側から押圧するものである。つまり、重石６２によって押圧される配管１１の外周面は、当該配管１１の軸心を中心として、凹部４１の１８０度反対側に位置する面であって、重石６２の押圧面は、その外周面に合致するような円弧状をなしている。
【００３７】
従って、温度センサチップ１２、ヒータチップ１３、及び、先端突出部１５ａを配管１１に接着固定する場合には、図７に示すように、先ず、チップ１２，１３及び基板１５の先端突出部１５ａを、接着用治具６１上に設置する。即ち、チップ１２，１３は、チップ取付面６１ａ上の所定位置に設置され、先端突出部１５ａは、基板嵌合凹部６１ｂ内に嵌合する。これにより、チップ１２，１３の表面は、先端突出部１５ａの表面よりも上方に配置される。
【００３８】
次いで、温度センサチップ１２の電極パッド２４と基板１５のリードとをワイヤ１４によって電気的に接続する。また、ヒータチップ１３の電極パッド３４と基板１５のリードとをワイヤ１４によって電気的に接続する。これにより、１つの基板１５に対して、２種類のチップ１２，１３がそれぞれ電気的に接続されたことになる。
【００３９】
そして、チップ１２，１３の表面に、接着剤５１を塗布する一方、先端突出部１５ａの表面に、接着剤５２を塗布する。続いて、配管１１を、凹部４１の底面４１ａが下方を向くように配置して、その底面４１ａに接着剤５１，５２が接触するように、当該接着剤５１，５２上に載せる。次いで、重石６２を、接着剤５２と対向するように、配管１１の外周面に載せる。これにより、重石６２は、その自重によって、配管１１を上方から押圧することになる。
【００４０】
この結果、接着剤５１は、配管１１の底面４１ａと、接着用治具６１に固定されたチップ１２，１３の表面とによって、上下方向両側から挟まれた状態で、上方から、重石６２の自重によって押圧される。また、接着剤５２は、配管１１の底面４１ａと、接着用治具６１に固定された先端突出部１５ａの表面とによって、上下方向両側から挟まれた状態で、上方から、重石６２の自重によって押圧される。
【００４１】
このとき、上述したように、チップ１２，１３の表面は、先端突出部１５ａの表面よりも上方に配置されているため、チップ１２，１３の表面に塗布された接着剤５１と、先端突出部１５ａの表面に塗布された接着剤５２とを、同一平面となる底面４１ａによって同時に押圧することにより、接着剤５１の厚さは、接着剤５２の厚さよりも薄くなる。
【００４２】
但し、接着剤５２の厚さは、接着剤５１の厚さに対して、２倍から４０倍の厚さが好適である。更に、接着剤５１の種類と接着剤５２の種類とは、同一であっても、異なっていても、上述した作用効果を得ることができる。
【００４３】
そして、所定期間経過後に、接着剤５１，５２が完全に硬化すると、重石６２を配管１１から取り外した後、配管１１に接着固定されたチップ１２，１３及び基板１５、即ち、測定装置全体を、接着用治具６１から取り外す。これにより、温度センサチップ１２、ヒータチップ１３、及び、先端突出部１５ａを配管１１に接着固定する接着工程が完了したことになる。
【００４４】
ここで、図８は、接着剤５１の厚さとチップ１２，１３の感度（出力）との関係を示した図である。この図８においては、接着剤５１の厚さを、ｔ１、ｔ２、ｔ３、及び、ｔ４の４種類としており、それらの大小関係は、ｔ１＜ｔ２＜ｔ３＜ｔ４となっている。なお、厚さｔ１の曲線は実線で示しており、厚さｔ２の曲線は二点鎖線で示しており、厚さｔ３の曲線は一点鎖線で示し、厚さ４の曲線は点線で示している。つまり、図８から明らかなように、チップ１２，１３は、接着剤５１の厚さが薄くなるに従って、感度が向上することになる。
【００４５】
以上より、チップ１２，１３を接着固定するための接着剤５１の厚さを、基板１５を接着固定するための接着剤５２の厚さよりも、薄くなるように制御することにより、チップ１２，１３の感度を向上させることができる。これにより、流体の流量を高精度に測定することができる。
【００４６】
なお、本願発明は、その発明の領域内において、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。
【符号の説明】
【００４７】
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  ベース基板
２２  絶縁膜
２３  測温部
２４  電極パッド
３１  ベース基板
３１ａ  キャビティ
３２  絶縁膜
３２ａ  ダイヤフラム
３３  ヒータ部
３４  電極パッド
４１  凹部
４１ａ  底面
５１，５２  接着剤
６１  接着用治具
６１ａ  チップ取付面
６１ｂ  基板嵌合凹部
６２  重石
【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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