(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板（１）の表面に該表面上を流れる流体の流量を検出する検出部が形成されており、
前記基板の端部のうち、少なくとも前記検出部を含んで前記流体の流れ方向に伸びた帯状の領域が通る部位の全てにおいて、前記基板の表面側の角部が除去されたフローセンサチップ（１０）を有するフローセンサであって、
開口部を有する部屋（２１）が形成されたチップ台座（２０）を有し、前記部屋における前記開口部側には、前記開口部の中央に向けて突出した突出部（２２）が形成されており、
前記フローセンサチップは、前記開口部から前記基板の表面が露出するように前記部屋内に収容され、前記突出部の形状は、前記センサチップにおける角部が除去された部位の段差形状に合わせて形成され、前記フローセンサチップにおける前記角部が除去された部位と前記突出部とが対向配置されており、前記突出部が樹脂により形成されていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
前記基板が矩形状であり、前記基板の略平行な２辺に対して前記流体が略直角に流れるように前記検出部が形成されており、前記基板の略平行な２辺において前記基板の表面側の角部が除去されている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】
前記基板の略平行な２辺と略直角な位置関係にある２辺において、前記基板の表面側の角部が除去されている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】
前記基板はＳｉの（１００）基板であり、＜１１０＞方向に流れる前記流体を検出するように前記検出部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１つに記載のフローセンサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板の表面を流れる流体の流量を測定するフローセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のフローセンサを構成するフローセンサチップ２００として、図１２に斜視図で示す構成のものがある。また、このフローセンサチップ２００は図１３の概略断面図に示すように、台座３００に収容されてフローセンサ４００として使用される。
【０００３】
フローセンサチップ２００は、基板２０１の表面に導体膜２０２が絶縁膜２０３、２０４で挟まれてなる薄膜が形成され、基板２０１の裏面側から薄膜を残して空洞部２０５が形成され、空洞部２０５上の薄膜により薄膜部２０６が構成されている。
【０００４】
薄膜部２０６においては、導体膜からなるヒータ２０２ａが形成されており、このヒータ２０２ａの両側のうち、図１２中の白抜き矢印で示される流体の流れの上流側に導体膜で構成された測温体２０２ｂが形成されている。また、測温体２０２ｂの上流側の基板２０１上には、導体膜で構成された流体温度計２０２ｃが形成されている。また、基板２０１上には、ヒータ２０２ａ、測温体２０２ｂ、及び流体温度計２０２ｃの各々と電気的に接続された電極取り出し部２０２ｄが形成されている。
【０００５】
この様なフローセンサチップ２００は、基板２０１に複数個のフローセンサチップ２００の構成体を形成した後、基板２０１を切断することにより製造されるのが一般的である。具体的な製造方法としては、まず、基板２０１の表面一面に酸化膜や窒化膜等からなる絶縁膜２０３を形成し、この絶縁膜２０３上に導体膜２０２を形成した後この導体膜２０２をパターニングしてヒータ２０４等を形成し、更に、酸化膜や窒化膜等からなる絶縁膜２０４を形成する。
【０００６】
その後、基板２０１の裏面側から複数個の構成体に対応する複数個の空洞部２０５を形成した後、基板２０１の表面側から基板２０１を切断することでフローセンサチップ２００を製造する。そして、この様なフローセンサチップ２００を、図１３に示すように、縦断面が矩形状である凹部３０１を有する台座３００の凹部３０１に収容させてフローセンサ４００とする。そして、台座３００を例えば車両のエアダクト内に取り付ける等して、フローセンサ４００を車両の内燃機関の空燃比制御等に用いる。
【０００７】
この様なフローセンサ４００では、流体温度計２０２ｃから得られる流体温度よりも高い温度になるようにヒータ２０２ａを駆動する。そして、流体が流れることにより、図１２中の白抜き矢印で示す順流においては、測温体２０２ｂは熱を奪われて温度が下がり、白抜き矢印の逆方向である逆流では熱が運ばれて温度が上がるため、この測温体２０２ｂと流体温度計２０２ｃとの温度差から流体の流量及び流れ方向が検出される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、構成体を基板２０１に複数個形成した後、基板２０１を切断することで個々のフローセンサチップ２００を形成しており、基板２０１としてはＳｉ等の脆性材料を用いることが多いため、基板２０１を切断する際に基板２０１における切断する部位が欠けてしまう。つまり、図１２に示す様に、個々のフローセンサチップ２００の端部における表面側に欠け２０７が形成されてしまう。
【０００９】
また、基板２０１の表面から切断を行っており、基板２０１を切断する際は基板２０１の表面に形成されている薄膜も同時に切断するが、薄膜が絶縁膜（酸化膜や窒化膜等）２０３、２０４の多層構造となっているため、切断時にこれらの膜が剥がれてダイシングソー等の切断部材や基板２０１の上に付着したり、基板２０１の切断部が絶縁膜２０３、２０４の剥がれと同時に欠けたりする。
【００１０】
そして、流体の流れ方向、つまり、流体温度計２０２ｃと測温体２０２ｂとヒータ２０２ａとを結ぶ領域上に基板の欠け２０７があると、図１３の矢印に示すように、基板２０１における欠け２０７が形成されている部位の表面を流体が通過する際に流体の流れが乱れ、正確な流量を検出することができなくなってしまう。
【００１１】
本発明は、上記問題点に鑑み、基板の表面を流れる流体の流れの乱れを抑制することができるフローセンサを提供することを目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、基板（１）の表面に該表面上を流れる流体の流量を検出する検出部が形成されており、基板の端部のうち、少なくとも検出部を含んで流体の流れ方向に伸びた帯状の領域が通る部位の全てにおいて、基板の表面側の角部が除去されたフローセンサチップ（１０）を有することを特徴としている。
【００２１】
この様なフローセンサチップを用いたフローセンサは基板の欠けが表面に形成されないため、基板の表面を流れる流体の流れの乱れを抑制することができる。
【００２２】
具体的には、請求項２に記載の発明の様に、基板が矩形状であり、基板の略平行な２辺に対して流体が略直角に流れるように検出部が形成されており、基板の略平行な２辺において基板の表面側の角部が除去されているものを用いることができる。
【００２３】
この場合、請求項３に記載の発明の様に、基板の略平行な２辺と略直角な位置関係にある２辺において、基板の表面側の角部が除去されていると、更に基板の表面を流れる流体の流れの乱れを抑制することができる。
【００２４】
また、請求項１に記載の発明は、開口部を有する部屋（２１）が形成されたチップ台座（２０）を有し、部屋における開口部側には、開口部の中央に向けて突出した突出部（２２）が形成されており、フローセンサチップは、開口部から基板の表面が露出するように部屋内に収容され、突出部の形状は、センサチップにおける角部が除去された部位の段差形状に合わせて形成され、フローセンサチップにおける角部が除去された部位と突出部とが対向配置されており、突出部が樹脂により形成されていることを特徴としている。
【００２５】
本発明では、フローセンサチップの角部が除去された部位と台座とを対向配置しており、基板に形成された欠け等による基板の凹凸に対して流体が直接当たらない様にしている。従って、基板の表面を流れる流体の流れの乱れを確実に抑制することができる。
【００２６】
また、請求項１〜３の発明では、請求項４に記載の発明の様に、基板としてＳｉの（１００）基板を用い、＜１１０＞方向に流れる流体を検出するような検出部を形成することができる。
【００２７】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【００２８】
【発明の実施の形態】
（第１実施形態）
以下、図に示す実施形態について説明する。図１は本実施形態のフローセンサチップ（以下、単にセンサチップという）１０の斜視図であり、図２はこのセンサチップ１０がチップ台座２０に収容されてなるフローセンサ１００を図１のＡ−Ａ矢視断面に相当する部位にて示す図である。
【００２９】
センサチップ１０は矩形状になっており、基板１の表面には下部膜２と上部膜３が形成され、下部膜２と上部膜３との間には膜構成の配線４が形成されている。下部膜２は、基板１側から順に例えばＳｉ3Ｎ4膜とＳｉＯ2膜が積層されてなり、上部膜３は、基板１側から順に例えばＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜が積層されてなる。また、配線４としては、Ｐｔ（白金）やポリシリコン、ＮｉＣｒ等を用いることができる。
【００３０】
基板１の裏面側にはＳｉ3Ｎ4膜等の絶縁膜５が形成され、この絶縁膜の開口部から空洞部６が設けられている。そして、この空洞部６上に上部膜３、下部膜２及び配線４からなる薄膜部７が形成されている。また、この薄膜部７に蛇行状の配線４からなるヒータ４ａが形成されている。また、薄膜部７のうちヒータ４ａよりも図の白抜き矢印で示される流体の順流方向の上流側において、蛇行状の配線４からなる測温体４ｂが形成されている。
【００３１】
また、基板１上における測温体４ｂの上流側に、蛇行状の配線４からなる流体温度計４ｃが形成されている。この様にして、ヒータ４ａ、測温体４ｂ、流体温度計４ｃからなる検出部が形成されており、検出部４ａ〜４ｃ上を流れる流体の流量及びその方向を検出するようになっている。
【００３２】
また、基板１の端部のうち、少なくとも検出部４ａ〜４ｃを含んで流体の流れ方向に伸びた帯状の領域が通る部位の全てにおいて、基板１の表面側の角部が除去されている。つまり、基板１のうち検出部４ａ〜４ｃを流れる流体が略直角に流れる略平行な２辺において、基板１の表面側の角部が除去されている。この様に角部が除去されることにより形成された斜面１ｃにおいては、斜面１ｃのうち基板１の表面に対して平行な線Ｌ１、Ｌ２が流体の流れ方向に対して略直角になっている。
【００３３】
また、基板１のうち流体が略直角に流れる略平行な２辺と略直角の位置関係にある２辺においても、基板１の表面側の角部が除去されている。
【００３４】
また、ヒータ４ａ、測温体４ｂ、流体温度計４ｃと電気的に接続された配線によって基板１の表面には電極取り出し部８が形成されている。また、電極取り出し部８の端部における上部膜３の上にパッド８ａが形成され、各々の電極取り出し部８とパッド８ａとが電気的に接続されている。この様にしてセンサチップ１０が構成されている。
【００３５】
そして、図２に示すように、開口部を有する部屋２１が形成されたチップ台座２０にセンサチップ１０が収容されている。この部屋２１における開口部側には、開口部の中央に向けて突出した突出部２２が形成されている。
【００３６】
そして、チップ台座２０の開口部から基板１の表面が露出するように、センサチップ１０が部屋２１内に収容されている。本実施形態では、チップ台座２０の開口面と基板１の表面とがほぼ同じ高さになっている。そして、センサチップ１０における角部が除去されることにより形成された斜面１ｃと、センサチップ１０の突出部２２とが対向配置されている。なお、チップ台座２０の材質としては、例えば樹脂を用いることができる。
【００３７】
この様なフローセンサ１００では、上述の様に、流体が流れた際の測温体４ｂと流体温度計４ｃとの差を電極取り出し部８に形成されたパッド８ａから電圧変化等として取り出し、流体の流量及び流れ方向を検出する。
【００３８】
次に、この様なフローセンサ１００の製造方法について説明する。図３はフローセンサ１００の製造工程の途中の状態を示す斜視図であり、図４は図３におけるＢ−Ｂ矢視断面にて製造工程を示す図であり、図５は図３における部位Ｃを拡大した平面図である。
【００３９】
図３に示すように、基板１を切断することでセンサチップ１０となる複数個のフローセンサ構成体（以下、単に構成体という）１１を基板１に対して形成した後、構成体１１の境界部１２において基板１を切断することにより複数個のセンサチップ１０を形成する。この基板１としては、Ｓｉの（１００）基板１を用いており、図中白抜き矢印で示される＜１１０＞方向に流れる流体が検出されるように検出部４ａ〜４ｃを形成している。以下、フローセンサの製造方法を詳細に説明する。
【００４０】
（図４（ａ）に示す工程）
まず、厚さが４００〜６００μｍ程度の基板１を用意し、基板１の表面にＳｉ3Ｎ4膜とＳｉＯ2膜を堆積して下部膜２を形成する。また、基板１の裏面にＳｉ3Ｎ4膜を堆積して絶縁膜５を形成する。次に、下部膜２上に配線４を構成する膜として例えばＰｔ膜を形成する。その後、Ｐｔ膜をパターニングして、ヒータ４ａ、測温体４ｂ、流体温度計４ｃ、及び電極取り出し部（図示せず）を所定の形状にする。
【００４１】
（図４（ｂ）に示す工程）
配線４上にＳｉＯ2膜とＳｉ3Ｎ4膜を堆積して上部膜３を形成する。その後、基板１の表面側における構成体１１の境界部１２において、センサチップ１０における角部を除去する予定の部位の上部膜３と下部膜２をエッチング等により除去し、基板１の表面を露出させる。また、基板１の裏面側における空洞部６を形成する予定の複数個の部位において絶縁膜５をエッチング等により除去し、基板１の裏面側を露出させる。
【００４２】
この基板１の表面を露出する部位は、図５においてハッチングを施して示している。図５に示すように、構成体１１の境界部のうち、少なくとも検出部４ａ〜４ｃを含んで流体の流れ方向に伸びた帯状の領域が通る部位１２ａの全てにおいて基板１を露出させる。つまり、基板１を切断して矩形状のセンサチップ１０にした際に、流体が略直角に流れる略平行な２辺に対して溝を形成する。また、その他、境界部１２の各辺において基板１の表面を露出させる。ただし、境界部１２の各辺が交わる部位は露出させない様にする。
【００４３】
（図４（ｃ）に示す工程）
ＴＭＡＨ溶液やＫＯＨ溶液等により表裏面が露出した部位から基板１の異方性エッチングを行い、裏面側からは空洞部６を形成し、表面側からは溝１３を形成する。この際、異方性エッチングにより自動的に断面がＶ字形状の溝１３となる。この溝１３のうち基板１の表面から最も遠い部位（以下、底部という）、つまりＶ字形状の先端部は、基板１の表面から１５０μｍ以上となっており、基板１の裏面から１００μｍ以上となっている。
【００４４】
以上、図４（ａ）〜（ｃ）に示す工程が構成体形成工程である。
【００４５】
次に、構成体１１の境界部１２において基板１を切断する切断工程を行う。図６はこの基板１の切断の様子を図３のＢ−Ｂ矢視断面にて示す概略図である。図６に示すように、ダイシングソー１４を用いて基板１の切断を行い、溝１３が形成されている部位においては溝内（底部）をダイシングソー１４が通るようにして切断する。この様にして個々のセンサチップ１０を形成する。
【００４６】
続いて、開口部を有する部屋２１が形成されたチップ台座２０を用意して、チップ台座２０の開口部からセンサチップ１０を嵌め込んで、チップ台座２０にセンサチップ１０を収容する。この際、チップ台座２０が樹脂からなり、嵌め込む際に樹脂が変形するため、チップ台座２０にセンサチップ１０を収容させることができる。この様にして図２に示すフローセンサ１００が完成する。
【００４７】
この様に、本実施形態では、構成体１１の境界部のうち少なくとも検出部４ａ〜４ｃを含んで流体の流れ方向に伸びた帯状の領域が通る部位１２ａの全てに溝１３を形成し、その溝内を切断するようにしている。従って、図６に示す様に、切断時に基板１に生じる欠け１５はダイシングソー１４が接触する溝内に生じて、基板１の表面まで達することは無い。そのため、基板１の表面を流れる流体が欠け１５の影響を受けることを防止して、流体の流れの乱れを抑制することができる。
【００４８】
また、基板１の端部のうち検出部４ａ〜４ｃを含んで流体の流れ方向に伸びた帯状の領域が通過する部位以外にも溝１３を形成し、構成体１１の各々の境界部１２において溝１３を形成しているため、センサチップ１０の端部の各辺において欠け１５が表面に達することを防止できる。従って、センサチップ１０表面の全体における流体の流れの乱れを抑制することができる。
【００４９】
また、基板１を切断する際に、上部膜３や下部膜２が積層された部位を切断するのではなく、Ｓｉ基板１を露出させてＳｉ基板１を直接切断しているため、基板１に欠け１５が生じることを抑制することができる。
【００５０】
また、センサチップ１０における角部を除去して、突出部２２が形成されたチップ台座２０にセンサチップ１０を収容しているため、仮に、基板１の表面付近に欠け１５等による凹凸ができてしまって流体の流れに多少は影響があるかと思われるような場合にも、基板１の欠け１５等をチップ台座２０により隠して直接流体が当たらない様にすることができる。従って、更に流体の流れの乱れを抑制することができる。
【００５１】
また、チップ台座２０の突出部２２とセンサチップ１０の斜面１ｃとを位置合わせして、チップ台座２０にセンサチップ１０を収容させているため、チップ台座２０とセンサチップ１０との位置制御を容易に行うことができる。
【００５２】
また、基板１の欠け１５は、一般に５０〜１００μｍ程度であるため、本実施形態のように溝１３の底部の位置を基板１の表面から１５０μｍ以上とすれば、好適に欠け１５が基板１の表面に達することを防止できる。ただし、溝１３を深くし過ぎると溝１３において基板１の強度が低下し、基板１を切断する前に基板１が分割されてしまう恐れがある。そのため、基板１の裏面から溝１３の底部までの距離を１００μｍ以上とすることにより、基板１の強度を好適に確保して基板１の分割を防止することができる。
【００５３】
また、仮に、溝１３を境界部１２において交差した部位に設けようとすると、エッチングにより溝１３を形成する際にこの部位から各構成体１１の内側にエッチングが進行してしまうため、本実施形態のように交差した部位には溝１３を設けない様にすると望ましい。この場合、溝１３を設けなかったセンサチップ１０の端部における各辺が交わる部位においては、若干欠け１５が生じるが、微小な領域であり検出される流体が流れる部位ではないため流体の流れを乱すことは無い。なお、境界部１２においてエッチングの進行がそれほど問題にならない場合は、境界部１２における交差した部位にも溝１３を形成すれば良い。
【００５４】
（第２実施形態）
上記第１実施形態では溝１３の断面をＶ字形状にしているが、本実施形態では溝１３の断面を台形型にする。図７は本実施形態のフローセンサの製造方法を図３のＢ−Ｂ矢視断面に相当する図によって示す工程図であり、図８は図７に続く工程図である。また、図９は図７及び図８と同一断面において基板１を切断する際の様子を示す概略断面図である。以下、主として第１実施形態と異なる部分について述べ、図７及び図８では図４と同一部分は同一符号を付し、図９では図６と同一部分は同一符号を付して説明を省略する。
【００５５】
（図７（ａ）に示す工程）
図４（ａ）に示す工程と同様である。
【００５６】
（図７（ｂ）に示す工程）
基板１の裏面の絶縁膜５のうち空洞部６が形成される予定の部位を開口して、基板１を露出させる。続いて、基板１の途中まで、ＴＭＡＨ溶液やＫＯＨ溶液を用いた異方性エッチングを行い、空洞部の一部６ａを形成する。
【００５７】
（図８（ａ）に示す工程）
基板１の表面の上部膜３及び下部膜２のうち溝１３が形成される予定の部位１２ａを開口して、基板１を露出させる。
【００５８】
（図８（ｂ）に示す工程）
ＴＭＡＨ溶液やＫＯＨ溶液を用いて、空洞部６が完全に形成されるまで異方性エッチングを行うと同時に、基板１の表面側からも異方性エッチングを行い溝１３を形成する。この際、図７（ｂ）に示す工程において空洞部６を途中まで形成しており、図８（ｂ）に示す工程ではエッチング時間が短いため、上記第１実施形態の様に溝１３がＶ字形状になる前にエッチングが終了し、断面が台形型の溝１３が形成される。
【００５９】
以上、図７、図８に示す工程が構成体形成工程に相当する。
【００６０】
次に、図９に示す様に切断工程を行い、溝１３が形成された部位においては台形状の溝内をダイシングソー１４が通るように基板１を切断する。これにより角部が除去された部位が段差形状になったセンサチップ１０が完成する。
【００６１】
また、チップ台座２０における突出部２２の形状を、センサチップ１０における角部が除去された部位の段差形状に合わせて形成し、チップ台座２０にセンサチップ１０を収容することでフローセンサ１００が完成する。
【００６２】
本実施形態でも、第１実施形態と同様の効果を発揮することができる。
【００６３】
（他の実施形態）
上記各実施形態では、基板１における構成体１１の境界部１２において図５に示す位置の基板１を露出させて溝１３を形成したが、図３の部位Ｃの拡大図である図１０に示すような位置の基板１を露出させて溝１３を形成しても良い。
【００６４】
また、上記各実施形態では、チップ台座２０にセンサチップ１０を嵌め込むように説明したが、チップ台座２０における部屋２１の端部を開口させておき、センサチップ１０をスライドさせて部屋２１に収納しても良い。また、図１１に示すように、チップ台座２０を２つの部材から構成し、下の部材２３上にセンサチップ１０を配置した後、上の部材２４を被せて下の部材２３と接合する等しても良い。
【００６５】
また、図１１に示すように、センサチップ１０とチップ台座２０とは、少なくともセンサチップ１０の表面付近の形状とチップ台座２０の開口部付近の部屋２１の形状とが対応していれば、上記各実施形態に記載の効果を得ることができるため、センサチップ１０の裏面付近の周囲には空間があっても良い。
【００６６】
また、基板１の表面における境界部のうち、少なくとも検出部４ａ〜４ｃを含んで流体の流れ方向に伸びた帯状の領域が通る部位１２ａの全てに溝１３を形成して、センサチップ１０における基板１の端部のうち、少なくとも検出部４ａ〜４ｃを含んで流体の流れ方向に伸びた領域が通る部位の全てにおいて、基板１の表面側の角部を除去すれば、基板１の表面を流れる流体の流れの乱れを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態に係るフローセンサチップの斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るフローセンサの概略断面図である。
【図３】第１実施形態に係るフローセンサの製造工程の途中の状態を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態に係るフローセンサの製造工程を示す概略断面図である。
【図５】第１実施形態に係る図３の部位Ｃを示す拡大図である。
【図６】第１実施形態に係る基板の切断方法を示す概略断面図である。
【図７】第２実施形態に係るフローセンサの製造工程を示す概略断面図である。
【図８】図７に続く製造工程を示す概略断面図である。
【図９】第２実施形態に係る基板の切断方法を示す概略断面図である。
【図１０】他の実施形態に係る図３の部位Ｃを示す拡大図である。
【図１１】他の実施形態に係るフローセンサの概略断面図である。
【図１２】従来のフローセンサチップを示す斜視図である。
【図１３】従来のフローセンサを示す概略断面図である。
【符号の説明】
１…基板、４ａ〜４ｃ…検出部、１０…フローセンサチップ、
１１…構成体、１２…境界部、
１２ａ…境界部のうち検出部を含んで流体の流れ方向に伸びた領域が通る部位、１３…溝、２０…チップ台座、２１…部屋。
【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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【図１２】
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【図１３】
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