(57)【要約】【課題】クラックによる回路部の破壊や損傷を減少させることのできるセンサを提供する。【解決手段】本発明に係るセンサの例によるフローセンサ１０は、一方の面にキャビティ２５を有する基台２０と、基台２０の一方の面上に設けられる薄膜３０と、を備え、薄膜３０は、所定の物理量を検出するための回路部（ヒータ３１、上流側測温抵抗素子３２、及び下流側測温抵抗素子３３）を有し、キャビティ２５の上に橋設されるブリッジ部３６と、基台２０に固定され、ブリッジ部３６を支持する外周部３７と、を含み、ブリッジ部３６と前記外周部３７との接続部は、一方の接続部が他方の接続部より応力を分散させ易い構造を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一方の面に凹部を有する基台と、
前記一方の面上に設けられる薄膜と、を備え、
前記薄膜は、
所定の物理量を検出するための回路部を有し、前記凹部の上に橋設されるブリッジ部と、前記基台に固定され、前記ブリッジ部を支持する外周部と、を含み、
前記ブリッジ部と前記外周部との接続部は、一方の接続部が他方の接続部より応力を分散させ易い構造を備える
ことを特徴とするセンサ。
【請求項２】
前記一方の接続部に曲線形状を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のセンサ。
【請求項３】
前記他方の接続部にスリットが形成される
ことを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサ。
【請求項４】
前記回路部は、前記ブリッジ部における前記一方の接続部側に配置される
ことを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項５】
前記外周部における前記一方の接続部側に、前記回路部に電気的に接続する電極が設けられる
ことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のセンサ。
【請求項６】
前記他方の接続部に、断線を検出可能な断線検出素子が設けられる
ことを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係るいくつかの態様は、基台と基台の一方の面上に設けられた薄膜とを備えるセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種のセンサとして、空洞を有する基台（基板）と、空洞上に架橋構造の支持体が形成された薄膜とを備えるフローセンサにおいて、支持体の表面に流量を測定する回路部を設けるようにしたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−６２２２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載のセンサでは、支持体が薄膜で形成されているので、支持体自体の強度が低く、架橋構造であるため特定の箇所（場所）に応力が集中し易い構造であった。そのため、支持体にクラック（ひび割れ）が発生し、当該クラックが回路部に至り、回路部を破壊し、又は損傷（ダメージ）を与える、という問題があった。
【０００５】
本発明のいくつかの態様は前述の問題に鑑みてなされたものであり、クラックによる回路部の破壊や損傷を減少させることのできるセンサを提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係るセンサは、一方の面に凹部を有する基台と、一方の面上に設けられる薄膜と、を備え、薄膜は、所定の物理量を検出するための回路部を有し、凹部の上に橋設されるブリッジ部と、基台に固定され、前記ブリッジ部を支持する外周部と、を含み、ブリッジ部と外周部との接続部は、一方の接続部が他方の接続部より応力を分散させ易い構造を備える。
【０００７】
かかる構成によれば、ブリッジ部と外周部との接続部は、一方の接続部が他方の接続部より応力を分散させ易い構造を備える。ここで、例えばゴミの衝突などでブリッジ部に力が加わった場合、ブリッジ部と外周部との接続部に応力が集中し、接続部又は接続部の近傍（周辺）にクラック（ひび割れ）が発生し易くなる。そこで、一方の接続部を、他方の接続部より応力を分散させ易い構造にすることにより、当該一方の接続部は相対的に応力が分散されるので特定箇所への応力集中が緩和されるのに対し、他方の接続部は相対的に応力が特定箇所に集中（局所化）する。
【０００８】
好ましくは、前述の一方の接続部に曲線形状を有する。
【０００９】
かかる構成によれば、一方の接続部に曲線形状を有する。これにより、一方の接続部における応力は分散される。これにより、ブリッジ部と外周部との接続部において、一方の接続部が他方の接続部より応力を分散させる構成を容易に実現することができる。
【００１０】
好ましくは、前述の他方の接続部にスリットが形成される。
【００１１】
かかる構成によれば、他方の接続部にスリットが形成される。これにより、他方の接続部における応力が更に特定箇所に集中する。これにより、ブリッジ部と外周部との接続部において、一方の接続部が他方の接続部より応力を分散させる構成を容易に実現することができる。
【００１２】
好ましくは、前述の回路部は、ブリッジ部における一方の接続部側に配置される。
【００１３】
かかる構成によれば、回路部がブリッジ部における一方の接続部側に配置される。これにより、ブリッジ部と外周部との接続部において、相対的に他方の接続部に応力が集中してクラックが発生し易くなっているので、クラックが回路部にまで至る可能性を低減させる。これにより、クラックによる回路部の破壊や損傷（ダメージ）を確実に減少させることができる。
【００１４】
好ましくは、前述の外周部における一方の接続部側に、回路部に電気的に接続する電極が設けられる。
【００１５】
かかる構成によれば、回路部に電気的に接続する電極部が外周部における一方の接続部側に設けられる。これにより、電極を介して回路部が検出した信号を出力することができる。また、回路部と電極とを結ぶ接続線が一方の接続部側に配置される。これにより、クラックが電極及び接続線にまで延びる（伸展する）のを防止することができ、回路部の出力信号がクラックによる影響を受ける可能性を低減することができる。
【００１６】
好ましくは、前述の他方の接続部に、断線を検出可能な断線検出素子が設けられる。
【００１７】
かかる構成によれば、断線を検出可能な断線検出素子が他方の接続部に設けられる。これにより、他方の接続部又は接続部の近傍（周辺）に発生したクラックによる断線が検出される。これにより、クラックが発生している状態などのセンサの異常を容易に検知することができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、一方の接続部は相対的に応力が分散されるので特定箇所への応力集中が緩和されるのに対し、他方の接続部は相対的に応力が特定箇所に集中（局所化）することから、一方の接続部と比較して、他方の接続部又は接続部の近傍（周辺）にクラックが発生し易くなり、例えば、ブリッジ部において、回路部自体や回路部の主要素子（主要エレメント）、配線などを一方の接続部側に配置することで、クラックによる回路部の破壊や損傷（ダメージ）を減少させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明に係るセンサの例によるフローセンサを説明する斜視図である。
【図２】図１に示したＶＩ−ＶＩ線矢視方向断面である。
【図３】図１及び図２に示したブリッジ部の一例を説明する要部拡大上面図である。
【図４】図１及び図２に示したブリッジ部の他の例を説明する要部拡大上面図である。
【図５】図１及び図２に示したブリッジ部の更に他の例を説明する要部拡大上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には同一又は類似の符号で表している。但し、図面は模式的なものである。したがって、具体的な寸法などは以下の説明を照らし合わせて判断するべきものである。また、図面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勿論である。なお、以下の説明において、図面の上側を「上」、下側を「下」、左側を「左」、右側を「右」という。
【００２１】
図１乃至図５は、本発明に係るセンサの一例を示すためのものである。図１は、本発明に係るセンサの例によるフローセンサを説明する斜視図であり、図２は、図１に示したＶＩ−ＶＩ線矢視方向断面図である。図１及び図２に示すように、フローセンサ１０は、一方の面（図１及び図２において上面）にキャビティ（凹部）２５を有する基台２０と、基台２０の上に設けられる薄膜３０と、を備える。
【００２２】
薄膜３０は、キャビティ２５の上に橋を架けるように設けられるブリッジ部３６と、基台２０においてキャビティ２５以外の枠状の部分に固定される外周部３７とを含む。ブリッジ部３６の一端部（図１において手前の端部）と他端部（図１において奥の端部）とは、外周部３７に接続し、外周部３７はブリッジ部３６を支持する。
【００２３】
ブリッジ部３６は、一定の速度で流れる流体を加熱するためのヒータ（抵抗素子）３１と、ヒータ３１を挟んでヒータ３１の両側に設けられた一組の抵抗素子３２，３３とを有する。なお、本実施形態のヒータ３１、及び抵抗素子３２，３３は、本発明に係るセンサにおいて所定の物理量を検出するための「回路部」の一例に相当する。
【００２４】
また、薄膜３０は、薄膜３０の対角関係にある角部近傍に設けられた電極３５を更に有する。
【００２５】
このような構成を備えるフローセンサ１０は、例えば図１及び図２中にブロック矢印で示すように、測定対象である流体、例えばガスの流れる方向に沿って、抵抗素子３２、ヒータ３１、及び抵抗素子３３が順に並ぶように配置される。この場合、抵抗素子３２は、ヒータ３１よりも上流側（図１及び図２において左側）に設けられた上流側測温抵抗素子（上流側温度センサ）として機能し、抵抗素子３３は、ヒータ３１よりも下流側（図１及び図２において右側）に設けられた下流側測温抵抗素子（下流側温度センサ）として機能する。
【００２６】
キャビティ２５の上に橋設されるブリッジ部３６は、熱容量が小さく、基台２０に対して断熱性を有するダイアフラムを成す。ヒータ３１は、周囲のガスの温度よりも一定温度（例えば４０℃）高くなるように、ガスを加熱する。上流側測温抵抗素子３２は、ヒータ３１よりも上流側の温度を検出するのに用いられ、下流側測温抵抗素子３３は、ヒータ３１よりも下流側の温度を検出するのに用いられる。
【００２７】
ここで、管路内のガスが静止している場合、ヒータ３１で加えられた熱は、上流方向及び下流方向へ対称的に拡散する。従って、上流側測温抵抗素子３２及び下流側測温抵抗素子３３の温度は等しくなり、上流側測温抵抗素子３２及び下流側測温抵抗素子３３の電気抵抗は等しくなる。これに対し、管路内のガスが上流から下流に流れている場合、ヒータ３１で加えられた熱は、下流方向に運ばれる。従って、上流側測温抵抗素子３２の温度よりも、下流側測温抵抗素子３３の温度が高くなる。
【００２８】
このような温度差は、上流側測温抵抗素子３２の電気抵抗と下流側測温抵抗素子３３の電気抵抗との間に差を生じさせる。下流側測温抵抗素子３３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子３２の電気抵抗との差は、管路内のガスの速度や流量と相関関係がある。そのため、下流側測温抵抗素子３３の電気抵抗と上流側測温抵抗素子３２の電気抵抗との差を基に、管路を流れる流体の速度（流速）や流量を算出することができる。抵抗素子３１、３２及び３３の電気抵抗の情報は、図１中に示す電極３５を通じて電気信号として取り出すことができる。
【００２９】
図１及び図２に示す基台２０の厚さは、例えば５２５μｍであり、基台２０の縦横の寸法は、例えばそれぞれ２ｍｍ程度である。但し、基板２０の寸法及び形状は、これらに限られない。基台２０の材料としては、例示的に、シリコン（Ｓｉ）などが使用可能である。
【００３０】
キャビティ２５は、異方性エッチングなどのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて形成することができる。図２には、一例として断面形状が舟形凹状のキャビティ２５が形成された様子を例示している。
【００３１】
図１及び図２に示す薄膜３０の厚さは、例えば１μｍであり、薄膜３０の縦横の寸法は、例えば基台２０と同一（２ｍｍ程度）である。薄膜３０の材料としては、例示的に、窒化ケイ素（ＳｉＮ）や酸化ケイ素（ＳｉＯ2）などが使用可能である。
【００３２】
各抵抗素子３１，３２，３３のそれぞれの材料には、白金（Ｐｔ）などが使用可能である。また、各抵抗素子３１，３２，３３の形成には、リソグラフィ法などが適用可能である。各抵抗素子３１，３２，３３は薄膜３０によって基台２０と電気的に絶縁されている。
【００３３】
図３は、図１及び図２に示したブリッジ部の一例を説明する要部拡大上面図である。図３に示すように、ブリッジ部３６の両側、すなわち外周部３７とブリッジ部３６とに囲まれた領域に、図２に示すキャビティ２５に通ずる開口３８がそれぞれ形成されている。また、ブリッジ部３６と外周部３７との接続部は、一方（図３において上方）の接続部が他方（図３において下方）の接続部と異なる構造（形状）を備える。すなわち、上方の接続部は、下方の接続部より応力を分散させ易い構造を備える。ここで、例えばゴミの衝突などでブリッジ部３６に力が加わった場合、ブリッジ部３６と外周部３７との接続部に応力が集中し、接続部又は接続部の近傍（周辺）にクラック（ひび割れ）が発生し易くなる。そこで、上方の接続部を、下方の接続部より応力を分散させ易い構造にすることにより、当該上方の接続部は相対的に応力が分散されるので特定箇所への応力集中が緩和されるのに対し、下方の接続部は相対的に応力が特定箇所に集中（局所化）する。
【００３４】
一方の接続部が他方の接続部より応力を分散させ易い構造の一例としては、図３に示すように、上方の接続部の端部３８ａ、つまりブリッジ部３６と外周部３７とが成す開口３８の角が曲線形状を有する。このような曲線形状は、例えばエッチングによって形成する。一方、上方の接続部の端部３８ｂは曲線形状を有さず、開口３８の角は鋭角状のままである。これにより、上方の接続部における応力は分散される。
【００３５】
なお、上方の接続部の端部３８ａに施す丸形の曲線形状は、半径が大きいほど滑らかな曲線形状になり、応力を分散させ易いが、特に半径の数値は限定されない。
【００３６】
開口３８は、ドライエッチングなどのＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術を用いて形成することができる。この場合、上方の接続部の端部３８ａを成す開口３８の角は、丸形のマスクを用意してエッチングすることで形成される。
【００３７】
回路部に含まれる各抵抗素子３１，３２，３３は、線幅の狭い微細な金属線を引き回した配線パターンにより形成されている。また、各抵抗素子３１，３２，３３は外周部３７に設けられた電極３５に電気的に接続している。これにより、電極３５を介して回路部が検出した信号を出力することができる。
【００３８】
なお、回路部に含まれる各抵抗素子３１，３２，３３は、ブリッジ部３６において、他方（図３において下方）の接続部の近傍（周辺）を避け、一方（図３において上方）の接続部側に配置されるのが好ましい。これにより、ブリッジ部３６と外周部３７との接続部において、相対的に下方の接続部に応力が集中してクラックが発生し易くなっているので、クラックが回路部に含まれる各抵抗素子３１，３２，３３にまで至る可能性を低減させる。
【００３９】
また、図３に示すように、電極３５は、外周部３７において、一方（図３における上方）の接続部側に配置されている。これにより、回路部に含まれる各抵抗素子３１，３２，３３と電極３５とを結ぶ接続線が上方の接続部側に配置される。
【００４０】
図４は、図１及び図２に示したブリッジ部の他の例を説明する要部拡大平面図である。一方の接続部が他方の接続部より応力を分散させる構成は、図３に示した例に限定されない。図４に示すように、他方（図４において下方）の接続部に、スリット３６ａを形成してもよい。これにより、下方の接続部の端部３８ｂとスリット３６ａとの間が狭くなり、下方の接続部における応力が更に当該部分（特定箇所）に集中する。
【００４１】
なお、図４に示す例では、下方の接続部にスリット３６ａを形成することにより、下方の接続部における応力が特定箇所に集中するので、上方の接続部の端部と下方の接続部の端部との両方を曲線形状にしてもよいし、しなくてもよい。
【００４２】
図５は、図１及び図２に示したブリッジ部の更に他の例を説明する要部拡大平面図である。また、図５に示すように、他方（図５において下方）の接続部に、抵抗素子３９ａを設けるようにしてもよい。抵抗素子３９ａは、下方の接続部の一端部（図５において左端部）から他端部（図５において右端部）にわたって金属線を引き回された配線パターンにより形成され、固定部３７に設けられた電極３９ｂに電気的に接続している。このように構成された抵抗素子３９ａは、例えば、電極３９ｂを介して通電することにより、断線を検出することが可能になる。これにより、下方の接続部又は接続部の近傍（周辺）に発生したクラックによる断線が検出される。
【００４３】
本実施形態では、本発明に係るセンサの一例としてフローセンサ１０を示したが、これに限定されず、温度センサ、圧力センサ、重力センサなど他の種類のセンサであってもよい。また、回路部に含まれる回路素子は、抵抗素子に限定されず、キャパシタ（コンデンサ）や、インダクタ（コイル）などの他の素子であってもよい。
【００４４】
さらに、回路部に含まれる回路素子は、３つに限定されず、１つ、２つ、又は４つ以上であってもよい。また、電極の数も同様に限定されない。
【００４５】
このように、本実施形態におけるフローセンサ１０によれば、ブリッジ部３６と外周部３７との接続部は、一方（図３乃至図５において上方）の接続部が、他方（図３乃至図５において下方）の接続部より応力を分散させ易い構造を備える。ここで、例えばゴミの衝突などでブリッジ部３６に力が加わった場合、ブリッジ部３６と外周部３７との接続部に応力が集中し、接続部又は接続部の近傍（周辺）にクラック（ひび割れ）が発生し易くなる。そこで、上方の接続部を、下方の接続部より応力を分散させ易い構造にすることにより、当該上方の接続部は相対的に応力が分散されるので特定箇所への応力集中が緩和されるのに対し、下方の接続部は相対的に応力が特定箇所に集中（局所化）する。これにより、上方の接続部と比較して、下方の接続部又は接続部の近傍（周辺）にクラックが発生し易くなり、例えば、ブリッジ部３６において、回路部自体や回路部の主要素子（主要エレメント）、配線などを上方の接続部側に配置することで、クラックによる回路部の破壊や損傷（ダメージ）を減少させることができる。
【００４６】
また、本実施形態におけるフローセンサ１０によれば、一方（図３において上方）の接続部の端部３８ａに曲線形状を有する。これにより、上方の接続部における応力は分散される。これにより、ブリッジ部３６と外周部３７との接続部において、上方の接続部が他方（図３において下方）の接続部より応力を分散させる構成を容易に実現することができる。
【００４７】
また、本実施形態におけるフローセンサ１０によれば、他方（図４において下方）の接続部に、スリット３６ａが形成される。これにより、下方の接続部の端部３８ｂとスリット３６ａとの間が狭くなり、下方の接続部における応力が更に当該部分（特定箇所）に集中する。これにより、ブリッジ部３６と外周部３７との接続部において、一方（図４において上方）の接続部が下方の接続部より応力を分散させる構成を容易に実現することができる。
【００４８】
また、本実施形態におけるフローセンサ１０によれば、回路部に含まれる各抵抗素子３１，３２，３３は、ブリッジ部３６において、一方（図３乃至図５において上方）の接続部側に配置されるのが好ましい。これにより、ブリッジ部３６と外周部３７との接続部において、相対的に他方（図３乃至図５において下方）の接続部に応力が集中してクラックが発生し易くなっているので、クラックが回路部に含まれる各抵抗素子３１，３２，３３にまで至る可能性を低減させる。これにより、クラックによる回路部の破壊や損傷（ダメージ）を確実に減少させることができる。
【００４９】
また、本実施形態におけるフローセンサ１０によれば、回路部に電気的に接続する電極３５は、外周部３７において、一方（図３乃至図５において上方）の接続部側に配置される。これにより、回路部に含まれる各抵抗素子３１，３２，３３と電極３５とを結ぶ接続線が上方の接続部側に配置される。これにより、クラックが電極３５及び接続線にまで延びる（伸展する）のを防止することができ、回路部の出力信号がクラックによる影響を受ける可能性を低減することができる。
【００５０】
また、本実施形態におけるフローセンサ１０によれば、断線を検出可能な抵抗素子３９ａが他方（図５において下方）の接続部に設けられる。これにより、他方の接続部又は接続部の近傍（周辺）に発生したクラックによる断線が検出される。これにより、クラックが発生している状態などのセンサの使用環境の異常を容易に検知することができる。
【００５１】
なお、前述の各実施形態の構成は、組み合わせたり或いは一部の構成部分を入れ替えたりしたりしてもよい。また、本発明の構成は前述の実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加えてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０…フローセンサ
２０…基台
２５…キャビティ
３０…薄膜
３１…ヒータ（抵抗素子）
３２…上流側測温抵抗素子（抵抗素子）
３３…下流側測温抵抗素子（抵抗素子）
３５…電極
３６…ブリッジ部
３６ａ…スリット
３７…外周部
３８…開口
３８ａ，３８ｂ…端部
３９ａ…抵抗素子
３９ｂ…電極
【図１】
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【図２】
2012088076.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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