(57)【要約】【課題】信頼性の高いフローセンサを提供する。【解決手段】上面に凹部８が設けられた第１の基板１と、第１の基板１の凹部８の一部を覆うように配置された発熱素子６と、第１の基板１の上面に、発熱素子６を囲むように配置され、発熱素子６と同じ厚みを有する支持膜４０と、第１の基板１の凹部８及び発熱素子６を覆うように配置され、底面に凹部１１が設けられており、それぞれ第１の基板１の凹部８に連通する流入口及び流出口が設けられた第２の基板１４と、を備え、第１の基板１の凹部８の開口形状と、第２の基板１４の凹部１１の開口形状と、が等しく、第１の基板１の上面と平行な方向において、第１の基板１の凹部８の開口と、第２の基板１４の凹部１１の開口と、が同じ位置にある、フローセンサ。【選択図】図２
2012202950.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上面に凹部が設けられた第１の基板と、
前記第１の基板の凹部の一部を覆うように配置された発熱素子と、
前記第１の基板の上面に、前記発熱素子を囲むように配置され、前記発熱素子と同じ厚みを有する支持膜と、
前記第１の基板の凹部及び前記発熱素子を覆うように配置され、底面に凹部が設けられており、それぞれ前記第１の基板の凹部に連通する流入口及び流出口が設けられた第２の基板と、
を備え、
前記第１の基板の凹部の開口形状と、前記第２の基板の凹部の開口形状と、が等しく、
前記第１の基板の上面と平行な方向において、前記第１の基板の凹部の開口と、前記第２の基板の凹部の開口と、が同じ位置にある、
フローセンサ。
【請求項２】
第１の基板の上面に凹部が設けることと、
前記第１の基板の凹部の一部を覆うよう発熱素子を配置することと、
前記第１の基板の上面に、前記発熱素子を囲むように、前記発熱素子と同じ厚みを有する支持膜を形成することと、
底面に開口形状が前記第１の基板の凹部の開口形状と等しい凹部が設けられており、かつ流入口及び流出口が設けられた第２の基板を用意することと、
前記第２の基板の前記流入口及び前記流出口がそれぞれ前記第１の基板の凹部に連通し、前記第１の基板の上面と平行な方向において、前記第１の基板の凹部の開口と、前記第２の基板の凹部の開口と、が同じ位置になるよう、前記第１の基板の凹部及び前記発熱素子を覆うように前記第２の基板を配置することと、
を含むフローセンサの製造方法。
【請求項３】
前記支持膜を形成することが、
前記第１の基板の上面に、前記発熱素子を囲むように、前記発熱素子の厚みより大きい厚みを有する堆積膜を形成することと、
前記堆積膜を研磨することと、
を含む、請求項２に記載のフローセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は流体の検査技術に係り、フローセンサ及びフローセンサの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスの配管等においては、ガスの流量を正確に計測することが重要である。ガス等の流体の流量を計測する機器として、フローセンサがある。フローセンサを配管に設置する際に、必要となる工事を可能な限り省略するために、フローセンサそのものにパッケージ機能をもたせ、配管への設置を容易にしたものが提案されている（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２００９−１０９３４９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、従来のフローセンサは、機械的強度が弱く、信頼性が低いという問題がある。そこで、本発明は、信頼性の高いフローセンサ及びフローセンサの製造方法を提供することを目的の一つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明者は、鋭意研究の結果、従来のフローセンサの機械的強度の弱さは、流路室の断面形状が、発熱素子の上下において非対象的であり、応力集中箇所ができる構造を有しているために生じていることを見出した。そこで、本発明の態様によれば、（ａ）上面に凹部が設けられた第１の基板と、（ｂ）第１の基板の凹部の一部を覆うように配置された発熱素子と、（ｃ）第１の基板の上面に、発熱素子を囲むように配置され、発熱素子と同じ厚みを有する支持膜と、（ｄ）第１の基板の凹部及び発熱素子を覆うように配置され、底面に凹部が設けられており、それぞれ第１の基板の凹部に連通する流入口及び流出口が設けられた第２の基板と、を備え、（ｅ）第１の基板の凹部の開口形状と、第２の基板の凹部の開口形状と、が等しく、（ｆ）第１の基板の上面と平行な方向において、第１の基板の凹部の開口と、第２の基板の凹部の開口と、が同じ位置にある、フローセンサが提供される。
【０００６】
本発明の態様によれば、（ａ）第１の基板の上面に凹部が設けることと、（ｂ）第１の基板の凹部の一部を覆うよう発熱素子を配置することと、（ｃ）第１の基板の上面に、発熱素子を囲むように、発熱素子と同じ厚みを有する支持膜を形成することと、（ｄ）底面に開口形状が第１の基板の凹部の開口形状と等しい凹部が設けられており、かつ流入口及び流出口が設けられた第２の基板を用意することと、（ｅ）第２の基板の流入口及び流出口がそれぞれ第１の基板の凹部に連通し、第１の基板の上面と平行な方向において、第１の基板の凹部の開口と、第２の基板の凹部の開口と、が同じ位置になるよう、第１の基板の凹部及び発熱素子を覆うように第２の基板を配置することと、を含むフローセンサの製造方法が提供される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、信頼性の高いフローセンサ及びフローセンサの製造方法を提供可能である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施の形態に係るフローセンサの上面図である。
【図２】本発明の実施の形態に係るフローセンサの図１のＩＩ−ＩＩ方向から見た断面図である。
【図３】本発明の実施の形態に係るフローセンサの図１のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た断面図である。
【図４】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第１の工程断面図である。
【図５】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第２の工程断面図である。
【図６】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第３の工程断面図である。
【図７】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第４の工程断面図である。
【図８】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第５の工程断面図である。
【図９】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第６の工程断面図である。
【図１０】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第７の工程断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第８の工程断面図である。
【図１２】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第９の工程断面図である。
【図１３】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第１０の工程断面図である。
【図１４】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第１１の工程断面図である。
【図１５】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第１２の工程断面図である。
【図１６】本発明の実施の形態に係るフローセンサの第１３の工程断面図である。
【図１７】本発明の実施の形態の比較例に係るフローセンサの断面図である。
【図１８】本発明のその他の実施の形態に係るフローセンサの工程断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
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、具体的な寸法等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。
【００１０】
実施の形態に係るフローセンサは、図１乃至図３に示すように、上面に凹部８が設けられた第１の基板１と、第１の基板１の凹部８の一部を覆うように配置された発熱素子６と、第１の基板１の上面に、発熱素子６を囲むように配置され、発熱素子６と同じ厚みを有する支持膜４０と、第１の基板１の凹部８及び発熱素子６を覆うように配置され、それぞれ第１の基板１の凹部８に連通する流入口１２及び流出口１３が設けられた第２の基板１４と、を備える。
【００１１】
第１の基板１の材料としては、パイレックス（登録商標）ガラス等が使用可能である。第１の基板１には凹部８が設けられており、凹部８の両側で発熱素子６をブリッジ状に保持している。発熱素子６には、シリコンフィラメント等が使用可能である。第１の基板１には、それぞれ金属膜９を介して底面から上面に貫通する貫通電極２、３が設けられている。貫通電極２、３は、第１の基板１の凹部８の両側で、金属膜９を介して発熱素子６に接触している。
【００１２】
支持膜４０は、例えば、第１の基板１の上面の、発熱素子６が配置されなった部分の総てに配置される。そのため、支持膜４０は、発熱素子６の周囲に接している。支持膜４０の材料としては、例えば酸化ケイ素（ＳｉＯ2）等が使用可能である。
【００１３】
第２の基板１４の材料としても、パイレックス（登録商標）ガラス等が使用可能である。第２の基板１４の底面には、凹部１１が設けられている。例えば、第１の基板１の凹部８の開口と、第２の基板１４の凹部の開口と、は、形状が等しく、長さ及び幅が等しい。第１の基板１と、第２の基板１４と、は、例えば熱圧着接合により結合されている。例えば、第１の基板１の上面と平行な方向において、第１の基板の凹部８の開口と、第２の基板１４の凹部１１の開口と、は同じ位置にある。第１の基板１に設けられた凹部８と、第２の基板１４に設けられた凹部１１と、は、発熱素子６の周囲に、流体室を形成している。
【００１４】
流体室内部には、第２の基板１４に設けられた流入口１２を介して流体が注入される。注入された流体は、発熱素子６の上下を流れ、第２の基板１４に設けられた流出口１３を介してフローセンサの外部に排出される。
【００１５】
ここで、貫通電極２、３間に電圧を印加すると、発熱素子６に電流が流れ、ジュール熱が発生する。発熱素子６が発する熱は、フローセンサに注入された流体の流速に応じて奪われる。発熱素子６の電気抵抗は、発熱素子６の発熱温度に相関する。したがって、発熱素子６の電気抵抗の変化を計測することによって、発熱素子６の発熱温度の変化を計測することが可能であり、ひいては、発熱素子６の周囲を流れる流体の流速の変化を計測することが可能となる。
【００１６】
次に、実施の形態に係るフローセンサの製造方法を説明する。
【００１７】
まず、図４に示すように、第１の基板１を用意し、エッチング法等により、第１の基板１の上面に凹部８を設ける。次に、図５に示すように、サンドブラスト法等により、第１の基板１に貫通孔１６、１７を設ける。また、図６に示すように、シリコン基板１８を用意し、エピタキシャル成長により、シリコン基板１８の表面にボロン高濃度層１９を形成する。次に、図７に示すように、エッチング法等により、ボロン高濃度層１９を適当な大きさに整形する。
【００１８】
図８に示すように、ボロン高濃度層１９が凹部８の一部、及び貫通孔１６、１７を覆うように、第１の基板１と、ボロン高濃度層１９と、を陽極接合により結合する。なお、第１の基板１と、ボロン高濃度層１９と、を直接接合で結合してもよい。次に、ヒドラジンや水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）等のアルカリ液を用いて、シリコン基板１８を除去し、図９に示すように、ボロン高濃度層１９を発熱素子６とする。
【００１９】
図１０に示すように、第１の基板１の上面の発熱素子６が配置されなかった部分に、酸化ケイ素膜４１を堆積させる。さらに、酸化ケイ素膜４１を研磨して、図１１に示すように、酸化ケイ素膜４１の厚みを発熱素子６と同じにし、支持膜４０とする。なお、酸化ケイ素膜４１を研磨する際、同時に発熱素子６の表面を研磨してもよい。
【００２０】
第２の基板１４を用意し、図１２に示すように、エッチング法等により、第２の基板１４の底面に凹部１１を設ける。また、図１３に示すように、サンドブラスト法等により、第２の基板１４に流入口１２及び流出口１３を設ける。次に、図１４に示すように、発熱素子６が配置された第１の基板１と、第２の基板１４と、を、熱圧着接合により結合する。その後、図１５に示すように、スパッタ法等により、第１の基板１の底面と、貫通孔１６、１７の内部と、に金属膜９を成膜する。
【００２１】
図１６に示すように、第１の基板１に溝１０の加工をダイシング法等で行うことにより、金属膜９を分割し、電気的に分離する。その後、貫通孔１６、１７内部に金属を充填して、それぞれ発熱素子６に通電する図２に示した貫通電極２、３を形成し、実施の形態に係るフローセンサの製造方法を終了する。なお、この金属膜９の分離・分割は、フォトリソグラフィやハードマスクなどで行なうこともできる。
【００２２】
ここで、支持膜４０がない場合、図１７に示すように、第１の基板１の凹部８の開口形状と、第２の基板１４の凹部１１の開口形状と、を等しくすることが困難となる。この場合、高圧の流体がフローセンサの内部に注入されると、第１の基板１と、第２の基板１４と、の接合面に応力が集中する。したがって、支持膜４０がないフローセンサは、耐圧性が低い。また、第１の基板１と、第２の基板１４と、の接着面に応力が集中すると、曲げモーメントが生じ、発熱素子６が変形して、発熱素子６の抵抗値がドリフトする。
【００２３】
これに対し、実施の形態に係るフローセンサによれば、支持膜４０を設けることによって、第１の基板１の凹部８の開口形状と、第２の基板１４の凹部１１の開口形状と、を等しくすることができ、結果として第１の基板１と、第２の基板１４と、の接合面に応力が集中することを緩和し、高い精度で流体の流量を計測することが可能となる。
【００２４】
上記のように、本発明は実施の形態によって記載したが、この開示の一部をなす記述及び図面はこの発明を限定するものであると理解するべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施の形態及び運用技術が明らかになるはずである。例えば、フローセンサの製造工程において、図１８に示すように、支持膜４０を形成する前に第１の基板１と、第２の基板１４と、を接着させ、第１の基板１と、第２の基板１４と、の間の隙間に接着剤を注入して、図２に示す支持膜４０を形成してもよい。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。
【符号の説明】
【００２５】
１      第１の基板
２、３  貫通電極
６      発熱素子
８、１１  凹部
９      金属膜
１０    ダイシング溝
１２    流入口
１３    流出口
１４    第２の基板
１６、１７  貫通孔
１８    シリコン基板
１９    ボロン高濃度層
４０    支持膜
４１    酸化ケイ素膜
【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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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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