(57)【要約】【課題】フローセンサの一部を流体に対して露出しない構造とするとともに、十分なセンサ感度を得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。【解決手段】センサ基板２の一面側に設けられた断熱構造部３と、断熱構造部３設けられたサーモパイル６ａ，６ｂと、少なくとも断熱構造部３を封止するリッド基板８と接合材７とを有し、サーモパイル６ａ（６ｂ）の温点とリッド基板８、接合材７との間を熱的に略短絡状態としている。【選択図】図１
2016151540.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
センサ基板と、
前記センサ基板の一面側に設けられた断熱構造部と、
前記断熱構造部に設けられた温度検出体と、
少なくとも前記断熱構造部を封止する蓋部材とを有し、
前記温度検出体の温点と前記蓋部材との間を熱的に略短絡状態としていることを特徴とするフローセンサ。
【請求項２】
前記センサ基板の一面側に開口した凹状の空洞部を有し、
前記空洞部上に設けた薄膜部と、前記薄膜部を支える梁部とで前記断熱構造部が形成されており、
前記薄膜部と前記梁部に前記温度検出体が設けら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】
前記温度検出体が設けられた前記断熱構造部は平坦状であることを特徴とする請求項１又は２に記載のフローセンサ。
【請求項４】
前記温度検出体が設けられた前記断熱構造部は前記蓋部材側に湾曲していることを特徴とする請求項１又は２に記載のフローセンサ。
【請求項５】
前記断熱構造部の、前記蓋部材側の面上の少なくとも一部に突起部が一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項６】
前記蓋部材の、前記断熱構造部側の面上の少なくとも一部に突起部が一体的に形成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項７】
前記センサ基板の縁部周囲と前記断熱構造部の外側との間にヒータ配線が設けられていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項８】
前記センサ基板の一面上に、前記温度検出体に電気的に接続された信号処理回路がモノリシックに形成されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項９】
前記薄膜部と前記蓋部材とが接していることを特徴とする請求項２乃至８のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項１０】
前記温度検出体の少なくとも前記断熱構造部側は、前記センサ基板の前記蓋部材側の面よりも、前記蓋部材側に位置していることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載のフローセンサ。
【請求項１１】
前記センサ基板の一面側に断熱構造部を設けて、前記断熱構造部に温度検出体を設け、
少なくとも前記断熱構造部を蓋部材で封止して、
前記温度検出体の温点と前記蓋部材との間を熱的に略短絡状態としていることを特徴とする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、フローセンサ及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスなどの流体の流速や流量を測定（検出）するセンサとして、熱型のフローセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１のような従来の熱型のフローセンサは、流体の流れ方向に沿って設けた２つのサーモパイルと、これらのサーモパイルの間に設けたヒータを基板上に備え、流体の移動によってヒータ周辺の熱分布の変化にともなう温度差を電気的に検出することで、流体の流速や流量を測定（検出）するものである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１のように、サーモパイル等を被覆材で封止して、流体に対して露出しないようにしている構成では、サーモパイル等の破損、汚れ、異物などから保護を行うことができるが、サーモパイル等を被覆材で封止することに伴う熱抵抗、熱容量の増大によるセンサ感度の低下、熱の拡散によるセンサ感度の低下が生じるという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、フローセンサの一部を流体に対して露出しない構造とするとともに、十分なセンサ感度を得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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
前記目的を達成するために本発明に係るフローセンサは、センサ基板と、前記センサ基板の一面側に設けられた断熱構造部と、前記断熱構造部に設けられた温度検出体と、少なくとも前記断熱構造部を封止する蓋部材とを有し、前記温度検出体の温点と前記蓋部材との間を熱的に略短絡状態としていることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、フローセンサの一部を流体に対して露出しない構造とするとともに、十分なセンサ感度を得ることができるフローセンサを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】実施形態１に係るフローセンサを示す概略断面図。
【図２】実施形態１に係るフローセンサの、リッド基板を取り除いたセンサ基板の上面側を示した平面図。
【図３】実施形態１に係るフローセンサの熱等価回路を示す図。
【図４】実施形態１に係るフローセンサをベース基板上に実装した外観を示す斜視図。
【図５】（ａ）は、実施形態１のフローセンサに対する比較例としての従来のフローセンサの一例を示した平面図、（ｂ）は、その断面図。
【図６】実施形態２に係るフローセンサを示す概略断面図。
【図７】実施形態３に係るフローセンサを示す概略断面図。
【図８】実施形態３に係るフローセンサの、リッド基板を取り除いたセンサ基板の上面側を示した平面図。
【図９】実施形態４に係るフローセンサを示す概略断面図。
【図１０】実施形態５に係るフローセンサの、リッド基板を取り除いたセンサ基板の上面側を示した平面図。
【図１１】実施形態６に係るフローセンサの、リッド基板を取り除いたセンサ基板の上面側を示した平面図。
【図１２】実施形態６の変形例に係るフローセンサを示す概略断面図。
【図１３】実施形態６の変形例に係るフローセンサの、リッド基板を取り除いたＴＳＶ基板の上面側を示した平面図。
【図１４】実施形態７に係るフローセンサを示す概略断面図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、本発明を図示の実施形態に基づいて説明する。図１は、実施形態１に係る熱型のフローセンサの一例を示す概略断面図である。
【００１０】
<実施形態１>
図１に示すように、このフローセンサ１は、センサ基板２と、センサ基板２の上面側（一面側）に設けられた断熱構造部３を構成するＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）構造の矩形状の薄膜部４及び薄膜状の梁部５と、断熱構造部３とセンサ基板２との間に位置するように設けられた温度検出体としてのサーモパイル６ａ，６ｂと、センサ基板２の上面側に接合材７を介して接合されて、断熱構造部３（薄膜部４及び梁部５）とサーモパイル６ａ，６ｂを封止するように設けられたリッド基板８とを備えている。薄膜部４と梁部５は平坦状に形成されている。なお、図１において、矢印Ｆ方向は流体の流れ方向である。
【００１１】
図１、図２に示すように、センサ基板２には上部が正方形状に開口した凹状の空洞部９が形成されており、空洞部９の中間部に薄膜部４が位置している。薄膜部４は、複数の梁部５によってセンサ基板２の空洞部９の端面に支持されている。梁部５は、センサ基板２の空洞部９の端面と薄膜部４との間を連結するようにして、薄膜部４の対向する面側にそれぞれ設けられている。このように、センサ基板２の空洞部９の内側に設けられた薄膜部４及び梁部５は、空洞部９によって周囲から熱的に分離された断熱構造部３として構成されている。なお、図２は、リッド基板８を取り除いたセンサ基板２の上面側を示した平面図である。
【００１２】
サーモパイル６ａ，６ｂは、対向配置された各梁部５上にセンサ基板２から薄膜部４まで位置するようにして形成されており、一方側のサーモパイル６ａの薄膜部４上の端部Ａを温点、センサ基板２上の端部Ｂを冷点と呼ぶ。サーモパイル６ａ，６ｂの一端側は、薄膜部４側まで延びている。サーモパイル６ａ，６ｂの他端側は、配線１１ａ，１１ｂを介して電極パッド１２ａ，１２ｂに接続されている。なお、センサ基板３上のサーモパイル６ａ，６ｂと配線１１ａ，１１ｂは、図示しない層間絶縁膜等でセンサ基板３とは電気的に絶縁されている。
【００１３】
センサ基板２とサーモパイル６ａ，６ｂの材料は特に限定されないが、センサ基板２としてはSi基板、サーモパイル６ａ，６ｂの材料としてはN型ポリSi及びP型ポリSiが使用できる。センサ基板２の空洞部９は、Siの異方性ウェットエッチング等により形成することが可能である。なお、薄膜部４、梁部５、サーモパイル６ａ，６ｂの形状や配置パターン、空洞部９の形状、及び流体の流れ方向Ｆは、図１、図２のものに限定されるものではない。
【００１４】
センサ基板２の上には、薄膜部４、梁部５、サーモパイル６ａ，６ｂを保護するためのリッド基板８が接合材７を介して接合されている。接合材７の厚みによって、薄膜部４とリッド基板８の間は非常に薄い（微小な）空隙部１０が形成されている。なお、リッド基板８の形状は、図１、図２のものに限定されるものではない。
【００１５】
リッド基板８の材料も特に限定されないが、Si基板やガラス基板、セラミック基板等が使用できる。接合材７も材料は特に限定されず、ガラスフリット、ハンダ、AuSn等が使用できる。リッド基板８にSi基板を使用する場合は赤外線の入射を防止するため、リッド基板８の表面か裏面のどちらか一方に赤外線遮光膜を形成するのがよい。また、リッド基板８にガラス基板を使用する場合は可視光の入射を防止するため、リッド基板８の表面か裏面のどちらか一方に遮光膜を形成するのがよい。更に、リッド基板８の形状、材質に関しては、熱抵抗を大きく、熱容量を小さくするのがよい。また、接合材７の材質に関しては、熱抵抗が大きい材料がよい。
【００１６】
上記したフローセンサ１の製造方法としては、先ずセンサ基板２の上面側にエッチング処理により空洞部９を形成し、この空洞部９の開口面上に位置するようにして、ＭＥＭＳ構造の薄膜部４と梁部５を形成するとともに、対向配置された各梁部５上にセンサ基板２から薄膜部４まで位置するようにしてサーモパイル６ａ，６ｂを設ける。そして、センサ基板２の縁部周囲全体に沿って接合材７を形成し、更に、この接合材７の上面にリッド基板８を接合することで、ＭＥＭＳ構造の薄膜部４と梁部５、及びサーモパイル６ａ，６ｂが、蓋部材としてのリッド基板８、接合材７によって封止されたフローセンサ１を作製することができる。なお、この封止構造については、少なくとも断熱構造部３（断熱構造部３上の温度検出体（サーモパイル温点部分））が封止されていればよい。
【００１７】
このように、本実施形態のフローセンサ１の特徴は、ＭＥＭＳ構造の薄膜部４と梁部５がリッド基板８、接合材７によって保護され、流体が流れる外部に露出していないことと、空隙部１０が非常に薄くてサーモパイル６ａの温点Ａとリッド基板８間の熱抵抗が非常に小さく、熱的に短絡に近い状態にあることである。なお、図１、図２では、サーモパイル６ａ側の温点Ａについて説明しているが、他方側のサーモパイル６ｂにおいても同様であり、以下ではサーモパイル６ａ側について説明する。
【００１８】
また、本実施形態のフローセンサ１の測定原理は、流体によって生じるセンサ基板２とリッド基板８との温度差をサーモパイル６ａ，６ｂで検出することによって、流体の流速や流量を測定（検出）するものである。温点Ａに対して、空隙部１０を挟んで対向するリッド基板８上の点をＣ点とすると、サーモパイル６ａによってリッド基板８の温度を測定するためには、温点Ａと冷点Ｃの間の熱抵抗を極力小さくして、温点Ａの温度と冷点Ｃの温度がなるだけ近くなるようにし、かつ、Ｂ点と冷点Ｃ間の温度差がなるだけ大きくなるようにする必要がある。温点Ａの温度と冷点Ｃの温度がなるだけ近くなるようにするためには、温点Ａと冷点Ｃの距離をなるだけ近くすることが必要であり、ウエハ接合によるウエハレバルパッケージは非常に有効である。
【００１９】
よって、図１、図２に示した本実施形態のフローセンサ１は、周知のウエハ接合によるウエハレバルパッケージによって製造することができる。ウエハ接合では、薄膜部４とリッド基板８との間の空隙部１０の厚さを、接合材７の厚さで非常に薄く制御することができ、その厚さは数μｍから十数μｍ程度が可能である。また、本実施形態のフローセンサ１は、ウエハレベルパッケージとすることで、例えば、リッド基板８のサイズは数ｍｍ角以下で、厚さは数百μｍ以下のサイズを実現することが可能となる。
【００２０】
また、センサ基板２とリッド基板８との温度差を大きくすることによって、センサ感度が向上する。そのためには、それぞれの基板（センサ基板２、リッド基板８）や接合材７の熱抵抗を高くすることや、リッド基板８の表面積を大きくして、流体とリッド基板８との間での熱伝達量を大きくする必要がある。更に、リッド基板８の熱容量を小さくするようにすることでも、センサ感度を向上させることができる。
【００２１】
図３は、図１、図２に示した実施形態１に係るフローセンサ１の簡略化した熱等価回路を示す図である。
【００２２】
図３に示した熱等価回路において、図１に示したサーモパイル６ａの温点Ａと冷点Ｂの間の熱抵抗をＲ１、温点Ａとリッド基板８上のＣ点との間の熱抵抗をＲ２、冷点Ｂと熱的なグランドの間の熱抵抗をＲ３、冷点ＢとＣ点間の接合材７を経由する経路の熱抵抗をＲ４とする。ここで、熱的なグランドとは、例えば周囲の空気等である。
【００２３】
また、薄膜部４と梁部５の熱容量をＣ１、リッド基板８の熱容量をＣ２、センサ基板２の熱容量をＣ３とし、リッド基板８と流体間で移動する熱をＱ１、センサ基板２と流体間で移動する熱をＱ２とする。
【００２４】
実施形態１のフローセンサ１は、気流によって生じるセンサ基板２とリッド基板８の間の温度差、つまり冷点ＢとＣ点の間の温度差を、温点Ａと冷点Ｂの間の温度として測定することにより、流体の流速や流量を検出するものである。よって、図３において、冷点ＢとＣ点間に生じる温度差△Ｔは、ΔＴ＝Ｑ１｛（Ｒ１＋Ｒ２）//Ｒ４｝で表される。
【００２５】
温点ＡとＣ点の間の熱抵抗を極力小さくして、Ｒ１≫Ｒ２の関係が成り立てば、温点ＡとＣ点間は熱的には短絡しているとみなせるので、ΔＴ＝Ｑ１｛（Ｒ１//Ｒ４）となり、冷点ＢとＣ点間の温度を、冷点Ｂと温点Ａ間の温度差、つまりサーモパイル６ａの両端の温度差として測定することができる。
【００２６】
サーモパイル６ａのＡ−Ｂ（温点Ａ−冷点Ｂ）間の温度差が大きくなればセンサ感度は向上するので、そのためにはＱ１、Ｒ１、Ｒ４を大きくする必要がある。
【００２７】
Ｑ１は、Ｑ１＝ｈ１・Ｓ１（t11−t12）で表される。なお、ｈ1はリッド基板８の熱伝達係数、Ｓ１はリッド基板８の表面積、t11、t12はそれぞれリッド基板８の温度と流体温度であり、t11＞t12の関係である。熱伝達係数ｈ１は流体の性質や流速によって決まるので、Ｑ１を大きくするためには、リッド基板８の表面積を増やすのと、リッド基板８の温度t11と流体温度t12に温度差を付けるのがよい。
【００２８】
また、Ｒ１、Ｒ４に関しては、Ｒ１はＭＥＭＳ構造の薄膜状の梁部５の熱抵抗なので、非常に大きな値となる場合が多い。一方、Ｒ４はＣ点からリッド基板８、接合材７を経由して冷点Ｂまでの熱抵抗であるが、断面積が梁部５と比較すると非常に大きいため、熱抵抗としては小さな値となる。よって、Ｒ４を大きくするために、リッド基板８や接合材７の材料を熱伝導率が低い材料とするのがよい。
【００２９】
例えば、ガラス基板やセラミック基板を使用すればSi基板よりも熱抵抗を２桁程度高くすることができる。接合材７に関してはガラスフリットやポリイミド等の材料を使用することにより熱伝導率を小さくすることが可能である。また、リッド基板８の厚さを薄くして熱抵抗Ｒ４を大きくすることも可能である。リッド基板８を薄くすることによって、熱容量を小さくする効果もあるので、センサの応答速度を向上することも可能である。また、接合材７の幅を狭くして熱抵抗Ｒ４を高くすることも可能である。
【００３０】
図４は、上記した実施形態１のフローセンサ１をベース基板１３上に実装した外観を示す斜視図である。
【００３１】
図４に示すように、ベース基板１３は、ＰＣＢやフレキシブル基板等、電気的接続ができるものであればどのような基板でもよい。あるいは、電気的な接続ができれば基板に実装していなくてもよい。フローセンサ１は、上記したように流体に対して露出しているのはセンサ基板２、リッド基板８、接合材７のみであり、断熱構造部３を構成する薄膜部４及び梁部５と、サーモパイル６ａ，６ｂは、リッド基板８と接合材７によって封止されている。サーモパイル６ａ，６ｂと配線を介して接続された電極パッド１２ａ，１２ｂとベース基板１３側の回路との間は、ボンディングワイヤ１４ａ，１４ｂを介して電気的に接続されている。
【００３２】
なお、図４において、矢印Ｆ方向は流体の流れ方向である。このフローセンサ１を流体の中に設置することにより、流体との熱伝達によってセンサ基板２とリッド基板８の間に温度差が生じ、その温度差をサーモパイル６ａ（６ｂ）で検出することにより、流体の流速の検出や流量の検出を精度よく行うことができる。なお、図４に示した流体の流れ方向Ｆは一例であり、図４に示した方向に限定されるものではない。
【００３３】
上記したように、本実施形態のフローセンサ１によれば、ＭＥＭＳ構造の薄膜部４及び梁部５と、サーモパイル６ａ，６ｂを、リッド基板８と接合材７によって封止して、サーモパイル６ａ，６ｂ等を流体に対して露出しない構造としていても十分なセンサ感度を得ることができる。また、ＭＥＭＳ構造の薄膜部４及び梁部５と、サーモパイル６ａ，６ｂを、リッド基板８と接合材７によって封止しているので、サーモパイル６ａ，６ｂ等の破損、汚れ、異物などから保護を行うことができる。
【００３４】
図５（ａ），（ｂ）は、上記した本実施形態のフローセンサ１に対する比較例としての従来のフローセンサの一例を示した図である。なお、図５（ａ）は、従来のフローセンサを示す平面図、図５（ｂ）は、その断面図である。
【００３５】
図５（ａ），（ｂ）に示すように、比較例としての従来のフローセンサ２０は、センサ基板２１の凹状の空隙部２２の上方には、流体の流れ方向（矢印Ｆ方向）に沿って温度センサ２３ａ，２３ｂと、その間にヒータ２４が設けられている。ヒータ２４、温度センサ２３ａ，２３ｂは、センサ基板２１に対して空隙部２２を介して熱分離されている。
【００３６】
ヒータ２４と温度センサ２３ａ，２３ｂはＭＥＭＳ構造体となっており、センサ基板２１の凹状の空隙部２２はエッチング等で除去されている。
【００３７】
図５（ａ），（ｂ）に示した比較例としての従来のフローセンサ２０は、ヒータ２４の近傍に温度センサ２３ａ，２３ｂを配置し、ヒータ２４周辺の熱分布が流体の移動によって変化することを利用して、流体の流速や流量を測定するものである。そして、流体が流れている場合は、各温度センサ２３ａ，２３ｂの温度に温度差ΔＴが生じ、生じたΔＴに基づいて流体の流速や流量を検出することが可能である。
【００３８】
この従来のフローセンサ２０では、ヒータ２４や温度センサ２３ａ，２３ｂを流体に対して露出させる必要があるため、その周辺にある他の部材等との接触によりＭＥＭＳ構造となっているヒータ２４や温度センサ２３ａ，２３ｂが破損する問題や、汚れや異物が付着し特性が変化するという問題があった。また、ＭＥＭＳ構造のヒータ２４、温度センサ２３ａ，２３ｂは非常に薄い膜形状であるため熱容量が極めて小さく、わずかな異物でも特性への影響が大きい。また、高温になるヒータ２４が露出しているため、雰囲気ガスや流体の種類によっては使用できない場合や、ヒータ２４の寿命が低下するなどの問題があった。
【００３９】
図５（ａ），（ｂ）に示した比較例としての従来のフローセンサ２０では、上記したような問題が生じていたが、上記した本実施形態のフローセンサ１の構造ではこのような問題が生じることはなく、信頼性よく流体の流速や流量を検出することができる。
【００４０】
<実施形態２>
図６は、実施形態２に係るフローセンサを示す概略断面図である。なお、図１、図２に示した実施形態１のフローセンサと同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４１】
図６に示すように、実施形態２のフローセンサ１ａは、薄膜部４の中央部をリッド基板８側に膨らむように湾曲させて、ＭＥＭＳ構造の薄膜部４と梁部５をリッド基板８側により近接させた構成である。薄膜部４の上面は、リッド基板８の裏面に近接している。薄膜部４と梁部５がリッド基板８側に湾曲することで、サーモパイル６ａ，６ｂの先端側（温点Ａ）もリッド基板８側（Ｃ点）に近接する。他の構成は実施形態１と同様である。
【００４２】
このように、本実施形態では、薄膜部４と梁部５をリッド基板８側に膨らむように湾曲させることで、サーモパイル６ａ（６ｂ）の温点Ａとリッド基板８側のＣ点の間の距離を小さくして熱抵抗をより小さくすることができ、センサ感度を高めることができる。このような構造を形成する場合は、薄膜部４と梁部５のサーモパイル６ａ，６ｂ以外の部分をSi酸化膜で形成することによって実現可能である。
【００４３】
例えば、センサ基板２にSi基板を使用した場合、Si酸化膜は高温状態で形成するので残留応力が蓄積される。ＭＥＭＳ構造の薄膜部４と梁部５を形成時に下層のSi基板（センサ基板２）がエッチングで除去される際に残留応力が開放されて、薄膜部４と梁部５をリッド基板８側に膨らむように湾曲させることが可能である。なお、Si酸化膜を複数層で形成し、下層のSi酸化膜を熱酸化膜とし、上層のSi酸化膜をCVD等の比較的低温のプロセスで形成するとよい。また、湾曲した（反った）薄膜部４とリッド基板８を略接触させれば、さらに温点ＡとＣ点の間の距離を小さくできる。
【００４４】
なお、図６に示した本実施形態では、薄膜部４の上面はリッド基板８の裏面に近接している状態であったが、薄膜部４の上面をリッド基板８の裏面に接触させるように湾曲させてもよい。
【００４５】
<実施形態３>
図７は、実施形態３に係るフローセンサを示す概略断面図、図８は、図７からリッド基板８を取り除いたセンサ基板２の上面側を示した平面図である。なお、図１、図２に示した実施形態１のフローセンサと同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００４６】
図７、図８に示すように、実施形態３のフローセンサ１ｂは、ＭＥＭＳ構造の薄膜部４上のサーモパイル６ａ，６ｂの先端側が位置する領域に突起部３０を一体的に形成して、薄膜部４を突起部３０でリッド基板８側により近接させた構成である。突起部３０の上面は、リッド基板８の裏面に近接している。薄膜部４に突起部３０を一体的に形成することで、サーモパイル６ａ，６ｂの先端側（温点Ａ）がリッド基板８側（Ｃ点）に近接する。他の構成は実施形態１と同様である。
【００４７】
このように、本実施形態においても、薄膜部４に突起部３０を一体的に形成することで、サーモパイル６ａ（６ｂ）の温点Ａとリッド基板８側のＣ点の間の距離を小さくして熱抵抗をより小さくすることができ、センサ感度を高めることができる。
【００４８】
なお、突起部３０は、サーモパイル６ａ（６ｂ）の温点Ａ付近のみに一体的に形成してもよいし、薄膜部４の表面全体に一体的に形成してもよい。また、薄膜部４の表面全体を厚くする方法でもよい。これらの構造を形成する場合は、例えばSi酸化膜やSi窒化膜を形成し、フォトリソによって突起部３０のみにマスクをし、突起部３０のみにSi酸化膜やSi窒化膜を残すように全体をエッチングすればよい。また、形成した突起部３０とリッド基板８を略接触させれば、さらに温点ＡとＣ点の間の距離を小さくできる。
【００４９】
なお、図７に示した本実施形態では、突起部３０の上面はリッド基板８の裏面に近接している状態であったが、突起部３０の上面をリッド基板８の裏面に接触させるように、突起部３０の厚みを厚くしてもよい。
【００５０】
更に、本実施形態において、突起部３０を表面に設けた薄膜部４の中央部を、リッド基板８側に湾曲させるようにしてもよい。この場合、突起部３０の上面がリッド基板８の裏面に近接していても、接触していてもよい。
【００５１】
<実施形態４>
図９は、実施形態４に係るフローセンサを示す概略断面図である。なお、図１、図２に示した実施形態１のフローセンサと同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図９に示すように、実施形態４のフローセンサ１ｃは、ＭＥＭＳ構造の薄膜部４と対向するリッド基板８の裏面側に突起部３１を一体的に形成して、リッド基板８を突起部３１で薄膜部４側により近接させた構成である。突起部３１の下面は、薄膜部４の表面に近接している。リッド基板８に突起部３１を一体的に形成することで、サーモパイル６ａ，６ｂの先端側（温点Ａ）がリッド基板８側（Ｃ点）に近接する。他の構成は実施形態１と同様である。
【００５３】
このように、本実施形態においても、リッド基板８に突起部３１を一体的に形成することで、サーモパイル６ａ（６ｂ）の温点Ａとリッド基板８側のＣ点の間の距離を小さくして熱抵抗をより小さくすることができ、センサ感度を高めることができる。
【００５４】
なお、突起部３１は、リッド基板８のサーモパイル６ａ（６ｂ）の温点Ａと対向する付近のみに一体的に形成してもよいし、薄膜部４の表面全体と対向する部分に一体的に形成してもよい。これらの構造を形成する場合は、例えばSi酸化膜やSi窒化膜を形成し、フォトリソによって突起部３１のみにマスクをし、突起部３１のみにSi酸化膜やSi窒化膜を残すように全体をエッチングすればよい。また、形成した突起部３１と薄膜部４を略接触させれば、さらに温点ＡとＣ点の間の距離を小さくできる。
【００５５】
なお、図９に示した本実施形態では、突起部３１の下面は薄膜部４の表面に近接している状態であったが、突起部３１の下面を薄膜部４の表面に接触させるように、突起部３１の厚みを厚くしてもよい。
【００５６】
更に、本実施形態において、薄膜部４の中央部を、リッド基板８側に湾曲させるようにしてもよい。この場合、突起部３１の下面が薄膜部４の表面に近接していても、接触していてもよい。
【００５７】
<実施形態５>
図１０は、実施形態５に係るフローセンサを示す図であり、リッド基板８を取り除いたセンサ基板２の上面側を示した平面図である。なお、図１、図２に示した実施形態１のフローセンサと同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００５８】
図１０に示すように、実施形態５のフローセンサ１ｄは、センサ基板２上の縁部全体の少し内側に沿ってヒータ配線３２を設けた構成である。なお、ヒータ配線３２は、断熱構造部３及びサーモパイル６ａ，６ｂの外側に位置している。他の構成は実施形態１と同様である。
【００５９】
このように、本実施形態では、センサ基板２上にヒータ配線３２を設けることによって、センサ基板２とリッド基板８を加熱することができるので、リッド基板８と流体との間の温度差をより大きくすることができ、センサ感度を向上することが可能である。
【００６０】
また、リッド基板８は主にセンサ基板２から接合材７を経由して移動する熱によって加熱されるので、リッド基板８を均等に加熱するために、ヒータ配線３２は接合材７に沿って形成するのがよい。なお、ヒータ配線３２の配置パターンは、図１０のように枠形状に限定されることはない。
【００６１】
<実施形態６>
図１１は、実施形態６に係るフローセンサを示す図であり、リッド基板８を取り除いたセンサ基板２の上面側を示した平面図である。なお、図１、図２に示した実施形態１のフローセンサと同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６２】
図１１に示すように、実施形態６のフローセンサ１ｅは、センサ基板２上に信号処理回路３３をモノリシックに形成した構成である。サーモパイル６ａ，６ｂからのセンサ出力は信号処理回路３３に入力されて処理され、信号入出力パッド３４を介して外部に出力される。センサ基板２にSi基板を使用する場合は、サーモパイル６ａ，６ｂと信号処理回路３３を同じCMOSプロセスで形成できるため、モノリシック化が容易である。信号処理回路３３は、増幅回路、フィルタ回路、AD変換回路等を含んでいる。
【００６３】
このように、本実施形態では、センサ基板２上に信号処理回路３３をモノリシックに形成した構成したことにより、フローセンサ１ｅのノイズ耐性を向上させることができる。
【００６４】
また、図１１では、信号処理回路３３を右端側にまとめて配置しているが、空洞部９の周囲に均等に配置してもよい。また、図１１では、信号入出力パッド３４により信号を取り出す構成であるが、図１２、図１３に示すフローセンサ１ｆのように、TSV基板（半導体積層構造基板）２ａを用いて、サーモパイル６ａ，６ｂから配線１１ａ，１１ｂを介して接続された貫通電極３５ａ，３５ｂの裏面側から入出力を取り出す構成も可能である。なお、図１２、図１３に示したフローセンサ１ｆの他の基本構成は、例えば図１、図２に示した実施形態１のフローセンサと同様である。
【００６５】
<実施形態７>
図１４は、実施形態７に係るフローセンサを示す概略断面図である。なお、図１、図２に示した実施形態１のフローセンサと同一機能を有する部材には同一符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６６】
図１４に示すように、実施形態７のフローセンサ１ｇは、梁部５とサーモパイル６ａ，６ｂをリッド基板８側に傾斜させて、サーモパイル６ａ，６ｂの少なくとも薄膜部４側を、センサ基板２の上面（リッド基板８側の面）よりもリッド基板８側に位置するように構成している。本実施形態では、サーモパイル６ａ，６ｂの、センサ基板２側に位置する先端部付近以外は、センサ基板２の上面（リッド基板８側の面）よりもリッド基板８側に位置している。サーモパイル６ａ，６ｂ間に設けた薄膜部４の上面は、リッド基板８の裏面に近接している。他の構成は実施形態１と同様である。
【００６７】
このように、本実施形態では、サーモパイル６ａ，６ｂをリッド基板８側に傾斜させることで、サーモパイル６ａ（６ｂ）の温点Ａとリッド基板８側のＣ点の間の距離を小さくして熱抵抗をより小さくすることができ、センサ感度を高めることができる。
【００６８】
なお、図１４に示した本実施形態では、薄膜部４の上面はリッド基板８の裏面に近接している状態であったが、サーモパイル６ａ，６ｂをリッド基板８側にさらに立てるように傾斜させて、薄膜部４の上面をリッド基板８の裏面に接触させるようにしてもよい。
【００６９】
なお、本実施形態では、サーモパイル６ａ，６ｂ全体を封止しているが、少なくとも断熱構造部３（断熱構造部３上の温度検出体（サーモパイル温点部分）が封止されていればよく、その他の部分が露出している構造でもよい。
【００７０】
上述した実施形態によれば、断熱構造部を蓋部材で封止して、温度検出体の温点と蓋部材との間を熱的に略短絡状態としているので、フローセンサの一部を流体に対して露出しない構造とするとともに、十分なセンサ感度を得ることができるフローセンサを提供することができる。
【符号の説明】
【００７１】
１、１ａ〜１ｇ    フローセンサ
２        センサ基板
３        断熱構造部
４        薄膜部
５        梁部
６ａ，６ｂ        サーモパイル
７        接合材
８        リッド基板
１０      空隙部
３０、３１        突起部
３２      ヒータ配線
３３      信号処理回路
【先行技術文献】
【特許文献】
【００７２】
【特許文献１】特開２０１４−１６００３０号公報
【図１】
2016151540.tif 000003
【図２】
2016151540.tif 000004
【図３】
2016151540.tif 000005
【図４】
2016151540.tif 000006
【図５】
2016151540.tif 000007
【図６】
2016151540.tif 000008
【図７】
2016151540.tif 000009
【図８】
2016151540.tif 000010
【図９】
2016151540.tif 000011
【図１０】
2016151540.tif 000012
【図１１】
2016151540.tif 000013
【図１２】
2016151540.tif 000014
【図１３】
2016151540.tif 000015
【図１４】
2016151540.tif 000016