JP2011185869A

JP2011185869A - Flow sensor

Info

Publication number: JP2011185869A
Application number: JP2010053549A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Ike; 信一池
Original assignee: Azbil Corp
Current assignee: Azbil Corp
Priority date: 2010-03-10
Filing date: 2010-03-10
Publication date: 2011-09-22

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a flow sensor having high corrosion resistance to a corrosive substance. <P>SOLUTION: This flow sensor includes a glass base 20, and a sensor thin film 30 that is disposed on one surface (upper surface in Fig.2) of the base 20 and detects flow rate of fluid. The base 20 includes an electrode pad 21 disposed on the other surface (lower surface in Fig.2), and a through electrode 22 that penetrates from one surface to the other surface and electrically connects the sensor thin film 30 with the electrode pad 21. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明に係るいくつかの態様は、基台（基板）と基台の一方の面上に設けられたセンサ薄膜とを備えるフローセンサに関する。 Some embodiments according to the present invention relate to a flow sensor including a base (substrate) and a sensor thin film provided on one surface of the base.

従来、この種のフローセンサとして、例えば、基台（シリコン基板）上に、センシング部位を構成する金属線と、金属線の両端に接続して設けられたボンディングパッド３４が形成されたセンサ薄膜を備えるエアフローセンサが知られている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, as this type of flow sensor, for example, a sensor thin film in which a metal wire constituting a sensing portion and a bonding pad 34 connected to both ends of a metal wire are formed on a base (silicon substrate). An airflow sensor provided is known (for example, see Patent Document 1).

国際公開第０１／０４６７０８号International Publication No. 01/046708

しかしながら、特許文献に記載のフローセンサでは、シリコン製の基台を用いているので、腐食性物質に対する耐食性が低かった。そのため、このフローセンサは、腐食性物質の流体、例えばＣｌ₂、ＢＣｌ₃などを含有する気体（ガス）に使用することが困難であった。 However, since the flow sensor described in the patent document uses a silicon base, the corrosion resistance against corrosive substances is low. Therefore, it has been difficult to use this flow sensor in a gas (gas) containing a corrosive fluid such as Cl ₂ or BCl ₃ .

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、腐食性物質に対する耐食性の高いフローセンサを提供することを目的の１つとする。 Some aspects of the present invention have been made in view of the above-described problems, and an object thereof is to provide a flow sensor having high corrosion resistance against corrosive substances.

本発明に係るセンサは、ガラス製の基台と、前記基台の一方の面に設けられ、流体の流量を検出するためのセンサ薄膜と、を備え、前記基台は、他方の面に設けられる電極と、前記一方の面から前記他方の面まで貫通し、前記センサ薄膜と前記電極とを電気的に接続する接続部材と、を有する。 The sensor according to the present invention includes a glass base and a sensor thin film provided on one surface of the base for detecting a fluid flow rate, and the base is provided on the other surface. And a connecting member that penetrates from the one surface to the other surface and electrically connects the sensor thin film and the electrode.

かかる構成によれば、ガラス製の基台は、他方の面に設けられる電極と、一方の面から他方の面まで貫通し、センサ薄膜と電極とを電気的に接続する接続部材とを有する。ここで、ガラス製の基台は、腐食性物質の流体、例えばＣｌ₂、ＢＣｌ₃などを含有する気体（ガス）に対して耐食性を有する。また、ガラス製の基台は、主に異方性エッチングにより成形していた従来のシリコン製などの基台と比較して、エッチングに加えてドリルなどを用いた微細加工も可能であるため、成形が容易であり、形状設計の自由度が高い。よって、一方の面から他方の面まで貫通する貫通孔を容易に形成することができ、当該貫通孔に設けられた接続部材によって、基台の上面に設けられるセンサ薄膜と基台の下面に設けられる電極とが電気的に接続されるので、従来、センサ薄膜の表面に露出することにより生じていた金製等の電極の腐食を防止することができ、腐食性物質の流体、例えばＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃などを含有する気体（ガス）の測定を可能にする。これにより、フローセンサの耐食性を高めるができる。 According to this configuration, the glass base includes the electrode provided on the other surface and the connection member that penetrates from one surface to the other surface and electrically connects the sensor thin film and the electrode. Here, the glass base has corrosion resistance against a gas (gas) containing a corrosive substance fluid such as Cl ₂ or BCl ₃ . In addition, the glass base can be finely processed using a drill in addition to etching, compared to a conventional base made of silicon, which was mainly formed by anisotropic etching. Molding is easy and the degree of freedom in shape design is high. Therefore, a through-hole penetrating from one surface to the other surface can be easily formed, and the sensor thin film provided on the upper surface of the base and the lower surface of the base are provided by the connecting member provided in the through-hole. Since the electrodes are electrically connected to the surface of the sensor thin film, it is possible to prevent corrosion of the electrodes made of gold or the like, which has been caused by exposure to the surface of the sensor thin film. , Cl ₂ , BCl ₃ , and other gases (gases) can be measured. Thereby, the corrosion resistance of a flow sensor can be improved.

好ましくは、基台を設置するための台座をさらに備える。 Preferably, a pedestal for installing the base is further provided.

かかる構成によれば、基台を設置するための台座をさらに備える。これにより、チップ状のセンサ薄膜及び基台（ダイ）を台座（ダイパッド）に設置（ダイボンディング）することができ、フローセンサをパッケージング（パッケージ化）することが可能となる。 According to this structure, the base for installing a base is further provided. Thereby, the chip-shaped sensor thin film and the base (die) can be installed (die bonding) on the base (die pad), and the flow sensor can be packaged (packaged).

好ましくは、基台の他方の面と台座の一方の面とが陽極接合されている。 Preferably, the other surface of the base and one surface of the pedestal are anodically bonded.

かかる構成によれば、基台と台座とが陽極接合される。ここで、ガラス製の基台は、ガラスの種類により熱膨張係数が大きく異なるため、熱膨張係数の選択範囲が広い、という特徴を有する。台座の材料として熱膨張係数が５．０［×１０^-6／℃］程度のコバールを用いる場合、基台の材料として熱膨張係数が３．２［×１０^-6／℃］程度のテンパックス（登録商標）を用いることで、基台と台座との陽極接合が可能となる。これにより、従来、有機材料によって接着（接合）していたことにより生じていた基台と台座との接合部の腐食を防止することができ、フローセンサの耐食性を維持することができる。 According to this configuration, the base and the pedestal are anodically bonded. Here, the glass base has a feature that the thermal expansion coefficient selection range is wide because the thermal expansion coefficient varies greatly depending on the type of glass. When Kovar with a thermal expansion coefficient of about 5.0 [× 10 ⁻⁶ / ° C.] is used as the base material, Tempax has a thermal expansion coefficient of about 3.2 [× 10 ⁻⁶ / ° C.] as the base material. By using (registered trademark), anodic bonding between the base and the pedestal becomes possible. Thereby, it is possible to prevent corrosion of the joint portion between the base and the pedestal, which has been conventionally caused by bonding (bonding) with an organic material, and to maintain the corrosion resistance of the flow sensor.

好ましくは、台座は、腐食性物質に対して耐食性を有する合金製である。 Preferably, the pedestal is made of an alloy having corrosion resistance against corrosive substances.

かかる構成によれば、台座は、腐食性物質に対して耐食性を有する合金製、例えばハステロイ（登録商標）、インコネル、ステライト（登録商標）などである。これにより、腐食性を有する流体、例えばＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃の気体（ガス）に台座を露出する（さらす）場合に、好適に用いることができ、基台自体が耐食性を有することと相俟って、フローセンサの耐食性を更に高めることができる。例えば、台座の材料としてハステロイ（登録商標）を用いる場合、基台の材料として熱膨張係数が７．２［×１０^-6／℃］程度の硼珪酸ガラスを用いることで、ハステロイ（登録商標）の熱膨張係数が１１．０［×１０^-6／℃］程度であるため、基台と台座との陽極接合が可能となる。これにより、従来、有機材料によって接着（接合）していたことで生じていた、基台と台座との接合部の腐食性物質、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃による腐食を防止することができる。 According to this configuration, the pedestal is made of an alloy having corrosion resistance against corrosive substances, such as Hastelloy (registered trademark), Inconel, Stellite (registered trademark), and the like. As a result, it can be suitably used when the pedestal is exposed (exposed) to a corrosive fluid such as SOx, NOx, Cl ₂ , or BCl ₃ gas (gas), and the base itself has corrosion resistance. With this, the corrosion resistance of the flow sensor can be further improved. For example, when Hastelloy (registered trademark) is used as the pedestal material, by using borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of about 7.2 [× 10 ⁻⁶ / ° C.] as the base material, Hastelloy (registered trademark) is used. Since the thermal expansion coefficient is about 11.0 [× 10 ⁻⁶ / ° C.], anodic bonding between the base and the pedestal is possible. This prevents corrosion caused by a corrosive substance, for example, SOx, NOx, Cl ₂ , or BCl ₃ , which has occurred in the past by bonding (bonding) with an organic material, for example, SOx, NOx, Cl ₂ , or BCl _3. be able to.

好ましくは、前述の電極に電気的に接続される接続線をさらに備え、接続線は、電極との接続部が封止剤で封止されている。 Preferably, a connection line electrically connected to the electrode is further provided, and the connection line of the connection line is sealed with a sealant.

かかる構成によれば、電極と接続線との接続部が封止剤で封止されている。これにより、電極と接続線との接続部を保護することができるとともに、例えば湿度の影響や流体の流入を防止して電気的接続を強化することができる。 According to this structure, the connection part of an electrode and a connection line is sealed with the sealing agent. Thereby, while being able to protect the connection part of an electrode and a connection line, the influence of humidity and the inflow of a fluid can be prevented, for example, and electrical connection can be strengthened.

本発明の第１実施形態におけるフローセンサの一例を説明する斜視図である。It is a perspective view explaining an example of the flow sensor in a 1st embodiment of the present invention. 図１に示したＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視方向断面である。It is a VII-VII line arrow direction cross section shown in FIG. 従来のフローセンサを説明する側方断面図である。It is side sectional drawing explaining the conventional flow sensor. 本発明の第１実施形態におけるフローセンサの一例を説明する側方断面図である。It is a side sectional view explaining an example of a flow sensor in a 1st embodiment of the present invention. 従来のフローセンサを説明する側方断面図である。It is side sectional drawing explaining the conventional flow sensor.

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。 Embodiments of the present invention will be described below. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, the drawings are schematic. Therefore, specific dimensions and the like should be determined in light of the following description. Moreover, it is a matter of course that portions having different dimensional relationships and ratios are included between the drawings. In the following description, the upper side of the drawing is referred to as “upper”, the lower side as “lower”, the left side as “left”, and the right side as “right”.

（第１実施形態）
図１乃至図３は、本発明に係るフローセンサの第１実施形態を示すためのものである。図１は、本発明の第１実施形態におけるフローセンサの一例を説明する斜視図であり、図２は、図１に示したＶＩＩ−ＶＩＩ線矢視方向断面図である。本発明に係るフローセンサは、例えば熱式のフローセンサである。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の上面の上に設けられたセンサ薄膜３０と、を備える。 (First embodiment)
1 to 3 show a first embodiment of a flow sensor according to the present invention. FIG. 1 is a perspective view for explaining an example of a flow sensor according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view in the direction of arrow VII-VII shown in FIG. The flow sensor according to the present invention is, for example, a thermal flow sensor. As shown in FIGS. 1 and 2, the flow sensor 10 is provided on a base 20 having a cavity (recess) 25 on one surface (upper surface in FIGS. 1 and 2), and on the upper surface of the base 20. Sensor thin film 30.

センサ薄膜３０は、流体の速度（流速）又は流量を検出するためのものであり、ヒータ（抵抗素子）３１と、センサ薄膜３０においてヒータ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、基台２０の一辺側に設けられた周囲温度センサ（抵抗素子）３４と、基台２０のキャビティ２５に通ずる複数のスリット（開口部）３５と、を有する。また、センサ薄膜３０は、各抵抗素子３１，３２，３３，３４と、基台２０のキャビティ２５とを覆うように形成（配置）された絶縁膜３６を表面に有する。これにより、各抵抗素子３１，３２，３３，３４の電気的な絶縁性を高める。なお、絶縁膜の材料としては、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。 The sensor thin film 30 is for detecting the speed (flow velocity) or flow rate of the fluid, and a set of heaters (resistance elements) 31 and a pair of sensors 31 provided on both sides of the heater 31 with the heater 31 interposed therebetween. Resistance elements 32 and 33, an ambient temperature sensor (resistance element) 34 provided on one side of the base 20, and a plurality of slits (openings) 35 communicating with the cavity 25 of the base 20. The sensor thin film 30 has an insulating film 36 formed (arranged) on the surface so as to cover the resistance elements 31, 32, 33, 34 and the cavity 25 of the base 20. Thereby, the electrical insulation of each resistance element 31, 32, 33, 34 is improved. For example, silicon nitride (SiN), silicon oxide (SiO ₂ ), or the like can be used as the material of the insulating film.

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３１，３２及び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として機能する。 In the flow sensor 10 having such a configuration, for example, as indicated by a block arrow in FIGS. Arranged side by side. In this case, the resistance element 32 functions as an upstream temperature measurement resistance element provided upstream of the heater 31 (left side in FIGS. 1 and 2), and the resistance element 33 is downstream of the heater 31 (see FIG. 1 and on the right side in FIG.

絶縁膜３６におけるキャビティ２５を覆う部分は、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。絶縁膜の材料としては、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。周囲温度センサ３４は、フローセンサ１０が設置された管路（図示省略）を流通するガスの温度を測定する。ヒータ３１は、例示的に、キャビティ２５を覆う絶縁膜３６の中心に配置されており、周囲温度センサ３４が計測したガスの温度よりも一定温度高くなるように、加熱される。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。 A portion of the insulating film 36 covering the cavity 25 has a small heat capacity and forms a diaphragm having a heat insulating property with respect to the base 20. As a material for the insulating film, for example, silicon nitride (SiN), silicon oxide (SiO ₂ ), or the like can be used. The ambient temperature sensor 34 measures the temperature of gas flowing through a pipe line (not shown) where the flow sensor 10 is installed. The heater 31 is, for example, disposed at the center of the insulating film 36 that covers the cavity 25, and is heated so as to be higher than the temperature of the gas measured by the ambient temperature sensor 34. The upstream resistance temperature element 32 is used to detect a temperature upstream of the heater 31, and the downstream temperature resistance element 33 is used to detect a temperature downstream of the heater 31.

ここで、管路内のガスが静止している場合、ヒータ２１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。 Here, when the gas in the pipe line is stationary, the heat applied by the heater 21 is diffused symmetrically in the upstream direction and the downstream direction. Accordingly, the temperatures of the upstream resistance temperature element 32 and the downstream resistance temperature element 33 are equal, and the electrical resistances of the upstream resistance temperature element 32 and the downstream resistance temperature element 33 are equal. On the other hand, when the gas in the pipeline flows from upstream to downstream, the heat applied by the heater 31 is carried in the downstream direction. Therefore, the temperature of the downstream temperature measuring resistance element 33 is higher than the temperature of the upstream temperature measuring resistance element 32.

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、後述する電極パッド２１及び接続部材２２を通じて電気信号として取り出すことができる。 Such a temperature difference causes a difference between the electrical resistance of the upstream temperature measuring resistance element 32 and the electrical resistance of the downstream temperature measuring resistance element 33. The difference between the electrical resistance of the downstream resistance temperature element 33 and the electrical resistance of the upstream resistance temperature element 32 has a correlation with the gas velocity and flow rate in the pipe. Therefore, based on the difference between the electrical resistance of the downstream resistance temperature sensor 33 and the electrical resistance of the upstream resistance temperature sensor 32, the speed (flow velocity) and flow rate of the fluid flowing through the pipeline can be calculated. Information on the electrical resistance of the resistance elements 31, 32, and 33 can be extracted as an electrical signal through the electrode pad 21 and the connection member 22 described later.

図１及び図２に示すセンサ薄膜３０の厚さは、例えば１μｍであり、センサ薄膜３０の縦横の寸法は、例えば基台２０と同一（１．７ｍｍ程度）である。各抵抗素子３１，３２，３３，３４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３１，３２，３３，３４の形成には、リソグラフィ法などが適用可能である。 The thickness of the sensor thin film 30 shown in FIGS. 1 and 2 is, for example, 1 μm, and the vertical and horizontal dimensions of the sensor thin film 30 are, for example, the same as the base 20 (about 1.7 mm). Platinum (Pt) or the like can be used as the material of each resistance element 31, 32, 33, 34. Further, a lithography method or the like can be applied to the formation of each of the resistance elements 31, 32, 33, and 34.

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１．７ｍｍ程度である。但し、基台２０の寸法及び形状は、これらに限られない。キャビティ２５は、異方性エッチングやＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）技術など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。 The thickness of the base 20 shown in FIGS. 1 and 2 is, for example, 525 μm, and the vertical and horizontal dimensions of the base 20 are, for example, about 1.7 mm. However, the size and shape of the base 20 are not limited to these. The cavity 25 can be formed using anisotropic etching, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology, or the like. FIG. 2 illustrates a state in which a cavity 25 having a boat-shaped concave shape is formed as an example.

図２に示すように、基台２０は、下面（裏面）に設けられた電極パッド（電極）２１と、上面から下面まで貫通する貫通電極（接続部材）２２とを有する。電極パッド２１は、外部の回路などに電気的に接続するためのものである。貫通電極２２は、センサ薄膜３０、特に各抵抗素子３１，３２，３３，３４と電極パッド２１とを電気的に接続するためのものである。電極パッド２１及び接続部材２２のそれぞれの材料には、銅（Ｃｕ）、銅合金、タングステン（Ｗ）、タングステン合金などが使用可能である。 As shown in FIG. 2, the base 20 includes an electrode pad (electrode) 21 provided on the lower surface (back surface) and a through electrode (connecting member) 22 penetrating from the upper surface to the lower surface. The electrode pad 21 is for electrical connection to an external circuit or the like. The through electrode 22 is for electrically connecting the sensor thin film 30, in particular, each of the resistance elements 31, 32, 33, 34 and the electrode pad 21. Copper (Cu), copper alloy, tungsten (W), tungsten alloy, or the like can be used as the material for the electrode pad 21 and the connection member 22.

図３は、従来のフローセンサを説明する側方断面図である。ここで、本発明のフローセンサとの比較のために、従来のフローセンサの構成を説明する。図３に示すように、従来のフローセンサ９０は、フローセンサ１０と同様に、上面にキャビティ９１ａを有する基台９１と、基台９１の上面に設けられたセンサ薄膜９２と、を備える。センサ薄膜９２は、上面（表面）に電極パッド９３が設けられており、電極パッド９３は、外部の回路などに接続されるリードピン９４に、ボンディングワイヤ９５を介して電気的に接続されている。なお、フローセンサ１０との比較を容易にするために、フローセンサ９０も熱式のフローセンサであり、センサ薄膜９２は、図示を省略するヒータ、各抵抗素子、及び絶縁膜などを有する。 FIG. 3 is a side sectional view for explaining a conventional flow sensor. Here, for comparison with the flow sensor of the present invention, the configuration of a conventional flow sensor will be described. As shown in FIG. 3, the conventional flow sensor 90 includes a base 91 having a cavity 91 a on the upper surface, and a sensor thin film 92 provided on the upper surface of the base 91, similar to the flow sensor 10. The sensor thin film 92 is provided with an electrode pad 93 on the upper surface (surface), and the electrode pad 93 is electrically connected to a lead pin 94 connected to an external circuit or the like via a bonding wire 95. In order to facilitate comparison with the flow sensor 10, the flow sensor 90 is also a thermal flow sensor, and the sensor thin film 92 includes a heater (not shown), each resistance element, an insulating film, and the like.

このような構成を備えるフローセンサ９０は、例えば図３中にブロック矢印で示す方向に流れる流体に対し、電極パッド９３、リードピン９４、及びボンディングワイヤ９５が露出している。また、基台９１の材料としては、通常、シリコン（Ｓｉ）などが使用される。このため、シリコン（Ｓｉ）を腐食する流体、例えばＣｌ₂、ＢＣｌ₃などを含有する気体（ガス）の流量（又は流速）を検出する場合、従来のフローセンサ９０では、耐食性の低いシリコン製の基台９１が腐食してしまうおそれがあった。また、流体に露出する金製の電極パッド９３、リードピン９４、及びボンディングワイヤ９５は、例えばＣｌ₂、ＢＣｌ₃ＳＯｘ、ＮＯｘなどを含有する気体（ガス）によって、腐食してしまうおそれがあった。 In the flow sensor 90 having such a configuration, for example, the electrode pad 93, the lead pin 94, and the bonding wire 95 are exposed to the fluid flowing in the direction indicated by the block arrow in FIG. Moreover, as a material of the base 91, silicon (Si) or the like is usually used. For this reason, when detecting the flow rate (or flow velocity) of a gas (gas) containing a fluid that corrodes silicon (Si), for example, Cl ₂ or BCl ₃ , the conventional flow sensor 90 is made of silicon having low corrosion resistance. The base 91 may be corroded. Further, the gold electrode pad 93, the lead pin 94, and the bonding wire 95 exposed to the fluid may be corroded by a gas (gas) containing, for example, Cl ₂ , BCl ₃ SOx, NOx, or the like.

一方、本実施形態のフローセンサ１０では、図２に示す基台２０の材料として、ガラス、具体的には硼珪酸ガラス（ホウケイ酸ガラス）、テンパックス（登録商標）などを用いる。ここで、ガラス製の基台２０は、腐食性物質の流体、例えばＣｌ₂、ＢＣｌ₃ＳＯｘ、ＮＯｘなどを含有する気体（ガス）に対して耐食性を有する。また、ガラス製の基台２０は、主に異方性エッチングにより成形していた従来のシリコン製などの基台と比較して、エッチングに加えてドリルなどを用いた微細加工も可能であるため、成形が容易であり、形状設計の自由度が高い。 On the other hand, in the flow sensor 10 of the present embodiment, glass, specifically, borosilicate glass (borosilicate glass), Tempax (registered trademark), or the like is used as the material of the base 20 shown in FIG. Here, the glass base 20 has corrosion resistance against a gas (gas) containing a corrosive substance fluid, for example, Cl ₂ , BCl ₃ SOx, NOx, and the like. In addition, the glass base 20 can be finely processed using a drill in addition to etching, compared to a conventional silicon base formed mainly by anisotropic etching. Molding is easy and the degree of freedom in shape design is high.

本実施形態では、フローセンサ１０の一例として熱式のフローセンサを示したが、これに限定されず、他の方式のフローセンサであってもよい。 In the present embodiment, a thermal type flow sensor is shown as an example of the flow sensor 10, but the present invention is not limited to this, and another type of flow sensor may be used.

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、ガラス製の基台２０は、下面（裏面）に設けられる電極パッド２１と、上面から下面まで貫通し、センサ薄膜３０と電極パッド２１とを電気的に接続する接続部材２２とを有する。ここで、ガラス製の基台２０は、腐食性物質の流体、例えばＣｌ₂、ＢＣｌ₃などを含有する気体（ガス）に対して耐食性を有する。また、ガラス製の基台２０は、主に異方性エッチングにより成形していた従来のシリコン製などの基台と比較して、エッチングに加えてドリルなどを用いた微細加工も可能であるため、成形が容易であり、形状設計の自由度が高い。よって、一方の面から他方の面まで貫通する貫通孔を容易に形成することができ、当該貫通孔に設けられた接続部材２２によって、基台２０の上面に設けられるセンサ薄膜３０と基台２０の下面に設けられる電極パッド２１とが電気的に接続されるので、従来、センサ薄膜の表面に露出することにより生じていた金製等の電極の腐食を防止することができ、腐食性物質の流体、例えばＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃などを含有する気体（ガス）の測定を可能にする。これにより、フローセンサ１０の耐食性を高めるができる。 Thus, according to the flow sensor 10 of the present embodiment, the glass base 20 penetrates from the upper surface to the lower surface with the electrode pad 21 provided on the lower surface (back surface), and the sensor thin film 30 and the electrode pad 21. And a connecting member 22 for electrically connecting the two. Here, the glass base 20 has corrosion resistance against a gas (gas) containing a fluid of a corrosive substance, such as Cl ₂ and BCl ₃ . In addition, the glass base 20 can be finely processed using a drill in addition to etching, compared to a conventional silicon base formed mainly by anisotropic etching. Molding is easy and the degree of freedom in shape design is high. Therefore, a through-hole penetrating from one surface to the other surface can be easily formed, and the sensor thin film 30 and the base 20 provided on the upper surface of the base 20 by the connection member 22 provided in the through-hole. Since the electrode pad 21 provided on the lower surface of the electrode is electrically connected, it is possible to prevent the corrosion of the electrode made of gold or the like that has been conventionally exposed on the surface of the sensor thin film. fluid, for example SOx, to enable measurement of NOx, gas containing such Cl _2, BCl ₃ (gas). Thereby, the corrosion resistance of the flow sensor 10 can be improved.

（第２実施例）
図４及び図５は、本発明に係るフローセンサの第２実施形態を示すためのものである。なお、特に記載がない限り、前述した第１実施形態と同一構成部分は同一符号をもって表し、その説明を省略する。また、図示しない構成部分は、前述した実施形態と同様とする。 (Second embodiment)
4 and 5 illustrate a second embodiment of the flow sensor according to the present invention. Unless otherwise specified, the same components as those in the first embodiment described above are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted. Further, components not shown in the figure are the same as those in the above-described embodiment.

図４は、本発明の第２実施形態におけるフローセンサの一例を説明する側方断面図である。フローセンサは、通常、流体が流通する管路の内壁に設置される。図４に示すように、本実施形態におけるフローセンサ１００は、第１実施形態のフローセンサ１０と同様の構成を備えるセンサ本体１００Ａと、センサ本体１００Ａの基台２０を設置するためのヘッダー（台座）４０を備える。これにより、チップ状のセンサ本体１０（ダイ）をヘッダー４０（ダイパッド）に設置（ダイボンディング）することができ、フローセンサ１００をパッケージング（パッケージ化）することが可能となる。 FIG. 4 is a side sectional view for explaining an example of a flow sensor according to the second embodiment of the present invention. The flow sensor is usually installed on the inner wall of a conduit through which fluid flows. As shown in FIG. 4, the flow sensor 100 according to the present embodiment includes a sensor body 100A having the same configuration as the flow sensor 10 of the first embodiment, and a header (pedestal) for installing the base 20 of the sensor body 100A. 40). Thereby, the chip-shaped sensor body 10 (die) can be installed (die bonding) on the header 40 (die pad), and the flow sensor 100 can be packaged (packaged).

ヘッダー４０は、一例として両端が開放する筒体に形成されている。ヘッダー４０の一端部（図４において下端部）には、外側（図４において左右両側）に屈曲した環状の外フランジ４１が一体に形成され、ヘッダー４０の他端部（図４において上端部）には、内側（図４において中央側）に屈曲した環状の内フランジ４２が一体に形成されている。外フランジ４１は、例えば、流体が流通する管路（図示両略）の内壁に、シール部材などを介して内面が密接され、ねじ、溶接などによりヘッダー４０が固定される。内フランジ４２は、上端の開口が覆われるように基台２０が設置され、センサ本体１０が固定される。 As an example, the header 40 is formed in a cylindrical body whose both ends are open. An annular outer flange 41 that is bent outward (to the left and right sides in FIG. 4) is integrally formed at one end (lower end in FIG. 4) of the header 40, and the other end (upper end in FIG. 4) of the header 40. Are integrally formed with an annular inner flange 42 bent inwardly (center side in FIG. 4). For example, the inner surface of the outer flange 41 is in close contact with the inner wall of a conduit (both not shown) through which a fluid flows through a seal member, and the header 40 is fixed by screws, welding, or the like. The base 20 is installed on the inner flange 42 so that the opening at the upper end is covered, and the sensor body 10 is fixed.

基台２０の下面に設けられた電極パッド２１には、ハンダ４３などを介してリードピン（接続線）４４の一端（図４において上端）が電気的に接続されており、リードピン４４の他端（図４において下端）は、例えば外部の回路などに電気的に接続される。ヘッダー４０の内部は、樹脂などの封止剤４５で充填されており、ハンダ４３、及び電極パッド２１とリードピン４４との接続部が封止剤４５で封止される。これにより、電極パッド２１とリードピン４４との接続部を保護することができるとともに、例えば湿度の影響や流体の流入を防止して電気的接続を強化することができる。 One end (upper end in FIG. 4) of a lead pin (connection line) 44 is electrically connected to the electrode pad 21 provided on the lower surface of the base 20 via a solder 43 or the like, and the other end ( The lower end in FIG. 4 is electrically connected to an external circuit, for example. The inside of the header 40 is filled with a sealing agent 45 such as a resin, and the connecting portion between the solder 43 and the electrode pad 21 and the lead pin 44 is sealed with the sealing agent 45. Thereby, the connection part of the electrode pad 21 and the lead pin 44 can be protected, and for example, the influence of humidity and the inflow of fluid can be prevented and the electrical connection can be strengthened.

図５は、従来のフローセンサを説明する側方断面図である。ここで、本発明のフローセンサとの比較のために、従来のフローセンサの構成を説明する。図５に示すように、従来のフローセンサ１９０は、図３に示したフローセンサ９０と同様の構成を備えるセンサ本体９０Ａと、センサ本体９０Ａの基台９１を設置するためのヘッダー１９１とを備える。ヘッダー１９１は、例えば、センサ本体９０が設置され固定される台座部１９２と、外周部１９３とを有しており、台座部１９２と外周部１９３との間には、上面から下面まで貫通する貫通孔（図示省略）が形成されている。センサ本体９０のリードピン９４は、ヘッダー１９１の貫通孔を通っており、貫通孔は、例えばハーメチックシールなどのシール部材１９４によって気密封止されている。 FIG. 5 is a side sectional view for explaining a conventional flow sensor. Here, for comparison with the flow sensor of the present invention, the configuration of a conventional flow sensor will be described. As shown in FIG. 5, the conventional flow sensor 190 includes a sensor main body 90A having the same configuration as the flow sensor 90 shown in FIG. 3, and a header 191 for installing the base 91 of the sensor main body 90A. . The header 191 has, for example, a pedestal portion 192 on which the sensor main body 90 is installed and fixed, and an outer peripheral portion 193, and penetrates from the upper surface to the lower surface between the pedestal portion 192 and the outer peripheral portion 193. A hole (not shown) is formed. The lead pin 94 of the sensor main body 90 passes through the through hole of the header 191, and the through hole is hermetically sealed by a seal member 194 such as a hermetic seal.

このような構成を備えるフローセンサ１９０では、ヘッダー１９１の材料として、シール部材１９４として用いられるガラスに近いコバールなどが使用される。シール部材のガラス及びコバールの熱膨張係数は、４．５〜５．０［×１０^-6／℃］程度である。また、センサ本体９０と台座部１９２との間は、接着剤やハンダ材を介して固着される。このため、腐食性物質の流体、例えばＳＯ_x、ＮＯ_xなどを含有する気体（ガス）の流量（又は流速）を検出する場合、従来のフローセンサ１９０では、センサ本体９０に加え、耐食性の低いコバール製のヘッダー１９１と、耐食性の低い有機材料などから構成される接着剤やハンダ材とが腐食するおそれがあった。 In the flow sensor 190 having such a configuration, as a material of the header 191, Kovar close to glass used as the seal member 194 is used. The thermal expansion coefficient of the glass and Kovar of the sealing member is about 4.5 to 5.0 [× 10 ⁻⁶ / ° C.]. Further, the sensor main body 90 and the pedestal portion 192 are fixed with an adhesive or a solder material. For this reason, in the case of detecting the flow rate (or flow velocity) of a gas (gas) containing a corrosive fluid such as SO _x and NO _x , the conventional flow sensor 190 has low corrosion resistance in addition to the sensor body 90. There is a possibility that the header 191 made of Kovar and the adhesive or solder material composed of an organic material having low corrosion resistance may corrode.

一方、本実施形態のフローセンサ１００では、図４に示す内フランジ４２の一方の面（図４において上面）と基台２０の他方の面（図４において下面）とが陽極接合されている。ここで、ガラス製の基台２０は、ガラスの種類により熱膨張係数が大きく異なるため、熱膨張係数の選択範囲が広い、という特徴を有する。ヘッダー４０の材料として熱膨張係数が５．０［×１０^-6／℃］程度のコバールを用いる場合、基台２０の材料として熱膨張係数が３．２［×１０^-6／℃］程度のテンパックス（登録商標）を用いることで、基台２０とヘッダー４０との陽極接合が可能となる。これにより、従来、有機材料によって接着（接合）していたことにより生じていた基台２０とヘッダー４０との接合部の腐食を防止することができ、フローセンサ１００の耐食性を維持することができる。 On the other hand, in the flow sensor 100 of the present embodiment, one surface (upper surface in FIG. 4) of the inner flange 42 shown in FIG. 4 and the other surface (lower surface in FIG. 4) of the base 20 are anodically bonded. Here, the glass base 20 has a feature that the thermal expansion coefficient has a wide selection range because the thermal expansion coefficient varies greatly depending on the type of glass. When Kovar having a thermal expansion coefficient of about 5.0 [× 10 ⁻⁶ / ° C.] is used as the material of the header 40, the material of the base 20 has a thermal expansion coefficient of about 3.2 [× 10 ⁻⁶ / ° C.]. By using Tempax (registered trademark), anodic bonding between the base 20 and the header 40 becomes possible. Thereby, the corrosion of the joint portion between the base 20 and the header 40 that has conventionally occurred due to the bonding (bonding) with the organic material can be prevented, and the corrosion resistance of the flow sensor 100 can be maintained. .

また、ヘッダー４０の材料には、腐食性物質に対して耐食性を有する合金、例えばハステロイ（登録商標）、インコネル、ステライト（登録商標）などが好ましい。これにより、腐食性を有する流体、例えばＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃の気体（ガス）にヘッダー４０を露出する（さらす）場合に、好適に用いることができ、基台２０自体が耐食性を有することと相俟って、フローセンサ１００の耐食性を更に高めることができる。例えば、ヘッダー４０の材料としてハステロイ（登録商標）を用いる場合、基台２０の材料として熱膨張係数が７．２［×１０^-6／℃］程度の硼珪酸ガラスを用いることで、ハステロイ（登録商標）の熱膨張係数が１１．０［×１０^-6／℃］程度であるため、基台２０とヘッダー４０との陽極接合が可能となる。これにより、従来、有機材料によって接着（接合）していたことで生じていた、基台２０とヘッダー４０との接合部の腐食性物質、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃による腐食を防止することができる。 The material of the header 40 is preferably an alloy having corrosion resistance against corrosive substances, such as Hastelloy (registered trademark), Inconel, and Stellite (registered trademark). Thereby, when the header 40 is exposed (exposed) to a corrosive fluid, for example, gas (gas) of SOx, NOx, Cl ₂ , and BCl ₃ , the base 20 itself has corrosion resistance. Combined with this, the corrosion resistance of the flow sensor 100 can be further enhanced. For example, when Hastelloy (registered trademark) is used as the material of the header 40, the material of the base 20 is made of borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of about 7.2 [× 10 ⁻⁶ / ° C.]. Since the thermal expansion coefficient of the trademark is about 11.0 [× 10 ⁻⁶ / ° C.], anodic bonding between the base 20 and the header 40 becomes possible. As a result, corrosion caused by a corrosive substance, for example, SOx, NOx, Cl ₂ , or BCl ₃ , at the joint between the base 20 and the header 40, which has been conventionally caused by bonding (bonding) with an organic material, is prevented. Can be prevented.

このように、本実施形態におけるフローセンサ１００によれば、基台２０を設置するための台座４０をさらに備える。これにより、チップ状のセンサ本体１０（ダイ）をヘッダー４０（ダイパッド）に設置（ダイボンディング）することができ、フローセンサ１００をパッケージング（パッケージ化）することが可能となる。 Thus, according to the flow sensor 100 in this embodiment, the base 40 for installing the base 20 is further provided. Thereby, the chip-shaped sensor body 10 (die) can be installed (die bonding) on the header 40 (die pad), and the flow sensor 100 can be packaged (packaged).

また、本実施形態におけるフローセンサ１００によれば、基台２０とヘッダー４０とが陽極接合される。ここで、ガラス製の基台２０は、ガラスの種類により熱膨張係数が大きく異なるため、熱膨張係数の選択範囲が広い、という特徴を有する。ヘッダー４０の材料として熱膨張係数が５．０［×１０^-6／℃］程度のコバールを用いる場合、基台２０の材料として熱膨張係数が３．２［×１０^-6／℃］程度のテンパックス（登録商標）を用いることで、基台２０とヘッダー４０との陽極接合が可能となる。これにより、従来、有機材料によって接着（接合）していたことにより生じていた基台２０とヘッダー４０との接合部の腐食を防止することができ、フローセンサ１００の耐食性を維持することができる。 Moreover, according to the flow sensor 100 in this embodiment, the base 20 and the header 40 are anodically bonded. Here, the glass base 20 has a feature that the thermal expansion coefficient has a wide selection range because the thermal expansion coefficient varies greatly depending on the type of glass. When Kovar having a thermal expansion coefficient of about 5.0 [× 10 ⁻⁶ / ° C.] is used as the material of the header 40, the material of the base 20 has a thermal expansion coefficient of about 3.2 [× 10 ⁻⁶ / ° C.]. By using Tempax (registered trademark), anodic bonding between the base 20 and the header 40 becomes possible. Thereby, the corrosion of the joint portion between the base 20 and the header 40 that has conventionally occurred due to the bonding (bonding) with the organic material can be prevented, and the corrosion resistance of the flow sensor 100 can be maintained. .

また、本実施形態におけるフローセンサ１００によれば、ヘッダー４０は、腐食性物質に対して耐食性を有する合金製、例えばハステロイ（登録商標）、インコネル、ステライト（登録商標）などである。これにより、腐食性を有する流体、例えばＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃の気体（ガス）にヘッダー４０を露出する（さらす）場合に、好適に用いることができ、基台２０自体が耐食性を有することと相俟って、フローセンサ１００の耐食性を更に高めることができる。例えば、ヘッダー４０の材料としてハステロイ（登録商標）を用いる場合、基台２０の材料として熱膨張係数が７．２［×１０^-6／℃］程度の硼珪酸ガラスを用いることで、ハステロイ（登録商標）の熱膨張係数が１１．０［×１０^-6／℃］程度であるため、基台２０とヘッダー４０との陽極接合が可能となる。これにより、従来、有機材料によって接着（接合）していたことで生じていた、基台２０とヘッダー４０との接合部の腐食性物質、例えば、ＳＯｘ、ＮＯｘ、Ｃｌ₂、ＢＣｌ₃による腐食を防止することができる。 Further, according to the flow sensor 100 of the present embodiment, the header 40 is made of an alloy having corrosion resistance against a corrosive substance, such as Hastelloy (registered trademark), Inconel, Stellite (registered trademark), or the like. Thereby, when the header 40 is exposed (exposed) to a corrosive fluid, for example, gas (gas) of SOx, NOx, Cl ₂ , and BCl ₃ , the base 20 itself has corrosion resistance. Combined with this, the corrosion resistance of the flow sensor 100 can be further enhanced. For example, when Hastelloy (registered trademark) is used as the material of the header 40, the material of the base 20 is made of borosilicate glass having a thermal expansion coefficient of about 7.2 [× 10 ⁻⁶ / ° C.]. Since the thermal expansion coefficient of the trademark is about 11.0 [× 10 ⁻⁶ / ° C.], anodic bonding between the base 20 and the header 40 becomes possible. As a result, corrosion caused by a corrosive substance, for example, SOx, NOx, Cl ₂ , or BCl ₃ , at the joint between the base 20 and the header 40, which has been conventionally caused by bonding (bonding) with an organic material, is prevented. Can be prevented.

また、本実施形態におけるフローセンサ１００によれば、電極パッド２１とリードピン４４との接続部が封止剤４５で封止されている。これにより、電極パッド２１とリードピン４４との接続部を保護することができるとともに、例えば湿度の影響や流体の流入を防止して電気的接続を強化することができる。 Further, according to the flow sensor 100 in the present embodiment, the connection portion between the electrode pad 21 and the lead pin 44 is sealed with the sealant 45. Thereby, the connection part of the electrode pad 21 and the lead pin 44 can be protected, and for example, the influence of humidity and the inflow of fluid can be prevented and the electrical connection can be strengthened.

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。 Note that the configurations of the above-described embodiments may be combined or a part of the components may be replaced. The configuration of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications may be made without departing from the scope of the present invention.

１０…フローセンサ
１０Ａ…センサ本体
２０…基台
２１…電極パッド（電極）
２２…貫通電極（接続部材）
３０…センサ薄膜
４０…ヘッダー（台座）
４４…リードピン（接続線）
４５…封止剤
１００…フローセンサ
１００Ａ…センサ本体 DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Flow sensor 10A ... Sensor main body 20 ... Base 21 ... Electrode pad (electrode)
22 ... Penetration electrode (connection member)
30 ... Sensor thin film 40 ... Header (pedestal)
44 ... Lead pin (connection line)
45 ... Sealant 100 ... Flow sensor 100A ... Sensor body

Claims

A glass base,
A sensor thin film provided on one surface of the base for detecting the flow rate of the fluid,
The base includes an electrode provided on the other surface, and a connection member that penetrates from the one surface to the other surface and electrically connects the sensor thin film and the electrode. Flow sensor.

The flow sensor according to claim 1, further comprising a pedestal for installing the base.

The flow sensor according to claim 2, wherein the other surface of the base and the one surface of the pedestal are anodically bonded.

The flow sensor according to claim 2 or 3, wherein the pedestal is made of an alloy having corrosion resistance against corrosive substances.

A connection line electrically connected to the electrode;
The flow sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein a connection portion between the connection line and the electrode is sealed with a sealant.