JP3569129B2

JP3569129B2 - Flow detector

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Publication number: JP3569129B2
Application number: JP15201098A
Authority: JP
Inventors: 幸一楠山; 正夫塚田
Original assignee: 株式会社日立ユニシアオートモティブ
Priority date: 1998-05-15
Filing date: 1998-05-15
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2018-05-15
Also published as: JPH11326001A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば自動車用エンジン等の吸入空気量を検出するのに用いて好適な流量検出装置に関し、特にエッチング処理等の半導体製造技術によって基板上に形成される流量検出装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用エンジン等では、エンジン本体の燃料室内に噴射すべき燃料の量を演算するために、エンジンの吸気管内に設けた流量検出装置によって吸入空気の流量または流速（以下、流量という）を検出し、この検出結果に基づいてエンジンの吸入空気量を算出するようにしている。
【０００３】
そして、この種の従来技術による流量検出装置は、基板と、該基板上に設けられた絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられた感温抵抗体とから構成され、例えば特開昭６２−４４６２７号公報等に記載されている。
【０００４】
この場合、従来技術では、シリコン材料等により形成された基板上に、例えば白金等の感温抵抗材料からなる感温抵抗体がエッチング処理により配線パターンとして形成されている。そして、該感温抵抗体は、その抵抗値を検出するために外部に付設された検出回路に接続されている。
【０００５】
また、基板はエンジンの吸気管内に露出した状態で取付けられているから、この状態で基板上の感温抵抗体はエンジン本体側に向けて吸気管内を流れる吸入空気に接触する。そして、エンジンの運転中には、外部の検出回路から感温抵抗体に電流を供給して該感温抵抗体を発熱させ、該感温抵抗体は基板に沿って流れる流体の流量に応じて冷却される。
【０００６】
これにより、感温抵抗体の抵抗値は吸入空気の流量に応じて変化するから、前記検出回路では、この抵抗値の変化を電圧信号として検出することにより、この検出結果に基づいてエンジンの吸入空気量を算出するものである。
【０００７】
また、一般に、シリコン基板の表面には、酸化シリコン、窒化シリコン等によって絶縁膜が形成され、感温抵抗体の表面には、同じく酸化シリコン、窒化シリコン等によって保護膜が形成されている。そして、感温抵抗体は絶縁膜と保護膜によって挟持された状態で基板上に固定されている。
【０００８】
さらに、絶縁膜と感温抵抗体、感温抵抗体と保護膜との接合強度を高めるために、絶縁膜と感温抵抗体との間、感温抵抗体と保護膜との間には、金属酸化物からなる密着層がそれぞれ設けられている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上述した従来技術による流量検出装置では、エッチング処理、ＣＶＤ法、ＲＩＥ法等を用いて基板表面上に、絶縁膜、感温抵抗体、保護膜の順に形成した後で、感温抵抗体の材料となる白金等の温度係数を調整するため、不活性ガス（例えば、アルゴン）、窒素ガス等の雰囲気中で８００〜１０００℃程度で熱処理を行っていた。
【００１０】
しかし、この熱処理工程中に、感温抵抗体の上，下に形成された密着層が、感温抵抗体中に溶け込み、該感温抵抗体の組成が変化してしまうことがある。このため、この感温抵抗体を用いて流量を検出するときには、温度係数の変化から、検出信号がばらついてしまう。
【００１１】
さらに、感温抵抗体の温度係数が製品毎に変化してしまい、歩留りを悪化させ、生産性を悪化させると共に信頼性を低下させてしまうという問題がある。
【００１２】
また、保護膜は白金等により感温抵抗体を基板上に形成した後、ＣＶＤ法等により形成され、これら基板、感温抵抗体、保護膜等の温度は、４００〜８００℃程度に暖められている。そして、この高温度時では白金による感温抵抗体と形成された保護膜との間には応力が発生していない。しかし、基板、感温抵抗体、保護膜等を室温に戻すと、白金と保護膜とではその熱膨張率の差により、異なった収縮を起こす。このため、室温では、感温抵抗体と保護膜との間には応力が発生し、保護膜にひび割れ（以下、クラックという）が生じることがある。
【００１３】
また、このクラックは、前述した熱処理工程によっても発生することがある。即ち、この熱処理工程では、基板、感温抵抗体、保護膜等は保護膜を形成するときの成形温度よりも高い温度に暖められ、この高温度時でも感温抵抗体と保護膜との間は応力が発生しないように緩和される。ところが、基板、感温抵抗体、保護膜等をこの高温状態から室温に戻したときには、感温抵抗体と保護膜との熱膨張率の差により、保護膜にクラックが発生してしまう。
【００１４】
このように、発生したクラックは、感温抵抗体側への水分等の浸入、機械的損傷、異物の侵入を発生させ、保護膜が有する感温抵抗体の保護機能を低下させてしまうという問題がある。
【００１５】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、本発明は感温抵抗体に絶縁膜等を接合するための密着層を廃止することにより、熱処理工程時に感温抵抗体の組成変化をなくすと共に、保護膜のひび割れを防止し、歩留を向上できるようにした流量検出装置を提供することを目的としている。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、請求項１の発明では、基板と、該基板上に設けられた絶縁膜と、該絶縁膜上に設けられた感温抵抗体と、該感温抵抗体の表面を覆って設けられた保護膜とを備えてなる流量検出装置において、前記感温抵抗体は、配線領域と該配線領域に接続され流量を検出するための検出領域とによって構成し、前記感温抵抗体の配線領域には複数個の導通孔を設け、前記保護膜は該各導通孔を通過して前記基板側の絶縁膜と接続する構成としたことを特徴としている。
【００１７】
このように構成することにより、保護膜は感温抵抗体に設けられた各導通孔を通過して絶縁膜まで導かれ、感温抵抗体を挟んで絶縁膜と保護膜とを密着性を高めた状態で接続でき、感温抵抗体を基板に固定することができる。
【００１８】
しかも、保護膜と絶縁膜とは各導通孔を通して部分的に固定されているから、保護膜と感温抵抗体との熱膨張率の違いによる応力を緩和して保護膜にクラックの発生をなくすことができる。
また、各導通孔を、感温抵抗体のうち電気抵抗に影響しない配線領域に形成したから、保護膜は該各導通孔を通して絶縁膜まで導かれる。これにより、絶縁膜と保護膜との間で配線領域を挟持し、感温抵抗体を基板に固定することができる。
一方、基板に沿って流体が流れるとき、検出領域はこの流体によって冷やされて抵抗値が変化する。このため、検出領域はこの抵抗値の変化を検出信号として配線領域を用いて外部に出力するから、この検出信号によって流体の流量（流速）を検出することができる。しかも、検出領域には導通孔を形成していないから、検出領域を流れる流体の流れが乱れるのを低減し、検出精度を高めることができる。
【００１９】
請求項２の発明では、感温抵抗体の配線領域は、基板上に設けられた正側配線領域と、該正側配線領域と隙間をもって前記基板に対向して配設された負側配線領域とからなり、感温抵抗体の検出領域はこれら正側配線領域と負側配線領域との長さ方向一端側に設け、前記各導通孔は前記正側配線領域と負側配線領域とにそれぞれ設けたことにある。
【００２０】
このように構成することにより、各導通孔を、感温抵抗体のうち電気抵抗に影響しない正側配線領域と負側配線領域とに形成し、保護膜は該各導通孔を通して絶縁膜まで導かれ、正側配線領域と負側配線領域は絶縁膜と保護膜との間で挟持し、該感温抵抗体を基板に固定することができる。
【００２１】
また、基板に沿って流体が流れるとき、検出領域はこの流体によって冷やされて抵抗値が変化し、この抵抗値の変化を検出信号として、各配線領域を用いて外部に出力し、この検出信号によって流体の流量（流速）を検出することができる。しかも、検出領域には導通孔を形成していないから、検出領域を流れる流体の流れが乱れるのを低減し、検出精度を高めることができる。
【００２２】
請求項３の発明では、正側配線領域と負側配線領域を、検出領域と基板との接触面積よりも広い接触面積をもって形成したことにある。
【００２３】
このように構成することにより、感温抵抗体のうち基板に対して広い接触面積を有する正側配線領域と負側配線領域とは、検出領域に比べて電気抵抗が小さくなっているから、配線領域に導通孔を形成しても電気抵抗に影響なく、各配線領域を通して検出領域と外部とを電気的に接続することができる。しかも、接触面積の広い各配線領域は、従来技術では感温抵抗体との密着性が低く、保護膜にクラックが発生し易い部分となる。そこで、この各配線領域に複数個の導通孔を形成し、該各導通孔を通して保護膜を絶縁膜まで導くことにより、正側配線領域と負側配線領域は絶縁膜と保護膜との間で挟持し、感温抵抗体を基板に固定することができる。
【００２４】
請求項４の発明では、各導通孔を、正側配線領域と負側配線領域の長さ方向に２個以上、幅方向に２列以上配置して設ける構成としたことにある。
【００２５】
このような構成とすることにより、基板から正側配線領域と負側配線領域とが剥離し易い部分を強化して接続することができ、基板に対する感温抵抗体の接合強度を高めることができる。
【００２６】
請求項５の発明では、感温抵抗体は、基板上に設けられた第１の感温抵抗体、ヒータ抵抗体、第２の感温抵抗体からなり、ヒータ抵抗体を挟んで幅方向一側に第１の感温抵抗体、幅方向他側に第２の感温抵抗体を並列に配設する構成としたことにある。
【００２７】
このように構成することにより、保護膜は各配線領域に設けられた各導通孔を通過して絶縁膜まで導かれ、各配線領域を挟んで絶縁膜と保護膜とを密着性を高めた状態で接続でき、基板に各抵抗体を固定することができる。
【００２８】
また、ヒータ抵抗体を挟んで第１の感温抵抗体と第２の感温抵抗体を幅方向に並列に配設することにより、基板に沿って流体が幅方向一側から流れたとき、第１の感温抵抗体が冷やされ、第２の感温抵抗体はヒータ抵抗体の熱を受けて暖められる。そして、第１，第２の感温抵抗体の抵抗値の変化から、流体の流れ方向と流量（流速）を検出することができる。
【００２９】
請求項６の発明では、絶縁膜と保護膜を窒化シリコン、酸化シリコンまたは窒化シリコンと酸化シリコンとの多層膜により形成し、感温抵抗体を白金膜により形成したことにある。
【００３０】
このように構成することにより、例えば絶縁膜と保護膜とを同じ窒化シリコンによって形成した場合には、保護膜は感温抵抗体に設けられた各導通孔を通過して絶縁膜まで導かれ、感温抵抗体を挟んで絶縁膜と保護膜とを密着性を高めた状態で接続することができる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る流量検出装置の実施の形態を、図１ないし図１１を参照しつつ詳細に説明する。
【００３２】
まず、図１ないし図９に基づいて、本発明による第１の実施の形態を述べる。１は被測流体が流れる流路となる筒体で、該筒体１はエンジンの吸気管（図示せず）の途中に接続されている。そして、エンジンの運転時には、前記吸気管を通して外部からエンジン本体の燃焼室内に吸入される吸入空気が筒体１内を矢示Ａ方向に流通する。
【００３３】
２は筒体１の外側面に設けられた回路ケーシングで、該回路ケーシング２内には後述する流量検出装置４から出力される検出信号から筒体１内を流れる吸入空気の流量を検出するための検出回路（図示せず）等が収容されている。
【００３４】
３は流量検出装置４を支持するため筒体１に設けられた支持体で、該支持体３は基端側が回路ケーシング２に取付けられ、先端側が筒体１内に突出すると共に、この先端側には後述の基板５が取付けられている。また、支持体３には、基板５側と回路ケーシング２内の前記検出回路とを接続するための配線部（図示せず）等が設けられている。
【００３５】
４は流量検出装置、５は該流量検出装置４の基台をなす基板で、該基板５は、シリコン板により例えば１０×２．５×０．５〔ｍｍ〕の板状に形成されている。また、該基板５の表面には後述する絶縁膜６が形成されている。
【００３６】
６は基板５の表面に形成された絶縁膜で、該絶縁膜６はシリコン板からなる基板５の表面に熱酸化法、ＣＶＤ法等の手段により、酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｏ_４）によって１〔μｍ〕程度の膜厚をもって形成されている。
【００３７】
７は基板５の裏面側からエッチング処理等を施すことにより形成された凹窪部で、該凹窪部７は裏面側から絶縁膜６の位置まで達し、該凹窪部６の底部に対応した基板５の表面側には、後述するヒータ抵抗体８のヒータ領域１２、上流側抵抗体１４の検出領域１８、下流側抵抗体２０の検出領域２４がそれぞれ配設され、この部分の大きさは、例えば１〜２×０．５〔ｍｍ〕程度となっている。
【００３８】
８は基板５の幅方向中間部に配置して設けられたヒータ抵抗体で、該ヒータ抵抗体８は、白金等の感温抵抗材料によって０．５〔μｍ〕程度の膜厚をもって形成されている。また、ヒータ抵抗体８は、図４に示すように、基板５上に設けられた台形状の正側配線領域９と、該正側配線領域９と隙間１０をもって前記基板５に対向して配設された台形状の負側配線領域１１と、これら正側配線領域９と負側配線領域１１との長さ方向一端側に設けられた検出領域としてのヒータ領域１２と、前記正側配線領域９，負側配線領域１１の長さ方向他端側に設けられた端子領域１３，１３とによって構成されている。また、正側配線領域９と負側配線領域１１は、検出領域１２と基板５との接触面積よりも広い接触面積をもって形成されている。
【００３９】
そして、各端子領域１３は、図２、図３に示すように、後述する保護膜２７を正方形状に開口することにより形成された電極パッドとして形成されている。そして、各端子領域１３には、ボンディングワイヤが接続され、該ボンディングワイヤを用いて外部の検出回路（いずれも図示せず）に接続されている。
【００４０】
１４は基板５の幅方向一側に配置して設けられた第１の感温抵抗体としての上流側抵抗体で、該上流側抵抗体１４は、ヒータ抵抗体８と同じ白金材料によって形成され、該上流側抵抗体１４は、略台形状の正側配線領域１５と、該正側配線領域１５と隙間１６をもって前記基板５に対向して配設された略台形状の負側配線領域１７と、配線領域１５，１７の長さ方向一端側に設けられた略Ｕ字状の検出領域１８と、前記配線領域１５，１７の長さ方向他端側に設けられた端子領域１９，１９とによって構成されている。そして、配線領域１５，１７は、検出領域１８と基板５との接触面積よりも広い接触面積をもって形成されている。
【００４１】
２０は基板５の幅方向他側に配置して設けられた第２の感温抵抗体としての下流側抵抗体で、該下流側抵抗体２０は、ヒータ抵抗体８、上流側抵抗体１４と同じ白金材料によって形成され、該下流側抵抗体２０は、略台形状の正側配線領域２１と、該正側配線領域２１と隙間２２をもって前記基板５に対向して配設された略台形状の負側配線領域２３と、配線領域２１，２３の長さ方向一端側に設けられた略Ｕ字状の検出領域２４と、前記配線領域２１，２３の長さ方向他端側に設けられた端子領域２５，２５とによって構成されている。そして、配線領域２１，２３は、検出領域２４と基板５との接触面積よりも広い接触面積をもって形成されている。
【００４２】
また、ヒータ抵抗体８のうち基板５に対して広い接触面積を有する正側配線領域９と負側配線領域１１は、ヒータ領域１２に比べて電気抵抗は小さくなっているから、該配線領域９，１１はヒータ領域１２と外部とを接続するための接続部材として構成されている。さらに、上流側抵抗体１４の配線領域１５，１７、下流側抵抗体２０の配線領域２１，２３も、検出領域１８，２４に比べて電気抵抗が小さくなっているから、これら配線領域１５，１７，２１，２３は検出領域１８，２４と外部とを接続するための接続部材として構成されている。
【００４３】
２６，２６，…は抵抗体８，１４，２０の厚さ方向に穿設された長方形状、楕円形状等の導通孔で、該各導通孔２６は、図４に示すように、ヒータ抵抗体８の配線領域９，１１、上流側抵抗体１４の配線領域１５，１７、下流側抵抗体２０の配線領域２１，２３に位置して穿設されている。また、該各導通孔２６は、配線領域９，１１，１５，１７，２１，２３に対してそれぞれ例えば長さ方向に４個、幅方向に３列配置して設けられている。
【００４４】
２７は抵抗体８，１４，２０と絶縁膜６の表面を覆うように設けられた保護膜で、該保護膜２７は、絶縁膜６と同様にＣＶＤ法等により酸化シリコン（ＳｉＯ_２）、窒化シリコン（Ｓｉ_３Ｏ_４）から形成され、該保護膜２７は抵抗体８，１４，２０の保護を図るものである。なお、ヒータ抵抗体８の配線領域９，１１、上流側抵抗体１４の配線領域１５，１７、下流側抵抗体２０の配線領域２１，２３の表面に形成された保護膜２７には、各導通孔２６に対応する部分が凹陥部２７Ａ，２７Ａ，…となっている。
【００４５】
ここで、図６に示すように、各導通孔２６によって、保護膜２７を形成するとき、該保護膜２７は各導通孔２６を通過して基板５側の絶縁膜６に導かれ、保護膜２７にはこの部分が凹陥部２７Ａとなる。また、各導通孔２６を通して保護膜２７を絶縁膜６に接続することにより、抵抗体８，１４，２０は保護膜２７と絶縁膜６との間に密着性を高めて固定されている。
【００４６】
本実施の形態による流量検出装置４は、上述の如き構成を有するもので、次に吸入空気の流量検出動作について説明する。
【００４７】
ここで、基板５上には、上流側抵抗体１４、ヒータ抵抗体８、下流側抵抗体２０を並列に配設しているから、図１，図２に示すように、吸入空気が基板５に沿って矢示Ａ方向から流通する場合には、基板５上の上流側に位置した上流側抵抗体１４の検出領域１８がこの空気によって冷やされ、下流側に位置した下流側抵抗体２０の検出領域２４はヒータ領域１２からの熱を受ける。この結果、上流側抵抗体１４と下流側抵抗体２０から出力される検出信号に差が発生し、この差を回路ケーシング２内の検出回路に出力し、該検出回路では、吸入空気の流れ方向と流速を算出することができる。しかも、ヒータ領域１２、検出領域１８，２４には導通孔２６が形成されていないから、ヒータ領域１２、検出領域１８，２４を流れる空気の流れが乱れるのを低減し、検出領域１８，２４での検出精度を高めることができる。
【００４８】
次に、図７ないし図９を参照しつつ、本実施の形態による流量検出装置４を製造する製造工程について説明する。なお、図７ないし図９は、図６と同様の要部を拡大した断面を示しているから、下流側抵抗体２０等は図示されていないが、他の上流側抵抗体１４、ヒータ抵抗体８と同時に製造されているものとする。
【００４９】
まず、図７に示す絶縁膜形成工程では、予め用意したシリコン材料からなる基板５上に熱酸化法、ＣＶＤ法等の手段により、酸化シリコン、窒化シリコン等の絶縁膜６を形成する。
【００５０】
次に、図８に示す感温抵抗体形成工程では、ＣＶＤ法、スパッタリング法等を用いて絶縁膜６上にヒータ抵抗体８、上流側抵抗体１４、下流側抵抗体２０を製造する。このとき、ヒータ抵抗体８の配線領域９，１１、上流側抵抗体１４の配線領域１５，１７、下流側抵抗体２０の配線領域２１，２３には、それぞれ複数個の導通孔２６が形成される。
【００５１】
さらに、図９に示す保護膜形成工程では、前記感温抵抗体形成工程で形成されえた抵抗体８，１４，２０の表面に、ＣＶＤ法等によって酸化シリコン、窒化シリコン等の保護膜２７を形成する。このとき、保護膜２７のうち各導通孔２６に対応した部分は、該導通孔２６を通して絶縁膜６に接続され、配線領域９，１１，１５，１７，２１，２３は保護膜２７と絶縁膜６との間に密着性を高めた状態で接合される。この後、基板５を不活性ガス（例えば、アルゴン）、窒素ガス等の雰囲気中で８００〜１０００℃程度で熱処理を施す。
【００５２】
かくして、本実施の形態による流量検出装置４では、抵抗体８，１４，２０の正側配線領域９，１５，２１と負側配線領域１１，１７，２３に、それぞれ複数個の導通孔２６を設け、保護膜２７を該各導通孔２６を通過させて基板５側の絶縁膜６に接続する構成としたから、従来、抵抗体と絶縁膜、抵抗体と保護膜とを接合するために必要であった金属酸化層からなる密着層を廃止することができる。これにより、熱処理工程時に密着層が感温抵抗体内に溶け込んで、感温抵抗体の組成を変えてしまう等の不具合をなくすことができる。この結果、ヒータ抵抗体８、上流側抵抗体１４、下流側抵抗体２０は、その温度係数によるばらつきをなくすことができ、流量検出装置４の検出感度を高めることができる。
【００５３】
さらに、上述した如く、保護膜２７を抵抗体８，１４，２０の表面に形成するとき、保護膜２７を各導通孔２６を通過させて絶縁膜６に接続するようにしたから、密着層を廃止しても、抵抗体８，１４，２０を基板５に対して固定することができる。そして、密着層を廃止することにより、製品毎に感温抵抗体の温度係数がばらつくのを規制し、流量検出装置の歩留りを高め、生産性を向上させることができる。
【００５４】
一方、本実施の形態では、抵抗体８，１４，２０のうち、基板５との接触面積の広い配線領域９，１１，１５，１７，２１，２３に複数個の導通孔２６を形成しているから、該配線領域９，１１，１５，１７，２１，２３を絶縁膜６と保護膜２７との間に固定することにより、ヒータ領域１２、検出領域１８，２４等も基板５に固定することができる。
【００５５】
しかも、保護膜２７は各導通孔２６を通して絶縁膜６に部分的に固定されているから、保護膜２７と抵抗体８，１４，２０との熱膨張率の違いによる応力を緩和することができ、従来、保護膜に発生していたクラックの発生を防止し、保護膜２７による各抵抗体８，１４，２０の保護を確実に行うことができる。これにより、流量検出装置４は、その寿命を延ばし、信頼性を高めることができる。
【００５６】
次に、本発明による第２の実施の形態を図１０に基づいて説明するに、本実施の形態では、基板上に形成した感温抵抗体を１個とし、正側配線領域と負側配線領域に形成される導通孔は、正側配線領域と負側配線領域のうち外周側に形成したことにある。なお、本実施の形態では前述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００５７】
３１は本実施の形態に用いられる流量検出装置、３２は該流量検出装置３１の基台をなすシリコン板により形成された基板で、該基板３２の表面には絶縁膜３３が酸化膜、窒化膜等よって形成されている。また、基板３２の裏面側にはエッチング処理等によって凹窪部３４が形成されている。
【００５８】
３５は基板３２に設けられた感温抵抗体で、該感温抵抗体３５は、白金等の感温抵抗材料によって膜状に形成され、略台形状の正側配線領域３６と、該正側配線領域３６と隙間３７をもって前記基板３２に対向して配設された略台形状の負側配線領域３８と、配線領域３６，３８の長さ方向一端側に設けられた略Ｕ字状の検出領域３９と、前記配線領域３６，３８の長さ方向他端側に設けられた端子領域４０，４０とによって構成されている。そして、配線領域３６，３８は、検出領域３９と基板３２との接触面積よりも広い接触面積で形成されている。
【００５９】
４１，４１，…は感温抵抗体３５の正側配線領域３６と負側配線領域３８に形成された長方形状、楕円形状等の導通孔で、該各導通孔４１は配線領域３６，３８のうち、幅方向に２列にして形成されている。
【００６０】
４２は感温抵抗体３５の表面を覆うように設けられた保護膜で、該保護膜４２は、絶縁膜３３と同様にＣＶＤ法等によって酸化膜、窒化膜等よって形成され、感温抵抗体３５の保護を図るものである。ここで、保護膜４２は該各導通孔４１を通過して基板３２側の絶縁膜３３に導かれるところが、保護膜４２の表面には凹陥部４２Ａとして形成されている。
【００６１】
このように構成される本実施の形態でも、前述した第１の実施の形態と同様に、感温抵抗体３５を挟んで絶縁膜３３と保護膜４２とを接続することにより、該感温抵抗体３５を基板３２に固定することができる。
【００６２】
なお、前記各実施の形態では、正側配線領域９，１５，２１，３６を吸入空気の流れに対して上流側に配設し、負側配線領域１１，１７，２３，３８を下流側に配設する構成としたが、本発明はこれに限らず、負側配線領域１１，１７，２３，３８を上流側に配設し、正側配線領域９，１５，２１，３６を下流側に配設する構成としてもよい。
【００６３】
また、第２の実施の形態では、各導通孔４１を正側配線領域３６と負側配線領域３８の幅方向に２列にして形成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、図１１の変形例に示すように、配線領域３６，３８の幅方向中間にも導通孔４１′を形成してもよいことは勿論である。
【００６４】
また、実施の形態では、流量検出装置を自動車用エンジン等の吸入空気量の計測に用いる場合を例に挙げて述べたが、これに限らず、任意の気体の流量または流速を検出する場合に適用していもよい。
【００６５】
さらに、各実施の形態では、絶縁膜６（３３）、保護膜２７（４２）を酸化シリコン、窒化シリコンによって形成した場合について述べたが、これに限らず、絶縁膜と保護膜に窒化シリコンと酸化シリコンとを交互に多層に形成した多層膜に代えて用いてもよい。
【００６６】
【発明の効果】
以上詳述した如く、請求項１の本発明によれば、感温抵抗体の配線領域に複数個の導通孔を設け、保護膜を該各導通孔を通過させて基板側の絶縁膜と接続する構成としたから、感温抵抗体を挟んで絶縁膜と保護膜とを密着性を高めた状態で接続でき、感温抵抗体を基板に固定することができる。そして、従来必要であった密着層を廃止でき、熱処理工程時に感温抵抗体の組成変化をなくし、流量検出装置の検出感度を高めることができる。さらに、製品毎に感温抵抗体の温度係数がばらつくのを規制でき、製品の歩留りを高め、生産性を向上させることができる。
【００６７】
しかも、保護膜は絶縁膜に各導通孔を通して部分的に固定されているから、熱膨張率の違いにより、保護膜と感温抵抗体との間に発生する応力を緩和し、保護膜にクラックが発生するのを防止し、保護膜の信頼性を高め、流量検出装置の寿命を延ばすことができる。
また、各導通孔を感温抵抗体のうち電気抵抗に影響しない配線領域に形成したから、該各導通孔を通して保護膜を絶縁膜に接続し、絶縁膜と保護膜との間で配線領域を挟持することができ、感温抵抗体を基板に固定することができる。一方、検出領域には導通孔を形成していないから、検出領域を流れる流体の流れが乱れるのを低減し、検出精度を高めることができる。
【００６８】
請求項２の発明では、感温抵抗体の配線領域を、正側配線領域と、該正側配線領域に隙間をもって対向した負側配線領域とによって構成し、感温抵抗体の検出領域をこれら正側配線領域と負側配線領域との長さ方向一端側に設け、各導通孔を感温抵抗体のうち電気抵抗に影響しない正側配線領域と負側配線領域とに形成したから、保護膜は該各導通孔を通して絶縁膜まで導かれ、正側配線領域と負側配線領域は絶縁膜と保護膜との間に挟持され、該感温抵抗体を基板に固定することができる。
【００６９】
また、基板に沿って流体が流れるとき、検出領域はこの流体によって冷やされて抵抗値が変化し、この抵抗値の変化を検出信号として、各配線領域を用いて外部に出力し、この検出信号によって流体の流量（流速）を検出することができる。
【００７０】
請求項３の発明では、正側配線領域と負側配線領域を、検出領域と基板との接触面積よりも広い接触面積をもって形成し、接触面積の広い各配線領域は、従来技術では感温抵抗体との密着性が低く、保護膜にクラックが発生し易い部分となるから、この各配線領域に複数個の導通孔を形成し、該各導通孔を通して保護膜を絶縁膜に部分的に固定することができる。これにより、保護膜と絶縁膜との間に感温抵抗体を固定し、保護膜は絶縁膜に各導通孔を通して部分的に固定されているから、熱膨張率の違いにより、保護膜と感温抵抗体との間に発生する応力を緩和し、クラックの発生を防止し、保護膜の信頼性を高め、流量検出装置の寿命を延ばすことができる。
【００７１】
請求項４の発明では、各導通孔を、正側配線領域と負側配線領域の長さ方向に２個以上、幅方向に２列以上配置して設ける構成としたから、基板から正側配線領域と負側配線領域とが剥離し易い部分を強化して接続することができ、基板に対する感温抵抗体の接合強度を高めることができる。
【００７２】
請求項５の発明では、感温抵抗体は、基板上に設けられた第１の感温抵抗体、ヒータ抵抗体、第２の感温抵抗体からなり、ヒータ抵抗体を挟んで幅方向一側に第１の感温抵抗体、幅方向他側に第２の感温抵抗体を並列に配設する構成としたから、基板に沿って流体が幅方向一側から流れたとき、第１の感温抵抗体が冷やされ、第２の感温抵抗体はヒータ抵抗体の熱を受けて暖められる。そして、第１，第２の感温抵抗体の抵抗値の変化から、流体の流れ方向と流量（流速）を検出することができる。
【００７３】
請求項６の発明では、絶縁膜と保護膜を窒化シリコン、酸化シリコンまたは窒化シリコンと酸化シリコンとの多層膜により形成し、感温抵抗体を白金により形成したから、例えば絶縁膜と保護膜とを同じ窒化シリコンによって形成した場合には、保護膜は白金によって形成された感温抵抗体に設けられた各導通孔を通過して絶縁膜まで導かれ、感温抵抗体を挟んで絶縁膜と保護膜とを密着性を高めた状態で接続することができる。しかも、感温抵抗体を白金により形成しているから、流体によって感温抵抗体が冷やされたときに抵抗値が変化する。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に用いる流量検出装置を筒体内に配設した状態を示す縦断面図である。
【図２】第１の実施の形態に係る流量検出装置を示す斜視図である。
【図３】第１の実施の形態に係る流量検出装置を示す平面図である。
【図４】基板上に形成した感温抵抗体を示す斜視図である。
【図５】図３中の矢示Ｖ−Ｖ方向からみた検出領域の要部拡大断面図である。
【図６】図３中の矢示ＶＩ−ＶＩ方向からみた抵抗体、絶縁膜、保護膜の接続状態を示す要部拡大断面図である。
【図７】基板の表面に絶縁膜を形成する絶縁膜形成工程を示す断面図である。
【図８】絶縁膜形成工程で形成した絶縁膜上に感温抵抗体を形成する感温抵抗体形成工程を示す断面図である。
【図９】感温抵抗体形成工程で形成した感温抵抗体上に保護膜を形成する保護膜形成工程を示す断面図である。
【図１０】第２の実施の形態による流量検出装置を示す平面図である。
【図１１】第２の実施の形態による流量検出装置の変形例を示す平面図である。
【符号の説明】
４，３１流量検出装置
５，３２基板
６，３３絶縁膜
８ヒータ抵抗体
９，１５，２１，３６正側配線領域
１０，１６，２２，３７隙間
１１，１７，２３，３８負側配線領域
１２ヒータ領域（検出領域）
１３，１９，２５，４０端子領域
１４上流側抵抗体（第１の感温抵抗体）
１８，２４，３９検出領域
２０下流側抵抗体（第２の感温抵抗体）
２６，４１，４１′ 導通孔
２７，４２保護膜
３５感温抵抗体[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a flow detection device suitable for detecting an intake air amount of, for example, an automobile engine, and more particularly to a flow detection device formed on a substrate by a semiconductor manufacturing technique such as an etching process.
[0002]
[Prior art]
Generally, in an automobile engine or the like, in order to calculate an amount of fuel to be injected into a fuel chamber of an engine body, a flow rate or a flow rate (hereinafter, referred to as a flow rate) of intake air is measured by a flow rate detection device provided in an intake pipe of the engine. The intake air amount of the engine is calculated based on the detection result.
[0003]
A flow detecting device of this type according to the related art includes a substrate, an insulating film provided on the substrate, and a temperature-sensitive resistor provided on the insulating film. No. 44627, and the like.
[0004]
In this case, in the related art, a temperature-sensitive resistor made of a temperature-sensitive resistance material such as platinum is formed as a wiring pattern on a substrate formed of a silicon material or the like by etching. The temperature-sensitive resistor is connected to a detection circuit provided externally for detecting the resistance value.
[0005]
Further, since the substrate is mounted in a state of being exposed in the intake pipe of the engine, the temperature-sensitive resistor on the substrate contacts the intake air flowing through the intake pipe toward the engine body in this state. During operation of the engine, an electric current is supplied from an external detection circuit to the temperature-sensitive resistor to cause the temperature-sensitive resistor to generate heat, and the temperature-sensitive resistor is generated according to the flow rate of the fluid flowing along the substrate. Cooled.
[0006]
As a result, the resistance value of the temperature-sensitive resistor changes in accordance with the flow rate of the intake air. Therefore, the detection circuit detects the change in the resistance value as a voltage signal, and based on the detection result, detects the intake of the engine. This is for calculating the amount of air.
[0007]
In general, an insulating film is formed of silicon oxide, silicon nitride, or the like on the surface of a silicon substrate, and a protective film is formed of silicon oxide, silicon nitride, or the like on the surface of the temperature-sensitive resistor. The temperature-sensitive resistor is fixed on the substrate while being sandwiched between the insulating film and the protective film.
[0008]
Furthermore, in order to increase the bonding strength between the insulating film and the temperature-sensitive resistor, and between the temperature-sensitive resistor and the protective film, between the insulating film and the temperature-sensitive resistor, and between the temperature-sensitive resistor and the protective film, Adhesion layers made of a metal oxide are provided.
[0009]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in the above-described conventional flow rate detecting device, after forming an insulating film, a temperature-sensitive resistor, and a protective film on a substrate surface by using an etching process, a CVD method, an RIE method, or the like, the temperature-sensitive resistor is formed. In order to adjust the temperature coefficient of platinum or the like which is a material of the above, heat treatment was performed at about 800 to 1000 ° C. in an atmosphere of an inert gas (for example, argon), a nitrogen gas or the like.
[0010]
However, during this heat treatment step, the adhesion layers formed above and below the temperature-sensitive resistor may melt into the temperature-sensitive resistor, and the composition of the temperature-sensitive resistor may change. For this reason, when the flow rate is detected using this temperature-sensitive resistor, the detection signal varies due to a change in the temperature coefficient.
[0011]
Furthermore, the temperature coefficient of the temperature-sensitive resistor changes for each product,RThis leads to a problem of worsening the productivity and deteriorating the reliability.
[0012]
The protective film is formed by forming a temperature-sensitive resistor on a substrate using platinum or the like, and then formed by a CVD method or the like. The temperature of the substrate, the temperature-sensitive resistor, the protective film, and the like is increased to about 400 to 800 ° C. ing. At this high temperature, no stress is generated between the temperature-sensitive resistor made of platinum and the formed protective film. However, when the substrate, the temperature-sensitive resistor, the protective film and the like are returned to room temperature, different contractions occur between platinum and the protective film due to the difference in the coefficient of thermal expansion. For this reason, at room temperature, stress is generated between the temperature-sensitive resistor and the protective film, and cracks (hereinafter, referred to as cracks) may occur in the protective film.
[0013]
In addition, this crack may also be generated by the above-described heat treatment step. That is, in this heat treatment step, the substrate, the temperature-sensitive resistor, the protective film, and the like are heated to a temperature higher than the molding temperature at the time of forming the protective film. Is relaxed so that no stress is generated. However, when the substrate, the temperature-sensitive resistor, the protective film, and the like are returned from this high temperature state to room temperature, cracks occur in the protective film due to the difference in the coefficient of thermal expansion between the temperature-sensitive resistor and the protective film.
[0014]
As described above, the generated cracks cause invasion of moisture and the like to the temperature-sensitive resistor side, cause mechanical damage, and invasion of foreign matter, thereby deteriorating the protection function of the temperature-sensitive resistor included in the protective film. is there.
[0015]
The present invention has been made in view of the above-described problems of the related art, and the present invention eliminates an adhesion layer for bonding an insulating film or the like to a temperature-sensitive resistor, thereby changing the composition of the temperature-sensitive resistor during a heat treatment process. It is an object of the present invention to provide a flow rate detection device that eliminates cracks, prevents cracks in a protective film, and improves the yield.
[0016]
[Means for Solving the Problems]
In order to solve the above-mentioned problem, in the invention of claim 1, a substrate, an insulating film provided on the substrate, a temperature-sensitive resistor provided on the insulating film, and a temperature-sensitive resistor In a flow rate detection device comprising a protective film provided over the surface,The temperature-sensitive resistor is configured by a wiring region and a detection region connected to the wiring region for detecting a flow rate,The temperature-sensitive resistorWiring areaIs provided with a plurality of conductive holes, and the protective film passes through each conductive hole and is connected to the insulating film on the substrate side.
[0017]
With this configuration, the protective film passes through each conduction hole provided in the temperature-sensitive resistor and is led to the insulating film, and enhances the adhesion between the insulating film and the protective film with the temperature-sensitive resistor interposed therebetween. And the temperature-sensitive resistor can be fixed to the substrate.
[0018]
In addition, since the protective film and the insulating film are partially fixed through the respective conduction holes, stress caused by the difference in the coefficient of thermal expansion between the protective film and the temperature-sensitive resistor is alleviated to eliminate cracks in the protective film. be able to.
In addition, since each conduction hole is formed in the wiring region of the temperature-sensitive resistor that does not affect the electric resistance, the protective film is guided to the insulating film through each conduction hole. Thus, the wiring region can be sandwiched between the insulating film and the protective film, and the temperature-sensitive resistor can be fixed to the substrate.
On the other hand, when a fluid flows along the substrate, the detection region is cooled by the fluid and the resistance value changes. For this reason, since the detection area outputs the change in the resistance value as a detection signal to the outside using the wiring area, the flow rate (flow velocity) of the fluid can be detected based on the detection signal. Moreover, since no conduction hole is formed in the detection region, disturbance of the flow of the fluid flowing through the detection region can be reduced, and detection accuracy can be improved.
[0019]
According to the invention of claim 2, the temperature-sensitive resistor is provided.The wiring area ofA positive-side wiring region provided on the substrate, and a negative-side wiring region disposed to face the substrate with a gap from the positive-side wiring region.And the detection area of the temperature sensitive resistor isIt is installed at one end in the length direction of the positive wiring area and the negative wiring area.Ke,The conductive holes are provided in the positive wiring region and the negative wiring region, respectively.
[0020]
With this configuration, each conductive hole is formed in the positive wiring region and the negative wiring region that do not affect the electrical resistance of the temperature-sensitive resistor, and the protective film is guided to the insulating film through each conductive hole. In other words, the positive wiring region and the negative wiring region can be sandwiched between the insulating film and the protective film, and the temperature-sensitive resistor can be fixed to the substrate.
[0021]
Also, when a fluid flows along the substrate, the detection area is cooled by the fluid and the resistance value changes, and the change in the resistance value is output to the outside using each wiring area as a detection signal. Thus, the flow rate (flow velocity) of the fluid can be detected. Moreover, since no conduction hole is formed in the detection region, disturbance of the flow of the fluid flowing through the detection region can be reduced, and detection accuracy can be improved.
[0022]
According to a third aspect of the present invention, the positive wiring region and the negative wiring region are formed with a contact area larger than a contact area between the detection region and the substrate.
[0023]
With this configuration, the positive-side wiring region and the negative-side wiring region having a large contact area with the substrate among the temperature-sensitive resistors have lower electrical resistance than the detection region. Even if a conduction hole is formed in the region, the detection region can be electrically connected to the outside through each wiring region without affecting the electric resistance. In addition, each wiring region having a large contact area has a low adhesion to the temperature-sensitive resistor in the related art, and is a portion where cracks easily occur in the protective film. Therefore, a plurality of conductive holes are formed in each wiring region, and the protective film is guided to the insulating film through each conductive hole, so that the positive wiring region and the negative wiring region are located between the insulating film and the protective film. Thus, the temperature-sensitive resistor can be fixed to the substrate.
[0024]
According to a fourth aspect of the present invention, two or more conductive holes are provided in the length direction of the positive wiring region and the negative wiring region and two or more rows are provided in the width direction.
[0025]
With such a configuration, a portion where the positive wiring region and the negative wiring region are easily separated from the substrate can be strengthened and connected, and the bonding strength of the temperature sensitive resistor to the substrate can be increased. .
[0026]
According to the fifth aspect of the present invention, the temperature-sensitive resistor includes a first temperature-sensitive resistor, a heater resistor, and a second temperature-sensitive resistor provided on the substrate, and is arranged in the width direction with the heater resistor interposed therebetween. The first temperature-sensitive resistor is arranged on the side and the second temperature-sensitive resistor is arranged in parallel on the other side in the width direction.
[0027]
With this configuration, the protective film is guided to the insulating film through each of the conduction holes provided in each wiring region, and the insulating film and the protective film are sandwiched between the wiring regions to improve the adhesion. And the resistors can be fixed to the substrate.
[0028]
Further, by disposing the first temperature-sensitive resistor and the second temperature-sensitive resistor in parallel in the width direction with the heater resistor interposed therebetween, when the fluid flows from one side in the width direction along the substrate, The first temperature-sensitive resistor is cooled, and the second temperature-sensitive resistor is heated by the heat of the heater resistor. Then, the flow direction and the flow rate (flow velocity) of the fluid can be detected from the change in the resistance value of the first and second temperature-sensitive resistors.
[0029]
According to a sixth aspect of the present invention, the insulating film and the protective film are formed of silicon nitride, silicon oxide, or a multilayer film of silicon nitride and silicon oxide, and the temperature-sensitive resistor is formed of a platinum film.
[0030]
With this configuration, for example, when the insulating film and the protective film are formed of the same silicon nitride, the protective film is guided to the insulating film through each through hole provided in the temperature-sensitive resistor, The insulating film and the protective film can be connected to each other with the temperature-sensitive resistor sandwiched therebetween while the adhesion is enhanced.
[0031]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of a flow detection device according to the present invention will be described in detail with reference to FIGS.
[0032]
First, a first embodiment according to the present invention will be described with reference to FIGS. Reference numeral 1 denotes a cylinder serving as a flow path through which a fluid to be measured flows, and the cylinder 1 is connected in the middle of an intake pipe (not shown) of the engine. During operation of the engine, intake air drawn into the combustion chamber of the engine body from the outside through the intake pipe flows in the cylinder 1 in the direction of arrow A.
[0033]
Reference numeral 2 denotes a circuit casing provided on the outer surface of the cylindrical body 1. The circuit casing 2 detects the flow rate of intake air flowing through the cylindrical body 1 from a detection signal output from a flow rate detection device 4 described later. (Not shown) and the like are accommodated.
[0034]
Reference numeral 3 denotes a support provided on the cylindrical body 1 for supporting the flow rate detecting device 4. The support 3 has a base end side attached to the circuit casing 2, a distal end side protruding into the cylindrical body 1, and a distal end side. Is mounted with a substrate 5 described later. Further, the support 3 is provided with a wiring portion (not shown) for connecting the substrate 5 side and the detection circuit in the circuit casing 2 and the like.
[0035]
Reference numeral 4 denotes a flow detection device, and reference numeral 5 denotes a substrate serving as a base of the flow detection device 4, and the substrate 5 is formed of a silicon plate into a plate shape of, for example, 10 × 2.5 × 0.5 [mm]. . In addition, an insulating film 6 described later is formed on the surface of the substrate 5.
[0036]
Reference numeral 6 denotes an insulating film formed on the surface of the substrate 5. The insulating film 6 is formed on the surface of the substrate 5 made of a silicon plate by means of a thermal oxidation method, a CVD method, or the like.₂ ), Silicon nitride (Si₃ O₄ ) To have a thickness of about 1 μm.
[0037]
Reference numeral 7 denotes a concave portion formed by performing an etching process or the like from the rear surface side of the substrate 5. On the front side of the substrate 5, a heater region 12 of a heater resistor 8, a detection region 18 of an upstream resistor 14, and a detection region 24 of a downstream resistor 20, which will be described later, are provided, respectively. For example, it is about 1 to 2 × 0.5 [mm].
[0038]
Reference numeral 8 denotes a heater resistor provided at a middle portion of the substrate 5 in the width direction. The heater resistor 8 is formed of a temperature-sensitive resistance material such as platinum and has a thickness of about 0.5 μm. I have. As shown in FIG. 4, the heater resistor 8 is disposed on the substrate 5 such that the trapezoidal positive wiring region 9 is provided on the substrate 5, and the heater resistor 8 is opposed to the substrate 5 with a gap 10 from the positive wiring region 9. A trapezoidal negative wiring region 11 provided; a heater region 12 as a detection region provided at one end in the length direction of the positive wiring region 9 and the negative wiring region 11; 9, a terminal region 13 provided on the other end side in the length direction of the negative wiring region 11. Further, the positive wiring region 9 and the negative wiring region 11 are formed with a contact area larger than the contact area between the detection region 12 and the substrate 5.
[0039]
As shown in FIGS. 2 and 3, each terminal region 13 is formed as an electrode pad formed by opening a protective film 27 described later in a square shape. Each terminal region 13 is connected to a bonding wire, and is connected to an external detection circuit (neither is shown) using the bonding wire.
[0040]
Reference numeral 14 denotes an upstream resistor serving as a first temperature-sensitive resistor provided on one side in the width direction of the substrate 5. The upstream resistor 14 is formed of the same platinum material as the heater resistor 8. The upstream resistor 14 includes a substantially trapezoidal positive wiring region 15 and a substantially trapezoidal negative wiring region 17 disposed opposite the substrate 5 with a gap 16 from the positive wiring region 15. A substantially U-shaped detection region 18 provided at one end in the length direction of the wiring regions 15 and 17, and terminal regions 19 and 19 provided at the other end in the length direction of the wiring regions 15 and 17. It is constituted by. The wiring regions 15 and 17 are formed with a contact area larger than the contact area between the detection region 18 and the substrate 5.
[0041]
Reference numeral 20 denotes a downstream resistor as a second temperature-sensitive resistor provided on the other side in the width direction of the substrate 5. The downstream resistor 20 includes the heater resistor 8 and the upstream resistor 14. The downstream-side resistor 20 is formed of the same platinum material, and has a substantially trapezoidal positive wiring region 21 and a substantially trapezoidal shape that is disposed to face the substrate 5 with a gap 22 from the positive wiring region 21. , A substantially U-shaped detection region 24 provided at one end in the length direction of the wiring regions 21 and 23, and a detection region 24 provided at the other end in the length direction of the wiring regions 21 and 23. It is constituted by the terminal regions 25, 25. The wiring regions 21 and 23 are formed with a contact area larger than the contact area between the detection region 24 and the substrate 5.
[0042]
The electrical resistance of the positive wiring region 9 and the negative wiring region 11 having a large contact area with the substrate 5 of the heater resistor 8 is smaller than that of the heater region 12. , 11 are configured as connecting members for connecting the heater region 12 to the outside. Further, the wiring regions 15 and 17 of the upstream resistor 14 and the wiring regions 21 and 23 of the downstream resistor 20 also have lower electric resistances than the detection regions 18 and 24, so that these wiring regions 15 and 17 are used. , 21 and 23 are configured as connecting members for connecting the detection areas 18 and 24 to the outside.
[0043]
.. Are rectangular or elliptical conductive holes formed in the thickness direction of the resistors 8, 14, 20. Each of the conductive holes 26 is a heater resistor as shown in FIG. 8 are located in the wiring regions 9 and 11, the wiring regions 15 and 17 of the upstream resistor 14, and the wiring regions 21 and 23 of the downstream resistor 20. The conductive holes 26 are provided in the wiring regions 9, 11, 15, 17, 21, and 23, for example, four in the length direction and three in the width direction.
[0044]
27 is a protective film provided so as to cover the surfaces of the resistors 8, 14, 20 and the insulating film 6. The protective film 27 is made of silicon oxide (SiO.₂ ), Silicon nitride (Si₃ O₄ ), And the protection film 27 is for protecting the resistors 8, 14, and 20. The protective films 27 formed on the surfaces of the wiring regions 9 and 11 of the heater resistor 8, the wiring regions 15 and 17 of the upstream resistor 14, and the wiring regions 21 and 23 of the downstream resistor 20 are connected to each other. Portions corresponding to the holes 26 are recesses 27A, 27A,.
[0045]
Here, as shown in FIG. 6, when the protective film 27 is formed by the conductive holes 26, the protective film 27 passes through the conductive holes 26 and is led to the insulating film 6 on the substrate 5 side. In FIG. 27, this portion becomes a concave portion 27A. Further, by connecting the protective film 27 to the insulating film 6 through each of the conduction holes 26, the resistors 8, 14, 20 are fixed between the protective film 27 and the insulating film 6 with increased adhesion.
[0046]
The flow rate detection device 4 according to the present embodiment has the above-described configuration. Next, the operation of detecting the flow rate of the intake air will be described.
[0047]
Here, since the upstream resistor 14, the heater resistor 8, and the downstream resistor 20 are arranged in parallel on the substrate 5, as shown in FIGS. When the air flows in the direction indicated by the arrow A along the arrow, the detection area 18 of the upstream resistor 14 located on the upstream side of the substrate 5 is cooled by the air, and the detection area 18 of the downstream resistor 20 located on the downstream side is cooled. Detection area 24 receives heat from heater area 12. As a result, a difference occurs between the detection signals output from the upstream resistor 14 and the downstream resistor 20, and the difference is output to a detection circuit in the circuit casing 2, and the detection circuit determines the flow direction of the intake air. And the flow velocity can be calculated. In addition, since the conduction holes 26 are not formed in the heater region 12 and the detection regions 18 and 24, disturbance of the flow of air flowing through the heater region 12 and the detection regions 18 and 24 is reduced. Detection accuracy can be improved.
[0048]
Next, a manufacturing process for manufacturing the flow rate detecting device 4 according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 7 to 9 show an enlarged cross section of the main part similar to that of FIG. 6, the downstream resistor 20 and the like are not shown, but the other upstream resistor 14 and the heater resistor are not shown. 8 and is manufactured at the same time.
[0049]
First, in the insulating film forming step shown in FIG. 7, an insulating film 6 of silicon oxide, silicon nitride, or the like is formed on a substrate 5 made of a silicon material prepared in advance by a method such as a thermal oxidation method or a CVD method.
[0050]
Next, in the temperature-sensitive resistor forming step shown in FIG. 8, the heater resistor 8, the upstream resistor 14, and the downstream resistor 20 are manufactured on the insulating film 6 by using a CVD method, a sputtering method, or the like. At this time, a plurality of conductive holes 26 are formed in the wiring regions 9 and 11 of the heater resistor 8, the wiring regions 15 and 17 of the upstream resistor 14, and the wiring regions 21 and 23 of the downstream resistor 20, respectively. You.
[0051]
Further, in the protective film forming step shown in FIG. 9, a protective film 27 of silicon oxide, silicon nitride or the like is formed on the surfaces of the resistors 8, 14, 20 formed in the temperature-sensitive resistor forming step by a CVD method or the like. I do. At this time, a portion of the protective film 27 corresponding to each conductive hole 26 is connected to the insulating film 6 through the conductive hole 26, and the wiring regions 9, 11, 15, 17, 21, and 23 are formed by the protective film 27 6 is joined in a state where the adhesion is enhanced. Thereafter, the substrate 5 is subjected to a heat treatment at about 800 to 1000 ° C. in an atmosphere of an inert gas (for example, argon), a nitrogen gas or the like.
[0052]
Thus, in the flow rate detection device 4 according to the present embodiment, a plurality of conduction holes 26 are respectively formed in the positive wiring regions 9, 15, 21 and the negative wiring regions 11, 17, 23 of the resistors 8, 14, 20. And the protective film 27 is connected to the insulating film 6 on the substrate 5 side by passing through each of the conductive holes 26. Therefore, conventionally, it is necessary to join the resistor to the insulating film and the resistor to the protective film. The adhesive layer made of the metal oxide layer can be eliminated. Accordingly, it is possible to eliminate such a problem that the adhesion layer is melted into the temperature-sensitive resistor during the heat treatment step and the composition of the temperature-sensitive resistor is changed. As a result, the heater resistor 8, the upstream resistor 14, and the downstream resistor 20 can eliminate the variation due to the temperature coefficient, and can increase the detection sensitivity of the flow detection device 4.
[0053]
Further, as described above, when forming the protective film 27 on the surfaces of the resistors 8, 14, and 20, the protective film 27 is connected to the insulating film 6 by passing through the respective conduction holes 26. Even if it is abolished, the resistors 8, 14, and 20 can be fixed to the substrate 5. By eliminating the adhesion layer, it is possible to restrict the temperature coefficient of the temperature-sensitive resistor from varying for each product, increase the yield of the flow rate detection device, and improve the productivity.
[0054]
On the other hand, in the present embodiment, a plurality of conductive holes 26 are formed in the wiring regions 9, 11, 15, 17, 21, 21 and 23 of the resistors 8, 14, and 20 having a large contact area with the substrate 5. Therefore, by fixing the wiring regions 9, 11, 15, 17, 21, and 23 between the insulating film 6 and the protective film 27, the heater region 12, the detection regions 18, 24, and the like are also fixed to the substrate 5. be able to.
[0055]
In addition, since the protective film 27 is partially fixed to the insulating film 6 through each of the conduction holes 26, stress due to a difference in the coefficient of thermal expansion between the protective film 27 and the resistors 8, 14, and 20 can be reduced. In addition, it is possible to prevent the occurrence of cracks that have conventionally occurred in the protective film, and to reliably protect the resistors 8, 14, and 20 by the protective film 27. Thereby, the life of the flow detecting device 4 can be extended and the reliability can be improved.
[0056]
Next, a second embodiment according to the present invention will be described with reference to FIG. 10. In this embodiment, a single temperature-sensitive resistor is formed on a substrate, and a positive wiring region and a negative wiring are formed. The conduction hole formed in the region is formed on the outer peripheral side of the positive wiring region and the negative wiring region. Note that, in the present embodiment, the same components as those in the above-described first embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted.
[0057]
Reference numeral 31 denotes a flow rate detecting device used in the present embodiment, 32 denotes a substrate formed of a silicon plate serving as a base of the flow rate detecting device 31. On the surface of the substrate 32, an insulating film 33 has an oxide film and a nitride film. And so on. A concave portion 34 is formed on the back surface of the substrate 32 by etching or the like.
[0058]
Reference numeral 35 denotes a temperature-sensitive resistor provided on the substrate 32. The temperature-sensitive resistor 35 is formed in a film shape from a temperature-sensitive resistance material such as platinum, and has a substantially trapezoidal positive-side wiring region 36, A substantially trapezoidal negative wiring region 38 disposed opposite the substrate 32 with a wiring region 36 and a gap 37, and a substantially U-shaped detection provided at one longitudinal end of the wiring regions 36, 38 It comprises a region 39 and terminal regions 40, 40 provided on the other ends in the length direction of the wiring regions 36, 38. The wiring areas 36 and 38 are formed with a contact area larger than the contact area between the detection area 39 and the substrate 32.
[0059]
.. Are rectangular or elliptical conductive holes formed in the positive-side wiring region 36 and the negative-side wiring region 38 of the temperature-sensitive resistor 35. The respective conductive holes 41 are formed in the wiring regions 36, 38. Of these, they are formed in two rows in the width direction.
[0060]
Reference numeral 42 denotes a protective film provided to cover the surface of the temperature-sensitive resistor 35. The protective film 42 is formed of an oxide film, a nitride film, or the like by a CVD method or the like in the same manner as the insulating film 33. 35 is to be protected. Here, where the protective film 42 is guided to the insulating film 33 on the substrate 32 side through each of the conduction holes 41, a surface of the protective film 42 is formed as a recess 42 </ b> A.
[0061]
In the present embodiment thus configured, as in the first embodiment, by connecting the insulating film 33 and the protective film 42 with the temperature-sensitive resistor 35 interposed therebetween, the temperature-sensitive resistance can be reduced. The body 35 can be fixed to the substrate 32.
[0062]
In each of the above embodiments, the positive wiring regions 9, 15, 21, and 36 are disposed upstream with respect to the flow of the intake air, and the negative wiring regions 11, 17, 23, and 38 are disposed downstream. However, the present invention is not limited to this. The negative wiring regions 11, 17, 23, and 38 are disposed on the upstream side, and the positive wiring regions 9, 15, 21, and 36 are disposed on the downstream side. It may be configured to be provided.
[0063]
Further, in the second embodiment, the case where each conduction hole 41 is formed in two rows in the width direction of the positive wiring region 36 and the negative wiring region 38 has been described, but the present invention is not limited to this. As shown in the modification of FIG. 11, it is a matter of course that the conduction hole 41 'may be formed also in the middle of the wiring regions 36 and 38 in the width direction.
[0064]
Further, in the embodiment, the case where the flow rate detection device is used for measurement of the intake air amount of an automobile engine or the like has been described as an example.However, the present invention is not limited to this. May be applied.
[0065]
Furthermore, in each embodiment, the case where the insulating film 6 (33) and the protective film 27 (42) are formed of silicon oxide and silicon nitride has been described. However, the present invention is not limited to this. It may be used instead of a multilayer film in which silicon oxide is alternately formed in multiple layers.
[0066]
【The invention's effect】
As described in detail above, according to the first aspect of the present invention, a temperature-sensitive resistor is provided.Wiring areaA plurality of conductive holes are provided on the substrate, and the protective film is connected to the insulating film on the substrate side through the respective conductive holes. The connection can be made in an elevated state, and the temperature-sensitive resistor can be fixed to the substrate. Further, the conventionally required adhesion layer can be eliminated, the composition change of the temperature sensitive resistor can be eliminated during the heat treatment step, and the detection sensitivity of the flow rate detecting device can be increased. Further, it is possible to restrict the temperature coefficient of the temperature-sensitive resistor from varying for each product, thereby increasing the product yield and improving the productivity.
[0067]
In addition, since the protective film is partially fixed to the insulating film through the respective conduction holes, the stress generated between the protective film and the temperature-sensitive resistor is reduced due to the difference in coefficient of thermal expansion, and the protective film is cracked. Can be prevented, the reliability of the protective film can be increased, and the life of the flow rate detection device can be extended.
In addition, since each conduction hole is formed in the wiring region of the temperature-sensitive resistor that does not affect the electric resistance, the protective film is connected to the insulating film through each conduction hole, and the wiring region is formed between the insulating film and the protection film. It can be clamped, and the temperature-sensitive resistor can be fixed to the substrate. On the other hand, since no conduction hole is formed in the detection region, disturbance of the flow of the fluid flowing through the detection region can be reduced, and detection accuracy can be increased.
[0068]
According to the invention of claim 2, the temperature-sensitive resistor is provided.Wiring areaA positive wiring region and a negative wiring region opposed to the positive wiring region with a gap.And the detection area of the temperature sensitive resistorIt is installed at one end in the length direction of the positive wiring area and the negative wiring area.Ke,Since each conduction hole is formed in the positive wiring region and the negative wiring region that do not affect the electrical resistance of the temperature-sensitive resistor, the protective film is guided to the insulating film through each conduction hole, and the positive wiring region is connected to the negative wiring region. The side wiring region is sandwiched between the insulating film and the protective film, and the temperature sensitive resistor can be fixed to the substrate.
[0069]
Also, when a fluid flows along the substrate, the detection area is cooled by the fluid and the resistance value changes, and the change in the resistance value is output to the outside using each wiring area as a detection signal. Thus, the flow rate (flow velocity) of the fluid can be detected.
[0070]
According to the third aspect of the present invention, the positive-side wiring region and the negative-side wiring region are formed with a contact area larger than the contact area between the detection region and the substrate. Since the adhesiveness to the body is low and cracks are likely to occur in the protective film, a plurality of conductive holes are formed in each wiring area, and the protective film is partially fixed to the insulating film through each conductive hole. can do. As a result, the temperature sensitive resistor is fixed between the protective film and the insulating film, and the protective film is partially fixed to the insulating film through the respective through holes. The stress generated between the thermal resistor and the thermal resistor can be reduced, cracks can be prevented, the reliability of the protective film can be increased, and the life of the flow rate detector can be extended.
[0071]
According to the fourth aspect of the present invention, since at least two conductive holes are provided in the length direction of the positive wiring region and the negative wiring region and two or more rows are provided in the width direction, the conductive holes are provided from the substrate. The region where the region and the negative wiring region are easily separated can be strengthened and connected, and the bonding strength of the temperature-sensitive resistor to the substrate can be increased.
[0072]
According to the fifth aspect of the present invention, the temperature-sensitive resistor includes a first temperature-sensitive resistor, a heater resistor, and a second temperature-sensitive resistor provided on the substrate, and is arranged in the width direction with the heater resistor interposed therebetween. The first temperature-sensitive resistor is arranged in parallel on the side and the second temperature-sensitive resistor is arranged in parallel on the other side in the width direction, so that when a fluid flows from one side in the width direction along the substrate, Is cooled, and the second temperature-sensitive resistor is heated by the heat of the heater resistor. Then, the flow direction and the flow rate (flow velocity) of the fluid can be detected from the change in the resistance value of the first and second temperature-sensitive resistors.
[0073]
In the invention of claim 6, the insulating film and the protective film are formed of silicon nitride, silicon oxide or a multilayer film of silicon nitride and silicon oxide, and the temperature-sensitive resistor is formed of platinum. Is formed of the same silicon nitride, the protective film is guided to the insulating film through each of the conduction holes provided in the temperature-sensitive resistor formed of platinum, and is interposed between the insulating film and the temperature-sensitive resistor. The protective film can be connected to the protective film in a state where the adhesion is enhanced. Moreover, since the temperature-sensitive resistor is made of platinum, the resistance value changes when the temperature-sensitive resistor is cooled by a fluid.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing a state in which a flow rate detecting device used in a first embodiment is disposed in a cylinder.
FIG. 2 is a perspective view showing a flow rate detection device according to the first embodiment.
FIG. 3 is a plan view showing the flow rate detection device according to the first embodiment.
FIG. 4 is a perspective view showing a temperature-sensitive resistor formed on a substrate.
FIG. 5 is an enlarged sectional view of a main part of a detection area viewed from a direction indicated by arrows VV in FIG.
6 is an essential part enlarged cross-sectional view showing a connection state of a resistor, an insulating film, and a protective film as viewed from a direction indicated by arrows VI-VI in FIG. 3;
FIG. 7 is a cross-sectional view showing an insulating film forming step of forming an insulating film on a surface of a substrate.
FIG. 8 is a cross-sectional view showing a temperature-sensitive resistor forming step of forming a temperature-sensitive resistor on the insulating film formed in the insulating film forming step.
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a protective film forming step of forming a protective film on the temperature-sensitive resistor formed in the temperature-sensitive resistor forming step.
FIG. 10 is a plan view showing a flow detection device according to a second embodiment.
FIG. 11 is a plan view showing a modified example of the flow rate detection device according to the second embodiment.
[Explanation of symbols]
4,31 Flow rate detector
5,32 substrates
6,33 insulating film
8 Heater resistor
9,15,21,36 Positive wiring area
10, 16, 22, 37 gap
11, 17, 23, 38 Negative wiring area
12 heater area (detection area)
13,19,25,40 terminal area
14. Upstream resistor (first temperature-sensitive resistor)
18, 24, 39 Detection area
20 Downstream resistor (second temperature-sensitive resistor)
26, 41, 41 'conduction hole
27, 42 Protective film
35 Temperature Sensitive Resistor

Claims

Flow rate detection comprising a substrate, an insulating film provided on the substrate, a temperature-sensitive resistor provided on the insulating film, and a protective film provided on a surface of the temperature-sensitive resistor. In the device,
The temperature-sensitive resistor is configured by a wiring region and a detection region connected to the wiring region for detecting a flow rate,
A flow rate detecting device, wherein a plurality of conductive holes are provided in a wiring region of the temperature-sensitive resistor, and the protective film is connected to the insulating film on the substrate side through each of the conductive holes. .

The wiring region of the temperature-sensitive resistor includes a positive wiring region provided on the substrate, and a negative wiring region disposed to face the substrate with a gap from the positive wiring region , only set the length one side of the detection region of the temperature sensitive resistor to these positive-side wiring region and a negative side wiring region, wherein each through hole is respectively provided in said primary wiring region and the negative side wiring region The flow detection device according to claim 1.

3. The flow rate detecting device according to claim 2, wherein the positive wiring region and the negative wiring region are formed with a contact area larger than a contact area between the detection region and the substrate.

The flow rate detecting device according to claim 2, wherein each of the conduction holes is provided by arranging at least two in a length direction of a positive wiring region and a length of a negative wiring region and two or more rows in a width direction.

The temperature-sensitive resistor includes a first temperature-sensitive resistor, a heater resistor, and a second temperature-sensitive resistor provided on a substrate, and the first temperature-sensitive resistor is located on one side in the width direction across the heater resistor. 5. The flow detecting device according to claim 2, wherein a temperature resistor is provided, and a second temperature sensitive resistor is provided on the other side in the width direction.

5. The insulating film and the protective film are formed of silicon nitride, silicon oxide or a multilayer film of silicon nitride and silicon oxide, and the temperature-sensitive resistor is formed of platinum. 5. The flow detection device according to 5.