JPH0972763A - マイクロセンサ - Google Patents
マイクロセンサInfo
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- JPH0972763A JPH0972763A JP7229734A JP22973495A JPH0972763A JP H0972763 A JPH0972763 A JP H0972763A JP 7229734 A JP7229734 A JP 7229734A JP 22973495 A JP22973495 A JP 22973495A JP H0972763 A JPH0972763 A JP H0972763A
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- sensor part
- substrate
- microsensor
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
- G01F1/00—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow
- G01F1/68—Measuring the volume flow or mass flow of fluid or fluent solid material wherein the fluid passes through a meter in a continuous flow by using thermal effects
- G01F1/684—Structural arrangements; Mounting of elements, e.g. in relation to fluid flow
- G01F1/6845—Micromachined devices
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Volume Flow (AREA)
- Testing Or Calibration Of Command Recording Devices (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【課題】 細長い薄膜状のセンサ部を基板の空洞上に位
置させたマイクロセンサを流動する流体の内部に配置し
ても、流体に浮遊する粒塊の衝突によりセンサ部が破壊
されることがないようにする。 【解決手段】 センサ部３を、その横幅と略同一径の粒
塊が衝突しても破壊されない横幅に形成し、このセンサ
部３の短手方向の両側の近傍にガード部１４を設けた。
速度と比重が一定の粒塊の衝突エネルギは直径の三乗に
比例し、長さと厚さとが一定のセンサ部３の強度は横幅
に比例する。つまり、センサ部３が充分に幅狭である
と、その横幅と略同一径の粒塊が衝突しても破壊が発生
しない。大径の粒塊はガード部１４に衝突するので、セ
ンサ部３が大径の粒塊の衝突により破壊されることもな
い。
置させたマイクロセンサを流動する流体の内部に配置し
ても、流体に浮遊する粒塊の衝突によりセンサ部が破壊
されることがないようにする。 【解決手段】 センサ部３を、その横幅と略同一径の粒
塊が衝突しても破壊されない横幅に形成し、このセンサ
部３の短手方向の両側の近傍にガード部１４を設けた。
速度と比重が一定の粒塊の衝突エネルギは直径の三乗に
比例し、長さと厚さとが一定のセンサ部３の強度は横幅
に比例する。つまり、センサ部３が充分に幅狭である
と、その横幅と略同一径の粒塊が衝突しても破壊が発生
しない。大径の粒塊はガード部１４に衝突するので、セ
ンサ部３が大径の粒塊の衝突により破壊されることもな
い。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、裏側に空洞が位置
する薄膜状のセンサ部を単結晶シリコン基板の表面に形
成したマイクロセンサに関する。
する薄膜状のセンサ部を単結晶シリコン基板の表面に形
成したマイクロセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】現在、ガスセンサ、流量センサ、湿度セ
ンサ、などのマイクロセンサが実用化されている。この
ようなマイクロセンサは、一般的に基板の表面に細長い
薄膜状のセンサ部が形成されており、このセンサ部の両
側に開口して裏側を連通する空洞が基板に形成されてい
る。このようなマイクロセンサは、細長い薄膜状のセン
サ部を空洞により基板から遊離させ、センサ部の熱容量
を小さくして感度や応答性を向上させている。
ンサ、などのマイクロセンサが実用化されている。この
ようなマイクロセンサは、一般的に基板の表面に細長い
薄膜状のセンサ部が形成されており、このセンサ部の両
側に開口して裏側を連通する空洞が基板に形成されてい
る。このようなマイクロセンサは、細長い薄膜状のセン
サ部を空洞により基板から遊離させ、センサ部の熱容量
を小さくして感度や応答性を向上させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上述したようなマイク
ロセンサは、特性を向上させるため、細長い薄膜状のセ
ンサ部を基板から遊離させている。しかし、このような
マイクロセンサは、流動する流体の内部に配置されるた
め、流体に浮遊する粒塊の衝突によりセンサ部が破壊さ
れることがある。
ロセンサは、特性を向上させるため、細長い薄膜状のセ
ンサ部を基板から遊離させている。しかし、このような
マイクロセンサは、流動する流体の内部に配置されるた
め、流体に浮遊する粒塊の衝突によりセンサ部が破壊さ
れることがある。
【０００４】例えば、特開平6-3173号公報に開示された
マイクロセンサでは、センサ部の表面に補強の被膜を形
成しているが、これでも大径の粒塊が衝突するとセンサ
部は破壊される。特開平4-5572号公報に開示されたマイ
クロセンサでは、空洞の開口を多数の短小のスリットに
より形成し、粒塊が空洞の内部に侵入することを防止し
ている。同様に、特開平2-107923号公報に開示されたマ
イクロセンサでは、空洞の開口を多数の短小のスリット
により形成し、このスリットに樹脂を充填している。こ
れらの場合、センサ部は、基板との接点が増加するので
強度が向上するが、熱容量が増大して特性が低下するこ
とになる。さらに、このような構造でも、センサ部の表
面に大径の粒塊が衝突すると、亀裂の伝播などにより破
壊が発生する。しかも、多数の短小のスリットを形成す
ることは、構造が複雑なので生産性も良好でない。
マイクロセンサでは、センサ部の表面に補強の被膜を形
成しているが、これでも大径の粒塊が衝突するとセンサ
部は破壊される。特開平4-5572号公報に開示されたマイ
クロセンサでは、空洞の開口を多数の短小のスリットに
より形成し、粒塊が空洞の内部に侵入することを防止し
ている。同様に、特開平2-107923号公報に開示されたマ
イクロセンサでは、空洞の開口を多数の短小のスリット
により形成し、このスリットに樹脂を充填している。こ
れらの場合、センサ部は、基板との接点が増加するので
強度が向上するが、熱容量が増大して特性が低下するこ
とになる。さらに、このような構造でも、センサ部の表
面に大径の粒塊が衝突すると、亀裂の伝播などにより破
壊が発生する。しかも、多数の短小のスリットを形成す
ることは、構造が複雑なので生産性も良好でない。
【０００５】また、上述のような粒塊の衝突を防止する
ため、マイクロセンサの周囲にフィルタを配置すること
も想定できるが、ここで問題となる粒塊は直径が数百μ
ｍ程度である。このような粒塊を排除できるフィルタは
形成が困難であり、圧力損失が大きいためにマイクロセ
ンサの特性が低下する。
ため、マイクロセンサの周囲にフィルタを配置すること
も想定できるが、ここで問題となる粒塊は直径が数百μ
ｍ程度である。このような粒塊を排除できるフィルタは
形成が困難であり、圧力損失が大きいためにマイクロセ
ンサの特性が低下する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
基板の表面に細長い薄膜状のセンサ部を形成し、このセ
ンサ部の両側に開口して裏側を連通する空洞を前記基板
に形成し、流動する流体の内部に配置されるマイクロセ
ンサにおいて、前記センサ部を、その長手方向と直交す
る横幅と略同一径の粒塊が衝突しても破壊されない横幅
に形成し、このセンサ部の短手方向の両側の近傍にガー
ド部を設けた。このため、センサ部は、その横幅と略同
一径の粒塊が衝突しても破壊されず、これより大径の粒
塊はガード部に衝突するので、センサ部が粒塊の衝突に
より破壊されることがない。
基板の表面に細長い薄膜状のセンサ部を形成し、このセ
ンサ部の両側に開口して裏側を連通する空洞を前記基板
に形成し、流動する流体の内部に配置されるマイクロセ
ンサにおいて、前記センサ部を、その長手方向と直交す
る横幅と略同一径の粒塊が衝突しても破壊されない横幅
に形成し、このセンサ部の短手方向の両側の近傍にガー
ド部を設けた。このため、センサ部は、その横幅と略同
一径の粒塊が衝突しても破壊されず、これより大径の粒
塊はガード部に衝突するので、センサ部が粒塊の衝突に
より破壊されることがない。
【０００７】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、基板が単結晶体からなる。このため、基板
に空洞を正確な形状に簡易に形成することができる。
明において、基板が単結晶体からなる。このため、基板
に空洞を正確な形状に簡易に形成することができる。
【０００８】請求項３記載の発明は、請求項１記載の発
明において、空洞の開口をセンサ部と平行に細長いスリ
ット状に形成し、この開口を介して前記センサ部と対向
する基板の表面部分によりガード部を形成した。このた
め、ガード部は、専用の部品の付加などを必要とするこ
となく単純な構造で強固な形成される。
明において、空洞の開口をセンサ部と平行に細長いスリ
ット状に形成し、この開口を介して前記センサ部と対向
する基板の表面部分によりガード部を形成した。このた
め、ガード部は、専用の部品の付加などを必要とするこ
となく単純な構造で強固な形成される。
【０００９】請求項４記載の発明は、請求項３記載の発
明において、ガード部をセンサ部の表面より上方に設け
た。このため、大径の粒塊がセンサ部に衝突することが
ない。
明において、ガード部をセンサ部の表面より上方に設け
た。このため、大径の粒塊がセンサ部に衝突することが
ない。
【００１０】請求項５記載の発明は、請求項４記載の発
明において、ガード部をセンサ部の長手方向の両端より
外側まで形成した。このため、センサ部と基板との接続
部分もガード部により保護される。
明において、ガード部をセンサ部の長手方向の両端より
外側まで形成した。このため、センサ部と基板との接続
部分もガード部により保護される。
【００１１】請求項６記載の発明は、請求項１記載の発
明において、センサ部の表面に補強の被膜を形成した。
このため、センサ部の強度が向上する。
明において、センサ部の表面に補強の被膜を形成した。
このため、センサ部の強度が向上する。
【００１２】
【発明の実施の形態】本発明の実施の第一の形態を図１
及び図２に基づいて以下に説明する。まず、ここでマイ
クロセンサとして例示する流量センサ１は、感光性ガラ
スからなる基板２を有しており、この基板２の表面に、
細長い薄膜状のセンサ部３が形成されている。このセン
サ部３の裏側には空洞４が形成されており、この空洞４
の開口５が前記センサ部３の両側に形成されている。つ
まり、前記空洞４は、流体（図示せず）の流動方向に連
通するトンネル状に形成されており、前記センサ部３
は、流体の流動方向と直交する架橋構造として形成され
ている。
及び図２に基づいて以下に説明する。まず、ここでマイ
クロセンサとして例示する流量センサ１は、感光性ガラ
スからなる基板２を有しており、この基板２の表面に、
細長い薄膜状のセンサ部３が形成されている。このセン
サ部３の裏側には空洞４が形成されており、この空洞４
の開口５が前記センサ部３の両側に形成されている。つ
まり、前記空洞４は、流体（図示せず）の流動方向に連
通するトンネル状に形成されており、前記センサ部３
は、流体の流動方向と直交する架橋構造として形成され
ている。
【００１３】このセンサ部３は、ＳｉＯ2 やＴa2Ｏ5 等
の絶縁層６により形成された架橋構造の支持部７と、こ
の支持部７上に形成された発熱抵抗体８及び測温抵抗体
９，１０と、これらを被覆する保護層１１とからなる。
前記発熱抵抗体８と前記測温抵抗体９，１０とは、流体
の流動方向と直角に細長く形成されており、流体の流動
方向において、前記測温抵抗体９、前記発熱抵抗体８、
前記測温抵抗体１０の順番に配置されている。前記抵抗
体８〜１０の電極１２は、前記センサ部３の長手方向の
流体より外側に形成されており、前記保護層１１の開口
孔１３を介して露出している。
の絶縁層６により形成された架橋構造の支持部７と、こ
の支持部７上に形成された発熱抵抗体８及び測温抵抗体
９，１０と、これらを被覆する保護層１１とからなる。
前記発熱抵抗体８と前記測温抵抗体９，１０とは、流体
の流動方向と直角に細長く形成されており、流体の流動
方向において、前記測温抵抗体９、前記発熱抵抗体８、
前記測温抵抗体１０の順番に配置されている。前記抵抗
体８〜１０の電極１２は、前記センサ部３の長手方向の
流体より外側に形成されており、前記保護層１１の開口
孔１３を介して露出している。
【００１４】前記センサ部３は、流量センサ１の実際の
使用環境を考慮して、その長手方向と直交する横幅と略
同一径の粒塊が衝突しても破壊されない横幅に形成され
ている。このことを以下に詳述する。まず、流量センサ
１は、その使用環境に対応した仕様に製作されるので、
その設計時点で使用環境が調査される。つまり、流量セ
ンサ１が配置される流体の最大の流速や、この流体に浮
遊する粒塊の種類などが予想できるので、この粒塊の最
大の比重も想定することができる。
使用環境を考慮して、その長手方向と直交する横幅と略
同一径の粒塊が衝突しても破壊されない横幅に形成され
ている。このことを以下に詳述する。まず、流量センサ
１は、その使用環境に対応した仕様に製作されるので、
その設計時点で使用環境が調査される。つまり、流量セ
ンサ１が配置される流体の最大の流速や、この流体に浮
遊する粒塊の種類などが予想できるので、この粒塊の最
大の比重も想定することができる。
【００１５】このように流体の流速と粒塊の比重とが判
明している場合、センサ部３に衝突する粒塊のエネルギ
は質量に比例し、この質量は直径の三乗に比例する。一
方、前記センサ部３は、その厚さや長さや材料特性が一
定とすると、その強度は横幅に比例する。つまり、前記
センサ部３の横幅と粒塊の直径とが同一の場合、この数
値が所定の臨界点より小さいと、粒塊の衝突により前記
センサ部３が破壊されないので、このような横幅に前記
センサ部３は形成されている。
明している場合、センサ部３に衝突する粒塊のエネルギ
は質量に比例し、この質量は直径の三乗に比例する。一
方、前記センサ部３は、その厚さや長さや材料特性が一
定とすると、その強度は横幅に比例する。つまり、前記
センサ部３の横幅と粒塊の直径とが同一の場合、この数
値が所定の臨界点より小さいと、粒塊の衝突により前記
センサ部３が破壊されないので、このような横幅に前記
センサ部３は形成されている。
【００１６】そして、このようなセンサ部３の両側に形
成された前記空洞４の開口５は、前記センサ部３と平行
に細長いスリット状に形成されているので、この開口５
を介して前記センサ部３の近傍に位置する前記基板２の
表面部分によりガード部１４が形成されている。
成された前記空洞４の開口５は、前記センサ部３と平行
に細長いスリット状に形成されているので、この開口５
を介して前記センサ部３の近傍に位置する前記基板２の
表面部分によりガード部１４が形成されている。
【００１７】このような構成において、流量センサ１
は、例えば、流体である空気が流動する空調ダクトの内
部などに配置され、その流量の測定に利用される。この
ような流量センサ１により流体の流量を測定する場合、
一定電圧の印加により発熱抵抗体８を発熱させ、測温抵
抗体９，１０の抵抗値の変化の比率を検出する。
は、例えば、流体である空気が流動する空調ダクトの内
部などに配置され、その流量の測定に利用される。この
ような流量センサ１により流体の流量を測定する場合、
一定電圧の印加により発熱抵抗体８を発熱させ、測温抵
抗体９，１０の抵抗値の変化の比率を検出する。
【００１８】この時、流体が流動しないと、発熱抵抗体
８の発熱は周囲に静止した流体により測温抵抗体９，１
０に均等に伝播されるため、測温抵抗体９と測温抵抗体
１０とに温度差が発生しない。このため、測温抵抗体
９，１０の抵抗値の比率は変化しないので、検出回路に
より検出される流体の流量や流速は“０”となる。
８の発熱は周囲に静止した流体により測温抵抗体９，１
０に均等に伝播されるため、測温抵抗体９と測温抵抗体
１０とに温度差が発生しない。このため、測温抵抗体
９，１０の抵抗値の比率は変化しないので、検出回路に
より検出される流体の流量や流速は“０”となる。
【００１９】一方、流体が流動すると、測温抵抗体９
は、外部から流入する流体により冷却され、測温抵抗体
１０は、発熱抵抗体８から流動してくる流体により加熱
される。このため、測温抵抗体９と測温抵抗体１０とに
は、流体の流量に対応した温度差が発生するので、この
温度差に従って測温抵抗体９，１０の抵抗値の比率が変
化することになり、検出回路により流体の流量や流速が
検出される。
は、外部から流入する流体により冷却され、測温抵抗体
１０は、発熱抵抗体８から流動してくる流体により加熱
される。このため、測温抵抗体９と測温抵抗体１０とに
は、流体の流量に対応した温度差が発生するので、この
温度差に従って測温抵抗体９，１０の抵抗値の比率が変
化することになり、検出回路により流体の流量や流速が
検出される。
【００２０】このように流量センサ１は流動する流体の
内部に配置されるので、その流体に浮遊する粒塊がセン
サ部３に衝突することがある。しかし、このセンサ部３
は、前述のように充分に小さい横幅に形成されているの
で、その横幅と略同一径の粒塊が衝突しても破壊されな
い。そして、その横幅より大径の粒塊がセンサ部３に衝
突する場合、この粒塊はガード部１４にも衝突するの
で、このガード部１４との衝突によりエネルギが緩和さ
れてセンサ部３に破壊が発生しない。
内部に配置されるので、その流体に浮遊する粒塊がセン
サ部３に衝突することがある。しかし、このセンサ部３
は、前述のように充分に小さい横幅に形成されているの
で、その横幅と略同一径の粒塊が衝突しても破壊されな
い。そして、その横幅より大径の粒塊がセンサ部３に衝
突する場合、この粒塊はガード部１４にも衝突するの
で、このガード部１４との衝突によりエネルギが緩和さ
れてセンサ部３に破壊が発生しない。
【００２１】つまり、上述した流量センサ１は、その使
用環境において各種サイズの粒塊がセンサ部３に衝突し
ても、このセンサ部３に破壊が発生せず耐久性が良好で
ある。しかも、上述のようなガード部１４は、空洞４の
開口５をスリット状に形成することにより、基板２の表
面部分により形成されているので、専用の部品の付加な
どを必要とせず、単純な構造で強固に形成されている。
用環境において各種サイズの粒塊がセンサ部３に衝突し
ても、このセンサ部３に破壊が発生せず耐久性が良好で
ある。しかも、上述のようなガード部１４は、空洞４の
開口５をスリット状に形成することにより、基板２の表
面部分により形成されているので、専用の部品の付加な
どを必要とせず、単純な構造で強固に形成されている。
【００２２】ここで、上述のような流量センサ１の製作
方法を、以下に簡略に説明する。まず、感光性ガラスか
らなる基板２を空洞４のパターンに露光し、この表面に
ＳｉＯ2 の絶縁層６と金属薄膜とをスパッタリング法に
より順番に堆積させる。この金属薄膜をフォトリソグラ
フィーとエッチングとにより発熱抵抗体８と測温抵抗体
９，１０との形状にパターニングし、ＳｉＯ2 の絶縁層
６をフォトリソグラフィーと異方性エッチングとにより
支持部７の形状にパターニングする。この場合、支持部
７の両側には、基板２が空洞４の開口５の形状に露出す
るので、この開口５から基板２を異方性エッチングし、
支持部７の裏側に空洞４を形成する。
方法を、以下に簡略に説明する。まず、感光性ガラスか
らなる基板２を空洞４のパターンに露光し、この表面に
ＳｉＯ2 の絶縁層６と金属薄膜とをスパッタリング法に
より順番に堆積させる。この金属薄膜をフォトリソグラ
フィーとエッチングとにより発熱抵抗体８と測温抵抗体
９，１０との形状にパターニングし、ＳｉＯ2 の絶縁層
６をフォトリソグラフィーと異方性エッチングとにより
支持部７の形状にパターニングする。この場合、支持部
７の両側には、基板２が空洞４の開口５の形状に露出す
るので、この開口５から基板２を異方性エッチングし、
支持部７の裏側に空洞４を形成する。
【００２３】なお、ここではマイクロセンサとして流量
センサ１を例示したが、本発明は上記した流量センサ１
に限定されるものではなく、このような構造にガスセン
サや湿度センサなどを形成することも可能である。
センサ１を例示したが、本発明は上記した流量センサ１
に限定されるものではなく、このような構造にガスセン
サや湿度センサなどを形成することも可能である。
【００２４】また、図３に示すように、マイクロセンサ
である流量センサ１５のセンサ部３の強度を改善するた
め、そのセンサ部３の表面に補強の被膜１６を追加する
ことも可能である。このような流量センサ１５は、一般
的な使用では表面温度が 100(℃)程度までしか上昇しな
いので、ポリイミドにより簡易に絶縁性で高強度の被膜
１６を形成することができ、この場合は保護層１１を省
略することも可能である。なお、耐熱性などが必要な場
合には被膜１６を金属により形成することが好ましい
が、この場合は絶縁性の保護層１１が必要である。
である流量センサ１５のセンサ部３の強度を改善するた
め、そのセンサ部３の表面に補強の被膜１６を追加する
ことも可能である。このような流量センサ１５は、一般
的な使用では表面温度が 100(℃)程度までしか上昇しな
いので、ポリイミドにより簡易に絶縁性で高強度の被膜
１６を形成することができ、この場合は保護層１１を省
略することも可能である。なお、耐熱性などが必要な場
合には被膜１６を金属により形成することが好ましい
が、この場合は絶縁性の保護層１１が必要である。
【００２５】また、ここでは細長い薄膜状のセンサ部３
が架橋構造に形成されていることを例示したが、図４に
示すように、マイクロセンサである流量センサ１７のセ
ンサ部１８を片持梁構造に形成することも可能である。
が架橋構造に形成されていることを例示したが、図４に
示すように、マイクロセンサである流量センサ１７のセ
ンサ部１８を片持梁構造に形成することも可能である。
【００２６】さらに、図５に示すように、マイクロセン
サである流量センサ１９の基板２０を、単結晶体である
単結晶シリコンにより形成することも可能である。この
場合、単結晶シリコンは、（１００）（１１０）（１１
１）の結晶面を有するが、これらの結晶面に対するエッ
チングの進行速度は“（１００）＞（１１０）≫（１１
１）”の関係にある。そこで、図５に示すように、基板
２０の単結晶シリコンの結晶面の方向を適正に選択すれ
ば、図６に示すように、異方性エッチングにより空洞２
１が簡易に形成される。
サである流量センサ１９の基板２０を、単結晶体である
単結晶シリコンにより形成することも可能である。この
場合、単結晶シリコンは、（１００）（１１０）（１１
１）の結晶面を有するが、これらの結晶面に対するエッ
チングの進行速度は“（１００）＞（１１０）≫（１１
１）”の関係にある。そこで、図５に示すように、基板
２０の単結晶シリコンの結晶面の方向を適正に選択すれ
ば、図６に示すように、異方性エッチングにより空洞２
１が簡易に形成される。
【００２７】このような流量センサ１９の製作方法を、
図６に基づいて以下に簡略に説明する。まず、図５に示
すように、表面に（１００）面が位置する単結晶シリコ
ンの基板２０を用意し、この表面にＡｌの金属薄膜をス
パッタリング法により堆積させる。この金属薄膜をフォ
トリソグラフィーとエッチングとによりパターニング
し、図６（ａ）に示すように、基板２０の〈１１０〉軸
に長辺と短辺とが平行な長方形のＡｌの薄膜層２２を形
成する。図６（ｂ）に示すように、この表面に絶縁層６
と金属薄膜とをスパッタリング等で順番に成膜し、この
金属薄膜をパターニングして発熱抵抗体８と測温抵抗体
９，１０とを形成する。このような形成後に基板２０の
表面の全域を保護層１１で被覆し、この表面からＡｌの
薄膜層２２の両側まで連通する開口を形成する。
図６に基づいて以下に簡略に説明する。まず、図５に示
すように、表面に（１００）面が位置する単結晶シリコ
ンの基板２０を用意し、この表面にＡｌの金属薄膜をス
パッタリング法により堆積させる。この金属薄膜をフォ
トリソグラフィーとエッチングとによりパターニング
し、図６（ａ）に示すように、基板２０の〈１１０〉軸
に長辺と短辺とが平行な長方形のＡｌの薄膜層２２を形
成する。図６（ｂ）に示すように、この表面に絶縁層６
と金属薄膜とをスパッタリング等で順番に成膜し、この
金属薄膜をパターニングして発熱抵抗体８と測温抵抗体
９，１０とを形成する。このような形成後に基板２０の
表面の全域を保護層１１で被覆し、この表面からＡｌの
薄膜層２２の両側まで連通する開口を形成する。
【００２８】このような状態でＫＯＨ溶液による異方性
エッチングを実行すると、最初にＡｌの薄膜層２２が溶
解し、図６（ｃ）に示すように、この下方に位置する単
結晶シリコンの基板２０に空洞２１が形成される。この
ように形成される空洞２１の底面には、単結晶シリコン
の（１１１）面が位置するので、これは基板２０の表面
に対して“54.7°”に傾斜した二面となる。
エッチングを実行すると、最初にＡｌの薄膜層２２が溶
解し、図６（ｃ）に示すように、この下方に位置する単
結晶シリコンの基板２０に空洞２１が形成される。この
ように形成される空洞２１の底面には、単結晶シリコン
の（１１１）面が位置するので、これは基板２０の表面
に対して“54.7°”に傾斜した二面となる。
【００２９】このように流量センサ１９を製作すると、
空洞２１を正確な形状に簡易に形成することができるの
で、製品の誤差を改善することができる。さらに、感光
性ガラスのように加工に特別の設備を必要としないの
で、流量センサ１９の生産性を向上させることができ
る。
空洞２１を正確な形状に簡易に形成することができるの
で、製品の誤差を改善することができる。さらに、感光
性ガラスのように加工に特別の設備を必要としないの
で、流量センサ１９の生産性を向上させることができ
る。
【００３０】つぎに、本発明の実施の第二の形態を図７
及び図８に基づいて以下に説明する。なお、ここでマイ
クロセンサとして例示するガスセンサ３１に関し、前述
した流量センサ１と同一の部分は、同一の名称及び符号
を利用して詳細な説明は省略する。
及び図８に基づいて以下に説明する。なお、ここでマイ
クロセンサとして例示するガスセンサ３１に関し、前述
した流量センサ１と同一の部分は、同一の名称及び符号
を利用して詳細な説明は省略する。
【００３１】まず、ここで例示するガスセンサ３１で
は、図７に示すように、センサ部３２が発熱抵抗体８と
酸化錫からなるガス検出体３３とを有しており、図８に
示すように、このガス検出体３３は、保護層１１の表面
に位置して外方に露出している。
は、図７に示すように、センサ部３２が発熱抵抗体８と
酸化錫からなるガス検出体３３とを有しており、図８に
示すように、このガス検出体３３は、保護層１１の表面
に位置して外方に露出している。
【００３２】このセンサ部３２は、ガスセンサ３１の実
際の使用環境を考慮して、その横幅と略同一径の粒塊が
衝突しても破壊されない横幅に形成されている。このセ
ンサ部３２の両側の近傍には、空洞４の開口５を介して
対向する基板２の表面部分によりガード部３４が形成さ
れているが、このガード部３４は、フォトレジストの厚
膜３５によりセンサ部３２の表面より上方に追加されて
いる。この厚膜３５は、図７に示すように、前記センサ
部３２と同一長さに形成されており、図８に示すよう
に、その上面は前記センサ部３２より上方に位置してい
る。
際の使用環境を考慮して、その横幅と略同一径の粒塊が
衝突しても破壊されない横幅に形成されている。このセ
ンサ部３２の両側の近傍には、空洞４の開口５を介して
対向する基板２の表面部分によりガード部３４が形成さ
れているが、このガード部３４は、フォトレジストの厚
膜３５によりセンサ部３２の表面より上方に追加されて
いる。この厚膜３５は、図７に示すように、前記センサ
部３２と同一長さに形成されており、図８に示すよう
に、その上面は前記センサ部３２より上方に位置してい
る。
【００３３】このような構成において、ガスセンサ３１
は、ガス管の周囲などに配置され、ガス漏れの検知に利
用される。このようなガスセンサ３１により流体である
ガスを検知する場合、発熱抵抗体８によりガス検出体３
３を常時加熱しておき、ガス検出体３３の電気抵抗の変
化を監視する。このような状態において、もしも雰囲気
にガスが混入すると、加熱された酸化錫からなるガス検
出体３３はガスを良好に吸着し、電気抵抗が変化するの
で、この抵抗変化によりガスの発生が検知される。
は、ガス管の周囲などに配置され、ガス漏れの検知に利
用される。このようなガスセンサ３１により流体である
ガスを検知する場合、発熱抵抗体８によりガス検出体３
３を常時加熱しておき、ガス検出体３３の電気抵抗の変
化を監視する。このような状態において、もしも雰囲気
にガスが混入すると、加熱された酸化錫からなるガス検
出体３３はガスを良好に吸着し、電気抵抗が変化するの
で、この抵抗変化によりガスの発生が検知される。
【００３４】このようにガスセンサ３１が検出するガス
や周囲の雰囲気も流動するので、このような流体に浮遊
する粒塊がセンサ部３２に衝突することがある。しか
し、このセンサ部３２は、前述のように充分に小さい横
幅に形成されているので、その横幅と略同一径の粒塊が
衝突しても破壊されない。そして、センサ部３２の横幅
より大径の粒塊は、その表面より突出したガード部３４
に衝突してセンサ部３２には衝突しないので、このセン
サ部３２に破壊が発生しない。
や周囲の雰囲気も流動するので、このような流体に浮遊
する粒塊がセンサ部３２に衝突することがある。しか
し、このセンサ部３２は、前述のように充分に小さい横
幅に形成されているので、その横幅と略同一径の粒塊が
衝突しても破壊されない。そして、センサ部３２の横幅
より大径の粒塊は、その表面より突出したガード部３４
に衝突してセンサ部３２には衝突しないので、このセン
サ部３２に破壊が発生しない。
【００３５】つまり、上述したガスセンサ３１は、その
使用環境において各種サイズの粒塊が衝突しても、その
センサ部３２に破壊が発生せず耐久性が良好である。特
に、大径の粒塊がセンサ部３２に衝突することが無いの
で、その耐久性は極めて良好である。
使用環境において各種サイズの粒塊が衝突しても、その
センサ部３２に破壊が発生せず耐久性が良好である。特
に、大径の粒塊がセンサ部３２に衝突することが無いの
で、その耐久性は極めて良好である。
【００３６】なお、ここではマイクロセンサとしてガス
センサ３１を例示したが、上述のような構造に流量セン
サや湿度センサなどを形成することも可能である。同様
に、このようなガスセンサ３１のセンサ部３２の強度を
改善するため、そのセンサ部３２の表面に補強の被膜を
追加することも可能である。また、ここでは細長い薄膜
状のセンサ部３２が架橋構造に形成されていることを例
示したが、このようなセンサ部３２を片持梁構造に形成
することも可能である。さらに、このようなガスセンサ
３１の基板２を、単結晶体である単結晶シリコンにより
形成することも可能である。
センサ３１を例示したが、上述のような構造に流量セン
サや湿度センサなどを形成することも可能である。同様
に、このようなガスセンサ３１のセンサ部３２の強度を
改善するため、そのセンサ部３２の表面に補強の被膜を
追加することも可能である。また、ここでは細長い薄膜
状のセンサ部３２が架橋構造に形成されていることを例
示したが、このようなセンサ部３２を片持梁構造に形成
することも可能である。さらに、このようなガスセンサ
３１の基板２を、単結晶体である単結晶シリコンにより
形成することも可能である。
【００３７】また、図９に示すように、上述のようなガ
スセンサ３６において、厚膜３７により基板２の上方に
設けたガード部３８を、センサ部３２の長手方向の両端
より外側まで形成することも可能である。この場合、セ
ンサ部３２と基板２との接合部分が良好に保護されるの
で、より良好にセンサ部３の破壊を防止することができ
る。特に、センサ部３２と基板２との接続部分は、セン
サ部３２の中央部分などに比較して弾発性が低く、粒塊
の衝突により亀裂が発生する可能性が高いので、上述の
ようなガード部３８による両端の保護は効果的である。
スセンサ３６において、厚膜３７により基板２の上方に
設けたガード部３８を、センサ部３２の長手方向の両端
より外側まで形成することも可能である。この場合、セ
ンサ部３２と基板２との接合部分が良好に保護されるの
で、より良好にセンサ部３の破壊を防止することができ
る。特に、センサ部３２と基板２との接続部分は、セン
サ部３２の中央部分などに比較して弾発性が低く、粒塊
の衝突により亀裂が発生する可能性が高いので、上述の
ようなガード部３８による両端の保護は効果的である。
【００３８】さらに、図１０に示すように、上述のよう
なガスセンサ３９において、厚膜４０により基板２の上
方に設けたガード部４１を、センサ部３２の長手方向の
両端より外側まで形成して環状に連結することも可能で
ある。この場合、センサ部３２がガード部４１により全
周方向から包囲されるので、より良好にセンサ部３２を
保護して破壊を防止することができる。
なガスセンサ３９において、厚膜４０により基板２の上
方に設けたガード部４１を、センサ部３２の長手方向の
両端より外側まで形成して環状に連結することも可能で
ある。この場合、センサ部３２がガード部４１により全
周方向から包囲されるので、より良好にセンサ部３２を
保護して破壊を防止することができる。
【００３９】つぎに、本発明の実施の第三の形態を図１
１に基づいて以下に説明する。ここでマイクロセンサと
して例示する流量センサ５１では、センサ部３の両側の
近傍には基板２の表面部分によりガード部１４が形成さ
れており、厚膜５２により形成されたガード部５３がセ
ンサ部３の両端近傍に制限されている。
１に基づいて以下に説明する。ここでマイクロセンサと
して例示する流量センサ５１では、センサ部３の両側の
近傍には基板２の表面部分によりガード部１４が形成さ
れており、厚膜５２により形成されたガード部５３がセ
ンサ部３の両端近傍に制限されている。
【００４０】このような構成において、上述した流量セ
ンサ５１は、センサ部３の中央部分が基板２のガード部
１４により保護され、両端部分が厚膜５２のガード部５
３により保護される。
ンサ５１は、センサ部３の中央部分が基板２のガード部
１４により保護され、両端部分が厚膜５２のガード部５
３により保護される。
【００４１】このようなガード部５３はセンサ部３の表
面より上方に突出しているので、基板２の表面の流体の
流動を阻害する。そして、流量センサ５１はセンサ部３
の表面を流体が良好に流動する必要があるが、厚膜５２
のガード部５３はセンサ部３の中央部部の両側には位置
しないので、このセンサ部３は流体の流量を良好に検出
することができる。
面より上方に突出しているので、基板２の表面の流体の
流動を阻害する。そして、流量センサ５１はセンサ部３
の表面を流体が良好に流動する必要があるが、厚膜５２
のガード部５３はセンサ部３の中央部部の両側には位置
しないので、このセンサ部３は流体の流量を良好に検出
することができる。
【００４２】なお、図１２及び図１３に示すように、マ
イクロセンサである流量センサ５４のように、センサ部
３の両端より外側の両側にボンディングパッド５５を形
成し、これらのボンディングパッド５５の表面にボンデ
ィングワイヤ５６を張架することも可能である。このよ
うなボンディングワイヤ５６からなるガード部５７は、
センサ部３の表面より上方に位置すると共に、センサ部
３の両端より外側まで連続するが、流体の流動を阻害す
ることがない。
イクロセンサである流量センサ５４のように、センサ部
３の両端より外側の両側にボンディングパッド５５を形
成し、これらのボンディングパッド５５の表面にボンデ
ィングワイヤ５６を張架することも可能である。このよ
うなボンディングワイヤ５６からなるガード部５７は、
センサ部３の表面より上方に位置すると共に、センサ部
３の両端より外側まで連続するが、流体の流動を阻害す
ることがない。
【００４３】ボンディングワイヤ５６は強度が低いの
で、センサ部３に大径の粒塊が衝突することを完全には
防止できないが、このような場合でも粒塊の衝突を弾発
的に緩和することができ、最終的には基板２のガード部
１４によりセンサ部３が保護される。
で、センサ部３に大径の粒塊が衝突することを完全には
防止できないが、このような場合でも粒塊の衝突を弾発
的に緩和することができ、最終的には基板２のガード部
１４によりセンサ部３が保護される。
【００４４】なお、ボンディングパッド５５はセンサ部
３の電極１２と同一の設備で形成することができ、ボン
ディングワイヤ５６は電極１２の配線と同一の設備で同
時に張架することができるので、上述した流量センサ５
４は生産性も良好である。
３の電極１２と同一の設備で形成することができ、ボン
ディングワイヤ５６は電極１２の配線と同一の設備で同
時に張架することができるので、上述した流量センサ５
４は生産性も良好である。
【００４５】
【発明の効果】請求項１記載の発明は、センサ部を、そ
の長手方向と直交する横幅と略同一径の粒塊が衝突して
も破壊されない横幅に形成し、このセンサ部の短手方向
の両側の近傍にガード部を設けたことにより、センサ部
は、その横幅と略同一径の粒塊が衝突しても破壊され
ず、これより大径の粒塊はガード部に衝突するので、セ
ンサ部が粒塊の衝突により破壊されることが防止され、
マイクロセンサの耐久性を改善することができる。
の長手方向と直交する横幅と略同一径の粒塊が衝突して
も破壊されない横幅に形成し、このセンサ部の短手方向
の両側の近傍にガード部を設けたことにより、センサ部
は、その横幅と略同一径の粒塊が衝突しても破壊され
ず、これより大径の粒塊はガード部に衝突するので、セ
ンサ部が粒塊の衝突により破壊されることが防止され、
マイクロセンサの耐久性を改善することができる。
【００４６】請求項２記載の発明では、基板が単結晶体
からなることにより、基板に空洞を正確な形状に簡易に
形成することができるので、マイクロセンサの生産性と
製品誤差とを改善することができる。
からなることにより、基板に空洞を正確な形状に簡易に
形成することができるので、マイクロセンサの生産性と
製品誤差とを改善することができる。
【００４７】請求項３記載の発明では、空洞の開口をセ
ンサ部と平行に細長いスリット状に形成し、この開口を
介してセンサ部と対向する基板の表面部分によりガード
部を形成したことにより、ガード部は、専用の部品の付
加などを必要とすることなく単純な構造で強固な形成さ
れるので、耐久性が良好なマイクロセンサを良好な生産
性で製作することができる。
ンサ部と平行に細長いスリット状に形成し、この開口を
介してセンサ部と対向する基板の表面部分によりガード
部を形成したことにより、ガード部は、専用の部品の付
加などを必要とすることなく単純な構造で強固な形成さ
れるので、耐久性が良好なマイクロセンサを良好な生産
性で製作することができる。
【００４８】請求項４記載の発明では、ガード部をセン
サ部の表面より上方に設けたことにより、大径の粒塊が
センサ部に衝突することがないので、さらにマイクロセ
ンサの耐久性を改善することができる。
サ部の表面より上方に設けたことにより、大径の粒塊が
センサ部に衝突することがないので、さらにマイクロセ
ンサの耐久性を改善することができる。
【００４９】請求項５記載の発明では、ガード部をセン
サ部の長手方向の両端より外側まで形成したことによ
り、センサ部と基板との接続部分もガード部により保護
されるので、さらにマイクロセンサの耐久性を改善する
ことができる。
サ部の長手方向の両端より外側まで形成したことによ
り、センサ部と基板との接続部分もガード部により保護
されるので、さらにマイクロセンサの耐久性を改善する
ことができる。
【００５０】請求項６記載の発明では、センサ部の表面
に補強の被膜を形成したことにより、センサ部の強度が
向上するので、さらにマイクロセンサの耐久性を改善す
ることができる。
に補強の被膜を形成したことにより、センサ部の強度が
向上するので、さらにマイクロセンサの耐久性を改善す
ることができる。
【図１】本発明のマイクロセンサの実施の第一の形態で
ある流量センサを示す平面図である。
ある流量センサを示す平面図である。
【図２】流量センサを示す縦断正面図である。
【図３】第一の変形例を示す平面図である。
【図４】第二の変形例を示す縦断正面図である。
【図５】第三の変形例を示す平面図である。
【図６】流量センサの製造工程を示す縦断正面図であ
る。
る。
【図７】本発明のマイクロセンサの実施の第二の形態で
あるガスセンサを示す平面図である。
あるガスセンサを示す平面図である。
【図８】ガスセンサを示す縦断正面図である。
【図９】第一の変形例を示す平面図である。
【図１０】第二の変形例を示す平面図である。
【図１１】本発明のマイクロセンサの実施の第三の形態
である流量センサを示す平面図である。
である流量センサを示す平面図である。
【図１２】一変形例を示す平面図である。
【図１３】流量センサを示す縦断正面図である。
１，１５，１７，１９，３１，３６，３９，５１，５４
マイクロセンサ ２，２０ 基板 ３，１８，３２ センサ部 ４，２１ 空洞 ５ 開口 １４，３４，３８，４１，５３，５７ ガード部 １６ 被膜
マイクロセンサ ２，２０ 基板 ３，１８，３２ センサ部 ４，２１ 空洞 ５ 開口 １４，３４，３８，４１，５３，５７ ガード部 １６ 被膜
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 木村 光照 宮城県多賀城市高崎３−７−２
Claims (6)
- 【請求項１】 基板の表面に細長い薄膜状のセンサ部を
形成し、このセンサ部の両側に開口して裏側を連通する
空洞を前記基板に形成し、流動する流体の内部に配置さ
れるマイクロセンサにおいて、前記センサ部を、その長
手方向と直交する横幅と略同一径の粒塊が衝突しても破
壊されない横幅に形成し、このセンサ部の短手方向の両
側の近傍にガード部を設けたことを特徴とするマイクロ
センサ。 - 【請求項２】 基板が単結晶体からなることを特徴とす
る請求項１記載のマイクロセンサ。 - 【請求項３】 空洞の開口をセンサ部と平行に細長いス
リット状に形成し、この開口を介して前記センサ部と対
向する基板の表面部分によりガード部を形成したことを
特徴とする請求項１記載のマイクロセンサ。 - 【請求項４】 ガード部をセンサ部の表面より上方に設
けたことを特徴とする請求項３記載のマイクロセンサ。 - 【請求項５】 ガード部をセンサ部の長手方向の両端よ
り外側まで形成したことを特徴とする請求項４記載のマ
イクロセンサ。 - 【請求項６】 センサ部の表面に補強の被膜を形成した
ことを特徴とする請求項１記載のマイクロセンサ。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7229734A JPH0972763A (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | マイクロセンサ |
| US08/708,851 US5804720A (en) | 1995-09-07 | 1996-09-09 | Flow sensor apparatus including a thin film sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP7229734A JPH0972763A (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | マイクロセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0972763A true JPH0972763A (ja) | 1997-03-18 |
Family
ID=16896859
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP7229734A Pending JPH0972763A (ja) | 1995-09-07 | 1995-09-07 | マイクロセンサ |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5804720A (ja) |
| JP (1) | JPH0972763A (ja) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JP2006153782A (ja) * | 2004-11-30 | 2006-06-15 | Mitsuteru Kimura | 多孔蓋を有した気体センシングデバイス |
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| WO2013108289A1 (ja) * | 2012-01-18 | 2013-07-25 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式流量計 |
| WO2014148111A1 (ja) * | 2013-03-21 | 2014-09-25 | 日立オートモティブシステムズ株式会社 | 熱式流量計 |
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