热式流量传感器制造技术

本发明专利技术的目的在于提供，减小因空气流的流动方向的微小的变化造成的传感器元件的检测灵敏度的变化，小型且高精度的热式流量传感器。本发明专利技术的实施方式的热式流量传感器，具有：在半导体衬底（1）上形成的空洞部（2）、以覆盖上述空洞部（2）的方式形成的电气绝缘膜、在上述电气绝缘膜上形成的发热电阻体（4）、在上述发热电阻体的附近形成的热敏电阻体、在上述半导体衬底的边缘部处与边缘基本并行地配置的由导电体构成的电极部（11）、以及把上述电极部和上述发热电阻体电气连接的布线部（5），基于被测流体和上述热敏电阻体的传热量检测被测流体的流量，其中：调整上述热电阻，以使得由上述发热电阻体的上述电极部侧的一边和上述空洞部的上述电极部侧的一边构成的第1区域的热电阻、与由上述发热电阻体的与一边对置的另一边和上述空洞部的与一边对置的另一边构成的第2区域的热电阻基本相等。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】
本专利技术涉及在被测流体中设置发热电阻体来测定流量的热式流量传感器，尤其涉及适合测定汽车的内燃机的吸入空气流量、排气流量的热式流量传感器。
技术介绍
作为检测汽车等的内燃机的吸入空气量的空气流量传感器，可以直接测定质量流量的热式的空气流量传感器正成为主流。近年来，提出了用微型机械技术在硅(Si)等的半导体衬底上制造热式流量计的传感器元件。这样的半导体型的传感器元件形成有矩形状地除去半导体衬底的一部分而成的空洞部，在该空洞部中形成的数微米厚的电气绝缘膜上形成有发热电阻体。另外，在这样的传感器元件中，在发热电阻体的附近形成热敏电阻体，基于从发热电阻体上流动的被测流体向热敏电阻体传导的热量测定流量的方法成为主流。发热电阻体的大小很微细，为几百微米，由于形成为几微米的薄膜状，所以热容量小，可以高速应答和低耗电化。但另一方面，针对因在流路上存在的油、灰尘等的飘浮物造成的破损等的可靠性，现在也正采取各种各样的改善措施。例如，为了减少传感器元件的污损，有在取入空气流的一部分的通路内配置传感器元件，通过使该通路以各种各样的形状弯曲，成为利用惯性效应使油、灰尘等难以撞到传感器元件上的结构的方法。但是，在这样的以各种各样的形状弯曲的结构的通路中配置传感器元件时，与通路内流动的流量对应地作用于空气流的惯性效应变化，传感器元件上流动的空气的方向会随着流量变化。而且，如果传感器元件上流动的空气的方向变化，由传感器元件检测的流量会产生误差。作为其原因之一，由于伴随着发热电阻体周边的结构的不均匀，发热电阻体周边的温度分布不均匀，所以即使空气流量方向的微小变化也会使传感器元件的检测灵敏度变化。而且，如果发热电阻体小型化，发热电阻体的周边的温度分布的均匀性进一步变差，测定误差进一步增大。为了解决该问题，在例如专利文献I中，通过局部地增减发热电阻体的布线宽度，调节发热电阻体的发热量，实现温度分布的平滑化。专利文献1:日本特开2009-198299号公报
技术实现思路
(专利技术要解决的问题)但是，在现有技术中，由于在发热电阻体的布线宽度有局部相对变细的部分，而且构成小型的传感器元件时，该部位的强度降低，所以担心因油、灰尘等造成的破损、因电迁移等造成的劣化。在专利文献I中对发热电阻体周边的温度分布进行了考虑，但对于发热电阻体的结构强度没有充分考虑。于是，本专利技术正是鉴于上述情况而提出的，其目的在于提供，在搭载到汽车等的内燃机上时，发热电阻体的结构强度不会降低，通过减小因空气流的流动方向的微小的变化造成的传感器元件的检测灵敏度的变化来减小流量测定误差，小型且低耗电的高精度的热式流量传感器。(用来解决问题的手段)为了实现上述目的，根据本专利技术的热式流量传感器构成为，调整热电阻，以使得由发热电阻体的电极部侧的一边和前膜片部的电极部侧的一边构成的第I区域的热电阻、与由发热电阻体的与一边对置的另一边和空洞部的与一边对置的另一边构成的第2区域的热电阻基本相等。本说明书包含作为本申请的优先权基础的日本专利申请2010-220248号的说明书和/或附图记载的内容。(专利技术效果)根据本专利技术，可以提供通过减小因空气流的流动方向的微小的变化造成的传感器元件的检测灵敏度的变化来减小流量测定误差，小型且低耗电的高精度的热式流量传感器。附图说明图1是实施例1中的传感器元件的平面图。图2是实施例1中的传感器元件的X-X’剖面结构和温度分布。图3是热式流量传感器的检测电路结构。图4是区域I和区域2的解释图。图5是传感器元件的安装方式例。图6是应用本专利技术以前的传感器元件的结构。图7是应用本专利技术以前的传感器元件的Y-V剖面结构和温度分布。图8是应用本专利技术以前的区域I和区域2的热电阻的关系图。图9是应用本专利技术以前的发热电阻体周边的平面图上的温度分布。图10是实施例1中的传感器元件的Y-V剖面结构和温度分布。图11是实施例1中的区域I和区域2的热电阻的关系图。图12是实施例1中的发热电阻体周边的平面图上的温度分布。图13是发热电阻体的配置指标值(=L1/L2)与电气绝缘膜厚的关系。图14是发热电阻体的配置指标值(=L1/L2)与点A-点B间的温度差的关系。图15是实施例2中的传感器元件的平面图。图16是实施例2中的传感器元件的Y-Y’剖面结构和温度分布。图17是实施例3中的传感器元件的平面图。图18是实施例3中的传感器元件的Y-Y’剖面结构和温度分布。图19是实施例4中的传感器元件的平面图。图20是实施例4中的传感器元件的Y-Y’剖面结构和温度分布。图21是实施例5中的传感器元件的Y-Y’剖面结构和温度分布。图22是实施例6中的传感器元件的平面图。图23是实施例7中的传感器元件的平面图。图24是实施例7中的传感器元件的X-X’剖面结构和温度分布。图25是实施例7中的热式流量传感器的检测电路结构。图26是实施例8中的传感器元件的平面图。(附图标记说明)1:半导体衬底；2 :膜片；3a,3b 电气绝缘膜；4 :发热电阻体；5 :布线部；6a,6b,7a, 7b :热敏电阻体；8a，8b，9a，9b，9c，9d，10a, 10b, 10c, IOd, 28a, 28b, 28c, 28d :引出布线部；11 :电极焊盘部;12a，12b，18a，18b，18d，18 e :温度分布;13，29 :放大器；14a :通路；14b :分支通路；15a，15b :空气流；16 :基底部材；17 电路衬底；19a，19b :等温线；20a，20b :空气流的方向；21 :调整体；22a，22b :模拟布线部；23 :保护膜；24 :膜厚变化点；25 膜厚边界线；26 :热敏电阻体;27a，27b，27c，110a，110b，IlOc :固定电阻;30，112 :晶体管；100，101 :驱动电路；111 :运算放大器；200 :检测电路具体实施例方式下面，用图1到图26说明根据本专利技术的一实施例。(实施例1)下面，说明根据本专利技术的实施例1。用图1、图2说明根据本实施例的热式流量计的传感器元件的结构。在图1中，构成传感器元件的半导体衬底I由硅(Si)、陶瓷等的热传导率好的材料构成。另外，在半导体衬底I上形成电气绝缘膜3a，通过从背面蚀刻半导体衬底I形成空洞部，形成膜片2。在膜片2上的电气绝缘膜3a的表面上形成发热电阻体4和用来对发热电阻体4通电的布线部5。在此，如果相对于Y-Y’线方向，从形成布线部5的一侧的空洞部2的短边的端部到发热电阻体4的布线部侧端部的距离为L1、从与形成布线部5的一侧相反侧的空洞部2的短边的端部到发热电阻体4的前端部的距离为L2，则把发热电阻体4配置在LI > L2的位置上。另外，相对于X-X’线方向，在膜片2的中央配置发热电阻体4。而且，在发热电阻体4的两侧形成上游侧热敏电阻体6a，6b、下游侧热敏电阻体7a，7b。上游侧热敏电阻体6a，6b相对于发热电阻体4配置在流体的流动方向的上游侧，下游侧热敏电阻体7a，7b相对于发热电阻体4配置在流体的流动方向的下游侧。而且，传感器元件的最表面被电气绝缘膜3b覆盖，电气绝缘膜3b除了进行电气绝缘以外还用作保护膜。而且，在膜片2外部的半导体衬底I上设置用来与驱动和检测构成发热电阻体4、上游侧热敏电阻体6a，6b、下游侧热敏电阻本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.09.30 JP 2010-2202481.一种热式流量传感器，具有在半导体衬底上形成的空洞部、以覆盖上述空洞部的方式形成的电气绝缘膜、在上述电气绝缘膜上形成的发热电阻体、在上述发热电阻体的附近形成的热敏电阻体、在上述半导体衬底的边缘部处与边缘基本并行地配置的由导电体构成的电极部、以及把上述电极部和上述发热电阻体电气连接的布线部，所述热式流量传感器基于被测流体和上述热敏电阻体的传热量检测被测流体的流量，该热式流量传感器的特征在于 以使得由上述发热电阻体的上述电极部侧的一边和上述空洞部的上述电极部侧的一边构成的第I区域的热电阻、与由上述发热电阻体的与一边对置的另一边和上述空洞部的与一边对置的另一边构成的第2区域的热电阻基本相等的方式，调整上述热电阻。2.如权利要求1所述的热式流量传感器，其特征在于 上述布线部从上述发热电阻体的上述电极部侧的一边向上述空洞部的上述电极部侧的一边方向延伸； 通过上述发热电阻体的长度方向的配置调整上述热电阻； 如果上述发热电阻体的上述电极部侧的一边和上述空洞部的上述电极部侧的一边的距离为L1、上述发热电阻体的与一边对置的另一边和上述空洞部的与一边对置的另一边的距离为L2，则上述发热电阻体的长度方向的配置为LI > L2。3.如权利要求2所述的热式流量传感器，其特征在于 上述发热电阻体的长度方向的配置满足L1/L2彡1. 5。4.如权利要求1所述的热式流量传感器，其特征在于 通过缓和在上述发热电阻体的附近的上述电气绝缘膜上设置的上述第I区域和上述第2区域的热电阻的不均等的调整体来调整上述热电阻。5.如权利要求4所述的热式流量传感器，其特征在于 上述调整体设置在上述第2区域内。6.如权利要求4所述的热式流量传感器，其特征在于 上述调整体是相对于上述空洞部的中心轴对称的形状。...

【专利技术属性】
技术研发人员：浅野哲，松本昌大，中野洋，
申请(专利权)人：日立汽车系统株式会社，
类型：
国别省市：