JP6807005B2

JP6807005B2 - Flow sensor

Info

Publication number: JP6807005B2
Application number: JP2019234495A
Authority: JP
Inventors: 義浩羽迫; 洋太山本
Original assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Current assignee: Mitsumi Electric Co Ltd
Priority date: 2019-12-25
Filing date: 2019-12-25
Publication date: 2021-01-06
Anticipated expiration: 2035-09-30
Also published as: JP2020064071A

Description

本発明は、流量センサに関する。 The present invention relates to a flow rate sensor.

従来より、空気等の流体の流量を測定する流量センサが知られている。このような流量センサとしては、例えば、温度センサに熱電対を用いたサーモパイル方式や、温度センサにポリシリコンを用いた抵抗変化式等がある。又、抵抗の温度係数の高い酸化バナジウムを温度センサに用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。 Conventionally, a flow rate sensor that measures the flow rate of a fluid such as air has been known. Examples of such a flow rate sensor include a thermopile method using a thermocouple for the temperature sensor, a resistance change type using polysilicon for the temperature sensor, and the like. Further, it has been proposed to use vanadium oxide having a high temperature coefficient of resistance for the temperature sensor (see, for example, Patent Document 1).

特開第４２９９３０３号Japanese Patent Application Laid-Open No. 4299303

しかしながら、従来は、温度センサに用いると好適な材料等の検討は行われていたものの、流体の流量を測定するに際し、温度センサ（温度検出体）をどのように配置すると好適であるかは十分に検討されていなかった。そのため、流量の検出感度が十分であるとはいえなかった。 However, although studies have been conducted on materials suitable for use in temperature sensors in the past, it is sufficient to determine how to arrange the temperature sensor (temperature detector) when measuring the flow rate of a fluid. Was not considered. Therefore, it cannot be said that the detection sensitivity of the flow rate is sufficient.

本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、温度検出体を好適に配して流量の検出感度を向上した流量センサを提供することを課題とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide a flow rate sensor in which a temperature detector is appropriately arranged to improve the flow rate detection sensitivity.

本流量センサ（１）は、発熱抵抗体（４０）及び複数の温度検出体（３０〜３３）を備え、前記発熱抵抗体（４０）を発熱させた状態で、夫々の前記温度検出体（３０〜３３）の温度検出結果に基づいて、前記温度検出体（３０〜３３）上を流れる流体の流量を検出する流量センサであって、開口部（１０ｘ）を備えた枠状の半導体基板（１０）と、前記半導体基板（１０）上に設けられたダイヤフラム部（２０）と、前記ダイヤフラム部（２０）に設けられた発熱抵抗体（４０）及び複数の温度検出体（３０〜３３）と、を有し、前記ダイヤフラム部（２０）は、前記開口部（１０ｘ）を塞ぐ薄膜構造体部（２０ｔ）を備え、平面視において、前記薄膜構造体部（２０ｔ）には、前記発熱抵抗体（４０）の周囲に複数の前記温度検出体（３０〜３３）が配置されており、複数の前記温度検出体（３０〜３３）から引き出された温度検出体配線は、第１配線及び第２配線を含み、前記第１配線及び前記第２配線は、前記発熱抵抗体（４０）に対して点対称に配置されており、かつ、前記第１配線及び前記第２配線は、前記発熱抵抗体（４０）の一端から引き出された発熱抵抗体配線を両側から挟んで前記発熱抵抗体配線と平行に配置されている。 The flow sensor (1) includes a heat generating resistor (40) and a plurality of temperature detectors (30 to 33), and each of the temperature detectors (30) is in a state where the heat generating resistor (40) is heated. A flow sensor that detects the flow rate of the fluid flowing on the temperature detectors (30 to 33) based on the temperature detection results of ~ 33), and is a frame-shaped semiconductor substrate (10) provided with an opening (10x). ), A diaphragm portion (20) provided on the semiconductor substrate (10), a heat generating resistor (40) provided on the diaphragm portion (20), and a plurality of temperature detectors (30 to 33). The diaphragm portion (20) includes a thin film structure portion (20t) that closes the opening (10x), and in a plan view, the thin film structure portion (20t) has the heat generating resistor (20t). A plurality of the temperature detectors (30 to 33) are arranged around the 40), and the temperature detector wirings drawn from the plurality of temperature detectors (30 to 33) are the first wiring and the second wiring. The first wiring and the second wiring are arranged point-symmetrically with respect to the heating resistor (40), and the first wiring and the second wiring are the heating resistor (40). The heat generating resistor wiring drawn from one end of 40) is sandwiched from both sides and arranged in parallel with the heat generating resistor wiring.

なお、上記括弧内の参照符号は、理解を容易にするために付したものであり、一例にすぎず、図示の態様に限定されるものではない。 The reference numerals in the parentheses are provided for easy understanding, and are merely examples, and are not limited to the illustrated modes.

開示の技術によれば、温度検出体を好適に配して流量の検出感度を向上した流量センサを提供できる。 According to the disclosed technique, it is possible to provide a flow rate sensor in which a temperature detector is preferably arranged to improve the flow rate detection sensitivity.

第１の実施の形態に係る流量センサを例示する図である。It is a figure which illustrates the flow rate sensor which concerns on 1st Embodiment. 流量センサの製造工程を例示する図（その１）である。It is a figure (the 1) which illustrates the manufacturing process of a flow rate sensor. 流量センサの製造工程を例示する図（その２）である。It is a figure (the 2) which illustrates the manufacturing process of a flow rate sensor. 第１の実施の形態の変形例１に係る流量センサを例示する平面透視図である。It is a plane perspective view which illustrates the flow rate sensor which concerns on the modification 1 of 1st Embodiment. 第１の実施の形態の変形例２に係る流量センサを例示する平面透視図である。It is a plane perspective view which illustrates the flow rate sensor which concerns on the modification 2 of the 1st Embodiment. 第１の実施の形態の変形例３に係る流量センサを例示する平面透視図である。It is a plane perspective view which illustrates the flow rate sensor which concerns on the modification 3 of the 1st Embodiment.

以下、図面を参照して発明を実施するための形態について説明する。各図面において、同一構成部分には同一符号を付し、重複した説明を省略する場合がある。 Hereinafter, modes for carrying out the invention will be described with reference to the drawings. In each drawing, the same components may be designated by the same reference numerals and duplicate description may be omitted.

〈第１の実施の形態〉
［流量センサの構造］
図１は、第１の実施の形態に係る流量センサを例示する図であり、図１（ａ）は平面透視図、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 <First Embodiment>
[Structure of flow sensor]
FIG. 1 is a diagram illustrating a flow rate sensor according to the first embodiment, FIG. 1 (a) is a perspective perspective view, and FIG. 1 (b) is a cross section taken along the line AA of FIG. 1 (a). It is a figure.

図１を参照するに、第１の実施の形態に係る流量センサ１は、半導体基板１０と、ダイヤフラム部２０と、Ｘ軸温度検出体３０及び３１と、Ｙ軸温度検出体３２及び３３と、発熱抵抗体４０と、測温抵抗体５０と、配線６０〜６９と、ダミー配線７０及び７１と、パッド８０〜８９（ボンディングパッド）とを有する。 Referring to FIG. 1, the flow rate sensor 1 according to the first embodiment includes a semiconductor substrate 10, a diaphragm portion 20, X-axis temperature detectors 30 and 31, and Y-axis temperature detectors 32 and 33. It has a heat generating resistor 40, a resistance temperature detector 50, wirings 60 to 69, dummy wirings 70 and 71, and pads 80 to 89 (bonding pads).

流量センサ１は、発熱抵抗体４０を発熱させた状態で、夫々の温度検出体（Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３）の温度検出結果に基づいて、温度検出体上を流れる流体の流量を検出するセンサである。但し、流量センサ１は、流向や流速も検出可能である。流量センサ１は、例えば、空調機器の流量制御や、自動車のエンジン内の空気の流量制御等に用いることができる。 The flow sensor 1 detects the temperature based on the temperature detection results of the respective temperature detectors (X-axis temperature detectors 30 and 31, Y-axis temperature detectors 32 and 33) in a state where the heat generation resistor 40 is heated. It is a sensor that detects the flow rate of fluid flowing over the body. However, the flow rate sensor 1 can also detect the flow direction and the flow velocity. The flow rate sensor 1 can be used, for example, for controlling the flow rate of an air conditioner, controlling the flow rate of air in an automobile engine, and the like.

半導体基板１０は、開口部１０ｘを備えた枠状（額縁状）に形成されている。半導体基板１０としては、例えば、シリコン基板（Ｓｉ基板）やＳＯＩ（Silicon on Insulator）基板等を用いることができる。 The semiconductor substrate 10 is formed in a frame shape (frame shape) having an opening 10x. As the semiconductor substrate 10, for example, a silicon substrate (Si substrate), an SOI (Silicon on Insulator) substrate, or the like can be used.

ダイヤフラム部２０は、絶縁膜２１〜２５が順次積層された構造であり、開口部１０ｘを塞ぐように半導体基板１０上に設けられている。ダイヤフラム部２０の平面形状は、例えば、正方形である。ダイヤフラム部２０において、半導体基板１０と接していない領域（開口部１０ｘを塞いでいる領域）を特に薄膜構造体部２０ｔと称する。薄膜構造体部２０ｔの平面形状は、例えば、正方形である。薄膜構造体部２０ｔは、半導体基板１０と接していないため熱容量が小さく、温度が上昇し易い構造とされている。 The diaphragm portion 20 has a structure in which insulating films 21 to 25 are sequentially laminated, and is provided on the semiconductor substrate 10 so as to close the opening 10x. The planar shape of the diaphragm portion 20 is, for example, a square. In the diaphragm portion 20, a region that is not in contact with the semiconductor substrate 10 (a region that closes the opening 10x) is particularly referred to as a thin film structure portion 20t. The planar shape of the thin film structure portion 20t is, for example, a square. Since the thin film structure portion 20t is not in contact with the semiconductor substrate 10, the heat capacity is small and the temperature tends to rise.

なお、図１では、ダイヤフラム部２０の上面２０ａの４つの縁辺２０ｅの１つに平行な軸をＸ軸、ダイヤフラム部２０の上面２０ａと平行な面内でＸ軸と直交する軸をＹ軸、ダイヤフラム部２０の厚さ方向をＺ軸としている。Ｘ軸、Ｙ軸、及びＺ軸は、互いに直交している。ここで、平面視とは、対象物をダイヤフラム部２０の上面２０ａの法線方向から視ることをいう。又、平面形状とは、対象物をダイヤフラム部２０の上面２０ａの法線方向から視たときの形状をいう。 In FIG. 1, the axis parallel to one of the four edge 20e of the upper surface 20a of the diaphragm portion 20 is the X-axis, and the axis orthogonal to the X-axis in the plane parallel to the upper surface 20a of the diaphragm portion 20 is the Y-axis. The thickness direction of the diaphragm portion 20 is the Z axis. The X-axis, Y-axis, and Z-axis are orthogonal to each other. Here, the plan view means that the object is viewed from the normal direction of the upper surface 20a of the diaphragm portion 20. Further, the planar shape means a shape when the object is viewed from the normal direction of the upper surface 20a of the diaphragm portion 20.

図１（ｂ）では、便宜上、半導体基板１０の厚さＴ_１とダイヤフラム部２０の厚さＴ_２とを同程度に描いているが、実際には、半導体基板１０の厚さＴ_１は比較的厚く、ダイヤフラム部２０の厚さＴ_２は比較的薄い。半導体基板１０の厚さＴ_１は、例えば、５０〜３００μｍ程度とすることができる。又、ダイヤフラム部２０の厚さＴ_２は、例えば、０．５〜５μｍ程度とすることができる。 In FIG. 1 (b), for convenience, is drawn to a thickness T ₁ and the same level and a thickness T ₂ of the diaphragm portion 20 of the semiconductor substrate 10, in practice, the thickness T ₁ of the semiconductor substrate 10 is comparative The thickness T ₂ of the diaphragm portion 20 is relatively thin. The thickness T ₁ of the semiconductor substrate 10 can be, for example, about 50 to 300 μm. The thickness T ₂ of the diaphragm portion 20 can be, for example, about 0.5 to 5 μm.

なお、流量センサ１を基板上に固定して使用する場合があるが、この場合に流量センサ１の側壁（主に半導体基板１０の側壁）に流体がぶつかると乱流が発生し、流量が正確に検出できないおそれがある。この観点から、半導体基板１０の厚さＴ_１は薄い方が好ましい。半導体基板１０の厚さＴ_１を薄くすることにより、基板との間に生じる段差を小さくすることが可能となり、乱流の発生を抑制できる。 The flow rate sensor 1 may be fixed on the substrate for use. In this case, if the fluid collides with the side wall of the flow rate sensor 1 (mainly the side wall of the semiconductor substrate 10), turbulence is generated and the flow rate is accurate. May not be detected. From this viewpoint, it is preferable that the thickness T ₁ of the semiconductor substrate 10 is thin. By reducing the thickness T ₁ of the semiconductor substrate 10, it is possible to reduce the step generated between the semiconductor substrate 10 and the semiconductor substrate 10, and it is possible to suppress the occurrence of turbulent flow.

ダイヤフラム部２０において、絶縁膜２２上には、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３が設けられている。Ｘ軸温度検出体３０及び３１並びにＹ軸温度検出体３２及び３３は、保護膜として機能する絶縁膜２３に被覆されている。絶縁膜２３上には、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０が、例えばつづら状に形成されている。なお、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０をつづら状に形成するのは、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０の抵抗値を大きくするためである。発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０は、保護膜として機能する絶縁膜２４に被覆されている。 In the diaphragm portion 20, the X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33 are provided on the insulating film 22. The X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33 are covered with an insulating film 23 that functions as a protective film. A heat generation resistor 40 and a resistance temperature detector 50 are formed on the insulating film 23, for example, in a spelled shape. The reason why the heat generating resistor 40 and the resistance temperature measuring resistor 50 are formed in a spelled shape is to increase the resistance values of the heat generating resistor 40 and the resistance temperature measuring resistor 50. The heat generation resistor 40 and the resistance temperature detector 50 are covered with an insulating film 24 that functions as a protective film.

絶縁膜２４上には、配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９が設けられている。配線６０〜６９中の所定の配線と、発熱抵抗体４０、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３、並びに測温抵抗体５０とは、絶縁膜２３及び２４に形成された垂直配線（図示せず）を介して接続されている。配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９は、保護膜として機能する絶縁膜２５に被覆されている。但し、パッド８０〜８９の上面の少なくとも一部は、絶縁膜２５に設けられた開口部２５ｘ内に露出し、流量センサ１の外部との接続を可能としている。 Wiring 60 to 69, dummy wirings 70 and 71, and pads 80 to 89 are provided on the insulating film 24. The predetermined wiring in the wirings 60 to 69, the heat generating resistors 40, the X-axis temperature detectors 30 and 31, the Y-axis temperature detectors 32 and 33, and the resistance temperature detector 50 are formed on the insulating films 23 and 24. It is connected via vertical wiring (not shown). The wirings 60 to 69, the dummy wirings 70 and 71, and the pads 80 to 89 are covered with an insulating film 25 that functions as a protective film. However, at least a part of the upper surface of the pads 80 to 89 is exposed in the opening 25x provided in the insulating film 25, and the flow sensor 1 can be connected to the outside.

Ｘ軸温度検出体３０及び３１は、Ｘ軸に平行な線上に形成されている。Ｙ軸温度検出体３２及び３３は、Ｙ軸に平行な線上に形成されている。Ｘ軸温度検出体３０及び３１はＸ軸方向の温度変化を検出する部分であり、Ｙ軸温度検出体３２及び３３はＹ軸方向の温度変化を検出する部分である。Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３は、例えば、酸化バナジウムから形成することができる。 The X-axis temperature detectors 30 and 31 are formed on a line parallel to the X-axis. The Y-axis temperature detectors 32 and 33 are formed on a line parallel to the Y-axis. The X-axis temperature detectors 30 and 31 are parts for detecting the temperature change in the X-axis direction, and the Y-axis temperature detectors 32 and 33 are parts for detecting the temperature change in the Y-axis direction. The X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33 can be formed from, for example, vanadium oxide.

Ｘ軸温度検出体３０の一端は配線６２を介してパッド８３と接続され、他端は配線６３を介してパッド８２と接続されている。又、Ｘ軸温度検出体３１の一端は配線６４を介してパッド８４と接続され、他端は配線６５を介してパッド８５と接続されている。 One end of the X-axis temperature detector 30 is connected to the pad 83 via the wiring 62, and the other end is connected to the pad 82 via the wiring 63. Further, one end of the X-axis temperature detector 31 is connected to the pad 84 via the wiring 64, and the other end is connected to the pad 85 via the wiring 65.

パッド８２とパッド８４は、流量センサ１の外部で接続される。又、パッド８３は流量センサ１の外部でＧＮＤ（又は電源）と接続され、パッド８５は流量センサ１の外部で電源（又はＧＮＤ）と接続される。これにより、Ｘ軸温度検出体３０とＸ軸温度検出体３１とがＧＮＤと電源との間に直列に接続され、パッド８２とパッド８４との接続部から中間電位を得ることができる。 The pad 82 and the pad 84 are connected outside the flow rate sensor 1. Further, the pad 83 is connected to the GND (or power supply) outside the flow rate sensor 1, and the pad 85 is connected to the power supply (or GND) outside the flow rate sensor 1. As a result, the X-axis temperature detector 30 and the X-axis temperature detector 31 are connected in series between the GND and the power supply, and an intermediate potential can be obtained from the connection portion between the pad 82 and the pad 84.

Ｙ軸温度検出体３２の一端は配線６７を介してパッド８７と接続され、他端は配線６６を介してパッド８６と接続されている。又、パッド８６は配線６９を介してＹ軸温度検出体３３の一端と接続され、Ｙ軸温度検出体３３の他端は配線６８を介してパッド８８と接続されている。つまり、Ｙ軸温度検出体３２とＹ軸温度検出体３３とは、配線６６及び６９を介して直列に接続されている。 One end of the Y-axis temperature detector 32 is connected to the pad 87 via the wiring 67, and the other end is connected to the pad 86 via the wiring 66. Further, the pad 86 is connected to one end of the Y-axis temperature detector 33 via the wiring 69, and the other end of the Y-axis temperature detector 33 is connected to the pad 88 via the wiring 68. That is, the Y-axis temperature detector 32 and the Y-axis temperature detector 33 are connected in series via the wirings 66 and 69.

パッド８７は流量センサ１の外部でＧＮＤ（又は電源）と接続され、パッド８８は流量センサ１の外部で電源（又はＧＮＤ）と接続される。これにより、Ｙ軸温度検出体３２とＹ軸温度検出体３３とがＧＮＤと電源との間に直列に接続され、パッド８６から中間電位を得ることができる。 The pad 87 is connected to the GND (or power supply) outside the flow rate sensor 1, and the pad 88 is connected to the power supply (or GND) outside the flow rate sensor 1. As a result, the Y-axis temperature detector 32 and the Y-axis temperature detector 33 are connected in series between the GND and the power supply, and an intermediate potential can be obtained from the pad 86.

発熱抵抗体４０の一端は配線６０を介してパッド８０に接続され、他端は配線６１を介してパッド８１に接続されている。パッド８０とパッド８１との間に電圧を印加すると発熱抵抗体４０に電流が流れて発熱する。 One end of the heat generating resistor 40 is connected to the pad 80 via the wiring 60, and the other end is connected to the pad 81 via the wiring 61. When a voltage is applied between the pad 80 and the pad 81, a current flows through the heat generating resistor 40 to generate heat.

なお、発熱抵抗体４０の材料と配線６０及び６１の材料に異種材料を使用し、発熱抵抗体４０の比抵抗が配線６０及び６１の比抵抗より大きくなる材料を選択すると好適である。これにより、発熱抵抗体４０に電力が集中し、発熱抵抗体４０の温度上昇が大きくなるため、上流の温度検出体と下流の温度検出体の検出する温度差が大きくなり、流量の検出感度を向上することができる。 It is preferable to use different materials for the material of the heat generating resistor 40 and the materials of the wirings 60 and 61, and select a material in which the specific resistance of the heat generating resistor 40 is larger than the specific resistance of the wirings 60 and 61. As a result, electric power is concentrated on the heat generating resistor 40, and the temperature rise of the heat generating resistor 40 becomes large. Therefore, the temperature difference detected by the upstream temperature detector and the downstream temperature detector becomes large, and the flow rate detection sensitivity is increased. Can be improved.

発熱抵抗体４０は、例えば、白金（Ｐｔ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）等から形成することができる。この場合、配線６０及び６１の材料として、これらより比抵抗の小さいアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等を用いることが好ましい。 The heat generation resistor 40 can be formed of, for example, platinum (Pt), nichrome (NiCr), polysilicon (p—Si), or the like. In this case, it is preferable to use aluminum (Al), gold (Au), or the like having a resistivity smaller than these as the material of the wirings 60 and 61.

測温抵抗体５０の一端はパッド８０に接続され、他端はパッド８９に接続されている。測温抵抗体５０は、パッド８０及び８９を介して、流量センサ１の外部の抵抗ブリッジ回路に接続され、ブリッジを構成する抵抗の１つとなる。この回路構成により、測温抵抗体５０の抵抗変化に基づいて、流体の温度を検出することができる。測温抵抗体５０は、例えば、白金（Ｐｔ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）等から形成することができる。 One end of the resistance temperature detector 50 is connected to the pad 80, and the other end is connected to the pad 89. The resistance temperature detector 50 is connected to the external resistance bridge circuit of the flow sensor 1 via the pads 80 and 89, and becomes one of the resistors constituting the bridge. With this circuit configuration, the temperature of the fluid can be detected based on the resistance change of the resistance temperature detector 50. The resistance temperature detector 50 can be formed of, for example, platinum (Pt), nichrome (NiCr), polysilicon (p—Si), or the like.

［薄膜構造体部における、各温度検出体、発熱抵抗体、配線のレイアウト］
ここで、薄膜構造体部２０ｔにおける、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３、発熱抵抗体４０、配線６０〜６９、並びにダミー配線７０及び７１のレイアウトの特徴について説明する。 [Layout of each temperature detector, heat generating resistor, and wiring in the thin film structure]
Here, the layout features of the X-axis temperature detectors 30 and 31, the Y-axis temperature detectors 32 and 33, the heat generating resistors 40, the wirings 60 to 69, and the dummy wirings 70 and 71 in the thin film structure portion 20t will be described. To do.

薄膜構造体部２０ｔにおいて、平面視において、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３、及び配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１は、発熱抵抗体４０に対して点対称に配置されている。言い換えれば、薄膜構造体部２０ｔ内の各要素を点対称とするために、ダミー配線７０及び７１を設けたともいえる。 In the thin film structure portion 20t, in plan view, the X-axis temperature detectors 30 and 31, the Y-axis temperature detectors 32 and 33, and the wirings 60 to 69, and the dummy wirings 70 and 71 are points with respect to the heat generating resistor 40. They are arranged symmetrically. In other words, it can be said that dummy wirings 70 and 71 are provided in order to make each element in the thin film structure portion 20t point-symmetrical.

なお、ここでいう点対称は、完全に点対称である場合のみではなく、流量の検出感度向上という本発明の効果を損なわない範囲内で略点対称な場合も含むものとする。直交、平行、中心、正方形、円形、対角線上等の文言についても同様である。 The point symmetry referred to here includes not only the case of perfect point symmetry but also the case of substantially point symmetry within a range not impairing the effect of the present invention of improving the detection sensitivity of the flow rate. The same applies to words such as orthogonal, parallel, center, square, circular, and diagonal.

具体的には、発熱抵抗体４０は、ダイヤフラム部２０の中心（薄膜構造体部２０ｔの中心）に配置されている。又、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３は、発熱抵抗体４０の周囲に均等に配置されている。つまり、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３は、発熱抵抗体４０から等距離に配置されている。又、発熱抵抗体４０を挟んで互いに対向するＸ軸温度検出体３０及び３１はＸ軸と平行な方向に配置されている。又、発熱抵抗体４０を挟んで互いに対向するＹ軸温度検出体３２及び３３はＹ軸と平行な方向に配置されている。 Specifically, the heat generating resistor 40 is arranged at the center of the diaphragm portion 20 (the center of the thin film structure portion 20t). Further, the X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33 are evenly arranged around the heat generating resistor 40. That is, the X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33 are arranged equidistant from the heat generating resistor 40. Further, the X-axis temperature detectors 30 and 31 facing each other with the heat generating resistor 40 interposed therebetween are arranged in a direction parallel to the X-axis. Further, the Y-axis temperature detectors 32 and 33 facing each other with the heat generating resistor 40 interposed therebetween are arranged in a direction parallel to the Y-axis.

又、発熱抵抗体４０の一端から引き出された配線６０及び他端から引き出された配線６１は、ダイヤフラム部２０の１つの対角線上に配置されている。 Further, the wiring 60 drawn from one end of the heat generating resistor 40 and the wiring 61 drawn out from the other end are arranged on one diagonal line of the diaphragm portion 20.

そして、Ｘ軸温度検出体３０から引き出された配線６３と、Ｙ軸温度検出体３３から引き出された配線６９は、発熱抵抗体４０から引き出された配線６１の両側に、配線６１と平行に配置されている。配線６１と配線６３との間隔と、配線６１と配線６９との間隔は、略同一である。 The wiring 63 drawn from the X-axis temperature detector 30 and the wiring 69 drawn out from the Y-axis temperature detector 33 are arranged in parallel with the wiring 61 on both sides of the wiring 61 drawn from the heat generating resistor 40. Has been done. The distance between the wiring 61 and the wiring 63 and the distance between the wiring 61 and the wiring 69 are substantially the same.

同様に、Ｘ軸温度検出体３１から引き出された配線６４と、Ｙ軸温度検出体３２から引き出された配線６７は、発熱抵抗体４０から引き出された配線６０の両側に、配線６０と平行に配置されている。配線６０と配線６４との間隔と、配線６０と配線６７との間隔は、略同一である。 Similarly, the wiring 64 drawn from the X-axis temperature detector 31 and the wiring 67 drawn from the Y-axis temperature detector 32 are parallel to the wiring 60 on both sides of the wiring 60 drawn from the heat generating resistor 40. Have been placed. The distance between the wiring 60 and the wiring 64 and the distance between the wiring 60 and the wiring 67 are substantially the same.

又、ダイヤフラム部２０の他の１つの対角線上において、発熱抵抗体４０の両側にダミー配線７０及び７１が配置されている。 Further, dummy wirings 70 and 71 are arranged on both sides of the heat generating resistor 40 on the other diagonal line of the diaphragm portion 20.

そして、Ｘ軸温度検出体３０から引き出された配線６２と、Ｙ軸温度検出体３２から引き出された配線６６は、ダミー配線７０の両側に、ダミー配線７０と平行に配置されている。ダミー配線７０と配線６２との間隔と、ダミー配線７０と配線６６との間隔は、略同一である。 The wiring 62 drawn from the X-axis temperature detector 30 and the wiring 66 drawn from the Y-axis temperature detector 32 are arranged on both sides of the dummy wiring 70 in parallel with the dummy wiring 70. The distance between the dummy wiring 70 and the wiring 62 and the distance between the dummy wiring 70 and the wiring 66 are substantially the same.

同様に、Ｘ軸温度検出体３１から引き出された配線６５と、Ｙ軸温度検出体３３から引き出された配線６８は、ダミー配線７１の両側に、ダミー配線７１と平行に配置されている。ダミー配線７１と配線６５との間隔と、ダミー配線７１と配線６８との間隔は、略同一である。 Similarly, the wiring 65 drawn from the X-axis temperature detector 31 and the wiring 68 drawn from the Y-axis temperature detector 33 are arranged on both sides of the dummy wiring 71 in parallel with the dummy wiring 71. The distance between the dummy wiring 71 and the wiring 65 and the distance between the dummy wiring 71 and the wiring 68 are substantially the same.

なお、発熱抵抗体４０の一端及び他端から引き出された配線を発熱抵抗体配線、各温度検出体から引き出された配線を温度検出体配線と称する場合がある。 The wiring drawn from one end and the other end of the heat generating resistor 40 may be referred to as a heat generating resistor wiring, and the wiring drawn from each temperature detector may be referred to as a temperature detector wiring.

このように、配線６０、６４、及び６７と、配線６１、６３、及び６９とがダイヤフラム部２０の１つの対角線上に配置され、配線７０、６２、及び６６と、配線７１、６５、及び６８とがダイヤフラム部２０の他の１つの対角線上に配置されている。 In this way, the wirings 60, 64, and 67 and the wirings 61, 63, and 69 are arranged diagonally on one of the diaphragm portions 20, and the wirings 70, 62, and 66 and the wirings 71, 65, and 68 are arranged. And are arranged on the other diagonal of the diaphragm portion 20.

これらの配線を対角線上に配置する理由は、流体はＸ軸上とＹ軸上を主に流れるが、配線上を流体が流れたときに、配線から発熱抵抗体の熱が放熱し難くするためである。言い換えれば、配線の方向をＸ軸又はＹ軸（流体の流れる方向）に平行にすると、配線上を流体が流れ、配線から発熱抵抗体の熱が放熱してしまうので、配線が延びる方向が流体の流れ（Ｘ軸上、Ｙ軸上）と一致しないようにしている。 The reason for arranging these wirings diagonally is that the fluid mainly flows on the X-axis and the Y-axis, but when the fluid flows on the wiring, it is difficult for the heat of the heat-generating resistor to dissipate from the wiring. Is. In other words, if the direction of the wiring is parallel to the X-axis or the Y-axis (direction in which the fluid flows), the fluid will flow on the wiring and the heat of the heat generating resistor will be dissipated from the wiring, so the direction in which the wiring extends is the fluid. It is designed so that it does not match the flow (on the X-axis and Y-axis).

薄膜構造体部２０ｔへの熱応力は、薄膜構造体部２０ｔの各縁辺（半導体基板１０の上面内縁部と接する部分）の中央部を含む４つの領域（図１の４つの応力集中部Ｂ）に集中することが確認されている。 The thermal stress on the thin film structure portion 20t is the four regions including the central portion of each edge of the thin film structure portion 20t (the portion in contact with the inner edge portion of the upper surface of the semiconductor substrate 10) (four stress concentration portions B in FIG. 1). It has been confirmed to concentrate on.

そこで、流量センサ１において、配線６０〜６９、並びにダミー配線７０及び７１は、４つの応力集中部Ｂを除く領域に配置されている。前述のように、配線を対角線上に配置しているので、応力集中部Ｂを避けて配置することが容易となる。 Therefore, in the flow rate sensor 1, the wirings 60 to 69 and the dummy wirings 70 and 71 are arranged in regions other than the four stress concentration portions B. As described above, since the wiring is arranged diagonally, it is easy to arrange the wiring so as to avoid the stress concentration portion B.

薄膜構造体部２０ｔ上の配線の幅は、応力緩和のため、薄膜構造体部２０ｔの周囲（半導体基板１０上）の配線よりも細く、１〜１０μｍ程度である。配線幅の細い薄膜構造体部２０ｔ上の配線を、応力集中部Ｂを避けて配置することにより、熱応力により断線するおそれを低減できる。 The width of the wiring on the thin film structure portion 20t is narrower than the wiring around the thin film structure portion 20t (on the semiconductor substrate 10) for stress relaxation, and is about 1 to 10 μm. By arranging the wiring on the thin film structure portion 20t having a narrow wiring width while avoiding the stress concentration portion B, the possibility of disconnection due to thermal stress can be reduced.

［流量センサの動作］
次に、流量センサ１の動作について説明する。ここでは、流量センサ１は所定の制御回路に接続されているものとする。制御回路は、測温抵抗体５０の抵抗変化に基づいて流体の温度を検出して発熱抵抗体４０の好適な発熱量を算出し、それに基づいた電圧をパッド８０とパッド８１との間に印加して発熱抵抗体４０に電流を流して発熱させることができる。 [Operation of flow sensor]
Next, the operation of the flow rate sensor 1 will be described. Here, it is assumed that the flow rate sensor 1 is connected to a predetermined control circuit. The control circuit detects the temperature of the fluid based on the resistance change of the resistance temperature detector 50, calculates a suitable calorific value of the heat generating resistor 40, and applies a voltage based on the temperature between the pad 80 and the pad 81. Then, a current can be passed through the heat generating resistor 40 to generate heat.

又、制御回路との接続により、前述のように、Ｘ軸温度検出体３０とＸ軸温度検出体３１とがＧＮＤと電源との間に直列に接続され、パッド８２とパッド８４との接続部から中間電位（中間電位Ｘとする）を得ることができる。又、Ｙ軸温度検出体３２とＹ軸温度検出体３３とがＧＮＤと電源との間に直列に接続されパッド８６から中間電位（中間電位Ｙとする）を得ることができる。 Further, by connecting to the control circuit, as described above, the X-axis temperature detector 30 and the X-axis temperature detector 31 are connected in series between the GND and the power supply, and the connection portion between the pad 82 and the pad 84 is connected. An intermediate potential (referred to as an intermediate potential X) can be obtained from. Further, the Y-axis temperature detector 32 and the Y-axis temperature detector 33 are connected in series between the GND and the power supply, and an intermediate potential (intermediate potential Y) can be obtained from the pad 86.

発熱抵抗体４０に電流を流して発熱させると、薄膜構造体部２０ｔの温度が上昇する。このとき、検知対象となる流体（例えば、空気やガス等）が流れていない場合には、Ｘ軸温度検出体３０とＸ軸温度検出体３１の出力がバランスしているため、中間電位ＸとしてＧＮＤと電源の中間の電位（初期値Ｘ_０とする）が得られる。同様に、Ｙ軸温度検出体３２とＹ軸温度検出体３３の出力がバランスしているため、中間電位ＹとしてＧＮＤと電源の中間の電位（初期値Ｙ_０とする）が得られる。 When a current is passed through the heat generation resistor 40 to generate heat, the temperature of the thin film structure portion 20t rises. At this time, when the fluid to be detected (for example, air, gas, etc.) is not flowing, the outputs of the X-axis temperature detector 30 and the X-axis temperature detector 31 are balanced, so that the intermediate potential X is set. An intermediate potential between the GND and the power supply (initial value X ₀ ) is obtained. Similarly, since the outputs of the Y-axis temperature detector 32 and the Y-axis temperature detector 33 are balanced, an intermediate potential between GND and the power supply (initial value Y ₀ ) can be obtained as the intermediate potential Y.

一方、流量センサ１の表面側（ダイヤフラム部２０の上面２０ａ側）を流体が流れている場合には、流量センサ１の表面側に温度分布が生じる（上流側が下流側よりも低温となる）。そのため、上流側に配置された温度検出体の抵抗値と、下流側に配置された温度検出体の抵抗値とのバランスが崩れ、中間電位Ｘ及びＹが変化する。 On the other hand, when the fluid is flowing on the surface side of the flow rate sensor 1 (the upper surface 20a side of the diaphragm portion 20), a temperature distribution is generated on the surface side of the flow rate sensor 1 (the upstream side is lower than the downstream side). Therefore, the balance between the resistance value of the temperature detector arranged on the upstream side and the resistance value of the temperature detector arranged on the downstream side is lost, and the intermediate potentials X and Y change.

制御回路は、中間電位Ｘ及びＹが初期値Ｘ_０及びＹ_０に対してＧＮＤ側か電源側の何れの方向に変化したかにより、流体の流れている方向を３６０°検出することができる。又、制御回路は、中間電位Ｘ及びＹが初期値Ｘ_０及びＹ_０に対してどれだけ変化したかにより、流量を測定することができる。なお、中間電位Ｘ及びＹが変化した方向や変化した量と、流向や流量との関係は、例えば、テーブルとして制御回路内に記憶しておくことができる。 The control circuit can detect 360 ° in the direction in which the fluid is flowing depending on whether the intermediate potentials X and Y change in the GND side or the power supply side with respect to the initial values X ₀ and Y ₀ . Further, the control circuit can measure the flow rate depending on how much the intermediate potentials X and Y change with respect to the initial values X ₀ and Y ₀ . The relationship between the direction or amount of change in the intermediate potentials X and Y and the flow direction or flow rate can be stored in the control circuit as a table, for example.

［流量センサの製造方法］
次に、流量センサ１の製造方法について説明する。図２及び図３は、流量センサの製造工程を例示する図である。図２及び図３では、図１（ｂ）に対応する断面を示しているため、流量センサ１の構成要素の一部は図示されない。 [Manufacturing method of flow sensor]
Next, a method of manufacturing the flow rate sensor 1 will be described. 2 and 3 are diagrams illustrating a manufacturing process of the flow rate sensor. In FIGS. 2 and 3, since the cross section corresponding to FIG. 1B is shown, some of the components of the flow rate sensor 1 are not shown.

まず、図２（ａ）に示す工程では、シリコン基板等からなる半導体基板１０を準備し、半導体基板１０の上面に、絶縁膜２１及び２２を順次積層する。絶縁膜２１の材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等を用いることができる。絶縁膜２２の材料としては、例えば、シリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）等を用いることができる。絶縁膜２１及び２２は、例えば、熱酸化法や低温ＣＶＤ（chemical vapor deposition）法等により形成することができる。 First, in the step shown in FIG. 2A, a semiconductor substrate 10 made of a silicon substrate or the like is prepared, and the insulating films 21 and 22 are sequentially laminated on the upper surface of the semiconductor substrate 10. As the material of the insulating film 21, for example, a silicon oxide film (SiO ₂ ) or the like can be used. As the material of the insulating film 22, for example, a silicon nitride film (Si ₃ N ₄ ) or the like can be used. The insulating films 21 and 22 can be formed by, for example, a thermal oxidation method, a low temperature CVD (chemical vapor deposition) method, or the like.

次に、図２（ｂ）に示す工程では、絶縁膜２２の上面に、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３を形成する。Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３の材料としては、例えば、酸化バナジウム等を用いることができる。Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３は、例えば、ゾルゲル法等により形成することができる。 Next, in the step shown in FIG. 2B, the X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33 are formed on the upper surface of the insulating film 22. As the materials of the X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33, for example, vanadium oxide or the like can be used. The X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33 can be formed by, for example, the sol-gel method.

ゾルゲル法を用いる場合には、まず、温度検出体となるソルゲル液（前駆体液）を作製し、絶縁膜２２の上面全面にスピンコートにより塗布膜を形成する。次に、塗布膜を加熱して溶媒を蒸発させて乾燥させ固体膜とする。次に、固体膜の不要な部分をエッチングで除去してＸ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３を形成する。 When the sol-gel method is used, first, a sol-gel solution (precursor solution) to be a temperature detector is prepared, and a coating film is formed on the entire upper surface of the insulating film 22 by spin coating. Next, the coating film is heated to evaporate the solvent and dried to obtain a solid film. Next, unnecessary portions of the solid film are removed by etching to form the X-axis temperature detectors 30 and 31, and the Y-axis temperature detectors 32 and 33.

このように、ゾルゲル法ではスピンコートにより塗布膜を形成するので、塗布膜を形成する面が平坦であることが好ましい。従って、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３は、発熱抵抗体４０や配線６２等よりも下層に形成することが好ましい。仮に、各温度検出体よりも下層に発熱抵抗体４０等があると、その上に絶縁膜を形成したとしても絶縁膜の表面に凹凸が残り平坦性が低くなるため、スピンコートを行う面としては好ましくない。 As described above, in the sol-gel method, the coating film is formed by spin coating, so that the surface on which the coating film is formed is preferably flat. Therefore, it is preferable that the X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33 are formed in a lower layer than the heat generating resistor 40, the wiring 62, and the like. If there is a heat generating resistor 40 or the like in the lower layer than each temperature detector, even if an insulating film is formed on the heat generating resistor 40 or the like, unevenness remains on the surface of the insulating film and the flatness becomes low, so that the surface to be spin-coated Is not preferable.

次に、図２（ｃ）に示す工程では、絶縁膜２２の上面に、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、並びにＹ軸温度検出体３２及び３３を被覆するように、絶縁膜２３を形成する。絶縁膜２３の材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等を用いることができる。絶縁膜２３は、例えば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等により形成することができる。 Next, in the step shown in FIG. 2C, the insulating film 23 is formed on the upper surface of the insulating film 22 so as to cover the X-axis temperature detectors 30 and 31 and the Y-axis temperature detectors 32 and 33. .. As the material of the insulating film 23, for example, a silicon oxide film (SiO ₂ ) or the like can be used. The insulating film 23 can be formed by, for example, a sputtering method, a plasma CVD method, or the like.

次に、図２（ｄ）に示す工程では、絶縁膜２３の上面に、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０を形成する。発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０の材料としては、例えば、白金（Ｐｔ）、ニクロム（ＮｉＣｒ）、ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）等を用いることができる。発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０は、例えば、スパッタリング法等により形成することができる。 Next, in the step shown in FIG. 2D, the heat generating resistor 40 and the resistance temperature measuring resistor 50 are formed on the upper surface of the insulating film 23. As the material of the heat generation resistor 40 and the resistance temperature detector 50, for example, platinum (Pt), nichrome (NiCr), polysilicon (p—Si) and the like can be used. The heat generation resistor 40 and the resistance temperature detector 50 can be formed by, for example, a sputtering method or the like.

次に、図３（ａ）に示す工程では、絶縁膜２３の上面に、発熱抵抗体４０及び測温抵抗体５０を被覆するように、絶縁膜２４を形成する。絶縁膜２４の材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）等を用いることができる。絶縁膜２４は、例えば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等により形成することができる。 Next, in the step shown in FIG. 3A, the insulating film 24 is formed on the upper surface of the insulating film 23 so as to cover the heat generating resistor 40 and the resistance temperature measuring resistor 50. As the material of the insulating film 24, for example, a silicon oxide film (SiO ₂ ) or the like can be used. The insulating film 24 can be formed by, for example, a sputtering method, a plasma CVD method, or the like.

次に、図３（ｂ）に示す工程では、絶縁膜２４の上面に、配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９を形成する。配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９の材料としては、例えば、アルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等を用いることができる。配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９は、例えば、スパッタリング法等により形成することができる。なお、配線６０〜６９を下層の発熱抵抗体４０等に接続する部分には、絶縁膜をエッチングしてコンタクトホールを形成し、コンタクトホール内にアルミニウム（Ａｌ）や金（Ａｕ）等からなる垂直配線を形成する。 Next, in the step shown in FIG. 3B, wirings 60 to 69, dummy wirings 70 and 71, and pads 80 to 89 are formed on the upper surface of the insulating film 24. As the materials for the wirings 60 to 69, the dummy wirings 70 and 71, and the pads 80 to 89, for example, aluminum (Al) or gold (Au) can be used. The wirings 60 to 69, the dummy wirings 70 and 71, and the pads 80 to 89 can be formed by, for example, a sputtering method or the like. A contact hole is formed by etching an insulating film at the portion where the wirings 60 to 69 are connected to the heat generating resistor 40 or the like in the lower layer, and the contact hole is vertically made of aluminum (Al), gold (Au) or the like. Form the wiring.

次に、図３（ｃ）に示す工程では、絶縁膜２４の上面に、配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１、並びにパッド８０〜８９を被覆するように、絶縁膜２５を形成する。絶縁膜２５の材料としては、例えば、シリコン酸化膜（ＳｉＯ_２）やシリコン窒化膜（Ｓｉ_３Ｎ_４）等を用いることができる。絶縁膜２５は、例えば、スパッタリング法やプラズマＣＶＤ法等により形成することができる。その後、パッド８０〜８９の夫々の上面の少なくとも一部が絶縁膜２５から露出するように、ドライエッチング等により開口部２５ｘを形成する。 Next, in the step shown in FIG. 3C, the insulating film 25 is formed on the upper surface of the insulating film 24 so as to cover the wirings 60 to 69, the dummy wirings 70 and 71, and the pads 80 to 89. As the material of the insulating film 25, for example, a silicon oxide film (SiO ₂ ), a silicon nitride film (Si ₃ N ₄ ), or the like can be used. The insulating film 25 can be formed by, for example, a sputtering method, a plasma CVD method, or the like. After that, the opening 25x is formed by dry etching or the like so that at least a part of the upper surface of each of the pads 80 to 89 is exposed from the insulating film 25.

次に、図３（ｄ）に示す工程では、半導体基板１０の中央部に開口部１０ｘを形成する。これにより、開口部１０ｘ内に絶縁膜２１の下面が露出し、薄膜構造体部２０ｔができあがる。開口部１０ｘは、例えば、ＤＲＩＥにより形成できる。開口部１０ｘは、水酸化テトラメチルアンモニウム（ＴＭＡＨ）や水酸化カリウム（ＫＯＨ）等をエッチング液に用いたウェットエッチングにより形成してもよい。以上の工程により、図１に示す流量センサ１が完成する。 Next, in the step shown in FIG. 3D, an opening 10x is formed in the central portion of the semiconductor substrate 10. As a result, the lower surface of the insulating film 21 is exposed in the opening 10x, and the thin film structure portion 20t is completed. The opening 10x can be formed by, for example, DRIE. The opening 10x may be formed by wet etching using tetramethylammonium hydroxide (TMAH), potassium hydroxide (KOH), or the like as an etching solution. Through the above steps, the flow rate sensor 1 shown in FIG. 1 is completed.

なお、以上は単独の流量センサ１を作製する工程として説明したが、半導体ウェハ上に流量センサ１となる複数の領域を形成し、その後ダイシング等により個片化して複数の流量センサ１を同時に形成する工程とすると効率的である。 Although the above has been described as a step of manufacturing a single flow rate sensor 1, a plurality of regions to be flow rate sensors 1 are formed on a semiconductor wafer, and then the flow rate sensors 1 are individually formed by dicing or the like to form a plurality of flow rate sensors 1 at the same time. It is efficient if it is a process to be performed.

このように、第１の実施の形態に係る流量センサ１では、薄膜構造体部２０ｔにおいて、平面視において、Ｘ軸温度検出体３０及び３１、Ｙ軸温度検出体３２及び３３、及び配線６０〜６９、ダミー配線７０及び７１を、発熱抵抗体４０に対して点対称に配置している。これにより、発熱抵抗体４０からの熱が薄膜構造体部２０ｔに均等に伝わり、流体の流れる向き（流向）に対して温度分布のばらつきが少なくなるため、流量の検出感度を向上することができる。 As described above, in the flow sensor 1 according to the first embodiment, in the thin film structure portion 20t, the X-axis temperature detectors 30 and 31, the Y-axis temperature detectors 32 and 33, and the wirings 60 to 60 in plan view. 69, dummy wirings 70 and 71 are arranged point-symmetrically with respect to the heat generating resistor 40. As a result, the heat from the heat generating resistor 40 is evenly transmitted to the thin film structure portion 20t, and the variation in the temperature distribution with respect to the flow direction (flow direction) of the fluid is reduced, so that the flow rate detection sensitivity can be improved. ..

又、発熱抵抗体配線と温度検出体配線とを互いに平行に配置することにより、発熱抵抗体４０から発生した熱が薄膜構造体部２０ｔ上に分布しやすくなり、上流の温度検出体と下流の温度検出体の検出する温度差が大きくなる。これにより、流量の検出感度を向上することができる。 Further, by arranging the heat generating resistor wiring and the temperature detector wiring in parallel with each other, the heat generated from the heat generating resistor 40 can be easily distributed on the thin film structure portion 20t, and the temperature detector upstream and the temperature detector downstream can be easily distributed. The temperature difference detected by the temperature detector becomes large. Thereby, the detection sensitivity of the flow rate can be improved.

又、発熱抵抗体４０の材料と発熱抵抗体配線（配線６０及び６１）の材料に異種材料を使用し、発熱抵抗体４０の比抵抗が発熱抵抗体配線の比抵抗より大きくなる材料を選択することにより、発熱抵抗体４０に電力が集中し、発熱抵抗体４０の温度上昇が大きくなる。そのため、上流の温度検出体と下流の温度検出体の検出する温度差が大きくなり、流量の検出感度を向上することができる。 Further, different materials are used for the material of the heat generation resistor 40 and the material of the heat generation resistor wiring (wiring 60 and 61), and a material having a specific resistance of the heat generation resistor 40 larger than the specific resistance of the heat generation resistor wiring is selected. As a result, electric power is concentrated on the heat generating resistor 40, and the temperature rise of the heat generating resistor 40 becomes large. Therefore, the temperature difference between the upstream temperature detector and the downstream temperature detector becomes large, and the flow rate detection sensitivity can be improved.

薄膜構造体部２０ｔの応力集中部Ｂに配線を配置しないことにより、薄膜構造体部２０ｔへの熱応力による影響が緩和され、配線と薄膜構造体部の機械的強度を向上することができる。 By not arranging the wiring in the stress concentration portion B of the thin film structure portion 20t, the influence of the thermal stress on the thin film structure portion 20t is alleviated, and the mechanical strength of the wiring and the thin film structure portion can be improved.

又、各温度検出体に酸化バナジウムを用いることにより、流量の検出感度を向上することができると共に、発熱抵抗体の低消費電力化及び温度検出体の小型化が可能となる。 Further, by using vanadium oxide for each temperature detector, it is possible to improve the detection sensitivity of the flow rate, reduce the power consumption of the heat generating resistor, and reduce the size of the temperature detector.

〈第１の実施の形態の変形例１〉
第１の実施の形態の変形例１では、薄膜構造体部にスリットを設ける例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例１において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。 <Modification 1 of the first embodiment>
In the first modification of the first embodiment, an example in which a slit is provided in the thin film structure portion is shown. In the first modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the above-described embodiment may be omitted.

図４は、第１の実施の形態の変形例１に係る流量センサを例示する平面透視図である。図４に示すように、流量センサ２は、薄膜構造体部２０ｔに、８本のスリット２０ｘが設けられた点が、流量センサ１（図１参照）と相違する。スリット２０ｘの平面形状は、例えば、細長状（例えば、長方形や楕円形等）とすることができる。 FIG. 4 is a plan perspective view illustrating the flow rate sensor according to the first modification of the first embodiment. As shown in FIG. 4, the flow rate sensor 2 is different from the flow rate sensor 1 (see FIG. 1) in that the thin film structure portion 20t is provided with eight slits 20x. The planar shape of the slit 20x can be, for example, an elongated shape (for example, a rectangle, an ellipse, etc.).

具体的には、スリット２０ｘは、配線６０と、配線６０の両側に配線６０と平行に配置された配線６４及び６７との間に設けられている。又、配線６１と、配線６１の両側に配線６１と平行に配置された配線６３及び６９との間に設けられている。 Specifically, the slit 20x is provided between the wiring 60 and the wirings 64 and 67 arranged in parallel with the wiring 60 on both sides of the wiring 60. Further, it is provided between the wiring 61 and the wirings 63 and 69 arranged in parallel with the wiring 61 on both sides of the wiring 61.

同様に、ダミー配線７０と、ダミー配線７０の両側にダミー配線７０と平行に配置された配線６２及び６６との間に設けられている。又、ダミー配線７１と、ダミー配線７１の両側にダミー配線７１と平行に配置された配線６５及び６８との間に設けられている。 Similarly, it is provided between the dummy wiring 70 and the wirings 62 and 66 arranged in parallel with the dummy wiring 70 on both sides of the dummy wiring 70. Further, it is provided between the dummy wiring 71 and the wirings 65 and 68 arranged in parallel with the dummy wiring 71 on both sides of the dummy wiring 71.

このように、薄膜構造体部２０ｔにスリット２０ｘを設けることにより、薄膜構造体部２０ｔの熱容量を低減することができる。これにより、発熱抵抗体４０の温度上昇が大きくなるため、上流の温度検出体と下流の温度検出体の検出する温度差が大きくなり、流量の検出感度を更に向上することができる。なお、スリットは、薄膜構造体部２０ｔの他の部分に対称に設けてもよい。 By providing the slit 20x in the thin film structure portion 20t in this way, the heat capacity of the thin film structure portion 20t can be reduced. As a result, the temperature rise of the heat generating resistor 40 becomes large, so that the temperature difference detected by the upstream temperature detector and the downstream temperature detector becomes large, and the flow rate detection sensitivity can be further improved. The slits may be provided symmetrically in other portions of the thin film structure portion 20t.

〈第１の実施の形態の変形例２〉
第１の実施の形態の変形例２では、薄膜構造体部の平面形状を変えた例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例２において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。 <Modification 2 of the first embodiment>
In the second modification of the first embodiment, an example in which the planar shape of the thin film structure portion is changed is shown. In the second modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the above-described embodiment may be omitted.

図５は、第１の実施の形態の変形例２に係る流量センサを例示する平面透視図である。図５に示すように、流量センサ３は、薄膜構造体部２０ｔが薄膜構造体部２０ｕに置換された点が、流量センサ１（図１参照）と相違する。 FIG. 5 is a plan perspective view illustrating the flow rate sensor according to the second modification of the first embodiment. As shown in FIG. 5, the flow rate sensor 3 differs from the flow rate sensor 1 (see FIG. 1) in that the thin film structure portion 20t is replaced with the thin film structure portion 20u.

流量センサ３では、半導体基板１０の開口部１０ｘの平面形状が円形である。その結果、薄膜構造体部２０ｕの平面形状も円形である。なお、薄膜構造体部２０ｕは、平面形状が円形になった以外は薄膜構造体部２０ｔと同様である。 In the flow rate sensor 3, the planar shape of the opening 10x of the semiconductor substrate 10 is circular. As a result, the planar shape of the thin film structure portion 20u is also circular. The thin film structure portion 20u is the same as the thin film structure portion 20t except that the planar shape is circular.

このように、円形の薄膜構造体部２０ｕを設けることにより、応力集中部Ｂがなくなるため、配線と薄膜構造体部の機械的強度を更に向上することができる。 By providing the circular thin film structure portion 20u in this way, the stress concentration portion B is eliminated, so that the mechanical strength of the wiring and the thin film structure portion can be further improved.

〈第１の実施の形態の変形例３〉
第１の実施の形態の変形例３では、１軸の流量センサの例を示す。なお、第１の実施の形態の変形例３において、既に説明した実施の形態と同一構成部についての説明は省略する場合がある。 <Modification 3 of the first embodiment>
In the third modification of the first embodiment, an example of a uniaxial flow rate sensor is shown. In the third modification of the first embodiment, the description of the same components as those of the above-described embodiment may be omitted.

図６は、第１の実施の形態の変形例３に係る流量センサを例示する平面透視図である。図６に示すように、流量センサ４は、Ｙ軸温度検出体３２及び３３のみが配置され、Ｘ軸温度検出体が配置されていない点が、流量センサ１（図１参照）と相違する。流量センサ４では、Ｙ軸方向のみの流量を検出することができる。このように、１軸の流量センサを実現することも可能である。 FIG. 6 is a plan perspective view illustrating the flow rate sensor according to the third modification of the first embodiment. As shown in FIG. 6, the flow rate sensor 4 differs from the flow rate sensor 1 (see FIG. 1) in that only the Y-axis temperature detectors 32 and 33 are arranged and the X-axis temperature detector is not arranged. The flow rate sensor 4 can detect the flow rate only in the Y-axis direction. In this way, it is also possible to realize a uniaxial flow rate sensor.

以上、本発明の好ましい実施の形態について詳説したが、本発明は、上述した実施の形態に制限されることはなく、本発明の範囲を逸脱することなく、上述した実施の形態に種々の変形及び置換を加えることができる。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described in detail above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications to the above-described embodiments are made without departing from the scope of the present invention. And substitutions can be made.

１、２、３、４流量センサ
１０半導体基板
１０ｘ、２５ｘ開口部
２０ダイヤフラム部
２０ａダイヤフラム部の上面
２０ｅダイヤフラム部の縁辺
２０ｔ、２０ｕ薄膜構造体部
２０ｘスリット
２１〜２５絶縁膜
３０、３１Ｘ軸温度検出体
３２、３３Ｙ軸温度検出体
４０発熱抵抗体
５０測温抵抗体
６０〜６９配線
７０、７１ダミー配線
８０〜８９パッド 1, 2, 3, 4 Flow sensor 10 Semiconductor substrate 10x, 25x Opening 20 Diaphragm part 20a Upper surface of diaphragm part 20e Edge of diaphragm part 20t, 20u Thin film structure part 20x Slit 21-25 Insulation film 30, 31 X-axis temperature Detector 32, 33 Y-axis temperature detector 40 Heat generation resistor 50 Resistance temperature detector 60 to 69 Wiring 70, 71 Dummy wiring 80 to 89 Pad

Claims

A heat generating resistor and a plurality of temperature detectors are provided, and the flow rate of the fluid flowing on the temperature detector is detected based on the temperature detection results of each of the temperature detectors in a state where the heat generating resistor is heated. It ’s a flow sensor,
A frame-shaped semiconductor substrate with an opening,
A diaphragm portion provided on the semiconductor substrate and
It has a heat generating resistor and a plurality of temperature detectors provided in the diaphragm portion.
The diaphragm portion includes a thin film structure portion that closes the opening.
In a plan view, a plurality of the temperature detectors are arranged around the heat generating resistor in the thin film structure portion.
The temperature detector wiring drawn from the plurality of temperature detectors includes the first wiring and the second wiring.
The first wiring and the second wiring are arranged point-symmetrically with respect to the heat generation resistor, and the first wiring and the second wiring generate heat drawn from one end of the heat generation resistor. A flow sensor characterized in that the resistor wiring is sandwiched from both sides and arranged in parallel with the heat generating resistor wiring.

A heat generating resistor and a plurality of temperature detectors are provided, and the flow rate of the fluid flowing on the temperature detector is detected based on the temperature detection results of each of the temperature detectors in a state where the heat generating resistor is heated. It ’s a flow sensor,
A frame-shaped semiconductor substrate with an opening,
A diaphragm portion provided on the semiconductor substrate and
It has a heat generating resistor and a plurality of temperature detectors provided in the diaphragm portion.
The plurality of temperature detectors include four temperature detectors equidistant from the heat generating resistor.
The planar shape of the diaphragm portion is square,
The heat generating resistor is arranged at the center of the diaphragm portion.
When the axis parallel to one of the four edges of the diaphragm portion is the X axis and the axis parallel to the upper surface of the diaphragm portion and orthogonal to the X axis is the Y axis, the two temperatures facing each other. The detector is arranged in a direction parallel to the X-axis, and the other two temperature detectors facing each other are arranged in a direction parallel to the Y-axis.
The diaphragm portion includes a thin film structure portion that closes the opening.
In a plan view, the thin film structure portion is square.
In a plan view, a plurality of the temperature detectors are arranged around the heat generating resistor in the thin film structure portion.
The four regions including the central portion of each edge of the thin film structure portion are stress concentration portions.
The temperature detector wiring drawn from the plurality of temperature detectors and the heat generating resistor wiring drawn from one end of the heat generating resistor are arranged in a region other than the stress concentration portion. Sensor.

A heat generating resistor and a plurality of temperature detectors are provided, and the flow rate of the fluid flowing on the temperature detector is detected based on the temperature detection results of each of the temperature detectors in a state where the heat generating resistor is heated. It ’s a flow sensor,
A frame-shaped semiconductor substrate with an opening,
A diaphragm portion provided on the semiconductor substrate and
It has a heat generating resistor and a plurality of temperature detectors provided in the diaphragm portion.
The plurality of temperature detectors include four temperature detectors equidistant from the heat generating resistor.
The planar shape of the diaphragm portion is square,
The heat generating resistor is arranged at the center of the diaphragm portion.
When the axis parallel to one of the four edges of the diaphragm portion is the X axis and the axis parallel to the upper surface of the diaphragm portion and orthogonal to the X axis is the Y axis, the two temperatures facing each other. The detector is arranged in a direction parallel to the X-axis, and the other two temperature detectors facing each other are arranged in a direction parallel to the Y-axis.
The diaphragm portion includes a thin film structure portion that closes the opening.
In a plan view, a plurality of the temperature detectors are arranged around the heat generating resistor in the thin film structure portion.
In the thin film structure part
The heat generating resistor wiring drawn from one end of the heat generating resistor is arranged on one diagonal line of the diaphragm portion.
A flow sensor characterized in that different materials are used for the material of the heat generating resistor and the material of the heat generating resistor wiring, and the specific resistance of the heat generating resistor is larger than the specific resistance of the heat generating resistor wiring.

In the thin film structure part
Dummy wiring is arranged on both sides of the heat generating resistor on the other diagonal line of the diaphragm portion.
The flow sensor according to claim 3, wherein the temperature detector wiring drawn from the plurality of temperature detectors includes wiring arranged in parallel with the dummy wiring on both sides of the dummy wiring.

Between the heat-generating resistor wiring and the wiring arranged parallel to the heat-generating resistor wiring on both sides of the heat-generating resistor wiring, and in parallel with the dummy wiring on both sides of the dummy wiring and the dummy wiring. The flow rate sensor according to claim 4, wherein a slit is provided between the arranged wiring and the flow sensor.

The flow rate sensor according to any one of claims 1 or 3 to 5 , wherein the thin film structure portion is circular in a plan view.

In the thin film structure portion, the plurality of temperature detectors and the temperature detector wirings drawn from the plurality of temperature detectors are arranged point-symmetrically with respect to the heat generating resistor. The flow rate sensor according to any one of claims 1 to 6 .

The flow rate sensor according to claim 1 , wherein the plurality of temperature detectors include four temperature detectors arranged at equal distances from the heat generating resistor.

The planar shape of the diaphragm portion is square,
The heat generating resistor is arranged at the center of the diaphragm portion.
When the axis parallel to one of the four edges of the diaphragm portion is the X axis and the axis parallel to the upper surface of the diaphragm portion and orthogonal to the X axis is the Y axis, the two temperatures facing each other. The flow rate according to claim 8 , wherein the detector is arranged in a direction parallel to the X-axis, and the other two temperature detectors facing each other are arranged in a direction parallel to the Y-axis. Sensor.

The flow rate sensor according to any one of claims 1 to 9, wherein the plurality of temperature detectors are formed of vanadium oxide.