KR100263497B1 - 유량 검출소자 및 그것을 사용한 유량센서 - Google Patents

Abstract

본 발명의 유량 검출소자는, 적어도 한면측을 개구로 하는 공극이 설치된 평판형상 기판과 발열 저항소자와 이 발열 저항소자의 양측에 배치된 1쌍의 측정온도 저항소자가 절연성의 지지막과 절연성의 보호막에 의해 상하로부터 싸여서 구성된 센서부를 구비하고 있다. 이 센서부는 평판형상 기판의 한면측의 표면에 대해서 개략 평행이 되는 평면위에 배치됨과 동시에 공극위에 위치되고 적어도 그 지지막의 한 끝단이 평판형상 기판에 유지되어서 그 대부분이 평판형상 기판과 비접촉 상태로 배치되어 있다. 또한, 지지막 및 보호막의 적어도 한쪽보다 높은 열전도율을 갖는 박막의 열전도 촉진부재가 센서부의 발열 저항소자와 한쌍의 측정온도 저항소자와의 사이의 열전도 경로에 배열 설치되어 있다.

Description

유량 검출소자 및 그것을 사용한 유량센서

본 발명은, 예를들어 내연기관의 흡입공기량을 계측하는 유량 검출소자 및 유량센서에 관한 것으로서, 특히 발열체를 구비하며, 그 발열체 또는 발열체에 의해 가열된 부분에서 유체로의 열전달 현위에 의거해서 유체의 유속 또는 유량을 계측하는 유량 검출소자 및 유량 센서에 관한 것이다.

(종래의 기술)

도 22 및 도 23은 각각 예를들면, 일본 특허공고 평 5-7659 호 공보에 기재된 종래의 감열식 유량 검출소자를 도시하는 단면도 및 평면도이다.

각 도면에 있어서, 절연성의 지지막(2)이 평판형상 기판(1)의 한 면위에 형성되어 있다. 그리고 격자형상의 발열 저항소자(4)가 지지막(2)위에 형성되어 있다. 또, 격자형상의 측정온도 저항소자(5, 6)가 발열 저항소자(4)를 끼고 대칭으로 지지막(2)위에 형성되어 있다. 또한, 절연성의 보호막(3)이 발열 저항소자(4) 및 1쌍의 측정온도 저항소자(5, 6)을 덮듯이 지지막(2)위에 형성되어 있다. 여기에서 발열 저항소자(4) 및 1쌍의 측정온도 저항소자(5, 6)가 지지막(2)과 보호막(9)에 의해 싸여서 센서부(14)를 구성하고 있다.

또, 공기 스페이스(9)가 평판형상 기판(1)의 센서부(14)의 하부에 설치되고 있다. 이 공기 스페이스(9)는 지지막(2) 및 보호막(3)을 다치지 않는 에칭액을 사용하여 개구부(8)에서 평판형상 기판(1)의 일부를 제거하여 형성되어 있다. 그래서, 센서부(14)는 그 양단이 평판형상 기판(1)에 유지되어 브리지를 구성하고 평판형상 기판(1)과 비접촉 상태로 되어 있다.

또, 격자형상의 비교 저항소자(7)가 센서부(14)에서 떨어진 위치의 지지막(2)위에 형성되며 그위로 부터 보호막(3)이 피복되어 있다.

여기에서, 평판형상 기판(1)으로서는 반도체, 그중에서도 특히 정밀한 에칭기술을 응용할 수 있는 점과 칩의 생산성이 높은 실리콘이 사용된다. 또, 지지막(2) 및 보호막(3)으로선 매우 우수한 열적 절연체인 질화 실리콘이 사용된다. 또한, 발열 저항소자(4), 측정온도 저항소자(5, 6) 및 비교 저항소자(7)로선 백금이 사용된다.

이같이 구성된 종래의 유량 검출소자에선 발열 저항소자(4)의 온도가 비교 저항소자(7)에서 검출된 평판형상 기판(1)의 온도에 대해서 200℃ 높은 온도로 유지되게 발열 저항소자(4)에 통전하는 가열 전류가 도시생략된 제어 회로에 의해서 제어되고 있다. 또한, 센서부(14)의 하부에는 공기 스페이스(9)가 있기 때문에 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 비교 저항소자(7)까지 전도하지 않는다. 그래서 비교 저항소자(7)에서 검출되는 온도는 개략 공기 온도와 같게 되어 있다.

발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 지지막(3) 및 보호막(4)의 막안을 전도해서 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 또한, 그 열은 센서부(14)를 에워싸는 공기를 거쳐서 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 그래서, 센서부(14)는 도 23에 도시되듯이 발열 저항소자(4)의 중심에 대해서 대칭으로 구성되어 있으므로 공기의 흐름이 없는 경우에는 1쌍의 측정온도 저항소자(5, 6)의 온도간에 차이가 생기지 않는다. 또, 공기의 흐름이 있는 경우에는 상류측의 측정온도 저항소자는 냉각되며 하류측의 측정온도 저항소자는 상류측부터 공기에 의해 전달된 열에 의해 가열되며 상류측의 측정온도 저항소자만큼 냉각되지 않는다. 예를들면 도 23에 화살표(10)로 도시되는 방향으로 기류가 생기고 있으면, 측정온도 저항소자(6)의 온도는 측정온도 저항소자(5)의 온도에 비해서 높아진다. 그리고 유속이 커질수록에 양자의 온도차는 확대된다.

측정온도 저항소자(5, 6)의 온도는 저항값으로 나타내어지므로 측정온도 저항소자(5, 6)의 저항값의 차를 검출하는 것에 의해서 유속을 측정할 수 있다.

또, 기류의 흐름이 화살표(10)와 반대 방향이 되면 측정온도 저항소자(6)의 온도는 측정온도 저항소자(5)의 온도에 비해서 낮아진다는 것에서 유체의 흐름 방향도 검출할 수 있다.

여기에서 도 22및 도 23에 도시한 종래의 감열식 유량 검출소자는 브리지타입인데 감열식 유량 검출소자에는 별도의 다이어프램 타입이 있다.

이 종래의 다이어프램 타입의 감열식 유량 검출 소자로서는 도 24및 도 25 에 도시되는 것이 있다.

이 다이어프램 타입의 감열식 유량 검출소자에 있어서는 센서부(14)가 형성된 면과 반대의 면에서 평판식 기판(1)의 일부를 에칭등에 의해 제거하여 오목부부(13)를 형성하고 있다. 그래서, 센서부(14)는 그 외주부가 전 둘레에 걸쳐서 평판형상 기판(1)에 유지되어서 다이어프램을 구성하고, 평판형상 기판(1)과 비접촉 상태로 되어 있다.

이 다이어프램 타입의 감열식 유량 검출소자는 평판형상 기판(1)에 전둘레에 지지되고 있으므로 브리지 타입의 감열식 유량 검출소자에 비해서 높은 강도가 얻어지는 반면 응답성에서 열화되게 된다. 또한, 유체의 유속 검출 원리는 브리지 타입과 같다.

종래의 감열식 유량 검출소자는 이상과 같이 구성되어 있으므로 계측 유체의 유량이나 유속이 변화된 경우, 발열 저항소자(4)나 측정온도 저항소자(5, 6)의 온도는 지지막(2), 보호막(3) 및 각 저항소자(4, 5, 6)의 열전도율과 열용량으로 결정되는 지연을 발생하게 된다. 그리고 발열 지연소자(4)는 온도 제어되고 있지만 발열 저항소자(4)의 양측에 있는 측정온도 저항소자(5, 6)는 온도 제어되고 있지 않으므로 그 온도 변화가 계측 유체의 정확한 유량이나 유속을 검출할 수 있는 소정의 온도로 되기 까지 시간을 요하게 된다.

따라서, 계측 유체의 유량이나 유속이 항상 변화를 계속하는 경우에는 측정온도 저항소자(5, 6)가 순간의 유량이나 유속을 정확하게 나타내는 온도로 되는 일은 없다. 또, 계측 유체의 속도의 시간당의 변화가 클수록에 정확한 순간적인 시간 유량이나 유속을 검출하는 것이 곤란해진다. 즉, 유량 검출소자로서의 응답성이 나쁘게 된다.

지지막(2)이나 보호막(3) 또는 각 저항소자(4, 5, 6)의 두께를 얇게 하는 것은 이같은 불합리함을 해결하는 방향으로 작용되지만, 브리지 구조 또는 다이어프램 구조의 센서부(14) 강도가 두드러지게 저하되고, 유량 검출소자로서의 신뢰성이 저하된다는 과제가 생긴다.

예를들면 내연기관의 흡입공기량을 계측하는 경우, 그 흡입 공기량은 회전수에 따른 맥동류로 되며 특히 고부하 영역에 있어선 유량 변동폭이 매우 크고 또 고회전 영역에 있어선 유량 변동의 소고가 빠르기 때문에 응답성이 양호한 유량 검출소자가 구해진다. 또한, 흡입 공기의 최대 유속이 200m/s 근처에 이른다는 것에서 소정의 강도를 갖는 유량 검출소자가 구해진다.

이같이 종래의 감열식 유량 검출소자는 응답성을 향상시키기 위해선 강도를 떨어뜨려야 하며 내연기관의 흡입 공기량의 계측에 적합한 설계가 매우 곤란했다는 과제가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이뤄진 것으로서, 지지막이나 보호막의 두께를 얇게 하지 않고 즉, 강도를 저하시키지 않고 응답성을 향상할 수 있는 유량 검출소자 및 이것을 사용한 유량 센서를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 관한 유량 소자는 적어도 한면측을 개구로 하는 공극이 마련된 평판형상 기판과, 발열 저항소자와 상기 발열 저항소자의 양측에 배치된 1쌍의 측정온도 저항소자가 절연성의 지지막과 절연성의 보호막에 의해서 상하로부터 싸여서 구성되며 상기 평판형상 기판의 한면측의 표면에 대해서 거의 평행이 되는 평면위에 배치되는 동시에, 상기 공극위에 위치되도록 적어도 그 지지막의 일단이 상기 평판형상 기판에 유지되어서 그 대부분이 상기 평판형상 기판과 비접촉 상태로 배치되는 센서부를 구비하며, 상기 지지막 및 상기 보호막의 적어도 한쪽보다 높은 열전도율을 갖는 박막의 열전도 촉진부제가 상기 센서부의 상기 발열 저항소자와 상기 1쌍의 측정온도 저항소자와 사이의 열전도경로에 배열 설치되어 있는 것이다.

본 발명의 유량 센서는, 통 형상을 이루며 그 축방향을 계측 유체의 흐름 방향에 개략 일치시켜서 그 계측 유체의 통로내에 배치되는 계측용관로와, 적어도 한면측을 개구로 하는 공극이 설치된 평판형상 기판과, 발열 저항소자와 이 발열 저항소자의 양측에 배치된 1쌍의 측정온도 저항소자가 절연성의 지지막과 절연성의 보호막에 의해 상하로부터 싸여서 구성되며, 상기 평판형상 기판의 한면측의 표면에 대해서 개략 평행이 되는 평면위에 배치되는 동시에, 상기 공극위에 위치하게 적어도 그 지지막의 일단이 상기 평판형상 기판에 유지되어서 그 대부분이 상기 평판형상 기판과 비접촉상태로 배치되는 센서부와, 이 센서부의 상기 발열 저항소자와 상기 1쌍의 측정온도 대항 소자와 사이의 열전도 경로에 배열 설치된 상기 지지막 및 상기 보호막안 적어도 한쪽보다 높은 열전도율을 갖는 박막의 열전도 촉진부재로 구성되며 상기 발열 소자와 상기 1쌍의 측정온도 저항소자와의 배열 방향을 상기 계측용 관로의 축방향에 개략 일치시켜서 상기 계측용 관로내에 설치된 유량 검출소자와 상기 발열 저항소자에 공급되는 전력을 제어해서 그 발열 저항소자의 온도를 소정의 온도로 유지하는 제어부와, 상기 1쌍의 측정온도 저항소자의 온도를 계측하는 온도 계측부를 구비한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도.

도 2는 도 1의 선II-II의 단면도.

도 3은 계측 유체의 흐름 방향에 있어서의 유량 검출소자의 표면 온도 분포를 도시하는 설명도.

도 4는 본 발명의 실시형태 2에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도.

도 5는 도 4의 선 V-V의 단면도.

도 6은 본 발명의 실시형태 3에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도.

도 7은 도 6의 선 VII-VII의 단면도.

도 8은 본 발명의 실시형태 4에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도.

도 9는 도 8의 선 IX-IX의 단면도.

도 10은 본 발명의 실시형태 5에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도.

도 11은 도 10의 선 XI-XI의 단면도.

도 12는 본 발명의 실시형태 6에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도.

도 13 은 도 12의 XIII-XIII 조망 단면도.

도 14 는 본 발명의 실시형태 7에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도.

도 15는 도 14의 선 XV-XV의 단면도.

도 16은 본 발명의 실시형태 9에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도.

도 17은 도 16의 선 XVII-XVII의 단면도.

도 18은 본 발명의 실시형태 10에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도.

도 19는 도 18의 선 XIX-XIX의 단면도.

도 20은 본 발명의 실시형태 11에 관한 유량 센서를 도시하는 정면도.

도 21은 본 발명의 실시형태 11에 관한 유량 센서를 도시하는 횡단면도.

도 22는 종래의 유량 검출소자를 도시하는 단면도.

도 23은 종래의 유량 검출소자의 주요부를 도시하는 평면도.

도 24는 종래의 유량 검출소자의 다른예를 도시하는 단면도.

도 25는 종래의 유량 검출소자의 다른예의 주요부를 도시하는 평면도.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ※

1 : 기판 2 : 지지막

3 : 보호막 4, 5, 6 : 저항소자

11, 21 : 열전도 촉진부재 14 : 센서부

이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다.

(실시형태 1)

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도 이며, 도 2는 도 1 의 선 II-II의 단면도 이다.

각 도면에 있어서, 절연성의 지지막(2)이 평판형상 기판(1)의 표면위에 형성되어 있다. 그리고 격자형상의 발열 저항소자(4)가 지지막(2)위에 형성되고 있다. 또, 격자형상의 측정온도 저항소자(5, 6)가 발열 저항소자(4)의 양측에 위치하게 지지막(2)위에 형성되어 있다. 또한, 열전도 촉진부재(11)가 발열 저항소자(4)와 1쌍의 측정온도 저항소자(5, 6)와의 사이에 각각 형성되고 있다. 또한, 절연성의 보호막(3)이 발열 저항소자(4), 1쌍의 측정온도 저항소자(5, 6) 및 1쌍의 열전도 촉진부재(11)를 덮듯이 지지막(2)위에 형성되어 있다. 여기에서 발열 저항소자(4), 1쌍의 측정온도 저항소자(5, 6) 및 1쌍의 열전도 촉진부재(11)가 지지막(2)과 보호막(3)에 의해 싸여서 센서부(15)를 구성하고 있다. 그리고 센서부(15)는 발열 저항소자(4)의 중심에 대해서 대칭으로 구성되고 있다.

또, 공극으로서의 에칭홀(18)이 평판형상 기판(1)의 센서부(15) 하부에 설치되어 있다. 이 에칭홀(18)은 평판형상 기판(1)의 이면위에 형성된 이면 보호막(17)을 마스크로서 알카리 에칭이 실시되고 평판형상 기판(1)의 일부를 제거해서 형성되어 있다. 그래서 센서부(15)는 그 전체둘레가 평판형상 기판(1)에 유지되어서 다이어프램을 구성하고 평판형상 기판(1)과 비접촉 상태로 되어 있다.

또, 격자형상의 비교 저항소자(7)가 센서부(15)에서 떨어진 위치의 지지막(2)위에 형성되고 그 위로부터 보호막(3)이 피복되어 있다. 또, 리드부가 비교 저항소자(7), 발열 저항소자(4) 및 1쌍의 측정온도 저항소자(5, 6)의 각각의 격자형상의 패턴의 각 단부에서 연장되어 있으며 각 리드부의 단부상의 보호막(3)이 제거되어서 전극 패드(16a-16h)를 형성하고 있다.

여기에서 평판형상 기판(1)으로선 반도체, 그중에서도 특히 정밀한 에칭기술을 응용할 수 있는 점과 칩의 생산성이 높은 실리콘이 사용된다. 또, 지지막(2) 및 보호막(3)으로선 매우 우수한 열적 절연체인 질화 실리콘이 사용된다. 또한, 발열 저항소자(4), 측정온도 저항소자(5, 6) 및 비교 저항소자(7)로선 백금이 사용된다. 또한 다시, 열전도 촉진 부재(11)로선 지지막(2) 및 보호막(3)에 비해서 열전도율이 높은 재료인 백금이 사용된다.

이 유량 검출소자를 제작하려면 우선 실리콘으로 되는 평판형상 기판(1)의 양면의 전면에 스터터링으로 질화 실리콘(2)을 2㎛ 착막하고 지지막(2) 및 이면 보호막(17)을 형성한다. 그리고 지지막(2)위의 전체면에 스터터링에 의해 백금을 0.1㎛ 착막하고 사진 제판기술 및 에칭기술에 의해 백금 피막을 패터닝하고 패턴 폭 5㎛, 패턴 간격 5㎛의 격자형상의 발열 저항소자(4), 측정온도 저항소자(5, 6) 및 비교 저항소자(7)와 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)과 사이에 직사각 형상의 열전도 촉진부재(11)를 형성한다. 또한, 지지막(2)상의 전면에 질화실리콘을 2㎛ 착막하고 보호막(3)을 형성한다. 그후 사진 제판기술 및 에칭기술에 의해 발열 저항소자(4), 측정온도 저항소자(5, 6) 및 비교 저항소자(7)의 각 리드부의 단부상의 보호막(3)을 제거하고 전극 패드(16a-16h)를 형성한다.

또, 사진 제판기술 및 에칭기술에 의해 센서부(15)를 커버하듯이 이면 보호막(17)을 제거하고 직사각형상의 개구를 형성한다. 이어서 그 개구에서 평판형상 기판(1)을 에칭하고 에칭홀(18)을 형성하고 도 1 및 도 2 에 도시되는 유량 검출소자가 얻어진다.

이같이 구성된 유량 검출소자에선 발열 저항소자(4)의 온도가 비교 저항소자(7)에서 검출된 평판형상 기판(1)의 온도에 대해서 예를들면 200℃ 높은 온도로 유지되게 발열 저항소자(4)에 통전하는 가열 전류가 도시생략의 제어회로에 의해서 제어되어 있다. 또한, 센서부(15)의 하부에는 에칭홀(18)이 있기 때문에 발열 저항소자(7)에서 검출되는 온도는 거의 공기 온도와 같게 되어 있다. 그리고 보호막(4)측을 유통하는 계측 기체의 유속이 빠를수록 상류측의 온도가 낮아지며 하류측의 온도가 높아지게 온도 분포가 변화한다.

여기에서 도 1 의 선 II-II 방향에 있어서의 유량 검출소자의 표면 온도 분포를 도 3 에 도시한다. 또한, 공기(계측 기체)의 흐름 방향(10)은 II-II 방향과 일치하고 있다. 도 3 중에서, 공기의 유속이 0m/s 의 경우의 온도분포가 실선으로 도시되며, 공기의 유속이 17m/s 인 경우의 온도 분포가 일점쇄선으로 도시되어 있다. 또, 부호 L2는 다이어프램부의 II-II 방향의 폭을, L3은 발열 저항소자(4)의 II-II 방향의 폭을, L4a는 측정온도 저항소자(5)의 II-II 방향의 폭을, L4b) 측정온도 저항소자(6)의 II-II 방향의 폭을 나타내고 있다.

도 3 으로부터 공기가 흐른 경우, 유량 검출소자의 표면 온도 분포가 공기의 흐름 방향으로 이동하고 측정온도 저항소자(5)의 평균 온도가 측정온도 저항소자(6)의 평균 온도보다 낮아지고 있음을 알 수 있다.

그래서 회로(도시생략)에 의해서 전극 패드(16c, 16d, 16g, 16h)를 거쳐서 측정온도 저항소자(5, 6)의 각각에 일정 전압을 인가해두고 측정온도 저항소자(5, 6)의 각각에 흐르는 전류값을 측정하고 그것들의 전류값을 비교해서 공기의 흐름 방향, 유량 또는 유속을 계측할 수 있다. 또, 측정온도 저항소자(5, 6)의 각각에 일정 전류를 흘려두고 전극 패드(16c, 16d)간 및 전극 패드(16g, 16h)간의 전압을 측정하는 방법, 또는 측정온도 저항소자(5, 6)의 각각의 소비 전력을 측정하는 방법에 의해서 측정온도 저항소자(5, 6)의 각각의 온도에 상당하는 양을 측정하고 그 양을 비교하므로서 공기의 흐름 방향, 유량 또는 유속을 계측할 수도 있다.

본 실시형태 1에선 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)와 사이에 열전도 촉진부재(11)가 배치되어 있다. 이 열전도 촉진부재(11)는 백금으로 되며 열전도율이 질화 실리콘으로 되는 지지막(2) 및 보호막(3)에 비해서 매우 크며 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)와는 열적으로 매우 강한 결함을 갖게 된다.

이 유량 검출소자에 있어서의 열전도는 다음같이 행해진다. 즉, 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 발열 저항소자(4)의 상하 지지막(2) 및 보호막(3)에 전달되며 그후 막안을 II-II 방향으로 전달되며, 열전도 촉진부재(11)의 발열 저항소자(4)측의 단부로부터 열전도 촉진부재(11)에 전달된다. 그리고 열전달 촉진재(11)에 전달된 열은 열전달 촉진재(11)의 측정온도 저항소자(5, 6)측의 단부에서 지지막(2) 및 보호막(3)에 전달되고 그후 막안을 II-II 방향으로 전달되고 측정온도 저항소자(5, 6)의 열전달 촉진재(11)측의 단부로부터 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다.

한편, 열전도 촉진부재(11)가 생략되고 있는 유량 검출소자에 있어서의 열전도는 다음과 같이 행해진다. 즉, 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 발열 저항소자(4)의 상하의 지지막(2) 및 보호막(3)에 전달되며 그후 막안을 II-II 방향으로 전달되고 측정온도 저항소자(5, 6)에서 측정온도 저항소자(5, 6)에 절달된다.

여기에서 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)가 패턴폭 5㎛, 패턴 간격 ㎛으로 형성되고 있으므로 발열 저항소자(4)의 측정온도 저항소자(5)측의 중심과 측정온도 저항소자(5)의 중심과의 거리(L4a) 및 발열 저항소자(4)의 측정온도 저항소자(6)측의 중심과 측정온도 저항소자(6)의 중심과의 거리(L4b)는 각각 50㎛ 로 되어 있다. 열전도 촉진부재(11)가 없는 경우에는 지지막(2) 및 보호막(3)은 열전도율이 작다는 것에서 열은 전달되기 어려운 막안을 II-II 방향으로 50㎛ 의 거리 전달된다. 그러나 열전도 촉진부재(11)가 있는 경우에는 열전도 촉진부재(11)는 열전도율이 크다는 것에서 열은 열전도촉진부재(11)중을 II-II 방향으로 신속하게 전달된다. 그래서, 이 실시형태 1에 의한 유량 검출소자에선 열이 전달되기 어려운 열전달 경로의 길이, 즉 지지막(2) 및 보호막(3)의 막안을 지나는 열전달 경로의 길이를 단축할 수 있다. 따라서, 이 실시형태 1에 의한 유량 검출소자에선 발열 저항소자(4)의 측정온도 저항소자(5, 6)와의 사이의 열저항이 종래의 유량 검출소자에 비해서 매우 작아진다.

이같이 본 실시형태 1에 의하면 지지막(2) 및 보호막(3)의 열전도율에 대해서 큰 열전도율을 갖는 열전도 촉진재료(11)가 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)과 사이에 배치되어 있으므로 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)와 사이의 열저항을 작게 할 수 있으며 발열 저항소자(4)에서 발생한 열이 신속하게 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 그래서, 계측 유체의 유량이나 유속이 급격하게 변화되어도 흐름 방향으로 이동한 센서부(15)의 표면 온도 분포가 신속하게 형성되고 응답성이 좋은 유량 검출소자가 얻어진다.

여기에서 센서부(15)의 두께, 즉 다이어프램부의 두께는 종래의 유량 검출소자와 동일하게 설계되어 있으므로 종래의 유량 검출소자와 동일 강도로 응답성이 좋은 유량 검출소자가 얻어지게 된다. 바꿔말하면 다이어프램부의 두께를 종래의 유량 검출소자보다 두껍게 설계하므로서 종래의 유량 검출소자와 동일한 응답성으로 고강도의 유량 검출소자가 얻어지게 된다.

또한, 상기 실시형태 1에선 열전도 촉진부재(11)로의 지지막(2) 및 보호막(3)의 양자보다 열전도가 양호한 재료를 쓰는 것으로 하고 있는데 지지막(2)과 보호막(3)에 상이한 재료가 쓰이는 경우에는 열전도 촉진부재(11)는 지지막(2) 및 보호막(3)의 적어도 한쪽보다 열전도가 양호한 재료를 쓰면 응답성의 개선을 도모할 수 있다.

(실시형태 2)

도 4는 본 발명의 실시형태 2에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도 이며, 도 5는 도 4의 선V-V의 단면도 이다.

이 실시형태 2에선 열전도 촉진부재(20)가 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)의 배치 영역을 커버하듯이 지지막(2)위에 직사각형으로 형성되며 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)가 열전도 촉진부재(20)위에 형성되며 보호막(3)이 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)을 피복하게 형성되어 있다. 여기에서 열전도 촉진부재(20)는 지지막(2)보다 열전도가 양호한 절연재료, 예를들면 산화알루미늄(Al₂O₃)이 사용된다.

또한, 본 실시형태 2는 열전도 촉진부재(11)를 대신해서 열전도 촉진 부재(20)를 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)와 지지막(2)와 사이에 배치하고 있는점을 제외하고 상기 실시형태 1과 마찬가지로 구성되어 있다.

이같이 구성된 유량 검출소자에 있어서의 열전도는 다음같이 행해진다. 즉, 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 발열 저항소자(4)의 상하의 열전도 촉진부재(20) 및 보호막(3)에 전달되며 그후 각 막안을 V-V 방향으로 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다.

그래서, 센서부(15)의 하면측의 열전달은 지지막(2)보다 열전도가 좋은 열전도 촉진부재(20)를 거쳐서 행해지므로 열전도 소자(5)와 측정온도 저항소자(5, 6)와 사이의 열저항이 종래의 유량 검출소자에 비해 작아진다.

이같이 이 실시형태 2에 의하면 지지막(2)의 열전도율에 대해서 큰 열전도율을 갖는 열전도 촉진재료(20)가 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)과 지지막(2)과 사이에 배치되어 있으므로 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)와 사이의 열저항을 작게 할 수 있으며 발열 저항소자(4)에서 발생한 열이 신속하게 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 그래서, 계측 유체의 유량이나 유속이 급격히 변화해도 흐름 방향에 이동한 센서부(15)의 표면 온도 분포가 신속하게 형성되고 응답성이 양호한 유량 검출소자가 얻어진다.

(실시형태 3)

도 6은 본 발명의 실시형태 3에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도 이며, 도 7은 도 6의 선 VII-VII의 단면도 이다.

본 실시형태 3에선 열전도 촉진부재(11)가 지지막(2)의 하면에 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)의 배치 영역을 커버하듯이 직사각형으로 형성되어 있다.

또한, 본 실시형태 3은 열전도 촉진부재(11)가 지지막(2)의 하면에 배치되고 있는 것을 제외하고 상기 실시형태 1과 마찬가지로 구성되어 있다.

이같이 구성된 유량 검출소자에 있어서의 열전도는 다음같이 행해진다. 즉, 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 발열 저항소자(4)의 상하의 지지막(2) 및 보호막(3)에 전달된다. 그리고 보호막(5)에 전달된 열은 그후 막안을 VII-VII 방향으로 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 한편 지지막(2)에 전달된 열은 열전도 촉진부재(11)에 전달되며 그 막안을 VII-VII 방향으로 전달되며 재차 지지막(2)에 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다.

상기 지지막(2)은 열전도되기 어려우나 두께가 매우 얇게 형성되어 있으므로 두께 방향에는 열이 신속하게 전도된다. 그래서, 센서부(15)의 하면측의 열전달은 지지막(2)보다 열전도가 좋은 열전도 촉진부재(11)를 거쳐서 행해지므로 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)과 사이의 열저항이 종래의 유량 검출소자에 비해서 작아진다.

이같이 상기 실시형태 3에 의하면 지지막(2)의 열전도율에 대해서 큰 열전도율을 갖는 열전도 촉진재료(15)가 지지막(2)의 하면에 배치되어 있으므로 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)와 사이의 열저항을 작게 할 수 있으며 발열 저항소자(4)에서 발생한 열이 신속하게 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 그래서, 계측 유체의 유량이나 유속이 급격히 변화해도 흐름 방향으로 이동한 센서부(15)의 표면 온도 분포가 신속하게 형성되고 응답성이 양호한 유량 검출소자가 얻어진다.

(실시형태 4)

도 8은 본 발명의 실시형태 4에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도 이며, 도 9는 도 8의 선 IX-IX의 단면도 이다.

본 실시형태 4에선 열전도 촉진부재(20)가 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)의 배치 영역을 커버하듯이 또한 지지막(2)의 상면과 같은 면위치가 되게 지지막(2)에 매설되서 직사각 형상으로 형성되어 있다.

또한, 본 실시형태 4는 열전도 촉진부재(20)가 지지막(2)의 상면측에 매설되어 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)와 지지막(2)과 사이에 배치하고 있는 점을 제외하고 상기 실시형태 2와 마찬가지로 구성되어 있다.

여기에서 지지막(2)중에 매설된 열전도 촉진부재(20)를 제작하려면 우선 평판형상 기판(1)의 상면에 질화실리콘을(t51)의 두께로 착막하고 그 질화실리콘막위에 산화알루미늄을(ts-ts1)의 두께로 착막한다. 그리고 사진 제판기술, 에칭기술을 사용하여 산화 알루미늄막을 직사각형으로 에칭하고 열전도 촉진부재(20)를 형성한다. 이어서, 산화 알루미늄막을 에칭하기 위한 마스크인 포토레지스트를 남긴 상태에서 질화 실리콘을(ts-ts1)의 두께로 착막한다. 그후 상기 포토레지스트를 제거하므로서 열전도 촉진부재(20)가 두께(ts)의 지지막(2)중에 같은 면위치가 되게 매설되어 형성된다.

이같이 구성된 유량 검출소자에선 상기 실시형태 2와 마찬가지로 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 발열 저항소자(4)의 상하의 열전도 촉진부재(20) 및 보호막(3)에 전달되며 그후 각 막안을 1x-1x 방향으로 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다.

그래서 본 실시형태 4에 있어서도 상기 실시형태 2와 마찬가지로 계측 유체의 유량이나 유속이 급격히 변화되어도 흐름 방향으로 이동한 센서부(15)의 표면 온도 분포가 신속하게 형성되고 응답성이 양호한 유량 검출소자가 얻어진다.

또한, 본 실시형태 4에선 열전도 촉진부재(20)가 지지막(2)과 같은 면 위치로 되어 있으므로 센서부(15)의 표면에 요철이 생기지 않는다. 그래서 상기 실시형태 2에 비해서 센서부(15)의 표면을 흐르는 기류의 어지러움이 억지되고 특성을 안정화하면서 보다 양호한 응답성이 얻어진다.

열의 전달에는 열전도와 열용량이 기여하고 있다. 본 실시형태 4에선 열전도 촉진부재(20)가 지지막(2)중에 매설되어 있으므로 지지막(2)을 두껍게 하지 않고 열전도 촉진부재(20)를 둘 수 있다. 그래서, 지지막(2)의 두께(ts)가 유지되고 있으므로 열전달 촉진부재(20)를 설치하는 것에 의한 열용량의 증가가 억제되고 응답성의 향상이 도모 되어진다.

(실시형태 5)

도 10은 본 발명의 실시형태 5에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도 이며, 도 11은 도 10의 선 XI-XI 의 단면도 이다.

본 실시형태 5에선 열전도 촉진부재(11)가 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)의 배치 영역을 커버하듯이 지지막(2)중에 내재시켜서 직사각형상으로 형성되어 있다.

본 실시형태 5는 열전도 촉진부재(11)가 지지막(2)중에 내재되어서 배치되어 있는 점을 제외하고 상기 실시형태 3과 마찬가지로 구성되어 있다.

여기에서 지지막(2)중에 내재된 열전도 촉진부재(11)로 제작하려면 우선 평판형상 기판(1)의 상면에 질화실리콘을 착막하고 그 질화실리콘막위에 백금을 착막한다. 그리고 사진 제판기술, 에칭기술을 사용하여 백금막을 직사각형으로 에칭하고 열전도 촉진부재(11)를 형성한다. 이어서 백금막을 에칭하기 위한 마스크인 포토레지스트를 남긴 상태에서 질화실리콘을 백금막과 같은 두께로 착막한다. 그후, 그 포토레지스트를 제거하므로서 열전도 촉진부재(11)를 구성하는 백금막과 질화실리콘막이 같은 면위치로 된다. 그위에 다시 질화실리콘을 착막하고 열전도 촉진부재(11)가 지지막(2)중에 내재되어서 형성된다.

또한, 지지막(2)은 질화 실리콘막이 3층으로 적층되어 형성되고 있는데 층두께가 증가하지 않게 각층의 질화 실리콘막의 두께를 제어하고 있다.

이같이 구성된 유량 검출소자에선 상기 실시형태 3과 마찬가지로 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 발열 저항소자(4)의 상하의 지지막(2) 및 보호막(3)에 전달된다. 그리고 보호막(3)에 전달된 열은 그후 막안을 XI-XI 방향으로 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 한편, 지지막(2)에 전달된 열은 열전도 촉진부재(11)에 전달되며, 그 막안을 XI-XI 방향으로 전달되며 다시 지지막(2)에 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다.

그래서, 본 실시형태 5에 있어서도 상기 실시형태 3과 마찬가지로 계측 유체의 유량이나 유속이 급격히 변화해도 흐름 방향으로 이동한 센서부(15)의 표면 온도 분포가 신속하게 형성되며 응답성이 양호한 유량 검출소자가 얻어진다.

또한, 본 실시형태 5에선 열전도 촉진부재(11)가 지지막(2)중에 내재되어 있으므로 센서부(15)의 표면에 요철이 생기지 않는다. 그래서 상기 실시형태 3에 비해서 센서부(15)의 표면을 흐르는 기류의 어지러움이 억지되고 특성을 안정화시키면서 보다 양호한 응답성이 얻어진다.

또, 열전도 촉진부재(11)가 지지막(2)중에 내재되어 있으므로 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)와 열전도 촉진부재(11)와의 거리가 단축되고 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)와 열전도 촉진부재(11)와 사이의 지지막(2)을 거쳐서의 열전도가 신속화되며 그만큼 응답성이 향상된다.

열의 전달에는 열전도와 열용량이 기여하고 있다. 본 실시형태 5에선 열전도 촉진부재(11)가 지지막(2)중에 내재되어 있으므로 지지막(2)을 두껍게 하지 않고 열전도 촉진부재(11)를 들 수 있다. 그래서 지지막(2)의 두께가 유지되므로 열전달 촉진부재(11)를 두는 것에 의한 열용량의 증가가 억지되며 응답성의 향상이 도모 되어진다.

(실시형태 6)

도 12는 본 발명의 실시형태 6에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도 이며, 도 13은 도 12의 선 XIII-XIII의 단면도 이다.

본 실시형태 6에선 열전도 촉진부재(21)가 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)를 피복하듯이 지지막(2)위에 직사각형상으로 형성되며 보호막(3)이 열전도 촉진부재(21)를 피복하듯이 지지막(2)위에 형성되어 있다. 여기에서 열전도 촉진부재(21)는 보호막(3)보다 열전도가 양호한 절연재료, 예를들면 산화 알루미늄이 사용된다.

또한, 본 실시형태 6은 열전도 촉진부재(11)를 대신해서 열전도 촉진부재(21)를 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)와 보호막(3)과 사이에 배치하고 있는 점을 제외하고 상기 실시형태 1과 마찬가지로 구성되어 있다.

여기에서 열전도 촉진부재(21)를 제작하려면 우선 지지막(2), 발열 저항소자(4), 측정온도 저항소자(5, 6) 및 비교 저항소자(7)가 형성된 평판형상 기판(1)위에 산화 알루미늄을 착막한다. 그리고 사진 제판기술, 에칭기술을 사용하여 산화 알루미늄막을 직사각형으로 에칭하고 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)를 피복하는 열전도 촉진부재(21)가 형성된다.

이와같이 구성된 유량 검출소자에 있어서의 열전도도 다음같이 행해진다. 즉, 발열 저항소자(4)에서 발생한 열을 발열 저항소자(4)의 상하의 지지막(2) 및 열전도 촉진부재(21)에 전달되며 그후 각 막안을 XIII-XIII 방향으로 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다.

그래서, 센서부(15)의 상면측의 열전달은 보호막(3)보다 열전도가 양호한 열전도 촉진부재(21)를 거쳐서 행해지므로 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6) 사이의 열저항이 종래의 유량 검출소자에 비해서 작아진다.

이와같이 본 실시형태 6에 의하면 보호막(3)의 열전도율에 대해서 큰 열전도율을 갖는 열전도 촉진재료(21)가 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)와 보호막(3)과 사이에 배치되어 있으므로 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)과 사이의 열저항을 작게 할 수 있으며 발열 저항소자(4)에서 발생한 열이 신속하게 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 그래서 계측 유체의 유량이나 유속이 급격히 변화되어도 흐름 방향으로 이동한 센서부(15)의 표면 온도 분포가 신속하게 형성되고 응답성이 양호한 유량 검출소자가 얻어진다.

(실시형태 7)

도 14는 본 발명의 실시형태 7에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도 이며, 도 15는 도 14의 선 XV-XV의 단면도 이다.

본 실시형태 7에선 열전도 촉진부재(22)가 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)의 배치 영역을 덮듯이 보호막(3)위에 직사각형으로 형성되어 있다. 여기에서 열전도 촉진부재(22)는 보호막(3)보다 열전도가 양호한 재료, 예를들면 백금이 사용된다.

또한, 본 실시형태 7은 열전도 촉진부재(11)를 대신해서 열전도 촉진부재(22)를 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)의 배치 영역을 덮듯이 보호막(3)위에 배치하고 있는 점을 제외하고 상기 실시형태 1과 마찬가지로 구성되어 있다.

이같이 구성된 유량 검출소자에 있어서의 열전도는 다음같이 행해진다.

즉, 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 발열 저항소자(4)의 상하의 지지막(2) 및 보호막(3)에 전달된다. 그리고 지지막(2)에 전달된 열은 그후 막증을 XV-XV 방향으로 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 한편, 보호막(3)에 전달된 열은 열전도 촉진부재(22)에 전달되며 그 막안을 XV-XV 방향으로 전달되며 다시 보호막(3)에 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다.

상기 보호막(3)은 전달되기 어려우나 두께가 매우 얇게 형성되어 있으므로 두께 방향에는 열은 신속하게 전달된다. 그래서 센서부(15)의 상면측의 열전달은 보호막(3)보다 열전달이 양호한 열전도 촉진 부재(22)를 거쳐서 행해지므로 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)와 사이의 열저항이 종래의 유량 검출소자에 비해서 작아진다.

이와같이 본 실시형태 7에 의하면 보호막(3)의 열전도율에 대해서 큰 열전도율을 갖는 열전도 촉진 재료(22)가 보호막(3)의 상면에 배치되어 있으므로 발열 저항소자(4)와 측정온도 저항소자(5, 6)와 사이의 열저항을 작게 할 수 있고 발열 저항소자(4)에서 발생한 열이 신속하게 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다. 그래서 계측 유체의 유량이나 유속이 급격히 변화해도 흐름 방향으로 이동한 센서부(15)의 표면 온도 분포가 신속하게 형성되며 응답성이 양호한 유량 검출소자가 얻어진다.

(실시형태 8)

상기 실시형태 7에선 열전도 촉진 부재(22)를 보호막(3)의 상면에 배치하는 것으로 하고 있는데, 본 실시형태 8에선 열전도 촉진부재(22)를 보호막(3)의 윗면과 동일면 위치가 되게 보호막(3)에 매설하는 것으로 하고 있다.

이경우, 센서부(15)의 표면에 요철이 없고 센서부(15)의 표면을 흐르는 기류의 어지러움이 억지되고 특성을 안정화시키면서 보다 양호한 응답성이 얻어진다.

또, 보호막(3)을 두껍게 하는 일없이 열전도 촉진 부재(22)를 들 수 있으므로 열전달 촉진부재(22)를 두는 것에 의한 열용량의 증가가 억제되며 그만큼 응답성의 향상이 도모 되어진다.

(실시형태 9)

도 16은 본 발명의 실시형태 9에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도 이며, 도 17은 도 16의 선 XVII-XVII의 단면도 이다.

본 실시형태 9에선 열전도 촉진부재(2)가 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)를 피복하듯이 지지막(2)위에 직사각형상으로 형성되며 보호막(3)이 열전도 촉진부재(21)를 피복하듯이 지지막(2)위에 형성되어 있다. 그리고 열전도 촉진부재(21)의 두께와 열전도 촉진부재(21)상의 보호막(3)의 두께와의 총합이 지지막(2)상의 보호막(3)의 두께에 일치하게 구성되어 있다.

또한, 본 실시형태 9는 열전도 촉진 부재(21)상의 보호막(3)의 두께를 열전도 촉진부재(21)의 두께만큼 얇게 형성되어 있는 점을 제외하고 상기 실시형태 6과 마찬가지로 구성되어 있다.

여기에서 보호막(3)을 제작하려면 우선 지지막(2), 발열 저항소자(4), 측정온도 저항소자(5, 6) 및 비교 저항소자(7)가 형성된 평판형상 기판(1)에 산화 알루미늄들(tp1)의 두께로 착막한다. 그리고 사진 제판기술, 에칭기술을 사용하여 산화 알루미늄막을 직사각형으로 에칭하고 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)를 피복하는 열전도 촉진부재(21)가 형성된다. 이어서 산화 알루미늄막을 에칭하기 위한 마스크인 포토레지스트를 남긴 상태에서 질화 실리콘을(tp1)의 두께로 착막한다. 그후, 그 포토레지스트를 제거하는 것에 의해서 열전도 촉진부재(21)가 질화실리콘들(tp-tp1)의 두께로 착막하고 보호막(3)이 형성된다.

이같이 구성된 유량 검출소자에선 상기 실시형태 6과 마찬가지로 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 발열 저항소자(4)의 상하의 지지막(2) 및 열전도 촉진부재(21)에 전달되고 그 막안을 XV11-XVII 방향으로 전달된후, 측정 저항소자(5, 6)에 전달된다.

그래서, 본 실시형태 9에 있어서도 상기 실시형태 6과 마찬가지로 계측 유체의 유량이나 유속이 급속히 변화해도 흐름 방향으로 이동한 센서부(15)의 표면 온도 분포가 신속하게 형성되고 응답성이 좋은 유량 검출소자가 얻어진다.

또한, 본 실시형태 9에선 열전도 촉진부재(21)의 두께와 열전도 촉진부재(21)상의 보호막(3)의 두께와의 총합이 지지막(2)상의 보호막(3)의 두께에 일치하게 구성되고 있으므로 센서부(15)의 표면에 요철이 생기지 않는다. 그래서, 상기 실시형태 6에 비해서 센서부(15)의 표면을 흐르는 기류의 어지러움이 억지되고 특성을 안정화시키면서 보다 양호한 응답성이 얻어진다.

열의 전달에는 열전도와 열용량이 기여하고 있다. 본 실시형태 9에선 보호막(3)을 두껍게 하지 않고 열전도 촉진 부재(21)를 설치하는 것에 의한 열용량의 증가가 억제되며 응답성의 향상이 도모 되어진다.

(실시형태 10)

도 18은 본 발명의 실시형태 10에 관한 유량 검출소자를 도시하는 평면도 이며, 도 19는 도 18의 선 XIX-XIX의 단면도이다.

본 실시형태 10에선 열전도 촉진부재(22)가 보호막(3)중에 내재되어 있기 때문에 센서부(5, 6)의 배치 영역을 커버하도록 보호막(3)중에 내재시켜 구형으로 형성되어 있다.

본 실시형태 10에선 열전도 촉진부재(22)가 보호막(3)중에 내재되어서 배치되고 있는 점을 제외하고 상기 실시형태 7와 마찬가지로 구성되고 있다.

여기에서 보호막(3)중에 내재된 열전도 촉진부재(22)를 제작하려면 우선 지지막(2), 발열 저장 소자(4), 축온 저항소자(5, 6) 및 비교 저항소자(7)가 형성된 평판형상기판(1)에 질화실리콘을 (tp2)의 두께로 착막하고 다시 그 질화실리콘막위에 백금을 (tps)의 두께로 착막한다. 그리고 사진제판기술, 에칭기술을 사용하여 백금막을 직사각형으로 에칭하고 열전도촉진부재(22)를 형성한다. 이어서 백금막을 에칭하기 위한 마스크인 포토레지스트를 제거하므로서 열전도 촉진부재(22)를 구성하는 백금막과 질화실리콘막이 같은 면위치로 된다. 그위에 다시 질화 실리콘을 (tp-tp2-tp3)의 두께로 착막하고 열전도 촉진부재(22)가 보호막(5)중에 내재되어서 형성된다.

또한, 보호막(3)의 총두께는 tp로 제어되고 있다.

이와같이 구성된 유량 검출소자에선 상기 실시형태 7와 마찬가지로 발열 저항소자(4)에서 발생한 열은 발열 저항소자(4)의 상하의 지지막(2) 및 보호막(3)에 전달된다. 그리고 지지막(2)에 전달된 열은 그후 막안을 XIX-XIX 방향으로 전도되고 다시 보호막(3)에 전달된 후, 측정온도 저항소자(5, 6)에 전달된다.

그래서, 본 실시형태 10에선 열전도 촉진부재(22)가 보호막(3)중에 내재되어 있으므로 센서부(15)의 표면에 요철이 생기지 않는다. 그래서 상기 실시형태 7에 비해서 센서부(15)의 표면을 흐르는 기류의 어지러움이 억지되고 특성을 안정화시키면서 보다 양호한 응답성이 얻어진다.

본 실시형태 10에선 열전도 촉진부재(22)가 보호막(3)중에 내재되어 있기 때문에 센서부(15)의 표면에 요철이 생기지 않는다. 그래서, 상기 실시형태 7과 비교하여 센서부(15)의 표면을 흐르는 기류의 산란이 억제되며 특성을 안정화시켜 보다 좋은 응답성이 얻어진다.

또, 열전도 촉진부재(22)가 보호막(3)중에 내재되어 있으므로 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)와 열전 촉진부재(22)와의 거리가 단축되며 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)와 열전도 촉진부재(22)와 사이의 보호막(3)을 거쳐서의 열전도가 신속해지며 그만큼 응답성이 향상된다.

열의 전달에는 열전도와 열용량이 기여하고 있다. 본 실시형태 10에선 열전도 촉진부재(22)가 보호막(3)중에 내재되어 있으므로 보호막(3)을 두껍게 하지 않고 열전도 촉진부재(22)를 들 수 있다. 그래서, 보호막(3)의 두께가 유지되므로 열전달 촉진부재(22)를 설치하는 것에 의한 열용량의 증가가 억제되고 응답성의 향상이 도모 되어진다.

또한, 상기 각 실시형태에선 발열 저항소자(4)의 양측에 배치되는 측정온도 저항소자(5, 6)는 동일한 격자형상 패턴으로 형성되는 것으로 하고 있는데 측정온도 저항소자(5, 6)는 상이한 격자형상 패턴으로 형성되어도 좋다. 이경우, 유체의 유량 및 유속을 계측하는 과정에 있어서 측정온도 저항소자(5, 6)에서 측정되는 온도에 상당하는 양을 측정온도 저항소자(5, 6)의 격자형상 패턴의 차를 고려해서 보상한 후, 비교하게 하면 좋다.

또, 상기 각 실시형태에선 다이어프램 타입의 유량 검출소자에 적용하는 것으로서 설명하고 있는데 브리지 타입의 유량 검출소자에 적용해도 마찬가지의 효과를 나타낸다.

또, 상기 각 실시형태에선 지지막(2), 보호막(3), 발열 저항소자(4), 측정온도 저항소자(5, 6) 및 열전도 촉진부재(11), (20), (21), (22)를 스패터에 의해 성막하는 것으로 하고 있는데 성막 방법은 스터터링법에 한정되는 것은 아니고 진공 증착, CVD 등의 성막 방법을 써도 좋다.

또, 상기 각 실시형태에선 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)으로서 백금을 쓰고 있는데 발열 저항소자(4) 및 측정온도 저항소자(5, 6)는 백금에 한정되지 않으며 온도 의존성 저항의 특성을 갖는 재료이면 좋고 예를들면 철과 니켈과의 합금인 퍼머로이 등을 쓸 수 있다.

또, 상기 각 실시형태에선 지지막(2) 및 보호막(9)으로서 질화실리콘을 쓰는 것으로 하고 있는데 지지막(2) 및 보호막(3)은 질화실리콘에 한하지 않으며 절연성을 갖는 재료이면 좋고 예를들면 5 산화탄탈륨(Ta₂O₅), 2 산화규소(SiO₂) 등을 쓸 수 있다. 또, 열전도 촉진부재로서 백금이나 산화알루미늄을 쓰는 것으로 하고 있는데 열전도 촉진부재는 지지막(2) 및 보호막(3)보다 열전도율이 큰 재료이면 좋고 예를들면 금(Au), 동(Cu), 은(Ag) 등이나 실민(AlSi), 질화티타늄(Tiw) 등을 쓸 수 있다.

(실시형태 11)

도 20 및 도 21은 본 발명의 실시형태 11에 관한 유량 센서를 나타내는 정면도 및 횡단면도이다. 각 도면에서 주관(31)은 원통 형상을 이루며 계측유체의 통로를 구성하고 있다. 그리고, 원통 형상의 계측용관로(32)가 주관(31)의 내벽면에서 지름 방향 안쪽으로 연장하는 지지암(33)에 지지되어 동축에 배치되어 있다. 이 계측용 관로(32)내엔 상기 실시형태 1에 의한 유량 검출소자(34)가 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자의 배열 방향을 계측용 관로(32)의 축심 방향으로 일치시켜서 배치되어 있다.

또, 주관(31)의 일단측에는 계측 유체를 정류하기 위한 격자형상의 정류기(30)가 부착되어 있다. 그리고 제어부 및 온도 계측부로서의 제어회로(36)가 주관(31)의 외주에 설치된 케이스(37)내에 수용되어 있다. 이 제어회로(36)는 전극 패드를 거쳐서 유량 검출소자(34)의 발열 저항소자, 측정온도 저항소자 및 비교 저항소자에 전기적으로 집속되어 있다. 또, 케이스(37)에는 유량검출소자에 전기적으로 집속되어 있다. 또, 케이스(37)에는 유량검출소자(34)에 전력을 공급하고 출력 신호를 꺼집어내기 위한 커넥터(38)가 설치되어 있다.

이같이 구성된 유량 센서(30)는 예를들면 내연기관의 흡기관에 부착되고 흡입 공기량의 계측에 적용된다. 이경우, 흡기관이 주관(31)에 상당하고 있다.

유량 센서(30)에 있어선 커넥터(38)를 거쳐서 유량 검출소자(34)에 전력이 공급되고 제어 회로(36)에 의해 발열 저항소자의 온도가 비교 저항소자로 계측된 공기 온도에 대해서 200℃ 높은 온도가 되게 제어되어 있다. 그리고, 1쌍의 측정온도 저항소자의 온도가 제어회로(36)에 의해 계측되고 커넥터(38)를 거쳐서 출력되어 있다.

흡입 공기는 정류기(35)에 의해 정류되어서 주관(31)내에 유입한다. 주관(31)내에 유입한 공기의 일부가 계측용 관로(32)내에 유입하고 유량 검출소자(34)의 센서부 표면을 따라서 한측의 측정온도 검출소자측에서 다른측의 측정온도 저항소자측에 유통한다.

그래서 공기의 흐름에 의해서 상류측의 측정온도 저항소자의 온도가 제어 회로(36)를 거쳐서 계측된다. 그리고, 상기 실시형태 1에서 설명한 바와같이 이 1쌍의 측정온도 저항소자의 온도차에 의거해서 공기의 유량 흐름 방향 또는 유속이 검출되며 내연기관의 흡입공기량의 제어에 제공된다.

따라서, 이 실시형태 11에 의하면 유량 검출소자(34)가 상기 실시형태 1와 같이 구성되고 있으므로 충분한 강도와 더불어 양호한 응답성을 구비한 유량 센서가 얻어진다.

그래서, 이 유량 센서(30)는 흡입 공기량이 회전수에 따른 맥동류로 되며 특히, 고부하역에 있어선 유량 변동폭이 매우 크게 되며 또, 고회전역에 있어선 유량 변동의 속도가 빨라지는 것같은 내연기관의 흡입 공기량의 계측에도 충분히 적용된다.

또, 이 유량센서(30)는 흡입 공기의 최대 유속이 200m/s 근처에 이르는 내연기관의 흡입공기량의 계측에도 충분히 견딜 수 있다.

또한, 상기의 실시형태 11에선 유량 센서(30)에 상기 실시형태 1에 의한 유량 검출소자를 쓰는 것으로 하고 있는데 다른 실시형태에 의한 유량 검출소자를 써도 마찬가지의 효과를 나타낸다.

본 발명은 이상과 같이 구성되어 있으므로, 이하에 기재되는 것같은 효과를 이룰수 있다.

본 발명에 의하면 적어도 한 면측을 개구로 하는 공극이 설치된 평판형상기판과, 발열 저항소자와 이 발열 저항소자의 양측에 배치된 1쌍의 측정온도 저항소자가 절연성의 지지막과 절연성의 보호막에 의해 상하에서 싸여 구성되며, 상기 평판형상 기판의 한면측의 표면에 대해서 거의 평행이 되는 평면위에 배치되는 동시에 상기 공극위에 위치하게 적어도 그 지지막의 일단이 상기 평판형상 기판에 유지되고, 그 대부분이 상기 평판형상 기판과 비접촉 상태에 배치되는 센서부를 구비하고, 상기 지지막 및 상기 보호막의 적어도 한쪽보다 높은 열전도율을 갖는 박막의 열전도 촉진부재가 상기 센서부의 상기 발열 저항소자와 상기 1쌍의 측정온도 저항소자와의 사이의 열전도 경로에 배열 설치되고 있으므로 발열 저항소자와 측정온도 조항 소자와의 사이의 열저항을 작게 할 수 있고 강도를 저하시키지 않고 응답성을 향상할 수 있으며, 또한 응답성을 저하시키지 않고 강도를 높일 수 있는 유량 검출소자가 얻어진다.

또한, 열전도 촉진부재가 지지막위의 발열 저항소자와 1쌍의 측정온도 저항소자와의 각각의 사이에 상기 발열 저항소자와 상기 1쌍의 측정온도 저항소자와의 배열 방향과 직교하는 방향으로 연장되어 있으므로 발열 소자에서 발생한 열은 지지막, 보호막을 거쳐서 일단 열전도 촉진부재에 전달되며 열전도 촉진부재중을 전달한 후, 지지막, 보호막을 거쳐서 측정온도 저항소자에 전달된다. 그래서, 발열 저항소자에서 발생한 열은 주로 열전달 촉진부재중을 전도하고 열전달되기 어려운 지지막, 보호막안을 전도하는 거리가 축소되며 응답성의 향상이 도모 되어진다.

또, 열전도 촉진부재가 지지막보다 높은 열전도율을 갖는 동시에 절연성을 갖는 재료로 되며 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자의 배치 영역의 하부에 위치하고 또한 상기 발연 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자에 접촉하게 상기 지지막의 표면위에 설치되어 있으므로 발열 저항소자에서 발생하고 지지막측의 열전달 경로에 의해서 전달하는 열은 직접 열전달 촉진부재를 거쳐서 축온 저항소자에 전달되며 응답성의 향상이 도모되어 진다.

또, 열전도 촉진부재가 지지막의 표면과 같은 위치가 되게 상기 지지막에 매설되어 있으므로 열전도 촉진부재를 두는 것에 기인하는 센서부의 표면이 요철이 없고 센서부 표면을 흐르는 유체의 흐름에 어지러움이 발생하지 않고 특성의 안정화가 도모 되어진다. 또, 지지막의 두께를 증가시키지 않고 열전도 촉진부재를 설치하는 것에 의한 열용량의 증가가 억제되고 응답성의 향상이 도모 되어진다.

또, 열전도 촉진부재가 지지막보다 높은 열전도율을 갖는 재료로 이루며 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자의 배치 영역의 하부에 위치하고 또한, 상기 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자와 접촉하지 않게 상기 지지막안에 매설되어 있으므로 발열 저항소자에서 발생하고 지지막측의 열전달 경로를 전달하는 열은 지지막을 거쳐서 일단 열전도 촉진부재에 전달되고 열전도 촉진부재증을 전달한 후, 지지막을 거쳐서 측정온도 저항소자에 전달된다. 그래서, 발열 저항소자에서발생한 열은 주로 열전달 촉진부재중을 전도하고 열전달하기 어려운 지지막안을 전도하는 거리가 축소되며 응답성의 향상이 도모 되어진다.

또, 열전도 촉진부재를 매설하고 있는 부위의 지지막 두께가 상기 열전도 촉진부재를 매설하고 있지 않은 부위의 지지막 두께보다 상기 열전도 촉진부재의 두께만큼 얇게 형성되어서 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자와 접촉하는 측의 지지막 표면을 평활한 표면에 구성하고 있으므로, 열전도 촉진부재를 설치하는 것에 기인하는 센서부의 표면의 요철이 없고 센서부 표면을 흐르는 유체의 흐름에 어지러움이 발생하지 않고 특성의 안정화가 도모 되어진다. 또, 지지막의 두께를 증가시키지 않고 열전도 촉진부재를 형성할 수 있게 되며 열전도 촉진부재를 두는 것에 의한 열용량의 증가가 억제되고 응답성의 향상이 도모 되어진다.

또, 열전도 촉진부재가 지지막보다 높은 열전도율을 갖는 재료로 이루며 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자의 배치 영역의 하부에 위치하게 상기 공극측의 상기 지지막안의 표면위에 설치되어 있으므로 발열 저항소자에서 발생하고 지지막측의 열전달경로를 전달하는 열은 주로 열전달 촉진부재중을 전도하고 열전달하기 어려운 지지막 둥을 거리가 축소되며 응답서의 향상이 도모 되어진다.

또, 열전도 촉진부재가 보호막보다 높은 열전도율을 갖는 동시에 절연성을 갖는 재료로 이루며 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자의 배치 영역의 상부에 위치하고 또한, 상기 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자에 접촉하게 상기 보호막의 하측 표면에 설치되어 있으므로 발열 저항소자에서 발생하고 보호막측의 열전도 경로를 전달하는 열은 직접 열전도 촉진 부재를 거쳐서 측정온도 저항소자에 전달되고 응답성의 향상이 도모 되어진다.

또, 열전도 촉진부재가 지지막보다 높은 열전도율을 갖는 재료로 이루며 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자의 배치 영역의 상부에 위치하고 또한, 상기 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자와 접촉하지 않게 상기 보호막안에 매설되어 있으므로 발열 저항소자에서 발생하고 지지막측의 열전달 경로를 전달하는 열은 보호막을 거쳐서 일단 열전도 촉진부재에 전달되고 열전도 촉진부재중을 전달한 후, 보호막을 거쳐서 측정온도 저항소자에 전달된다. 그래서, 발열 저항소자에서 발생하고 보호막측의 측정온도 저항소자에 전달된다. 그래서, 발열 저항소자에서 발생하고 보호막안의 열전달 경로를 절달하는 열은 주로 열전달 촉진부재중을 전도하고 열전달되기 어려운 지지막안에 전도하는 거리가 축소되고 응답성의 향상이 도모 되어진다.

또, 열전도 촉진부재가 지지막보다 높은 열전도율을 갖는 재료로 이루며 발열 저항소자 및 1쌍의 측정온도 저항소자의 배치 영역의 상부에 위치하게 상기 보호막의 상측 표면위에 설치되고 있으므로 발열 저항소자에서 발생하고 보호막측의 열전달 경로를 전달하는 열은 보호막을 거쳐서 일단 열전도 촉진부재에 전달되고 열전도 촉진부재중을 전달한 후, 보호막을 거쳐서 측정온도 저항소자에 전달된다. 그래서, 발열 저항소자에서 발생하고 열은 보호막측의 열전달 경로를 전달하는 열은 주로 열전달 촉진부재중을 전도하고 열전달하기 어려운 지지막안을 전도하는 거리가 축소되며 응답성의 향상이 도모 되어진다.

또, 열전도 촉진부재를 설치되어 있는 부위의 보호막 두께가 상기 열전도 촉진부재가 설치되어 있지 않은 부위의 보호막 두께보다 상기 열전도 촉진부재의 두께만큼 얇게 형성되어서 상기 보호막의 상측 표면을 평활한 표면으로 구성하고 있으므로 열전도 촉진부재를 설치하는 것에 기인하는 센서부의 표면의 요철이 없고 센서부 표면을 흐르는 유체의 흐름에 어지러움이 발생하지 않고 특성의 안정화가 도모된다. 또, 지지막의 두께를 증가시키지 않고 열전도 촉진부재를 형성할 수 있게 되며 열전도 촉진부재를 설치하는 것에 의한 열용량의 증가가 억제되며 응답성의 향상이 도모 되어진다.

또, 본 발명에 의하면 통 형상을 이루고 그 축방향을 계측 유체의 흐름 방향으로 거의 일치시키고 그 계측 유체의 통로내에 배치되는 계측용 관로와 적어도 일면측을 개구로 하는 공극이 설치된 평판형상 기판과 발열 저항소자와 이 발열 저항소자의 양측에 배치된 1쌍의 측정온도 저항소자가 절연성의 지지막과 절연성의 보호막으로 상하로부터 싸여서 구성되며 상기 평판형상 기판의 일면측의 표면에 대해서 거의 평행이 되는 평면위에 배치되는 동시에 상기 공극위에 위치하게 적어도 그 지지막의 일단이 상기 평판형상 기판에 유지되고 그 대부분이 상기 평판형상 기판과 비접촉 상태로 배치되는 센서부와 이 센서부의 상기 발열 소자와 상기 1쌍의 측정온도 저항소자와 사이의 열전도 경로에 배열 설치된 상기 지지막 및 상기 보호막의 적어도 한쪽보다 높은 전도율을 갖는 박막의 열전도 촉진부재로 구성되며 상기 발열 소자와 상기 1쌍의 측정온도 저항소자와의 배열 방향을 상기 계측용 관로의 축방향으로 거의 일치시켜서 상기 계측용 관로내에 설치된 유량 검출소자와 상기 발열 저항소자에 공급되는 전력을 제어해서 그 발열 저항소자의 온도를 소정의 온도로 유지하는 제어부와 상기 1쌍의 측정온도 저항소자의 온도를 계측하는 온도 계측부를 구비했으므로 계측 유체의 유량, 속도 또는 방향을 응답 양호하게 계측할 수 있어서 내연기관의 흡입 공기량의 계측에도 적용할 수 있는 유량 센서가 얻어진다.

Claims (2)

1. 적어도 한 면측을 개구로 하는 공극(gap)이 설치된 평판 형상기판과, 발열 저항소자와 상기 발열 저항소자의 양측에 배치된 한쌍의 측정온도 저항소자(temperature detecting resistance element)가 절연성의 지지막과 절연성의 보호막에 의해 상하로부터 싸여서 구성되며, 상기 평판형상 기판의 한 면측의 표면에 대하여 평행에 가깝게 되는 평면위에 배치됨과 동시에, 상기 공극위에 위치하도록 적어도 해당 지지막의 한 끝단이 상기 평판형상 기판에 유지되어 그 대부분이 상기 평판형상 기판과 비접촉 상태로 배치되는 센서부를 구비하며,

   상기 지지막 및 상기 보호막의 적어도 한쪽보다 높은 열전도율을 갖는 박막의 열전도 촉진부재가, 상기 센서부의 상기 발열 저항소자와 상기 1쌍의 측정온도 저항소자와의 사이의 열전도 경로에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 유량 검출소자.
2. 통 형상을 이루며, 그 축방향을 계측 유체의 흐름 방향에 가까이 일치시켜 해당 계측 유체의 통로내에 배치되는 계측용 관로와,

   적어도 한 면측을 개구로 하는 공극이 설치된 평판형상 기판과, 발열 저항소자와 상기 발열 저항소자의 양측에 배치된 한쌍의 측정온도 저항소자가 절연성의 지지막과 절연성의 보호막에 의해 상하로부터 싸여서 구성되며, 상기 평판형상 기판의 한 면측의 표면에 대하여 평행에 가깝게 되는 평면위에 배치됨과 동시에, 상기 공극위에 위치하도록 적어도 해당 지지막의 한 끝단이 상기 평판형상 기판에 유지되어 그 대부분이 상기 평판형상 기판과 비접촉 상태로 배치되는 센서부와, 상기 센서부의 상기 발열소자와 상기 한쌍의 측정온도 저항소자와의 사이의 열전도 경로에 설치된 상기 지지막 및 상기 보호막의 적어도 한쪽보다 높은 열전도율을 갖는 박막의 열전도 촉진부재로 구성되며, 상기 발열 저항소자와 상기 한쌍의 측정온도 저항소자와의 배열방향을 상기 계측용 관로의 축방향에 가깝게 일치시켜서 상기 계측용 관로내에 설치된 유량 검출소자와,

   상기 발열 저항소자에 공급되는 전력을 제어하여 상기 발열 저항소자의 온도를 소정의 온도로 유지하는 제어부와,

   상기 한쌍의 측정온도 저항소자의 온도를 계측하는 온도 계측부를 구비한 것을 특징으로 하는 유량 센서.

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