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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Flussratendetektorelement und
ein Verfahren zu dessen Herstellung, das zum Messen einer Ansaugluftrate beispielsweise
einer Brennkraftmaschine dient, und betrifft insbesondere ein wärmeempfindliches
Flussratendetektorelement und ein Verfahren zu dessen Herstellung,
das mit einem Heizelement versehen ist, das in einem Flussratensensor
zur Messung der Flussgeschwindigkeit und der Flussrate eines Fluids auf
Grundlage der Wärmeübertragung
auf das Fluid von dem Heizelement oder einem von dem Heizelement
erwärmten
Abschnitt versehen ist.
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Bei
herkömmlichen
Flussratendetektorelementen werden Dünnfilmschichten, die aus einem elektrisch
leitfähigen
Film und elektrisch isolierenden Filmen bestehen, auf einer vorderen
Oberfläche
eines Substrats ausgebildet, wird ein Hohlraumteil von der Seite
der hinteren Oberfläche
des Substrats aus ausgebildet, so dass die Dünnfilmschichten übrig bleiben,
und wird ein Dünnfilmabschnitt
(ein Detektorabschnitt), der aus einer Dünnfilmschicht besteht, auf
dem Hohlraumteil ausgebildet. Durchgehende Öffnungen werden so ausgebildet,
dass sie den elektrisch leitfähigen
Film von der hinteren Oberfläche des
Substrats aus in Bereichen erreichen, an denen das Hohlraumteil
nicht vorhanden ist, Leiter werden auf Wandoberflächen der
Durchgangsöffnungen
ausgebildet, und ein Substratleiterabschnitt wird auf der hinteren
Oberfläche
des Substrats so hergestellt, dass er elektrisch mit dem elektrisch
leitfähigen
Film mit Hilfe der Leiter verbunden wird (vgl. beispielsweise das
japanische offengelegte Patent Nr. 2002-357467).
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Bei
herkömmlichen
Flussratendetektorelementen treten infolge der Tatsache, dass ein
Dünnfilmabschnitt,
der als Detektorabschnitt dient, auf der vorderen Oberfläche des
Substrats vorgesehen ist, Unregelmäßigkeiten auf der vorderen
Oberfläche des
Substrats auf, welche dem Fluid ausgesetzt ist, das gemessen wird.
Daher können
Störungen
an der vorderen Oberfläche
des Dünnfilmabschnitts
in dem Fluss des Fluids auftreten, das gemessen wird, so dass die
Flusseigenschaften irregulär
werden, oder es kann sich bei langem Gebrauch Staub in den unregelmäßigen Abschnitten
ansammeln, was den Fluss des Fluids, das gemessen wird, ändert, wenn dieses über die
vordere Oberfläche
des Dünnfilmabschnitts
fließt,
was zu dem Problem führt,
dass die Flussratendetektoreigenschaften schwanken.
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Da
die Durchgangsöffnungen
so ausgebildet sind, dass sie den elektrisch leitfähigen Film
dadurch erreichen, dass das Substrat und der elektrisch isolierende
Film von der hinteren Oberfläche
des Substrats entfernt werden, und dann Leiter auf den Wandoberflächen der
Durchgangsöffnungen
und der freiliegenden Oberfläche
des elektrisch leitfähigen
Films ausgebildet werden, kann die Verbindungsfestigkeit an Verbindungsabschnitten
zwischen den Leitern und dem elektrisch leitfähigen Film abnehmen, oder können Reaktionen
an den Verbindungsoberflächen infolge
von Wärme
und elektrischem Strom auftreten, was zu Änderungen des Widerstandswertes
an den Verbindungsabschnitten führt,
so dass ein weiteres Problem auftritt, nämlich dass keine zufriedenstellende
Verlässlichkeit
erreicht werden kann.
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Um
die Verdrahtung von dem elektrisch leitfähigen Film auf der vorderen
Oberfläche
des Substrats zum Substratleiterabschnitt auf der hinteren Oberfläche des
Substrats zu erzielen, ist es erforderlich, Durchgangsöffnungen
so auszubilden, dass diese von der Seite der hinteren Oberfläche des
Substrats zu dem elektrisch leitfähigen Film verlaufen, und es
ist erforderlich, Leiter auf den Wandoberflächen der Durchgangsöffnungen
und der freiliegenden Oberfläche
des elektrisch leitfähigen
Films auszubilden, so dass ein weiteres Problem auftritt, nämlich dass
die Herstellungsvorgänge
kompliziert sind.
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Da
es erforderlich ist, jenen Bereich zu vermeiden, in welchem das
Hohlraumteil ausgebildet ist, wenn die Durchgangsöffnungen
zum Herausziehen der Elektrode auf dem Substrat ausgebildet werden, sind
spezielle Bereiche zur Ausbildung der Durchgangsöffnungen erforderlich, was
zu einem weiteren Problem führt,
nämlich
dass eine Verringerung der Abmessungen des Flussratendetektorelements
nicht möglich
ist.
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Da
die Durchgangsöffnungen
zusätzlich
zu dem Hohlraumteil vorgesehen sind, nimmt die mechanische Festigkeit
des Substrats ab, wodurch ein weiters Problem auftritt, nämlich eine
Beschädigung des
Substrats infolge mechanischer Spannungen auf dem Substrat, die
bei den Vorgängen
zum Verbinden eines äußeren Abschnitts
und des Substratleiterabschnitts durch Drahtverbindung und dergleichen
auftreten, so dass leicht eine Beeinträchtigung der Eigenschaften
des Flussratendetektorelements und dergleichen auftritt.
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Aus
der US 2002/0023485 A1 geht ein Strömungsmesser hervor, bei dem
ein Teil der Strömung abgezweigt
wird. Im Bereich der abgezweigten Strömung ist ein Detektorelement
freiliegend angebracht.
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Die
US 2003/0182999 A1 betrifft eine Strömungs-Messvorrichtung, bei der die Strömung in
einen Bereich abgezweigt wird, in dem sich ein Sensor befindet.
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Aus
der
US 6 301 960 B1 geht
ein Strömungsratensensor
mit mehreren Membranen mit Heiz- und Temperaturerfassungsabschnitten
hervor.
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Mit
der vorliegenden Erfindung sollen die voranstehenden Schwierigkeiten überwunden
werden, und ein Ziel der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung
eines wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements und eines Verfahrens zu dessen Herstellung,
mit welchen stabile Flussratendetektoreigenschaften erzielt werden,
durch Ausbildung eines elektrisch isolierenden Films auf solche
Weise, dass dieser eine Öffnung
auf der Seite der vorderen Oberfläche eines Hohlraums abdeckt,
der so ausgebildet ist, dass er durch ein Basismaterial hindurchgeht,
und ein Heizwiderstandsabschnitt ausgebildet wird, der aus einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm auf einer freiliegenden Oberfläche des elektrisch isolierenden
Films besteht, der innerhalb des Hohlraums freiliegt, um das Auftreten
von Störungen
des Flusses des Fluids und das Ansammeln von Staub infolge von Unregelmäßigkeiten
auf der vorderen Oberfläche
des Basismaterials zu unterdrücken.
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Um
die voranstehenden Ziele zu erreichen, wird gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung ein wärmeempfindliches
Flussratendetektorelement zur Verfügung gestellt, welches ein
ebenes Basismaterial aufweist; einen Hohlraum, der so ausgebildet
ist, dass er durch das Basismaterial von einer hinteren Oberfläche zu einer
vorderen Oberfläche hindurchgeht;
einen elektrisch isolierenden Film, der so ausgebildet ist, dass
er mit der vorderen Oberfläche
des Basismaterials in einer gemeinsamen Ebene liegt, und eine Öffnung des
Hohlraums auf der Seite der vorderen Oberfläche des Basismaterials abdeckt; und
einen Heizwiderstandsabschnitt, der aus einem wärmeempfindlichen Widerstandsfilm
besteht, der sich von der Seite der vorderen Oberfläche des
Basismaterials auf einem Abschnitt des elektrisch isolierenden Films
erstreckt, der am Ort der Öffnung
des Hohlraums vorhanden ist.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der Erfindung wird ein wärmeempfindliches Flussratendetektorelement
zur Verfügung
gestellt, das ein ebenes Basismaterial aufweist, bei dem ein elektrisch
isolierender Film über
der gesamten Oberfläche
einer vorderen Oberfläche
vorgesehen ist; einen Hohlraum, der durch Entfernen eines Abschnitts
des Basismaterials von der Seite der hinteren Oberfläche des
Basismaterials aus ausgebildet wird, so dass er sich zum elektrisch
isolierenden Film erstreckt; und einen Heizwiderstandsabschnitt,
der aus einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm besteht, der auf einer freiliegenden Oberfläche des
elektrisch leitfähigen Films
vorgesehen ist, der innerhalb des Hohlraums freigelegt ist.
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Daher
wird ein wärmeempfindliches
Flussratendetektorelement zur Verfügung gestellt, welches stabile
Flussratendetektoreigenschaften aufweist, durch Unterdrückung des
Auftretens von Störungen auf
den Fluss eines Fluids und des Ansammelns von Staub infolge von
Unregelmäßigkeiten
auf der vorderen Oberfläche
des Basismaterials.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements zur Verfügung gestellt, welches den
Schritt umfasst, einen Schutzfilm auf einer vorderen Oberfläche eines
ebenen Basismaterials auszubilden, den Schritt der Ausbildung eines
Hohlraums durch Entfernen eines Abschnitts des Basismaterials von
der Seite der hinteren Oberfläche
des Basismaterials aus so, dass er sich zum Schutzfilm hin erstreckt;
den Schritt der Ausbildung eines elektrisch isolierenden Films auf
einer hinteren Oberfläche
des Basismaterials, einer Wandoberfläche des Hohlraums, und einer freiliegenden
Oberfläche
des Schutzfilms, der innerhalb des Hohlraums freiliegt; und den
Schritt der Ausbildung eines Heizwiderstandsabschnitts, der aus
einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm besteht, auf einem Abschnitt des elektrisch isolierenden Films,
der auf der freiliegenden Oberfläche
des Schutzfilms vorgesehen ist.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur
Herstellung eines wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements zur Verfügung gestellt, welches den
Schritt umfasst, einen elektrisch isolierenden Film auf einer vorderen
Oberfläche
eines ebenen Basismaterials auszubilden; den Schritt der Ausbildung
eines Hohlraums durch Entfernen eines Abschnitts des Basismaterials
von der Seite der hinteren Oberfläche des Basismaterials aus,
auf solche Weise, dass sich dieser bis zum elektrisch isolierenden
Film erstreckt; und den Schritt der Ausbildung eines Heizwiderstandsabschnitts,
der aus einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm besteht, auf einer freiliegenden Oberfläche des
elektrisch isolierenden Films, die innerhalb des Hohlraums freiliegt.
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Daher
wird ein Verfahren zur Herstellung eines wärmeempfindlichen Flussratendetektorelements
zur Verfügung
gestellt, welches stabile Flussratenerfassungseigenschaften aufweist,
durch Unterdrückung
des Auftretens von Störungen
des Flusses eines Fluids, und des Ansammelns von Staub infolge von
Unregelmäßigkeiten
auf der vorderen Oberfläche
des Basismaterials.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand zeichnerisch dargestellter Ausführungsbeispiele
erläutert,
aus welchen sich weitere Vorteile und Merkmale ergeben. Es zeigt:
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1 eine
Ansicht von unten eines wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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2 eine
Aufsicht auf das wärmeempfindliche
Flussratendetektorelement gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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3 einen
Querschnitt des wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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4A einen
Querschnitt zur Erläuterung
eines Verfahrens zur Herstellung des wärmeempfindlichen Flussratendetektorelements
gemäß Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4B einen
weiteren Querschnitt zur Erläuterung
des Verfahrens zur Herstellung des wärmeempfindlichen Flussratendetektorelements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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4C einen
weiteren Querschnitt zur Erläuterung
des Verfahrens zur Herstellung des wärmeempfindlichen Flussratendetektorelements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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4D einen
weiteren Querschnitt zur Erläuterung
des Verfahrens zur Herstellung des wärmeempfindlichen Flussratendetektorelements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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5A einen
Querschnitt zur Erläuterung des
Verfahrens zur Herstellung des wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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5B einen
weiteren Querschnitt zur Erläuterung
des Verfahrens zur Herstellung des wärmeempfindlichen Flussratendetektorelements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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5C einen
weiteren Querschnitt zur Erläuterung
des Verfahrens zur Herstellung des wärmeempfindlichen Flussratendetektorelements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung;
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5D einen
weiteren Querschnitt zur Erläuterung
des Verfahrens zur Herstellung des wärmeempfindlichen Flussratendetektorelements
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung
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6 eine
Vorderansicht eines Flussratensensors, der das Flussratendetektorelement
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung einsetzt;
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7 einen
Querschnitt entlang der Linie VII-VII in 6, gesehen
in Richtung der Pfeile;
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8 ein
Schaltbild einer Steuerschaltung des Flussratensensors, welche das
Flussratendetektorelement gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung einsetzt; und
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9 einen
Querschnitt eines wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung.
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Ausführungsform 1
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1 ist
eine Ansicht von unten eines wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung, 2 ist eine
Aufsicht auf das wärmeempfindliche Flussratendetektorelement
gemäß Ausführungsform 1
der vorliegenden Erfindung, und 3 ist ein
Querschnitt des wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung. Weiterhin ist ein Schutzfilm an der hinteren
Oberfläche
in 1 weggelassen. Damit man die Konstruktion einfacher
erkennen kann, sind die 1 bis 3 nicht
maßstabsgerecht.
Dies gilt auch für
alle folgenden Figuren.
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In
den 1 bis 3 ist ein Basismaterial 1 ein
Siliziumsubstrat, das beispielsweise eben und rechteckförmig ausgebildet
ist. Ein erster Schutzfilm 2a, der aus einem Wärmeoxidationsfilm
und dergleichen besteht, ist über
der gesamten Oberfläche
der vorderen Oberfläche 1a des
Basismaterials 1 vorgesehen. Ein zweiter Schutzfilm 2b,
der aus einem thermischen Oxidationsfilm und dergleichen besteht,
ist über
der gesamten Oberfläche
der hinteren Oberfläche 1b des
Basismaterials 1 so vorgesehen, dass er zwei rechteckige Öffnungsabschnitte
aufweist. Ein erster und ein zweiter Hohlraum 9a bzw. 9b werden dadurch
hergestellt, dass Abschnitte des Basismaterials 1 entfernt
werden, so dass sie sich zum ersten Schutzfilm 2a von jedem
der Öffnungsabschnitte
des zweiten Schutzfilms 2b aus erstrecken. Diese Hohlräume 9a und 9b sind
so angeordnet, dass sie voneinander in Längsrichtung des Basismaterials 1 getrennt
sind, und jeweils eine trapezartige Querschnittsform senkrecht zur
vorderen Oberfläche 1a des
Basismaterials 1 aufweisen. Weiterhin ist ein elektrisch
isolierender Film 3, der aus Siliziumnitrid und dergleichen
besteht, von der Seite der hinteren Oberfläche 1b des Basismaterials 1 so
vorgesehen, dass er den zweiten Schutzfilm 2b abdeckt,
Wandoberflächen
des ersten und zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b, und
freiliegende Oberflächen
des ersten Schutzfilms 2a.
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Ein
Heizwiderstandsabschnitt 4, der aus einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm besteht, ist auf dem elektrisch isolierenden Film 3 vorgesehen,
der sich auf der freiliegenden Oberfläche des ersten Schutzfilms 2a innerhalb
des ersten Hohlraums 9a befindet, und ein Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5,
der aus einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm besteht, ist auf dem elektrisch isolierenden Film 3 vorgesehen,
der sich auf der freiliegenden Oberfläche des zweiten Schutzfilms 2a innerhalb
des zweiten Hohlraums 9b befindet. Ein erstes bis viertes
Leitungsmuster 6a bis 6d ist so auf dem elektrisch
isolierenden Film 3 angeordnet, dass es sich von Endabschnitten
des Heizwiderstandsabschnitts 4 und des Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitts 5 entlang
den Wandoberflächen
des ersten und zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b zur
rückwärtigen Oberfläche 1b des
Basismaterials 1 erstreckt. Weiterhin ist ein elektrisch isolierender
Schutzfilm 8 an der hinteren Oberfläche, der aus Siliziumnitrid
und dergleichen besteht, so auf dem elektrisch isolierenden Film 3 vorgesehen,
dass er den Heizwiderstandsabschnitt 4, den Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 und
das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d abdeckt.
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Hierbei
sind der wärmeempfindliche
Widerstandsfilm, der den Heizwiderstandsabschnitt 4 bildet,
der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5,
und das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d ein
Widerstandsfilm, der aus einem Material besteht, dessen Widerstandswert
von der Temperatur abhängt,
und das beispielsweise aus Platin besteht. Eine erste, dünnwandige
Membran 10a, die durch Zusammenlaminieren des ersten Schutzfilms 2a,
des elektrisch isolierenden Films 3, des Heizwiderstandsabschnitts 4,
und des Schutzfilms 8 an der hinteren Oberfläche hergestellt
wird, ist so über
dem ersten Hohlraum 9a vorgesehen, dass ihr Umfang durch
das Basismaterial 1 gehaltert wird. Entsprechend ist eine
zweite, dünnwandige
Membran 10b, die durch Zusammenlaminieren des ersten Schutzfilms 2a,
des elektrisch isolierenden Films 3, des Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitts 5 und
des Schutzfilms 8 an der hinteren Oberfläche hergestellt wird, über dem
zweiten Hohlraum 9b so vorgesehen, dass ihr Umfang durch
das Basismaterial 1 gehaltert wird.
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Weiterhin
werden erste bis vierte Elektroden 7a bis 7d durch
Entfernen von Abschnitten des Schutzfilms 8 an der rückwärtigen Oberfläche ausgebildet,
so dass sie Endabschnitte des ersten bis vierten Leitungsmusters 6a bis 6d freilegen.
Die ersten bis vierten Elektroden 7a bis 7d und äußere Geräte sind
durch ein wohlbekanntes Verfahren verbunden, beispielsweise Flip-Chip-Verbindung,
Drahtverbindung und dergleichen. Der Heizwiderstandsabschnitt 4 und
der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 sind
daher an das äußere Gerät mit Hilfe des
ersten bis vierten Leitungsmusters 6a bis 6d angeschlossen.
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Als
nächstes
wird unter Bezugnahme auf die 4A bis 4D sowie 5A bis 5D ein
Verfahren zur Herstellung eines Flussratendetektorelements 13 mit
dem voranstehend geschilderten Aufbau beschrieben.
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Zuerst
wird, wie in 4A gezeigt, ein Basismaterial 1 vorbereitet,
das aus einem ebenen, rechteckigen Siliziumsubstrat mit einer Kristallorientierung (100)
besteht, und dann werden Wärmeoxidationsfilme über den
gesamten Oberflächen
der vorderen Oberfläche 1a und
der hinteren Oberfläche 1b des Basismaterials 1 hergestellt.
Hierbei beträgt
die Dicke des Basismaterials 1 beispielsweise 400 μm, und die
Dicke der Wärmeoxidationsfilme
beispielsweise 0,5 μm.
Der Wärmeoxidationsfilm,
der auf der vorderen Oberfläche 1a des
Basismaterials 1 ausgebildet wird, bildet den ersten Schutzfilm 2a,
und der Wärmeoxidationsfilm,
der auf der hinteren Oberfläche 1b vorgesehen
ist, bildet den zweiten Schutzfilm 2b.
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Dann
wird ein Resist auf die gesamte Oberfläche des zweiten Schutzfilms 2b aufgebracht,
der auf der hinteren Oberfläche 1b des
Basismaterials 1 vorgesehen ist, und wird das Resist mit
Hilfe einer Photogravurvorgehensweise mit einem Muster versehen,
um rechteckige Öffnungen
in dem Resist auszubilden. Abschnitte des zweiten Schutzfilms 2b,
die durch die Öffnungsabschnitte
freigelegt werden, werden durch Ätzen
entfernt, wie in 4B gezeigt, um rechteckige Ätzöffnungen 12a und 12b auszubilden.
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Dann
wird beispielsweise eine Alkaliätzung eingesetzt,
um das Basismaterial 1 von den Ätzöffnungen 12a und 12b durch
den ersten Schutzfilm 2a zu entfernen. Auf diese Weise
werden der erste und der zweite Hohlraum 9a bzw. 9b ausgebildet,
wie in 4C gezeigt. Hierbei kann KOH,
Tetramethylammoniumhydroxid (TMAH), NaOH und dergleichen als das Ätzmittel
eingesetzt werden.
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Dann
wird das Resist entfernt, und wird ein Film aus Siliziumnitrid mit
einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der gesamten Oberfläche von
der Seite der hinteren Oberfläche
des Basismaterials 1 aus hergestellt, unter Einsatz eines
Verfahrens wie beispielsweise Sputtern oder chemischer Dampfablagerung
(CVD), und dergleichen, um den elektrisch isolierenden Film 3 herzustellen,
wie in 4D gezeigt.
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Weiterhin
wird, wie in 5A gezeigt, ein Film aus Platin
mit einer Dicke von beispielsweise 0,2 μm über der gesamten Oberfläche des
elektrisch isolierenden Films 3 von der Seite der hinteren
Oberfläche
des Basismaterials 1 aus hergestellt, unter Verwendung
eines Verfahrens wie beispielsweise Dampfablagerung oder Sputtern.
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Dann
wird ein Resist durch Sprühbeschichtung
und dergleichen auf die gesamte Oberfläche des Platinfilms auf der
hinteren Oberfläche
des Basismaterials 1 aufgebracht, und wird der Platinfilm unter
Verwendung eines Verfahrens wie Photogravur, Nassätzung (oder
Trockenätzung)
und dergleichen mit einem Muster versehen. Dann werden, wie in 5B gezeigt,
der Heizwiderstandsabschnitt 4, der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5,
und das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d gleichzeitig
ausgebildet.
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Dann
wird das Resist entfernt, und wird ein Film aus Siliziumnitrid mit
einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der gesamten Oberfläche des
Basismaterials 1 von der Seite der hinteren Oberfläche aus
hergestellt, unter Verwendung eines Verfahrens wie beispielsweise
Sputtern, chemischer Dampfablagerung (CVD) und dergleichen, um den
Schutzfilm 8 an der hinteren Oberfläche auszubilden, wie in 5C gezeigt
ist.
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Dann
wird ein Resist auf die gesamte Oberfläche des Schutzfilms 8 an
der hinteren Oberfläche aufgebracht,
und wird ein Teil des Schutzfilms 8 an der hinteren Oberfläche entfernt,
unter Verwendung eines Verfahrens wie Photogravur, Nassätzung (oder Trockenätzung),
und dergleichen. Dann werden, wie in 5D gezeigt,
die ersten bis vierten Elektroden 7a bis 7d hergestellt,
durch Freilegen von Endabschnitten des ersten bis vierten Leitungsmusters 6a bis 6d,
die sich auf der rückwärtigen Oberfläche 1b des
Basismaterials 1 befinden.
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Auf
diese Weise wird die erste dünnwandige Membran 10a,
die durch Zusammenlaminieren des ersten Schutzfilms 2a,
des elektrisch isolierenden Films 3, des Heizwiderstandsabschnitts 4,
und des Schutzfilms 8 an der hinteren Oberfläche hergestellt wird, über dem
ersten Hohlraum 9a so aufgebaut, dass ihr Umfang durch
das Basismaterial 1 gehaltert wird, und wird die zweite
dünnwandige
Membran 10b, die durch Zusammenlaminieren des ersten Schutzfilms 2a,
des elektrisch isolierenden Films 3, des Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitts 5,
und des Schutzfilms 8 an der rückwärtigen Oberfläche hergestellt
wird, über
dem zweiten Hohlraum 9b so aufgebaut, dass ihr Umfang durch
das Basismaterial 1 gehaltert wird. Die erste und zweite Membran 10a bzw. 10b werden
beispielsweise in einer Größe von 1,5
mm × 2,0
mm hergestellt, und der Heizwiderstandsabschnitt 4 und
der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 werden
beispielsweise mit einer Größe von 0,8
mm × 1,0
mm hergestellt, in zentralen Abschnitten der ersten und zweiten
Membran 10a bzw. 10b.
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Als
nächstes
wird der Aufbau eines Flussratensensors 100, der ein wie
voranstehend hergestelltes Flussratendetektorelement 13 verwendet,
unter Bezugnahme auf die 6 bis 7 beschrieben. 6 ist
eine Vorderansicht eines Flussratensensors, der das Flussratendetektorelement
gemäß Ausführungsform
1 der vorliegenden Erfindung einsetzt, und 7 ist ein
Querschnitt entlang der Linie VII-VII in 6, gesehen
in Richtung der Pfeile. In 7 ist die
Richtung des Flusses eines Fluids, das in Bezug auf das Flussratendetektorelement
gemessen wird, durch einen Pfeil 24 angedeutet.
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In
den 6 und 7 wird ein Flussratensensor 100 durch
folgende Teile gebildet: einen Hauptkanal 20, der einen
Kanal für
ein zu messendes Fluid darstellt; eine Detektorleitung 21,
die koaxial zum Hauptkanal 20 angeordnet ist; ein Gehäuse 22 zur
Aufnahme einer Steuerschaltungsleiterplatte 30; einen Verbinder 23 zum
Liefern elektrischer Energie zum Flussratensensor 100 und
zum Abziehen eines Ausgangssignals, und ein Flussratendetektorelement 13,
das innerhalb der Detektorleitung 21 angeordnet ist. Das
erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d des
Flussratendetektorelements 13 und die Steuerschaltungsleitungsplatte 30 sind
elektrisch durch Leitungsdrähte 31 verbunden.
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Das
wärmeempfindliche
Flussratendetektorelement 13 ist innerhalb der Detektorleitung 21 so
angeordnet, dass die vordere Oberfläche seines Basismaterials 1 parallel
zur Richtung des Flusses 24 des gemessenen Fluids verläuft, und
die vordere Oberfläche
des Basismaterials dem gemessenen Fluid ausgesetzt wird.
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Eine
Steuerschaltung 40 dieses Flussratensensors weist, wie
in 8 gezeigt, eine Brückenschaltung 41 mit
dem Heizwiderstandsabschnitt 4 und dem Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 auf.
Ein ersten bis dritter Widerstand R1, R2 und R3 sind Festwiderstände, OP1
ist ein Operationsverstärker,
TR1 ist ein Transistor, und BATT ist eine elektrische Stromversorgung.
Weiterhin sind alle Abschnitte der Steuerschaltung mit Ausnahme
des Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitts 5 und
des Heizwiderstandsabschnitts 4 an der Steuerschaltungsleiterplatte 30 angebracht.
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Da
der Heizwiderstandsabschnitt 4 und der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 in
die erste bzw. zweite Membran 10a bzw. 10b eingebaut
sind, wird von dem Heizwiderstandsabschnitt 5 erzeugte
Wärme nicht
auf den Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 übertragen.
Da der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 nicht
stromabwärts
des Heizwiderstandsabschnitts 4 angeordnet ist, wird der
Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 nicht
dem Fluid ausgesetzt, das gemessen wird, und welches durch Wärmeübertragung
von dem Heizwiderstandsabschnitt 4 erwärmt wurde. Die Temperatur,
die von dem Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 erfasst
wird, ist daher im allgemeinen gleich der Temperatur des Fluids,
welches gemessen wird.
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Die
Steuerschaltung 40 steuert einen Heizstrom IH in dem Heizwiderstandsabschnitt 4 durch
einen solchen Betrieb, dass im Wesentlichen die elektrischen Potentiale
an den Punkten P1 und P2 in 8 angeglichen
werden. Wenn die Flussgeschwindigkeit des gemessenen Fluids hoch
ist, sinkt die Temperatur des Heizwiderstandsabschnitts 4 ab, da
die Wärmeübertragung
von dem Heizwiderstandsabschnitt 4 an das gemessene Fluid
zunimmt. Daher wird der Heizstrom IH erhöht, damit die mittlere Temperatur
des Heizwiderstandsabschnitts 4 auf einem vorbestimmten
Wert bleibt, also die mittlere Temperatur um eine vorbestimmte Temperatur
(beispielsweise 100 Grad Celsius (°C)) höher bleibt als die Temperatur
des gemessenen Fluids. Durch Erfassung des Heizstroms IH als Spannung
Vout am ersten und zweiten Ende des zweiten Widerstands R2 kann
die Flussgeschwindigkeit oder die Flussrate durch einen Kanal festgestellt
werden, der eine vorbestimmte Kanalquerschnittsfläche aufweist.
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Wenn
RH den Widerstandswert des Heizwiderstandsabschnitts 4 bezeichnet,
TH die mittlere Temperatur des Heizwiderstandsabschnitts 4,
TA die Temperatur des gemessenen Fluids, und Q die Flussrate durch
einen Kanal mit einer vorbestimmten Kanalquerschnittsfläche, dann
gilt die nachstehende Gleichung (1):
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IH2 × RH = (a
+ b × Qn) × (TH – TA) (1)
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Hierbei
sind a, b und n Konstanten, die durch die Form des wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements festgelegt werden. a ist ein Koeffizient entsprechend
der Wärmemenge
unabhängig
von der Flussrate, wobei ein großer Anteil dieses Koeffizienten
Wärmeübertragungsverluste
von dem Heizwiderstandsabschnitt 4 zum Basismaterial 1 darstellt.
Andererseits ist b ein Koeffizient entsprechend der erzwungenen
Konvexionswärmeübertragung.
n ist ein Wert, der durch die Art des Flusses in der Nähe des Heizwiderstandsabschnitts 4 festgelegt
wird, und der Wert von n ist annähernd
gleich 0,5. Wie aus Gleichung (1) hervorgeht, trägt die Wärmemenge entsprechend dem Koeffizienten
a nicht zur Flussratenerfassung bei.
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Hält man daher
(TH – TA)/RH
konstant, unabhängig
von TA, so wird IH eine Funktion von Q. Der Ausgangswert entsprechend
IH ist daher die erfasste Flussrate, die von dem Flussratensensor
abgegeben wird.
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Da
bei der Ausführungsform
1 der erste Schutzfilm 2a über der gesamten vorderen Oberfläche 1a des
Basismaterials 1 vorgesehen ist, und der Heizwiderstandsabschnitt 4 und
der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 auf
Abschnitten des elektrisch isolierenden Films 3 vorgesehen
sind, der auf die freiliegenden Oberflächen des ersten Schutzfilms 2a aufgeschichtet
ist, die innerhalb des ersten und zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b freiliegen,
sind Unregelmäßigkeiten
auf der vorderen Oberfläche
des Basismaterials 1 ausgeschaltet, die dem Fluss des gemessenen
Fluids ausgesetzt ist, wodurch Störungen des Flusses des gemessenen Fluids
verhindert werden, sowie das Ansammeln von Staub auf der vorderen
Oberfläche
des Basismaterials 1, was es ermöglicht, die Flusseigenschaften
zu stabilisieren.
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Da
das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d so
ausgebildet ist, dass es sich nach außen von dem Heizwiderstandsabschnitt 4 und
dem Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 entlang den
Wandoberflächen
des ersten und zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b und über die
rückwärtige Oberfläche 1b des
Basismaterials 1 erstreckt, sind Durchgangsöffnungen
zum Abziehen von Elektroden, die bei der herkömmlichen Vorgehensweise vorgesehen waren,
nicht mehr erforderlich, was es ermöglicht, die Abmessungen des
Flussratendetektorelements zu verkleinern. Da Verringerungen der
mechanischen Festigkeit des Flussratendetektorelements infolge des
Wegfalls der Durchgangsöffnungen
ausgeschaltet sind, kann darüber
hinaus das Auftreten von Beschädigungen
beim Basismaterial infolge mechanischer Spannungen während Verbindungsvorgängen wie
beispielsweise Drahtverbindung und dergleichen verringert werden,
oder beim Herunterfallen des Flussratendetektorelements. Da das
erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d nicht
auf der Seite der vorderen Oberfläche des Basismaterials 1 freiliegt,
sind das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d durch das
Basismaterial 1 gegenüber
dem gemessenen Fluid geschützt,
was Defekte wie beispielsweise die Bedeckung des ersten bis vierten
Leitungsmusters 6a bis 6d durch Fremdkörper ausschaltet,
wodurch die Verlässlichkeit
verbessert wird.
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Da
der Heizwiderstandsabschnitt 4 und das erste und zweite
Leitungsmuster 6a und 6b einstückig in einem einzelnen wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm vorgesehen sind, und der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 und
das dritte und vierte Leitungsmuster 6c bzw. 6d einstückig in einem
einzigen wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm vorgesehen sind, werden Probleme ausgeschaltet,
wie Verringerung der Verbindungsfestigkeit und Änderungen des Widerstands an
Verbindungsabschnitten zwischen Leiterabschnitten und Leitungen, die
bei der herkömmlichen
Vorgehensweise auftraten, wodurch eine zufriedenstellende Verlässlichkeit erreicht
wird.
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Da
der erste und zweite Membranabschnitt 10a bzw. 10b einen
ersten Schutzfilm 2a aufweisen, wird die mechanische Festigkeit
des ersten und zweiten Membranabschnitts 10a bzw. 10b verbessert, was
die Lebensdauer verlängert.
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Der
Heizwiderstandsabschnitt 4 und der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 sind
auf dem elektrisch isolierenden Film 3 vorgesehen, der
sich auf den freiliegenden Oberflächen des ersten Schutzfilms 2a innerhalb
des ersten und zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b befindet.
Da kein Anhaften von Fremdkörpern
an der Oberfläche
des ersten Schutzfilms 2a auftritt, die durch das Entfernen
des Basismaterials 1 freigelegt wird, ist die Ausbildung von
Unregelmäßigkeiten
auf dem elektrisch isolierenden Film 3 weniger wahrscheinlich,
der auf der freilegenden Oberfläche
des ersten Schutzfilms 2a vorgesehen ist. Der Heizwiderstandsabschnitt 4 und
der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 werden
daher auf einem elektrisch isolierenden Film 3 hergestellt,
der keine Unregelmäßigkeiten
aufweist, wodurch ungleiche Widerstandswerte infolge von Unregelmäßigkeiten
in dem Heizwiderstandsabschnitt 4 und dem Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 verringert
werden, wodurch die Messgenauigkeit verbessert wird. Wenn andererseits der
Heizwiderstandsabschnitt 4 und der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 auf
der vorderen Oberfläche
des ersten Schutzfilms 2a hergestellt würden, die sich auf der vorderen
Oberfläche 1a des
Basismaterials 1 befindet, wäre das Anhaften von Fremdkörpern an
der vorderen Oberfläche 1a des
Basismaterials 1 wahrscheinlicher, wodurch sich Unregelmäßigkeiten
infolge von Fremdkörpern
auf dem Schutzfilm ausbilden würden,
der auf der vorderen Oberfläche 1a vorgesehen
ist. Daher würden
sich auch Unregelmäßigkeiten
in dem Heizwiderstandsabschnitt 4 und dem Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 ausbilden,
die auf der vorderen Oberfläche
des Schutzfilms vorgesehen sind, was zu ungleichen Widerstandswerten
infolge von Unregelmäßigkeiten
in dem Heizwiderstandsabschnitt 4 und dem Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 führen würde, wodurch
die Messgenauigkeit verschlechtert wird.
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Da
der erste und zweite Hohlraum 9a und 9b so hergestellt
werden, dass sie sich von der Seite der hinteren Oberfläche des
Basismaterials 1 zum ersten Schutzfilm 2a hin
erstrecken, und der elektrisch isolierende Film 3 durch
Beschichtung auf den freiliegenden Oberflächen der hinteren Oberfläche 1b des Basismaterials 1 hergestellt
wird, den Wandoberflächen
des ersten und zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b, und
des ersten Schutzfilms 2a, wird dann ein wärmeempfindlicher
Widerstandsfilm durch Beschichtung auf dem elektrisch isolierenden
Film 3 hergestellt, und dann werden der Heizwiderstandsabschnitt 4, der
Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5,
und das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d durch
Musterbildung bei dem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm hergestellt, so dass der Heizwiderstandsabschnitt 4,
der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5,
und das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d gleichzeitig
hergestellt werden können,
wodurch das Erfordernis nach einem Schritt ausgeschaltet wird, der
zum Ausbilden von Durchgangsöffnungen
dient, sowie nach einem Schritt zur Ausbildung von Leitern innerhalb
der Durchgangsöffnungen,
so dass das Flussratendetektorelement 13 einfach und kostengünstig hergestellt werden
kann.
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Weiterhin
wurde anhand der voranstehenden Ausführungsform 1 ein Flussratendetektorelement 13 erläutert, bei
welchem erste und zweite Schutzfilme 2a bzw. 2b auf
der ersten und zweiten Oberfläche
(der vorderen Oberfläche 1a und
der hinteren Oberfläche 1b)
eines Basismaterials 1 hergestellt werden, jedoch müssen der
erste und zweite Schutzfilm 2a bzw. 2b nur als
Maske zur Herstellung des ersten und zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b dienen,
und sind die Materialien und Filmherstellungsverfahren nicht auf
jene beschränkt,
die bei der voranstehenden Ausführungsform
eingesetzt wurden. So kann beispielsweise ein Band, das aus einem
Material besteht, das einem Ätzmittel
standhalten kann, als der erste und zweite Schutzfilm 2a bzw. 2b angebracht
werden.
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Wenn
der erste und zweite Schutzfilm 2a bzw. 2b aus
Materialien bestehen, deren physikalische Eigenschaften die Flussratenerfassungsleistung
beeinträchtigen,
also Materialien, in denen die mechanischen Spannungen hoch sind,
und die Staubbeständigkeit
verringert ist, dann können
der erste und zweite Schutzfilm 2a bzw. 2b auch
entfernt werden. Wenn beispielsweise der erste und zweite Schutzfilm 2a und 2b Wärmeoxidationsfilme
sind, kann der zweite Schutzfilm 2b durch Ätzen unter
Einsatz gepufferter Flusssäure
nach dem Schritt in 4C entfernt werden, und auch
der erste Schutzfilm 2a nach dem Schritt in 4D.
Selbst wenn der erste Schutzfilm 2a entfernt wird, werden
infolge der Tatsache, dass der elektrisch isolierende Film 3 in
einer gemeinsamen Ebene mit der vorderen Oberfläche 1a des Basismaterials 1 angeordnet
ist, und die Öffnung
auf der Seite der vorderen Oberfläche des ersten und zweiten Hohlraums 9a und 9b abdeckt, Unregelmäßigkeiten
auf der vorderen Oberfläche des
Basismaterials 1 ausgeschaltet, die dem Fluss des gemessenen
Fluids ausgesetzt ist, wodurch die Flusseigenschaften stabilisiert
werden können.
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Bei
der Ausführungsform
1 wurde voranstehend ein Siliziumsubstrat als Basismaterial 1 erläutert, jedoch
ist das Material des Basismaterials 1 nicht speziell hierauf
beschränkt,
so dass beispielsweise auch ein Aluminiumoxidsubstrat oder ein Glassubstrat
eingesetzt werden können.
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Ausführungsform 2
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9 ist
ein Querschnitt eines wärmeempfindlichen
Flussratendetektorelements gemäß Ausführungsform
2 der vorliegenden Erfindung.
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In 9 ist
ein Basismaterial 1A ein Aluminiumoxidsubstrat, das beispielsweise
mit ebener, rechteckiger Form ausgeformt wird. Ein elektrisch isolierender
Film 3a der beispielsweise aus einem Siliziumnitridfilm
und dergleichen besteht, wird über
der gesamten Oberfläche
einer vorderen Oberfläche 1a des
Basismaterials 1a hergestellt. Ein Schutzfilm 3b, der
aus einem Siliziumnitridfilm und dergleichen besteht, wird über der
gesamten Oberfläche
der rückwärtigen Oberfläche 1b des
Basismaterials 1a so hergestellt, dass er zwei rechteckige Öffnungsabschnitte
aufweist. Ein erster und ein zweiter Hohlraum 9a bzw. 9b werden
durch Entfernen von Abschnitten des Basismaterials 1A auf
solche Weise ausgebildet, dass sie sich zum elektrisch isolierenden
Film 3a von jedem der Öffnungsabschnitte
des Schutzfilms 3b aus erstrecken.
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Ein
Heizwiderstandsabschnitt 4, der aus einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm aus Platin und dergleichen besteht, wird auf einer
freiliegenden Oberfläche
des elektrisch isolierenden Films 3a innerhalb des ersten
Hohlraums 9a hergestellt, und ein Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5,
der aus einem wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm aus Platin und dergleichen besteht, wird auf einer freiliegenden
Oberfläche
des elektrisch isolierenden Films 3a innerhalb des zweiten
Hohlraums 9b hergestellt. Ein erstes bis viertes Leitungsmuster 6a bis 6d wird
so ausgebildet, dass sich jeweils von Endabschnitten des Heizwiderstandsabschnitts 4 und des
Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitts 5 entlang
den Wandoberflächen
des ersten und zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b zur
hinteren Oberfläche 1b des
Basismaterials 1A erstreckt. Weiterhin wird ein elektrisch
isolierender Schutzfilm 8 an der hinteren Oberfläche, der
aus Siliziumnitrid und dergleichen besteht, so ausgebildet, dass
er den Heizwiderstandsabschnitt 4, den Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5,
und das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d abdeckt.
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Schließlich werden
erste bis vierte Elektroden 7a bis 7d dadurch
hergestellt, dass Abschnitte des Schutzfilms 8 an der hinteren
Oberfläche
entfernt werden, um so Endabschnitte des ersten bis vierten Leitungsmusters 6a bis 6d freizulegen.
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Hierbei
wird eine erste, dünnwandige
Membran 10a, die durch Zusammenlaminieren des elektrisch
isolierenden Films 3a, des Heizwiderstandsabschnitts 4 und
des Schutzfilms 8 an der hinteren Oberfläche hergestellt
wird, über
dem ersten Hohlraum 9a so aufgebaut, dass deren Umfang
durch das Basismaterial 1A gehaltert wird. Entsprechend
wird eine zweite Membran 10b, die durch Zusammenlaminieren des
elektrisch isolierenden Films 3a, des Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitts 5 und
des Schutzfilms 8 an der hinteren Oberfläche hergestellt
wird, so über
dem zweiten Hohlraum 9b aufgebaut, dass ihr Umfang durch
das Basismaterial 1A gehaltert wird.
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Als
nächstes
wird ein Verfahren zur Herstellung des auf die geschilderte Art
und Weise aufgebauten Flussratendetektorelements 13A beschrieben.
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Zuerst
wird ein Basismaterial 1A vorbereitet, das aus einem ebenen,
rechteckigen Aluminiumoxidsubstrat besteht, und es werden Filme
aus Siliziumnitrid mit einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über den
gesamten Oberflächen
der vorderen Oberfläche 1a und
der hinteren Oberfläche 1b des
Basismaterials 1A unter Verwendung eines Verfahrens wie
Sputtern oder chemischer Dampfablagerung (CVD) und dergleichen hergestellt.
Der Siliziumnitridfilm, der auf der vorderen Oberfläche 1a des
Basismaterials 1 ausgebildet wird, bildet den elektrisch
isolierenden Film 3a, und der Siliziumnitridfilm, der auf
der hinteren Oberfläche 1b ausgebildet
wird, bildet den Schutzfilm 3b.
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Dann
wird ein Resist auf die gesamte Oberfläche des Schutzfilms 3b aufgebracht,
der auf der hinteren Oberfläche 1b des
Basismaterials 1A vorgesehen ist, und wird das Resist unter
Verwendung eines Photogravurverfahrens mit einem Muster versehen,
um rechteckige Öffnungen
in dem Resist auszubilden. Abschnitte des Schutzfilms 3b,
die durch die Öffnungsabschnitte
freigelegt werden, werden durch Ätzen
entfernt, um rechteckige Ätzöffnungen
auszubilden.
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Dann
wird das Basismaterial 1A durch Ätzen von den Ätzöffnungen
durch den Schutzfilm 3b entfernt, um den ersten und zweiten
Hohlraum 9a bzw. 9b auszubilden.
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Dann
wird das Resist entfernt, und wird ein Film aus Platin mit einer
Dicke von beispielsweise 0,2 μm über der
hinteren Oberfläche 1b des
Basismaterials 1A, dem ersten und zweiten Hohlraum 9a bzw. 9b,
und den freilegenden Oberflächen
des elektrisch isolierenden Films 3a von der Seite der
hinteren Oberfläche
des Basismaterials 1A aus hergestellt, unter Verwendung
eines Verfahrens wie Dampfablagerung oder Sputtern und dergleichen.
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Dann
wird ein Resist durch Sprühbeschichtung
und dergleichen auf die gesamte Oberfläche des Platinfilms auf der
hinteren Oberfläche
des Basismaterials 1A aufgebracht, und wird der Platinfilm mit
einem Muster versehen unter Verwendung eines Verfahrens wie beispielsweise
Photogravur, Nassätzung
(oder Trockenätzung),
und dergleichen. Auf diese Weise werden der Heizwiderstandsabschnitt 4, der
Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5,
und das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d gleichzeitig
hergestellt.
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Dann
wird das Resist entfernt, und wird ein Film aus Siliziumnitrid mit
einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der gesamten Oberfläche des
Basismaterials 1A von der Seite der hinteren Oberfläche aus
hergestellt, unter Verwendung eines Verfahrens wie beispielsweise
Sputtern oder chemischer Dampfablagerung (CVD) usw., um den Schutzfilm 8 an
der hinteren Oberfläche
auszubilden.
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Schließlich wird
ein Resist auf die gesamte Oberfläche des Schutzfilms 8 an
der hinteren Oberfläche
aufgebracht, und wird ein Abschnitt des Schutzfilms 8 an
der hinteren Oberfläche
unter Verwendung eines Verfahrens wie beispielsweise Photogravur,
Nassätzung
(oder Trockenätzung)
und dergleichen entfernt. Auf diese Weise werden die ersten bis
vierten Elektroden 7a bis 7d durch Freilegen von Endabschnitten
des ersten bis vierten Leitungsmusters 6a bis 6d hergestellt,
die sich auf der hinteren Oberfläche 1b des
Basismaterials 1A befinden.
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Da
bei der Ausführungsform
2 der elektrisch isolierende Film 3a über der gesamten Oberfläche der
vorderen Oberfläche 1a des
Basismaterials 1A hergestellt wird, wodurch Unregelmäßigkeiten
auf der vorderen Oberfläche
des Basismaterials 1A ausgeschaltet werden, die dem gemessenen
Fluid ausgesetzt ist, und das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d so
ausgebildet wird, dass es sich von dem Heizwiderstandsabschnitt 4 und
dem Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 entlang
den Wandoberflächen
des ersten und zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b nach
außen
erstreckt, sowie über
die hintere Oberfläche 1b des
Basismaterials 1A, können ähnliche
Auswirkungen wie bei der voranstehend geschilderten Ausführungsform
1 erzielt werden.
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Da
bei der Ausführungsform
2 der Heizwiderstandsabschnitt 4 und der Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5 direkt
auf freiliegenden Oberflächen
des elektrisch isolierenden Films 3a hergestellt werden,
die sich auf der vorderen Oberfläche 1a des
Basismaterials 1A befinden, die innerhalb des ersten und
zweiten Hohlraums 9a bzw. 9b freiliegt, kann im
Vergleich zur voranstehenden geschilderten Ausführungsform 1 der Herstellungsvorgang vereinfacht
werden.
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Weiterhin
wurde bei jeder der voranstehenden Ausführungsformen ein direktes Heizregelverfahren
erläutert,
aber obwohl dies hier nicht gezeigt ist, gilt das Gleiche bei jedem
wärmeempfindlichen Flussratendetektorelement,
das einen Membranaufbau aufweist, beispielsweise bei Temperaturdifferenzdetektorverfahren,
bei welchen Widerstandsthermometerabschnitte stromaufwärts bzw.
stromabwärts
eines Heizwiderstandsabschnitts vorgesehen sind, oder bei Verfahren
mit doppelter Heizung, bei denen zwei Heizwiderstandsabschnitte
eingesetzt werden.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
ist ein Schutzfilm 8 an der rückwärtigen Oberfläche so vorgesehen,
dass er die wärmeempfindlichen
Widerstandsfilme abdeckt, welche den Heizwiderstandsabschnitt 4,
den Fluidtemperatur-Widerstandsthermometerabschnitt 5,
und das erste bis vierte Leitungsmuster 6a bis 6d bilden,
um das Auftreten einer Elektrolyse auf dem wärmeempfindlichen Widerstandsfilm
zu verhindern, wenn Wasser in die Seite an der hinteren Oberfläche 1b des
Basismaterials 1 eindringt. Wenn das wärmeempfindliche Flussratendetektorelement
in einem Flussratensensor eingesetzt wird, der einen wasserdichten
Aufbau aufweist, bei welchem die Seite der hinteren Oberfläche 1b des
Basismaterials 1 nicht dem gemessenen Fluid ausgesetzt
wird, ist es nicht unbedingt erforderlich, den Schutzfilm 8 an
der hinteren Oberfläche
vorzusehen.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
wurden Siliziumnitridfilme als elektrisch isolierende Filme 3 und 3a erläutert, jedoch
sind die elektrisch isolierenden Filme 3 und 3a nicht
auf Filme aus Siliziumnitrid beschränkt, so dass beispielsweise auch
Siliziumoxidfilme, beispielsweise Phosphorsilikatglasfilme (PSG-Filme),
oder Aluminiumoxidfilme ebenfalls eingesetzt werden können.
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Bei
jeder der voranstehenden Ausführungsformen
wird Platin als Material für
den wärmeempfindlichen
Widerstandsfilm eingesetzt, jedoch ist der wärmeempfindliche Widerstandsfilm
nicht auf Platin beschränkt,
und es kann beispielsweise auch Nickel oder eine Nickel-Eisenlegierung
eingesetzt werden.