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Die vorliegende Erfindung betrifft
ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement zum Messen einer Flussrate
eines Fluids, das gerade gemessen wird, und betrifft ein Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement, das bei einem Flussratensensor zum Messen
einer Einlassluft-Flussrate eines Verbrennungsmotors in beispielsweise
einem Automobil verwendet wird.
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Allgemein wird in einem Automotor,
etc., eine Luft-Kraftstoff-Mischung,
die Kraftstoff und Einlassluft enthält, in einer Verbrennungskammer
in einem Motorkörper
verbrannt und wird eine Rotationsausgabe vom Motor aus dem resultierenden
Verbrennunugsdruck extrahiert, was erfordert, dass die Einlassluft-Flussrate
erfasst wird, um die Injektionsrate, etc., des Kraftstoffs mit hoher
Genauigkeit zu berechnen.
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Thermoempfindliche Flussraten-Messgeräte, wie
zum Beispiel dasjenige, das beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung
Nr. SHO 60-36916 (Gazette) oder in "Intake Air Measurement Techniques for
Automotive Engines" (The
Transactions of the Institute of Electrical Engineers of Japan, S.
300–303,
Vol. 118-E, Nr. 6, Juni 1998) beschrieben ist, sind als herkömmliche
Techniken dieser Art bekannt. Diese herkömmlichen thermoempfindlichen Flussraten-Messgeräte sind
so aufgebaut, dass ein thermoempfindlicher Widerstand zum Erfassen
einer Luftflussrate mittels Wärmetransferänderungen
und ein Lufttemperatur-Kompensationswiderstand
zum Kompensieren einer Lufttemperatur zu dieser Zeit jeweils an
Spitzen von zwei elektrisch leitenden Stützen gelagert sind, die durch
einen Halter hindurch eingefügt
und durch diesen gestützt
sind. Der Halter dieser herkömmlichen
thermoempfindlichen Flussraten-Messgeräte ist an
einem Durchgang so angebracht, dass der thermoempfindliuche Widerstand und
der Lufttemperatur-Kompensationswiderstand innerhalb
des Durchgangs angeordnet sind, um die Flussrate von Luft zu messen,
die innerhalb des Durchgangs fließt.
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Bei einem herkömmlichen Luftflussraten-Messgerät, das in
der japanischen Patentoffenlegung Nr.
HEI 8-219838 (Gazette)
beschrieben ist, ist ein thermoempfindlicher Widerstand vorgesehen,
der durch einen Stützstift
gelagert ist, der innerhalb eines Unterdurchgangs angeordnet ist,
der in einem Halter angeordnet ist; und ein Lufttemperatur-Kompensationswiderstand,
der durch ein Stützelement
gestützt wird,
das vom Halter getrennt ist. Der Halter und das Stützelement
dieses herkömmlichen
Luftflussraten-Messgeräts
sind an einem Hauptdurchgang angebracht, so dass der Unterdurchgang
und der Lufttemperatur-Kompensationswiderstand innerhalb des Hauptdurchgangs
angeordnet sind, um die Flussrate von Luft zu messen, die innerhalb
des Hauptdurchgangs fließt.
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Jedoch hat es bei den herkömmlichen
thermoempfindlichen Flussraten-Messgeräten deshalb, weil der thermoempfindliche
Widerstand und der Lufttemperatur-Kompensationswiderstand durch
unterschiedliche elektrisch leitende Stützen gestützt werden, ein Problem gegeben,
dass die Anzahl von Teilen erhöht
wird, was Reduzierungen bezüglich Kosten
von Teilen und Kosten für
einen Zusammenbau verhindert. Zusätzlich ist es für den thermoempfindlichen
Widerstand und den Lufttemperatur-Kompensationswiderstand wünschenswert,
dass sie in enger Nähe
an einer Stelle angeordnet sind, bei welcher die Luft stabil fließt, aber
deshalb, weil der thermoempfindliche Widerstand und der Lufttemperatur-Kompensationswiderstand
durch unterschiedliche elektrisch leitende Stützen gestützt werden, hat es ein weiteres
Problem gegeben, dass es eine Grenze dafür gibt, wie nahe die beiden
angeordnet werden können,
was die Luftflussraten-Erfassungsgenauigkeit
schlecht macht.
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Weil der thermoempfindliche Widerstand und
der Lufttemperatur-Kompensationswiderstand bei der ersten herkömmlichen
Luftflussraten-Messvorrichtung auch durch getrennte Elemente gestützt werden,
gibt es Probleme, die gleich denjenigen bei den herkömmlichen
thermoempfindlichen Flussraten-Messgeräten sind.
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Ein herkömmliches Gasflussraten- und
Temperatur-Messelement, das Probleme dieser Art verbessern kann,
ist beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung Nr.
HEI
6-249693 beschrieben. Das herkömmliche Gasflussraten- und
Temperatur-Messelement
ist durch Annehmen von Feinverarbeitungstechniken, wie beispielsweise
von Ätztechniken,
Dünnfilm-Filmausbildungstechniken,
etc., ausgebildet bzw. hergestellt, um den thermoempfindlichen Widerstand
und den Lufttemperatur-Kompensationswiderstand in enger Nähe auf einem
einzigen Substrat auszubilden, das aus Silizium hergestellt ist.
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9 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
zeigt, das bei einem herkömmlichen
Flussratensensor verwendet wird, und 10 ist
ein Querschnitt entlang der Linie X-X in 9, gesehen aus der Richtung der Pfeile.
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In den Figuren ist ein elektrisch
isolierender Stützfilm 3,
der aus Siliziumnitrid hergestellt ist, an einer Vorderfläche (einer
ersten Oberfläche)
eines flachen Substrats 2 ausgebildet, das aus einem Einkristall-Silizium
hergestellt ist, und sind ein Flussraten-Detektorteil 4 und
ein Gastemperatur-Detektorteil 5 auf dem elektrisch isolierenden
Stützfilm 3 derart ausgebildet,
dass sie in einer Richtung senkrecht zu einer Richtung eines Flusses
A eines Fluids, das gerade gemessen wird, gruppiert sind. Hier ist
der Gastemperatur-Detektorteil 5 nahe einem ersten Endteil des
flachen Substrats 2 angeordnet.
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Erste bis vierte Flussratenerfassungs-Elektrodenanschlüsse 6a und 6d und
ein erster und ein zweiter Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f sind
auf dem elektrisch isolierenden Stützfilm 3 nahe. einem
zweiten Endteil des flachen Substrats 2 ausgebildet, erste
bis vierte Flussratenerfassungs-Verdrahtungen 7a bis 7d sind
auf dem elektrisch isolierenden Stützfilm 3 ausgebildet, um
die ersten bis vierten Flussratenerfassungs-Elektrodenanschlüsse 6a bis 6d und
den Flussraten-Detektorteil 4 zu
verbinden, und eine erste und eine zweite Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 7e und 7f sind
auf dem elektrisch isolierenden Stützfilm 3 ausgebildet,
um den ersten und den zweiten Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f und
den Gastemperatur-Detektorteil 5 zu
verbinden.
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Weiterhin ist ein elektrisch isolierender Schutzfilm 8,
der aus Siliziumnitrid hergestellt ist, durch eine Beschichtung über dem
elektrisch isolierenden Stützfilm 3 ausgebildet,
um den Flussraten-Detektorteil 4, den Gastemperatur-Detektorteil 5, die
ersten bis vierten Flussratenerfassungs-Verdrahtungen
7a bis 7d und
die erste und die zweite Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 7e und 7f zu
bedecken.
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Ein erster und ein zweiter Hohlraum 9 und 10 mit
einer trapezförmigen
Querschnittsform sind jeweils unter dem Flussraten-Detektorteil 4 und
dem Gastemperatur-Detektorteil 5 durch teilweises Entfernen
des flachen Substrats 2 von einer Rückfläche (einer zweiten Oberfläche) des
flachen Substrats 2 durch Alkali-Ätzen ausgebildet. Somit haben
der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 einen
Diaphragma- bzw. Membranaufbau, was die Wärmekapazität des Flussraten-Detektorteils 4 und
des Gastemperatur-Detektorteils 5 reduziert, was ihnen
ermöglicht,
auf Änderungen
bezüglich
der Flussrate und der Temperatur des Gases empfindlich zu reagieren.
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Hier sind der Flussraten-Detektorteil 4,
der Gastemperatur-Detektorteil 5,
die ersten bis vierten Flussratenerfassungs-Verdrahtungen 7a bis 7d und die
erste und die zweite Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 7e und 7f durch
Verwenden von Fotograviertechniken und Ätztechniken ausgebildet, um
einen Platinfilm zu mustern, der einen thermoempfindlichen Widerstandsfilm
bildet, der auf dem elektrisch isolierenden Stützfilm 3 ausgebildet
ist. Der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 sind
in Pektinat(kammartige)Muster ausgebildet, wobei die ersten bis
vierten Flussratenerfassungs-Verdrahtungen 7a bis 7d so
ausgebildet sind, dass sie jeden der ersten bis vierten Flussratenerfassungs-Elektrodenanschlüsse 6a bis 6d und Endteile
der Pektinat-Muster des Flussraten-Detektorteils 4 allgemein
linear verbinden, und wobei die erste und die zweite Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 7a und 7f jeweils
so ausgebildet sind, dass sie durch einen Seitenteil des Flussraten-Detektorteils 4 laufen
und den ersten und den zweiten Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f und
Endteile des Pektinat-Musters des Gastemperatur- Detektorteils 5 verbinden.
Diese erste und diese zweite Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 7e und 7f sind
versehen mit: ersten Verdrahtungsteilen 11, die parallel
zu und in enger Nähe
zu dem Flussraten-Detektorteil 4 verdrahtet sind; und zweiten
Verdrahtungsteilen 12, die sich von diesen ersten Verdrahtungsteilen 11 zu
den Endteilen des Pektinat-Musters des Gastemperatur-Detektorteils 5 erstrecken.
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Ein herkömmliches Gasflussraten- und
Temperatur-Messelement 1, das auf diese Weise aufgebaut
ist, ist so angeordnet, dass die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f elektrisch
an eine Steuerschaltung (nicht gezeigt) mittels Bondierungsdrähten (nicht
gezeigt) angeschlossen sind und eine Richtung einer Ausrichtung
zwischen dem Flussraten-Detektorteil 4 und dem Gastemperatur-Detektorteil 5 senkrecht
zur Richtung eines Flusses A von Luft ist, die das Fluid bildet,
das gerade gemessen wird. Die Temperatur von Luft, die über den
elektrisch isolierenden Schutzfilm 8 fließt, wird
mittels des Gastemperatur-Detektorteils 5 erfasst.
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Es ist zugelassen, dass ein Heizsturom durch
den Flussraten-Detektorteil 4 fließt, was
den Flussraten-Detektorteil 4 erwärmt. Die im Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte
Wärme wird
zu der Luft transferiert, die über
den Flussraten-Detektorteil 4 fließt, was
die Temperatur des Flussraten-Detektorteils 4 reduziert.
Wenn die Flussrate der Luft hoch ist, erhöht sich die Menge an Wärme, die
vom Flussraten-Detektorteil 4 zur
Luft transferiert wird, was die Reduzierung bezüglich der Temperatur des Flussraten-Detektorteils 4 erhöht. Andererseits
wird dann, wenn die Flussrate der Luft niedrig ist, die Menge an Wärme reduziert,
die vom Flussraten-Detektorteil 4 zur Luft transferiert
wird, was die Reduzierung bezüglich
der Temperatur des Flussraten-Detektorteils 4 gering
werden lässt.
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Der Heizstrom, der durch den Flussraten-Detektorteil 4 fließt, wird
durch die Steuerschaltung 2 so gesteuert, dass die Durchschnittstemperatur
des Flussraten-Detektorteils 4 um einen vorbestimmten Betrag
höher als
die Temperatur von Luft ist, die durch den Gastemperatur-Detektorteil 5 erfasst
wird. Somit ist der Heizstrom, der durch den Flussraten-Detektorteil 4 fließt, eine
Funktion der Flussrate der Luft, wobei die Flussrate der Luft durch Extrahieren
dieses Heizstroms als Luftmassen-Flussratensignal erfasst wird.
Folglich ist es bei dieser Art von Flussratensensor äußerst wichtig, dass
die Temperatur der Luft, die über
den Flussraten-Detektorteil 4 fließt, genau gemessen wird, damit die
Flussrate der Luft genau erfasst wird.
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Bei dem herkömmlichen Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 1,
das auf diese Weise aufgebaut ist, werden deshalb, weil der Flussraten-Detektorteil 4 und
der Gastemperatur-Detektorteil 5 auf dem flachen Substrat 2 angeordnet
sind, der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 durch
ein einziges Element gestützt,
was Reduzierungen bezüglich
der Anzahl von Teilen ermöglicht,
um dadurch Reduzierungen bezüglich
der Kosten von Teilen und der Kosten für einen Zusammenbau zu ermöglichen.
Weil der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 in
enger Nähe
zueinander angeordnet sein können,
werden Reduzierungen bezüglich
der Größe ermöglicht und
kann der Gastemperatur-Detektorteil 5 die Temperatur der
Luft, die über
den Flussraten-Detektorteil 4 fließt, erfassen. Somit kann die
Durchschnittstemperatur des Flussraten-Detektorteils 4 derart
gesteuert bzw. geregelt werden, dass sie um einen vorbestimmten
Betrag höher
als die Temperatur der Luft ist, die über den Flussraten-Detektorteil 4 fließt, was die
Genauigkeit beim Erfassen der Flussrate der Luft verbessert.
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Jedoch deshalb, weil Teile der ersten
und der zweiten Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 7e und 7f,
die den ersten und den zweiten Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f und die
Endteile des Pektinat-Musters des Gastemperatur-Detektorteils 5 verbinden,
anders ausgedrückt
die ersten Verdrahtungsteile 11, parallel zu und in enger Nähe zu dem
Flussraten-Detektorteil 4 angeordnet sind, wird im Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte
Wärme über den
elektrisch isolierenden Stützfilm 3 und den
elektrisch isolierenden Schutzfilm 8 zu den ersten Verdrahtungsteilen 11 geführt und
wird zusätzlich im
Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte Wärme über die Luft zum ersten Verdrahtungsteil 11 transferiert, der
stromab vom Flussraten-Detektorteil 4 angeordnet ist. Weil
die Wärme,
die zu den ersten Verdrahtungsteilen 11 weitergeleitet
wird, durch die zweiten Verdrahtungsteile 12 zum Gastemperatur-Detektorteil 5 geführt wird,
ist es ein Problem gewesen, dass der Gastemperatur-Detektorteil 5 die
Temperatur der Luft nicht mehr genau erfassen kann, was die Genauigkeit
beim Erfassen der Flussrate der Luft schlecht macht.
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Insbesondere dann, wenn das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement 1 bezüglich der Größe reduziert
wird, kann der Abstand zwischen den ersten Verdrahtungsteilen und
dem Flussraten-Detektorteil 4 nicht adäquat sichergestellt werden,
was die oben angegebene Verschlechterung der Genauigkeit beim Erfassen
der Flussrate der Luft verstärkt.
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Die vorliegende Erfindung zielt darauf
ab, die obigen Probleme zu lösen,
und es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein kompaktes
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
mit einer hohen Flussraten-Erfassungsgenauigkeit zu schaffen, wobei
ein Teil mit hohem thermischen Widerstand in einem zweiten Verdrahtungsteil
angeordnet ist, der sich von einem ersten Verdrahtungsteil, der
parallel zu und in enger Nähe
zu einem Flussraten-Detektorteil angeordnet ist, zu einem Gastemperatur-Detektorteil
erstreckt, um die Menge an Wärme,
die vom ersten Verdrahtungsteil über
den zweiten Verdrahtungsteil zum Gastemperatur-Detektorteil geführt wird,
zu reduzieren, was die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils beim
Erfassen der Temperatur eines Fluids, das gerade gemessen wird,
durch Unterdrücken
des Einflusses von Wärme,
die im Flussraten-Detektorteil erzeugt wird, auf den Gastemperatur-Detektorteil
erhöht.
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Es ist eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
ein kompaktes Gasflussraten- und Temperatur-Messelement mit hoher
Flussraten-Erfassungsgenauigkeit zu schaffen, wobei eine Wärmekapazität eines
ersten Verdrahtungsteils, der parallel zu und in enger Nähe zu einem
Flussraten-Detektorteil angeordnet ist, erhöht wird, was Temperaturerhöhungen im
ersten Verdrahtungsteil unterdrückt,
wenn Wärme,
die im Flussraten-Detektorteil erzeugt wird, zum ersten Verdrahtungsteil
geführt
oder auf andere Weise transferiert wird, um die Menge an Wärme, die vom
ersten Verdrahtungsteil über
den zweiten Verdrahtungsteil zum Gastemperatur-Detektorteil transferiert wird, zu reduzieren,
was die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteil beim Erfassen
der Temperatur eines Fluids, das gerade gemessen wird, durch Unterdrücken des
Einflusses an Wärme,
die im Flussraten-Detektorteil
erzeugt wird, auf den Gastemperatur-Detektorteil erhöht.
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Angesichts der obigen Aufgabe enthält ein Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement ein flaches Substrat; einen Flussraten-Detektorteil,
der aus einem thermoempfindlichen Widerstandsfilm hergestellt ist,
der an einer Vorderfläche
des flachen Substrats ausgebildet ist; und einen Gastemperatur-Detektorteil,
der aus einem thermoempfindlichen Widerstandsfilm hergestellt ist,
der an der Vorderfläche
des flachen Substrats derart ausgebildet ist, dass er vom Flussraten-Detektorteil
getrennt ist. Weiterhin enthält das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement Flussratenerfassungs- und Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschlüsse, die
an einem Endteil der Vorderfläche
des flachen Substrats vom Gastemperatur-Detektorteil aus auf der
anderen Seite des Flussraten-Detektorteils ausgebildet sind. Weiterhin enthält das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement
eine Flussratenerfassungs-Verdrahtung, die an der Vorderfläche des
flachen Substrats ausgebildet ist, um die Flussratenerfassungs-Elektrodenanschlüsse und
den Flussraten-Detektorteil
zu verbinden. Weiterhin enthält
das Gasflussraten- und Temperatur-Messelement eine Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung,
die an der Vorderfläche
des flachen Substrats ausgebildet ist, um die Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschlüsse und
den Gastemperatur-Detektorteil zu verbinden. Weiterhin enthält das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement Hohlräume,
die von einer Rückflächenseite
des flachen Substrats aus jeweils unter dem Flussraten-Detektorteil
und dem Gastemperatur-Detektorteil ausgebildet
sind. Das Gasflussraten- und Temperatur-Messelement ist dadurch
charakterisiert, dass die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung versehen
ist mit einem ersten Verdrahtungsteil, der parallel zu und in enger
Nähe zu
dem Flussraten-Detektorteil für eine
Länge angeordnet
ist, die im Wesentlichen gleich einer Länge des Flussraten-Detektorteils ist, und
einem zweiten Verdrahtungsteil, der derart angeordnet ist, dass
er sich vom ersten Verdrahtungsteil zum Gastemperatur-Detektorteil
erstreckt, wobei ein Teil mit hohem thermischen Widerstand in wenigstens
einem Teil des zweiten Verdrahtungsteils ausgebildet ist.
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Somit wird deshalb, weil ein Wärmetransfer vom
Flussraten-Detektorteil über den
ersten Verdrahtungsteil und den zweiten Verdrahtungsteil zum Gastemperatur-Detektorteil
bei dem Teil mit hohem thermischen Widerstand unterdrückt wird,
die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils beim Erfassen einer
Lufttemperatur erhöht,
um dadurch ein kompaktes Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
mit hoher Flussraten-Erfassungsgenauigkeit zu schaffen.
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Angesichts der obigen Aufgabe enthält ein Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement ein flaches Substrat; einen Flussraten-Detektorteil,
der aus einem thermoempfindlichen Widerstandsfilm hergestellt ist,
der an einer Vorderfläche
des flachen Substrats ausgebildet ist; und einen Gastemperatur-Detektorteil,
der aus einem thermoempfindlichen Widerstandsfilm hergestellt ist,
der an der Vorderfläche
des flachen Substrats derart ausgebildet ist, dass er vom Flussraten-Detektorteil
getrennt ist. Weiterhin enthält das
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement Flussratenerfassungs-
und Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschlüsse, die
an einem Endteil der Vorderfläche
des flachen Substrats vom Gastemperatur-Detektorteil aus auf der
anderen Seite des Flussraten-Detektorteils ausgebildet sind. Weiterhin enthält das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement
eine Flussratenerfassungs-Verdrahtung, die an der Vorderfläche des
flachen Substrats derart ausgebildet ist, dass sie die Flussratenerfassungs-Elektrodenanschlüsse und
den Flussraten-Detektorteil verbindet. Weiterhin enthält das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement eine Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung,
die an der Vorderfläche
des flachen Substrats derart ausgebildet ist, dass sie die Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschlüsse und
den Gastemperatur-Detektorteil verbindet. Weiterhin enthält das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement Hohlräume,
die von einer Rückflächenseite
des flachen Substrats aus jeweils unter dem Flussraten-Detektorteil
und dem Gastemperatur-Detektorteil
ausgebildet sind. Das Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
ist dadurch charakterisiert, dass die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung
versehen ist mit einem ersten Verdrahtungsteil, der parallel zu
und in enger Nähe
zu dem Flussraten-Detektorteil für
eine Länge
angeordnet ist, die im Wesentlichen gleich einer Länge des
Flussraten- Detektorteils
ist, und einem zweiten Verdrahtungsteil, der derart angeordnet ist,
dass er sich vom ersten Verdrahtungsteil zum Gastemperatur-Detektorteil
erstreckt, wobei der erste Verdrahtungsteil in einen dickeren Film
als der Flussraten-Detektorteil und der Gastemperatur-Detektorteil ausgebildet
ist.
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Somit wird deshalb, weil die thermische
Kapazität
des ersten Verdrahtungsteils erhöht
wird und Temperaturerhöhungen
im ersten Verdrahtungsteil, die aus einem Wärmetransport vom Flussraten-Detektorteil
resultieren, gering sind, die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils
beim Erfassen einer Lufttemperatur erhöht, um dadurch ein kompaktes Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement mit einer hohen Flussraten-Erfassungsgenauigkeit
zu schaffen.
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Angesichts der obigen Aufgabe enthält ein Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement ein flaches Substrat; einen Flussraten-Detektorteil,
der aus einem thermoempfindlichen Widerstandsfilm hergestellt ist,
der an einer Vorderfläche
des flachen Substrats ausgebildet ist; und einen Gastemperatur-Detektorteil,
der aus einem thermoempfindlichen Widerstandsfilm hergestellt ist,
der an der Vorderfläche
des flachen Substrats derart ausgebildet ist, dass er vom Flussraten-Detektorteil
getrennt ist. Weiterhin enthält das
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement Flussratenerfassungs-
und Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschlüsse, die
an einem Endteil der Vorderfläche
des flachen Substrats vom Gastemperatur-Detektorteil aus auf der
anderen Seite des Flussraten-Detektorteils ausgebildet sind. Weiterhin enthält das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement
eine Flussratenerfassungs-Verdrahtung, die an der Vorderfläche des
flachen Substrats derart ausgebildet ist, dass sie die Flussratenerfassungs-Elektrodenanschlüsse und
den Flussraten-Detektorteil verbindet. Weiterhin enthält das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement eine Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung,
die an der Vorderfläche
des flachen Substrats derart ausgebildet ist, dass sie die Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschlüsse und
den Gastemperatur-Detektorteil verbindet. Weiterhin enthält das Gasflussraten-
und Temperatur-Messelement Hohlräume,
die von einer Rückflächenseite
des flachen Substrats aus jeweils unter dem Flussraten-Detektorteil
und dem Gastemperatur-Detektorteil
ausgebildet sind. Das Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
ist dadurch charakterisiert, dass die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung
versehen ist mit einem ersten Verdrahtungsteil, der parallel zu
und in enger Nähe
zu dem Flussraten-Detektorteil für
eine Länge
angeordnet ist, die im Wesentlichen gleich einer Länge des
Flussraten-Detektorteils
ist, und einem zweiten Verdrahtungsteil, der derart angeordnet ist,
dass er sich von dem ersten Verdrahtungsteil zum Gastemperatur-Detektorteil erstreckt,
wobei wenigstens ein Teil des ersten Verdrahtungsteils unter Verwendung
eines Materials aufgebaut ist, dessen elektrischer Widerstand eine geringere
Temperaturabhängigkeit
als derjenige des Flussraten-Detektorteils und des Gastemperatur-Detektorteils hat.
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Somit wird deshalb, weil das Verhältnis von Änderungen
bezüglich
eines Widerstands beim ersten Verdrahtungsteil relativ zu Änderungen
bezüglich eines
Widerstands zwischen den Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschlüssen resultierend
aus den Temperaturänderungen
reduziert wird, die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils
beim Erfassen einer Lufttemperatur erhöht, um dadurch ein kompaktes
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement mit einer hohen Flussraten-Erfassungsgenauigkeit
zu schaffen.
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Es folgt eine kurze Beschreibung
der Zeichnungen:
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1 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel
1 der Erfindung zeigt;
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2 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel
2 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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3 ist
ein Querschnitt entlang der Linie III-III in 2, gesehen von der Richtung der Pfeile aus;
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4 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel
3 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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5 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel
4 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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6 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel
5 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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7 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel
6 der vorliegenden Erfindung zeigt;
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8 ist
ein Querschnitt entlang der Linie VIII-VIII in 7, gesehen von der Richtung der Pfeile aus;
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9 ist
eine Draufsicht, die ein herkömmliches
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement zeigt; und
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10 ist
ein Querschnitt entlang der Linie X-X in 9, gesehen von der Richtung der Pfeile aus.
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Nun werden bevorzugte Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen
erklärt.
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Ausführungsbeispiel 1
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1 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß einem Ausführungsbeispiel
1 der vorliegenden Erfindung zeigt. Darüber hinaus werden in der Figur
Teilen, die identisch zu denjenigen bei dem herkömmlichen Gasflussraten- und
Temperatur-Messelement 1 oder entsprechend zu diesen sind,
dieselben Bezugszeichen zugeteilt sein, und eine Erklärung davon
wird weggelassen werden. Weiterhin zeigt in 1 eine Schraffur Bereiche einer Ausbildung
von ersten Verdrahtungsteilen 22 und zweiten Verdrahtungsteilen 23.
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In 1 hat
bei einem Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20 eine Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21 erste
Verdrahtungsteile 22, die parallel zu und in enger Nähe zu einem
Flussraten-Detektorteil 4 für eine Länge angeordnet sind, die allgemein
gleich derjenigen des Flussraten-Detektorteils 4 ist;
und zweite Verdrahtungsteile 23, die derart angeordnet
sind, dass sie sich von den ersten Verdrahtungsteilen 22 zu
Endteilen eines Pektinat-Musters bzw. kammförmigen Musters eines Gastemperatur-Detektorteils 5 erstrecken,
wobei die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21 derart
ausgebildet ist, dass sie einen ersten und einen zweiten Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f und
den Gastemperatur-Detektorteil 5 verbindet. Eine Breite von
Teilen der zweiten Verdrahtungsteile 23 ist derart ausgebildet,
dass sie reduziert ist, was den Querschnittsbereich senkrecht zu
einer Richtung einer Wärmeleitung
reduziert. Diese Teile, wo der Querschnittsbereich reduziert ist,
haben einen hohen thermischen Widerstand und bilden Teile 24 mit
hohem thermischen Widerstand.
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Darüber hinaus ist das Übrige dieses
Ausführungsbeispiels
auf gleiche Weise wie das herkömmlichen
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 1 aufgebaut.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen
dieses Gasflussratenund Temperatur-Messelements 20 erklärt.
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Zuerst wird der elektrisch isolierende
Stützfilm 3 auf
dem flachen Substrat 2 ausgebildet, der aus einem Einkristall-Silizium hergestellt
ist, indem ein Film aus Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise
1,0 μm über der
gesamten vorderen Oberfläche
bzw. Vorderfläche
des flachen Substrats 2 durch ein Verfahren, wie beispielsweise
ein Sputtern, eine chemische Dampfablagerung (CVD), etc., ausgebildet
wird. Als Nächstes
wird ein Film aus Platin, der ein thermoempfindliches Widerstandsmaterial
bildet, bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,2 μm über einer
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 durch
ein Verfahren, wie beispielsweise eine Dampfablagerung, ein Sputtern, etc.,
ausgebildet. Dann werden der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 mit Pektinat-Mustern,
die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f,
die Flussratenerfassungs-Verdrahtung 7a bis 7d und
die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21 durch Mustern
des Platinfilms unter Verwendung eines Verfahrens, wie beispielsweise
ein Fotogravieren, ein Nassätzen
(oder Trockenätzen),
etc., ausgebildet. Zu dieser Zeit wird die Breite von Teilen der zweiten
Verdrahtungsteile 23, die die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21 bilden,
derart ausgebildet, dass sie reduziert ist, um die Teile 24 mit
hohem thermischen Widerstand auszubilden.
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Zusätzlich wird der elektrisch
isolierende Schutzfilm 8 durch Ausbilden eines Films aus
Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 durch
ein Verfahren, wie beispielsweise Sputtern, CVD, etc., ausgebildet.
Dann wird der elektrisch isolierende Schutzfilm 8 über den Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f unter
Verwendung eines Verfahrens, wie beispielsweise ein Fotogravieren,
ein Nassätzen
(oder ein Trockenätzen),
etc., entfernt.
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Als Nächstes wird ein Rückflächen-Schutzfilm
(nicht gezeigt) durch Auftragen einer Schutzschicht auf die gesamte
Rückfläche des
flachen Substrats 2 ausgebildet. Dann werden Ätzöffnungen (nicht
gezeigt) durch Entfernen von Teilen des Rückflächen-Schutzfilms unter Verwendung
eines Fotogravierens, etc. ausgebildet. Darauf folgend werden durch
Anwenden von beispielsweise einem Alkali-Ätzen ein erster und ein zweiter
Hohlraum 9 und 10 durch Entfernen von Teilen des
flachen Substrats 1 derart ausgebildet, dass sie sich von
der Rückflächenseite
des flachen Substrats 2 aus zum elektrisch isolierenden
Stützfilm 3 erstrecken.
Somit werden der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 über dem
ersten und dem zweiten Hohlraum 9 und 10 ausgebildet.
Somit haben der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 einen
Membranaufbau, was die Wärmekapazität des Flussraten-Detektorteils 4 und
des Gastemperatur-Detektorteils 5 reduziert, was ihnen
ermöglicht,
auf Änderungen
bezüglich
der Flussrate und der Temperatur des Gases empfindlich zu reagieren.
Hier werden KOH, Tetramethyl-ammonium-hydroxid (TMAH), NaOH, etc.,
als das Ätzmittel verwendet.
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Ein auf diese Weise vorbereitetes
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20 wird auf eine gleiche
Weise wie das herkömmliche
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 1 so angeordnet,
dass Teile der Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f,
wo der elektrisch isolierende Schutzfilm 8 entfernt ist,
mittels Bondierungsdrähten
(nicht gezeigt) elektrisch an eine Steuerschaltung (nicht gezeigt)
angeschlossen sind und eine Richtung einer Ausrichtung zwischen dem
Flussraten-Detektorteil 4 und
dem Gastemperatur-Detektorteil 5 senkrecht zu einer Richtung
eines Flusses A von Luft ist, die ein Fluid bildet, das gerade gemessen
wird. Die Luft fließt über den
elektrisch isolierenden Schutzfilm 8, und die Temperatur
der Luft wird mittels des Gastemperatur-Detektorteils 5 erfasst.
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Der Heizstrom, der über den
Flussraten-Detektorteil 4 fließt, wird durch die Steuerschaltung
so gesteuert, dass die Durchschnittstemperatur des Flussraten-Detektorteils 4 um
einen vorbestimmten Betrag höher
als die Temperatur der durch den Gastemperatur-Detektorteil 5 erfassten
Luft ist. Die Flussrate der Luft wird durch Extrahieren dieses Heizstroms
als Luftmassen-Flussratensignal erfasst.
-
Bei dem Ausführungsbeispiel 1 wird die im Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte
Wärme auch über den
elektrisch isolierenden Stützfilm 3 und
den elektrisch isolierenden Schutzfilm 8 zu den ersten
Verdrahtungsteilen 22 geführt, die parallel zu und in
enger Nähe
zu dem Flussraten-Detektorteil 4 angeordnet sind, und zusätzlich wird
die im Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte
Wärme auch über die
Luft zu dem ersten Verdrahtungsteil 11 transferiert, der
stromab vom Flussraten-Detektorteil 4 angeordnet ist.
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Jedoch deshalb, weil Teile der zweiten
Verdrahtungsteile 23 derart ausgebildet sind, dass sie eine
reduzierte Breite haben und Teile 24 mit hohem thermischen
Widerstand bilden, bei welchen der wärmeleitende Querschnittsbereich
senkrecht zu der Richtung einer Wärmeleitung reduziert ist, wird
dann, wenn vom Flussraten-Detektorteil 4 zu den ersten Verdrahtungsteilen 22 beförderte Wärme zu den
Teilen 24 mit hohem thermischen Widerstand der zweiten
Verdrahtungsteile 23 geführt wird, sie durch die Teile 24 mit
hohem thermischen Widerstand zu dem Umgebungsbereich und zu der
Rückflächenseite
des flachen Substrats 2 diffundiert, was die Menge an Wärme reduziert,
die von den ersten Verdrahtungsteilen 22 über die
zweiten Verdrahtungsteile 23 zum Gastemperatur-Detektorteil 5 geführt wird.
Somit werden Reduzierungen bezüglich
der Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen der
Temperatur der Luft resultierend aus der Erzeugung von Wärme durch
den Flussraten-Detektorteil 4 unterdrückt, was die Genauigkeit beim
Erfassen der Temperatur der Luft erhöht.
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Beim Ausführungsbeispiel 1 werden deshalb,
weil der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 auf
dem flachen Substrat 2 auf diese Weise angeordnet sind,
der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 durch
ein einziges Element gestützt,
was Reduzierungen bezüglich
der Anzahl von Teilen ermöglicht, um
dadurch Reduzierungen bezüglich
der Kosten von Teilen und der Kosten für einen Zusammenbau zu ermöglichen.
Weil der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 in
enger Nähe angeordnet
werden können,
sind Reduzierungen bezüglich
der Größe ermöglicht.
Zusätzlich
ist es deshalb, weil die Teile 24 mit hohem thermischen
Widerstand in Teilen der zweiten Verdrahtungsteile 23 ausgebildet
sind, weniger wahrscheinlich, dass die im Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte
Wärme über den ersten
und den zweiten Verdrahtungsteil 22 und 23 zum
Gastemperatur-Detektorteil 5 geführt wird, was ermöglicht,
dass der Gastemperatur-Detektorteil 5 die
Temperatur der Luft, die über
den Flussraten-Detektorteil 4 fließt, genau erfasst. Somit kann
die Durchschnittstemperatur des Flussraten-Detektorteils 4 derart
gesteuert werden, dass sie um einen vorbestimmten Betrag höher als
die Temperatur der Luft ist, die über den Flussraten-Detektorteil 4 fließt, was
die Genauigkeit beim Erfassen der Flussrate der Luft verbessert.
-
Gemäß dem Ausführungsbeispiel 1 können deshalb,
weil die Teile 24 mit hohem thermischen Widerstand durch
Reduzieren der Breite von Teilen der zweiten Verdrahtungsteile 23 ausgebildet
werden, die Teile 24 mit hohem thermischen Widerstand zur gleichen
Zeit ausgebildet werden, zu welcher der Flussraten-Detektorteil 4,
der Gastemperatur-Detektorteil 5, die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f,
die Flussratenerfassungs-Verdrahtung 7a bis 7d und
die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21 durch Mustern
des Platinfilms ausgebildet werden, der auf dem elektrisch isolierenden
Stützfilm 3 ausgebildet ist.
Anders ausgedrückt
können
die Teile 24 mit hohem thermischen Widerstand ohne Erhöhen der
Anzahl von Herstellungsprozessen ausgebildet werden, was die Produktionsrate
des Gasflussraten- und Temperatur-Messelements erhöht.
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Darüber hinaus wird beim obigen
Ausführungsbeispiel
1 Platin für
das thermoempfindliche Widerstandsmaterial verwendet, aber das thermoempfindliche
Widerstandsmaterial ist unter der Voraussetzung nicht auf Platin
beschränkt,
dass es ein Material ist, bei welchem eine Temperaturabhängigkeit von Änderungen
des spezifischen elektrischen Widerstands stark ist und eine Linearität relativ
zu Temperaturänderungen
hoch ist, und beispielsweise können
Nickel, eine Nickel-Eisen-Legierung
(wie beispielsweise Permalloy, Marke von Western Electric Company),
etc., verwendet werden.
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Weiterhin sind die strukturellen
Elemente beim obigen Ausführungsbeispiel
1 nicht auf die obigen Filmdicken beschränkt und können geeignet eingestellt werden,
um an erwünschte
Spezifikationen angepasst zu sein. Darüber hinaus gilt dasselbe auch für das Übrige der
nachfolgenden Ausführungsbeispiele.
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Ausführungsbeispiel 2
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2 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß dem Ausführungsbeispiel
2 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 3 ist ein Querschnitt entlang der Linie
III-III in 2, gesehen
aus der Richtung der Pfeile.
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In den 2 und 3 hat eine Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21A erste
Verdrahtungsteile 22, die parallel zu und in enger Nähe zu einem
Flussraten-Detektorteil 4 für eine Länge angeordnet sind, die allgemein
gleich derjenigen des Flussraten-Detektorteils 4 ist; und
zweite Verdrahtungsteile 23A, die derart angeordnet sind,
dass sie sich von den ersten Verdrahtungsteilen 22 zu Endteilen
eines Pektinat-Musters eines Gastemperatur-Detektorteils 5 erstrecken,
wobei die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21A derart
ausgebildet ist, dass sie einen ersten und einen zweiten Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f und
ein erstes und ein zweites Ende des Pektinat-Musters des Gastemperatur-Detektorteils 5 verbindet.
Die Filmdicke der zweiten Verdrahtungsteile 23A ist derart
ausgebildet, dass sie dünner
als diejenige der ersten Verdrahtungsteile 22 ist.
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Darüber hinaus ist das Ausführungsbeispiel 2
auf gleiche Weise wie das obige Ausführungsbeispiel 1 aufgebaut,
außer
der Tatsache, dass dünne zweite
Verdrahtungsteile 23A anstelle von zweiten Verdrahtungsteilen 23 mit
Teilen 24 mit hohem thermischen Widerstand mit einer engen
Breite ausgebildet sind.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen
dieses Gasflussratenund Temperatur-Messelements 20A erklärt.
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Zuerst wird der elektrisch isolierende
Stützfilm 3 auf
dem flachen Substrat 2 durch Ausbilden eines Films aus
Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des flachen Substrats 2 ausgebildet. Als Nächstes wird
ein Film aus Platin bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,1 μm über einer
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
Dann wird eine Schutzschicht über
einem Bereich einer Ausbildung der zweiten Verdrahtungsteile 23A unter
Verwendung einer Fotograviertechnik ausgebildet, und dann wird ein
Film aus Platin bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,1 μm über der
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
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Als Nächstes wird die Schutzschicht über dem
Bereich einer Ausbildung der zweiten Verdrahtungsteile 23A entfernt,
dann werden der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 mit
Pektinat-Mustern, die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f,
die Flussratenerfassungs-Verdrahtung 7a bis 7d und
die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21A durch Mustern
des Platinfilms unter Verwendung eines Verfahrens, wie beispielsweise
eines Fotogravierens, eines Nassätzens
(oder Trockenätzens),
etc., ausgebildet.
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Als Nächstes wird der Schutzfilm 8 durch Ausbilden
eines Films aus Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise
1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
Dann wird der elektrisch isolierende Schutzfilm 8 über den
Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f entfernt.
Schließlich
werden der erste und der zweite Hohlraum 9 und 10 auf
gleiche Weise wie beim obigen Ausführungsbeispiel 1 ausgebildet,
um das Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20A zu
erhalten.
-
Bei dem auf diese Weise vorbereiteten
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20A ist die Filmdicke
der ersten Verdrahtungsteile 22 auf gleiche Weise wie beim
obigen Ausführungsbeispiel
1 bis zu 0,2 μm
ausgebildet, und ist die Filmdicke der zweiten Verdrahtungsteile 23A beispielsweise
zu 0,1 μm
ausgebildet. Somit ist der wärmeleitende
Querschnittsbereich senkrecht zu der Richtung einer Wärmeleitung
bei den zweiten Verdrahtungsteilen 23A kleiner als der
wärmeleitende
Querschnittsbereich senkrecht zu der Richtung einer Wärmeleitung
bei den ersten Verdrahtungsteilen 22. Folglich ist der
thermische Widerstand in den zweiten Verdrahtungsteilen 23A größer als
in den ersten Verdrahtungsteilen 22, wobei die Gesamtheit
von jedem der zweiten Verdrahtungsteile 23A einen Teil
mit hohem thermischen Widerstand bildet.
-
Bei diesem Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20A wird
die im Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte Wärme auch über den
elektrisch isolierenden Stützfilm 3 und
den elektrisch isolierenden Schutzfilm 8 zu den ersten
Verdrahtungsteilen 22 geführt, die parallel zu und in
enger Nähe
zu dem Flussraten-Detektorteil 4 angeordnet
sind, und zusätzlich
wird die im Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte Wärme auch über die
Luft zu dem ersten Verdrahtungsteil 11 transferiert, der
stromab vom Flussraten-Detektorteil 4 angeordnet ist.
-
Jedoch deshalb, weil die zweiten
Verdrahtungsteile 23A derart ausgebildet sind, dass sie
eine reduzierte Dicke haben und Teile mit hohem thermischen Widerstand
mit einem kleinen Querschnittsbereich senkrecht zu der Richtung
einer Wärmeleitung haben,
wird dann, wenn von dem Flussraten-Detektorteil 4 zu den ersten
Verdrahtungsteilen 22 weitergeleitete Wärme zu den zweiten Verdrahtungsteilen 23A geführt wird,
sie zu dem Umgebungsbereich und zu der Rückflächenseite des flachen Substrats 2 diffundiert,
was die Menge an Wärme
reduziert, die in Richtung zum Gastemperatur- Detektorteil 5 geführt wird.
Somit werden Reduzierungen bezüglich
der Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen
der Temperatur der Luft resultierend aus der Erzeugung von Wärme durch
den Flussraten-Detektorteil 4 unterdrückt, was die Genauigkeit beim
Erfassen der Temperatur der Luft erhöht.
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Darüber hinaus ist beim obigen
Ausführungsbeispiel
2 die Gesamtheit von jedem der zweiten Verdrahtungsteile durch Reduzieren
der Gesamtfilmdicke der zweiten Verdrahtungsteile in einen Teil mit
hohem thermischen Widerstand gebildet, aber Teile von jedem der
zweiten Verdrahtungsteile können
auch durch Reduzieren der Filmdicke eines Teils von jedem der zweiten
Verdrahtungsteile in Teile mit hohem thermischen Widerstand mit
reduziertem Querschnittsbereich gebildet werden. In diesem Fall werden
die Teile mit hohem thermischen Widerstand derart ausgebildet werden,
dass sie sich über
den Wärmetransferdurchgang
der zweiten Verdrahtungsteile erstrecken.
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Ausführungsbeispiel 3
-
Bei den obigen Ausführungsbeispielen 1 und 2 wird
die Menge an Wärme,
die zum Gastemperatur-Detektorteil 5 geführt wird,
durch Ausbilden eines Teils mit hohem thermischen Widerstand in
wenigstens einem Teil des Wärmeleitungsdurchgangs
in den zweiten Verdrahtungsteilen reduziert, um den Transfer von
Wärme bei
dem Teil mit hohem thermischen Widerstand zu unterdrücken, aber
beim Ausführungsbeispiel
3 wird die Menge an Wärme,
die zu dem Gastemperatur-Detektorteil 5 geführt wird, durch
Ausbilden von Teilen mit hoher thermischer Kapazität in den
ersten Verdrahtungsteilen 22B reduziert, um Temperaturerhöhungen in
den ersten Verdrahtungsteilen 22B resultierend aus Wärme zu unterdrücken, die
von dem Flussraten-Detektorteil 4 zu den ersten Verdrahtungsteilen 22B weitergeleitet wird.
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4 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß dem Ausführungsbeispiel
3 der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
In 4 hat
eine Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21B erste Verdrahtungsteile 22B, die
parallel zu und in enger Nähe
zu einem Flussraten-Detektorteil 4 für eine Länge angeordnet sind, die allgemein
gleich derjenigen des Flussraten-Detektorteils 4 ist; und
zweite Verdrahtungsteile 23B, die derart angeordnet sind,
dass sie sich von den ersten Verdrahtungsteilen 22B zu
Endteilen eines Pektinat-Musters eines Gastemperatur-Detektorteils 5 erstrecken,
wobei die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21B derart
ausgebildet ist, dass sie einen ersten und einen zweiten Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f und
ein erstes und ein zweites Ende des Pektinat-Musters des Gastemperatur-Detektorteils 5 verbindet.
Die Filmdicke der ersten Verdrahtungsteile 22B ist derart
ausgebildet, dass sie dicker als diejenige des Flussraten-Detektorteils 4,
des Gastemperatur-Detektorteils 5 und der zweiten Verdrahtungsteile 23B ist,
was Teile mit hoher thermischer Kapazität bildet.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen
eines Gasflussratenund Temperatur-Messelements 20B gemäß dem Ausführungsbeispiel
3 erklärt.
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Zuerst wird der elektrisch isolierende
Stützfilm 3 auf
dem flachen Substrat 2 durch Ausbilden eines Films aus
Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des flachen Substrats 2 ausgebildet. Als Nächstes wird
ein Film aus Platin bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,2 μm über einer
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
Dann wird eine Schutzschicht derart ausgebildet, dass sie sich über einem
Bereich einer Ausbildung der ersten Verdrahtungsteile 22B öffnet, und
zwar unter Verwendung einer Fotograviertechnik, und dann wird ein
Film aus Platin bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,1 μm über der
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
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Als Nächstes wird die Schutzschicht
entfernt, dann werden der Flussraten-Detektorteil 4 und
der Gastemperatur-Detektorteil 5 mit Pektinat-Mustern, die
Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f,
die Flussratenerfassungs-Verdrahtung 7a bis 7d und
die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21B durch Mustern
des Platinfilms unter Verwendung eines Verfahrens, wie beispielsweise
eines Fotogravierens, eines Nassätzens
(oder Trockenätzens),
etc., ausgebildet.
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Dann werden der elektrisch isolierende Schutzfilm 8 und
der erste und der zweite Hohlraum 9 und 10 auf
gleiche Weise wie beim obigen Ausführungsbeispiel 2 ausgebildet,
um das Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20B zu
erhalten.
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Bei dem auf diese Weise vorbereiteten
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20B wird die
Filmdicke des Flussraten-Detektorteils 4,
des Gastemperatur-Detektorteils 5 und der zweiten Verdrahtungsteile 23B beispielsweise
bis zu 0,2 μm
ausgebildet und wird die Filmdicke der ersten Verdrahtungsteile 22B beispielsweise
zu 0,3 μm
ausgebildet. Somit bilden deshalb, weil die ersten Verdrahtungsteile 22B derart
ausgebildet sind, dass sie eine dickere Filmdicke haben, die ersten
Verdrahtungsteile 22B Teile mit hoher thermischer Kapazität mit einer
großen
thermischen Kapazität.
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Wenn die im Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte
Wärme über den
elektrisch isolierenden Stützfilm 3 und
den elektrisch isolierenden Schutzfilm 8 oder über die
Luft zu den ersten Verdrahtungsteilen 22B weitergeleitet
wird, steigt die Temperatur der ersten Verdrahtungsteile 22B proportional
zu ihrer thermischen Kapazität
an, aber deshalb, weil die thermische Kapazität der ersten Verdrahtungsteile 22B groß ist, werden
Temperaturerhöhungen
in den ersten Verdrahtungsteilen 22B verglichen mit den
obigen Ausführungsbeispielen 1 und 2 reduziert.
Somit wird die vom Flussraten-Detektorteil 4 über die
ersten Verdrahtungsteile 22B und die zweiten Verdrahtungsteile 23B zum
Gastemperatur-Detektorteil 5 transferierte
Menge an Wärme
reduziert, was eine Verschlechterung bezüglich der Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim
Erfassen der Temperatur der Luft unterdrückt.
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Weil die ersten Verdrahtungsteile 22B derart ausgebildet
sind, dass sie eine dickere Filmdicke haben, wird ein elektrischer
Widerstand in den ersten Verdrahtungsteilen 22B auch reduziert.
Somit wird das Verhältnis
eines elektrischen Widerstands in den ersten Verdrahtungsteilen 22B relativ
zu einem elektrischen Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten
Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f reduziert,
was die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen
der Temperatur der Luft erhöht.
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Nun ist ein Drahtbondieren das Verfahren, das
allgemein zum Extrahieren der elektrischen Signale von den Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f zu
einer anderen Schaltung verwendet wird. Dieses Drahtbondieren enthält ein metallisches
Verbinden an die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f von
Bondierungsdrähten
mit einem Durchmesser von zehn bis hunderten von μm, und Materialien,
wie beispielsweise Aluminium, Gold, Kupfer, etc., oder Materialien, bei
welchen zusätzliche
Elemente zu diesen Metallen hinzugefügt sind, werden allgemein bei
dem Bondieren von Drähten
verwendet. Dieses Verbinden wird durch Anwenden von mechanischer
Energie, wie beispielsweise einer Ultraschallschwingung, etc., durchgeführt, und
wird in einigen Fällen
in Kombination mit thermischer Energie unter Verwendung eines Verfahrens,
wie beispielsweise eines Erwärmens
eines Substrats, etc., durchgeführt.
-
Weil dieses Drahtbondieren mechanische Energie
zum Verbinden verwendet, werden die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f und
ihre nähere
Umgebung und das flache Substrat 2 direkt unter den Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f einer
Beschädigung
unterzogen. Somit ist es wichtig, eine Beschädigung durch ein Drahtbondieren
zu unterdrücken,
um eine Produktiounsstabilität
bei dem Drahtbondierungsprozess und eine Zuverlässigkeit des Gasflussraten- und
Temperatur-Messelements zu erhöhen.
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Beim Ausführungsbeispiel 3 können die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f auch
bis zu einer Filmdicke ausgebildet werden, die gleich derjenigen der
ersten Verdrahtungsteile 22B ist. In diesem Fall ist die
Filmdicke der Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f dicker
als diejenige der obigen Ausführungsbeispiele 1 und 2,
und die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f fungieren
als Pufferschicht gegenüber
einer Beschädigung
durch ein Drahtbondieren. Somit wird eine Beschädigung an den Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f und
in ihrer näheren
Umgebung sowie an dem flachen Substrat 2 direkt unter den
Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f aufgrund
eines Drahtbondierens reduziert, um dadurch eine Produktionsstabilität beim Drahtbondierungsprozess
und eine Zuverlässigkeit des
Gasflussraten- und Temperatur-Messelements zu
erhöhen.
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Beim obigen Ausführungsbeispiel 3 werden die
zweiten Verdrahtungsteile 22B bis zu einer Filmdicke gleich
derjenigen des Flussraten-Detektorteils 4 und des Gastemperatur-Detektorteils 5 ausgebildet,
aber die zweiten Verdrahtungsteile 23B können auch
bis zu einer Filmdicke gleich derjenigen der ersten Verdrahtungsteile 22B ausgebildet
werden. In diesem Fall werden Temperaturerhöhungen resultierend aus einer
Wärmeleitung
in den zweiten Verdrahtungsteilen 22B auch reduziert, und
ein elektrischer Widerstand wird auch reduziert, was die Genauigkeit des
Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen der Temperatur
der Luft weiter erhöht.
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Weiterhin können beim obigen Ausführungsbeispiel
3 Teile mit hohem thermischen Widerstand auch in Teilen der zweiten
Verdrahtungsteile 23B ausgebildet werden. In diesem Fall
wird die Menge an Wärme,
die über
die zweiten Verdrahtungsteile zum Gastemperatur-Detektorteil 5 geführt wird, durch
die Teile mit hohem thermischen Widerstand reduziert, was die Genauigkeit
des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen der Temperatur
der Luft weiter erhöht.
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Ausführungsbeispiel 4
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5 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß dem Ausführungsbeispiel
4 der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
In 5 hat
eine Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21C erste Verdrahtungsteile 22, die
parallel zu und in enger Nähe
zu einem Flussraten-Detektorteil 4 für eine Länge angeordnet sind, die allgemein
gleich derjenigen des Flussraten-Detektorteils 4 ist;
und zweite Verdrahtungsteile 23C, die derart angeordnet
sind, dass sie sich von den ersten Verdrahtungsteilen 22 zu
Endteilen eines Pektinat-Musters eines Gastemperatur-Detektorteils 5 erstrecken,
wobei die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21C derart
ausgebildet ist, dass sie einen ersten und einen zweiten Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f und
ein erstes und ein zweites Ende des Pektinat-Musters des Gastemperatur-Detektorteils 5 verbindet.
Teile 25 mit hohem thermischen Widerstand, die aus einem
Material mit einem niedrigeren Koeffizienten einer thermischen Leitfähigkeit
als demjenigen des Materials bei den ersten und zweiten Verdrahtungsteilen 22 und 23C hergestellt
sind, sind in Teilen der zweiten Verdrahtungsteile 23C ausgebildet.
-
Darüber hinaus ist das Ausführungsbeispiel 4
auf gleiche Weise wie das obige Ausführungsbeispiel 1 ausgebildet,
außer
der Tatsache, dass dünne zweite
Verdrahtungsteile 23C anstelle von zweiten Verdrahtungsteilen 23 mit
Teilen 25 mit hohem thermischen Widerstand, die aus einem
Material mit einem niedrigen Koeffizienten einer thermischen Leitfähigkeit
hergestellt sind, ausgebildet sind.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen
eines Gasflussratenund Temperatur-Messelements 20C erklärt.
-
Zuerst wird der elektrisch isolierende
Stützfilm 3 auf
dem flachen Substrat 2 durch Ausbilden eines Films aus
Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des flachen Substrats 2 ausgebildet. Als Nächstes wird
ein Film aus Platin bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,2 μm über einer
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
-
Als Nächstes werden der Flussraten-Detektorteil 4 und
der Gastemperatur-Detektorteil 5 mit Pektinat-Mustern,
die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f,
die Flussratenerfassungs-Verdrahtung 7a bis 7d und
die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21c durch
Mustern des Platinfilms unter Verwendung eines Verfahrens, wie beispielsweise
eines Fotogravierens, eines Nassätzens
(oder Trockenätzens),
etc., ausgebildet. Zu dieser Zeit werden Teile der zweiten Verdrahtungsteile 23C entfernt,
um quer durch den Wärmeleitungsdurchgang
zu gehen.
-
Als Nächstes werden die Teile 25 mit
hohem thermischen Widerstand durch Ausbilden eines Films aus Titan
bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,2 μm auf der Vorderfläche des
elektrisch isolierenden Stützfilms 3 vorbereitet,
um die entfernten Teile der zweiten Verdrahtungsteile 23C zu
verbinden.
-
Als Nächstes wird der elektrisch
isolierende Schutzfilm 8 durch Ausbilden eines Films aus
Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
Dann wird der elektrisch isolierende Schutzfilm 8 über den
Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f entfernt.
Schließlich
werden der erste und der zweite Hohlraum 9 und 10 auf
gleiche Weise wie beim obigen Ausführungsbeispiel 1 ausgebildet,
um das Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20C zu
erhalten.
-
Bei dem auf diese Weise vorbereiteten
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20C werden Teile 25 mit
hohem thermischen Widerstand, die aus Titan hergestellt sind, welches
einen niedrigeren Koeffizienten einer thermischen Leitfähigkeit
als denjenigen von Platin hat, auf Teilen der zweiten Verdrahtungsteile 23C ausgebildet,
um sich quer über den
Wärmeleitungsdurchgang
zu erstrecken.
-
Somit wird dann, wenn vom Flussraten-Detektorteil 4 zu
den ersten Verdrahtungsteilen 22 weitergeleitete Wärme zu den
Teilen 25 mit hohem thermischen Widerstand geführt wird,
die in Teilen der zweiten Verdrahtungsteile 23C ausgebildet
sind, sie zu dem Umgebungsbereich und zu der Rückflächenseite des flachen Substrats 2 diffundiert,
was die in Richtung zum Gastemperatur-Detektorteil 5 geführte Menge
an Wärme
reduziert. Somit werden Reduzierungen bezüglich der Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim
Erfassen der Temperatur der Luft resultierend aus der Erzeugung
von Wärme durch
den Flussraten-Detektorteil 4 unterdrückt, was die Genauigkeit beim
Erfassen der Temperatur der Luft erhöht.
-
Darüber hinaus können beim
obigen Ausführungsbeispiel
4 die Teile 25 mit hohem thermischen Widerstand auch derart
ausgebildet werden, dass sie eine Breite haben, die schmaler als
diejenige der zweiten Verdrahtungsteile 23C ist. Weil der
Querschnittsbereich des Wärmeleitungsdurchgangs
der Teile 25 mit hohem thermischen Widerstand dann reduziert
wird und der Wärmewiderstand
weiter erhöht wird,
kann ein Wärmetransfer
von den ersten Verdrahtungsteilen 22 über die zweiten Verdrahtungsteile 23C zu
dem Gastemperatur-Detektorteil 5 weiter reduziert werden.
-
Beim obigen Ausführungsbeispiel 4 wird Titan
für das
Material in den Teilen 25 mit hohem thermischen Widerstand
verwendet, aber das Material in den Teilen 25 mit hohem
thermischen Widerstand ist unter der Voraussetzung nicht auf Titan
beschränkt, dass
es ein Material mit einem niedrigeren Koeffizienten einer thermischen
Leitfähigkeit
als demjenigen des Materials in den ersten und zweiten Verdrahtungsteilen 22 und 23C ist,
wobei das letztere in diesem Fall Platin ist, und beispielsweise
können
Tantal, Wolfram, Molybdän,
etc. verwendet werden.
-
Ausführungsbeispiel 5
-
6 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß dem Ausführungsbeispiel
5 der vorliegenden Erfindung zeigt.
-
In 6 hat
eine Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21D erste Verdrahtungsteile 22D, die
parallel zu und in enger Nähe
zu einem Flussraten-Detektorteil 4 für eine Länge angeordnet sind, die allgemein
gleich derjenigen des Flussraten-Detektorteils 4 ist; und
zweite Verdrahtungsteile
23D, die derart angeordnet sind,
dass sie sich von den ersten Verdrahtungsteilen 22D zu
Endteilen eines Pektinat-Musters eines Gastemperatur-Detektorteils 5 erstrecken,
wobei Teile 24 mit hohem thermischen Widerstand in Teilen
der zweiten Verdrahtungsteile 23 ausgebildet sind und wobei
die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21D derart ausgebildet
ist, dass sie einen ersten und einen zweiten Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f und
ein erstes und ein zweites Ende des Pektinat-Musters des Gastemperatur-Detektorteils 5 verbindet.
Die ersten Verdrahtungsteile 22D sind aus einem Material
hergestellt, bei welchem die Temperaturabhängigkeit des Widerstands kleiner
als diejenige des Materials bei dem Flussraten-Detektorteil 4 und dem Gastemperatur-Detektorteil 5 ist,
wobei das letztere in diesem Fall Platin ist.
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Darüber hinaus ist das Ausführungsbeispiel 5
auf gleiche Weise wie das obige Ausführungsbeispiel 1 aufgebaut,
außer
der Tatsache, dass erste Verdrahtungsteile 22D, die aus
einem Material hergestellt sind, bei welchem die Temperaturabhängigkeit
des Widerstands kleiner ist, anstelle der ersten Verdrahtungsteile 22 ausgebildet
sind, die aus einem thermoempfindlichen Widerstandsmaterial hergestellt
sind.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen
eines Gasflussratenund Temperatur-Messelements 20D erklärt.
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Zuerst wird der elektrisch isolierende
Stützfilm 3 auf
dem flachen Substrat 2 durch Ausbilden eines Films aus
Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des flachen Substrats 2 ausgebildet. Als Nächstes wird
ein Film aus Platin bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,2 μm über einer
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
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Als Nächstes werden der Flussraten-Detektorteil 4 und
der Gastemperatur-Detektorteil 5 mit Pektinat-Mustern,
die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f,
die Flussratenerfassungs-Verdrahtung 7a bis 7d und
die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21D durch
Mustern des Platinfilms unter Verwendung eines Verfahrens, wie beispielsweise
eines Fotogravierens, eines Nassätzens
(oder Trockenätzens),
etc., ausgebildet. Zu dieser Zeit werden Teile entsprechend den
ersten Verdrahtungsteilen 22D entfernt.
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Als Nächstes werden die ersten Verdrahtungsteile 22D durch
Ausbilden eines Films aus Aluminium bis zu einer Dicke von beispielsweise
0,2 μm an
der Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 vorbereitet,
um die entfernten Teile der Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21D zu
verbinden.
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Als Nächstes wird der elektrisch
isolierende Schutzfilm 8 durch Ausbilden eines Films aus
Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
Dann wird der elektrisch isolierende Schutzfilm 8 über den
Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f entfernt.
Schließlich
werden der erste und der zweite Hohlraum 9 und 10 auf
gleiche Weise wie das obige Ausführungsbeispiel
1 ausgebildet, um das Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20D zu
erhalten.
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Bei dem auf diese Weise vorbereiteten
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20D ist deshalb,
weil die ersten Verdrahtungsteile 22D aus Aluminium hergestellt
sind, die Temperaturabhängigkeit
des Widerstands in den ersten Verdrahtungsteilen 22D verglichen
mit derjenigen des Flussraten-Detektorteils 4 und des Gastemperatur-Detektorteils 5, die
aus Platin hergestellt sind, gering.
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Somit sind selbst dann, wenn im Flussraten-Detektorteil 4 erzeugte
Wärme zu
den ersten Verdrahtungsteilen 22D weitergeleitet wird und
die Temperatur der ersten Verdrahtungsteile 22D ansteigt, Änderungen
bezüglich
eines Widerstands in den ersten Verdrahtungsteilen 22D verglichen
mit Änderungen
bezüglich
eines Widerstands im Gastemperatur-Detektorteil 5 extrem klein.
Folglich ist das Verhältnis
von Änderungen
bezüglich
eines Widerstands der ersten Verdrahtungsteile 22D relativ
zu Änderungen
bezüglich
eines Widerstands bezüglich
den Elektrodenanschlüssen 6e und 6f resultierend
aus Temperaturänderungen
extrem klein, was die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen
der Temperatur der Luft erhöht.
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Weil die ersten Verdrahtungsteile 22D aus
einem anderen Material als der Flussraten-Detektorteil 4 und
der Gastemperatur-Detektorteil 5 hergestellt sind, kann
die Filmdicke der ersten Verdrahtungsteile 22D ohne Erhöhen der
Filmdicke des Flussraten-Detektorteils 4 oder das Gastemperatur-Detektorteils 5 erhöht werden.
Somit kann der Widerstand in den ersten Verdrahtungsteilen 22D ohne
Reduzieren der Empfindlichkeit des Flussraten-Detektorteils 4 oder des
Gastemperatur-Detektorteils 5 erniedrigt werden. Somit
wird das Verhältnis
eines elektrischen Widerstands in den ersten Verdrahtungsteilen 22D relativ
zu einem elektrischen Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten
Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f reduziert,
was die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen
der Temperatur der Luft erhöht.
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Weil die Teile 24 mit hohem
thermischen Widerstand in Teilen der zweiten Verdrahtungsteile 23 ausgebildet
sind, wird ein Wärmetransfer
von den ersten Verdrahtungsteilen 23D über die zweiten Verdrahtungsteile 23 zum
Gastemperatur-Detektorteil 5 bei den Teilen 24 mit
hohem thermischen Widerstand unterbrochen, was die Menge an Wärme, die
in Richtung zum Gastemperatur-Detektorteil 5 geführt wird, reduziert.
Somit werden Reduzierungen bezüglich der
Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen
der Temperatur der Luft resultierend aus der Erzeugung von Wärme durch
den Flussraten-Detektorteil 4 unterdrückt, was die Genauigkeit beim
Erfassen der Temperatur der Luft erhöht.
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Darüber hinaus wird beim obigen
Ausführungsbeispiel
5 Aluminium für
das Material in den ersten Verdrahtungsteilen 22D verwendet,
aber das Material in den ersten Verdrahtungsteilen 22D ist
unter der Voraussetzung nicht auf Aluminium beschränkt, dass
es ein Material ist, bei welchem die Temperaturabhängigkeit
des Widerstands kleiner als diejenige des Materials im Flussraten-Detektorteil 4 und
im Gastemperatur-Detektorteil 5 ist, wobei das letztere
in diesem Fall Platin ist, und beispielsweise kann ein Metall, wie
beispielsweise Kupfer, Gold, Silber, etc. oder eine Legierung, die
irgendeines von diesen als Hauptbestandteil enthält, verwendet werden.
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Beim obigen Ausführungsbeispiel 5 ist der gesamte
Bereich der ersten Verdrahtungsteile 22D aus Aluminium
hergestellt, aber es ist nicht für
den gesamten Bereich der ersten Verdrahtungsteile 22D nötig, dass
er aus Aluminium hergestellt wird, und es ist ausreichend, dass
wenigstens ein Teil der ersten Verdrahtungsteile 22D aus
Aluminium hergestellt ist.
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Beim obigen Ausführungsbeispiel 5 sind die zweiten
Verdrahtungsteile 23 aus demselben Material wie dem Material
im Flussraten-Detektorteil 4 und im Gastemperatur-Detektorteil 5 (Platin)
hergestellt, aber die zweiten Verdrahtungsteile 23 können auch aus
demselben Material wie die ersten Verdrahtungsteile 22D hergestellt
werden. In diesem Fall ist das Verhältnis von Änderungen bezüglich eines Widerstands
der zweiten Verdrahtungsteile 23 relativ zu Änderungen
bezüglich
eines Widerstands zwischen den Elektrodenanschlüssen 6e und 6f resultierend aus
Temperaturänderungen
extrem klein, was die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen
einer Lufttemperatur erhöht.
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Ausführungsbeispiel 6
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7 ist
eine Draufsicht, die ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement
gemäß dem Ausführungsbeispiel
6 der vorliegenden Erfindung zeigt, und 8 ist ein Querschnitt entlang der Linie
VIII-VIII in 7, gesehen
aus der Richtung der Pfeile.
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In den 7 und 8 hat eine Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21E erste
Verdrahtungsteile 22E, die parallel zu und in enger Nähe zu einem Flussraten-Detektorteil 4 für eine Länge angeordnet sind,
die allgemein gleich derjenigen des Flussraten-Detektorteils 4 ist;
und zweite Verdrahtungsteile 23D, die derart angeordnet
sind, dass sie sich von den ersten Verdrahtungsteilen 22E zu
Endteilen eines Pektinat-Musters eines Gastemperatur-Detektorteils 5 erstrecken,
wobei Teile 24 mit hohem thermischen Widerstand in Teilen
der zweiten Verdrahtungsteile 23 ausgebildet sind und wobei
die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21E derart ausgebildet
ist, dass sie einen ersten und einen zweiten Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f und
ein erstes und ein zweites Ende des Pektinat-Musters des Gastemperatur-Detektorteil 5 verbindet.
Die ersten Verdrahtungsteile 22E und die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f sind
aus einem Material hergestellt, bei welchem die Temperaturabhängigkeit
des Widerstands kleiner als diejenige des Materials im Flussraten-Detektorteil 4 und
im Gastemperatur-Detektorteil 5 ist, wobei das letztere
in diesem Fall Platin ist.
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Darüber hinaus ist das Ausführungsbeispiel 6
auf gleiche Weise wie das obige Ausführungsbeispiel 5 aufgebaut,
außer
der Tatsache, dass die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f aus
demselben Material wie die ersten Verdrahtungsteile 22E hergestellt
sind.
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Nun wird ein Verfahren zum Herstellen
eines Gasflussratenund Temperatur-Messelements 20E erklärt.
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Zuerst wird der elektrisch isolierende
Stützfilm 3 auf
dem flachen Substrat 2 durch Ausbilden eines Films aus
Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des flachen Substrats 2 ausgebildet. Als Nächstes wird
ein Film aus Platin bis zu einer Dicke von beispielsweise 0,2 μm über einer
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
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Als nächstes werden der Flussraten-Detektorteil 4 und
der Gastemperatur-Detektorteil 5 mit Pektinat-Mustern,
die Flussratenerfassungs-Verdrahtung 7a bis 7d und
die Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21E durch Mustern
des Platinfilms unter Verwendung eines Verfahrens, wie beispielsweise
eines Fotogravierens, eines Nassätzens (oder
Trockenätzens),
etc., ausgebildet. Zu dieser Zeit werden Teile entsprechend den
ersten Verdrahtungsteilen 22E und den Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f entfernt.
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Als Nächstes wird ein Film aus Aluminium
bis zu einer Dicke von 0,2 μm
auf der Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet,
um die entfernten Teile der Gastemperaturerfassungs-Verdrahtung 21E und über den
Bereichen einer Ausbildung der Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f zu
verbinden.
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Als Nächstes wird der elektrisch
isolierende Schutzfilm 8 durch Ausbilden eines Films aus
Siliziumnitrid bis zu einer Dicke von beispielsweise 1,0 μm über der
gesamten Vorderfläche
des elektrisch isolierenden Stützfilms 3 ausgebildet.
Dann wird der elektrisch isolierende Schutzfilm 8 über den
Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f entfernt.
Schließlich
werden der erste und der zweite Hohlraum 9 und 10 auf
gleiche Weise wie das obige Ausführungsbeispiel
5 ausgebildet, um das Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20e zu
erhalten.
-
Bei dem auf diese Weise vorbereiteten
Gasflussraten- und Temperatur-Messelement 20E ist deshalb,
weil die ersten Verdrahtungsteile 22E aus Aluminium hergestellt
sind, auf gleiche Weise wie beim obigen Ausführungsbeispiel 5 das Verhältnis von Änderungen
bezüglich
eines Widerstands der ersten Verdrahtungsteile 22E relativ
zu Änderungen bezüglich eines
Widerstands zwischen den Elektrodenanschlüssen 6e und 6f resultierend
aus Temperaturänderungen
extrem klein, was die Genauigkeit eines Gastemperatur-Detektorteils 5 beim
Erfassen der Temperatur der Luft erhöht. Weiterhin kann auf gleiche
Weise wie beim obigen Ausführungsbeispiel 5
die Filmdicke der ersten Verdrahtungsteile 22E ohne Erhöhen der
Filmdicke des Flussraten-Detektorteils 4 oder des Gastemperatur-Detektorteils 5 erhöht werden,
was ermöglicht,
dass der Widerstand in den ersten Verdrahtungsteilen 22E ohne
Reduzieren der Empfindlichkeit des Flussraten-Detektorteils 4 oder
des Gastemperatur-Detektorteils 5 erniedrigt wird. Somit
wird das Verhältnis
eines elektrischen Widerstands in den ersten Verdrahtungsteilen 22E relativ
zu einem elektrischen Widerstand zwischen dem ersten und dem zweiten
Gastemperaturerfassungs-Elektrodenanschluss 6e und 6f reduziert,
was die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen
der Temperatur der Luft erhöht.
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Weil die Teile 24 mit hohem
thermischen Widerstand auf gleiche Weise wie beim obigen Ausführungsbeispiel
5 in Teilen der zweiten Verdrahtungsteile 23 ausgebildet
sind, werden Reduzierungen bezüglich
der Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen
der Temperatur der Luft resultierend aus einer Erzeugung von Wärme durch den
Flussraten-Detektorteil 4 unterdrückt, was die Genauigkeit beim
Erfassen der Temperatur der Luft erhöht.
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Weil die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f aus Aluminium
hergestellt sind, welches eine geringere Härte als Platin hat, fungieren
die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f als
Pufferschicht, wenn eine Drahtbondierung auf die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f angewendet
wird, was ermöglicht,
dass eine Beschädigung
am flachen Substrat 2 reduziert wird. Weil das Aluminium,
das die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f ausbildet,
eine Härte
hat, die gleich derjenigen der Bondierungsdrähte ist, wird eine Bondierungsstabilität verbessert.
Somit wird ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement mit hoher
Produktionsrate und Zuverlässigkeit
erhalten.
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Weil die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f aus einem
anderen Material als der Flussraten-Detektorteil 4 und
der Gastemperatur-Detektorteil 5 hergestellt sind, kann
die Filmdicke der Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f ohne
Erhöhen
der Filmdicke des Flussraten-Detektorteils 4 oder des Gastemperatur-Detektorteils 5 erhöht werden.
Somit kann eine Beschädigung
am flachen Substrat 2 aufgrund einer Drahtbondierung ohne
Reduzieren der Empfindlichkeit des Flussraten-Detektorteils 4 oder
des Gastemperatur-Detektorteils 5 reduziert
werden.
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Darüber hinaus wird beim obigen
Ausführungsbeispiel
6 Aluminium für
das Material in den ersten Verdrahtungsteilen 22E und den
Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f verwendet,
aber das Material in den ersten Verdrahtungsteilen 22E und
den Elektrodenanschlüssen 6a bis 6f ist
unter der Voraussetzung nicht auf Aluminium beschränkt, dass
es ein Material ist, bei welchem die Temperaturabhängigkeit des
Widerstands kleiner als diejenige des Materials im Flussraten-Detektorteil 4 und
im Gastemperatur-Detektorteil 5 ist, wobei das letztere
in diesem Fall Platin ist. Wenn auf ein Reduzieren einer Beschädigung am
flachen Substrat 2 aufgrund einer Drahtbondierung geachtet
wird, ist es für
die Elektrodenanschlüsse 6a bis 6f wünschenswert,
dass sie eine geringere Härte
als diejenige des flachen Substrats 2 haben und dass sie
eine Härte
haben, die gleich derjenigen von herkömmlichen Bondierungsdrähten mit Gold
oder Aluminium als Hauptbestandteil ist, und beispielsweise kann
ein Metall, wie beispielsweise Kupfer, Gold, Silber, etc., oder
eine Legierung, die irgendeines von diesen als Hauptbestandteil
enthält, verwendet
werden.
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Beim obigen Ausführungsbeispiel 6 sind die zweiten
Verdrahtungsteile 23 aus demselben Material wie dem Material
im Flussraten-Detektorteil 4 und im Gastemperatur-Detektorteil 5 (Platin)
hergestellt, aber die zweiten Verdrahtungsteile 23 können auch aus
demselben Material wie die ersten Verdrahtungsteile 22E hergestellt
werden. In diesem Fall ist das Verhältnis von Änderungen bezüglich eines
Widerstands der zweiten Verdrahtungsteile 23 relativ zu Änderungen
bezüglich
eines Widerstands zwischen den Elektrodenanschlüssen 6e und 6f resultierend aus
Temperaturänderungen
extrem klein, was die Genauigkeit des Gastemperatur-Detektorteils 5 beim Erfassen
einer Lufttemperatur erhöht.
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Darüber hinaus ist bei jedem der
obigen Ausführungsbeispiele
ein Gasflussraten- und Temperatur-Messelement erklärt worden,
bei welchem der Flussraten-Detektorteil 4 und der Gastemperatur-Detektorteil 5 auf
einem flachen Substrat 2 ausgebildet sind, aber die vorliegende
Erfindung ist nicht auf diese Konfiguration beschränkt. Bei
der herkömmlichen Technik,
die beispielsweise in der japanischen Patentoffenlegung Nr. HEI
8-219838 (Gazette) beschrieben ist, sind ein Lufttemperaturkompensations-Widerstandselement
zum Kompensieren von Lufttemperaturcharakteristiken in einem Flussraten
erfassenden thermoempfindlichen Widerstand und ein thermoempfindliches
Widerstandselement zum Messen einer Lufttemperatur zur Verwendung
bei einer Kraftstoffsteuerung einer Verbrennungskraftmaschine bzw.
eines Verbrennungsmotors durch separate Elemente gestützt, aber
die Konstruktionen bei jedem der obigen Ausführungsbeispiele können auch auf
Verdrahtungsteile in enger Nähe
zu dem Flussraten erfassenden thermoempfindlichen Widerstand angewendet
werden, wenn der Flussraten erfassende thermoempfindliche Widerstand,
das Lufttemperatur kompensierende Widerstandselement und das thermoempfindliche
Widerstandselement auf einem flachen Substrat 2 ausgebildet
sind. In diesem Fall werden ähnliche
Effekte zu denjenigen der vorliegenden Anmeldung erhalten, und weitere
Reduzierungen bezüglich
der Größe des Systems
werden ermöglicht.