JPH0552782A - 熱伝導率検出器 - Google Patents

熱伝導率検出器

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JPH0552782A
JPH0552782A JP3232461A JP23246191A JPH0552782A JP H0552782 A JPH0552782 A JP H0552782A JP 3232461 A JP3232461 A JP 3232461A JP 23246191 A JP23246191 A JP 23246191A JP H0552782 A JPH0552782 A JP H0552782A
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光彦 長田
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 ダイアフラム部の両側にガスを供給する手段
を設けつつ、かつ流れの影響を受けにくい構成とする。 【構成】 半導体基板１の一部に開口部２を設けて薄肉
状に形成されたダイアフラム部３と、このダイアフラム
部３に形成されたヒータエレメント４と、このヒータエ
レメント４の両側にヒータエレメント４を囲むように長
手方向に穿設されたスリット状の境界孔５ｌ，５ｒおよ
びその幅方向に沿って穿設された境界孔５ｕ，５ｄと、
ダイアフラム部３の半導体基板１と隣接する周辺部にそ
れぞれ穿設された複数のスリット部６ｕ，６ｄおよびス
リット部６ｌ，６ｒとから構成される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、例えばカラム内に充填
された充填剤とガスとの吸着性の差を利用してガス分析
を行うガスクロマトグラフに適用され、そのガス分析を
行うためのガスの熱伝導率検出器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】石油化学プロセスや鉄鋼プロセス等にお
いて、プロセスガスの成分分析を行い、その分析結果に
基づいて各プロセス工程を監視したり、各種制御を行っ
たりするための分析装置としてガスクロマトグラフが従
来より一般に用いられている。
【０００３】ところで、このようなガスクロマトグラフ
においては、カラムはサンプルガスに応じて異なるが、
活性炭，活性アルミナ，モレキュラーシーブ等の粒度を
揃えた粉末が固定相として充填されており、この固定相
とサンプルガス中の各成分との吸着性や分配係数の差異
に基づく移動速度の差を利用して各ガス成分を相互に分
離し、これを熱伝導率検出器（ＴＣＤ）等の検出器によ
って検出するものとなっている。
【０００４】この熱伝導率検出器は、従来サーミスタ等
の感温素子が使用されていたが、近年、小型，集積化を
行った例としてＪhon Ｈ.Ｊerman らによる検出器があ
る（ＵＳ Ｐatent file Ｎｏ.４,４７１，６４７）。
【０００５】この検出器は、細長い金属膜抵抗体と、こ
の金属膜抵抗体を保持しまたガスがそのメンブレンの両
側に流れるように複数個の穴を開けたメンブレンと、こ
のメンブレンと金属膜抵抗体とを保持する手段とから構
成されている。
【０００６】これらの熱伝導率検出器は、例えば定電流
で駆動し、異種のガスによる熱伝導率の差によって生じ
る熱伝導率検出器からガス中への放熱の割合の差を電圧
で検出することによって異種ガスの割合を検出してい
る。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このＵ
Ｓ Ｐatentfile Ｎｏ.４,４７１，６４７に示される検
出器は、ガスをメンブレンの両側に流すために検出器の
極近傍に複数の穴を配置しているが、ガスをメンブレン
の両側に流そうとすると、検出器が流れの影響による誤
差を受けたり、流れの乱れを検出してしまうことによ
り、計測誤差が大きくなってしまうという問題があっ
た。また、メンブレンとこのメンブレンを保持する手段
との間で検出器から発生した熱の逃げが大きく、正確な
計測を行えないという問題があった。さらに飛来するダ
スト，ミスト等のパーティクルが複数個の穴のところで
補足され、センサの検出感度を狂わせてしまうという問
題があった。
【０００８】したがって本発明は、前述した従来の問題
を解消するためになされたものであり、その目的は、ダ
イアフラム部の両側にガスを供給する手段を設けつつ、
かつ流れの影響を受けにくく、しかも高感度，高信頼性
の熱伝導率検出器を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】このような目的を達成す
るために本発明の第１の発明による熱伝導率検出器は、
基台の一部に空間を設けて薄肉状に形成されたダイアフ
ラム部と、このダイアフラム部に形成された発熱部と、
この発熱部の周囲を挟むようにして設けられた一対のス
リット状の境界孔とから構成するものである。また、本
発明の第２の発明による熱伝導率検出器は、基台の一部
に空間を設けて薄肉状に形成されたダイアフラム部と、
前記ダイアフラム部に形成された発熱部と、前記発熱部
の周囲を挟むようにして設けられた二対のスリット状の
境界孔とから構成するものである。また、本発明の第３
の発明による熱伝導率検出器は、基台の一部に空間を設
けて薄肉状に形成されたダイアフラム部と、前記ダイア
フラム部に形成された発熱部と、前記発熱部の周囲を挟
むようにして設けられた複数のスリット状の境界孔とか
ら構成するものである。さらに本発明の他の発明による
熱伝導率検出器は、前記各スリット状の境界孔の外側に
複数個のスリットを設けたものである。
【００１０】
【作用】本発明においては、発熱部と基台との間のダイ
アフラム部に境界孔を設けているため、発熱部の基台に
対する熱絶縁性が良くなり、高精度の計測が行えるよう
になる。さらにガスがダイアフラム部の下に流入する際
に発熱部から離間されている境界孔および境界孔の外側
に形成されたスリットを介して流入するため、ダスト等
が飛来したとしても発熱部の近傍に付着せず、また、発
熱部近傍における流れの乱れが少なくなるため、高精度
の計測が長期にわたって行えるようになる。
【００１１】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に
説明する。図１は本発明による熱伝導率検出器の一実施
例による構成を示す斜視図である。同図において、１は
基台として例えばシリコンからなる半導体基板であり、
この半導体基板１の背面側中央部には、例えば異方性エ
ッチングにより表面側に連通しない断面が台形状の開口
部２が形成されており、この開口部２の底部側、つまり
半導体基板１の表面側には、薄肉状のダイアフラム部３
が一体的に形成されている。また、このダイアフラム部
３の表面中央部には、通常の薄膜形成技術により薄膜の
ヒータエレメント４が形成され、半導体基板１の厚肉部
にはそのヒータ端子４ａ，４ｂが形成されている。
【００１２】また、このダイアフラム部３には、図２に
拡大平面図で示すようにヒータエレメント４の左右方向
の両側にそれぞれ一定の距離ｄ1 をおいてその長手方向
に沿ってダイアフラム部３の薄肉部を貫通するスリット
状の境界孔５ｌ，５ｒが平行に穿設され、さらにこの境
界孔５ｌ，５ｒの外側のダイアフラム部３の角部には、
同様にこの薄肉部を貫通する複数個のスリットＳを穿設
してなるスリット部６ｌ，６ｒがそれぞれ形成されてい
る。また、同様にヒータエレメント４の上下方向の両側
にはそれぞれ一定の距離ｄ2 をおいてその幅方向に沿っ
てダイアフラム部３の薄肉部を貫通するスリット状の境
界孔５ｕ，５ｄが平行に穿設され、さらにこの境界孔５
ｕ，５ｄの外側のダイアフラム部３の角部には、同様に
この薄肉部を貫通する複数個のスリットＳを穿設してな
るスリット部６ｕ，６ｄがそれぞれ形成されている。
【００１３】したがってこのダイアフラム部３は、スリ
ット状の境界孔５ｌ，５ｒおよび境界孔５ｕ，５ｄを境
界としてスリットＳが形成されずヒータエレメント４の
みが形成された第１のダイアフラム部３1 と、複数個の
スリットＳを穿設したスリット部６ｌ，６ｒ，６ｕ、６
ｄが形成された第２のダイアフラム部３2 とから構成さ
れ、第２のダイアフラム部３2 が半導体基板１の厚肉部
に保持される構成となっている。なお、これらの境界孔
５ｌ，５ｒ，５ｕ，５ｄおよびスリット部６ｌ，６ｒ，
６ｕ、６ｄの各スリットＳは、通常のフォトリソグラフ
ィおよびウェットもしくはドライエッチング技術により
容易に形成することができる。また、図１に示すように
半導体基板１の厚肉部上には、ガスの温度を検出する薄
膜の測温抵抗エレメント７が形成されており、７ａ，７
ｂはその電極端子である。
【００１４】このような構成において、ダイアフラム部
３は第１のダイアフラム部３1 にヒータエレメント４を
設け、境界孔５ｌ，５ｒを介して第２のダイアフラム部
３2にスリット部６ｌ，６ｒを設けたことにより、測定
対象のガスが発熱部を通過する際にダイアフラム部３1
上にはスリット，穴等がないため、それらのスリット等
により流れを乱されることがなく、ヒータエレメント４
を定電流，定電圧，定温度，低温度差等の方式によって
駆動させることにより、異種ガス間での熱伝導率変化を
抵抗値変化，電圧変化，電力変化等で計測する際に安定
した測定を行えるという利点がある。
【００１５】また、このような構成において、ダイアフ
ラム部３は、第１のダイアフラム部３1 にヒータエレメ
ント４を設け、境界孔５ｌ，５ｒを介して第２のダイア
フラム部３2 にスリット部６ｌ，６ｒを設けたことによ
り、測定対象のガスは境界孔５ｌ，５ｒやダイアフラム
部３2 に設けたスリット部６ｌ，６ｒを介してダイアフ
ラム部３内に入り込むことができ、ダイアフラム部３内
部に残留しているガスを置換できる。さらに前述したよ
うにダイアフラム部３1 上にはスリット，穴等がないた
め、流れの乱れを起こさないばかりでなく、飛来してく
るダストやミストがダイアフラム部３1 に付着しにく
く、より安定した測定を行えるという利点がある。ま
た、ダイアフラム部３1 は、境界孔５ｌ，５ｒおよび境
界孔５ｕ，５ｄを介して第２のダイアフラム部３2 およ
び半導体基板１の厚肉部と熱絶縁されているため、半導
体基板１への熱伝導が極めて少なくなり、つまりヒータ
エレメント４が半導体基板１に対してほぼ完全に熱絶縁
されているので、ヒータエレメント４による高感度およ
び高精度の検出が可能になるとともに低消費電力による
検出が可能となる。
【００１６】なお、前述したヒータエレメント４の左右
および上下方向の両側の一定の距離ｄ1，ｄ2は、ヒータ
エレメント４の熱絶縁が確保でき、ダストやミストが境
界孔５ｌ，５ｒおよび境界孔５ｕ，５ｄ付近に付着して
も測定に影響のない距離、例えばヒータエレメント４の
幅の半分程度である。
【００１７】また、前述した実施例において、ダイアフ
ラム部３は、図２に示した構成に限定されるものではな
く、例えば図３に示すようにヒータエレメント４の左右
方向の両側にそれぞれ一定の距離ｄ1 をおいてその長手
方向に沿ってスリット状の境界孔５ｌ，５ｒを平行に形
成してダイアフラム部３Ａを構成でも良く、また、図４
に示すように図３の構成に加えてヒータエレメント４の
上下方向の両側にそれぞれ一定の距離ｄ2 をおいてその
幅方向に沿ってスリット状の境界孔５ｕ，５ｄを平行に
形成してダイアフラム部３Ｂを構成しても良い。さらに
図５に示すように図４に示すスリット状の境界孔５ｌ，
５ｒの両端側をそれぞれ外側方向に折り曲げるような形
状に形成してダイアフラム部３Ｃを構成しても良く、ま
た、図６に示すように図３に示した構成に加えて境界孔
５ｌ，５ｒの外側にスリット部６ｌ，６ｒを形成してダ
イアフラム部３Ｄを構成しても良く、また、図７に示す
ように図５の構成に加えて境界孔５ｌ，５ｒの外側にス
リット部６ｌ，６ｒおよび境界孔５ｕ，５ｄの外側にス
リット部６ｕ，６ｄを形成してダイアフラム部３Ｅを構
成しても良い。
【００１８】また、前述した実施例においては、半導体
基板１に開口部２を形成するために半導体基板１の背面
側から異方性エッチングを行った場合について説明した
が、ダイアフラム部３に境界孔５ｌ，５ｒおよび複数の
スリットＳを形成し、これらを利用して上面から結晶軸
のエッチング特性を利用した異方性エッチングもしくは
等方性エッチングを行い、ダイアフラム部３の下に中空
の空間部を形成して構成しても良い。
【００１９】また、前述した実施例においては、基台と
して例えばシリコンからなる半導体基板を用いた場合に
ついて説明したが、本発明はこれに限定されるものでは
なく、例えばアルミニウム，ステンレス等の金属板を用
い、ダイアフラム部３をＳｉＯ2，Ｓｉ3Ｎ4 等の絶縁膜
で形成しても前述と同様の効果が得られることは言うま
でもない。
【００２０】また、前述した実施例においては、ダイア
フラム部３の形成に異方性エッチングを用いた場合につ
いて説明したが、例えば弗酸と硝酸との混合液による等
方性エッチング等によるエッチング方法を用いても同様
に形成できることは言うまでもない。
【００２１】また、ダイアフラム部３の形成方法は、エ
ッチングに限られるものではなく、エンドミルやレーザ
等による加工でも形成可能であり、または半導体基板１
とダイアフラム部３とを別々に製作し、両者を貼り合わ
せて構成しても同様に形成できることは勿論である。
【００２２】
【発明の効果】以上、説明したように本発明による熱伝
導率検出器によれば、ガスの流れの影響を受けにくく、
さらにダスト，ミスト等が付着しにくい構成となるの
で、熱伝導率変化の測定を安定して高精度で行うことが
できるという極めて優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による熱伝導率検出器の一実施例による
構成を示す斜視図である。
【図２】図１のダイアフラム部の構成を示す平面図であ
る。
【図３】ダイアフラム部の他の実施例による構成を示す
平面図である。
【図４】ダイアフラム部のさらに他の実施例による構成
を示す平面図である。
【図５】ダイアフラム部の他の実施例による構成を示す
平面図である。
【図６】ダイアフラム部の他の実施例による構成を示す
平面図である。
【図７】ダイアフラム部の他の実施例による構成を示す
平面図である。
【符号の説明】
１ 半導体基板 ２ 開口部 ３ ダイアフラム部 ３Ａ ダイアフラム部 ３Ｂ ダイアフラム部 ３Ｃ ダイアフラム部 ３Ｄ ダイアフラム部 ３Ｅ ダイアフラム部 ３1 第１のダイアフラム部 ３2 第２のダイアフラム部 ４ ヒータエレメント ５ｌ 境界孔 ５ｒ 境界孔 ５ｕ 境界孔 ５ｄ 境界孔 ６ｌ スリット部 ６ｒ スリット部 ６ｕ スリット部 ６ｄ スリット部 ７ 測温抵抗エレメント Ｓ スリット
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 上運天 昭司 神奈川県藤沢市川名一丁目12番２号 山武 ハネウエル株式会社藤沢工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 基台の一部に空間を設けて薄肉状に形成
    されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に形成さ
    れた発熱部と、前記発熱部の周囲を挟むようにして設け
    られた一対のスリット状の境界孔とを備えたことを特徴
    とする熱伝導率検出器。
  2. 【請求項２】 請求項１において、前記一対のスリット
    状の境界孔の外側に複数個のスリットを備えたことを特
    徴とする熱伝導率検出器。
  3. 【請求項３】 基台の一部に空間を設けて薄肉状に形成
    されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に形成さ
    れた発熱部と、前記発熱部の周囲を挟むようにして設け
    られた二対のスリット状の境界孔とを備えたことを特徴
    とする熱伝導率検出器。
  4. 【請求項４】 請求項３において、前記二対のスリット
    状の境界孔の外側に複数個のスリットを備えたことを特
    徴とする熱伝導率検出器。
  5. 【請求項５】 基台の一部に空間を設けて薄肉状に形成
    されたダイアフラム部と、前記ダイアフラム部に形成さ
    れた発熱部と、前記発熱部の周囲を挟むようにして設け
    られた複数のスリット状の境界孔とを備えたことを特徴
    とする熱伝導率検出器。
  6. 【請求項６】 請求項５において、前記複数のスリット
    状の境界孔の外側に複数個のスリットを備えたことを特
    徴とする熱伝導率検出器。
JP3232461A 1991-08-21 1991-08-21 熱伝導率検出器 Expired - Lifetime JP2992848B2 (ja)

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