JPH06258268A - センサ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 基板の凹部の上に形成された橋架薄膜絶縁体
の支持架橋部における破損の防止、更には、前記凹部に
落ち込んだゴミによる該凹部のつまりを防止し、更に
は、該凹部に落ち込んだゴミ等を容易に取り出させるこ
とのできるセンサを提供する。 【構成】 基板１０と、該基板１０に形成された凹部１
１と、基板１０より前記凹部１１の上に橋架された薄膜
絶縁体１２と、該薄膜絶縁体１２の上に配設された検出
素子１３より、該検出素子１３の抵抗変化より周囲雰囲
気の状態を検出する。前記凹部１１の中央部に凸起部１
４を有し、この凸起部１４によって、薄膜絶縁体１２の
橋架部１２ａが下方に押されても該凸起部１４により該
橋架部のそれ以上の変形を防止し、もって該薄膜絶縁体
１２が破損しないようにした。ゴミ等が凹部中央に集ま
らず、ゴミのつまりによる影響を受けない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【技術分野】本発明は、雰囲気センサの構造、より詳細
には、温度センサ、湿度センサ、ガスセンサ、フローセ
ンサ等として使用可能な雰囲気センサの構造に関する。

【０００２】

【従来技術】従来、ガスセンサとして、金属酸化物半導
体の内部に電極と、電極を兼ねたヒータを内蔵し、該金
属酸化物半導体をヒータにより加熱した時に該金属酸化
物半導体の抵抗値が該金属酸化物半導体の表面でのガス
吸着によって下がることを利用したものが提案されてい
るが、消費電力が大きく、乾電池駆動には適さないとい
う問題があった。この点を改良すべく、架橋構造や片持
梁構造等、空気中に張り出させた橋架部を設け、この橋
架部の上に金属酸化物半導体を形成するようにし、もっ
て、熱容量を可及的に小さくして応答特性を上げ、且つ
消費電力を低下させる試みが成されている。

【０００３】一方、ガスセンサにおいては、同様の構造
をもつ検出器を２個設け、一方の検出器を周囲雰囲気に
接触させてガス検出用として用い、他方の検出器を周囲
雰囲気に接触させない密封構造とし、この密封構造の検
出器にて周囲の温度を検出して温度補償をすることが行
なわれている。

【０００４】図３（ａ）,（ｂ）は、特開平３−９２７
５４号公報に開示された絶対湿度センサの一例を示す平
面図及び断面図で、図示のように、シリコンからなる第
１の基板１に、薄膜抵抗発熱体よりなる検出素子３を設
置する凹部６，７を形成し、基板１の表面に絶縁保護膜
を形成した上、薄膜抵抗発熱体よりなる検出素子３を前
記凹部に架橋支持するよう設置する。

【０００５】上記のように構成することにより、熱容量
を小さくした検出素子３の熱が直接基板に熱伝導するの
を抑えて、基板で構成した空間の気体の熱伝導により熱
平衝を保ち、小電力化と応答の高速化を図ることができ
るようにしている。

【０００６】また、第２の基板２にも基板１に対応する
位置に前記検出素子３用の空間を作るための凹部６，７
と、検出素子３のパッド部９を露出させるための切欠き
部を形成しておき、更に、基板２に接合用の低融点ガラ
スペースト５を図に斜線で示すパターンにスクリーン印
刷した上、前記ペースト中の溶剤を仮焼成で蒸発させ、
続いて参照素子の空間に封入する乾燥空気か一定の既知
の湿度の空気雰囲気中で、基板の１と２を対向させ、図
示のようにそれぞれの凹部で薄膜発熱体の検出素子３を
囲む空間を作る配置にした上、加熱で低融点ガラスを融
解して基板を接合させる。

【０００７】以上の接合により、参照側の空間６は外気
と遮断され常に一定の雰囲気に保たれる。この気密封止
される雰囲気は必ずしも大気圧でなくてもよい。このと
き同時に形成される検出側の空間７は対向する位置に接
合部の隙間で形成した通気孔８が構成される。

【０００８】以上のようにして構成にした湿度センサ
は、２つの検出素子３に電力によって一定のエネルギー
を供給して自己加熱させると、それぞれ参照用空間６と
検出用空間７の水蒸気量、即ち、絶対湿度に対応する空
間の熱伝導度によって放熱し、一定の温度になって、そ
れぞれ一定の抵抗値をもつので、その差をブリッジ回路
の非平衝電位の出力として検出して絶対湿度を計測する
ことができる。

【０００９】以上に、基板に形成した凹部の上に薄膜絶
縁体より成る検出素子を架橋し、その上に発熱抵抗体を
橋架配設してガスを検出したり、湿度を検出したりする
例について説明したが、同様にして架橋された薄膜絶対
体の上に配設された発熱抵抗体の熱放射に伴う該発熱抵
抗体の抵抗値の変化から、気体の流速（流量）を計測す
るフローセンサ、周囲温度を検出する温度センサ等につ
いても種々提案されている。

【００１０】斯様に、基板に形成された凹部上に薄膜絶
縁体を架橋し、その上に発熱抵抗体を配設し、該発熱体
の抵抗値の変化を利用して周囲雰囲気の状態を検出する
ようにしたセンサは既に種々提案されているが、検出感
度を上げるためには、熱容量を小さくする必要があり、
そのためには、橋架部の構造を極力小さくする必要があ
る。

【００１１】しかしながら、橋架部を小さくすると、該
橋架部を支持する架橋支持部の機械的強度が弱くなり、
機械的な振動等によって該橋架支持部が切断されてしま
う等の問題があった。

【００１２】

【目的】本発明は、上述のごとき実情に鑑みてなされた
もので、基板の凹部の上に形成された橋架薄膜絶縁体の
支持架橋部における破損の防止、更には、前記凹部に落
ち込んだゴミ等による詰りの影響をなくし、更には、該
凹部に落ち込んだゴミを容易に取り出させることのでき
るセンサを提供しようとするものである。

【００１３】

【構成】本発明は、上記目的を達成するために、（１）
基板と、該基板に形成された凹部と、前記基板より前記
凹部の上に橋架された薄膜絶縁体と、該薄膜絶縁体の上
に配設された検出素子より成り、該検出素子の抵抗変化
より周囲雰囲気の状態を検出するセンサにおいて、前記
凹部の中央部に凸起部を有すること、更には、（２）前
記凸起部及び前記凹部の周面が上部開口部が広面積にな
るように傾斜面に形成されていることを特徴としたもの
である。以下、本発明の実施例に基づいて説明する。

【００１４】図１は、本発明によるセンサの一例を説明
するための図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）
図のＢ−Ｂ線断面図で、同図は、湿度計の一方のセンサ
（検出センサ）として使用する場合の一例を示す。図１
において、１０はシリコン等の基板、１１は該基板１０
に形成された凹部、１２は該凹部１１の上に橋架された
薄膜絶縁体、１３は該薄膜絶縁体１２の上に配設された
発熱抵抗体で、薄膜抵抗体１２は橋架支持部１２ｂを介
して前記凹部１１の上部に延長し、該凹部１１の上部に
おいて橋架部１２ａを構成し、該橋架部１２ａの上に発
熱抵抗体１３が配設されている。他方のセンサ（基準セ
ンサ）も全く同様の構成されるが、この場合は、発熱抵
抗体１３部が外気から遮断されている。

【００１５】本発明は、これら検出用及び基準用のいず
れのセンサにも適用できるもので、図示のように、凹部
１１の中央部に凸起部１４を有することを特徴とする。
この凸起部１４は、凹部１１の深さと等しいか、それよ
りやや低く形成されており、これによって、薄膜絶縁体
の橋架部１２ａが下方に押されても、該凸起部１４で受
けるので、該橋架部１２ａにそれ以上の応力が加わら
ず、薄膜絶縁体１２を機械的な破損から防止することが
できる。

【００１６】前述の凹部は、Ｓｉ基板１０をエッチング
することによって形成するが、このエッチングは、例え
ば、Ｓｉ基板１０の上面を異方性エッチングすることに
よって形成することができる。

【００１７】図２は、上述のごとき凸起部１４の形成方
法を説明するための図で、（ａ）図は初期平面図、
（ｂ）図は（ａ）図のＢ−Ｂ線断面図で、（ａ）,
（ｂ）図に示すように、まず、シリコン等の基板１０の
上に薄膜絶縁体１２、発熱抵抗体１３を配設した後、薄
膜絶縁体１２に、これから形成しようとする凹部の大き
さに見合った位置（図示の場合、四角形の凹部の四隅）
に切欠き部１２′を設ける。この切欠き部１２′よりＮ
ａＯＨ，ＫａＯＨ液等で異方性エッチングすると、シリ
コン基板１０の（１１１）面はほとんどエッチングされ
ず、（ｃ）,（ｄ）図に示すように、（１１１）面に沿
って斜め下方にエッチングされていき、（ｄ）図に示す
ように、中央部の凸起部１４が薄膜絶縁体１２からわず
かに離れた時（凸起部１４の高さが凹部１１の深さより
やや低くなった時）にエッチングを止める。（ｅ）図
は、（ｄ）図のＤ−Ｄ線方向から見た図で、上述のごと
くすることによって、薄膜絶縁体の橋架部１２ａの下に
凸起部１４を形成することができ、これによって、薄膜
絶縁体１２が下方に押されても、該凸起部１４によっ
て、所定量以上に押し下げることができず、従って、薄
膜絶縁体１２の破損を防止することができる。

【００１８】更に、上述のごとくして凹部及び凸起部を
エッチング加工すると、これら凹部や凸部の周囲が上方
開口部が広くなるように傾斜面に形成され、しかも、凹
部のほぼ中央部に凸起部があるため、凹部内に入ったゴ
ミは、薄膜絶縁体１２の橋架部１２ａの下に集まるよう
なことはなく、従って、ゴミなどのつまりによる影響が
なく、しかも、凹部内に入ったゴミを容易に取り出すこ
とができる。

【００１９】

【効果】以上の説明から明らかなように、本発明による
と、基板に形成された凹部の上に片持梁式に張り出し
て、或いは、両持梁式に架橋されて形成された薄膜絶縁
体の破損を防止し、更には、前記凹部内に入った切削屑
等のゴミが凹部周辺に集まり、ゴミのつまりによる影響
がなく、しかも、凹部内に入ったゴミを容易に取り出す
ことのできるセンサを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明によるセンサの一実施例を説明するた
めの構成図で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図
のＢ−Ｂ線断面図である。

【図２】 本発明によるセンサの作り方の一例を説明す
るための工程図である。

【図３】 従来のセンサの一例を説明するための構成図
で、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は（ａ）図のｂ−ｂ線
断面図である。

【符号の説明】

１０…基板、１１…凹部、１２…薄膜絶縁体、１２ａ…
橋架部、１２ｂ…橋架支持部、１３…発熱抵抗体、１４
…凸起部、１１ａ，１４ａ…側壁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板と、該基板に形成された凹部と、前
   記基板より前記凹部の上に橋架された薄膜絶縁体と、該
   薄膜絶縁体の上に配設された検出素子より成り、該検出
   素子の抵抗変化より周囲雰囲気の状態を検出するセンサ
   において、前記凹部の中央部に凸起部を有することを特
   徴とするセンサ。
2. 【請求項２】 前記凸起部及び前記凹部の周面が上部開
   口部が広面積になるように傾斜面に形成されていること
   を特徴とする請求項１記載のセンサ。