SOI -MEMS技術による熱式マイクロ?フーセンサ

摘要

MEMS技術を用いた熱式フローセンサの可能性を検討するため、特性シミュレーション及びプロトタイプの試作-評価を行った。最初に簡易モデルを用いて感度の金電極長さ依性について検討を行った。その結果U字型状先端部のみ熱が伝わる場合、抵抗全体に金電極を形成するのが最も効率的であることがわかった。金電極長の異なる4種類のプロトタプとヒータ·温度センサ間ギャップ長の異なる4種類のプロトタイプをSOI-MEMS技術を用いて試作し、DIP28セラミックパッケージに実装後、流量特性の評価を行つた。金電極長を長くしていくと感度は50%程度増加する結果となった。ヒータ·温度センサ間ギャップ長依存性についてはギャップ長が10μmから80μmへ増加すると感度が2.5倍程度向上する結果が得られた。これはフローがあるとき温度分布の変化の幅が、距離が離れている方が大きくなるためであると考えられる。今回試作したフローセンサにおいて、増幅前のプリッジ出力の単位換算した流量感度は0.1?0.2mV/(m/s)程度となった。これに対し同様な構造で誘電体膜ブリッジ上にPt薄膜のヒータと温度センサを形成したマイクロ ·フローセンサでは流量感度が0.2?1mV/(m/s)程度であり（11)、今回検討したSOI-MEMS技術によるマイク 口 ·フローセンサは若干感度が低くなつている反面、まだ形状最適化による感度改善の余地があり、また標準的な MEMS製造プロセスを用いているので、他センサとの集積化やシステムのコンパクト化が期待される。今後はこれらの結果をもとに設計最適化を行い、次期プロトタイプのマスク設計に反映させていく予定である。