MEMSマイクロヒータ用温度コントローラの動特性解析技術

摘要

電子や正孔の移動現象に比べて変化する速度の遅い伝熱現象を利用するセンサの高応答化は難しいとされてきたが、近年のMEMS（Micro Electro Mechanical Systems）技術の微細化の進展により、熱容量が極めて小さいマイクロヒータの製作が可能になり、熱型フローセンサに代表される高応答なセンサが実現され始めた。MEMS技術を用いて製作したセンサは高感度、高応答、小型、低消費電力、安価などの優位な特徴を備える一方、機械的強度や熱的安定性に関する課題が知られている。特に、マイクロヒータは熱容量が小さいため過渡時の過昇温によるヒータ素子の損傷が課題になる。このため、温度コントローラの動特性を適正に設計する技術は重要である。一方で、MEMSセンサ市場での競争は激しさを増しており、センサ開発期間は急速に短くなっている。しかし、マイクロヒータの熱的な応答特性を事前に把握する技術はこれまで報告されておらず、効率的な開発を阻害する要因となっていた。このため本研究では、マイクロヒータ周囲の伝熱現象と電気的特性をモデル化し、温度コントローラの動特性を簡便に評価·設計する技術を開発した。