【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】本発明は、ガス通路内を流れるガス流の偏向状態またはガス流量の変化状態などを感熱抵抗素子を用いて電気的に検出するガスフローセンサに係り、特に、半導体基板を用いたマイクロマシニング加工によってガス通路が形成される半導体ガスフローセンサに関する。 【０００２】 【従来の技術】ガスフローセンサの一種として、ポンプによってガス通路内にガスを定常的に送りながら、センサ本体に角速度が作用したときのガス通路内を流れるガス流の偏向状態を、そのガス通路内にガス流の偏向方向に並設された一対の感熱抵抗素子としてのヒートワイヤによって検出するようにしたガスレートセンサがある。
最近、この種のガスレートセンサにあっては、ガス通路およびそのガス通路内に設けられるヒートワイヤ対からなるセンサ本体部分が、ＩＣ製造技術を利用した半導体基板のマイクロマシニング加工によって形成されたものが開発されている（特開平３−２９８５８号公報参照）。 【０００３】この種のガスレートセンサにおけるセンサ本体としては、図２ないし図４に示すように、半溝４１
がエッチングによって形成された下側半導体基板１と上側半導体基板２とを、それぞれの半溝４１をつき合せるように重ねて、両者を接合させることによってガス通路４を構成するようにしている。 【０００４】しかして、このようなものでは下側半導体基板１と上側半導体基板２とを接合する際、その接合を強固にするとともに、その接合部からガスが漏れることがないように気密性を確保する必要がある。 【０００５】従来、半導体基板を接合する技術として、
圧力センサを構成するべくマイクロマシニング加工された２つの半導体基板を接合するに際して、その接合を強固に、かつ気密性をもって密着性良く行わせるための半田材料としてガラスを用いて、２つの半導体基板を重ね合せて加圧した状態で約４７０℃まで加熱して両者を接合させるようにしたものがある（特開昭５８−５６４７
６号公報参照）。 【０００６】しかし、そのような接合方法によれば、圧力センサを構成する２つの半導体基板を接合する場合には特に問題ないが、ガス通路内に感熱抵抗素子が配設されているガスフローセンサの場合、２つの半導体基板を接合するための半田材料としてガラスを用いて高温で加熱すると、その感熱抵抗素子の特性が損なわれてしまうという問題がある。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】解決しようとする問題点は、半導体ガスフローセンサにあって、ガス通路を形成するべくマイクロマシニング加工された２つの半導体基板を重ねて、半田材料を用いて圧力を加えながら加熱することにより両者を密着性良く接合する場合、その半田材料の加熱温度が高くて、ガス通路内に配設される感熱抵抗素子に悪影響を与えてしまうことである。 【０００８】 【課題を解決するための手段】本発明は、少なくとも一方にガス通路となる溝がエッチングによって形成された２つの半導体基板を重ねて接合することによってガス通路を形成するようにした半導体ガスフローセンサにあって、その各半導体基板を強固に、かつ気密性をもって密着性良く接合する目的をもって、また、接合のための半田材料の加熱温度がガス通路内に配設される感熱抵抗素子に悪影響を与えることがないように、比較的低い加熱温度で合金化することのできる異種金属を半田材料として用いて、各半導体基板の接合面に異種金属による半田材料をそれぞれ膜形成したうえで、加圧した状態で加熱することによって両半導体基板を合金接合させるようにしている。 【０００９】 【実施例】以下、半導体ガスレートセンサの場合について、本発明を説明する。 【００１０】半導体ガスレートセンサとしては、そのセンサ本体が、図２ないし図４に示すように、半溝４１がエッチングによって形成された下側半導体基板１と上側半導体基板２とを、それぞれの半溝４１をつき合せるように重ねて、両者を接合させることによってガス通路４
を構成するようにしている。 【００１１】そして、下側半導体基板１には、その下側半導体基板１をエッチングしてガス通路４にかかるブリッジ部６が形成され、そのブリッジ部６の上面には一対のヒートワイヤ５１，５２がパターン成形されている。 【００１２】なお、ここでは、下側半導体基板１と上側半導体基板２とにはそれぞれエッチングにより半孔３１
が形成されており、それらの半孔３１をつき合せることによってマイクロポンプから送られてきたガスをガス通路４内に噴出させるノズル孔３が構成されている。 【００１３】しかして、このようにセンサ本体が構成された半導体ガスレートセンサにあっては、図示しないマイクロポンプの駆動によってセンサ本体におけるノズル孔３からガス通路４内にガスが定常的に層流として送り込まれ、センサ本体に角速度が作用したときのガス流の偏向状態を、そのガス通路４内に設けられた一対のヒートワイヤ５１，５２によって各抵抗値の変化としてとらえて、基準抵抗とともに構成されたブリッジ回路から角速度検出信号が得られることになる。 【００１４】このように構成されたものにあって、本発明では、下側半導体基板１と上側半導体基板２とを重ねて接合する場合、比較的低い加熱温度で合金化することのできる異種金属を半田材料として用いて、各半導体基板の接合面に異種金属による半田材料をそれぞれ膜形成したうえで、加圧した状態で加熱することによって両半導体基板１，２を合金接合させるようにしたことを特徴としている。 【００１５】具体的には、図１に示すように、下側半導体（Ｓｉ）基板１と上側半導体（Ｓｉ）基板２との各接合面に、接合基材としてのチタンＴｉをそれぞれ蒸着によって膜形成したうえで、そのうえから、下側半導体基板１側には加熱によって合金化される異種金属からなる半田材料の一方としての金Ａｕを蒸着によって膜形成し、上側半導体基板２側にはその半田材料の他方としての錫Ｓｎを蒸着によって膜形成するようにする。 【００１６】チタンＴｉからなる接合基材は、合金接合された下側半導体基板１と上側半導体基板２との密着性を向上させるために必要に応じて設けられるもので、チタンＴｉの代わりにニッケルＮｉや白金Ｐｔなどを用いてもよい。 【００１７】そして、例えば、Ｔｉ層を５００ｎｍ程度の厚さとしたうえで、Ａｕが２０％，Ｓｎが８０％の合金となるように、Ａｕ層を１μｍ，Ｓｎ層を０．６６μ
ｍ程度の厚さに形成し、下側半導体基板１と上側半導体基板２とを重ねた上に１Ｋｇ／ｃｍ ２程度の錘をのせて加圧した状態で、約２５０〜４００℃の温度で５分間加熱することにより、半田材料の合金化が均一に進行して、下側半導体基板１と上側半導体基板２との接合が強固に、かつ気密性をもって密着性良く行われる。 【００１８】その際、半田材料の合金化が進行するにしたがって接合強度が強くなり、またＡｕ層とＳｎ層との当接面が消失して気密性が確保されるようになる。 【００１９】また、ＡｕおよびＳｎからなる半田材料を加熱して合金化を図る際、単体材料の融点よりも低い温度で合金化を進行させることができるので、低温加熱が可能になり、その加熱によってヒートワイヤ５１，５２
の感熱抵抗特性を何ら劣化させることなく、下側半導体基板１と上側半導体基板２とを合金接合させることができるようになる。 【００２０】したがって、加熱温度を適正に選定することにより、半田材料の合金化を良好に進行させながら、
しかも半田材料がやわらかくなって接合面からはみ出すようなことなく、その合金接合を最適に行わせることができる。 【００２１】その際、加熱温度が２５０℃よりも低いと合金化の進行が悪くなって接合状態が低下し、また、４
００℃よりも高いと半田材料が接合面からはみ出してしまう。 【００２２】なお、下側半導体基板１と上側半導体基板２とを接合させる半田として単体材料を用いるのでは、
その半田材料がやわらかくなるまで加熱する必要があり、半田材料が接合面からはみ出してしまう。 【００２３】 【発明の効果】以上、本発明による半導体ガスフローセンサにあっては、少なくとも一方にガス通路となる溝がエッチングによって形成された２つの半導体基板を重ねて接合することによってガス通路を形成するようにした、ガス流の変化を感熱抵抗素子によって検出する半導体ガスフローセンサにおいて、各半導体基板の接合面に、加熱によって合金化される異種金属からなる半田材料をそれぞれ膜形成したうえで、加圧した状態で加熱することによって両半導体基板を合金接合させるようにしたもので、その各半導体基板を強固に、かつ気密性をもって密着性良く接合することができ、また、比較的低い加熱温度で半田材料を合金化することができて、ガス通路内に配設される感熱抵抗素子に悪影響を与えることなく各半導体基板の接合を行わせることができるという利点を有している。 【図面の簡単な説明】 【図１】本発明の一実施例による半導体ガスフローセンサにおけるガス通路となる溝が形成された２つの半導体基板を重ねて接合する状態を示す正面図である。 【図２】半導体ガスフローセンサのセンサ本体の一構成例を示す斜視図である。 【図３】図２に示したセンサ本体における下側半導体基板の平面図である。 【図４】図２に示すセンサ本体の正断面図である。 【符号の説明】 １ 下側半導体基板 ２ 上側半導体基板 ３ ノズル孔 ４ ガス通路 ５１ ヒートワイヤ ５２ ヒートワイヤ |
