專利名稱：紅外線氣體分析器的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用紅外光測量氣體濃度的紅外線氣體分析器，尤其涉及一種可簡便裝配并可降低成本的紅外線氣體分析器。
背景技術：
與紅外線氣體分析器及隨其使用的流量傳感器相關的技術文獻如下[非專利文獻1]普通說明書，“IR400紅外線氣體分析器”2002年5月，第一版，p5，由Yokogawa電氣公司發(fā)行。
公布號為2002-131230的未審核的日本專利。
公布號為2002-081982的未審核的日本專利。
圖8是迄今常用的相關技術實例的結構的圖示。圖9是圖8的概念圖示。圖10是圖8中橋接電路的圖示。圖11是圖8中主要部分結構的圖示。圖12是圖11中主要部分結構的圖示。
在圖8中，從紅外光源1發(fā)出的紅外光被分配單元2分成兩部分，一部分入射到參考單元3而另一部分入射到采樣單元4。不含任何測量目標成分的氣體，如惰性氣體，被填充到參考單元3。采樣氣體在采樣單元4內(nèi)流動。
因此，被分配單元2分成兩部分的紅外光只在采樣單元4內(nèi)被測量目標成分吸收并到達檢測器5。
檢測器5由用于接受來自參考單元3的光線的參考室501與用于接受來自采樣單元4的光線的采樣室502組成，且用于檢測氣體的往來的熱流量傳感器51附著在連接兩室501和502的氣流道上。包含作為測量目標的相同成分的氣體(檢測氣體)被填充到檢測器5中，并且當紅外光從參考單元3和采樣單元4入射到檢測器5上時，該檢測氣體中的測量目標成分吸收所述紅外光，因此，該檢測氣體在參考室501和采樣室502中發(fā)生熱膨脹。
由于參考單元3中的參考氣體不包含測量目標成分，因此不會發(fā)生通過參考單元3的紅外光被測量目標成分所吸收。如果采樣單元4中的采樣氣體包含測量目標成分，則紅外光的一部分會在那里被吸收。因此，在檢測器5中，入射到采樣室502上的紅外光減少了，且參考室501中的檢測氣體的熱膨脹大于采樣室502中檢測氣體的熱膨脹。
紅外光由旋轉扇面6重復切斷和照射。當紅外光被切斷時，它既不入射到參考室501也不入射到采樣室502，因此檢測氣體不會膨脹。
因此，響應于采樣氣體中測量目標成分的濃度而在參考室501和采樣室502之間發(fā)生周期性差壓，并且該檢測氣體在兩室之間的氣流道中往來。檢測氣體的行為由熱流量傳感器51檢測并由信號處理電路7進行交流電壓放大，并且將結果作為對應于該測量目標成分濃度的信號輸出。
數(shù)字8表示用于驅動旋轉扇面6的一個同步電機，而數(shù)字9表示用于調整入射到參考單元3的紅外光與入射到采樣單元4的紅外光之間的平衡的一個調整器。
因此，如果采樣氣體中的測量目標成分濃度改變了，那么入射到檢測器5(采樣室502)上的紅外光的光量改變，從而通過信號處理電路7可獲得對應于測量目標成分濃度的輸出信號。
圖9是圖8中的概念圖示。
在圖9中，假設箭頭Usig是由于紅外光的吸收而在氣流道中發(fā)生的檢測氣體的移動方向，組成熱流量傳感器51的第一加熱線511和第二加熱線512以預定間距沿著移動(流動)方向Usig(箭頭Usig)排列并響應于檢測氣體的移動而發(fā)生溫度(電阻值)的變化。
也就是說，當氣流道中的檢測氣體移動時，上游加熱線被檢測氣體冷卻而下游加熱線被上游加熱線的熱量加熱，因此在兩個加熱線之間產(chǎn)生了溫度差。
使用圖10中的橋接電路來檢測在兩個加熱線511和512之間的溫度變化(電阻值變化)。在圖10中，R1和R2表示比較電阻。
圖11是圖8中的主要部分結構的圖示，也是示出相關技術里的檢測器一個實例的結構的圖示。圖12是圖11中的主要部分結構的圖示，也是示出流量傳感器單元一個實例的結構的圖示。
在圖11中，被密封的參考室501和采樣室502位于圖的左邊和右邊。
參考室501和采樣室502通過氣流道503來與嵌入圖中央的流量傳感器單元504相連通。
流量傳感器單元504具有一種結構，若入射到參考室501和采樣室502的紅外光量之間有差值，則該結構用于檢測出相應氣體的流量。
數(shù)字505表示用于保持流量傳感器單元504與檢測器5密封的蓋子。
圖12是流量傳感器單元504的詳細圖示。
在流量傳感器單元機身5041內(nèi)提供了片基部分5042。
在片基部分5042中，根據(jù)相同的半導體工藝處理過程形成的兩個金屬薄膜加熱部分610和620相互疊放以形成流量傳感器。
金屬薄膜加熱部分610和620在硅基底部分611和621的表面上形成有金屬薄膜制成的加熱線612和622，且采用各向異性蝕刻法將位于加熱線612和622的較低部分的硅基底去除以便為氣體流動形成通孔613和623。
因此，兩個金屬薄膜加熱部分610和620被相互疊放，由此，可保持兩個加熱線612和622具有對應于硅基底部分611和621的厚度的間距，并且兩個加熱線612和622可被放置在氣流道630內(nèi)。
數(shù)字5043表示保持流過金屬薄膜加熱部分610和602的氣流道630的密封性的蓋子部分。
然而，這種設備含有關于安裝特性和密封特性的流動問題(1)很多密封都面臨保持氣體密封性存在的問題，且結構復雜。
(2)用于容納流量傳感器單元504的室被放置在參考室501和采樣室502之間，并且氣流道503和氣流道630需要對齊以便相互連通，且需要提供密封來防止氣體從氣流道503和氣流道630中泄漏，導致復雜的裝配步驟(實際上是結合步驟)。
(3)因此，裝配部分的數(shù)量增加了，且需要裝配步驟，從而引起成本上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的實施例提供了一種可簡單裝配且可降低成本的紅外線氣體分析器。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第一方面，提供了一種紅外線氣體分析器，包含一個平行于檢測器的一面設置的氣流道；一個基底，其具有平行于所述氣流道的氣流方向放置的平板，和在所述基底的所述平板上制成的一個孔；以及一個流量傳感器，其包含兩個以預定間距垂直于氣流方向橫跨所述孔放置于所述基底上的加熱電阻。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第二方面，在第一方面的紅外線氣體分析器中，氣流道包含形成于在檢測器一面上提供的墊片里的通道。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第三方面，在第一方面的紅外線氣體分析器中，氣流道包含位于檢測器一面上的凹進部分。根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第四方面，在第一方面的紅外線氣體分析器中，根據(jù)半導體加工工藝形成加熱電阻。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第五方面，在第一方面的紅外線氣體分析器中，基底是一個具有凹進部分的半導體基底，并且該凹進部分和加熱電阻通過蝕刻法形成在半導體基底中。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第六方面，在第五方面的紅外線氣體分析器中，凹進部分被用作氣流道。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第七方面，在第一方面的紅外線氣體分析器中，兩個加熱電阻是成對的并且流量傳感器包含多個加熱電阻。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第八方面，第一方面的紅外線氣體分析器包含用于連接提供在基底上的加熱電阻的布線圖。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第九方面，在第一方面的紅外線氣體分析器中，加熱電阻組成一個橋接電路。
根據(jù)本發(fā)明的一個或多個實施例的第十方面，在第一方面的紅外線氣體分析器中，基底是硅樹脂基底，且通過各向異性蝕刻法在硅樹脂基底上形成孔。
各種實現(xiàn)可包含一個或多個以下優(yōu)越性。例如，氣流道平行于氣體單元主體的一面設置，以便以很少的步驟容易地形成紅外線氣體分析器的檢測器所需的氣流道，并且可提供一種制造成本可降低的紅外線分析器。
此外，氣流道被實現(xiàn)為在檢測器一面的墊片內(nèi)形成的通道，以提供一種紅外線氣體分析器，該紅外線氣體分析器中，當對墊片進行沖壓時，可容易地形成復雜形狀的氣流道。
此外，氣流道被實現(xiàn)為提供在檢測器一面上的凹進部分，從而在檢測器的一面中挖孔并可容易地形成氣流道，并且，由于氣流道的周圍側面被實現(xiàn)為檢測器的一面，所以無需密封，而且可提供便宜的紅外線氣體分析器。
此外，根據(jù)半導體加工工藝形成了加熱電阻，從而通過應用該半導體加工工藝可更容易地提供一種具有尺寸精確性良好的加熱電阻的紅外線氣體分析器。
此外，加熱電阻被實現(xiàn)為帶有通過蝕刻法形成的凹進部分的半導體基底，以提供一種不需要用來覆蓋加熱電阻的蓋子部分的紅外線氣體分析器。
此外，凹進部分被用作氣流道，以提供一種具有根據(jù)半導體加工工藝形成的尺寸精確性良好的氣流道的紅外線氣體分析器。
此外，兩個加熱電阻是成對的，且提供了多個加熱電阻，以提供一種信號量增加且敏感性提高了的紅外線氣體分析器。
在本發(fā)明中，可提供一種實現(xiàn)時不會增加制造步驟數(shù)目且不會使制造過程復雜的紅外線氣體分析器。另一方面，在相關技術實例中，如果試圖實現(xiàn)類似結構，那么需要鋪設大量基底而又保持密封性的技術，且很難或不可能實現(xiàn)類似結構。
此外，根據(jù)半導體加工工藝形成了用于連接位于基底上的加熱電阻的布線圖。
因此，到目前為止，是通過手工焊接將加熱電阻線連；電阻對的數(shù)目增加使得焊接工作量變大。在本發(fā)明中可提供一種紅外線氣體分析器，該紅外線氣體分析器可根據(jù)常用于半導體加工工藝中的布線圖生成工藝被穩(wěn)定地批量形成。
此外，加熱電阻組成了橋接電路，從而在布線圖上設計并形成必要的橋檢測電路，由此，可提供一種紅外線氣體分析器，其中能以少量的步驟容易地實現(xiàn)橋檢測電路。
此外，基底的孔通過各向異性蝕刻法被形成在硅樹脂基底中，從而應用了半導體加工工藝，由此可成批形成大量流量傳感器孔，并可提供能有助于成本降低的紅外線氣體分析器。
其它特征和優(yōu)越性從以下的詳細描述、附圖及權利要求中更明顯。


在附圖中圖1是本發(fā)明的一個實施例的主要部分配置的圖示；圖2是圖1中主要部分的詳細圖示；圖3是圖2的側視圖；圖4是示出圖2的一個使用實例的圖；圖5是圖2的操作圖示；圖6是本發(fā)明的另一實施例的主要部分配置的圖示；圖7是本發(fā)明的另一實施例的主要部分配置的圖示；圖8是迄今常使用的相關技術的配置的圖示；圖9是圖8中的概念圖示；圖10是圖8中橋接電路的圖示；圖11是圖8中的主要部分配置的圖示，以及圖12是圖11中的主要部分配置的圖示。
具體實施例方式
根據(jù)附圖將詳細討論本發(fā)明。
圖1是本發(fā)明的一個實施例的主要部分配置的圖示，而圖2是圖1中主要部分的詳細圖示，其中使用了兩對加熱電阻。
圖3是圖2的側視圖，圖4是示出圖2的一個使用實例的圖，而圖5是圖2的操作圖示。在圖1到5中那些關于圖8和圖11的與以前描述相同的部分用同樣的參考數(shù)字來表示。
下面將只討論與圖8和圖11中的相關工藝實例的差別氣流道71平行于檢測器5的一面被提供。
基底72具有與氣流道71的氣流方向平行放置的平板。
如圖2所示，孔73制造在基底72的平板中。
兩個加熱電阻74和75以預定間距垂直于氣流方向橫跨孔73放置在基底上。
密封部分76提供成在檢測器5的一個表面和基底72之間以密封氣流道71的側面周圍。在此情況下，使用了墊片。
蓋子部分77被放置來覆蓋基底72以密封氣流道71的上表面。
在此情況下，兩個加熱電阻74和75是成對的，且提供了兩對加熱電阻74a和75a以及74b和75b。
在此情況下，根據(jù)半導體加工工藝形成了加熱電阻74a、75a、74b及75b。
基底72形成有根據(jù)半導體加工工藝來將加熱電阻74a、75a、74b及75b進行電連接的布線圖(未示出)。
加熱電阻74a、75a、74b及75b組成了如圖5所示的橋接電路。
在此情況下，基底72的孔73通過各向異性蝕刻法被形成在硅基底72上。
在此情況下，在硅基底72與加熱電阻74和75之間提供絕緣層。
A表示上游加熱電阻74與下游加熱電阻75之間的間距，而B表示兩組加熱電阻之間的間距。
在圖5中，數(shù)字81和82表示比較電阻，數(shù)字83表示橋輸出終端，數(shù)字84表示橋電壓Vb，而數(shù)字85表示COM電位。
簡言之，在本實施例中，紅外線氣體傳感器形成在一個硅基底72上。根據(jù)諸如各向異性蝕刻法的工藝生成的蝕刻孔73形成在硅基底72的一部分中。
絕緣層78作為電絕緣層被形成在硅基底72的表面上，而電阻74a、75a、74b及75b擺放在絕緣層78上。電阻74a、75a、74b及75b的一部分橫跨在蝕刻孔73的空部分且浮架著沒有支撐部分。該浮架部分被加熱并且用作流量檢測部分。
簡言之，(1)氣流道71被提供在檢測器5的一面上。
(2)半導體布線工藝過程被用作電阻74a、75a、74b及75b的形成方法，使得在同一基底72表面上形成了在相關技術實例中常使用的獨立形成且相互堆疊的上游加熱線612和下游加熱線622。
(3)位于氣體上游的加熱電阻74a和75a以及位于恰好在上游加熱電阻74a和75a的下游的加熱電阻74b和75b成對地形成在基底72上。下文中，成對的加熱電阻將被引用作“差動電阻”。
在上游及下游加熱電阻74a、75a、74b及75b之間的距離大大影響了流速靈敏度和測量范圍。參數(shù)由氣體單元的特性來被確定。
(4)在同一基底72上形成并連接了至少一對或多對“差動電阻”。
為鋪設多個“差動電阻”，在氣體流動方向上成排地形成電阻的方法作為典型實例被利用。
(5)圖5示出了用于測量氣體線速度的橋檢測電路的實例。在此實例中，在成對的差動電阻74和75里，上游差動電阻74a和74b連接而下游差動電阻75a和75b連接，作為整體形成了半橋電路。
在被描述的配置中，參考室501和采樣室502通過氣流道503和氣流道71來連通，且由加熱電阻74和75檢測氣流。
因此，在檢測器5的一面上提供了用于檢測從參考室501和采樣室502產(chǎn)生的氣體的流量的氣流道71，在該檢測器5中提供了參考室501和采樣室502并且平行于表面部分提供了陣列流量傳感器，由此，紅外線氣體分析器的氣體單元所需的氣流道71可在很少的步驟內(nèi)被容易地形成，且可提供便宜的紅外線氣體分析器。
可采用這樣的方式來提供具有更寬的裝配選擇靈活性的紅外線氣體分析器，即氣流道71不僅使用粘合劑密封，還通過用螺釘緊固兩個裝配面之間的密封件(墊片、O環(huán)等)來密封。
由于氣流道71被實現(xiàn)為通過對形成在檢測器表面上的墊片76進行沖孔而形成的通道，因此可提供一種紅外線氣體分析器，其中復雜形狀的氣流道可通過對墊片76進行沖孔而容易地形成。
由于根據(jù)半導體加工工藝形成了加熱電阻74a、75a、74b及75b，所以可通過應用該半導體加工工藝更容易地提供一種具有尺寸精確性良好的加熱電阻的紅外線氣體分析器。
由于加熱電阻74a、75a、74b及75b被成對地提供，所以可提供一種信號量增加且靈敏度提高了的紅外線氣體分析器。
在本發(fā)明中，可提供一種在實現(xiàn)時不會增加制造步驟數(shù)量且不會使制造過程復雜的紅外線氣體分析器。另一方面，在相關技術實例中，如果試圖實現(xiàn)類似結構，那么需要一種鋪設大量基底而又保持密封性的技術，且很難或不可能實現(xiàn)類似結構。
根據(jù)半導體加工工藝來形成用于連接提供在基底72上的加熱電阻74a、75a、74b及75b的布線圖。
因此，到目前為止，在相關技術中通過手工焊接來將加熱電阻線連；電阻對的數(shù)目增加使得焊接工作量變大。在本發(fā)明中可提供一種紅外線氣體分析器，該紅外線氣體分析器可根據(jù)常用于半導體加工工藝中的布線圖生成工藝來被穩(wěn)定地批量形成。
由于加熱電阻74a、75a、74b及75b組成了橋接電路，因此在布線圖上設計并形成了必要的橋檢測電路，由此，可提供一種紅外線氣體分析器，其中橋檢測電路可由很少的步驟被容易地實現(xiàn)。
由于基底的孔73通過各向異性蝕刻法被形成在硅基底72中，因此應用了半導體加工工藝，由此，可成批形成大量的流量傳感器孔，并且可提供有助于成本降低的紅外線氣體分析器。
圖6是本發(fā)明的另一實施例的主要部分配置的圖示。
在本實施例中，氣流道86被實現(xiàn)為在檢測器5的一面上制成的凹進部分506。
因此，該氣流道86被實現(xiàn)為在檢測器5的一面上制成的凹進部分506，從而在檢測器5的一面中挖孔并可容易地形成該氣流道，而且，由于該氣流道86的周圍側面被實現(xiàn)為檢測器5的一個表面，因此無需密封，并且可提供一種便宜的紅外線氣體分析器。
圖7是本發(fā)明的另一實施例的主要部分配置的圖示。
在本實施例中，半導體基底87包含凹進部分871，且加熱電阻74a、75a、74b和75b以及凹進部分871通過蝕刻法形成在半導體基底87上。
該凹進部分871被用作氣流道88。
因此，該凹進部分871被用作氣流道，以便可提供一種紅外線氣體分析器，該紅外線氣體分析器具有根據(jù)該半導體加工工藝而形成的尺寸精確性良好的氣流道88。
在圖5中，為描述方便，參照附圖將加熱電阻74a、75a、74b及75b的連接描述為它們從外部相連接，但它們可根據(jù)半導體上的布線圖來連接，當然，該連接工作可被省略并簡化。
用于描述本發(fā)明的加熱電阻74a、75a、74b及75b被簡化了以便易于理解本發(fā)明，當然加熱電阻74a、75a、74b及75b是那些包含了多折形狀(曲折形狀)的電阻。
上面描述的本發(fā)明的具體最佳實施例只是說明本發(fā)明的描述。
因此，需要理解的是本發(fā)明并不局限于上面描述的具體最佳實施例，且本發(fā)明包含各種變化和改動而不會脫離本發(fā)明的主旨和范圍。
權利要求
1.一種紅外線氣體分析器，包含一個平行于檢測器的一面設置的氣流道；一個基底，其具有平行于所述氣流道的氣流方向放置的平板，和在所述基底的所述平板上制成的一個孔；以及一個流量傳感器，其包含兩個以預定間距垂直于氣流方向橫跨所述孔放置在所述基底上的加熱電阻。
2.根據(jù)權利要求1的紅外線氣體分析器，其中所述氣流道包含一個形成于在檢測器一面上提供的墊片內(nèi)的通道。
3.根據(jù)權利要求1的紅外線氣體分析器，其中所述氣流道包含位于檢測器一面上的凹進部分。
4.根據(jù)權利要求1的紅外線氣體分析器，其中所述加熱電阻是按照一種半導體加工工藝而形成的。
5.根據(jù)權利要求1的紅外線氣體分析器，其中所述基底是一種具有凹進部分的半導體基底，且所述凹進部分和所述加熱電阻通過蝕刻法形成在所述半導體基底中。
6.根據(jù)權利要求5的紅外線氣體分析器，其中所述凹進部分被用作所述氣流道。
7.根據(jù)權利要求1的紅外線氣體分析器，其中所述的兩個加熱電阻是成對的，且所述流量傳感器包含多個加熱電阻。
8.根據(jù)權利要求1的紅外線氣體分析器，包含用于連接提供在所述基底上的所述加熱電阻的布線圖。
9.根據(jù)權利要求1的紅外線氣體分析器，其中所述加熱電阻形成橋接電路。
10.根據(jù)權利要求1的紅外線氣體分析器，其中所述基底是硅樹脂基底，而所述孔通過各向異性蝕刻法形成在所述硅樹脂基底上。
全文摘要
一種紅外線氣體分析器，包含在兩個加熱電阻保持給定間距的狀態(tài)下放置于氣流道中的一個流量傳感器。該紅外線氣體分析器還包含一個基底，該基底具有平行于所述氣流道的氣流方向放置的平板，以及在該基底的平板上的一個孔。該氣流道平行于檢測器的一面而設置。兩個加熱電阻以預定間距垂直于氣流方向橫跨的該孔來放置在基底上。
文檔編號H05B3/10GK1920528SQ20061010997
公開日2007年2月28日 申請日期2006年8月25日 優(yōu)先權日2005年8月25日
發(fā)明者山岸秀章, 松尾純一, 南光智昭, 松村茂 申請人:橫河電機株式會社