JP2001091490A

JP2001091490A - 雰囲気センサ

Info

Publication number: JP2001091490A
Application number: JP26949299A
Authority: JP
Inventors: Hiromi Ishihara; 裕己石原; Takahiko Sasahara; 隆彦笹原; Kazuhiro Toyoda; 和弘豊田
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 1999-09-22
Publication date: 2001-04-06

Abstract

(57)【要約】【課題】温度分布を均一化して、高温で且つ長時間駆
動可能なヒータを有する雰囲気センサを提供する。【解決手段】基板１２上に所定の厚さで形成されたダ
イアフラム２０、このダイアフラム２０上に形成された
ヒータ１８を有しこのヒータ１８が発生する熱が測定さ
れる雰囲気によって奪われるもしくは与えられることで
生ずるヒータ１８の抵抗値に基づき雰囲気を測定する雰
囲気センサであって、ダイアフラム２０に形成されたヒ
ータ１８が互いに略平行且つジグザグ状に配設された複
数のパターン部１８Ａ〜１８Ｅからなり、配設された複
数のパターン部１８Ａ〜１８Ｅの長手方向の線幅が、複
数のパターン部１８Ａ〜１８Ｅの内の端部に配置された
パターン部１８Ａから中央部に配置されたパターン部１
８Ｅに向かうに従って太くなっているため、温度が高い
中央部付近が溶断しにくくなり、ヒータの耐久温度を高
くできる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、温度センサ、湿度
センサ、ガスセンサ、フローセンサ等の雰囲気センサに
関し、特に、より高温で且つ長時間駆動可能な薄膜型マ
イクロヒータ（発熱抵抗体）を作製することができる雰
囲気センサに関する。

【０００２】

【従来の技術】温度センサ、湿度センサ、ガスセンサ、
フローセンサ等の雰囲気センサとしては、例えば、特開
平６−１１８０４６号公開公報に記載された雰囲気セン
サの構造が知られている。

【０００３】この雰囲気センサの構造を図１０に示す。
この雰囲気センサは、凹部１１１を有するセンサ基板１
１０と、該センサ基板１１０上に配設された固定部１１
２ａと該固定部１１２ａに続く支持架橋部１１２ｂと該
支持架橋部１１２ｂを介して凹部１１１の上に橋架され
た橋架部１１２ｃとからなる薄膜絶縁体１１２と、該薄
膜絶縁体１１２の上に配設された発熱抵抗体１１３とか
らなり、薄膜抵抗体１１３が発生する熱が測定される雰
囲気によって奪われることによって生ずる発熱抵抗体１
１３の抵抗値から該雰囲気を測定する。

【０００４】この雰囲気センサにおいては、薄膜絶縁体
１１３の固定部１１２ａと支持架橋部１１２ｂとの間の
支持架橋端部Ａにおける平面形状が鈍角に形成されてい
るため、支持架橋端部Ａの部分からのひび割れ等を防止
することができる。

【０００５】また、薄膜絶縁体１１３の橋架部１１２ｃ
の形状は、正方形であり、この正方形の対向する２辺Ｄ
₁，Ｄ₂間に平行に発熱抵抗体１１３をジグザグ状に配置
しているため、端部Ｂでの機械的強度の増大を図ること
ができる。

【０００６】さらに、前述した雰囲気センサに有する発
熱抵抗体１１３にあっては、発熱抵抗体１１３の中央部
の温度が周辺部よりも高くなり、発熱抵抗体１１３の中
央部が焼損しやすい。

【０００７】例えば、図１１に示すような、雰囲気セン
サに用いられるジグザグ状の薄膜型で且つ角形形状のマ
イクロヒータ（発熱抵抗体）２０１にあっては、ヒータ
２０１の両端にＤＣ電源電圧を印加してヒータ２０１を
加熱することにより、駆動温度を高くすると、ヒータ２
０１の中央部付近である溶断部２０２が溶断してしま
う。

【０００８】また、図１２に示すような、雰囲気センサ
に用いられるジグザグ状の薄膜型で且つＵ字状のヒータ
３０１にあっては、ヒータ３０１の両端に電圧を印加し
て駆動温度を高くすると、ヒータ３０１の中央付近であ
る溶断部３０２の部分Ａまたは部分Ｂが溶断してしま
う。

【０００９】そこで、橋架部１１２ｃの中央部における
発熱抵抗体１１３の間隔ｄ₂を周辺部の間隔ｄ₁に比較し
て大きくしている。これによって、温度分布が均一化
し、中央部が焼損するおそれもなく、熱共振を起こす心
配もなくなる。また、発熱抵抗体１１３の中央部付近に
穴１１４を設けて、中央部の熱を発散させることによ
り、中央部の温度上昇を抑制し、焼損を防止している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１０
乃至図１２に示した従来の雰囲気センサにあっては、中
央部の焼損を防止できるものの、ヒータの耐久温度や耐
久時間が十分でなかった。例えば、ガスセンサの場合、
ヒータの温度を約４００℃以上にしなければ、メタンガ
スを検知できない。このため、より安定してメタンガス
を検知するためには、ヒータの温度を４５０℃以上で長
時間駆動できる必要があった。そこで、より高温で駆動
でき、しかも長時間駆動できるヒータが要望されてい
た。

【００１１】また、前述したヒータにおいて、中央部分
に穴１１４を設ける場合には、穴１１４を作製しなけれ
ばならず、ヒータの構造がさらに複雑になるという問題
点があった。

【００１２】本発明は、温度分布を均一にすることによ
って、より高温で且つ長時間駆動可能なヒータを有する
雰囲気センサを提供することを課題とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記課題を解
決するために以下の構成とした。請求項１の発明は、基
板上に所定の厚さで形成されたダイアフラム、このダイ
アフラム上に形成されたヒータを有しこのヒータが発生
する熱が測定される雰囲気によって奪われるもしくは与
えられることで生ずるヒータの抵抗値に基づき雰囲気を
測定する雰囲気センサであって、前記ダイアフラムに形
成された前記ヒータが互いに略平行且つジグザグ状に配
設された複数のパターン部からなり、配設された複数の
パターン部の長手方向の線幅が、前記複数のパターン部
の内の端部に配置されたパターン部から中央部に配置さ
れたパターン部に向かうに従って太くなっていることを
特徴とする。

【００１４】請求項１の発明によれば、配設された複数
のパターン部の長手方向の線幅が、複数のパターン部の
内の端部に配置されたパターン部から中央部に配置され
たパターン部に向かうに従って太くなっている。すなわ
ち、温度が高い中央部付近のパターン部の線幅を太くす
ることにより、その部分が溶断しにくくなり、ヒータの
耐久温度を高くすることができる。従って、高温で且つ
長時間駆動可能なヒータを提供できる。

【００１５】請求項２の発明は、請求項１記載の雰囲気
センサにおいて、前記配設された複数のパターン部の各
パターン部と該パターン部に隣接するパターン部とを連
結するための連結パターン部の線幅が、前記複数のパタ
ーン部の内の端部に配置されたパターン部から中央部に
配置されたパターン部に向かうに従って太くなっている
ことを特徴とする。

【００１６】請求項２の発明によれば、請求項１記載の
効果に加え、配設された複数のパターン部の各パターン
部と該パターン部に隣接するパターン部とを連結するた
めの連結パターン部の線幅が、複数のパターン部の内の
端部に配置されたパターン部から中央部に配置されたパ
ターン部に向かうに従って太くなっているので、中央部
付近の連結パターン部の発熱量が小さくなる。このた
め、ヒータ中央部付近のみが高温とならず、ヒータの温
度分布が均一化されて中央部付近が溶断しにくくなり、
さらに、ヒータの耐久温度を高くすることができる。

【００１７】請求項３の発明は、請求項１記載の雰囲気
センサにおいて、前記複数のパターン部の各パターン部
の線幅をさらに太くしたことを特徴とする。

【００１８】請求項３の発明によれば、請求項１記載の
効果に加え、複数のパターン部の各パターン部の線幅を
さらに太くしたので、ヒータの均熱性が向上し、ヒータ
の温度分布が均一化される。また、線幅が太いため、中
央部付近が溶断しにくくなり、さらに、ヒータの耐久温
度を高くすることができる。

【００１９】請求項４の発明は、請求項１記載の雰囲気
センサにおいて、前記複数のパターン部の数をさらに増
加させたことを特徴とする。

【００２０】請求項４の発明によれば、請求項１記載の
効果に加え、複数のパターン部の数をさらに増加させた
ので、ヒータの発熱が分散され、ヒータの温度分布が均
一化され、中央部付近が溶断しにくくなり、さらに、ヒ
ータの耐久温度を高くすることができる。

【００２１】請求項５の発明は、基板上に所定の厚さで
形成されたダイアフラム、このダイアフラム上に形成さ
れたヒータを有しこのヒータが発生する熱が測定される
雰囲気によって奪われるもしくは与えられることで生ず
るヒータの抵抗値に基づき雰囲気を測定する雰囲気セン
サであって、前記ダイアフラムに形成された前記ヒータ
が互いに略平行且つジグザグ状に配設された複数のパタ
ーン部からなり、配設された複数のパターン部の各パタ
ーン部と該パターン部に隣接するパターン部とを連結す
るための連結パターン部の線幅が、前記複数のパターン
部の内の端部に配置されたパターン部から中央部に配置
されたパターン部に向かうに従って太くなっていること
を特徴とする。

【００２２】請求項５の発明によれば、配設された複数
のパターン部の各パターン部と該パターン部に隣接する
パターン部とを連結するための連結パターン部の線幅
が、複数のパターン部の内の端部に配置されたパターン
部から中央部に配置されたパターン部に向かうに従って
太くなっているので、中央部付近の連結パターン部の発
熱量が小さくなる。このため、ヒータ中央部付近のみが
高温とならず、ヒータの温度分布が均一化されて中央部
付近が溶断しにくくなり、ヒータの耐久温度を高くする
ことができる。

【００２３】請求項６の発明は、請求項５記載の雰囲気
センサにおいて、前記複数のパターン部の各パターン部
の線幅をさらに太くしたことを特徴とする。

【００２４】請求項６の発明によれば、請求項５記載の
効果に加え、複数のパターン部の各パターン部の線幅を
さらに太くしたので、ヒータの均熱性が向上し、ヒータ
の温度分布が均一化される。また、線幅が太いため、中
央部付近が溶断しにくくなり、さらに、ヒータの耐久温
度を高くすることができる。

【００２５】請求項７の発明は、請求項５記載の雰囲気
センサにおいて、前記複数のパターン部の数をさらに増
加させたことを特徴とする。

【００２６】請求項７の発明によれば、請求項５記載の
効果に加え、複数のパターン部の数をさらに増加させた
ので、ヒータの発熱が分散され、ヒータの温度分布が均
一化され、中央部付近が溶断しにくくなり、さらに、ヒ
ータの耐久温度を高くすることができる。

【００２７】請求項８の発明は、請求項１乃至請求項７
のいずれか１項記載の雰囲気センサにおいて、前記ダイ
アフラムに接触した状態でこのダイアフラム上に形成さ
れた誘電体膜を有し、前記ヒータが前記誘電体膜に接触
した状態でこの誘電体膜上に形成されていることを特徴
とする。

【００２８】請求項８の発明によれば、請求項１乃至請
求項７のいずれか１項記載の効果に加え、ダイアフラム
に接触した状態でこのダイアフラム上に形成された誘電
体膜を有し、ヒータが誘電体膜に接触した状態でこの誘
電体膜上に形成されているので、ヒータが生成する発熱
量が基板中に熱拡散する現象を回避することができる。

【００２９】請求項９の発明は、請求項８記載の雰囲気
センサにおいて、前記誘電体膜は、酸化物と、この酸化
物に接触した状態でこの酸化物上に形成された窒化膜と
を有し、前記ヒータが前記窒化膜に接触した状態でこの
窒化膜上に形成されていることを特徴とする。

【００３０】請求項９の発明によれば、請求項８記載の
効果に加え、誘電体膜は、酸化物と、この酸化物に接触
した状態でこの酸化物上に形成された窒化膜とを有し、
ヒータが窒化膜に接触した状態でこの窒化膜上に形成さ
れているので、ヒータが生成する発熱量が基板中に熱拡
散する現象を回避することができる。

【００３１】請求項１０の発明は、請求項１乃至請求項
９のいずれか１項記載の雰囲気センサにおいて、前記ヒ
ータに接触した状態でこのヒータ上に形成され、且つ前
記ヒータの発熱量に応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に
対して触媒として作用する触媒層を有することを特徴と
する。

【００３２】請求項１０の発明によれば、請求項１乃至
請求項９のいずれか１項記載の効果に加え、ヒータに接
触した状態でこのヒータ上に形成され、且つヒータの発
熱量に応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に対して触媒と
して作用する触媒層を設けたので、十分にガス検知感度
を実現でき、さらに、長期的に高い安定性、再現性及び
信頼性を有するガスセンサを実現することができる。

【００３３】請求項１１の発明は、請求項１乃至請求項
１０のいずれか１項記載の雰囲気センサにおいて、前記
ヒータが白金を用いて形成されていることを特徴とす
る。

【００３４】請求項１１の発明によれば、請求項１乃至
請求項１０のいずれか１項記載の効果に加え、ヒータが
白金を用いて形成されているので、化学的に安定な白金
をヒータに用いることにより、長期的に高い安定性、再
現性及び信頼性を有する雰囲気センサを実現することが
できる。

【００３５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の雰囲気センサのい
くつかの実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。

【００３６】まず、図１１及び図１２に示すようなヒー
タに直流電圧（ＤＣ電圧）を印加して駆動温度を高くす
ると、ヒータの中央付近が溶断する。このため、本出願
人は、ヒータの温度分布シミュレーションや赤外線放射
温度計による温度測定により、ヒータの中央部の温度が
最も高く、その部分が溶断することを確認した。

【００３７】そこで、本出願人は、ヒータの中央部が溶
断することなく、ヒータの温度分布を均一になるように
設計することにより、より高温で且つ長時間駆動できる
ようなヒータを作製した。以下、雰囲気センサのヒータ
構造についていくつかの例を上げて説明する。

【００３８】（第１の実施の形態）図１は第１の実施の
形態の雰囲気センサの全体構成図及び雰囲気センサに設
けられたヒータの構造図である。図２は第１の実施の形
態のヒータの耐久試験を行うヒータ性能評価装置の回路
構成図である。

【００３９】この雰囲気センサ１０は、温度センサ、湿
度センサ、ガスセンサ、フローセンサ等であり、例え
ば、図１（ａ）に示すように、シリコン単結晶からなる
基板１２、この基板１２の表面に接触して形成された酸
化膜１４、この酸化膜１４上で酸化膜１４に接触して形
成された窒化膜１６、この窒化膜１６上で窒化膜１６に
接触して形成された酸化ハフニウム１７、この酸化ハフ
ニウム１７上で酸化ハフニウム１７に接触して形成され
且つ白金からなるヒータ１８、基板１２の裏面に異方性
エッチングにより形成されたダイアフラム２０を備えて
構成される。また、ヒータ１８は、ダイアフラム２０上
に形成されている。

【００４０】酸化膜１４、窒化膜１６及び酸化ハフニウ
ム１７のそれぞれは、誘電体膜を構成する。酸化膜１４
は、基板１２の表面を熱酸化処理することにより得られ
たシリコン酸化膜であり、厚みが例えば約６０００Åで
ある。窒化膜１６は、厚みが例えば約２５００Åであ
り、シリコン窒化膜である。酸化ハフニウム１７は、厚
みが例えば約５００Åである。

【００４１】なお、窒化膜１６及び酸化ハフニウム１７
に代えて、五酸化タンタル、酸化チタン、酸化アルミニ
ウム（アルミナ）、酸化ジルコニウム等を用いることも
できる。

【００４２】ヒータ１８は、厚さが例えば約５０００Å
である。このヒータ１８は、白金の他に、抵抗温度係数
が大きく、高温まで熱的に安定な金属または化合物であ
れば良く、例えば、ニッケル、ロジウム、モリブデン、
白金ロジウム、ルテニウムの酸化物、ハフニウムの酸化
物等を用いることもできる。

【００４３】ダイアフラム２０は、シリコン単結晶から
なり、図１（ｂ）に示すように、縦サイズがａ１で且つ
横サイズがａ２であって正方形をなし、このダイアフラ
ム２０上にヒータ１８が形成されてなる。ヒータ１８
は、図１（ｂ）に示すように、縦サイズがｃ１で且つ横
サイズがｃ２であって、互いに略平行且つジグザグ状に
配設された複数のパターン部１８Ａ〜１８Ｅからなる。

【００４４】一方のパターン部１８Ａの一端部には白金
からなる電極２２ａが接続されており、他方のパターン
部１８Ａの一端部には白金からなる電極２２ｂが接続さ
れている。この電極２２ａ，２２ｂには図２に示す電源
１からのＤＣ電圧が印加されるようになっていて、この
ＤＣ電圧駆動によりヒータ１８が発熱するようになって
いる。

【００４５】また、配設された複数のパターン部１８Ａ
〜１８Ｅの長手方向の線幅ｂ１が、複数のパターン部１
８Ａ〜１８Ｅの内の端部に配置されたパターン部１８Ａ
から中央部に配置されたパターン部１８Ｅに向かうに従
って太くなっている。

【００４６】なお、各パターン間の線間隔をｄとする。
各パターン部と該パターン部に隣接するパターン部とを
連結するための連結パターン部としてのターン部１９の
線幅をｂ２とする。

【００４７】このように構成された第１の実施の形態の
雰囲気センサのヒータによれば、配設された複数のパタ
ーン部１８Ａ〜１８Ｅの長手方向の線幅ｂ１が、複数の
パターン部１８Ａ〜１８Ｅの内の端部に配置されたパタ
ーン部１８Ａから中央部に配置されたパターン部１８Ｅ
に向かうに従って太くなっている。すなわち、温度が高
い中央部付近のパターン部パターン部１８Ｅの線幅を太
くすることにより、その部分が溶断しにくくなり、ヒー
タの耐久温度を高くすることができる。従って、高温で
且つ長時間駆動可能なヒータを提供できる。

【００４８】また、本出願人は、図２に示すヒータ性能
評価装置を用いて、ヒータ１８の耐久試験を行った。こ
のヒータ性能評価装置は、電源１、この電源１からのＤ
Ｃ電圧をヒータ１８に印加してヒータ１８に定電流を流
してＤＣ連続駆動するヒータ駆動回路３、ヒータ１８の
両端電圧を測定する電圧計５を有して構成される。ヒー
タ１８の駆動温度は、ヒータ１８に流す電流を調整する
ことで任意に設定している。

【００４９】このようなヒータ性能評価装置によれば、
ヒータ駆動回路３が、電源１からのＤＣ電圧をヒータ１
８に印加してヒータ１８に定電流を流してＤＣ連続駆動
し、電圧計５がヒータ１８の抵抗値の変化を電圧でモニ
タし、その電圧値によりヒータ１８の溶断を判断する。
そして、１４日間、ヒータ１８が溶断せずにヒータ１８
を駆動した温度の最高温度をヒータ１８の耐久温度とす
る。

【００５０】なお、ヒータ１８は、実際には３０秒毎に
１回だけ１００ｍｓオンするパルス駆動で使用するた
め、例えば、１０年間、ヒータ１８をパルス駆動する場
合、その積算オン時間は、ＤＣ連続駆動では、１２．５
日に相当する。このため、ヒータ１８の耐久試験期間を
１４日とした。ヒータの耐久試験結果を表１に示す。

【００５１】

【表１】この表１のように、線幅ｂ１の太さを中央部付近ほど太
くしたヒータＡ、線幅ｂ１が全てのパターンについて同
じ太さとしたヒータＢについて耐久試験を行った。な
お、表１において、ヒータの線幅ｂ１のＡ〜Ｅは、複数
のパターン部１８Ａ〜１８Ｅに対応するものとする。

【００５２】ヒータＡにおいて、パターン部１８Ａの線
幅は、‘２０’であり、パターン部１８Ｂの線幅は、
‘２５’であり、パターン部１８Ｃの線幅は、‘３０’
であり、パターン部１８Ｄの線幅は、‘３５’であり、
パターン部１８Ｅの線幅は、‘５０’である。ヒータＢ
において、複数のパターン１８Ａ〜１８Ｅの線幅は、
‘３０’である。

【００５３】ヒータＡの耐久温度は、５７５℃であり、
ヒータＢの耐久温度は、５２５℃であり、ヒータの線幅
ｂ１が中央部付近ほど太い方が、耐久温度が高いことが
確認された。このため、より高温で駆動でき、しかもよ
り長時間駆動できるヒータを作製することができた。

【００５４】また、第１の実施の形態の雰囲気センサで
は、酸化膜１４、窒化膜１６、及び酸化ハフニウム１７
を設けたので、ヒータ１８が生成する発熱量が基板１２
中に熱拡散する現象を回避することができる。

【００５５】また、ヒータ１８が白金を用いて形成され
ているので、化学的に安定な白金をヒータに用いること
により、長期的に高い安定性、再現性及び信頼性を有す
る雰囲気センサを実現することができる。

【００５６】（第２の実施の形態）図３は第２の実施の
形態の雰囲気センサに設けられたヒータの構造図であ
る。図３に示すヒータでは、ダイアフラム２０に形成さ
れたヒータ１８が互いに略平行且つジグザグ状に配設さ
れ且つ略同一の線幅ｂ１の複数のパターン部１８Ａ１〜
１８Ａ５からなり、配設された複数のパターン部１８Ａ
１〜１８Ａ５の各パターン部と該パターン部に隣接する
パターン部とを連結するための連結パターン部としての
ターン部１９Ａ〜１９Ｄの線幅ｂ２が、複数のパターン
部１８Ａ１〜１８Ａ５の内の端部に配置されたパターン
部１８Ａ１から中央部に配置されたパターン部１８Ａ５
に向かうに従って太くなっていることを特徴とする。

【００５７】なお、第２の実施の形態の雰囲気センサの
全体構成図は、図１（ａ）に示す第１の実施の形態の雰
囲気センサの全体構成図と同一構成であるので、ここで
は、その詳細は省略する。

【００５８】このようなヒータによれば、配設された複
数のパターン部１８Ａ１〜１８Ａ５の各パターン部と該
パターン部に隣接するパターン部とを連結するための連
結パターン部としてのターン部１９Ａ〜１９Ｄの線幅ｂ
２が、複数のパターン部１８Ａ１〜１８Ａ５の内の端部
に配置されたパターン部１８Ａ１から中央部に配置され
たパターン部１８Ａ５に向かうに従って太くなっている
ので、中央部付近の連結パターン部の発熱量が小さくな
る。このため、ヒータ中央部付近のみが高温とならず、
ヒータの温度分布が均一化されて中央部付近が溶断しに
くくなり、ヒータの耐久温度を高くすることができる。

【００５９】また、本出願人は、図２に示すヒータ性能
評価装置を用いて、ヒータの耐久試験を行った。ヒータ
の耐久試験結果を表２に示す。

【００６０】

【表２】この表２のように、線幅ｂ２の太さを中央部付近ほど太
くしたヒータＡ、線幅ｂ２が全てのパターンについて同
じ太さとしたヒータＢについて耐久試験を行った。な
お、表２において、ヒータの線幅ｂ２のＡ〜Ｄは、ター
ン部１９Ａ〜１９Ｄに対応するものとする。

【００６１】ヒータＡにおいて、ターン部１９Ａの線幅
は、‘２５’であり、ターン部１９Ｂの線幅は、‘３
０’であり、ターン部１９Ｃの線幅は、‘４０’であ
り、ターン部１９Ｄの線幅は、‘５０’である。ヒータ
Ｂにおいて、複数のターン１９Ａ〜１９Ｄの線幅は、
‘３０’である。

【００６２】ヒータＡの耐久温度は、５７５℃であり、
ヒータＢの耐久温度は、５２５℃であり、ヒータの線幅
ｂ２が中央部付近ほど太い方が、耐久温度が高いことが
確認された。このため、より高温で駆動でき、しかもよ
り長時間駆動できるヒータを作製することができた。

【００６３】（第３の実施の形態）図４は第３の実施の
形態の雰囲気センサに設けられたヒータの構造図であ
る。第３の実施の形態の雰囲気センサの全体構成図は、
図１（ａ）に示す第１の実施の形態の雰囲気センサの全
体構成図と同一構成であるので、ここでは、その詳細は
省略する。

【００６４】図４に示すヒータでは、図１に示す第１の
実施の形態のヒータと図３に示す第２の実施の形態のヒ
ータとを組み合わせたものである。

【００６５】すなわち、配設された複数のパターン部１
８Ａ〜１８Ｅの長手方向の線幅ｂ１が、複数のパターン
部１８Ａ〜１８Ｅの内の端部に配置されたパターン部１
８Ａから中央部に配置されたパターン部１８Ｅに向かう
に従って太くなっている。また、配設された複数のパタ
ーン部１８Ａ〜１８Ｅの各パターン部と該パターン部に
隣接するパターン部とを連結するための連結パターン部
としてのターン部１９Ａ〜１９Ｄの線幅ｂ２が、複数の
パターン部１８Ａ〜１８Ｅの内の端部に配置されたパタ
ーン部１８Ａから中央部に配置されたパターン部１８Ｅ
に向かうに従って太くなっている。

【００６６】従って、第１の実施の形態のヒータの耐久
温度、第２の実施の形態のヒータの耐久温度よりもさら
に、ヒータの耐久温度を高くすることができる。その結
果、さらに高温で駆動でき、しかもより長時間駆動でき
るヒータを提供することができる。

【００６７】（第１の実施の形態の第１の変形例）図５
は第１の実施の形態のヒータの第１の変形例を示す図で
ある。第１の実施の形態のヒータの第１の変形例の雰囲
気センサの全体構成図は、図１（ａ）に示す第１の実施
の形態の雰囲気センサの全体構成図と同一構成であるの
で、ここでは、その詳細は省略する。

【００６８】図５に示すヒータでは、図１に示す第１の
実施の形態のヒータに対して、ヒータの線幅ｂ１，ｂ２
をさらに太くしたことを特徴とする。すなわち、複数の
パターン部１８ａ〜１８ｅの各パターンは、図１に示す
複数のパターン部１８Ａ〜１８Ｅの各パターンよりも太
くなっている。

【００６９】このように、各パターン部１８ａ〜１８ｅ
の線幅をさらに太くしたので、ヒータの均熱性が向上
し、ヒータの温度分布が均一化される。また、線幅が太
いため、中央部付近が溶断しにくくなり、ヒータの耐久
温度を高くすることができる。また、線幅ｂ１，ｂ２を
太くすることにより、ヒータの耐久温度が高くなること
が耐久試験により確認された。

【００７０】従って、第１の実施の形態のヒータの耐久
温度よりもさらに、ヒータの耐久温度を高くすることが
できる。その結果、さらに高温で駆動でき、しかもより
長時間駆動できるヒータを提供することができる。

【００７１】（第２の実施の形態の第１の変形例）図６
は第２の実施の形態のヒータの第１の変形例を示す図で
ある。第２の実施の形態のヒータの第１の変形例の雰囲
気センサの全体構成図は、図１（ａ）に示す第１の実施
の形態の雰囲気センサの全体構成図と同一構成であるの
で、ここでは、その詳細は省略する。

【００７２】図６に示すヒータでは、図３に示す第２の
実施の形態のヒータに対して、ヒータの線幅ｂ１，ｂ２
をさらに太くしたことを特徴とする。すなわち、各パタ
ーン１８ａは、図３に示す各パターンよりも太くなって
いる。

【００７３】このように、各パターン部１８ａの線幅を
さらに太くしたので、ヒータの均熱性が向上し、ヒータ
の温度分布が均一化される。また、線幅が太いため、中
央部付近が溶断しにくくなり、ヒータの耐久温度を高く
することができる。

【００７４】従って、第２の実施の形態のヒータの耐久
温度よりもさらに、ヒータの耐久温度を高くすることが
できる。その結果、さらに高温で駆動でき、しかもより
長時間駆動できるヒータを提供することができる。

【００７５】（第１の実施の形態の第２の変形例）図７
は第１の実施の形態のヒータの第２の変形例を示す図で
ある。第１の実施の形態のヒータの第２の変形例の雰囲
気センサの全体構成図は、図１（ａ）に示す第１の実施
の形態の雰囲気センサの全体構成図と同一構成であるの
で、ここでは、その詳細は省略する。

【００７６】図７に示すヒータでは、図１に示す第１の
実施の形態のヒータに対して、複数のパターンの数をさ
らに増加させたことを特徴とする。すなわち、ターン部
１９の数を増加させた。

【００７７】このように、ターン部１９の数をさらに増
加させたので、ヒータの発熱部（ターン部１９）が分散
され、ヒータの温度分布が均一化され、中央部付近が溶
断しにくくなり、さらに、ヒータの耐久温度を高くする
ことができる。また、ターン部１９の数をさらに増加さ
せことにより、ヒータの耐久温度が高くなることが耐久
試験により確認された。

【００７８】従って、第１の実施の形態のヒータの耐久
温度よりもさらに、ヒータの耐久温度を高くすることが
できる。その結果、さらに高温で駆動でき、しかもより
長時間駆動できるヒータを提供することができる。

【００７９】（第２の実施の形態の第２の変形例）図８
は第２の実施の形態のヒータの第２の変形例を示す図で
ある。第２の実施の形態のヒータの第２の変形例の雰囲
気センサの全体構成図は、図１（ａ）に示す第１の実施
の形態の雰囲気センサの全体構成図と同一構成であるの
で、ここでは、その詳細は省略する。

【００８０】図８に示すヒータでは、図３に示す第２の
実施の形態のヒータに対して、複数のパターンの数をさ
らに増加させたことを特徴とする。すなわち、ターン部
１９の数を増加させた。

【００８１】このように、ターン部１９の数をさらに増
加させたので、ヒータの発熱部（ターン部１９）が分散
され、ヒータの温度分布が均一化され、中央部付近が溶
断しにくくなり、さらに、ヒータの耐久温度を高くする
ことができる。

【００８２】従って、第２の実施の形態のヒータの耐久
温度よりもさらに、ヒータの耐久温度を高くすることが
できる。その結果、さらに高温で駆動でき、しかもより
長時間駆動できるヒータを提供することができる。

【００８３】（第４の実施の形態）次に、本発明の第４
の実施の形態の雰囲気センサを説明する。図９は第４の
実施の形態の雰囲気センサの全体構成図及び雰囲気セン
サに設けられたヒータの構造図である。

【００８４】この雰囲気センサは、図１に示す雰囲気セ
ンサの構成に加え、ヒータ１８に接触した状態でこのヒ
ータ１８上に形成され且つヒータ１８の発熱量に応じて
発熱して可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する
触媒層としてのガス感応膜５１を設けたことを特徴とす
る。

【００８５】この雰囲気センサは、例えば、接触燃焼式
ガスセンサ等であり、可燃性ガスを燃焼する際に発生す
る燃焼熱を検出することによって可燃性ガスを検量する
もので、前記ヒータ１８が可燃性ガスの燃焼を促すよう
に機能する。ガス感応膜５１としては、パラジウム等の
白金族触媒を担持したアルミナ等の担体を用いることが
できる。

【００８６】このような雰囲気センサによれば、可燃性
ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒層としての
ガス感応膜５１を設けたので、十分なガス検知感度を実
現でき、さらに、長期的に高い安定性、再現性及び信頼
性を有する接触燃焼式ガスセンサ等のガスセンサを実現
することができる。

【００８７】また、ガス感応膜５１をヒータ１８上に形
成した雰囲気センサは、ガス感応膜５１をヒータ１８上
に形成しない雰囲気センサよりもヒータ１８の耐久温度
が例えば約５０℃程度低下するが、前述のヒータ構造に
より、ヒータ１８の温度分布を均一化することで、ヒー
タ１８の耐久温度を上げることができ、燃焼温度の高い
各種のガスを識別することができる。

【００８８】また、第４の実施の形態の雰囲気センサ
は、図１に示す雰囲気センサのヒータ１８上にガス感応
膜５１を形成したが、例えば、このガス感応膜５１を、
第２及び第３の実施の形態のヒータ、第１の実施の形態
の第１及び第２の変形例のヒータ、第２の実施の形態の
第１及び第２の変形例のヒータのいずれかのヒータ上に
形成しても良い。

【００８９】なお、本発明は前述した実施の形態の雰囲
気センサに限定されるものではない。前述の説明では、
第１乃至第３の実施の形態のヒータの例、第１の実施の
形態のヒータの第１及び第２の変形例、第２の実施の形
態のヒータの第１及び第２の変形例を示したが、これら
の７つの例の内の、少なくとも２つの例を組み合わせた
ものであっても良い。このようにすれば、ヒータ１８の
耐久温度はさらに高くなり、より高温で且つ長時間駆動
可能で、より安定性の高いヒータを提供することができ
る。このほか、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内
で、種々変形して実施可能であるのは勿論である。

【００９０】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、配設された複
数のパターン部の長手方向の線幅が、複数のパターン部
の内の端部に配置されたパターン部から中央部に配置さ
れたパターン部に向かうに従って太くなっている。すな
わち、温度が高い中央部付近のパターン部の線幅を太く
することにより、その部分が溶断しにくくなり、ヒータ
の耐久温度を高くすることができる。従って、高温で且
つ長時間駆動可能なヒータを提供できる。

【００９１】請求項２の発明によれば、請求項１記載の
効果に加え、配設された複数のパターン部の各パターン
部と該パターン部に隣接するパターン部とを連結するた
めの連結パターン部の線幅が、複数のパターン部の内の
端部に配置されたパターン部から中央部に配置されたパ
ターン部に向かうに従って太くなっているので、中央部
付近の連結パターン部の発熱量が小さくなる。このた
め、ヒータ中央部付近のみが高温とならず、ヒータの温
度分布が均一化されて中央部付近が溶断しにくくなり、
さらに、ヒータの耐久温度を高くすることができる。

【００９２】請求項３の発明によれば、請求項１記載の
効果に加え、複数のパターン部の各パターン部の線幅を
さらに太くしたので、ヒータの均熱性が向上し、ヒータ
の温度分布が均一化される。また、線幅が太いため、中
央部付近が溶断しにくくなり、さらに、ヒータの耐久温
度を高くすることができる。

【００９３】請求項４の発明によれば、請求項１記載の
効果に加え、複数のパターン部の数をさらに増加させた
ので、ヒータの発熱が分散され、ヒータの温度分布が均
一化され、中央部付近が溶断しにくくなり、さらに、ヒ
ータの耐久温度を高くすることができる。

【００９４】請求項５の発明によれば、配設された複数
のパターン部の各パターン部と該パターン部に隣接する
パターン部とを連結するための連結パターン部の線幅
が、複数のパターン部の内の端部に配置されたパターン
部から中央部に配置されたパターン部に向かうに従って
太くなっているので、中央部付近の連結パターン部の発
熱量が小さくなる。このため、ヒータ中央部付近のみが
高温とならず、ヒータの温度分布が均一化されて中央部
付近が溶断しにくくなり、ヒータの耐久温度を高くする
ことができる。

【００９５】請求項６の発明によれば、請求項５記載の
効果に加え、複数のパターン部の各パターン部の線幅を
さらに太くしたので、ヒータの均熱性が向上し、ヒータ
の温度分布が均一化される。また、線幅が太いため、中
央部付近が溶断しにくくなり、さらに、ヒータの耐久温
度を高くすることができる。

【００９６】請求項７の発明によれば、請求項５記載の
効果に加え、複数のパターン部の数をさらに増加させた
ので、ヒータの発熱が分散され、ヒータの温度分布が均
一化され、中央部付近が溶断しにくくなり、さらに、ヒ
ータの耐久温度を高くすることができる。

【００９７】請求項８の発明によれば、請求項１乃至請
求項７のいずれか１項記載の効果に加え、ダイアフラム
に接触した状態でこのダイアフラム上に形成された誘電
体膜を有し、ヒータが誘電体膜に接触した状態でこの誘
電体膜上に形成されているので、ヒータが生成する発熱
量が基板中に熱拡散する現象を回避することができる。

【００９８】請求項９の発明によれば、請求項８記載の
効果に加え、誘電体膜は、酸化物と、この酸化物に接触
した状態でこの酸化物上に形成された窒化膜とを有し、
ヒータが窒化膜に接触した状態でこの窒化膜上に形成さ
れているので、ヒータが生成する発熱量が基板中に熱拡
散する現象を回避することができる。

【００９９】請求項１０の発明によれば、請求項１乃至
請求項９のいずれか１項記載の効果に加え、ヒータに接
触した状態でこのヒータ上に形成され、且つヒータの発
熱量に応じて発熱して可燃性ガスの燃焼に対して触媒と
して作用する触媒層を設けたので、十分にガス検知感度
を実現でき、さらに、長期的に高い安定性、再現性及び
信頼性を有するガスセンサを実現することができる。

【０１００】請求項１１の発明によれば、請求項１乃至
請求項１０のいずれか１項記載の効果に加え、ヒータが
白金を用いて形成されているので、化学的に安定な白金
をヒータに用いることにより、長期的に高い安定性、再
現性及び信頼性を有する雰囲気センサを実現することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の雰囲気センサの全体構成図
及び雰囲気センサに設けられたヒータの構造図である。

【図２】第１の実施の形態のヒータの耐久試験を行うヒ
ータ性能評価装置の回路構成図である。

【図３】第２の実施の形態の雰囲気センサに設けられた
ヒータの構造図である。

【図４】第３の実施の形態の雰囲気センサに設けられた
ヒータの構造図である。

【図５】第１の実施の形態のヒータの第１の変形例を示
す図である。

【図６】第２の実施の形態のヒータの第１の変形例を示
す図である。

【図７】第１の実施の形態のヒータの第２の変形例を示
す図である。

【図８】第２の実施の形態のヒータの第２の変形例を示
す図である。

【図９】第４の実施の形態の雰囲気センサの全体構成図
及び雰囲気センサに設けられたヒータの構造図である。

【図１０】従来の雰囲気センサの構造を示す図である。

【図１１】従来の雰囲気センサの角型状のヒータの溶断
を示す図である。

【図１２】従来の雰囲気センサの丸型状のヒータの溶断
を示す図である。

【符号の説明】

１電源３ヒータ駆動回路５電圧計１０雰囲気センサ１２基板１４酸化膜１６窒化膜１７酸化ハフニウム１８ヒータ１８Ａ〜１８Ｅパターン部１９ターン部２０ダイアフラム２２ａ，２２ｂ電極５１ガス感応膜

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者豊田和弘静岡県裾野市御宿1500 矢崎総業株式会社内Ｆターム(参考） 2G060 AA01 AA02 AB01 AB15 AE19 AE33 AE40 AF02 AF07 AG06 AG10 BA03 BB04 BB18 HA01 HB06 HE01 HE10 JA01 JA02 JA10 KA01 KA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板上に所定の厚さで形成されたダイア
フラム、このダイアフラム上に形成されたヒータを有し
このヒータが発生する熱が測定される雰囲気によって奪
われるもしくは与えられることで生ずるヒータの抵抗値
に基づき雰囲気を測定する雰囲気センサであって、前記ダイアフラムに形成された前記ヒータが互いに略平
行且つジグザグ状に配設された複数のパターン部からな
り、配設された複数のパターン部の長手方向の線幅が、
前記複数のパターン部の内の端部に配置されたパターン
部から中央部に配置されたパターン部に向かうに従って
太くなっていることを特徴とする雰囲気センサ。
【請求項２】前記配設された複数のパターン部の各パ
ターン部と該パターン部に隣接するパターン部とを連結
するための連結パターン部の線幅が、前記複数のパター
ン部の内の端部に配置されたパターン部から中央部に配
置されたパターン部に向かうに従って太くなっているこ
とを特徴とする請求項１記載の雰囲気センサ。
【請求項３】前記複数のパターン部の各パターン部の
線幅をさらに太くしたことを特徴とする請求項１記載の
雰囲気センサ。
【請求項４】前記複数のパターン部の数をさらに増加
させたことを特徴とする請求項１記載の雰囲気センサ。
【請求項５】基板上に所定の厚さで形成されたダイア
フラム、このダイアフラム上に形成されたヒータを有し
このヒータが発生する熱が測定される雰囲気によって奪
われるもしくは与えられることで生ずるヒータの抵抗値
に基づき雰囲気を測定する雰囲気センサであって、前記ダイアフラムに形成された前記ヒータが互いに略平
行且つジグザグ状に配設された複数のパターン部からな
り、配設された複数のパターン部の各パターン部と該パ
ターン部に隣接するパターン部とを連結するための連結
パターン部の線幅が、前記複数のパターン部の内の端部
に配置されたパターン部から中央部に配置されたパター
ン部に向かうに従って太くなっていることを特徴とする
雰囲気センサ。
【請求項６】前記複数のパターン部の各パターン部の
線幅をさらに太くしたことを特徴とする請求項５記載の
雰囲気センサ。
【請求項７】前記複数のパターン部の数をさらに増加
させたことを特徴とする請求項５記載の雰囲気センサ。
【請求項８】前記ダイアフラムに接触した状態でこの
ダイアフラム上に形成された誘電体膜を有し、前記ヒー
タが前記誘電体膜に接触した状態でこの誘電体膜上に形
成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の
いずれか１項記載の雰囲気センサ。
【請求項９】前記誘電体膜は、酸化物と、この酸化物
に接触した状態でこの酸化物上に形成された窒化膜とを
有し、前記ヒータが前記窒化膜に接触した状態でこの窒
化膜上に形成されていることを特徴とする請求項８記載
の雰囲気センサ。
【請求項１０】前記ヒータに接触した状態でこのヒー
タ上に形成され、且つ前記ヒータの発熱量に応じて発熱
して可燃性ガスの燃焼に対して触媒として作用する触媒
層を有することを特徴とする請求項１乃至請求項９のい
ずれか１項記載の雰囲気センサ。
【請求項１１】前記ヒータは、白金を用いて形成され
ていることを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいず
れか１項記載の雰囲気センサ。