JP2002162378A - Gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、ガス燃焼機器から
のガス洩れや、室内燃焼機器の不完全燃焼により発生す
る一酸化炭素さらには各種有毒ガスや臭気を検知するガ
スセンサのリード線の接合方法にに関するものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for joining lead wires of a gas sensor for detecting gas leakage from gas-fired equipment, carbon monoxide generated by incomplete combustion of indoor-fired equipment, and various toxic gases and odors. It is about.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来のガスセンサは種々の方式、形状の
ものがあるが、その一例として図6に示すような固体電
解質を用いたものがある。図7において1はアルミナな
どのセラミック板より成る絶縁体で裏面にヒータ2が設
定されている。3は絶縁板1上に併設された固体電解質
で、上面に一対の白金電極4a、4bが形成されてい
る。5は内部に10Å〜100Å程度の多数の微小な通
気孔を有する多孔体である。2. Description of the Related Art There are various types and shapes of conventional gas sensors, one of which uses a solid electrolyte as shown in FIG. 6 as an example. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes an insulator made of a ceramic plate such as alumina, and a heater 2 is set on the back surface. A solid electrolyte 3 is provided on the insulating plate 1 and has a pair of platinum electrodes 4a and 4b formed on the upper surface. Reference numeral 5 denotes a porous body having a large number of minute air holes of about 10 to 100 degrees inside.
【0003】多孔体5上には片方の白金電極4aに対応
する位置に酸化触媒6を設置している。7は絶縁板1、
固体電解質3、多孔体5を一体的に固定するとともに、
固体電解質3と多孔体5の間隙を封止する封止材で、三
者をその外周で固定している。8はリード線であり、電
極4a、4bおよびヒータ2に導電性のペーストで接合
されている。An oxidation catalyst 6 is provided on the porous body 5 at a position corresponding to one platinum electrode 4a. 7 is an insulating plate 1,
While solid electrolyte 3 and porous body 5 are integrally fixed,
A sealing material that seals a gap between the solid electrolyte 3 and the porous body 5 and fixes the three members at the outer periphery. Reference numeral 8 denotes a lead wire, which is joined to the electrodes 4a and 4b and the heater 2 with a conductive paste.
【0004】[0004]
【発明が解決しようとする課題】一般にガスセンサは一
酸化炭素(以下COと記す)、メタン、プロパン、水
素、臭気などに感応し、ガス洩れ警報機や、CO警報
機、臭いセンサなどの用途に用いられている。図7に示
す固体電解質型センサは次のような原理でガスの検知を
行う。なお、以下の説明では検知ガスをCOとした場合
について説明する。図7において電源(図示せず)から
ヒータ2に電力を供給し固体電解質3を所定温度(40
0℃〜500℃)に加熱すると、電極4と固体電解質2
と空気の界面で電子の授受が行われ、酸素イオンが発生
する。Generally, gas sensors are sensitive to carbon monoxide (hereinafter referred to as CO), methane, propane, hydrogen, odor, etc., and are used for gas leak alarms, CO alarms, odor sensors, and the like. Used. The solid electrolyte type sensor shown in FIG. 7 detects gas based on the following principle. In the following description, the case where the detection gas is CO will be described. In FIG. 7, power is supplied from a power supply (not shown) to the heater 2 to bring the solid electrolyte 3 to a predetermined temperature (40
0 ° C. to 500 ° C.), the electrode 4 and the solid electrolyte 2
Transfer of electrons is performed at the interface between the air and the air, and oxygen ions are generated.
【0005】ここで、COが存在すると、触媒6の乗っ
た電極4aではCOは触媒6によって酸化され、電極4
aまでCOは到達しない。もう一方の電極4ではCOは
電極4表面でCO2に酸化される。その結果両電極間の
電極反応に差が生じ、酸素イオンの平衡が崩れ、両電極
間に電位差が発生する。電位差はリード線8によって検
出回路(図示せず)へ導かれCO濃度を検出することが
できる。上記従来の方式では、絶縁体1、固体電解質
3、多孔体5は板状のものが使用され、これらを所定温
度に加熱するために数100mWから数Wの電力が必要
であった。近年ガスセンサとしては小型、省電力化の動
きが顕著となり、電池駆動を目的とした開発に拍車がか
かっている。Here, when CO is present, CO is oxidized by the catalyst 6 at the electrode 4a on which the catalyst 6 is mounted, and
CO does not reach a. At the other electrode 4, CO is oxidized to CO 2 on the surface of the electrode 4. As a result, a difference occurs in the electrode reactions between the two electrodes, the equilibrium of oxygen ions is disrupted, and a potential difference occurs between the two electrodes. The potential difference is led to a detection circuit (not shown) by the lead wire 8, and the CO concentration can be detected. In the above-mentioned conventional method, the insulator 1, the solid electrolyte 3, and the porous body 5 are plate-shaped, and a power of several hundred mW to several W is required to heat them to a predetermined temperature. In recent years, there has been a remarkable trend of miniaturization and power saving of gas sensors, and development for battery driving has been spurred.
【0006】具体的には、半導体プロセス技術を用いれ
ば、たとえば1mm以下の領域にガス感応膜を形成し、小
型化、省電力化を図ることが可能である。このような微
小な領域にリード線を接合する場合、従来のような導電
性ペーストで接合する方法では大きな接合領域を必要と
するため対応できなかった。リード線の接合方法として
半導体製造プロセスでは金線のワイヤボンディングが広
く用いられているのは周知の事実であるが、ワイヤボン
ディングは金線かアルミ線に限られ、白金電極やヒータ
上には直接接合することはできない。また、金線は強度
が弱いためガスセンサをリード線で懸垂状態で保持する
ような場合は比較的径の大きな線を用いる必要があっ
た。アルミ線は融点が低いため高温雰囲気では使用でき
ないのに加え、酸化被膜を生じて抵抗値が変化するなど
の不具合があった。Specifically, if a semiconductor process technology is used, it is possible to form a gas-sensitive film in a region of, for example, 1 mm or less, thereby achieving miniaturization and power saving. In the case of joining a lead wire to such a minute area, a conventional joining method using a conductive paste cannot cope with the problem because a large joining area is required. It is well known that gold wire bonding is widely used in semiconductor manufacturing processes as a method for joining lead wires.However, wire bonding is limited to gold wire or aluminum wire, and directly on platinum electrodes or heaters. They cannot be joined. Further, since the strength of the gold wire is low, it is necessary to use a wire having a relatively large diameter when the gas sensor is held in a suspended state by a lead wire. The aluminum wire has a low melting point and cannot be used in a high-temperature atmosphere. In addition, the aluminum wire has problems such as a change in resistance due to formation of an oxide film.
【0007】本発明は前記従来の課題を解決するもの
で、微小な領域にもリード線を確実に接合し、長期間安
定して使用できるガスセンサを提供することを目的とす
る。An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and an object of the present invention is to provide a gas sensor which can be used stably for a long period by securely connecting a lead wire even to a minute area.
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】前記従来の課題を解決す
るために本発明のガスセンサは、低熱伝導性の基板上に
ヒータ、絶縁膜、感応部、検出電極を順次積層して形成
し、前記ヒータにガラス系接着剤を混合した導電性ペー
ストを厚膜印刷で形成したヒータリードを連接しさら
に、前記検出電極にガラス系接着剤を混合して形成した
導電性ペーストを厚膜印刷で形成した電極リードを連接
し、前記ヒータリードおよび前記電極リードにリード線
をレーザ溶接により接合して形成したものである。In order to solve the above-mentioned conventional problems, a gas sensor according to the present invention is formed by sequentially laminating a heater, an insulating film, a sensitive part, and a detection electrode on a substrate having low thermal conductivity. A heater paste formed by thick-film printing of a conductive paste mixed with a glass-based adhesive was connected to the heater, and a conductive paste formed by mixing a glass-based adhesive with the detection electrode was formed by thick-film printing. Electrode leads are connected, and lead wires are joined to the heater leads and the electrode leads by laser welding.
【0009】これによって、リード線と電極リードおよ
びヒータリードの接合点ではレーザ照射によって瞬間的
にリード線と導電性ペーストが溶融して接合されるのに
加え、融点および表面張力の違いにより接合点の外側に
ガラス被膜が形成される。したがって接点がガラス被膜
で保護されるとともに、このガラス被膜と導電性ペース
トに含まれるガラスとが接合されて強固な接点が形成さ
れるので長期間安定した出力が得られる。Thus, at the junction between the lead wire, the electrode lead and the heater lead, the lead wire and the conductive paste are instantaneously melted and joined by laser irradiation, and further, the junction is changed due to a difference in melting point and surface tension. A glass coating is formed on the outside of the substrate. Therefore, the contact is protected by the glass coating, and the glass coating and the glass contained in the conductive paste are joined to form a strong contact, so that a stable output can be obtained for a long period of time.
【0010】[0010]
【発明の実施の形態】請求項1に記載の発明は、ガスセ
ンサを低熱伝導性の基板上に形成されたヒータと、前記
ヒータ上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に積層さ
れた感応部と、前記感応部上に形成された検出電極と、
前記ヒータ膜に連接されガラス系接着剤を混合して形成
した導電性ペーストを厚膜印刷で形成したヒータリード
と、前記検出電極に連接されガラス系接着剤を混合して
形成した導電性ペーストを厚膜印刷で形成した電極リー
ドと、前記ヒータリードおよび前記電極リードにレーザ
溶接により接合されたリード線とからなる構成としたこ
とにより、リード線と電極リードおよびヒータリードの
接合点ではレーザ照射によって瞬間的にリード線と導電
性ペーストが溶融して接合されるのに加え、融点および
表面張力の違いにより接合点の外側にガラス被膜が形成
される。したがって接点がガラス被膜で保護されるとと
もに、このガラス被膜と導電性ペーストに含まれるガラ
スとが接合されて強固な接点が形成されるので長期間安
定した出力が得られる。According to the first aspect of the present invention, a gas sensor is formed by stacking a heater formed on a substrate having low thermal conductivity, an insulating film formed on the heater, and the insulating film. A sensing part, and a detection electrode formed on the sensing part,
A heater lead formed by thick-film printing of a conductive paste formed by mixing a glass-based adhesive connected to the heater film, and a conductive paste formed by mixing a glass-based adhesive connected to the detection electrode. By using a configuration including an electrode lead formed by thick-film printing and a lead wire joined to the heater lead and the electrode lead by laser welding, laser irradiation is performed at the junction between the lead wire, the electrode lead, and the heater lead. In addition to the instantaneous melting and joining of the lead wire and the conductive paste, a glass coating is formed outside the joint due to differences in melting point and surface tension. Therefore, the contact is protected by the glass coating, and the glass coating and the glass contained in the conductive paste are joined to form a strong contact, so that a stable output can be obtained for a long period of time.
【0011】請求項2に記載の発明は、請求項1に記載
の発明においてヒータリードおよび電極リードとリード
線は主成分を同じくする構成としたことにより、レーザ
照射によって同種の主成分が溶融して接合することによ
りさらに強固な接合が形成される。According to a second aspect of the present invention, in the first aspect of the present invention, the heater lead, the electrode lead and the lead wire have the same main component, so that the same main component is melted by laser irradiation. By joining together, a stronger joint is formed.
【0012】請求項3に記載の発明は、請求項1、2記
載の発明において、ヒータリードおよび電極リードは
金、白金などの貴金属にガラス接着剤を混合して形成し
たペーストを厚膜印刷で形成した構成としたことによ
り、酸化被膜を形成しにくく、また、腐食性ガスに対す
る安定性も有しているので長期間安定した出力が得られ
る。According to a third aspect of the present invention, in the first and second aspects of the invention, the heater lead and the electrode lead are formed by thick film printing using a paste formed by mixing a glass adhesive with a noble metal such as gold or platinum. With such a configuration, it is difficult to form an oxide film, and it has stability against corrosive gas, so that a stable output can be obtained for a long period of time.
【0013】請求項4に記載の発明は、請求項1から3
記載の発明において、ヒータリードおよび電極リードを
少なくとも二層以上の多層構造とし、第一層を多層より
ガラスを多く含む構成としているので第一層で基板との
密着性を保ち、それ以上の層でリード線との接合を行う
ので電気伝導性を良好に保ち、かつ接合強度を保つこと
ができる。[0013] The invention according to claim 4 is the invention according to claims 1 to 3.
In the invention described, the heater lead and the electrode lead have a multilayer structure of at least two or more layers, and the first layer has a configuration containing more glass than the multilayer, so that the first layer maintains the adhesion to the substrate, and the further layers Since the bonding with the lead wire is performed, the electrical conductivity can be kept good and the bonding strength can be maintained.
【0014】請求項5に記載の発明は、請求項4記載の
発明において、第一層はガラスの融点以上の温度で熱処
理し、第二層はガラスのガラス転移点以上融点以下の温
度で熱処理した構成としているので、第一層とそれ以上
の層とを明確に分離することで基板との密着性と良好な
電気伝導性を確保することができる。According to a fifth aspect of the present invention, in the fourth aspect, the first layer is heat-treated at a temperature higher than the melting point of the glass, and the second layer is heat-treated at a temperature higher than the glass transition point of the glass and lower than the melting point. Since the first layer and the further layers are clearly separated from each other, the adhesion to the substrate and the good electrical conductivity can be secured.
【0015】請求項6に記載の発明は請求項1から5記
載の発明においてレーザビームの照射位置をレーザビー
ムの外周縁がリード線を含むように接するとともに、前
記レーザビームの中心が感応部より遠方にくるような構
成としているので、レーザビームの強度が強すぎてヒー
タリード、電極リードか解けた場合でもリード線と感応
部もしくはリード線とヒータが絶縁状態になるのを防止
するので、常に安定なせ都合状態を確保することができ
る。According to a sixth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the irradiation position of the laser beam is in contact with the outer peripheral edge of the laser beam so as to include the lead wire, and the center of the laser beam is closer to the sensitive portion. Since the laser beam intensity is too strong because the laser beam is too strong, it prevents the lead wire and the sensitive part or the lead wire and the heater from being insulated, so that the laser beam is too strong. A stable state can be secured.
【0016】請求項7に記載の発明は請求項1から5記
載の発明においてレーザのビーム径をリード線径と同程
度とした構成としているのでリード線径に対して膜厚の
薄いヒータリードや電極リードのレーザビームによるダ
メージ防止するので良好な接合状態を実現することがで
きる。According to a seventh aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the laser beam diameter is set to be substantially the same as the lead wire diameter. Since the electrode lead is prevented from being damaged by the laser beam, a favorable bonding state can be realized.
【0017】請求項8に記載の発明は請求項1から5記
載の発明において接合部分のリード線形状を断面長方形
とした構成にしているのでリード線の幅が広がることに
よりレーザビームがリード線から外れることを防止する
とともにレーザビームの強度を低減することができるの
で安定した接合状態を確保することができる。According to an eighth aspect of the present invention, in the first to fifth aspects of the present invention, the shape of the lead wire at the joining portion is rectangular in cross section. Since it is possible to prevent the laser beam from coming off and to reduce the intensity of the laser beam, a stable bonding state can be ensured.
【0018】[0018]
【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
ながら説明する。Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【0019】(実施例1)図1は、本発明の第1の実施
例におけるガスセンサ斜視図を示すものである。本実施
例では固体電解質式のCOセンサについて説明する。(Embodiment 1) FIG. 1 is a perspective view of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention. In this embodiment, a solid electrolyte type CO sensor will be described.
【0020】図1において、11は低熱伝導性の基板
で、ここでは約2mm×2mm×0.3mmの石英ガラスを用
いている。12は白金のヒータでスパッタ法、電子線蒸
着法などによって所定の温度になるように抵抗値を設定
している。13は絶縁膜でアルミナ、シリカ、窒化珪素
などの絶縁材料の薄膜をスパッタ法、電子線蒸着法など
によってヒータ12を覆うように形成している。14は
絶縁膜13上に形成された感応膜である固体電解質膜で
あり、酸素イオン導電性を有する固体電解質(8%イッ
トリア安定化ジルコニア)をスパッタ法で約0.5mm×
0.5mmの大きさに形成している。15a、15bは検
出電極で、白金をスパッタ法で感応部上に形成してい
る。白金に一部パラジウム、ルテニウム、ロジウムなど
の貴金属を混入させても良い。16は片方の検出電極1
5a上に設定された触媒で触媒16は測定対象ガスを酸
化分解するものであれば良いが、白金、パラジウム、ル
テニウム、ロジウムなどの貴金属や酸化すず、酸化亜鉛
などの金属酸化物が利用できる。触媒16はスクリーン
印刷法で形成するか、多孔質材料に硝酸塩などの形で含
浸後、焼成して形成する。17はヒータ12に接続され
たヒータリード、18は検出電極15a、15bに接続
された電極リードである。ヒータリード17と電極リー
ド18は貴金属に接着剤としてガラスを混入し有機溶媒
でペースト化してスクリーン印刷法で厚膜を形成する。
19はヒータリード17および電極リード18に接合さ
れたリード線でレーザ溶接により接合されている。In FIG. 1, reference numeral 11 denotes a substrate having low thermal conductivity, which is made of quartz glass of about 2 mm × 2 mm × 0.3 mm. Reference numeral 12 denotes a platinum heater whose resistance is set to a predetermined temperature by a sputtering method, an electron beam evaporation method, or the like. Reference numeral 13 denotes an insulating film formed of a thin film of an insulating material such as alumina, silica, or silicon nitride so as to cover the heater 12 by a sputtering method, an electron beam evaporation method, or the like. Reference numeral 14 denotes a solid electrolyte film which is a sensitive film formed on the insulating film 13, and is formed by sputtering a solid electrolyte having oxygen ion conductivity (8% yttria-stabilized zirconia) by about 0.5 mm ×
It is formed in a size of 0.5 mm. 15a and 15b are detection electrodes, and platinum is formed on the sensitive part by sputtering. Precious metals such as palladium, ruthenium, and rhodium may be partially mixed with platinum. 16 is one detection electrode 1
The catalyst 16 may be any of the catalysts set on 5a as long as it oxidizes and decomposes the gas to be measured. However, noble metals such as platinum, palladium, ruthenium, and rhodium and metal oxides such as tin oxide and zinc oxide can be used. The catalyst 16 is formed by a screen printing method, or by impregnating a porous material in the form of a nitrate or the like, followed by firing. Reference numeral 17 denotes a heater lead connected to the heater 12, and reference numeral 18 denotes an electrode lead connected to the detection electrodes 15a and 15b. The heater lead 17 and the electrode lead 18 are formed by mixing glass as an adhesive with a noble metal, forming a paste with an organic solvent, and forming a thick film by a screen printing method.
Reference numeral 19 denotes a lead wire joined to the heater lead 17 and the electrode lead 18 and joined by laser welding.
【0021】以上の構成において電源(図示せず)から
リード線18を介してヒータ12に電力を供給し固体電
解質13を所定温度(400℃〜500℃)に加熱する
と、検出電極15a、15bと固体電解質膜14と空気
の界面で電子の授受が行われ、酸素イオンが発生する。
ここで、COが存在すると、触媒16の乗った検出電極
15aではCOは触媒16によって酸化され、検出電極
15aまでCOは到達しない。もう一方の検出電極15
bではCOは検出電極15表面でCO2に酸化される。
その結果両電極間の電極反応に差が生じ、酸素イオンの
平衡が崩れ、両電極間に電位差が発生する。この電位差
を検出することによりCO濃度を検出することができ
る。ここで、基板11には石英ガラスを用いている。石
英ガラスは熱伝導率が1.5W/mKと絶縁膜13(35〜
45W/mK)や感応膜14(6W/mK)に対して小さく、し
たがってヒータ12で加熱した場合に、基板11の温度
はほとんど上昇することなくヒータ12の直上の感応膜
14の領域のみの温度を上昇させることができので、加
熱のための消費電力を大幅に低減することができる。In the above arrangement, when power is supplied from a power source (not shown) to the heater 12 via the lead wire 18 to heat the solid electrolyte 13 to a predetermined temperature (400 ° C. to 500 ° C.), the detection electrodes 15a and 15b Electrons are transferred at the interface between the solid electrolyte membrane 14 and air, and oxygen ions are generated.
Here, if CO is present, CO is oxidized by the catalyst 16 at the detection electrode 15a on which the catalyst 16 is mounted, and does not reach the detection electrode 15a. The other detection electrode 15
In b, CO is oxidized to CO 2 on the surface of the detection electrode 15.
As a result, a difference occurs in the electrode reactions between the two electrodes, the equilibrium of oxygen ions is disrupted, and a potential difference occurs between the two electrodes. By detecting this potential difference, the CO concentration can be detected. Here, quartz glass is used for the substrate 11. Quartz glass has a thermal conductivity of 1.5 W / mK and an insulating film 13 (35 to
45 W / mK) or smaller than the sensitive film 14 (6 W / mK), and therefore, when heated by the heater 12, the temperature of the substrate 11 hardly rises and the temperature of only the area of the sensitive film 14 immediately above the heater 12. Can be increased, so that the power consumption for heating can be greatly reduced.
【0022】また、熱衝撃強度も大きいので短時間で所
定の温度まで昇温することが可能である。上記構成では
15mWsecの電力量で450℃までの昇温が可能であっ
た。また、ヒータリード17および電極リードは通常、
金、白金などの貴金属に接着剤としてガラスを2〜10
%混入し有機溶媒でペースト化したものをスクリーン印
刷で成膜し、ガラスの融点以上に加熱して基板11に密
着させている。ここで、リード線19は通常金、白金が
用いられるが、ヒータリード17および電極リード18
とリード線19は主成分が同じものが望ましい。例え
ば、リード電極が金でリード線19が白金の場合、また
はこの逆の場合、高温雰囲気下で使用すると、金が白金
内に拡散して膜の状態が変化する場合がある。Further, since the thermal shock strength is high, the temperature can be raised to a predetermined temperature in a short time. With the above configuration, it was possible to raise the temperature up to 450 ° C. with a power amount of 15 mWsec. The heater lead 17 and the electrode lead are usually
Use glass as a glue for precious metals such as gold and platinum.
% Of the mixture and paste-formed with an organic solvent is formed into a film by screen printing, and is heated to a temperature equal to or higher than the melting point of the glass to adhere to the substrate 11. Here, the lead wire 19 is usually made of gold or platinum, but the heater lead 17 and the electrode lead 18 are used.
It is desirable that the lead wire 19 and the lead wire 19 have the same main component. For example, when the lead electrode is made of gold and the lead wire 19 is made of platinum, or vice versa, when used in a high-temperature atmosphere, gold may diffuse into platinum and change the state of the film.
【0023】また、リード線19に金を用いた場合は、
金は剛性が低いため、ガスセンサをリード線19で懸垂
固定する場合は使用し難く、金はガスセンサを台座に固
定するような場合に限られる。以上のことから、リード
線19、電極リード18、ヒータリード17は白金が最
適である。ヒータ12、検出電極15も白金形成できる
のでこれらとの接合状態を良好に保つ点でも有利であ
る。When gold is used for the lead wire 19,
Since gold has low rigidity, it is difficult to use when the gas sensor is suspended and fixed with the lead wire 19, and gold is limited to the case where the gas sensor is fixed to the base. From the above, platinum is optimal for the lead wire 19, the electrode lead 18, and the heater lead 17. Since the heater 12 and the detection electrode 15 can also be formed of platinum, it is advantageous in that the state of joining with them can be kept good.
【0024】図2は白金のヒータリード17(もしくは
電極リード18)と白金のリード線19をレーザ溶接で
接合した場合の断面を示したものである。リード線19
をヒータリード上においてレーザビームを照射すると、
レーザビームが照射された部分のリード線19およびヒ
ータリード17は瞬時に溶融する。このときヒータリー
ド17には白金中にガラスが混入しているため、表面張
力の違いにより白金はリード線19の周りに球状体20
となり、ガラスは白金の周りに被膜を形成する。ここ
で、レーザビームの照射を中止すると、融点の高い白金
が先に球状の凝固し、ヒータリード17の白金と接合さ
れる。FIG. 2 shows a cross section when the platinum heater lead 17 (or the electrode lead 18) and the platinum lead wire 19 are joined by laser welding. Lead wire 19
When a laser beam is irradiated on the heater lead,
The lead wire 19 and the heater lead 17 at the portion irradiated with the laser beam are instantaneously melted. At this time, since glass is mixed with platinum in the heater lead 17, platinum becomes spherical around the lead wire 19 due to a difference in surface tension.
And the glass forms a coating around the platinum. Here, when the irradiation of the laser beam is stopped, platinum having a high melting point is first solidified into a spherical shape and joined to the platinum of the heater lead 17.
【0025】次に融点の低いガラスが、球状の白金を覆
うように被膜21を形成したまま凝固し、ヒータリード
17に固定される。したがって白金の接合点を保護する
よう接合されるので強固な接合が実現され、長期間安定
した使用が可能になる。Next, the glass having a low melting point solidifies while forming the coating 21 so as to cover the spherical platinum, and is fixed to the heater lead 17. Therefore, since the bonding is performed so as to protect the bonding point of platinum, strong bonding is realized, and stable use for a long period of time becomes possible.
【0026】(実施例2)図3は本発明の実施例2にお
けるガスセンサの斜視図である。基本構成は図1と同一
であるので異なる点のみ説明する。図3においてヒータ
リード17および電極リード18はガラスの含有量の多
い第一層17a、18aとガラスの含有量の少ない第二
層17b、18bとから形成している。二層以上形成す
るときは第一層のみガラス含有量を多くして形成する。Embodiment 2 FIG. 3 is a perspective view of a gas sensor according to Embodiment 2 of the present invention. Since the basic configuration is the same as that of FIG. 1, only different points will be described. In FIG. 3, the heater lead 17 and the electrode lead 18 are formed of first layers 17a and 18a having a high glass content and second layers 17b and 18b having a low glass content. When two or more layers are formed, only the first layer is formed by increasing the glass content.
【0027】ヒータリード17および電極リード18は
ガラス含有量は多くなると基板11との接着力は増加す
るが抵抗が急激に増加し、ヒータリード17、電極リー
ド18としては使用でき無くなる。そこで、二層に分割
することにより第一層17a、18aで基板11との密
着性を確保し、第二層17b、18b導電性を確保す
る。ガラス含有量としては第一層17a、18aは2〜
10wt%、第二層17b、18bは5〜20wt%が使用
可能である。また、第一層17a、18aと第二層17
b、18bを成膜するときの熱処理条件を第一層17
a、18aはガラスの融点以上の温度で熱処理し、第二
層17b、18bはガラス転移温度以上、融点以下の温
度で熱処理している。例えば第一層をガラス含有率20
wt%、第二層をガラス含有率8%とした場合、量層とも
ガラスの融点以上で熱処理すると第一層17a、18a
と第二層17b、18bは完全に固溶してしてガラス含
有率14%の単一層が形成される。白金にガラスを混入
した場合ガラス含有率が10を超えると電気抵抗が急激
に増加することが知られており、ヒータリード17、電
極リード18としての電気伝導性がまったく損なわれて
しまう。そこで第一層17a、18aと第二層17b、
18bで熱処理温度を変えることにより、第一層17
a、18aと第二層17b、18bを明確に分離し、板
11との密着性を確保しかつ電気伝導性を確保する。第
二層17b、18bは融点以下の熱処理なので完全に溶
融はしないが、ガラス点移転以上に熱処理すれば流動状
態となり、第一層17a、18aと接合性は十分保たれ
る。As the glass content of the heater lead 17 and the electrode lead 18 increases, the adhesive force with the substrate 11 increases, but the resistance sharply increases, and the heater lead 17 and the electrode lead 18 cannot be used as the heater lead 17 and the electrode lead 18. Therefore, by dividing into two layers, the first layers 17a and 18a secure the adhesion to the substrate 11, and the second layers 17b and 18b secure the conductivity. As the glass content, the first layers 17a and 18a
10 wt%, and 5-20 wt% of the second layers 17b and 18b can be used. Also, the first layer 17a, 18a and the second layer 17
b, 18b are set to the first layer 17
a and 18a are heat-treated at a temperature higher than the melting point of glass, and the second layers 17b and 18b are heat-treated at a temperature higher than the glass transition temperature and lower than the melting point. For example, if the first layer has a glass content of 20
wt% and the second layer having a glass content of 8%, the first and second layers 17a, 18a are heat-treated at a temperature higher than the melting point of the glass.
And the second layers 17b and 18b are completely dissolved to form a single layer having a glass content of 14%. It is known that when glass is mixed with platinum, if the glass content exceeds 10, the electric resistance sharply increases, and the electric conductivity of the heater lead 17 and the electrode lead 18 is impaired at all. Therefore, the first layer 17a, 18a and the second layer 17b,
By changing the heat treatment temperature at 18b, the first layer 17
a, 18a and the second layers 17b, 18b are clearly separated from each other to secure adhesion to the plate 11 and to secure electrical conductivity. Since the second layers 17b and 18b are heat-treated at a melting point or lower, they are not completely melted.
【0028】(実施例3)図4は本発明の実施例3にお
けるガスセンサの要部平面図である。基本構成は図1と
同一であるので異なる点のみ説明する。図5においてヒ
ータリード17もしくは電極リード18上でのレーザビ
ーム22の照射位置をレーザビーム22の外周縁がリー
ド線19を完全に含んで接するとともに、前記レーザビ
ーム22の中心が感応膜14より遠方にくるようにした
構成としている。レーザビーム22の径がリード線19
の径よりも大きい場合は、ヒータリード17、電極リー
ド18にもレーザビーム22照射されるが、リード線1
9の径に比べてヒータリード17、電極リード18の膜
厚が薄いため、ヒータリード17、電極リード18が損
傷を受ける。たとえばレーザビーム22の中心がリード
線19の中心と一致している場合は、レーザビーム22
が照射された位置の白金が溶融し、リード線19に集合
するために、極端な場合リード線19の周囲に白金成分
が全く無くなり、リード線19とヒータリード17もし
くは電極リード18が接合されているにもかかわらず絶
縁状態になる場合がある。レーザビーム22の照射位置
をレーザビーム22の外周縁がリード線19を完全に含
んで接するとともに、前記レーザビーム22の中心が感
応膜14より遠方にくるようにしすることによって感応
膜14がわの欠損を無くして導電性を確保することがで
きる。(Embodiment 3) FIG. 4 is a plan view of a main part of a gas sensor according to Embodiment 3 of the present invention. Since the basic configuration is the same as that of FIG. 1, only different points will be described. In FIG. 5, the irradiation position of the laser beam 22 on the heater lead 17 or the electrode lead 18 is in contact with the outer peripheral edge of the laser beam 22 completely including the lead wire 19 and the center of the laser beam 22 is farther from the sensitive film 14. It is configured to come to The diameter of the laser beam 22 is
When the diameter is larger than the diameter of the lead wire 1, the heater lead 17 and the electrode lead 18 are also irradiated with the laser beam 22.
Since the thickness of the heater lead 17 and the electrode lead 18 is smaller than the diameter of the heater 9, the heater lead 17 and the electrode lead 18 are damaged. For example, if the center of the laser beam 22 matches the center of the lead wire 19,
In the extreme case, the platinum component is completely lost around the lead wire 19 because the platinum at the position irradiated with the metal melts and gathers on the lead wire 19, and the lead wire 19 and the heater lead 17 or the electrode lead 18 are joined. May be insulated despite the presence. The irradiation position of the laser beam 22 is set such that the outer peripheral edge of the laser beam 22 is completely in contact with the lead wire 19 and the center of the laser beam 22 is farther from the sensitive film 14, so that the sensitive film 14 is covered. The conductivity can be ensured by eliminating defects.
【0029】(実施例4)図5は本発明の実施例4の要
部断面図である。基本構成は上記実施例と同一であるの
で異なる点のみ説明する。図5においてレーザビーム2
2径をリード線19径と同程度としている。この構成に
よりリード線19の径に対して膜厚の薄いヒータリード
17や電極リード18のレーザビーム22によるダメー
ジ防止するので良好な接合状態を実現することができ
る。(Embodiment 4) FIG. 5 is a sectional view of a main part of Embodiment 4 of the present invention. Since the basic configuration is the same as that of the above embodiment, only different points will be described. In FIG. 5, the laser beam 2
The two diameters are approximately equal to the diameter of the lead wire 19. With this configuration, it is possible to prevent the heater lead 17 and the electrode lead 18 having a small thickness with respect to the diameter of the lead wire 19 from being damaged by the laser beam 22, so that a favorable bonding state can be realized.
【0030】(実施例5)図6は本発明の実施例5の要
部斜視図である。基本構成は上記実施例と同一であるの
で異なる点のみ説明する。図5において接合部分のリー
ド線19aの形状を断面長方形としている。断面長方形
とすることによりリード線の幅が広がることになりりレ
ーザビーム22がリード線から外れることを防止すると
ともにレーザビーム22がリード線19に均一に照射さ
れるので安定した接合状態を確保することができる。(Embodiment 5) FIG. 6 is a perspective view of a main part of Embodiment 5 of the present invention. Since the basic configuration is the same as that of the above embodiment, only different points will be described. In FIG. 5, the shape of the lead wire 19a at the joint is rectangular. By making the cross section rectangular, the width of the lead wire is widened, so that the laser beam 22 is prevented from coming off the lead wire, and the laser beam 22 is uniformly applied to the lead wire 19, so that a stable bonding state is ensured. be able to.
【0031】[0031]
【発明の効果】以上のように本発明によれば、リード線
と電極リードおよびヒータリードの接合点ではレーザ照
射によって瞬間的にリード線と導電性ペーストが溶融し
て接合されるのに加え、融点および表面張力の違いによ
り接合点の外側にガラス被膜が形成されることにより接
点がガラス被膜で保護されるとともに、このガラス被膜
と導電性ペーストに含まれるガラスとが接合されて強固
な接点が形成されるので長期間安定した出力が得られ
る。As described above, according to the present invention, in addition to the fact that the lead wire and the conductive paste are instantaneously melted and joined by laser irradiation at the joining point of the lead wire, the electrode lead and the heater lead, A contact point is protected by the glass coat by forming a glass coat outside the joining point due to the difference in melting point and surface tension, and this glass coat and the glass contained in the conductive paste are joined to form a strong contact. As a result, a stable output can be obtained for a long period of time.
【図1】本発明の実施例1におけるガスセンサの斜視図FIG. 1 is a perspective view of a gas sensor according to a first embodiment of the present invention.
【図2】同本発明の実施例1におけるガスセンサの要部
断面図FIG. 2 is a sectional view of a main part of the gas sensor according to the first embodiment of the present invention.
【図3】本発明の実施例2におけるガスセンサの分解斜
視平面図FIG. 3 is an exploded perspective plan view of a gas sensor according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の実施例3におけるガスセンサの要部平
面図FIG. 4 is a plan view of a main part of a gas sensor according to a third embodiment of the present invention.
【図5】本発明の実施例4におけるガスセンサの要部平
面図FIG. 5 is a plan view of a main part of a gas sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図6】本発明の実施例4におけるガスセンサの要部斜
視図FIG. 6 is a perspective view of a main part of a gas sensor according to a fourth embodiment of the present invention.
【図7】従来のガスセンサの斜視図FIG. 7 is a perspective view of a conventional gas sensor.
11 基板 12 ヒータ 13 絶縁膜 14 感応膜 15a、15b 検出電極 16 触媒 17 ヒータリード 18 電極リード 19 リード線 22 レーザビーム DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Substrate 12 Heater 13 Insulating film 14 Sensitive film 15a, 15b Detection electrode 16 Catalyst 17 Heater lead 18 Electrode lead 19 Lead wire 22 Laser beam
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 丹羽 孝 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 鶴田 邦弘 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 梅田 孝裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 柴尾 光裕 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (72)発明者 澁谷 誠 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 Fターム(参考) 2G004 BB04 BD04 BE12 BE22 BF07 BH15 BJ03 BL08 BM05 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continued on the front page (72) Takashi Niwa, Inventor 1006 Kadoma, Kazuma, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Kunihiro Tsuruta 1006, Kadoma, Kazuma, Kadoma City, Osaka Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 72) Inventor Takahiro Umeda 1006 Kadoma Kadoma, Kadoma City, Osaka Prefecture Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. (72) Inventor Mitsuhiro Shiba 1006 Odaka Kadoma Kadoma City, Osaka Prefecture Inside Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. 1006 Kadoma Kadoma Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. F term (reference) 2G004 BB04 BD04 BE12 BE22 BF07 BH15 BJ03 BL08 BM05
Claims (8)
と、前記ヒータ上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上
に積層された感応部と、前記感応部上に形成された検出
電極と、前記ヒータ膜に連接されガラス系接着剤を混合
して形成した導電性ペーストを厚膜印刷で形成したヒー
タリードと、前記検出電極に連接されガラス系接着剤を
混合して形成した導電性ペーストを厚膜印刷で形成した
電極リードと、前記ヒータリードおよび前記電極リード
にレーザ溶接により接合されたリード線とからなるガス
センサ。1. A heater formed on a substrate having low thermal conductivity, an insulating film formed on the heater, a sensitive part laminated on the insulating film, and a detection part formed on the sensitive part. An electrode, a heater lead formed by thick-film printing of a conductive paste formed by mixing a glass-based adhesive connected to the heater film, and a conductive lead formed by mixing a glass-based adhesive connected to the detection electrode. A gas sensor comprising: an electrode lead formed by thick film printing of a conductive paste; and a lead wire joined to the heater lead and the electrode lead by laser welding.
線は主成分を同じくする請求項1記載のガスセンサ。2. The gas sensor according to claim 1, wherein the heater lead, the electrode lead, and the lead wire have the same main component.
金などの貴金属にガラス接着剤を混合して形成したペー
ストを厚膜印刷で形成した請求項1、2のいずれか1項
記載のガスセンサ。3. The gas sensor according to claim 1, wherein the heater lead and the electrode lead are formed by thick film printing using a paste formed by mixing a glass adhesive with a noble metal such as gold or platinum.
とも二層以上の多層構造とし、第一層を多層よりガラス
を多く含む構成とした請求項3記載のガスセンサ。4. The gas sensor according to claim 3, wherein the heater lead and the electrode lead have a multilayer structure of at least two or more layers, and the first layer is configured to include more glass than the multilayer.
理し、第二層はガラスのガラス転移点以上融点以下の温
度で熱処理した請求項4記載のガスセンサ。5. The gas sensor according to claim 4, wherein the first layer is heat-treated at a temperature higher than the melting point of the glass, and the second layer is heat-treated at a temperature higher than the glass transition point of the glass and lower than the melting point.
レーザビームの照射位置をレーザビームの外周縁がリー
ド線に接するとともに、前記レーザビームの中心が感応
部より遠方にくるようにした請求項1から5のいずれか
1項記載のガスセンサ。6. The laser beam irradiation position on the heater lead or the electrode lead is such that the outer peripheral edge of the laser beam is in contact with the lead wire and the center of the laser beam is farther from the sensitive portion. 6. The gas sensor according to claim 5.
とした請求項1から5のいずれか1項記載のガスセン
サ。7. The gas sensor according to claim 1, wherein a beam diameter of the laser is substantially equal to a lead wire diameter.
した請求項7記載のガスセンサ。8. The gas sensor according to claim 7, wherein the shape of the lead wire at the joining portion is rectangular in cross section.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2000357267A JP2002162378A (en) | 2000-11-24 | 2000-11-24 | Gas sensor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100450046B1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-09-30 | 카오스 주식회사 | a |
-
2000
- 2000-11-24 JP JP2000357267A patent/JP2002162378A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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KR100450046B1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-09-30 | 카오스 주식회사 | a |
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