JP2005189238A - ガスセンサ - Google Patents

Abstract

【課題】 ダイアフラム構造部を有したガス検出素子を備えたガスセンサにおいて、通気孔から異物が進入した場合にもガス検出部の性能低下を防止し、かつ、ダイアフラム構造部が破損することを防ぐことができるガスセンサを実現する。
【解決手段】保護キャップ３の天井部３０には、被測定ガスがガスセンサ１の内部（ガス測定空間）に入るための平面視、略円形の通気孔３１〜３９が穿設されている。この通気孔３１〜３９をガス検出素子８，９の表面を水平に延設した平面に正射影した場合に、これら通気孔３１〜３９の正射影像がガス検出部１２，１３に重ならないように、通気孔３１〜３９が配置されている。従って、異物が環境気体中を落下してきて、通気孔３１〜３９を通過しても、異物が直接的にガス検出部１２，１３（ダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄ）に衝突することがない。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスセンサに関し、詳細には、ダイアフラム構造部を有したガス検出素子を配線基板に搭載したガスセンサに関する。

従来、ガスセンサの一種として、円筒形状のハウジング内部に金属酸化物半導体よりなるガス検出素子を備えた構造のものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このガスセンサでは、円筒形状のハウジングの天井部において、ハウジング外と内部との間で被測定ガスが流通可能な通気孔が備えられており、この通気孔には異物の侵入を防止する金網が設けられている。また、ガス検知用のガスセンサの一種として、センサ検出素子をダイアフラム構造部上に搭載したものも知られている（例えば、特許文献２、３参照）。この構造のガスセンサでは、ダイアフラム構造部が薄板に形成されているので、センサ検出素子と基板本体とを熱的に隔離することができ、測定精度を高めることができる特徴がある。
特開平１−２６０３５４号公報 特開２００２−１３９３６１号公報 特開平１１−２３３２４０号公報

しかしながら、特許文献１に記載のガスセンサでは、金網を通過して微細な異物がハウジング内部に進入した場合には、通気孔の金網の直下にガス検出素子が設けられているので、ガス検出素子に異物が付着してガス検出素子の性能が低下するという問題があった。

特に、ガス検出素子として、特許文献２または特許文献３に記載のダイアフラム構造部を有したガスセンサを特許文献１に記載のガスセンサに適用した場合、通気孔から進入した異物がダイアフラム構造部に衝突すると、ガス検出素子の性能が低下するだけでなく、薄板のダイアフラム構造部が破損するという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたものであり、ダイアフラム構造部を有したガス検出素子を備えたガスセンサにおいて、通気孔から異物が進入した場合にもガス検出部の性能低下を防止し、かつ、ダイアフラム構造部が破損することを防ぐことができるガスセンサを実現することを目的とする。

上記の課題を解決するために請求項１に記載の発明のガスセンサは、ガス検出素子と、前記ガス検出素子を搭載する配線基板と、前記ガス検出素子を覆うように配線基板に装着される保護キャップであって、前記配線基板に装着されたときに、当該配線基板とでガス測定空間を形成すると共に、外部から前記ガス測定空間に被測定ガスを導くための通気孔を有する保護キャップと、を備えるガスセンサであって、前記ガス検出素子は、ダイアフラム構造部を有し、当該ダイアフラム構造部にガス検出部を備えており、前記通気孔及び前記ダイアフラム構造部を前記ガス検出素子の表面を水平に延設した平面に正射影した場合に、前記通気孔の正射影像が前記ダイアフラム構造部の正射影像に重ならないように、前記通気孔が配置されていることを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の構成に加えて、前記ガス検出素子には、素子側電極が設けられ、前記配線基板には、基板側電極が設けられ、さらに、前記素子側電極と前記基板側電極とを接続する接続部が設けられ、前記ガス検出素子の表面を水平に延設した平面に前記通気孔及び前記接続部を正射影した場合に、前記通気孔の正射影像が前記接続部の正射影像に重ならないように、前記通気孔が配置されていることを特徴とする。

さらに、上記課題の他の解決手段として、請求項３に記載の発明のガスセンサは、ガス検出素子と、前記ガス検出素子を搭載する配線基板と、前記ガス検出素子を覆うように配線基板に装着される保護キャップであって、前記配線基板に装着されたときに、当該配線基板とでガス測定空間を形成すると共に、外部から前記ガス測定空間に被測定ガスを導くための通気孔を有する保護キャップと、を備えるガスセンサであって、前記ガス検出素子は、ダイアフラム構造部を有し、当該ダイアフラム構造部にガス検出部を備える一方、前記保護キャップは、前記配線基板のうちで前記ガス検出素子が搭載される搭載面に向かい合う天井部に複数の前記ガス取入れ口を有しており、前記複数のガス取入れ口は、いずれも、上記天井部外部から前記搭載面に直交する方向に沿って見たとき、当該ガス取入れ口を通じて前記ガス検出素子のダイアフラム構造部が視認できない関係を満たすよう形成されていることを特徴とする。

また、請求項４に記載の発明のガスセンサは、請求項３に記載の発明の構成に加えて、前記ガス検出素子には、素子側電極が設けられ、前記配線基板には、基板側電極が設けられ、さらに、前記素子側電極と前記基板側電極とを接続する接続部が設けられ、前記複数のガス取入れ口は、いずれも、上記天井部外部から前記搭載面に直交する方向に沿って見たとき、当該ガス取入れ口を通じて前記接続部が視認できない関係を満たすよう形成されていることを特徴とする。

また、請求項５に記載の発明のガスセンサは、請求項１乃至４の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、前記配線基板は、複数の絶縁層の間に内部配線層が形成された積層構造体であり、前記複数の絶縁層のうち前記ガス検出素子が搭載される絶縁層の前記ダイアフラム構造部に対面する部位に窪みが形成されていることを特徴とする。

また、請求項６に記載の発明のガスセンサは、請求項１乃至５に記載の発明の構成に加えて、前記配線基板の底面は略平面に形成され、当該底面には当該ガスセンサが固着される回路基板に接続される外部電極が設けられ、前記保護キャップの上面には、平面部が形成されていることを特徴とする。

また、請求項７に記載の発明のガスセンサは、請求項２又は４に記載の発明の構成に加えて、前記接続部を保護する封止部材を設けたことを特徴とする。

また、請求項８に記載の発明のガスセンサは、請求項１乃至７の何れか１項に記載の発明の構成に加えて、異なるガス種に反応する複数の前記ガス検出素子が前記配線基板に搭載されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明のガスセンサでは、通気孔及びダイアフラム構造部をガス検出素子の表面を水平に延設した平面に正射影した場合に、通気孔の正射影像がダイアフラム構造部の正射影像に重ならない、即ち、ガス検出素子のダイアフラム構造部の真上に通気孔が存在しないので、通気孔から進入した異物がダイアフラム構造部に形成されたガス検出部に付着しにくくなる。また、通気孔から進入した異物がダイアフラム構造部に衝突し、その衝撃でダイアフラム構造部が破損することを防止できる。従って、ガスセンサからの出力不良を防止できる。

なお、保護キャップに形成されるガス取入れ口の形状は特に限定されず、貫通孔であっても良く、あるいは、保護キャップの外壁に直線状の切れ目を設け、この切れ目から外壁の特定部位を一端側が外壁に連なる形態でガス測定空間に向かって突出させ、外部とガス測定空間とを連通させるようにしても良い。さらに、ガス取入れ口の個数は１つであっても複数であっても良い。但し、ガス検出素子のダイアフラム構造部の真上に通気孔が存在しない関係を満たす必要がある。

また、請求項２に記載の発明のガスセンサは、請求項１に記載の発明の効果に加えて、ガス検出素子の表面を水平に延設した平面に通気孔及び素子側電極と基板側電極とを接続する接続部を正射影した場合に、通気孔の正射影像が接続部の正射影像に重ならない、即ち、当該接続部の真上に通気孔が存在しないので、通気孔から進入した異物が接続部に付着しにくく、また、異物が接続部の配線間を短絡させることを防止できる。

請求項３に記載の発明のガスセンサでは、複数のガス取入れ口は、いずれも、天井部外部から配線基板のガス検出素子が搭載する搭載面に直交する方向に沿って見たとき、即ち天井部の真上から上記搭載面に直交する方向に見たとき、ガス取入れ口を通じてガス検出素子のダイアフラム構造部が視認できない関係を満たすよう形成されている。これにより、ガス取入れ口から進入した異物がダイアフラム構造部に形成されたガス検出部に付着し難くなる。また、ガス取入れ口を通して異物が直接ダイアフラム構造部に衝突し難く、異物の衝突の影響によりダイアフラム構造が破損することを効果的に防止することができる。

なお、保護キャップに形成されるガス取入れ口の形状は特に限定されず、貫通孔であっても良く、あるいは、保護キャップの外壁に直線状の切れ目を設け、この切れ目から外壁の特定部位を一端側が外壁に連なる形態でガス測定空間に向かって突出させ、外部とガス測定空間とを連通させるようにしても良い。さらに、ガス取入れ口の個数は１つであっても複数であっても良い。但し、保護キャップの天井部の真上から上記搭載面に向かって直交する方向に目視したときに、ガス検出素子のダイアフラム構造部が見えない関係を満たす必要がある。

また、請求項４に記載の発明のガスセンサは、請求項３に記載の発明の効果に加えて、複数のガス取入れ口は、いずれも、天井部外部から配線基板のガス検出素子が搭載する搭載面に直交する方向に沿って見たとき、即ち天井部の真上から上記搭載面に直交する方向に見たとき、ガス取入れ口を通じて素子側電極と基板側電極とを繋ぐ接続部が視認できない関係を満たすよう形成されている。これにより、ガス取入れ口から進入した異物が接続部に付着し難く、また、異物が接続部の配線間を短絡させることを防止することができる。

さらに、請求項５に記載の発明のガスセンサは、請求項１乃至４の何れかに記載の発明の効果に加えて、配線基板は、複数の絶縁層の間に内部配線層が形成された積層構造体であるので、ガス検出素子及び外部電極間の配線の自由度を高めることができる。また、複数の絶縁層のうちガス検出素子が搭載される絶縁層のダイアフラム構造部に対面する部位に窪みが形成されているので、ダイアフラム構造部に形成されたマイクロヒータ等によりガス検出部の加熱制御を行った場合に、ダイアフラム構造部の内圧が上昇してダイアフラム構造部が破損するのを防止できる。

また、請求項６に記載の発明のガスセンサは、請求項１乃至５の何れかに記載の発明の効果に加えて、配線基板の底面に外部電極が設けられ、保護キャップの上面には平面部が形成されているので、平面部をチップマウンタの吸着ノズルが当接可能な面として利用できる。このため、回路基板に電子部品を実装する際にガスセンサを電子部品と一緒に、チップマウンタを用いた表面実装ができるので、組み立て工程の簡略化及び組み立ての工数の削減を実現できる。

また、請求項７に記載の発明のガスセンサは、請求項２又は４に記載の発明の効果に加えて、接続部を封止部材により保護しているので、異物に対する接続部の不具合を更に防止することができる。また、保護キャップ内に結露水が貯まった場合に、接続部の配線間が短絡することがない。

また、請求項８に記載の発明のガスセンサは、請求項１乃至７の何れかに記載の発明の効果に加えて、異なるガス種に反応する複数のガス検出素子を１つの配線基板に搭載することにより、支持体としても機能する配線基板の個数を増やすことなく、被測定ガス中の複数種の特定ガスを検出することができる。なお、異なるガス種としては、具体的に、ＮＯｘ等の酸化性ガスとＣＯ、ＨＣ等の還元性ガスを挙げることができる。

以下、本発明の一実施の形態のガスセンサ１について図面を参照して説明する。まず、図１〜図３を参照して、ガスセンサ１の外部形状について説明する。図１は本発明の一実施の形態のガスセンサ１の分解斜視図であり、図２はガスセンサ１の平面図であり、図３はガスセンサ１の底面図である。本発明は、ガスを検出する各種のガスセンサに適用できるが、本実施の形態のガスセンサ１は、一例として、環境気体（被測定ガス）中のＣＯ、ＨＣといった還元性ガスやＮＯｘといった酸化性ガスの濃度変化を検出するガスセンサを例に説明する。このガスセンサ１は、例えば、自動車のエンジンルーム内のフロントグリル近傍に設けられ、環境気体中の還元性ガスや酸化性ガスの濃度変化を検出して、空調制御装置の外気導入と内気循環を切り替える空調用センサに用いられるものである。

図１及び図２に示すように、このガスセンサ１は、略直方体形状に形成されており、配線基板２に形成されたキャビティの開口部を覆うように、配線基板２に保護キャップ３が、図１において、上方から装着されている。配線基板２は、積層構造となっており、キャビティ内にダイアフラム構造に形成されたガス検出素子８，９が搭載されている。また、保護キャップ３は、平面状の天井部３０と、天井部３０から図１において下方に延びる垂下突起部４１，４２とを有しており、一例として、ステンレス鋼板のプレス成形により形成される。天井部３０は平面視略長方形に形成されており、天井部３０には、被測定ガスがガスセンサ１の内部（キャビティ内）に入るための平面視、略円形の通気孔３１，３２，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３８，３９が設けられている。そして、この保護キャップ３が配線基板２に装着されることで、配線基板２との間でガス測定空間Ｓを形成することになる。なお、通気孔３１〜３９が、本発明の「ガス取入れ口」に相当し、これらの通気孔３１〜３９を通じて外部からガス測定空間Ｓに被測定ガスが導かれる。

また、図３に示すように、ガスセンサ１の底面１Ａは、略長方形の平面に形成されており、その底面１Ａには、図示外の回路基板と半田付け等により接合される略長方形の外部電極５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆが設けられている。この外部電極５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆの表面には、一例としてＡｕメッキ膜が形成されている。

次に、図１，図３〜図５を参照して、ガスセンサ１を構成する配線基板２の構造の詳細について説明する。図４は、配線基板２の平面図であり、図５は、図４のＡ−Ａ線断面における配線基板２の矢視方向断面図である。図１及び図５に示すように、配線基板２は、図１において、下部から上部に向けて第一層４、第二層５、第三層６、第四層７の４層が積層されたＡｌ_２Ｏ_３（アルミナ）焼結体からなる平面視略長方形のセラミック積層構造体である。ここで、本明細書では、配線基板のうち半導体素子が搭載される側を表面とし、その反対側を底面とする。即ち、本実施の形態のガスセンサ１の配線基板２（積層構造
体）において、キャビティが形成され、ガス検知素子８，９が搭載される側を表面とし、その反対側を底面１Ａとする。尚、積層構造体の第一層４〜第三層６の表面には、図示外の内部配線が形成され、内部配線層を構成している。また、図１及び図４に示すように、配線基板２の長手方向外側面２Ｐ及び２Ｑには、第一層４〜第四層７を貫通して、配線基板２の積層方向に平面視、略円弧状の凹部２Ｃ，２Ｄ，２Ｅ，２Ｆ，２Ｇ，２Ｈ，２Ｉ，２Ｊ，２Ｋ，２Ｌ，２Ｍ，２Ｎが各々設けられている。また、配線基板２の短手方向の一方の側面（図１における左側面）２Ｓには、第一層４〜第四層７を貫通して、案内凹部２Ａが設けられ、側面２Ｓと対向する他方の側面（図１における右側面）２Ｒにも、第一層４〜第四層７を貫通して案内凹部２Ｂが設けられている。

また、図３及び図５に示すように、最下層の第一層４の短手方向の一方の側面２Ｓには、配線基板２の長手方向における前記案内凹部２Ａより深い窪みである嵌合部４Ａが設けられ、第一層４の右側の側面２Ｒにも、前記案内凹部２Ｂより深い窪みである嵌合部４Ｂが設けられている。これらの嵌合部４Ａ，４Ｂには、後述する保護キャップ３の垂下突起部４１の嵌合突起４１Ａと、垂下突起部４２の嵌合突起４２Ａとが各々進入して係合するようになっている。さらに、図４及び図５に示すように、第二層５の短手方向中央部には、後述するダイアフラム構造内の内圧を調整する内圧調整用窪み５Ａが長手方向に延設されている。また、第三層６の中央付近には、第三層６を貫通する貫通孔が形成されており、第四層７の中央付近には、第四層７を貫通し第三層６の貫通孔よりも大きな開口の貫通孔が形成されており、これら貫通孔を形成する壁面によってキャビティが形成されている。そして、第三層６の貫通孔内には、平面視略長方形の板状のガス検出素子８，９が並列に配置されて、第二層５の上面に接着されている。尚、第三層６の貫通孔を形成する壁面とガス検出素子８，９との間、或いは、各ガス検出素子８，９の間には、内圧調整用窪み５Ａ内の気圧が高まった場合に、内圧調整用窪み５Ａ内の空気を外部に放出して、外気圧と同じにするための内圧放出孔６Ｅ，６Ｆ，６Ｇが形成されている。さらに、図１及び図５に示すように、第三層６上には第四層７が積層され、当該第四層７には、平面視、略長方形の開口部７Ａが形成され、ガス検出素子８，９が露出するようになっている。

次に、図１，図４〜図６を参照して、ガス検出素子８，９の構造を説明する。図６は、ガス検出素子８のガス検出部１２の平面図である。これらのガス検出素子８，９には、各々、ガスを検出する平面視略正方形のガス検出部１２，１３が形成され，その背面には、図５に示すように、各々、窪み部６Ａ，６Ｃが形成され、ダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄとなっている。尚、ダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄには、図示外のＰｔ配線から構成されたマイクロヒータが組み込まれている。また、図４に示すように、ガス検出部１２は、略縦長の長方形のガス検出素子８の上面において、後側の側面２Ｑ寄りに設けられている。ガス検出部１３もガス検出素子９の上面に同様に配置されている。ガス検出素子８のガス検出部１２は、図６に示すように、平面視、略正方形であり、その中央部には、図示外のガス感応膜に接して形成された検知電極１２Ａが設けられている。また、ガス検出部１３もガス検出部１２と同様の構造となっている。

さらに、ガス検出素子８の上面の短手側の側面２Ｐ寄りの部分（図４における手前側の部分）には、ガス検出素子８の出力を外部に取り出すため及びガス検出素子８への電源供給のための接続電極１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｄの電極パッドが形成されている。また、同様に、ガス検出素子９の上面の短手側の側面２Ｐ寄りの部分には、接続電極１５Ａ，１５Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄの電極パッドが形成されている。さらに、接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄ近傍の第三層６の上面には、接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ及びコモン電極１７の電極パッドが設けられている。接続電極１４Ａ，１４Ｂ，１５Ｃ，１５Ｄは、接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂに、各々、Ａｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄによりワイヤボンディング接続され、接続電極１４Ｃ，１４Ｄ，１５Ａ，１５Ｂは、コモン電極１７に、Ａｕワイヤ２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂによりワイヤボンディング接続されている。尚、接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄが本発明の「素子側電極」に相当し、接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ及びコモン電極１７が本発明の「基板側電極」に相当する。また、Ａｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが本発明の「接続部」に相当する。

次に、上記の配線基板２の第一層４〜第四層７の製造工程を説明する。まず、Ａｌ_２Ｏ_３（アルミナ）グリーンシートを製造工程で使用する適宜の大きさに切断する。この切断されたシートは、配線基板２の各層を多数連結した状態となるものである。従って、第一層４が多数連結されたシート（以下、「第一層シート」という。）、第二層５が多数連結されたシート（以下、「第二層シート」という。）、第三層６が多数連結されたシート（以下、「第三層シート」という。）、第四層７が多数連結されたシート（以下、「第四層シート」という。）が各々製造される。次いで、第一層シート〜第三層シート上に、各々、Ｗ（タングステン）ペーストを印刷して内部配線となる配線パターンを形成する。そして、第一層シート〜第四層シートを積層し、圧着して積層シートを作成する。次いで、その圧着された積層シートを焼成後に個片分割しやすいように切断用溝を入れる。その後、その積層シートを焼成用のサイズに切断して、脱脂処理を行った後に焼成する。次いで、電極にＮｉメッキ、Ａｕメッキ等を行い、電気特性、電流のリーク特性、外観等の検査を行って、個別の配線基板２に分割する。

次に、ガス検出素子８，９の製造工程の概略を説明する。まず、ガス検出素子８，９の基材となるシリコンウェハの洗浄を行う。次いで、そのシリコンウェハ上に酸化ケイ素膜の形成、窒化ケイ素膜の形成を行う。次に、マイクロヒータを形成する。一例として、スパッタリングによるＴａ層の形成後、Ｐｔ層を形成し、フォトリソグラフィによりパターンニングを行い、エッチング処理でマイクロヒータを形成する。その後、マイクロヒータを覆うように窒化ケイ素膜を形成する。次いで、マイクロヒータの端部にマイクロヒータコンタクト部を形成する。一例としては、窒化ケイ素膜のエッチングを行い、マイクロヒータコンタクト部を形成する。次に、マイクロヒータの上部に検知電極を形成する。一例としては、スパッタリングによるＴｉ層の形成後、Ｐｔ層の形成を行い、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、エッチング処理で検知電極を形成する。次いで、検知電極の端部及びマイクロヒータの端部にコンタクトパッド（接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄ）の形成を行う。一例としては、スパッタリングによるＣｒ層の形成後、Ａｕ層の形成を行い、フォトリソグラフィによりパターニングを行い、エッチング処理で接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄの形成を行う。次いで、シリコンの異方性エッチングによるダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄの形成、ＳｎＯ_２を主体とする金属酸化物半導体からなるガス感応膜の形成を行う。その後、シリコンウェハの切断を行い、ガス検出素子８，９を切り出す。

次に、図７及び図８を参照して、接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄ、接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，コモン電極１７及びＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを保護する封止部材６１について説明する。図７は、保護キャップ３を外した状態を示す配線基板２の平面図であり、図８は、図７に示すＢ−Ｂ線における配線基板２の矢視方向断面図である。図１及び図４では、図示を省略したが、配線基板２には、図７及び図８に示すように、第二層５上に接着剤６２により固着されたガス検出素子８，９の接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄ、第三層６上に形成された接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，コモン電極１７及びＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを保護する封止部材６１が設けられている。この封止部材６１は、ガス検出素子８，９のガス検出部１２，１３と、接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄとの間に接着された横断面が蒲鉾形状の合成樹脂製（一例としてエポキシ樹脂製）のダム部材６０と第四層７との間に充填された合成樹脂製（一例としてエポキシ樹脂製）の封止部材であり、固化前は流動性を有し、ダム部材６０と第四層７との間に充填後に固化されたものである。尚、ダム部材６０は、固化前の封止部材６１が流動して、ガス検出素子８，９のガス検出部１２，１３に付着するのを防止している。

また、接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄ、接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，コモン電極１７及びＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄは、この封止部材６１により封止されて保護されている。従って、接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄ、接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，コモン電極１７及びＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが、異物により破損したり、異物や結露水により短絡することがない。

次に、図９及び図１０を参照して、上記封止部材６１の変形例である封止部材６３を用いた配線基板２について説明する。図９は、保護キャップ３を外した状態を示す配線基板２の平面図であり、図１０は、図９に示すＤ−Ｄ線における配線基板２の矢視方向断面図である。この配線基板２では、封止部材６３を用いているが、封止部材６３は、封止部材６１と異なり、固化前においても高粘度であり、流動性が低い樹脂（一例として、高粘度のエポキシ樹脂）である。従って、図９及び図１０に示すように、封止部材６３がガス検出素子８，９のガス検出部１２，１３に付着するのを防止するダム部材６０が不要であり、接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄ、接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，コモン電極１７及びＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄは、この封止部材６３のみで封止されて保護されている。従って、ダム部材６０をガス検出素子８，９上に接着する必要がない。

次に、図１〜図３及び図１１を参照して、保護キャップ３の構造を説明する。図１１は、図２に示すＣ−Ｃ線断面におけるガスセンサ１の保護キャップ３のみの矢視方向断面である。図１，図２及び図１１に示すように、保護キャップ３は、ステンレス鋼板をプレス成型して形成されており、平面視、略長方形の天井部３０と、当該天井部３０の長手方向端面から各々天井部３０と直交し配線基板２の外側面に沿うように下方に折り曲げられた垂下突起部４１，４２から構成されている。この垂下突起部４１，４２は、各々、略長方形の板状に形成されており、その下端部には、各々、嵌合突起４１Ａ，４２Ａが内側に向けてプレス成型により打ち抜かれて突出している。この嵌合突起４１Ａ，４２Ａは、図３及び図１１に示すように配線基板２の外側面のうちの対向する２面に各々設けられた嵌合部４Ａ，４Ｂに各々嵌合するようになっている。尚、保護キャップ３の配線基板２への装着時には、垂下突起部４１，４２が、配線基板２の長手方向外側面に各々設けられている案内凹部２Ａ，２Ｂに案内されて、保護キャップ３の天井部３０の裏面が第四層７の上面に当接するまで押し込まれて、垂下突起部４１，４２に各々設けられている嵌合突起４１Ａ，４２Ａが嵌合部４Ａ，４Ｂに各々嵌合する。すると、保護キャップ３が、配線基板２に装着固定される。

次に、保護キャップ３の天井部３０に設けられた通気孔３１〜３９の配置について説明する。図１及び図２に示すように、保護キャップ３の天井部３０には、被測定ガスがガスセンサ１の内部に入るための平面視、略円形の通気孔３１〜３９が穿設されている。この通気孔３１〜３９は、無作為に設けられているのではなく、通気孔３１〜３９及びダイヤフラム構造部６Ｂ，６Ｄをガス検出素子８，９の表面を水平に延設した平面に正射影した場合に、通気孔３１〜３９の正射影像がダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄの正射影像に重ならないように、ダイアフラム構造のガス検出部１２，１３の真上を避けて通気孔３１〜３９が配置されている。

即ち、保護キャップ３の天井部３０に垂直に視線を置いた場合には、通気孔３１〜３９からは、ガス検出部１２，１３を目視することができないように通気孔３１〜３９が保護キャップ３の天井部３０に配置されている。従って、異物が空気中を落下してきて、通気孔３１〜３９を通過しても、異物が直接的にガス検出部１２，１３に衝突しないようになっている。よって、ガス検出部１２，１３への異物の付着を防止でき、また、極薄いダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄが異物の衝突により破損することを防止できる。このように本実施の形態にガスセンサ１では、複数の通気孔３１〜３９は、いずれも、天井部３０の外部から配線基板２のガス検出素子８，９の搭載面に直交する方向に沿って見たとき、通気孔３１〜３９を通じてガス検出素子８，９のダイアフラム構造６Ｂ，６Ｄが視認できない関係を満たすように形成されている。

さらに、保護キャップ３の天井部３０には、チップマウンタの吸着ノズルの当接可能な平面部３０Ａが形成されている。従って、ガスセンサ１は、保護キャップ３の天井部３０に、チップマウンタの吸着ノズルの当接可能な平面部３０Ａを有し、配線基板２の第一層４の底面１Ａは、略長方形の平面に形成されており、略長方形の外部電極５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５１Ｅ，５１Ｆが設けられているので、ガスセンサ１を小型化できると共に、回路基板に電子部品を実装する際にチップマウンタを用いてガスセンサ１の表面実装が同時に可能である。

さらに、保護キャップ３の天井部３０に設けられた通気孔３１〜３９は、ガス検出素子８，９の表面を水平に延設した平面に、通気孔３１〜３９及び接続部であるＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを正射影した場合に、通気孔３１〜３９の正射影像が接続部であるＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの正射影像に重ならないように、配置されている。即ち、通気孔３１〜３９がＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄ（接続部）の真上を避け配置されている。このようにすることにより、通気孔３１〜３９からガスセンサ１内へ進入した異物がＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄに付着しにくく、また、異物が接続部であるＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの間を短絡させることを防止できる。このように本実施の形態にガスセンサ１では、複数の通気孔３１〜３９は、いずれも、天井部３０の外部から配線基板２のガス検出素子８，９の搭載面に直交する方向に沿って見たとき、通気孔３１〜３９を通じて接続部であるＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが視認できない関係を満たすように形成されている。

尚、図２に示すように、通気孔３１〜３９の正射影像が接続部であるＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄの正射影像及び接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄ、接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，コモン電極１７の正射影像に重ならないように通気孔３１〜３９を配置しても良い。この場合には、通気孔３１〜３９からガスセンサ１内へ進入した異物がＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄだけでなく、接続電極１４Ａ〜１４Ｄ，１５Ａ〜１５Ｄ、接続電極１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ，コモン電極１７に付着しにくく、また、異物がこれらの電極間を短絡させることがない。よって、電極間の短絡によるガスセンサ１の出力不良を防止できる。

さらに、保護キャップ３には、図２に示すように、ガスセンサ１を図示外の回路基板等にマウントする時に、ガスセンサ１の向きを確認できるように、方向性の確認用の窪み４０が設けらている。この窪み４０は、保護キャップ３を平面視した場合に、保護キャップ３の一方の長辺の中央部の左寄りに、平面視、略円弧状に形成されている。

以上説明したように、本実施の形態のガスセンサ１では、配線基板２を第一層４〜第四層７の積層構造体としているので、各層間の内部配線の自由度を高めることができ、また、ガスセンサ１を小型化できる。また、積層構造体内に内圧調整用窪み５Ａを備えているので、ダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄの裏面側の窪み部６Ａ，６Ｃ内の内圧が高まっても、当該内圧は内圧調整用窪み５Ａに拡散されて、ダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄの破損を防止できる。さらに、内圧調整用窪み５Ａ内の気圧が高まった場合には、内圧調整用窪み５Ａ内の空気は、内圧放出孔６Ｅ〜６Ｇから外部に放出されるので、内圧調整用窪み５Ａ
内の内圧の上昇を防止できる。

また、保護キャップ３の天井部３０に設けられた通気孔３１〜３９をガス検出素子８，９の表面を水平に延設した平面に正射影した場合に、前記通気孔３１〜３９の正射影像が前記ガス検出部１２，１３に重ならないように、通気孔３１〜３９が配置されているので、通気孔３１〜３９から進入した異物が直接的にダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄに衝突してそれらが破損することを防止できる。さらに、通気孔３１〜３９から進入した異物のガス検出部１２，１３への付着も防止できる。また、ガスセンサ１の方向性の確認用の窪み４０が、保護キャップ３の天井部３０の一方の長辺の中央部左寄りに形成されているので、ガスセンサ１の向きの確認が容易にできる。

（変形形態）
次いで、本発明の別実施の形態にかかるガスセンサ１００の説明を、図１２及び図１３を参照して行う。このガスセンサ１００は、図１及び図２に示す保護キャップ３の通気孔３１〜３９の形態のみが異なり、他の部分は上述した実施の形態にかかるガスセンサ１と同様である。従って、異なる部分のみを説明し、同様な部分の説明は省略あるいは簡略化する。

本別実施の形態のガスセンサ１００を構成する保護キャップ１０３は、配線基板２に装着されたときに、配線基板２との間でガス測定空間Ｓを形成するものであり、天井部３０と垂下突起部４１，４２と備えている。そして、保護キャップ１０３の天井部３０には、複数の通気口１３１〜１３７が形成されている。この保護キャップ１０３では、平面視略長方形状をなす天井部３０の長手方向に対し平行する向きの直線状の切れ目を設け、この切れ目から特定部位を、一端側が天井部１３０の外壁（平面部３０Ａ）に連なる形態でガス測定空間Ｓに向かって突出させることにより、爪状部１３１Ａ〜１３７Ａを有する通気口１３１〜１３７を形成している。

この別実施の形態にかかるガスセンサ１００では、爪状部１３１Ａ〜１３７Ａに沿って被測定ガスが通気口１３１〜１３７を通して外部からガス測定空間Ｓに取れ入れられ、配線基板２に搭載されるガス検出素子８，９によって特定ガスの濃度変化の検出が行われる。なお、ガスセンサ１００では、保護キャップ１０３の天井部３０に爪状部１３１Ａ〜１３７Ａを有する通気口１３１〜１３７を形成していることから、保護キャップ１０３の天井部３０に垂直に視線を置いた場合、通気口１３１〜１３７を通して、ガス検出素子８，９並びに接続部であるＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄを目視することができない。

従って、異物が環境気体（被測定ガス）中を落下してきて、通気口１３１〜１３７を通過しても、異物が直接的にガス検出部１２，１３並びに接続部であるＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄに衝突しないようになっている。よって、ガス検出部１２，１３への異物の付着を防止でき、また、極薄いダイアフラム構造部６Ｂ，６Ｄが異物の衝突により破損することを防止することができる。また、上記接続部への異物の付着を防止でき、接続部間の短絡を防止することができる。このように別実施の形態にガスセンサ１００においても、複数の通気口１３１〜１３７は、いずれも、天井部３０の外部から配線基板２のガス検出素子８，９の搭載面に直交する方向に沿って見たとき、通気孔１３１〜１３７を通じて、ガス検出素子８，９のダイアフラム構造６Ｂ，６Ｄ並びに接続部であるＡｕワイヤ２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄ，２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ，２１Ｄが視認できない関係を満たすように形成されている。なお、上述した通気口１３１〜１３７が、本発明の「ガス取入れ口」に相当する。

以上において、本発明を上記実施の形態に即して説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、ガスセンサ１の配線基板２は４層の積層構造となっているが、必ずしも４層構造に限られず、２層、３層、５層、６層等の複数層の積層構造であれば良い。また、ガスセンサ１は、ガス検出素子を２つ組み込んでいるが、これは、１つでも、３つでも良い。さらに、ガス検出素子８，９に形成されるガス検出部１２，１３は被測定ガス中の特定ガスを検出することができればその材質は特に限定されず、また厚膜形成されたものであっても薄膜形成されたものであっても良い。

本発明は、自動車に取り付けられる空調用センサに限られず、各種のガスセンサに適用できる。

本発明の一実施の形態のガスセンサ１の分解斜視図である。 ガスセンサ１の平面図である。 ガスセンサ１の底面図である。 配線基板２の平面図である。 図４のＡ−Ａ線断面における配線基板２の矢視方向断面図である。 ガス検出素子８のガス検出部１２の平面図である。 保護キャップ３を外した状態を示す配線基板２の平面図である。 図７に示すＢ−Ｂ線における配線基板２の矢視方向断面図である。 保護キャップ３を外した状態を示す配線基板２の平面図である。 図９に示すＤ−Ｄ線における配線基板２の矢視方向断面図である。 図２に示すＣ−Ｃ線断面におけるガスセンサ１の矢視方向断面である。 本発明における別実施形態（変形形態）のガスセンサ１００の分解斜視図である。 図１２に示すＥ−Ｅ線におけるガスセンサ１００の断面図である。

符号の説明

１，１００ ガスセンサ
２ 配線基板
３，１０３ 保護キャップ
４ 第一層
５ 第二層
５Ａ 内圧調整用窪み
６ 第三層
６Ｂ，６Ｄ ダイアフラム構造部
６Ｅ，６Ｆ，６Ｇ 内圧放出孔
７ 第四層
８，９ガス検出素子
１２，１３ ガス検出部
１２Ａ 検知電極
１４Ａ〜１４Ｄ 接続電極
１５Ａ〜１５Ｄ 接続電極
１６Ａ，１６Ｂ，１８Ａ，１８Ｂ 接続電極
１７ コモン電極
２０Ａ〜２０Ｄ Ａｕワイヤ
２１Ａ〜２１Ｄ Ａｕワイヤ
３０ 天井部
３１〜３９ 通気孔（ガス取入れ口）
５１Ａ〜５１Ｆ 外部電極
１３１〜１３７ 通気口（ガス取入れ口）
１３１Ａ〜１３７Ａ 爪状部
Ｓ ガス測定空間

Claims (8)

1. ガス検出素子と、
   前記ガス検出素子を搭載する配線基板と、
   前記ガス検出素子を覆うように配線基板に装着される保護キャップであって、
   前記配線基板に装着されたときに、当該配線基板とでガス測定空間を形成すると共に、外部から前記ガス測定空間に被測定ガスを導くための通気孔を有する保護キャップと、
   を備えるガスセンサであって、
   前記ガス検出素子は、ダイアフラム構造部を有し、当該ダイアフラム構造部にガス検出部を備えており、
   前記通気孔及び前記ダイアフラム構造部を前記ガス検出素子の表面を水平に延設した平面に正射影した場合に、前記通気孔の正射影像が前記ダイアフラム構造部の正射影像に重ならないように、前記通気孔が配置されている
   ことを特徴とするガスセンサ。
2. 前記ガス検出素子には、素子側電極が設けられ、
   前記配線基板には、基板側電極が設けられ、
   さらに、前記素子側電極と前記基板側電極とを接続する接続部が設けられ、
   前記ガス検出素子の表面を水平に延設した平面に前記通気孔及び前記接続部を正射影した場合に、前記通気孔の正射影像が前記接続部の正射影像に重ならないように、前記通気孔が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のガスセンサ。
3. ガス検出素子と、
   前記ガス検出素子を搭載する配線基板と、
   前記ガス検出素子を覆うように配線基板に装着される保護キャップであって、
   前記配線基板に装着されたときに、当該配線基板とでガス測定空間を形成すると共に、外部から前記ガス測定空間に被測定ガスを導くための通気孔を有する保護キャップと、
   を備えるガスセンサであって、
   前記ガス検出素子は、ダイアフラム構造部を有し、当該ダイアフラム構造部にガス検出部を備える一方、
   前記保護キャップは、前記配線基板のうちで前記ガス検出素子が搭載される搭載面に向かい合う天井部に複数の前記ガス取入れ口を有しており、
   前記複数のガス取入れ口は、いずれも、上記天井部外部から前記搭載面に直交する方向に沿って見たとき、当該ガス取入れ口を通じて前記ガス検出素子のダイアフラム構造部が視認できない関係を満たすよう形成されている
   ことを特徴とするガスセンサ。
4. 前記ガス検出素子には、素子側電極が設けられ、
   前記配線基板には、基板側電極が設けられ、
   さらに、前記素子側電極と前記基板側電極とを接続する接続部が設けられ、
   前記複数のガス取入れ口は、いずれも、上記天井部外部から前記搭載面に直交する方向に沿って見たとき、当該ガス取入れ口を通じて前記接続部が視認できない関係を満たすよう形成されていることを特徴とする請求項３に記載のガスセンサ。
5. 前記配線基板は、複数の絶縁層の間に内部配線層が形成された積層構造体であり、
   前記複数の絶縁層のうち前記ガス検出素子が搭載される絶縁層の前記ダイアフラム構造部に対面する部位に窪みが形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項４の何れか１項に記載のガスセンサ。
6. 前記配線基板の底面は略平面に形成され、
   当該底面には当該ガスセンサが固着される回路基板に接続される外部電極が設けられ、
   前記保護キャップの上面には、平面部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか１項に記載のガスセンサ。
7. 前記接続部を保護する封止部材を設けたことを特徴とする請求項２又は請求項４に記載のガスセンサ。
8. 異なるガス種に反応する複数の前記ガス検出素子が前記配線基板に搭載されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７の何れか１項に記載のガスセンサ。