JP2006337110A - Gas sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas sensor capable of reducing the manufacturing cost of a gas detection element, making connectivity of a support body satisfactory and the planar shape of the support body small. <P>SOLUTION: This gas sensor 10 (gas sensor body 1) comprises first and second gas detection elements 3 and 4, and a wiring board (support body) 2 mounted therewith. The first gas detection element 3 has an outer first heater pad 34A, an outer first detection pad 33A, an inner first detection pad 33B, and an inner first heater pad 34B, these lining up in this order. The second gas detection element 4 has the same material, shape, and structure, exclusive of the material of a second gas sensitive film 42. On a pad forming side part 22P of the wiring board 2, five pads line up, the five pads comprising a board side common pad 23C, etc. connected to four pads in the detection elements 3 and 4. <P>COPYRIGHT: (C)2007,JPO&INPIT

Description

本発明は、配線基板等の支持体に2つのガス検出素子を搭載してなるガスセンサに関する。   The present invention relates to a gas sensor in which two gas detection elements are mounted on a support such as a wiring board.

従来より、被測定ガス中における複数のガス種の有無や濃度変化を検知するためのガスセンサとして、1つのチップ(Si素子基板)上に、同一材料からなるガス感応部を少なくとも二つ以上有し、個別に加熱するヒータを設けたマイクロガスセンサが知られている(特許文献1)。この特許文献1には、従来技術として、異なる材料からなる3つのガス感応部と1つのヒータとを有するガスセンサ(厚膜ハイブリッドガスセンサ)も開示されている。
さらに、特許文献2及び特許文献3にも、1つの素子基板(チップ)に複数の金属酸化物半導体層を設けた多ガス識別ガス検出装置(ガスセンサ)が開示されている。
Conventionally, as a gas sensor for detecting the presence or absence of a plurality of gas types in a gas to be measured and a concentration change, at least two gas sensitive parts made of the same material are provided on one chip (Si element substrate). A micro gas sensor provided with a heater for individually heating is known (Patent Document 1). This Patent Document 1 also discloses a gas sensor (thick film hybrid gas sensor) having three gas sensitive parts made of different materials and one heater as a prior art.
Further, Patent Document 2 and Patent Document 3 also disclose a multi-gas identification gas detection device (gas sensor) in which a plurality of metal oxide semiconductor layers are provided on one element substrate (chip).

特開昭62−15449号公報JP 62-15449 A 特開平3−20658号公報JP-A-3-20658 特開平6−3308号公報JP-A-6-3308

ところで、所望のガス種に反応するガス感応膜(金属酸化物半導体層)を形成するに当たり、膜形成時や膜形成後に材質に応じた熱処理を行いたい場合がある。
しかしながら、上述の従来技術のように、1つのチップ内に複数の異なる材質からなるガス感応膜(金属酸化物半導体層)が形成されているガス検出素子を用いる場合には、特定のガス感応膜に適する温度で熱処理を行うと、他のガス感応膜の特性を損ねる虞があり、熱処理の方法や温度などに制限が生じることがあり、ガス感応膜の十分な特性を引き出せない場合がある。
By the way, when forming a gas sensitive film (metal oxide semiconductor layer) that reacts with a desired gas species, there is a case where it is desired to perform heat treatment according to the material at the time of film formation or after film formation.
However, when using a gas detection element in which a gas sensitive film (metal oxide semiconductor layer) made of a plurality of different materials is formed in one chip as in the above-described prior art, a specific gas sensitive film is used. When the heat treatment is performed at a temperature suitable for the above, there is a possibility that the characteristics of other gas sensitive films may be impaired, and there are cases where the heat treatment method and temperature may be limited, and sufficient characteristics of the gas sensitive film may not be extracted.

そこで、異なるガス種に反応するガス感応膜を形成したガス検出素子を2つ別に製造し、これらを1つの配線基板等の支持体に搭載してガスセンサとすることが考えられる。
このようなガスセンサでは、使用する2つのガス検出素子について、できるだけその製造工程を同じ(共通)とすることで、製造に必要な装置、マスク、治工具等を共通化して、ガス検出素子の製造にかかるコストを低減できる。特に、支持体に搭載する2つのガス検出素子を、ガス感応膜を除き、検知電極やヒータなどの材質や配線パターンなどを含めた形態を同じとするのが好ましい。
その一方で、このガスセンサの接続を容易とすべく、外部回路と接続するために支持体に設ける外部端子を少なくしたい要求がある。そこで、ガス検出素子に形成する、ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の検知電極のうちの一方と、ヒータの両端にそれぞれ接続する一対のヒータ電極のうちの一方とを共通(例えば、共通の接地電位)とするのが好ましい。さらに、各々のガス検出素子において共通とした検知電極のうちの一方とヒータ電極のうちの一方とを、2つのガス検出素子についてさらに共通化を図るのが好ましい。
Therefore, it is conceivable that two gas detection elements each having a gas sensitive film that reacts with different gas types are manufactured separately and mounted on a support such as one wiring board to form a gas sensor.
In such a gas sensor, the manufacturing process of the two gas detection elements to be used is made the same (common) as much as possible, so that the devices, masks, jigs, and the like necessary for the manufacture are shared, and the gas detection elements are manufactured. Cost can be reduced. In particular, it is preferable that the two gas detection elements mounted on the support have the same configuration including materials such as detection electrodes and heaters, wiring patterns, etc., except for the gas sensitive film.
On the other hand, in order to facilitate the connection of this gas sensor, there is a demand to reduce the number of external terminals provided on the support for connection to an external circuit. Therefore, one of the pair of detection electrodes electrically connected via the gas sensitive film formed on the gas detection element and one of the pair of heater electrodes respectively connected to both ends of the heater are shared (for example, Common ground potential). Furthermore, it is preferable that one of the detection electrodes common to each gas detection element and one of the heater electrodes be further shared by the two gas detection elements.

しかし、このように2つのガス検出素子について、配線パターンまで同じとしてしまうと、配線パターンや2つのガス検出素子の配置によっては、このような共通化を図るために、支持体に形成する配線の引き回しが長くなる、あるいはボンディングワイヤの引き回しが複雑になる。また、ガス検出素子の周囲に形成する支持体の支持側パッドを大きくする必要が生じて、支持体の平面形状が大きくなりがちであるなどの不具合がある。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、支持体に2つのガス検出素子を搭載してなるガスセンサにおいて、ガス検出素子の製造コストを低減でき、支持体の接続性を良好にし、また支持体の平面形状を小さくすることができるガスセンサを提供することにある。
However, if the wiring pattern is the same for the two gas detection elements in this way, depending on the wiring pattern and the arrangement of the two gas detection elements, in order to achieve such commonality, the wiring of the wiring formed on the support body is not the same. The routing becomes long or the bonding wire is complicated. In addition, there is a problem that the support side pad formed around the gas detection element needs to be enlarged, and the planar shape of the support tends to be large.
The present invention has been made in view of such problems, and in a gas sensor in which two gas detection elements are mounted on a support, the manufacturing cost of the gas detection element can be reduced and the connectivity of the support is excellent. And providing a gas sensor capable of reducing the planar shape of the support.

その解決手段は、第1のガス種に反応する第1ガス感応膜、上記第1ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の第1検知電極、上記第1感応膜を加熱する第1ヒータ、上記第1検知電極にそれぞれ接続する一対の第1検知接続配線、上記第1ヒータの両端にそれぞれ接続する一対の第1ヒータ接続配線、一対の上記第1検知接続配線にそれぞれ接続する一対の第1検知パッド、及び、一対の上記第1ヒータ接続配線にそれぞれ接続する一対の第1ヒータパッド、を含む平面視多角形状の第1ガス検出素子と、第2のガス種に反応する第2ガス感応膜、上記第2ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の第2検知電極、上記第2感応膜を加熱する第2ヒータ、上記第2検知電極にそれぞれ接続する一対の第2検知接続配線、上記第2ヒータの両端にそれぞれ接続する一対の第2ヒータ接続配線、一対の上記第2検知接続配線にそれぞれ接続する一対の第2検知パッド、及び、一対の上記第2ヒータ接続配線にそれぞれ接続する一対の第2ヒータパッド、を含み、上記第1ガス検出素子とは、少なくとも配線パターンを含む形態及び材質が同一である、平面視多角形状の第2ガス検出素子と、上記第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子を搭載してなる支持体と、を備えるガスセンサであって、上記第1ガス検出素子の上記一対の第1検知パッド及び上記一対の第1ヒータパッドは、上記第1ガス検出素子の周縁のうち第1取り出し辺に沿って、一方の第1検知パッド及び一方の第1ヒータパッドのいずれか、上記一方の第1検知パッド及び一方の第1ヒータパッドのうち他のいずれか、他方の第1検知パッド及び他方の第1ヒータパッドのいずれか、上記他方の第1検知パッド及び他方の第1ヒータパッドのうち他のいずれか、の順に並んで配置されており、上記第2ガス検出素子の上記一対の第2検知パッド及び上記一対の第2ヒータパッドは、上記第2ガス検出素子の周縁のうち第2取り出し辺に沿って、一方の第2検知パッド及び一方の第2ヒータパッドのいずれか、上記一方の第2検知パッド及び一方の第2ヒータパッドのうち他のいずれか、他方の第2検知パッド及び他方の第2ヒータパッドのいずれか、上記他方の第2検知パッド及び他方の第2ヒータパッドのうち他のいずれか、の順に並んで配置されており、上記第1ガス検出素子と第2ガス検出素子とは、上記支持体において、上記第1ガス検出素子を上記第1取り出し辺に沿って平行移動させたとすると、上記第2ガス検出素子に重なる位置に互いに並べて配置されてなり、上記支持体は、上記一対の第1検知パッドのうち上記第2ガス検出素子側に位置する内側第1検知パッド、上記一対の第1ヒータパッドのうち上記第2ガス検出素子側に位置する内側第1ヒータパッド、上記一対の第2検知パッドのうち上記第1ガス検出素子側に位置する内側第2検知パッド、及び、上記一対の第2ヒータパッドのうち上記第1ガス検出素子側に位置する内側第2ヒータパッド、とそれぞれ接続する支持側共通パッドと、一対の上記第1検知パッドのうち残余の外側第1検知パッドと接続する支持側第1検知パッドと、一対の上記第1ヒータパッドのうち残余の外側第1ヒータパッドと接続する支持側第1ヒータパッドと、一対の上記第2検知パッドのうち残余の外側第2検知パッドと接続する支持側第2検知パッドと、一対の上記第2ヒータパッドのうち残余の外側第2ヒータパッドと接続する支持側第2ヒータパッドと、を含み、上記支持側第1検知パッド及び上記支持側第1ヒータパッドと、上記支持側第2検知パッド及び上記支持側第2ヒータパッドとは、上記支持側共通パッドを挟んで、一列に並んで配置されてなるガスセンサ。である。   The solution includes a first gas sensitive film that reacts with a first gas species, a pair of first sensing electrodes that are electrically connected via the first gas sensitive film, and a first that heats the first sensitive film. A pair of heaters, a pair of first detection connection wires connected to the first detection electrodes, a pair of first heater connection wires connected to both ends of the first heater, and a pair of connections connected to the pair of first detection connection wires, respectively. A first gas detection element having a polygonal shape in plan view, including a first detection pad and a pair of first heater pads respectively connected to the pair of first heater connection wires, and a first gas detection element that reacts to a second gas type. Two gas sensitive membranes, a pair of second sensing electrodes electrically connected via the second gas sensitive membrane, a second heater for heating the second sensitive membrane, and a pair of first sensing electrodes respectively connected to the second sensing electrodes 2 detection connection wiring, the second heater A pair of second heater connection wires connected to both ends, a pair of second detection pads connected to the pair of second detection connection wires, and a pair of second heaters connected to the pair of second heater connection wires, respectively. The first gas detection element includes a heater pad, the second gas detection element having a polygonal shape in plan view, and having the same form and material including at least the wiring pattern, and the first gas detection element and the second gas. And a pair of first detection pads and a pair of first heater pads of the first gas detection element, wherein the pair of first detection pads and the pair of first heater pads are peripheral edges of the first gas detection element. Any one of one of the first detection pads and one of the first heater pads, one of the first detection pads and one of the first heater pads, along the first take-out side. Or the other first detection pad and the other first heater pad, the other first detection pad and the other one of the other first heater pads, arranged in order, The pair of second detection pads and the pair of second heater pads of the second gas detection element are arranged along one second detection pad and one of the peripheral edges of the second gas detection element along the second extraction side. One of the second heater pads, one of the second detection pads and one of the second heater pads, one of the other second detection pads and the other second heater pad, the other second detection pad 2 and the other second heater pad are arranged in the order of the other, and the first gas detection element and the second gas detection element are the first gas in the support. Sensing element If it is translated along the first take-out side, they are arranged side by side at a position overlapping the second gas detection element, and the support is the second gas detection of the pair of first detection pads. An inner first detection pad located on the element side, an inner first heater pad located on the second gas detection element side of the pair of first heater pads, and the first gas detection on the pair of second detection pads. A support side common pad connected to the inner second detection pad located on the element side, and the inner second heater pad located on the first gas detection element side of the pair of second heater pads, and a pair of A support-side first detection pad that is connected to the remaining outer first detection pad of the first detection pads, and a support that is connected to the remaining outer first heater pad of the pair of first heater pads. A first heater pad; a support-side second detection pad connected to a remaining outer second detection pad of the pair of second detection pads; and a remaining outer second heater pad of the pair of second heater pads. A support side second heater pad to be connected, wherein the support side first detection pad and the support side first heater pad, the support side second detection pad and the support side second heater pad are the support A gas sensor arranged in a row with the common pad on the side. It is.

本発明のガスセンサでは、第1ガス検出素子と第2ガス検出素子とは、少なくとも配線パターンを含む形態及び材質が同一である。このため、第1ガス検出素子と第2ガス検出素子とは、少なくとも第1ガス感応膜及び第2ガス感応膜の形成及びそれ以降の工程よりも前の工程を共通にして製造できるから、製造容易で安価に製造できる。また、同形の素子を搭載することとなるので、配線基板等の支持体への搭載も容易である。なお、配線パターンには、検知接続配線(第1検知接続配線、第2検知接続配線)、ヒータ接続配線(第1ヒータ接続配線、第2ヒータ接続配線)のほか、これらの接続する検知パッドやヒータパッドも含まれる。   In the gas sensor of the present invention, the first gas detection element and the second gas detection element have the same form and material including at least the wiring pattern. For this reason, since the first gas detection element and the second gas detection element can be manufactured using at least the processes before the formation of the first gas sensitive film and the second gas sensitive film and the subsequent processes in common. Easy and inexpensive to manufacture. In addition, since the same-shaped element is mounted, mounting on a support such as a wiring board is easy. The wiring pattern includes detection connection wiring (first detection connection wiring, second detection connection wiring), heater connection wiring (first heater connection wiring, second heater connection wiring), detection pads to be connected to these, A heater pad is also included.

また、本発明のガスセンサは、支持体に支持側共通パッドを備え、これと内側第1検知パッド、内側第1ヒータパッド、内側第2検知パッド、及び、内側第2ヒータパッドとを接続している。このため、2つのガス検出素子を有しながらも、支持体には5つの支持側パッドを形成しておけば足りる。従って、外部回路との接続のために支持体に形成する端子数も5つという小数で足り、接続性が良好となる。しかも、支持側共通パッドは、互いに近くに位置する内側第1検知パッド、内側第1ヒータパッド、内側第2検知パッド、及び、内側第2ヒータパッドと接続しているので、接続のためのボンディングワイヤも短くて済み、低抵抗で接続できる。   The gas sensor according to the present invention includes a support-side common pad on the support, and connects the inner first detection pad, the inner first heater pad, the inner second detection pad, and the inner second heater pad. Yes. For this reason, although it has two gas detection elements, it is sufficient if five support side pads are formed on the support. Accordingly, the number of terminals formed on the support for connection with an external circuit is only a small number of five, and the connectivity is good. In addition, since the support side common pad is connected to the inner first detection pad, the inner first heater pad, the inner second detection pad, and the inner second heater pad that are located close to each other, bonding for connection is performed. The wires are short and can be connected with low resistance.

しかも、第1ガス検出素子では、一対の第1検知パッド及び一対の第1ヒータパッドが所定の順に第1取り出し辺に沿って配置され、第2ガス検出素子では、一対の第2検知パッド及び一対の第2ヒータパッドが所定の順に第2取り出し辺に沿って配置されている。これに対応して、支持側第1検知パッド及び支持側第1ヒータパッドと、支持側第2検知パッド及び支持側第2ヒータパッドが、支持側共通パッドを挟んで、一列に並んで配置されてなる。このため、支持体のうちガス検出素子の周縁各辺の外側にそれぞれ支持側パッドを形成するものに比して、支持体の面積を小さくして小型化を図ることができる。また、2つのガス検出素子の並び方向、あるいはこれに直交する方向の寸法をも小さくすることができる。また、支持体内での内部配線の引き回し、あるいはボンディングワイヤの引き回しも、容易で短くできる。   Moreover, in the first gas detection element, the pair of first detection pads and the pair of first heater pads are arranged along the first extraction side in a predetermined order, and in the second gas detection element, the pair of second detection pads and A pair of second heater pads are arranged along the second extraction side in a predetermined order. Correspondingly, the support side first detection pad and the support side first heater pad, and the support side second detection pad and the support side second heater pad are arranged in a row with the support side common pad interposed therebetween. It becomes. For this reason, compared with what forms a support side pad in the outer side of each edge of the gas detection element among the supports, the area of the support can be reduced and the size can be reduced. In addition, it is possible to reduce the dimension in the direction in which the two gas detection elements are arranged or in the direction perpendicular thereto. In addition, the routing of the internal wiring or the bonding wire in the support body can be easily and shortened.

なお、本発明のガスセンサにおいて、第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子には、適宜の素子基板上にガス感応膜や検知電極、ヒータ等を形成したものが挙げられる。素子基板としては、例えば、アルミナなどからなる絶縁性のセラミック基板、Ge,Siからなる単結晶の半導体基板、特にSi素子基板を用いることができる。さらに好ましくは、異方性エッチング等を利用してSi素子基板の一部を薄くしてダイヤフラム部とし、この部分にガス感応膜や検知電極、ヒータ等を形成したガス検出素子を挙げることができる。
また、本発明のガスセンサにおいて、第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子は、ガス感応膜と、これを介して電気的に接続する一対の検知電極を有している。このタイプのガス検出素子は、検知電極を電気的に逆に用いても(+極を−極に、−極を+極にしても)同様に機能する。同様に、ヒータもヒータ電極を逆に用いても同様に機能する(加熱できる)。従って、第1ガス検出素子と第2ガス検出素子とでは、各パッドの電気的な役割が逆になるが同様に機能するので、ガス感応膜の性質に従って、第1のガス種及び第2のガス種についてそれぞれガス検出が可能である。
In the gas sensor of the present invention, examples of the first gas detection element and the second gas detection element include a gas sensitive film, a detection electrode, a heater and the like formed on an appropriate element substrate. As the element substrate, for example, an insulating ceramic substrate made of alumina or the like, a single crystal semiconductor substrate made of Ge, Si, particularly a Si element substrate can be used. More preferably, a gas detection element in which a part of the Si element substrate is thinned by using anisotropic etching to form a diaphragm part, and a gas sensitive film, a detection electrode, a heater, etc. are formed in this part can be mentioned. .
In the gas sensor of the present invention, each of the first gas detection element and the second gas detection element has a gas sensitive film and a pair of detection electrodes that are electrically connected to each other. This type of gas detection element functions in the same manner even when the detection electrode is electrically used in reverse (with the positive electrode being a negative electrode and the negative electrode being a positive electrode). Similarly, the heater functions similarly (can be heated) even if the heater electrode is used in reverse. Therefore, the first gas detection element and the second gas detection element function in the same manner although the electrical roles of the respective pads are reversed. Therefore, according to the nature of the gas sensitive film, the first gas type and the second gas detection element. Gas detection is possible for each gas type.

また、本発明のガスセンサにおいて、第1ガス感応膜及び第2ガス感応膜は、形態及び材質が同一であっても良いし、形態及び材質の少なくともいずれかが異なっていてもよい。
ガス感応膜としては、特定のガス種に反応してその電気的特性が変化するものであれ使用することができるが、例えば、酸化物半導体膜を挙げることができる。このガス感応膜に用いる酸化物半導体としては、例えば、ZnO,SnO2,WO3,In23,TiO2,V25等が挙げられる。検知したいガス種に応じて、適宜その主体となる酸化物半導体の組成を選択すればよい。また、酸化物半導体の主体となる組成を共通とした上で、それに添加する触媒の種類を検知したいガス種に応じて適宜変更するようにしても良い。具体的には、第1ガス感応膜をWO3を主体とした酸化物半導体で構成する一方、第2ガス感応膜をSnO2を主体とした酸化物半導体で構成するガスセンサが挙げられる。
また、第1ガス感応膜を、SnO2を主体とした酸化物半導体の表面に触媒としてAuを付加した構成とする一方、第2ガス感応膜を、SnO2を主体とした酸化物半導体の表面に触媒としてPdあるいはPtを付加した構成としたガスセンサも挙げられる。
In the gas sensor of the present invention, the first gas sensitive film and the second gas sensitive film may have the same form and material, or at least one of the form and the material may be different.
Any gas-sensitive film can be used as long as its electrical characteristics change in response to a specific gas species, and examples thereof include an oxide semiconductor film. Examples of the oxide semiconductor used for the gas sensitive film include ZnO, SnO 2 , WO 3 , In 2 O 3 , TiO 2 , V 2 O 5 and the like. Depending on the type of gas to be detected, the composition of the main oxide semiconductor may be selected as appropriate. In addition, the composition that is the main component of the oxide semiconductor may be made common, and the type of catalyst added thereto may be appropriately changed according to the type of gas to be detected. Specifically, there is a gas sensor in which the first gas sensitive film is composed of an oxide semiconductor mainly composed of WO 3 while the second gas sensitive film is composed of an oxide semiconductor mainly composed of SnO 2 .
Further, the first gas sensitive film has a structure in which Au is added as a catalyst to the surface of the oxide semiconductor mainly composed of SnO 2 , while the second gas sensitive film is composed of the surface of the oxide semiconductor mainly composed of SnO 2. In addition, a gas sensor having a configuration in which Pd or Pt is added as a catalyst to the above can be mentioned.

また、ヒータとしては、通電により発熱するものであればいずれのものでも良いが、例えば、導電路をなす材質を体積固有抵抗の高いものとしたり、導電路の線幅、断面積を小さくして抵抗を大きくするなどにより、発熱をさせる線状のヒータが挙げられる。この線状のヒータでは、導電路を直線状とするのほか、ジグザグや二重渦巻きの形態などとすることもできる。また、抵抗体を平面状に配置して面全体を発熱させるヒータなども挙げられる。   In addition, any heater may be used as long as it generates heat when energized. For example, the material forming the conductive path has a high volume resistivity, or the line width and cross-sectional area of the conductive path are reduced. Examples include linear heaters that generate heat by increasing the resistance. In this linear heater, the conductive path can be in the form of a zigzag or double spiral in addition to a linear shape. Moreover, the heater etc. which arrange | position a resistor in planar shape and generate | occur | produce the whole surface are also mentioned.

さらに、支持体としては、第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子を搭載し、これらを支持して、これらの各パッドを外部に取り出すための、支持側第1検知パッド等の支持側パッドを備えるものであれば良い。例えば、メタルカンパッケージなど基体金属板に端子ピンをガラスシールなどによって絶縁しつつ固定した形態のものや、セラミックパッケージ、樹脂パッケージなどの配線基板などが挙げられる。このうち、配線基板としては、平板状の基板に所要の配線を形成したものを用いることもできるほか、第1,第2ガス検出素子を収容する空所(キャビティ)を形成した形態のものも用いることができる。配線基板には、アルミナ、ムライト、窒化珪素、窒化アルミニウムなどのセラミックからなるものや、ガラスからなるもの、エポキシ樹脂、BT樹脂などの樹脂からなるもの、あるいはセラミック粉末と樹脂との複合材など適宜の材質を使用することができる。特に、高温下で使用される場合やヒータを高温とするガスセンサについては、セラミックからなる配線基板を用いるのが好ましい。   Furthermore, as the support, the first gas detection element and the second gas detection element are mounted, and support side pads such as a support side first detection pad for supporting these and taking out each of these pads to the outside. As long as it is provided. For example, there may be mentioned a form in which terminal pins are fixed to a base metal plate such as a metal can package while being insulated with a glass seal or the like, or a wiring board such as a ceramic package or a resin package. Among these, as the wiring board, a flat board having a required wiring formed can be used, and a wiring board having a cavity (cavity) for accommodating the first and second gas detection elements can also be used. Can be used. The wiring board is suitably made of ceramic such as alumina, mullite, silicon nitride, aluminum nitride, glass, resin such as epoxy resin or BT resin, or composite material of ceramic powder and resin. The material can be used. In particular, when used at a high temperature or for a gas sensor that raises the heater temperature, it is preferable to use a ceramic wiring board.

さらに、配線基板等の支持体と第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子との接続は、ガス検出素子の表面に形成した検知パッドやヒータパッドと支持体に形成した支持側のパッド(支持側第1検知パッド、支持側第1ヒータパッド、支持側共通パッド等)とをワイヤボンディング技術を用いて、ボンディングワイヤで接続する形態としても良いし、TABリードを用いることもできる。
また、支持側第1検知パッド及び支持側第1ヒータパッドと、支持側第2検知パッド及び支持側第2ヒータパッドとは、支持側共通パッドを挟んで、一列に並んで配置されていればよく、支持体の形状に応じ、例えば、これらを直線状に並べるほか、弧状に並べる形態も挙げられる。
Furthermore, the connection between the support body such as the wiring board and the first gas detection element and the second gas detection element is performed by a detection pad formed on the surface of the gas detection element, a heater pad, and a support side pad formed on the support body. Side first detection pad, support side first heater pad, support side common pad, etc.) may be connected by a bonding wire using a wire bonding technique, or a TAB lead may be used.
In addition, the support side first detection pad and the support side first heater pad, and the support side second detection pad and the support side second heater pad may be arranged in a line with the support side common pad interposed therebetween. Well, depending on the shape of the support, for example, in addition to arranging them in a straight line, a form in which they are arranged in an arc is also included.

また、上述のガスセンサであって、前記第1のガス種は酸化性ガスであり、前記第2のガス種は還元性ガスであるガスセンサとすると良い。   The gas sensor may be a gas sensor in which the first gas type is an oxidizing gas and the second gas type is a reducing gas.

本発明のガスセンサでは、排気ガス中に含まれる、NOxなど酸化性ガスと、CO,HCなどの還元性ガスの両方のガス種を検出することができるから、排気ガスの濃度変化を確実に検知できる。したがって、このガスセンサは、自動車の車室内の換気を制御するフラップ開閉制御システムなどに容易に適用できる。   The gas sensor according to the present invention can detect both the oxidizing gas such as NOx and the reducing gas such as CO and HC contained in the exhaust gas, thereby reliably detecting the concentration change of the exhaust gas. it can. Therefore, this gas sensor can be easily applied to a flap opening / closing control system for controlling ventilation in a vehicle interior of an automobile.

さらに、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記第1検知パッド、第1ヒータパッド、第2検知パッド、及び第2ヒータパッドと、前記支持側第1検知パッド、支持側第1ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第2検知パッド、及び支持側第2ヒータパッドとは、それぞれボンディングワイヤで接続されてなり、これらは、絶縁材で被覆されてなるガスセンサとすると良い。   Furthermore, the gas sensor according to any of the above, wherein the first detection pad, the first heater pad, the second detection pad, and the second heater pad, the support side first detection pad, and the support side first heater. The pad, the support side common pad, the support side second detection pad, and the support side second heater pad are each connected by a bonding wire, and these may be gas sensors that are covered with an insulating material.

ガスセンサはその性質上、第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子のうち、第1ガス感応膜及び第2ガス感応膜の部分は、被測定気体(例えば外気や排気ガス)に晒す必要がある。従って、ICチップを配線基板に搭載した場合のように、第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子全体を気密に覆うことはできない。
一方、第1ガス検出素子に形成されたパッド(第1検知パッド、第1ヒータパッド)、第2ガス検出素子に形成されたパッド(第2検知パッド、第2ヒータパッド)、及び配線基板等の支持体に形成された支持側パッド(支持側第1検知パッド、支持側第1ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第2検知パッド、支持側第2ヒータパッド)及びこれらを接続するボンディングワイヤが外部に露出している場合には、水滴その他の異物の付着あるいは異物の衝突などによって、互いに短絡を生じる虞がある。
これに対し、本発明のガスセンサでは、各パッドやボンディングワイヤを絶縁材で被覆しているので、異物の付着や衝突によって短絡を生じにくく、さらに信頼性が高いガスセンサとなる。
Due to the nature of the gas sensor, the first gas sensitive film and the second gas sensitive film of the first gas detecting element and the second gas detecting element need to be exposed to the gas to be measured (for example, outside air or exhaust gas). . Therefore, the entire first gas detection element and second gas detection element cannot be covered in an airtight manner as in the case where the IC chip is mounted on the wiring board.
On the other hand, pads (first detection pad, first heater pad) formed on the first gas detection element, pads (second detection pad, second heater pad) formed on the second gas detection element, wiring board, and the like Support side pads (support side first detection pad, support side first heater pad, support side common pad, support side second detection pad, support side second heater pad) formed on the support body and bonding for connecting them When the wires are exposed to the outside, there is a possibility that a short circuit may occur due to adhesion of water droplets or other foreign matters or collision of foreign matters.
On the other hand, in the gas sensor of the present invention, since each pad and bonding wire are covered with an insulating material, a short circuit is unlikely to occur due to adhesion or collision of foreign matter, and the gas sensor is more reliable.

さらに、請求項3に記載のガスセンサであって、前記第1検知パッド、第1ヒータパッド、第2検知パッド、第2ヒータパッド、支持側第1検知パッド、支持側第1ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第2検知パッド、支持側第2ヒータパッド、及びこれらを接続する前記ボンディングワイヤは、絶縁性の封止樹脂材で封止されてなるガスセンサとすると良い。   The gas sensor according to claim 3, wherein the first detection pad, the first heater pad, the second detection pad, the second heater pad, the support side first detection pad, the support side first heater pad, and the support side. The common pad, the support-side second detection pad, the support-side second heater pad, and the bonding wire connecting them may be gas sensors that are sealed with an insulating sealing resin material.

本発明のガスセンサは、各パッドやボンディングワイヤが封止樹脂材で封止されているので、水滴その他異物の付着や衝突による短絡を生じにくい上、変形しにくくなり断線をも効果的に防止できるから、さらに信頼性の高いガスセンサとなる。   In the gas sensor of the present invention, since each pad and bonding wire are sealed with a sealing resin material, it is difficult to cause a short circuit due to adhesion or collision of water droplets or other foreign matters, and it is difficult to deform and effectively prevent disconnection. Therefore, it becomes a more reliable gas sensor.

さらに、請求項4に記載のガスセンサであって、前記封止樹脂材が、前記第1ガス感応膜及び第2ガス感応膜と離間して配置されてなるガスセンサとすると良い。   Furthermore, in the gas sensor according to claim 4, the sealing resin material may be a gas sensor that is disposed apart from the first gas sensitive film and the second gas sensitive film.

本発明のガスセンサでは、封止樹脂材を第1ガス感応膜及び第2ガス感応膜と離間して配置しているので、封止樹脂材がガス感応部に付着したことによる、検出感度や熱特性などの特性低下を適切に防止することができる。   In the gas sensor of the present invention, since the sealing resin material is disposed apart from the first gas sensitive film and the second gas sensitive film, the detection sensitivity and heat caused by the sealing resin material adhering to the gas sensitive part are detected. It is possible to appropriately prevent deterioration of characteristics such as characteristics.

さらに、請求項5に記載のガスセンサであって、少なくとも、前記第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子の表面上に配置されて、前記第1ガス感応膜と前記第1検知パッド及び第1ヒータパッドとの間、前記第2ガス感応膜と前記第2検知パッド及び第2ヒータパッドとの間を区画し、上記第1ガス感応膜及び第2ガス感応膜への前記封止樹脂材の侵入を防止してなるダム部材を備えるガスセンサとすると良い。   The gas sensor according to claim 5, wherein the gas sensor is disposed on at least surfaces of the first gas detection element and the second gas detection element, and the first gas sensitive film, the first detection pad, and the first Partitioning between the second gas sensitive film and the second detection pad and the second heater pad between the heater pad and the sealing resin material to the first gas sensitive film and the second gas sensitive film; A gas sensor including a dam member that prevents intrusion may be used.

本発明のガスセンサでは、ダム部材を形成して、封止樹脂材が第1ガス感応膜あるいは第2ガス感応膜にまで侵入するのを防止しているので、封止樹脂材がガス感応部に付着したことによる、検出感度や熱特性などの特性低下を確実に防止することができる。   In the gas sensor of the present invention, a dam member is formed to prevent the sealing resin material from entering the first gas sensitive film or the second gas sensitive film. It is possible to reliably prevent deterioration in characteristics such as detection sensitivity and thermal characteristics due to adhesion.

なおさらに、前記ダム部材は、前記第1ガス感応膜と前記第1検知パッド及び第1ヒータパッドとの間、及び、前記第2ガス感応膜と前記第2検知パッド及び第2ヒータパッドとの間において、前記第1取り出し辺及び第2取り出し辺に平行に延びる形態としてなるガスセンサとするのが好ましい。   Still further, the dam member is formed between the first gas sensitive film and the first detection pad and the first heater pad, and between the second gas sensitive film, the second detection pad and the second heater pad. Preferably, the gas sensor is configured to extend in parallel with the first extraction side and the second extraction side.

このガスセンサでは、ダム部材を第1ガス感応膜と第1検知パッド及び第1ヒータパッドとの間、及び第2ガス感応膜と第2検知パッド及び第2ヒータパッドとの間において、取り出し辺に平行に延びる形態としている。このため、例えば、矩形の第1,第2ガス検出素子のうち、4辺のそれぞれに端子パッドを分散して配置するなど、第1,第2ガス検出素子の周縁に広く分散して配置した場合に比して、ダム部材を設ける部位を少なくすることができ、第1,第2ガス検出素子を小型化できる。また、支持体の支持側端子パッド(支持側第1検知パッド、支持側第1ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第2検知パッド、支持側第2ヒータパッド)も第1,第2ガス検出素子の第1,第2取り出し辺に沿って配置できるので、支持体の大きさも小さくすることができる。   In this gas sensor, the dam member is disposed between the first gas sensitive film and the first detection pad and the first heater pad, and between the second gas sensitive film and the second detection pad and the second heater pad. The form extends in parallel. Therefore, for example, among the rectangular first and second gas detection elements, terminal pads are distributed and arranged on each of the four sides, so that they are widely distributed on the periphery of the first and second gas detection elements. Compared with the case, the site | part which provides a dam member can be decreased, and a 1st, 2nd gas detection element can be reduced in size. In addition, the support side terminal pads (support side first detection pad, support side first heater pad, support side common pad, support side second detection pad, support side second heater pad) of the support are also the first and second gas. Since it can arrange | position along the 1st, 2nd extraction edge of a detection element, the magnitude | size of a support body can also be made small.

そのほか、平板状で、所定のガス種に反応するガス感応部、上記ガス感応部から延び、上記ガス感応部に入力されるあるいは上記ガス感応部から出力される電力、信号等を伝送する複数の素子配線、及び、自身の表面に位置する上記素子配線に接続する複数の端子パッド、を含むガス検出素子と、上記ガス検出素子を、上記表面を外側に向けて搭載してなり、上記端子パッドと導通部材を介して電気的に接続する複数の支持側端子パッドを含む支持体と、を備えるガスセンサであって、上記複数の端子パッド、複数の支持側端子パッド、及び導通部材を封止する絶縁性の封止樹脂材と、少なくとも、上記ガス検出素子の表面上に配置されて、上記ガス感応部と上記複数の端子パッドとの間を区画し、上記ガス感応部への上記封止樹脂材の侵入を防止してなるダム部材と、を備えるガスセンサとするのが好ましい。   In addition, a flat plate-shaped gas-sensitive part that reacts to a predetermined gas type, a plurality of gas-sensitive parts that extend from the gas-sensitive part and transmit power, signals, etc. that are input to or output from the gas-sensitive part A gas detection element including element wiring and a plurality of terminal pads connected to the element wiring located on the surface of the element wiring, and the gas detection element mounted with the surface facing outward, the terminal pad And a support body including a plurality of support-side terminal pads that are electrically connected to each other via a conduction member, wherein the plurality of terminal pads, the plurality of support-side terminal pads, and the conduction member are sealed. An insulating sealing resin material, and at least disposed on the surface of the gas detection element, partitioning between the gas sensitive part and the plurality of terminal pads, and sealing resin to the gas sensitive part Intrusion of material A dam member made to prevent, preferably a gas sensor comprising a.

ガスセンサはその性質上、ガス検出素子のうち、ガス感応膜の部分を被測定気体(例えば外気や排気ガスなど)に晒す必要がある。従って、ICチップを配線基板に搭載した場合のように、ガス検出素子全体を気密に覆うことはできない。
一方、ガス検出素子に形成されたパッド及び支持体に形成された支持側パッド及びこれらを接続するボンディングワイヤなどの導通部材が外部に露出している場合には、水滴その他の異物の付着あるいは異物の衝突などによって、互いに短絡したり断線したりする虞がある。
Due to the nature of the gas sensor, it is necessary to expose the gas sensitive film portion of the gas detection element to a gas to be measured (for example, outside air or exhaust gas). Therefore, the entire gas detection element cannot be covered airtightly as in the case where the IC chip is mounted on the wiring board.
On the other hand, if conductive pads such as pads formed on the gas detection element, support-side pads formed on the support, and bonding wires connecting them are exposed to the outside, water droplets or other foreign substances may adhere or There is a possibility that they may be short-circuited or disconnected due to collisions.

これに対し、上述のガスセンサでは、封止樹脂材で複数の端子パッド、複数の支持側端子パッド、及び導通部材を封止することにより、水滴や異物の付着や衝突による短絡や断線などの不具合を防止できる。しかも、ダム部材を形成しているので、封止樹脂材がガス感応部にまで侵入しない形態となっており、封止樹脂材がガス感応部に付着したことによる、検出感度や熱特性などの特性低下を確実に防止することができる。   In contrast, in the gas sensor described above, a plurality of terminal pads, a plurality of support-side terminal pads, and a conductive member are sealed with a sealing resin material, thereby causing problems such as a short circuit or disconnection due to adhesion or collision of water droplets or foreign matter. Can be prevented. In addition, since the dam member is formed, the sealing resin material does not enter the gas sensitive part, and the detection sensitivity, thermal characteristics, etc. due to the sealing resin material adhering to the gas sensitive part. It is possible to reliably prevent characteristic deterioration.

さらに、上述のガスセンサであって、前記複数の端子パッドは、いずれも前記ガス検出素子の周縁のうち所定の取り出し辺に沿って配置されてなり、前記ダム部材は、前記ガス感応部と上記複数の端子パッドとの間において、上記取り出し辺に平行に延びる形態としてなるガスセンサとするのが好ましい。   Further, in the gas sensor described above, each of the plurality of terminal pads is arranged along a predetermined extraction side of the periphery of the gas detection element, and the dam member includes the gas sensitive portion and the plurality of the plurality of terminal pads. It is preferable that the gas sensor has a configuration extending in parallel with the extraction side between the terminal pads.

このガスセンサでは、端子パッドを取り出し辺に沿って配置されており、ダム部材をガス感応部と複数の端子パッドとの間において、取り出し辺に平行に延びる形態としている。このため、例えば、矩形のガス検出素子のうち、4辺のそれぞれに端子パッドを分散して配置するなど、ガス検出素子の周縁に広く分散して配置した場合に比して、ダム部材を設ける部位を少なくすることができ、ガス検出素子を小型化できる。また、支持体の支持側端子パッドもガス検出素子の取り出し辺に沿って配置できるので、支持体の大きさも小さくすることができる。   In this gas sensor, the terminal pad is arranged along the take-out side, and the dam member is configured to extend in parallel with the take-out side between the gas sensitive portion and the plurality of terminal pads. For this reason, for example, a dam member is provided compared to a case in which terminal pads are dispersed and arranged on each of the four sides of a rectangular gas detection element, as compared with a case where the gas detection element is widely dispersed on the periphery. The number of parts can be reduced, and the gas detection element can be reduced in size. In addition, since the support-side terminal pad of the support can be arranged along the take-out side of the gas detection element, the size of the support can also be reduced.

本発明の実施の形態を、実施例及び変形例に基づいて説明する。   Embodiments of the present invention will be described based on examples and modifications.

まず、本発明の実施例に係るガスセンサ10を、図1〜図7を参照して説明する。本実施例のガスセンサ10は、図1に示すように、2つのガス検出素子3,4を搭載した配線基板(支持体)2からなるガスセンサ本体1と、このガスセンサ本体1(配線基板2)の被保護面2S及びこれに囲まれたキャビティ21(凹部)を覆う保護カバー9とからなる。   First, the gas sensor 10 which concerns on the Example of this invention is demonstrated with reference to FIGS. As shown in FIG. 1, the gas sensor 10 of the present embodiment includes a gas sensor main body 1 composed of a wiring board (support) 2 on which two gas detection elements 3 and 4 are mounted, and the gas sensor main body 1 (wiring board 2). It consists of a protected surface 2S and a protective cover 9 that covers the cavity 21 (concave portion) surrounded by the protected surface 2S.

図1,図2に示すように、配線基板2は、略直方体形状を有しており、略四角枠状の被保護面2Sに囲まれ、内部に2つのガス検出素子3,4を搭載する空間をなすキャビティ21が凹設されている。この配線基板2の側面のうち、対向する短辺部分のうち、被保護面2S側は、内側に凹んだ形状とされた案内凹部2A,2Bを構成している。また、この案内凹部2A,2Bよりも被保護面2Sの逆側(裏面2E側)には、さらに一段内側に凹んだ係合凹部2C,2Dが形成されている(図3参照)。   As shown in FIGS. 1 and 2, the wiring board 2 has a substantially rectangular parallelepiped shape, is surrounded by a substantially rectangular frame-shaped protected surface 2S, and has two gas detection elements 3 and 4 mounted therein. A cavity 21 forming a space is recessed. Among the side surfaces of the wiring board 2, of the opposing short side portions, the protected surface 2 </ b> S side constitutes guide recesses 2 </ b> A and 2 </ b> B that are recessed inward. Engagement recesses 2C and 2D which are further recessed inward one step are formed on the opposite side (back surface 2E side) of the protected surface 2S from the guide recesses 2A and 2B (see FIG. 3).

一方、保護カバー9は、略平板状で配線基板2の被保護面2S及びキャビティ21を覆う大きさの保護プレート部91と、この保護プレート部91の両端部分から直角に折り曲げられて延びる係合部92,93とを有し、側面視、略コ字形状となっている。このうち、保護プレート部91には、複数の所定位置に通気孔91Aが穿孔され、この通気孔91Aを通じて、被測定ガスが2つのガス検出素子3,4に導かれる。また、保護プレート部91には、この保護カバー9の取り付け方向を示す方向指示切り欠き91Bがその周縁に形成されて、180度回転した状態で誤ってガスセンサ本体1(配線基板2)に取り付けられるのを防止している。また、係合部92,93には、それぞれその先端付近に、係止爪部92A等(係合部93側は図示しない)が形成されている。   On the other hand, the protective cover 9 is a substantially flat plate-shaped protective plate portion 91 that covers the protected surface 2S of the wiring board 2 and the cavity 21, and an engagement that is bent at right angles from both end portions of the protective plate portion 91 and extends. And has a substantially U shape when viewed from the side. Among these, the protective plate 91 is provided with vent holes 91A at a plurality of predetermined positions, and the gas to be measured is guided to the two gas detection elements 3 and 4 through the vent holes 91A. Further, a direction indicating notch 91B indicating the mounting direction of the protective cover 9 is formed on the peripheral edge of the protective plate 91, and it is erroneously attached to the gas sensor main body 1 (wiring board 2) in a state rotated by 180 degrees. Is preventing. Further, the engaging portions 92 and 93 are respectively formed with locking claws 92A and the like (the engaging portion 93 side is not shown) near the tips thereof.

保護カバー9は上述の形態を有しているので、係合部92,93を配線基板2の案内凹部2A,2Bに沿わせて、保護プレート部91を配線基板2の被保護面2S及びキャビティ21に近づる。そして、保護カバー9の係止爪部92A等を、配線基板2の係合凹部2C,2Dに係合させることで、保護カバー9がガスセンサ本体1(配線基板2)に係止される。   Since the protective cover 9 has the above-described form, the engaging portions 92 and 93 are arranged along the guide recesses 2A and 2B of the wiring board 2, and the protective plate portion 91 is connected to the protected surface 2S and the cavity of the wiring board 2. Approaches 21. The protective cover 9 is locked to the gas sensor body 1 (wiring board 2) by engaging the locking claws 92A and the like of the protective cover 9 with the engaging recesses 2C and 2D of the wiring board 2.

ついで、ガスセンサ本体1について、さらに詳細に説明する。ガスセンサ本体1は、配線基板2に、2つのガス検出素子3,4を搭載して構成されている。このうち、配線基板2は、図3,図4に示すように、セラミック絶縁層、具体的には、4層のアルミナ質のセラミック絶縁層24,25,26,27を積層してなる電子部品パッケージである。この配線基板2の側面部分には、略半円筒、あるいは1/4円筒状に凹設されたいわゆるキャステレーションが複数形成され、配線基板2の内部配線は、このキャステレーションの部分に引き出され、さらにこのキャステレーションを通じて、図示しないこの配線基板2の下面まで引き回され、プリント板などにハンダ付け接続可能となっている。   Next, the gas sensor main body 1 will be described in more detail. The gas sensor main body 1 is configured by mounting two gas detection elements 3 and 4 on a wiring board 2. Among them, the wiring board 2 is an electronic component formed by laminating ceramic insulating layers, specifically, four layers of alumina ceramic insulating layers 24, 25, 26, and 27, as shown in FIGS. It is a package. A plurality of so-called castellations recessed in a substantially semi-cylindrical shape or a quarter-cylindrical shape are formed on the side surface portion of the wiring board 2, and the internal wiring of the wiring board 2 is drawn out to the castellation portion. Further, through this castellation, it is routed to the lower surface of the wiring board 2 (not shown) and can be soldered to a printed board or the like.

この配線基板2は、その最下層に位置する略矩形平板状のセラミック絶縁層24上に、裏面通気溝25Aを構成するセラミック絶縁層25が積層され、さらに、略矩形枠状のセラミック絶縁層26が積層されている。さらに、この上には、セラミック絶縁層26より幅細で略矩形枠状のセラミック絶縁層27が積層されている。これにより、セラミック絶縁層25がキャビティ21の底部21Bを、セラミック絶縁層26がキャビティ21内の段部22を構成している。   In this wiring board 2, a ceramic insulating layer 25 constituting a back surface ventilation groove 25 </ b> A is laminated on a substantially rectangular flat plate-shaped ceramic insulating layer 24 positioned at the lowermost layer, and further, a ceramic insulating layer 26 having a substantially rectangular frame shape. Are stacked. Further, a ceramic insulating layer 27 that is narrower than the ceramic insulating layer 26 and has a substantially rectangular frame shape is laminated thereon. Thereby, the ceramic insulating layer 25 constitutes the bottom portion 21 </ b> B of the cavity 21, and the ceramic insulating layer 26 constitutes the step portion 22 in the cavity 21.

このうち、底部21Bより1段高い位置にあり、底部21Bをロ字状に囲む段部22のうち、一辺に相当するパッド形成辺部22Pには、5つの基板側パッド23が一列に並んで形成されている。具体的には、図2において、左から、基板側第1ヒータパッド23A,基板側第1検知パッド23B,基板側共通パッド23C,基板側第2検知パッド23D,基板側第2ヒータパッド23Eが、パッド形成辺部22Pに集約されて、この順に一列に並んでいる。
なお、これらの基板側パッド23は、公知の構造によって、外部と接続可能となっている。具体的には、基板側パッド23は、それぞれ図示しない内部配線を通じて、配線基板2の側面に形成されたキャステレーションに引き出され、このキャステレーションに形成された導電層を通じて、その裏面2Eの接続パッド(図示しない)に接続している。これにより、プリント板などの支持基板に、このガスセンサ1を搭載することができる。
Among these, the five substrate-side pads 23 are arranged in a row on the pad forming side portion 22P corresponding to one side of the step portion 22 that is one step higher than the bottom portion 21B and surrounds the bottom portion 21B in a square shape. Is formed. Specifically, in FIG. 2, from the left, the substrate side first heater pad 23A, the substrate side first detection pad 23B, the substrate side common pad 23C, the substrate side second detection pad 23D, and the substrate side second heater pad 23E are displayed. The pad forming side portions 22P are collected and arranged in a line in this order.
These board-side pads 23 can be connected to the outside by a known structure. Specifically, the board-side pads 23 are each led to a castellation formed on the side surface of the wiring board 2 through an internal wiring (not shown), and a connection pad on the back surface 2E through a conductive layer formed on the castellation. (Not shown). Thereby, this gas sensor 1 can be mounted on a support substrate such as a printed board.

この配線基板2のキャビティ21内には、前述したように、第1ガス検知素子3と第2ガス検出素子4とが収容、搭載されている。第1ガス検知素子3及び第2ガス検出素子4は、いずれも平面視矩形状をなし、ダイヤフラム構造のガス感応部を有している。   As described above, the first gas detection element 3 and the second gas detection element 4 are accommodated and mounted in the cavity 21 of the wiring board 2. Each of the first gas detection element 3 and the second gas detection element 4 has a rectangular shape in a plan view, and has a gas sensitive part having a diaphragm structure.

具体的には、第1ガス検知素子3は、図5に示すように、矩形平板状のシリコンチップからなり、その表面3Bのうち、図5中、中央やや上辺寄りに第1ガス感応部31を有する。この第1ガス感応部31には、公知の半導体製造技術を用いて、図6に示す2重渦巻き状のヒータ38(図7(b)参照)の上に、櫛の歯が互いに噛み合うように間隔を空けて配置された一対の第1検知電極36A,36B(図7(a)参照)が、互いに電気的に絶縁されつつ、重なって形成されている。さらにその上には、金属酸化物半導体(具体的にはSnO2)からなる矩形状の第1ガス感応膜32がこれらを覆うように被着して、一対の第1検知電極36A,36Bに電気的に接続している。なお、本実施例では、第1ガス感応膜32は、SnO2の表面に触媒としてのAuが分散して付着してなる。第1ガス検出素子3は、このように構成されているので、ヒータ38に通電すると、第1ガス感応膜32が加熱されて活性化し、NOxなどの酸化性ガス(第1のガス種)に反応して、その抵抗値が変化する。そこで、一対の第1検知電極36A,36B間における第1ガス感応膜32の抵抗値を測定することで、酸化性ガスの濃度変化を検知することができるようになるのである。 Specifically, as shown in FIG. 5, the first gas detection element 3 is formed of a rectangular flat plate-like silicon chip, and the first gas sensitive part 31 is slightly closer to the center in FIG. Have The first gas sensitive part 31 is formed using a known semiconductor manufacturing technique so that comb teeth mesh with each other on the double spiral heater 38 (see FIG. 7B) shown in FIG. A pair of first detection electrodes 36 </ b> A and 36 </ b> B (see FIG. 7A) arranged with a space therebetween are formed to overlap each other while being electrically insulated from each other. Further thereon, a rectangular first gas sensitive film 32 made of a metal oxide semiconductor (specifically SnO 2 ) is deposited so as to cover them, and is applied to the pair of first detection electrodes 36A, 36B. Electrically connected. In the present embodiment, the first gas sensitive film 32 is made of Au as a catalyst dispersed and adhered to the surface of SnO 2 . Since the first gas detection element 3 is configured as described above, when the heater 38 is energized, the first gas sensitive film 32 is heated and activated, and becomes an oxidizing gas (first gas type) such as NOx. In response, the resistance value changes. Therefore, the concentration change of the oxidizing gas can be detected by measuring the resistance value of the first gas sensitive film 32 between the pair of first detection electrodes 36A and 36B.

なお、第1ガス検出素子3は、図3,図4の断面図に示すように、第1ガス感応部31において、シリコンチップの厚さが表面3B側に向かって薄くされた凹状のダイヤフラム構造部3Aとなっている。本実施例においては、このダイヤフラム構造部3Aのうち、シリコンチップの厚さが平板状に薄くされた矩形状のダイヤフラム部3ADに、これとほぼ同じ大きさの第1ガス感応膜32が被着されている。これにより、ヒータ38の通電により容易にこのダイヤフラム部3AD温度が上昇するので、第1ガス検出素子3の応答性が向上する。   As shown in the cross-sectional views of FIGS. 3 and 4, the first gas detection element 3 has a concave diaphragm structure in which the thickness of the silicon chip is reduced toward the surface 3B side in the first gas sensitive portion 31. It is part 3A. In the present embodiment, the first gas sensitive film 32 having the same size as this is deposited on the rectangular diaphragm portion 3AD in which the thickness of the silicon chip is reduced to a flat plate shape in the diaphragm structure portion 3A. Has been. As a result, the temperature of the diaphragm portion 3AD easily rises due to energization of the heater 38, so that the response of the first gas detection element 3 is improved.

第1ガス感応部31に形成された一対の第1検知電極36A,36Bは、その端部が第1ガス感応部31の外まで引き出されており、それぞれ、第1検知接続配線35A,35Bに電気的に接続している。
なお、第1検知接続配線35A,35Bは、第1検知電極36A,36Bの線幅よりも十分太い線幅とされている。第1検知接続配線35A,35Bで発生する抵抗をできるだけ低くするためである。
The ends of the pair of first detection electrodes 36A and 36B formed on the first gas sensitive part 31 are drawn out of the first gas sensitive part 31 and are respectively connected to the first detection connection wirings 35A and 35B. Electrically connected.
The first detection connection wires 35A and 35B have a line width sufficiently thicker than the line width of the first detection electrodes 36A and 36B. This is because the resistance generated in the first detection connection wirings 35A and 35B is as low as possible.

ところで、第1検知接続配線35A,35Bのうち、第1検知電極36A,36Bとの接続部分は、徐々に線幅が狭くなるテーパ状、具体的には、第1検知接続配線35A,35Bのうち線幅方向外側の側辺が内側の側辺に徐々に近づくいわゆる片テーパの形態のテーパ部35AT,35BTとしてある。線幅を急激に変化させると、その部分で破断しやすくなる虞があり、これを防止するためである。   By the way, of the first detection connection wirings 35A and 35B, the connection portions with the first detection electrodes 36A and 36B are tapered so that the line width gradually decreases, specifically, the first detection connection wirings 35A and 35B. Of these, taper portions 35AT and 35BT having a so-called one-taper shape in which the outer side in the line width direction gradually approaches the inner side. If the line width is suddenly changed, the portion may be easily broken, and this is to prevent this.

一方、第1ヒータ接続配線37A,37Bのうち、ヒータ38との接続部分も、徐々に線幅が狭くなるテーパ状、具体的には、クチバシ状に、第1ヒータ接続配線37A,37Bの線幅が中央に向かって徐々に近づくいわゆる両テーパの形態のテーパ部37AT,37BTとしてなる。線幅を急激に変化させると、その部分で破断しやすくなる虞があり、これを防止するためである。また、厚さの薄いダイヤフラム部3ADで選択的に発熱をさせ、ダイヤフラム部3ADの外での発熱や外への熱逃げを少なくするためである。さらに、ダイヤフラム部3ADとその外側とでは厚さに違いがあるので、両者の境界部分(ダイヤフラム部3ADの周縁3ADP)付近において、ここを通る配線に亀裂が生じるおそれがある。そこで、線幅の細いヒータ38ではなく、線幅の太い第1ヒータ接続配線37A,37Bを境界部分(周縁3ADP)に位置させている。さらに、この境界部分(周縁3ADP)に第1ヒータ接続配線37A,38Bのうち、テーパ部37AT,37BTを配置して、さらに応力の集中を避けて断線等を防止している。   On the other hand, of the first heater connection wirings 37A and 37B, the connection portion with the heater 38 is also tapered in a gradually narrowing line width, specifically, a beak shape, and the lines of the first heater connection wirings 37A and 37B. The taper portions 37AT and 37BT have a so-called double taper shape whose width gradually approaches the center. If the line width is suddenly changed, the portion may be easily broken, and this is to prevent this. Further, this is because heat generation is selectively performed by the thin diaphragm portion 3AD, and heat generation outside the diaphragm portion 3AD and heat escape to the outside are reduced. Furthermore, since there is a difference in thickness between the diaphragm portion 3AD and the outside thereof, there is a possibility that cracks may occur in the wiring passing therearound in the vicinity of the boundary portion between them (the peripheral edge 3ADP of the diaphragm portion 3AD). Therefore, instead of the heater 38 having a narrow line width, the first heater connection wires 37A and 37B having a large line width are positioned at the boundary portion (periphery 3ADP). Further, among the first heater connection wirings 37A and 38B, taper portions 37AT and 37BT are arranged at the boundary portion (periphery 3ADP) to further avoid stress concentration and prevent disconnection and the like.

但し、本実施例においては、ヒータ38の両端部は、第1ガス感応部31内で、第1ヒータ接続配線37A,37Bに接続している。このため、第1ヒータ接続配線37A,37Bのうち、テーパ部37AT,37BTが、第1ガス感応膜32の周縁32Pを、また、ダイヤフラム構造部3Aのダイヤフラム部3ADの周縁3ADPを跨ぐように配置されている。厚さの薄いダイヤフラム部3ADと、これより厚さの厚いその周縁部分とでは、熱に対する挙動が異なるので、相対的に線幅の細いヒータ38の配線が、ダイヤフラム部3ADの周縁3ADPを跨ぐように配置したり、このダイヤフラム部3ADの周縁3ADPでヒータ38と第1ヒータ接続配線37A,37Bとを接続するよりも、相対的に太い第1ヒータ接続配線37A,37Bがダイヤフラム部3ADの周縁3ADPを跨ぐようにした方が、断線などの不具合を生じにくいからである。   However, in the present embodiment, both end portions of the heater 38 are connected to the first heater connection wires 37 </ b> A and 37 </ b> B in the first gas sensitive portion 31. Therefore, of the first heater connection wirings 37A and 37B, the tapered portions 37AT and 37BT are arranged so as to straddle the peripheral edge 32P of the first gas sensitive film 32 and the peripheral edge 3ADP of the diaphragm portion 3AD of the diaphragm structure portion 3A. Has been. Since the thin diaphragm portion 3AD and the peripheral edge portion thicker than this have different behaviors against heat, the wiring of the heater 38 having a relatively narrow line width straddles the peripheral edge 3ADP of the diaphragm portion 3AD. The first heater connection wires 37A and 37B that are relatively thicker than the heater 38 and the first heater connection wires 37A and 37B are connected to each other at the periphery 3ADP of the diaphragm portion 3AD. It is because it is hard to produce malfunctions, such as a disconnection, if it was made to straddle.

さらに本実施例においては、ヒータ38は、図7(b)に示すように、通電により配線の持つ抵抗により発熱を行わせるタイプのヒータであり、配線は、二重渦巻きの形態を有している。しかも、中心に向かうほど、その線幅が太くされている。これは、第1検知電極36A,36B、及び、第1ガス感応膜32のうち第1検知電極36A,36B同士の間に位置して抵抗測定される部分が、均等に加熱されるようにすべく、ヒータ38のうち、熱が逃げやすい周囲部分では発熱量を大きくし、熱が逃げにくい内側部分では発熱量を小さくするためである。   Further, in this embodiment, the heater 38 is a heater of a type that generates heat by the resistance of the wiring when energized, as shown in FIG. 7B, and the wiring has a double spiral shape. Yes. Moreover, the line width is increased toward the center. This is so that the portions of the first detection electrodes 36A and 36B and the first gas sensitive film 32, which are located between the first detection electrodes 36A and 36B and whose resistance is measured, are heated evenly. Therefore, in the heater 38, the amount of heat generation is increased in the peripheral portion where heat easily escapes, and the amount of heat generation is decreased in the inner portion where heat is difficult to escape.

第1ガス検出素子3に形成した第1検知接続配線35A,35B及び第1ヒータ接続配線37A,37Bは、第1ガス検出素子3の矩形の周縁のうち第1取り出し辺3P(図5参照)付近まで互いに平行に延びて、この第1取り出し辺3Pに沿ってこの近傍に集約されている。その端部はそれぞれ、ワイヤボンディング可能なパッドとなっている。具体的には、第1ガス検出素子3には、図2,図5において左側から、外側第1ヒータパッド34A,外側第1検知パッド33A,内側第1検知パッド33B,内側第1ヒータパッド34Bが、この順に一列に並んでいる。   The first detection connection wirings 35A and 35B and the first heater connection wirings 37A and 37B formed on the first gas detection element 3 are the first extraction side 3P (see FIG. 5) among the rectangular peripheral edges of the first gas detection element 3. They extend in parallel to each other and are concentrated in this vicinity along the first extraction side 3P. Each of the end portions is a pad capable of wire bonding. Specifically, the first gas detection element 3 includes an outer first heater pad 34A, an outer first detection pad 33A, an inner first detection pad 33B, and an inner first heater pad 34B from the left side in FIGS. However, they are lined up in this order.

本実施例では、第2ガス検知素子4(図5,図7参照)は、第2ガス感応部41に被着されている第2ガス感応膜42の材質(さらに詳細には、触媒の材質)を除き、配線パターンも含め、上述の第1ガス検出素子3と同一の材質、形状、構成を有している。第2ガス感応膜42の材質は、第1ガス感応膜32と同じSnO2の表面に、触媒としてPdを分散して付着させてなる。このため、第2ガス検出素子4は、第1ガス検出素子3とは異なり、第2ガス感応膜42を加熱して活性化することで、CO,HCなどの還元性ガス(第2のガス種)に反応して、その抵抗値が変化する。従って、一対の第2検知電極46A,46B間における第2ガス感応膜42の抵抗値を測定することで、還元性ガスの濃度や濃度変化を検知することができる。
また、第2ガス検出素子4に形成した第2検知接続配線45A,45B及び第2ヒータ接続配線47A,47Bも、第2ガス検出素子4の矩形の周縁のうち第2取り出し辺4P(図2,図5参照)付近まで互いに平行に延びており、この第2取り出し辺4Pにそってこの近傍に集約されている。また、その端部はそれぞれ、ワイヤボンディング可能なパッドとなっている。第2ガス検出素子4には、図2,図5において左側から、内側第2ヒータパッド44A,内側第2検知パッド43A,外側第2検知パッド43B,外側第2ヒータパッド44Bが、この順に一列に並んでいる。
なお、上述したように、第2ガス検知素子4は、第2ガス感応膜42の材質(詳細には、触媒の材質)を除き、配線パターンも含め、第1ガス検出素子3と同一の材質、形状、構成を有しているので、その詳細な説明を省略する。
In the present embodiment, the second gas detection element 4 (see FIGS. 5 and 7) is made of a material of the second gas sensitive film 42 (more specifically, a material of the catalyst) applied to the second gas sensitive part 41. ), Including the wiring pattern, it has the same material, shape and configuration as the first gas detection element 3 described above. The material of the second gas sensitive film 42 is formed by dispersing and adhering Pd as a catalyst on the same SnO 2 surface as that of the first gas sensitive film 32. Therefore, unlike the first gas detection element 3, the second gas detection element 4 heats and activates the second gas sensitive film 42 to reduce a reducing gas (second gas) such as CO and HC. The resistance value changes in response to the species. Therefore, by measuring the resistance value of the second gas sensitive film 42 between the pair of second detection electrodes 46A and 46B, the concentration or concentration change of the reducing gas can be detected.
Further, the second detection connection wires 45A and 45B and the second heater connection wires 47A and 47B formed on the second gas detection element 4 are also the second extraction side 4P (FIG. 2) of the rectangular peripheral edge of the second gas detection element 4. , See FIG. 5) and extend in parallel to each other, and are concentrated in the vicinity along the second extraction side 4P. Each of the end portions is a pad capable of wire bonding. 2 and 5, the second gas detection element 4 includes an inner second heater pad 44A, an inner second detection pad 43A, an outer second detection pad 43B, and an outer second heater pad 44B in this order from the left side. Are lined up.
As described above, the second gas detection element 4 is made of the same material as the first gas detection element 3 including the wiring pattern except for the material of the second gas sensitive film 42 (specifically, the material of the catalyst). Since it has a shape and configuration, detailed description thereof is omitted.

さて、このような材質、形状、構成を有する第1ガス検出素子3及び第2ガス検知素子4は、それぞれ、図4に示すように、配線基板2のうち、セラミック絶縁層25の上面で構成されるキャビティ21の底部21Bに並べて固着される。具体的には、図2からも容易に理解できるように、第1ガス検出素子3と第2ガス検出素子4とは、第1ガス検出素子3を自身の第1取り出し辺3Pに沿って平行移動させたとすると、第2ガス検出素子4にちょうど重なる位置に互いに並べて配置する。
固着に当たっては、第1ガス検出素子3の裏面3Cのうち、外側第1ヒータパッド34A,外側第1検知パッド33A,内側第1検知パッド33B,内側第1ヒータパッド34Bの裏側の部分を、セラミック絶縁層25に樹脂からなる接着層6を用いて固着する。これにより、配線基板2のキャビティ21内に第1ガス検出素子3を片持ち状に保持する。なお、接着層6は、ダイヤフラム構造部3Aにまでは届かない寸法としてある。
また図示しないが、第2ガス検出素子4も、その裏面4Cのうち、外側第2ヒータパッド44A等の裏側の部分を、セラミック絶縁層25に樹脂からなる接着層6を用いて固着し、配線基板2のキャビティ21内に第2ガス検出素子4を片持ち状に保持する。
Now, each of the first gas detection element 3 and the second gas detection element 4 having such a material, shape, and configuration is configured on the upper surface of the ceramic insulating layer 25 in the wiring board 2 as shown in FIG. Are fixed to the bottom 21B of the cavity 21 to be aligned. Specifically, as can be easily understood from FIG. 2, the first gas detection element 3 and the second gas detection element 4 are parallel to each other along the first extraction side 3P of the first gas detection element 3 itself. If it is moved, they are arranged side by side at a position just overlapping the second gas detection element 4.
For fixing, the back side portion of the first gas detection element 3 on the back side of the outer first heater pad 34A, the outer first detection pad 33A, the inner first detection pad 33B, and the inner first heater pad 34B is ceramic. The insulating layer 25 is fixed using an adhesive layer 6 made of resin. Thus, the first gas detection element 3 is held in a cantilever manner in the cavity 21 of the wiring board 2. The adhesive layer 6 has dimensions that do not reach the diaphragm structure 3A.
Although not shown, the second gas detection element 4 also has a back surface portion of the back surface 4C, such as the outer second heater pad 44A, fixed to the ceramic insulating layer 25 using an adhesive layer 6 made of a resin, The second gas detection element 4 is held in a cantilever manner in the cavity 21 of the substrate 2.

かくして、第1ガス検出素子3の外側第1ヒータパッド34A等のパッド、及び第2ガス検出素子4の内側第2ヒータパッド44A等のパッドと、配線基板2の段部22のパッド形成辺部22Pに並ぶ基板側第1ヒータパッド23A等の基板側パッドとは、ほぼ平行に並ぶ。
そして、図2に示すように、第1ガス検出素子3の外側第1ヒータパッド34Aは配線基板2の基板側第1ヒータパッド23Aに、外側第1検知パッド33Aは基板側第1検知パッド23Bに、内側第1検知パッド33B及び内側第1ヒータパッド34Bは基板側共通パッド23Cに、それぞれボンディングワイヤ51A,51B,51C,51Dを介して接続されている。
同様に、第2ガス検出素子4の内側第2ヒータパッド44A及び内側第2検知パッド43Aは基板側共通パッド23Cに、外側第2検知パッド43Bは基板側第2検知パッド23Dに、外側第2ヒータパッド44Bは基板側第2ヒータパッド23Eに、それぞれボンディングワイヤ52A,52B,52C,52Dを介して接続されている。
Thus, the pads such as the outer first heater pad 34A of the first gas detection element 3 and the pads such as the inner second heater pad 44A of the second gas detection element 4 and the pad forming side portion of the step portion 22 of the wiring board 2 are used. The substrate side pads such as the substrate side first heater pads 23A arranged in 22P are arranged substantially in parallel.
As shown in FIG. 2, the outer first heater pad 34A of the first gas detection element 3 is the substrate-side first heater pad 23A of the wiring board 2, and the outer first detection pad 33A is the substrate-side first detection pad 23B. The inner first detection pad 33B and the inner first heater pad 34B are connected to the substrate-side common pad 23C via bonding wires 51A, 51B, 51C, and 51D, respectively.
Similarly, the inner second heater pad 44A and the inner second detection pad 43A of the second gas detection element 4 are disposed on the substrate side common pad 23C, and the outer second detection pad 43B is disposed on the substrate side second detection pad 23D. The heater pad 44B is connected to the substrate-side second heater pad 23E via bonding wires 52A, 52B, 52C, and 52D, respectively.

これにより、基板側共通パッド23Cを共通の電位(接地電位)とすれば、第1ガス検出素子3のうち、外側第1ヒータパッド34Aと接地電位とした内側第1ヒータパッド34Bとの間に電流を流すことで、ヒータ38に通電して第1ガス感応膜32を加熱することができる。また、外側第1検知パッド33Aと接地電位とした内側第1検知パッド33Bとの間で、第1検知電極36A,36B間における第1ガス感応膜32の抵抗値を測定することができる。かくして、第1ガス検出素子3において、NOx等の酸化性ガスの濃度変化を検知することができる。
同様に、第2ガス検出素子4のうち、接地電位とした内側第2ヒータパッド44Aと外側第2ヒータパッド44Bとの間に電流を流すことで、ヒータ48に通電して第2ガス感応膜42を加熱することができる。また、接地電位とした内側第2検知パッド43Aと外側第2検知パッド43Bとの間で、第2検知電極46A,46B間における第2ガス感応膜42の抵抗値を測定することができる。かくして、第2ガス検出素子4において、CO,HC等の還元性ガスの濃度変化を検知することができる。
なお、本実施例においては、第1ガス検出素子3のヒータ38に流す電流と第2ガス検出素子4のヒータ48に流す電流とを、別個に制御することができるから、第1,第2ガス感応膜32,42の特性等を考慮して、それぞれ素子(感応膜等)に適する温度となるようにヒータ38,48の温度を制御することができる。
Thus, if the substrate-side common pad 23C is set to a common potential (ground potential), between the outer first heater pad 34A and the inner first heater pad 34B having the ground potential in the first gas detection element 3. By flowing an electric current, the first gas sensitive film 32 can be heated by energizing the heater 38. Further, the resistance value of the first gas sensitive film 32 between the first detection electrodes 36A and 36B can be measured between the outer first detection pad 33A and the inner first detection pad 33B having the ground potential. Thus, the first gas detection element 3 can detect a change in the concentration of an oxidizing gas such as NOx.
Similarly, in the second gas detection element 4, a current is passed between the inner second heater pad 44 </ b> A and the outer second heater pad 44 </ b> B set to the ground potential, thereby energizing the heater 48 and the second gas sensitive film. 42 can be heated. In addition, the resistance value of the second gas sensitive film 42 between the second detection electrodes 46A and 46B can be measured between the inner second detection pad 43A and the outer second detection pad 43B set to the ground potential. Thus, the second gas detection element 4 can detect a change in the concentration of reducing gas such as CO and HC.
In the present embodiment, the current flowing through the heater 38 of the first gas detection element 3 and the current flowing through the heater 48 of the second gas detection element 4 can be controlled separately. In consideration of the characteristics of the gas sensitive films 32 and 42, the temperature of the heaters 38 and 48 can be controlled so as to be suitable for the element (sensitive film or the like).

このように、本実施例のガスセンサ10(ガスセンサ本体1)では、第1,第2ガス感応膜32,42の材質(詳細には、触媒の材質)を除き、配線パターンも含め、互いに同一の材質、形状、構成を有している第1,第2ガス検知素子3,4を用いている。このため、後述するように、第1ガス検出素子と第2ガス検出素子とは、少なくとも第1,第2ガス感応膜32,42の形成及びそれ以降の工程よりも前の工程を共通にして製造できるから、製造容易で安価に製造できる。また、同形のガス検出素子3,4を配線基板2に搭載することとなるので、配線基板2への搭載も容易である。   As described above, in the gas sensor 10 (gas sensor main body 1) of the present embodiment, the first and second gas sensitive films 32 and 42 are identical to each other including the wiring pattern except for the material (specifically, the material of the catalyst). The 1st, 2nd gas detection elements 3 and 4 which have a material, a shape, and a structure are used. For this reason, as will be described later, the first gas detection element and the second gas detection element share at least the processes before the formation of the first and second gas sensitive films 32 and 42 and the subsequent processes. Since it can be manufactured, it can be manufactured easily and inexpensively. In addition, since the gas detection elements 3 and 4 having the same shape are mounted on the wiring board 2, mounting on the wiring board 2 is easy.

また、ガスセンサ10(ガスセンサ本体1)は、配線基板2に基板側共通パッド23Cを備え、これは第1ガス検出素子3の内側第1検知パッド33B及び内側第1ヒータパッド34Bと、また、第2ガス検出素子4の内側第2検知パッド43A及び内側第2ヒータパッド44Aと接続している。このため、このガスセンサ10(ガスセンサ本体1)は、2つのガス検出素子3,4を有しながら、これらとの接続は、基板側共通パッド23Cを含め5つの基板側パッド23で足りる。また、配線基板2に裏面2Eに形成する外部回路との接続のための端子数も5つで足り、接続容易となる。しかも、基板側共通パッド23Cは、互いに近くに位置する内側第1検知パッド33B、内側第1ヒータパッド34B、内側第2検知パッド43A、及び、内側第2ヒータパッド44Aと接続しているので、接続のためのボンディングワイヤ51C,51D,52A,52Bも短くて済み、低抵抗で両者を接続できる。   In addition, the gas sensor 10 (gas sensor main body 1) includes a substrate-side common pad 23C on the wiring board 2, which includes the first inner detection pad 33B and the first inner heater pad 34B of the first gas detection element 3, and the first first heater pad 34B. The two gas detection elements 4 are connected to the inner second detection pad 43A and the inner second heater pad 44A. Therefore, the gas sensor 10 (the gas sensor main body 1) includes the two gas detection elements 3 and 4, but the connection to these is sufficient with the five substrate-side pads 23 including the substrate-side common pad 23C. Further, the number of terminals for connection to the external circuit formed on the back surface 2E on the wiring board 2 is only five, which facilitates connection. Moreover, since the substrate-side common pad 23C is connected to the inner first detection pad 33B, the inner first heater pad 34B, the inner second detection pad 43A, and the inner second heater pad 44A that are located close to each other. Bonding wires 51C, 51D, 52A, and 52B for connection are also short, and both can be connected with low resistance.

しかも、第1ガス検出素子3の第1検知パッド33及び第1ヒータパッド34が第1取り出し辺3Pに沿って配置され、第2ガス検出素子の第2検知パッド41及び第2ヒータパッド44が第2取り出し辺4Pに沿って配置されている。そして、基板側第1ヒータパッド23A、基板側第1検知パッド23B、基板側共通パッド23C、基板側第2検知パッド23D、基板側第2ヒータパッド23Eが一列に並んで配置されてなる。このため、配線基板のうちガス検出素子の周縁各辺の外側にそれぞれ基板側のパッドを形成するものに比して、配線基板2の面積(設置面積)を小さくして小型化を図ることができる。また、2つのガス検出素子3,4の並び方向(図2において左右方向)、あるいはこれに直交する方向(図2において上下方向)の寸法をも小さくすることができる。また、配線基板2内での内部配線の引き回しも短くできる。   Moreover, the first detection pad 33 and the first heater pad 34 of the first gas detection element 3 are arranged along the first extraction side 3P, and the second detection pad 41 and the second heater pad 44 of the second gas detection element are arranged. It arrange | positions along the 2nd extraction edge 4P. The substrate side first heater pad 23A, the substrate side first detection pad 23B, the substrate side common pad 23C, the substrate side second detection pad 23D, and the substrate side second heater pad 23E are arranged in a line. For this reason, it is possible to reduce the area (installation area) of the wiring board 2 and reduce the size as compared with the wiring board in which the pads on the board side are formed outside the peripheral edges of the gas detection element. it can. In addition, it is possible to reduce the dimension in the direction in which the two gas detection elements 3 and 4 are arranged (the left-right direction in FIG. 2) or the direction perpendicular thereto (the vertical direction in FIG. 2). In addition, the wiring of the internal wiring in the wiring board 2 can be shortened.

また、配線基板2には、前述したように、裏面通気溝25Aが形成されている。図2,図4に示すように、この裏面通気溝25Aは、第1,第2ガス検知素子3,4のダイヤフラム構造部3A,4Aを横断するように配置されている。このため、配線基板2のセラミック絶縁層26と第1,第2ガス検知素子3,4との隙間によって形成される通気スリット26A,26C、及び第1,第2ガス検知素子3,4同士の隙間によって形成される通気スリット26Bと、この裏面通気溝25Aを介して、ダイヤフラム構造部3A,4Aと外部とが通気可能となっている。かくして、ヒータ38,48に通電して加熱した場合、あるいは通電を遮断して冷却した場合にも、第1,第2ガス検出素子3,4の裏面3C,4C側の気圧が高くなりすぎ、あるいは低くなりすぎて、ダイヤフラム部3AD,4ADが破損するなどの不具合を防止することができる。   Further, as described above, the back surface ventilation groove 25 </ b> A is formed in the wiring board 2. As shown in FIGS. 2 and 4, the back surface ventilation groove 25 </ b> A is disposed so as to cross the diaphragm structures 3 </ b> A and 4 </ b> A of the first and second gas detection elements 3 and 4. Therefore, the ventilation slits 26A and 26C formed by the gap between the ceramic insulating layer 26 of the wiring board 2 and the first and second gas detection elements 3 and 4 and the first and second gas detection elements 3 and 4 Through the ventilation slit 26B formed by the gap and the back surface ventilation groove 25A, the diaphragm structures 3A and 4A and the outside can be ventilated. Thus, even when the heaters 38 and 48 are energized and heated, or when the energization is interrupted and cooled, the pressure on the back surfaces 3C and 4C side of the first and second gas detection elements 3 and 4 becomes too high, Or it becomes too low and can prevent malfunctions, such as diaphragm part 3AD and 4AD being damaged.

ついで、本実施例に係るガスセンサ10の製造について説明する。
まず、ガスセンサ本体1に用いる配線基板2について説明する。この配線基板2は、公知の手法により製造する。具体的には、アルミナを主成分とするセラミック粉末を用いたグリーンシートを所定の形態に打ち抜き、その表面あるいは裏面にタングステンペーストを内部配線や基板側パッドとなるパターンに印刷する。後にキャステレーションとなる貫通穴の側面にもタングステンペーストを塗布しておく。その後、打ち抜いたグリーンシートを積層(本実施例では4層)圧着し、シート積層体を形成する。ついで、このシート積層体に焼成後に個片に分割し易いようにブレーク溝を形成する。さらに、個片が複数個集まった焼成用のサイズに切断し、脱脂処理後に焼成する。ついで、タングステンメタライズ層が露出する部分にニッケルメッキ及び金メッキを施し、所定の電気特性(通電、絶縁等の特性)の検査、外観検査等を経た後、個片の配線基板2に分割する。
Next, manufacture of the gas sensor 10 according to the present embodiment will be described.
First, the wiring board 2 used for the gas sensor main body 1 will be described. The wiring board 2 is manufactured by a known method. Specifically, a green sheet using ceramic powder mainly composed of alumina is punched into a predetermined form, and a tungsten paste is printed on a pattern serving as an internal wiring or a substrate side pad on the front surface or the back surface. Tungsten paste is also applied to the side surface of the through hole that will later become a castellation. Thereafter, the punched green sheets are laminated (four layers in this embodiment) and pressed to form a sheet laminate. Next, a break groove is formed in the sheet laminate so that it can be easily divided into individual pieces after firing. Furthermore, it cut | disconnects to the size for baking which several pieces collected, and bakes after a degreasing process. Next, nickel plating and gold plating are performed on the exposed portion of the tungsten metallized layer, and after passing through inspection of predetermined electrical characteristics (characteristics such as energization and insulation), appearance inspection, etc., it is divided into individual wiring boards 2.

一方、第1,第2ガス検出素子3,4は以下のようにして製造する。まず、半導体用の単結晶シリコンウェハを用意し洗浄する。このシリコンウェハ上に、SiO2膜の形成、及びSi34膜の形成を行う。ついで、ヒータ38,48(図7(b)参照)及び第1,第2ヒータ接続配線37,47を形成する。具体的には、例えば、Ta層をスパッタリングによって堆積させ、ついでPt層を形成する。続いて、フォトリソグラフィによるパターンニング及びエッチング処理を行い、ヒータ38,48、第1,第2ヒータ接続配線37,47を形成する。その後、ヒータ38,48を覆うように、絶縁性のSi34膜を堆積させる。次に、第1,第2ヒータ接続配線37,47の端部に第1,第2ヒータパッド34,44形成用のコンタクト部を形成する。具体的には例えば、第1,第2ヒータ接続配線37,47上に堆積させたSi34膜をエッチングにより除去してコンタクト部とする。 On the other hand, the first and second gas detection elements 3 and 4 are manufactured as follows. First, a single crystal silicon wafer for semiconductor is prepared and cleaned. On this silicon wafer, performs SiO2 film formation, and Si 3 N 4 film formation. Next, heaters 38 and 48 (see FIG. 7B) and first and second heater connection wirings 37 and 47 are formed. Specifically, for example, a Ta layer is deposited by sputtering, and then a Pt layer is formed. Subsequently, patterning and etching by photolithography are performed to form heaters 38 and 48 and first and second heater connection wirings 37 and 47. Thereafter, an insulating Si 3 N 4 film is deposited so as to cover the heaters 38 and 48. Next, contact portions for forming the first and second heater pads 34 and 44 are formed at the end portions of the first and second heater connection wirings 37 and 47. Specifically, for example, the Si 3 N 4 film deposited on the first and second heater connection wirings 37 and 47 is removed by etching to form a contact portion.

ついで、堆積させたSi34膜の上に、一対の第1,第2検知電極36,46(図7(a)参照)及び一対の第1,第2検知接続配線35,45を形成する。その一例としては、スパッタリングによりTi層を堆積させ、さらに、Pt層を形成する。続いて、フォトリソグラフィによるパターンニング及びエッチング処理を行い、第1,第2検知電極36,46及び第1,第2検知接続配線35,45を形成する。その後、上述のコンタクト部及び第1,第2検知接続配線35,45の端部を、ワイヤボンディング可能なパッドとする。その一例としては、スパッタリングによりCr層及びAu層を形成し、フォトリソグラフィによるパターンニング及びエッチング処理を行い、コンタクト部及び第1,第2検知接続配線35,45の端部を、第1,第2検知パッド33,43及び第1,第2ヒータパッド34,44とする。
ついで、シリコンウェハの裏面から異方性エッチングにより所定位置にダイヤフラム構造部3A,4Aを形成する。ここまでは、第1,第2ガス検出素子3,4に共通の製造工程である。
Next, a pair of first and second detection electrodes 36 and 46 (see FIG. 7A) and a pair of first and second detection connection wirings 35 and 45 are formed on the deposited Si 3 N 4 film. To do. As an example, a Ti layer is deposited by sputtering, and a Pt layer is further formed. Subsequently, patterning and etching by photolithography are performed to form the first and second detection electrodes 36 and 46 and the first and second detection connection wirings 35 and 45. Thereafter, the above-described contact portions and the end portions of the first and second detection connection wirings 35 and 45 are used as pads capable of wire bonding. As an example, a Cr layer and an Au layer are formed by sputtering, patterning and etching processes are performed by photolithography, and the end portions of the contact portion and the first and second detection connection wirings 35 and 45 are connected to the first and first portions. 2 detection pads 33 and 43 and first and second heater pads 34 and 44.
Next, diaphragm structures 3A and 4A are formed at predetermined positions from the back surface of the silicon wafer by anisotropic etching. Up to this point, the manufacturing process is common to the first and second gas detection elements 3 and 4.

ついで、第1ガス検出素子3を得る上述のシリコンウェハについては、第1ガス感応部31の形状(正方形状)にくり抜かれたシリコンマスクを載せた後、シリコンウェハを所定温度に加温しつつ、スパッタリングにより、SnO2からなる金属酸化物半導体のガス感応膜を堆積させる。その後、このガス感応膜上に触媒となるAuをスパッタリングにより堆積させて、第1ガス感応部31に正方形状の第1ガス感応膜32を形成する。ついで、所定の熱処理パターン(最高温度、保持時間、昇温速度、降温速度等)で、第1ガス感応膜32を有するシリコンウェハを熱処理(熱アニール)する。その後、特性等を確認後、シリコンウェハの切断を行い、個別の第1ガス検出素子3を得る。 Next, with respect to the above-described silicon wafer for obtaining the first gas detection element 3, a silicon mask cut out in the shape (square shape) of the first gas sensitive portion 31 is placed, and then the silicon wafer is heated to a predetermined temperature. Then, a gas-sensitive film of a metal oxide semiconductor made of SnO 2 is deposited by sputtering. Thereafter, Au serving as a catalyst is deposited on the gas sensitive film by sputtering to form a square first gas sensitive film 32 on the first gas sensitive part 31. Next, the silicon wafer having the first gas sensitive film 32 is subjected to heat treatment (thermal annealing) with a predetermined heat treatment pattern (maximum temperature, holding time, temperature increase rate, temperature decrease rate, etc.). Thereafter, after confirming characteristics and the like, the silicon wafer is cut to obtain individual first gas detection elements 3.

一方、第2ガス検出素子4を得る前述のシリコンウェハについては、第2ガス感応部41の形状(正方形状)にくり抜かれたシリコンマスクを載せた後、シリコンウェハを所定温度に加温しつつ、スパッタリングにより、SnO2からなる金属酸化物半導体のガス感応膜を堆積させる。ここまでは、第1ガス感応膜と同じである。その後、このガス感応膜上に触媒となるPdをスパッタリングにより堆積させて、第2ガス感応部41に正方形状の第2ガス感応膜42を形成する。ついで、第1ガス検出素子3を得る場合とは異なる熱処理パターン(最高温度、保持時間、昇温速度、降温速度等)で、第2ガス感応膜42を有するシリコンウェハを熱処理(熱アニール)する。その後、特性等を確認後、シリコンウェハの切断を行い、個別の第2ガス検出素子4を得る。 On the other hand, with respect to the above-described silicon wafer for obtaining the second gas detection element 4, after placing a silicon mask cut out in the shape (square shape) of the second gas sensitive portion 41, the silicon wafer is heated to a predetermined temperature. Then, a gas-sensitive film of a metal oxide semiconductor made of SnO 2 is deposited by sputtering. Up to this point, it is the same as the first gas sensitive film. Thereafter, Pd serving as a catalyst is deposited on the gas sensitive film by sputtering, and the second gas sensitive film 42 having a square shape is formed on the second gas sensitive part 41. Next, the silicon wafer having the second gas sensitive film 42 is subjected to heat treatment (thermal annealing) with a heat treatment pattern (maximum temperature, holding time, temperature increase rate, temperature decrease rate, etc.) different from the case of obtaining the first gas detection element 3. . Thereafter, after confirming the characteristics and the like, the silicon wafer is cut to obtain individual second gas detection elements 4.

このように、本実施例では、第1ガス検出素子3及び第2ガス検出素子4の製造にあたり、大半を共通の工程としている。また、フォトマスク等は共通のものを用いる。このため、第1,第2ガス検出素子3,4を安価に、従ってガスセンサ10を安価に製造することができる。かくして、第1ガス検出素子3と第2ガス検出素子4とは、第1,第2ガス感応膜32,42の材質を除いて、同一の材質、形状、構成を有している。
特に本実施例のガスセンサ10では、第1,第2ガス感応膜の酸化物半導体として、共にSnO2を用い、触媒(AuとPd)のみを異ならせている。このため、酸化物半導体の形成まで工程を共通とすることができ、さらに、安価に第1,第2ガス検出素子3,4、ガスセンサ10を製造することができる。
その一方、第1,第2ガス感応膜32,42の形成時あるいは形成後の熱処理に際しては、他方に関係なく、適切な温度あるいは熱処理パターンでウェハ(ガス感応膜)を熱処理することができるので、第1,第2ガス感応膜32,42それぞれに適切な特性を持たせることができる。
As described above, in this embodiment, most of the first gas detection element 3 and the second gas detection element 4 are common processes. A common photomask is used. For this reason, the 1st, 2nd gas detection elements 3 and 4 can be manufactured cheaply, therefore the gas sensor 10 can be manufactured inexpensively. Thus, the first gas detection element 3 and the second gas detection element 4 have the same material, shape and configuration except for the materials of the first and second gas sensitive films 32 and 42.
In particular, in the gas sensor 10 of the present embodiment, SnO 2 is used as the oxide semiconductor of the first and second gas sensitive films, and only the catalyst (Au and Pd) is different. For this reason, a process can be made common until formation of an oxide semiconductor, and the 1st, 2nd gas detection elements 3 and 4 and gas sensor 10 can be manufactured cheaply.
On the other hand, when the heat treatment is performed during or after the formation of the first and second gas sensitive films 32 and 42, the wafer (gas sensitive film) can be heat treated at an appropriate temperature or heat treatment pattern regardless of the other. The first and second gas sensitive films 32 and 42 can have appropriate characteristics.

ついで、この第1ガス検出素子3及び第2ガス検出素子4を、配線基板2のセラミック絶縁層25の上面に接着剤を介して接合し、片持ち状に固定、搭載する。ついで、第1,第2ガス検出素子3,4の第1,第2検知パッド33,43及び第1,第2ヒータパッド34,44と、配線基板2の基板側パッド23とを、それぞれボンディングワイヤ51A等でワイヤボンディングして電気的に相互接続し、ガスセンサ本体1を完成させる。
さらに金属板をプレスによって打ち抜き、折り曲げ等して形成した保護カバー9を、その保護プレート部91が、ガスセンサ本体1(配線基板2)の被保護面2Sとキャビティ21を覆うようにして係合させ、ガスセンサ10を完成させる。
Next, the first gas detection element 3 and the second gas detection element 4 are joined to the upper surface of the ceramic insulating layer 25 of the wiring board 2 via an adhesive, and fixed and mounted in a cantilever manner. Next, the first and second detection pads 33 and 43 and the first and second heater pads 34 and 44 of the first and second gas detection elements 3 and 4 and the substrate-side pad 23 of the wiring board 2 are bonded to each other. The gas sensor main body 1 is completed by wire bonding using the wire 51A or the like and electrically connecting them.
Further, the protective cover 9 formed by punching and bending a metal plate is engaged with the protective plate portion 91 so that the protected surface 2S of the gas sensor body 1 (wiring board 2) and the cavity 21 are covered. The gas sensor 10 is completed.

(変形例)
ついで、上述の実施例の変形例に係るガスセンサ110について、図8及び図9を参照して説明する。
本変形例に係るガスセンサ110は、上述の実施例に係るガスセンサ10において、さらに第1ガス検出素子3の第1検知パッド33及び第1ヒータパッド34、第2ガス検出素子4の第2検知パッド43及び第2ヒータパッド44、配線基板2の基板側パッド23、及び、これらを結ぶボンディングワイヤ51A等を、樹脂封止している点でのみ異なる。
従って、変形例に係るガスセンサ110にうち、保護カバー9(図1参照)、配線基板2、第1,第2ガス検出素子3,4は、実施例と同様であるので説明を省略する。
(Modification)
Next, a gas sensor 110 according to a modification of the above-described embodiment will be described with reference to FIGS.
The gas sensor 110 according to the present modification is the same as the gas sensor 10 according to the above-described embodiment, but further includes the first detection pad 33 and the first heater pad 34 of the first gas detection element 3 and the second detection pad of the second gas detection element 4. 43 and the second heater pad 44, the board-side pad 23 of the wiring board 2, and the bonding wires 51A connecting them are different only in that they are resin-sealed.
Therefore, in the gas sensor 110 according to the modification, the protective cover 9 (see FIG. 1), the wiring board 2, and the first and second gas detection elements 3 and 4 are the same as those in the embodiment, and thus the description thereof is omitted.

本変形例に係るガスセンサ110のうち、ガスセンサ本体101では、図9を参照すると容易に理解できるように、配線基板2のロ字状の段部22のうち、図8において上下方向に延びる二辺の間に架け渡すように、エポキシ樹脂等からなるダム部材107が設けられている。このダム部材107は、図9に示すように、第1ガス検出素子3の表面3Bのうち、第1ガス感応部31よりも第1検知パッド33及び第1ヒータパッド34側(第1取り出し辺3P側、図8において、第1ガス感応部31よりも下側)において、第1取り出し辺3Pに平行に延びる形態で形成されている。第2ガス検出素子4についても同様に、その表面4Bのうち、第2ガス感応部41よりも第2検知パッド43及び第2ヒータパッド44側(第2取り出し辺4P側、図8において、第2ガス感応部41よりも下側)において、第2取り出し辺4Pに平行に延びる形態で形成されている。
これにより、ダム部材107は、第1ガス検知素子3の表面3Bにおいて、第1ガス感応膜32と第1検知パッド33及び第1ヒータパッド34との間を区画している。また同様に、第2ガス検知素子4の表面4Bにおいて、第2ガス感応膜42と第2検知パッド43及び第2ヒータパッド44との間を区画している。
Among the gas sensors 110 according to this modification, in the gas sensor main body 101, two sides extending in the vertical direction in FIG. 8 among the square-shaped step portions 22 of the wiring board 2 can be easily understood with reference to FIG. A dam member 107 made of an epoxy resin or the like is provided so as to bridge between the two. As shown in FIG. 9, the dam member 107 includes, on the surface 3 </ b> B of the first gas detection element 3, the first detection pad 33 and the first heater pad 34 side (first extraction side) from the first gas sensing portion 31. On the 3P side, on the lower side of the first gas sensitive portion 31 in FIG. 8, it is formed in a form extending in parallel to the first extraction side 3P. Similarly, the second gas detection element 4 has a surface 4B on the second detection pad 43 and second heater pad 44 side (second extraction side 4P side, in FIG. (Lower side than the two-gas sensitive portion 41) is formed in a form extending in parallel with the second extraction side 4P.
Thus, the dam member 107 partitions the first gas sensitive film 32 from the first detection pad 33 and the first heater pad 34 on the surface 3B of the first gas detection element 3. Similarly, on the surface 4 </ b> B of the second gas detection element 4, the second gas sensitive film 42, the second detection pad 43, and the second heater pad 44 are partitioned.

さらに、図9に示すように、このダム部材107に堰き止められた状態で、このダム部材107よりも図8において下方に位置する第1ガス検出素子3の表面3B、第2ガス検出素子4の表面4B、配線基板2の段部22(パッド形成辺部22P)が、絶縁性のエポキシ樹脂等からなる封止樹脂材108に覆われている。これにより、第1ガス検出素子3の一対の第1検知パッド33及び一対の第1ヒータパッド34、第2ガス検出素子4の一対の第2検知パッド43及び一対の第2ヒータパッド44、配線基板2の5つの基板側パッド23、及び、これらを結ぶ8本のボンディングワイヤ51A等が樹脂封止されている。その一方、封止樹脂材108は、ダム部材107により、第1ガス感応膜32及び第2ガス感応膜42とは離間しており、これらへの侵入が防止されている。   Further, as shown in FIG. 9, the surface 3B of the first gas detection element 3 and the second gas detection element 4 positioned below the dam member 107 in FIG. The front surface 4B and the step portion 22 (pad forming side portion 22P) of the wiring board 2 are covered with a sealing resin material 108 made of an insulating epoxy resin or the like. Accordingly, the pair of first detection pads 33 and the pair of first heater pads 34 of the first gas detection element 3, the pair of second detection pads 43 and the pair of second heater pads 44 of the second gas detection element 4, and wiring The five substrate-side pads 23 of the substrate 2 and the eight bonding wires 51A connecting these are resin-sealed. On the other hand, the sealing resin material 108 is separated from the first gas-sensitive film 32 and the second gas-sensitive film 42 by the dam member 107 and is prevented from entering these.

前述した実施例に係るガスセンサ10は、第1,第2ガス検出素子3,4のうち、第1,第2ガス感応膜32,42の部分を、被測定気体(例えば外気や排気ガス)に晒す必要がある。
一方、第1ガス検出素子3に形成された第1検知パッド33及び第1ヒータパッド34、第2ガス検出素子に形成された第2検知パッド43及び第2ヒータパッド44、配線基板2に形成された5つの基板側パッド23、及びこれらを接続するボンディングワイヤ51A等も、保護カバー9が被せられているとはいえ、外部に露出している。このため、これらに、水滴その他の異物の付着あるいは異物の衝突などによって、互いに短絡や断線を生じる虞がある。
In the gas sensor 10 according to the above-described embodiment, the first and second gas sensing films 32 and 42 of the first and second gas detection elements 3 and 4 are used as gas to be measured (for example, outside air or exhaust gas). Need to be exposed.
Meanwhile, the first detection pad 33 and the first heater pad 34 formed on the first gas detection element 3, the second detection pad 43 and the second heater pad 44 formed on the second gas detection element, and the wiring board 2 are formed. The five substrate-side pads 23 and the bonding wires 51A that connect them are exposed to the outside even though the protective cover 9 is covered. For this reason, there is a possibility that they may be short-circuited or disconnected from each other due to adhesion of water droplets or other foreign matters or collision of foreign matters.

これに対し、本変形例のガスセンサ110(ガスセンサ本体101)は、第1,第2ガス検出素子3,4の各パッド33,34,43,44やボンディングワイヤ51A等が絶縁性の封止樹脂材108で封止されている。このため、水滴その他異物の付着や異物の衝突が生じても、パッド間やボンディングワイヤ間の短絡を生じにくい。その上、ボンディングワイヤ51A等が変形しにくくなり、これの断線をも効果的に防止できる。かくして、さらに信頼性の高いガスセンサ(ガスセンサ本体)となる。   On the other hand, in the gas sensor 110 (gas sensor main body 101) of this modification, the pads 33, 34, 43, and 44 of the first and second gas detection elements 3 and 4, the bonding wire 51A and the like are insulating sealing resin. Sealed with a material 108. For this reason, even if water droplets or other foreign matters adhere or foreign matters collide, short-circuiting between pads or bonding wires is unlikely to occur. In addition, the bonding wires 51A and the like are not easily deformed, and the disconnection can be effectively prevented. Thus, a more reliable gas sensor (gas sensor body) is obtained.

特に、本変形例のガスセンサ110(ガスセンサ本体101)では、ダム部材107を形成して、封止樹脂材108が第1ガス感応膜あるいは第2ガス感応膜にまで侵入するのを防止しているので、封止樹脂材108が第1,第2ガス感応部31,41に付着したことによる、ガスの検出感度や熱特性などの特性低下を確実に防止することができる。   In particular, in the gas sensor 110 (gas sensor main body 101) of this modification, the dam member 107 is formed to prevent the sealing resin material 108 from entering the first gas sensitive film or the second gas sensitive film. Therefore, it is possible to reliably prevent deterioration in characteristics such as gas detection sensitivity and thermal characteristics due to the sealing resin material 108 adhering to the first and second gas sensitive portions 31 and 41.

本変形例に係るガスセンサ110において、ダム部材107及び封止樹脂材108は以下のようにして製造する。まず、前述した実施例に係るガスセンサ本体1を製作した後、チキソトロピック性が高く流動性の低い絶縁性のエポキシ樹脂を、ディスペンサを用いて、配線基板2のロ字状の段部22のうち、図8において上下方向に延びる二辺の間に直線状に塗布し、その後硬化させる。これにより、段部22上及び第1,第2ガス検出素子3,4の表面3B,4B上に盛り上がるダム部材107を形成する。ついで、このダム部材107よりも図8において下方に位置する、段部22(パッド形成辺22P)及び第1,第2ガス検出素子3,4の表面3B,4B上に、流動性の高い絶縁性のエポキシ樹脂を流し込み、硬化させて封止樹脂材108を形成する。これにより、第1,第2ガス検出素子3,4の各パッド33,34,43,44やボンディングワイヤ51A等が絶縁性の封止樹脂材108で封止される。   In the gas sensor 110 according to this modification, the dam member 107 and the sealing resin material 108 are manufactured as follows. First, after the gas sensor main body 1 according to the above-described embodiment is manufactured, an insulating epoxy resin having high thixotropic property and low fluidity is used by using a dispenser, of the square-shaped step portion 22 of the wiring board 2. In FIG. 8, it is applied in a straight line between two sides extending in the vertical direction, and then cured. Thereby, the dam member 107 that rises on the step portion 22 and on the surfaces 3B and 4B of the first and second gas detection elements 3 and 4 is formed. Next, insulation with high fluidity is provided on the step portion 22 (pad forming side 22P) and the surfaces 3B and 4B of the first and second gas detection elements 3 and 4 which are located below the dam member 107 in FIG. An epoxy resin is poured and cured to form the sealing resin material 108. As a result, the pads 33, 34, 43, 44 of the first and second gas detection elements 3, 4 and the bonding wire 51A are sealed with the insulating sealing resin material 108.

以上において、本発明を実施例及び変形例に即して説明したが、本発明は上記実施例等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、実施例等においては、ヒータ38,48として、ヒータ配線自身が抵抗により発熱するタイプのヒータを例示したが、面状に発熱するタイプのヒータを用いることもできる。
In the above, the present invention has been described with reference to the embodiments and the modified examples. However, the present invention is not limited to the above-described embodiments and the like, and it can be applied as appropriate without departing from the gist thereof. Not too long.
For example, in the embodiments and the like, the heaters 38 and 48 exemplify heaters in which the heater wiring itself generates heat due to resistance, but heaters that generate heat in a planar shape can also be used.

また、実施例等においては、第1ガス検出素子3において、各パッドは、図2,図5において左側から、外側第1ヒータパッド34A,外側第1検知パッド33A,内側第1検知パッド33B,内側第1ヒータパッド34Bが、この順に一列に並んでいるものを例示した。同様に、第2ガス検出素子4において、各パッドは、内側第2ヒータパッド44A,内側第2検知パッド43A,外側第2検知パッド43B,外側第2ヒータパッド44Bが、この順に一列に並んでいるものを例示した。
しかし、第1ガス検出素子3において、内側第1検知パッド33Bと内側第1ヒータパッド34Bの順序を入れ替えて、外側第1ヒータパッド34A,外側第1検知パッド33A,内側第1ヒータパッド34B,内側第1検知パッド33Bの順に一列に並んでいるものとする。そして、第2ガス検出素子4において、外側第2検知パッド43Bと外側第2ヒータパッド44Bの順序を入れ替えて、内側第2ヒータパッド44A,内側第2検知パッド43A,外側第2ヒータパッド44B,外側第2検知パッド43Bの順に一列に並んでいるものとすることもできる。このようにした第1,第2ガス検出素子を用いても、配線基板2の5つの基板側パッドを用いて、2つのガス検出素子を駆動し、それぞれのガス感応膜の抵抗を測定して、ガス濃度や濃度変化を計測することができる。
In the embodiment, etc., in the first gas detection element 3, the pads are arranged from the left side in FIGS. 2 and 5 from the left side first heater pad 34A, the outside first detection pad 33A, the inside first detection pad 33B, The inner first heater pads 34B are illustrated in a line in this order. Similarly, in the second gas detection element 4, each pad has an inner second heater pad 44A, an inner second detection pad 43A, an outer second detection pad 43B, and an outer second heater pad 44B arranged in a line in this order. Exemplified what is.
However, in the first gas detection element 3, the order of the inner first detection pad 33B and the inner first heater pad 34B is changed, and the outer first heater pad 34A, the outer first detection pad 33A, the inner first heater pad 34B, It is assumed that the inner first detection pads 33B are arranged in a line in the order. In the second gas detection element 4, the order of the outer second detection pad 43B and the outer second heater pad 44B is changed, and the inner second heater pad 44A, the inner second detection pad 43A, the outer second heater pad 44B, It can also be arranged in a line in the order of the outer second detection pads 43B. Even when using the first and second gas detection elements as described above, the two gas detection elements are driven using the five substrate-side pads of the wiring board 2 and the resistance of each gas sensitive film is measured. Gas concentration and concentration change can be measured.

実施例にかかるガスセンサの分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the gas sensor concerning an Example. 実施例にかかるガスセンサのうち、保護キャップを外したガスセンサ本体の平面図である。It is a top view of the gas sensor main body which removed the protective cap among the gas sensors concerning an Example. 実施例にかかるガスセンサのうち、保護キャップを外したガスセンサ本体のA−A’矢視断面図である。It is A-A 'arrow sectional drawing of the gas sensor main body which removed the protective cap among the gas sensors concerning an Example. 実施例にかかるガスセンサ本体のうち、保護キャップを外したガスセンサ本体のB−B’矢視断面図である。It is B-B 'arrow sectional drawing of the gas sensor main body which removed the protective cap among the gas sensor main bodies concerning an Example. 第1ガス検出素子,第2ガス検出素子の配線形態を示す平面図である。It is a top view which shows the wiring form of a 1st gas detection element and a 2nd gas detection element. 第1,第2ガス検出部における検知電極及びヒータ電極の形態を示す要部拡大図である。It is a principal part enlarged view which shows the form of the detection electrode and heater electrode in a 1st, 2nd gas detection part. (a)は第1,第2ガス検出部における検知電極の形態を、(b)はヒータ電極の形態を抽出して示す説明図である。(A) is explanatory drawing which extracts and shows the form of the detection electrode in a 1st, 2nd gas detection part, (b) is the form of a heater electrode. 変形例にかかるガスセンサのうち、保護カバーを外したガスセンサ本体の平面図である。It is a top view of the gas sensor main body which removed the protective cover among the gas sensors concerning a modification. 変形例にかかるガスセンサのうち、保護カバーを外したガスセンサ本体のC−C’矢視断面図である。It is C-C 'arrow sectional drawing of the gas sensor main body which removed the protective cover among the gas sensors concerning a modification.

符号の説明Explanation of symbols

10,110 ガスセンサ
1,101 ガスセンサ本体
2 配線基板(支持体)
2S 被保護面
21 キャビティ
23 基板側パッド(支持側端子パッド)
23A 基板側第1ヒータパッド(支持側第1ヒータパッド)
23B 基板側第1検知パッド(支持側第1検知パッド)
23C 基板側共通パッド(支持側共通パッド)
23D 基板側第2検知パッド(支持側第2検知パッド)
23E 基板側第2ヒータパッド(支持側第2ヒータパッド)
3 第1ガス検出素子
3P 第1取り出し辺
31 第1ガス感応部
32 第1ガス感応膜
32P (第1ガス感応膜の)周縁
33 第1検知パッド(端子パッド)
33A 外側第1検知パッド
33B 内側第1検知パッド
34 第1ヒータパッド(端子パッド)
34A 外側第1ヒータパッド
34B 内側第1ヒータパッド
35,35A,35B 第1検知接続配線(素子配線)
35AT,35BT テーパ部
36,36A,36B 第1検知電極
37,37A,37B 第1ヒータ接続配線(素子配線)
38 第1ヒータ
4 第2ガス検出素子
4P 第2取り出し辺
41 第2ガス感応部
42 第2ガス感応膜
42P (第2ガス感応膜の)周縁
43 第2検知パッド(端子パッド)
43A 内側第2検知パッド
43B 外側第2検知パッド
44 第2ヒータパッド(端子パッド)
44A 内側第2ヒータパッド
44B 外側第2ヒータパッド
45,45A,45B 第2検知接続配線(素子配線)
45AT,45BT テーパ部
46,46A,46B 第2検知電極
47,47A,47B 第2ヒータ接続配線(素子配線)
48 第2ヒータ
51A,51B,51C,51D,52A,52B,52C,52D ボンディングワイヤ(導通部材)
107 ダム部材
108 封止樹脂材
10,110 Gas sensor 1,101 Gas sensor body 2 Wiring board (support)
2S Protected surface 21 Cavity 23 Substrate side pad (support side terminal pad)
23A Substrate side first heater pad (support side first heater pad)
23B Substrate side first detection pad (support side first detection pad)
23C Board side common pad (Support side common pad)
23D substrate side second detection pad (support side second detection pad)
23E Substrate side second heater pad (support side second heater pad)
3 1st gas detection element 3P 1st taking-out edge 31 1st gas sensitive part 32 1st gas sensitive film 32P peripheral edge 33 (of 1st gas sensitive film) 1st detection pad (terminal pad)
33A Outside first detection pad 33B Inside first detection pad 34 First heater pad (terminal pad)
34A Outside first heater pad 34B Inside first heater pads 35, 35A, 35B First detection connection wiring (element wiring)
35AT, 35BT Taper portions 36, 36A, 36B First detection electrodes 37, 37A, 37B First heater connection wiring (element wiring)
38 1st heater 4 2nd gas detection element 4P 2nd extraction edge 41 2nd gas sensitive part 42 2nd gas sensitive film 42P Perimeter 43 (of 2nd gas sensitive film) 43 2nd detection pad (terminal pad)
43A Inner second detection pad 43B Outer second detection pad 44 Second heater pad (terminal pad)
44A Inner second heater pad 44B Outer second heater pad 45, 45A, 45B Second detection connection wiring (element wiring)
45AT, 45BT Tapered portions 46, 46A, 46B Second detection electrodes 47, 47A, 47B Second heater connection wiring (element wiring)
48 2nd heater 51A, 51B, 51C, 51D, 52A, 52B, 52C, 52D Bonding wire (conduction member)
107 Dam member 108 Sealing resin material

Claims (6)

第1のガス種に反応する第1ガス感応膜、
上記第1ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の第1検知電極、
上記第1感応膜を加熱する第1ヒータ、
上記第1検知電極にそれぞれ接続する一対の第1検知接続配線、
上記第1ヒータの両端にそれぞれ接続する一対の第1ヒータ接続配線、
一対の上記第1検知接続配線にそれぞれ接続する一対の第1検知パッド、及び、
一対の上記第1ヒータ接続配線にそれぞれ接続する一対の第1ヒータパッド、を含む
平面視多角形状の第1ガス検出素子と、
第2のガス種に反応する第2ガス感応膜、
上記第2ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の第2検知電極、
上記第2感応膜を加熱する第2ヒータ、
上記第2検知電極にそれぞれ接続する一対の第2検知接続配線、
上記第2ヒータの両端にそれぞれ接続する一対の第2ヒータ接続配線、
一対の上記第2検知接続配線にそれぞれ接続する一対の第2検知パッド、及び、
一対の上記第2ヒータ接続配線にそれぞれ接続する一対の第2ヒータパッド、を含み、
上記第1ガス検出素子とは、少なくとも配線パターンを含む形態及び材質が同一である、
平面視多角形状の第2ガス検出素子と、
上記第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子を搭載してなる支持体と、を備える
ガスセンサであって、
上記第1ガス検出素子の上記一対の第1検知パッド及び上記一対の第1ヒータパッドは、
上記第1ガス検出素子の周縁のうち第1取り出し辺に沿って、
一方の第1検知パッド及び一方の第1ヒータパッドのいずれか、上記一方の第1検知パッド及び一方の第1ヒータパッドのうち他のいずれか、他方の第1検知パッド及び他方の第1ヒータパッドのいずれか、上記他方の第1検知パッド及び他方の第1ヒータパッドのうち他のいずれか、の順に並んで配置されており、
上記第2ガス検出素子の上記一対の第2検知パッド及び上記一対の第2ヒータパッドは、
上記第2ガス検出素子の周縁のうち第2取り出し辺に沿って、
一方の第2検知パッド及び一方の第2ヒータパッドのいずれか、上記一方の第2検知パッド及び一方の第2ヒータパッドのうち他のいずれか、他方の第2検知パッド及び他方の第2ヒータパッドのいずれか、上記他方の第2検知パッド及び他方の第2ヒータパッドのうち他のいずれか、の順に並んで配置されており、
上記第1ガス検出素子と第2ガス検出素子とは、上記支持体において、上記第1ガス検出素子を上記第1取り出し辺に沿って平行移動させたとすると、上記第2ガス検出素子に重なる位置に互いに並べて配置されてなり、
上記支持体は、
上記一対の第1検知パッドのうち上記第2ガス検出素子側に位置する内側第1検知パッド、上記一対の第1ヒータパッドのうち上記第2ガス検出素子側に位置する内側第1ヒータパッド、上記一対の第2検知パッドのうち上記第1ガス検出素子側に位置する内側第2検知パッド、及び、上記一対の第2ヒータパッドのうち上記第1ガス検出素子側に位置する内側第2ヒータパッド、とそれぞれ接続する
支持側共通パッドと、
一対の上記第1検知パッドのうち残余の外側第1検知パッドと接続する支持側第1検知パッドと、
一対の上記第1ヒータパッドのうち残余の外側第1ヒータパッドと接続する支持側第1ヒータパッドと、
一対の上記第2検知パッドのうち残余の外側第2検知パッドと接続する支持側第2検知パッドと、
一対の上記第2ヒータパッドのうち残余の外側第2ヒータパッドと接続する支持側第2ヒータパッドと、を含み、
上記支持側第1検知パッド及び上記支持側第1ヒータパッドと、上記支持側第2検知パッド及び上記支持側第2ヒータパッドとは、上記支持側共通パッドを挟んで、一列に並んで配置されてなる
ガスセンサ。
A first gas sensitive membrane that reacts with a first gas species;
A pair of first sensing electrodes electrically connected via the first gas sensitive membrane;
A first heater for heating the first sensitive film;
A pair of first detection connection wires respectively connected to the first detection electrodes;
A pair of first heater connection wires respectively connected to both ends of the first heater;
A pair of first detection pads respectively connected to the pair of first detection connection wires; and
A first gas detection element having a polygonal shape in plan view, including a pair of first heater pads respectively connected to the pair of first heater connection wires;
A second gas sensitive membrane that reacts to a second gas species;
A pair of second sensing electrodes electrically connected via the second gas sensitive membrane;
A second heater for heating the second sensitive film;
A pair of second detection connection wires respectively connected to the second detection electrodes;
A pair of second heater connection wires respectively connected to both ends of the second heater;
A pair of second detection pads respectively connected to the pair of second detection connection wires; and
A pair of second heater pads respectively connected to the pair of second heater connection wires,
The first gas detection element is the same in form and material including at least a wiring pattern.
A second gas detection element having a polygonal shape in plan view;
A gas sensor comprising: a support body on which the first gas detection element and the second gas detection element are mounted;
The pair of first detection pads and the pair of first heater pads of the first gas detection element are:
Along the first take-out side of the periphery of the first gas detection element,
One of one first detection pad and one first heater pad, one of the first detection pad and one first heater pad, the other first detection pad and the other first heater pad Any one of the pads, the other first detection pad and the other one of the other first heater pads are arranged in order,
The pair of second detection pads and the pair of second heater pads of the second gas detection element,
Along the second extraction side of the peripheral edge of the second gas detection element,
Either one of the second detection pads and one of the second heater pads, the other of the one second detection pad and one of the second heater pads, the other second detection pad, and the other second heater Any one of the pads, the other second detection pad and the other one of the other second heater pads are arranged in order,
The first gas detection element and the second gas detection element are positions where the first gas detection element and the second gas detection element overlap the second gas detection element when the first gas detection element is translated along the first extraction side in the support. Arranged side by side,
The support is
An inner first detection pad positioned on the second gas detection element side of the pair of first detection pads; an inner first heater pad positioned on the second gas detection element side of the pair of first heater pads; An inner second detection pad located on the first gas detection element side of the pair of second detection pads, and an inner second heater located on the first gas detection element side of the pair of second heater pads. A support side common pad to be connected to the pad,
A support-side first detection pad connected to the remaining outer first detection pad of the pair of first detection pads;
A support side first heater pad connected to the remaining outer first heater pad of the pair of first heater pads;
A support-side second detection pad connected to the remaining outer second detection pad of the pair of second detection pads;
A support-side second heater pad connected to the remaining outer second heater pad of the pair of second heater pads,
The support side first detection pad and the support side first heater pad, and the support side second detection pad and the support side second heater pad are arranged in a row with the support side common pad interposed therebetween. Gas sensor.
請求項1に記載のガスセンサであって、
前記第1のガス種は酸化性ガスであり、
前記第2のガス種は還元性ガスである
ガスセンサ。
The gas sensor according to claim 1,
The first gas species is an oxidizing gas;
The gas sensor, wherein the second gas type is a reducing gas.
請求項1または請求項2に記載のガスセンサであって、
前記第1検知パッド、第1ヒータパッド、第2検知パッド、及び第2ヒータパッドと、前記支持側第1検知パッド、支持側第1ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第2検知パッド、及び支持側第2ヒータパッドとは、それぞれボンディングワイヤで接続されてなり、
これらは、絶縁材で被覆されてなる
ガスセンサ。
The gas sensor according to claim 1 or 2, wherein
The first detection pad, the first heater pad, the second detection pad, and the second heater pad; the support side first detection pad; the support side first heater pad; the support side common pad; the support side second detection pad; And the support side second heater pad are each connected by a bonding wire,
These are gas sensors that are covered with an insulating material.
請求項3に記載のガスセンサであって、
前記第1検知パッド、第1ヒータパッド、第2検知パッド、第2ヒータパッド、支持側第1検知パッド、支持側第1ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第2検知パッド、支持側第2ヒータパッド、及びこれらを接続する前記ボンディングワイヤは、前記絶縁材である絶縁性の封止樹脂材で封止されてなる
ガスセンサ。
The gas sensor according to claim 3,
The first detection pad, the first heater pad, the second detection pad, the second heater pad, the support side first detection pad, the support side first heater pad, the support side common pad, the support side second detection pad, the support side first 2 A gas sensor in which the heater pad and the bonding wire connecting them are sealed with an insulating sealing resin material as the insulating material.
請求項4に記載のガスセンサであって、
前記封止樹脂材が、前記第1ガス感応膜及び第2ガス感応膜と離間して配置されてなる
ガスセンサ。
The gas sensor according to claim 4,
A gas sensor in which the sealing resin material is disposed apart from the first gas sensitive film and the second gas sensitive film.
請求項5に記載のガスセンサであって、
少なくとも、前記第1ガス検出素子及び第2ガス検出素子の表面上に配置されて、前記第1ガス感応膜と前記第1検知パッド及び第1ヒータパッドとの間、前記第2ガス感応膜と前記第2検知パッド及び第2ヒータパッドとの間を区画し、上記第1ガス感応膜及び第2ガス感応膜への前記封止樹脂材の侵入を防止してなるダム部材を備える
ガスセンサ。
The gas sensor according to claim 5,
At least disposed on the surfaces of the first gas detection element and the second gas detection element, between the first gas sensitive film and the first detection pad and the first heater pad, and the second gas sensitive film, A gas sensor comprising a dam member that partitions between the second detection pad and the second heater pad and prevents the sealing resin material from entering the first gas sensitive film and the second gas sensitive film.
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