JP2010230385A - Membrane-type gas sensor - Google Patents

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Hiroshi Asami
拓 浅見
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas detection sensor which does not cause excessive generation of heat and has proper detection sensitivity. <P>SOLUTION: The holding member constituted of a plurality of beam parts within a sensor region R is provided so as to extend from a support substrate 41. A plurality of membrane heat-sensing members provided to the beam parts are provided at the positions getting out of the center region B of the sensor region R. The respective membrane heat-sensing members may by made point-symmetric, with respect to the center point C of the center region R and may be set at the positions of an equal distance from the center point C. According to this constitution, heat is not concentrated at the arrival time of gas and, if a plurality of the membrane heat-sensing members are made identical in shape and size and made identical in heat capacity, the sensitivity characteristics or the reaction speed characteristics of this membrane-type gas sensor at the time of detection of the gas is improved. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、各種のガス漏れを検知する接触燃焼式ガスセンサに関し、特に薄膜型ガスセンサに関する。   The present invention relates to a catalytic combustion type gas sensor that detects various gas leaks, and more particularly to a thin film type gas sensor.

従来から、水素ガスやメタンガス等の可燃性ガスを検知するセンサとして、ガスセンサが用いられている。ガスセンサは、検知素子の検知面にガスが到来することによる相互作用で検知素子の電気信号の変化を捉えるものである。なお、以降の説明では、可燃性ガスを単にガスと表現する。   Conventionally, a gas sensor has been used as a sensor for detecting a combustible gas such as hydrogen gas or methane gas. The gas sensor captures a change in the electrical signal of the detection element by an interaction caused by the arrival of gas on the detection surface of the detection element. In the following description, combustible gas is simply expressed as gas.

ガスセンサの構成に関しては多くの提案をみるが、中でも接触燃焼式ガスセンサが広く知られている。この接触燃焼式ガスセンサは、ガスが検知面を有する検出素子や触媒と接触して発熱反応を起こすことでガスの到来を検知するものである。   Many proposals have been made regarding the configuration of the gas sensor. Among them, the catalytic combustion type gas sensor is widely known. This contact combustion type gas sensor detects the arrival of gas by causing an exothermic reaction when the gas contacts a detection element or catalyst having a detection surface.

このような接触燃焼式ガスセンサは、家庭用、産業用等において、ガスを使用する各種の機器内や、それが設置された室内等におけるガス漏れ検知装置として多用されている。   Such a contact combustion type gas sensor is widely used as a gas leak detection device in various devices using gas, indoors where the gas sensor is installed, and the like in home use, industrial use and the like.

近年では、接触燃焼式ガスセンサの中でもバルク型と呼ばれるタイプが広く用いられているが、一方でシリコンウエハ上に薄膜状の熱伝膜、触媒膜、電極、配線、ヒータを形成するマイクロセンサ素子製造技術を利用したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械素子)によるセンサチップを用いた薄膜型ガスセンサも用いられるようになってきた(例えば、特許文献1参照。)。   In recent years, a type called a bulk type has been widely used among catalytic combustion type gas sensors, but on the other hand, a microsensor element manufacturing that forms a thin-film heat transfer film, catalyst film, electrode, wiring, and heater on a silicon wafer. A thin-film gas sensor using a sensor chip based on MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) using technology has also been used (for example, see Patent Document 1).

特許文献1に示した従来技術を図13を用いて説明する。図13は、説明しやすいようにその主旨を逸脱しないように書き直しした平面図である。
図13において、19は電極パッド、18は電気配線、3は空洞、2は半導体基板、17は熱感知部、16は梁部である。
半導体基板2は、枠形状に加工されており、この枠をつなぐ梁部16が形成されている。平面から見ると、その梁部16がない部分は空洞3となっている。空洞3は、エアホールとも呼ばれるものであって、ガスが通過する部分である。
梁部16の上部に設けられた熱感知部17は、ガスの到達により発熱反応し抵抗値が変化する。
The prior art disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. FIG. 13 is a plan view rewritten so as not to depart from the gist thereof for easy explanation.
In FIG. 13, 19 is an electrode pad, 18 is an electrical wiring, 3 is a cavity, 2 is a semiconductor substrate, 17 is a heat sensing part, and 16 is a beam part.
The semiconductor substrate 2 is processed into a frame shape, and a beam portion 16 connecting the frames is formed. When viewed from the plane, the portion without the beam portion 16 is the cavity 3. The cavity 3 is also called an air hole and is a portion through which gas passes.
The heat sensing part 17 provided on the upper part of the beam part 16 undergoes an exothermic reaction and changes its resistance value when the gas arrives.

このような構成を有するセンサチップと、このセンサチップを制御する回路等により薄膜型ガスセンサを構成する。ガスの到来を検出するためには、予め電極パッド19間に電圧を印加しておき、ガスの到来による熱感知部17の発熱によって生じる抵抗変化分を検出する。   A thin film gas sensor is configured by the sensor chip having such a configuration and a circuit for controlling the sensor chip. In order to detect the arrival of gas, a voltage is applied between the electrode pads 19 in advance, and a change in resistance caused by heat generation of the heat sensing unit 17 due to the arrival of gas is detected.

薄膜型ガスセンサのセンサチップは、構成要素が半導体製造技術により形成することができるため、バルク型接触燃焼式ガスセンサに比べ集積度が高く、量産性も高いという特徴がある。また、ヒータなども金属製の薄膜熱感知体で形成できることから、熱応答性も良好である。   A sensor chip of a thin film type gas sensor is characterized in that its constituent elements can be formed by a semiconductor manufacturing technology, so that it has a higher degree of integration and higher mass productivity than a bulk type catalytic combustion type gas sensor. In addition, since the heater and the like can be formed of a metal thin film heat sensing element, the thermal response is good.

近年、薄膜型ガスセンサの小型化が要求されている。薄膜型ガスセンサのサイズは、センサチップの平面的な面積、並びに厚さによって決定するため、小面積で薄型のセンサチップであるほど、薄膜型ガスセンサを小型化することができる。   In recent years, miniaturization of thin film gas sensors has been demanded. Since the size of the thin film gas sensor is determined by the planar area and thickness of the sensor chip, the thin film gas sensor can be made smaller as the sensor chip is smaller and thinner.

特開平8−247981号公報(第6頁、図1)JP-A-8-247981 (page 6, FIG. 1)

近年、薄膜型ガスセンサは、そのサイズの小型化要求とともにガスの感知性能の向上も要求されている。特許文献1に示した従来技術において、そのような要求に対応しようとするならば、梁部16の上部に設けられた熱感知部17の数を増やせばよい。具体的には、梁部16の上部に複数の熱感知部17を配設するのである。   In recent years, thin-film gas sensors are required to be improved in gas sensing performance as well as to be reduced in size. In the conventional technique shown in Patent Document 1, if it is intended to meet such a requirement, the number of heat sensing parts 17 provided on the upper part of the beam part 16 may be increased. Specifically, a plurality of heat sensing parts 17 are arranged on the upper part of the beam part 16.

このような構成にすれば、より多くの熱感知部17がガスに晒されるので、同時に複数の熱感知部17が発熱する。これにより発熱量が多くなるから、熱応答性が向上し、その結果、感知性能が向上するのである。   With such a configuration, more heat sensing units 17 are exposed to the gas, so that a plurality of heat sensing units 17 generate heat at the same time. As a result, the amount of heat generated is increased, so that the thermal response is improved, and as a result, the sensing performance is improved.

しかしながら、複数の熱感知部17を配設する構造は、熱感知部17が発する熱が隣接する他の熱感知部17に影響し、過度なる発熱を起こしてしまうことがあることが分かった。ようするに、熱感知部17が密集していると、その部分に熱が篭ってしまうのである。
このような過度なる発熱は、熱感知部17を設けている梁部16に熱ストレスとして印加され、梁部16自体に亀裂などの損傷を起こしてしまうという問題を発生する。
However, it has been found that in the structure in which the plurality of heat sensing units 17 are arranged, the heat generated by the heat sensing unit 17 affects other adjacent heat sensing units 17 and may generate excessive heat. Thus, if the heat sensing parts 17 are dense, heat will be generated in that part.
Such excessive heat generation is applied as a thermal stress to the beam portion 16 provided with the heat sensing unit 17, thereby causing a problem of causing damage such as a crack in the beam portion 16 itself.

すなわち、特許文献1に示した従来技術は、ガスの感知性能を向上させようとすると、センサチップ自体が損傷してしまうのである。
薄膜型ガスセンサは、特許文献1に示した従来技術に示したように、MEMSによるセンサチップを用いることで、小型化を達成している。
つまり、ガスの感知性能の向上とセンサチップの小型化とを両立する技術は、いまだ提案されていないのである。
That is, in the conventional technique shown in Patent Document 1, if an attempt is made to improve the gas sensing performance, the sensor chip itself is damaged.
As shown in the prior art shown in Patent Document 1, the thin film gas sensor achieves miniaturization by using a MEMS sensor chip.
In other words, a technology that achieves both improved gas sensing performance and a smaller sensor chip has not yet been proposed.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、センサチップの小型化とガスの感知性能の向上とを両立した薄膜型ガスセンサを提供するものである。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a thin-film gas sensor that achieves both downsizing of a sensor chip and improvement of gas sensing performance.

上記の課題を解決するため、本発明の薄膜型ガスセンサは、以下に示す構成を採用するものである。   In order to solve the above problems, the thin film gas sensor of the present invention employs the following configuration.

枠形状をなす支持基板の内側をセンサ領域とし、このセンサ領域に支持基板から延設して保持部材を設け、センサ領域の保持部材上に複数の薄膜熱感知体を備えた薄膜型ガスセンサにおいて、薄膜熱感知体は、センサ領域の中心点から離間して配置することを特徴とする。   In the thin film type gas sensor including the inside of the support substrate having a frame shape as a sensor region, a holding member extending from the support substrate in the sensor region, and a plurality of thin film thermal sensors on the holding member in the sensor region, The thin-film heat sensing element is characterized in that it is arranged apart from the center point of the sensor region.

このような構成にすることで、センサ領域の中心点付近に薄膜熱感知体が集中して配置しないため、ガスの到来によって生じる発熱も集中しない。   By adopting such a configuration, the thin film heat sensing elements are not concentrated in the vicinity of the center point of the sensor region, so that the heat generated by the arrival of gas is not concentrated.

薄膜熱感知体は、中心点に対して点対称に配置するようにしてもよい。また、複数の薄膜熱感知体がセンサ領域の中心点からそれぞれ等距離にあるようにしてもよい。   The thin film heat sensing element may be arranged symmetrically with respect to the center point. Further, the plurality of thin film heat sensing elements may be equidistant from the center point of the sensor area.

このような構成にすることによって、ガスの到来によって生じる薄膜熱感知体に発生する熱が均等になる。   By adopting such a configuration, the heat generated in the thin film heat sensing element caused by the arrival of gas becomes uniform.

また、本発明の薄膜型ガスセンサは、複数の薄膜熱感知体の熱容量がそれぞれ同一であることが望ましい。   In the thin film gas sensor of the present invention, it is preferable that the heat capacities of the plurality of thin film heat sensing elements are the same.

これによって、それぞれの薄膜熱感知体に同一な発熱特性が得られ、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度が向上する。   As a result, the same heat generation characteristics can be obtained for each thin film heat sensing element, and the accuracy of the sensitivity characteristics and reaction speed characteristics for detecting the gas is improved.

また、本発明の薄膜型ガスセンサは、複数の薄膜熱感知体が金属薄膜抵抗体を介してそれぞれ互いに接続しているのが望ましい。   In the thin film gas sensor of the present invention, it is desirable that a plurality of thin film heat sensing elements are connected to each other through a metal thin film resistor.

薄膜熱感知体を金属薄膜抵抗体を介してそれぞれ接続することで、複数の薄膜熱感知体を直列に接続することができる。   A plurality of thin film heat sensing elements can be connected in series by connecting each thin film heat sensing element via a metal thin film resistor.

また、本発明の薄膜型ガスセンサは、保持部材には薄膜熱感知体の搭載部を避けて貫通孔が形成されているのが望ましい。   In the thin film type gas sensor of the present invention, it is desirable that the holding member is formed with a through hole avoiding the mounting portion of the thin film heat sensing element.

貫通孔を有することで、貫通孔を通ってガスが保持部材の上面側と裏面側とに流通することができるため、センサ領域に到来したガスが留まることがなくなり、ガスにより保持部材に不測の応力が印加されることがなくなる。   By having the through-hole, gas can flow through the through-hole to the upper surface side and the back surface side of the holding member, so that the gas that has arrived at the sensor region does not stay and the gas is inadvertently held in the holding member. Stress is no longer applied.

また、本発明の薄膜型ガスセンサは、保持部材が薄膜熱感知体の搭載部の幅よりその厚さが薄いことが望ましい。   In the thin film gas sensor of the present invention, it is desirable that the holding member is thinner than the width of the mounting portion of the thin film heat sensing element.

このような構成にすると、保持部材の熱容量が小さくなり、ガスの検出感度が向上する。   With such a configuration, the heat capacity of the holding member is reduced, and the gas detection sensitivity is improved.

また、保持部材は、複数の薄膜を積層してなる積層膜構造をなし、積層膜を構成する第1の薄膜は、その断面が矩形の梁構造を有し、積層膜を構成する第2の薄膜は、メンブレン構造を有し、このメンブレン構造は、支持基板からセンサ領域に向かって一様な薄膜であり、薄膜熱感知体の搭載部を避けて貫通孔を有する構成であってもよい。   The holding member has a laminated film structure formed by laminating a plurality of thin films, and the first thin film constituting the laminated film has a beam structure having a rectangular cross section, and the second thin film constituting the laminated film. The thin film has a membrane structure, and this membrane structure may be a uniform thin film from the support substrate toward the sensor region, and may have a through hole avoiding the mounting portion of the thin film heat sensing element.

このような構成にすると、保持部材の強度が向上する。また、第1の薄膜と第2の薄膜とで、膜の応力特性を変えることもできるため、保持部材を応力に対して強くすることができる。   With such a configuration, the strength of the holding member is improved. Further, since the stress characteristics of the film can be changed between the first thin film and the second thin film, the holding member can be made strong against stress.

また、保持部材を複数備え、複数の保持部材は、その端部がセンサ領域の中心点と平面的に重ならないようにしてなる片持ち梁構造をなし、複数の保持部材のそれぞれに薄膜熱感知体を設けるようにしてもよい。   In addition, a plurality of holding members are provided, and the plurality of holding members have a cantilever structure in which the end portions do not overlap with the center point of the sensor region in a planar manner, and thin film heat sensing is performed on each of the plurality of holding members. A body may be provided.

このような構成にすると、片持ち梁構造としてバランスがよくなる。   Such a configuration improves the balance as a cantilever structure.

本発明の薄膜型ガスセンサは、薄膜熱感知体が適度に離間することにより、薄膜熱感知体の密集がなくなり、発熱の集中が生じない。
従って、保持部材の損傷が防止され、センサとしての寿命を延ばすことができる。また、薄膜熱感知体を分散してバランスよく配置することができるため、薄膜熱感知体の抵抗値を高く設定することが可能となり、ガスの検知の際の感度特性や反応速度特性を向上させることができる。
In the thin film type gas sensor according to the present invention, the thin film heat sensing elements are appropriately separated from each other, so that the thin film heat sensing elements are not crowded, and heat generation is not concentrated.
Therefore, damage to the holding member can be prevented, and the lifetime as a sensor can be extended. In addition, since the thin film thermal detectors can be distributed and arranged in a well-balanced manner, the resistance value of the thin film thermal detectors can be set high, and the sensitivity characteristics and reaction speed characteristics during gas detection are improved. be able to.

本発明の薄膜型ガスセンサの第1の実施形態を説明する平面図および端面図である。It is the top view and end view explaining 1st Embodiment of the thin film type gas sensor of this invention. 図1(a)における矢印Dの部位の部分拡大図である。It is the elements on larger scale of the site | part of the arrow D in Fig.1 (a). 本発明によるガス検知感度の向上を説明するグラフである。It is a graph explaining the improvement of the gas detection sensitivity by this invention. 本発明の第2の実施形態を説明する平面図である。It is a top view explaining the 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第3の実施形態を説明する平面図と端面図である。It is the top view and end view explaining the 3rd Embodiment of this invention. 本発明の第4の実施形態を説明する平面図である。It is a top view explaining the 4th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態を説明する平面図である。It is a top view explaining the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第5の実施形態の異なる構成を説明する平面図である。It is a top view explaining the different structure of the 5th Embodiment of this invention. 本発明の第6の実施形態を説明する平面図と端面図である。It is the top view and end view explaining the 6th Embodiment of this invention. 本発明の第7の実施形態を説明する平面図である。It is a top view explaining the 7th Embodiment of this invention. 本発明の第8の実施形態を説明する平面図と端面図である。It is the top view and end view explaining the 8th Embodiment of this invention. 本発明の実装形態を説明する概略図である。It is the schematic explaining the mounting form of this invention. 特許文献1に記載されたガスセンサの平面図である。2 is a plan view of a gas sensor described in Patent Document 1. FIG.

本発明の薄膜型ガスセンサは、複数の薄膜熱感知体を、センサ領域の中心点から少し離れた部位に分散させて配置する。
具体的には、枠形状の支持基板の内壁で囲まれたセンサ領域に保持部材を設ける。保持部材は、例えば、支持基板から延設された梁部である。この保持部材に薄膜熱感知体を設けるのであるが、センサ領域の中心である中心点とは重ならないようにすると共に、この中心点から離間して設けるのである。
このような構造を有することによって、薄膜熱感知体がセンサ領域の中心点付近に集中して配置しないため、ガスの到来によって生じる発熱も集中しない。よって、薄膜型ガスセンサの小型化とガスの感知性能の向上とが図れるものである。
In the thin film type gas sensor of the present invention, a plurality of thin film heat sensing elements are distributed and arranged in a part slightly away from the center point of the sensor region.
Specifically, the holding member is provided in the sensor region surrounded by the inner wall of the frame-shaped support substrate. The holding member is, for example, a beam portion extending from the support substrate. The thin film heat sensing element is provided on the holding member, but it is provided so as not to overlap with the center point that is the center of the sensor region and to be separated from the center point.
By having such a structure, the thin film heat sensing element is not concentrated near the center point of the sensor region, so that heat generated by the arrival of gas is not concentrated. Therefore, it is possible to reduce the size of the thin film gas sensor and improve the gas sensing performance.

なお、本発明の薄膜型ガスセンサのガスの検知手順であるが、薄膜熱感知体に電流を流し、通電による発熱で所定の温度に達した状態でガスが到来するまで待機する。ガスが到来し、薄膜熱感知体の上部のガス検知体にガスが接触することでガス検知体が燃焼し、薄膜熱感知体はより発熱する。これにより、薄膜熱感知体に流れる電流値が変化するので、それを検出するものである。
このような検出手順はすでに知られているものであるから、詳細な説明は省略するものとする。
In the gas detection procedure of the thin film type gas sensor of the present invention, a current is passed through the thin film heat sensing element, and the process waits until the gas arrives in a state where the temperature has reached a predetermined temperature due to heat generated by energization. When the gas arrives and the gas comes into contact with the gas detector above the thin film heat detector, the gas detector burns, and the thin film heat detector further generates heat. As a result, the value of the current flowing through the thin film thermal sensor changes, and this is detected.
Since such a detection procedure is already known, a detailed description thereof will be omitted.

なお、薄膜熱感知体がセンサ領域の中心点付近に集中して配置しないという特徴的な構成は、少なくとも2つの薄膜熱感知体で構成することができるが、もちろん、その数を増やしてもかまわない。1つの保持部材に1つの薄膜熱感知体を設けてもよく、また、1つの保持部材に複数の薄膜熱感知体を備えてもよい。   Note that the characteristic configuration in which the thin film heat detectors are not concentrated near the center point of the sensor region can be configured with at least two thin film heat detectors, but of course, the number may be increased. Absent. One thin film heat sensing element may be provided on one holding member, and a plurality of thin film heat sensing elements may be provided on one holding member.

薄膜熱感知体は、その数を増やすことで、到来するガスが接触する場所が増え、発熱しやすくなるから(その抵抗値が変化しやすくなるから)、検出感度が向上する。また、増やした薄膜熱感知体をすべて直列に接続するなどすると、抵抗値が高くなるため、ガスの到来による抵抗値の変化をさらに検出しやすくなる。もちろん、1つの保持部材に設ける薄膜熱感知体の数は、本発明の薄膜型ガスセンサを用いるシステムによっても変わる。   By increasing the number of thin film heat detectors, the number of places where the incoming gas comes into contact increases and heat is easily generated (the resistance value is likely to change), so that the detection sensitivity is improved. Further, when all the increased thin film thermal detectors are connected in series, the resistance value becomes high, so that it becomes easier to detect a change in the resistance value due to the arrival of gas. Of course, the number of thin film heat sensing elements provided on one holding member also varies depending on the system using the thin film gas sensor of the present invention.

いずれにしても、薄膜熱感知体の数に関係なく、その薄膜熱感知体をセンサ領域の中心点付近に集中しないように、中心点から離間して配置することで、ガスの到来による発熱がセンサ領域に分散されるので、熱の集中がなく、薄膜型ガスセンサとして破損しにくくなり、その寿命が向上するのである。   In any case, regardless of the number of thin film heat detectors, the thin film heat detectors are arranged away from the center point so as not to concentrate near the center point of the sensor area, so that heat generation due to the arrival of gas is prevented. Since it is dispersed in the sensor region, there is no concentration of heat, and it is difficult to break as a thin film gas sensor, and its life is improved.

以下、図面を用いて実施形態の詳細を説明する。すでに説明したように、本発明にあっては、少なくとも2つの薄膜熱感知体を有していればよいのであるが、検出感度が向上する好例として、4つの薄膜熱感知体を用いる例と、8つの薄膜熱感知体を用いる例とを用いて説明する。   Details of the embodiment will be described below with reference to the drawings. As already described, in the present invention, it is only necessary to have at least two thin film heat detectors. As a good example of improving detection sensitivity, an example using four thin film heat sensors; An example using eight thin film thermal detectors will be described.

[第1の実施形態の説明:図1、図2]
本発明の薄膜型ガスセンサの第1の実施形態を図1、図2を用いて説明する。図1は、本発明の薄膜型ガスセンサの第1の実施形態の構造を模式的に示す図である。図1(a)はその平面図、図1(b)は図1(a)の切断線X−X´における端面を模式的に示す端面図である。図2は、図1(a)に示す梁部の接続部分を拡大した部分拡大図である。
[Description of First Embodiment: FIGS. 1 and 2]
A first embodiment of a thin film gas sensor of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a first embodiment of a thin film gas sensor of the present invention. FIG. 1A is a plan view thereof, and FIG. 1B is an end view schematically showing an end surface taken along a cutting line XX ′ of FIG. FIG. 2 is a partially enlarged view in which the connecting portion of the beam portion shown in FIG.

図1において、41は枠形状の支持基板、41cは支持基板41の内壁、42は絶縁膜、42hは貫通孔である。43a,43b,43c,43dは梁部である。44a,44b,44c,44dは電極パッドである。45a,45b,45c,45d,45e,45fは金属薄膜抵抗体である。46a,46b,46c,46dは薄膜熱感知体である。48は薄膜熱感知体の上部を覆うガス感知体である。このガス検知体48は、触媒として働くものである。そして、これらでガス検知素子40を構成している。   In FIG. 1, 41 is a frame-shaped support substrate, 41c is an inner wall of the support substrate 41, 42 is an insulating film, and 42h is a through hole. 43a, 43b, 43c, 43d are beam portions. 44a, 44b, 44c, 44d are electrode pads. Reference numerals 45a, 45b, 45c, 45d, 45e, and 45f are metal thin film resistors. Reference numerals 46a, 46b, 46c and 46d are thin film heat sensing elements. Reference numeral 48 denotes a gas sensor that covers the upper part of the thin film heat sensor. The gas detector 48 functions as a catalyst. And these comprise the gas detection element 40.

記号Rは、センサ領域を示している。図1に示すように、ガス検知素子40は、枠形状の支持基板41から、その内側に梁部43a〜43dが構成されている。これらの梁部には、薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とガス検知体とが設けられている。
このようにセンサ領域Rは、ガスの検出を行う構成が設けられる領域であり、支持基板41の4つの内壁41cに囲まれた部分がセンサ領域Rである。
A symbol R indicates a sensor region. As shown in FIG. 1, the gas detection element 40 includes a frame-shaped support substrate 41 and beam portions 43 a to 43 d inside thereof. These beam portions are provided with a thin film heat sensing element, a metal thin film resistor, and a gas sensing element.
Thus, the sensor region R is a region where a configuration for detecting gas is provided, and a portion surrounded by the four inner walls 41 c of the support substrate 41 is the sensor region R.

記号Cは、センサ領域Rの中心点を示している。図1では「+」で示している。記号Bは、センサ領域Rの中央領域であり、中心点Cを含む領域である。図1では円形の破線で示している。この中央領域Bは、図1に示す例では、梁部43a,43b,43c,43dが合流する合流部分でもある。   The symbol C indicates the center point of the sensor region R. In FIG. 1, it is indicated by “+”. A symbol B is a central region of the sensor region R and includes a center point C. In FIG. 1, it is indicated by a circular broken line. In the example shown in FIG. 1, the central region B is also a joining portion where the beam portions 43a, 43b, 43c, and 43d join.

図1、図2において、中央領域Bにて隣り合う梁部の接続部分は、記号Dで示している。図2に示すように、接続部分Dには、梁部同士が接する点Bcdから三角形の張出部Fを有するようになっている。   In FIG. 1 and FIG. 2, a connecting portion of adjacent beam portions in the central region B is indicated by a symbol D. As shown in FIG. 2, the connection portion D has a triangular projecting portion F from a point Bcd where the beam portions contact each other.

[外形形状の説明:図1、図2]
まず、外形形状を説明する。
図1に示すように、支持基板41の形状は、平面的に枠形状を有している。支持基板41は、絶縁性を有し、熱伝導率が低く、耐熱性に優れている材質が適している。さらに、加工のし易さを鑑みると、知られている半導体素子の製造方法を適用できることから、例えば、シリコン(Si)が好適である。もちろん、その他の材質を用いてもかまわない。
[Description of external shape: FIGS. 1 and 2]
First, the outer shape will be described.
As shown in FIG. 1, the support substrate 41 has a frame shape in plan. The support substrate 41 is preferably made of a material having insulating properties, low thermal conductivity, and excellent heat resistance. Furthermore, considering the ease of processing, for example, silicon (Si) is suitable because a known semiconductor element manufacturing method can be applied. Of course, other materials may be used.

図1(b)に示すように、支持基板41の表面には、絶縁膜42が形成されている。絶縁膜42は、例えば、酸化シリコン(SiO)で構成している。もちろん、窒化シリコン(Si)、酸化アルミニウム(Al)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化タンタル(Ta)なども用いることができる。また、これらを積層した積層膜としてもよい。 As shown in FIG. 1B, an insulating film 42 is formed on the surface of the support substrate 41. The insulating film 42 is made of, for example, silicon oxide (SiO 2 ). Needless to say, silicon nitride (Si 3 N 4 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), magnesium oxide (MgO), tantalum oxide (Ta 2 O 5 ), or the like can also be used. Moreover, it is good also as a laminated film which laminated | stacked these.

絶縁膜42の形状は、図1(a)に示すように、枠形状の対向する2辺を所定の幅を持って橋渡しするように形成されており、梁部43a〜43dを構成している。図1に示す例では、梁部43a〜43dは、その裏側に支持基板41はなく、絶縁膜42のみで構成
している。梁部43a〜43dは、薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体を搭載する保持部材である。
As shown in FIG. 1A, the shape of the insulating film 42 is formed so as to bridge two opposite sides of the frame shape with a predetermined width, thereby constituting beam portions 43a to 43d. . In the example illustrated in FIG. 1, the beam portions 43 a to 43 d are configured by only the insulating film 42 without the support substrate 41 on the back side. The beam portions 43a to 43d are holding members on which a thin film heat sensing element or a metal thin film resistor is mounted.

ところで、このように、支持基板を橋渡しするように梁部が設けてある構成を、両持ち梁構造という。なお、支持基板から梁部が延在し、その端部が開放端となっている構成を、片持ち梁構造という。
どちらの梁構造であっても、ガスが到来して、そのガスの圧力により生じる力が梁部43a〜43dにかかり、応力が発生したとしても、梁部が損壊しないような強度を備える必要がある。
By the way, such a structure in which the beam portion is provided so as to bridge the support substrate is called a double-supported beam structure. A configuration in which the beam portion extends from the support substrate and its end portion is an open end is called a cantilever structure.
Regardless of the beam structure, it is necessary to provide strength that does not cause damage to the beam portion even when a gas arrives and a force generated by the pressure of the gas is applied to the beam portions 43a to 43d and stress is generated. is there.

絶縁膜42を積層膜とするとき、積層する膜の応力特性を変えるようにしてもよい。例えば、2つの膜を積層するとき、下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とするのである。
このようにすれば、双方の膜の応力を打ち消すことができる。そうすると、ガスの到来により生じる力が梁部43a〜43dにかかったとしても、梁部に発生する撓みに絶縁膜42自体の応力特性は関与しないから、梁部の設計がし易くなる。
When the insulating film 42 is a laminated film, the stress characteristics of the laminated film may be changed. For example, when two films are stacked, the lower film is a film having tensile stress, and the upper film is a film having compressive stress.
In this way, the stress of both films can be canceled out. Then, even if the force generated by the arrival of the gas is applied to the beam portions 43a to 43d, the stress characteristics of the insulating film 42 itself are not involved in the bending generated in the beam portion, so that the beam portion can be easily designed.

図1(a)に示すように、支持基板41が梁部43a〜43dにより分割された領域が、ガスの流通部となる貫通孔42hとなっている。図1に示す例では、梁部が4つあるため、この貫通孔42hも4つある。この貫通孔42hは、いわゆるエアホールと呼ばれ、ガスが通過する部分となっている。   As shown to Fig.1 (a), the area | region where the support substrate 41 was divided | segmented by the beam parts 43a-43d becomes the through-hole 42h used as the distribution | circulation part of gas. In the example shown in FIG. 1, since there are four beam portions, there are also four through holes 42h. This through hole 42h is called a so-called air hole and is a portion through which gas passes.

貫通孔42hを有することで、貫通孔を通ってガスが保持部材である梁部43a〜43dの上面側と裏面側とに流通する。そうすると、センサ領域Rに到来したガスが留まることがないため、ガスの流入を阻害することがない。   By having the through hole 42h, gas flows through the through hole to the upper surface side and the back surface side of the beam portions 43a to 43d which are holding members. Then, since the gas that has arrived at the sensor region R does not stay, the gas inflow is not hindered.

支持基板41から延設された梁部43a〜43dは、中央領域Bでそれぞれが接続している。接続部分Dには、張出部Fを有している。この張出部Fによって、梁部同士の接続部分は、直角ではなく鈍角を有するようになっている。梁部は4つあるため、張出部Fも4つある。このため、各梁部は、張出部Fの分だけ表面積が増えるから、強度を向上することができる。ガスの到来による応力が梁部にかかっても、梁部が損壊することはない。   The beam portions 43 a to 43 d extending from the support substrate 41 are connected to each other in the central region B. The connecting portion D has an overhang portion F. By this overhanging portion F, the connecting portion between the beam portions has an obtuse angle instead of a right angle. Since there are four beam portions, there are also four overhanging portions F. For this reason, since the surface area of each beam portion is increased by the extent of the overhang portion F, the strength can be improved. Even if stress due to the arrival of gas is applied to the beam portion, the beam portion will not be damaged.

[薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドの説明:図1、図2]
次に、梁部43a〜43dの上部に設ける薄膜熱感知体および金属薄膜抵抗体、そしてこれらに接続する電極パッドについて説明する。
絶縁膜42で構成している保持部材である梁部43a〜43dの上部には、薄膜熱感知体46a〜46d、金属薄膜抵抗体45a〜45fが設けてある。支持基板41上の絶縁膜42の上部には、電極パッド44a〜44dが設けてある。
電極パッドは支持基板41の上部のどこに設けてもかまわないが、図1に示す例では、図1(a)の平面視して時計の文字板に例えると、電極パッド44aは12時方向、同じく、電極パッド44bは9時方向、電極パッド44cは6時方向、電極パッド44dは3時方向にそれぞれ設けている。
[Explanation of Thin Film Thermal Sensor, Metal Thin Film Resistor, and Electrode Pad: FIGS. 1 and 2]
Next, a thin film thermal sensor and a metal thin film resistor provided on the upper portions of the beam portions 43a to 43d, and electrode pads connected to these will be described.
Thin film heat detectors 46a to 46d and metal thin film resistors 45a to 45f are provided on the upper portions of the beam portions 43a to 43d which are holding members made of the insulating film 42. Electrode pads 44 a to 44 d are provided on the insulating film 42 on the support substrate 41.
The electrode pad may be provided anywhere on the upper side of the support substrate 41. However, in the example shown in FIG. 1, the electrode pad 44a is arranged at 12 o'clock in the plan view of FIG. Similarly, the electrode pad 44b is provided at 9 o'clock, the electrode pad 44c is provided at 6 o'clock, and the electrode pad 44d is provided at 3 o'clock.

それぞれの梁部にはそれぞれ薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とが設けられている。梁部43aの上部には、薄膜熱感知体46aと金属薄膜抵抗体45aとが設けてある。支持基板41上の電極パッド44aとは、金属薄膜抵抗体45aを介して薄膜熱感知体46aが接続されている。   Each beam portion is provided with a thin film heat sensing element and a metal thin film resistor. A thin film heat sensing element 46a and a metal thin film resistor 45a are provided above the beam part 43a. A thin film heat sensing element 46a is connected to the electrode pad 44a on the support substrate 41 via a metal thin film resistor 45a.

同様に、梁部43bの上部には、薄膜熱感知体46bと金属薄膜抵抗体45bとが設けてあり、電極パッド44bには、金属薄膜抵抗体45bを介して薄膜熱感知体46bが接
続されている。
梁部43cの上部には、薄膜熱感知体46cと金属薄膜抵抗体45cとが設けてあり、電極パッド44cには、金属薄膜抵抗体45cを介して薄膜熱感知体46cが接続されている。
梁部43dの上部には、薄膜熱感知体46dと金属薄膜抵抗体45dとが設けてあり、電極パッド44dには、金属薄膜抵抗体45dを介して薄膜熱感知体46dが接続されている。
Similarly, a thin film heat sensing element 46b and a metal thin film resistor 45b are provided above the beam portion 43b, and the thin film heat sensing element 46b is connected to the electrode pad 44b via the metal thin film resistor 45b. ing.
A thin film heat sensing element 46c and a metal thin film resistor 45c are provided above the beam portion 43c, and the thin film heat sensing element 46c is connected to the electrode pad 44c via the metal thin film resistor 45c.
A thin film heat sensing element 46d and a metal thin film resistor 45d are provided above the beam portion 43d, and the thin film heat sensing element 46d is connected to the electrode pad 44d via the metal thin film resistor 45d.

4つの薄膜熱感知体46a,46b,46c,46dは、それぞれセンサ領域Rの中心点Cから離間して配設しているが、図1に示す例では、中心点Cに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。つまり、薄膜熱感知体46aと薄膜熱感知体46cとが中心点Cに対して点対称であり、薄膜熱感知体46bと薄膜熱感知体46dとが中心点Cに対して点対称である。また、中心点Cから等距離になるようにも設けている。   The four thin film thermal detectors 46a, 46b, 46c, and 46d are arranged apart from the center point C of the sensor region R, but in the example shown in FIG. Each is provided in a position. That is, the thin film heat sensing element 46a and the thin film heat sensing element 46c are point symmetric with respect to the center point C, and the thin film heat sensing element 46b and the thin film heat sensing element 46d are point symmetric with respect to the center point C. It is also provided so as to be equidistant from the center point C.

このような構成にすれば、ガスの到来によって生じる薄膜熱感知体に発生する熱が均等になり、特定の薄膜熱感知体に熱が集中し、それにより熱が集中した薄膜熱感知体を設けている特定の梁部が熱ストレスを受けて損壊することがなくなるのである。   With such a configuration, the heat generated in the thin film heat sensing element caused by the arrival of gas becomes uniform, and heat concentrates on a specific thin film heat sensing element, thereby providing a thin film heat sensing element in which the heat is concentrated. The specific beam is not damaged by thermal stress.

図1に示す例では、各薄膜熱感知体の上部にはガス感知体48を設けている。このガス感知体48は、ガスが到来し、接触したとき発熱する。いわゆる触媒である。薄膜熱感知体の材質にもよるが、このように、ガス感知体48を設けることで、ガスの到来に対応して熱を発生しやすくなるので、薄膜型ガスセンサの仕様に応じて用いるとよい。   In the example shown in FIG. 1, a gas sensor 48 is provided above each thin film heat sensor. The gas sensor 48 generates heat when a gas arrives and comes into contact therewith. This is a so-called catalyst. Although depending on the material of the thin film heat sensing element, the provision of the gas sensing element 48 makes it easier to generate heat in response to the arrival of gas, so it may be used according to the specifications of the thin film gas sensor. .

なお、各薄膜熱感知体は、その熱容量が同一である方が好ましい。具体的には、各々の薄膜熱感知体を構成する材質を同一としたときは、その幅と膜厚とを同一にすればよい。
このようにすれば、それぞれの薄膜熱感知体の発熱特性がばらつくことがなくなるため、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度を向上することができるのである。
Each thin film heat sensing element preferably has the same heat capacity. Specifically, when the material constituting each thin film heat sensing element is the same, the width and the film thickness may be the same.
In this way, the heat generation characteristics of each thin film heat sensing element do not vary, and the accuracy of the sensitivity characteristics and reaction speed characteristics for detecting the gas can be improved.

ところで、ガスを検知する際の反応速度特性とは、ガスが到来して薄膜熱感知体が発熱したとき、薄膜熱感知体が、ガスが到来したと感知する所定の温度に達するまでの速度を示すものである。
また、感度特性とは、ガスが到来して発熱し、薄膜熱感知体の抵抗値が変化する変化量のことをいう。
すなわち、センサとしては、ガスが到来したときに所定の温度まで素早く変化し、その抵抗値の変化量が大きいほど感度がよいとされているのである。
By the way, the reaction rate characteristic when detecting gas is the rate at which the thin film heat sensing element reaches a predetermined temperature at which it senses that the gas has arrived when the gas arrives and the thin film heat sensing element generates heat. It is shown.
Sensitivity characteristics refer to the amount of change in which the resistance value of the thin film thermal detector changes due to the arrival of gas and heat generation.
That is, as a sensor, when gas arrives, it changes quickly to a predetermined temperature, and the greater the amount of change in the resistance value, the better the sensitivity.

[薄膜熱感知体の形状説明:図1]
次に、薄膜熱感知体の形状を説明する。
4つの薄膜熱感知体46a,46b,46c,46dは、複数の折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなしている。図1に示す例では、1つの薄膜熱感知体の折り返し部は6つ設けている。
先の説明のとおり、各薄膜熱感知体は同一の熱容量とする方が好ましいため、このような九十九折り形状を有していても、各薄膜熱感知体の熱容量が同一になるために、同一形状、同一大きさになるよう形成している。
[Description of the shape of the thin film thermal detector: FIG. 1]
Next, the shape of the thin film heat detector will be described.
The four thin film heat detectors 46a, 46b, 46c, and 46d have a ninety-nine fold pattern shape having a plurality of folded portions. In the example shown in FIG. 1, six folding portions of one thin film heat sensing element are provided.
As described above, since it is preferable that each thin film heat sensing element has the same heat capacity, the heat capacity of each thin film heat sensing element is the same even if it has such a ninety-nine fold shape. The same shape and the same size are formed.

ところで、薄膜熱感知体46a〜46dの抵抗値は、適する値が存在する。もちろん、高抵抗である方が、ガス検知の感度特性や反応速度特性が向上して好ましいのである。抵抗値を高くするためには、加工が難しくなるものの、薄膜熱感知体を細く、薄く形成すればよい。   By the way, there is a suitable value for the resistance value of the thin film heat detectors 46a to 46d. Of course, a higher resistance is preferable because the sensitivity characteristics and reaction rate characteristics of gas detection are improved. In order to increase the resistance value, although it becomes difficult to process, the thin film heat sensing element may be formed thin and thin.

しかしながら、薄膜熱感知体のパターンの幅などを小さくすると、電力密度が増して、エレクトロマイグレーションの影響を受けやすくなる。
エレクトロマイグレーションとは、電気伝導体の中で移動する電子が金属原子と衝突し、これらの間で運動量の交換が行われるために、金属原子が徐々に移動する現象である。このため、金属原子が欠乏した部分に、欠損が生じるのである。
エレクトロマイグレーションが発生すると、薄膜熱感知体の断線が発生し、ガスセンサとしての寿命が短くなってしまう。
However, if the pattern width or the like of the thin film heat sensing element is reduced, the power density is increased and the film is easily affected by electromigration.
Electromigration is a phenomenon in which metal atoms move gradually because electrons moving in an electric conductor collide with metal atoms and exchange of momentum is performed between them. For this reason, a defect occurs in a portion where the metal atom is deficient.
When electromigration occurs, the thin film heat sensing element is disconnected and the life of the gas sensor is shortened.

このような事情から、薄膜熱感知体の抵抗値には、ガスセンサとして十分な感度とエレクトロマイグレーションなどへの耐性とを両立する値が存在するのである。
このような事情を鑑みて、薄膜熱感知体46a〜46dの形状を決めるのであるが、一般に、薄膜熱感知体46a〜46dのパターンの幅を小さくすると、折り返し部も数多く設けることができ、実質的にパターンの全長を長くすることができて高抵抗が得られる。このため、薄膜熱感知体のパターンの幅や膜厚などのほか、折り返し部の個数なども考慮に入れて、抵抗値を決めるのである。
Under such circumstances, the resistance value of the thin-film heat sensing element has a value that achieves both sufficient sensitivity as a gas sensor and resistance to electromigration.
In view of such circumstances, the shapes of the thin film heat detectors 46a to 46d are determined. Generally, when the pattern width of the thin film heat detectors 46a to 46d is reduced, a large number of folded portions can be provided. Therefore, the overall length of the pattern can be increased and high resistance can be obtained. Therefore, in addition to the pattern width and film thickness of the thin film heat sensing element, the resistance value is determined in consideration of the number of folded portions.

薄膜熱感知体46a〜46dの九十九折りパターン形状は、図1に示す例では、梁部43a〜43dの短手方向(幅方向)に折り返し部を有しているが、もちろんこれに限定するものではない。図示はしないが、長手方向(長さ方向)に折り返し部を有してもよいのである。
いずれにしても、九十九折りパターン形状は、薄膜熱感知体の配設スペースを小さくすることができるのでセンサ領域Rを小型化でき、その結果、薄膜型ガスセンサ自体も小型化することができるという効果も奏するのである。
The ninety-nine fold pattern shape of the thin film heat detectors 46a to 46d has a folded portion in the short direction (width direction) of the beam portions 43a to 43d in the example shown in FIG. Not what you want. Although not shown, it may have a folded portion in the longitudinal direction (length direction).
In any case, the 99-fold pattern shape can reduce the arrangement space of the thin film heat sensing element, so that the sensor region R can be reduced in size, and as a result, the thin film gas sensor itself can also be reduced in size. This also has the effect.

[薄膜熱感知体の配置の説明:図1]
次に、薄膜熱感知体を梁部に配置する上での特徴を説明する。
センサ領域Rの中央領域Bは、梁部43a,43b,43c,43dが合流する合流部分となっている。この部分には、薄膜熱感知体46a〜46dは設けていない。つまり、各薄膜熱感知体は、中心点Cから離間している。これは本発明の特徴的な部分である。このような構成にすれば、センサ領域Rの中心点Cを含む中央領域Bに過度なる発熱が集中することを防止することができる。
[Explanation of the arrangement of the thin film thermal detector: FIG. 1]
Next, the characteristics when the thin film heat sensing element is arranged in the beam portion will be described.
A central region B of the sensor region R is a joining portion where the beam portions 43a, 43b, 43c, and 43d join. This portion is not provided with the thin film heat detectors 46a to 46d. That is, each thin film heat sensing element is separated from the center point C. This is a characteristic part of the present invention. With such a configuration, it is possible to prevent excessive heat generation from concentrating on the central region B including the central point C of the sensor region R.

図1に示す例では、中央領域Bの部分では、2つの薄膜熱感知体を金属薄膜抵抗体でそれぞれ接続している。薄膜熱感知体46aと薄膜熱感知体46dとを金属薄膜抵抗体45eで接続し、薄膜熱感知体46bと薄膜熱感知体46cとを金属薄膜抵抗体45fで接続している。つまり、2つの薄膜熱感知体を直列に接続している。   In the example shown in FIG. 1, in the central region B, two thin film heat detectors are connected by metal thin film resistors, respectively. The thin film heat sensor 46a and the thin film heat sensor 46d are connected by a metal thin film resistor 45e, and the thin film heat sensor 46b and the thin film heat sensor 46c are connected by a metal thin film resistor 45f. That is, two thin film heat sensing elements are connected in series.

なお、金属薄膜抵抗体45e,45fは、中心点Cから外れた部位に設けている。 このようにすれば、中央領域B内で2つの金属薄膜抵抗体同士が交差することなく、4つの梁部43a,43b,43c,43dの上部に4つの薄膜熱感知体46a,46b,46c,46dを平面的に分散して配設することができる。
なお、中央領域Bには、張出部Fが設けてあるため、その分だけ表面積が広くなるから、金属薄膜抵抗体のパターン形成に余裕をもたせることができる。
Note that the metal thin film resistors 45e and 45f are provided at portions away from the center point C. In this way, the four thin film heat detectors 46a, 46b, 46c, and the upper part of the four beam portions 43a, 43b, 43c, 43d without crossing the two metal thin film resistors in the central region B. 46d can be distributed in a plane.
In addition, since the overhang | projection part F is provided in the center area | region B, since the surface area becomes large by that much, a margin can be given to pattern formation of a metal thin film resistor.

[梁部を構成する絶縁膜の説明:図1]
次に、梁部の構造の特徴を説明する。
保持部材である梁部43a〜43dは、その上面側に薄膜熱感知体46a〜46dと、それに接続する金属薄膜抵抗体45a〜45f、および薄膜熱感知体の上部にガス感知体48を設けるので、それらの部材を保持するに耐えうる強度を必要とする。そのため、梁部43a〜43dを構成する絶縁膜42の膜厚は、所定の厚みを必要とする。
しかしながら、到来するガスの検知性能を向上させるためには、薄膜熱感知体46a〜46dを搭載する部分(梁部43a〜43d)の熱容量を小さくする方が望ましい。なぜならば、熱容量が大きいと、ガスの到来により生じた熱が梁部に吸収されてしまうからである。この状態では、薄膜熱感知体の熱が上昇しきれず(つまり、抵抗値が変化しきれず)、ガスが到来してもそれを感知することができなくなってしまう。
[Description of insulating film constituting beam portion: FIG. 1]
Next, the characteristics of the structure of the beam portion will be described.
The beam portions 43a to 43d, which are holding members, are provided with thin film heat detectors 46a to 46d on the upper surface side, metal thin film resistors 45a to 45f connected thereto, and a gas sensor 48 on the upper portion of the thin film heat detector. , The strength required to hold the members is required. Therefore, the film thickness of the insulating film 42 constituting the beam portions 43a to 43d needs a predetermined thickness.
However, in order to improve the detection performance of the incoming gas, it is desirable to reduce the heat capacity of the portions (beam portions 43a to 43d) on which the thin film heat detectors 46a to 46d are mounted. This is because if the heat capacity is large, the heat generated by the arrival of gas is absorbed by the beam portion. In this state, the heat of the thin-film heat sensing element cannot be raised (that is, the resistance value cannot be changed), and even if gas arrives, it cannot be sensed.

このように、梁部43a〜43dの強度とガスを検知するための性能とは、トレードオフの関係にあるから、梁部43a〜43dを構成する絶縁膜42の膜厚は、それを鑑みて適宜に設定する。到来するガスの種類、薄膜熱感知体やガス検知体の材質によっても発熱温度が異なるから、例えば、実験を繰り返してデータを取るなどして、絶縁膜42の膜厚を設定してもよい。   Thus, since the strength of the beam portions 43a to 43d and the performance for detecting the gas are in a trade-off relationship, the film thickness of the insulating film 42 constituting the beam portions 43a to 43d is taken into consideration. Set as appropriate. Since the heat generation temperature varies depending on the type of incoming gas, the thin film heat detector, and the material of the gas detector, the film thickness of the insulating film 42 may be set by, for example, repeating data to obtain data.

また、梁部43a〜43dの薄膜熱感知体46a〜46dを搭載する部位の幅も同様である。この幅が広ければ、梁部の強度は向上する。
発明者が検討したところ、梁部43a〜43dの薄膜熱感知体46a〜46dを搭載する部位の幅とその膜厚とは、「膜厚<幅」とすることがよいことを見出した。その理由は、薄膜熱感知体46a〜46dが搭載されている部位の直下が最も熱伝導性が高いからである。そのため、梁部43a〜43dを構成する絶縁膜42の膜厚を薄くして熱容量を小さくし、幅を大きくして強度を維持するとよいのである。
Moreover, the width | variety of the site | part which mounts the thin film heat sensors 46a-46d of the beam parts 43a-43d is also the same. If this width is wide, the strength of the beam portion is improved.
When the inventor examined, it discovered that the width | variety of the site | part which mounts the thin film heat | fever sensing bodies 46a-46d of the beam parts 43a-43d, and its film thickness should make it "film thickness <width". The reason is that the thermal conductivity is highest immediately below the portion where the thin film heat detectors 46a to 46d are mounted. Therefore, it is preferable to reduce the thickness of the insulating film 42 constituting the beam portions 43a to 43d to reduce the heat capacity and increase the width to maintain the strength.

図1に示す例では、例えば、電極パッド44aと電極パッド44bとを外部の基板上などで電気的に接続し、電極パッド44cと電極パッド44dとの間に電源および電流計を接続すると、4つの薄膜熱感知体が直列接続になり、これらに電流を流すことができると共に、電流量を計測することができる。具体的には、電極パッド44cと電極パッド44dとの間に図示しない電源から電圧を印加しておき、薄膜熱感知体に通電しておく。その後、ガスが到来するとガスに反応して薄膜熱感知体の温度が上昇し、その電流量に変化が起きる。この電流量の変化を捉えることで、ガスの到来を知り得ることができるのである。   In the example shown in FIG. 1, for example, when the electrode pad 44a and the electrode pad 44b are electrically connected on an external substrate or the like, and a power source and an ammeter are connected between the electrode pad 44c and the electrode pad 44d, 4 Two thin film thermal detectors are connected in series, and a current can be passed through them, and the amount of current can be measured. Specifically, a voltage is applied from a power source (not shown) between the electrode pad 44c and the electrode pad 44d, and the thin film heat sensing element is energized. Thereafter, when the gas arrives, the temperature of the thin film heat sensing element rises in response to the gas, and the amount of current changes. By capturing this change in the amount of current, it is possible to know the arrival of gas.

なお、すでに説明したとおり、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で、薄膜熱感知体46a〜47dの上部には、ガス検知体48を設けているが、その材質などの詳細については、後述する。   As already described, the gas detector 48 is provided above the thin film heat detectors 46a to 47d for the purpose of improving the detection sensitivity by quickly generating heat due to the arrival of gas. Details will be described later.

ところで、ガスの到来により薄膜熱感知体46a〜46dが発熱することで、そのガスの到来を知り得るわけであるから、各々の薄膜熱感知体にどのように電流を流し、その電流を計測するかは、図1に示す例に限定するものではないのは明らかである。   By the way, since the thin film heat detectors 46a to 46d generate heat due to the arrival of gas, it is possible to know the arrival of the gas. Therefore, how the current flows to each thin film heat detector and the current is measured. Obviously, the present invention is not limited to the example shown in FIG.

これら薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、同一の金属で構成することができる。これらは、高融点貴金属を用いる場合が多く、例えば、白金(Pt)である。   These thin film heat sensing elements, metal thin film resistors, and electrode pads can be made of the same metal. These are often refractory noble metals, such as platinum (Pt).

このような高融点貴金属を用いる理由は、温度である。すなわち、薄膜熱感知体の上部にはガス感知体48が設けてあり、このガス検知体48は、触媒として機能するものであって、ガスが到来したときに発熱し、検出感度を向上させる効果がある。ガス検知体48は、薄膜熱感知体上に焼結させている。しかし、このガス検知体48の焼結温度は高く、用いる触媒の材質にもよるが、例えば、600〜700度程度である。そして、ガスが到来したときに生じる温度を、いわゆる燃焼温度と呼び、その温度は、例えば、400度を超える。
このように、薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体は高温に晒されるため、高融点貴金属を用いるのである。
The reason for using such a refractory noble metal is temperature. That is, a gas sensor 48 is provided above the thin film heat sensor, and this gas sensor 48 functions as a catalyst, and generates heat when gas arrives, thereby improving the detection sensitivity. There is. The gas detector 48 is sintered on the thin film heat detector. However, the sintering temperature of the gas detector 48 is high, and is, for example, about 600 to 700 degrees depending on the material of the catalyst used. The temperature generated when the gas arrives is called a so-called combustion temperature, and the temperature exceeds, for example, 400 degrees.
Thus, since the thin film heat sensing element and the metal thin film resistor are exposed to a high temperature, a high melting point noble metal is used.

薄膜熱感知体46a〜46d、金属薄膜抵抗体45a〜45f、電極パッド44a〜44dは、保持部材である絶縁膜42との密着性を良くするために、クロム(Cr)やチタン(Ti)、あるいは、これらの合金からなる金属膜を下地層として設け、その上に白金(Pt)を形成して構成してもよい。例えば、白金(Pt)は、スパッタリング法などの知られている形成方法で形成することができる。
なお、薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、白金(Pt)以外の材料としては、ロジウム(Rd)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの高融点貴金属、あるいは、これらの合金金属などを用いることができる。
The thin film thermal sensors 46a to 46d, the metal thin film resistors 45a to 45f, and the electrode pads 44a to 44d are made of chromium (Cr), titanium (Ti), Alternatively, a metal film made of these alloys may be provided as an underlayer, and platinum (Pt) may be formed thereon. For example, platinum (Pt) can be formed by a known forming method such as a sputtering method.
The thin film heat sensing element, metal thin film resistor, and electrode pad are made of a material other than platinum (Pt), such as rhodium (Rd), palladium (Pd), gold (Au), or other high melting point noble metals, or these An alloy metal or the like can be used.

[ガス検知体の説明]
薄膜熱感知体46a〜46dの上面に設けるガス感知体48は、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で設ける触媒である。特に限定するものではないが、例えば、酸化アルミニウム(Al)からなる熱伝導層と、この熱伝導層の表面に燃焼触媒層を重ねた構成を有している。
燃焼触媒層は、例えば、酸化スズ(SnO)を主成分にして、白金(Pt)とパラジウム(Pd)なる燃焼触媒の微粉末を溶媒に混ぜ合わせてスラリー状にし、それを熱伝導層の表面に塗布して600°Cの温度で焼結したものである。
[Description of gas detector]
The gas sensor 48 provided on the upper surfaces of the thin film heat sensors 46a to 46d is a catalyst provided for the purpose of quickly generating heat due to the arrival of gas and improving detection sensitivity. Although not particularly limited, for example, it has a heat conductive layer made of aluminum oxide (Al 2 O 3), an arrangement of repeated combustion catalyst layer on the surface of the thermally conductive layer.
The combustion catalyst layer is made of, for example, tin oxide (SnO 2 ) as a main component, and a fine powder of platinum (Pt) and palladium (Pd) combustion catalyst is mixed with a solvent to form a slurry, which is made into a heat conductive layer. It is applied to the surface and sintered at a temperature of 600 ° C.

図1に示す例では、ガス検知体48は、センサ領域Rの中央領域Bにて、梁部43a〜43dの上部に十字型に薄膜熱感知体46a〜46dを覆うように設けているが、これに限定するものではない。各薄膜熱感知体の上部に独立してガス検知体48を設けてもよいのである。
もちろん、薄膜熱感知体46a〜46dの抵抗値、到来するガスの種類などに応じて、ガス検知体48を設けない場合もある。
In the example shown in FIG. 1, the gas detector 48 is provided in the center region B of the sensor region R so as to cover the thin film heat detectors 46a to 46d in a cross shape above the beam portions 43a to 43d. However, the present invention is not limited to this. The gas detector 48 may be provided independently on the upper part of each thin film heat detector.
Of course, the gas detector 48 may not be provided depending on the resistance value of the thin film heat detectors 46a to 46d, the type of the incoming gas, and the like.

また、図1(b)に示すように、ガス感知体48は、薄膜熱感知体46a〜46dの上面側にのみ設ける例を示したが、もちろんこれに限定するものではない。到来するガスは貫通孔42hを通って流通するので、図示はしないが、保持部材である梁部43a〜43dを挟んでその裏面側にも設けてもよい。つまり、ガス感知体48で梁部43a〜43dを上下から包むようにしてもよいのである。
このような構造をとると、燃焼触媒層の表面面積が増してガスとの接触面積が増え、より速く燃焼することができる。そして、ガス検知の反応速度を更に速める効果を得る。
Moreover, as shown in FIG.1 (b), although the gas sensor 48 showed the example provided only in the upper surface side of the thin film heat sensors 46a-46d, of course, it is not limited to this. Since the incoming gas flows through the through-hole 42h, although not shown, it may be provided on the back surface side of the beam portions 43a to 43d as holding members. That is, the beam portions 43a to 43d may be wrapped from above and below by the gas sensor 48.
With such a structure, the surface area of the combustion catalyst layer is increased, the contact area with the gas is increased, and combustion can be performed faster. And the effect which further speeds up the reaction speed of gas detection is acquired.

[第1の実施形態による効果の説明:図3]
本発明のガスセンサの効果を、図3のグラフを用いて説明する。図3は第1の実施形態の構造のガスセンサと、特許文献1に示された技術を元にしたガスセンサ(従来技術によるガスセンサと称する)とを試作し、実際にガス検知試験を行い、それぞれのガス感度特性を比較したものである。
[Description of Effects According to First Embodiment: FIG. 3]
The effect of the gas sensor of the present invention will be described using the graph of FIG. FIG. 3 shows a prototype of the gas sensor having the structure of the first embodiment and a gas sensor based on the technique disclosed in Patent Document 1 (referred to as a gas sensor according to the prior art). This is a comparison of gas sensitivity characteristics.

検知対象のガスは水素を用いており、図3に示すグラフの横軸は水素濃度、縦軸はガスセンサの出力電圧であるセンサ出力を示している。センサ出力とは、ガスの到来により薄膜熱感知体が発熱してその抵抗値が変化し、それに応じて流れる電流値が変化したときの電圧出力を示している。   The detection target gas uses hydrogen, the horizontal axis of the graph shown in FIG. 3 indicates the hydrogen concentration, and the vertical axis indicates the sensor output which is the output voltage of the gas sensor. The sensor output indicates a voltage output when the thin film heat sensing element generates heat due to the arrival of gas, the resistance value thereof changes, and the value of the flowing current changes accordingly.

図3のグラフでは、従来技術によるガスセンサを「従来例」とし、「□」で示している。第1の実施形態の構造のガスセンサは「本発明」とし、「◆」で示している。
図3に示すとおり、本発明のガスセンサは、従来技術によるガスセンサと比べて、約2倍程度のガス感度特性が得られている。
In the graph of FIG. 3, the gas sensor according to the prior art is referred to as “conventional example” and indicated by “□”. The gas sensor having the structure of the first embodiment is “present invention” and is indicated by “♦”.
As shown in FIG. 3, the gas sensor of the present invention has a gas sensitivity characteristic that is about twice as high as that of the conventional gas sensor.

これは、センサ領域Rの所定の部分に薄膜熱感知体が集中せず、分散して配置している
ため、到来するガスが各薄膜熱感知体に適度に接触するためである。
This is because the thin film heat sensing elements are not concentrated in a predetermined portion of the sensor region R but are dispersedly arranged, so that the incoming gas appropriately contacts each thin film heat sensing element.

また、第1の実施形態の構造のガスセンサと従来技術によるガスセンサとで、それぞれガス検知体48(触媒)の燃焼試験を行い、良品率を比較した例を以下の表1に示す。なお、この燃焼試験により、薄膜熱感知体にかかる熱の影響を調べることができる。また、ここでいう良品率とは、ガスセンサとしてガスの検出実験を行ったときに、正常にセンサ出力が発生するものを良品とした。   Table 1 below shows an example in which a combustion test of the gas detector 48 (catalyst) is performed with the gas sensor having the structure of the first embodiment and the gas sensor according to the related art, and the yield rate is compared. The combustion test can examine the influence of heat applied to the thin film heat sensing element. The non-defective product rate here is defined as a non-defective product that normally generates a sensor output when a gas detection experiment is performed as a gas sensor.

Figure 2010230385
Figure 2010230385

表1に示すように、従来技術によるガスセンサでは、梁部の中央に薄膜熱感知体が集中しているため、その部分で過度なる発熱が起こり、梁部が損壊し、良品率を下げている。これに対し、第1の実施形態の構造のガスセンサ(表1では、本発明のガスセンサと表記)では、薄膜熱感知体を分散してバランスよく配置しているため、過度なる発熱が起きず、梁部が損壊しないため、良品率が高いのである。   As shown in Table 1, in the gas sensor according to the prior art, since the thin film heat sensing elements are concentrated in the center of the beam portion, excessive heat generation occurs in the portion, the beam portion is damaged, and the yield rate is reduced. . On the other hand, in the gas sensor having the structure of the first embodiment (in Table 1, expressed as the gas sensor of the present invention), since the thin film thermal detectors are distributed and arranged in a balanced manner, excessive heat generation does not occur. Since the beam does not break, the yield rate is high.

[第2の実施形態の説明:図4]
次に、第2の実施形態を図4を用いて説明する。
図4は第2の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。なお、図4は、説明しやすいように、例えば、ガス検知体48など説明に必要のない構成は省略している。また、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
[Explanation of Second Embodiment: FIG. 4]
Next, a second embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a plan view schematically showing the structure of the second embodiment. In FIG. 4, for example, a configuration that is not necessary for the description, such as the gas detector 48, is omitted for easy explanation. Moreover, the same code | symbol is provided about the same structure already demonstrated, and detailed description is abbreviate | omitted.

図4において、54a,54bは電極パッドである。55a,55b,55c,55d,55e,55f,55g,55h,55iは金属薄膜抵抗体である。56a,56b,56c,56d,56e,56f,56g,56hは薄膜熱感知体である。そして、これらでガス検知素子50を構成している。   In FIG. 4, 54a and 54b are electrode pads. 55a, 55b, 55c, 55d, 55e, 55f, 55g, 55h, 55i are metal thin film resistors. Reference numerals 56a, 56b, 56c, 56d, 56e, 56f, 56g, and 56h denote thin film heat detectors. And these comprise the gas detection element 50.

梁部43a〜43dの上部には、薄膜熱感知体56a〜56h、金属薄膜抵抗体55a〜55iが設けてある。支持基板41上の上部には、電極パッド54a,54bが設けてある。
電極パッドは支持基板41の上部のどこに設けてもかまわないが、図4に示す例では、電極パッド54a,54bは9時方向に設けている。
Thin film heat detectors 56a to 56h and metal thin film resistors 55a to 55i are provided above the beam portions 43a to 43d. On the upper portion of the support substrate 41, electrode pads 54a and 54b are provided.
The electrode pads may be provided anywhere above the support substrate 41, but in the example shown in FIG. 4, the electrode pads 54a and 54b are provided in the 9 o'clock direction.

梁部43bの上部には、薄膜熱感知体56a,56bと金属薄膜抵抗体55a,55bとが設けてある。
同様に、梁部43cの上部には、薄膜熱感知体56c,56dと金属薄膜抵抗体55dとが設けてある。梁部43dの上部には、薄膜熱感知体56e,56fと金属薄膜抵抗体
55fとが設けてある。梁部43aの上部には、薄膜熱感知体56g,56hと金属薄膜抵抗体55hとが設けてある。
つまり、図4に示す例では、1つの梁部に2つの薄膜熱感知体を搭載しているのである。
Thin film heat sensing elements 56a and 56b and metal thin film resistors 55a and 55b are provided on the beam 43b.
Similarly, thin film heat detectors 56c and 56d and a metal thin film resistor 55d are provided on the upper portion of the beam portion 43c. Thin film heat sensing elements 56e and 56f and a metal thin film resistor 55f are provided above the beam portion 43d. Thin film heat sensing elements 56g and 56h and a metal thin film resistor 55h are provided on the upper portion of the beam portion 43a.
That is, in the example shown in FIG. 4, two thin film heat detectors are mounted on one beam portion.

センサ領域Rの中央領域B(図4では省略しているが、図1(a)を参照されたい)には、金属薄膜抵抗体55c,55e,55g,55iが設けてある。これら金属薄膜抵抗体は、それぞれセンサ領域Rの中心点Cから離間するとともに、中心点Cに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。つまり、金属薄膜抵抗体55cと金属薄膜抵抗体55gとが中心点Cに対して点対称であり、金属薄膜抵抗体55eと金属薄膜抵抗体55iとが中心点Cに対して点対称である。また、中心点Cから等距離になるようにも設けている。   Metal thin film resistors 55c, 55e, 55g, and 55i are provided in the central region B of the sensor region R (not shown in FIG. 4, but refer to FIG. 1A). These metal thin film resistors are spaced apart from the center point C of the sensor region R, and are provided at positions symmetrical with respect to the center point C. That is, the metal thin film resistor 55c and the metal thin film resistor 55g are point symmetric with respect to the center point C, and the metal thin film resistor 55e and the metal thin film resistor 55i are point symmetric with respect to the center point C. It is also provided so as to be equidistant from the center point C.

図4に示す例では、電極パッド54aと電極パッド54bとは、各金属薄膜抵抗体と各薄膜熱感知体を介して接続されている。
つまり、電極パッド54aから辿ると、金属薄膜抵抗体55a、薄膜熱感知体56a、金属薄膜抵抗体55i、薄膜熱感知体56h、金属薄膜抵抗体55h、薄膜熱感知体56g、金属薄膜抵抗体55g、薄膜熱感知体56f、金属薄膜抵抗体55f、薄膜熱感知体56e、金属薄膜抵抗体55e、薄膜熱感知体56d、金属薄膜抵抗体55d、薄膜熱感知体56c、金属薄膜抵抗体55c、薄膜熱感知体56b、金属薄膜抵抗体55bを経て電極パッド54bと接続している。
In the example shown in FIG. 4, the electrode pad 54 a and the electrode pad 54 b are connected to each metal thin film resistor via each thin film heat sensing element.
That is, tracing from the electrode pad 54a, the metal thin film resistor 55a, the thin film thermal sensor 56a, the metal thin film resistor 55i, the thin film thermal sensor 56h, the metal thin film resistor 55h, the thin film thermal sensor 56g, and the metal thin film resistor 55g. , Thin film thermal sensor 56f, metal thin film resistor 55f, thin film thermal sensor 56e, metal thin film resistor 55e, thin film thermal sensor 56d, metal thin film resistor 55d, thin film thermal sensor 56c, metal thin film resistor 55c, thin film It is connected to the electrode pad 54b through the heat sensing element 56b and the metal thin film resistor 55b.

図4に示すガス検知素子50の構成は、8つの薄膜熱感知体56を直列に接続した回路をなしているのである。電極パッド54aと電極パッド54bとの間に電源および電流計を接続すると、8つの薄膜熱感知体に電流を流すことができると共に、電流量を計測することができるのである。
このような構成にすることで、図示しない外部の機器との接続配線を減らすことができる。
The configuration of the gas detection element 50 shown in FIG. 4 is a circuit in which eight thin film thermal detectors 56 are connected in series. When a power source and an ammeter are connected between the electrode pad 54a and the electrode pad 54b, current can be passed through the eight thin film thermal detectors and the amount of current can be measured.
With such a configuration, connection wiring with an external device (not shown) can be reduced.

梁部43a〜43dの上部に設ける薄膜熱感知体56a〜56hは、1つの梁部の上部にて、隣接して梁部表面に対して平行にバランス良く配置している。すでに説明したように、薄膜熱感知体同士が接近して配設されると、双方に過度なる発熱の影響が出てしまうが、そのような状況を鑑みて、双方を離間して配設する。   The thin film heat detectors 56a to 56h provided on the upper portions of the beam portions 43a to 43d are adjacently arranged in parallel with the beam surface on the upper portion of one beam portion with good balance. As already described, when the thin film heat detectors are arranged close to each other, both of them are affected by excessive heat generation. In view of such a situation, both are arranged apart from each other. .

また、梁部43a〜43dの上部に設ける薄膜熱感知体56a〜56hは、それぞれ中心点Cから等距離に配置されていて均等な分散をなしており、全体的に重量バランスがとれた状態になっている。
ところで、薄膜熱感知体56a,56bを第1の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体56c,56dを第2の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体56e,56fを第3の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体56g,56hを第4の薄膜熱感知体群と、仮に決めると、各薄膜熱感知体群は、中心点Cに対して点対称に配置されていることになる。
さらにまた、それぞれの薄膜熱感知体は、折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなし、同一形状、同一の大きさに形成している。
Further, the thin film heat sensing elements 56a to 56h provided on the upper portions of the beam portions 43a to 43d are respectively arranged at equal distances from the center point C and are evenly distributed, so that the overall weight balance is achieved. It has become.
By the way, the thin film heat detectors 56a and 56b are used as a first thin film heat detector group, the thin film heat detectors 56c and 56d are used as a second thin film heat detector group, and the thin film heat sensors 56e and 56f are used as a third thin film heat sensor. Assuming that the thin film heat sensing elements 56g and 56h are the fourth thin film heat sensing element group, the thin film heat sensing element groups are arranged symmetrically with respect to the center point C. become.
Furthermore, each thin film heat sensing element has the shape of a ninety-nine fold pattern having folded portions, and is formed in the same shape and the same size.

このような構成をなすことにより、少ない梁の数で多くの薄膜熱感知体を平面的にバランスのとれた状態で搭載することができる。そして、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
また、外部での接続を必要とせず、全ての薄膜熱感知体を直列で使用できるため、ガスセンサとしてのサイズを小型化することができる。
With such a configuration, a large number of thin film heat detectors can be mounted in a balanced state in a plane with a small number of beams. And the sensitivity characteristic and reaction rate characteristic of a gas detection can be improved, and the precision of the characteristic can be improved.
Moreover, since all the thin film thermal detectors can be used in series without requiring external connection, the size of the gas sensor can be reduced.

[第3の実施形態の説明:図5]
次に、第3の実施形態を図5を用いて説明する。
図5(a)はその平面図、図5(b)は図5(a)の切断線Y−Y´における端面を模式的に示す端面図である。図5において、69は層間絶縁膜である。なお、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
[Explanation of Third Embodiment: FIG. 5]
Next, a third embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5A is a plan view thereof, and FIG. 5B is an end view schematically showing an end surface taken along a cutting line YY ′ of FIG. In FIG. 5, 69 is an interlayer insulating film. In addition, the same code | symbol is provided about the same structure already demonstrated, and detailed description is abbreviate | omitted.

図5において、63a,63b,63c,63dは梁部である。69は層間絶縁膜である。60はガス検知素子を示している。   In FIG. 5, 63a, 63b, 63c and 63d are beam portions. Reference numeral 69 denotes an interlayer insulating film. Reference numeral 60 denotes a gas detection element.

図5に示す第3の実施形態のガス検知素子60の特徴は、薄膜熱感知体46a〜46dを立体的に配置しているという点である。
図5(b)に示すように、支持基板41の表面には、絶縁膜42が形成されており、この絶縁膜42で梁部63a,63cを構成している。絶縁膜42の上部には、層間絶縁膜69を設けており、この層間絶縁膜69と絶縁膜42とで梁部63b,63dを構成している。
The feature of the gas detection element 60 of the third embodiment shown in FIG. 5 is that the thin film heat detectors 46a to 46d are three-dimensionally arranged.
As shown in FIG. 5B, an insulating film 42 is formed on the surface of the support substrate 41, and the insulating films 42 constitute beam portions 63a and 63c. An interlayer insulating film 69 is provided on the insulating film 42, and the interlayer insulating film 69 and the insulating film 42 constitute beam portions 63b and 63d.

層間絶縁膜69は、枠形状の支持基板41の表面に設けている絶縁膜42のさらに上部に設けている。図5(a)に示す平面図では、支持基板41の電極パッド44a〜44dを除く表面全てが層間絶縁膜69となっている。
したがって、梁部63a〜63dは、すべて絶縁膜42と層間絶縁膜69との積層構造になっている。
The interlayer insulating film 69 is provided further above the insulating film 42 provided on the surface of the frame-shaped support substrate 41. In the plan view shown in FIG. 5A, the entire surface of the support substrate 41 excluding the electrode pads 44 a to 44 d is the interlayer insulating film 69.
Therefore, all of the beam portions 63a to 63d have a laminated structure of the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69.

梁部63a,63cは、絶縁膜42と層間絶縁膜69との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えており、梁部63b,63dは、梁部の最上面である層間絶縁膜69の上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えている。   The beam portions 63a and 63c include a thin film heat sensing element and a metal thin film resistor between the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69, and the beam portions 63b and 63d are interlayer insulating layers which are the uppermost surfaces of the beam portions. A thin film heat sensing element and a metal thin film resistor are provided on the film 69.

薄膜熱感知体46aおよび金属薄膜抵抗体45aは、絶縁膜42で構成する梁部63a上に設けている。同じく、薄膜熱感知体46cおよび金属薄膜抵抗体45cは、絶縁膜42で構成する梁部63c上に設けている。
また、薄膜熱感知体46bおよび金属薄膜抵抗体45bは、層間絶縁膜69で構成する梁部63b上に設けている。同じく、薄膜熱感知体46dおよび金属薄膜抵抗体45dは、層間絶縁膜69で構成する梁部63d上に設けている。
The thin film heat sensing element 46a and the metal thin film resistor 45a are provided on a beam portion 63a formed of the insulating film 42. Similarly, the thin film heat sensing element 46 c and the metal thin film resistor 45 c are provided on the beam portion 63 c formed by the insulating film 42.
Further, the thin film heat sensing element 46 b and the metal thin film resistor 45 b are provided on the beam portion 63 b constituted by the interlayer insulating film 69. Similarly, the thin film heat sensing element 46 d and the metal thin film resistor 45 d are provided on the beam portion 63 d constituted by the interlayer insulating film 69.

なお、これらの梁部63a〜63dの上部の薄膜熱感知体45a〜45dを覆うように、ガス検知体48を設けている。   A gas detector 48 is provided so as to cover the thin film heat detectors 45a to 45d above the beam portions 63a to 63d.

中央領域Bは、下側の梁部63aと梁部63cとの接続部分と、上側の梁部63bと梁部63dとの接続部分と、が上下に交差する領域となっている。
この中央領域Bにあっては、下側の梁部63aと梁部63cとの接続部分において薄膜熱感知体46aと薄膜熱感知体46cとが金属薄膜抵抗体45eにより接続されている。また、上側の梁部63bと梁部63dとの接続部分において薄膜熱感知体46bと薄膜熱感知体46dとが金属薄膜抵抗体45fにより接続されている。
金属薄膜抵抗体45eと金属薄膜抵抗体45fとの間には層間絶縁膜69があるから、双方が接触してしまうことはない。
The central region B is a region in which the connection portion between the lower beam portion 63a and the beam portion 63c and the connection portion between the upper beam portion 63b and the beam portion 63d intersect each other vertically.
In the central region B, the thin film heat sensing element 46a and the thin film heat sensing element 46c are connected by a metal thin film resistor 45e at the connection portion between the lower beam part 63a and the beam part 63c. The thin film heat sensing element 46b and the thin film heat sensing element 46d are connected by a metal thin film resistor 45f at the connection portion between the upper beam part 63b and the beam part 63d.
Since there is an interlayer insulating film 69 between the metal thin film resistor 45e and the metal thin film resistor 45f, they do not come into contact with each other.

電極パッド44a〜44dは、すべて層間絶縁膜69の上部に設けてある。電極パッド44a,44cの下部には、図示はしないが層間絶縁膜69を開口するスルーホールが設けられており、電極パッド44aと金属薄膜抵抗体45aとが接続され、電極パッド44cと金属薄膜抵抗体45cとが接続されている。   The electrode pads 44 a to 44 d are all provided on the interlayer insulating film 69. Although not shown, a through hole is formed below the electrode pads 44a and 44c to open the interlayer insulating film 69. The electrode pad 44a and the metal thin film resistor 45a are connected to each other, and the electrode pad 44c and the metal thin film resistor are connected. The body 45c is connected.

このように、第3の実施形態の梁部は、絶縁膜42と層間絶縁膜69との積層膜構造になっている。
すなわち、梁部63a,63cの構造は、絶縁膜42の上部に薄膜熱感知体46a,46cと金属薄膜抵抗体45a,45c,45eとを設けてあり、その上部に層間絶縁膜69を設けている。つまり、下側の梁部は、絶縁膜42と層間絶縁膜69との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とが設けてあるのである。
Thus, the beam portion of the third embodiment has a laminated film structure of the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69.
That is, the beam portions 63a and 63c are structured such that the thin film heat detectors 46a and 46c and the metal thin film resistors 45a, 45c and 45e are provided on the insulating film 42, and the interlayer insulating film 69 is provided on the thin film heat detectors 46a and 46c. Yes. In other words, the lower beam portion is provided with the thin film heat sensing element and the metal thin film resistor between the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69.

一方、梁部63b,63dの構造は、絶縁膜42の上部に層間絶縁膜69を設けてあり、その上部に薄膜熱感知体46b,46dと金属薄膜抵抗体45b,45d,45fとを設けている。つまり、上側の梁部は、絶縁膜42と層間絶縁膜69とが積層された上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とが設けてあるのである。   On the other hand, in the structure of the beam portions 63b and 63d, an interlayer insulating film 69 is provided on the insulating film 42, and thin film heat sensing elements 46b and 46d and metal thin film resistors 45b, 45d and 45f are provided on the insulating film 42. Yes. That is, in the upper beam portion, the thin film heat sensing element and the metal thin film resistor are provided on the upper portion where the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69 are laminated.

このようにすれば、薄膜熱感知体46a〜46dは、中心点Cから等距離に配置されていて均等な分散をなしており、全体的に重量バランスがとれた状態とすることができる。
また、4つの薄膜熱感知体46a〜46dは、中心点Cに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。図5に示す第3の実施形態では、薄膜熱感知体46a〜46dを立体的に配置しているため、詳しくは、薄膜熱感知体46aと薄膜熱感知体46cとが点対称になっており、薄膜熱感知体46bと薄膜熱感知体46dとが点対称になっている。
In this way, the thin film heat detectors 46a to 46d are arranged at equal distances from the center point C and are evenly distributed, so that the overall weight balance can be achieved.
Further, the four thin film heat detectors 46a to 46d are provided at positions symmetrical with respect to the center point C, respectively. In the third embodiment shown in FIG. 5, since the thin film heat detectors 46a to 46d are three-dimensionally arranged, the thin film heat sensor 46a and the thin film heat sensor 46c are point-symmetric. The thin film heat sensor 46b and the thin film heat sensor 46d are point-symmetric.

各薄膜熱感知体は、中心点Cから等距離に配置されていて、折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなしており、同一大きさで形成している。
このように、それぞれの薄膜熱感知体は、同一形状、同一の大きさに形成することにより、梁部における熱容量も同一とすることができ、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
Each thin film heat sensing element is disposed at an equal distance from the center point C, has a ninety-nine fold pattern shape having a folded portion, and is formed in the same size.
As described above, by forming the thin film heat detectors in the same shape and the same size, the heat capacity in the beam portion can be made the same, and the sensitivity characteristic and reaction rate characteristic of gas detection can be improved. In addition, the accuracy of the characteristics can be increased.

このように、1つのセンサ領域Rの内部にあっても、梁構造を異ならせてもよい。もちろん、それぞれの梁部に設ける薄膜熱感知体や金属薄膜抵抗体の抵抗値などを適宜変更することで、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度を向上することができるのである。   As described above, the beam structures may be different even within the single sensor region R. Of course, it is possible to improve the accuracy of gas detection sensitivity characteristics and reaction rate characteristics by appropriately changing the resistance values of the thin film thermal detectors and metal thin film resistors provided in the respective beam portions.

層間絶縁膜69は、絶縁膜42と同一の材料で構成することができる。例えば、酸化シリコン(SiO)、酸化アルミニウム(Al)、窒化シリコン(Si)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化タンタル(Ta)などの材料を用いることができる。 The interlayer insulating film 69 can be made of the same material as the insulating film 42. For example, materials such as silicon oxide (SiO 2 ), aluminum oxide (Al 2 O 3 ), silicon nitride (Si 3 N 4 ), magnesium oxide (MgO), and tantalum oxide (Ta 2 O 5 ) can be used.

もちろん、絶縁膜42と層間絶縁膜69とを異なる材料の膜で構成してもよい。また、絶縁膜42と層間絶縁膜69との膜の応力特性を変えるようにしてもよい。例えば、絶縁膜42を引っ張り応力を有する膜とし、層間絶縁膜69を圧縮応力を有する膜とするのである。このようにすれば、すでに説明したように、双方の膜の応力を打ち消すことができる。   Of course, the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69 may be composed of films of different materials. Further, the stress characteristics of the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69 may be changed. For example, the insulating film 42 is a film having tensile stress, and the interlayer insulating film 69 is a film having compressive stress. In this way, as already explained, it is possible to cancel the stress of both films.

また、絶縁膜42および層間絶縁膜69をそれぞれ積層膜とすることもできる。このとき、積層する膜の応力特性をそれぞれ変えるようにしてもよいのである。例えば、絶縁膜42および層間絶縁膜69をそれぞれ2つの膜で積層するとき、絶縁膜42の下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とし、層間絶縁膜69の下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とするのである。つまり、応力特性が相反する膜を交互に設けるのである。このようにすれば、双方の膜の応力を打ち消すことができるばかりか、1つの膜厚が薄膜化するため、膜の応力自体を低減することができるのである。   Further, the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69 can each be a laminated film. At this time, the stress characteristics of the laminated films may be changed. For example, when the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69 are laminated by two films, the film below the insulating film 42 is a film having tensile stress, the upper film is a film having compressive stress, and the interlayer insulating film 69 is formed. The lower film is a film having tensile stress, and the upper film is a film having compressive stress. That is, films having opposite stress characteristics are provided alternately. In this way, not only the stress of both films can be canceled, but also the film stress itself can be reduced because one film thickness is reduced.

なお、中央領域Bにおいては、すでに説明した第1の実施形態および第2の実施形態に例示した張出部Fは設けていない例を示したが、もちろん、これに限定するものではない。   In the central region B, the example in which the overhanging portion F illustrated in the first embodiment and the second embodiment described above is not provided is shown, but the present invention is not limited to this.

[第4の実施形態の説明:図6]
次に、第4の実施形態を図6を用いて説明する。
図6は第4の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図6において、73a,73b,73c,73d,73e,73f,73g,73hは梁部である。74a,74b,74c,74d,74e,74f,74g,74hは電極パッドである。75a,75b,75c,75d,75e,75f,75g,75h,75i,75j,75k,75lは金属薄膜抵抗体である。76a,76b,76c,76d,76e,76f,76g,76hは薄膜熱感知体である。70はガス検知素子を示している。なお、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
[Explanation of Fourth Embodiment: FIG. 6]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 6 is a plan view schematically showing the structure of the fourth embodiment. In FIG. 6, 73a, 73b, 73c, 73d, 73e, 73f, 73g, and 73h are beam portions. 74a, 74b, 74c, 74d, 74e, 74f, 74g and 74h are electrode pads. 75a, 75b, 75c, 75d, 75e, 75f, 75g, 75h, 75i, 75j, 75k, 75l are metal thin film resistors. Reference numerals 76a, 76b, 76c, 76d, 76e, 76f, 76g, and 76h denote thin film heat detectors. Reference numeral 70 denotes a gas detection element. In addition, the same code | symbol is provided about the same structure already demonstrated, and detailed description is abbreviate | omitted.

図6に示す第4の実施形態のガス検知素子70の特徴は、8つの梁部で保持部材を構成しており、第3の実施形態と同様に、絶縁膜42の上部に層間絶縁膜69を設け、薄膜熱感知体76a〜76hを立体的に配置しているという点である。
つまり、各梁部に薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体を設けてそれらを接続し、中央領域Bで薄膜熱感知体同士を金属薄膜抵抗体で接続している構成は基本的に同じであり、その数が違うものである。
A feature of the gas detection element 70 of the fourth embodiment shown in FIG. 6 is that a holding member is constituted by eight beams, and an interlayer insulating film 69 is formed above the insulating film 42 as in the third embodiment. And the thin film heat detectors 76a to 76h are three-dimensionally arranged.
That is, the configuration in which the thin film heat sensing element and the metal thin film resistor are provided in each beam portion and connected to each other and the thin film heat sensing elements are connected to each other by the metal thin film resistor in the central region B is basically the same. , The number is different.

薄膜熱感知体76b,76d、76f,76hと金属薄膜抵抗体75b,75d、75f,75hとは、絶縁膜42(図6には図示しない)で構成する梁部73b,73d、73f,73h上にそれぞれ設けている。同じく、薄膜熱感知体76a,76c,76e,76gと金属薄膜抵抗体75a,75c、75e,75gとは、絶縁膜42の上部に設ける層間絶縁膜69で構成する梁部73a,73c、73e,73g上にそれぞれ設けている。   The thin film heat detectors 76b, 76d, 76f, and 76h and the metal thin film resistors 75b, 75d, 75f, and 75h are on the beam portions 73b, 73d, 73f, and 73h formed by the insulating film 42 (not shown in FIG. 6). Respectively. Similarly, the thin film thermal detectors 76a, 76c, 76e, and 76g and the metal thin film resistors 75a, 75c, 75e, and 75g are beam portions 73a, 73c, 73e, and the like, which are configured by an interlayer insulating film 69 provided on the insulating film 42. It is provided on each 73g.

層間絶縁膜69は、すでに説明した例と同様に、枠形状の支持基板41の表面に設けている絶縁膜42のさらに上部に設けており、図6(a)に示す平面図では、支持基板41の電極パッド74a〜74hを除く表面全てが層間絶縁膜69となっている。
したがって、梁部73a〜73hは、すべて絶縁膜42と層間絶縁膜69との積層構造になっている。
Similar to the example already described, the interlayer insulating film 69 is provided further above the insulating film 42 provided on the surface of the frame-shaped support substrate 41. In the plan view shown in FIG. The entire surface except for the electrode pads 74 a to 74 h of 41 is an interlayer insulating film 69.
Therefore, the beam portions 73a to 73h all have a laminated structure of the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69.

梁部73b,73d,73f,73hは、絶縁膜42と層間絶縁膜69との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えており、梁部73a,73c,73e,73gは、梁部の最上面である層間絶縁膜69の上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えている。   The beam portions 73b, 73d, 73f, and 73h include a thin film thermal detector and a metal thin film resistor between the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69, and the beam portions 73a, 73c, 73e, and 73g A thin film heat sensing element and a metal thin film resistor are provided on the upper part of the interlayer insulating film 69 which is the uppermost surface of the part.

なお、これらの梁部73a〜73hの上部の薄膜熱感知体76a〜76hを覆うように、ガス検知体48を設けているが、図6においては、図面を見やすくするために省略している。   The gas detector 48 is provided so as to cover the thin film heat detectors 76a to 76h above the beam portions 73a to 73h, but is omitted in FIG. 6 for easy understanding of the drawing.

中央領域Bは、下側の梁部73b,73d,73f,73hの接続部分と、上側の梁部73a,73c,73e,73gの接続部分と、が上下に交差する領域となっている。
この中央領域Bにあっては、下側の梁部である梁部73bと梁部73dとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体76bと薄膜熱感知体76dとが金属薄膜抵抗体75kにより接続されている。同様に、下側の梁部である梁部73fと梁部73hとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体76fと薄膜熱感知体76hとが金属薄膜抵抗体75lにより接続されている。
The center region B is a region where the connecting portions of the lower beam portions 73b, 73d, 73f, and 73h and the connecting portions of the upper beam portions 73a, 73c, 73e, and 73g intersect vertically.
In the central region B, the thin film heat sensing element 76b and the thin film heat sensing element 76d provided in the beam part 73b and the beam part 73d, which are the lower beam parts, are connected by the metal thin film resistor 75k. ing. Similarly, the thin film heat sensing element 76f and the thin film heat sensing element 76h provided on the beam part 73f and the beam part 73h, which are the lower beam parts, are connected by a metal thin film resistor 75l.

また、上側の梁部である梁部73aと梁部73gとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体76aと薄膜熱感知体76gとが金属薄膜抵抗体75jにより接続されている。同様に、上側の梁部である梁部73cと梁部73eとにそれぞれ設けている薄膜熱感知体76cと薄膜熱感知体76eとが金属薄膜抵抗体75iにより接続されている。
金属薄膜抵抗体75k,75lと金属薄膜抵抗体75i,75jとの間には層間絶縁膜69があるから、双方が接触してしまうことはない。
Further, the thin film heat sensing element 76a and the thin film heat sensing element 76g provided in the beam part 73a and the beam part 73g, which are the upper beam parts, are connected by a metal thin film resistor 75j. Similarly, the thin film heat sensing element 76c and the thin film heat sensing element 76e provided on the beam part 73c and the beam part 73e, which are the upper beam parts, are connected by a metal thin film resistor 75i.
Since there is an interlayer insulating film 69 between the metal thin film resistors 75k and 75l and the metal thin film resistors 75i and 75j, they do not come into contact with each other.

電極パッド74a〜74hは、すべて層間絶縁膜69の上部に設けてある。電極パッドは支持基板41の上部のどこに設けてもかまわないが、図6に示す例では、電極パッド74a,74c,74e,74gは、それぞれ12時方向、9時方向、6時方向、3時方向に設けており、電極パッド74b,74d,74f,74hは、それぞれ支持基板41の角部に設けている。   The electrode pads 74 a to 74 h are all provided on the interlayer insulating film 69. The electrode pads may be provided anywhere on the support substrate 41, but in the example shown in FIG. 6, the electrode pads 74a, 74c, 74e, and 74g are respectively 12 o'clock direction, 9 o'clock direction, 6 o'clock direction, and 3 o'clock. The electrode pads 74b, 74d, 74f, and 74h are provided at the corners of the support substrate 41, respectively.

電極パッド74b,74d,74f,74hの下部には、図示はしないが層間絶縁膜69を開口するスルーホールが設けられており、電極パッド74bと金属薄膜抵抗体75bとが、電極パッド74dと金属薄膜抵抗体75dとが、電極パッド74fと金属薄膜抵抗体75fとが、電極パッド74hと金属薄膜抵抗体75hとがそれぞれ接続されている。   Although not shown, a through hole that opens the interlayer insulating film 69 is provided below the electrode pads 74b, 74d, 74f, and 74h. The electrode pad 74b and the metal thin film resistor 75b are connected to the electrode pad 74d and the metal. The thin film resistor 75d is connected to the electrode pad 74f and the metal thin film resistor 75f, and the electrode pad 74h and the metal thin film resistor 75h are connected to each other.

このように、第4の実施形態の梁部は、第3の実施形態と同様に、絶縁膜42と層間絶縁膜69との積層膜構造になっている。   As described above, the beam portion of the fourth embodiment has a laminated film structure of the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69 as in the third embodiment.

なお、中央領域Bにおいては、金属薄膜抵抗体75k,75l,75i,75jは、第1の実施形態と同様に、センサ領域Rの中心点Cの上部には設けていない。
そして、8つの薄膜熱感知体76a〜76hも他の実施形態と同様に、それぞれセンサ領域Rの中心点Cから離間して配設しており、中心点Cから等距離になるようにも設けている。
In the central region B, the metal thin film resistors 75k, 75l, 75i, and 75j are not provided above the center point C of the sensor region R, as in the first embodiment.
The eight thin film thermal detectors 76a to 76h are also arranged apart from the center point C of the sensor region R and provided so as to be equidistant from the center point C, as in the other embodiments. ing.

図6に示す第4の実施形態では、薄膜熱感知体を立体的に配置しているが、中心点Cに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。
詳しくは、薄膜熱感知体76aと薄膜熱感知体76eとが点対称になっており、薄膜熱感知体76cと薄膜熱感知体76gとが点対称になっている。同様に、薄膜熱感知体76bと薄膜熱感知体76fとが点対称になっており、薄膜熱感知体76dと薄膜熱感知体76hとが点対称になっている。
In the fourth embodiment shown in FIG. 6, the thin film thermal detectors are three-dimensionally arranged, but are provided at point-symmetrical positions with respect to the center point C, respectively.
Specifically, the thin film heat sensing element 76a and the thin film heat sensing element 76e are point symmetric, and the thin film heat sensing element 76c and the thin film heat sensing element 76g are point symmetric. Similarly, the thin film heat sensor 76b and the thin film heat sensor 76f are point symmetric, and the thin film heat sensor 76d and the thin film heat sensor 76h are point symmetric.

このようにすれば、薄膜熱感知体76a〜76hは、中心点Cから等距離に配置されていて均等な分散をなしており、全体的に重量バランスがとれた状態になる。
さらにまた、それぞれの薄膜熱感知体は、同一形状、同一の大きさに形成することにより、梁部における熱容量も同一とすることができ、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
In this way, the thin film heat detectors 76a to 76h are arranged equidistant from the center point C and are evenly distributed, so that the overall weight balance is achieved.
Furthermore, by forming each thin film heat sensing element in the same shape and the same size, the heat capacity in the beam part can be made the same, and the sensitivity characteristic and reaction speed characteristic of gas detection can be improved. At the same time, the accuracy of the characteristics can be increased.

第4の実施形態は、梁部を8つ設ける例を示した。このように多くの梁部に薄膜熱感知体を分けて配置することにより、1つの梁部当たりの熱容量が低減されることから、薄膜熱感知体の感度が向上する。また、1つの梁部当たりの重量が低減されるから、梁部自体が軽くなり、ガスの到来などによる不足の応力が加わっても、破壊に至りにくくなるのである。   4th Embodiment showed the example which provides eight beam parts. By arranging the thin film heat sensing elements in such a large number of beam portions, the heat capacity per beam portion is reduced, so that the sensitivity of the thin film heat sensing body is improved. Further, since the weight per one beam portion is reduced, the beam portion itself becomes light, and even if insufficient stress due to the arrival of gas or the like is applied, it becomes difficult to break.

なお、第4の実施形態では、梁部の数を8つとしたが、これは一例である。到来するガスの種類や、薄膜熱感知体の材料や抵抗値によって、自由に選択することができる。
また、絶縁膜42と層間絶縁膜69とは、第3の実施形態と同様に、同じ材料を用いて
も異なる材料を用いてもよく、もちろん、複数の膜を積層する積層膜構造を有してもよい。
In the fourth embodiment, the number of beam portions is eight, but this is an example. It can be freely selected according to the type of gas coming in, the material of the thin film thermal detector and the resistance value.
In addition, the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69 may be made of the same material or different materials as in the third embodiment, and of course have a laminated film structure in which a plurality of films are laminated. May be.

[第5の実施形態の説明1:図7]
次に、第5の実施形態を図7を用いて説明する。
図7は第5の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図7において、42aはメンブレン構造体である。82hはメンブレン構造体42aに設ける貫通孔である。84a,84bは電極パッドである。85a,85b,85c,85d,85eは金属薄膜抵抗体である。86a,86b,86c,86dは薄膜熱感知体である。80はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
[Explanation of Fifth Embodiment 1: FIG. 7]
Next, a fifth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is a plan view schematically showing the structure of the fifth embodiment. In FIG. 7, 42a is a membrane structure. 82h is a through hole provided in the membrane structure 42a. 84a and 84b are electrode pads. 85a, 85b, 85c, 85d, and 85e are metal thin film resistors. Reference numerals 86a, 86b, 86c, and 86d denote thin film heat detectors. Reference numeral 80 denotes a gas detection element. The same reference numerals are given to the same components that have already been described, and detailed description thereof is omitted.

図7に示す第5の実施形態のガス検知素子80の特徴は、保持部材をメンブレン構造とした点である。すでに説明した第1から第4の実施形態は、支持基板41の上部に絶縁膜42を設け、この絶縁膜42で支持基板41の枠形状の対向する2辺を所定の幅を持って橋渡しするように梁部を構成していた。図7に示す第5の実施形態では、保持部材を梁部で構成せず、メンブレン構造体42aとしたものである。   A feature of the gas detection element 80 of the fifth embodiment shown in FIG. 7 is that the holding member has a membrane structure. In the first to fourth embodiments already described, the insulating film 42 is provided on the support substrate 41, and the two opposing sides of the frame shape of the support substrate 41 are bridged with a predetermined width by the insulating film 42. The beam part was configured as follows. In the fifth embodiment shown in FIG. 7, the holding member is not composed of a beam portion, but is a membrane structure 42a.

メンブレン構造体42aは、支持基板41の上部に設ける絶縁膜42をセンサ領域Rの方向に一様な薄膜で構成したものである。メンブレンとは「膜」を意味するものであり、メンブレン構造とは、膜による構造そのものを意味するものであるが、本発明の実施形態では、説明しやすいように絶縁膜42のうち、センサ領域Rの部分をメンブレン構造体42aとしている。   The membrane structure 42 a is configured by forming the insulating film 42 provided on the support substrate 41 with a thin film that is uniform in the direction of the sensor region R. The membrane means a “film”, and the membrane structure means the structure itself. However, in the embodiment of the present invention, the sensor region of the insulating film 42 is easy to explain. The portion R is a membrane structure 42a.

薄膜熱感知体86a〜86dおよび金属薄膜抵抗体85a〜85eは、絶縁膜42で構成するメンブレン構造体42a上に設けている。電極パッド84a,84bは、絶縁膜42の上ではあるが、支持基板41の上部に設けている。電極パッドは支持基板41の上部のどこに設けてもかまわないが、図7に示す例では、6時方向に設けている。   The thin film heat sensing elements 86 a to 86 d and the metal thin film resistors 85 a to 85 e are provided on the membrane structure 42 a configured by the insulating film 42. The electrode pads 84 a and 84 b are provided on the insulating substrate 42 but on the support substrate 41. The electrode pads may be provided anywhere above the support substrate 41, but in the example shown in FIG.

メンブレン構造体42aは、特に限定しないが、例えば、1μmの薄膜である。メンブレン構造体42aの上部の、薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを有していない部分に貫通孔82hを設けている。この貫通孔82hは、すでに説明した第1〜第4の実施形態の貫通孔42hと同様の役割を有しており、ガスが通過する部分となっている。   The membrane structure 42a is not particularly limited, but is a 1 μm thin film, for example. A through hole 82h is provided in a portion of the upper part of the membrane structure 42a that does not have the thin film heat sensing element and the metal thin film resistor. This through-hole 82h has a role similar to that of the through-hole 42h of the first to fourth embodiments already described, and is a portion through which gas passes.

貫通孔82hは、図7に示す例では、円形の形状を有しているが、もちろん、その形状は一例であって、多角形で構成してもよい。また、多角形と円形とを組み合わせてもよく、自由に変更が可能である。   In the example shown in FIG. 7, the through hole 82 h has a circular shape. However, the shape is an example, and the through hole 82 h may be a polygon. Further, a polygon and a circle may be combined and can be freely changed.

薄膜熱感知体86aと薄膜熱感知体86bとは、金属薄膜抵抗体85bで接続している。同様に、薄膜熱感知体86bと薄膜熱感知体86cとは、金属薄膜抵抗体85cで接続し、薄膜熱感知体86cと薄膜熱感知体86dとは、金属薄膜抵抗体85dで接続している。
薄膜熱感知体86aは、金属薄膜抵抗体85aにより、電極パッド84aに接続しており、同様に、薄膜熱感知体86dは、金属薄膜抵抗体85eにより、電極パッド84bに接続している。
The thin film heat sensing element 86a and the thin film heat sensing element 86b are connected by a metal thin film resistor 85b. Similarly, the thin film thermal sensor 86b and the thin film thermal sensor 86c are connected by a metal thin film resistor 85c, and the thin film thermal sensor 86c and the thin film thermal sensor 86d are connected by a metal thin film resistor 85d. .
The thin film heat detector 86a is connected to the electrode pad 84a by a metal thin film resistor 85a. Similarly, the thin film heat detector 86d is connected to the electrode pad 84b by a metal thin film resistor 85e.

なお、メンブレン構造体42aの上部の薄膜熱感知体86a〜86dを覆うように、ガス検知体48を設けるのであるが、図7においては、図面を見やすくするために省略している。   The gas detector 48 is provided so as to cover the thin film heat detectors 86a to 86d above the membrane structure 42a. However, in FIG. 7, the gas detector 48 is omitted for easy understanding of the drawing.

図7に示す例では、薄膜熱感知体86a〜86dは、センサ領域Rの中心点Cを囲むように設けているが、それぞれの薄膜熱感知体は、中心点Cから離間して配設しており、中心点Cに対して点対称の位置にそれぞれを設けている。また、中心点Cから等距離になるようにも設けている。   In the example shown in FIG. 7, the thin film heat detectors 86 a to 86 d are provided so as to surround the center point C of the sensor region R. However, each thin film heat detector is disposed apart from the center point C. Each is provided at a point-symmetrical position with respect to the center point C. It is also provided so as to be equidistant from the center point C.

図7に示す第5の実施形態では、薄膜熱感知体86aと薄膜熱感知体86cとが点対称になっており、薄膜熱感知体86bと薄膜熱感知体86dとが点対称になっている。   In the fifth embodiment shown in FIG. 7, the thin film heat sensing element 86a and the thin film heat sensing element 86c are point symmetric, and the thin film heat sensing element 86b and the thin film heat sensing element 86d are point symmetric. .

図7に示す第5の実施形態では、保持部材をメンブレン構造体42aとすることで、枠形状の支持基板41の内壁41cに囲まれたセンサ領域Rはすべてメンブレン構造体42aとなるこのような構造であるから、膜自体にしなやかさを有している。このため、流通するガスの流圧によってメンブレン構造体42aに撓みが生じても、その撓みは小さく抑えることができる。また、メンブレン構造体42aに生じる応力も分散して小さくなり、メンブレン構造体42aの損壊を抑制する効果を生む。   In the fifth embodiment shown in FIG. 7, the sensor member R surrounded by the inner wall 41c of the frame-shaped support substrate 41 becomes all the membrane structure 42a by using the membrane structure 42a as the holding member. Because of the structure, the film itself has flexibility. For this reason, even if the membrane structure 42a bends due to the flow pressure of the flowing gas, the bend can be kept small. In addition, the stress generated in the membrane structure 42a is also dispersed and reduced, thereby producing an effect of suppressing damage to the membrane structure 42a.

また、4つの薄膜熱感知体が均等な分散配置をとり、すでに説明した実施形態と同様に、それぞれの熱容量を同一としておけば、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。   In addition, if the four thin film heat detectors have an evenly distributed arrangement, and the heat capacities are the same as in the above-described embodiment, the sensitivity characteristics and reaction rate characteristics of gas detection can be enhanced and The accuracy of characteristics can be increased.

[第5の実施形態の説明2:図8]
次に、第5の実施形態の別の構成を図8を用いて説明する。
図8は第5の実施形態の別の構造を模式的に示す平面図である。図8に示す構成も、図7に示す構成と同様に、薄膜熱感知体86a〜86dおよび金属薄膜抵抗体85a〜85eは、絶縁膜42で構成するメンブレン構造体42a上に設けているのである。しかし、相違点は、薄膜熱感知体86a〜86dの配置が、メンブレン構造体42a上に分散して配置しているという点である。
[Description of Fifth Embodiment 2: FIG. 8]
Next, another configuration of the fifth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a plan view schematically showing another structure of the fifth embodiment. In the configuration shown in FIG. 8 as well, the thin film heat detectors 86a to 86d and the metal thin film resistors 85a to 85e are provided on the membrane structure 42a formed of the insulating film 42, as in the configuration shown in FIG. . However, the difference is that the thin film heat detectors 86a to 86d are distributed on the membrane structure 42a.

図8に示す構成では、各薄膜熱感知体は、中心点Cに対して点対称に配置しているものではなく、中心点Cからの距離も同一ではない。メンブレン構造体42aに対しては、多少重量バランスが悪くはなるが、センサ領域Rに分散しているため、熱の集中は緩和できる。このように、薄膜熱感知体は、中心点Cから離間して、センサ領域Rにばらけて配置してもよいのである。   In the configuration shown in FIG. 8, the thin film thermal detectors are not arranged symmetrically with respect to the center point C, and the distance from the center point C is not the same. Although the weight balance is somewhat worse for the membrane structure 42a, since it is dispersed in the sensor region R, the concentration of heat can be alleviated. As described above, the thin film heat sensing element may be arranged apart from the center point C and dispersed in the sensor region R.

[第6の実施形態の説明:図9]
次に、第6の実施形態を図9を用いて説明する。
図9は第6の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図9(a)はその平面図、図9(b)は図9(a)の切断線Z−Z´における端面を模式的に示す端面図である。
図9において、99は絶縁膜である。99aは絶縁膜99で構成したメンブレン構造体である。99hはメンブレン構造体99に設ける貫通孔である。90はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
[Explanation of Sixth Embodiment: FIG. 9]
Next, a sixth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 9 is a plan view schematically showing the structure of the sixth embodiment. FIG. 9A is a plan view thereof, and FIG. 9B is an end view schematically showing an end surface taken along a cutting line ZZ ′ of FIG. 9A.
In FIG. 9, 99 is an insulating film. Reference numeral 99 a denotes a membrane structure constituted by the insulating film 99. 99h is a through hole provided in the membrane structure 99. Reference numeral 90 denotes a gas detection element. The same reference numerals are given to the same components that have already been described, and detailed description thereof is omitted.

図9に示す第6の実施形態のガス検知素子90の特徴は、保持部材を梁部とメンブレン構造体とにした点である。図5を用いて説明した第3の実施形態と図7や図8を用いて説明した第5の実施形態とを合わせた構成であって、下側の梁部63a,63cの上部に上側の梁部63b,63dを重ねており、これら2つの梁部の下部にメンブレン構造体99aを設ける構成である。   The feature of the gas detection element 90 of the sixth embodiment shown in FIG. 9 is that the holding member is a beam portion and a membrane structure. The third embodiment described with reference to FIG. 5 is combined with the fifth embodiment described with reference to FIGS. 7 and 8, and the upper portion of the lower beam portions 63 a and 63 c is arranged on the upper side. The beam portions 63b and 63d are overlapped, and a membrane structure 99a is provided below the two beam portions.

メンブレン構造体99aは、支持基板41の上部に設ける絶縁膜99をセンサ領域Rの方向に一様な薄膜で構成したものである。図7や図8を用いてすでに説明した第5の実施形態のメンブレン構造体42aと同様に、絶縁膜99のうち、センサ領域Rの部分をメンブレン構造体99aとしている。   The membrane structure 99 a is configured by forming an insulating film 99 provided on the upper portion of the support substrate 41 with a thin film that is uniform in the direction of the sensor region R. Similar to the membrane structure 42a of the fifth embodiment already described with reference to FIGS. 7 and 8, the portion of the sensor region R in the insulating film 99 is the membrane structure 99a.

層間絶縁膜69は、すでに説明した例と同様に、枠形状の支持基板41の表面に設けている絶縁膜42のさらに上部に設けており、図9(a)に示す平面図では、支持基板41の電極パッド44a〜44dを除く表面全てが層間絶縁膜69となっている。
したがって、梁部63a〜63dは、すべてメンブレン構造体99aと絶縁膜42と層間絶縁膜69との積層構造になっている。
Similar to the example already described, the interlayer insulating film 69 is provided further on the insulating film 42 provided on the surface of the frame-shaped support substrate 41. In the plan view shown in FIG. The entire surface except for the electrode pads 44 a to 44 d of 41 is an interlayer insulating film 69.
Accordingly, the beam portions 63a to 63d all have a laminated structure of the membrane structure 99a, the insulating film 42, and the interlayer insulating film 69.

なお、梁部63a,63cは、メンブレン構造体99aの上部に設ける絶縁膜42と層間絶縁膜69との間に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えており、梁部63b,63dは、梁部の最上面である層間絶縁膜69の上部に薄膜熱感知体と金属薄膜抵抗体とを備えている。   The beam portions 63a and 63c include a thin film thermal sensor and a metal thin film resistor between the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69 provided on the membrane structure 99a. The beam portions 63b and 63d The thin film heat sensing element and the metal thin film resistor are provided on the upper part of the interlayer insulating film 69 which is the uppermost surface of the beam portion.

なお、メンブレン構造体99aの上部の薄膜熱感知体46a〜46dを覆うように、ガス検知体48を設けるのであるが、図9においては、図面を見やすくするために省略している。   The gas detector 48 is provided so as to cover the thin film heat detectors 46a to 46d above the membrane structure 99a. However, in FIG. 9, the gas detector 48 is omitted for easy understanding of the drawing.

図示しないが、中央領域Bにおいて、梁部63a〜63dに設ける薄膜熱感知体46a〜46dと平面的に重なるメンブレン構造体99aの膜厚を薄くするか、除去してもかまわない。
そのようにすれば、薄膜熱感知体の下部の膜厚が薄くなり、熱容量が小さくなるので、センサとしての感度が向上する。
Although not shown, the film thickness of the membrane structure 99a that planarly overlaps the thin film heat sensing elements 46a to 46d provided in the beam portions 63a to 63d in the central region B may be reduced or removed.
By doing so, the thickness of the lower part of the thin film heat sensing element is reduced and the heat capacity is reduced, so that the sensitivity as a sensor is improved.

なお、図9に示す例では、2つの梁部の下部にメンブレン構造体99aを設ける構成を説明したが、これに限定するものではない。2つの梁部の上部にメンブレン構造体99aを設けてもよいのである。   In the example shown in FIG. 9, the configuration in which the membrane structure 99a is provided below the two beam portions has been described, but the present invention is not limited to this. The membrane structure 99a may be provided above the two beam portions.

いずれの構成においても、梁部とメンブレン構造体とで保持部材を構成すれば、保持部材を損壊しにくくすることができる。2つの梁部を構成する絶縁膜42と層間絶縁膜69、そしてメンブレン構造体99aを構成する絶縁膜99は、すでに説明した実施形態と同様に、その材料や膜厚を適宜選択することができる。これにより、梁部自体が有する応力を打ち消しあったり、強度としなやかさを兼ね備えた保持部材とすることができるためである。   In any configuration, if the holding member is configured by the beam portion and the membrane structure, the holding member can be hardly damaged. The material and film thickness of the insulating film 42 and the interlayer insulating film 69 constituting the two beam portions and the insulating film 99 constituting the membrane structure 99a can be appropriately selected as in the embodiment already described. . Thereby, it is possible to cancel the stress of the beam part itself, or to obtain a holding member having both strength and flexibility.

[第7の実施形態の説明:図10]
次に、第7の実施形態を図10を用いて説明する。
図10は第7の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図10において、103a,103b,103c,103dは梁部である。104a,104b,104c,104d,104e,104f,104g,104hは電極パッドである。105a,105b,105c,105d,105e,105f,105g,105h,105i,105j,105k,105lは金属薄膜抵抗体である。106a,106b,106c,106d,106e,106f,106g,106hは薄膜熱感知体である。100はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
[Explanation of Seventh Embodiment: FIG. 10]
Next, a seventh embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 10 is a plan view schematically showing the structure of the seventh embodiment. In FIG. 10, 103a, 103b, 103c, and 103d are beam portions. 104a, 104b, 104c, 104d, 104e, 104f, 104g and 104h are electrode pads. 105a, 105b, 105c, 105d, 105e, 105f, 105g, 105h, 105i, 105j, 105k, and 105l are metal thin film resistors. Reference numerals 106a, 106b, 106c, 106d, 106e, 106f, 106g, and 106h are thin film heat detectors. Reference numeral 100 denotes a gas detection element. The same reference numerals are given to the same components that have already been described, and detailed description thereof is omitted.

図10に示す第7の実施形態のガス検知素子100の特徴は、保持部材を構成する梁部
が、いわゆる片持ち梁構造を有している点である。つまり、支持基板41から梁部を構成する絶縁膜42が中心点Cに向かって延在し、その端部が開放端となっている構成である。
センサ領域Rの中央領域Bでは、各梁部は離間しているため、梁部の接続部分Dは存在しない。
なお、電極パッド104a〜104hは、支持基板41の上部の絶縁膜42の上に設けてある。電極パッドは支持基板41の上部のどこに設けてもかまわないが、図10に示す例では、12時方向、9時方向、6時方向、3時方向にそれぞれ設けている。
The characteristic of the gas detection element 100 of 7th Embodiment shown in FIG. 10 is that the beam part which comprises a holding member has what is called a cantilever structure. That is, the insulating film 42 constituting the beam portion extends from the support substrate 41 toward the center point C, and the end thereof is an open end.
In the central region B of the sensor region R, since the beam portions are separated from each other, there is no connection portion D of the beam portion.
The electrode pads 104 a to 104 h are provided on the insulating film 42 on the support substrate 41. The electrode pads may be provided anywhere on the support substrate 41, but in the example shown in FIG. 10, the electrode pads are provided in the 12 o'clock direction, 9 o'clock direction, 6 o'clock direction, and 3 o'clock direction, respectively.

梁部103aの上部には、薄膜熱感知体106a,106hと、金属薄膜抵抗体105a,105h,105iとが設けてある。薄膜熱感知体106aと薄膜熱感知体106hとは、梁部103aの端部にて金属薄膜抵抗体105iで接続されている。薄膜熱感知体106aは、金属薄膜抵抗体105aで電極パッド104aに接続し、薄膜熱感知体106hは、金属薄膜抵抗体105hで電極パッド104ah接続している。
他の梁部に関しても同様に、2つの薄膜熱感知体が梁部の端部にて金属薄膜抵抗体で接続されており、そして電極パッドにそれぞれ接続されている。
Thin film heat sensing elements 106a and 106h and metal thin film resistors 105a, 105h, and 105i are provided on the beam 103a. The thin film heat sensing element 106a and the thin film heat sensing element 106h are connected by a metal thin film resistor 105i at the end of the beam portion 103a. The thin film heat sensing element 106a is connected to the electrode pad 104a by a metal thin film resistor 105a, and the thin film heat sensing element 106h is connected to the electrode pad 104ah by a metal thin film resistor 105h.
Similarly for the other beam portions, the two thin film heat sensing elements are connected by metal thin film resistors at the ends of the beam portions, and are connected to the electrode pads, respectively.

なお、薄膜熱感知体106a〜106hを覆うように、ガス検知体48を設けるのであるが、図10においては、図面を見やすくするために省略している。ガス検知体48は、各梁部の上部の薄膜熱感知体ごとに設けるが、それぞれの梁部を橋渡しするように中心点Cの上部を覆うように設けてもかまわない。   Note that the gas detector 48 is provided so as to cover the thin film heat detectors 106a to 106h, but is omitted in FIG. 10 for easy understanding of the drawing. Although the gas detector 48 is provided for each thin film heat detector above each beam portion, it may be provided so as to cover the upper portion of the center point C so as to bridge each beam portion.

図10に示す例では、他の実施形態と同様に、薄膜熱感知体106a〜106hは、センサ領域Rの中心点Cから離間して配設している。中心点Cに対して点対称の位置にそれぞれを設けており、中心点Cから等距離になるようにも設けている。
ところで、薄膜熱感知体106a,106hを第1の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体106b,106cを第2の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体106d,106eを第3の薄膜熱感知体群とし、薄膜熱感知体106f,106gを第4の薄膜熱感知体群と、仮に決めると、各薄膜熱感知体群は、中心点Cに対して点対称に配置されていることになる。
In the example shown in FIG. 10, the thin film thermal detectors 106 a to 106 h are arranged away from the center point C of the sensor region R, as in the other embodiments. Each is provided at a point-symmetrical position with respect to the center point C, and is provided so as to be equidistant from the center point C.
By the way, the thin film heat detectors 106a and 106h are a first thin film heat sensor group, the thin film heat sensors 106b and 106c are a second thin film heat sensor group, and the thin film heat sensors 106d and 106e are a third thin film heat sensor. Assuming that the thin film heat sensing elements 106f and 106g are the fourth thin film heat sensing element group, the thin film heat sensing element groups are arranged symmetrically with respect to the center point C. become.

図10に示すような構成にすれば、梁構造としては、しなやかであり、ガスの到来により圧力が生じても、それぞれの梁部が自由に撓むことでその力を受け流すことができる。これにより、梁部の損壊を防止することができるのである。
また、それぞれの薄膜熱感知体が均等な分散配置をとり、すでに説明した実施形態と同様に、それぞれの熱容量を同一としておけば、ガス検知の感度特性や反応速度特性を高めることができると共にその特性の精度を高めることができる。
If the configuration shown in FIG. 10 is adopted, the beam structure is flexible, and even if pressure is generated by the arrival of gas, each beam portion can be flexed freely to receive the force. Thereby, damage to the beam portion can be prevented.
In addition, if each thin film heat sensing element has an evenly distributed arrangement and the heat capacity is the same as in the embodiment already described, the sensitivity characteristics and reaction speed characteristics of gas detection can be enhanced and The accuracy of characteristics can be increased.

なお、第7の実施形態では、梁部103a〜103dは、絶縁膜42で構成しているため、強度などは同一となっているが、これに限定するものではない。すでに説明したように、絶縁膜42は、複数の膜を積層した積層膜構造を有してもよい。このとき、各梁部の膜の材料や膜厚をそれぞれ変えることで、それぞれの梁部の強度や撓み具合を変えることができる。
そのような構成にすれば、到来するガスの向きや角度、速度などに応じて、より適する梁部を構成することができるのである。
In the seventh embodiment, since the beam portions 103a to 103d are composed of the insulating film 42, the strength and the like are the same, but the present invention is not limited to this. As already described, the insulating film 42 may have a laminated film structure in which a plurality of films are laminated. At this time, the strength and the degree of deflection of each beam part can be changed by changing the material and film thickness of the film of each beam part.
With such a configuration, a more suitable beam portion can be configured according to the direction, angle, speed, etc. of the incoming gas.

なお、ガス検知体48は、それぞれの梁部を橋渡しするように中心点Cの上部を覆うように設けてもかまわないと説明したが、このような構成にすると、梁部103a〜103dがガス検知体48にて接続されるような形態になる。このため、ガスの到来により、それぞれの梁部が自由に撓むことでその力を受け流すことができにくくなるが、もちろん、
梁部を構成する膜の材料や膜厚を選択することで、梁構造としてのしなやかさを有することもできる。
Although it has been described that the gas detector 48 may be provided so as to cover the upper part of the center point C so as to bridge the respective beam portions, in this configuration, the beam portions 103a to 103d are gasses. It becomes a form connected by the detection body 48. For this reason, due to the arrival of gas, it becomes difficult for each beam part to bend freely, so that it is difficult to receive the force,
By selecting the material and film thickness of the film constituting the beam part, it is possible to have flexibility as a beam structure.

[第8の実施形態の説明:図11]
次に、第8の実施形態を図11を用いて説明する。
図11は第8の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図11(a)はその平面図、図11(b)は図11(a)の切断線W−W´における端面を模式的に示す端面図である。
図11において、119は絶縁膜である。119aは絶縁膜119で構成したメンブレン構造体である。119hはメンブレン構造体119に設ける貫通孔である。110はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
[Explanation of Eighth Embodiment: FIG. 11]
Next, an eighth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 11 is a plan view schematically showing the structure of the eighth embodiment. FIG. 11A is a plan view thereof, and FIG. 11B is an end view schematically showing an end face taken along a cutting line WW ′ of FIG.
In FIG. 11, reference numeral 119 denotes an insulating film. Reference numeral 119a denotes a membrane structure formed of the insulating film 119. 119h is a through hole provided in the membrane structure 119. Reference numeral 110 denotes a gas detection element. The same reference numerals are given to the same components that have already been described, and detailed description thereof is omitted.

図11に示す第8の実施形態のガス検知素子110の特徴は、保持部材を梁部とメンブレン構造体とにした点である。図10を用いて説明した第7の実施形態と図7や図8を用いて説明した第5の実施形態とを合わせた構成であって、梁部103a〜103dの下部にメンブレン構造体119aを設ける構成である。   The feature of the gas detection element 110 of the eighth embodiment shown in FIG. 11 is that the holding member is a beam portion and a membrane structure. The seventh embodiment described with reference to FIG. 10 and the fifth embodiment described with reference to FIG. 7 and FIG. 8 are combined, and the membrane structure 119a is provided below the beam portions 103a to 103d. It is a structure to provide.

メンブレン構造体119aは、支持基板41の上部に設ける絶縁膜119をセンサ領域Rの方向に一様な薄膜で構成したものである。図7や図8を用いて説明した第5の実施形態のメンブレン構造体42aと同様に、絶縁膜119のうち、センサ領域Rの部分をメンブレン構造体119aとしている。   The membrane structure 119a is configured by forming an insulating film 119 provided on the support substrate 41 with a thin film that is uniform in the direction of the sensor region R. Similar to the membrane structure 42a of the fifth embodiment described with reference to FIGS. 7 and 8, the portion of the sensor region R in the insulating film 119 is the membrane structure 119a.

なお、梁部103a〜103dの上部の薄膜熱感知体106a〜106hを覆うように、ガス検知体48を設けるのであるが、図11においては、図面を見やすくするために省略している。   The gas detector 48 is provided so as to cover the thin film heat detectors 106a to 106h above the beam portions 103a to 103d. However, in FIG. 11, the gas detector 48 is omitted for easy viewing.

図示しないが、中央領域Bにおいて、梁部103a〜103dに設ける薄膜熱感知体106a〜106hと平面的に重なるメンブレン構造体119aの膜厚を薄くするか、除去してもかまわない。
そのようにすれば、薄膜熱感知体の下部の膜厚が薄くなり、熱容量が小さくなるので、センサとしての感度が向上する。
Although not shown, the film thickness of the membrane structure 119a that overlaps the thin film heat sensing elements 106a to 106h provided in the beam portions 103a to 103d in the central region B may be reduced or removed.
By doing so, the thickness of the lower part of the thin film heat sensing element is reduced and the heat capacity is reduced, so that the sensitivity as a sensor is improved.

なお、図11に示す例では、梁部103a〜103dの下部にメンブレン構造体119aを設ける構成を説明したが、これに限定するものではない。梁部103a〜103dの上部にメンブレン構造体119aを設けてもよいのである。   In the example illustrated in FIG. 11, the configuration in which the membrane structure 119a is provided below the beam portions 103a to 103d has been described. However, the configuration is not limited thereto. The membrane structure 119a may be provided above the beam portions 103a to 103d.

梁部103a〜103dは、片持ち梁構造と同様に、それぞれが撓むことができるため、梁構造としては、よりしなやかである。それらの下部にメンブレン構造体119aを設けることで、強度も有することができる。したがって、保持部材を損壊しにくくすることができる。   Since each of the beam portions 103a to 103d can be bent similarly to the cantilever beam structure, the beam structure is more flexible. By providing the membrane structure 119a under them, strength can be obtained. Therefore, it is possible to make the holding member difficult to break.

以上、第1の実施形態〜第8の実施形態では、薄膜熱感知体の上部にガス検知体を設ける構成を例示してきたが、もちろんこれに限定するものではない。薄膜熱感知体を半導体で構成すれば、ガス検知体は不要になる。   As described above, in the first to eighth embodiments, the configuration in which the gas detector is provided on the upper part of the thin film heat detector has been exemplified, but the present invention is not limited to this. If the thin film heat sensing element is made of a semiconductor, the gas sensing element becomes unnecessary.

[ガスセンサシステムの説明:図12]
次に、本発明の薄膜型ガスセンサを用いたガスセンサシステムについて説明する。図12は、その概念図である。
図11において、1001はガス検知素子、1002はリファレンス素子、1003は補正回路、1004は判定回路、1005はガス流入方向、1011はガス検知体(触媒)、1100はガスセンサシステムである。
[Description of Gas Sensor System: FIG. 12]
Next, a gas sensor system using the thin film gas sensor of the present invention will be described. FIG. 12 is a conceptual diagram thereof.
In FIG. 11, 1001 is a gas detection element, 1002 is a reference element, 1003 is a correction circuit, 1004 is a determination circuit, 1005 is a gas inflow direction, 1011 is a gas detector (catalyst), and 1100 is a gas sensor system.

ガス検知素子1001は、これまでに説明した実施形態と同一のものである。図12においては、説明しやすいように簡略化している。なお、ガス検知素子1001には、ガス検知体1011を設けており、ガスの到来により発熱しやすくしている。
リファレンス素子1002は、ガス検知素子100と同一の構造体であるが、ガス検知体1011を設けていない。
ガスセンサシステム1100は、ガス検知素子1001とリファレンス素子1002とを内包する構成となっている。このような構成を2チップ構成とよぶ。ガスセンサシステム1100は、説明に必要のない部分を省略している。
The gas detection element 1001 is the same as the embodiment described so far. In FIG. 12, it is simplified for easy explanation. The gas detection element 1001 is provided with a gas detection body 1011 so that heat is easily generated by the arrival of gas.
The reference element 1002 has the same structure as the gas detection element 100, but does not include the gas detection body 1011.
The gas sensor system 1100 includes a gas detection element 1001 and a reference element 1002. Such a configuration is called a two-chip configuration. The gas sensor system 1100 omits parts that are not necessary for the description.

ガス検知素子1001は判定回路1004と接続しており、リファレンス素子1002は、補正回路1003を介して判定回路1004に接続している。   The gas detection element 1001 is connected to the determination circuit 1004, and the reference element 1002 is connected to the determination circuit 1004 via the correction circuit 1003.

ガスセンサは、ガスの到来を温度変化という物理量に置き換えることでガスを検知するものであるが、温度は周囲環境によっても変化するため、単一のガス検知素子ではその影響を受けやすい。
例えば、周囲温度が激しく変動するような環境にガスセンサを設置したとき、それに搭載するガス検知素子が単一であったとき、薄膜熱感知体の抵抗値変化が、ガスが到来したことによるものなのか、周囲温度が変化したことによるものなのかを、判別できないのである。
The gas sensor detects the gas by replacing the arrival of the gas with a physical quantity called a temperature change. However, since the temperature also changes depending on the surrounding environment, a single gas detection element is easily affected.
For example, when a gas sensor is installed in an environment where the ambient temperature fluctuates violently, and there is a single gas sensing element mounted on it, the change in the resistance value of the thin film thermal detector is due to the arrival of gas. It is not possible to determine whether it is due to a change in ambient temperature.

2チップ構成のガスセンサシステム1100は、ガス検知素子1001とリファレンス素子1002とを内包するため、これら2つの素子は常に同一の環境温度に置かれる。例えば、環境温度が変化し、ガス検知素子1001の薄膜熱感知体の抵抗値が変化しても、リファレンス素子1002の薄膜熱感知体の抵抗値も同様に変化する。ガス検知素子1001とリファレンス素子1002との抵抗値は、それぞれ判定回路1004にて比較されるが、それぞれの抵抗値に差異がなければ、ガスが到来していないことを判別できるのである。   Since the gas sensor system 1100 having a two-chip configuration includes the gas detection element 1001 and the reference element 1002, these two elements are always placed at the same environmental temperature. For example, even if the environmental temperature changes and the resistance value of the thin film heat sensing element of the gas sensing element 1001 changes, the resistance value of the thin film heat sensing element of the reference element 1002 changes in the same manner. The resistance values of the gas detection element 1001 and the reference element 1002 are compared by the determination circuit 1004. If there is no difference between the resistance values, it can be determined that no gas has arrived.

一方、流入方向1005からガスが流入したとき、ガス検知素子1001は、ガス検知体1011を搭載しているため、薄膜熱感知体の抵抗値が変化する。リファレンス素子1002は、ガス検知体1011を備えていないため、抵抗値が変化しない。つまり、ガス検知素子1001とリファレンス素子1002との抵抗値に、差異が発生する。この差異を判定回路1004にて検出することにより、ガスが到来したことを判別できるのである。   On the other hand, when gas flows in from the inflow direction 1005, the gas detection element 1001 has the gas detection body 1011 mounted thereon, so that the resistance value of the thin film heat detection body changes. Since the reference element 1002 does not include the gas detector 1011, the resistance value does not change. That is, a difference occurs between the resistance values of the gas detection element 1001 and the reference element 1002. By detecting this difference by the determination circuit 1004, it can be determined that gas has arrived.

ようするに、ガス検知素子1001とリファレンス素子1002とで、ガスの到来により発生する発熱具合に違いを生じさせておくことで、ガスの到来を正しく検知できるようにするのである。
したがって、ガス検知素子1001とリファレンス素子1002とは、少なくとも1つずつあればよく、当然のことながら、ガスセンサシステム1100の都合により、これらの対を複数設けてもよく、ガス検知素子1001の数とリファレンス素子1002の数とをそれぞれ変えてもかまわない。
In other words, the gas detection element 1001 and the reference element 1002 are made to detect the arrival of gas correctly by making a difference in the degree of heat generated by the arrival of gas.
Therefore, it is sufficient that at least one gas detection element 1001 and one reference element 1002 are provided. Of course, a plurality of pairs of these gas detection elements 1001 may be provided depending on the convenience of the gas sensor system 1100. The number of reference elements 1002 may be changed.

なお、リファレンス素子1002は、補正回路1003を介して判定回路1004と接続している。補正回路1003は、ガス検知素子1001がガス検知体1011を備えていることにより、ガス検知素子1001とリファレンス素子1002との薄膜熱感知体の
抵抗値に若干の違いが生じてしまう場合などに、それを補正するために設けるものである。例えば、薄膜熱感知体と同一の材料などにより構成される抵抗素子などを用いる。
このようにすれば、ガス検知素子1001とリファレンス素子1002とで、その抵抗値に違いが生じても、判定回路1004は正しく判定することができる。
Note that the reference element 1002 is connected to the determination circuit 1004 via the correction circuit 1003. When the gas detection element 1001 includes the gas detection body 1011, the correction circuit 1003 has a slight difference in the resistance value of the thin film thermal detection body between the gas detection element 1001 and the reference element 1002. It is provided to correct it. For example, a resistance element made of the same material as that of the thin film thermal sensor is used.
In this way, even if there is a difference in resistance between the gas detection element 1001 and the reference element 1002, the determination circuit 1004 can correctly determine.

また、ガスセンサシステム1100によっては、ガス検知素子1001とリファレンス素子1002との配設状態(例えば、双方の素子の実装場所など)によって、必ずしも環境温度の影響を等しく受けないこともある。このような場合であっても、補正回路1003を設ければ、抵抗値を補正することができ、判定回路1004は正しく判定することができる。   Further, depending on the gas sensor system 1100, the arrangement of the gas detection element 1001 and the reference element 1002 (for example, the mounting location of both elements) may not necessarily be equally affected by the environmental temperature. Even in such a case, if the correction circuit 1003 is provided, the resistance value can be corrected, and the determination circuit 1004 can correctly determine.

さらにまた、ガスセンサシステム1100によっては、ガス検知素子1001とリファレンス素子1002とを離間して配設する場合がある。ガスが到来する経路は同じであるが、装置の構造上の都合などにより、双方を離間して配置する場合がある。または、あるガスの流入経路において、ガスが流入してくる側にガス検知素子1001を設け、ガスが排出される側にリファレンス素子1002を設ける場合などである。そうすると、双方の素子の周囲温度に差異が生じてしまうこともある。このような場合であっても、補正回路1004を設ければ、抵抗値を補正することができ、判定回路1004は正しく判定することができる。   Furthermore, depending on the gas sensor system 1100, the gas detection element 1001 and the reference element 1002 may be arranged apart from each other. The path through which the gas arrives is the same, but there are cases in which both are arranged apart from each other due to the structure of the apparatus. Or, in a certain gas inflow path, the gas detection element 1001 is provided on the gas inflow side, and the reference element 1002 is provided on the gas exhaust side. This may cause a difference in the ambient temperature of both elements. Even in such a case, if the correction circuit 1004 is provided, the resistance value can be corrected, and the determination circuit 1004 can correctly determine.

なお、図12に示す例では、補正回路1003は、リファレンス素子1002と判定回路1004との間に設けているが、もちろん、これに限定するものではなく、ガス検知素子1001と判定回路1004との間に設けてもかまわない。   In the example illustrated in FIG. 12, the correction circuit 1003 is provided between the reference element 1002 and the determination circuit 1004, but of course, the invention is not limited to this. It may be provided in between.

本発明の薄膜型ガスセンサは、薄膜熱感知体が密集していないため、ガスの到来により高温になっても熱の集中がなく、梁部の耐久性を向上させることができる。このため、比較的高温環境で運用されるガスセンサとして好適である。   In the thin film type gas sensor of the present invention, since the thin film heat sensing elements are not densely packed, heat does not concentrate even when the temperature rises due to arrival of gas, and durability of the beam portion can be improved. For this reason, it is suitable as a gas sensor operated in a relatively high temperature environment.

40,50,60,70,80,90,100,110 ガス検知素子
41 支持基板
41c 内壁
42,99,119 絶縁膜
42a,99a,119a メンブレン構造体
42h,82h,99h,119h 貫通孔
43a〜43d 梁部
63a〜63d 梁部
73a〜73h 梁部
103a〜103d 梁部
44a〜44d 電極パッド
54a,54b 電極パッド
74a〜74h 電極パッド
84a,84b 電極パッド
104a〜104h 電極パッド
45a〜45f 金属薄膜抵抗体
55a〜55i 金属薄膜抵抗体
75a〜75l 金属薄膜抵抗体
85a〜85e 金属薄膜抵抗体
105a〜105l 金属薄膜抵抗体
46a〜46d 薄膜熱感知体
56a〜56h 薄膜熱感知体
76a〜76h 薄膜熱感知体
86a〜86d 薄膜熱感知体
106a〜106h 薄膜熱感知体
48 ガス感知体
69 層間絶縁膜
B 中央領域
C 中心点
F 張出部
R センサ領域
1001 ガス検知素子
1002 リファレンス素子
1003 補正回路
1004 判定回路
1005 ガス流入方向
1011 ガス感知体
1100 ガスセンサシステム
40, 50, 60, 70, 80, 90, 100, 110 Gas detection element 41 Support substrate 41c Inner wall 42, 99, 119 Insulating film 42a, 99a, 119a Membrane structure 42h, 82h, 99h, 119h Through-holes 43a-43d Beams 63a-63d Beams 73a-73h Beams 103a-103d Beams 44a-44d Electrode pads 54a, 54b Electrode pads 74a-74h Electrode pads 84a, 84b Electrode pads 104a-104h Electrode pads 45a-45f Metal thin film resistors 55a 55i Metal thin film resistors 75a to 75l Metal thin film resistors 85a to 85e Metal thin film resistors 105a to 105l Metal thin film resistors 46a to 46d Thin film heat detectors 56a to 56h Thin film heat detectors 76a to 76h Thin film heat detectors 86a to 86a 86d Thin Film Thermal Sensors 106a-106 Thin heat sensing body 48 gas sensing element 69 interlayer insulating film B central region C the center point F overhang portion R sensor area 1001 gas detector element 1002 Reference element 1003 correction circuit 1004 decision circuit 1005 gas inflow direction 1011 gas sensing member 1100 Gas sensor system

Claims (9)

枠形状をなす支持基板の内側をセンサ領域とし、該センサ領域に前記支持基板から延設して保持部材を設け、前記センサ領域の該保持部材上に複数の薄膜熱感知体を備えた薄膜型ガスセンサにおいて、
前記薄膜熱感知体は、前記センサ領域の中心点から離間して配置することを特徴とする薄膜型ガスセンサ。
A thin film type in which the inside of a support substrate having a frame shape is a sensor region, a holding member is provided extending from the support substrate in the sensor region, and a plurality of thin film thermal sensors are provided on the holding member in the sensor region In the gas sensor,
The thin film type heat sensor is arranged so as to be separated from a center point of the sensor region.
前記薄膜熱感知体は、前記中心点に対して点対称に配置することを特徴とする請求項1に記載の薄膜型ガスセンサ。   The thin film type gas sensor according to claim 1, wherein the thin film heat sensing element is arranged point-symmetrically with respect to the center point. 複数の前記薄膜熱感知体は、前記中心点からそれぞれ等距離に設けることを特徴とする請求項1または2に記載の薄膜型ガスセンサ。   The thin film type gas sensor according to claim 1, wherein the plurality of thin film heat sensing bodies are provided at equal distances from the center point. 複数の前記薄膜熱感知体は、熱容量がそれぞれ同一であることを特徴とする請求項1から3のいずれか1つに記載の薄膜型ガスセンサ。   The thin film type gas sensor according to any one of claims 1 to 3, wherein the plurality of thin film heat sensing bodies have the same heat capacity. 複数の前記薄膜熱感知体は、金属薄膜抵抗体を介してそれぞれ互いに接続していることを特徴とする請求項1から4のいずれか1つに記載の薄膜型ガスセンサ。   The thin film type gas sensor according to any one of claims 1 to 4, wherein the plurality of thin film heat sensing elements are connected to each other through a metal thin film resistor. 前記保持部材は、前記薄膜熱感知体の搭載部を避けて貫通孔が形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか1つに記載の薄膜型ガスセンサ。   6. The thin film gas sensor according to claim 1, wherein the holding member is formed with a through hole so as to avoid a mounting portion of the thin film heat sensing element. 前記保持部材は、前記薄膜熱感知体の搭載部の幅よりその厚さが薄いことを特徴とする請求項1から6のいずれか1つに記載の薄膜型ガスセンサ。   The thin film type gas sensor according to claim 1, wherein the holding member has a thickness smaller than a width of the mounting portion of the thin film heat sensing element. 前記保持部材は、複数の薄膜を積層してなる積層膜構造をなし、
前記積層膜を構成する第1の薄膜は、メンブレン構造を有し、
前記積層膜を構成する第2の薄膜は、その断面が矩形の梁構造を有し、
前記メンブレン構造は、前記支持基板から前記センサ領域に向かって一様な薄膜であり、前記薄膜熱感知体の搭載部を避けて前記貫通孔を有していることを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の薄膜型ガスセンサ。
The holding member has a laminated film structure in which a plurality of thin films are laminated,
The first thin film constituting the laminated film has a membrane structure,
The second thin film constituting the laminated film has a beam structure with a rectangular cross section,
The said membrane structure is a uniform thin film from the said support substrate toward the said sensor area | region, and has the said through-hole avoiding the mounting part of the said thin film heat sensing element. The thin film gas sensor according to any one of 7.
前記保持部材を複数備え、
複数の前記保持部材は、その端部が前記センサ領域の前記中心点と平面的に重ならないようにしてなる片持ち梁構造をなし、
複数の前記保持部材のそれぞれに前記薄膜熱感知体を設けることを特徴とする請求項1から7のいずれか1つに記載の薄膜型ガスセンサ。
A plurality of the holding members are provided,
The plurality of holding members have a cantilever structure in which end portions thereof do not overlap the center point of the sensor region in a plane,
The thin film type gas sensor according to any one of claims 1 to 7, wherein the thin film heat sensing body is provided on each of the plurality of holding members.
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