JP2010230592A - Gas sensor - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To ensure a longer life by improving a corrosion resistance, and improve an electric connectivity between a pad portion and a lead pin of a sensor board. <P>SOLUTION: A gas sensor includes the corrosion-resistant sensor board 3 disposed in a measurement space S1, provided with a circuit element 33 for detecting a sample gas, and having the gold or platinum pad portion 34 serving as a wiring connection of the circuit element 33; the nickel alloy lead pin 5 wherein one end 5a is disposed in the measurement space S1 and electrically connected to the pad portion 34, and the other end 5b is disposed outside the measurement space; and a gold or platinum connection 6 which electrically connects between the pad portion 34 and the one end 5a of the lead pin 5. A first layer 7 comprising chromium, tungsten or titanium is formed at the one end 5a of the lead pin 5, and a second layer 8 comprising gold or platinum is formed on the first layer 7. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、試料ガスを検出するためのガスセンサに関するものであり、特に当該ガスセンサのセンサ基板の配線構造に関するものである。   The present invention relates to a gas sensor for detecting a sample gas, and particularly to a wiring structure of a sensor substrate of the gas sensor.

この種のガスセンサとしては、特許文献1に示すように、ホイートストンブリッジ回路を用いて試料ガスの熱伝導率を検出し、当該熱伝導率によって試料ガス中の所定成分の濃度を測定する熱伝導率センサがある。   As this type of gas sensor, as shown in Patent Document 1, the thermal conductivity of a sample gas is detected using a Wheatstone bridge circuit, and the concentration of a predetermined component in the sample gas is measured based on the thermal conductivity. There is a sensor.

従来、ホイートストンブリッジ回路を構成する測定用抵抗等の回路要素が形成されたセンサ基板を測定空間内に配置している。このセンサ基板には、回路要素の配線接続部となる金又は白金製のパッド部が形成されている。そして、一端部が測定空間内に設けられたリードピンにワイヤボンディングされている。   Conventionally, a sensor substrate on which circuit elements such as measurement resistors constituting a Wheatstone bridge circuit are formed is arranged in a measurement space. On this sensor substrate, a pad portion made of gold or platinum serving as a wiring connection portion of a circuit element is formed. One end is wire-bonded to a lead pin provided in the measurement space.

ここで、試料ガスが酸性又はアルカリ性の腐蝕性成分を含むものである場合にはリードピンが耐腐蝕性を有する必要があり、従来は、耐腐蝕性の小さい例えば鉄(Fe)に銅(Cu)メッキした上に、ニッケル(Ni)メッキし、さらに金(Au)メッキして用いている。   Here, when the sample gas contains an acidic or alkaline corrosive component, the lead pin needs to have corrosion resistance. Conventionally, for example, iron (Fe) with low corrosion resistance is plated with copper (Cu). On top, nickel (Ni) plating and gold (Au) plating are used.

しかしながら、メッキにピンホール(微小孔)があると、当該微小孔から腐蝕性成分が侵入して、リードピンが腐蝕されて導通不良が生じ、検出信号に誤差が生じてしまう等の問題がある。   However, if there is a pin hole (micro hole) in the plating, there is a problem that a corrosive component enters from the micro hole, the lead pin is corroded, a conduction failure occurs, and an error occurs in the detection signal.

このとき、ピンホールを無くすためには、メッキの厚みを大きくすることが考えられるが、メッキを厚くすると当然コストが大きくなってしまうという問題がある。   At this time, in order to eliminate the pinhole, it is conceivable to increase the thickness of the plating. However, if the plating is increased, there is a problem that the cost naturally increases.

特開2003−42983号公報JP 2003-42983 A

そこで本発明は、上記問題点を一挙に解決するためになされたものであり、耐腐蝕性を向上させることによって長寿命化を可能にするとともに、センサ基板のパッド部とリードピンとの電気的接続性を向上させることをその主たる所期課題とするものである。   Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems all at once, and it is possible to extend the life by improving the corrosion resistance and to electrically connect the pad portion of the sensor substrate and the lead pin. The main goal is to improve performance.

すなわち本発明に係るガスセンサは、測定空間内に設けられ、試料ガスを検出するための回路要素が形成され、当該回路要素の配線接続部となる金又は白金製のパッド部を有するセンサ基板と、一端部が測定空間内に設けられて前記パッド部に電気的に接続され、他端部が測定空間外に設けられるニッケル合金製のリードピンと、前記パッド部と前記リードピンの一端部とを電気的に接続する金又は白金製の接続体と、を具備し、前記リードピンの一端部に、クロム、タングステン又はチタンからなる第1層、及び当該第1層上に金又は白金からなる第2層が形成されていることを特徴とする。   That is, a gas sensor according to the present invention is provided in a measurement space, a circuit element for detecting a sample gas is formed, and a sensor substrate having a gold or platinum pad part that serves as a wiring connection part of the circuit element; A lead pin made of nickel alloy having one end portion provided in the measurement space and electrically connected to the pad portion, and the other end portion provided outside the measurement space, and the pad portion and one end portion of the lead pin electrically And a first layer made of chromium, tungsten, or titanium on one end of the lead pin, and a second layer made of gold or platinum on the first layer. It is formed.

このようなものであれば、リードピンをニッケル合金製にしていることから、リードピンに耐腐蝕性を持たせることができ、導通不良を防止して検出信号に誤差が生じてしまう等の問題を解決することができ、また長寿命化を可能にすることができる。さらに、リードピンの一端部に、クロム等からなる第1層及び金等からなる第2層を成膜し、当該第2層に接続体を接続させることによって、接続体とリードピンとの電気的接続性を向上させることができる。   If this is the case, since the lead pin is made of nickel alloy, the lead pin can be made to have corrosion resistance, and it solves problems such as the occurrence of errors in detection signals by preventing poor conduction. It is possible to increase the service life. Further, a first layer made of chromium or the like and a second layer made of gold or the like are formed on one end of the lead pin, and the connection body is connected to the second layer, thereby electrically connecting the connection body and the lead pin. Can be improved.

また、外部導線とリードピンとの電気的接続性を向上させるためには、前記リードピンの他端部に、クロム、タングステン又はチタンからなる第1層、及び当該第1層上にニッケルからなる第2層が形成され、当該第2層に外部導線が接続されていることが望ましい。   In order to improve the electrical connection between the external conductor and the lead pin, a first layer made of chromium, tungsten or titanium is formed on the other end of the lead pin, and a second layer made of nickel is formed on the first layer. It is desirable that a layer is formed and an external conductor is connected to the second layer.

センサ基板を保持している部材の熱膨張係数とセンサ基板の熱膨張係数との違いによって、センサ基板に生じる応力を緩和し、センサ基板の破損を好適に防止するためには、前記センサ基板を前記測定空間内で保持するベース体を備え、前記ベース体と前記センサ基板との間に、前記ベース体の熱膨張係数と前記センサ基板の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する中間体を介在させていることが望ましい。   In order to relieve the stress generated in the sensor board due to the difference between the coefficient of thermal expansion of the member holding the sensor board and the coefficient of thermal expansion of the sensor board, and to prevent damage to the sensor board, the sensor board is preferably An intermediate body comprising a base body held in the measurement space, and having a thermal expansion coefficient between the base body and the sensor substrate, between the thermal expansion coefficient of the base body and the thermal expansion coefficient of the sensor substrate. It is desirable to intervene.

このように構成した本発明によれば、耐腐蝕性を向上させることよって長寿命化するとともに、センサ基板のパッド部とリードピンとの電気的接続性を向上させることができる。   According to the present invention configured as described above, it is possible to extend the life by improving the corrosion resistance and to improve the electrical connectivity between the pad portion of the sensor substrate and the lead pin.

本発明の一実施形態に係る熱伝導率センサの測定回路を示す図である。It is a figure which shows the measurement circuit of the thermal conductivity sensor which concerns on one Embodiment of this invention. 同実施形態に係る熱伝導率センサの内部ブロック体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal block body of the thermal conductivity sensor which concerns on the same embodiment. 同実施形態の内部ブロック体を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the internal block body of the embodiment. 同実施形態のベース体、センサ基板及びリードピンの模式的断面図である。It is a typical sectional view of a base body, a sensor board, and a lead pin of the embodiment. 同実施形態のセンサ基板を示す平面図である。It is a top view which shows the sensor board | substrate of the embodiment. 同実施形態の薄膜抵抗体の温度分布を示すシミュレーション結果である。It is a simulation result which shows the temperature distribution of the thin film resistor of the embodiment.

以下に本発明に係る熱伝導率センサの一実施形態について図面を参照して説明する。   Hereinafter, an embodiment of a thermal conductivity sensor according to the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態に係る熱伝導率センサ100は、可燃性及び/又は腐蝕性成分を含む試料ガスの熱伝導率を検出し、当該熱伝導率によって試料ガス中の所定成分の濃度を測定するものである。なお、可燃性及び/又は腐蝕性成分としては、水(HO)、酸素(O)ガス、硫黄酸化物(SO)ガス、窒素酸化物(NO)ガス、塩酸(HCl)ガス、アンモニア(NH)ガス、硫化水素(HS)ガス又は水素(H)ガス等である。 The thermal conductivity sensor 100 according to the present embodiment detects the thermal conductivity of a sample gas containing a combustible and / or corrosive component, and measures the concentration of a predetermined component in the sample gas based on the thermal conductivity. is there. As combustible and / or corrosive components, water (H 2 O), oxygen (O 2 ) gas, sulfur oxide (SO X ) gas, nitrogen oxide (NO X ) gas, hydrochloric acid (HCl) gas Ammonia (NH 3 ) gas, hydrogen sulfide (H 2 S) gas, hydrogen (H 2 ) gas, or the like.

まず熱伝導率センサ100の測定回路について図1を参照して説明する。
この測定回路は、試料ガスに接触して設けられる2つの測定用抵抗R1、R2及びリファレンスガスに接触して設けられる2つの比較用抵抗R3、R4を用いて構成されるものである、具体的に測定回路は、1つの測定用抵抗R1又はR2と、1つの比較用抵抗R3又はR4とを直列接続して形成される2つの直列回路部を並列接続して構成されるホイートストンブリッジ回路WBを用いて構成されている。
First, a measurement circuit of the thermal conductivity sensor 100 will be described with reference to FIG.
This measurement circuit is configured by using two measurement resistors R1 and R2 provided in contact with the sample gas and two comparison resistors R3 and R4 provided in contact with the reference gas. The measurement circuit includes a Wheatstone bridge circuit WB configured by connecting two series circuit units formed in parallel by connecting one measurement resistor R1 or R2 and one comparison resistor R3 or R4 in series. It is configured using.

このとき、各直列回路部の測定用抵抗R1、R2が互いに対向する対辺に、比較用抵抗R3、R4が互いに対向する対辺に位置するように並列接続されている。また、各直列回路部の接続点間に定電流を流すための定電流源CSが接続されている。なお、各直列回路部の接続点の一方には、オフセット調整用の可変抵抗R5が設けられている。このような構成において、演算部Xが、各直列回路部における測定用抵抗R1、R2及び比較用抵抗R3、R4の接続点P1、P2の電位を検出して、それら接続点P1、P2の電位差を検出信号として取得して、試料ガス中の所定成分の濃度を算出するようにしている。なお、少なくとも熱伝導率センサ100、定電流源CS及び演算部Xによりガス分析装置を構成している。   At this time, the measurement resistors R1 and R2 of each series circuit unit are connected in parallel so that the comparison resistors R3 and R4 are located on opposite sides facing each other. Further, a constant current source CS for flowing a constant current is connected between the connection points of the series circuit portions. Note that a variable resistor R5 for offset adjustment is provided at one of connection points of the series circuit portions. In such a configuration, the calculation unit X detects the potentials of the connection points P1, P2 of the measurement resistors R1, R2 and the comparison resistors R3, R4 in each series circuit unit, and the potential difference between the connection points P1, P2 Is obtained as a detection signal, and the concentration of a predetermined component in the sample gas is calculated. Note that at least the thermal conductivity sensor 100, the constant current source CS, and the calculation unit X constitute a gas analyzer.

次に、熱伝導率センサ100の機器構成について説明する。
本実施形態の熱伝導率センサ100は、前記ホイートストンブリッジ回路WBを内部に備えるものであり、試料ガスを内部に導入する導入口及び試料ガスを外部に導出する導出口が形成された耐圧防爆構造のケーシング(不図示)と、当該ケーシング内に設けられ、前記導入口及び導出口に連通する耐圧防爆構造の内部ブロック体2(図2参照)とを備える。
Next, the equipment configuration of the thermal conductivity sensor 100 will be described.
The thermal conductivity sensor 100 of the present embodiment includes the Wheatstone bridge circuit WB inside, and has a pressure- and explosion-proof structure in which an introduction port for introducing the sample gas into the interior and an outlet port for deriving the sample gas to the outside are formed. A casing (not shown), and an explosion-proof internal block body 2 (see FIG. 2) that is provided in the casing and communicates with the inlet and the outlet.

そして、内部ブロック体2は、図2に示すように、内部流路2Aが形成されたブロック本体21と、このブロック本体21に設けられて内部流路2Aに連通するとともに、導入口に配管を介して接続される導入配管接続部22と、当該ブロック本体21に設けられて内部流路2Aに連通するとともに、導出口に配管を介して接続される導出配管接続部23と、を備えている。   As shown in FIG. 2, the internal block body 2 includes a block main body 21 in which an internal flow path 2A is formed, and is provided in the block main body 21 so as to communicate with the internal flow path 2A. And a lead-out pipe connecting portion 22 provided in the block main body 21 to communicate with the internal flow path 2A and connected to the lead-out port via a pipe. .

なお、導入配管接続部22及び導出配管接続部23には、焼結金属エレメント24が、接続部内の流路をブロック本体21側(点火源側)と配管側とに仕切るように設けられている。具体的に焼結金属エレメントは、有底筒形状をなすものであり、その底部分がブロック本体21側を向くように流路に沿って設けられている。   A sintered metal element 24 is provided in the inlet pipe connecting part 22 and the outlet pipe connecting part 23 so as to partition the flow path in the connecting part into the block main body 21 side (ignition source side) and the pipe side. . Specifically, the sintered metal element has a bottomed cylindrical shape, and is provided along the flow path so that the bottom portion faces the block main body 21 side.

このように各接続部22、23内に焼結金属エレメント24を設けることによって、ブロック本体21内で火炎が生じた場合に、当該火炎が接続部22、23外に及ぶことを防ぎ、配管の構成及び当該配管を各接続部22、23に接続するための継ぎ手の構成を工業電気設備防爆指針(発行者 独立行政法人 労働安全衛生総合研究所)に基づいた専用の構成とする必要がなく、構成を簡単化できるとともに製造コストを削減することができる。   Thus, by providing the sintered metal element 24 in each connection part 22,23, when a flame arises in the block main body 21, the said flame is prevented from reaching the connection parts 22,23, and piping There is no need to use a dedicated configuration based on the Industrial Electrical Equipment Explosion Proof Guidelines (Issued by the Occupational Safety and Health Research Institute) The configuration can be simplified and the manufacturing cost can be reduced.

ブロック本体21は、ステンレス鋼等の耐腐蝕性材料から形成されており、ブロック本体21の内部流路2A上には、測定用抵抗R1、R2が形成されたセンサ基板3(以下、特に区別する場合には「測定用基板3m」という。)が配置される測定空間S1が形成されている。   The block main body 21 is made of a corrosion-resistant material such as stainless steel, and the sensor substrate 3 on which the measurement resistors R1 and R2 are formed on the internal flow path 2A of the block main body 21 (hereinafter particularly distinguished). In this case, a measurement space S1 in which the “measurement substrate 3m” is disposed is formed.

具体的には、内部流路2Aの一部を形成する凹部21aに測定用基板3mを保持するセンサホルダ4を気密に嵌入することによってセンサホルダ4と凹部21aによって測定空間S1が形成され、測定用基板3mが測定空間S1内に設けられる。   Specifically, the measurement space S1 is formed by the sensor holder 4 and the recess 21a by airtightly fitting the sensor holder 4 holding the measurement substrate 3m into the recess 21a that forms a part of the internal flow path 2A. A substrate 3m is provided in the measurement space S1.

また、ブロック本体21には、比較用抵抗R3、R4が形成されたセンサ基板3(以下、特に区別する場合には「比較用基板3r」という。)が配置されるリファレンス空間S2が形成されている。このリファレンス空間S2内には、リファレンスガスが封入されるとともに、内部流路2Aとは独立して設けられている。   Further, the block body 21 is formed with a reference space S2 in which a sensor substrate 3 (hereinafter referred to as “comparison substrate 3r” when specifically distinguished) on which comparison resistors R3 and R4 are formed is disposed. Yes. In this reference space S2, a reference gas is enclosed and provided independently of the internal flow path 2A.

具体的には、ブロック本体21に形成された凹部21bに比較用基板3rを保持するセンサホルダ4を気密に嵌入することによってセンサホルダ4と凹部21bによってリファレンス空間S2が形成され、比較用基板3rがリファレンス空間S2内に設けられる。なお、比較用基板3rを保持するセンサホルダ4と、測定用基板3mを保持するセンサホルダ4とは同一の構成としている。   Specifically, the sensor holder 4 holding the comparison substrate 3r is hermetically fitted into the recess 21b formed in the block body 21, whereby the reference space S2 is formed by the sensor holder 4 and the recess 21b, and the comparison substrate 3r. Are provided in the reference space S2. The sensor holder 4 that holds the comparison substrate 3r and the sensor holder 4 that holds the measurement substrate 3m have the same configuration.

このセンサホルダ4は、ステンレス鋼等の耐腐蝕性材料から形成されており、概略円筒形状をなすものである。そして、このセンサホルダ4は、図3に示すように、センサ基板3及び当該センサ基板3に電気的に接続されるリードピン5が固定される概略円板形状のベース体41と、当該ベース体41に両側から挟むように固定されるホルダ本体42とを備えている。なお、ベース体41とホルダ本体42とは全周レーザ溶接により接続される。   The sensor holder 4 is made of a corrosion-resistant material such as stainless steel and has a substantially cylindrical shape. As shown in FIG. 3, the sensor holder 4 includes a sensor board 3 and a substantially disc-shaped base body 41 to which lead pins 5 electrically connected to the sensor board 3 are fixed, and the base body 41. And a holder main body 42 fixed so as to be sandwiched from both sides. In addition, the base body 41 and the holder main body 42 are connected by all-around laser welding.

しかして本実施形態の熱伝導率センサ100は、ホイートストンブリッジ回路WBを構成する一方の対辺に配置された測定用抵抗R1、R2を1つの測定空間S1内に配置し、他方の対辺に配置された比較用抵抗R3、R4を1つのリファレンス空間S2内に配置するようにしている。つまり、測定用抵抗R1、R2は、1つの測定用基板3mに設けられ、比較用抵抗R3、R4は、1つの比較用基板3rに設けられるとともに、その測定用基板3mを1つの測定空間S1内に配置し、比較用基板3rを1つのリファレンス空間S2内に配置している。なお、1つの測定空間S1とは、1つの測定セルによって形成される空間であり、2つの測定セルを配管等により連通させて形成されるようなものではない。本実施形態では、1つのセンサホルダ4とブロック本体21とにより1つの測定セルが構成される。また、1つのリファレンス空間S2とは、1つのリファレンスセルによって形成される空間であり、2つのリファレンスセルを配管等により連通させて形成されるようなものではない。本実施形態では、1つのセンサホルダ4とブロック本体21とにより1つのリファレンスセルが構成される。   Therefore, in the thermal conductivity sensor 100 of the present embodiment, the measurement resistors R1 and R2 arranged on one side of the Wheatstone bridge circuit WB are arranged in one measurement space S1, and arranged on the other side. The comparison resistors R3 and R4 are arranged in one reference space S2. That is, the measurement resistors R1 and R2 are provided on one measurement substrate 3m, the comparison resistors R3 and R4 are provided on one comparison substrate 3r, and the measurement substrate 3m is provided in one measurement space S1. The comparison substrate 3r is arranged in one reference space S2. One measurement space S1 is a space formed by one measurement cell, and is not formed by connecting two measurement cells by piping or the like. In this embodiment, one sensor cell 4 and one block body 21 constitute one measurement cell. One reference space S2 is a space formed by one reference cell, and is not formed by connecting two reference cells by piping or the like. In the present embodiment, one sensor cell 4 and the block main body 21 constitute one reference cell.

ここで、測定用基板3m及び比較用基板3rについて説明する。
測定用基板3mは、図4に示すように、例えば平面視矩形状の空洞部31aを有するシリコン基板31と、このシリコン基板31上に空洞部31aを遮るように設けられたダイアフラム構造の抵抗体保持膜32(例えばSiO膜と当該SiO膜上に形成されたSi膜から構成されている。)と、この抵抗体保持膜32上に形成された白金からなる薄膜抵抗体(回路要素)33と、当該薄膜抵抗体33の各端部に接触する配線接続部となる金からなるパッド部34と、を備えている。なお、薄膜抵抗体33及び抵抗体保持膜32上には、TEOS−SiO膜等の表面保護膜35が部分的に被覆されている。また、比較用基板3rは、測定用基板3mと同一の構成である。
Here, the measurement substrate 3m and the comparison substrate 3r will be described.
As shown in FIG. 4, the measurement substrate 3m includes, for example, a silicon substrate 31 having a cavity 31a having a rectangular shape in plan view, and a resistor having a diaphragm structure provided on the silicon substrate 31 so as to block the cavity 31a. A holding film 32 (for example, composed of a SiO 2 film and a Si 3 N 4 film formed on the SiO 2 film), and a thin film resistor (made of platinum) formed on the resistor holding film 32 ( Circuit element) 33 and a pad portion 34 made of gold serving as a wiring connecting portion that contacts each end portion of the thin film resistor 33. The thin film resistor 33 and the resistor holding film 32 are partially covered with a surface protective film 35 such as a TEOS-SiO 2 film. The comparison substrate 3r has the same configuration as the measurement substrate 3m.

具体的には、測定用基板3mを構成するシリコン基板31と比較用基板3rを構成するシリコン基板31は、同一形状をなし、本実施形態では共に平面視において矩形状をなすものである。また、測定用抵抗R1、R2を構成する薄膜抵抗体33のパターンと比較用抵抗R3、R4を構成する薄膜抵抗体33のパターンとは、同一パターンとなるように形成し、それらの抵抗値が同一となるようにしている。その他の膜の構成も同一である。このように測定用基板3m及び比較用基板3rの構成を同一にすることによって、測定用基板3m及び比較用基板3rの温度特性が同一となるようにしている。   Specifically, the silicon substrate 31 constituting the measurement substrate 3m and the silicon substrate 31 constituting the comparison substrate 3r have the same shape, and in the present embodiment, both are rectangular in a plan view. Further, the pattern of the thin film resistor 33 constituting the measuring resistors R1 and R2 and the pattern of the thin film resistor 33 constituting the comparative resistors R3 and R4 are formed to be the same pattern, and their resistance values are To be the same. The other film configurations are also the same. Thus, by making the configuration of the measurement substrate 3m and the comparison substrate 3r the same, the temperature characteristics of the measurement substrate 3m and the comparison substrate 3r are made the same.

また、ホイートストンブリッジ回路WBの対辺に配置される測定用抵抗R1、R2は、1つのシリコン基板31上にパターン形成された2つの薄膜抵抗体33からなり、他方の対辺に配置される比較用抵抗R3、R4は、1つのシリコン基板31上にパターン形成された2つの薄膜抵抗体33からなる。   Further, the measurement resistors R1 and R2 arranged on the opposite side of the Wheatstone bridge circuit WB are composed of two thin film resistors 33 patterned on one silicon substrate 31, and the comparison resistors arranged on the other opposite side. R3 and R4 are composed of two thin film resistors 33 patterned on one silicon substrate 31.

ここで、代表して測定用抵抗R1、R2を構成する薄膜抵抗体33のパターンについて図5を参照して説明する。   Here, the pattern of the thin film resistor 33 constituting the measurement resistors R1 and R2 as a representative will be described with reference to FIG.

測定用抵抗R1、R2を構成する薄膜抵抗体33は、シリコン基板31表面を二等分した各領域毎に1つずつ形成されている。また、各領域に形成された薄膜抵抗体33は、二等分線に対して対称に形成されている。   One thin film resistor 33 constituting the measurement resistors R1 and R2 is formed for each region obtained by dividing the surface of the silicon substrate 31 into two equal parts. The thin film resistor 33 formed in each region is formed symmetrically with respect to the bisector.

具体的には、各薄膜抵抗体33は、シリコン基板31(具体的には抵抗体保持膜32)表面上において、パターン形成された2つのパターン形成部33Pを有し、各パターン形成部33Pが、周辺部の密度が最も大きく中央部に至るに従って徐々に密度が小さくなるパターン形状をなし、パターン形成部33Pへの通電時にパターン形成部33P近傍を略均一な温度に昇温可能としている。   Specifically, each thin film resistor 33 has two pattern forming portions 33P that are patterned on the surface of the silicon substrate 31 (specifically, the resistor holding film 32). The pattern shape is such that the density of the peripheral portion is the largest and the density gradually decreases toward the central portion, and the vicinity of the pattern forming portion 33P can be heated to a substantially uniform temperature when the pattern forming portion 33P is energized.

より詳細には、パターン形成部33Pは、一方向(例えば左右方向)の両端部分では、薄膜抵抗体33の線幅及び薄膜抵抗体33の線間隔(ピッチ)が共に最小であり、中央部分に行くに従って徐々に薄膜抵抗体33の線幅及び薄膜抵抗体33の線間隔(ピッチ)が大きくなるダブルジグザク状のパターン形状に形成されている。   More specifically, the pattern forming portion 33P has a minimum line width of the thin film resistor 33 and a line interval (pitch) of the thin film resistor 33 at both ends in one direction (for example, the left and right direction). It is formed in a double zigzag pattern shape in which the line width of the thin film resistor 33 and the line interval (pitch) of the thin film resistor 33 gradually increase as it goes.

なお、本実施形態の熱伝導率センサ100においてセンサ感度を高めるためには、薄膜抵抗体33(測定用抵抗R1、R2及び比較用抵抗R3、R4)の温度を可及的に上昇させることが望ましい。しかしながら、防爆規格によって薄膜抵抗体33の温度の上限値が制限されることから、ピークを持つ温度分布ではなく、ブロードな温度分布が望ましい。   In order to increase the sensor sensitivity in the thermal conductivity sensor 100 of the present embodiment, the temperature of the thin film resistor 33 (measurement resistors R1, R2 and comparison resistors R3, R4) is increased as much as possible. desirable. However, since the upper limit value of the temperature of the thin film resistor 33 is limited by the explosion-proof standard, a broad temperature distribution is desirable instead of a temperature distribution having a peak.

この観点から、本実施形態の薄膜抵抗体33の温度分布のシミュレーション結果を図6に示す。図6に示す温度(Y軸)は、図5における線Cに沿った温度を示している。また、図6中の「改良後」とは、本実施形態の薄膜抵抗体33における温度分布を示すものであり、「改良前」とは、比較例として、薄膜抵抗体のパターン形成部のパターンが、両端部分及び中央部分共に、薄膜抵抗体の線幅及び薄膜抵抗体の線間隔を同一にして周辺部の密度と中央部の密度が等しいダブルジグザグ状のパターン形状に形成されたものである。   From this point of view, the simulation result of the temperature distribution of the thin film resistor 33 of the present embodiment is shown in FIG. The temperature (Y axis) shown in FIG. 6 indicates the temperature along line C in FIG. Further, “after improvement” in FIG. 6 indicates a temperature distribution in the thin film resistor 33 of the present embodiment, and “before improvement” indicates a pattern of a pattern forming portion of the thin film resistor as a comparative example. However, both the end portions and the central portion are formed in a double zigzag pattern shape in which the line width of the thin film resistor and the line interval of the thin film resistor are the same, and the density of the peripheral portion is equal to the density of the central portion. .

この図6から分かるように、「改良前」の温度は、中心部でピークを持ち、当該ピークが防爆規格温度(具体的には130℃)に制限され、その他の部分の温度をそれ以上上昇させることができない。一方、「改良後」の温度は、防爆規格温度(具体的には130℃)以下において均一な温度分布を形成していることが分かる。   As can be seen from FIG. 6, the “before improvement” temperature has a peak in the center, the peak is limited to the explosion-proof standard temperature (specifically, 130 ° C.), and the temperature of other parts is further increased. I can't let you. On the other hand, it can be seen that the temperature after “improved” forms a uniform temperature distribution at an explosion-proof standard temperature (specifically, 130 ° C.) or less.

<センサ基板3の配線構造>
そして、図4に示すように、センサホルダ4には、一端部5aが空間S1、S2内に設けられてパッド部34に電気的に接続され、他端部5bが空間S1、S2外に設けられる耐腐蝕性のリードピン5が設けられている。センサホルダ4のベース体41にはリードピン5が挿入される挿入孔41aが形成されており、当該挿入孔41aにリードピン5が挿入された状態において、ガラス封止により気密に固定されている。
<Wiring structure of sensor substrate 3>
As shown in FIG. 4, the sensor holder 4 has one end portion 5a provided in the spaces S1 and S2 and electrically connected to the pad portion 34, and the other end portion 5b provided outside the spaces S1 and S2. Corrosion-resistant lead pins 5 are provided. An insertion hole 41a into which the lead pin 5 is inserted is formed in the base body 41 of the sensor holder 4, and the lead pin 5 is inserted into the insertion hole 41a and is airtightly fixed by glass sealing.

リードピン5は、腐蝕性ガスに対して耐腐蝕性を示す材料から形成されており、具体的にはニッケル合金製の棒状部材である。なお、本実施形態におけるニッケル合金は、ニッケル(Ni)を主成分とし、コバルト(Co)、クロム(Cr)、モリブデン(Mo)、タングステン(W)、鉄(Fe)、ケイ素(Si)、マンガン(Mn)、炭素(C)等を含有する合金である。   The lead pin 5 is made of a material exhibiting corrosion resistance against a corrosive gas, and is specifically a rod member made of a nickel alloy. In addition, the nickel alloy in this embodiment has nickel (Ni) as a main component, cobalt (Co), chromium (Cr), molybdenum (Mo), tungsten (W), iron (Fe), silicon (Si), manganese It is an alloy containing (Mn), carbon (C) and the like.

また、リードピン5の一端部5a(測定空間S1側端部)と測定用基板3のパッド部34とは、接続体6により電気的に接続されている。この接続体6は、ワイヤボンディングにより、パッド部34及びリードピン5の一端部5aに接続されるものであり、本実施形態では、金ワイヤである。   Further, one end portion 5 a (end portion on the measurement space S 1 side) of the lead pin 5 and the pad portion 34 of the measurement substrate 3 are electrically connected by the connection body 6. The connection body 6 is connected to the pad portion 34 and the one end portion 5a of the lead pin 5 by wire bonding, and is a gold wire in this embodiment.

しかして、ニッケル合金と金ワイヤ6とをワイヤボンディングにより電気的に接続するとともに、耐腐蝕性を向上させるために、リードピン5の一端部5aには、図4の上の部分拡大図に示すように、クロム(Cr)からなる第1層7(Cr層)及び当該第1層7上に金(Au)からなる第2層8(Au層)が成膜されている。そして、Auワイヤ6が超音波接合によって接続される。なお、超音波接合とは、金ワイヤ6を治具でリードピン5に押し付けて数十KHz程度の超音波振動で擦り付け、その時に発生する摩擦熱と加圧力で接合するものである。   Thus, in order to electrically connect the nickel alloy and the gold wire 6 by wire bonding and to improve the corrosion resistance, the end portion 5a of the lead pin 5 is shown in the partially enlarged view of FIG. In addition, a first layer 7 (Cr layer) made of chromium (Cr) and a second layer 8 (Au layer) made of gold (Au) are formed on the first layer 7. Then, the Au wire 6 is connected by ultrasonic bonding. In the ultrasonic bonding, the gold wire 6 is pressed against the lead pin 5 with a jig and rubbed with ultrasonic vibration of about several tens of KHz, and bonded by frictional heat and pressure generated at that time.

本実施形態では、リードピン5の一端部5aに成膜されるCr層7の膜厚は例えば100〜500Åであり、Au層8の膜厚は例えば2000Å以上である。   In this embodiment, the film thickness of the Cr layer 7 formed on the one end portion 5a of the lead pin 5 is, for example, 100 to 500 mm, and the film thickness of the Au layer 8 is, for example, 2000 mm or more.

ニッケル合金に対してAu層8が成膜しにくいところ、上記のようにCr層7を成膜した後、当該Cr層7上にAu層8を形成することによって、Au層8をリードピン5の測定空間S1側端部(インナーリード側)に成膜することができる。また、Cr層7は酸化しやすいので、仮にAu層8にピンホール(微小孔)が生じた場合であっても、当該ピンホールにより外部に晒されるCr層7が酸化膜を形成することによって酸化の進行を抑えることができ、耐腐蝕性を向上させることができる。   Where the Au layer 8 is difficult to deposit on the nickel alloy, the Au layer 8 is formed on the lead pin 5 by forming the Au layer 8 on the Cr layer 7 after forming the Cr layer 7 as described above. A film can be formed on the end portion (inner lead side) of the measurement space S1. Further, since the Cr layer 7 is easily oxidized, even if a pinhole (micro hole) is generated in the Au layer 8, the Cr layer 7 exposed to the outside by the pinhole forms an oxide film. The progress of oxidation can be suppressed, and the corrosion resistance can be improved.

また、ニッケル合金と外部導線9(例えば銅(Cu)からなるリード線)との接続性を向上させるために、リードピン5の他端部5b(測定空間S1とは反対側端部)には、図4の下の部分拡大図に示すように、クロム(Cr)からなる第1層10(Cr層)、当該第1層10上にニッケル(Ni)からなる第2層11(Ni層)、及び当該第2層11上に金(Au)からなる第3層12(Au層)が成膜されている。   Further, in order to improve the connection between the nickel alloy and the external conductor 9 (for example, a lead wire made of copper (Cu)), the other end portion 5b of the lead pin 5 (the end portion on the opposite side to the measurement space S1) As shown in the partially enlarged view at the bottom of FIG. 4, a first layer 10 (Cr layer) made of chromium (Cr), a second layer 11 (Ni layer) made of nickel (Ni) on the first layer 10, A third layer 12 (Au layer) made of gold (Au) is formed on the second layer 11.

本実施形態では、リードピン5の他端部5bに成膜されるCr層10の膜厚は例えば100〜500Åであり、Ni層11の膜厚は例えば8000Å以上であり、Au層12の膜厚は例えば500Å以下である。   In this embodiment, the film thickness of the Cr layer 10 formed on the other end 5b of the lead pin 5 is, for example, 100 to 500 mm, the film thickness of the Ni layer 11 is, for example, 8000 mm or more, and the film thickness of the Au layer 12 Is, for example, 500 mm or less.

ニッケル合金に対してNi層11を成膜しにくいところ、上記のようにCr層10を成膜した後に、当該Cr層10上にNi層11を形成することによって、Ni層11をリードピン5の他端部5b(アウターリード側)に成膜することができる。そして、当該Ni層11に外部導線9を半田付けにより接合することによって、外部導線9とニッケル合金(リードピン5)とを電気的に接続することができる。また、Ni層11上にAu層12を形成しているので、Ni層11の酸化を防止することができる。なお、外部導線9の半田付けにおいて、Au層12は溶解して、外部導線9とNi層11とが接続される。   Although it is difficult to form the Ni layer 11 on the nickel alloy, the Ni layer 11 is formed on the lead pin 5 by forming the Ni layer 11 on the Cr layer 10 after forming the Cr layer 10 as described above. A film can be formed on the other end 5b (outer lead side). Then, by joining the external conductor 9 to the Ni layer 11 by soldering, the external conductor 9 and the nickel alloy (lead pin 5) can be electrically connected. Moreover, since the Au layer 12 is formed on the Ni layer 11, the oxidation of the Ni layer 11 can be prevented. In soldering the external conductor 9, the Au layer 12 is dissolved and the external conductor 9 and the Ni layer 11 are connected.

<成膜方法等>
次に上記リードピン5に対する各層の成膜方法等の一例について説明する。
<Deposition method, etc.>
Next, an example of a method for forming each layer on the lead pin 5 will be described.

まず、センサホルダ4のベース体41に設けた挿入孔41aにリードピン5を挿入し、ガラス封止によりベース体41に対してリードピン5を固定する。その後、ベース体41の挿入孔41aに対応した貫通孔を有するマスク基板をベース体41の測定空間S1側からリードピン5が挿入孔41aに挿入されるように重ね合わせる。このとき、マスク基板から露出した部分が成膜される部分となる。この状態で、スパッタ法、真空蒸着法又はCVD法などの薄膜製造技術によって、マスク基板からの露出部分に、Cr層7及びAu層8をこの順で成膜する。その後、マスク基板を取り外すことによって、リードピン5の一端部5aにCr層/Au層が成膜される。   First, the lead pin 5 is inserted into the insertion hole 41a provided in the base body 41 of the sensor holder 4, and the lead pin 5 is fixed to the base body 41 by glass sealing. Thereafter, the mask substrate having a through hole corresponding to the insertion hole 41a of the base body 41 is overlaid so that the lead pin 5 is inserted into the insertion hole 41a from the measurement space S1 side of the base body 41. At this time, a portion exposed from the mask substrate is a portion to be formed. In this state, the Cr layer 7 and the Au layer 8 are formed in this order on the exposed portion from the mask substrate by a thin film manufacturing technique such as sputtering, vacuum deposition, or CVD. Thereafter, the Cr substrate / Au layer is formed on the one end portion 5a of the lead pin 5 by removing the mask substrate.

また、ベース体41の挿入孔41aに対応した貫通孔を有するマスク基板をベース体41の測定空間S1の反対側からリードピン5が挿入孔41aに挿入されるように重ね合わせる。このとき、マスク基板から露出した部分が成膜される部分となる。この状態で、上記薄膜製造技術によって、マスク基板からの露出部分に、Cr層10、Ni層11及びAu層12をこの順で成膜する。その後、マスク基板を取り外すことによって、リードピン5の他端部5bにCr層/Ni層/Au層が成膜される。   Further, a mask substrate having a through hole corresponding to the insertion hole 41a of the base body 41 is overlaid so that the lead pin 5 is inserted into the insertion hole 41a from the opposite side of the measurement space S1 of the base body 41. At this time, a portion exposed from the mask substrate is a portion to be formed. In this state, the Cr layer 10, the Ni layer 11, and the Au layer 12 are formed in this order on the exposed portion from the mask substrate by the thin film manufacturing technique. Thereafter, by removing the mask substrate, a Cr layer / Ni layer / Au layer is formed on the other end portion 5 b of the lead pin 5.

このようにリードピン5の両端部5a、5bに成膜した後、リードピン5の一端部5aにセンサ基板3と電気的に接続するための金ワイヤ6を超音波接合する。一方、リードピン5の他端部5bに外部導線9をはんだ接合する。その後、ベース体41にホルダ本体42をレーザ溶接する。これによって、センサ基板3及びリードピン5を電気的に接続するとともに、それらがセンサホルダ4に固定されセンサユニットが形成される。   After forming the film on both end portions 5 a and 5 b of the lead pin 5 in this way, a gold wire 6 for electrically connecting to the sensor substrate 3 is ultrasonically bonded to the one end portion 5 a of the lead pin 5. On the other hand, the external conductor 9 is soldered to the other end 5 b of the lead pin 5. Thereafter, the holder body 42 is laser welded to the base body 41. As a result, the sensor substrate 3 and the lead pins 5 are electrically connected, and they are fixed to the sensor holder 4 to form a sensor unit.

次に、このように構成したリードピン5を用いたセンサホルダ4の耐腐蝕性試験の結果について説明する。この耐腐蝕性試験において使用するガスは、一酸化窒素(NO)又は二酸化窒素(NO)を50%以上含むものである。また、比較のために、ベース体及びリードピンを鉄製とし、それらに金メッキを施した熱伝導率センサ(以下、従来製品1という。)、及び、ベース体及びリードピンを鉄製とし、それらに金メッキを施し、エポキシ系樹脂でコーティングした熱伝導率センサ(以下、従来製品2という。)にも同様の試験を行った。 Next, the result of the corrosion resistance test of the sensor holder 4 using the lead pin 5 configured as described above will be described. The gas used in this corrosion resistance test contains 50% or more of nitric oxide (NO) or nitrogen dioxide (NO 2 ). For comparison, the base body and the lead pins are made of iron, and a thermal conductivity sensor (hereinafter referred to as a conventional product 1) is plated with gold. The base body and the lead pins are made of iron, and they are plated with gold. A similar test was conducted on a thermal conductivity sensor coated with an epoxy resin (hereinafter referred to as conventional product 2).

従来製品1では、1日〜2日でベース体及びリードピンが腐蝕してしまい、従来製品2では、約20日でベース体及びリードピンが腐蝕した。一方で、本実施形態の熱伝導率センサ100は、約250日経過してもなおベース体41及びリードピン5の腐蝕は見られなかった。   In the conventional product 1, the base body and the lead pin were corroded in 1 to 2 days, and in the conventional product 2, the base body and the lead pin were corroded in about 20 days. On the other hand, in the thermal conductivity sensor 100 of this embodiment, the corrosion of the base body 41 and the lead pin 5 was not observed even after about 250 days.

<応力緩和構造>
また、本実施形態に係る熱伝導率センサ100においては、センサホルダ4のベース体41とセンサ基板3との間に、ベース体41の熱膨張係数とセンサ基板3の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する中間体13を介在させ、接着剤14により、ベース体41及び中間体13を接着させるとともに、中間体13及びセンサ基板3を接着させている。なお、接着剤14としては、例えばエポキシ系接着剤を用いることができる。
<Stress relaxation structure>
Further, in the thermal conductivity sensor 100 according to the present embodiment, between the base body 41 and the sensor substrate 3 of the sensor holder 4, between the thermal expansion coefficient of the base body 41 and the thermal expansion coefficient of the sensor substrate 3. The intermediate body 13 having a thermal expansion coefficient is interposed, and the base body 41 and the intermediate body 13 are bonded together by the adhesive 14, and the intermediate body 13 and the sensor substrate 3 are bonded together. As the adhesive 14, for example, an epoxy adhesive can be used.

本実施形態のベース体41がステンレス製からなり、その熱膨張係数は約16×10−6[/℃]であり、センサ基板3がシリコン基板31を用いたものであり、その熱膨張係数は約2.4×10−6[/℃]であることから、中間体13の熱膨張係数は、その間であることが望ましい。特に本実施形態の中間体13は、高融点を持ち化学的安定性が良く熱伝導率の小さいジルコニア(ZrO)(熱膨張係数約10×10−6[/℃])、又は常温強度、耐腐蝕性、電気絶縁性に優れたアルミナ(Al)(熱膨張係数約8.1×10−6[/℃])を用いることが考えられるが、腐蝕性ガスに対して適用範囲の広いジルコニアを用いることが特に好ましい。 The base body 41 of the present embodiment is made of stainless steel, the thermal expansion coefficient is about 16 × 10 -6 [/ ℃] , are those sensor substrate 3 is a silicon substrate 31, the thermal expansion coefficient Since it is about 2.4 × 10 −6 [/ ° C.], it is desirable that the thermal expansion coefficient of the intermediate 13 be in between. In particular, the intermediate 13 of the present embodiment has a high melting point, good chemical stability and low thermal conductivity, zirconia (ZrO 2 ) (thermal expansion coefficient of about 10 × 10 −6 [/ ° C.]), or room temperature strength, Although it is conceivable to use alumina (Al 2 O 3 ) (thermal expansion coefficient of about 8.1 × 10 −6 [/ ° C.]) excellent in corrosion resistance and electrical insulation, it is applicable to corrosive gases. It is particularly preferable to use zirconia having a wide range.

このような中間体13を介在させていることによって、ベース体41によってセンサ基板3に生じる応力を緩和させることができ、抵抗体保持膜32等に撓み、割れが生じる問題を解決することができる。   By interposing such an intermediate body 13, the stress generated in the sensor substrate 3 by the base body 41 can be relieved, and the problem that the resistor holding film 32 and the like are bent and cracked can be solved. .

また、中間体13は、例えば直径400μm以上の概略球形状をなしている。これによって、中間体13を介在させてベース部41とセンサ基板3とを接着する場合に、接着剤14と中間体13との接触面積を大きくすることができるので、ベース部41に対してセンサ基板3を頑丈に固定することができる。つまり、熱膨張の違いによって生じる応力によって接着破壊が生じることを防止することができる。また、中間体13に塗布された接着剤14の表面張力によって、中間体13に対してセンサ基板3を位置決めすることができる。   Further, the intermediate body 13 has a substantially spherical shape with a diameter of 400 μm or more, for example. As a result, when the base part 41 and the sensor substrate 3 are bonded with the intermediate body 13 interposed, the contact area between the adhesive 14 and the intermediate body 13 can be increased. The substrate 3 can be fixed firmly. That is, it is possible to prevent adhesion failure from occurring due to the stress caused by the difference in thermal expansion. Further, the sensor substrate 3 can be positioned with respect to the intermediate body 13 by the surface tension of the adhesive 14 applied to the intermediate body 13.

最後にベース体41とリードピン5の組み合わせについて付言しておく。
従来の構成では、ベース体及びリードピンを鉄製とし、配線の接合を容易にするために金メッキを施しており、ベース体及びリードピンのガラス封止にはガラスを用いている。鉄の熱膨張係数は約10×10−6[/℃]であり、ガラスの熱膨張係数は約9.5×10−6[/℃]であることから、ベース体及びリードピンは同じような熱膨張をするので、温度変動によるガラス封止の気密性の低下が起こらない。しかし、上述したとおり、金メッキにピンホール(微小孔)があると、当該微小孔から腐蝕性成分が侵入してしまい、鉄製のリードピンが腐蝕するという問題がある。
Finally, the combination of the base body 41 and the lead pin 5 will be described.
In the conventional configuration, the base body and the lead pins are made of iron, and gold plating is applied to facilitate wiring joining, and glass is used for glass sealing of the base body and the lead pins. Since the thermal expansion coefficient of iron is about 10 × 10 −6 [/ ° C.] and the thermal expansion coefficient of glass is about 9.5 × 10 −6 [/ ° C.], the base body and the lead pin are similar. Because of thermal expansion, the hermeticity of the glass sealing due to temperature fluctuation does not occur. However, as described above, if there is a pin hole (micro hole) in the gold plating, there is a problem that a corrosive component enters from the micro hole and the iron lead pin is corroded.

ここで、耐腐蝕性を持たせるために、ベース体及びリードピンをステンレス鋼製として構成することが考えられる。   Here, in order to give corrosion resistance, it can be considered that the base body and the lead pin are made of stainless steel.

しかしながら、このステンレス鋼製のベース体及びステンレス鋼製のリードピンのガラス封止にガラスを用いようとしても、ステンレス鋼の熱膨張係数が約16×10−6[/℃]、ガラスの熱膨張係数が約9.5×10−6[/℃]であることから、例えば製作におけるガラス溶融封入時とガラス冷却固化時との温度の違いによって、リードピンとガラスとの間に隙間が出来やすいという問題がある。したがって、気密性の問題からリードピンにステンレス鋼を用いることができない。 However, even if glass is used for glass sealing of the stainless steel base body and the stainless steel lead pin, the thermal expansion coefficient of stainless steel is about 16 × 10 −6 [/ ° C.], and the thermal expansion coefficient of glass. Is about 9.5 × 10 −6 [/ ° C.], for example, there is a problem that a gap is likely to be formed between the lead pin and the glass due to a difference in temperature between glass melting and glass cooling in production. There is. Therefore, stainless steel cannot be used for the lead pin due to the problem of airtightness.

そこで、本実施形態の熱伝導率センサ100においては、リードピン5にニッケル合金(熱膨張係数約10.0×10−6[/℃])を用い、ベース体41にステンレス鋼を用い、それらをガラスによりガラス封止している。その結果、ベース体41及びリードピン5に耐腐蝕性を持たせることができるだけでなく、ガラス及びニッケル合金の熱膨張係数が近いことから、ガラスとリードピン5とがガラス冷却固化時において同じような熱収縮をし、ガラスとリードピン5との間に隙間ができにくく、かつ、熱膨張係数の大きいステンレス鋼をベース体41に用いることで、その熱収縮時にさらに高い気密性を確保することができる。 Therefore, in the thermal conductivity sensor 100 of the present embodiment, a nickel alloy (thermal expansion coefficient of about 10.0 × 10 −6 [/ ° C.]) is used for the lead pin 5, and stainless steel is used for the base body 41. Glass-sealed with glass. As a result, not only can the base body 41 and the lead pin 5 have corrosion resistance, but the thermal expansion coefficients of the glass and the nickel alloy are close, so that the glass and the lead pin 5 have the same heat when the glass is cooled and solidified. When the base body 41 is made of stainless steel that is shrunk and hardly forms a gap between the glass and the lead pin 5 and has a large thermal expansion coefficient, higher airtightness can be secured at the time of the heat shrinkage.

<本実施形態の効果>
このように構成した本実施形態に係る熱伝導率センサ100によれば、リードピン5をニッケル合金製にしていることから、リードピン5に耐腐蝕性を持たせることができ、導通不良を防止して検出信号に誤差が生じてしまう等の問題を解決することができる。また、リードピン5及びベース体41が耐腐蝕性を有することから熱伝導率センサ100を長寿命化することができる。さらに、リードピン5の一端部5aに、Cr層7及びAu層8を成膜し、当該Au層8に金ワイヤ6を接続させることによって、金ワイヤ6とリードピン5との電気的接続性を向上させることができる。
<Effect of this embodiment>
According to the thermal conductivity sensor 100 according to the present embodiment configured as described above, since the lead pin 5 is made of a nickel alloy, the lead pin 5 can be provided with corrosion resistance and can prevent poor conduction. Problems such as an error in the detection signal can be solved. Moreover, since the lead pin 5 and the base body 41 have corrosion resistance, the lifetime of the thermal conductivity sensor 100 can be extended. Further, the Cr layer 7 and the Au layer 8 are formed on one end portion 5 a of the lead pin 5, and the gold wire 6 is connected to the Au layer 8, thereby improving the electrical connectivity between the gold wire 6 and the lead pin 5. Can be made.

<その他の変形実施形態>
なお、本発明は前記実施形態に限られるものではない。
<Other modified embodiments>
The present invention is not limited to the above embodiment.

例えば、前記実施形態では、センサ基板及びリードピン5をAuワイヤボンディングにより接続しているが、その他、Ptワイヤボンディングであっても良い。このとき、リードピン5の一端面においてCr層上に形成される第2層はAu層ではなく、Pt層を成膜する。   For example, in the above embodiment, the sensor substrate and the lead pin 5 are connected by Au wire bonding, but Pt wire bonding may also be used. At this time, the second layer formed on the Cr layer on one end face of the lead pin 5 is not an Au layer but a Pt layer.

また、リードピンの一端部又は他端部に成膜される第1層はCr層に限られず、タングステン層又はチタン層であっても良い。   The first layer formed on one end or the other end of the lead pin is not limited to the Cr layer, and may be a tungsten layer or a titanium layer.

また、接続体6としては、ワイヤに限られず、リードピン5の先端面及びパッド部34に介在する例えば球形状をなす部材であっても良い。   Further, the connection body 6 is not limited to a wire, and may be, for example, a spherical member interposed between the tip surface of the lead pin 5 and the pad portion 34.

さらに、前記実施形態では、測定空間及びリファレンス空間をそれぞれ1つずつ備え、測定空間内に2つの測定用抵抗、リファレンス空間内に2つの比較用抵抗を設けているが、これに限られず、測定空間内に1つの測定用抵抗、リファレンス空間内に1つの比較用抵抗を設け、ホイートストンブリッジ回路を構成するその他の抵抗を外部抵抗として設けても良い。また、測定用抵抗毎に測定空間を設け、比較用抵抗毎にリファレンス空間を設けても良い。   Furthermore, in the above embodiment, one measurement space and one reference space are provided, and two measurement resistors are provided in the measurement space, and two comparison resistors are provided in the reference space. One measurement resistor may be provided in the space, one comparison resistor may be provided in the reference space, and other resistors constituting the Wheatstone bridge circuit may be provided as external resistors. Further, a measurement space may be provided for each measurement resistor, and a reference space may be provided for each comparison resistor.

その他、前述した実施形態や変形実施形態の一部又は全部を適宜組み合わせてよいし、本発明は前記実施形態に限られず、その趣旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能であるのは言うまでもない。   In addition, some or all of the above-described embodiments and modified embodiments may be combined as appropriate, and the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention. .

100・・・熱伝導率センサ(ガスセンサ)
S1 ・・・測定空間
3 ・・・センサ基板
33 ・・・薄膜抵抗体(回路要素)
34 ・・・パッド部
41 ・・・ベース体
5 ・・・リードピン
5a ・・・一端部
5b ・・・他端部
6 ・・・接続体
7 ・・・一端部の第1層
8 ・・・一端部の第2層
13 ・・・中間体
100 ... Thermal conductivity sensor (gas sensor)
S1 ... Measurement space 3 ... Sensor substrate 33 ... Thin film resistor (circuit element)
34 ... pad part 41 ... base body 5 ... lead pin 5a ... one end part 5b ... other end part 6 ... connection body 7 ... first layer 8 at one end part ... Second layer 13 at one end ... Intermediate

Claims (4)

測定空間内に設けられ、試料ガスを検出するための回路要素が形成され、当該回路要素の配線接続部となる金又は白金製のパッド部を有するセンサ基板と、
一端部が測定空間内に設けられて前記パッド部に電気的に接続され、他端部が測定空間外に設けられるニッケル合金製のリードピンと、
前記パッド部と前記リードピンの一端部とを電気的に接続する金又は白金製の接続体と、を具備し、
前記リードピンの一端部に、クロム、タングステン又はチタンからなる第1層、及び当該第1層上に金又は白金からなる第2層が形成されているガスセンサ。
A sensor substrate provided in the measurement space, in which a circuit element for detecting a sample gas is formed, and having a pad portion made of gold or platinum that serves as a wiring connection portion of the circuit element;
A lead pin made of nickel alloy having one end portion provided in the measurement space and electrically connected to the pad portion, and the other end portion provided outside the measurement space;
A connection body made of gold or platinum that electrically connects the pad portion and one end of the lead pin;
A gas sensor in which a first layer made of chromium, tungsten, or titanium is formed at one end of the lead pin, and a second layer made of gold or platinum is formed on the first layer.
前記リードピンの他端部に、クロム、タングステン又はチタンからなる第1層、及び当該第1層上にニッケルからなる第2層が形成され、当該第2層に外部導線が接続されている請求項1記載のガスセンサ。   A first layer made of chromium, tungsten, or titanium is formed on the other end of the lead pin, and a second layer made of nickel is formed on the first layer, and an external conductor is connected to the second layer. The gas sensor according to 1. 前記センサ基板を前記測定空間内で保持するベース体を備え、
前記ベース体と前記センサ基板との間に、前記ベース体の熱膨張係数と前記センサ基板の熱膨張係数との間の熱膨張係数を有する中間体を介在させている請求項1又は2記載のガスセンサ。
A base body for holding the sensor substrate in the measurement space;
The intermediate body having a thermal expansion coefficient between the thermal expansion coefficient of the base body and the thermal expansion coefficient of the sensor board is interposed between the base body and the sensor board. Gas sensor.
請求項1、2又は3記載のガスセンサを用いたガス分析装置。   A gas analyzer using the gas sensor according to claim 1, 2 or 3.
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