JP2012002721A - ガスセンサ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ダイヤフラム構造体39D、49Dと、ダイヤフラム構造体の絶縁層上に形成されたガス検知層を含む層状部31、41と、ガス検知層を介して互いに接続する一対の検知電極36A,36B、46A,46Bと、電極取出し辺3P、4Pに沿って設置されて検知電極に接続する一対の検知パッド33、43とを有するガス検出素子3、4と、検知パッドに接続する基板側パッド23が表面に形成され、複数のガス検出素子が一列に並ぶよう実装された配線基板2とを備え、ガス検出素子の下面R1と配線基板の表面との間に介装される第1接着層61,62と、隣接するガス検出素子の下面R2同士を跨ぐように当該下面と配線基板の表面との間に介装される第2接着層63とを備えるガスセンサ10である。
【選択図】図3
Description
又、複数のサーミスタをアレイ状に1個の半導体基板上に形成した赤外線検出素子の局所にダイボンドを塗布し、基板に固定して実装する方法が開示されている(特許文献2)。
これらの検出素子においては、半導体基板を含むダイヤフラム構造体を有し、このダイヤフラム構造体上にガス検知層やサーミスタを設けている。これにより、ガス検知層の熱が周囲に逃げ難くなり、検出精度を向上することができる。なお、ダイヤフラム構造体は、表裏面に貫通した空洞部を有するシリコン基板等の半導体基板と、空洞部の一方の開口部を覆うように当該半導体基板上に形成された絶縁層とを備える構造体として知られている。
特許文献2記載の技術においても、赤外線検出素子の外周縁のみをダイボンドで固定しているため、赤外線検出素子上の個々のダイヤフラム構造体(サーミスタ)については一辺のみが単に固定されているに過ぎない。その結果、個々のダイヤフラム構造体の固定は片持ち式となり、ダイヤフラム構造体が振動する問題が同様に生じ易い。
このようなガスセンサによれば、ダイヤフラム構造体を有するガス検出素子は、それぞれ第1接着層と第2接着層の少なくとも2箇所で配線基板に固定されるので、各ダイヤフラム構造体(ガス検出素子)が片持ち式でなく多点で固定される。その結果として、ワイヤボンディング等の際に生じる衝撃や振動により、ガス検出素子が振れて層状部が剥離することが抑制される。又、ガス検出素子のうち電極取出し辺に沿う下面に配置される第1接着層に離間して配置される第2接着層は、隣接するガス検出素子の下面同士を跨ぐように1箇所に配置されている。これにより、隣接するガス検出素子の各下面に別個に接着層を設ける必要がないので、生産効率が向上する。
空洞部を形成する壁面に第1,第2接着層が付着すると、発熱抵抗体で生じた熱の熱逃げが壁面に付着した第1,第2接着層を介して周囲に生じることになり、発熱抵抗体による加熱精度、ひいてはガス検知層によるガス検出精度が低下する場合がある。また、応力の発生によりダイヤフラム構造体に破損が生じる可能性もある。そこで、空洞部を形成する壁面に第1,第2接着層を付着させないことで、ガス検知層による検出精度の低下を抑制すると共に、ダイヤフラム構造体の破損を防止することができる。
このようなガスセンサによれば、接着層となる接着剤が周縁部全体へ広がっても、通気凹部には接着剤が広がらないため、通気凹部でダイヤフラム構造の内部と外部とが通気される。その結果として、ガス検出素子が加熱又は冷却された場合でも、ダイヤフラム構造内部の気圧の変動を抑制し、ダイヤフラム構造の破損を防止することができる。
図1は、本発明の実施形態に係るガスセンサ10の分解斜視図、図2は保護キャップを外したガスセンサ本体1の平面図である。
図1において、ガスセンサ10は、2つのガス検出素子3,4を搭載(実装)した配線基板(支持体)2からなるガスセンサ本体1と、このガスセンサ本体1(配線基板2)の被保護面2S及びこれに囲まれたキャビティ21(凹部)を覆う保護カバー9とを備える。
そして、ガス検出素子3の一辺(図1、図2の下側の辺、特許請求の範囲の「電極取出し辺」に相当)上には、この検知電極にそれぞれ電気的に接続する一対の検知パッド33(外側検知パッド33A,内側検知パッド33B)が形成されている。又、各ダイヤフラム構造体39D,49Dの絶縁層内には、図示しないヒータ(発熱抵抗体)が埋設されており、上記電極取出し辺の上には、このヒータを通電する一対のヒータパッド34(外側ヒータパッド34A,内側ヒータパッド34B)が形成されている。このように、ガス検出素子3の電極取出し辺に沿って検知パッド33及びヒータパッド34を集約して配置することにより、ガス検出素子3とこれを実装する配線基板2との配線スペースをコンパクトにし、ガスセンサ10の小型化が図られる。
ガス検出素子4はガス検出素子3とほぼ同一の構成を有し、ガス検出素子3と同様な一対の検知パッド43(外側検知パッド43A,内側検知パッド43B)、及び一対のヒータパッド44(外側ヒータパッド44A,内側ヒータパッド44B)が一辺(図1、図2の下側の辺、特許請求の範囲の「電極取出し辺」に相当)上に形成されている。
又、配線基板2はセラミック絶縁層、具体的には4層のアルミナ質のセラミック絶縁層24,25,26,27を積層してなる多層基板である。そして、配線基板2の対向する長辺の側壁には、略半円筒、あるいは1/4円筒状に凹設されたいわゆるキャステレーションが複数形成されている。配線基板2の内部配線は、このキャステレーション部分に引き出され、さらにこのキャステレーションを通じて、図示しないこの配線基板2の裏面2Eまで引き回され、プリント配線基板などにハンダ付け接続可能となっている。
そして、段部22のうち、一辺(図1、図2の下側の辺)に相当するパッド形成辺部22P(図2参照)には、5つの基板側パッド23が一列に並んで形成されている。具体的には図2に示すように、図2の左から、基板側第1ヒータパッド23A,基板側第1検知パッド23B,基板側共通パッド23C,基板側第2検知パッド23D,基板側第2ヒータパッド23Eがこの順に一列に並んでいる。このように、パッド形成辺部22Pに基板側パッド23を集約して配置することにより、ガス検出素子3との配線スペースをコンパクトにし、ガスセンサ10の小型化が図られる。
さらに、図2に示すように、ガス検出素子3の外側ヒータパッド34Aは配線基板2の基板側第1ヒータパッド23Aに、外側検知パッド33Aは基板側第1検知パッド23Bに、内側検知パッド33B及び内側ヒータパッド34Bは基板側共通パッド23Cに、それぞれボンディングワイヤ51A,51B,51C,51Dを介して接続される。
同様に、ガス検出素子4の内側ヒータパッド44A及び内側検知パッド43Aは基板側共通パッド23Cに、外側検知パッド43Bは基板側第2検知パッド23Dに、外側ヒータパッド44Bは基板側第2ヒータパッド23Eに、それぞれボンディングワイヤ52A,52B,52C,52Dを介して接続される。
保護カバー9は、略平板状で配線基板2の被保護面2S及びキャビティ21を覆う大きさの保護プレート部91と、この保護プレート部91の両端部分から直角に折り曲げられて延びる係合部92,93とを有し、側面視、略コ字状となっている。このうち、保護プレート部91には、複数の所定位置に通気孔91Aが穿孔され、この通気孔91Aを通じて、被測定ガスが2つのガス検出素子3,4に導かれる。また、保護プレート部91には、この保護カバー9の取り付け方向を示す方向指示切り欠き91Bがその周縁に形成されて、180度回転した状態で誤ってガスセンサ本体1(配線基板2)に取り付けられるのを防止している。また、係合部92,93には、それぞれその先端付近に、係止爪部92A等(係合部93側は図示しない)が形成されている。
これにより、ガス検出素子3の電極取出し辺3Pに沿う下面R1と配線基板2の表面との間に第1接着層61が介装される。同様に、ガス検出素子4の電極取出し辺4Pに沿う下面R1と配線基板2の表面との間に第1接着層62が介装される。
さらに、本発明の場合、隣接するガス検出素子3,4の下面R2同士(周縁部(辺)3Q,4Qに沿う下面R2同士)を跨ぐ(つなぐ)1箇所の領域Rxと、配線基板2の表面との間にも第2接着層63が介装されている。なお、領域Rxは下面R1を含まず、第2接着層63は、第1接着層61,62と離間して配置される。
このようにして、ガス検出素子3、4は、それぞれR1とR2(Rx)の2箇所で配線基板2に固定(接着)されるので、ガス検出素子3、4のダイヤフラム構造部分が片持ち式でなく2点で固定される。その結果として、ワイヤボンディング等の際に生じる衝撃や振動により、ガス検出素子3,4が振れてガス感応膜31,41が剥離することが抑制される。
なお、領域Rxは辺3Q,4Qの中央側に位置していてもよいが、ガス検出素子3、4のダイヤフラム構造体39D,49D(図4参照)を確実に固定するためには、領域Rxを電極取出し辺3P、4Pからできるだけ遠ざけ、辺3Q,4Qの端に位置させるのがよい。
又、ガス検出素子3、4は、空洞部301、401が形成されたダイヤフラム構造体39D、49Dを有し、「ガス検出素子の下面」には、空洞部301、401を形成する壁面39A、49A及び空洞部301、401に露出する絶縁層の表面は含まれないものとする。
そして、ガス検出素子3,4同士の隣接する周縁部39E、49E(図3の下面R2)をつなぐ1箇所の領域Rxと配線基板2の表面との間に、第2接着層63が介装されている。
又、ボンディングワイヤ51Dを介して、ガス検出素子3の内側ヒータパッド34Bが基板側共通パッド23Cに接続されている。
また、配線基板2のセラミック絶縁層25には、電極取出し辺3Pに平行で、かつ電極取出し辺3Pと対辺3Rとのほぼ中間の位置に通気凹部25Aが形成されている。以下、通気凹部25Aの機能について説明する。
なお、図8に示すように、通気凹部25Aは、ガス検出素子3,4の周縁部の少なくともいずれか1つの辺(この例では、対辺3S、4S)を横断すればよい。この場合、辺3Q、4Q側で接着剤6Aが周縁部39E,49E全体へ広がっても、対辺3S、4S側では通気が可能となる。
ガス検知素子3は、矩形平板状のシリコン基板からなる半導体基板上に絶縁層を形成した上記のダイヤフラム構造体39Dを有しており、その絶縁膜の内部であって、平面視したときに空洞部(図9において図示せず)に重なる位置に、2重渦巻き状のヒータ38(図10参照)が形成されている。さらにヒータ38が埋設された絶縁層上には、互いに噛み合うように間隔を空けて配置された一対の櫛歯状の検知電極36A,36B(図10参照)が、互いに電気的に絶縁されつつ重なって形成されている。さらに検知電極36A,36Bの上には、金属酸化物半導体(具体的にはSnO2)からなる矩形状のガス感応膜31がこれらを覆うように被着して、一対の検知電極36A,36Bに電気的に接続している。なお、本実施例では、ガス感応膜31は、SnO2の表面に触媒としてのAuが分散して付着してなる。
従って、ヒータ38に通電すると、ガス感応膜31が加熱されて活性化し、NOxなどの酸化性ガス(第1のガス種)に反応して、その抵抗値が変化する。そこで、一対の検知電極36A,36B間におけるガス感応膜31の抵抗値を測定することで、酸化性ガスの濃度変化を検知することができる。
一方、ガス検出素子3の電極取出し辺3P上には、図9の左側から外側ヒータパッド34A,外側検知パッド33A,内側検知パッド33B、内側ヒータパッド34Bが順に形成されている。そして、外側検知パッド33A,内側検知パッド33Bにそれぞれ検知接続配線35A,35Bが電気的に接続され、外側ヒータパッド34A,内側ヒータパッド34Bにそれぞれヒータ接続配線37A,37Bが電気的に接続されている。
ガス感応膜31、41としては、特定のガス種に反応してその電気的特性が変化するものであれ使用することができるが、例えば、酸化物半導体膜を挙げることができる。このガス感応膜に用いる酸化物半導体としては、上述したSnO2の他に、例えば、ZnO,WO3,In2O3,TiO2,V2O5等が挙げられる。検知したいガス種に応じて、適宜その主体となる酸化物半導体の組成を選択すればよい。また、酸化物半導体の主体となる組成を共通とした上で、それに添加する触媒の種類を検知したいガス種に応じて適宜変更するようにしても良い。具体的には、ガス感応膜31をWO3を主体とした酸化物半導体で構成する一方、他のガス感応膜41をSnO2を主体とした酸化物半導体で構成するガスセンサが挙げられる。
本発明においては、上記ガス感応膜を含む層状部の厚みが1μm以上であると本発明の効果が大きい。また、ガス感応膜を含めた層状部がスクリーン印刷等の厚膜形成される構成であると本発明の効果が大きい。これらの層状部は厚みが比較的厚いため、衝撃や振動等によって層状部が剥がれ易い傾向にあるため、本発明の第1,第2接着層によるガス検知素子の配線基板への固定(接着)の効果が有効に発揮されるためである。
2 配線基板
61,62 第1接着層
63 第2接着層
23 基板側パッド
25A 通気凹部
3、4 ガス検出素子
3P、4P 電極取出し辺
31、41 ガス検知層(層状部)
301、401 空洞部
39A、49A 空洞部を構成する壁面
39D、49D ダイヤフラム構造体
39E、49E 周縁部
36A,36B、46A,46B 検知電極
33、43 検知パッド
R1 ガス検出素子の電極取出し辺に沿う下面
R2 ガス検出素子同士の隣接する周縁部に沿う下面
Claims (3)
- 表裏面を貫通した空洞部を有する半導体基板及び該空洞部を覆うように当該半導体基板上に形成された絶縁層を含むと共に、平面視多角形状をなすダイヤフラム構造体と、該ダイヤフラム構造体の前記絶縁層上に形成された少なくともガス検知層を含む層状部と、前記ガス検知層を介して互いに電気的に接続する一対の検知電極と、前記ダイヤフラム構造体の周縁部の一辺である電極取出し辺に沿って設置されて前記一対の検知電極にそれぞれ電気的に接続する一対の検知パッドとを有するガス検出素子と、
前記検知パッドに電気的に接続する基板側パッドが表面に一列に形成され、複数の前記ガス検出素子が、一列に、かつ前記電極取出し辺が前記電極パッドに対向して一方向に並ぶよう実装された配線基板とを備え、前記ガス検出素子の前記電極取出し辺に沿う下面と前記配線基板の表面との間に介装される第1接着層と、隣接する前記ガス検出素子の下面同士を跨ぐように当該下面と前記配線基板の表面との間に介装されると共に、前記第1接着層と離間して配置される第2接着層とを備えるガスセンサ。 - 前記絶縁層内には発熱抵抗体が埋設されており、前記ダイヤフラム構造体の前記空洞部を形成する壁面に前記第1及び第2接着層が付着していない請求項1に記載のガスセンサ。
- 前記配線基板の前記ガス検出素子に対向する表面には、前記周縁部のいずれかの辺を横断し、かつ前記空洞部に対向する部分に連通する通気凹部が設けられている請求項1又は2に記載のガスセンサ。
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016156728A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 京セラ株式会社 | センサ基板および検出装置 |
CN111077180A (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-28 | 代傲表计有限公司 | 热式气体传感器、测量气体的热扩散率和热导率的方法 |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08122161A (ja) * | 1994-10-24 | 1996-05-17 | Ricoh Seiki Co Ltd | 熱依存性検出装置 |
JP2004093470A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Ngk Spark Plug Co Ltd | シリコン製マイクロセンサ |
JP2004093471A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Ngk Spark Plug Co Ltd | シリコン製マイクロセンサ、シリコン製マイクロセンサの製造方法 |
JP2005166790A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-06-23 | Ngk Spark Plug Co Ltd | センサ素子実装パッケージ |
JP2005189238A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-07-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
JP2006337110A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH08122161A (ja) * | 1994-10-24 | 1996-05-17 | Ricoh Seiki Co Ltd | 熱依存性検出装置 |
JP2004093470A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Ngk Spark Plug Co Ltd | シリコン製マイクロセンサ |
JP2004093471A (ja) * | 2002-09-03 | 2004-03-25 | Ngk Spark Plug Co Ltd | シリコン製マイクロセンサ、シリコン製マイクロセンサの製造方法 |
JP2005166790A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-06-23 | Ngk Spark Plug Co Ltd | センサ素子実装パッケージ |
JP2005189238A (ja) * | 2003-12-01 | 2005-07-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
JP2006337110A (ja) * | 2005-05-31 | 2006-12-14 | Ngk Spark Plug Co Ltd | ガスセンサ |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016156728A (ja) * | 2015-02-25 | 2016-09-01 | 京セラ株式会社 | センサ基板および検出装置 |
CN111077180A (zh) * | 2018-10-19 | 2020-04-28 | 代傲表计有限公司 | 热式气体传感器、测量气体的热扩散率和热导率的方法 |
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