JP2020201091A - 硫化検出センサ - Google Patents

Abstract

【課題】硫化の度合いを正確に検出することができる硫化検出センサを提供する。【解決手段】硫化検出センサ１０は、直方体形状の絶縁基板１と、絶縁基板１の表面の長手方向両端部に設けられた一対の表電極２と、これら表電極２に接続する硫化検出導体３と、硫化検出導体３と表電極２の一部を覆う一対の保護膜４と、絶縁基板１の裏面の長手方向両端部に設けられ一対の裏電極５と、絶縁基板１の長手方向両端部に設けられた一対の端面電極６と、端面電極６の表面に設けられた外部電極７とを備えており、硫化検出導体３は一対の保護膜４から露出する硫化検出部３Ａを有し、一対の表電極２の電極間方向をＸ方向、このＸ方向と直交する方向をＹ方向としたとき、硫化検出部３ＡのＹ方向の両端部に電流の流れにくい特定領域３ｂが形成されている。【選択図】図１

Description

本発明は、腐食環境の累積的な硫化量を検出するための硫化検出センサに関する。

一般的にチップ抵抗器等の電子部品の内部電極としては、比抵抗の低いＡｇ（銀）系の電極材料が使用されているが、銀は硫化ガスに曝されると硫化銀となり、硫化銀は絶縁物であることから、電子部品が断線してしまうという不具合が発生してしまう。そこで近年では、ＡｇにＰｄ（パラジウム）やＡｕ（金）を添加して硫化しにくい電極を形成したり、電極を硫化ガスが到達しにくい構造にする等の硫化対策が講じられている。

しかし、このような硫化対策を電子部品に講じたとしても、当該電子部品が硫化ガス中に長期間曝された場合や高濃度の硫化ガスに曝された場合は、断線を完全に防ぐことが難しくなるため、未然に断線を検知して予期せぬタイミングでの故障発生を防止することが必要となる。

そこで従来より、特許文献１に記載されているように、電子部品の累積的な硫化の度合いを検出して、電子部品が硫化断線する等して故障する前に危険性を検出可能とした硫化検出センサが提案されている。特許文献１に記載された硫化検出センサは、絶縁基板上にＡｇを主体とした硫化検出体を形成し、この硫化検出体を覆うように透明で硫化ガス透過性のある保護膜を形成すると共に、絶縁基板の両側端部に硫化検出体に接続する端面電極を形成した構成となっている。

このように構成された硫化検出センサを他の電子部品と共に回路基板上に実装した後、該回路基板を硫化ガスを含む雰囲気で使用すると、時間経過に伴って他の電子部品が硫化されると共に、硫化ガスが硫化検出センサの保護膜を透過して硫化検出体に接するため、硫化ガスの濃度と経過時間に応じて硫化検出体を構成する銀の体積が減少していく。したがって、硫化検出体の抵抗値の変化や断線を検出することにより、硫化の度合いを検出することができる。

特開２００９−２５０６１１号公報

ところで、特許文献１に記載された硫化検出センサのように、硫化検出体が絶縁基板の主面に矩形状（長方形）に形成されている場合、硫化ガスに接触する硫化検出体は、絶縁基板の主面に対向する表面側から膜厚方向に向かって硫化されるだけでなく、電流方向と直交する方向の両側端面からも硫化される。しかし、Ａｇ系ペースト等を印刷して形成される硫化検出体の側端部は、印刷ダレ等の影響により硫化検出体の幅寸法（電流方向と直交する方向の長さ）や表面積にバラツキが発生し易く、硫化検出体の側端面からの硫化速度に個体差があるため、硫化検出センサの抵抗値に基づいて硫化の度合いを正確に検出することが困難となる。

すなわち、硫化検出センサの抵抗値変化は硫化検出体の体積の変化に依存し、当該体積変化は硫化検出体の電流方向の長さと、電流方向と直交する方向に沿った断面積の変化に依存し、当該断面積は硫化検出体の膜厚と幅寸法（電流方向と直交する方向の長さ）の積であるため、硫化検出体に幅寸法のバラツキが発生すると、硫化検出体の側端面からの硫化速度に個体差が発生してしまう。また、電流方向に沿った硫化検出体の長さ寸法にもバラツキが発生し、実質的に硫化検出体の側端部の表面積にバラツキが発生するため、硫化ガスに曝される硫化検出体の表面積にバラツキがあると、硫化検出体の側端面からの硫化速度に個体差が発生してしまうことになり、抵抗値と硫化の度合いとの関係を一義的に決めることができなくなる。

本発明は、このような従来技術の実情に鑑みてなされたもので、その目的は、硫化の度合いを正確に検出することができる硫化検出センサを提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明の硫化検出センサは、直方体形状の絶縁基板と、前記絶縁基板の主面における両端部に形成された一対の電極と、前記一対の電極間に形成された硫化検出導体と、前記硫化検出導体の一部を覆う保護膜と、を備え、前記硫化検出導体は前記保護膜から露出する硫化検出部を有し、前記一対の電極の電極間方向をＸ方向、このＸ方向と直交する方向をＹ方向としたとき、前記硫化検出部のＹ方向の両端部に、他の部分に比べて電流の流れにくい特定領域が形成されていることを特徴としている。

このように構成された硫化検出センサでは、硫化検出部のＹ方向（電流方向と直交する方向）の両端部に電流の流れにくい特定領域が形成されており、この特定領域は抵抗値変化に影響を及ぼし難い部位であるため、硫化検出部の側端面からの硫化状態にバラツキがあったとしても、両特定領域で挟まれた硫化検出部の膜厚変化による抵抗値に基づいて、硫化の度合いを正確に検出することができる。

上記構成の硫化検出センサにおいて、硫化検出導体は、Ｙ方向の両端部に電極との接続幅よりも広く形成された幅広部を有し、該幅広部のＸ方向の両端部が保護膜によって覆われていると、硫化検出導体の印刷形状によって特定領域を容易に形成することができる。

また、上記構成の硫化検出センサにおいて、硫化検出導体と少なくとも一方の電極との間に抵抗体が介設されていると共に、該抵抗体は硫化検出導体のＹ方向の中央部分に接続されており、硫化検出導体のＸ方向の両端部と抵抗体の全部が保護膜によって覆われていると、抵抗体によって特定領域を規定することができると共に、硫化の度合いを検出可能な抵抗器として使用することができる。

本発明の第１実施形態例に係る硫化検出センサの平面図である。 図１のII−II線に沿う断面図である。 該硫化検出センサの製造工程を示す平面図である。 該硫化検出センサの製造工程を示す断面図である。 本発明の第２実施形態例に係る硫化検出センサの平面図である。 本発明の第３実施形態例に係る硫化検出センサの平面図である。

以下、発明の実施の形態について図面を参照しながら説明すると、図１は本発明の第１実施形態例に係る硫化検出センサ１０の平面図、図２は図１のII−II線に沿う断面図である。

図１と図２に示すように、第１実施形態例に係る硫化検出センサ１０は、直方体形状の絶縁基板１と、絶縁基板１の表面の長手方向両端部に設けられた一対の表電極２と、これら表電極２に接続する硫化検出導体３と、硫化検出導体３と表電極２の一部を覆う一対の保護膜４と、絶縁基板１の裏面の長手方向両端部に設けられた一対の裏電極５と、絶縁基板１の長手方向両端部に設けられた一対の端面電極６と、端面電極６の表面に設けられた外部電極７と、によって主として構成されている。

絶縁基板１は、後述する大判基板を縦横の分割溝に沿って分割して多数個取りされたものであり、大判基板の主成分はアルミナを主成分とするセラミックス基板である。

一対の表電極２は、銀を主成分とするＡｇ系ペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成したものであり、これら両表電極２は所定間隔を存して対向するように絶縁基板１の長手方向両端部に形成されている。一対の裏電極５も銀を主成分とするＡｇ系ペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成したものであり、これら裏電極５は絶縁基板１の表面側の表電極２と対応する位置に形成されている。なお、以下の説明において、一対の表電極２の電極間方向（図１の左右方向）をＸ方向、このＸ方向と直交する方向（図１の上下方向）をＹ方向とする。

硫化検出導体３は、銀を主成分とするＡｇ系ペーストをスクリーン印刷して乾燥・焼成したものであり、前述したように、硫化検出導体３の両端部は一対の表電極２に接続されている。硫化検出導体３の両端部は保護膜４によって覆われており、保護膜４から露出する部分の硫化検出導体３が硫化ガスを検出可能な硫化検出部３Ａとなっている。ここで、硫化検出導体３は、表電極２に重なるようにＸ方向の両端部に形成された接続部３ａと、接続部３ａよりも幅広となるようにＹ方向の両端部に形成された幅広部３ｂとを有しており、接続部３ａを短辺とする長方形の相対向する両長辺から幅広部３ｂが外側に向けて突出する十字型（やっこ型）形状となっている。

一対の保護膜４は、エポキシ樹脂等の硫化ガス非透過性の絶縁材料からなり、硫化検出導体３の接続部３ａ全体と幅広部３ｂのＸ方向の両端部は一対の保護膜４によって覆われている。

一対の端面電極６は、絶縁基板１の端面にＮｉ／Ｃｒをスパッタしたものであり、これら端面電極６は対応する表電極２と裏電極５間を導通するように形成されている。

一対の外部電極７はバリヤー層と外部接続層の２層構造からなり、そのうちバリヤー層は電解メッキによって形成されたＮｉメッキ層であり、外部接続層は電解メッキによって形成されたＳｎメッキ層である。これら外部電極７により、表電極２と端面電極６および裏電極５の表面が被覆されている。

次に、第１実施形態例に係る硫化検出センサ１０の製造工程について、図３と図４を用いて説明する。なお、図３（ａ）〜（ｆ）はこの製造工程で用いられる大判基板を表面的に見た平面図、図４（ａ）〜（ｆ）は図３（ａ）〜（ｆ）の長手方向中央部に沿った１チップ相当分の断面図をそれぞれ示している。

まず、絶縁基板１が多数個取りされる大判基板を準備する。この大判基板には予め１次分割溝と２次分割溝が格子状に設けられており、両分割溝によって区切られたマス目の１つ１つが１個分のチップ領域となる。図３と図４には１個分のチップ領域に相当する大判基板１１Ａが代表して示されているが、実際は多数個分のチップ領域に相当する大判基板に対して以下に説明する各工程が一括して行われる。

すなわち、この大判基板１１Ａの裏面にＡｇ系ペーストをスクリーン印刷した後、これを乾燥・焼成することにより、図３（ａ）と図４（ａ）に示すように、大判基板１１Ａの裏面に所定間隔を存して対向する一対の裏電極５を形成する。また、これと同時あるいは前後して、大判基板１１Ａの表面にＡｇ系ペーストをスクリーン印刷した後、これを乾燥・焼成することにより、図３（ｂ）と図４（ｂ）に示すように、大判基板１１Ａの表面に所定間隔を存して対向する一対の表電極２を形成する。

次に、大判基板１１Ａの表面にＡｇを主成分とするＡｇ系ペーストをスクリーン印刷した後、これを乾燥・焼成することにより、図３（ｃ）と図４（ｃ）に示すように、一対の表電極２の間に硫化検出導体３を形成する。この硫化検出導体３は、両表電極２に重なる接続部３ａを短辺とする長方形の領域Ｓ１と、この領域Ｓ１の相対向する両長辺から外側に向けて突出する細長形状の領域Ｓ２とを組み合わせた形状に形成されており、Ｙ方向の両端部に表電極２との接続幅よりも広く形成された幅広部３ｂを有している。ここで、一対の表電極２に接続された硫化検出導体３内の電流密度を考えると、表電極２に重なって接続する領域Ｓ１に電流が分布し、領域Ｓ１から外側に突出する領域Ｓ２は電流がほとんど流れない特定領域となる。

次に、硫化検出導体３の上からエポキシ系樹脂ペーストをスクリーン印刷して加熱硬化することにより、図３（ｄ）と図４（ｄ）に示すように、幅広部３ｂのＸ方向の両端部と接続部３ａの全体を覆う一対の保護膜４を形成する。これにより、硫化検出導体３の領域Ｓ１と領域Ｓ２のうち、一対の保護膜４間に挟まれて露出する矩形状の部分が硫化検出部３Ａとなる。しかる後、可溶性のマスキング液をスクリーン印刷して乾燥することにより、硫化検出導体３の硫化検出部３Ａを覆うマスキング層（図示せず）を形成する。

次に、大判基板１１Ａを一次分割溝に沿って短冊状基板１１Ｂに１次分割した後、短冊状基板１１Ｂの分割面にＮｉ／Ｃｒをスパッタすることにより、図３（ｅ）と図４（ｅ）に示すように、短冊状基板１１Ｂの両端部に表電極２と裏電極５間を接続する端面電極６を形成する。

次に、短冊状基板１１Ｂを二次分割溝に沿って複数のチップ状基板１１Ｃに２次分割した後、これらチップ状基板１１Ｃに対して電解メッキを施してＮｉ−Ｓｎメッキ層を形成することにより、図３（ｆ）と図４（ｆ）に示すように、端面電極６および裏電極５の表面を覆う外部電極７を形成する。最後に、溶剤を用いて前述したマスキング層を除去して、該マスキング層で覆われていた硫化検出導体３の硫化検出部３Ａを露出させることにより、図１，２に示す硫化検出センサ１０が完成する。

このように構成された硫化検出センサ１０は、他の電子部品と共に図示せぬ回路基板上に実装された後、該回路基板を硫化ガスを含む雰囲気に曝すことで使用される。そして、時間経過に伴って硫化検出部３Ａを構成するＡｇの体積が減少していくと、一対の表電極２間の抵抗値が上昇していき、最終的には硫化検出部３Ａが断線する。その際、硫化ガスに接する硫化検出部３Ａは、絶縁基板１に対向する表面全体から膜厚方向（図１の紙面と直交する方向）に硫化されるだけでなく、両幅広部３ｂの側端面から内方に向かう方向（図１の上下方向）にも硫化されることにより、Ｙ方向に沿う断面積が小さくなって抵抗値が上昇していく。

本実施形態例の場合、硫化検出導体３のＹ方向の両端部に幅広部３ｂが形成されており、これら幅広部３ｂは電流がほとんど流れない特定領域（領域Ｓ２）であるため、幅広部３ｂの側端面からの硫化は抵抗値変化にほとんど影響を及ぼさない。したがって、幅広部３ｂの印刷ダレ等に起因する硫化検出体３の側端面からの硫化速度の個体差を考慮する必要がなくなり、硫化検出部３Ａの領域Ｓ１の膜厚変化による抵抗値に基づいて、硫化の度合いを高精度に検出することができる。

以上説明したように、第１実施形態例に係る硫化検出センサ１０では、一対の保護膜４から露出する硫化検出部３Ａの幅方向（Ｙ方向）両端部に電流の流れにくい特定領域Ｓ２が形成されており、この特定領域Ｓ２は硫化検出導体３の抵抗値変化に影響を及ぼし難い部位であるため、硫化検出部３Ａにおける側端面からの硫化状態のバラツキを考慮する必要がなくなり、硫化検出部３Ａにおける領域Ｓ１の膜厚変化による抵抗値に基づいて、硫化の度合いを高精度に検出することができる。

また、硫化検出導体３の全体形状を、表電極２に重なる接続部３ａを短辺とする長方形の両長辺から幅広部３ｂをそれぞれ外側に向けて突出させた十字型形状となすと共に、一対の保護膜４によって硫化検出導体３の接続部３ａ全体と幅広部３ｂのＸ方向の両端部を覆うように構成したので、硫化検出導体３の印刷形状に基づいて特定領域Ｓ２を容易に形成することができる。

図５は本発明の第２実施形態例に係る硫化検出センサ２０の平面図であり、図１に対応する部分には同一符号を付してある。

図５に示すように、第２実施形態例に係る硫化検出センサ２０では、硫化検出導体３のＸ方向一端部は接続部３ａを介して一方の表電極２に接続されているが、硫化検出導体３のＸ方向他端部は抵抗体８を介して他方の表電極２に接続されている。一方の表電極２に対して接続部３ａと抵抗体８は同じ接続幅で重なっており、硫化検出導体３は、接続部３ａを短辺とする長方形の相対向する両長辺から幅広部３ｂが外側に向けて突出する横向きの凸形状となっている。また、接続部３ａと抵抗体８の全体および幅広部３ｂのＸ方向両端部が一対の保護膜４によって覆われており、これら保護膜４から露出する部分の硫化検出導体３が硫化検出部３Ａとなっている。なお、図示省略されているが、抵抗体８には抵抗値調整用のトリミング溝が形成されており、それ以外の構成は第１実施形態例に係る硫化検出センサ１０と基本的に同じである。

このように構成された第２実施形態例に係る硫化検出センサ２０では、第１実施形態例と同様に、一対の保護膜４から露出する硫化検出部３Ａの幅方向（Ｙ方向）両端部に電流の流れにくい幅広部３ｂ（特定領域）が形成されているため、硫化検出部３Ａにおける側端面からの硫化状態のバラツキを考慮する必要がなくなり、両幅広部３ｂで挟まれた硫化検出部３Ａの膜厚変化による抵抗値に基づいて、硫化の度合いを高精度に検出することができる。また、硫化検出導体３に抵抗体８を直列に接続することにより、上記したような特定領域を規定することができると共に、硫化の度合いを検出可能な抵抗器として使用することができる。

図６は本発明の第３実施形態例に係る硫化検出センサ３０の平面図であり、図５に対応する部分には同一符号を付してある。

図６に示す第３実施形態例に係る硫化検出センサ３０が第２実施形態例と相違する点は、硫化検出導体３が表電極２との接続部を持たない矩形状に形成されていることと、この硫化検出導体３のＸ方向両端部がそれぞれ抵抗体８を介して対応する表電極２に接続されていることにあり、それ以外の構成は基本的に同じである。なお、硫化検出導体３は、抵抗体８との接続部を短辺とする長方形の相対向する両長辺から幅広部３ｂが外側に向けて突出する矩形状となっており、この幅広部３ｂのＸ方向両端部と両抵抗体８の全体がそれぞれ保護膜４によって覆われている。

このように構成された第３実施形態例に係る硫化検出センサ３０においても、一対の保護膜４から露出する硫化検出部３Ａの幅方向（Ｙ方向）両端部に電流の流れにくい幅広部３ｂ（特定領域）が形成されているため、硫化検出部３Ａにおける側端面からの硫化状態のバラツキを考慮する必要がなくなり、両幅広部３ｂで挟まれた硫化検出部３Ａの膜厚変化による抵抗値に基づいて、硫化の度合いを高精度に検出することができる。また、硫化検出導体３を介して２つの抵抗体８を直列に接続することにより、上記したような特定領域を規定することができると共に、硫化の度合いを検出可能な抵抗器として使用することができ、さらに、左右対称で方向性のない硫化検出センサとすることができる。

１ 絶縁基板
２ 表電極（電極）
３ 硫化検出導体
３Ａ 硫化検出部
３ａ 接続部
３ｂ 幅広部（特定領域）
４ 保護膜
５ 裏電極
６ 端面電極
７ 外部電極
８ 抵抗体
１０，２０，３０ 硫化検出センサ

Claims (3)

1. 直方体形状の絶縁基板と、前記絶縁基板の主面における両端部に形成された一対の電極と、前記一対の電極間に形成された硫化検出導体と、前記硫化検出導体の一部を覆う保護膜と、を備え、
   前記硫化検出導体は前記保護膜から露出する硫化検出部を有し、
   前記一対の電極の電極間方向をＸ方向、このＸ方向と直交する方向をＹ方向としたとき、前記硫化検出部のＹ方向の両端部に、他の部分に比べて電流の流れにくい特定領域が形成されていることを特徴とする硫化検出センサ。
2. 請求項１に記載の硫化検出センサにおいて、
   前記硫化検出導体は、Ｙ方向の両端部に前記電極との接続幅よりも広く形成された幅広部を有し、該幅広部のＸ方向の両端部が前記保護膜によって覆われていることを特徴とする硫化検出センサ。
3. 請求項１に記載の硫化検出センサにおいて、
   前記硫化検出導体と少なくとも一方の前記電極との間に抵抗体が介設されていると共に、該抵抗体は前記硫化検出導体のＹ方向の中央部分に接続されており、
   前記硫化検出導体のＸ方向の両端部と前記抵抗体の全部が前記保護膜によって覆われていることを特徴とする硫化検出センサ。