JP2514590B2 - 酸素センサ - Google Patents
酸素センサInfo
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- JP2514590B2 JP2514590B2 JP5284006A JP28400693A JP2514590B2 JP 2514590 B2 JP2514590 B2 JP 2514590B2 JP 5284006 A JP5284006 A JP 5284006A JP 28400693 A JP28400693 A JP 28400693A JP 2514590 B2 JP2514590 B2 JP 2514590B2
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- Japan
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- terminal portion
- electrode terminal
- substrate
- thin film
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- Measuring Oxygen Concentration In Cells (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、薄膜の酸化物セラミッ
クイオン伝導体を用いた酸素センサに関する。
クイオン伝導体を用いた酸素センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】イットリウム（Ｙ）で安定化した酸化ジ
ルコニウム、即ちジルコニア−イットリア（ＺｒＯ2 −
Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン伝導体（固体電解質）として用いた
セラミック酸素センサが知られている。バルク型のセラ
ミック酸素センサでは、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導
体バルクをプレス成形，焼成により得て、これに触媒作
用を有し且つ酸素ガス透過性を有するＰｔ電極を厚膜技
術即ちＰｔペーストの印刷焼成により形成している。
ルコニウム、即ちジルコニア−イットリア（ＺｒＯ2 −
Ｙ2 Ｏ3 ）をイオン伝導体（固体電解質）として用いた
セラミック酸素センサが知られている。バルク型のセラ
ミック酸素センサでは、ＺｒＯ2 −Ｙ2 Ｏ3 イオン伝導
体バルクをプレス成形，焼成により得て、これに触媒作
用を有し且つ酸素ガス透過性を有するＰｔ電極を厚膜技
術即ちＰｔペーストの印刷焼成により形成している。
【０００３】このようなバルク型セラミック酸素センサ
に対して、最近は、素子を小型化するため、酸化物イオ
ン伝導体をスパッタリング等の薄膜技術により形成する
薄膜型セラミック酸素センサが作られている。イオン伝
導体の両面に設けられる電極の形成法としては、スパッ
タリング法や印刷法が用いられる。
に対して、最近は、素子を小型化するため、酸化物イオ
ン伝導体をスパッタリング等の薄膜技術により形成する
薄膜型セラミック酸素センサが作られている。イオン伝
導体の両面に設けられる電極の形成法としては、スパッ
タリング法や印刷法が用いられる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】薄膜型の酸素センサに
おいては、電極薄膜の端子部の形成が難しいという問題
がある。例えば、スパッタリングを利用してＰｔ薄膜電
極を形成し、これにＰｔペーストの印刷焼成により電極
端子部を形成するとする。この方法では、焼成工程での
ペーストの収縮によりＰｔ電極薄膜に亀裂が生じ、場合
によっては剥離が生じて良好な電気導通がとれなくな
る。また、Ｐｔ薄膜電極をそのまま端子部として導出す
ると、膜厚が小さくて機械的摩擦により容易に破壊され
る。このため、機械的接続や、ハンダ，ペースト等によ
る接続が難しく、良好な導通がとれなくなる。
おいては、電極薄膜の端子部の形成が難しいという問題
がある。例えば、スパッタリングを利用してＰｔ薄膜電
極を形成し、これにＰｔペーストの印刷焼成により電極
端子部を形成するとする。この方法では、焼成工程での
ペーストの収縮によりＰｔ電極薄膜に亀裂が生じ、場合
によっては剥離が生じて良好な電気導通がとれなくな
る。また、Ｐｔ薄膜電極をそのまま端子部として導出す
ると、膜厚が小さくて機械的摩擦により容易に破壊され
る。このため、機械的接続や、ハンダ，ペースト等によ
る接続が難しく、良好な導通がとれなくなる。
【０００５】また薄膜型の酸素センサにおいて限界電流
特性を得るためには、電極が酸素ガス透過性を有し、且
つ酸素ガスが拡散律速された状態でカソード電極界面に
供給されるようにすることが必要である。酸素ガスの拡
散律速性を得るための方法として、基板自体をポーラス
にしてこれを酸素ガス供給部とする方法、基板とは別に
ポーラスな拡散律速絶縁層を形成する方法等が既に提案
されている。しかしこれら従来の方法では、薄膜を用い
た小型の酸素センサにおいて安定な拡散律速を得ること
は難しい。
特性を得るためには、電極が酸素ガス透過性を有し、且
つ酸素ガスが拡散律速された状態でカソード電極界面に
供給されるようにすることが必要である。酸素ガスの拡
散律速性を得るための方法として、基板自体をポーラス
にしてこれを酸素ガス供給部とする方法、基板とは別に
ポーラスな拡散律速絶縁層を形成する方法等が既に提案
されている。しかしこれら従来の方法では、薄膜を用い
た小型の酸素センサにおいて安定な拡散律速を得ること
は難しい。
【０００６】本発明は、上記した問題を解決して、優れ
た特性と高い信頼性を有する酸素センサを提供すること
を目的としている。
た特性と高い信頼性を有する酸素センサを提供すること
を目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明に係る酸素センサ
は、基板と、この基板上に所定間隔をおいて印刷焼成に
より形成されたアノード電極端子部及びカソード電極端
子部と、これらアノード電極端子部及びカソード電極端
子部により挟まれた領域の前記基板上にアノード電極，
酸化物イオン伝導体膜及びカソード電極がこの順に積層
形成されて、アノード電極及びカソード電極の一部がそ
れぞれ前記アノード電極端子部及びカソード電極端子部
に接合された薄膜積層体と、この薄膜積層体上に形成さ
れ一部が拡散律速性を持つ酸素ガス供給部として基板周
辺に導出されたポーラスな絶縁膜と、この絶縁膜の前記
酸素ガス供給部を除く領域を覆って形成された封止層と
を有することを特徴としている。
は、基板と、この基板上に所定間隔をおいて印刷焼成に
より形成されたアノード電極端子部及びカソード電極端
子部と、これらアノード電極端子部及びカソード電極端
子部により挟まれた領域の前記基板上にアノード電極，
酸化物イオン伝導体膜及びカソード電極がこの順に積層
形成されて、アノード電極及びカソード電極の一部がそ
れぞれ前記アノード電極端子部及びカソード電極端子部
に接合された薄膜積層体と、この薄膜積層体上に形成さ
れ一部が拡散律速性を持つ酸素ガス供給部として基板周
辺に導出されたポーラスな絶縁膜と、この絶縁膜の前記
酸素ガス供給部を除く領域を覆って形成された封止層と
を有することを特徴としている。
【０００８】
【作用】本発明によると、アノード電極及びカソード電
極の電極端子部が予め印刷焼成により形成され、これら
の端子部の間にアノード電極，酸化物イオン伝導体膜及
びカソード電極の薄膜積層体が形成される。アノード電
極及びカソード電極はそれぞれ一部が電極端子部に接合
されて、両者の電気的接続がとられる。このように構成
すれば、従来のようにアノード，カソード電極に焼成収
縮により亀裂が生じることがなく、また電極端子部の膜
厚も充分確保されるから、外部回路との間で電気的及び
機械的に良好な端子導通がとれる。また本発明において
は、上述した電極端子部構成に加えて、ポーラス絶縁膜
の一部がその形状と大きさによって酸素ガス透過性が制
御された、優れた拡散律速性を持つ酸素ガス供給部が形
成される。これにより良好な限界電流特性を持つ薄膜型
の酸素センサが得られる。
極の電極端子部が予め印刷焼成により形成され、これら
の端子部の間にアノード電極，酸化物イオン伝導体膜及
びカソード電極の薄膜積層体が形成される。アノード電
極及びカソード電極はそれぞれ一部が電極端子部に接合
されて、両者の電気的接続がとられる。このように構成
すれば、従来のようにアノード，カソード電極に焼成収
縮により亀裂が生じることがなく、また電極端子部の膜
厚も充分確保されるから、外部回路との間で電気的及び
機械的に良好な端子導通がとれる。また本発明において
は、上述した電極端子部構成に加えて、ポーラス絶縁膜
の一部がその形状と大きさによって酸素ガス透過性が制
御された、優れた拡散律速性を持つ酸素ガス供給部が形
成される。これにより良好な限界電流特性を持つ薄膜型
の酸素センサが得られる。
【０００９】
【実施例】以下、図面を参照して、本発明の実施例を説
明する。図１は本発明の一実施例の薄膜型酸素センサを
示すレイアウト図であり、図２（ａ）及び（ｂ）はそれ
ぞれ、図１のＡ−Ａ′及びＢ−Ｂ′断面図である。この
実施例では基板としてポーラスなアルミナ基板１を用い
ている。このポーラスなアルミナ基板１は、アノード電
極において形成された酸素ガスを排出するガス排出部と
なる。基板１の大きさは例えば、１０ｍｍ角、厚み０．
８ｍｍである。このアルミナ基板１上には予め、Ｐｔペ
ーストの印刷焼成により、アノード電極端子部２及びカ
ソード電極端子部３が所定間隔をおいて形成される。
明する。図１は本発明の一実施例の薄膜型酸素センサを
示すレイアウト図であり、図２（ａ）及び（ｂ）はそれ
ぞれ、図１のＡ−Ａ′及びＢ−Ｂ′断面図である。この
実施例では基板としてポーラスなアルミナ基板１を用い
ている。このポーラスなアルミナ基板１は、アノード電
極において形成された酸素ガスを排出するガス排出部と
なる。基板１の大きさは例えば、１０ｍｍ角、厚み０．
８ｍｍである。このアルミナ基板１上には予め、Ｐｔペ
ーストの印刷焼成により、アノード電極端子部２及びカ
ソード電極端子部３が所定間隔をおいて形成される。
【００１０】このように電極端子部２，３が形成された
基板上の電極端子部２，３の間の領域に、スパッタリン
グによりＰｔアノード電極４、安定化ジルコニア膜５及
びＰｔカソード電極６を順次形成した薄膜積層体が構成
される。アノード電極４及びカソード電極６はそれぞれ
櫛形パターンをもって形成されている。イオン伝導体と
しての安定化ジルコニア膜５のスパッタには、ＺｒＯ2
−８mol ％Ｙ2 Ｏ3 ターゲットを用いる。この薄膜積層
体のアノード電極４及びカソード電極６は、それぞれ一
部がアノード電極端子部２及びカソード電極端子部３に
重なり、これらと接合して電気的導通がとられる。
基板上の電極端子部２，３の間の領域に、スパッタリン
グによりＰｔアノード電極４、安定化ジルコニア膜５及
びＰｔカソード電極６を順次形成した薄膜積層体が構成
される。アノード電極４及びカソード電極６はそれぞれ
櫛形パターンをもって形成されている。イオン伝導体と
しての安定化ジルコニア膜５のスパッタには、ＺｒＯ2
−８mol ％Ｙ2 Ｏ3 ターゲットを用いる。この薄膜積層
体のアノード電極４及びカソード電極６は、それぞれ一
部がアノード電極端子部２及びカソード電極端子部３に
重なり、これらと接合して電気的導通がとられる。
【００１１】薄膜積層体の上には、櫛形パターンの電極
領域を覆って、酸素ガス透過性を有するポーラスな絶縁
膜７が形成されている。具体的にこの実施例では、この
絶縁膜７は、結晶化ガラスにステアタイト粉を約３０wt
％添加したペーストを印刷焼成して形成した。絶縁膜７
の一部は、基板周辺部に形状，大きさを限定した帯状パ
ターンで突出させることで、酸素ガス供給部７１，７２
としている。更に絶縁膜７上には、カソード，アノード
の各電極端子部２，３の一部び絶縁膜７の酸素ガス供給
部７１，７２を露出させた状態で封止層８が形成されて
いる。封止層８はこの実施例では結晶化ガラスペースト
を印刷し、１０００℃，１０分の焼成を行って形成し
た。なおこの封止層には非晶質ガラスを用いることもで
きる。
領域を覆って、酸素ガス透過性を有するポーラスな絶縁
膜７が形成されている。具体的にこの実施例では、この
絶縁膜７は、結晶化ガラスにステアタイト粉を約３０wt
％添加したペーストを印刷焼成して形成した。絶縁膜７
の一部は、基板周辺部に形状，大きさを限定した帯状パ
ターンで突出させることで、酸素ガス供給部７１，７２
としている。更に絶縁膜７上には、カソード，アノード
の各電極端子部２，３の一部び絶縁膜７の酸素ガス供給
部７１，７２を露出させた状態で封止層８が形成されて
いる。封止層８はこの実施例では結晶化ガラスペースト
を印刷し、１０００℃，１０分の焼成を行って形成し
た。なおこの封止層には非晶質ガラスを用いることもで
きる。
【００１２】この実施例によると、ドライプロセスによ
り櫛形パターンのアノード電極４，安定化ジルコニア膜
５及び櫛形パターンのカソード電極６の薄膜積層体を形
成して、良好な特性を得ることができる。即ち電極端子
部２，３は予め印刷焼成により厚く形成され、スパッタ
によるアノード電極４及びカソード電極６はこれらの端
子部２，３に接合されるように形成されるから、電気的
にも機械的にも良好な端子導通がとられる。また、カソ
ード電極６を覆う酸素ガス透過性を有するポーラス絶縁
膜７は、封止層８により覆われて、絶縁膜７の一部が所
定の大きさに制限された拡散律速性を持つ酸素ガス供給
部７１，７２として基板周辺に導出されて、安定な拡散
律速条件が満たされる。従って優れた限界電流特性が得
られる。図３は、この実施例による酸素センサを、大気
雰囲気中，４００℃の条件で測定した電圧−電流特性で
ある。非常にクリアな限界電流特性が得られている。ま
た信頼性も充分高いものであることが確認された。
り櫛形パターンのアノード電極４，安定化ジルコニア膜
５及び櫛形パターンのカソード電極６の薄膜積層体を形
成して、良好な特性を得ることができる。即ち電極端子
部２，３は予め印刷焼成により厚く形成され、スパッタ
によるアノード電極４及びカソード電極６はこれらの端
子部２，３に接合されるように形成されるから、電気的
にも機械的にも良好な端子導通がとられる。また、カソ
ード電極６を覆う酸素ガス透過性を有するポーラス絶縁
膜７は、封止層８により覆われて、絶縁膜７の一部が所
定の大きさに制限された拡散律速性を持つ酸素ガス供給
部７１，７２として基板周辺に導出されて、安定な拡散
律速条件が満たされる。従って優れた限界電流特性が得
られる。図３は、この実施例による酸素センサを、大気
雰囲気中，４００℃の条件で測定した電圧−電流特性で
ある。非常にクリアな限界電流特性が得られている。ま
た信頼性も充分高いものであることが確認された。
【００１３】
【発明の効果】以上述べたように本発明によれば、電極
端子部の外部回路との電気的及び機械的接続を良好なも
のとし、優れた特性と高い信頼性を実現した薄膜型の酸
素センサを提供することができる。
端子部の外部回路との電気的及び機械的接続を良好なも
のとし、優れた特性と高い信頼性を実現した薄膜型の酸
素センサを提供することができる。
【図１】 本発明の一実施例による酸素センサのレイア
ウトを示す。
ウトを示す。
【図２】 図１のＡ−Ａ′及びＢ−Ｂ′断面構造を示
す。
す。
【図３】 同実施例の酸素センサの特性を示す。
１…アルミナ基板、２…アノード電極端子部、３…カソ
ード電極端子部、４…アノード電極、５…安定化ジルコ
ニア膜、６…カソード電極、７…ポーラス絶縁膜、７
１，７２…酸素ガス供給部、８…封止層。
ード電極端子部、４…アノード電極、５…安定化ジルコ
ニア膜、６…カソード電極、７…ポーラス絶縁膜、７
１，７２…酸素ガス供給部、８…封止層。
フロントページの続き (72)発明者 宿利 尚次 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 石橋 功成 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (72)発明者 加藤 嘉則 東京都江東区木場１丁目５番１号 株式 会社フジクラ内 (56)参考文献 特開 昭62−198748（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−259459（ＪＰ，Ａ) 特開 昭62−144063（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−312769（ＪＰ，Ａ)
Claims (1)
- 【請求項１】 ポーラスな基板と、 この基板上に所定間隔をおいて印刷焼成により形成され
たアノード電極端子部及びカソード電極端子部と、 これらアノード電極端子部及びカソード電極端子部によ
り挟まれた領域の前記基板上にアノード電極，酸化物イ
オン伝導体膜及びカソード電極がこの順に積層形成され
て、アノード電極及びカソード電極の一部がそれぞれ前
記アノード電極端子部及びカソード電極端子部に接合さ
れた薄膜積層体と、 この薄膜積層体上に形成され一部が拡散律速性を持つ酸
素ガス供給部として基板周辺に導出されたポーラスな絶
縁膜と、 この絶縁膜の前記酸素ガス供給部を除く領域を覆って形
成された封止層とを有することを特徴とする酸素セン
サ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5284006A JP2514590B2 (ja) | 1993-10-18 | 1993-10-18 | 酸素センサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5284006A JP2514590B2 (ja) | 1993-10-18 | 1993-10-18 | 酸素センサ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07113781A JPH07113781A (ja) | 1995-05-02 |
| JP2514590B2 true JP2514590B2 (ja) | 1996-07-10 |
Family
ID=17673079
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5284006A Expired - Fee Related JP2514590B2 (ja) | 1993-10-18 | 1993-10-18 | 酸素センサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2514590B2 (ja) |
-
1993
- 1993-10-18 JP JP5284006A patent/JP2514590B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07113781A (ja) | 1995-05-02 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
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