JP2588217B2 - ガスセンサの製造方法 - Google Patents
ガスセンサの製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、感応膜の抵抗値のばらつきが少なく、かつ
経年安定性が良好なガスセンサの量産性および信頼性の
高い製造方法に関する。
経年安定性が良好なガスセンサの量産性および信頼性の
高い製造方法に関する。
（従来の技術） 従来から、ガス感応膜として金属酸化物半導体を用い
たガスセンサが一般に使用されている。
たガスセンサが一般に使用されている。
このようなガスセンサにおける金属酸化物半導体とし
ては、一般に、厚膜法により形成された厚膜半導体や焼
結体が用いられることが多かった。
ては、一般に、厚膜法により形成された厚膜半導体や焼
結体が用いられることが多かった。
ところが、近年、多機能化および量産性向上を実現さ
せるため、有機金属熱分解法による酸化スズ薄膜ガスセ
ンサの例にみられるような金属酸化物半導体薄膜を用い
たガスセンサが注目されている（白鳥、酒井、桂、第４
回センサ・シンポジウム会議録149ページ、1984年）。
さらに、前記有機金属化合物をペースト化して印刷、熱
分解することにより多数個の素子に一括して薄膜形成を
行ない、量産性を向上させた製造方法も知られている。
せるため、有機金属熱分解法による酸化スズ薄膜ガスセ
ンサの例にみられるような金属酸化物半導体薄膜を用い
たガスセンサが注目されている（白鳥、酒井、桂、第４
回センサ・シンポジウム会議録149ページ、1984年）。
さらに、前記有機金属化合物をペースト化して印刷、熱
分解することにより多数個の素子に一括して薄膜形成を
行ない、量産性を向上させた製造方法も知られている。
この方法では、多数個取りのアルミナ基板上にテルペ
ン系溶媒およびセルロース系ポリマーを加えてペースト
状にした有機金属化合物を所定のパターンにスクリーン
印刷し、焼成して金属酸化物半導体薄膜が形成される。
この方法は、物理蒸着法などのような高価な装置を必要
としない簡便なものであり、多数個の素子に所定のパタ
ーンを形成することにより金属酸化物半導体薄膜を容易
に形成することができ、量産性の面においても優れてい
る。
ン系溶媒およびセルロース系ポリマーを加えてペースト
状にした有機金属化合物を所定のパターンにスクリーン
印刷し、焼成して金属酸化物半導体薄膜が形成される。
この方法は、物理蒸着法などのような高価な装置を必要
としない簡便なものであり、多数個の素子に所定のパタ
ーンを形成することにより金属酸化物半導体薄膜を容易
に形成することができ、量産性の面においても優れてい
る。
しかしながら、この方法により製造された感応膜は、
一枚の基板から作製したものでも素子の半導体抵抗値に
ばらつきが生じるという欠点があった。そして、この半
導体抵抗値のバラツキは、印刷条件や原材料の変更によ
っても制御することが困難であり、また経年安定性に欠
けるという問題があった。
一枚の基板から作製したものでも素子の半導体抵抗値に
ばらつきが生じるという欠点があった。そして、この半
導体抵抗値のバラツキは、印刷条件や原材料の変更によ
っても制御することが困難であり、また経年安定性に欠
けるという問題があった。
（発明が解決しようとする問題点） 上記のように、従来の有機金属熱分解法による金属酸
化物半導体薄膜を用いたガスセンサは、金属酸化物半導
体膜の抵抗値等の特性のばらつきが大きく量産性向上に
限界があり、また経年安定性も不十分であった。
化物半導体薄膜を用いたガスセンサは、金属酸化物半導
体膜の抵抗値等の特性のばらつきが大きく量産性向上に
限界があり、また経年安定性も不十分であった。
本発明は、このような従来の欠点を解消すべくなされ
たもので、金属酸化物半導体をガス感応体膜とするガス
センサにおいて、金属酸化物半導体膜の抵抗値等の特性
のばらつきが小さく、経年安定性が良好で、量産性およ
び信頼性の高いガスセンサの製造方法を提供することを
目的とする。
たもので、金属酸化物半導体をガス感応体膜とするガス
センサにおいて、金属酸化物半導体膜の抵抗値等の特性
のばらつきが小さく、経年安定性が良好で、量産性およ
び信頼性の高いガスセンサの製造方法を提供することを
目的とする。
［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 本発明のガスセンサの製造方法は、前記目的を達成す
るために、多数個取りの基板上に有機金属化合物を含む
ペーストにより各チップ毎に所定のパターンを印刷し、
これらの印刷されたパターンを乾燥・焼成して前記有機
金属化合物の熱分解による金属酸化物半導体薄膜を形成
し、これらの金属酸化物半導体薄膜上に同一成分の有機
金属化合物を含むペーストを用いて印刷・乾燥・焼成工
程を繰り返すことにより、各チップ毎に２層以上の金属
酸化物半導体薄膜からなる複数のガス感応膜を形成し、
さらに、該複数のガス感応膜上にそれぞれ触媒厚膜を形
成し、しかる後、前記多数個取りの基板をチップ毎に分
割することを特徴としている。
るために、多数個取りの基板上に有機金属化合物を含む
ペーストにより各チップ毎に所定のパターンを印刷し、
これらの印刷されたパターンを乾燥・焼成して前記有機
金属化合物の熱分解による金属酸化物半導体薄膜を形成
し、これらの金属酸化物半導体薄膜上に同一成分の有機
金属化合物を含むペーストを用いて印刷・乾燥・焼成工
程を繰り返すことにより、各チップ毎に２層以上の金属
酸化物半導体薄膜からなる複数のガス感応膜を形成し、
さらに、該複数のガス感応膜上にそれぞれ触媒厚膜を形
成し、しかる後、前記多数個取りの基板をチップ毎に分
割することを特徴としている。
（作用） 本発明においては、多数個取りの基板を用いているの
で高い量産性が得られる。また、ガス感応膜を印刷によ
り形成しているので、各ガス感応膜の形状及び基板上の
正確な位置に形成させることができる。さらに、ガスセ
ンサに用いられる基板は、一般に表面に微細な凹凸があ
るため、有機金属化合物を含むペーストにより印刷パタ
ーンを形成し、これを熱分解させた場合、形成される金
属酸化物半導体薄膜には、厚さの不均一やクラックが発
生するが、本発明により得られるガスセンサは、金属酸
化物半導体薄膜が繰返し２層以上形成されているので、
膜厚が平均化され、微細なクラックは上層の金属酸化物
半導体薄膜に埋められて、抵抗値の低下やばらつきが低
減される。また金属酸化物半導体薄膜の表面が平滑化さ
れて表面積が小さくなり、経年安定性も向上する。
で高い量産性が得られる。また、ガス感応膜を印刷によ
り形成しているので、各ガス感応膜の形状及び基板上の
正確な位置に形成させることができる。さらに、ガスセ
ンサに用いられる基板は、一般に表面に微細な凹凸があ
るため、有機金属化合物を含むペーストにより印刷パタ
ーンを形成し、これを熱分解させた場合、形成される金
属酸化物半導体薄膜には、厚さの不均一やクラックが発
生するが、本発明により得られるガスセンサは、金属酸
化物半導体薄膜が繰返し２層以上形成されているので、
膜厚が平均化され、微細なクラックは上層の金属酸化物
半導体薄膜に埋められて、抵抗値の低下やばらつきが低
減される。また金属酸化物半導体薄膜の表面が平滑化さ
れて表面積が小さくなり、経年安定性も向上する。
（実施例） 以下、図面を参照しながら本発明の実施例を詳細に説
明する。
明する。
第１図（ａ）、（ｂ）は、この実施例のガスセンサの
表面図および裏面図であり、絶縁基板１の表面（第１図
（ａ））には対向電極２、２が形成され、この対向電極
２は、それぞれ対向電極用パッド３、３を介して対向電
極用リード線４、４に接続されている。
表面図および裏面図であり、絶縁基板１の表面（第１図
（ａ））には対向電極２、２が形成され、この対向電極
２は、それぞれ対向電極用パッド３、３を介して対向電
極用リード線４、４に接続されている。
対向電極２上には金属半導体薄膜５が形成され、その
上に触媒厚膜６が被着されている。
上に触媒厚膜６が被着されている。
一方、絶縁基板１の裏面（第１図（ｂ））には、ヒー
タ６が形成され、このヒータ６は、ヒータ用電極パッド
７を介してヒータ用リード線８に接続されている。な
お、このヒータ６は、センサへ付着する蒸気や埃を燃焼
させると共に、ガスの吸着脱離速度を速めて、素子の感
度と応答性を高めるものである。
タ６が形成され、このヒータ６は、ヒータ用電極パッド
７を介してヒータ用リード線８に接続されている。な
お、このヒータ６は、センサへ付着する蒸気や埃を燃焼
させると共に、ガスの吸着脱離速度を速めて、素子の感
度と応答性を高めるものである。
次にこの実施例のガスセンサの製造方法を、多数個取
りのチップのうちの一チップ部分についての製造工程を
示すフローチャート（第３図）およびその製造工程図
（第４図（第１図および第２図のIV−IV線に沿う断面
図））を用いて説明する。
りのチップのうちの一チップ部分についての製造工程を
示すフローチャート（第３図）およびその製造工程図
（第４図（第１図および第２図のIV−IV線に沿う断面
図））を用いて説明する。
まず絶縁基板１の表面に対向電極２を形成し（第３図
ステップ102（以下単にステップのみを示す）、第４図
ａ）、次いで絶縁基板１の裏面にヒータ用電極パッド８
を形成する（ステップ103、第４図ｂ）。
ステップ102（以下単にステップのみを示す）、第４図
ａ）、次いで絶縁基板１の裏面にヒータ用電極パッド８
を形成する（ステップ103、第４図ｂ）。
次に、絶縁基板１の裏面にヒータ用電極パッド８に接
続させてヒータ７を形成し（ステップ104、第４図
ｃ）、さらに表側に有機金属化合物を含むペーストによ
り感応膜を印刷し（ステップ105）、これを乾燥し（ス
テップ105）焼成して（ステップ106）有機金属化合物を
熱分解させて、金属酸化物半導体薄膜を形成する（第４
図ｄ）。そして、この有機金属化合物を含むペーストの
印刷、乾燥、焼成を所望の回数だけ繰返して金属半導体
薄膜５を形成する（第４図ｅ）。この後、金属半導体薄
膜５上に触媒厚膜６を形成し（ステップ108、第４図
ｆ）、多数個取りの基板をチップごとに分割した後、対
向電極用リード線４およびヒータ用リード線４、９をボ
ンディングして（ステップ110、第４図ｇ）、ガスセン
サが完成する（ステップ111）。
続させてヒータ７を形成し（ステップ104、第４図
ｃ）、さらに表側に有機金属化合物を含むペーストによ
り感応膜を印刷し（ステップ105）、これを乾燥し（ス
テップ105）焼成して（ステップ106）有機金属化合物を
熱分解させて、金属酸化物半導体薄膜を形成する（第４
図ｄ）。そして、この有機金属化合物を含むペーストの
印刷、乾燥、焼成を所望の回数だけ繰返して金属半導体
薄膜５を形成する（第４図ｅ）。この後、金属半導体薄
膜５上に触媒厚膜６を形成し（ステップ108、第４図
ｆ）、多数個取りの基板をチップごとに分割した後、対
向電極用リード線４およびヒータ用リード線４、９をボ
ンディングして（ステップ110、第４図ｇ）、ガスセン
サが完成する（ステップ111）。
ガス感応膜を形成する有機金属化物としては、種々の
ものが使用できるが、各層は、同一の有機金属化合物を
使用するようにする。これによって、材料の調整の手間
は一層の場合と変らず、手軽であり、装置も同じものを
使用できるようになる。
ものが使用できるが、各層は、同一の有機金属化合物を
使用するようにする。これによって、材料の調整の手間
は一層の場合と変らず、手軽であり、装置も同じものを
使用できるようになる。
以下に具体例について説明する。
多数個取りのアルミナ基板上に薄膜金導体ペーストに
より、表面に対向電極２を、裏面にヒータ用電極８を形
成し、さらに裏面には酸化ルテニウムのヒータ７を形成
した。次に、２−エチルヘキサン酸スズ50％、ニオブレ
ジネート0.5％、エチルヒドロキシエチルセルロース5.0
％、テルペン油44.5％からなるペーストを調製し、スク
リーン印刷により対向電極２上に成膜した後、120℃で1
5分間乾燥した。これを500℃で45分間熱処理して、金属
酸化物半導体薄膜５の一層目を形成した。この一層目の
上に再び同一のペーストを印刷し、乾燥、熱処理を行な
い二層目を形成した。
より、表面に対向電極２を、裏面にヒータ用電極８を形
成し、さらに裏面には酸化ルテニウムのヒータ７を形成
した。次に、２−エチルヘキサン酸スズ50％、ニオブレ
ジネート0.5％、エチルヒドロキシエチルセルロース5.0
％、テルペン油44.5％からなるペーストを調製し、スク
リーン印刷により対向電極２上に成膜した後、120℃で1
5分間乾燥した。これを500℃で45分間熱処理して、金属
酸化物半導体薄膜５の一層目を形成した。この一層目の
上に再び同一のペーストを印刷し、乾燥、熱処理を行な
い二層目を形成した。
この後、触媒厚膜６をスクリーン印刷し、150℃で10
分乾燥した後600℃で45分間加熱した。
分乾燥した後600℃で45分間加熱した。
このようにして、触媒厚膜６を形成した後、絶縁基板
１を各チップに分割し、対向電極パッド３およびヒータ
用電極パッド８に各リード線４、９を取付けてチップの
実装を行ない、ガスセンサとした。
１を各チップに分割し、対向電極パッド３およびヒータ
用電極パッド８に各リード線４、９を取付けてチップの
実装を行ない、ガスセンサとした。
このようにして作製したガスセンサと、ガス感応膜を
一層とした点を除いて実施例と同じ構造のガスセンサ
（比較例）について、各100個を任意に選び、その半導
体抵抗値を測定して標準偏差（σｎ）および変動係数
（σn/）を求めた。なお、ガス感度は実施例、比較例
共にほぼ同等であった。
一層とした点を除いて実施例と同じ構造のガスセンサ
（比較例）について、各100個を任意に選び、その半導
体抵抗値を測定して標準偏差（σｎ）および変動係数
（σn/）を求めた。なお、ガス感度は実施例、比較例
共にほぼ同等であった。
σｎ σn/ 実施例 4.94 0.94 0.19 比較例 30.9 14.5 0.47 上表のように、実施例のガスセンサは比較例のガスセ
ンサより、抵抗値が低く、またそのばらつきが小さくな
っている。
ンサより、抵抗値が低く、またそのばらつきが小さくな
っている。
また、この実施例と比較例の半導体抵抗の経年変化は
第５図に示す通りであった。
第５図に示す通りであった。
ただし、この第５図の経年変化は素子温度を通常使用
時より50℃あげて、約10倍に加速劣化させた場合のもの
である。この図から明らかなように、比較例のセンサで
は数百時間付近から抵抗が上昇し約10000時間で、初期
の10倍の値が推定されるのに対し、実施例では約20000
時間たっても２倍程度にしかならないものと推定され
る。
時より50℃あげて、約10倍に加速劣化させた場合のもの
である。この図から明らかなように、比較例のセンサで
は数百時間付近から抵抗が上昇し約10000時間で、初期
の10倍の値が推定されるのに対し、実施例では約20000
時間たっても２倍程度にしかならないものと推定され
る。
このように、本発明により得られたガスセンサは、抵
抗値のばらつきが小さくなるだけでなく経年安定性も向
上する。
抗値のばらつきが小さくなるだけでなく経年安定性も向
上する。
［発明の効果］ 以上の実施例からも明らかなように、本発明によれ
ば、多数個取りの基板を用い、印刷によりガス感応膜を
形成しているので信頼性の高いガスセンサを量産性よく
生産することができる。また、本発明により得られるガ
スセンサは、金属酸化物半導体薄膜が繰返し２層以上形
成されているので、膜厚が平均化され、微細なクラック
は上層の金属酸化物半導体薄膜に埋められて、抵抗値の
低下やばらつきが低減される。また金属酸化物半導体薄
膜の表面が平滑化されて表面積が小さくなり、経年安定
性も向上する。
ば、多数個取りの基板を用い、印刷によりガス感応膜を
形成しているので信頼性の高いガスセンサを量産性よく
生産することができる。また、本発明により得られるガ
スセンサは、金属酸化物半導体薄膜が繰返し２層以上形
成されているので、膜厚が平均化され、微細なクラック
は上層の金属酸化物半導体薄膜に埋められて、抵抗値の
低下やばらつきが低減される。また金属酸化物半導体薄
膜の表面が平滑化されて表面積が小さくなり、経年安定
性も向上する。
また、同一原料および装置をそのまま使用できるた
め、安価で信頼性の高いセンサを量産することができ
る。
め、安価で信頼性の高いセンサを量産することができ
る。
第１図は本発明の一実施例を説明するための表面図、第
２図はその裏面図、第３図は本発明の一実施例の製造工
程を示すフローチャート第４図はその製造工程図、第５
図はこの実施例で得られたガスセンサと比較例で得たガ
スセンサの加速劣化による経年変化のグラフである。 １……絶縁基板 ２……対向電極 ３……対向電極用パッド ４……対向電極用リード線 ５……金属酸化物半導体薄膜 ６……触媒厚膜 ７……ヒータ ８……ヒータ用電極パッド ９……ヒータ用リード線
２図はその裏面図、第３図は本発明の一実施例の製造工
程を示すフローチャート第４図はその製造工程図、第５
図はこの実施例で得られたガスセンサと比較例で得たガ
スセンサの加速劣化による経年変化のグラフである。 １……絶縁基板 ２……対向電極 ３……対向電極用パッド ４……対向電極用リード線 ５……金属酸化物半導体薄膜 ６……触媒厚膜 ７……ヒータ ８……ヒータ用電極パッド ９……ヒータ用リード線
Claims (1)
- 【請求項１】多数個取りの基板上に有機金属化合物を含
むペーストにより各チップ毎に所定のパターンを印刷
し、これらの印刷されたパターンを乾燥・焼成して前記
有機金属化合物の熱分解による金属酸化物半導体薄膜を
形成し、これらの金属酸化物半導体薄膜上に同一成分の
有機金属化合物を含むペーストを用いて印刷・乾燥・焼
成工程を繰り返すことにより、各チップ毎に２層以上の
金属酸化物半導体薄膜からなる複数のガス感応膜を形成
し、さらに、該複数のガス感応膜上にそれぞれ触媒厚膜
を形成し、しかる後、前記多数個取りの基板をチップ毎
に分割することを特徴とするガスセンサの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62276807A JP2588217B2 (ja) | 1987-10-31 | 1987-10-31 | ガスセンサの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62276807A JP2588217B2 (ja) | 1987-10-31 | 1987-10-31 | ガスセンサの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01118759A JPH01118759A (ja) | 1989-05-11 |
| JP2588217B2 true JP2588217B2 (ja) | 1997-03-05 |
Family
ID=17574659
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62276807A Expired - Lifetime JP2588217B2 (ja) | 1987-10-31 | 1987-10-31 | ガスセンサの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2588217B2 (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103630575A (zh) * | 2013-12-05 | 2014-03-12 | 大连理工大学 | 一种多电极组合式集成气体传感器 |
| CN106124575A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-11-16 | 苏州科技大学 | 一种no2传感器及其制备方法 |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5495077B2 (ja) * | 2012-05-01 | 2014-05-21 | 謙治 佐藤 | 無線タグ型センサ |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS607351A (ja) * | 1983-06-27 | 1985-01-16 | Toshiba Corp | 感ガス素子の製造方法 |
| JPS6170449A (ja) * | 1984-09-13 | 1986-04-11 | Toshiba Corp | ガス検知素子 |
| JPS63313047A (ja) * | 1987-06-15 | 1988-12-21 | Figaro Eng Inc | ガスセンサ及びその製造方法 |
-
1987
- 1987-10-31 JP JP62276807A patent/JP2588217B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN103630575A (zh) * | 2013-12-05 | 2014-03-12 | 大连理工大学 | 一种多电极组合式集成气体传感器 |
| CN106124575A (zh) * | 2016-08-08 | 2016-11-16 | 苏州科技大学 | 一种no2传感器及其制备方法 |
| CN106124575B (zh) * | 2016-08-08 | 2019-12-24 | 苏州科技大学 | 一种no2传感器及其制备方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH01118759A (ja) | 1989-05-11 |
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