JP3035368B2 - Gas sensor manufacturing method - Google Patents
Gas sensor manufacturing methodInfo
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Description
【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】この発明は、大気中のガスを検知
するガスセンサの製造方式に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for manufacturing a gas sensor for detecting gas in the atmosphere.
【０００２】[0002]
【従来の技術】従来、大気中の還元性ガスを検知するも
のとして、Ｎ型半導体特性を示すＳｎＯ2 ，ＺｎＯ，Ｆ
ｅ2 Ｏ3 などの金属酸化物半導体の焼結体を用いたガス
センサが知られている。2. Description of the Related Art Conventionally, SnO 2 , ZnO, F having N-type semiconductor characteristics have been used for detecting reducing gas in the atmosphere.
A gas sensor using a sintered body of a metal oxide semiconductor such as e 2 O 3 is known.
【０００３】このガスセンサは、金属酸化物半導体が還
元性ガスに接触すると、その金属酸化物半導体の電気伝
導度が増大して抵抗値が減少するという現象を利用した
ものである。[0003] This gas sensor utilizes the phenomenon that when a metal oxide semiconductor comes into contact with a reducing gas, the electrical conductivity of the metal oxide semiconductor increases and the resistance value decreases.
【０００４】一方、近年、小形化および多機能化の要請
から、上記の焼結体型のガスセンサに代わり、薄膜型の
ガスセンサが開発されつつある。On the other hand, in recent years, a thin-film type gas sensor has been developed in place of the above-mentioned sintered body type gas sensor due to a demand for miniaturization and multifunctionalization.
【０００５】この薄膜型のガスセンサは、ヒータを内蔵
した絶縁基板の表面に一対の電極を設け、その両電極上
に金属酸化物半導体を種々の薄膜形成法たとえばスパッ
タリング法で被着せしめて薄膜とし、それを感ガス体と
した構造のものである。In this gas sensor of the thin film type, a pair of electrodes are provided on the surface of an insulating substrate containing a heater, and a metal oxide semiconductor is deposited on both electrodes by various thin film forming methods, for example, a sputtering method to form a thin film. , And a gas sensitive material.
【０００６】そして、この薄膜型のガスセンサは、複数
に区分される絶縁基板と、この絶縁基板の区分要素にそ
れぞれ設けられるヒータと、前記絶縁基板の区分要素の
それぞれ表面に設けられる一対の電極と、前記絶縁基板
の表面の区分要素ごとの両電極上に薄膜形成法により形
成される感ガス体と、これら感ガス体上に設けられる触
媒層とが用意され、前記絶縁基板が区分要素ごとに分割
されることによって複数個がまとめて製造される。[0006] The thin-film gas sensor comprises an insulating substrate divided into a plurality, a heater provided on each of the dividing elements of the insulating substrate, and a pair of electrodes provided on respective surfaces of the dividing elements of the insulating substrate. A gas-sensitive body formed by a thin-film forming method on both electrodes for each of the segment elements on the surface of the insulating substrate, and a catalyst layer provided on these gas-sensitive bodies are provided, and the insulating substrate is provided for each of the segment elements. By dividing, a plurality is manufactured collectively.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】ところで、このような
量産方式では、薄膜形成に際しての膜厚分布が不可避で
あり、その膜厚に基づくセンサ抵抗が図５および図８に
示すように大きくばらついてしまう。このセンサ抵抗の
“ばらつき”は、そのままセンサ出力の“ばらつき”と
なって現われ、信頼性の低下となる。By the way, in such a mass production system, a film thickness distribution in forming a thin film is inevitable, and the sensor resistance based on the film thickness varies greatly as shown in FIGS. 5 and 8. I will. The “variation” of the sensor resistance appears as “variation” of the sensor output as it is, and the reliability is reduced.
【０００８】この発明は上記の事情を考慮したもので、
その目的とするところは、薄膜形成に際しての膜厚分布
に影響を受けることなく、“ばらつき”のない安定した
センサ出力を可能とするガスセンサの製造方式を提供す
ることにある。[0008] The present invention has been made in view of the above circumstances,
An object of the present invention is to provide a method of manufacturing a gas sensor which enables a stable sensor output without “variation” without being affected by a film thickness distribution in forming a thin film.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】複数に区分される絶縁基
板と、この絶縁基板の区分要素にそれぞれ設けられるヒ
ータと、上記絶縁基板の区分要素のそれぞれ表面に設け
られる一対の電極と、上記絶縁基板の表面の区分要素ご
との両電極上に薄膜形成法により形成される感ガス体
と、これら感ガス体上に設けられる触媒層とを備え、上
記絶縁基板を区分要素ごとに分割して複数個のガスセン
サを製造するガスセンサの製造方式において、上記各区
分要素に設けられる両電極の相互間距離をそれぞれの区
分要素が絶縁基板のどの位置にあるかに応じて変化させ
る。An insulating substrate divided into a plurality of parts, a heater provided on each of the dividing elements of the insulating substrate, a pair of electrodes provided on respective surfaces of the dividing elements of the insulating substrate, A gas-sensitive body formed by a thin-film forming method on both electrodes for each of the segmented elements on the surface of the substrate, and a catalyst layer provided on these gas-sensitive bodies; In the gas sensor manufacturing method for manufacturing the individual gas sensors, the mutual distance between the two electrodes provided on each of the above-mentioned divisional elements is changed according to the position of each of the divisional elements on the insulating substrate.
【００１０】[0010]
【作用】薄膜形成法によって形成される感ガス体の膜厚
分布に対応し、各区分要素における両電極の相互間距離
が設定される。According to the present invention, the distance between the two electrodes in each partitioning element is set according to the thickness distribution of the gas-sensitive material formed by the thin film forming method.
【００１１】[0011]
【実施例】以下、この発明の一実施例について図面を参
照して説明する。An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings.
【００１２】図１において、１は本体の基台となるステ
ムで、そのステム１にリードピン２ａ，２ｂ，２ｃ，２
ｄが垂直状態に植設される。In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a stem serving as a base of the main body, and the stem 1 has lead pins 2a, 2b, 2c, 2
d is implanted vertically.
【００１３】これらリードピンにそれぞれリードフレー
ム３，３，３，３を介して矩形状の絶縁基板４が保持さ
れる。A rectangular insulating substrate 4 is held by these lead pins via lead frames 3, 3, 3, 3, respectively.
【００１４】リードフレーム３は、導電性材料を板状に
成形したもので、一端がリードピンの上端に溶接され、
他端が絶縁基板４上の後述するボンディングパッドにパ
ラレルギャップウェルダにて溶接される。The lead frame 3 is formed by molding a conductive material into a plate shape, one end of which is welded to the upper end of a lead pin.
The other end is welded to a later-described bonding pad on the insulating substrate 4 by a parallel gap welder.
【００１５】絶縁基板４は、絶縁部材たとえばアルミナ
を主成分とするセラミックで形成される。The insulating substrate 4 is formed of an insulating member, for example, a ceramic mainly composed of alumina.
【００１６】そして、ステム１の上面側にステンレス製
で網状のネットキャップ１１が取付けられる。このネッ
トキャップ１１は、上記絶縁基板４の保護および防爆用
である。A net-shaped net cap 11 made of stainless steel is attached to the upper surface of the stem 1. This net cap 11 is for protection of the insulating substrate 4 and explosion proof.
【００１７】絶縁基板４およびその周囲の具体的な構成
を図２ないし図４に示す。FIGS. 2 to 4 show a concrete structure of the insulating substrate 4 and its surroundings.
【００１８】まず、絶縁基板４の表面の四隅の位置にそ
れぞれ金製の電極リード用ボンディングパッド５，５と
ヒータリード用ボンディングパッド６，６が設けられ
る。First, bonding pads 5 and 5 for electrode leads and bonding pads 6 and 6 for heater leads made of gold are provided at four corner positions on the surface of the insulating substrate 4, respectively.
【００１９】ボンディングパッド５，５は、上記リード
フレーム３，３を介してリードピン２ｂ，２ｄに接続さ
れる。The bonding pads 5 and 5 are connected to the lead pins 2b and 2d via the lead frames 3 and 3, respectively.
【００２０】ボンディングパッド６，６は、上記リード
フレーム３，３を介してリードピン２ａ，２ｃに接続さ
れる。The bonding pads 6, 6 are connected to the lead pins 2a, 2c via the lead frames 3, 3, respectively.
【００２１】絶縁基板４の内部に蛇行状の電気ヒータ７
が設けられる。このヒータ７は、絶縁基板４に形成され
ているスルーホール（図示しない）を通して両端が上記
ボンディングパッド６，６にそれぞれ接続される。A meandering electric heater 7 is provided inside the insulating substrate 4.
Is provided. Both ends of the heater 7 are connected to the bonding pads 6 and 6 through through holes (not shown) formed in the insulating substrate 4.
【００２２】また、絶縁基板４の表面のほぼ中央部に、
Ｐｔ製の一対の電極８，８がそれぞれ電極印刷法により
所定間隔ｋをもって設けられる。これら電極８，８は電
極リード用ボンディングパッド５，５にそれぞれ接続さ
れる。At substantially the center of the surface of the insulating substrate 4,
A pair of electrodes 8 made of Pt are provided at a predetermined interval k by an electrode printing method. These electrodes 8, 8 are connected to electrode lead bonding pads 5, 5, respectively.
【００２３】そして、絶縁基板４の表面において、一対
の電極８，８の上に感ガス体９が設けられる。On the surface of the insulating substrate 4, a gas-sensitive body 9 is provided on the pair of electrodes 8,8.
【００２４】この感ガス体９は、金属酸化物半導体たと
えばＳｎＯ2 をスパッタリングにより被着せしめて薄膜
としたもので、周囲雰囲気中の還元性ガスに感応する特
性を有する。The gas-sensitive body 9 is formed by depositing a metal oxide semiconductor such as SnO 2 by sputtering to form a thin film, and has a characteristic of being sensitive to a reducing gas in the surrounding atmosphere.
【００２５】さらに、絶縁基板４の表面において、感ガ
ス体９の上に、しかも感ガス体９の全体を覆うように触
媒層１０が設けられる。この触媒層１０は、触媒スラリ
ーの塗布によって形成される。Further, on the surface of the insulating substrate 4, a catalyst layer 10 is provided on the gas-sensitive body 9 and so as to cover the entire gas-sensitive body 9. The catalyst layer 10 is formed by applying a catalyst slurry.
【００２６】なお、リードピン２ｂ，２ｄ、リードフレ
ーム３，３、ボンディングパッド５，５、および電極
８，８により、感ガス体９の抵抗値変化をセンサ出力と
して取出す手段が構成される。The lead pins 2b and 2d, the lead frames 3 and 3, the bonding pads 5 and 5, and the electrodes 8 and 8 constitute a means for extracting a change in the resistance value of the gas-sensitive body 9 as a sensor output.
【００２７】また、リードピン２ａ，２ｃ、リードフレ
ーム３，３、ボンディングパッド６，６により、ヒータ
７に印加電圧を導く手段が構成される。The lead pins 2a and 2c, the lead frames 3 and 3, and the bonding pads 6 and 6 constitute means for guiding an applied voltage to the heater 7.
【００２８】すなわち、リードピン２ａ，２ｃ間に電圧
を印加すると、ヒータ７に電流が流れ、ヒータ７が発熱
する。これにより、絶縁基板４の温度が上昇し、その熱
が感ガス体９に伝わる。That is, when a voltage is applied between the lead pins 2a and 2c, a current flows through the heater 7, and the heater 7 generates heat. As a result, the temperature of the insulating substrate 4 increases, and the heat is transmitted to the gas-sensitive body 9.
【００２９】この状態で、周囲雰囲気中にガスが存在す
ると感ガス体９の抵抗値が変化する。この抵抗値変化
は、センサ出力としてリードピン２ｂとリードピン２ｄ
から取出される。In this state, if a gas exists in the surrounding atmosphere, the resistance value of the gas sensing body 9 changes. This change in the resistance value is detected as the sensor output by the lead pin 2b and the lead pin 2d.
Taken out of
【００３０】したがって、リードピン２ｂ，２ｄに検知
回路を接続することにより、ガスの濃度を知ることがで
きる。Therefore, by connecting the detection circuit to the lead pins 2b and 2d, the gas concentration can be known.
【００３１】他方、製造工程において、絶縁基板４は、
図５に示すように一枚の大きな絶縁基板２０が升目状に
区分され、その区分要素の分割により複数枚がまとめて
製造される。そして、分割前の絶縁基板２０の段階で、
各区分要素に対し、ボンディングパッド５，５，６，
６、ヒータ７、電極８，８、感ガス体９、および触媒層
１０の取付けおよび形成が順次行なわれる。On the other hand, in the manufacturing process, the insulating substrate 4
As shown in FIG. 5, one large insulating substrate 20 is divided into squares, and a plurality of substrates are manufactured collectively by dividing the dividing elements. Then, at the stage of the insulating substrate 20 before the division,
Bonding pads 5, 5, 6,
6, the heater 7, the electrodes 8, 8, the gas-sensitive body 9, and the catalyst layer 10 are sequentially mounted and formed.
【００３２】このうち、感ガス体９は、図５に破線の円
で示すように絶縁基板２０の表面をマスキングした後、
表面の全域にわたるスパッタリングにより、区分要素ご
との両電極８，８上に薄膜となって残される。The gas sensing body 9 is formed by masking the surface of the insulating substrate 20 as shown by a broken-line circle in FIG.
By sputtering over the entire surface, a thin film is left on both electrodes 8, 8 for each segmented element.
【００３３】ただし、この感ガス体９の薄膜形成に当た
っては、膜厚が絶縁基板２０の中央部で約１μm と厚
く、周辺部側で約０．５μm と薄くなる傾向がある。However, when forming the thin film of the gas sensitive body 9, the film thickness tends to be as thick as about 1 μm at the center of the insulating substrate 20 and as thin as about 0.5 μm at the periphery.
【００３４】そこで、スパッタリングの前の電極８，８
の取付けに際し、両電極８，８の相互間距離ｋをそれぞ
れの区分要素が絶縁基板２０のどの位置にあるかに応じ
て変化させる。Therefore, the electrodes 8, 8 before the sputtering are performed.
At the time of mounting, the distance k between the two electrodes 8, 8 is changed according to the position of each partition element on the insulating substrate 20.
【００３５】すなわち、絶縁基板２０の中央部に位置す
る区分要素（絶縁基板４）については両電極８，８の相
互間距離ｋを図２に示すように約１mmに設定し、周辺部
の隅に位置する区分要素については両電極８，８の相互
間距離ｋを図６に示すように約０．５mmに設定する。ま
た、中央部と周辺部との間に位置する区分要素について
は、両電極８，８の相互間距離ｋを約１mmから約０．５
mmへと徐々に短く設定する。That is, for the partitioning element (insulating substrate 4) located at the center of the insulating substrate 20, the distance k between the two electrodes 8, 8 is set to about 1 mm as shown in FIG. The distance k between the two electrodes 8, 8 is set to about 0.5 mm as shown in FIG. In addition, for the partitioning element located between the central part and the peripheral part, the distance k between the two electrodes 8 is set to about 1 mm to about 0.5 mm.
Set gradually to mm.
【００３６】このように、両電極８，８の相互間距離ｋ
を変えることにより、感ガス体９の膜厚分布にかかわら
ず、センサ抵抗の“ばらつき”を図７に示すように小さ
く押さえることができる。したがって、“ばらつき”の
ない安定したセンサ出力を得ることができ、信頼性の向
上が図れる。As described above, the distance k between the electrodes 8, 8 is k.
By changing the value, the “variation” of the sensor resistance can be suppressed to a small value as shown in FIG. 7 regardless of the film thickness distribution of the gas-sensitive body 9. Therefore, a stable sensor output without "variation" can be obtained, and the reliability can be improved.
【００３７】なお、上記実施例では、絶縁基板４にヒー
タ７を内蔵するタイプのガスセンサについて説明した
が、ヒータ７を絶縁基板４の裏面に設けるタイプのガス
センサにも同様に実施可能である。In the above embodiment, the gas sensor of the type in which the heater 7 is built in the insulating substrate 4 has been described. However, the present invention can be similarly applied to a gas sensor in which the heater 7 is provided on the back surface of the insulating substrate 4.
【００３８】[0038]
【発明の効果】以上述べたようにこの発明によれば、絶
縁基板の各区分要素に設けられる両電極の相互間距離を
それぞれの区分要素が絶縁基板のどの位置にあるかに応
じて変化させるようにしたので、薄膜形成に際しての膜
厚分布に影響を受けることなく、“ばらつき”のない安
定したセンサ出力を可能とするガスセンサの製造方式を
提供できる。As described above, according to the present invention, the mutual distance between the two electrodes provided on each partition element of the insulating substrate is changed according to the position of each partition element on the insulating substrate. With this configuration, it is possible to provide a gas sensor manufacturing method that enables stable sensor output without “variation” without being affected by the film thickness distribution in forming a thin film.
【図１】この発明の一実施例の全体の構成を示す斜視
図。FIG. 1 is a perspective view showing the entire configuration of an embodiment of the present invention.
【図２】同実施例における両電極およびその周辺部を上
方から見た図。FIG. 2 is a diagram showing both electrodes and their peripheral portions in the same example as viewed from above.
【図３】同実施例における感ガス体およびその周辺部を
上方から見た図。FIG. 3 is a view of the gas-sensitive body and its peripheral portion in the same example as viewed from above.
【図４】同実施例における触媒層およびその周辺部を上
方から見た図。FIG. 4 is a view of the catalyst layer and its peripheral portion in the same example as viewed from above.
【図５】同実施例における分割前の絶縁基板およびその
区分要素を上方から見た図。FIG. 5 is a view of the insulating substrate before division and its dividing elements according to the same embodiment as viewed from above.
【図６】同実施例における両電極の相互間距離ｋの変化
を示す図。FIG. 6 is a diagram showing a change in a distance k between both electrodes in the embodiment.
【図７】同実施例におけるセンサ抵抗の“ばらつき”を
示す図。FIG. 7 is a view showing “variation” of a sensor resistance in the embodiment.
【図８】従来におけるセンサ抵抗の“ばらつき”を示す
図。FIG. 8 is a diagram showing “variation” of a conventional sensor resistance.
１…ステム、２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…リードピン、３
…リードフレーム、４…絶縁基板、７…電気ヒータ、
８，８…電極、９…感ガス体、１０…触媒層、２０…絶
縁基板。1 ... stem, 2a, 2b, 2c, 2d ... lead pin, 3
... lead frame, 4 ... insulating substrate, 7 ... electric heater,
8,8 ... electrode, 9 ... gas sensitive body, 10 ... catalyst layer, 20 ... insulating substrate.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭60−202343（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−173146（ＪＰ，Ａ) 特開 平３−152451（ＪＰ，Ａ) 特開 昭60−10162（ＪＰ，Ａ) 実開 平４−104565（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) G01N 27/12 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of front page (56) References JP-A-60-202343 (JP, A) JP-A-61-173146 (JP, A) JP-A-3-152451 (JP, A) JP-A-60-202 10162 (JP, A) JP-A 4-104565 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int. Cl. 7 , DB name) G01N 27/12
Claims (1)
基板の区分要素にそれぞれ設けられるヒータと、前記絶
縁基板の区分要素のそれぞれ表面に設けられる一対の電
極と、前記絶縁基板の表面の区分要素ごとの両電極上に
薄膜形成法により形成される感ガス体と、これら感ガス
体上に設けられる触媒層とを備え、前記絶縁基板を区分
要素ごとに分割して複数個のガスセンサを製造するガス
センサの製造方式において、前記各区分要素に設けられ
る両電極の相互間距離をそれぞれの区分要素が絶縁基板
のどの位置にあるかに応じて変化させることを特徴とす
るガスセンサの製造方式。An insulating substrate divided into a plurality of parts, a heater provided on each of the dividing elements of the insulating substrate, a pair of electrodes provided on respective surfaces of the dividing elements of the insulating substrate, A gas-sensitive body formed by a thin-film forming method on both electrodes for each segment element, and a catalyst layer provided on these gas-sensitive bodies, the insulating substrate is divided for each segment element to form a plurality of gas sensors. In a method of manufacturing a gas sensor to be manufactured, a mutual distance between two electrodes provided on each of the segment elements is changed according to a position of each of the segment elements on an insulating substrate.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3065008A JP3035368B2 (en) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | Gas sensor manufacturing method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3065008A JP3035368B2 (en) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | Gas sensor manufacturing method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04299245A JPH04299245A (en) | 1992-10-22 |
| JP3035368B2 true JP3035368B2 (en) | 2000-04-24 |
Family
ID=13274531
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3065008A Expired - Lifetime JP3035368B2 (en) | 1991-03-28 | 1991-03-28 | Gas sensor manufacturing method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3035368B2 (en) |
-
1991
- 1991-03-28 JP JP3065008A patent/JP3035368B2/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04299245A (en) | 1992-10-22 |
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