JP3204365B2

JP3204365B2 - マイクロヒータ及びｃｏセンサ

Info

Publication number: JP3204365B2
Application number: JP07719596A
Authority: JP
Inventors: 康広岡本
Original assignee: Yazaki Corp
Current assignee: Yazaki Corp
Priority date: 1996-03-29
Filing date: 1996-03-29
Publication date: 2001-09-04
Anticipated expiration: 2016-03-29
Also published as: JPH09264862A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロヒータ及
びＣＯセンサに係り、特に都市ガス又はＬＰガス等の燃
焼時に発生するＣＯ（一酸化炭素）ガスの濃度を検出す
る接触燃焼式ＣＯセンサに用いられるマイクロヒータ及
びこのマイクロヒータを用いたＣＯセンサに関する。

【０００２】

【従来の技術】都市ガス又はＬＰガス等を燃焼させて使
用する場合に、不完全燃焼を起こしてＣＯガスが発生す
るとＣＯガス中毒を起こすおそれがある。このため、小
型湯沸器等には、ＣＯセンサが設けられており、発生す
るＣＯガス濃度を監視している。

【０００３】ＣＯセンサにはいくつかの種類があり、例
えば矢崎技術リポート、第１８号、（１９９３）９３〜
９９頁、特公昭６３−２６３３５号公報、特公昭６４−
１０７７４号公報、特開平１−２２１６４９号公報にそ
の内容が開示されている。第１従来例図６に従来のＣＯ
センサの一部切欠き斜視図を示す。

【０００４】図６に示すＣＯセンサは、矢崎技術リポー
ト、第１８号、（１９９３）９３〜９９貞に開示された
センサである。ＣＯセンサのハウジング８１は黄銅製の
ステム８２とステンレス鋼製のキャップ８４とを備えて
構成されており、ステム８２には複数のリード端子８３
が設けられ、キャップ８４にはガス流通のための窓８５
ａ，８５ｂがあけられている。

【０００５】ＣＯセンサのセンサ部は、，ＶＣ検知素子
８６と温度補償用比較素子８７とを備えて構成されてお
り、検知素子８６と温度補償用比較素子８７とをアルミ
ナ遮蔽板８８を挟んで対称な位置に配置するとともに、
リード端子８３に接続される。

【０００６】そして、ＣＯセンサのセンサ部にはキャッ
プ８４が被せられている。図７に図６に示した検知素子
および比較素子の断面図を示す。まず検知素子の製造方
法について説明する。直径約２５μｍのＰｔコイル９１
と、５％Ｒｈ粉末とアルミナ粉末とアルミナ系バインダ
と水とを混合したペーストを用意する。

【０００７】そしてこのペーストをＰｔコイル９１上に
塗布し、約７００℃で焼成して５％Ｒｈ−アルミナ触媒
９２を形成する。これにより図７（ａ）に示すような検
知素子８６が製造されることとなる。この場合におい
て、アルミナ粉末はＲｈ触媒を担持する担体として作用
するので、アルミナ担体と呼ばれる。

【０００８】次に比較素子の製造方法について説明す
る。直径２５μｍのＰｔコイル９３と、アルミナ粉末と
アルミナ系バインダと水とを混合したペーストとを用意
する。このペーストをＰｔコイル９３上に塗布し、約７
００℃で焼成してアルミナ担体９４を形成する。

【０００９】これにより図７（ｂ）に示すような比較素
子８７が製造され、アルミナ担体９４は検知素子８６と
異なり、Ｒｈを含まないこととなる。図８に図６に示し
たＣＯセンサの検出回路の回路図を示す。検知素子８６
及び比較素子８７は、固定抵抗Ｒ１、固定抵抗Ｒ２及び
可変抵抗ＲＶによりブリッジ回路を構成し、このブリッ
ジ回路には、検出回路１０１及び直流電源Ｅが接続され
ている。

【００１０】このＣＯセンサを使用するに際しては、ま
ず、都市ガスまたはＬＰガス等のガスを流さない状態で
は検出回路１０１に電流が流れないように可変抵抗ＲＶ
を調整する。この状態において、ＣＯガスが検知素子８
６に触れると、触媒作用により素子表面で酸化され、反
応熱が生じる。

【００１１】この反応熱によりＰｔコイル９１の抵抗値
が上昇し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡
が崩れ、検出回路１０１に電流が流れることとなる。検
出回路１０１はこの電流値を測定してＣＯガスの濃度を
算出するのである。この場合において、比較素子８７
は、周囲温度の変動によるＰｔコイルの抵抗値の変動を
相殺し、反応熱に起因するＰｔコイルの抵抗値の上昇の
みを純粋に取り出せるように補償している。

【００１２】また、アルミナ遮蔽板８８は、検知素子８
６と比較素子８７との間に熱的な障壁を作り、検知素子
８６で発生した反応熱が比較素子８７へ移動して比較素
子８７の周囲温度を乱すのを防ぎ、比較素子８７が周囲
温度を正確に補償するのを助けている。これによりＣＯ
ガスの濃度検出精度が高められている。第２従来例図９
に従来の他のＣＯセンサの平面図および断面図を示す。

【００１３】このＣＯセンサは特開平１−２２１６４９
号公報に開示されている半導体を用いたＣＯセンサであ
る。検出素子は、シリコン基板１１１の表面にＳｉＯ_２
の第１層１１２、Ｐｔの発熱体１１３、ＳｉＯ_２の第２
層１１４及び酸化錫半導体のガス感応体１１５が順次形
成されており、ガス感応体１１５の両端にはＰｔの電極
１１６ａ，１１６ｂが取り付けられている。

【００１４】また、ガス感応体１１５の下部には、シリ
コン基板１１１をエッチング除去することによりガス感
応体１１５の熱容量を小さくするための切欠き部１１７
が設けられている。そして、電極１１６ａ、１１６ｂに
は検出部１１８が接続されており、検出部１１８は、ガ
ス感応体１１５がＣＯガスと接触したときに電気抵抗が
減少する性質を利用して電気抵抗値の減少からＣＯガス
濃度を求めている。

【００１５】この第２従来例のＣＯセンサの検出手順
は、次の通りである。（１）まず、発熱体１１３に電流を流さない状態に保
持してガス感応体１１５を１００℃以下の低温にする。（２）次に検出部１１８は、ガス感応体１１５の電気
抵抗値に基づいてＣＯガス濃度を求め、不完全燃焼が生
じているかどうかを判定する。

【００１６】（３）つづいて発熱体１１３に通電する
ことによりガス感応体１１５を３００℃以上の高温にし
てガス感応体１１５の表面の汚れを除去する。（４）発熱体１１３への通電を止めて発熱体１１３の
発熱を止め、ガス感応体１１５を再び１００℃以下の低
温にする。

【００１７】（５）上記（１）〜（４）の手順（ヒー
トサイクル）を繰り返すことにより、ＣＯの連続的な計
測が可能である。この場合において、１回のヒートサイ
クルに要する時間は約３０秒である。

【００１８】

【発明が解決しようとする課題】第１従来例のＣＯセン
サでは、検知素子８６および比較素子８７は、Ｐｔコイ
ルの上に５％Ｒｈ−アルミナ触媒あるいはアルミナ単体
をビーズ状に形成しているため、表面積に対して体積が
大きい。

【００１９】従って表面積に対する熱容量が大きくな
り、ＣＯガス濃度検出速度が遅くなるという問題があ
る。また、熱容量が大きいため、マイクロヒータとして
のＰｔコイルに流す電流も大きくなり、ひいてはＣＯセ
ンサの消費電力が大きくなってしまうという問題点があ
った。

【００２０】さらに、ビーズ状に形成された検知素子８
６および比較素子８７を用いてＣＯセンサを製造するた
めには多大の工数を要し、量産化が難しくコストが高く
なるという不具合があった。一方、第２従来例のＣＯセ
ンサでは、ＳｉＯ_２の第１層１１２の下のシリコン基板
１１１をエッチング除去して切欠き部１１７を設けて熱
容量を小さくしているのでＣＯガス濃度検出速度は速く
なる。

【００２１】しかしながら、このようなくり抜き形の切
欠き部１１７を形成するのは、量産化が難しくコストが
高くなるという問題がある。また、ＳｉＯ_２単層では感
応体１１５を支える支持力が弱いので、幅広い短冊状に
作られたＰｔの発熱体１１３をＳｉＯ_２層１１２の上に
設けてＳｉＯ_２層１１２を補強している。さらに、中央
部から端部への温度勾配が大きく、感応体１１５の温度
が均一でなく、検出精度が悪くなるという問題がある。
さらにまた、第２従来例のＣＯセンサでは、第１従来例
と異なり比較素子がないため、周囲温度の変動による抵
抗値の変動を補償する事が出来ず、検出精度が悪くな
る。

【００２２】これを解決すべく、外部に温度補償回路を
取付けることが考えられるが、温度補償回路の取付けに
はコストがかかり、外部に温度補償回路を取付けただけ
では十分な温度補償ができないという問題がある。そこ
で、本発明の目的は、熱絶縁性が高く、消費電力が小さ
く、量産化が容易なマイクロヒータ及び検出速度が速
く、検出精度が高く、消費電力が小さく、量産化が容易
で低コストで製造できるＣＯセンサを提供することにあ
る。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、請求項１記載の発明は、支持基板により支持され、
かつ、絶縁体で形成された絶縁体ダイアフラムと、前記
絶縁体ダイアフラム上に形成されたヒータと、前記絶縁
体ダイアフラムの前記ヒータの周囲に配設した貫通孔と
を備え、前記絶縁体ダイアフラムは、前記マイクロヒー
タ側から前記支持基板側に向かってＳｉ ₃ Ｎ ₄ 層、ＳｉＯ
₂ 層、Ｓｉ層が順次積層されているように構成する。

【００２４】請求項１記載の発明によれば、ヒータは絶
縁体ダイアフラム上に形成されているので、熱容量が小
さくなる。また、ヒータの周囲には貫通孔が配設されて
いるので、熱絶縁性を向上し、熱容量が小さくなる。し
かも、絶縁体ダイアフラムは、マイクロヒータ側から支
持基板側に向かってＳｉ₃Ｎ₄層、ＳｉＯ₂層、Ｓｉ層が
順次積層されているので、この三重膜構造により強度を
保持することができる。

【００２５】

【００２６】請求項２記載の発明は、請求項１記載のマ
イクロヒータを有するＣＯセンサであって、同一センサ
内に１組の前記マイクロヒータを配置し、一方のマイク
ロヒータ上には、ＣＯガスを検出して反応熱を生じる触
媒を含む感応部を設け、他方のマイクロヒータ上には、
周囲温度変化を補償するための温度補償部を設けて構成
する。

【００２７】請求項２記載の発明によれば、一方のマイ
クロヒータ上の感応部は、ＣＯガスを検出して反応熱を
生じる触媒を含んでいるので、当該マイクロヒータの抵
抗値を変化させる。また、他方のマイクロヒータ上の温
度補償部は、周囲温度変化に伴って、当該マイクロヒー
タの抵抗値を変化させる。

【００２８】さらに両マイクロヒータは、同一センサ内
に配置されているので、両マイクロヒータの抵抗値の変
化をブリッジ回路で検出すれば、温度補償がされた状態
でＣＯガスの濃度を検出できる。請求項３記載の発明
は、請求項２記載の発明において、前記１組のマイクロ
ヒータを抵抗とみなしてブリッジ回路を構成し、前記ブ
リッジ回路の出力信号に基づいて前記ＣＯガスの有無を
検出する検出回路を備えて構成する。

【００２９】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の作用に加えて、検出回路は、１組のマイクロヒータ
を抵抗とみなしてブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路
の出力信号に基づいてＣＯガスの有無を検出する。

【００３０】

【発明の実施の形態】次に図面を参照して本発明の好適
な実施形態を説明する。図１（ａ）に実施形態のＣＯセ
ンサのセンサ素子の平面図、図１（ｂ）にＣＯセンサの
センサ素子のＡ−Ａ′断面図、図１（ｃ）にＣＯセンサ
のセンサ素子のＢ−Ｂ′断面図を示す。

【００３１】ＣＯセンサ１は、結晶方位〔１００〕のシ
リコン基板２を備えて構成されており、このシリコン基
板２の一方の面（図１中、上面）には、ｐ^＋−Ｓｉ層
３、ＳｉＯ_２層４ａ及びＳｉ_３Ｎ_４層５ａからなる熱絶
縁層が設けられており、シリコン基板１の他方の面（図
１中、下面）には、ＳｉＯ_２層４ｂ及びＳｉ_３Ｎ_４層５
ｂからなる熱絶縁層が設けられている。

【００３２】さらにＳｉ_３Ｎ_４層５ａの上面には、Ｔｉ
層とＰｔ層の二重層（またはＰｔ層の単層）から成る薄
膜抵抗をパターニングすることにより形成した二つのヒ
ータ６、７が所定の間隔をおいて配置されている。この
ヒータ６、７は、中央部に細い薄膜抵抗を多数回折り曲
げることにより形成したヒータ本体部６ａ、７ａと、こ
のヒータ本体部６ａ、７ａから引き出される薄膜抵抗の
接続部６ｂ、７ｂと、この接続部６ｂ、７ｂに接続して
金属線ボンディング接続可能な面積を有する電極引出部
６ｃ、７ｃとを備えて構成されている。

【００３３】ＣＯセンサ１の表面には、ＳｉＯ_２、Ｓｉ
_３Ｎ_４またはＰＳＧ（りん珪酸ガラス）の単層構造また
は多層構造を有し、ＣＶＤ法，スパッタ法などにより形
成された保護層８が設けられている。この保護層８は、
ヒータ６、７の短絡を防ぐと同時に、ヒータ６、７と後
述の感応部１０、温度補償部１１とが接触して反応する
のを防ぐ絶縁層の働きをする。保護層８は、絶縁層であ
ること、感応部１０、温度補償部１１を構成しているア
ルミナとなじみがよいこと、熱伝導率が高く、反応熱や
周囲温度を素早くヒータに伝えること、ガスに対する耐
蝕性が良好であること等が要求される。このため、上述
したように、保護層８は、ＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４または
ＰＳＧ（りん珪酸ガラス）の単層構造または多層構造を
有するのである。

【００３４】ヒータ６のヒータ本体６ａの上部（図１
（ａ）中、手前側）には、保護層８上にＲｈ粉末５％と
アルミナ粉末９５％との混合物により感応部１０が形成
され、ヒータ７のヒータ本体７ａの上部には、保護層８
の上にアルミナ単体で温度補償部１１が形成されてい
る。この温度補償部１１は、周囲温度の変動によるヒー
タ６の抵抗値の変動を補償するためのものであり、感応
部１０と同じ熱容量になるように形成されている。

【００３５】感応部１０及び温度補償部１１が設けられ
ている位置のシリコン基板１の裏面側に凹部１２ａ、１
２ｂを形成することにより、感応部１０及び温度補償部
１１が設けられている位置にダイアフラム１３ａ、１３
ｂを形成している。さらにダイアフラム１３ａ、１３ｂ
のヒータ本体６ａ、７ａの周囲には、図１、図２（ａ）
のヒータ６の平面拡大図及び図２（ｂ）のヒータ６のＣ
−Ｃ’拡大断面図に示すように、熱絶縁性を向上させ、
検出精度を向上するための複数の貫通孔１４ａ、１４ｂ
が設けられている。

【００３６】この場合において、貫通孔１４ａ又は貫通
孔１４ｂで囲まれ、かつ、ヒータ本体６ａ、７ａの裏面
に設けられたｐ^＋−Ｓｉ層は、ヒータ本体６ａ、７ａの
温度を均一にして電流集中による局部発熱を防止して、
断線を防止する均熱板として機能する。

【００３７】感応部１０に対応するヒータ６及び温度補
償部１１に対応するヒータ７は、図３に示すように、固
定抵抗Ｒ１、固定抵抗Ｒ２及び可変抵抗ＲＶによりブリ
ッジ回路を構成し、このブリッジ回路には、検出回路１
５及び直流電源Ｅが接続されている。

【００３８】このＣＯセンサ１を使用するに際しては、
まず、都市ガスまたはＬＰガス等のガスを流さない状態
では検出回路１５に電流が流れないように可変抵抗ＲＶ
を調整する。この状態において、ＣＯガスが検知素子８
６に触れると、触媒作用により素子表面で酸化され、反
応熱が生じる。

【００３９】この反応熱によりヒータ６の抵抗値が上昇
し、この抵抗値の上昇によりブリッジ回路の平衡が崩
れ、検出回路１５に電流が流れることとなる。検出回路
１５はこの電流値を測定してＣＯガスの濃度を算出する
のである。この場合において、ヒータ７は、周囲温度の
変動によるヒータ６の抵抗値の変動を相殺し、反応熱に
起因するヒータ６の抵抗値の上昇のみを純粋に取り出せ
るように補償している。

【００４０】この場合において、ヒータ６及びヒータ７
は、ｐ^＋−Ｓｉ層３、ＳｉＯ_２層４ａ及びＳｉ_３Ｎ_４層
５ａにより形成されるダイアフラム１３ａ、１３ｂに形
成され、かつ、ヒータ６及びヒータ７の周囲には、貫通
孔１４ａ、１４ｂが形成されているので、ヒータ６とヒ
ータ７とは十分に熱絶縁されると同時に熱容量が小さく
なっており、感度が向上し、検出速度も速くなってい
る。

【００４１】また、熱膨張率の差のため、Ｓｉに対して
ＳｉＯ_２層は圧縮応力を持ち、Ｓｉ_３Ｎ_４層は引張応力
を持っており、ＳｉＯ_２層単独であると、ダイアフラム
のコーナー部に亀裂が発生し易い傾向があり、Ｓｉ_３Ｎ
_４層をシリコン基板に直接形成するとＳｉ_３Ｎ_４層に亀
裂を生じ易い傾向がある。

【００４２】この亀裂発生を抑えるためにＳｉとＳｉ_３
Ｎ_４層との間にＳｉＯ_２層を挟み、ダイアフラムをＳｉ
Ｏ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４二層構造とし、層の厚さ制御を行うこ
とにより亀裂発生を抑えることができるが、ダイアフラ
ムをＳｉＯ_２／Ｓｉ_３Ｎ_４二層構造とした場合には、層
の厚さ制御を正確に行なう必要があり、歩留りが低くな
るという不具合がある。

【００４３】そこで、層の厚さ制御を容易とすべく、ダ
イアフラム１３ａ、１３ｂをｐ^＋−Ｓｉ／ＳｉＯ_２／Ｓ
ｉ_３Ｎ_４三層構造とし、この結果、ダイアフラム１３
ａ、１３ｂの支持力を強化するとともに、歩留りを向上
している。このダイアフラムを三層構造にして支持力を
強くしたので、図９に示した第２従来例のように絶縁層
を抵抗体で補強してやる必要がなくなる。

【００４４】この結果、ヒータ６、７は、図１に示した
形状とすることができ、少ない電流で中央部の必要な部
分のみ集中的に加熱できる。また、細い薄膜抵抗の接続
部６ｂ、７ｂを設けたので熱伝導が小さくなって温度勾
配が小さくなり、中央部のヒータ本体部６ａ、７ａの温
度分布が均一になり、検出精度を向上させると共に消費
電力を低減することができる。

【００４５】例えば、図６、図７に示したコイルを使用
する従来のＣＯセンサでは消費電力が６００ｍＷであっ
たのに対して、本発明品では消費電力を１２０ｍＷ以下
に下げることができ、消費電力を従来の１／５以下に低
減することができる。次に、第１の実施例のセンサ素子
の製造方法について説明する。

【００４６】図４は第１の実施例のセンサ素子の製造方
法を説明するための工程順に示した断面図である。ま
ず、図４（ａ）に示すように、結晶方位〔１００〕のＮ
型シリコン基板１の利用面にＳｉＯ_２層４２ａ，４２ｂ
を設け、ホトリソグラフィ技術によって上面のＳｉＯ_２
層４２ａに窓をあけ、Ｐ型不純物を高濃度に導入してｐ
^＋−Ｓｉ層３を形成する。

【００４７】次に、図４（ｂ）に示すように、ＳｉＯ_２
層４２ａ，４２ｂを除去し、新しくＳｉＯ_２層４ａ，４
ｂを設け、その上にＳｉ_３Ｎ_４層５ａ、５ｂを設ける。
さらに表面にホトレジストを塗布し、貫通孔を除くパタ
ーンを有するマスクで露光し、現像してホトレジストの
パターンを形成し、貫通孔部分のＳｉＯ_２層４ａ及びＳ
ｉ_３Ｎ_４層５ａを異方性エッチングにより除去する。

【００４８】次に、図４（ｃ）に示すように、リフトオ
フ法を用いてヒータ６、７を形成する。より詳細には、
リフトオフ法を用いるヒータ６、７の形成は次のように
行う。まず、表面にホトレジストを塗布し、ヒータ６、
７のパターンを有するマスクで露光し、現像してホトレ
ジストのパターンを形成する。

【００４９】図中、上方からＴｉとＰｔを順次被着して
Ｔｉ−Ｐｔ二層構造（またはＰｔ単層構造）の薄膜抵抗
を形成し、ホトレジストを溶解してホトレジストの上の
Ｔｉ−Ｐｔ層（またはＰｔ層）をホトレジストと共に除
去し、ホトレジストのなかった部分のみにヒータ６，７
を残す。

【００５０】これにより中央部に薄膜抵抗を多数回折り
曲げて形成したヒータ本体部６ａ、７ａと、このヒータ
本体部６ａ、７ａの両側から引き出される薄膜抵抗の接
続部６ｂ、７ｂと、この接続部６ｂ、７ｂに接続して金
属線ボンディング接続可能な面積を有する電極引出部６
ｃ、７ｃとを備えたヒータ６、７が形成されることとな
る。

【００５１】次に、図４（ｄ）に示すように、表面にＣ
ＶＤ法またはスパッタ法でＳｉＯ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、また
はＰＳＧ（りん珪酸ガラス）等を単層または多層に堆積
して保護層８を形成する。さらにホトリソグラフィ技術
とドライエッチング法によって保護層８をパターニング
してヒータ６、７の両端に電極引出し用のコンタクト窓
をあける。

【００５２】次に、図４（ｅ）に示すように、シリコン
基板１の下面のＳｉ_３Ｎ_４層５ｂにマスクを設け、ｐ^＋
−Ｓｉ層３の下方と貫通孔１４ａ、１４ｂを形成すべき
領域の下方のＳｉ_３Ｎ_４層５ｂ及びＳｉＯ_２層４ｂをエ
ッチング除去する。

【００５３】Ｓｉ_３Ｎ_４層５ａ、５ｂ、ＳｉＯ_２層４
ａ、４ｂをマスクにしてシリコン基板１を異方性エッチ
ングして凹部１２ａ、１２ｂを形成することによりダイ
アフラム１３ａ、１３ｂを形成すると同時に貫通孔１４
ａ、１４ｂ（図１参照）を貫通させる。エッチング液に
はＴＭＡＨ（テトラメチルアンモニウムハイドロオキサ
イド）、ＥＰＷ（エチレンジアミンピテカテコール）、
ヒドラジン等が適する。これらのエッチング液は、Ｓｉ
Ｏ_２層を余りエッチングせずにＳｉ（シリコン）をエッ
チングするからである。

【００５４】ダイアフラム１３ａ、１３ｂの最下層をｐ
^＋−Ｓｉ層３とするのは、高濃度不純物領域が低濃度不
純物領域よりもエッチング速度が遅いことを利用するた
めである。これを利用することにより、ｐ^＋−Ｓｉ層３
部分でエッチングが自然に止まり、エッチングの過不足
が起こらず、ダイアフラム１３ａ、１３ｂを確実、か
つ、容易に形成することができる。

【００５５】次に、図４（ｆ）に示すように、保護層８
上に感応部１０と温度補償部１１（図１参照）を形成す
る。感応部１０は、Ｒｈ粉末５％とアルミナ粉末９５％
とアルミナ系バインダと水とを混合してペーストを作
り、このペーストをヒータ６の上の保護層８上に塗布
し、約７００℃で焼成して作る。温度補償部１１は、ア
ルミナ粉末とアルミナ系バインダと水とを混合してペー
ストを作り、このペーストをヒータ７の上の保護層８上
に塗布し、約７００℃で焼成して作る。

【００５６】焼成は感応部１０と温度補償部１１と同時
に行う。温度補償部１１は、周囲温度の変動によるヒー
タ６の抵抗値の変動を補償するためのものであるから、
感応部１０と同じ熱容量になるように形成する。これに
よりＣＯセンサ１のセンサ素子が形成される。

【００５７】図５に本発明のＣＯセンサを用いてＣＯセ
ンサモジュールを構成した場合の一部切欠き斜視図であ
る。ＣＯセンサ１を収容するハウジングは、ステム２１
とキャップ２３とを備えて構成されている。

【００５８】ステム２１にはリード線２２が４本引き出
されている。キャップ２３は、円筒形で上面が閉ざされ
たコップ状に作られ、側面にガス流通のため二つの貫通
孔２４ａ、２４ｂが設けられている。なお、図５におい
ては、理解を容易にするため、図３ではキャップ２３の
半分を切欠いて示してある。

【００５９】ステム２１に図１に示したＣＯセンサ１を
固着し、金属細線２５でセンサ素子のヒータのコンタク
ト窓６ａ、６ｂ、７ａ、７ｂとリード線２２とをボンデ
ィング法で接続する。その後、キャップ２３をステム２
１に溶接することにより、ＣＯセンサモジュールが完成
することとなる。

【００６０】このＣＯセンサモジュールを実際に用いる
場合には、二つの貫通孔２４ａ、２４ｂからガスを導入
する。そして導入されたガス中のＣＯガスが感応部１０
に触れると、触媒作用により素子表面が酸化され、反応
熱が生じる。

【００６１】この反応熱によりヒータ６の抵抗値が上昇
し、この抵抗値の変化をブリッジ回路で測定してＣＯガ
スの濃度を検出することとなる。温度補償部１１は、周
囲温度の変動によるヒータ６の抵抗値の変動を打ち消
し、反応熱によるヒータ６の抵抗値の上昇のみを純粋に
取り出せるように補償する作用をするので、正確なＣＯ
ガス濃度を検出することが可能となる。

【００６２】以上の実施形態においては、ＣＯセンサモ
ジュールと検出回路と別個に構成していたが、一体に構
成することも可能である。これにより、より取扱いを容
易とすることができる。

【００６３】

【発明の効果】請求項１記載の発明によれば、ヒータは
絶縁体ダイアフラム上に形成されているので、熱容量が
小さくできる。また、ヒータの周囲には貫通孔が配設さ
れているので、熱絶縁性を向上し、熱容量が小さくな
り、消費電力を低減することができるとともに、検出速
度を向上し、かつ、測定精度を向上させることができ
る。

【００６４】しかも、上記発明の効果に加えて、絶縁体
ダイアフラムは、マイクロヒータ側から支持基板側に向
かってＳｉ₃Ｎ₄層、ＳｉＯ₂層、Ｓｉ層が順次積層され
ているので、この三重膜構造により強度を保持すること
ができるとともに、膜厚制御の許容範囲が広がり、歩留
りを向上させることができる。

【００６５】請求項２記載の発明によれば、一方のマイ
クロヒータ上の感応部が触媒によりＣＯガスを検出して
反応熱を生じて当該マイクロヒータの抵抗値を変化さ
せ、他方のマイクロヒータ上の温度補償部が、周囲温度
変化に伴って、当該マイクロヒータの抵抗値を変化させ
るに際し、両マイクロヒータは、同一基板上の物理的に
対称な位置に配置されているので、両マイクロヒータの
抵抗値の変化をブリッジ回路で検出すれば、温度補償が
された状態でＣＯガスの濃度を検出でき、ＣＯガス濃度
を迅速、かつ、正確に検出することができる。

【００６６】請求項３記載の発明は、請求項２記載の発
明の効果に加えて、検出回路は、１組のマイクロヒータ
を抵抗とみなしてブリッジ回路を構成し、ブリッジ回路
の出力信号に基づいてＣＯガスの有無を検出するので、
より取扱いが容易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＣＯセンサの構成説明図である。

【図２】マイクロヒータ部分の拡大説明図である。

【図３】検出回路の構成を説明する図である。

【図４】ＣＯセンサの製造方法説明図である。

【図５】ＣＯセンサモジュールの一部切欠き斜視図であ
る。

【図６】第１従来例の一部切欠き斜視図である。

【図７】第１従来例の検知素子および比較素子の断面図
である。

【図８】従来の検出回路の構成を説明する図である。

【図９】第２従来例の構成を説明する図である。

【符号の説明】

１ＣＯセンサ２シリコン基板３ｐ^＋−Ｓｉ層４ａ、４ｂＳｉＯ_２層５ａ、５ｂＳｉ_３Ｎ_４層６、７ヒータ６ａ、７ａヒータ本体部６ｂ、７ｂ接続部６ｃ、７ｃ電極引出部８保護層１０感応部１１温度補償部１２ａ、１２ｂ凹部１３ａ、１３ｂダイアフラム１４ａ、１４ｂ貫通孔

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) G01N 27/12

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】支持基板により支持され、かつ、絶縁体
で形成された絶縁体ダイアフラムと、前記絶縁体ダイアフラム上に形成されたヒータと、前記絶縁体ダイアフラムの前記ヒータの周囲に配設した
貫通孔とを備え、前記絶縁体ダイアフラムは、前記ヒータ側から前記支持
基板側に向かってＳｉ ₃ Ｎ ₄ 層、ＳｉＯ ₂ 層、Ｓｉ層が順
次積層されていることを特徴とするマイクロヒータ。
【請求項２】請求項１記載のマイクロヒータを有する
ＣＯセンサであって、同一センサ内に１組の前記マイクロヒータを配置し、一方のマイクロヒータ上には、ＣＯガスを検出して反応
熱を生じる触媒を含む感応部を設け、他方のマイクロヒータ上には、周囲温度変化を補償する
ための温度補償部を設けたことを特徴とするＣＯセン
サ。
【請求項３】請求項２記載のＣＯセンサにおいて、前記１組のマイクロヒータを抵抗とみなしてブリッジ回
路を構成し、前記ブリッジ回路の出力信号に基づいて前
記ＣＯガスの有無を検出する検出回路を備えたことを特
徴とするＣＯセンサ。