JP6751156B2 - センサ用配線基板、センサ用パッケージおよびセンサ装置 - Google Patents

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Description

本発明は、センサ用配線基板、センサ用パッケージおよびセンサ装置に関する。
二酸化炭素（ＣＯ２）、アンモニア（ＮＨ３）またはエチルアルコール（Ｃ２Ｈ５ＯＨ）など各種の気体（ガス）の有無または濃度などを検知するガスセンサは、各家庭内、各種店舗内、産業設備内などあらゆる用途で使用されている。測定原理は目的の被検出物質ごとに異なっていたり、要求される検出精度によって異なっている。
特許文献１記載のガスセンサの基板には、２つの凹部が設けられており、１つの凹部には赤外光源素子が収容され、他の凹部には、マイクロフォンが収容されている。赤外光源素子から出射された赤外光によって検出対象の物質が励起され、生じた音波をマイクロフォンで検出する。
特開２０１１−２５２９０６号公報
本開示のセンサ用配線基板は、複数の誘電体層が積層されて成る、板状の基体と、接続配線と、を備える。基体には、音響素子を収容する第１収容凹部および赤外線発光素子を収容する第２収容凹部が、第１面に設けられており、前記第１収容凹部の底面と前記第２収容凹部の底面との間の伝熱経路の熱抵抗が、仮想的に前記第１収容凹部の深さと前記第２収容凹部の深さとを同じとした場合の伝熱経路の任意の位置における熱抵抗よりも大きい基体としている。接続配線は、前記第１収容凹部内に配設される、音響素子と電気的に接続する第１接続端子、前記第２収容凹部内に配設される、赤外線発光素子と電気的に接続する第２接続端子、外部回路と電気的に接続する外部接続端子、ならびに前記第１接続端子および前記第２接続端子を前記外部接続端子と電気的に接続する内層配線を含む。
本開示のセンサ用パッケージは、上記のセンサ用配線基板と、前記基体の前記第１面との間に空間を設けて覆うカバー体であって、前記空間に気体状の被検出物質が導入されるカバー体と、を備える。
本開示のセンサ装置は、上記のセンサ用パッケージと、前記第１収容凹部に収容される音響素子と、前記第２収容凹部に収容される赤外線発光素子と、を備える。
本発明の目的、特色、および利点は、下記の詳細な説明と図面とからより明確になるであろう。
第１実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す分解斜視図である。 第１実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第２実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第３実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す平面図である。 第３実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第４実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第５実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第６実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す分解斜視図である。 第６実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第７実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す分解斜視図である。 第７実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第７実施形態に係るガスセンサ用配線基板の平面図である。 第７実施形態に係るガスセンサ用配線基板の平面図である。 第８実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサ示す底面図である。 第８実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサ示す断面図である。 第９実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す平面図である。 第９実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す平面図である。 第９実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第１０実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す平面図である。 第１０実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す平面図である。 第１０実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第１１実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第１２実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。 第１３実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す分解斜視図である。 第１３実施形態に係るガスセンサ用配線基板、ガスセンサ用パッケージおよびガスセンサを示す断面図である。
本開示のセンサ用配線基板は、基体において、音響素子を収容する第１収容凹部の底面と赤外線発光素子を収容する第２収容凹部の底面との間の伝熱経路の熱抵抗が、仮想的に第１収容凹部の深さと第２収容凹部の深さとを同じとした場合の伝熱経路（以下、仮想経路という場合がある）の任意の位置における熱抵抗よりも大きくなるようにしている。これにより、熱源である赤外線発光素子で発生した熱を、音響素子まで移動し難くし、音響素子の加熱を低減して検出精度の低下を抑制している。
基体の構成は、第１収容凹部の底面と第２収容凹部の底面との間の伝熱経路の熱抵抗が、仮想経路の熱抵抗よりも大きくなるような構成であればよく、具体的な構成には限定されない。例えば、第１収容凹部の底面と第２収容凹部の底面との距離を、仮想経路における底面間の距離よりも長くすればよい。また、例えば、基体において、第１収容凹部の底面と第２収容凹部の底面との間に、熱伝導性が低い低熱伝導部を配設してもよい。
基体構成について、まず底面間の距離を長くする構成（構成Ａ）を説明し、続いて低熱伝導部を配設する構成（構成Ｂ）を説明する。
（構成Ａ）
図１は、第１実施形態に係るガスセンサ用配線基板１、ガスセンサ用パッケージ１０およびガスセンサ１００を示す図であり、図１Ａは分解斜視図であり、図１Ｂは、断面図である。なお、図１Ａの分解斜視図では、第１蓋体４、第２蓋体６およびカバー体５を分離した分解斜視図である。
ガスセンサ用配線基板１は、基体２と、接続配線３と、を備える。本実施形態の基体２は、矩形板状であって、複数の誘電体層が積層されて形成されている。また、この基体２には、少なくとも２つの凹部が設けられている。２つの凹部のうちの一方は、音響素子であるマイクロフォン素子２０を収容する第１収容凹部２ａであり、２つの凹部のうちのもう一方は、赤外線発光素子２１を収容する第２収容凹部２ｂである。第１収容凹部２ａおよび第２収容凹部２ｂは、基体２の一方主面（第１面）２ｃに開口するように設けられている。
本実施形態において、第１収容凹部２ａの底面と第２収容凹部２ｂの底面との距離を、仮想経路における底面間の距離よりも長くする構成として、第１収容凹部２ａの深さと、第２収容凹部２ｂの深さとが異なっている。第２収容凹部２ｂに収容される赤外線発光素子２１は、動作時に発熱し、基体２内を伝熱して第１収容凹部２ａに収容されるマイクロフォン素子２０を加熱する。この加熱によって、マイクロフォン素子２０が熱膨張して歪が生じると、音波の検出精度が低下してしまう。従来の構成では、第１収容凹部２ａの深さと、第２収容凹部２ｂの深さとが同じであり、本実施形態のように第１収容凹部２ａの深さと、第２収容凹部２ｂの深さとを異ならせることによって、仮想経路における底面間の距離よりも、熱源である赤外線発光素子２１からマイクロフォン素子２０までの伝熱経路を長くしている。これにより、従来よりもマイクロフォン素子２０の加熱を抑制して歪を低減し、音波の検出精度の低下を低減することができる。
さらに、第２収容凹部２ｂの深さを、第１収容凹部２ａの深さよりも深くすることで、熱源である赤外線発光素子２１と、基体２の一方主面２ｃとは反対側の他方主面（第２面）２ｄとの距離を短くしている。赤外線発光素子２１で発生した熱は、第１収容凹部２ａ方向および他方主面２ｄ方向を含めて多方向に伝熱する。ここで、他方主面２ｄは、放熱面となるので、赤外線発光素子２１と他方主面２ｄとの距離を短くすることで、他方主面２ｄへと伝熱し易くなり、第１収容凹部２ａへの伝熱がさらに抑制される。
本実施形態において、基体２の厚さは、例えば、１〜２ｍｍであり、第１収容凹部２ａの深さは、例えば、０．５〜１ｍｍであり、第２収容凹部２ｂの深さは、例えば、０．７〜１．５ｍｍである。
第１収容凹部２ａおよび第２収容凹部２ｂは、開口形状が、例えば、円形状、正方形状、矩形状等であってもよく、その他の形状であってもよい。第１収容凹部２ａおよび第２収容凹部２ｂは、基体２の主面に平行な断面の断面形状が深さ方向に一様な形状であってもよいが、所定の深さまでは、断面形状が開口形状と同じで一様であり、所定の深さ以降は、断面形状が小さくなって底部まで一様であるような、段差付きの凹部であってもよい。
第１収容凹部２ａの大きさ、第２収容凹部２ｂの大きさは、収容しようとするマイクロフォン素子２０および赤外線発光素子２１の大きさに応じて適宜設定すればよい。第１収容凹部２ａの開口は、例えば、縦方向長さが４〜６ｍｍであり、横方向長さが４〜６ｍｍである。また、第２収容凹部２ｂの大きさは、例えば、縦方向長さが４〜６ｍｍであり、横方向長さが４〜６ｍｍである。
基体２は、マイクロフォン素子２０および赤外線発光素子２１を収容可能であれば、基体２がセラミック絶縁材料からなるものであってもよく、樹脂絶縁材料からなるものであってもよい。
基体２が、セラミック絶縁材料からなる場合、セラミック絶縁材料からなる誘電体層に配線導体が形成される。セラミック絶縁材料としては、例えば、酸化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、炭化珪素質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、窒化珪素質焼結体またはガラスセラミックス焼結体等が挙げられる。
また、基体２が、樹脂絶縁材料からなる場合、有機材料からなる誘電体層に配線導体が形成される。有機材料としては、例えば、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル樹脂、フェノール樹脂またはフッ素系樹脂等が挙げられる。
接続配線３は、第１接続端子３ａ、第２接続端子３ｂ、外部接続端子３ｃおよび内部配線３ｄを含み、金属材料などの導電性材料によって構成される。第１接続端子３ａは、第１収容凹部２ａ内に配設されており、収容されるマイクロフォン素子２０と電気的に接続する端子である。第２接続端子３ｂは、第２収容凹部２ｂ内に配設されており、赤外線発光素子２１と電気的に接続する端子である。外部接続端子３ｃは、基体２の他方主面２ｄに配設されており、給電回路、制御回路など外部回路と電気的に接続するための端子である。内部配線３ｄは、基体２の内部に配設されており、第１接続端子３ａおよび第２接続端子３ｂと外部接続端子３ｃとを、それぞれ電気的に接続する。内部配線３ｄには、例えば、誘電体層を貫通する貫通導体および誘電体層間に配設される伝送配線などが含まれる。
マイクロフォン素子２０と第１接続端子３ａとの接続および赤外線発光素子２１と第２接続端子３ｂとの接続は、各素子の仕様に応じて、ワイヤボンディング接続、フリップチップ接続、バンプ接続など各種の接続方式を採用できる。
ガスセンサ用パッケージ１０は、上記のガスセンサ用配線基板１と、第１蓋体４と、カバー体５と、第１収容凹部２ａ内に封入される検出用ガスと、を備える。第１蓋体４は、第１収容凹部２ａを覆う蓋体であり、赤外線を透過可能に構成されている。第１収容凹部２ａ内に封入される検出用ガスは、赤外線を吸収して得られたエネルギにより振動し、音波を発生する検出用物質が気体状態にあるものである。第１収容凹部２ａに収容されるマイクロフォン素子２０は、この検出用ガスによって発生した音波を受信する。検出用ガスとしては、例えば、二酸化炭素、アンモニア、エチルアルコールなどを用いることができ、種類としては被検出物質と同じか、または異なっていてもよい。検出用ガスが、第１収容凹部２ａ内に封入されていることで、検出用物質が、マイクロフォン素子２０の近傍に存在し、発生した音波がマイクロフォン素子２０によって確実に受信される。
カバー体５は、基体２の第１面２ｃを覆って、第１面２ｃとともに空間を規定する。第１面２ｃとカバー体５の内面とで囲まれた空間が、気体状の被検出物質が導入される検出空間１１となる。カバー体５は、例えば、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、ＡＢＳ樹脂、ポリカーボネート樹脂等の合成樹脂によって構成されている。カバー体５は、立方体状、直方体状、半球状および半円筒状に形成され、いずれの形状であっても一つの面と被検出物を流過させるための面が開放されている。一つの開放された面が第１面２ｃによって塞がれて開放された検出空間１１が形成される。本実施形態では、カバー体５は、両底面が開放された半円筒状に形成されている。カバー体５は、検出空間１１に照射された赤外線をその内面で反射し、第１収容凹部２ａ内に赤外線を進行させるように、内面の形状などが構成されている。カバー体５が金属から成る場合はその内面で赤外線を反射することができる。カバー体５が合成樹脂から成る場合も赤外線を反射することができるが、金属に比べて反射率が低いので、後述する反射部材９を内面に設けることで反射率を向上させることができる。カバー体５が金属から成る場合は、アルミニウムおよび金を用いると赤外線の反射率の高いものとなり、コストを考慮するとアルミニウムがより適している。カバー体５の基体２への固定は、カバー体５および基体２の材質に応じて樹脂系接着剤またははんだ、ろう材などの金属製接合剤などを用いることができる。
本実施形態では、ガスセンサ用パッケージ１０は、第２収容凹部２ｂを覆う蓋体であり、赤外線を透過可能な第２蓋体６をさらに備えている。上記のように検出空間１１には、外部から気体状の被検出物質が導入されるが、導入されるのは被検出物質のみではなく、空気、不活性ガスおよびその他種々の気体状物質が混合した混合ガスとして導入される。第２蓋体６が設けられていないと、混合ガスに含まれる気体状物質が赤外線発光素子２１の表面に付着して赤外線の出射が阻害されたり、第２接続端子３ｂに付着して電気的短絡（ショート）が生じたりするおそれがある。これらの不具合は第２蓋体６を設けることによって防止される。
また、第１蓋体４および第２蓋体６は、赤外線が透過するように構成されていればよい。赤外線の透過率が７０％以上、好ましくは９０％以上の透過率を有する絶縁材料で第１蓋体４および第２蓋体６を構成すればよい。
第１蓋体４および第２蓋体６を構成する絶縁材料としては、例えばサファイア等の透明セラミック材料、ガラス材料または樹脂材料等を用いることができる。ガラス材料としては、ホウケイ酸ガラス、結晶化ガラス、石英、ソーダガラス等を用いることができる。樹脂材料としては、ポリカーボネート樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂等を用いることができる。特に、シリコンやゲルマニウム等の絶縁材料であれば赤外線の透過率が高く、望ましい。また、このような材料から成る第１蓋体４は、検出空間１１内において被検出物質が赤外線を吸収して発する音波のほぼ全てを遮蔽することができる。
本実施形態では、第２蓋体６に、赤外線発光素子２１から検出空間１１に出射される赤外線の出射方向を特定方向のみに規制する絞り部材６ａが配設されている。絞り部材６ａは、第２収容凹部２ｂの開口より小さい絞り孔６ａ１を有する。赤外線はこの絞り孔６ａ１のみを透過して検出空間１１に出射されるので、絞り孔６ａ１の位置によって赤外線の出射方向が特定方向に規制される。赤外線の出射方向を特定方向のみに規制することで、規制された赤外線だけがカバー体５の内面（に配設された反射部材９）で反射して第１収容凹部２ａ内に入射するので、カバー体５内で多重反射した規制されていない赤外線によるノイズを抑制することができる。また、絞り部材６ａによって赤外線の出射量も制限されるため、カバー体５内で多重反射した規制されていない赤外線によって第１収容凹部２ａの内面および第１収容凹部２ａに収容されたマイクロフォン素子２０が加熱されてしまう可能性が低減され、検出精度が低下してしまう可能性が低減される。
絞り部材６ａは、例えば、絞り孔６ａ１が設けられた、赤外線を遮光する薄膜からなる。赤外線を遮光する薄膜とは、赤外線を反射または吸収することで赤外線を透過しない薄膜である。このような薄膜を構成する材料としては、金属および酸化物等の無機化合物、または有機樹脂等を用いることができる。特に無機化合物、有機樹脂であれば、赤外線を吸収することが出来るため、第２収容凹部２ｂ内で赤外線が多重反射して絞り孔６ａ１から規制方向以外に赤外線が出射してしまうことによるノイズを抑制する事ができる。絞り部材６ａが金属からなる場合であれば、Ｃｒ、Ｔｉ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｃｏ、Ａｇ、Ａｕ、Ｐｄ、Ｐｔ、Ｒｕ、Ｓｎ、Ｔａ、Ｆｅ、Ｉｎ、Ｎｉ、Ｗなどの金属およびこれらの合金等の金属材料を蒸着、スパッタ、焼付け等によって形成することができる。また、絞り孔６ａ１は、マスクを使用して薄膜形成時に設けてもよく、薄膜形成後に研削などの物理的手段またはエッチングなどの化学的手段によって形成してもよい。赤外線は、絞り孔６ａ１のみを透過し、それ以外の薄膜部分では反射または吸収されるので、検出空間１１に出射される赤外線の出射方向を規制することができる。絞り孔６ａ１の位置が赤外線発光素子２１の直上（第２収容凹部２ｂの底面に対して垂直で赤外線発光素子２１の中心部を通る方向上方）であれば、赤外線の強度が最も強い位置に絞り孔６ａ１が位置することになるため、絞り部材６ａを配設した場合でも赤外光の出射量が大きく低下することがない。これにより、赤外線発光素子２１からの出射量を上げるために赤外線発光素子２１に印加する電力を大きくする必要がなく、より低い電力で測定できる。また、絞り部材６ａは赤外線発光素子２１から離れている方がより効果的であるので、赤外線発光素子２１を収容する第２収容凹部２ｂの深さが第１収容凹部２ａの深さよりも深いことがよいといえる。
さらに、第２蓋体６には、赤外線波長領域の特定波長のみを通過させるバンドパスフィルタ６ｂが設けられていてもよい。特定波長とは、被検出物質および検出用ガスが吸収する波長であり、これにより検出用ガスに音波を発生させることのできるものである。バンドパスフィルタ６ｂは、このような特性を有していれば一般的に用いられているものを使用することができる。バンドパスフィルタ６ｂは、例えば、高屈折率の誘電体膜と低屈折率の誘電体膜との多層膜からなるものである。例えば、絞り部材６ａの絞り孔６ａ１の部分にバンドパスフィルタ６ｂを設ける。高屈折率の誘電体としては、例えばＨｆＯ２、Ｔａ２Ｏ５、Ｇｅ等を用いることができ、低屈折率の誘電体としては、例えばＺｎＳ、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３等を用いることができる。バンドパスフィルタ６ｂによって赤外線波長領域の特定波長以外の波長の光が検出空間１１に出射されることを規制することができる。赤外線は被検出物質および検出用ガスに吸収され、検出用ガスに音波を発生させるためのものであるので、特定波長だけが必要である。この特定波長以外の波長の赤外線、すなわち不要な赤外線が第１収容凹部２ａ内に侵入すると、不要な赤外線によって第１収容凹部２ａの内面および第１収容凹部２ａに収容されたマイクロフォン素子２０が加熱されてしまう。バンドパスフィルタ６ｂを設けると、不要な赤外線が第２収容凹部２ｂから出射されないので、不要な赤外線による加熱によってマイクロフォン素子２０の熱膨張による歪が生じることがなく、これによって検出精度が低下してしまうことがない。また、不要な赤外線によって検出空間１１内の物質、基体２の第１面も加熱される。カバー体５はその内面で赤外線の多くを反射するが一部は吸収する。加熱された検出空間１１内の物質、基体２によって、またカバー体５自体が加熱されることによって、カバー体５が熱膨張によって歪んでしまう場合がある。カバー体５が歪むことによって、赤外線の反射角度が変わってしまい、第１収容凹部２ａ内へ到達する赤外線の量が減少し、装置１００の感度が低下してしまう可能性がある。バンドパスフィルタ６ｂを設けると、このようなことが発生する可能性も低減することができる。
また、バンドパスフィルタ６ｂと絞り部材６ａとは第２蓋体６の同じ面に設けなくてもよい。例えば、後述の図３Ｂに示す例のように、第２蓋体６の第２収容凹部２ｂ側の面にバンドパスフィルタ６ｂを設け、その反対側の面に絞り部材６ａを設けることができる。これとは逆に、第２蓋体６の第２収容凹部２ｂ側の面に絞り部材６ａを設け、その反対側の面にバンドパスフィルタ６ｂを設けることもできる。また、第２蓋体６の一方の面（全面）にバンドパスフィルタ６ｂを設けて、さらにその上に絞り部材６ａを設けることもできる。絞り部材６ａの絞り孔６ａ１とバンドパスフィルタ６ｂとが重なっており、赤外線がバンドパスフィルタ６ｂを透過する構成であればよい。バンドパスフィルタ６ｂは、絞り部材６ａの絞り孔６ａ１内のみに設けるより第２蓋体６の全面に設ける方が作製の容易性の点ではよい。また、図３に示す例のように、第２蓋体６の第２収容凹部２ｂとは反対側の面に絞り部材６ａを設けると、絞り部材６ａが赤外線発光素子２１からより離れるので、より効果的である。また、不要な赤外線の第１収容凹部２ａ内への侵入を防止するという効果を得るためには、バンドパスフィルタ６ｂは第１蓋体４に設けることもできる。なお、バンドパスフィルタ６ｂは、赤外線発光素子２１が、不要な赤外線を含むブロードな波長の赤外線を放射する場合に設ければよく、赤外線発光素子２１が、不要な赤外線を放射しない、特定波長の赤外線のみを放射するようなものである場合には、バンドパスフィルタ６ｂは設けなくてよい。
ガスセンサ１００は、第１収容凹部２ａに収容される音響素子（マイクロフォン素子２０）と、第２収容凹部２ｂに収容される赤外線発光素子２１と、上記のガスセンサ用パッケージ１０と、を備える。マイクロフォン素子２０としては、例えば、小型化のためにＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical System）素子が用いられる。ＭＥＭＳ素子は、熱による歪で受信精度が低下しやすい。赤外線発光素子２１としては、ＭＥＭＳヒータ、ＬＥＤ（Light Emitting Diode ）、ＬＤ（Laser Diode）等を用いることができる。ＭＥＭＳヒータは、数１０〜数１００ｍＷ程度の出力で、１〜２０μｍ程度のブロードな波長の赤外線を放射する。ＬＥＤ、ＬＤは数ｍＷ程度の出力で、被検出物質の吸収する波長(上述の特定波長)に応じた単波長の赤外線を放射することができる。ＭＥＭＳヒータのような、波長帯域の大きい赤外線発光素子２１を用いた場合には、第２収容凹部２ｂの開口を塞ぐ第２蓋体６に設けるバンドパスフィルタ６ｂの透過帯域を変えることにより、被検出物質に応じた赤外線を出射することができるので、１つの赤外線発光素子２１で複数種の被検出物質に対応するガスセンサ１００を作製することができる。
ガスセンサ１００を用いた検出方法について説明する。上記のように、混合ガスまたは気体状の被検出物質のみが外部から検出空間１１に導入されると、赤外線発光素子２１から赤外線が出射される。出射された赤外線は、絞り部材６ａによって検出空間１１に照射される赤外線が規制される。検出空間１１を進行する赤外線は、カバー体５の内面で反射されて方向を変え、第１収容凹部２ａへと進行する。この検出空間１１での進行中に赤外線の少なくとも一部が被検出物質によって吸収される。吸収された後の残部の赤外線が第１蓋体４を透過して、第１収容凹部２ａ内にまでに進行する。第１収容凹部２ａ内には、検出用ガスが封入されており、ここまで進行した赤外線が検出用ガスに吸収されることで、音波が発生する。発生した音波は、マイクロフォン素子２０によって受信される。マイクロフォン素子２０による受信量は、第１収容凹部２ａ内にまでに進行した赤外線量を表している。すなわち、赤外線量が多ければ受信量も多く、赤外線量が少なければ受信量も少なくなる。一方で、第１収容凹部２ａ内にまでに進行した赤外線量は、被検出物質量と相関している。被検出物質は、赤外線を吸収するので、検出空間１１内に被検出物質が多ければ吸収量も多くなり、残部の赤外線量は少なくなる、検出空間１１内に被検出物質が少なければ吸収量も少なくなり、残部の赤外線量は多くなる。すなわち、被検出物質量と受信量との関係は、被検出物質量が多ければ、受信量が少なくなり、被検出物質量が少なければ、受信量が多くなる。この関係に基づき、受信量に基づいて、検出空間１１内の被検出物質量を検出することができる。本実施形態では、上記のようにカバー体５の両底面が開放されているので、混合ガスを連続的に流過させて、連続的に検出を行う、いわゆるフロー測定が可能である。
検出空間１１内において被検出物質が赤外線を吸収して発する音波は、発生する位置が第１収容凹部２ａに比較して広い検出空間１１内であるので、発生する位置によって第１収容凹部２ａに到達する音波と到達しない音波がある。あるいは、到達したとしても音波の強度がばらついてしまう。そのため、検出空間１１で発生した音波を第１収容凹部２ａ内のマイクロフォン素子２０で受信する場合には、その受信量にばらつきが発生しやすい。しかしながら、本実施形態では、第１収容凹部２ａ内の検出用ガスで発生した音波は、ほぼ全てマイクロフォン素子２０によって受信される。また、検出空間１１内において被検出物質が赤外線を吸収して発する音波は、第１蓋体４によって遮蔽される。そのため、本実施形態のようなガスセンサ１００は、検出空間１１で発生した音波を第１収容凹部２ａ内のマイクロフォン素子２０で受信する場合に比較して、より検出精度の高いものとなる。
図２は、第２実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ａ、ガスセンサ用パッケージ１０Ａおよびガスセンサ１００Ａを示す断面図である。本実施形態は、第１実施形態に対して、さらに第１伝熱部材７および第２伝熱部材８を備える構成が異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
第１伝熱部材７は、基体２の第１収容凹部２ａと第２収容凹部２ｂとの間に埋設され、その一部が基体２の他方主面２ｄおよび基体２の側面２ｇの少なくとも一方に露出している。ここで、側面２ｇは、基体２の複数の側面のうち第２収容凹部２ｂに隣接し、第１収容凹部２ａより第２収容凹部２ｂに近い部分である。第１伝熱部材７は、誘電体層よりも熱伝導性が高く、第１伝熱部材７を設けることにより、赤外線発光素子２１で発生した熱のうち、マイクロフォン素子２０に向かう熱の一部を、他方主面２ｄまたは側面２ｇへと導くことができる。これにより、第１伝熱部材７を越えてマイクロフォン素子２０に到達する熱を低減することができる。露出した第１伝熱部材７の一部は、他方主面２ｄまたは側面２ｇに形成された金属膜（図示せず）と接続してもよく、金属膜を介して外部により多くの熱を伝熱することができる。さらに、金属膜を外部接続端子３ｃと同様にはんだ等の接合材で外部回路基板へ接続することで、金属膜および接合材を介して外部回路基板へさらに多くの熱を伝熱することができる。
第１伝熱部材７は、誘電体層よりも熱伝導性が高ければ、熱を導くことができるので、例えば、接続配線３と同様に金属材料で構成してもよい。第１伝熱部材７は、第１収容凹部２ａと第２収容凹部２ｂとの間に、例えば、板状部材として埋設されていてもよく、棒状部材または柱状部材として埋設されていてもよい。板状部材であれば、側面のうちの一つの面が、他方主面２ｄに露出する露出部分７ａとなり、棒状部材または柱状部材であれば、いずれか一方の先端部が、他方主面２ｄに露出する露出部分７ａとなる。
第２伝熱部材８は、基体２の第２収容凹部２ｂと他方主面２ｄとの間および基２体の側面２ｇとの間の少なくとも一方に埋設され、その一部が基体２の側面２ｇおよび基体２の第２面（他方主面２ｄ）の少なくとも一方に露出している。第２伝熱部材８は、誘電体層よりも熱伝導性が高く、第２伝熱部材８を設けることにより、赤外線発光素子２１で発生した熱のうち、他方主面２ｄに向かう熱を、他方主面２ｄまたは側面２ｇへと導くことができる。これにより、マイクロフォン素子２０に到達する熱を低減することができる。ここで、第２伝熱部材８の配置および一部が露出する位置は、基体２の第１収容凹部２ａからより離れている方が、第１収容凹部２ａに伝熱しにくくなる。図２に示す例においては、第２伝熱部材８は、基体２の第２収容凹部２ｂと他方主面２ｄとの間に埋設され、第２収容凹部２ｂを基準に第１収容凹部２ａとは反対側に位置する側面２ｇ、すなわち、第１収容凹部２ａから最も離れた側面２ｇに露出している。
第２伝熱部材８は、誘電体層よりも熱伝導性が高ければ、熱を案内できるので、例えば、接続配線３と同様に金属材料で構成してもよい。第２伝熱部材８は、第２収容凹部２ｂと他方主面２ｄとの間に、例えば、板状部材として埋設されていてもよく、棒状部材または柱状部材として埋設されていてもよい。板状部材であれば、側面のうちの一つの面が、側面２ｇに露出する露出部分８ａとなり、棒状部材または柱状部材であれば、いずれか一方の先端部が、側面２ｇに露出する露出部分８ａとなる。
図３は、第３実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｂ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｂおよびガスセンサ１００Ｂを示す概略図であり、図３Ａは平面図であり、図３Ｂは、断面図である。なお、図３Ａは、カバー体５を省略して示している。図３に示す例においては、第２伝熱部材８は、第２収容凹部２ｂと側面２ｇとの間に埋設され、一部が他方主面２ｄに露出している。この例では、第２収容凹部２ｂは第１伝熱部材７および第２伝熱部材８によって囲まれている。第１伝熱部材７および第２伝熱部材８をグランド電位に接続すると、赤外線発光素子２１から発生する可能性のある電磁波に対するシールドとして機能させることもできる。図３に示す例においては、露出した第１伝熱部材７の一部は、他方主面２ｄに形成された金属膜７ｂと接続しており、露出した第２伝熱部材８の一部は、他方主面２ｄに形成された金属膜８ｂに接続している。これにより、さらに多くの熱を外部へ伝熱することができる。金属膜７ｂ，８ｂから周りの空気中等へ放熱することもできるが、金属膜７ｂ，８ｂと外部回路とをはんだ等の接合材で接合することで外部回路へ伝熱することができ、より外部への伝熱が効果的に行なわれる。
図４は、第４実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｃ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｃおよびガスセンサ１００Ｃを示す断面図である。本実施形態は、第１実施形態に対して、絞り部材６ａの代わりに第１実施形態と同様のバンドパスフィルタ６ｂを備える構成が異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、第２蓋体６の表面に絞り部材６ａではなく、表面全体にバンドパスフィルタ６ｂを設けている。これにより、赤外線発光素子２１から出射された赤外線を広角に検出空間１１に出射することができる。すなわち、絞り部材６ａがないことで、より多くの赤外線を検出空間１１に出射することができる。上記のように、本実施形態では、出射された赤外線が、被検出物質によって吸収され、残部の赤外線量によって検出を行うため、全ての方向に出射された赤外線を吸収してしまう量の被検出物質量が、検出可能量の最大値である。したがって、検出空間１１に出射される赤外線量が多いほど検出可能量の最大値が増加し、測定可能範囲を広げることができる。本実施形態では、多くの赤外線を検出空間１１に出射することで、測定可能範囲を広げることができる。このとき、バンドパスフィルタ６ｂが設けられているので、特定波長の赤外線のみが検出空間１１に出射され、上記と同様の効果が得られる。
図５は、第５実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｄ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｄおよびガスセンサ１００Ｄを示す断面図である。本実施形態は、第２実施形態に対して、さらに反射部材９を備える構成が異なっており、その他の構成は第２実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
反射部材９は、赤外線発光素子２１から出射された赤外線を反射する部材であり、カバー体５の内面に配設されている。前述のように、カバー体５によって反射されて第１収容凹部２ａに到達する赤外線量が多いほど検出可能量の最大値が増加し、測定可能範囲が広くなる。出射された赤外線が、カバー体５を透過してしまったり、カバー体５で吸収されてしまったりすると、その分反射される赤外線量が損失し、検出可能量の最大値が減少して測定可能範囲が狭くなる。反射部材９は、赤外線の反射率が、例えば９０％以上、好ましくは９８％以上である。反射部材９は、カバー体５による赤外線の損失を低減し、出射された赤外線のほぼ全量を反射することで、測定可能範囲を最大限にまで広げることができる。反射部材９は、例えばアルミニウム等の金属から成る部材をカバー体５の内面に接合して設けてもよいし、カバー体５の内面に、例えばめっき法または蒸着法で金属膜を被着させて設けてもよい。
図６は、第６実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｅ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｅおよびガスセンサ１００Ｅを示す図であり、図６Ａは分解斜視図であり、図６Ｂは、断面図である。なお、図６Ａの分解斜視図では、カバー体５Ａを分離した分解斜視図である。
本実施形態は、第１蓋体４および第２蓋体６をいずれも備えていない点で第１実施形態と構成が異なっており、その他の構成は第１実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、カバー体５Ａは、両底面が塞がれた半円筒状に形成されており、一方の底面に被検出物質の流入出口５Ａａが設けられている。カバー体５Ａによって、検出空間１１は、密閉された空間となり、流入出口５Ａａを介して被検出物質が流入、流出するように構成されている。本実施形態では、例えば、検出空間１１内に一定量の混合ガスを流入させ、検出したのち、混合ガスを検出空間１１から流出させる、いわゆるバッチ測定が可能である。本実施形態では、第２収納凹部２ｂに収容された赤外発光素子２１から生じた赤外線が、検出空間１１にある被検出物質に吸収されることで生じた音波を、第１収納凹部２ａに収容されたマイクロフォン素子２０で検出する。この場合、検出用物質を第１収納凹部２ａに封入する必要が無い為、より簡素な構成のガスセンサ１００Ｅとなるので信頼性の高いガスセンサとすることができる。
本実施形態の変形例としては、音響素子（マイクロフォン素子２０）保護のために第１蓋体４を備えていてもよいが、発生した音波を透過させるための透過孔を設けた第１蓋体４を設ける。また、他の変形例として、赤外線発光素子２１保護のために第２蓋体６を備えてもよいし、さらに第２蓋体６にはバンドパスフィルタ６ｂが設けられていてもよい。このときのバンドパスフィルタ６ｂが透過させる特定波長は、検出空間１１内の被検出物質が吸収する波長であり、これにより被検出物質に音波を発生させることのできるものである。被検出物質以外の物質により音波が発生してしまうことがないので、検出精度が高くなる。また、第２蓋体６には絞り部材６ａが設けられていてもよい。これにより、検出空間１１内の特定の位置でしか音波が発生しなくなるので、第１収容凹部２ａ内のマイクロフォン素子２０での受信量にバラつきが抑えられた、検出精度の高いものとなる。
構成Ａにおいて、上記の実施形態を適宜組合わせたものも本発明の範囲内である。例えば、第１伝熱部材７および第２伝熱部材８は、いずれの実施形態に備えられていてもよいし、反射部材９は、いずれの実施形態に備えられていてもよいし、第２蓋体６を備える実施形態においては、絞り部材６ａとバンドパスフィルタ６ｂのいずれかを備えていてもよい。
（構成Ｂ）
図７は、第７実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｆ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｆおよびガスセンサ１００Ｆを示す図であり、図７Ａは分解斜視図であり、図７Ｂは、断面図である。なお、図７Ａの分解斜視図では、第１蓋体４、第２蓋体６およびカバー体５を分離した分解斜視図である。
ガスセンサ用配線基板１Ｆは、基体２と、接続配線３と、を備える。本実施形態の基体２は、矩形板状であって、複数の誘電体層が積層されて形成されている。また、この基体２には、少なくとも２つの凹部が設けられている。２つの凹部のうちの一方は、音響素子であるマイクロフォン素子２０を収容する第１収容凹部２ａであり、２つの凹部のうちのもう一方は、赤外線発光素子２１を収容する第２収容凹部２ｂである。第１収容凹部２ａおよび第２収容凹部２ｂは、基体２の一方主面（第１面）２ｃに開口するように設けられている。
本実施形態において、基体２の厚さは、例えば、１〜２ｍｍであり、例えば、縦方向長さが５〜１０ｍｍであり、横方向長さが９．５〜１８ｍｍであり、第１収容凹部２ａおよび第２収容凹部２ｂは、横方向に並んで配置されている。
第１収容凹部２ａおよび第２収容凹部２ｂの開口形状および断面形状は、上記の構成Ａと同様であるので説明は省略する。
第１収容凹部２ａの大きさ、第２収容凹部２ｂの大きさは、収容しようとするマイクロフォン素子２０および赤外線発光素子２１の大きさに応じて適宜設定すればよい。第１収容凹部２ａの開口は、例えば、縦方向長さが４〜６ｍｍであり、横方向長さが４〜６ｍｍで、深さが０．５〜１．５ｍｍである。また、第２収容凹部２ｂの大きさは、例えば、縦方向長さが４〜６ｍｍであり、横方向長さが４〜６ｍｍで、深さが０．５〜１．５ｍｍである。
基体２は、マイクロフォン素子２０および赤外線発光素子２１を収容可能であれば、基体２がセラミック絶縁材料からなるものであってもよく、樹脂絶縁材料からなるものであってもよい。セラミック絶縁材料および樹脂絶縁材料は、上記の構成Ａと同様であるので説明は省略する。
接続配線３の構成および各素子と接続端子との接続については、上記の構成Ａと同様であるので説明は省略する。
低熱伝導部１２は、基体２の第１収容凹部２ａと第２収容凹部２ｂとの間に配設される。第２収容凹部２ｂに収容される赤外線発光素子２１は、動作時に発熱し、基体２内を伝熱して第１収容凹部２ａに収容されるマイクロフォン素子２０を加熱する。この加熱によって、マイクロフォン素子２０が熱膨張して歪が生じると、音波の検出精度が低下してしまう。低熱伝導部１２は、誘電体層よりも熱伝導性が低く、低熱伝導部１２を設けることにより、仮想経路よりも赤外線発光素子２１からマイクロフォン素子２０への伝熱を抑制することができる。これにより、マイクロフォン素子２０に到達する熱を低減することができ、マイクロフォン素子２０の加熱を抑制して歪を低減し、音波の検出精度の低下を低減することができる。低熱伝導部１２は、基体２の第１収容凹部２ａと第２収容凹部２ｂとの間に配設されていれば、低熱伝導部１２が配設されていない基体に比べて、マイクロフォン素子２０への伝熱を抑制することができる。
本実施形態では、低熱伝導部１２は、例えば、板状、棒状または柱状などの種々の形状であってもよく、その他の形状であってもよい。低熱伝導部１２は、誘電体層よりも熱伝導性が低い材料で構成されていればよい。例えば、誘電体層がセラミック材料で構成されていれば、低熱伝導部１２は、樹脂材料で構成されていてもよく、多孔質セラミック材料などで構成されていてもよい。樹脂材料は、その多くがセラミック材料に比べて熱伝導性が低い。多孔質セラミック材料は、空隙部分である細孔の熱伝導性が低いので、多孔質セラミック材料全体として、誘電体層よりも熱伝導性が低くなる。また、低熱伝導部１２が空気層であってもよい。すなわち、低熱伝導部１２は、全体が空隙部分であり、基体２に設けられた空間であってもよい。低熱伝導部１２が、空間である場合、その空間形状が、上記のように、例えば、板状、棒状または柱状などの種々の形状であってもよく、その他の形状であってもよい。
赤外線発光素子２１で発生した熱は、第２収容凹部２ｂの底面に伝わり、基体２の内部を通って第１収容凹部２ａと向かう。この第２収容凹部２ｂの底面から第１収容凹部２ａまでの伝熱経路中に低熱伝導部１２を配置することで、伝熱経路の熱抵抗が仮想経路の熱抵抗よりも高くなり、マイクロフォン素子２０に達する熱を効率的に抑制することができる。そのような構成は、本実施形態のように、例えば、断面視で第１収容凹部２ａの底面と第２収容凹部２ｂの底面とを結ぶ伝熱経路を遮るように、低熱伝導部１２を配置すればよい。
上記のように、低熱伝導部１２を配設することにより、赤外線発光素子２１で発生した熱の伝導が抑制されるということは、赤外線発光素子２１からの放熱が抑制されるので、赤外線発光素子２１が冷却され難くなる。赤外線発光素子２１は、いわゆるヒータ素子であり、発熱によって赤外線を出射する。赤外線発光素子２１が放熱によって冷却されてしまうと、所望量の赤外線が出射されなくなる。所望量の赤外線を出射するためには、冷却分を補うように印加電流を増加して発熱させる必要があるが、印加電流を増加すると、消費電力が増加してしまう。低熱伝導部１２によって赤外線発光素子２１が冷却され難くなると、発熱のための印加電流の増加量を少なく抑えることができ、消費電力の増加を抑制することができる。
低熱伝導部１２は、基体２の第１収容凹部２ａと第２収容凹部２ｂとの間に配設されるものであれば、１つを配設してもよく、複数を配設してもよい。また、低熱伝導部１２は、基体２の第１面２ｃとの距離が近い側の一端部である一方側部分１２ａが、基体２の一方主面２ｃに露出するように設けられていてもよい。その場合は、露出する一方側部分１２ａとは反対側の他端部である他方側部分１２ｂの位置が、第２収容凹部２ｂの底面よりも深い位置となるように設けられる。すなわち他方側部分１２ｂの位置が、第２収容凹部２ｂの底面よりも基体２の他方主面（第２面）２ｄに近い位置となるように設けられる。図８Ａ，８Ｂは、ガスセンサ用配線基板１Ｆの平面図である。図８Ａに示す例では、平板状の低熱伝導部１２の一方側部分１２ａが第１面２ｃに露出している。図８Ｂに示す例では、第１収容凹部２ａと第２収容凹部２ｂとの間に、円柱状の複数の低熱伝導部１２（本例では５個）が配列されている。
ガスセンサ用パッケージ１０Ｆは、上記のガスセンサ用配線基板１Ｆと、第１蓋体４と、カバー体５と、第１収容凹部２ａ内に封入される検出用ガスと、を備える。第１蓋体４と、カバー体５と、第１収容凹部２ａ内に封入される検出用ガスとは、いずれも上記の構成Ａと同様であるので、説明を省略する。
本実施形態では、第２蓋体６に、赤外線発光素子２１から検出空間１１に出射される赤外線の出射方向を特定方向のみに規制する絞り部材６ａが配設されている。絞り部材６ａは、上記の構成Ａと同様であるので、説明を省略する。
さらに、第２蓋体６には、赤外線波長領域の特定波長のみを通過させるバンドパスフィルタ６ｂが設けられていてもよい。バンドパスフィルタ６ｂは、上記の構成Ａと同様であるので、説明は省略する。
また、バンドパスフィルタ６ｂと絞り部材６ａとは第２蓋体６の同じ面に設けなくてもよい。バンドパスフィルタ６ｂと絞り部材６ａの配置については、上記の構成Ａと同様であるので、説明は省略する。
ガスセンサ１００Ｆは、第１収容凹部２ａに収容される音響素子（マイクロフォン素子２０）と、第２収容凹部２ｂに収容される赤外線発光素子２１と、上記のガスセンサ用パッケージ１０Ｆと、を備える。マイクロフォン素子２０および赤外線発光素子２１は、上記の構成Ａと同様であるので、説明は省略する。
ガスセンサ１００Ｆを用いた検出方法についても上記の構成Ａと同様であるので、説明は省略する。
本実施形態では、第１収容凹部２ａ内の検出用ガスで発生した音波は、ほぼ全てマイクロフォン素子２０によって受信される。また、検出空間１１内において被検出物質が赤外線を吸収して発する音波は、第１蓋体４によって遮蔽される。そのため、本実施形態のようなガスセンサ１００Ｆは、検出空間１１で発生した音波を第１収容凹部２ａ内のマイクロフォン素子２０で受信する場合に比較して、より検出精度の高いものとなる。
図９は、第８実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｇ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｇおよびガスセンサ１００Ｇを示す概略図であり、図９Ａは底面図であり、図９Ｂは、断面図である。本実施形態は、第７実施形態に対して、構成Ａと同様に第１収容凹部２ａの深さと、第２収容凹部２ｂの深さとが異なる。さらに、断面視における低熱伝導部１２の位置が異なっており、その他の構成は第７実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態において、第１収容凹部２ａの深さと、第２収容凹部２ｂの深さとが異なっている。第７実施形態の構成では、第１収容凹部２ａの深さと、第２収容凹部２ｂの深さとが同じである。本実施形態では、構成Ａのように第１収容凹部２ａの深さと、第２収容凹部２ｂの深さとを異ならせることによって、熱源である赤外線発光素子２１からマイクロフォン素子２０までの伝熱経路を長くしている。これにより、第７実施形態よりもマイクロフォン素子２０の加熱を抑制して歪を低減し、音波の検出精度の低下を低減することができる。
さらに、第２収容凹部２ｂの深さを、第１収容凹部２ａの深さよりも深くすることで、熱源である赤外線発光素子２１と、基体２の他方主面２ｄとの距離を短くしている。赤外線発光素子２１で発生した熱は、第１収容凹部２ａ方向および他方主面２ｄ方向を含めて多方向に伝熱する。ここで、他方主面２ｄは、放熱面となるので、赤外線発光素子２１と他方主面２ｄとの距離を短くすることで、他方主面２ｄへと伝熱し易くなり、第１収容凹部２ａへの伝熱がさらに抑制される。
本実施形態において、第２収容凹部２ｂの深さは、第１収容凹部２ａの深さよりも深く、第１収容凹部２ａの深さは、例えば、０．５〜１ｍｍであり、第２収容凹部２ｂの深さは、例えば、０．７〜１．５ｍｍである。
また、本実施形態において、低熱伝導部１２は、断面視において、一方側部分１２ａが基体２の第１面２ｃと第２収容凹部２ｂの底面との間に位置しており、他方側部分１２ｂが基体２の第２面２ｄまで延びている。低熱伝導部１２は、第７実施形態のように一方側部分１２ａが第１面２ｃに露出するように配設されていてもよい。低熱伝導部１２は、本実施形態のように、他方側部分１２ｂが第２面２ｄに露出するように配設されていてもよい。本実施形態でも、第７実施形態と同様に、第２収容凹部２ｂの底面から第１収容凹部２ａまでの伝熱経路中に低熱伝導部１２を配置することで、マイクロフォン素子２０に達する熱を効率的に抑制することができる。
また、第７実施形態および第８実施形態において、低熱伝導部１２は、図９Ａに示す例のように、第１収容凹部２ａと第２収容凹部２ｂとが並ぶ方向に平行な、基体２の一対の側面２ｅ，２ｆにわたって配設されていてもよい。第２収容凹部２ｂに収容された赤外線発光素子２１で発生した熱は、低熱伝導部１２のような伝熱抵抗の大きな箇所が無い場合は、基体２内を等方的に伝導する。したがって、低熱伝導部１２は、できるだけ広範囲にわたって設けられるほうが、より第１収容凹部２ａに達する熱、すなわちマイクロフォン素子２０に達する熱を効率的に抑制することができる。基体２の一対の側面（本例では、長手側側面）２ｅ，２ｆにわたって低熱伝導部１２を配設することで、基体２の主面方向に広がってマイクロフォン素子２０に向かう熱をより効率的に抑制することができる。
図１０は、第９実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｈ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｈおよびガスセンサ１００Ｈを示す概略図であり、図１０Ａ，Ｂは平面図であり、図１０Ｃは、断面図である。なお、図１０Ａおよび図１０Ｂにおいては、第１蓋体４、第２蓋体６およびカバー体５を省略して示している。本実施形態は、第７実施形態に対して、構成Ａと同様に第１収容凹部２ａの深さと、第２収容凹部２ｂの深さとが異なる。さらに、低熱伝導部１２が、基体２の第１面２ｃから第２面２ｄにわたって配設される構成が異なっており、その他の構成は第７実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、図１０Ｃの断面図に示すように、低熱伝導部１２は、基体２の第１面２ｃから第２面２ｄにわたって配設されている。すなわち、低熱伝導部１２が、基体２を厚み方向に貫通して配設されている。第２収容凹部２ｂに収容された赤外線発光素子２１で発生した熱は、低熱伝導部１２のような伝熱抵抗の大きな箇所が無い場合は、基体２内を等方的に伝導する。したがって、低熱伝導部１２は、できるだけ広範囲にわたって設けられるほうが、より第１収容凹部２ａに達する熱、すなわちマイクロフォン素子２０に達する熱を効率的に抑制することができる。基体２を厚み方向に貫通して低熱伝導部１２を配設することで、基体２の厚み方向に広がってマイクロフォン素子２０に向かう熱をより効率的に抑制することができる。
図１０Ａの平面図に示すように、平面視で、低熱伝導部１２は、基体２の一対の側面２ｅ，２ｆ間の中央部分に設けられていてもよく、図１０Ｂの平面図に示すように、平面視で、一対の側面２ｅ，２ｆからそれぞれ中央に延びて設けられていてもよい。いずれの場合であっても、赤外線発光素子２１からマイクロフォン素子２０に向かう伝熱経路に低熱伝導部１２が設けられているので、赤外線発光素子２１からマイクロフォン素子２０に向かう熱を抑制することができる。低熱伝導部１２は、平面視でマイクロフォン素子２０と赤外線発光素子２１とで挟まれる位置に設ける方が、赤外線発光素子２１からマイクロフォン素子２０に向かう熱をより効率的に抑制することができる。
図１１は、第１０実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｊ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｊおよびガスセンサ１００Ｊを示す概略図であり、図１１Ａ，Ｂは平面図であり、図１１Ｃは、断面図である。なお、図１１Ａおよび図１１Ｂにおいては、第１蓋体４、第２蓋体６およびカバー体５を省略して示している。本実施形態は、第７実施形態に対して、構成Ａと同様に第１収容凹部２ａの深さと、第２収容凹部２ｂの深さとが異なる。さらに、低熱伝導部１２が、第２収容凹部２ｂと基体２の側面との間にも配設される構成が異なっており、その他の構成は第７実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
図１１Ａ，Ｂに示す例においては、低熱伝導部１２は、第２収容凹部２ｂと一対の側面２ｅ，２ｆとの間および側面２ｇとの間の少なくともいずれかに配設されている。側面２ｇは、一対の短手側側面２ｇ，２ｈのうち、第２収容凹部２ｂに近い側の側面である。本実施形態では、低熱伝導部１２は、第２収容凹部２ｂと第１収容凹部２ａとの間に加えて、第２収容凹部２ｂと側面２ｅ，２ｆおよび２ｇとの間に配設されている。低熱伝導部１２は、各側面との間にそれぞれ設けられていてもよく、側面２ｅ，２ｆおよび２ｇとの間全てに設けられていてもよい。側面２ｅ，２ｆおよび２ｇとの間全てに設けられている場合は、平面視で、第２収容凹部２ｂは、低熱伝導部１２によって取り囲まれている。低熱伝導部１２は、第２収容凹部２ｂと各側面２ｅ，２ｆおよび２ｇとの間に設けられていればよい。低熱伝導部１２は、例えば、図１１Ａに示すように、平面形状が正方形状である第２収容凹部２ｂの四つの角部に対応するように、平面形状がＬ字状の低熱伝導部１２が設けられていてもよい。この場合は、Ｌ字状の低熱伝導部１２の一部が第２収容凹部２ｂと第１収容凹部２ａとの間に位置している。さらに、第２収容凹部２ｂと第１収容凹部２ａとの間（平面視でマイクロフォン素子２０と赤外線発光素子２１とで挟まれる位置）に、例えば、平面形状が帯状（立体形状が板状）の低熱伝導部１２を設けることもできる。また、例えば、図１１Ｂに示すように、第２収容凹部２ｂと第１収容凹部２ａとの間には、平面形状が帯状（立体形状が板状）の低熱伝導部１２が設けられ、第２収容凹部２ｂと各側面２ｅ，２ｆおよび２ｇとの間には、平面形状が円形状（立体形状が円柱状）の低熱伝導部１２が、第２収容凹部２ｂに沿って取り囲むように複数設けられている。
低熱伝導部１２を、第２収容凹部２ｂと各側面２ｅ，２ｆおよび２ｇとの間にも設けることで、赤外線発光素子２１がさらに冷却され難くなり、発熱のための印加電流の増加量をさらに少なく抑えることができ、消費電力の増加をさらに抑制することができる。
図１１Ｃに示す断面図では、第９実施形態と同様に、低熱伝導部１２が、基体２を厚み方向に貫通するように設けられているが、第７実施形態のように、低熱伝導部１２が、露出することなく、基体２内に配設されていてもよく、第８実施形態のように、他方側部分１２ｂだけが基体２の第２面２ｄまで延びていてもよい。
図１２は、第１１実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｋ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｋおよびガスセンサ１００Ｋを示す断面図である。本実施形態は、第７実施形態に対して、絞り部材６ａを設けず第７実施形態と同様のバンドパスフィルタ６ｂのみを備える構成が異なっており、その他の構成は第７実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、第２蓋体６の表面に絞り部材６ａではなく、表面全体にバンドパスフィルタ６ｂを設けている。本実施形態の特徴は、上記の構成Ａの第４実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図１３は、第１２実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｌ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｌおよびガスセンサ１００Ｌを示す断面図である。本実施形態は、第１１実施形態に対して、さらに反射部材９を備える構成が異なっており、その他の構成は第１１実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
反射部材９は、赤外線発光素子２１から出射された赤外線を反射する部材であり、カバー体５の内面に配設されている。本実施形態の特徴は、上記の構成Ａの第５実施形態と同様であるので、説明は省略する。
図１４は、第１３実施形態に係るガスセンサ用配線基板１Ｍ、ガスセンサ用パッケージ１０Ｍおよびガスセンサ１００Ｍを示す図であり、図１４Ａは分解斜視図であり、図１４Ｂは、断面図である。なお、図１４Ａの分解斜視図では、カバー体５Ａを分離した分解斜視図である。
本実施形態は、第１蓋体４および第２蓋体６をいずれも備えていない点で第７実施形態と構成が異なっており、その他の構成は第７実施形態と同様であるので、同様の構成には、同じ参照符号を付して説明を省略する。
本実施形態では、カバー体５Ａは、両底面が塞がれた半円筒状に形成されており、一方の底面に被検出物質の流入出口５Ａａが設けられている。本実施形態の特徴および変形例は、上記の構成Ａの第６実施形態と同様であるので、説明は省略する。
構成Ｂにおいて、上記の実施形態を適宜組合わせたものも本発明の範囲内である。例えば、いずれの実施形態においても、低熱伝導部１２として、第１面２ｃに一方側部分１２ａが露出する構成、第２面２ｄに他方側部分１２ｂが露出する構成、いずれも露出しない構成、第１面２ｃおよび第２面２ｄにわたって設けられる構成のいずれも適用可能である。また、反射部材９は、いずれの実施形態に備えられていてもよいし、第２蓋体６を備える実施形態においては、絞り部材６ａとバンドパスフィルタ６ｂのいずれかを備えていてもよい。
本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形態で実施できる。したがって、前述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、本発明の範囲は特許請求の範囲に示すものであって、明細書本文には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲に属する変形や変更は全て本発明の範囲内のものである。
１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，
１Ｆ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｊ，１Ｋ，１Ｌ，１Ｍ ガスセンサ用配線基板
２ 基体
２ａ 第１収容凹部
２ｂ 第２収容凹部
２ｃ 一方主面（第１面）
２ｄ 他方主面（第２面）
２ｅ 側面
３ 接続配線
３ａ 第１接続端子
３ｂ 第２接続端子
３ｃ 外部接続端子
３ｄ 内部配線
４ 第１蓋体
５ カバー体
６ 第２蓋体
６ａ 絞り部材
６ａ１ 絞り孔
６ｂ バンドパスフィルタ
７ 第１伝熱部材
７ａ，８ａ 露出部分
８ 第２伝熱部材
９ 反射部材
１０，１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，
１０Ｇ，１０Ｈ，１０Ｊ，１０Ｋ，１０Ｌ，１０Ｍ ガスセンサ用パッケージ
１１ 検出空間
１２ 低熱伝導部
２０ マイクロフォン素子
２１ 赤外線発光素子
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｄ，１００Ｅ，
１００Ｆ，１００Ｇ，１００Ｈ，１００Ｊ，１００Ｋ，１００Ｌ，
１００Ｍ ガスセンサ

Claims (15)

  1. 複数の誘電体層が積層されて成る、板状の基体であって、音響素子を収容する第１収容凹部および赤外線発光素子を収容する第２収容凹部が、第１面に設けられている基体と、
    前記第１収容凹部内に配設される、音響素子と電気的に接続する第１接続端子、前記第２収容凹部内に配設される、赤外線発光素子と電気的に接続する第２接続端子、外部回路と電気的に接続する外部接続端子、ならびに前記第１接続端子および前記第２接続端子を前記外部接続端子と電気的に接続する内部配線を含む接続配線と、を備え、
    前記第１収容凹部の深さと前記第２収容凹部の深さとが異なることを特徴とするセンサ用配線基板。
  2. 前記第２収容凹部の深さが、前記第１収容凹部の深さよりも深いことを特徴とする請求項１記載のセンサ用配線基板。
  3. 前記誘電体層よりも熱伝導性が高い第１伝熱部材であって、前記基体の前記第１収容凹部と前記第２収容凹部との間に埋設され、一部が前記基体の前記第１面とは反対側の第２面および前記基体の側面の少なくとも一方に露出する第１伝熱部材をさらに備えることを特徴とする請求項１または２記載のセンサ用配線基板。
  4. 前記誘電体層よりも熱伝導性が高い第２伝熱部材であって、前記第２収容凹部と前記基体の前記第１面とは反対側の第２面との間および前記基体の側面との間の少なくとも一方に埋設され、一部が前記基体の側面および前記基体の前記第２面の少なくとも一方に露出する第２伝熱部材をさらに備えることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のセンサ用配線基板。
  5. 複数の誘電体層が積層されて成る、板状の基体であって、音響素子を収容する第１収容凹部および赤外線発光素子を収容する第２収容凹部が、第１面に設けられている基体と、
    前記第１収容凹部内に配設される、音響素子と電気的に接続する第１接続端子、前記第２収容凹部内に配設される、赤外線発光素子と電気的に接続する第２接続端子、外部回路と電気的に接続する外部接続端子、ならびに前記第１接続端子および前記第２接続端子を前記外部接続端子と電気的に接続する内部配線を含む接続配線と、
    前記誘電体層よりも熱伝導性が低い低熱伝導部であって、前記基体の前記第１収容凹部と前記第２収容凹部との間、および前記第２収容凹部と前記基体の側面との間に配設される低熱伝導部と、を備えることを特徴とするセンサ用配線基板。
  6. 前記低熱伝導部は、断面視において、一端部が前記基体の前記第１面と前記第２収容凹部の底面との間に位置しており、他端部が前記基体の前記第１面とは反対側の第２面まで延びていることを特徴とする請求項５記載のセンサ用配線基板。
  7. 前記低熱伝導部は、前記第１面から前記第１面とは反対側の第２面にわたって配設されることを特徴とする請求項５記載のセンサ用配線基板。
  8. 前記低熱伝導部は、空隙部分を有することを特徴とする請求項５〜７のいずれか１つに記載のセンサ用配線基板。
  9. 請求項１〜８のいずれか１つに記載のセンサ用配線基板と、
    前記基体の前記第１面との間に空間を設けて覆うカバー体であって、前記空間に気体状の被検出物質が導入されるカバー体と、を備えることを特徴とするセンサ用パッケージ。
  10. 前記第１収容凹部の開口を塞ぐ、赤外線を透過可能な第１蓋体と、
    前記第１収容凹部内に封入される、赤外線を吸収することで音波を発生する検出用ガスと、をさらに備えることを特徴とする請求項９記載のセンサ用パッケージ。
  11. 前記第２収容凹部の開口を塞ぐ、赤外線を透過可能な第２蓋体をさらに備えることを特徴とする請求項９または１０に記載のセンサ用パッケージ。
  12. 前記第２蓋体に配設された、前記被検出物質および前記検出用ガスが吸収する波長領域の赤外線のみを透過させるバンドパスフィルタをさらに備えることを特徴とする請求項１１記載のセンサ用パッケージ。
  13. 前記第２蓋体に配設された、前記第２収容凹部の開口より小さい絞り孔を有する絞り部材をさらに備えることを特徴とする請求項１１または１２に記載のセンサ用パッケージ。
  14. 前記カバー体の内面に配設された、赤外線発光素子から出射された赤外線を反射する反射部材をさらに備えることを特徴とする請求項９〜１３のいずれか１つに記載のセンサ用パッケージ。
  15. 請求項９〜１４のいずれか１つに記載のセンサ用パッケージと、
    前記第１収容凹部に収容される音響素子と、
    前記第２収容凹部に収容される赤外線発光素子と、を備えることを特徴とするセンサ装置。
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