JPH04299245A - ガスセンサの製造方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【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。

【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，
Ｆｅ２　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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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
。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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１
０の取付けおよび形成が順次行なわれる。

【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。

【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。

【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。

【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
０．５ｍｍへと徐々に短く設定する。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の全体の構成を示す斜視図
。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図７】同実施例におけるセンサ抵抗の“ばらつき”を
示す図。

【図８】従来におけるセンサ抵抗の“ばらつき”を示す
図。

【符号の説明】

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。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　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。