JPS58176537A - 感ガス素子 - 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】 〔発明の技術分野〕 本発明は、発熱体を有する感ガス素子に関する。

〔発明の技術的背景とその問題点〕

気体に接触して電気信号を発する感ガス素子には檀々の
ものがある。ガス感応体としてＺｎ０ｅ８ｎ０２系等の
金属酸化物半導体を用いるもの、ジルコニア等の固体電
解質を用いるもの等には、室温より高い＠１で作動させ
ることが必要なものがある。

この場合、素子に適当な発熱体を具備する必要がある。

このような感ガス素子には、平板状の基板にガス感応体
奮奈裔卸修及び発熱体としてのヒータ等を設けるものが
ある。この平板状の基板をケーシング等に砿櫨的に固定
し、リード線を取り出す構造がとられる。

このような構造をとると、基板からケーシングへの熱伝
導が問題となる。すなわち、この熱伝導があるため、ガ
ス感応体の加熱が効率的には行なわれなくなり、さらに
均一な加熱も行なわれなく・なる、この熱伝導による熱
損失を補なうため、発熱体の負荷が大きくなり、ひいて
は発熱体の寿命を纏めることとなる。

ま九ガス感応体及びヒータの電極から基板の外のリード
線の取抄出しにも間遺がある。通常ガス感応体は３００
’Ｏ４！＊に加熱されるため、ガス感応体及びヒータか
ら取り出されるリード線には、高温に耐える材料を用い
る必要があった。また、このリード線の接続にも高温に
耐える接続材料零必要であり、例えば金線等を用い熱圧
着により接続していた。この際、リード線の接続される
ステムピンは、金メッキをし、さらに予熱を行なうこと
が必要である。。

〔発明の目的〕

この発明は以上の克を考慮してなされたもので、熱損失
を低減し、発熱体によるガス感応体の加熱を効率的かつ
均一に行なうことができ、さらに発熱体の寿命が長く、
リード線の取出しを容易にした感ガス素子を提供するこ
とを目的とする。−〔発明の概要〕 すなわちこの発明は、平板状の槁板のガス感応体及び発
熱体が設けられている基板領域の周囲の部分に断熱領域
が設けられ、との断熱領域を介してこの基板領域内の電
極に対向子るようにポンディングパッドが設けられ、こ
のポンディ／グパツ焉、領、□。電極とラミ気的よ接続
ヶゎ、い。

感ガス素子である。

なおポンディングパッドとは、感ガス素子からリード線
を引出す際、リード線を接続する部分である。を九基板
領域内の電極には、ガス感応体の電極及び発熱体の電極
を含む。

ガス感応体の電極及び発熱体の電極ともに本発明の構成
をとってもよいが、ガス感応体の電極のみ、又は、発熱
体の電極のみに本発明の構成をとってもよい、このよう
なポンディングパッドと電極との電気的接続は、金線等
の金属線を用い熱圧着法、超音波圧着法で行なってもよ
いし、厚膜印刷法、蒸着法、スパッタリング法等によ抄
設けられた＆Ｉ嬌俟を用いてもよい。

本発明においては、断熱領域として、例えば基板に２本
の切抄込み部を設け、この２本の切り込み部にはさまれ
た基板領域に、ガス感応体及び発熱体を設ける構造が、
考えられる。このよｌ：ｍ熱領域を役けた構造１とるこ
とによ抄、ガス感応体及び発熱体が設けられた基板領域
から外への熱伝導が減少する。従って、熱損失が減少し
、発熱体によるガス感応体の加熱が効率的かつ均一に行
なわれる。特圧このような切り込み部からなる断熱領域
を設ける４合は、製造が極めて容易であり、破産性に富
んだものとなる。

また、断熱領域を設けたことによ抄、ポンディングパッ
ドは、比較的低温となるので、リード線の接続にはハン
ダ等の低融点材料を用いることができ、さらにリード線
も噴化することがないので鋼線等の高温にはあまや適し
ない材料を用いることができる。

〔発明の４施例〕 本発明の実施例を以下説明する。

第１図ｆａ）は１本発明の一実施例を示す。平面図であ
妙、第１＋、＆（ｂ）は第１図（１ン中λ−Ａ′で切断
し九ときの断面図である。　ＡＪ２０３からなる平板状
の基板＋１）に、断熱領域として２本の切や込み部（２
）−（３）が、同方向から設けられている。この２本の
切り込み部Ｌ２）　＃　１３）にけさまれた基板領域に
、ＺｎＯ系の会！４憤化吻半導体からなるガス感応体（
４）が設けられている。このガスＶ＆応体（４）Ｋは電
極１６）　＝　（１）が設けられている。ｔた基板（１
）を介してガス感応体（４）の裏側には、ガス感応体（
４）加熱用のヒータ（５）が発熱体として設けられてい
る。このヒータ（５）Ｋはヒータ用の電極’１３　＃０
３が設けられている。さらに、切抄込み５（２）を介し
て、ガス感応体の電極（６）　−（７）Ｋ対向する基板
（１）上にはポンディングパッド１８）−（９）が設け
られている。電極＋６＞　Ｉ（７）はそれぞれボ／ｆ４
ングパッド＋８）　＃＋９）に、熱圧着法によ）金線・
１ルａｔ＞にて接続されている。

このように構成された感ガス素子においては、切炒込み
部＋２）　＃＋３１からなる断熱領域が設けられている
丸め、ガス感応体（４）及びヒータ（５）が設けられて
いる基板領域から外への熱伝導が少なくなる。

よって熱損失が小さくなり、ガス感応体（４）の加熱を
効率的かつ均一に行なうことができる。

ｔ７’ｈ、２本の切り込み部＋２）　−（３）にはさま
れた基板領域内において、この基板領域以外の基板の部
分と接続している側から離れた位ＩＮＫガス感応体（４
）及びヒータ（５）を設けることにょ妙、基板の同縁部
分への熱伝導路を長くすることができ、熱損失を減少す
ることができる。

さらに、ポンディングパッド、８）　’　１９）は、断
熱領域としての切り込み部（２）があるため、ヒータ（
５）からの熱伝導が少なく、高温とはならない、従って
このポンディングパッド＋８）　ｅ　＋９）からのリー
ド線の取出しは、ハンダ付等の高温には使用できない材
料を用いることができる。またリード線自体４ｈＩ１１
＆値に耐える必要がないので、列えば鋼＠等をハンダで
取り付けることができる。

以上の様に溝成さ五た感ガス素子をケーシングのステム
（２υに固定した状態を斜視図として！！２図に示す、
＠１図（１）　＝　（ｂ）の構成をとる感ガス素子は、
熱伝導性の悪い材料からなる支持部（２）を介してステ
ムＣ２υに接着剤により固定されている。ポンディング
パッド！８）　Ｉ　＋９）からステムビン＠−ＱＩＪＫ
銅線からなるリード線（ト）−（１）がハンダ付くより
固定されている。

第２図に小才ように構成され九本発明に係る感ガス素子
の実施例と、切ね込み部設けない比較例としての６ガス
素子とで、ガス感屯体を２５０℃に保つ実験を行なった
０本発明に係る感ガス素子では、切抄込み部は幅Ｑ、　
７　ｍ　、長さ７ｍとし、２本の切り込み部は間隔５Ｉ
Ｉ３１とした。他は比較例と同一とし、基板にはアルミ
ナを用い、基板の大きさはＩＱｍＸｌｏｌｌｌとし、ヒ
ータにはＲｕＯ２を用いた。

まず１本発明に係る実権例と比較例の＠変分布を測定し
た。

第３＠（ａ）は本発明に係る感ガス素子の平面図であゆ
、同図中Ｏ−０′上における１度分布を第３図ｆｂ）　
Ｋ示した。第３図（ａ）中のＩ−１＃Ｉ！Ｉ−ｆＶは基
板上の位置を示し、＠３ｔｌ！Ｉ（ｂ）中のＩ＃厘１し
■に対応する。第３図（ｂ）中の曲線ａは本発明に係る
感ガス卓子の１度分布を示し、曲線すは比較例の温度分
布を示す、切抄込み部を設は九本発明の場合の方が、切
り込み部を設けない比較例の場合に比べ均一に加熱され
ていることがわかる。

また、第３図（ｂ）から切り込み部を設けるととに□（ より、基板の外局部のａＩｔｌ上昇も少なくなることが
わかる０例えばガス感応体の＠蜜が２５０　’Ｏ程度の
場合、第３図（ａ）中におけるＡ点＃Ｂ点では６０’Ｏ
８度とかり、Ｃａ、Ｄ点では９０ｃｓｉ度となる。

従ってこの実施例のように入点付近からのリード線の取
出しに高温に適さない０例えばノ〜ンダを用い、リード
線として例えば鋼線を用いることができることがわかる
。ま九Ａ、Ｂ、Ｃ，ＤＡにおいて有機接着剤を用い、こ
の基板をケーシングのステムに取妙つけることができる
ので、作業性がよくなる。

また、切り込み部を設けなかった比較例としての感ガス
素子は、切り込み部を設けた本発明に係る感ガス（子に
比べ、３〜５倍の電力を要した。

このため、岐記比較例としての感ガス素子ＫＴｐいては
ヒータの琳位面積あ九りの発熱量が大きく、約４００ｈ
ｒ＠はでヒータ抵抗が大きく増加し、使用不能となった
。一方切抄込み部を設けた本発明に係る感ガス素子にお
いてはｓ　　５０００　ｈｒを越えても何ら異常はなか
った。

上紀実癩例においては、電極とゲーディングパノドの接
続に番線を用いたが、第４図に示す′Ｊ！廁列において
は、金の蒸着膜にてこの接続を行なりている。第４図は
本発明の一実施例を示す平面図である。基板（１）に切
り込み部１２）　＝　＋３）を設け、との切抄込み部＋
２）　＝　１３）にはさまれた基板領域にガス感応体（
４）及び電極ｕ３）　ｅ　（７）を設ける。電極（６）
　−（７）はそれぞれ切り込み部１２）　＃ｆ３）を介
して設けられたポンディングパッド８）　＃１９１　Ｋ
金の蒸着ｇｏ９−傾にて接続されている。このように構
成すると、素子の構造が平面的とな９製造が容易になる
。

以上２本の切り込み部を同方向から設けられた場合につ
いて説明したが、 て第５図に平面図として示すように互いに反対方向から
基板（１）に切り込み部＋２）　ｊｆ３）をいれてもよ
へこの２本の切抄込み部＋２＋　＝　（３）にはさまれ
た基板領域にガス感応体（４）及びヒータ（図示せず）
を設ける。切妙込み５（２）を介してガス感応体（４）
の電極（６）＃（７）に対向するようにポンディングパ
ッド、８）　＝　＋９）が設けられている。ガス感応体
１４）のＩ　ｆｃ　＋６）　＃ｔ７）はそれぞれ余線＋
１＃０υを用い熱圧着法にてボンｆイングパッド８）　
＃＋９）に接続されている。

また、第６図にｆ面図として示すように同一の基板（１
）に膜数のガス感応体を設けてもよい０例えば２つのガ
ス感応体１４）・（４）を設ける場合は、２本の切り込
み部によりはさまれる基板領域を２側設ければ艮い、す
なわち２本の切り込み部（２）　＃＋３）によゆはさま
れる第１の基板領域に第１のガス感応体１４）を設け、
他の２本の切り込み部１２’）　−（３５Ｋよりはさま
れる第２の基板領域に第２のガス感応体（４）を設ける
のである。切り込み部（２）を介して第１のガス感応体
（４）の４１ｆｉｔ６１　’　＋７１に対向するととく
にポンディングパッド、８）　＃ｔ９１が設けられてい
る。ＩＩＩのガス感応体（４）の電極ｉ６）　ａ　（７
）はそれぞれ金線、ｉＩ＃（１υを用い、熱圧着法によ
りポンディングパッド（８）−１９）に接続されている
。また第２の領域から本同様にして電極１６５−　＋７
５はそれぞれ金線ｕｌ・αυを用い熱ＩＥ！　７えよ　
、　ア、ア、　７んｙｌ　）”　、ｊ）　ｅ　ｉｓ／ｌ
　ＶＣ＊　□れている。第６因に示すような構造は各ガ
ス感応体の動作ａ食が異なる場合特に有効である。

また、ヒータの１ｆｆ１１は基板を介してガス感応体例
を第７図１ｍｌ　−（ｂ）に示す、第７図（ａ）は平面
図、（ｂ）は偵）中入−Ｎ′での断面図である第７１図
（ａ）　＃（ｂ）に示すようにヒータ（５）を介してガ
ス感応体（４）を幕板（１）Ｋ設けてもよい、すなわち
ヒータ１５）の上に絶碌膜ａ番を設けその上にガス感応
体（４）を設ける構造である。同１ｊＯＫおける番号は
第１図（ａ）　＃（ｂ）と同じであり、ヒータ（５）及
び絶縁嘆Ｈの配置以外は第１図（帳（ｂ）　Ｋ示す構造
と同じである。その他、＠８図に平面図として示すよう
Ｋｔｉ板（１）のガス感応体（４）が設けられている面
と同じ面に、ガス感応体（４）をとりまくようにヒータ
（５）が配置されていてもよい、同図における番号は第
１図（ａ）　ｐ（ｂ）と同じであり、ヒータ（５）の配
電以外は′＄１１閃ｆａ）　−（ｂ）に示す構造と同じ
である。

また、ヒータ（５）は基板（１）を介してガス感応体（
４）の裏側に設けたままで、ヒータ（５）の電極α２−
〇をガス感応体（４）の設けられている面と同じ面まで
導びいてもよい、この構造を＠９図（ａ）＃伽）Ｋ平面
図及び断面１ｇとして示す、開園における番号は第１図
（ａ）　Ｉ（ｂ）と同じであり、ヒータ（５）の電極α
Ｓ　−ａＳの配１１１以外は＠　１　・ｄ（ａ）・（ｂ
）Ｋ示す構造と同じである。

以上２本の切り込み部を断熱領域として基板に設けた場
合について説明したが、断熱領域としては必ずしも切り
込み部である必要はない１例えば第１０図に平面図とし
て示すように切り抜き部（１０１）＝（１０２）＃（１
０３）＃（１０４）　Ｋより断熱領域を設けてもよい、
すなわち、基板（１）に切り抜ｔＡ部（１０１）−（１
０２）　＝　（１０３）　＝　（１０４）により囲まれ
た領域を設け、との碩蛾にガス感応体（４）およびヒー
タ（図示せず）を設けた構造である。この切り抜き部（
１０１）　＃（１０２）＝（１０３）＝（１０４）を介
して、ガス感応体（４）の電極（６）−（７）に対向す
るごとくにポンディングパッドＳ）　−＋９）が設けら
れている。ガス感応体（４）の電極ｌ６）−（刀は、金
線：＋ｌ　ｐ　ａυを用い熱圧着法にてポンディングパ
ッド８）　＝　１！ｊ）にそれぞれ接続されている。

以上の実／４列においては、ガス感応体の電極について
ポンディングパッドを設けた感ガス素子を示１〜たがヒ
ータの１極についても同様な構成で本発明を適用できる
。

オた、以上のような切抄込み部、切り抜き部等によに断
熱領域を設けゐほかに、基板に比べ熱伝導の悪い材料、
例えば５ＩＯ２・ＺｒＯ２等を用い、断熱領域を形成し
てもよい、これらの材料を切り込み部にはさんでもよい
し、基板中にこの材料によ抄なる領域を設けてもよい、
基板に用いられるＡ＆Ｏａと、断熱領域の材料として用
いることのできる８１０２＊Ｚｒ０１の熱伝導係数を第
１表に示す。

〔発明の効縦〕

この発明によれば、基板のガス感応体及び発熱体を含む
領域のＷＲ囲の部分に断熱領域を設けることにより、熱
損失が低減でき、発熱体による感ガス体の加熱が効率的
かつ均一く行なわれる。ｔた、熱損失Ｖ低減することに
より、発熱体の負荷が低減され、ひいては発熱体の寿命
がのびることＫなる。さらに、感ガス素子から外部への
リード線の取出しが容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明素子を説明するための平面図、第
１図（ｂ）は第１図（ａｌ中Ａ−Ａ’で切断したときの
断面図、第２図は本発明素子をステムに固定し九ときの
斜視図、第３図（ａ）は本発明素子を説明する丸めの平
面図、第３図Φ）は第３図（Ｊｌ）中Ｏ−０′上の温度
分布を示すＩｎ変裕箱曲線図、第４訃４５図・第６図＃
第８図、第１０図は本発３Ａ素子を説明するための平面
図、第７１凶（ａ）は本発明素子を説明するための平面
図、第７図（ｂ）は第７図ｆａｌ中へ−Ｎ／で切断した
と舞の断面図、第９図（ａ）は本発明素子を説明するた
めの平面図、第９回出）は第９図中人−人′で切断した
時の断面図でろる。 １・・・基板、２−３・・・切り色み部（断熱領破）、
４・・・ガス感応体、５・・・ヒータ（１発″熱体）、
６＝７・・・ガス感応体の１億、８＃９・・・ボンディ
ングバノド、１２＃１３・・・ヒータの電極。 第１図 （ａ） （ｂ） 第２図 ２／ 第３図 （α〕 （ｂ） 第４図 ／６ 第５図 第６図 第７図 （ａ＞ （−ｂ） 第８図 第９図 第１０図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 平板状の基板【ガス感応体及び発熱体を具備してなる感
   ガス素子において。 前記ガス感応体及び発熱体が設けられている基板領域の
   周囲の部分圧設けられた断熱領域と、前記断熱領域を介
   して前ｅ基板領域内の電極に対向するごとく設けられた
   ポンディングパッドとを具備し、 前記基板領吠内の電極と前記ポンディングパッドとが電
   気的に接続されていることを特徴とする感ガス素子。