JPS59192949A - センサ素子 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明はセンサ素子にかかわり、特に、そのセンサ電極
端子とり〜ド線との接合においてリード線を改良したセ
ンサ素子に関するものである。

〔発明の背景〕

従来のセンサ素子は、その電極端子とリード線との接合
に、ワイヤボンディング法や、導電ペーストによるろう
付は法が多く採用されている。しかし、各種雰囲気セン
サの開発に伴って、。

七の接合構造を一層強度の高いものとし、さらに導電性
や耐食性を向上させることが望まれている。

特に近年、厚膜法または薄膜法によって、感度の向上や
加熱クリ−ニング等を目的とした加熱ヒータ一体化セン
サ素子の開発が各所で行われている。これら加熱を必要
とする各種雰囲気センサにおける電極端子とリード線と
の接合にも、従来よりワイヤボンディング法や導電ペー
ストによるろう付は法が多く採用されているわけである
が、この場合、強度その他の問題が顕著に現れてくる。

すなわち、加熱を要するセンサ素子の接合は、加熱用ヒ
ータ電力の低減化を目的に、センサ素子のチップを空中
に浮かせて空気を断熱材として放熱を少なくする断熱実
装方式が多い。この方式によると、リード線と、リード
線と端子との接合には、センサ素子チップを保持するた
めの強度が要求される。ところが、従来のＩＣやＬＳＩ
のリード線には、既述のごとく金線やアルミニウムの極
細線がワイヤボンディング法によりて接合されるが、こ
のワイヤボンティング法による従来線径によっては。

上記センサステムを断熱実装法で保持するに必要な強度
は得られない。一方、ろう付は法によれば、線材の選択
に自由度が増加して接合強度の増加が期待できる。しか
し、作業性を考慮すると、ろう付は作業には多くの工程
を要し、さらに乾燥、焼成などの設備の費用およびこれ
らの稼動費が多く、コスト高を招き不適である。

このように、電極端子と接合されるリード線に要求され
る条件としては、（イ）導電率が高いこと、（０）耐食
性が優れていること、Ｐ・）機械的強度が高いこと、な
どがある。一方、電極端子の方にも同様な条件が要求さ
れるが、さらに成膜性に優れた材料であること等、電極
端子としての周知の条件は当然要求される。このような
条件下にあって、さらに電極端子とリード線との接合に
は、作業性に優れたことが要求される。

このため、近年、加熱を要するセンサ素子の電極端子と
リード線との接合には、溶接法が用いられることが多く
なってきている。すなわち。

異種金属を用いて電極端子とリード線とを固着した場合
、初期的には接合強度が得られることもあるが、前記し
たように加熱を要するセンサ素子においては、加熱と冷
却の繰り返しが行われる。そのために、熱膨張係数の異
なる異種金属では接合強度の低下が著しく、さらに加熱
冷却を継続すると、絶縁基板面から接合材が剥離する現
象があった。そこで、近年、加熱ヒータを用いるセンサ
素子の電極端子とリード線との接合に溶接法が用いられ
るようになってきたわけである。この溶接法による。ｌ
ｌ′ｕ点としては、端子材料とリード線材料とに同系統
の材料を使用でき、加熱冷却時に発生する熱膨張係数の
違いによる剥離現象がないことが挙げられる。しかし、
アルミナ絶縁基板と電極端子との接合強度が、要求され
るものよりも低い欠点がある。この方式忙よれば、アル
ミナ絶縁基板と厚膜導体である電極端子とｐ接合強度に
よってリード線の固着強度が決定されるため、厚膜導体
とアルミナ絶縁基板との接着強度を高める必要がある。

しかし、現市販の厚膜導体ではガラス材料に限界があり
、不可能である。このため、従来よりの改善例として、
同系の厚膜電極端子にリード線を溶接した後、無機接着
剤を用いて固着させ、接続強度を向上させる方法がある
。また、別には、アルミナ絶縁基板上に、あらかじめ電
極端子材料とアルミナ材料とを混合してなる下地シンタ
材を形成し、これと゛電極端子材料との接合に改良を加
えた後、リードＭ￥溶着する方法が提案されている。こ
れらの従来技術を第１図および第２図に示した。これに
ついて、以下説明する。

第１図において、センサ素子本体１はリード線２を介し
てセンサステム４のへラダビン６に接合されている。こ
の図に示したセンサは、絶縁基板の表面にセンサ材料を
挾持する上・下電極を形成したす／ドイツチ方式の厚膜
センサで。

絶縁基板の他方の面に同様な厚膜法で形成した加熱用ヒ
ータ６（第２図）が設けてあり、このヒータ端子からも
リード線２が２本接合しである。すなわち、センサ素子
１個には４本のリード線２が接合されており、このリー
ド線２を介してステムのへラダピン６に固着し又いる。

このヘッダピン６とリード線２とは通常のスポット溶接
法により溶着しである。

第２図は、従来法による電極端子５とリート。

線２とを溶着した除の拡大図である。このように形成し
た絶縁基板上の厚膜電極端子との接合強度は低く、信頼
性に欠けるものであった。そこで、この端子部に無機接
層剤を用いて補強するなどの手段を講じざるを優なかっ
た。

このような接続個所の接合強度を評価する方法として２
基板に対してリード？庭を＊直に引き剥がしたときの密
着強度を測定すると、無機接着補強材のない場合は１０
〜２０ｇ、ある場合は５０〜１００ｇである。通常、電
気部品としての接合強度の要求値は８０〜１００ｇであ
り、補強材を形成すれば大略要求を満足するものである
。しかし、補強材を１７に７７！四方の端子部に形成す
る作業は、その作業性も悪く、また１表裏に端子が形成
されていること、設備を要し、また自動化に多額の費用
と稼動費を要するなど、多くの欠点を有している。一方
、アルミナ絶縁基板面にあらかじめシンタ材を形成して
端子部の接合強度を増加させる方法においても、工程数
や材料の作成などに問題があり、必ずしも好適な結果が
得られるものではない。さらに、これらセンサの用途の
拡大に伴い、従来の家庭環境に固定して用いるものから
、自動車や車輌、航空機等のように常に振動が加わり、
センナ素子を揺動している状態で使用する用途にまで拡
大してくると、前述の耐冷熱の繰り返しに対してさらに
耐性が要求される。このような用途においては、端子と
リード線との接合部、リード線、リード線とヘッダピン
との溶着部が強固であればある、　　　はど、弱小部位
に対する応力集中は避けられず、剥離や断線等の不都合
が発生しやすい欠点がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を解消し、接
合強度が大きく、かつ加熱を伴う場合にもそれに対する
耐性が太きく、従ってセンサ端子部の断熱実装なども可
能としたセンサ素子を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記の目的を達成するため、センサ用電・極
端子にリード線を溶着し、さらに該リード線をヘッダビ
ンに溶着してなるセンサ素子の実装に用いるリード線に
あらかじめ、該リード線の端部に外力が加わったときに
形状を変える変形部分を持たせておき、この変形部分を
揺動や振動に対する応力の集中を緩和する機構としたも
のである。

〔発明の実施例〕

次に１本発明の具体的な実施例を図を用いて詳細に説明
する。第３図および第４図はそれぞれ本発明の一実施例
を示したものである。

実施例１： まず、第３図により第１の実施例を説明する。

図において、１はセンサ素子本体で、その従来法により
形成した電極は、欠配のように作成されたリード線７と
溶着しである。すなわち、リード線線材をあらかじめ空
気中にて８００℃、　５０分間の熱処理を行い、リード
線線材の剛性を低下させておき、次に、このリード線線
材をあらかじめ必要量の長さとなるように切断するとと
もに、螺旋状の形状となるように加工しておき剛性を低
下させ、螺旋状に加工したリード線７を作成する。この
リード機７は、上記のように一端をセンサ電極端子へ溶
Ｎするとともに、他端をヘッダビン６に溶着しである。

本実施例の素子形成においては、まずアルミナ絶縁基板
に、スクリーン印刷法で電極端子な厚膜導体を用いて、
加熱用ヒータと下部電極を印刷形成した。印刷後これを
１２００℃で２時間、箱型゛炭化硅藻炉にて焼成した。

次に、この電極端子にリード線の一端を溶着した。ここ
で用いたリード線は直径Ｑ、１ｍｍのＰｔ線である。こ
のＰｔ線をあらかじめ８００℃、２時間１箱型珪藻炉に
て焼成してお−た。さらに、ｐｔＨを、直径２ｍｍの金
属棒に巻き付け、螺旋状の形状とした。このように加工
形成したｐｔのリード線を用いて。

センサ電極端子とへラダビンとの闇を機械的および電気
的に接続した。このように４個所の電極端子と４本のヘ
ッダピンと３４本のり−ド勝を用い又接続することにょ
っ又、センサ素子を空中に空気を断熱材として保持する
ことができた。なお、リード線の螺旋数は、本実施例で
は１本あたり３〜４巻としたか、螺旋数はこれに限定さ
れるものではない。

上記した構造によれば、センサの端子とリード線との接
合は８ｏ〜１００ｙの引張強度を有し。

また、リード線とヘッダビンとの溶着部では６００ｙの
リード線材の断歩強度を得たものである。このように両
端が強固な受合を行った際に憩材に撓み部を持たない場
合、振動が加わると、最弱部に全荷重が集中し、さらに
荷重が加わると、最弱部が集中応力を受けて破壊する。

この構造における最弱部位はセンサ端子部である。

本実施例のセンサ素子を用いて、６０摂幅／分の摂動試
験を行い、加熱−冷却を繰り返し行った後、電極端子部
の接合強度を測定し、第５図の結果を得た。第５図にお
いて、（Ｉｌは従来技術における接合強度＋　ＱＩＩは
本実施例による接合強度な示す。この結果からも明らか
なように、加振試験と冷熱試験のサイクル数が増大して
も、本実施例では従来技術に比べ格段の効果が得られる
。

実施例２： 次に、第４図を用いて第２の実施例を目（ｌ明する。本
実施例は、先述した実施例１と大略は異なるものではな
いか、リー　　ド線８の成形形状を変えたものである。

本実施例においても、実施例１ど同様の試験を行い、纂
５図に示す曲）のごとく、同様に好結果が得られた。

ここで、加振数は６０振幅７／分を１時間、１だ冷熱サ
イクルは、５００℃−室温とを５分ごとに繰り返しを１
時間を１サイクルとした。

〔発明の効果〕

本発明によれば、センサ素子において、従来品に比して
格段の耐振性の同上が達成できる。

また、加熱を伴うセンサ素子を断熱実装することも十分
０Ｔ能になる。さらに、加熱冷却、振動に対しても接合
劣化のないリード線接合構造が可能となり、加熱用ヒー
タへの印加電力を低減させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来技術によるセンサ素子の実装構造を示す部
分断面図、第２図は該センサ素子の蝋極端子構成を示す
拡大図、第６■および第４図はそれぞれ本発明によるセ
ンサ素子の実施例の実装構造を示す部分断面図、第５図
は従来技術によるものと、本発明の実施例のセンサ素子
との耐振性、冷熱サイクルに対する接合強度を比較して
示した特性図である。 符号の説明 １・・・センサ素子　　　２・・・リード線６・・・ヘ
ッダビン　　　４・・・センサステム５・・電極端子　
　　　６・・・加熱用ヒータ７．８・・・リード線 罵　１　（￥１ 苓　２　図 虱　３　図 ≧　４　図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 加熱装置を備え、かっセンサ素子本体とリード端子とを
   溶接手段等によりてｐｔ　、　Ｊｒｂ等の細線を溶着接
   合するようにしたセンサ素子であって、前記ａ線にあら
   かじめ、該細線の端部に外力が加わったときに形状を変
   える変形部分を設けたことを特徴とするセンサ素子。