JPS63172948A - ガスセンサ - 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］ この発明はガスセンサの構造の改良に関し、この発明の
ガスセンサは雰囲気中の可燃性ガスや毒性ガス、酸素、
ＮＯｘ、水蒸気等の検出に用いる。

［従来技術］ 特公昭６１−２７，７０５号は、Ｓｉ基板を水蒸気酸化
して５ｉｏ＝膜を形成し、５ｉｆｔ膜の下部をアンダー
カットエツチングし、５ｉｆｔ膜のブリッジを設けるこ
とを提案している。そしてこのブリッジにヒータやガス
感応膜を形成して、ガスセンサとする。このセンサは小
形で、消費電力を極端に小さくすることができる。

このセンサの問題は以下の点に有る。Ｓｉを酸化してＳ
ｉＯ２とすると、５ｉｆｔ膜はＳｉ基板よりも膨張し、
膜には応力が働く。ここで膜の下部をアンダーカットエ
ツチングすると、応力が解放され膜はたわみ変形する。

このように変形した膜に、ヒータやガス感応膜を設ける
ことは一般的に容易ではない。ヒータの配置やガス感応
膜の配置の精度、それらの抵抗値や膜厚の均−性等が低
下する。

またたわんだ膜の機械的信頼性も保証されていない。

［発明の課題］ この発明の課題は、ｌ）製造が容易で、２）ガス感応膜
の信頼性に富み、３）消費電力の小さな、ガスセンサを
提供することに有る。

［発明の構成］ この発明では、ステンレス、銅、ニッケル、ニクロム等
の金属基板にガラス膜を積層する。ガラス膜には、例え
ば、はうケイ酸鉛、はうケイ酸亜鉛、ケイ酸鉛あるいは
石英等のガラスを用いる。

ガラス膜を金属基板から突出させ、突出部にヒータとガ
ス感応膜とを配置する。勿論ガラス膜は、金属基板と熱
膨張率が近いものが好ましい。

ガス感応膜には、５ｎＯｔやＩｎ１Ｏｓ等のガスにより
抵抗値が変化する金属酸化物半導体、Ｍｇ−ＣｒｔＯｔ
等の水蒸気の吸着で抵抗値が変化する材料、アンチモン
酸（Ｓｂ２０ｓ・ｎ　Ｈｔ　Ｏ）等のプロトン導電体、
あるいはＰｔ触媒やＰｄ触媒等の可燃性ガスの接触酸化
触媒等の、センサ材料を用いる。

このセンサは例えば、金属基板へのガラス膜の印刷と焼
成、ヒータやガス感応膜の形成、金属基板の不要部のエ
ツチングによる突出部の形成、とにより設ける。これら
の工程はいずれも単純で、量産性と均質性とに富み、製
造は容易である。特に金属基板のエツチングはＳｉやセ
ラミックのエツチングに比べ容易であり、また金属はＳ
ｉに比べ安価である。

ガラス膜と金属基板とは元々別に設けたものであり、ガ
ラス膜への応力は小さく、膜のたわみは問題とならない
。

ガラス膜の突出部からなるセンサ本体は、印刷やエツチ
ング等の許す範囲でいくらでも小形化できる。そしてガ
ラス膜を薄くすれば、ガラス膜による熱伝導は抑制され
、消費電力の小さなガスセンサが得られる。

薄いガラス膜は外力に強いものではない。しかし一旦セ
ンサをパッケージに収容すれば、働くものは通常の外力
ではなく、振動や落下等による機械的衝撃である。これ
らにより働く力は突出部の重量に比例し、薄い膜でも充
分に耐えることができる。

なお突出部は片持ち梁構造とするのが好ましい。

センサの加熱時の熱膨張を自然と吸収させ、膜への熱応
力を発生させないためである。以下に、特定の実施例を
説明するが、これに限るものではない。

［実施例コ 第１図〜第４図に、最初の実施例を示す。図において、
（２）はステンレス、銅、ニッケル、ニクロム等の金属
の基板で、ガラス膜の突出部を断熱するための透孔（４
）を設ける。透孔は、第７図に示すように、−片が解放
した透孔（５）でも良い。

あるいはまた、単純に長方形等の基板から外部にガラス
膜を突出さ仕、透孔を設けないものでも良い。しかしこ
れらの場合、ガラス膜の突出部の保護が不充分で、第１
図の透孔（４）により突出部を保護することが好ましい
。

（６）は、はうケイ酸鉛、はうケイ酸亜鉛等のガラス膜
で、これ以外にも適宜のガラスを用い得ろが、軟化点が
センサの加熱温度以上で、ガス感応膜を被毒しないもの
が好ましい。ガラス膜（６）は例えば１０μ程度の厚さ
とし、基板（２）の全面、あるいは一部に設ける。（８
）はガラス膜の突出部で、透孔（４）内に配置し、その
表面にＲｕ　ＯｔやＰｔ−Ｐｄ等のヒータ（ｌＯ）と白
金や金等の電極（１２）、及びガス感応膜（１４）を設
ける。

ガス感応膜（１４）の材料は、ＳｎＯ，やＩｎ１Ｏ１等
の金属酸化物半導体、ＭｇＣｒｔ０４等の湿度センサ材
料、アンチモン酸等のプロトン導電体、白金触媒やＰｄ
触媒等の酸化触媒等の、任意のセンサ材料を用い得る。

しかしここではＳｎｏｗ等の金属酸化物材料を用いるも
のとし、ヒータ（ｌＯ）と電極（１２）間の抵抗値から
ガスを検出する。なお白金触媒等を用いる場合、ヒータ
（１０）を測温抵抗体とし、酸化反応による温度変化か
らガスを検出すれば良い。アンチモン酸等のプロトン導
電体を用いる場合、一方の電極を金や銀等の不活性電極
とし、電極活性の差からガスを検出すれば良い。

実施例では、ヒータ（ｌＯ）での不要な発熱を抑制する
ため、端部に金や白金等の低抵抗のヒータ電極（１１）
を接続する。またヒータ（１０）や電極（１２）の露出
部を第４図に示すガラス膜（！６）で覆い、雰囲気から
遮断する。これらの配慮は加えなくても良い。

（１８）、（２０）はヒータ（１０）に接続した電極パ
ッド、（２２）は電極（１２）のパッドであり、ここか
ら外部へ接続する。またセンサは、図示しないパッケー
ジに収容して用いるものとする。

変形例のセンサを第５図、第６図に示す。この例では、
ガラス膜は透孔（４）を架橋し、両端で基板（２）に結
合しである。またヒータ（４０）をガス感応膜（１４）
から分離し、２本の電極（４２）。

（４３）をガス感応膜（１４）に接続しである。図にお
いて、（３８）は第１のガラス膜で、（４０）はヒータ
、（４１）はヒータに接続した電極、（４８）はヒータ
（４０）に積層した第２のガラス膜、（４２）。

（４３）は金や白金等の電極で、これにガス感応膜（１
４）を接続する。基板（２）の上では、第２のガラス膜
（４８）は基板の半部を覆い、ヒータ電極（４Ｉ）をパ
ッド（１８）、（２０）に、電極（４２）。

（４３）をパッド（２２）、（２３）に接続する。

第１図〜第４図のセンサの製法を説明する。基板（２）
の全面、あるいは必要箇所に、ガラス膜（６）を印刷し
、突出部（８）を残した必要なパターンにエツチングし
た後、焼成する。ガラス膜（６）の表面にヒータ（１０
）とヒータ電極（１１）を印刷し、好ましくは不要部を
エツチングして、必要なパターンを得る。単純な印刷よ
りエツチングのほうが寸法精度が高く、より細かなパタ
ーンを得ることができる。同様に７１４（１２）を印刷
し、エツチングで必要なパターンを完成する。ヒータ（
１０）や電極（１２）は、真空蒸着やスパッタリング等
でも設けろことかできる。ガス感応膜（１＝１）を印刷
、スパッタリング等により設け、保護用のガラス膜（１
６）を印刷する。なおヒータ（１０）、電極（１２）、
ガス感応１（１４）の形成順序は、自由に変更できる。

これらの後、アンダーカットエツチングや基板（２）の
裏面からのエツチングで透孔（４）を設け、ガラス膜の
突出部（８）を得る。

第５図、第６図の場合は、基板（２）にガラス膜（３８
）を印刷後、ヒータ（４０）等を設け、第２のガラス膜
（４８）を積層する。次いで電極（４２）。

（４３）とガス感応膜（１４）とを設け、基板（２）を
エツチングしてセンサとする。

センサのガス感応特性は、通常の膜状のセンサと変わら
ない。センサの消費電力は、ガラス膜を薄く細くするこ
とにより減少する。例えばガラス膜を１０μ厚のほうケ
イ酸鉛ガラス、突出部（８）を１ｍｍ長さの１７５μ幅
とする。ガラス膜を介しての熱伝導は、センサ温度４０
０℃で３＋ｎＷ程度に過ぎない。突出部（８）の表面か
らの対流や熱放射、電極（８）、（１１）からの熱伝導
は通常の膜状のセンサと同等である。そして印刷とエツ
チング等との組み合わせにより突出部（８）は極めて小
さくできるので、消費電力は極めて小さくなる。

センサに加わる振動や衝撃で突出部（８）に働く力はそ
の重量に比例し、薄い膜でも充分に耐えろことができる
。また第１図〜第４図の片持ち梁構造の場合、突出部（
８）は加熱により自由に熱膨張し、熱応力による破壊は
生じない。

［発明の効果］ この発明のガスセンサは、製造が容易で、ガス感応膜の
信頼性に富み、消費電力も小さい。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のガスセンサの平面図、第２図はそのｌ
ｌ−１１方向断面図、第３図は突出部の拡大平面図、第
４図はそのＴＶ−１’Ｖ方同断面図である。 第５図は変形例のガスセンサの平面図、第６図はその要
部拡大断面図である。第７図は他の実施例の平面図であ
る。 図において、（２）金属基板、 （４）透孔、　（６）ガラス膜、 （８）突出部、（１０）　ヒータ、 （１２）電極、　（１４）ガス感応膜。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）金属基板に積層したガラス膜を金属基板から突出
   させ、この突出部にヒータとガス感応膜とを設けたガス
   センサ。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載のガスセンサにおいて
   、 前記ガラス膜を片持ち梁構造で金属基板に支持したこと
   を特徴とするガスセンサ。