JPS63292055A - ガスセンサ−の製造方法 - 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、金属酸化物半導体の抵抗値の変化を利用し
たガスセンサーの製造方法に関する。この発明で得られ
るガスセンサーは、自動車エンジン等からの排ガスの空
燃比の検出や、可燃性ガスの検出、あるいは水蒸気の検
出等に用いる。

［従来技術］ 特公昭５８−３３，４９９号公報は、一対の電極線と共
に金属酸化物半導体をプレス成型し、成型後のセンサー
本体をリードフレームに接続することを開示している。

しかしここでのセンサー本体は、１個ずつ分離して独立
に成型されろ。そのため成型後の焼結やリードフレーム
への接続等の作業は、個別のセンサー本体を単位として
行なわれる。

これに対して、電極線上に多数のセンサー本体を連ねた
しのを製造し、これを！ｌｔ位として焼結や外部電極へ
の接続等の作業を行えば、ガスセンサーの生産性は向上
する。即し取り扱いの単位はｌ１Ｍ別のセンサー本体で
はなく、多数のセンサー本体を連ねた電極線となる。そ
してこれはαη別のセンサー本体よりし扱い易い。

［発明の課題］ この発明の課題は、センサー本体の成型から外部電極へ
の接続までを、電極線上に多数のセンサー本体を連ねた
状態で行うようにしたガスセンサーの製造方法を提供す
ることに有る。

［発明の構成］ この発明は、ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半
導体に少なくとら一対の電極線を接続してセンサー本体
としたガスセンサーの製造方法において、前記金属酸化
物半導体を少なくとも一対の電極線と共にプレス成型し
てセンサー本体とし、一対の電極線上に多数のセンサー
本体を連ねたものを得、これを焼結した後に、前記電極
線上に多数のセンサー本体を連ねた状態で、トランスフ
ァーマシンによりセンサー本体を少なくとも２個の外部
電極に位置合わせをし、前記電極線を外部電極に接続す
ると共に、電極線の不要部を切断することを特徴とする
。

［実施例］ 第１図に実施例の概略を示す。先ずプレス成型により、
一対の電極線を埋設した形状にセンサー本体を成型する
。ここで電極線はセンサー本体を貫通し、電極線上に多
数のセンサー本体を連ねたものを成型する。勿論電極線
は少なくとも一対であれば良い。次に電極線上に多数の
センサー本体を連ねたまま焼結を行う。焼結後のセンサ
ー本体をトランファーマシンで移送し、少なくとも２個
の外部電極に対しセンサー本体を位置合わせし、電極線
を外部電極に接続する。これと同時にあるいはこの後に
、電極線の不要部を切断すれば、プレス成型から外部電
極への接続までの作業が完了する。ここで位置合わせは
、例えばパターン認識装置を用いて行う。しかし外部電
極の位置精度とセンサー本体の送り経路の位置精度とが
高い場合、パターン認識なしで位置合わ仕を行える。

電極線でセンサー本体を支持するだけではセンサー本体
の保持強度が不十分な場合、これ以外に適宜の処理を行
う。例えば実施例では、主として自動車エンジンからの
排ガスの空燃比の検出用センサーを検討した。この場合
、センサー本体に高い保持強度が要求されるので、セン
サー本体を耐熱絶縁性基板に設けたキャビティに収容す
ることとし、基板の表面とセンサー本体の表面の一部と
に溶射を施し、溶射膜でセンサー本体をキャビティに固
定した。

以下各工程の細部を示す。

第２図にプレス装置（２）を示す。図において、（４）
は金属製の固定型で、センサー本体に対応したキャビテ
ィ（６）と、電極線挿通用のスリット（８）を設けであ
る。（ｌＯ）は下部可動型、（１２）は上部可動型で、
上下から加圧成型を行う。なお下部可動型（１０）、上
部可動型（１２）とも金属型とする。（１４）は金属酸
化物半導体を投入するためのホッパーである。（１６）
、（１８）は一対の電極線、（２０）はプレス成型後の
センサー本体である。

第３図（ａ）〜（ｃ）にプレス装置（２）の動作を示す
。

上部可動型（１２）を後退させ、ホッパー（１４）を前
進させ、キャビティ（６）に酢酸セルロース等のバイン
ダーで処理した金属酸化物半導体を投入する。この時電
極線（１６）、（１８）をキャビティにセットして置く
。次いで２つの可動型（１０）。

（Ｉ２）で上下からプレスし、成型を行う。成型後に上
部可動型（１２）を後退させ、下部可動型（１０）でセ
ンサー本体（２０）を押しあげ、チャックや真空吸着に
よりセンサー本体（２０）を移動させ、次のプレスを行
う。このようにして電極線（１６）、（１８）に例えば
５０〜１００個程度のセンサー本体（２０）を連ねたも
のを、単位としてプレスする。

用いる金属酸化物半導体は任意であるが、プレス成型の
容易なものが好ましい。これは金属酸化物半導体の粒子
構造によっては、スリット（８）から成型時に金属酸化
物半導体が流出してしまうためである。そしてこのため
には金属酸化物半導体の母結晶の形がい粒子を利用する
、あるいは５ｎＯ７やＺｎＯ等の場合ウィスカー状の結
晶を利用するのが好ましい。形がい粒子の調整例を示す
。

Ｐ　Ｈ１３等の強アルカリで安定化したスズ酸の水溶液
に塩化バリウム等のバリウム原料を加えると、Ｂａ５ｎ
Ｏｓ・ｎＨｔｏの含水結晶が沈でんする。

含水結晶には、少なくともＢａＳｎＯ３・３ｔ−ｒｔｏ
。

Ｂａ５ｎＯｓ　・５　ＨｔＯ，Ｂａ５ｎＯｓ　・７　Ｈ
ｔＯの３・種がある。これらの含水結晶は水洗してナト
リウム等のアルカリを除くことができ、含水量の低いも
の程、低いＰＨでも安定で、かつ高い液温でも安定であ
る。また含水結晶は６００〜８００℃程度で熱分解し、
ＢａＳｎＯ３に移行する。しかし熱分解したＢａ５ｎＯ
ｓは含水結晶の形態を維持し、形がい粒子が生じる。こ
の形がい粒子は数十μｍ程度の長さの大きな針状あるい
は棒状の形態をなし、加圧時にスリット（８）からこぼ
れ出すことが少ない。なお同様の形がい粒子は、５ｒＳ
ｎＯ１・３ｌ−ＩｔＯやＣａ５ｎＯｓ・３Ｈ２０、Ｃｏ
ＳｎＯ３・３Ｈ２０等の熱分解でら得ることができた。

Ｂａ５ｎＯｓ・３Ｈｔ　Ｏを１４００℃で空気中で仮焼
し、ＢａＳｎＯ３とした。仮焼後のＢ　ａＳ　ｎＯｓは
母結晶の形態を維持していた。形がい粒子は、プレス時
の圧力で分解する。実施例では、このＢａＳｎＯ３を４
．４Ｔｏｎ／ｃｍ”のプレス圧で厚さ０　、４　ｍｍ、
幅と長さが各２ｍｎ＋の直方体状に成型し、１４５０℃
で空気中で焼結した。

次に５ｎＯｖに付いてウィスカー状結晶の調整例を示す
。１Ｔｏｒｒ程度の酸素気流下で金属Ｓｎを１２００℃
に加熱すると、長さ１ｍｍ、厚さ数μｍの５ｎＯｔのウ
ィスカー状結晶が得られた。これを切断して長さ１ｍｍ
以下とし、プレス成型の材料とした。ウィスカー状結晶
はプレス圧で分解した。実施例ではこのＳｎＯ＊を、３
Ｔｏｎ／ｃｍ２でＢａ５ｎＯｓの場合と同じ形状にプレ
ス成型し、空気中で１２５０℃にて焼結した。

第４図に、発明音が検討した他の金型を示す。

この金型では、固定型（４）に替え２つの割型（３）。

（５）を用い、全てを可動型とする。即ち割型（３）。

（５）で定まるキャビティに金属酸化物半導体を電極線
（１６）、（１８）と共に充填し、上下から可動型（ｌ
　Ｏ）、（１２）で加圧しプレスする。この金型では電
極線（１６）、（１８）のスリット（９）を浅くできる
ため、粉体の流出が少なく成型はより容易である。

第５図にプレス成型以後の工程を模式的に示す。

プレス成型後のセンサー本体（２０）を電極線（１６）
、（１８）に多数連ねたまま、焼結炉（４０）で焼結す
る。センサー本体（２０）にＰｔやＰｄ、Ｒｈ５Ｒｅ等
の触媒を添加する場合、例えば焼結後のセンサー本体（
２０）をこれらの触媒の原材料の水溶液等に浸し、触媒
原料を含浸させる。センサー本体（２０）を原液から引
き上げ、乾燥後に熱分解し、触媒をセンサー本体（２０
）に担持させる。

これとは別に、アルミナ等の耐熱絶縁性材料で構成した
、センサー基板（２２）を亭備する。基板（２２）の先
端部には、センサー本体（２０）を収容するためのキャ
ビティ（２４）を設ける。また基板（２２）には例えば
４個の白金等の印刷電極（２６）。

（２７）、（２８）、（２９）を設け、必要な場合には
これ以外にヒータを設ける。また電極（２６）、（２Ｂ
）には、ステンレス等の材料の外部リード（３０）。

（３２）を接続しておく。これらのものを設けた基板（
２２）を多数個、テープ（５０）等に固定する。

（５２）はテープの送りのための穴である。なお外部リ
ード（３０）、（３２）の基部を結合して、多数の基板
（２２）を相互に固定しても良い。

一方トランスファーマシン（４２）でセンサー本体（２
０）を移送し、キャビティ（２４）に収容すると共に、
電極線（１６）、（１８）を印刷電極（２Ｇ）。

（２７）、（２８）、（２９）にボンディングし、電極
線（１６）、（１ｇ）の不要部を切断する。この部分の
工程を第６図に示す。（４２）は前記のトランスファー
マシンで、真空吸着器（４４）等でセンサー本体（２０
）を保持し、図示しないパターン認識装置でキャビティ
（２４）の位置を検出して、センサー本体（２０）をキ
ャビティ（２４）にセットする。これと同時に熱圧着や
超音波ボンディング等を用いた圧着器（４６）で、電極
線（１６）、（１８）を電極（２６）、（２７）、（２
８）、（２９）に接続する。また更にカッター（４８）
で電極線（１６）、（１８）の端部を切断する。これら
の工程が終了すると、テープ（５０）が基板（２２）の
１個分移動し、トランスファーマシン（４２）は次のセ
ンサー本体（２０）ｔ−保持して次の接続作業を行う。

なおこの実施例では、印刷電極（２７）、（２９）は電
極線（１６）、（１８）の固定のためにのみ用いた。し
かし実際には、以降の工程で溶射膜によりセンサー本体
（２０）をキャビティ（２４）に固定するので、印刷電
極（２７）。

（２９）は設けなくても良い。

センサー本体（２０）をキャビティ（２４）に強固に保
持するため、溶射を行う。先のテープ（５０）に金属や
セラミック等のマスク（５４）をセットし、溶射カン（
５６）をキャビティ（２４）の上で往復させ、センサー
本体（２０）の露出部と周辺の基板（２２）とに溶射す
る。溶射膜の材料には、例えば多孔質のＴｉＯ２やＡ　
ｌ　ｔ　Ｏｚ、またち密質のＭ　ｇ　Ａ　Ｉ　ｔＯ４等
を用い、センサー本体（２０）の表面の１割程度とキャ
ビティ（２４）の周囲の基板（２２）とに溶射した。こ
れは溶射膜（３４）による被覆面を減らし、センサーの
応答速度の低下を防止するためである。溶射膜（３４）
の膜厚は例えば１００μｍ〜１ｍｍ程度とした。

第７図、第８図に完成したガスセンサーを示す。

図において、（３４）は前記の溶射膜、（３６）。

（３８）は基板（２２）のエツジに設けたＲ部で、基板
（２２）のエツジ部から溶射膜（３４）が剥離すること
を防止するためのものである。そしてＲ部（３６）、（
３８）を設けないと、溶射膜（３４）が基板（２２）の
エツジ部から剥離することが有る。

第９図に、可燃性ガスや湿度の検出用のセンサーの構造
を示す。図において、（６２）はアルミナ等の基板で、
（６４）は酸化ルテニウム膜等のヒータ、（６６）はヒ
ータ電極、（６８）は共通電極で、（２０）は前記のセ
ンサー本体である。また（７０）はセンサー本体（２０
）と基板（６２）との接着強度を改善するためのＧｅＯ
や、シリカゾル等の無機接着剤層、（７２）は検出電極
で、（７４）、（７６）は外部リードである。この実施
例では、先の実施例と同様にしてセンサー本体（２０）
を基板（６２）上に位置合わせする。位置合わせ前に基
板（６２）に無機接着剤層（７０）を印刷して置き、セ
ンサー本体（２０）の取り付けと同時に基板（６２）を
加熱し、接着剤層（７０）を硬化させる。またこれ七同
時に電極線（１６）、（１８）を熱圧着等で電極（６８
）、（７２）に接続し、センサーを完成する。溶射に変
えて接着剤を用いた他は、この実施例は前の実施例と同
様である。

し発明の効果］ この発明では、センサー本体の成型から外部電極への接
続までを、電極線上に多数のセンサー本体を連ねた状態
で行い、ガスセンサーの生産性を向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例の製造工程を示す工程図、第２図は実施
例でのガスセンサーのプレス成型工程を示す斜視図、第
３図（ａ）〜（Ｃ）はそれぞれ実施例でのプレス工程を
示す平面図、第４図は他の金型を示す斜視図、第５図は
実施例での製造工程を示す図、第６図は実施例でのセン
サー本体のボンディング工程を示す平面図、第７図は実
施例で製造したガスセンサーの部分切り欠き部付き正面
図、第８図はその■−■方同方面断面図９図は他の実施
例で製造したガスセンサーの正面図である。 図において、　　　（４）　　固定型、（８）スリット
、　　（１０）下部可動型、（１２）上部可動型、（１
４）ホッパー、（１６）、（＋　８）　　電極線、 （２０）センサー本体、（２４）キャビティ、（２６）
、（２８）　　印刷電極、（３４）溶射膜。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスにより抵抗値が変化する金属酸化物半導体に
   少なくとも一対の電極線を接続してセンサー本体とした
   ガスセンサーの製造方法において、前記金属酸化物半導
   体を少なくとも一対の電極線と共にプレス成型してセン
   サー本体とし、一対の電極線上に多数のセンサー本体を
   連ねたものを得、 これを焼結した後に、前記電極線上に多数のセンサー本
   体を連ねた状態で、トランスファーマシンによりセンサ
   ー本体を少なくとも２個の外部電極に位置合わせをし、
   前記電極線を外部電極に接続すると共に、電極線の不要
   部を切断することを特徴とする、ガスセンサーの製造方
   法。