KR100426939B1

KR100426939B1 - 가스센서

Info

Publication number: KR100426939B1
Application number: KR1019960003714A
Authority: KR
Inventors: 타케시 나카하라; 토모히로 이노우에; 히로노부 마치다
Original assignee: 피가로 기켄 가부시키가이샤
Priority date: 1995-06-19
Filing date: 1996-02-15
Publication date: 2004-07-19
Also published as: US5837886A; GB2302407B; GB2302407A; CN1146554A; KR970002295A; GB9606548D0; DE19611964B4; DE19611964A1; CN1080883C

Abstract

내열절연기판의 한쪽의 주된면에 히이터막과 후막의 전극패드를 설치하고, 뒷면의 금속산화물 반도체막에 관통구멍으로 접속한다. 패드는 Au-Pt 등의 금합금으로 하고, Pt-W 등의 리이드에 접속한다.

Description

가스센서{GAS SENSOR}

본 발명은 금속산화물 반도체 가스센서의 개량에 관한 것으로, 특히 센서 본체의 외부단자로의 접속에 관한 것이다.

금속산화물 반도체 가스센서에 대한 주된 요구는 소비전력을 감소시켜 가스센서의 구동에 필요한 전원회로의 비용을 감소시키는 것이다. 이를 위해서는 인쇄기술이나 박막기술을 사용하여 가스센서를 소형화하며, 또한 가스센서에 사용되는 리드의 열전도를 감소시키는 것이 필요하다. 즉 리드는 가스센서로부터의 방열의 주요부분을 차지하므로, 소비전력을 감소시키기 위해서는 리드에 열전도율이 낮은 소재를 사용하며, 또 리드의 선지름을 작게 할 필요가 있다.

금속산화물 반도체 가스센서에 관하여 주목되고 있는 용도는 CO의 검출이다. 이 경우, 가스센서의 온도를 주기적으로 변화시켜, 고온가열로 가스센서의 금속산화물 반도체를 히트 클리닝하고, 또한 저온측에서 금속산화물 반도체막의 출력으로 CO에의 선택성이 발생하는 것을 이용하여 CO를 검출한다. 이런 것은 가스센서에 끊임없이 열충격이 가해지는 것을 의미한다.

발명자는 소비전력이 작고 CO의 검출에 적합한 가스센서의 개발과정에서 아래의 문제에 직면하였다.

1) 리드를 접속하기 위한 후막전극패드에 순수한 상태의 금을 사용하면 온도변화의 반복에 의하여 패드가 기판으로부터 벗겨진다.

2) 이를 방지하기 위하여 후막전극패드에 백금을 사용하면, 리드의 접속이 곤란하게 된다.

3) 소비전력이 작은 리드에 적합한 Pt-W선(Pt-W합금선)이나 APM선(Au-Pd-Mo합금선)은 패드에의 접속이 어렵고, 백금패드에서는 충분한 접속 강도를 얻을 수 없게 된다.

그래서 소비전력이 작고, 온도변화에 대한 내구성이 높은 가스센서를 얻기 위해서는 기판과의 부착력이 높고, 또한 리드와의 접속성능이 우수한 후막전극패드가 필요하게 된다.

이때에 관련된 선행기술을 표시하면, 일본국 특허공개 평성3-130654호 공보는 아래의 가스센서를 개시하고 있다. 즉, 대략 정사각형인 기판의 한쪽 주된 면에 금속산화물 반도체막을 배치하고, 반대측의 주된 면에 히터막을 배치한다. 금속산화물 반도체막에 접속된 전극을 관통구멍을 통해 히터막측으로 안내하며, 히터막과 금속산화물 반도체막에 백금으로 이루어진 후막전극패드를 접속한다. 그리고 이들 전극패드에 리드를 열압착으로 접속한다. 그 결과, 전극패드는 히터막측으로 갖추어지며, 기판의 양쪽 주된 면은 관통구멍으로 접속된다. 그러나, 전극패드는 백금이고, Pt-W나 APM선 등의 고저항에서 열전도율이 낮은 리드의 접속은 곤란하게 되어 소비전력의 감소에 한계가 있다.

이것 이외의 선행기술로서, 특개소60-209161호 공보에는 ZrO₂산소센서에의 리드접속으로 후막의 백금전극패드를 사용하고, Pt리드를 열압착이나 스포트 용접으로 접속하며, 용접부를 백금 페이스트(paste)로 피복하는 것이 개시되고 있다. 이와 같이 하면, 백금패드와 백금리드와의 접속강도의 부족을 백금 페이스트에 의한 피복으로 개선할 수 있다. 그러나 이 공보에서는 기판과의 부착력과, 리드와의 접속성능 모두가 우수한 패드재료를 제공하지 않고 있다. 또, 백금 페이스트에 의한 피복은 금속산화물 반도체 가스센서의 경우에는 문제가 있다. 즉, 백금 페이스트의 소성에는 900℃정도의 온도가 필요하며, 이것은 가스검출용의 금속산화물 반도체의 최고소성온도(보통 600∼700℃정도)보다도 높고, 금속산화물 반도체의 질을떨어지게 한다. 또한 어느 선행기술에서도 가스센서에 반복해서 온도변화를 부여할 때에 패드와 기판과의 부착력이 문제가 되는 것을 시사하고 있지 않다.

본 발명의 과제는 가스센서의 낙하나 진동 등에 대한 내구성과 온도변화의 반복에 대한 내구성 모두를 개선하는데 있다.

본 발명의 부수적인 과제는 가스센서의 소비전력을 경감하는데 있다.

본 발명의 또 다른 과제는 가스센서에의 리드의 부착을 용이하게 하는데 있다.

본 발명은 가스에 의해 저항치가 변화하는 금속산화물 반도체막, 히터막 및 복수의 후막전극패드를 내열절연기판에 설치하고, 상기 복수의 후막전극패드에 상기 금속산화물 반도체막과 상기 히터막 및 리드를 접속한 가스센서에 있어서, 상기 복수의 후막전극패드가 금을 함유하는 합금으로 이루어지고, 상기 후막전극패드를 4개 설치하여 4각형의 4꼭지점상에 배치하고, 각 후막전극패드마다 상기 리드를 1개씩 접속하며, 또한 각 리드가 그 리드를 접속한 후막전극패드를 통과하는 상기 4각형의 대각선에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 한다.

이때에 기판은 알루미나 또는 실리카, ZrO₂등의 내열절연기판을 사용하고, 예컨대 정사각형이나 직사각형 모양으로 하고, 금속산화물 반도체막과 히터막 및 후막전극패드 등을 배치한다. 금속산화물 반도체나 히터막은 박막 또는 후막이라도 좋지만, 전극패드는 후막으로 한다. 이것은 박막패드에서는 기판과 패드와의 부착력이 불충분하며, 리드의 열압착이나 용접시에 패드가 쉽게 벗겨지기 때문이다. 전극패드의 막두께는 예를 들면 2∼50㎛, 바람직하게는 5∼20㎛로 한다. 전극패드의 재료는 금을 함유하는 합금으로 하고, 예를 들면 Au-Pt, Au-Rh, Au-Pd등을 사용한다. 전극패드는 이들의 합금을 재료로서 1층으로 구성해도 좋지만, 예를 들면, 아래부분을 백금, 윗부분을 금으로 한 2층으로 성막하여도 좋다. 이와 같은 2층의 패드는 상층의 성분과 하층의 성분을 혼합하여 합금화한다. 전극패드로서 특히 바람직한 것은 Au-Pt합금이고, 처음부터 합금으로서 전극패드를 성막하여도, 또는 하층을 백금, 상층을 금으로 해서 성막하여, 상층과 하층의 합금화에 의하여 Au-Pt 합금패드로 하여도 좋다.

바람직하게는 기판의 표리양쪽의 주된 면을 사용하여, 그 한쪽의 주된 면에 SnO₂막이나 ZnO막, In₂O₃등의 금속산화물 반도체막을 배치하고, 다른쪽의 주된 면에 RuO₂나 Pt등의 히터막을 배치한다. 그리고 주된 면의 한쪽에 후막전극패드를 배치하고, 반대측의 주된 면과는 관통구멍 등으로 접속한다. 반대측의 주된 면과의 접속에는 관통구멍외에, 예를 들면 기판의 단부나 측면에 설치한 도전막 등을 사용해도 좋다. 이와 같이 하면 기판면적을 감소시켜서 소비전력을 삭감하고, 리드의 부착면을 1면으로 갖추어서 부착을 쉽게 할 수 있다.

가스센서의 소비전력을 감소시키기 위해서는, 리드를 고저항의 선재로 구성하는 것이 바람직하며, 고저항선은 일반적으로 열전도율이 작다. 바람직한 선재의 종류는, 예를 들면 Pt-W선(W함유량 2∼12중량%정도), APM선(Pd함유량 10∼60중량%정도, Mo함유량 1∼10중량%정도, 나머지는 금), Pt-ZGS선(Pt의 결정입계에 ZrO₂를석출시킨 Pt-ZrO₂합금, ZrO₂함유량은 1∼0.01중량% 정도), Pt-Pd선(Pd함유량 5∼60중량%정도)이다. 이들은 귀금속 합금선이고, 특히 바람직하는 것은 Pt-W선과 APM선이다.

가스센서의 사용방법은 임의이지만, 가스센서의 온도를 주기적으로 변경시키는 경우에, 본 발명은 특히 적합하다. 가스센서의 온도를 주기적으로 변경시키면, 전극패드와 기판과의 경계면에 반복하여 열충격이 가해지며, 패드가 벗겨진다. 이 문제에 대하여 본 발명에서는 금합금의 후막전극패드를 사용함으로써 기판과 패드의 부착력을 개선하고, 패드의 벗겨짐을 방지한다. 그리고 금합금패드는 리드와의 접속이 용이하며, 접속이 어려운 고저항 귀금속 합금선을 사용해도, 충분한 접속강도가 얻어진다. 그리고 귀금속 합금선을 사용할 수 있으므로, 리드로부터의 열손실을 억제하고, 가스센서의 소비전력을 작게 할 수 있다.

다음으로 리드와 후막전극패드의 접속부를 후막으로 피복하면, 피복된 후막에 의하여 리드를 패드에 고정할 수 있다. 이 결과, 리드와 패드와의 접속강도를 개선할 수 있다. 후막재료로는, 예를 들면 Au나 Au-Pt, Au-Rh 등을 사용한다. 후막재료는 예를 들면 페이스트로서 접속부에 도포하고 소성하여 고체화시킨다. 이때에 소성온도를 낮게 하여 금속산화물 반도체의 변질을 방지하기 위해 저온소성이 용이한 금을 후막피복재료로 하는 것이 바람직하다. 또 금은 패드나 리드와 쉽게 결합하는 재료이므로 리드의 접속강도를 증가하기 위해서도 금이 바람직하다.

리드와 후막전극패드와의 접속에는 패럴렐갭 용접(parallel gap welding)등의 용접이나, 금 페이스트 등의 후막에 의한 고정, 또는 초음파 열압착 등을 사용한다. 이때에 패럴렐갭 용접과 초음파 열압착을 비교하면 용접하는 쪽이 작업성이 우수하다. 그러나 용접에서는 용접자체에 의하여 패드위에서 리드를 절단할 수 없고, 다른 공정으로 리드를 절단할 필요가 있다. 이 공정에서 바람직하게는 용단을 사용한다. 즉 1개의 리드를 기판상의 2개의 패드에 용접하면, 패드 사이에 리드가 남는다. 다음에 이들 2개의 패드사이의 리드에 큰 전류의 용단전류를 흐르게 하면, 리드는 발열에 의해 용단된다. 이때에 예를 들면 전극패드가 4개인 경우, 이들은 4각형의 꼭지점으로 배치되게 된다. 그리고 처음 2개의 리드를 +자형상으로 배치하고, 각 리드를 4각형의 대각 2꼭지점에 있는 2개의 패드를 연결하도록 접속한다. 이후 2개의 리드를 용단하면, 기판으로부터는 리드가 +자형상으로 외부에 늘어나게 된다. 이 경우에, 각 리드는 상기 4각형의 대각선에 실질적으로 평행하게 된다. 그리고 리드가 기판으로부터 +자형상으로 늘어나므로, 다양한 방향의 진동이나 외력에 대한 가스센서의 내구성이 증가한다.

본 발명에서는 가스센서의 후막전극패드에 금합금을 사용한다. 이 결과, 패드와 기판과의 부착력이 높고, 가스센서에 온도변화를 반복하여 가해도 패드가 기판으로부터 벗겨지지 않는다. 그리고 금합금 패드는 리드와의 접속강도가 높고 열전도율이 작은 귀금속 합금선 등을 리드에 사용해도 리드의 접속강도를 높게 유지할 수 있다. 그리고 이런 것은 가스센서의 소비전력을 작게 할 수 있는 것을 의미한다.

리드와 패드와의 접속은, 패럴렐갭 용접 등의 용점, 초음파 열압착 등의 열압착, 또는 금 등의 후막으로 이루어진 보호막에서의 고정된 어느것을 사용해도 좋지만, 바람직하게는 용접보다 열압착으로 리드를 접속하고, 접속부를 후막의 보호막으로 피복한다.

이와 같이 하면, 리드와 패드와의 접속강도가 증가한다. 보호막으로 바람직한 것은, 저온소성이 용이하고 리드와의 부착력에도 우수한 금이다.

다음에 리드를 용접이나 보호막으로 패드에 접속하는 경우, 용단을 사용하면 간단하게 리드를 패드위에서 절단할 수 있다. 이때에 예를 들면 전극패드가 4개인 경우, 리드를 4개의 패드를 연결하는 4각형의 대각선에 실질적으로 평행하게 배치하면, 리드가 방향이 다양하므로, 기판은 4개의 리드에서 평면적으로 지지되며, 여러 방향으로부터의 진동이나 외력에 대하여, 기판을 유지할 수 있다. 그리고 이것을 위해서는 리드를 4각형의 대각선을 따라서 배치하여 접속된 후에 용단하면 좋다.

실시예

제1도 내지 제13도에 실시예와 그 변형예 등을 도시한다. 또한 각 변형예에 있어서, 특히 지적된 점 이외에는 실시예와 동일하게 실시한다. 제1도는 실시예의 가스센서의 중요부를 도시하고 있으며, 2는 센서본체이고, 4는 알루미나, 실리카, ZrO₂등의 내열절연기판이며, 6a 내지 6d는 4개의 후막전극패드이고, 이러한 패드는 기판(4)의 1개의 주된 면(5)위에 집약된다. 각 전극패드(6)는 금합금으로 이루어지며, 예를 들면 Au-Pt, Au-Rh, Au-Pd등을 사용하며, 실시예에서는 Au-Pt합금을 사용한다. 전극패드(6)의 두께는 예를 들면 2∼50㎛, 바람직하게는 기판(4)과의 부착력을 높이고, 또한 1∼2회의 인쇄로 형성할 수 있는 두께인 5∼20㎛로 한다. 또한 패드(6)에서의 Au함유량은 패드(6)의 깊이방향으로 조성이 변하는 것을 고려하여 패드(6)에서의 평균5∼95중량%, 바람직하게는 20∼80중량%로 한다. 8은 RuO₂막(막두께 약 10㎛)이나 박막의 Pt등으로 이루어진 히터막이고, RuO₂막의 경우, 오버글레이징(overglazing)에 의해 그 표면상에 절연막이 제공된다. 또 히터막(8)에는 히터전극(10a, 10b)이 접속된다. 그리고 히터전극(10a, 10b)을 상기 전극패드(6a, 6b)에 접속한다.

기판(4)의 반대측의 주된 면(7)에는 SnO₂막 등의 금속산화물 반도체막(12)을, 예를 들면 막두께 10㎛로 설치하며, 한 쌍의 전극(14a, 14b)을 접속하며, 내벽에 도전막을 설치한 관통구멍(16)을 통해 전극패드(6c, 6d)에 접속한다. 또한 제3도에 도시된 바와 같이, 기판(4)의 정점 단부 등에 도전막을 설치하여 관통구멍(16)으로 바꿔도 좋다. 이와 같은 예를 제3도에 도시하고 있으며, 3은 새로운 센서본체를, 17a 및 17b는 새로운 전극을 표시한다. 또, 전극(10, 14)은 패드(6)와 같은 재질이어도 다른 재질이어도 좋고, 또, 막두께는 패드(6)와 동일하여도, 상이하여도 좋다.

제1도, 제2도로 돌아가서, 20은 귀금속 합금선으로 이루어진 리드이고, 22는 리드(20)를 용접한 외부단자로서의 핀이다. 리드(20)에는 Pt-W나 Au-Pd-Mo등의 고저항이고 열전도율이 작은 합금선을 사용하며, 특히 바람직한 것은 열전도가 작고또한 패드(6)로의 접속이 용이한 Pt-W선이다. 또, 리드(20)의 선지름은 예를 들면 20∼60㎛, 보다 바람직하게는 30∼50㎛로 한다. 또한 24는 금페이스트를 소성한 후막의 보호막이고, 패드(6)와 리드(20)의 접속부를 피복한다. 이러한 보호막은 리드(20)와 패드(6)와의 접속 강도가 충분히 높은 경우, 설치하지 않아도 좋다.

제4도는 패드(6)로의 리드(20)의 접속부를 도시한다. 패드(6)는 기판(4)과의 부착력을 증가하기 위하여 금합금으로 하며, 제4도에서는 순수한 백금으로 이루어진 하층(24)위에 순수한 금으로 상층(26)을 적층한 예를 표시한다. 그러나, 제5도에 도시된 바와 같이, 하층(24)과 상층(26)은 상층(26)의 소성과정 등에서 합금화하며, 실제로 얻어지는 것은 금과 백금의 합금패드이다. 예를 들면 발명자는 Pt하층(24)을 7㎛두께로 인쇄하여 850℃에서 소성한 후, 금상층(26)을 7㎛두께로 인쇄하여 850℃에서 소성하였다. 얻어진 합금패드의 표면은 금색을 나타내지 않고, 은백색의 금-Pt합금색을 나타내었다. 이와 같이 금과 백금은 쉽게 합금화하므로, 실제로 얻어지는 것은 2층을 별도의 조성으로 인쇄한 경우라도, 금-백금 합금이다. 또 합금화는 Au-Pt에 한정되지 않고, Au-Rh, Au-Pd등의 다른 재료에서도 발생하였다.

28, 28은 패럴렐 갭 용접에 의한 용접부이고, 리드(20)와 패드(6)와의 접속에는 이 이외에 초음파 열압착을 사용할 수도 있고, 또는 용접이나 열압착을 실시하지 않고, 단지 보호막(27)으로 리드(20)를 패드(6)에 고정하는 것만으로도 좋다. 30은 리드(20)의 용단부이다. 제1도의 실시예의 경우, 2개의 리드를 준비하고, 한쪽을 패드(6a, 6c)에 연결하도록 배치하여 패럴렐갭 용접한다. 마찬가지로 다른쪽의 리드를 패드(6b, 6d)를 연결하도록 배치하여, 패럴렐갭 용접한다. 다음에 용단부(30)의 부근에서 리드에 한 쌍의 용접전극을 접촉시켜 패드(6a, 6c)사이나 패드(6b, 6d)사이로 큰 전류를 흐르게 한다. 리드는 패드사이에서는 기판(4)으로부터 들떠 있고 열의 도피처가 없으므로 절단된다. 이때 리드(20)의 단부에 용단부(30)가 형성된다.

얻어진 가스센서의 특성을 설명하도록 한다. 기판(4)은 두께가 0.5mm의 직사각형이고, 제1도의 가로방향이 길이가 1mm, 제1도에서의 세로방향의 길이가 0.9mm이다. 또, 금속산화물 반도체막(12)은 SnO₂(막두께 약 10㎛)로 이루어지며, SnO₂의 인쇄후의 소성온도는 700℃이다. 또 패드(6)가 1층으로 처음부터 합금화된 패드를 사용하는 경우에는 두께를 7㎛로 하였다. 2층으로 하층을 백금, 상층을 금으로하여 합금화시키는 경우에는, 백금층 7㎛, 금층 7㎛의 합계 14㎛두께의 패드로 하였다.

다음에 리드(20)로는 백금선(선지름 40㎛, 선지름은 직경을 표시한다), Pt-ZGS선(선지름 50㎛, Pt의 결정입계에 ZrO₂를 석출시킨 선이고, ZrO₂함유향은 약 0.06중량%), APM(선지름 40㎛, Au 55중량%, Pd 40중량%, Mo 5중량%), Pt-W선(선지름 40㎛, Pt 92중량%, W 8중량%)를 사용하며, 이들의 선재는 다나카키긴조쿠고교에서 제조된다. 패드(6)로의 용접조건(패럴렐갭 용접)은, 용접전압이 5V이고 용접전류를 가한 시간이 11m초이다. 또한 보호막(27)의 재료에는 금페이스트를 사용하고, 도포후에 700℃로 소성하였다.

센서의 사용조건은, 온도변화가 1주기 30초내에서, 고온역이 10초, 저온역이20초이며, 고온역에서의 최고온도는 약 400℃, 저온역에서의 최종온도는 대략 실온이다. 또, 센서의 출력은, 예를 들면 저온범위의 종료 직전에 샘플링하며, 이 히트사이클을 1년간 반복하여 가했다. 리드(20)의 접속강도는, 제6도에 도시된 바와 같이 센서본체(2)를 핀(22)으로 접속한 후, 센서본체(2)를 지그(jig)로 윗쪽으로 잡아당기고, 리드(20)가 벗겨질 때의 강도로 표현한다. 리드(20)가 벗겨지는 위치는 대부분 패드(6)와 리드(20)와의 접속부이다. 또한 제6도에 있어서, (32)는 베이스이다.

제7도는 리드(20)의 종류에 의한 소비전력(1주기에서의 평균 소비전력)의 변화를 도시한다. 도시된 바와 같이 Pt선에서 Pt-W선으로 갈수록 소비전력은 감소되며, Pt-W선이나 APM선, 특히 Pt-W선이 바람직하다.

제8도는 온도사이클에 대한 패드(6)의 내구성과 리드(20)의 접속강도를 도시한다. 패드(6)의 내구성은 상기 30초 주기로 400℃부근과 실은 부근사이의 열사이클로의 내구성을 회수로 표시한다. 이 값은 센서 5개의 평균이고, 순수한 Au패드에서는 평균치가 6620회에서 패드(6)가 기판(4)으로부터 벗겨졌다. 이것은 센서의 사용시간으로서는 55시간에 불과하다. 한편, Pt패드나 Au-Pt합금패드(처음부터 Au-Pt의 합금으로서 막두께7㎛로 성막한 것과 백금 7㎛두께위로 금 7㎛두께를 적층하여 합금화시킨 것의 2종류)는, 어느 것이나 1년간의 내구테스트를 견디고, 패드의 벗겨짐은 하나도 발생하지 않았다. 1년간의 내구테스트는 온도변화의 사이클수로서 105만회이다.

패드(6)의 종류를 바꿔서, Pt-W선이나 APM선의 접속강도(4개의 리드의 합계강도)를 산출하면, Pt패드에서는 보호막(27)없이 약 10g, 보호막(27)을 설치한 경우라도 약 40g이었다. 이것에 대하여 금패드나 금-백금의 합금패드에서는, 보호막없이 20g정도, 보호막붙여서 80g정도의 접속강도가 얻어졌다. 이것은 백금패드는 리드와의 접속강도가 부족하며, 금-백금의 합금패드(6)를 사용하므로써, 기판(4)과의 부착력이 우수하고, 또한 리드(20)와의 접속강도가 증가하는 것을 도시하고 있다. 또 제8도로부터 명확하듯이, Pt-W선은 APM선보다 패드(6)로의 접속강도가 높다. 발명자는 백금-금 이외에, Rh-금, Pd-금 등의 2층의 패드를 성막하였다. 어느 것이나 금이 상층이고, Rh나 Pd가 하층이며, 막두께는 상층, 하층 모두 7㎛이다. 그리고 이들의 경우 어느 것이라도, 금과 Rh나 Pd와의 합금화가 발생하며, Pt-W선에 대하여 20g정도(보호막(27)없이)의 접속강도가 얻어졌다.

이러한 점에서 명확하듯이,

1) Pt-W, APM등의 귀금속 합금선을 사용하여 가스센서의 소비전력을 감소시키고,

2) 금합금의 패드를 사용함으로써, 온도변화에 대한 가스센서의 내구성을 향상시키고, 또한 패드에의 리드의 접속강도를 높게 유지할 수 있다.

3) 또 리드의 접속강도를 더욱 높이기 위해서는, 패럴렐 갭 용접이나 초음파 열압착 등으로 리드(20)를 패드(6)에 접속한 후, 보호막(27)으로 피복하는 것이 바람직하다. 그리고 보호막(27)에 바람직한 재질은, 저온소성이 가능하며, 금속산화물 반도체막(12)으로의 손상이 없고, 패드(6)나 리드(20)와 쉽게 결합할 수 있는 금이다.

제9도 내지 제12도에 용단공정의 상세하게 도시한다. 제9도 및 제10도에 리드(20)의 용단부(30)를 표시한다. 제10도에 도시된 바와 같이, 용단부(30)는 리드(20)를 다른 방법으로 절단한 것과는 형상이 다르고, 용단부(30)는 둥그스름해지는 것이 특징이다. 예를 들면 제10도의 36은 절삭날로 리드(20)의 선단을 커트 했을 때의 형상을 표시하고, 38은 리드(20)의 선단을 잡아당겨서 잘게 찢었을 때의 형상을 표시한다.

제11도는 용단공정을 도시한다. 예를 들면 패럴렐갭 용접으로 리드(20)를 패드(6)에 용접한 후에, 한 쌍의 전극(40, 40)을 배치하여 용단전류(i)를 가한다. 패드(6a, 6c)등의 사이에서는, 리드(20)가 기판(4)으로부터 들떠 있고, 가령 히터막(8)에 접촉하여도 히터막(8)의 표면은 오버글레이징에 의해 절연되어 있으므로, 용단전류는 리드(20)내를 흐르고, 이 발열로 리드(20)가 용단한다.

제12도는 실시예에서의 리드(20)의 접속방법을 도시한다. 제12도의 1)은 금속의 프레임(50)에 리드(20)를 용접등으로 부착한 상태를 도시하고, 계속하여 적당한 지그를 사용하여 프레임(50)에 대한 센서본체(2)를 위치결정한다. 이 상태를 제12도의 2)에 도시한다. 계속하여, 예를 들면 패럴렐갭 용접에 의하여, 리드(20)를 패드(6a∼6d)에 용접한다. 이후에 리드(20)를 용단한다(제12도의 3)). 이후에, 금페이스트를 도포하고 프레임(50)마다 가열하여 보호막(27)을 형성한다. 계속하여 가스센서의 베이스(32)를 위치결정하고, 핀(22)에 리드(20)를 용접한다. 전극패드(6)에의 용접과 동시에 리드(20)를 절단하는 것은 일반적으로 곤란하지만, 핀(22)에의 용접과 동시에 리드(20)를 절단하는 것은 가능하며, 바람직하게는핀(22)에의 용접과 동시에 리드(20)를 커트한다(제12도의 4)). 이와 같이 하면, 베이스(32)는 프레임(50)으로부터 독립하게 되고, 핀(22)으로의 센서본체(2)의 부착이 완성된다. 제12도의 4)로부터 명확하듯이, 4개의 리드선은 대략 90도씩 방향이 변화되고, 4개의 패드(6)로 이루어진 4각형의 대각선에 실질적으로 평행(대각선으로부터 각의 어긋남±15도 이하)하다. 이 결과, 센서본체(2)는 제12도에서의 X방향, Y방향의 어느방향의 힘에도 견디며, 센서본체(2)의 부착강도가 증가한다.

제13도은 제2의 변형예인 가스센서를 도시한다. 도면에 있어서 70은 새로운 센서본체, 72는 리드프레임이며, 74는 그 리드이다.

리드프레임(72)에는 예를 들면 SUS316이나 철-크롬-알루미늄 등의 비금속(base metal)합금을 사용하고, 예를 들면 리드(74)는 단면적이 20∼50㎛2 정도로 한다. 센서본체(70)에서는 기판(4)의 뒷면에 한 쌍의 금속산화물 반도체막(76, 78)을 배치하고, 예를 들면 히터막(8)에 가까운 금속산화물 반도체막(76)을 메탄검출용의 금속산화물 반도체막으로 하며, 히터막(8)으로부터 먼 금속산화물 반도체막(78)을 일산화탄소 검출용 금속산화물 반도체막으로 한다. 또 패드(6b)는 관통구멍(16)을 통해 기판(4)의 표리에 접속하고, 금속산화물 반도체막(76, 78)에 대한 공통패드로서 사용한다.

제13도의 변형예는 리드로서 비금속의 각 형상인 리드(74)를 사용하고, 센서본체(70)에 한 쌍의 금속산화물 반도체막(76, 78)을 설치한 것외에는 제1도의 가스센서와 유사하다. 예를 들면 패드(6)는 어느 것이나 금합금패드이고, 기판(4)과의 부착력이 높고, 또한 리드(74)와의 접속강도도 높다. 그리고 이 변형예에서도 리드프레임(72)에 대하여 센서본체(70)를 위치결정하고, 4개소에서 리드(74)를 전극패드(6a∼6a)에 용접하고, 중요하지 않은 부분을 용단하여 제거한다. 이후에 리드(74)를 핀(22)에 용접하며, 동시에 리드(74)를 절단한다.

제1도는 실시예의 가스센서의 중요부 평면도.

제2도는 실시예의 가스센서의 중요부 저면도.

제3도는 관통구멍부분을 변형한 가스센서의 중요부 저면도.

제4도는 실시예의 가스센서에서의 패드와 리드와의 접속부를 표시하는 중요부 단면도.

제5도는 실시예의 가스센서에서의 패드의 합금화를 표시하는 특성도.

제6도는 실시예의 가스센서의 중요부 측면도.

제7도는 실시예의 가스센서에서의 리드의 종류와 소비전력과의 관계를 표시하는 특성도.

제8도는 실시예의 가스센서에서의 후막전극패드의 종류와 패드의 내구성 및 리드의 접속강도와의 관계를 표시하는 특성도.

제9도는 실시예의 가스센서에서의 용단부를 표시하는 중요부 단면도.

제10도는 실시예의 가스센서에서의 리드의 용단부의 평면도.

제11도는 실시예에서의 리드의 용단공정을 표시하는 도면.

제12도는 실시예에서의 가스센서에의 리드의 접속공정을 표시하는 도면.

제13도는 변형예에서의 가스센서의 제조공정을 표시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

2, 3 --------------------------- 센서본체,

4 ------------------------------ 내열절연기판,

6 ------------------------------ 전극패드,

5, 7 --------------------------- 주면,

20 ----------------------------- 리드,

22 ----------------------------- 핀,

27 ----------------------------- 보호막,

28 ----------------------------- 용접부,

30 ----------------------------- 용단부,

40 ----------------------------- 용접전극,

32, 60 ------------------------- 베이스,

76, 78 ------------------------- 금속산화물 반도체막.

Claims

가스에 의해 저항치가 변화하는 금속산화물 반도체막, 히터막 및 복수의 후막전극패드를 내열절연기판에 설치하고, 상기 복수의 후막전극패드에 상기 금속산화물 반도체막과 상기 히터막 및 리드를 접속한 가스센서에 있어서,

상기 복수의 후막전극패드가 금을 함유하는 합금으로 이루어지고

상기 후막전극패드를 4개 설치하여 4각형의 4꼭지점상에 배치하고, 각 후막전극패드마다 상기 리드를 1개씩 접속하며, 또한 각 리드가 그 리드를 접속한 후막전극패드를 통과하는 상기 4각형의 대각선에 실질적으로 평행한 것을 특징으로 하는 가스센서.
제1항에 있어서, 상기 복수의 후막전극패드가 금과 백금의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스센서.
제1항에 있어서, 상기 리드가 귀금속 합금선으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 가스센서.
제1항에 있어서, 상기 가스센서가 상기 히터막의 소비전력을 주기적으로 변화시킴으로써 상기 금속산화물 반도체막의 온도를 주기적으로 변화시키도록 한 일산화탄소 검출용 가스센서인 것을 특징으로 하는 가스센서.
제1항에 있어서, 상기 리드와 상기 후막전극패드의 접속부를 후막으로 피복한 것을 특징으로 하는 가스센서.
제1항에 있어서, 상기 리드의 상기 후막전극패드 위에서의 단부가 용단되어 있는 것을 특징으로 하는 가스센서.