WO2019003612A1 - センサ基板およびセンサ装置 - Google Patents

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WO2019003612A1
WO2019003612A1 PCT/JP2018/016610 JP2018016610W WO2019003612A1 WO 2019003612 A1 WO2019003612 A1 WO 2019003612A1 JP 2018016610 W JP2018016610 W JP 2018016610W WO 2019003612 A1 WO2019003612 A1 WO 2019003612A1
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WO
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detection electrode
insulating substrate
electrode
heat generating
conductor layer
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PCT/JP2018/016610
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English (en)
French (fr)
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乙丸　秀和
木村　貴司
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京セラ株式会社
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    • G01N15/06—Investigating concentration of particle suspensions
    • G01N15/0606—Investigating concentration of particle suspensions by collecting particles on a support
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    • G01N2015/0046—Investigating dispersion of solids in gas, e.g. smoke
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Definitions

  • the present invention relates to a sensor substrate and a sensor device including an insulating substrate and an electrode provided on the insulating substrate.
  • a DPF Diesel Particulate Filter or the like is installed to collect particulate matter (PM) that is mainly contained in soot contained in exhaust gases of automobiles and the like.
  • Particulate matter detection apparatus provided with an insulating substrate made of a ceramic sintered body such as an aluminum oxide sintered body and a detection electrode located on the surface of the insulating substrate as a PM detection sensor for detecting an abnormality such as this DPF are disclosed (for example, Patent Document 1).
  • This device detects particulate matter based on a change in electrical characteristics caused by the adhesion of a detection object such as PM contained in exhaust gas between a pair of detection electrodes.
  • the sensor substrate comprises: an insulating substrate having an upper surface and a lower surface; a first detection electrode located on the upper surface of the insulating substrate; a second detection electrode located on the lower surface of the insulating substrate; A heat generating portion including at least one conductor layer positioned inside the insulating substrate in a portion sandwiched between the first detection electrode and the second detection electrode, the heat generating portion and the first detection electrode And the thickness of the insulating substrate between the heat generating portion and the second electrode is the same.
  • a sensor device includes the sensor substrate configured as described above, and a power supply that supplies power to the first detection electrode and the second detection electrode.
  • (A) is a top view which shows the sensor substrate of embodiment of this invention
  • (b) is sectional drawing in the AA of (a). It is sectional drawing which shows the sensor substrate of other embodiment of this invention.
  • (A) is a top view which shows the sensor substrate of other embodiment of this invention,
  • (b) is sectional drawing in the BB line
  • a sensor substrate and a sensor device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the attached drawings.
  • the upper and lower sides are distinguished as described above, but this is for convenience and does not limit the upper and lower sides when the sensor substrate and the like are actually used.
  • FIG. 1 (a) is a top view showing a sensor substrate according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 1 (b) is a cross-sectional view taken along the line AA of FIG. 1 (a).
  • the sensor substrate 10 is used, for example, in a sensor device for detecting particulate matter (PM) such as soot in exhaust gas of a diesel engine vehicle or gasoline engine vehicle (for example, disposed in an exhaust gas exhaust passage of an automobile).
  • the sensor substrate 10 includes an insulating substrate 1 having an upper surface and a lower surface, a detection electrode 2 located on the upper surface of the insulating substrate 1, a second electrode 2 located on the lower surface of the insulating substrate 1, and the insulating substrate 1. It is basically configured by the heat generating portion 4 located.
  • the heat generating portion 4 includes at least one conductor layer 5 that actually generates resistance heat.
  • the conductor layer 5 is located in a portion of the insulating substrate 1 sandwiched between the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3. Also, the conductor layer 5 may be located on a portion of the insulating substrate 1 sandwiched between the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3, and the first detection electrode 2 or the second detection electrode 3 may not necessarily have a plan view. It does not have to be at the same position as
  • the first and second detection electrodes 2 and 3 respectively include positive electrodes 2a and 3a and negative electrodes 2b and 3b. At least one pair of positive and negative electrodes (generally, no reference to the electrodes) constitute the first detection electrode 2 or the second detection electrode 3 on the upper surface and the lower surface of the insulating substrate 1 respectively.
  • the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 may be simply referred to as a detection electrode or an electrode without distinction.
  • the positive electrode 2a, 3a and the negative electrode 2b, 3b may not be distinguished and may be simply referred to as the first detection electrode 2 or the second detection electrode 3.
  • the sensor substrate 10 In the environment in which the sensor substrate 10 is disposed by particulate matter such as soot adhering to the insulating substrate 1 in the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 (that is, the upper surface side and the lower surface side of the insulating substrate 1) The presence of a substance can be detected. That is, a change such as a reduction in electrical insulation between the positive electrodes 2a and 3a and the negative electrodes 2b and 3b or a short circuit occurs via the particulate matter. This change makes it possible to detect the presence of particulate matter in the environment in which the sensor substrate 10 is disposed. This short circuit can be detected, for example, by an external detection circuit connected to the positive electrodes 2a, 3a and the negative electrodes 3a, 3b.
  • the above environment is, for example, the exhaust gas of the above-described automobile.
  • the positive electrodes 2 a and 3 s and the negative electrodes 2 b and 3 b are located on the upper surface or the lower surface of the insulating substrate 1.
  • the positive electrode 2a and the negative electrode 2b are interdigital electrodes facing each other so as to be engaged with each other.
  • the second detection electrode 3 is also a comb-like electrode in which the positive electrode 3a and the negative electrode 2b face each other so as to engage with each other.
  • the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 have the same line width and adjacent intervals, and have the same pattern. By this, the particulate matter can be similarly detected on both the upper surface and the lower surface of the insulating substrate 1.
  • the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 do not necessarily have the same pattern.
  • the space between the positive electrode (2a or 3a) and the negative electrode (2b or 3b) is smaller on the side where it is desired to detect the presence of particulate matter with higher sensitivity. You may do it.
  • a region including either of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 is an effective region where detection of particulate matter is possible (that is, a region where adhesion of particulate matter is expected).
  • the sensor substrate 3 When the sensor substrate 3 is placed in an environment such as exhaust gas of a car, the effective area is mounted so as to be located in the environment.
  • the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 are respectively connected to the positive electrode or the negative electrode of an external DC power supply (not shown in FIG. 1) via the terminal portion 2T. Further, the heat generating portion 4 described later is also connected to an external DC power supply via the terminal portion 4T.
  • the terminal portion 2T of the detection electrode and the terminal portion 4T of the heat generating portion are respectively conductors continuous with the detection electrode or the heat generating portion 4 and can also be regarded as a part of the detection electrode or the heat generating portion 4.
  • the terminal portion 2T of the detection electrode is connected to the positive electrode of the DC power supply at the portion following the positive electrodes 2a and 3a of the detection electrodes 2 and 3. Further, in the terminal portion 2T, the portions following the negative electrodes 2b, 3b of the detection electrodes 2, 3 are connected to the negative electrode of the DC power supply.
  • the terminal portion 4T of the heat generating portion may be connected to the positive electrode and the negative electrode of the same DC power supply as described above, or may be connected to the positive electrode and the negative electrode of different DC power supplies. This selection may be made as appropriate depending on conditions such as control, current value, circuit design and productivity.
  • a heat generating portion 4 including at least one conductor layer 5 is located inside the insulating substrate 1.
  • two conductor layers 5 are located inside the insulating substrate 1.
  • the conductor layers 5 are located at portions sandwiched between the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3.
  • the portion sandwiched between the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 corresponds to the portion between the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 in a cross sectional view as shown in FIG. It is a part located between. That is, in the example shown in FIG. 1, a part of the conductor layer 5 overlaps the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 in plan view.
  • the conductor layer 5 does not necessarily have to overlap the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 in plan view.
  • the heat generating unit 4 is connected to an external DC power supply (for example, 20 V) as described above.
  • the heat-generating electrode 4 is heated to, for example, about 700 ° C. to decompose and remove the particulate matter adhering to the vicinity of the first detection electrode 2, the second detection electrode 3 and their electrodes.
  • the heat generation in the heat generating portion 4 is resistance heat generation.
  • the heat generating portion 4 is a portion where the conductor layer 5 actually generates heat. In the example shown in FIG. 1, the connection conductor 6 having a relatively small electric resistance is disposed from the terminal portion 4T to the conductor layer 5 described above.
  • Heating portion 4 includes a heater (conductor layer 5) positioned inside insulating substrate 1 and wires (terminal portion 4T and connection conductor 6) for supplying current to the heater from the upper surface and the lower surface of insulating substrate 1, respectively. It can also be regarded as a thing.
  • the conductor layer 5 constituting the heat generating portion 4 is located at the outer peripheral portion of the insulating substrate 1 in a plan view.
  • the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 can be efficiently heated including the above-described outer peripheral portion where heat is easily dissipated to the outside. Therefore, the particulate matter attached to the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 and their vicinity can be effectively heated and decomposed and removed. That is, it is possible to make the sensor substrate 10 easy to manufacture a highly practical sensor device that can minimize the time required for so-called regeneration as much as possible.
  • each of the conductor layers 5 located at the top and bottom inside the insulating substrate 1 is located close to the upper surface or the lower surface of the insulating substrate 1.
  • the upper conductor layer 5 is located inside the insulating substrate 1 directly below the first detection electrode 2.
  • the lower conductor layer 5 is located inside the insulating substrate 1 immediately above the second detection electrode 3.
  • the upper conductor layer 5 mainly functions as a heater for heating the first detection electrode 2.
  • the lower conductor layer 5 mainly functions as a heater for heating the second detection electrode 3.
  • the thickness T1 of the insulating substrate 1 between the heat generating portion 4 (conductor layer 5) and the first detection electrode 2, the heat generating portion 4 (conductor layer 5), and the second electrode 3 And the thickness T2 of the insulating substrate 1 are the same as each other.
  • the thicknesses T1 and T2 of the insulating substrate 1 between the heat generating portion 4 (conductor layer 5) and the first detection electrode 2 or the second electrode 3 are, for example, as shown in FIG. It is a distance between mutually opposing surfaces of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 and the conductor layer 2.
  • the thickness T1 of the insulating substrate 1 between the heating portion 4 and the first detection electrode 2 may be referred to as the upper thickness T1, and between the heating portion 4 and the second electrode 3
  • the thickness T2 of the insulating substrate 1 in this case may be referred to as the lower thickness T2.
  • the upper thickness T1 and the lower thickness T2 do not have to be exactly the same numerical value, and the processing accuracy when forming the insulating substrate 1 described later, and when forming the first electrode 2, the second electrode 3 and the conductor layer 5 And it may be different to the extent due to variations and the like.
  • the upper thickness T1 is about 0.1 to 0.3 mm.
  • the lower thickness T2 may be different from each other.
  • the insulating substrate 1 has, for example, a rectangular parallelepiped shape, and is a base portion for providing the first detection electrode 2, the second detection electrode 3, and the heating portion 4 electrically insulated from each other.
  • the insulating substrate 1 is, for example, a ceramic sintered body such as an aluminum oxide sintered body, an aluminum nitride sintered body, a mullite sintered body, a glass ceramic sintered body, or a zirconia-based ceramic (zirconium oxide sintered body). It is formed by The insulating substrate 1 is formed by laminating a plurality of insulating layers made of such a ceramic sintered body.
  • the sensor substrate 10 can be manufactured by, for example, a ceramic green sheet lamination method as described below.
  • the insulating substrate 1 can be manufactured by, for example, the following method if it is formed by laminating a plurality of insulating layers made of an aluminum oxide sintered body.
  • raw powders such as silicon oxide (SiO 2 ), magnesium oxide (MgO) and manganese oxide (Mn 2 O 3 ) are added to aluminum oxide (Al 2 O 3 ) powder as a sintering aid, and more suitable.
  • Add binder, solvent and plasticizer Next, these mixtures are kneaded to prepare a ceramic slurry.
  • the ceramic slurry is formed into a sheet by a doctor blade method or a calender roll method to prepare a ceramic green sheet. Thereafter, the ceramic green sheet is subjected to an appropriate punching process, and, if necessary, a plurality of ceramic green sheets are laminated and fired at a high temperature (about 1300 to 1600 ° C.).
  • the insulating substrate 1 can be manufactured by the above steps.
  • Insulating substrate 1 may contain a crystal phase containing alumina and manganese, and a glass phase containing manganese.
  • the crystal phase may contain, in addition to alumina, various ceramics such as mullite, zirconia, aluminum nitride or glass ceramics.
  • the glass phase is an amorphous phase containing at least Mn 2 O 3 and may further contain an oxide of at least one substance selected from Si, Mg, Ca, Sr, B, Nb, Cr and Co. Good.
  • the glass phase may be an amorphous phase comprising Mn 2 O 3 , SiO 2 and MgO.
  • the presence of the glass phase containing manganese on the surfaces such as the upper surface and the lower surface of the insulating substrate makes it possible to obtain the insulating substrate 1 which is less likely to be cracked and is less likely to be cracked. Since the glass phase has a lower Young's modulus than the crystal phase containing alumina, for example, when in contact with the exhaust gas, the thermal shock due to the adhesion of water droplets to the insulating substrate 1 is alleviated, and the occurrence of cracking can be suppressed.
  • the first and second detection electrodes are formed of, for example, a metal material that does not entirely participate in an environment such as a high temperature air flow such as an exhaust gas of a car. This makes it possible to detect particulate matter over a long period of time.
  • metal materials include, for example, easily passivable metal materials and metal materials such as platinum. Since platinum has physical properties excellent in oxidation resistance at high temperatures, there is little possibility that the whole will participate. In addition, the easily passivable metal material is less likely to participate in its entirety because the exposed surface is covered with the passivated film.
  • Examples of easily passivable metal materials include base metal-based materials containing at least one of iron, aluminum, nickel, titanium, chromium and silicon.
  • the metal material forming the detection electrode contains, for example, at least one of such base metal-based materials in a proportion of about 80% by mass or more. Since these base metal-based materials have no catalytic action on the decomposition of particulate matter, they are advantageous in reducing the possibility of erroneous decomposition of attached particulate matter and enhancing detection accuracy.
  • the metal material may contain another metal component.
  • the other metal material does not necessarily have to be a metal material that easily forms a passivation film, and may be another metal material (for example, tungsten etc.).
  • the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 are formed, for example, as follows. That is, first, the powder of the above-mentioned base metal material is kneaded with an organic solvent and a binder to prepare a metal paste. Next, the metal paste is applied in a predetermined pattern on the main surface of the ceramic green sheet to be the insulating substrate 1 or the like. The application of the metal paste is performed, for example, by screen printing. Thereafter, the metal paste and the ceramic green sheet are co-fired.
  • the insulating substrate 1 having the detection electrode 2 can be manufactured by the above steps.
  • the metallic material passivation film is formed comprising an oxide on the surface, and more specifically, may be used, for example Fe-Ni-Cr-Ti- Al alloy or MoSi 2 metal.
  • the thickness of the passivation film is set to, for example, about 0.1 to 5 ⁇ m. With such a thickness, the surface portions of the detection electrodes 3a to 3h are effectively covered with the passive film, and the possibility that the whole or most of the electrodes are oxidized is effectively reduced.
  • each of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 may include about 90% of the area of the passivation film. In other words, 90% or more of the exposed surfaces of each of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 may be covered with a passivation film. This effectively reduces the possibility of oxidation progressing on the entire sensing electrode.
  • each of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 may include a passivation film.
  • the entire exposed surface of each sensing electrode may be covered with a passivation film. This more effectively reduces the possibility that oxidation progresses in the entire sensing electrode.
  • the terminal portions 2T of each of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 can also be formed by the same method using the same metal material as described above.
  • the terminal portions 2T of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 may also be coated with a plating layer in the same manner as described above.
  • a metal plating layer may be further deposited on the surface of the terminal portion 2T of each of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 by electrolytic plating or electroless plating.
  • the metal plating layer is made of a metal such as nickel, copper, gold, silver or the like which is excellent in corrosion resistance and connectivity with a connecting member.
  • a nickel plating layer for example, a nickel plating layer of about 0.5 to 10 ⁇ m in thickness and a gold plating layer of about 0.1 to 3 ⁇ m, or a nickel plating layer of about 1 to 10 ⁇ m in thickness and a silver plating layer of about 0.1 to 1 ⁇ m And are sequentially applied.
  • a metal plating layer made of a metal other than the above for example, a palladium plating layer or the like may be interposed between the plating layers.
  • the conductor layer 5 and the connection conductor 6 and the terminal portion 4T of the heat generating portion 4 can be formed by the same method using, for example, the same metal material as the first and second detection electrodes 2 and 3.
  • the same metal material as the first and second detection electrodes 2 and 3.
  • the heat generating portion 4 may contain a metal that is difficult to oxidize, such as platinum or an Fe-Ni-Cr alloy as a main component.
  • the above-mentioned metal material is contained, for example, in about 80 mass% or more in the conductor layer 5 or the like of the heat generating portion, and is a main component of the heat generating portion 4.
  • the heat generating portion 4 may contain an inorganic component such as glass or ceramic in addition to the metal material. These inorganic components are, for example, components for adjusting the firing shrinkage or the like when the heat-generating electrode 7 is formed by co-firing with the insulating substrate 1.
  • connection conductor 6 and the terminal portion 4T are electrically connected to each other through a through conductor (without a reference numeral) penetrating a part of the insulating substrate 1 in the thickness direction.
  • the through conductor can be viewed as part of the connection conductor 6 and can be formed in the same manner using a metal material similar to the connection conductor 6 described later.
  • the first detection electrode 2, the second detection electrode 3, the conductor layer 5 and the connection conductor 6 are prepared, for example, by kneading the powder of the above-mentioned metal material with an organic solvent and a binder to prepare a metal paste,
  • the metal paste is applied or embedded in a predetermined pattern on the surface of the ceramic green sheet to be the insulating substrate 1 and the through holes previously formed by a method such as punching.
  • Application or embedding of the metal paste is performed by a printing method such as screen printing, for example.
  • a plurality of ceramic green sheets printed with metal paste to be the first detection electrode 2, the second detection electrode 3, the conductor layer 5 and the connection conductor 6 (including the through conductor) are laminated together with other ceramic green sheets as needed. , Co-firing these metal pastes and the ceramic green sheets.
  • the sensor substrate 10 including the first detection electrode 2, the second detection electrode 3, the conductor layer 5, and the connection conductor 6 can be manufactured by the above process.
  • the thickness and the number of layers of the insulating layer located between the heat generating portion 4 and the first detection electrode 2 may be set to be the same.
  • the thickness of the insulating layer may vary depending on the processing accuracy of the above-mentioned ceramic green sheet, etc., but as described above, the upper thickness T1 and the lower portion to such an extent as a result of this variation and the like Differences from thickness T2 are acceptable.
  • the insulating layer located between the heat generating portion 4 and the first detection electrode 2 and the insulating layer located between the heat generating portion 4 and the second electrode 3 have, for example, the thickness of each insulating layer at the top
  • the height T1 side and the lower thickness T2 side may be different from each other.
  • the value obtained by multiplying the product of the thickness of each layer and the number of layers may be the same at the top and the bottom.
  • FIG. 2 is a cross-sectional view showing a sensor substrate according to another embodiment of the present invention. Parts in FIG. 2 similar to those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals.
  • the conductor layer 5 of one layer is disposed inside the insulating substrate 1.
  • the conductor layer 5, the connection portion 6 and the terminal portion 4T constitute the heat generating portion 4.
  • the configuration of the heat generating portion 4 is different from the example shown in FIG. 1, and the other portions have the same configuration. Descriptions of these similar configurations are omitted.
  • the heat generating portion 4 including the conductor layer 5 is located inside the insulating substrate 1 in a portion sandwiched between the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3. Further, the thickness (upper thickness) T1 of the insulating substrate 1 between the heat generating portion 4 and the first detection electrode 2, and the thickness (lower thickness) of the insulating substrate between the heat generating portion 4 and the second electrode 3 ) T2 is the same as each other.
  • heat is similarly supplied to the upper and lower surfaces of the insulating substrate 1 by the conductor layer 5 of one layer, and both the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 are heated.
  • the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 and the particulate matter adhering to the vicinity thereof are heated and removed.
  • both of the first sensing electrode 2 and the second sensing electrode 3 can be heated by the conductor layer 5 of one layer, it is advantageous for thinning the sensor substrate 5.
  • the efficiency of heating can be increased to reduce power consumption.
  • both the upper surface side and the lower surface side of the insulating substrate 1 can be effectively heated. Therefore, also in this case, the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 and the particulate matter adhering to the vicinity thereof can be effectively removed.
  • the heat generating portion 4 is in close proximity to the second detection electrode 3 and the conductor layer 5 close to the first detection electrode 2 and located immediately below the upper surface of the insulating substrate.
  • the conductor layer 5 located directly above the lower surface of the insulating substrate 1 for example, the following points are advantageous.
  • the conductor layer 3 can be easily brought close to each of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3, which is advantageous in terms of the effective heating of the attached particulate matter.
  • the power (current value) supplied to the conductor layer 5 can be adjusted on the first detection electrode 2 side and the second detection electrode 3 side. Therefore, even if the ease of removal such as the amount of particulate matter attached differs between the first detection electrode 2 side and the second detection electrode 3 side, the heating conditions (current amount) It is also easy to adjust to suit. Therefore, it is suitable for the effective utilization of the electric power in the resistive heating of the conductor layer 5. As a result, for example, the load on the battery of the automobile that supplies the power can be reduced, and the performance and practicability of the automobile such as fuel efficiency and durability can be easily improved.
  • FIG. 3 (a) is a top view showing a sensor substrate according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 3 (b) is a cross-sectional view taken along the line BB in FIG. 3 (a).
  • Parts in FIG. 2 similar to those in FIG. 1 are assigned the same reference numerals.
  • the conductor layer 5 included in the heat generating portion 4 is located only at the outer peripheral portion of the insulating substrate 1 in a plan view. Further, in the example shown in FIG. 3, each electrode is in the form of a column, and the exposed end face actually functions as an electrode.
  • the conductor layer 5, the connection portion 6 and the terminal portion 4T constitute the heat generating portion 4.
  • the arrangement form of the conductor layer 4 and the form of the electrodes are different from the example shown in FIG. 1, and the other parts have the same configuration. The description about this same configuration is omitted.
  • the conductor layer 5 included in the heat generating portion 4 being located only on the outer peripheral portion of the insulating substrate 1 in plan view, the heat is likely to escape to the outside from the outer peripheral portion of the insulating substrate 1 to the center in plan view of the insulating substrate 1 Heat can be conducted effectively towards the part to heat the deposited particulate matter. Moreover, since the conductor layer 5 is not located in the center part of the insulated substrate 1 in planar view, it is suppressed that the heating by heat_generation
  • the conductor layer 5 does not overlap with any of the 1st sensing electrode 2 and the 2nd sensing electrode 3 in planar view.
  • the conductor layer 5 may be positioned so as not to overlap the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 as described above. Even in this case, heat is effectively conducted from the conductor layer 5 from the outer peripheral portion to the central portion of the insulating substrate 1 in a plan view, and the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 and particles attached in the vicinity thereof The material can be effectively heated and removed.
  • both the upper surface side and the lower surface side of the insulating substrate 1 can be effectively heated. Therefore, also in this case, the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 and the particulate matter adhering to the vicinity thereof can be effectively removed.
  • the 1st sensing electrode 2 and the 2nd sensing electrode 3 are columnar electrodes.
  • the columnar electrode is a through conductor (not shown as a through conductor) penetrating a part of the insulating substrate 1 in the thickness direction.
  • an end face exposed to the upper surface or the lower surface of the insulating substrate 1 functions as a portion that actually detects the adhesion of the particulate matter.
  • the columnar electrodes include mutually adjacent positive electrodes 2a and 3a and negative electrodes 2b and 3b. As in the case of the interdigital electrode, the positive electrodes 2a and 3a are connected to the positive electrode of the DC power supply, and the negative electrodes 2b and 3b are connected to the negative electrode of the DC power supply.
  • the wiring conductor which electrically connects the terminal portion 2T of the detection electrode and the individual detection electrodes, the pair of positive electrodes 2a and 3a and the negative electrodes 2b and 3b are shown in order to make the figure easy to see. And only the others are omitted.
  • the wiring conductor includes, for example, a portion of the through conductor provided from the terminal portion 2T toward the inside of the insulating substrate 1 and a portion of the internal wiring located between the layers of the insulating layer.
  • the through conductors and the internal wires may be distributed among the plurality of layers in consideration of the space for the arrangement of the wiring conductors.
  • each electrode is a columnar electrode barrel as in this example
  • the pair of positive electrode 2a, 3a and negative electrode 2b, 3b can be arranged on the insulating substrate 1 at a higher density than that of the interdigital electrode. . Therefore, detection of particulate matter can be detected effectively.
  • a plurality of pairs of positive electrodes 2a and 3a and negative electrodes 2b and 3b are electrically connected to different detection circuits, between which pair of positive electrodes 2a and 3a and negative electrodes 2b and 3b the particulate matter is attached Can also be detected. In this case, it is also possible to detect, for example, in which part of the environment in which the sensor substrate 10 is located (for example, the position in the exhaust gas discharger) of which particulate matter is large.
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a sensor device 20 according to an embodiment of the present invention.
  • the sensor device 20 includes the sensor substrate 10 having any one of the above-described configurations, and a power source P that supplies power to the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3.
  • the power source P is, for example, a DC power source as described above.
  • the direct current power source is, for example, a storage battery, and is a battery provided in an apparatus or facility or the like that discharges a gas containing particulate matter such as an automobile.
  • the lead terminal 11 is connected to the terminal portion 2T connected to each of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3, and the first detection electrode 2 is connected via the lead terminal 11.
  • the second detection electrode 3 and the power source P are electrically connected to each other.
  • the lead terminal 11 does not directly participate in the detection of particulate matter. Therefore, the material for forming the lead terminal 11 may be appropriately selected according to the conditions of the environment used, the productivity as the sensor substrate 10, the economy, and the like. For example, if the lead terminal 10a11 is made of a metal material excellent in oxidation resistance, such as platinum or gold, the sensor device 10 is advantageous in terms of the reliability of 11. Further, the lead terminal 11 may be formed of an iron-based alloy such as an iron-nickel-cobalt alloy, copper, or the like in consideration of economy and the like. When the lead terminals 10a and 10b are made of 11, the exposed surface may be protected by a plating layer such as a gold plating layer.
  • a plating layer such as a gold plating layer.
  • Bonding of the lead terminal 11 to the terminal portion 2T or the like is performed, for example, by a brazing material (not numbered) such as silver brazing (silver-copper brazing material) or gold brazing.
  • a brazing material such as silver brazing (silver-copper brazing material) or gold brazing.
  • the material of the brazing material is appropriately selected depending on various conditions when the sensor substrate 10 is manufactured or used.
  • the terminal portion 4T included in the heat generating portion 4 may be electrically connected to the power supply by a conductive connecting material such as a lead terminal (not shown). it can.
  • the power source to which the terminal portion 4T of the heat generating portion 4 is electrically connected may be the same as or different from the power source P to which the terminal portion 2T of the detection electrode is electrically connected. In this case, the power source may be selected as appropriate according to the size of the power required for the heat generating portion 4 or the like.
  • the adjacent intervals of the positive electrode 2a, 3a and the negative electrode 2b, 3b adjacent to each other of the first detection electrode 2 and the second detection electrode 3 do not have to be the same among the plurality of electrodes. It may be different from the part. In this case, the adhesion of the low concentration particulate matter (when the volume ratio of the particulate matter in the exhaust gas is small) can be detected with high sensitivity in a portion where the adjacent interval is relatively small.
  • the presence or absence of the adhesion of the particulate matter can be detected for a longer period of time in the portion where the adjacent space is relatively large. That is, it is also possible to provide a sensor substrate and a sensor device that are effective for both improving sensitivity and prolonging the life.

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Abstract

センサ基板は、上面および下面を有する絶縁基板と、絶縁基板の上面に位置する第１検知電極と、絶縁基板の下面に位置する第２検知電極と、第１検知電極と第２検知電極とに挟まれた部分において絶縁基板の内部に位置する、少なくとも１層の導体層を含む発熱部とを備えている。発熱部と第１検知電極との間における絶縁基板の厚さと、発熱部と第２電極との間における絶縁基板の厚さとが同じである。

Description

センサ基板およびセンサ装置
　本発明は、絶縁基板と、絶縁基板に設けられた電極とを含むセンサ基板およびセンサ装置に関する。
　自動車等の排気ガスに含まれる煤を主成分とする粒子状物質（Particulate Matter:ＰＭ）を補集するためにＤＰＦ（Diesel Particulate Filter）等が設置されている。このＤＰＦ等の異常を検出するためのＰＭ検出センサとして、酸化アルミニウム質焼結体等のセラミック焼結体からなる絶縁基板と、絶縁基板の表面に位置する検知電極等を備える粒子状物質検出装置が開示されている（例えば、特許文献１）。この装置は、排気ガス中に含有されるＰＭ等の被検知物が一対の検知電極間に付着することで生じる電気的特性の変化に基づいて粒子状物質を検出している。
　このような粒子状物質検出装置においては、検知電極間にＰＭが付着した後には、新たにＰＭを検知する機能が低下する。
　本発明の一つの態様のセンサ基板は、上面および下面を有する絶縁基板と、前記絶縁基板の上面に位置する第１検知電極と、前記絶縁基板の下面に位置する第２検知電極と、前記第１検知電極と前記第２検知電極とに挟まれた部分において前記絶縁基板の内部に位置する、少なくとも１層の導体層を含む発熱部とを備えており、前記発熱部と前記第１検知電極との間における前記絶縁基板の厚さと、前記発熱部と前記第２電極との間における前記絶縁基板の厚さとが同じである。
　本発明の一つの態様のセンサ装置は、上記構成のセンサ基板と、前記第１検知電極および前記第２検知電極に電力を供給する電源とを備える。
（ａ）は、本発明の実施形態のセンサ基板を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ線における断面図である。 本発明の他の実施形態のセンサ基板を示す断面図である。 （ａ）は、本発明の他の実施形態のセンサ基板を示す上面図であり、（ｂ）は（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図である。 本発明の実施形態のセンサ装置を示す断面図である。
　本発明の実施形態のセンサ基板およびセンサ装置について、添付の図面を参照して説明する。以下の説明において、上面等のように上下を区別して記載しているが、これは便宜的なものであり、実際にセンサ基板等が使用される際の上下を限定するものではない。
　図１（ａ）は、本発明の実施形態のセンサ基板を示す上面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ－Ａ線における断面図である。
　センサ基板10は、例えばディーゼルエンジン車またはガソリンエンジン車の排気ガス中の煤等の粒子状物質（Particulate Matter:ＰＭ）を検知するセンサ装置に用いられる（例えば、自動車の排気ガスの排気通路に配設される）ものである。このセンサ基板10は、上面および下面を有する絶縁基板１と、この絶縁基板１の上面に位置する検知電極２と、絶縁基板１の下面に位置する第２電極２と、絶縁基板１の内部に位置する発熱部４とによって基本的に構成されている。発熱部４は、実際に抵抗発熱する導体層５を少なくとも１層含んでいる。
　この導体層５は、絶縁基板１のうち第１検知電極２と第２検知電極３とに挟まれた部分に位置している。また、導体層５は、絶縁基板１のうち第１検知電極２と第２検知電極３とに挟まれた部分にあればよく、必ずしも、平面視で第１検知電極２または第２検知電極３と重なる位置である必要はない。また、第１および第２検知電極２、３は、それぞれに正極２ａ、３ａおよび負極２ｂ、３ｂを含んでいる。正負少なくとも１対の電極（電極の総称としては符号なし）が、それぞれ絶縁基板１の上面および下面において第１検知電極２または第２検知電極３を構成している。なお、以下においても、第１検知電極２および第２検知電極３を区別せず、単に検知電極または電極という場合がある。また、第１検知電極２および第２検知電極３のそれぞれにおいて、正極２ａ、３ａと負極２ｂ、３ｂとを区別せず、単に第１検知電極２、または第２検知電極３という場合がある。
　第１検知電極２および第２検知電極３（つまり絶縁基板１の上面側および下面側）において、絶縁基板１に付着するすす等の粒子状物質によって、センサ基板10が配置された環境における粒子状物質の存在を検知することができる。すなわち、上記粒子状物質を介して正極２ａ、３ａと負極２ｂ、３ｂとの電気的な絶縁性の低下または短絡等の変化が生じる。この変化によって、センサ基板10が配置された環境における粒子状物質の存在を検知することができる。この短絡は、例えば正極２ａ、３ａと負極３ａ、３ｂとに接続された外部の検知回路によって検知することができる。なお、上記の環境は、例えば前述した自動車の排気ガスである。
　第１検知電極２および第２検知電極３のそれぞれにおいて、正極２ａ、３ｓおよび負極２ｂ、３ｂが、絶縁基板１の上面または下面に位置している。図１に示す例では、第１検知電極２は、正極２ａおよび負極２ｂは、互いにかみ合うように対向しているくし歯状電極である。また、第２検知電極３も、正極３ａおよび負極２ｂが互いにかみ合うように対向しているくし歯状電極である。第１検知電極２と第２検知電極３とは、互いに同じ線幅および隣接間隔であり、互いに同じパターンである。これによって、絶縁基板１の上面および下面の両方において同様に粒子状物質の検知ができる。
　なお、第１検知電極２と第２検知電極３とは、必ずしも、互いに同じパターンである必要はない。例えば、センサ基板１が配置される環境に応じて、粒子状物質の存在をより高い感度で検知したい側で、正極（２ａまたは３ａ）と負極（２ｂまたは３ｂ）との間の間隔をより小さくするようにしてもよい。
　ここで、図１において第１検知電極２および第２検知電極３のいずれかを含む領域が、粒子状物質の検出が可能な有効領域（すなわち粒子状物質の付着が予想される領域）である。センサ基板３が、自動車の排気ガス等の環境中に配置されるときには、この有効領域が環境中に位置するように実装される。
　第１検知電極２および第２検知電極３は、それぞれ、端子部分２Ｔを介して外部の直流電源（図１では図示せず）の正極または負極に接続されている。また、後述する発熱部４も端子部分４Ｔを介して外部の直流電源に接続されている。検知電極の端子部分２Ｔおよび発熱部の端子部分４Ｔは、それぞれ検知電極または発熱部４と一続きの導体であり、検知電極または発熱部４の一部とみなすこともできる。
　なお、検知電極の端子部分２Ｔは、検知電極２、３の正極２ａ、３ａに続く部分が直流電源の正極に接続されている。また、端子部分２Ｔは、検知電極２、３の負極２ｂ、３ｂに続く部分が直流電源の負極に接続されている。この場合、発熱部の端子部分４Ｔは、上記と同じ直流電源の正極および負極に接続されてもよく、異なる直流電源の正極および負極に接続されてもよい。この選択は、制御、電流値、回路設計および生産性等の条件に応じて、適宜行なうようにして構わない。
　絶縁基板１の内部には、少なくとも１層の導体層５を含む発熱部４が位置している。図１に示す例では、絶縁基板１の内部に２層の導体層５が位置している。これらの導体層５は、第１検知電極２と第２検知電極３とに挟まれた部分に位置している。前述したように、第１検知電極２と第２検知電極３とに挟まれた部分とは、図１（ｂ）に示すような断面視において第１検知電極２と第２検知電極３との間に位置する部分である。すなわち、図１に示す例では、導体層５の一部が平面視で第１検知電極２および第２検知電極３とそれぞれに重なっている。ただし、導体層５は、必ずしも、第１検知電極２および第２検知電極３と平面視で重なっているものである必要はない。
　発熱部４は、前述したように外部の直流電源（例えば、20Ｖ）に接続されている。この発熱電極４は、例えば約700℃に加熱され、第１検知電極２、第２検知電極３およびそれらの電極付近に付着した粒子状物質を分解除去する。発熱部４における発熱は抵抗発熱である。発熱部４は、導体層５が実際に発熱する部分である。図１に示す例では、上記の端子部分４Ｔから導体層５にかけて、電気抵抗が比較的小さい接続導体６が配置されている。接続導体６に比べて線幅が小さい導体層５において電気抵抗が比較的大きくなり、端子部分４Ｔから供給される電流によって抵抗発熱が生じる。発熱部４は、絶縁基板１の内部に位置するヒーター（導体層５）と、絶縁基板１の上面および下面のそれぞれからヒーターに電流を供給する配線（端子部分４Ｔおよび接続導体６）とを含むものとみなすこともできる。
　発熱部４を構成している導体層５は、平面視において絶縁基板１の外周部に位置している。これによって、外部に熱が逃げやすい上記の外周部を含めて、効率よく第１検知電極２および第２検知電極３を加熱することができる。そのため、第１検知電極２および第２検知電極３ならびにそれらの付近に付着した粒子状物質を効果的に加熱して、分解除去することができる。すなわち、いわゆる再生に要する時間を極力短く抑えることができる、実用性の高いセンサ装置の製作が容易なセンサ基板10とすることができる。
　図１に示す例では、絶縁基板１の内部において上下に位置する導体層５のそれぞれは、絶縁基板１の上面または下面に近接して位置している。上側の導体層５は、第１検知電極２の直下において絶縁基板１の内部に位置している。下側の導体層５は、第２検知電極３の直上において絶縁基板１の内部に位置している。上側の導体層５は、主として第１検知電極２を加熱するヒーターとして機能する。下側の導体層５は、主として第２検知電極３を加熱するヒーターとして機能する。
　また、実施形態のセンサ基板10において、発熱部４（導体層５）と第１検知電極２との間における絶縁基板１の厚さＴ１と、発熱部４（導体層５）と第２電極３との間における絶縁基板１の厚さＴ２とが互いに同じである。発熱部４（導体層５）と第１検知電極２または第２電極３との間における絶縁基板１の厚さＴ１、Ｔ２とは、例えば図１（ｂ）に示すような断面視において、第１検知電極２および第２検知電極３のそれぞれと導体層２との互いに対向し合う面同士の間の距離である。なお、以下において、簡単のため、発熱部４と第１検知電極２との間における絶縁基板１の厚さＴ１を上部厚さＴ１という場合があり、発熱部４と第２電極３との間における絶縁基板１の厚さＴ２を下部厚さＴ２という場合がある。
　上部厚さＴ１と下部厚さＴ２とは、互いに厳密に同じ数値である必要はなく、後述する絶縁基板１の作製、第１電極２、第２電極３および導体層５の形成時の加工精度およびばらつき等によるもの程度に異なっていても構わない。例えば、絶縁基板１の厚みが約0.8～1.5程度であり、センサ基板10が後述するようなセラミックグリーンシート積層法で製作される場合であれば、約0.1～0.3ｍｍ程度に上部厚さＴ１と下部厚さＴ２とが互いに異なっていてもよい。
　絶縁基板１は、例えば直方体状であり、第１検知電極２、第２検知電極３および発熱部４のそれぞれを、互いに電気的に絶縁して設けるための基体部分である。この絶縁基板１は、例えば酸化アルミニウム質焼結体、窒化アルミニウム質焼結体、ムライト質焼結体、ガラスセラミック焼結体またはジルコニア系セラミック（酸化ジルコニウム質焼結体）等のセラミック焼結体によって形成されている。絶縁基板１は、このようなセラミック焼結体からなる複数の絶縁層が積層されている。センサ基板10は、例えば以下に示すようにセラミックグリーンシート積層法で製作することができる。
　絶縁基板１は、例えば、酸化アルミニウム質焼結体からなる複数の絶縁層が積層されて形成されている場合であれば、以下の方法で製作することができる。なお、以下のように製作された絶縁基板１では、上下に位置し合う絶縁層同士が、両者の界面部分で焼結し合う。そのため、これらの絶縁層の層間の位置を明確には視認できない場合がある。
　まず、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）の粉末に焼結助材として酸化珪素（ＳｉＯ２）、酸化マグネシウム（ＭｇＯ）および酸化マンガン（Ｍｎ２Ｏ３）等の原料粉末を添加し、さらに適当なバインダ、溶剤および可塑剤を添加する。次に、これらの混合物を混錬してセラミックスラリーを作製する。次に、このセラミックスラリーをドクターブレード法またはカレンダーロール法等によってシート状に成形してセラミックグリーンシートを作製する。その後、セラミックグリーンシートに適当な打ち抜き加工を施すとともに、必要に応じて複数枚のセラミックグリーンシートを積層し、高温（約1300～1600℃）で焼成する。以上の工程によって、絶縁基板１を製作することができる。
　なお、絶縁基板１は、アルミナおよびマンガンを含む結晶相と、マンガンを含有するガラス相とを含んでいてもよい。結晶相には、アルミナ以外に、ムライト、ジルコニア、窒化アルミニウムまたはガラスセラミックス等の各種セラミックスを含んでいてもよい。
　ガラス相は、少なくともＭｎ２Ｏ３を含む非晶質相であり、Ｓｉ、Ｍｇ、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂ、Ｎｂ、ＣｒおよびＣｏから選ばれる１種以上の物質の酸化物をさらに含んでいてもよい。ガラス相は、Ｍｎ２Ｏ３、ＳｉＯ２およびＭｇＯを含む非晶質相であってもよい。
　マンガンを含有するガラス相が、絶縁基板の上面および下面等の表面に露出するように存在することで、クラックの起点となる欠陥が少ない、割れの生じにくい絶縁基板１が得られる。アルミナを含む結晶相よりもガラス相のほうが、ヤング率が低いので、例えば排気ガスと接触したときに、絶縁基板１への水滴の付着による熱衝撃が緩和され、割れの発生を抑制できる。
　第１および第２検知電極は、例えば自動車の排気ガス等の高温の気流等の環境において、その全体が参加するようなことがない金属材料で形成されている。これによって、長期間にわたる粒子状物質の検知ができるようになっている。このような金属材料としては、例えば、不動態化しやすい金属材料および白金等の金属材料が挙げられる。白金は、高温における耐酸化性に優れる物性を有しているため、その全体が参加するような可能性が小さい。また、不動態化しやすい金属材料は、露出する表面が不動態膜で覆われるため、その全体が参加するような可能性が小さい。
　不動態化しやすい金属材料としては、例えば、鉄、アルミニウム、ニッケル、チタン、クロムおよびケイ素の少なくとも一種を含む卑金属系材料が挙げられる。検知電極を形成している金属材料は、例えばこのような卑金属系材料の少なくとも一種を約80質量％以上の割合で含有している。これらの卑金属系材料は粒子状物質の分解に対して触媒作用がないため、付着した粒子状物質が誤って分解される可能性を低減して、検知精度を高める上では有利である。
　検知電２を形成している金属材料の主成分が上記卑金属系材料であるときに、金属材料が他の金属成分を含有していても構わない。また、この他の金属材料は、必ずしも不動態膜を形成しやすい金属材料である必要はなく、他の金属材料（例えばタングステン等）であってもよい。
　第１検知電極２および第２検知電極３は、例えば次のようにして形成されている。すなわち、まず、上記の卑金属系材料の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して金属ペーストを作製する。次に、この金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの主面等に所定パターンで塗布する。金属ペーストの塗布は、例えばスクリーン印刷法によって行なう。その後、これらの金属ペーストとセラミックグリーンシートとを同時焼成する。以上の工程によって検知電極２を有する絶縁基板１を作製することができる。
　表面に酸化物を含む不動態膜が形成される金属材料としては、より具体的には、例えばＦｅ－Ｎｉ－Ｃｒ－Ｔｉ－Ａｌ合金やＭｏＳｉ２金属等を用いることができる。不動態膜の厚みは、例えば0.1～５μｍ程度に設定される。この程度の厚みであれば、検知電極３ａ～３ｈの表面部が効果的に不動態膜で覆われ、その全体または大部分が酸化するような可能性が効果的に低減される。
　第１検知電極２および第２検知電極３それぞれの表面部は、面積の割合で、その90％程度が不動態膜を含んでいてもよい。言い換えれば、第１検知電極２および第２検知電極３それぞれの露出表面のうち90％以上が不動態膜で覆われていてもよい。これにより、検知電極全体に酸化が進行する可能性が効果的に低減される。
　また、第１検知電極２および第２検知電極３それぞれの表面部は、その全体が不動態膜を含んでいてもよい。言い換えれば、それぞれの検知電極の露出表面の全域が不動態膜で覆われていてもよい。これにより、ぞれぞれの検知電極において、その全体に酸化が進行する可能性がより効果的に低減される。
　なお、第１検知電極２および第２検知電極３それぞれの端子部分２Ｔについても、上記と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。また、第１検知電極２および第２検知電極３それぞれの端子部分２Ｔについても、上記と同様にめっき層で被覆するようにしてもよい。
　また、第１検知電極２および第２検知電極３それぞれの端子部分２Ｔの表面には、さらに電解めっき法または無電解めっき法によって金属めっき層が被着されていてもよい。金属めっき層は、ニッケル，銅，金または銀等の耐食性や接続部材との接続性に優れる金属から成るものである。この金属めっき層として、例えば、厚さ0.5～10μｍ程度のニッケルめっき層と0.1～３μｍ程度の金めっき層とが、あるいは厚さ１～10μｍ程度のニッケルめっき層と0.1～１μｍ程度の銀めっき層とが、順次被着される。これによって、ぞれぞれの検知電極の端子部分２Ｔが腐食することを効果的に抑制できる。また、上記めっき層の間に上記以外の金属からなる金属めっき層、例えば、パラジウムめっき層等を介在させることとしてもよい。
　発熱部４の導体層５および接続導体６ならびに端子部分４Ｔは、例えば第１および第２検知電極２、３と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。発熱部４（特に導体層５）を形成する金属材料としては、特に効率よく発熱させるために、電気抵抗率が高い鉄、チタン、クロムおよびケイ素等を含む材料が挙げられる。また、発熱部４は、白金またはＦｅ－Ｎｉ－Ｃｒ合金等の酸化しにくい金属を主成分として含むものであってもよい。
　上記の金属材料は、例えば発熱部の導体層５等に約80質量％以上含有され、発熱部４の主成分となっている。発熱部４は、この金属材料以外に、ガラスまたはセラミック等の無機成分が含有されていてもよい。これらの無機成分は、例えば絶縁基板１との同時焼成で発熱電極７を形成するときの、焼成収縮の調整用等の成分である。
　なお、発熱部４において、接続導体６と端子部分４Ｔとは、絶縁基板１の一部を厚み方向に貫通する貫通導体（符号なし）を介して互いに電気的に接続されている。この貫通導体は、接続導体６の一部と見ることもでき、後述する接続導体６と同様の金属材料を用い、同様の方法で形成することができる。
　第１検知電極２、第２検知電極３、導体層５および接続導体６（貫通導体を含む）は、例えば上記の金属材料の粉末を有機溶剤およびバインダとともに混練して金属ペーストを作製して、この金属ペーストを、絶縁基板１となるセラミックグリーンシートの表面およびあらかじめパンチング等の方法で形成しておいた貫通孔に所定パターンで塗布または埋め込む。金属ペーストの塗布または埋め込みは、例えばスクリーン印刷法等の印刷法によって行なう。第１検知電極２、第２検知電極３、導体層５および接続導体６（貫通導体を含む）となる金属ペーストを印刷したセラミックグリーンシートを、必要に応じて他のセラミックグリーンシートとともに複数積層し、これらの金属ペーストとセラミックグリーンシートとを同時焼成する。以上の工程によって、第１検知電極２、第２検知電極３、導体層５および接続導体６を含むセンサ基板10を製作することができる。
　上記製作に際して、上部厚さＴ１と下部厚さＴ２とを互いに同じにするには、例えば、発熱部４と第１検知電極２との間に位置する絶縁層の厚さおよび層数と、発熱部４と第２電極３との間に位置する絶縁層の厚さおよび層数とを互いに同じに設定すればよい。この場合に、上記セラミックグリーシートの加工時等の精度に応じて絶縁層の厚みにばらつきが生じる可能性があるが、前述したように、このばらつき等の起因する程度の上部厚さＴ１と下部厚さＴ２との相違は許容される。
　なお、発熱部４と第１検知電極２との間に位置する絶縁層と、発熱部４と第２電極３との間に位置する絶縁層とは、例えば各絶縁層の厚さが上部厚さＴ１側と下部厚さＴ２側とで互いに異なっていてもよい。この場合には、その各層の厚さと層数とを掛け合わせた（乗じた）数値が上下で同じになるようにすればよい。
　図２は、本発明の他の実施形態のセンサ基板を示す断面図である。図２において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図２に示す例では、絶縁基板１の内部には１層の導体層５のみが配置されている。この、他の実施形態のセンサ基板10においては、上記導体層５と、接続部６および端子部分４Ｔとが発熱部４を構成している。この例においては。発熱部４の構成のみが図１に示す例と異なり、他の部分は同様の構成である。これらの同様の構成に関する説明は省略する。
　図２に示す例においても、第１検知電極２と第２検知電極３とに挟まれた部分において絶縁基板１の内部に導体層５を含む発熱部４が位置している。また、発熱部４と第１検知電極２との間における絶縁基板１の厚さ（上部厚さ）Ｔ１と、発熱部４と第２電極３との間における絶縁基板の厚さ（下部厚さ）Ｔ２とが互いに同じである。
　図２に示す例では、１層の導体層５によって、絶縁基板１の上下面に同様に熱が供給され、第１検知電極２および第２検知電極３の両方が加熱される。これによって、第１検知電極２および第２検知電極３ならびにこれらの付近に付着した粒子状物質が加熱され、除去される。この場合には、１層の導体層５で第１検知電極２および第２検知電極３の両方を加熱できるため、センサ基板５の薄型化に関しては有利である。また、加熱の効率を高めて低消費電力化を図ることもできる。
　また、図２に示す例においても、上部厚さＴ１と下部厚さＴ２とが同じであるため、絶縁基板１の上面側および下面側の両方を効果的に加熱することができる。したがって、この場合にも、第１検知電極２および第２検知電極３ならびにそれらの付近に付着した粒子状物質を、効果的に除去することができる。
　なお、前述した図１に対応した実施形態のように、発熱部４が、第１検知電極２に近接して絶縁基板の上面直下に位置する導体層５と、第２検知電極３に近接して絶縁基板１の下面直上に位置する導体層５とを含んでいる場合には、例えば、以下のような点に関して有利である。
　すなわち、この場合には、第１検知電極２および第２検知電極３のそれぞれに導体層３を近づけることが容易であるため、付着した粒子状物質の効果的な加熱の点では有利である。また、第１検知電極２側と第２検知電極３側とで導体層５に供給する電力（電流値）を調整することもできる。そのため、第１検知電極２側と第２検知電極３側とで付着した粒子状物質の量等の除去しやすさが異なるようなことが生じたとしても、加熱の条件（通電量）をそれぞれに合わせて調整することも容易である。そのため、導体層５の抵抗発熱における電力の有効な活用に適している。これによって、例えば上記電力を供給する自動車のバッテリーへの負荷を軽減して、燃費および耐久性等の自動車としての性能および実用性等を向上させるようなことも容易にできる。
　図３（ａ）は、本発明の他の実施形態のセンサ基板を示す上面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）のＢ－Ｂ線における断面図である。図２において図１と同様の部位には同様の符号を付している。図３に示す例においては、発熱部４に含まれる導体層５が、平面視において絶縁基板１の外周部のみに位置している。また、図３に示す例では、個々の電極が柱状であって露出する端面が実際に電極として機能するものになっている。この、他の実施形態のセンサ基板10においては、上記導体層５と、接続部６および端子部分４Ｔとが発熱部４を構成している。この例においては、導体層４の配置形態および電極の形態のみが図１に示す例と異なり、他の部分は同様の構成である。この同様の構成に関する説明は省略する。
　発熱部４に含まれる導体層５が、平面視において絶縁基板１の外周部のみに位置していることによって、外部に熱が逃げやすい絶縁基板１の外周部から絶縁基板１の平面視における中央部に向かって効果的に熱を伝導させて、付着した粒子状物質を加熱することができる。また、平面視における絶縁基板１の中央部には導体層５が位置していないため、導体層５の発熱による加熱が、上記中央部で不要に重複することが抑制される。そのため、導体層５に供給される電力が無駄に消費されることが抑制され、付着した粒子状物質をより小さい電力で効率よく加熱することができる。
　また、図３に示す例では、平面視において導体層５は第１検知電極２および第２検知電極３のいずれとも重なっていない。導体層５は、このように、第１検知電極２および第２検知電極３と重ならないように位置しているものでも構わない。この場合でも、平面視における絶縁基板１の外周部から中央部にかけて、導体層５から熱が効果的に伝導され、第１検知電極２および第２検知電極３ならびにそれらの付近に付着した粒子状物質を効果的に加熱して除去することができる。
　また、図３に示す例においても、上部厚さＴ１と下部厚さＴ２とが同じであるため、絶縁基板１の上面側および下面側の両方を効果的に加熱することができる。したがって、この場合にも、第１検知電極２および第２検知電極３ならびにそれらの付近に付着した粒子状物質を、効果的に除去することができる。
　また、図３に示す例において、第１検知電極２および第２検知電極３が柱状電極である。柱状電極は、絶縁基板１の厚み方向の一部を貫通する貫通導体（貫通導体としては符号なし）である。この貫通導体のうち絶縁基板１の上面または下面に露出する端面がが、実際に粒子状物質の付着を検知する部分として機能する。柱状電極は、互いの隣り合う正極２ａ、３ａと負極２ｂ、３ｂとを含んでいる。くし歯状電極の場合と同様に、正極２ａ、３ａは直流電源の正極に接続され、負極２ｂ、３ｂは直流電源の負極に接続される。
　なお、図３において、検知電極の端子部分２Ｔと個々の検知電極とを電気的に接続している配線導体については、図を見やすくするために、１対の正極２ａ、３ａと負極２ｂ、３ｂとのみを示し、他は省略している。配線導体は、例えば、端子部分２Ｔから絶縁基板１の内部に向かって設けられた貫通導体の部分と、絶縁層の層間に位置する内部配線の部分とを含んでいる。貫通導体および内部配線は、配線導体の配置のスペースを考慮して、複数の層間に分散して配置されていてもよい。
　この例のように各電極が柱状電極樽である場合には、正極２ａ、３ａと負極２ｂ、３ｂとの対を、くし歯状電極に比べて高い密度で絶縁基板１に配置することができる。そのため、粒子状物質の検知を効果手に検知することができる。また、複数対の正極２ａ、３ａおよび負極２ｂ、３ｂをそれぞれ異なる検知回路に電気的に接続しておけば、どの対の正極２ａ、３ａおよび負極２ｂ、３ｂ間に粒子状物質が付着したかを検知することもできる。この場合には、例えばセンサ基板10が位置する環境のどの部分（例えば排気ガスの排出官内の位置）で粒子状物質が多いか等を検知することもできる。
　図４は、本発明の実施形態のセンサ装置20を示す断面図である。センサ装置20は、上記いずれかの構成のセンサ基板10と、第１検知電極２および第２検知電極３に電力を供給する電源Ｐとを備えている。電源Ｐは、例えば先述したように直流電源である。直流電源は、例えば蓄電池であり、自動車等の粒子状物質を含むガスを排出する機器または施設等が備えるバッテリーである。
　実施形態のセンサ装置20においては、第１検知電極２および第２検知電極３のそれぞれと接続されている端子部分２Ｔにリード端子11が接続され、このリード端子11を介して第１検知電極２および第２検知電極３と電源Ｐとが互いに電気的に接続されている。
　リード端子11は、粒子状物質の検知に直接関与しない。そのため、リード端子11を形成する材料は、その用いられる環境、センサ基板10としての生産性および経済性等の条件に応じて、適宜選択してもよい。例えば、リード端子１０ａ11が白金または金等の耐酸化性に優れた金属材料からなるものであれば、センサ装置１０として11の信頼性の点で有利である。また、リード端子11は、経済性等を重視して、鉄－ニッケル－コバルト合金等の鉄系合金、または銅等からなるもので形成してもよい。また、リード端子１０ａ，１０ｂが11からなるときに、その露出する表面が金めっき層等のめっき層で保護されていてもよい。
　リード端子11の端子部分２Ｔ等に対する接合は、例えば、銀ろう（銀銅ろう材）または金ろう等のろう材（符号なし）によって行なわれる。ろう材についても、リード端子11と同様に、センサ基板10が製造または使用されるときの種々の条件に応じて、適宜その材料が選択される。
　また、発熱部４に含まれる端子部分４Ｔについても、例えば検知電極の端子部分２Ｔと同様に、リード端子（図示せず）等の導電性の接続材によって、電源に電気的に接続させることができる。発熱部４の端子部分４Ｔが電気的に接続される電源は、検知電極の端子部分２Ｔが電気的に接続される電源Ｐと同じでもよく、異なっていてもよい。この場合、発熱部４に必要な電力の大きさ等に応じて、適宜、その電源を選択するようにして構わない。
　なお、本発明のセンサ基板およびセンサ装置は、以上の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内であれば種々の変更は可能である。例えば、第１検知電極２および第２検知電極３の互いに隣り合う正極２ａ、３ａと負極２ｂ、３ｂとの隣接間隔は、複数の電極間で互いに同じである必要はなく、一部において他の部分と異なっていてもよい。この場合には、上記隣接間隔が比較的小さい部分で、低濃度の粒子状物質（排気ガス中の粒子状物質の体積割合が小さいとき）の付着を感度よく検知することができる。同時に、上記隣接間隔が比較的大きい部分で、粒子状物質（排気ガス中の粒子状物質の体積割合が小さいとき）の付着の有無をより長期にわたって検知することができる。すなわち、感度の向上および長寿命化の両方に有効なセンサ基板およびセンサ装置とすることもできる。
１・・絶縁基板
２・・第１検知電極
２ａ・・正極
２ｂ・・負極
３・・第２検知電極
３ａ・・正極
３ｂ・・負極
４・・発熱部
５・・導体層
６・・接続導体
10・・センサ基板
11・・リード端子
20・・センサ装置

Claims (4)

  1. 　上面および下面を有する絶縁基板と、
    前記絶縁基板の上面に位置する第１検知電極と、
    前記絶縁基板の下面に位置する第２検知電極と、
    前記第１検知電極と前記第２検知電極とに挟まれた部分において前記絶縁基板の内部に位置する、少なくとも１層の導体層を含む発熱部とを備えており、
    前記発熱部と前記第１検知電極との間における前記絶縁基板の厚さと、前記発熱部と前記第２電極との間における前記絶縁基板の厚さとが同じであるセンサ基板。
  2. 　前記発熱部が、前記第１検知電極に近接して前記絶縁基板の上面直下に位置する導体層と、前記第２検知電極に近接して前記絶縁基板の下面直上に位置する導体層とを含んでいる請求項１記載のセンサ基板。
  3. 　前記発熱部に含まれる前記導体層が、平面視において前記絶縁基板の外周部のみに位置している請求項１または請求項２記載のセンサ基板。
  4. 　請求項１～３のいずれか１項記載のセンサ基板と、
    　前記第１検知電極および前記第２検知電極に電力を供給する電源とを備えるセンサ装置。
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