JPH01313751A - 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１ この発明は、生産性が高くかつ省電力型の、ガスセンサ
に関する。

［従来技術］ 省電力型のガスセンサとして、例えば特開昭５９−１４
３，９４６号に記載のものがある。このガスセンサでは
、Ｓｉ基板をアンダーカットエツチングしてＳｉＯ□の
薄い橋を設ける。そしてこの橋の上に、ヒータや電極、
ガス検出用の金属酸化物半導体を設ける。このようなガ
スセンサは極めて消費電力が小さいが、同時に製造が困
難である。またＳｉｎ、の薄い橋は弱く、センサの信頼
性の面からも問題がある。

［発明の課題］ この発明は、構造が単純でかつ消費電力の小さなガスセ
ンサを目的とする。

（発明の構成］ この発明のガスセンサは、耐熱絶縁性基板上に、ガス検
出用の金属酸化物半導体膜と、半導体装置接続した電極
膜と、ヒータ膜とを有するセンサ本体を設けたガスセン
サにおいて、センサ本体と基板との間に断熱用のガラス
膜を設けたことを特徴とする。

ガラスの熱伝導率は一般に小さく、アルミナ等のセラミ
ック材料のｌ／２０程度である。そこで耐熱絶縁性基板
とセンサ本体との間にガラス膜を置いて断熱すれば、セ
ンサの消費電力を著しく小さくできる。この膜は可能な
限り厚くし、例えば３０〜１００μｍ程度のものを用い
る。

ヒータ膜の材料は、一般にはガス検出用の金属酸化物半
導体膜を被毒する成分を含んでいる。そこで好ましくは
、絶縁膜によりヒータ膜と金属酸化物半導体膜とを分離
する。この絶縁膜には任意のものを用い得るが、例えば
膜形成の容易なガラス膜や、ガラスとセラミックの混合
膜を用いる。

絶縁膜は例えば膜厚２〜２０μｍ程度と薄くすることが
好ましく、かつ熱伝導率の高い材料を用いることが好ま
しい。ガラスの熱伝導率は材質を変えても余り変化しな
いので、ガラスにアルミナやシリカ等のセラミック粒子
を混合し、熱伝導率を高めたものが好ましい。

〔実施例］ 第」図〜第４図に実施例を示す。第」図において、２は
アルミナを用いた耐熱絶縁性基板で、ムライト、スピネ
ル、窒化ケイ素等を用いても良い。

４は断熱用のガラス膜で、実施例では膜厚４０μｍのア
ンダーコート用ガラス（酸化ルテニウムヒータ用）を用
いた。６は酸化ルテニウム等のヒータ膜で、膜厚は約ｌ
Ｏμｍである。８は、ヒータ膜６に接続した一対の金電
極で、熱伝導を抑制するため膜厚０．５μｍの蒸着膜を
用いた。ＩＯは絶縁膜で、例えば膜厚ｌＯμｍ程度のガ
ラス膜や、これにアルミナやシリカ等の絶縁性セラミッ
ク粒子を混合して熱伝導率を高めたものを用いる。セラ
ミックとガラスとでは、一般に熱伝導率に大差が有り、
ガラスの熱伝導率はセラミックよりはるかに低い。そこ
で断熱用のガラス膜４を用いることにより、ヒータ６か
ら基板２への伝熱を抑制できる。Ｉ２はＰｔやＡｕ等の
電極膜で、検出電極として用いる。電極膜１２は膜厚０
，５μｍの金の蒸着膜を用いた。１４はＳｎＯ，やＴ１
０３、Ｆｅ２Ｏ３、Ｉｎ、Ｏ，等の金属酸化物半導体の
膜で、ガスにより抵抗値が変化するものを用いる。金属
酸化物半導体膜１４は、蒸着等の薄膜や、厚さが例えば
１０〜２０μｍ程度の印刷膜等を、用いる。

検出電極１２やヒータ電極８を断熱膜４の外部まで引き
出し、外部電極２０に接続する。外部電極２０は膜状と
し、材料には例えば安価なＡｇやＡｇ−Ｐｄ等を用いる
。外部電極２０にＡｇ−Ｐｄ等を用いると、材料中のＡ
ｇのマイグレーションが問題となる。そこで外部電極２
０の露出部を適宜のガラス膜で被覆し、マイグレーショ
ンを防止するのが好ましい。２２は外部リードで、Ｆ型
リードを用いた。この外部リード２２は最初多数結合さ
れてリードフレーム状をなし、外部電極２０への接続後
に分断して外部リードとなる。この外部リード２２は上
部が３つ又に別れており、その内の２片を用いて、例え
ば外部電極２０にハンダ付けする。残る１片で基板２の
裏面を挟みこみ、外部リード２２を基板２に結合する。

第２図、第３図に、センサの本体部を拡大して示す。

第４図にセンサの全体構造を示す。２は前記の基板で、
ベースに兼用する。なお２４はセンサ本体で、前記のヒ
ータ膜６、絶縁膜ｌＯ１電極膜１２、金属酸化物半導体
膜１４等を意味する。２６は合成樹脂等のカバーで、２
８はカバー２６の通気口に設けた防爆用の金網である。

なお引火の起こり易さは、発熱部の温度だけでなく、発
熱部の面積にも関係する。そして発熱部の面積を小さく
すると、引火は起こらなくなる。実施例の場合、ヒータ
膜６等の面積は極く小さく、引火は元々起こりにくい。

そこで防爆用金網２８は、設けなくても良い。

実施例のガスセンサを特開昭５９−１４３，９４６号の
センサと比較する。センサ本体はいずれも印刷等により
形成されるから、センサ本体の微細化の程度は同等であ
る。特開昭５９−１４３゜９４６号のセンサでは、セン
サ本体は基板から分離され消費電力を抑止している。こ
れに対して実施例では、熱伝導率の低いガラス膜４によ
り断熱している。

第５図に、消費電力の節減に適した付帯回路の例を示す
。図において、３０は適宜の電源、６は前記のヒータ、
１４はＳｎＯ２等の金属酸化物半導体膜、３２は半導体
膜の負荷抵抗である。３４はタイマで、例えば１−１０
秒に１回、幅１ｍｓｅｃ＝ｌｏｍｓｅｃ程度のヒータ加
熱信号を発する。３６はこの信号でオンするスイッチ、
３８はサンプルホールド回路、４０は演算回路でその出
力をガスの検出信号として用いる。

第６図により、装置の動作を説明する。ヒータ加熱信号
により、センナは間欠的に加熱される。

これに対してセンサの出力Ｖ（負荷抵抗３２への出力）
は、図の実線や破線のような応答を示す。

そこでこの応答からガスを検出する。例えば信号Ｓ、、
Ｓ、の時点で出力をサンプリングし、これらの値からガ
スの種類を弁別し、ガス濃度を算出す゛　　る。例えば
メタンと水素とでは、加熱に対するセンサ出力の応答波
形が異なり、Ｓ　ｌでの出力と８２での出力を加味する
と、メタンか水素かの識別ができる。そしてヒータ加熱
信号のデユーティ比を小さくすると、消費電力は著しく
減少する。

［発明の効果１ この発明では、構造が簡単でかつ消費電力の小さなガス
センサが得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は実施例のガスセンサの要部平面図、第２図は第
１図の要部拡大平面図、第３図は第１図の要部拡大断面
図、第４図は実施例のガスセンサの全体構造を表す断面
図である。 第５図は、実施例のガスセンサに適した付帯回路の回路
図、第６図（１）、（２）はその動作波形図である。 図において、　　　　２　耐熱絶縁性基板、４　断熱用
ガラス膜、６　ヒータ膜、 ８　ヒータ電極、　　　ｌＯ絶縁膜、 １２　検出電極、 １４　金属酸化物半導体膜。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）耐熱絶縁性基板上に、ガス検出用の金属酸化物半
   導体膜と、半導体膜に接続した電極膜と、ヒータ膜とを
   有するセンサ本体を設けたガスセンサにおいて、 センサ本体と基板との間に断熱用のガラス膜を設けたこ
   とを特徴とする、ガスセンサ。
2. （２）前記センサ本体を、ヒータ膜上に絶縁膜を介して
   、半導体膜と電極膜とを積層したものとしたことを特徴
   とする、請求項１に記載のガスセンサ。
3. （３）前記の絶縁膜をガラス膜もしくはガラスとセラミ
   ックとの混合膜とすると共に、絶縁膜の膜厚を断熱用の
   ガラス膜の膜厚よりも小さくしたことを特徴とする、請
   求項２に記載のガスセンサ。