JPH053896B2

JPH053896B2 -

Info

Publication number: JPH053896B2
Application number: JP4120785A
Authority: JP
Inventors: Junji Manaka
Original assignee: Ricoh Seiki Co Ltd
Current assignee: Ricoh Seiki Co Ltd
Priority date: 1985-03-04
Filing date: 1985-03-04
Publication date: 1993-01-18
Also published as: JPS61201148A

Description

【発明の詳細な説明】技術分野本発明は、温度制御を要する検出装置に好適な
発熱体支持構造に関するものであつて、より詳細
には、発熱体から散逸する輻射熱を発熱体に反射
させて熱の有効利用を図る発熱体支持構造に関す
るものである。本発明の発熱体支持構造は、温度
センサ、湿度センサ、アルコールセンサ、赤外線
センサ、流速流量センサ、音波センサ、真空計
等、温度制御を要するあらゆる機器に適用可能で
ある。

従来技術一般に、例えば金属酸化物半導体を検出センサ
部として用いる検出装置により信頼性の高い検出
性能を得る為には、検出センサ部を迅速且つ均一
に適正温度に加熱することが要求される。この
為、加熱手段としての電熱器を加熱対象物と共に
空中に張り出させて架橋状に設け、発生熱の主に
伝導による散逸を可及的に防止して加熱効率を高
める方法が用いられている。然るに、電池駆動に
適した低消費電力で安定して所望の温度制御効果
を得るには、更に効率の良い加熱方式が要求され
る。

目的本発明は、以上の点に鑑みなされたものであつ
て、低消費電力で所望の温度制御効果を安定して
得ることのできる発熱体支持構造を提供すること
を目的とする。

構成本発明は、上記の目的を達成させるため、発熱
体を空間中に支持すると共に該発熱体からの輻射
熱を該発熱体に反射させる反射面を具有している
ことを特徴としたものである。

以下、本発明の１実施例に基づき具体的に説明
する。第１図は本発明の１実施例としてのガス検
出装置を示した平面図、第２図はその−断面
図である。両図に示される如く、Si、Cu、Ni、
Cr、Al、Mo、Ｗ、NiCr及びステンレス等から
成る基板１の本例では略正方形状の表面上に、
Si₃N₄及びSiO₂等から成る絶縁膜２が被着されて
いる。そして、基板１の中央部には、半球状の凹
部空間３が形成されている。この凹部空間３には
電気的絶縁材料から成るブリツジ４が架橋状に設
けられている。即ち、ブリツジ４は、空中に張り
出した架橋構造をなしている。本例のブリツジ４
は、絶縁膜２と同一平面において凹部空間３の球
面３ａの中心Ｏを通過すべく延在せしめられてい
る。

以上の如き基板１と絶縁膜２及びブリツジ３か
ら成る基本Ｂは、次の如くして一体的に容易に形
成することができる。基板１として、アンダーカ
ツトエツチングが容易で高温度（500℃の加熱を
数〜10時間）で変形変質しない材料の例えばSiウ
エハを使用する。先ず、基板１に絶縁膜２を全面
に積層しエツチング処理前の出発物質を形成す
る。次に、この出発物質に公知のNaOHやAPM
（エチレンジアミン、ピロカテコール、水）等の
エツチヤントにより、結晶方位に対してエツチン
グ速度が異なる異方性エツチングを施す。これに
より、第３図で破線で示される如く、ブリツジ部
４を残してその下の部分の基板１がアンダカツト
され多面体状の凹部空間３′ａが形成される。こ
の後、等方性エツチングを施こせば、所望の球面
３ａが得られる。等方性エツチングは、基板１が
Siであれば、（HF＋HNO₃）等の公知のエツチヤ
ントにより容易に実施可能である。この場合、基
板１がCu、Ni、Cr、Al、Mo、Ｗ、NiCr及びス
テンレス等から成る場合は、等方性エツチングの
みで球面３ａを得ることができる。

ブリツジ４上には、一対の検出用リード５ａ，
５ｂが各端部をブリツジ４の中央部（球面３ａの
中心Ｏの近傍）で互いに対向させ且つ所定距離離
隔させて配設されており、その対向領域部分に
は、SnO₂、Fe₂O₃、ZnO及びTiO₂等の半導体材
料からなるガス検出層６が形成され、ガス検出領
域を画定している。ガス検出層６は検出用リード
５ａ及び５ｂの対向端部に夫々接触して設けられ
ており、ガスの吸着によりその抵抗値が変化し、
その変化を検出することによつてガスの検出を行
う。検出用リード５ａ，５ｂは互いに反対向ヘブ
リツジ４上を延在しており、基体Ｂの図中右上角
部と左下角部に絶縁部２を介して設けられている
各電極部７ａ，７ｂに夫々接続されている。これ
ら各電極部７ａ，７ｂはAu，Au合金等から成る
ボンデイングパツト８ａ，８ｂに夫々接続されて
いる。

ブリツジ４上には、一対の検出用リード５ａ，
５ｂと並列的に延在させてヒータ９が設けられて
おり、検出用リードの電極７ａ，７ｂに隣接した
電極１０ａ，１０ｂに接続されている。これらヒ
ータ用電極１０ａ，１０ｂも、同様にボンデイン
グパツド１１ａ，１１ｂに接続されている。そし
て、ガス検出領域を除いて検出用リード５ａ，５
ｂとヒータ９は電気的絶縁性材料から成る被覆層
１２で完全に被覆されており、ブリツジ４上にお
いて検出用リード５ａ，５ｂとヒータ９とはこの
被覆層１２によつて電気的に分離されている。こ
れにより、リード間の漏れ電流は最小とされ、且
つエレクトロマイグレーシヨン等も積極的に防止
することが可能となるので、夫々のリードの寿命
が長くなる。

凹部空間３内に形成された球面３ａは、エツチ
ング処理のままでも鏡面をなしているが、本例で
は更に反射効率を上げる為に、底部を除いた領域
にAuから成る反射膜１３が被着されている。こ
の反射膜１３は、真空蒸着やスパツタリング等の
方法で容易に被着形成できる。この場合、ヒータ
用電極１０ａ，１０ｂや検出用リード電極７ａ，
７ｂ上にAuボンデイングパツト８ａ，８ｂ，１
１ａ，１１ｂを形成する行程と同時に実施すれ
ば、工数も低減され好都合である。尚、Au膜の
パターンは、蒸着マスクやフオトリングラフイ等
の手段で容易に形成できる。

以上の如く構成されたガス検出装置において
は、ヒータ９に好適には消費電力を低減する為パ
ルス状の電流を印加して発熱させ、ガス検出層６
を適正温度に均一に加熱してその抵抗値を低下さ
せガス検出の精度を向上させる。この場合、ヒー
タ９から発つせられた熱は、ブリツジ４等を介し
てガス検出層６に伝導しその加熱に共せられると
共に、矢印で示される如く、周囲の空気中にも輻
射される。この輻射熱は球面３ａに被着された反
射膜１３で効率良く反射され、球面３ａの中心Ｏ
の近傍に集められる。この球面の中心Ｏ近傍には
ガス検出層６が配設されているから、その集めら
れた熱がガス検出層６の加熱に供され、更に効率
良くガス検出層６を加熱することができる。従つ
て、少ない消費電力で効率の良い所望の温度制御
を実施でき、信頼度の高いガス検出性能を安定し
て発揮することができる。尚、本例では、凹部空
間３を球面体状に形成したが、これに限らず、同
様に等方性エツチングにより凹部空間３を方物面
体に形成しその焦点近傍に検出用リード６を配設
しても、同様に効率の良い温度制御効果を発揮す
ることができる。

次に、本発明の他のいくつかの実施例について
説明する。尚、上記実施例と同一の構成要素につ
いては同一符号を付し、その説明を省略する。

第４図及びその断面図の第５図に示した実施例
は、基体Ｂに設ける凹部空間１４を多面体状に形
成する一例で、本例では四角錐台を逆にした形状
に形成されている。このような形状の空間１４
は、基板１としてSiウエハを使用し、上述した公
知の異方性エツチング処理により容易に形成する
ことができる。この場合、壁面１４ａにはSi
（111）、底面１４ｂには（100）面を夫々使用すれ
ばよい。又、ヒータ９からの輻射熱を効率良く加
熱すべき対象が配置されているブリツジ４の中央
部Ｑに集める為には、各部寸法ａ，ｂ，ｃ，ｄ
を、ａ＝ｂ、ｃｄとなる様に設定すればよい。そして、その４個の
壁面１４ａには、同様にAuから成る反射膜１５
が被着されている。斯くの如く凹部空間１４を多
面体状に形成した場合も、ヒータ９からの散逸輻
射熱を反射膜１５で反射させた後加熱対象領域で
ある中央部Ｑに集め、加熱対象を所望の温度に効
率良く迅速に加熱することができる。

第６図に示した実施例は、延在する発熱体自体
の温度分布を効率良く適正温度に均一化する場合
の好適な一例である。このような発熱体支持構造
が要求される機器としては、例えば、接触燃焼式
ガスセンサがあり、これば、ガスの燃焼温度上昇
幅をヒータの抵抗値変化として捉える原理を有す
るものであり、抵抗値の変化する領域がより広い
程大きな信号が得られる。第６図において、ブリ
ツジ４上に延在するヒータ１６の下方には、前述
した逆四角錐台状の空間を２個組み合わせた形状
の凹部空間１７がSiウエハから成り基体Ｂに凹設
されている。この場合、全ての壁面１７ａを
（111）面で形成しているが、第７図の示す如く、
壁面１８ａを（111）と（211）の２種類の面を使
用して多面体状凹部空間１８を形成してもよい。

以上の如く構成された本実施例においては、ヒ
ータ１６に通電して発熱させると、中央部Ｃが最
高温度の状態となる。然るに、本例では、中央部
Ｃからの輻射熱が矢印で示される如く凹部壁面１
７ａ，１８ｂで両端部に反射され、ヒータ両端部
の加熱に利用される。従つて、中央部の過度な温
度上昇が防止されると共にヒータ１６全体の温度
分布が効率良く適正温度に均一化される。これに
より、信頼度の高い大きな出力信号が得られると
共に、消費電力が低減され且つ装置の耐久性が向
上される。尚、本例では凹部空間１７，１８とし
て異方性エツチングによるパターンを形成した
が、これは、等方性エツチングを組み合わせても
可能である。

第８図とその断面図の第９図に示した実施例に
おいては、ヒータ９から上方に散逸する輻射熱も
加熱対象領域に反射させて利用する。図示される
如く、ブリツジ４の上方に、第一基体１９に凹設
された半球状凹部空間３と略同一形状の凹部空間
２１が凹設された第二基体２０を、各空間３，２
１を整合させて被装する。これにより、ブリツジ
４とこの上に敷設されているヒータ９やガス検出
層６等が、球状のドーム空間Ｓ内に収容された構
成となる。尚、ドーム空間Ｓ内の温度が過度に上
昇してヒータ９の加熱温度制御効果に支障を来さ
ない様に、適数個の空気貫通部２２が本例では第
一基体表面１９ａに沿つて空間Ｓの周囲に均等に
設けられている。又、第一基体１９と第二基体２
０は例えばIn等から成る装着層２３を介して接着
されている。斯くの如く構成された本実施例にお
いては、ヒータ９から上方に散逸する輻射熱をも
ガス検出層６に反射させて利用するから、より効
率の良いガス検出層６に対する加熱効果が得られ
る。尚、本実施例に限らず、組み合わせる凹部空
間は第４図に示される如き多面体状でもよく、第
６図に示される実施例の如く発熱体全体の温度分
布を均一化する場合にも本例のドーム式支持構造
を適用することができる。

効果以上、詳述した如く、本発明によれば、発熱体
から散逸する輻射熱をも発熱体に発射させて利用
することにより、利用目的に応じて発熱体の温度
分布を効率良く制御できる。従つて、低消費電力
で用途に応じた効率の良い加熱効果を得ることが
できると共に、発熱体の耐久性を向上することが
できる。尚、本発明は上記の特定の実施例に限定
されるものではなく、本発明の技術的範囲内にお
いて種々の変形が可能であることは勿論である。
例えば、発熱体は電熱ヒータに限らず、化学反応
を利用する発熱体等種々の発熱体に本発明を適用
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は夫々本発明の１実施例を示
した平面図と断面図、第３図は本発明の１実施例
の製造方法を示した説明図、第４図及び第５図は
夫々本発明の１実施例における変形例を示した平
面図と断面図、第６図及び第７図は夫々本発明の
他の実施例とその実施例を示した各説明図、第８
図及び第９図は夫々本発明の更に他の実施例を示
した斜視図と断面図である。（符号の説明）、１：基板、３，１４，１７，
１８，２１：凹部空間、４：ブリツジ、９，１
６：ヒータ。

Claims

【特許請求の範囲】１少なくとも表面部分が絶縁性である基板が設
けられており、前記基板の少なくとも一部が表面
から凹設されて凹所が形成されており且つ前記絶
縁性表面部分が所定の形状にパターン形成されて
前記凹所の上方において空中に張り出した支持部
を有しており、前記支持部上に発熱体を設けると
共に前記発熱体からの輻射熱を前記発熱体へ反射
させる反射面が前記凹所の少なくとも一部により
画定されていることを特徴とする発熱体支持構
造。２特許請求の範囲第１項において、前記凹所は
前記基板の所定の箇所ををエツチングすることに
より形成されたものであることを特徴とする発熱
体支持構造。３特許請求の範囲第１項又は第２項において、
前記基板が非絶縁性物質であり、前記基板の表面
上に絶縁層を付着させて前記絶縁性表面部分を設
けたことを特徴とする発熱体支持構造。４特許請求の範囲第１項乃至第３項の内のいず
れか１項において、前記凹所の所定の箇所に反射
膜を設けて反射面を画定したことを特徴とする発
熱体支持構造。５特許請求の範囲第１項乃至第４項の内のいず
れか１項において、前記凹所が少なくとも部分的
に球状の形状を有しており、前記発熱体が前記球
状形状の実質的に中心位置に位置されていること
を特徴とする発熱体支持構造。６特許請求の範囲第１項乃至第５項の内のいず
れか１項において、前記凹所が少なくとも部分的
に平面状の形状を有していることを特徴とする発
熱体支持構造。７特許請求の範囲第１項乃至第５項の内のいず
れか１項において、前記発熱体が前記支持体上に
所定の形状にパターン形成された導電性物質から
なるヒータを有しており前記、ヒータに電流を通
電させて発熱させることを特徴とする発熱体支持
構造。８特許請求の範囲第１項乃至第７項の内のいず
れか１項において、前記支持体上で前記ヒータに
並設して一対のリードが所定距離互いに離隔して
設けられており、前記一対のリード間に接続して
半導体材料からなるガス検出層が設けられている
ことを特徴とする発熱体支持構造。９特許請求の範囲第１項乃至第８項の内のいず
れか１項において、前記基板上に載置して前記発
熱体を上から被覆する被覆部材が設けられてお
り、前記被覆部材も前記発熱体からの輻射熱を前
記発熱体へ反射させる反射面が設けられているこ
とを特徴とする発熱体支持構造。