JPH0815196A - 素子加熱型センサー - Google Patents
素子加熱型センサーInfo
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- JPH0815196A JPH0815196A JP15009194A JP15009194A JPH0815196A JP H0815196 A JPH0815196 A JP H0815196A JP 15009194 A JP15009194 A JP 15009194A JP 15009194 A JP15009194 A JP 15009194A JP H0815196 A JPH0815196 A JP H0815196A
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- ceramic substrate
- heating
- gas
- sensitivity
- type sensor
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- Pending
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- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Fluid Adsorption Or Reactions (AREA)
- Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】セラミック基板１の上面１ａに素子３を載置
し、該セラミック基板１の下面１ｂまたは内部に発熱抵
抗体２を備えて素子加熱型センサーを構成する。 【効果】素子３を直接セラミック基板１の上面１ａに載
置するため、この上面１ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．２
μｍ以下としておけば、素子３の感度及び精度を高める
ことができる。また、セラミック基板１に素子３と発熱
抵抗体２を形成してあるため、加熱効率に優れ、消費電
力を小さくできる。
し、該セラミック基板１の下面１ｂまたは内部に発熱抵
抗体２を備えて素子加熱型センサーを構成する。 【効果】素子３を直接セラミック基板１の上面１ａに載
置するため、この上面１ａの表面粗さ（Ｒａ）を０．２
μｍ以下としておけば、素子３の感度及び精度を高める
ことができる。また、セラミック基板１に素子３と発熱
抵抗体２を形成してあるため、加熱効率に優れ、消費電
力を小さくできる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、ガスセンサーや感湿セ
ンサー等、素子の加熱を必要とする各種センサーに関す
るものである。
ンサー等、素子の加熱を必要とする各種センサーに関す
るものである。
【０００２】
【従来の技術】ガス漏れ警報機等に用いられる一般的な
ガスセンサーの構造は、図３に示すように、アルミナ等
のセラミック管１１の内部にＦｅ−Ｎｉ系またはＰｔ系
のコイル状発熱体１２を挿入し、セラミック管１１の表
面にα−Ｆｅ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2，ＺｎＯ又はＷＯ3 等の
金属酸化物半導体からなる感ガス素子１３を塗布して焼
き付け、この感ガス素子１３に電極（不図示）を備えた
ものであった。このガスセンサーを使用する場合は、発
熱体１２に通電して加熱した状態としておき、空気中に
存在するガスが感ガス素子１３に侵入すれば抵抗値が変
化することを利用して、感ガス素子１３の抵抗値の変化
を検出することによってガスの濃度を検知するようにな
っている。
ガスセンサーの構造は、図３に示すように、アルミナ等
のセラミック管１１の内部にＦｅ−Ｎｉ系またはＰｔ系
のコイル状発熱体１２を挿入し、セラミック管１１の表
面にα−Ｆｅ2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2，ＺｎＯ又はＷＯ3 等の
金属酸化物半導体からなる感ガス素子１３を塗布して焼
き付け、この感ガス素子１３に電極（不図示）を備えた
ものであった。このガスセンサーを使用する場合は、発
熱体１２に通電して加熱した状態としておき、空気中に
存在するガスが感ガス素子１３に侵入すれば抵抗値が変
化することを利用して、感ガス素子１３の抵抗値の変化
を検出することによってガスの濃度を検知するようにな
っている。
【０００３】また、低消費電力を目的とした板状タイプ
として、図４に示すように、アルミナ等のセラミック基
板２１上に発熱抵抗体２２を形成し、この上にガラスや
ＳｉＯ2 膜等の絶縁層２５を形成して、さらにその上に
電極２４を介して感ガス素子２３を備えた構造のものも
あった（特開昭５４−６５５９９号公報参照）。
として、図４に示すように、アルミナ等のセラミック基
板２１上に発熱抵抗体２２を形成し、この上にガラスや
ＳｉＯ2 膜等の絶縁層２５を形成して、さらにその上に
電極２４を介して感ガス素子２３を備えた構造のものも
あった（特開昭５４−６５５９９号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところが、図３に示す
ガスセンサーの場合、セラミック管１１の内部に発熱体
１２を配置する構造であるため加熱効率が悪く、消費電
力が高いものであった。また、製造の際の自動化が困難
であるためコストが高いという問題点があった。
ガスセンサーの場合、セラミック管１１の内部に発熱体
１２を配置する構造であるため加熱効率が悪く、消費電
力が高いものであった。また、製造の際の自動化が困難
であるためコストが高いという問題点があった。
【０００５】一方、図４に示すガスセンサーでは、絶縁
層２５がガラスコートである場合、素子２３との密着性
が弱く、剥離しやすいという問題点があった。一方、絶
縁層２５をＳｉＯ2 膜の蒸着により形成した場合は、感
ガス素子２３の感度が低く、かつバラツキが生じやすく
なるという問題点があった。つまり、感ガス素子２３の
感度や精度は、素子を載置する面の表面粗さに影響さ
れ、粗いほど感度や精度が悪くなる傾向がある。そし
て、上記絶縁層２５は発熱体２２の上に形成されている
ことから、その表面粗さ（Ｒａ）は０．５〜１．０μｍ
程度と粗くなることを避けられず、その結果感ガス素子
２３の感度や精度を高くできなかった。
層２５がガラスコートである場合、素子２３との密着性
が弱く、剥離しやすいという問題点があった。一方、絶
縁層２５をＳｉＯ2 膜の蒸着により形成した場合は、感
ガス素子２３の感度が低く、かつバラツキが生じやすく
なるという問題点があった。つまり、感ガス素子２３の
感度や精度は、素子を載置する面の表面粗さに影響さ
れ、粗いほど感度や精度が悪くなる傾向がある。そし
て、上記絶縁層２５は発熱体２２の上に形成されている
ことから、その表面粗さ（Ｒａ）は０．５〜１．０μｍ
程度と粗くなることを避けられず、その結果感ガス素子
２３の感度や精度を高くできなかった。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記に鑑みて本発明は、
セラミック基板の上面に各種のセンサー素子を載置する
とともに、基板の下面または内部に発熱抵抗体を備えて
素子加熱型センサーを構成したものである。
セラミック基板の上面に各種のセンサー素子を載置する
とともに、基板の下面または内部に発熱抵抗体を備えて
素子加熱型センサーを構成したものである。
【０００７】また、本発明は、上記センサー素子の感度
を高めるために上記セラミック基板上面の表面粗さ（Ｒ
ａ）を０．２μｍ以下としたものである。
を高めるために上記セラミック基板上面の表面粗さ（Ｒ
ａ）を０．２μｍ以下としたものである。
【０００８】なお、本発明においては、セラミック基板
における素子を載置する面を便宜上上面と言い、もう一
方の面を下面と言う。
における素子を載置する面を便宜上上面と言い、もう一
方の面を下面と言う。
【０００９】
【作用】本発明によれば、セラミック基板の上面に直接
素子を載置するため、上面の表面粗さ（Ｒａ）を０．２
μｍ以下と滑らかにすることによって、素子の感度を高
めそのばらつきを小さくすることができる。
素子を載置するため、上面の表面粗さ（Ｒａ）を０．２
μｍ以下と滑らかにすることによって、素子の感度を高
めそのばらつきを小さくすることができる。
【００１０】また、発熱抵抗体はセラミック基板の素子
と反対側の下面または内部に備えたため、セラミック基
板を通して効率よく加熱し、消費電力を小さくすること
ができる。
と反対側の下面または内部に備えたため、セラミック基
板を通して効率よく加熱し、消費電力を小さくすること
ができる。
【００１１】
【実施例】以下本発明をガスセンサーを例にとって説明
する。
する。
【００１２】図１、２に示すガスセンサーは、セラミッ
ク基板１の上面１ａに電極４を介してガスを検知するた
めの素子３を載置し、一方セラミック基板１の下面１ｂ
には発熱抵抗体２を備えて、この発熱抵抗体２の両端は
スルーホール２ｂを経由して上面１ａの電極取り出し部
２ａと接続している。
ク基板１の上面１ａに電極４を介してガスを検知するた
めの素子３を載置し、一方セラミック基板１の下面１ｂ
には発熱抵抗体２を備えて、この発熱抵抗体２の両端は
スルーホール２ｂを経由して上面１ａの電極取り出し部
２ａと接続している。
【００１３】このガスセンサーを作動させる場合は、二
つの電極取り出し部２ａ間に電圧を印加して発熱抵抗体
２を発熱させ、セラミック基板１を通じて素子３を所定
の温度に加熱する。この状態で、空気中に存在するガス
が素子３に侵入すると抵抗値が変化するため、素子３の
抵抗値の変化を電極４で検出することによって、ガスの
濃度を検知することができる。
つの電極取り出し部２ａ間に電圧を印加して発熱抵抗体
２を発熱させ、セラミック基板１を通じて素子３を所定
の温度に加熱する。この状態で、空気中に存在するガス
が素子３に侵入すると抵抗値が変化するため、素子３の
抵抗値の変化を電極４で検出することによって、ガスの
濃度を検知することができる。
【００１４】なお、図２ではセラミック基板１の下面１
ｂに発熱抵抗体２を備えたものを示したが、セラミック
基板１の内部に発熱抵抗体２を形成することもできる。
ｂに発熱抵抗体２を備えたものを示したが、セラミック
基板１の内部に発熱抵抗体２を形成することもできる。
【００１５】また、上記セラミック基板１の上面１ａは
表面粗さ（Ｒａ）０．２μｍ以下の滑らかな面としてお
り、この上面１ａに直接素子３を載置してあるため、素
子３の感度を高めそのばらつきを小さくすることができ
る。さらに、下面１ｂの発熱抵抗体２の発熱を効率よく
伝えるために、セラミック基板１の厚さｔは０．５ｍｍ
以下とする。ただし、０．２ｍｍより小さいと強度が不
足するため、厚さｔは０．２〜０．５ｍｍの範囲内が好
ましい。
表面粗さ（Ｒａ）０．２μｍ以下の滑らかな面としてお
り、この上面１ａに直接素子３を載置してあるため、素
子３の感度を高めそのばらつきを小さくすることができ
る。さらに、下面１ｂの発熱抵抗体２の発熱を効率よく
伝えるために、セラミック基板１の厚さｔは０．５ｍｍ
以下とする。ただし、０．２ｍｍより小さいと強度が不
足するため、厚さｔは０．２〜０．５ｍｍの範囲内が好
ましい。
【００１６】セラミック基板１の材質としては、Ａｌ2
Ｏ3 ９９％以上の高純度アルミナセラミックスが好まし
いが、ムライトやコージェライト等の酸化物セラミック
スでもよい。あるいは窒化アルミニウムを用いれば、熱
伝導性が高いため加熱効率を高めることができる。
Ｏ3 ９９％以上の高純度アルミナセラミックスが好まし
いが、ムライトやコージェライト等の酸化物セラミック
スでもよい。あるいは窒化アルミニウムを用いれば、熱
伝導性が高いため加熱効率を高めることができる。
【００１７】特にアルミナセラミックスを用いる場合
は、Ａｌ2 Ｏ3 ９９．０〜９９．５重量％、ＳｉＯ
2 ０．２０〜０．９３重量％、ＣａＯをリン酸カルシウ
ムとして０．０２〜０．２０重量％、ＭｇＯ０．０５〜
０．３０重量％の範囲の原料を用いることが好ましい。
そして、このセラミック原料に分散剤、バインダー等を
添加した後、表面粗さ（Ｒａ）０．０２μｍ以下の滑ら
かなフィルムを用いてドクターブレード法でシート成形
を行い、得られたグリーンシートを最高焼成温度を１５
００〜１６００℃として、最高焼成温度での保持時間を
０．５〜４時間とし、アルミナの粒成長を抑制して表面
粗さを小さくする。
は、Ａｌ2 Ｏ3 ９９．０〜９９．５重量％、ＳｉＯ
2 ０．２０〜０．９３重量％、ＣａＯをリン酸カルシウ
ムとして０．０２〜０．２０重量％、ＭｇＯ０．０５〜
０．３０重量％の範囲の原料を用いることが好ましい。
そして、このセラミック原料に分散剤、バインダー等を
添加した後、表面粗さ（Ｒａ）０．０２μｍ以下の滑ら
かなフィルムを用いてドクターブレード法でシート成形
を行い、得られたグリーンシートを最高焼成温度を１５
００〜１６００℃として、最高焼成温度での保持時間を
０．５〜４時間とし、アルミナの粒成長を抑制して表面
粗さを小さくする。
【００１８】このようにすれば、焼成したままで、表面
粗さ（Ｒａ）０．２μｍ以下の滑らかな表面を有するセ
ラミック基板１を得ることができる。
粗さ（Ｒａ）０．２μｍ以下の滑らかな表面を有するセ
ラミック基板１を得ることができる。
【００１９】また、セラミック基板１は通常小さな形状
となるため、多数個が連なった形状となるように製造し
ておいて、後で切断する製法が好ましい。例えば、一つ
のセラミック基板１が２×２ｍｍの大きさである場合、
縦２０個、横２０個が連なった形状となるように一体的
に成形し、各セラミック基板１間をスナップラインで区
切っておいて、焼成後に切断すれば良い。
となるため、多数個が連なった形状となるように製造し
ておいて、後で切断する製法が好ましい。例えば、一つ
のセラミック基板１が２×２ｍｍの大きさである場合、
縦２０個、横２０個が連なった形状となるように一体的
に成形し、各セラミック基板１間をスナップラインで区
切っておいて、焼成後に切断すれば良い。
【００２０】さらに、発熱抵抗体２としては白金系の材
料が化学的に安定で好ましいが、酸化ルテニウムを用い
ても良い。この発熱抵抗体２は、セラミック基板１の焼
成前に形成しておいて同時焼成することが密着強度の点
で好ましいが、セラミック基板１の焼成後にメタライ
ズ、焼き付け、蒸着、スパッタ等で成膜しても良い。
料が化学的に安定で好ましいが、酸化ルテニウムを用い
ても良い。この発熱抵抗体２は、セラミック基板１の焼
成前に形成しておいて同時焼成することが密着強度の点
で好ましいが、セラミック基板１の焼成後にメタライ
ズ、焼き付け、蒸着、スパッタ等で成膜しても良い。
【００２１】また、電極４としては、素子３との間でワ
イヤボンディングする際に信頼性良く結線するために金
系の材料を用いる。
イヤボンディングする際に信頼性良く結線するために金
系の材料を用いる。
【００２２】さらに、素子３としては、α−Ｆｅ
2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2 ，ＺｎＯ及びＷＯ3 等の金属酸化物半
導体を用い、スクリーン印刷やスパッタリング等の方法
により載置する。
2 Ｏ3 ，ＳｎＯ2 ，ＺｎＯ及びＷＯ3 等の金属酸化物半
導体を用い、スクリーン印刷やスパッタリング等の方法
により載置する。
【００２３】なお、以上の実施例ではガスセンサーにつ
いて述べたが、この他に素子３の種類を変えることによ
って、感湿センサー等の各種素子加熱型センサーに本発
明を適用できることは言うまでもない。
いて述べたが、この他に素子３の種類を変えることによ
って、感湿センサー等の各種素子加熱型センサーに本発
明を適用できることは言うまでもない。
【００２４】また、本発明の素子加熱型センサーは、上
記のように使用時に素子を加熱するだけでなく、センサ
ー表面の各種の雑ガスやミスト汚染等を除去するための
加熱クリーニングを行うこともできる。
記のように使用時に素子を加熱するだけでなく、センサ
ー表面の各種の雑ガスやミスト汚染等を除去するための
加熱クリーニングを行うこともできる。
【００２５】実験例 ここで、図１、２に示す本発明のガスセンサーを試作し
た。平均粒子径０．５〜１μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末と、Ｓ
ｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣａＯを前述した比率で添加混合した
原料を水溶性バインダーとイオン交換水にて混合してス
ラリーを作製し、ドクターブレード法にてシートを成形
した。得られたシートを適切な寸法に切断し、パンチン
グにて導通用のスルーホールを形成する。このスルーホ
ールに白金ペーストを充填した後、白金ペーストを用い
てスクリーン印刷法により発熱体２を所定の抵抗値にな
るように厚みを調整して印刷する。
た。平均粒子径０．５〜１μｍのＡｌ2 Ｏ3 粉末と、Ｓ
ｉＯ2 、ＭｇＯ、ＣａＯを前述した比率で添加混合した
原料を水溶性バインダーとイオン交換水にて混合してス
ラリーを作製し、ドクターブレード法にてシートを成形
した。得られたシートを適切な寸法に切断し、パンチン
グにて導通用のスルーホールを形成する。このスルーホ
ールに白金ペーストを充填した後、白金ペーストを用い
てスクリーン印刷法により発熱体２を所定の抵抗値にな
るように厚みを調整して印刷する。
【００２６】これを１５００℃程度の酸化雰囲気にて焼
成し、セラミック基板１と発熱体２を同時焼成する。こ
の上面１ａにＡｕペーストを用いてスクリーン印刷によ
り電極４を印刷し、大気中８５０℃にて焼成して焼き付
ける。この上にＳｎＯ2 を主体とする素子３を載置して
素子加熱型センサーとした。なお、最終的なセラミック
基板１の大きさは、縦３ｍｍ、横４ｍｍ、厚さ０．３ｍ
ｍとした。
成し、セラミック基板１と発熱体２を同時焼成する。こ
の上面１ａにＡｕペーストを用いてスクリーン印刷によ
り電極４を印刷し、大気中８５０℃にて焼成して焼き付
ける。この上にＳｎＯ2 を主体とする素子３を載置して
素子加熱型センサーとした。なお、最終的なセラミック
基板１の大きさは、縦３ｍｍ、横４ｍｍ、厚さ０．３ｍ
ｍとした。
【００２７】ここで、上記セラミック基板１の上面１ａ
の表面粗さ（Ｒａ）を種々に変化させたものを用意し、
それぞれ５Ｖの電圧を印加して４００℃に加熱して実験
を行い、素子３の感度と精度を調べる実験を行った。こ
こで感度とは、通常の大気中での素子３の抵抗値ＲAIR
に対し、可燃性ガス（２メチル−２ブテン等）が侵入し
て低下した時の抵抗値ＲGAS との比ＲAIR ／ＲGAS で表
し、この値が大きいほど感度が優れていることになる。
また、精度とは感度のばらつきの大きさである。
の表面粗さ（Ｒａ）を種々に変化させたものを用意し、
それぞれ５Ｖの電圧を印加して４００℃に加熱して実験
を行い、素子３の感度と精度を調べる実験を行った。こ
こで感度とは、通常の大気中での素子３の抵抗値ＲAIR
に対し、可燃性ガス（２メチル−２ブテン等）が侵入し
て低下した時の抵抗値ＲGAS との比ＲAIR ／ＲGAS で表
し、この値が大きいほど感度が優れていることになる。
また、精度とは感度のばらつきの大きさである。
【００２８】結果は表１に示すように、セラミック基板
１の表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下とすることによ
って、感度を１０以上に向上させ、そのバラツキも小さ
くできることがわかった。
１の表面粗さ（Ｒａ）を０．２μｍ以下とすることによ
って、感度を１０以上に向上させ、そのバラツキも小さ
くできることがわかった。
【００２９】
【表１】
【００３０】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、セラミッ
ク基板の上面にセンサー素子を搭載し、該基板の下面ま
たは内部に発熱抵抗体を備えて素子加熱型センサーを構
成したことによって、素子を直接セラミック基板の上面
に搭載するため、この面の表面粗さを０．２μｍ以下の
滑らかな面としておけば、素子の感度及び精度を高める
ことができる。また、セラミック基板に直接素子と発熱
体を形成してあるため、加熱効率に優れ、消費電力を小
さくできるなど、多くの特長をもった素子加熱型センサ
ーを提供できる。
ク基板の上面にセンサー素子を搭載し、該基板の下面ま
たは内部に発熱抵抗体を備えて素子加熱型センサーを構
成したことによって、素子を直接セラミック基板の上面
に搭載するため、この面の表面粗さを０．２μｍ以下の
滑らかな面としておけば、素子の感度及び精度を高める
ことができる。また、セラミック基板に直接素子と発熱
体を形成してあるため、加熱効率に優れ、消費電力を小
さくできるなど、多くの特長をもった素子加熱型センサ
ーを提供できる。
【図１】本発明の素子加熱型センサーを示す平面図であ
る。
る。
【図２】図１中のＸ−Ｘ線断面図である。
【図３】従来のガスセンサーを示す縦断面図である。
【図４】従来のガスセンサーを示す縦断面図である。
１：セラミック基板 ２：発熱抵抗体 ３：素子 ４：電極
Claims (2)
- 【請求項１】セラミック基板の上面にセンサー素子を載
置するとともに、該セラミック基板の下面または内部に
発熱抵抗体を備えてなる素子加熱型センサー。 - 【請求項２】上記セラミック基板の上面の表面粗さ（Ｒ
ａ）が０．２μｍ以下であることを特徴とする請求項１
記載の素子加熱型センサー。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15009194A JPH0815196A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 素子加熱型センサー |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP15009194A JPH0815196A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 素子加熱型センサー |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0815196A true JPH0815196A (ja) | 1996-01-19 |
Family
ID=15489322
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP15009194A Pending JPH0815196A (ja) | 1994-06-30 | 1994-06-30 | 素子加熱型センサー |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0815196A (ja) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002328107A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-15 | Kyocera Corp | セラミックチップヒータ及びそれを用いた素子加熱型センサ |
| JP2008241603A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Denso Corp | 湿度センサ装置 |
-
1994
- 1994-06-30 JP JP15009194A patent/JPH0815196A/ja active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2002328107A (ja) * | 2001-04-27 | 2002-11-15 | Kyocera Corp | セラミックチップヒータ及びそれを用いた素子加熱型センサ |
| JP2008241603A (ja) * | 2007-03-28 | 2008-10-09 | Denso Corp | 湿度センサ装置 |
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