JPH0921774A

JPH0921774A - 湿度及びガス検出素子とその製造方法

Info

Publication number: JPH0921774A
Application number: JP7173144A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Isaki; 正敏伊▲さき▼; Katsumi Sasaki; 勝美佐々木; Tetsuji Tsuji; 哲次辻; Yoshio Onaka; 良雄尾中
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1995-07-10
Filing date: 1995-07-10
Publication date: 1997-01-21
Anticipated expiration: 2015-07-10
Also published as: JP3387274B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ヒータ部を湿度及びガス検出部とともに絶縁
基板上に形成し、汎用装置を用いた実装及び組立の自動
化が可能で、信頼性及び量産性に優れた湿度及びガス検
出素子、及び、複数の通電エージングが同時にかつ容易
に行うことができ、作業時間の短縮及び信頼性を向上さ
せ、歩留りの高い量産性に優れた湿度及びガス検出素子
の製造方法を提供することを目的とする。【構成】本発明の湿度及びガス検出素子１は、絶縁基
板に湿度を検出する湿度検出部とガスを検知するガス検
出部とヒータ部とを有する素子部と、絶縁基板の裏面に
形成され絶縁基板をリードフレーム２に接合されている
接合部と、絶縁基板を固定し及び外部との電気的接続を
行うリードフレーム２と、リードフレーム２を両側から
挟んで固定する角管状の樹脂又はセラミックからなる固
定部３と遮断用蓋部４と通気用蓋部５と、を備えた構成
を有している。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子レンジの自動調理
機能に使用される湿度検出及びガス検出、一般空調用機
器やコピー機等の電子機器の湿度制御に使用される湿度
検出に用いられる湿度及びガス検出素子とその製造方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、各種湿度検出素子やガス検出素子
が開発され、その製造方法も種々検討されている。特
に、オーブン付き電子レンジで、自動調節するために
は、単位面積当たりの湿度量（絶対湿度）の変化を検出
する検出素子が必要であり、種々の方式が開発されてい
る。その方式の一つとして、酸化物半導体をヒータによ
って加熱して、絶対湿度の変化を素子抵抗値の変化とし
て検出する方法がある。又、同様に酸化物半導体をヒー
タによって加熱して、微量の還元性ガスの濃度変化を素
子抵抗値の変化として検出する方法も開発されている。

【０００３】以下に従来の湿度及びガス検出素子（Nati
onal Technical Report Vol.29 No.3 Jun. 1983 に開
示）について、図面を参照しながら説明する。図１７は
従来の湿度及びガス検出素子の一部破断斜視図である。
４１は従来の湿度及びガス検出素子、４２は酸化物半導
体からなる感湿素子、４３は耐熱性導電性接着剤、４４
は金属線、４５は感湿素子４２を金属線４４により支持
され電気的接続を行うリードフレーム、４６はリードフ
レーム４５を固定する樹脂ベース、４７は感湿素子４２
を加熱するコイルヒータ、４８は樹脂ベースとともに感
湿素子４２を囲い保護する金属メッシュ、４９は金属メ
ッシュ４８を樹脂ベース４６に固定する固定リングであ
る。

【０００４】以上のように構成された従来の湿度及びガ
ス検出素子について、以下その製造方法を説明する。ま
ず、電極及び酸化物半導体が形成されたセラミックから
なる絶縁基板を各々チップに切断し感湿素子４２を形成
する。次に、切断された感湿素子４２に耐熱導電性接着
剤４３を用いて金属線４４を接着する。樹脂ベース４６
付きのリードフレーム４５へ感湿素子４２付きの金属線
４４を溶接する。更に、コイルヒータ４７をリードフレ
ーム４５へ溶接する。次に、金属メッシュ２８を固定リ
ング４９を用いて樹脂ベース４６に固定する。コイルヒ
ータ４７に通電し感湿素子４２の特性が安定するまで通
電エージング処理を行う。その後、特性検査が行われ、
湿度及びガス検出素子４１が完成する。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら上記従来
の構成では、以下の問題点を有していた。すなわち、（１）各端子がプレート状の酸化物半導体をコイル状ヒ
ータで囲んだ特殊な構造をしており、プレート状の湿度
及びガス検出素子に形成した酸化物半導体の各々の面に
細い白金性の金属線を固定し、更にリードフレームに配
線し、酸化物半導体を加熱するコイルヒータ部からの金
属線を交差させる必要があり、すべて溶接によって組み
立てられるため、製造工程の自動化を行うには、専用の
組立機及び溶接機を開発する必要があり、特に細い金属
線とリードフレームとの溶接の管理が難しく歩留りが悪
いため、完全な自動化による量産化が困難である。

【０００６】（２）リードフレームがシングルインサー
トタイプであるため、複数個連結した状態のままでのリ
ードフレームは組立工程までしか一連に処理ができず、
次の通電エージング処理では、リードフレームを個々の
素子単位に分割してヒータ部に通電する必要があるた
め、大量の素子を通電エージングする際にリードフレー
ム端子と電源端子間の電気的接続が確実に行われている
か否か管理することが困難であった。

【０００７】（３）リードフレームの端子間のピッチが
一般の電子部品でしようされている規格以外の寸法であ
るため、一般部品と同一工程で市販の自動実装機を用い
て実装することが困難であった。

【０００８】（４）樹脂ベースに保護カバーである金属
メッシュが固定されるまで、酸化物半導体で形成された
感湿素子やコイルヒータ等の部品の心臓部が剥き出し
で、組立時に、素子を損傷したり、金属線の断線等が発
生しやすいという構造上の欠点があった。又、保護カバ
ーがドームタイプの金属メッシュであるため、外力によ
って変形が発生しやすく、その場合、内部のコイルヒー
タを破損していまう構造上の欠点があった。

【０００９】本発明は上記従来の問題点を解決するもの
で、ヒータ部を絶縁基板上に形成し、汎用装置を用いた
実装及び組立の自動化が可能で、信頼性及び量産性に優
れた湿度及びガス検出素子、及び、複数の通電エージン
グが同時にかつ容易に行うことができ、作業時間の短縮
及び信頼性を向上させ、歩留りの高い量産性に優れた湿
度及びガス検出素子の製造方法を提供することを目的と
する。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に本発明の請求項１に記載の湿度及びガス検出素子は、
絶縁基板と、絶縁基板の表面に湿度を検出する湿度検出
部とガスを検知するガス検出部と各検出部を加熱するヒ
ータ部とを有する素子部と、絶縁基板を固定し及び外部
との電気的接続を行うリードフレームと、絶縁基板をリ
ードフレームに接合する絶縁基板の裏面に形成された接
合部と、を備えている構成を有している。

【００１１】本発明の請求項２に記載の湿度及びガス検
出素子は、請求項１において、接合部が、複数の島状の
金属膜又はガラス膜からなる構成を有している。

【００１２】本発明の請求項３に記載の湿度及びガス検
出素子は、請求項１又は２において、リードフレーム
が、デュアルインサートタイプからなり、素子部の各電
極部と各リードフレームとをワイヤボンド又は溶接によ
り電気的接続する配線部と、を備えている構成を有して
いる。

【００１３】本発明の請求項４に記載の湿度及びガス検
出素子は、請求項３において、リードフレームを両側か
ら挟んで固定する角管状の樹脂又はセラミックからなる
固定部を備えている構成を有している。

【００１４】本発明の請求項５に記載の湿度及びガス検
出素子は、請求項４において、固定部の上部又は下部の
いずれか１に通気孔を有する樹脂又はセラミック又は金
属からなる通気用蓋部を備えている構成を有している。

【００１５】本発明の請求項６に記載の湿度及びガス検
出素子は、請求項５において、通気用蓋部の他方の固定
部に樹脂又はセラミック又は金属からなる遮断蓋部を備
えている構成を有している。

【００１６】本発明の請求項７に記載の湿度及びガス検
出素子の製造方法は、請求項１乃至６の内いずれか１に
記載の湿度及びガス検出素子において、各リードフレー
ムの周辺端部を接続し、複数のリードフレームを一列に
接続しているコムを用いて、絶縁基板を各リードフレー
ムに接合する基板接合工程と、各リードフレームと各素
子との電気的接続を行う配線工程と、コムと接続するリ
ードフレーム部を介して複数の絶縁基板のヒータ部に同
時に通電を行い加熱する通電エージング工程と、を備え
ている構成を有している。

【００１７】ここで、絶縁基板としては、厚さが０．３
ｍｍ，サイズが２×３ｍｍで、純度が９５％のアルミナ
基板や、１０００℃に耐え得る絶縁性基板であればよ
く、他の絶縁性の耐熱セラミック基板や耐熱性ガラス基
板等が用いられる。

【００１８】リードフレームの材質としては、４２アロ
イ合金（鉄ニッケル合金）で、厚さ０．２５ｍｍで形成
されたものを用いことができる。又、リードフレーム表
面の全体に２〜３μｍ厚さのニッケルメッキが行われ、
更に、角管状の固定部の内部にくるリードフレームに
は、金メッキが２〜３μｍ厚さの金メッキが行われる。
リードフレーム母材に４２アロイ合金を使用したのは、
現在ＩＣ等のレードフレームとして一般に大量に使用さ
れているため安価であり、０．２５ｍｍの厚さでも十分
な剛性を持っており、しかも、金型打ち抜き加工がし易
いためであるが、リードフレームとして十分な剛性があ
れば、ステンレス等の金属及び合金を使用してもよい。
又、表面にニッケルメッキを行ったのは、鉄が錆びるの
を防ぐためと、金メッキの密着性を良くするためであ
る。ニッケルメッキの厚さとしては、１〜５μｍ、好ま
しくは２〜３μｍの範囲であれば良い。１μｍ未満の場
合は、金メッキの密着性が不十分であり、金属線材との
接続強度が不十分となり、断線する可能性が高くなり、
５μｍを越えると、特性的に問題はないがメッキに要す
る費用が高くなり、好ましくない。金メッキを角管状の
固定部の内部にくるリードフレームのみに施した理由と
しては、湿度及びガス検出素子のリードフレーム全体に
金メッキを施した場合に発生し易くなる断線を防止する
ためである。すなわち、金メッキした部分に半田を付け
１５０℃以上の高温雰囲気中で１２時間程度連続使用す
ると、半田の鉛部分が金と合金化して金メッキ部分を浸
透していき、更に長時間又は高温で連続しようすると金
メッキ部分が消失し、金属線材自体が金線の場合には、
金属線自体が半田の鉛成分との合金化によって断線す
る。これは、鉛と金の合金が機械的に非常に脆いことに
よる。金メッキの厚さは、０．２５〜４μｍに、好まし
くは２〜３μｍである。０．２５μｍ未満では、金属線
材との密着強度が不十分となる場合が発生し、剥離する
ことがあり。４μｍを越えるとメッキに要する費用が高
くなるだけでなく、金線によるワイヤボンドで電気的接
合を行う場合に、金メッキによってリードフレーム表面
の硬さが不十分となり接続強度が不足する場合が発生
し、剥離することがある。

【００１９】又、通気用蓋部には、複数の小さい孔部や
設けている。これにより、素子外部の雰囲気ガス及び湿
度を取り込むと同時に素子部を保護するためである。
又、通気孔蓋部に通気孔を設けたが、素子内部の温度変
化が小さい範囲に保たれるならば、遮断用蓋部にも通気
孔を空けてもよい。又、通気孔としてメッシュ状の金属
を設けてもよい。

【００２０】角管状の固定部、通気用蓋部及び遮断用蓋
部の樹脂材料としては、耐熱性液晶ポリマーが用いられ
る。これにより、樹脂が２５０℃の高温に対して耐久性
があり、さらに樹脂とリードフレームを射出成型によっ
て一体化する際に、樹脂からガスが発生しにくく、リー
ドフレームが汚染されないため、成型後の洗浄工程を省
略することができる。成型後洗浄を行うならば、樹脂材
料として耐熱性のＰＰＳ樹脂を用いることもできる。

【００２１】

【作用】この構成によって、以下の作用を奏することが
できる。すなわち、（１）絶縁基板の表面に湿度を検出する湿度検出部とガ
スを検知するガス検出部と各検出部を動作させ際に加熱
するヒータ部とを有する素子部が形成された絶縁基板に
おいて、素子部と反対の裏面に接合部を形成し、素子部
をリードフレームに接合したので、組立時の部品の並び
替え、位置決めが容易で、一般のパラレル溶接装置とワ
イヤーボンダーを利用することができ、実装、組立の完
全自動化ができ、大幅な組立工数が削減及び量産性を向
上させることができ、素子の低原価ができる。又、絶縁
基板上にヒータ部を積層したので、他の素子部と同時に
実装ができ、特に、リードフレームとの接合が極めて容
易になり、作業工数を削減できるとともに、歩留りを向
上させることができる。特に、リードフレームのピッチ
を汎用のピッチ（２．５４ｍｍ）やハーフピッチ（１．
２７ｍｍ）にすることにより、実装も極めて容易にな
り、検出素子を利用した部品や装置の量産性も向上させ
ることができる。組立時の部品の並び替え、位置決め、
通電配線を１単位量当たり１度で済むため、大幅な組立
工数が削減できた。

【００２２】（２）絶縁基板の接合部が、複数の島状の
金属膜及び／又はガラス膜から形成されることにより、
接合面が表面張力により中心部が盛り上がり、接合面積
が向上し、各接合部に均一に接合されるため、密着強度
を向上できる。

【００２３】（３）リードフレームが、デュアルインサ
ートタイプからなり、素子部の各電極端子部とリードフ
レームをワイヤボンド又は溶接により容易に電気的接続
でき、コムに電圧をかけて同時に複数の通電エージング
を行う際に、電気的接続の確認、通電エージング等がコ
ムに接続された１組単位に１度で済むため、接触不良に
よる通電エージング不足に起因する不良を防止し、歩留
りを向上できる。

【００２４】（４）リードフレームを両側から挟んで固
定する角管状の樹脂又はセラミックからなる固定部を備
えることにより、固定部内部のリードフレームや素子
部、溶接部やワイヤボンド等の配線部が、人の手で触れ
られることを防止し、素子の汚染防止や変形防止、組立
時及び組立後のワイヤボンド部の接着性悪化や破損を防
止でき、歩留りや信頼性を向上できる。

【００２５】（５）固定部の上部又は下部のいずれかに
通気孔を有する樹脂又はセラミック又は金属の通気用蓋
部により、素子外部の雰囲気ガス及び湿度を取り込むと
ともに素子部の保護を兼ね、信頼性を確保できる。

【００２６】（６）通気用蓋部の他方の固定部に樹脂又
は金属からなる遮断蓋部により、素子部の保護のためだ
けでなく、素子部の周りの空気の流れを定常化し、又、
ヒータ部からの輻射熱を効率よく反射されることによっ
て保温効果を高めることができ、検出部の安定性を確保
し、検出精度を向上できる。

【００２７】（７）各リードフレームの周辺端部を接続
し、複数のリードフレームを一列に連結するコムを用い
て、絶縁基板を各リードフレームに接合する絶縁基板接
合工程と、各リードフレームと各素子との電気的接続を
行う配線工程と、コムと接続するリードフレーム部を介
して複数の絶縁基板のヒータ部に同時に通電を行い加熱
する通電エージング工程と、を備えたので、コムに電圧
をかけて同時に複数の通電エージングを行うことがで
き、作業効率が向上でき、電気的接続の確認も１度で済
み、接触不良による通電エージング不足に起因する不良
を防止できる。

【００２８】

【実施例】以下本発明の一実施例について、図面を参照
しながら説明する。

【００２９】図１（ａ）は本発明の一実施例における湿
度及びガス検出素子の斜視図であり、図１（ｂ）は同分
解斜視図であり、図２は本発明の一実施例における湿度
及びガス検出素子の内部の複合センサチップがリードフ
レームに実装された状態を示す正面図である。図１及び
図２において、１は本発明の一実施例における湿度及び
ガス検出素子であり、オーブン付き電子レンジの自動調
整機能用の複合センサとして利用されている。複合セン
サである湿度及びガス検出素子１は、絶対湿度の変化を
検出する湿度検出部とアルコールガスの発生及び濃度変
化を検出するガス検出部の２種類の機能を一個のチップ
に形成し、更に湿度検出部及びガス検出部を加熱するヒ
ータ部も同一チップに形成した後述の複合センサチップ
６を内部に備えている。２は一般の電子部品の端子間ピ
ッチの規格に従ったリードフレームであり、端子間が
２．５４ｍｍピッチに加工されたデュアルインサートタ
イプである。３は角管状の樹脂からなる固定部、４は角
管状の固定部３の下部に取り付けられた樹脂からなる遮
断用蓋部、５は固定部３の上部に取り付けられた通気孔
を有する角管状の樹脂からなる通気用蓋部であり、各樹
脂として耐熱性液晶ポリマーを用いた。６は湿度及びガ
ス検出素子の内部の複合センサチップ、７はリードフレ
ーム２に複合センサチップ６を電気的接続する金からな
るワイヤボンドである。

【００３０】ここで、本実施例では、角管状の固定部
３、遮断用蓋部４及び通気性蓋部５により外形を四角形
にすることによって方向性をつけ、実装組立時の取扱性
を容易にしている。角管状の固定部３、遮断用蓋部４及
び通気性蓋部５の内側中空の形状は円形や六角形、その
他の多角形の形状でも良い。又、リードフレーム２の電
気的接続の極性（素子部、ヒータ部等）が明確になるよ
うに固定部３等の一側壁に凹部を設けた。

【００３１】次に、本発明の一実施例における湿度及び
ガス検出素子に用いられる複合センサチップについて、
図３を用いて説明する。図３は本発明の一実施例におけ
る湿度及びガス検出素子に用いられる複合センサチップ
の正面図である。８はＡｌ₂Ｏ₃を組成とするセラミック
からなる絶縁基板、９，１０，１１，１２，１３は絶縁
基板８の上に印刷された金からなる電極部である。１４
は湿度及びアルコールガスの濃度変化に比例して抵抗値
が変化する感ガス体である酸化物半導体、１５は酸化物
半導体１４を固定する保護用ガラス、１６は湿度及びア
ルコールガスの濃度に比例して抵抗値が変化する酸化物
半導体１４のアルコールガス感度を取り除き湿度感度の
みを持たせるためのフィルターを形成するコートガラ
ス、１７は電極部１２，１３に接続された後述のヒータ
部２０を外部雰囲気から遮断するための保護ガラスであ
る。この結果、１８はアルコールガスの発生及び濃度変
化を検出するガス検出部、１９は絶対湿度の変化を検出
する湿度検出部、２０は湿度検出部１９及びガス検出部
１８を加熱するヒータ部が形成される。すなわち、電極
部９，１０によりガス検出部１８に電圧を印加し抵抗値
変化でアルコールガスを検出する。又、電極部１０，１
１により湿度検出部１９に電圧を印加し抵抗値変化で絶
対湿度を検出する。又、電極部１２，１３はヒータ部２
０の電極である。

【００３２】以上のように構成された本発明の第１実施
例の湿度及びガス検出素子１に用いられる複合センサチ
ップ６の製造方法について、図４を参照しながら説明す
る。図４（ａ）は本発明の一実施例における複合センサ
チップの製造方法における電極部形成工程を示す絶縁基
板の正面図であり、図４（ｂ）は同複合センサチップの
製造方法における素子部形成工程を示す絶縁基板の正面
図であり、図４（ｃ）は同複合センサチップの製造方法
におけるガラス形成工程を示す絶縁基板の正面図であ
る。まず、図４（ａ）に示すように、絶縁基板８上にガ
ス検出部１８及び湿度検出部１９を形成するために金ペ
−ストを印刷し、８５０℃で３０分間焼成して電極部
９，１０，１１，１２，１３を形成した。次に、図４
（ｂ）に示すように、ヒータ部２０を形成するために酸
化ルテニウムのガラスフリット入りペーストを印刷し、
及び湿度及びアルコールガスの濃度変化に比例して抵抗
値が変化する酸化物半導体１４を形成するために酸化錫
のオルガノシリカゾル入りペーストを印刷し、同時に８
３０℃で１時間焼成した。更に、ヒータ部２０の抵抗値
が１８±０．１Ωになるようにレーザートリミング加工
によって調整を行った。更に、図４（ｃ）に示すよう
に、保護用ガラス１５、コートガラス１６，保護用ガラ
ス１７は全て同一のガラスであり、ガラス転移温度６０
０℃、軟化点７００℃、線膨張係数６０×１０^-7／Ｋの
特性を有するガラスペーストを用いて印刷した後、８０
０℃，１時間焼成して形成される。

【００３３】ここで、絶縁基板８としては、厚さが０．
３ｍｍ，サイズは２×３ｍｍで、純度が９５％のアルミ
ナ基板を用いた。ガス検出部１８用の電極部９と電極部
１０及び湿度検出部１９用の電極部１０と電極部１１の
電極間ギャップは０．０５〜０．５ｍｍに形成したが、
好ましくは、０．１〜０．２ｍｍで形成するのがよい。
０．０５ｍｍ未満では印刷工程でギャップ形成すること
が困難であり、０．５ｍｍを越す場合は、ガス検出部１
８及び湿度検出部１９の抵抗値が測定可能な範囲を越え
て好ましくない。又、保護用ガラス１５、コートガラス
１６，保護用ガラス１７に用いられるガラスは、ガラス
転移温度６００℃、軟化点７００℃、線膨張係数６０×
１０^-7／Ｋのものを使用した。又、酸化錫のオルガノシ
リカゾル入りペーストの組成を（表１）に示す。

【００３４】

【表１】

【００３５】ここで、シリカゾル、アルミナゾルは酸化
錫の焼結剤の効果を示す。2-(2-ETHOXYETHOXY)ETHY ACE
TATEとエチルセルロースをビヒクルとして使用した。な
お、オルガノシリカゾルは、ペースト印刷後に素子へ直
接浸透させてもよく、触媒として酸化パラジウムを塩化
物の状態で原料に添加あるいは印刷焼成後、含浸させて
も良い。

【００３６】以上のように製造された本実施例の湿度及
びガス検出素子１の製造方法について、以下に説明す
る。図５は本発明の一実施例における湿度及びガス検出
素子の製造方法におけるコムにより連結されたリードフ
レームを示す正面図である。図５において、２１は複数
にリードフレーム２を連結するコムであり、一括してコ
ム２１毎により湿度及びガス検出素子１の連続処理がな
される。製造工程としては、まず、複合センサチップ６
を切断する切断工程、樹脂である固定部３が取り付けら
れたリードフレーム２に複合センサチップ６を溶接する
基板接合工程と、複合センサチップ６とリードフレーム
２を金線からなるワイヤボンド７を用いて電気的に接続
する配線工程と、一連のヒータ部２０のみの通電エージ
ング処理が行えるようにコム２１とリードフレーム２の
一部を切断する端子一部切断工程と、両端部のコム２１
（後述の図５参照）に電源を接続してヒータ部２０の加
熱を行う通電エージング工程と、コム２１を取り除くた
めの端子切断工程と、リードフレーム２の各端子をプリ
ント基板等に挿入するために折り曲げる端子フォーミン
グ工程と、製品検査を行う特性チェック工程と、最後に
固定部３に遮断用蓋部４及び通気用蓋部５のカバーを取
り付けるカバー取付工程とからなる。

【００３７】次に、本実施例の製造工程における基板接
合工程について、以下に詳細に説明する。図６（ａ）は
本発明の一実施例の湿度及びガス検出素子における複合
センサチップ裏面の接合部の一例を示す背面図であり、
図６（ｂ）は同断面図である。図６において、８は素子
部が形成させた絶縁基板、２２は絶縁基板８の裏面の形
成された接合部であり、形状が□１．８×２．８ｍｍの
角で金ペーストを印刷し、８５０℃で３０分間焼成され
溶接用金パットとして形成した。印刷工法で接合部２２
を形成しているので、図６（ｂ）に示すように中心部が
縁より窪んだ凹部の形状を有する。これにより、溶接の
際に、この凹部によって溶接面積が小さくなり溶接強度
がばらついたり、溶接強度が全体的に小さい等の問題が
発生するので、本実施例においては、更に、島状からな
る集合体にした形状の接合部も形成して検討を行った。
図７（ａ）は本発明の一実施例の湿度及びガス検出素子
における複合センサチップ裏面に島状に形成された接合
部を示す背面図であり、図７（ｂ）は同断面図である。
２３は絶縁基板８の裏面の形成された接合部であり、φ
０．４ｍｍの円形状の島状として複数形成した。この結
果、φ０．４ｍｍの円形状のものは、金ペーストの表面
張力によってレンズ状に印刷体が膨らんだ形状を形成す
ることによって印刷体の高さを揃える効果が見られた。
φ０．４ｍｍの円形状の島状からなる複数の接合部２３
は、□１．８×２．８ｍｍの角と比較して、絶縁基板８
をリードフレーム２に溶接することにより、確実に溶接
が行われ溶接強度のばらつきが少なく歩留りが向上し
た。

【００３８】更に、接合部の構造として、図８で示す接
合部の検討も行った。図８（ａ）は本発明の一実施例の
湿度及びガス検出素子における複合センサチップ裏面に
ガラス及び金により形成された接合部を示す背面図であ
り、図８（ｂ）は同断面図、図８（ｃ）は平坦化された
接合部の断面図である。２４は絶縁基板８の裏面上部に
形成されたガラス接合部であり、２５はガラスからなる
ガラス接合部２４に印刷された金ペーストからなる金接
合部である。まず、図８（ａ）に示すように、アルミナ
からなる絶縁基板８の裏面に前述の複合センサチップの
製造方法におけるガラス形成工程で用いたガラスを印刷
し、図８（ｂ）に示すように、その上に金を印刷して、
８３０℃で１５分間焼成した。次に、図８（ｃ）に示す
ように、金をラップし平面状態を形成した。このよう
に、機械的に面を平坦にすることによって、リードフレ
ーム２との接触面積が大幅に増加し溶接を行った結果、
溶接強度の大幅なアップが得られた。又、アルミナであ
る絶縁基板８と金接合部２５との間にガラス接合部２４
を形成することによって、金接合部２５と絶縁基板８と
の密着強度も増加した。

【００３９】次に、本実施例の接合工程について説明す
る。図９は本発明の一実施例における湿度及びガス検出
素子における複合センサチップとリードフレーム接合工
程を示す分解断面模式図である。複合センサチップ６を
形成した絶縁基板８の裏面をリードフレーム２に接触さ
せてリードフレーム２側からパラレル電極２９ａ，２９
ｂを接触させてリードフレーム２に交流電源３０により
電流を流して加熱しリードフレーム２の金メッキ２８と
接合部２６を溶接する。溶接の際、複合センサチップ６
の裏面にある接合部２６を上向きにし、その上にリード
フレーム２を置き、リードフレーム２の上からパラレル
電極２９ａ，２９ｂを２本接触させて交流電源３０によ
り高電流を流し溶接を行った。本実施例では、パラレル
電極２９ａ，２９ｂを２本使用したが、３本又は４本等
同時に使用して、接着強度等を最適に設定しかつ作業時
間等を削減できる。ここで、リードフレーム２の材質と
しては、４２アロイ合金（鉄ニッケル合金）を用い、厚
さ０．２５ｍｍで形成されたものが使用されている。更
に表面は全体を２〜３μｍ厚さのニッケルメッキ２７を
行い、さらに角管状の固定部３にくるリードフレーム２
には、金メッキ２８を２〜３μｍ行った。

【００４０】次に、配線工程として、複合センサチップ
６が上側になるようにリードフレーム２を設定し、ボン
ディング位置を予め設定して自動的にボンディングする
ことができるワイヤーボンダを使用して配線を行った。

【００４１】次に、通電エージング処理工程は、図１０
に示すように両端のコム部に電圧５Ｖを直接印加し、コ
ム切断部３１を形成する事によって行った。コム２１と
電源との電気的接続は、ニールド状の先端を持つバネ付
き接触端子をコム２１に押し付けることによって行っ
た。これは、短時間で接続作業を行い、確実に電気的接
続を行うために行った。本実施例では押し付けることに
よって、電気的接続を行ったが、電気的接続を確実に行
うためには半田で接続しても、螺子止めしても良いが、
面状に接触するタイプの接触端子は磨耗やゴミ付着等に
よる接触不良が発生しやすく、本実施例のように電気的
接続を繰り返し行う場合は好ましくない。

【００４２】端子切断及び端子フォーミングは、リード
フレーム２とコム２１とを一括して切断し、連続してリ
ードフレーム２を折り曲げる治具を使用して行った。図
１１は本発明の一実施例における湿度及びガス検出素子
が複数個レール状治具に一列に並べられた状態を示す斜
視図である。端子切断後にフォーミングされた湿度及び
ガス検出素子１は図１で示すようにリードフレーム２と
直角な方向に空間があり、レール状治具３２に並べるこ
とにより複数個を１本のレール単位に取り扱うことがで
きる。本実施例では、１本のレール状治具３２に２０個
の湿度及びガス検出素子１を並べて一回の作業単位とし
て特性検査及び組立作業を行った。本実施例の湿度及び
ガス検出素子１の配置方法や搭載方法によってはフォー
ミングを行わなくてもよい。

【００４３】次に、特性チェック工程について説明す
る。特性測定は、ニールド状の先端をもつバネ付き接触
端子をリードフレーム２に押しつけることによって電気
的接続を行った。これは、短時間で接続作業が行え、確
実に電気的接続が行える。特性測定の際、素子の配置方
向は複合センサチップ６が見える方向を上にした。本実
施例では、接触端子を使用したが、リードフレーム２の
形状が一般の電子部品の規格である２．５４ｍｍピッチ
に加工されたデュアルインサートタイプを用いているた
め、ＩＣ用コネクターを使用し、ＩＣ用コネクターにリ
ードフレーム２を嵌挿して特性測定を行ってもよい。

【００４４】以上のように製造された本実施例の湿度及
びガス検出素子１と従来例の特性測定の比較実験を行っ
た。ガス検出部におけるアルコール感度は、１０００ｐ
ｐｍの雰囲気の抵抗値と０ｐｐｍの雰囲気の抵抗値との
比として定義した。湿度検出部における湿度感度は、２
０℃，９０％ＲＨの雰囲気の抵抗値と２０℃，６５％Ｒ
Ｈの雰囲気の抵抗値との比として定義した。このように
して得られた本実施例と従来例の湿度及びガス検出素子
を５個サンプル抽出して特性を行い、その測定結果を
（表２）及び（表３）に示す。

【００４５】

【表２】

【００４６】

【表３】

【００４７】この（表２）及び（表３）の結果から明ら
かなように、本実施例の湿度及ガス検出素子１は従来例
のものと比較して特性的に差が生じていない。従って、
本実施例は、従来例と比較して、構造的に組立易く、工
程の自動化が実現でき、量産性を向上させることができ
た。

【００４８】次に、本実施例の検出素子の設置方法につ
いて、以下に図面を参照しながら説明する。図１２はプ
リント基板３３の上にＩＣ用コネクター３４を取り付け
てそこに本実施例の湿度及びガス検出素子１を挿入する
方法を示す。図１３はプリント基板３３に貫通孔である
スルーホール３５を設け、そこに本実施例の湿度及びガ
ス検出素子１を搭載し、プリント基板３４の裏面に半田
付けにより固定する方法を示す。図１４はガラスエポキ
シ製のプリント基板３３にスルーホール３５を設け、そ
こに本実施例における遮断用蓋部４のない構造を有する
湿度及びガス検出素子１Ａを設置し、プリント基板３３
の裏面に半田付けにより固定する方法を示す。この場
合、プリント基板３３が遮断用蓋部４を代用する。図１
５はプリント基板３３に湿度及びガス検出素子１Ｂの遮
断用蓋部４が入るサイズの孔部３６を空け、そこへフォ
ーミングなしのリードフレーム２の構造を有する本実施
例の湿度及びガス検出素子１Ｂを設置する方法を示す。
図１６はリードフレーム２の端子部を固定部３及び遮断
用蓋部４の外壁に沿って折り曲げた構造の本実施例の湿
度及びガス検出素子１Ｃをプリント基板３３に面実装す
る方法を示す。その他の例として、遮断用蓋部４等に素
子固定用のウイングを付けてもよく、又、オーブン付き
電子レンジに使用する場合には、設置箇所の鋼板に小孔
を多数あけて、本実施例の湿度及びガス検出素子１の通
気用蓋部５を兼用させて通気用蓋部５ないで、使用して
も良い。

【００４９】このように、コムにより複数個連結された
樹脂ベース付きリードフレームを１単位量として組立工
程に流すことによって以下の利点を有する。

【００５０】（１）溶接工程において、複合センサチッ
プ溶接の位置決めが単位量毎に行えばよく、作業時間が
短縮される。

【００５１】（２）ワイヤーボンディング工程におい
て、ワイヤーボンディングの位置決めが単位量毎で済
み、個々のリードフレームの位置が等間隔であるため、
１単位量を連続してボンディングでき、同様に作業時間
が短縮される。

【００５２】（３）通電エージング処理を図１６の符号
Ａに示すように、端子切断を行いコムに直接電圧をかけ
て、複合センサチップのヒータ部に電流を流し、一括処
理ができ、作業時間の短縮ができる。

【００５３】以上のように本実施例によれば、自由度の
高い設置方法が可能であり、汎用性を有するので、量産
性を向上させ、低原価を実現できる。特に、面実装への
対応も可能であり、実装が極めて容易である。又、製造
方法において、組立時の部品の並び替え、位置決め、通
電配線を１単位量当たり１度で済むため、大幅な組立工
数が削減できた。又、コムに電圧をかけて同時に複数の
通電エージングを行う際に、電気的接続の確認が１度で
済み、接触不良による通電エージング不足に起因する不
良が減り、歩留りが著しく向上することができた。

【００５４】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、以下の優
れた効果を奏する湿度及びガス検出素子とその製造方法
を実現することができる。すなわち、（１）湿度検出部とガス検出部とヒータ部とを有する素
子部が形成された絶縁基板において、素子部と反対の絶
縁基板の裏面に接合部を形成し、素子部をリードフレー
ムに接合したので、組立時の部品の並び替え、位置決め
が容易で、一般のパラレル溶接装置とワイヤーボンダー
を利用することができ、実装、組立の完全自動化がで
き、大幅な組立工数の削減、素子の低原価が実現でき、
信頼性及び量産性に優れる。又、絶縁基板上にヒータ部
を積層したので、他の素子部と同時に実装ができ、特
に、リードフレームとの接合が極めて容易になり、作業
工数を削減でき、歩留りを著しく向上させ、信頼性及び
量産性に優れる。

【００５５】（２）絶縁基板の接合部が、複数の島状の
金属膜及び／又はガラス膜から形成されることにより、
接合面が表面張力により中心部が盛り上がり、接合面積
が向上し、各接合部に均一に接合されるため、密着強度
を向上させ信頼性に優れる。

【００５６】（３）リードフレームが、デュアルインサ
ートタイプからなり、素子部の各電極端子部とリードフ
レームとワイヤボンド又は溶接により電気的接続された
配線部と、を備えることによりコムに電圧をかけて同時
に複数の通電エージングを行う際に、電気的接続の確
認、通電エージング等がコムに接続された１組単位に１
度で済むため、接触不良による通電エージング不足に起
因する不良が減り、歩留りが向上し、信頼性及び量産性
に優れる。

【００５７】（４）リードフレームを両側から挟んで固
定する角管状の樹脂又はセラミックからなる固定部を備
えることにより、固定部内部のリードフレームや素子
部、溶接部やワイヤボンド等の配線部が、人の手で触れ
られることを防止し、素子の汚染防止や変形防止、組立
時及び組立後のワイヤボンド部の接着性悪化や破損を防
止でき、歩留りや信頼性の高く量産性に優れる。

【００５８】（５）固定部の上部又は下部のいずれかに
通気孔を有する樹脂又はセラミック又は金属の通気用蓋
部により、素子外部の雰囲気ガス及び湿度を取り込むと
ともに素子部の保護を兼ね、信頼性を確保できる。

【００５９】（６）通気用蓋部の他方の固定部に樹脂又
はセラミック又は金属からなる遮断蓋部により、素子部
の保護のためだけでなく、素子部の周りの空気の流れを
定常化し、又、ヒータ部からの輻射熱を効率よく反射さ
れることによって保温効果を高めることができ、湿度及
びガス検出部の安定性が確保でき、検出精度が高く、素
子の信頼性に優れる。

【００６０】（７）各リードフレームの周辺端部を接続
し、複数のリードフレームを一列に接続しているコムを
用いて、絶縁基板を各リードフレームに接合する絶縁基
板接合工程と、各リードフレームと素子部との電気的接
続を行う配線工程と、コムと接続するリードフレーム部
を介して複数の絶縁基板のヒータ部に同時に通電を行い
加熱する通電エージング工程と、を備えたので、同時に
複数の通電エージングが行え、検査の信頼性が向上し、
作業時間が著しく削減でき、量産性に優れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】（ａ）本発明の一実施例における湿度及びガス
検出素子の斜視図（ｂ）本発明の一実施例における湿度及びガス検出素子
の分解斜視図

【図２】本発明の一実施例における湿度及びガス検出素
子の内部の複合センサチップがリードフレームに実装さ
れた状態を示す正面図

【図３】本発明の一実施例における湿度及びガス検出素
子に用いられる複合センサチップの正面図

【図４】（ａ）本発明の一実施例における複合センサチ
ップの製造方法における電極部形成工程を示す絶縁基板
の正面図（ｂ）本発明の一実施例における複合センサチップの製
造方法における素子部形成工程を示す絶縁基板の正面図（ｃ）本発明の一実施例における複合センサチップの製
造方法におけるガラス形成工程を示す絶縁基板の正面図

【図５】本発明の一実施例における湿度及びガス検出素
子の製造方法におけるコムにより連結されたリードフレ
ームを示す正面図

【図６】（ａ）本発明の一実施例の湿度及びガス検出素
子における複合センサチップ裏面の接合部の一例を示す
背面図（ｂ）本発明の一実施例の湿度及びガス検出素子におけ
る複合センサチップ裏面の接合部の一例を示す断面図

【図７】（ａ）本発明の一実施例の湿度及びガス検出素
子における複合センサチップ裏面に島状に形成された接
合部を示す背面図（ｂ）本発明の一実施例の湿度及びガス検出素子におけ
る複合センサチップ裏面に島状に形成された接合部を示
す断面図

【図８】（ａ）本発明の一実施例の湿度及びガス検出素
子における複合センサチップ裏面にガラス及び金により
形成された接合部を示す背面図（ｂ）本発明の一実施例の湿度及びガス検出素子におけ
る複合センサチップ裏面にガラス及び金により形成され
た接合部を示す断面図（ｃ）本発明の一実施例の湿度及びガス検出素子におけ
る複合センサチップ裏面にガラス及び金により平坦化さ
れた接合部の断面図

【図９】本発明の一実施例における湿度及びガス検出素
子における複合センサチップとレードフレーム接合工程
を示す分解断面模式図

【図１０】本発明の一実施例におけるコムにより複数個
一列に接続された湿度及びガス検出素子の通電エージン
グ工程を示す正面模式図

【図１１】本発明の一実施例における湿度及びガス検出
素子が複数個レール状治具に一列に並べられた状態を示
す斜視図

【図１２】本発明の一実施例における湿度及びガス検出
素子をプリント基板に取り付けたＩＣ用コネクターに挿
入する方法を示す斜視図

【図１３】本発明の一実施例における湿度及びガス検出
素子をプリント基板に設けた端子用の貫通孔に固定する
方法を示す斜視図

【図１４】本発明の一実施例における遮断用蓋部のない
湿度及びガス検出素子をガラスエポキシ製のプリント基
板に設けた端子用の貫通孔に固定する方法を示す斜視図

【図１５】本発明の一実施例におけるリードフレームの
フォーミングなしの湿度及びガス検出素子をプリント基
板に設けた固定部が入るサイズの孔に挿入し固定する方
法を示す斜視図

【図１６】本発明の一実施例におけるリードフレームを
固定部に沿って折り曲げた湿度及びガス検出素子をプリ
ント基板に面実装し固定する方法を示す斜視図

【図１７】従来の湿度及びガス検出素子の一部破断斜視
図

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ湿度及びガス検出素子２リードフレーム３固定部４遮断用蓋部５通気用蓋部６複合センサチップ７ワイヤボンド８絶縁基板９，１０，１１，１２，１３電極部１４酸化物半導体１５，１７保護用ガラス１６コートガラス１８ガス検出部１９湿度検出部２０ヒータ部２１コム２２，２３，２６接合部２４ガラス接合部２５金接合部２７ニッケルメッキ２８金メッキ２９ａ，２９ｂパラレル電極３０交流電源３１コム切断部３２レール状治具３３プリント基板３４ＩＣ用コネクタ３５スルーホール３６孔部４１湿度及びガス検出素子４２感湿素子４３耐熱性導電性接着剤４４金属線４５リードフレーム４６樹脂ベース４７コイルヒータ４８金属メッシュ４９固定リング

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者尾中良雄大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】絶縁基板と、前記絶縁基板の表面に湿度を
検出する湿度検出部とガスを検知するガス検出部と前記
各検出部を加熱するヒータ部とを有する素子部と、前記
絶縁基板を固定し及び外部との電気的接続を行うリード
フレームと、前記絶縁基板を前記リードフレームに接合
する前記絶縁基板の裏面に形成された接合部と、を備え
ていることを特徴とする湿度及びガス検出素子。
【請求項２】前記接合部が、複数の島状の金属膜及び／
又はガラス膜からなることを特徴とする請求項１に記載
の湿度及びガス検出素子。
【請求項３】前記リードフレームが、デュアルインサー
トタイプからなり、前記素子部の各電極部と前記各リー
ドフレームとをワイヤボンド又は溶接により電気的接続
する配線部と、を備えていることを特徴とする請求項１
又は２いずれか１に記載の湿度及びガス検出素子。
【請求項４】前記リードフレームを両側から挟んで固定
する角管状の樹脂又はセラミックからなる固定部を備え
ていることを特徴とする請求項３に記載の湿度及びガス
検出素子。
【請求項５】前記固定部の上部又は下部のいずれか１に
通気孔を有する樹脂又はセラミック又は金属からなる通
気用蓋部を備えていることを特徴とする請求項４に記載
の湿度及びガス検出素子。
【請求項６】前記通気用蓋部の他方の前記固定部に樹脂
又はセラミック又は金属からなる遮断蓋部を備えている
ことを特徴とする請求項５に記載の湿度及びガス検出素
子。
【請求項７】前記各リードフレームの周辺端部を接続
し、複数の前記リードフレームを一列に接続しているコ
ムを用いて、前記絶縁基板を前記各リードフレームに接
合する基板接合工程と、前記各リードフレームと前記各
素子との電気的接続を行う配線工程と、前記コムと接続
する前記リードフレーム部を介して複数の前記絶縁基板
の前記ヒータ部に同時に通電を行い加熱する通電エージ
ング工程と、を備えていることを特徴とする請求項１乃
至６の内いずれか１に記載の湿度及びガス検出素子の製
造方法。