JPH11295252A - ガスセンサ - Google Patents
ガスセンサInfo
- Publication number
- JPH11295252A JPH11295252A JP11621198A JP11621198A JPH11295252A JP H11295252 A JPH11295252 A JP H11295252A JP 11621198 A JP11621198 A JP 11621198A JP 11621198 A JP11621198 A JP 11621198A JP H11295252 A JPH11295252 A JP H11295252A
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Abstract
(57)【要約】
【構成】 基板４上にメタン検出片８とＣＯ検出片６と
を設け、メタン検出片８はヒータ膜１０上にオーバーコ
ートガラス１２を介して積層し、メタン検出片８とＣＯ
検出片６の間に電極パッド１４，１５，１６，１７を配
置して、リード１９により放熱する。 【効果】 メタン検出片とＣＯ検出片との間に大きな温
度差を設けることができ、１チップでメタンとＣＯの双
方を検出できる。
を設け、メタン検出片８はヒータ膜１０上にオーバーコ
ートガラス１２を介して積層し、メタン検出片８とＣＯ
検出片６の間に電極パッド１４，１５，１６，１７を配
置して、リード１９により放熱する。 【効果】 メタン検出片とＣＯ検出片との間に大きな温
度差を設けることができ、１チップでメタンとＣＯの双
方を検出できる。
Description
【０００１】
【発明の利用分野】この発明は金属酸化物半導体ガスセ
ンサに関し、特にメタンやＬＰＧ等の可燃性ガスとＣＯ
との同時検出に関する。
ンサに関し、特にメタンやＬＰＧ等の可燃性ガスとＣＯ
との同時検出に関する。
【０００２】
【従来技術】１つのガスセンサでメタンとＣＯとを同時
に検出することが要求されている。ガスセンサに金属酸
化物半導体を用いる場合、メタン検出に適した温度は４
００〜５００℃程度で、ＣＯの検出に適した温度は１０
０℃以下である。そしてＣＯの検出では周知のように、
金属酸化物半導体の温度を周期的に変化させ、低温側で
の出力からＣＯを検出することが好ましい。またメタン
の検出では、一般に２０秒以内等の短い時間で検出を行
うことが要求される。これらのことを纏めると、１チッ
プのガスセンサでメタンとＣＯとを同時に検出する場
合、センサの温度周期を２０秒以下とし、可燃性ガス検
出片とＣＯ検出片の２つの金属酸化物半導体膜を設け、
高温域での可燃性ガス検出片の出力からメタンを検出
し、低温域でのＣＯ検出片の出力からＣＯを検出するこ
とになる。
に検出することが要求されている。ガスセンサに金属酸
化物半導体を用いる場合、メタン検出に適した温度は４
００〜５００℃程度で、ＣＯの検出に適した温度は１０
０℃以下である。そしてＣＯの検出では周知のように、
金属酸化物半導体の温度を周期的に変化させ、低温側で
の出力からＣＯを検出することが好ましい。またメタン
の検出では、一般に２０秒以内等の短い時間で検出を行
うことが要求される。これらのことを纏めると、１チッ
プのガスセンサでメタンとＣＯとを同時に検出する場
合、センサの温度周期を２０秒以下とし、可燃性ガス検
出片とＣＯ検出片の２つの金属酸化物半導体膜を設け、
高温域での可燃性ガス検出片の出力からメタンを検出
し、低温域でのＣＯ検出片の出力からＣＯを検出するこ
とになる。
【０００３】ここで必要なのは、可燃性ガス検出片とＣ
Ｏ検出片との間に大きな温度差を設けることで、この温
度差が小さいと低温域でのＣＯ検出片の冷却が遅れて、
検出のサイクルタイムを２０秒以下にできなくなる。
Ｏ検出片との間に大きな温度差を設けることで、この温
度差が小さいと低温域でのＣＯ検出片の冷却が遅れて、
検出のサイクルタイムを２０秒以下にできなくなる。
【０００４】この点に関して発明者は、ＣＯ検出片側の
リードには高熱伝導度のＰｔ線等を用い、可燃性ガス検
出片側のリードには低熱伝導度のＰｔ−Ｗ線等を用いる
ことを提案した（特開平８−２２００４１号）。しかし
ながらその後の検討により、このようなガスセンサでも
なおかつ、可燃性ガス検出片とＣＯ検出片との間の温度
差が小さいことが判明した。
リードには高熱伝導度のＰｔ線等を用い、可燃性ガス検
出片側のリードには低熱伝導度のＰｔ−Ｗ線等を用いる
ことを提案した（特開平８−２２００４１号）。しかし
ながらその後の検討により、このようなガスセンサでも
なおかつ、可燃性ガス検出片とＣＯ検出片との間の温度
差が小さいことが判明した。
【０００５】
【発明の課題】この発明の課題は、メタンやＬＰＧ等の
可燃性ガスとＣＯとを１チップのガスセンサで検出する
ことにある。
可燃性ガスとＣＯとを１チップのガスセンサで検出する
ことにある。
【０００６】
【発明の構成】この発明は、耐熱絶縁基板の１主面の一
方の側にヒータ膜を設けて、このヒータ膜上に金属酸化
物半導体膜からなる可燃性ガス検出片を積層し、かつ該
主面の他方の側に金属酸化物半導体膜からなるＣＯ検出
片を設け、さらに前記主面の中央部で前記可燃性ガス検
出片とＣＯ検出片との間に、少なくとも４個の電極パッ
ドを設けてリードに接続したことを特徴とする。可燃性
ガスはメタンやＬＰＧ等を意味し、金属酸化物半導体膜
の種類は任意で例えばＳｎＯ2膜やＩｎ2Ｏ3膜等を用い
る。耐熱絶縁基板には、アルミナやムライト，チタニア
等を用い、ヒータ膜にはＲｕＯ2膜やＰｔ膜等を用い
る。４個の電極パッドは例えば１個を電源の共通端子
に、１個をヒータ膜の他端に、１個を可燃性ガス検出片
からの信号の取り出しに、残る１個をＣＯ検出片からの
信号の取り出しに用いる。
方の側にヒータ膜を設けて、このヒータ膜上に金属酸化
物半導体膜からなる可燃性ガス検出片を積層し、かつ該
主面の他方の側に金属酸化物半導体膜からなるＣＯ検出
片を設け、さらに前記主面の中央部で前記可燃性ガス検
出片とＣＯ検出片との間に、少なくとも４個の電極パッ
ドを設けてリードに接続したことを特徴とする。可燃性
ガスはメタンやＬＰＧ等を意味し、金属酸化物半導体膜
の種類は任意で例えばＳｎＯ2膜やＩｎ2Ｏ3膜等を用い
る。耐熱絶縁基板には、アルミナやムライト，チタニア
等を用い、ヒータ膜にはＲｕＯ2膜やＰｔ膜等を用い
る。４個の電極パッドは例えば１個を電源の共通端子
に、１個をヒータ膜の他端に、１個を可燃性ガス検出片
からの信号の取り出しに、残る１個をＣＯ検出片からの
信号の取り出しに用いる。
【０００７】ヒータ膜と前記可燃性ガス検出片とは絶縁
せずに直接積層しても良いが、好ましくはこの間にオー
バーコートガラス等の厚膜や、ＳｉＯ2，Ａl2Ｏ3等の薄
膜からなる絶縁膜を設ける。
せずに直接積層しても良いが、好ましくはこの間にオー
バーコートガラス等の厚膜や、ＳｉＯ2，Ａl2Ｏ3等の薄
膜からなる絶縁膜を設ける。
【０００８】
【発明の作用と効果】請求項１の発明では、ヒータ膜上
に可燃性ガス検出片を積層するので、ヒータ膜から可燃
性ガス検出片への熱伝導は速い。一方ヒータ膜とＣＯ検
出片との間には４個の電極パッド分の間隔があり、しか
もヒータ膜からＣＯ検出片へと流れる熱は電極パッドで
集められて、リードを介して外部に排出されるので、可
燃性ガス検出片とＣＯ検出片との間に大きな温度差を設
けることができる。即ちヒータ膜と可燃性ガス検出片と
の間隔が小さいので、可燃性ガス検出片の温度を高くで
き、可燃性ガス検出片とＣＯ検出片との間の間隔を大き
くして、その間に電極パッドを集中するので放熱を速
め、可燃性ガス検出片とＣＯ検出片との間の温度差を大
きくできる。このため低温域で速やかにＣＯ検出片が冷
却され、検出のサイクルタイムを短くできる。ここでヒ
ータ膜と可燃性ガス検出片との間に絶縁膜を設けると、
可燃性ガス検出片からの信号の取り出しが容易となる。
に可燃性ガス検出片を積層するので、ヒータ膜から可燃
性ガス検出片への熱伝導は速い。一方ヒータ膜とＣＯ検
出片との間には４個の電極パッド分の間隔があり、しか
もヒータ膜からＣＯ検出片へと流れる熱は電極パッドで
集められて、リードを介して外部に排出されるので、可
燃性ガス検出片とＣＯ検出片との間に大きな温度差を設
けることができる。即ちヒータ膜と可燃性ガス検出片と
の間隔が小さいので、可燃性ガス検出片の温度を高くで
き、可燃性ガス検出片とＣＯ検出片との間の間隔を大き
くして、その間に電極パッドを集中するので放熱を速
め、可燃性ガス検出片とＣＯ検出片との間の温度差を大
きくできる。このため低温域で速やかにＣＯ検出片が冷
却され、検出のサイクルタイムを短くできる。ここでヒ
ータ膜と可燃性ガス検出片との間に絶縁膜を設けると、
可燃性ガス検出片からの信号の取り出しが容易となる。
【０００９】
【実施例】図１〜図４に実施例を示す。図２，図３に実
施例のガスセンサ２の製造工程を示すと、アルミナやム
ライト，チタニア，あるいはジルコニア等の耐熱絶縁性
基板４（ここでは５００μｍ厚）に、例えば各１０μｍ
厚の電極２０，２１とヒータ膜１０とを印刷で形成す
る。なおヒータ膜１０と基板４との間に断熱用のガラス
膜等を設けても良い。ヒータ膜１０の種類は任意である
が、ここではＲｕＯ2膜とする。次いで例えば膜厚３０
μｍのオーバーコートガラス１２を形成し、レーザート
リミング等によりヒータ膜１０の抵抗値を調整する。
施例のガスセンサ２の製造工程を示すと、アルミナやム
ライト，チタニア，あるいはジルコニア等の耐熱絶縁性
基板４（ここでは５００μｍ厚）に、例えば各１０μｍ
厚の電極２０，２１とヒータ膜１０とを印刷で形成す
る。なおヒータ膜１０と基板４との間に断熱用のガラス
膜等を設けても良い。ヒータ膜１０の種類は任意である
が、ここではＲｕＯ2膜とする。次いで例えば膜厚３０
μｍのオーバーコートガラス１２を形成し、レーザート
リミング等によりヒータ膜１０の抵抗値を調整する。
【００１０】この後オーバーコートガラス１２上に電極
２２，２３，２４，２５を形成する。なお電極２０は共
通電極であり、例えば５Ｖや７.５Ｖ等の電源に接続
し、電極２２，２５は共通電極２０に接続されている。
また電極２３は、オーバーコートガラス１２を用いて、
電極２１と短絡しない位置に形成してある。この後オー
バーコートガラス１８により電極２３を部分的に絶縁
し、４個の電極パッド１４，１５，１６，１７を設け
る。このうち電極パッド１４は共通電極２３に接続する
ためのもので、電極パッド１５は電極２４を介してＣＯ
検出片からの信号を取り出すためのもので、電極パッド
１６は電極２１を介してヒータ膜１０の他端に接続する
ためのもので、電極パッド１７は電極２３を介してメタ
ン検出片からの信号の取り出すためのものである。なお
実施例では電極パッド１４〜１７を例えば下層がＰｔ、
上層がＡｕの２層パッドとしたが、電極パッド１４〜１
７の組成は任意である。
２２，２３，２４，２５を形成する。なお電極２０は共
通電極であり、例えば５Ｖや７.５Ｖ等の電源に接続
し、電極２２，２５は共通電極２０に接続されている。
また電極２３は、オーバーコートガラス１２を用いて、
電極２１と短絡しない位置に形成してある。この後オー
バーコートガラス１８により電極２３を部分的に絶縁
し、４個の電極パッド１４，１５，１６，１７を設け
る。このうち電極パッド１４は共通電極２３に接続する
ためのもので、電極パッド１５は電極２４を介してＣＯ
検出片からの信号を取り出すためのもので、電極パッド
１６は電極２１を介してヒータ膜１０の他端に接続する
ためのもので、電極パッド１７は電極２３を介してメタ
ン検出片からの信号の取り出すためのものである。なお
実施例では電極パッド１４〜１７を例えば下層がＰｔ、
上層がＡｕの２層パッドとしたが、電極パッド１４〜１
７の組成は任意である。
【００１１】図３に示すように、例えば１０μｍ厚のＳ
ｎＯ２からなるＣＯ検出片６を電極２４，２５を覆うよ
うに印刷し、次いで例えば膜厚３０μｍのメタン検出片
８を電極２２，２３を覆うように印刷する。なおＣＯ検
出片６やメタン検出片８はいずれもＳｎＯ2膜とし、添
加物を変えてメタン検出片８とＣＯ検出片６とに使い分
けてある。印刷後に焼成を行うとガスセンサ２が得ら
れ、これに図１に示す４本のリード１９を例えばワイヤ
ボンディングするとガスセンサが完成する。リード１９
にはここでは直径７０μｍのＰｔ−Ｒｈ線を用いるが、
単味のＰｔ線やＰｔ−Ｗ線等、材質，線径は任意であ
る。
ｎＯ２からなるＣＯ検出片６を電極２４，２５を覆うよ
うに印刷し、次いで例えば膜厚３０μｍのメタン検出片
８を電極２２，２３を覆うように印刷する。なおＣＯ検
出片６やメタン検出片８はいずれもＳｎＯ2膜とし、添
加物を変えてメタン検出片８とＣＯ検出片６とに使い分
けてある。印刷後に焼成を行うとガスセンサ２が得ら
れ、これに図１に示す４本のリード１９を例えばワイヤ
ボンディングするとガスセンサが完成する。リード１９
にはここでは直径７０μｍのＰｔ−Ｒｈ線を用いるが、
単味のＰｔ線やＰｔ−Ｗ線等、材質，線径は任意であ
る。
【００１２】実施例のガスセンサでのサイズを示すと、
図１において、基板４は材質がアルミナであり、厚さが
５００μｍ、長辺が２ｍｍ、短辺が１ｍｍである。膜形
成はいずれも印刷であり、ＣＯ検出片６とメタン検出片
８との間には１ｍｍ以上の間隔があり、ここに設けた４
個の電極パッド１４，１５，１６，１７で熱を集めて、
４本のリード１９から図示しない外部ピンへと放熱す
る。またヒータ膜１０とメタン検出片８との間の間隔は
膜厚３０μｍのオーバーコートガラス１２であり、ヒー
タ膜１０からメタン検出片８への熱伝導は極めて速い。
図１において、基板４は材質がアルミナであり、厚さが
５００μｍ、長辺が２ｍｍ、短辺が１ｍｍである。膜形
成はいずれも印刷であり、ＣＯ検出片６とメタン検出片
８との間には１ｍｍ以上の間隔があり、ここに設けた４
個の電極パッド１４，１５，１６，１７で熱を集めて、
４本のリード１９から図示しない外部ピンへと放熱す
る。またヒータ膜１０とメタン検出片８との間の間隔は
膜厚３０μｍのオーバーコートガラス１２であり、ヒー
タ膜１０からメタン検出片８への熱伝導は極めて速い。
【００１３】実施例のガスセンサ２の使用例を図４に示
す。ガスセンサ２は例えば１２秒周期で動作し、図４の
１）のように３秒間５Ｖの電圧をヒータ膜１０に加え、
残る９秒間ヒータ膜に加える電圧を例えば０Ｖあるいは
１Ｖ等とする。実施例ではガスセンサの＋電源を共通端
子としたので、ヒータ膜１０に電圧を加えないとセンサ
信号を取り出すことができず、そのため例えば３秒間の
ヒータ電圧の印加直前の信号を低温域の信号として、Ｃ
Ｏを検出する。
す。ガスセンサ２は例えば１２秒周期で動作し、図４の
１）のように３秒間５Ｖの電圧をヒータ膜１０に加え、
残る９秒間ヒータ膜に加える電圧を例えば０Ｖあるいは
１Ｖ等とする。実施例ではガスセンサの＋電源を共通端
子としたので、ヒータ膜１０に電圧を加えないとセンサ
信号を取り出すことができず、そのため例えば３秒間の
ヒータ電圧の印加直前の信号を低温域の信号として、Ｃ
Ｏを検出する。
【００１４】これに伴ってＣＯ検出片６やメタン検出片
８の温度は図４の２）のように変化し、３秒間の加熱で
メタン検出片８はほぼ４８０℃付近の定常温度に達し、
３秒間の高温域の最後の瞬間のメタン検出片８の信号か
らメタンを検出する。メタン検出片８とＣＯ検出片６の
間には４個の電極パッド１４，１５，１６，１７があ
り、リード１９で放熱されるので、両者間には大きな温
度差が生じ、高温域でのＣＯ検出片６の最高温度は約３
００℃で、９秒間の冷却によりその最低温度は１００℃
以下となる。そしてＣＯの検出は１００℃以下で行うこ
とが有利であり、高温域の最も初期（実質的には低温域
の最終時）のＣＯ検出片６の信号からＣＯを検出する。
８の温度は図４の２）のように変化し、３秒間の加熱で
メタン検出片８はほぼ４８０℃付近の定常温度に達し、
３秒間の高温域の最後の瞬間のメタン検出片８の信号か
らメタンを検出する。メタン検出片８とＣＯ検出片６の
間には４個の電極パッド１４，１５，１６，１７があ
り、リード１９で放熱されるので、両者間には大きな温
度差が生じ、高温域でのＣＯ検出片６の最高温度は約３
００℃で、９秒間の冷却によりその最低温度は１００℃
以下となる。そしてＣＯの検出は１００℃以下で行うこ
とが有利であり、高温域の最も初期（実質的には低温域
の最終時）のＣＯ検出片６の信号からＣＯを検出する。
【００１５】このため実施例では、１２秒周期で１個の
ガスセンサ２を用いてメタンとＣＯとを、同時に検出す
ることができる。
ガスセンサ２を用いてメタンとＣＯとを、同時に検出す
ることができる。
【図１】 実施例のガスセンサの平面図
【図２】 実施例のガスセンサの製造工程中の電極パ
ッドの形成までを示す図
ッドの形成までを示す図
【図３】 実施例のガスセンサの製造工程でのＣＯ検
出片とメタン検出片の形成を示す図
出片とメタン検出片の形成を示す図
【図４】 実施例のガスセンサの温度波形を示す特性
図
図
２ ガスセンサ ４ 基板 ６ ＣＯ検出片 ８ メタン検出片 １０ ヒータ膜 １２，１８ オーバーコートガラス １４，１５，１６，１７ 電極パッド １９ リード ２０〜２４ 電極
Claims (2)
- 【請求項１】 耐熱絶縁基板の１主面の一方の側にヒ
ータ膜を設けて、このヒータ膜上に金属酸化物半導体膜
からなる可燃性ガス検出片を積層し、かつ該主面の他方
の側に金属酸化物半導体膜からなるＣＯ検出片を設け、
さらに前記主面の中央部で前記可燃性ガス検出片とＣＯ
検出片との間に、少なくとも４個の電極パッドを設けて
リードに接続したことを特徴とするガスセンサ。 - 【請求項２】 前記ヒータ膜と前記可燃性ガス検出片
との間に絶縁膜を設けたことを特徴とする、請求項１の
ガスセンサ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11621198A JPH11295252A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | ガスセンサ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11621198A JPH11295252A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | ガスセンサ |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH11295252A true JPH11295252A (ja) | 1999-10-29 |
Family
ID=14681597
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11621198A Pending JPH11295252A (ja) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | ガスセンサ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH11295252A (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007017217A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサ |
-
1998
- 1998-04-09 JP JP11621198A patent/JPH11295252A/ja active Pending
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007017217A (ja) * | 2005-07-06 | 2007-01-25 | Fuji Electric Fa Components & Systems Co Ltd | 薄膜ガスセンサ |
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