(57)【要約】【課題】  支持体に２つのガス検出素子を搭載してなるガスセンサにおいて、ガス検出素子の製造コストを低減でき、支持体の接続性を良好にし、また支持体の平面形状を小さくすることができるガスセンサを提供する。【解決手段】  ガスセンサ１０（ガスセンサ本体１）は、第１，第２ガス検出素子３，４とこれを搭載した配線基板（支持体）２とからなる。第１ガス検出素子３には、外側第１ヒータパッド３４Ａ，外側第１検知パッド３３Ａ，内側第１検知パッド３３Ｂ，内側第１ヒータパッド３４Ｂがこの順に一列に並んでいる。第２ガス検出素子４は、第２ガス感応膜４２の材質を除き、同一の材質、形状、構成を有している。配線基板２のパッド形成辺部２２Ｐには、第１，第２ガス検出素子３，４のうち４つのパッドと接続する基板側共通パッド２３Ｃ等、５つのパッドが一列に並んでいる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のガス種に反応する第１ガス感応膜、
上記第１ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の第１検知電極、
上記第１感応膜を加熱する第１ヒータ、
上記第１検知電極にそれぞれ接続する一対の第１検知接続配線、
上記第１ヒータの両端にそれぞれ接続する一対の第１ヒータ接続配線、
一対の上記第１検知接続配線にそれぞれ接続する一対の第１検知パッド、及び、
一対の上記第１ヒータ接続配線にそれぞれ接続する一対の第１ヒータパッド、を含む
平面視多角形状の第１ガス検出素子と、
第２のガス種に反応する第２ガス感応膜、
上記第２ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の第２検知電極、
上記第２感応膜を加熱する第２ヒータ、
上記第２検知電極にそれぞれ接続する一対の第２検知接続配線、
上記第２ヒータの両端にそれぞれ接続する一対の第２ヒータ接続配線、
一対の上記第２検知接続配線にそれぞれ接続する一対の第２検知パッド、及び、
一対の上記第２ヒータ接続配線にそれぞれ接続する一対の第２ヒータパッド、を含み、
上記第１ガス検出素子とは、少なくとも配線パターンを含む形態及び材質が同一である、
平面視多角形状の第２ガス検出素子と、
上記第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子を搭載してなる支持体と、を備える
ガスセンサであって、
上記第１ガス検出素子の上記一対の第１検知パッド及び上記一対の第１ヒータパッドは、
上記第１ガス検出素子の周縁のうち第１取り出し辺に沿って、
一方の第１検知パッド及び一方の第１ヒータパッドのいずれか、上記一方の第１検知パッド及び一方の第１ヒータパッドのうち他のいずれか、他方の第１検知パッド及び他方の第１ヒータパッドのいずれか、上記他方の第１検知パッド及び他方の第１ヒータパッドのうち他のいずれか、の順に並んで配置されており、
上記第２ガス検出素子の上記一対の第２検知パッド及び上記一対の第２ヒータパッドは、
上記第２ガス検出素子の周縁のうち第２取り出し辺に沿って、
一方の第２検知パッド及び一方の第２ヒータパッドのいずれか、上記一方の第２検知パッド及び一方の第２ヒータパッドのうち他のいずれか、他方の第２検知パッド及び他方の第２ヒータパッドのいずれか、上記他方の第２検知パッド及び他方の第２ヒータパッドのうち他のいずれか、の順に並んで配置されており、
上記第１ガス検出素子と第２ガス検出素子とは、上記支持体において、上記第１ガス検出素子を上記第１取り出し辺に沿って平行移動させたとすると、上記第２ガス検出素子に重なる位置に互いに並べて配置されてなり、
上記支持体は、
上記一対の第１検知パッドのうち上記第２ガス検出素子側に位置する内側第１検知パッド、上記一対の第１ヒータパッドのうち上記第２ガス検出素子側に位置する内側第１ヒータパッド、上記一対の第２検知パッドのうち上記第１ガス検出素子側に位置する内側第２検知パッド、及び、上記一対の第２ヒータパッドのうち上記第１ガス検出素子側に位置する内側第２ヒータパッド、とそれぞれ接続する
支持側共通パッドと、
一対の上記第１検知パッドのうち残余の外側第１検知パッドと接続する支持側第１検知パッドと、
一対の上記第１ヒータパッドのうち残余の外側第１ヒータパッドと接続する支持側第１ヒータパッドと、
一対の上記第２検知パッドのうち残余の外側第２検知パッドと接続する支持側第２検知パッドと、
一対の上記第２ヒータパッドのうち残余の外側第２ヒータパッドと接続する支持側第２ヒータパッドと、を含み、
上記支持側第１検知パッド及び上記支持側第１ヒータパッドと、上記支持側第２検知パッド及び上記支持側第２ヒータパッドとは、上記支持側共通パッドを挟んで、一列に並んで配置されてなる
ガスセンサ。
【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサであって、
前記第１のガス種は酸化性ガスであり、
前記第２のガス種は還元性ガスである
ガスセンサ。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のガスセンサであって、
前記第１検知パッド、第１ヒータパッド、第２検知パッド、及び第２ヒータパッドと、前記支持側第１検知パッド、支持側第１ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第２検知パッド、及び支持側第２ヒータパッドとは、それぞれボンディングワイヤで接続されてなり、
これらは、絶縁材で被覆されてなる
ガスセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のガスセンサであって、
前記第１検知パッド、第１ヒータパッド、第２検知パッド、第２ヒータパッド、支持側第１検知パッド、支持側第１ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第２検知パッド、支持側第２ヒータパッド、及びこれらを接続する前記ボンディングワイヤは、前記絶縁材である絶縁性の封止樹脂材で封止されてなる
ガスセンサ。
【請求項５】
請求項４に記載のガスセンサであって、
前記封止樹脂材が、前記第１ガス感応膜及び第２ガス感応膜と離間して配置されてなる
ガスセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のガスセンサであって、
少なくとも、前記第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子の表面上に配置されて、前記第１ガス感応膜と前記第１検知パッド及び第１ヒータパッドとの間、前記第２ガス感応膜と前記第２検知パッド及び第２ヒータパッドとの間を区画し、上記第１ガス感応膜及び第２ガス感応膜への前記封止樹脂材の侵入を防止してなるダム部材を備える
ガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、配線基板等の支持体に２つのガス検出素子を搭載してなるガスセンサに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、被測定ガス中における複数のガス種の有無や濃度変化を検知するためのガスセンサとして、１つのチップ（Ｓｉ素子基板）上に、同一材料からなるガス感応部を少なくとも二つ以上有し、個別に加熱するヒータを設けたマイクロガスセンサが知られている（特許文献１）。この特許文献１には、従来技術として、異なる材料からなる３つのガス感応部と１つのヒータとを有するガスセンサ（厚膜ハイブリッドガスセンサ）も開示されている。
さらに、特許文献２及び特許文献３にも、１つの素子基板（チップ）に複数の金属酸化物半導体層を設けた多ガス識別ガス検出装置（ガスセンサ）が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開昭６２−１５４４９号公報
【特許文献２】特開平３−２０６５８号公報
【特許文献３】特開平６−３３０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、所望のガス種に反応するガス感応膜（金属酸化物半導体層）を形成するに当たり、膜形成時や膜形成後に材質に応じた熱処理を行いたい場合がある。
しかしながら、上述の従来技術のように、１つのチップ内に複数の異なる材質からなるガス感応膜（金属酸化物半導体層）が形成されているガス検出素子を用いる場合には、特定のガス感応膜に適する温度で熱処理を行うと、他のガス感応膜の特性を損ねる虞があり、熱処理の方法や温度などに制限が生じることがあり、ガス感応膜の十分な特性を引き出せない場合がある。
【０００５】
そこで、異なるガス種に反応するガス感応膜を形成したガス検出素子を２つ別に製造し、これらを１つの配線基板等の支持体に搭載してガスセンサとすることが考えられる。
このようなガスセンサでは、使用する２つのガス検出素子について、できるだけその製造工程を同じ（共通）とすることで、製造に必要な装置、マスク、治工具等を共通化して、ガス検出素子の製造にかかるコストを低減できる。特に、支持体に搭載する２つのガス検出素子を、ガス感応膜を除き、検知電極やヒータなどの材質や配線パターンなどを含めた形態を同じとするのが好ましい。
その一方で、このガスセンサの接続を容易とすべく、外部回路と接続するために支持体に設ける外部端子を少なくしたい要求がある。そこで、ガス検出素子に形成する、ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の検知電極のうちの一方と、ヒータの両端にそれぞれ接続する一対のヒータ電極のうちの一方とを共通（例えば、共通の接地電位）とするのが好ましい。さらに、各々のガス検出素子において共通とした検知電極のうちの一方とヒータ電極のうちの一方とを、２つのガス検出素子についてさらに共通化を図るのが好ましい。
【０００６】
しかし、このように２つのガス検出素子について、配線パターンまで同じとしてしまうと、配線パターンや２つのガス検出素子の配置によっては、このような共通化を図るために、支持体に形成する配線の引き回しが長くなる、あるいはボンディングワイヤの引き回しが複雑になる。また、ガス検出素子の周囲に形成する支持体の支持側パッドを大きくする必要が生じて、支持体の平面形状が大きくなりがちであるなどの不具合がある。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、支持体に２つのガス検出素子を搭載してなるガスセンサにおいて、ガス検出素子の製造コストを低減でき、支持体の接続性を良好にし、また支持体の平面形状を小さくすることができるガスセンサを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
その解決手段は、第１のガス種に反応する第１ガス感応膜、上記第１ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の第１検知電極、上記第１感応膜を加熱する第１ヒータ、上記第１検知電極にそれぞれ接続する一対の第１検知接続配線、上記第１ヒータの両端にそれぞれ接続する一対の第１ヒータ接続配線、一対の上記第１検知接続配線にそれぞれ接続する一対の第１検知パッド、及び、一対の上記第１ヒータ接続配線にそれぞれ接続する一対の第１ヒータパッド、を含む平面視多角形状の第１ガス検出素子と、第２のガス種に反応する第２ガス感応膜、上記第２ガス感応膜を介して電気的に接続する一対の第２検知電極、上記第２感応膜を加熱する第２ヒータ、上記第２検知電極にそれぞれ接続する一対の第２検知接続配線、上記第２ヒータの両端にそれぞれ接続する一対の第２ヒータ接続配線、一対の上記第２検知接続配線にそれぞれ接続する一対の第２検知パッド、及び、一対の上記第２ヒータ接続配線にそれぞれ接続する一対の第２ヒータパッド、を含み、上記第１ガス検出素子とは、少なくとも配線パターンを含む形態及び材質が同一である、平面視多角形状の第２ガス検出素子と、上記第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子を搭載してなる支持体と、を備えるガスセンサであって、上記第１ガス検出素子の上記一対の第１検知パッド及び上記一対の第１ヒータパッドは、上記第１ガス検出素子の周縁のうち第１取り出し辺に沿って、一方の第１検知パッド及び一方の第１ヒータパッドのいずれか、上記一方の第１検知パッド及び一方の第１ヒータパッドのうち他のいずれか、他方の第１検知パッド及び他方の第１ヒータパッドのいずれか、上記他方の第１検知パッド及び他方の第１ヒータパッドのうち他のいずれか、の順に並んで配置されており、上記第２ガス検出素子の上記一対の第２検知パッド及び上記一対の第２ヒータパッドは、上記第２ガス検出素子の周縁のうち第２取り出し辺に沿って、一方の第２検知パッド及び一方の第２ヒータパッドのいずれか、上記一方の第２検知パッド及び一方の第２ヒータパッドのうち他のいずれか、他方の第２検知パッド及び他方の第２ヒータパッドのいずれか、上記他方の第２検知パッド及び他方の第２ヒータパッドのうち他のいずれか、の順に並んで配置されており、上記第１ガス検出素子と第２ガス検出素子とは、上記支持体において、上記第１ガス検出素子を上記第１取り出し辺に沿って平行移動させたとすると、上記第２ガス検出素子に重なる位置に互いに並べて配置されてなり、上記支持体は、上記一対の第１検知パッドのうち上記第２ガス検出素子側に位置する内側第１検知パッド、上記一対の第１ヒータパッドのうち上記第２ガス検出素子側に位置する内側第１ヒータパッド、上記一対の第２検知パッドのうち上記第１ガス検出素子側に位置する内側第２検知パッド、及び、上記一対の第２ヒータパッドのうち上記第１ガス検出素子側に位置する内側第２ヒータパッド、とそれぞれ接続する支持側共通パッドと、一対の上記第１検知パッドのうち残余の外側第１検知パッドと接続する支持側第１検知パッドと、一対の上記第１ヒータパッドのうち残余の外側第１ヒータパッドと接続する支持側第１ヒータパッドと、一対の上記第２検知パッドのうち残余の外側第２検知パッドと接続する支持側第２検知パッドと、一対の上記第２ヒータパッドのうち残余の外側第２ヒータパッドと接続する支持側第２ヒータパッドと、を含み、上記支持側第１検知パッド及び上記支持側第１ヒータパッドと、上記支持側第２検知パッド及び上記支持側第２ヒータパッドとは、上記支持側共通パッドを挟んで、一列に並んで配置されてなるガスセンサ。である。
【０００８】
本発明のガスセンサでは、第１ガス検出素子と第２ガス検出素子とは、少なくとも配線パターンを含む形態及び材質が同一である。このため、第１ガス検出素子と第２ガス検出素子とは、少なくとも第１ガス感応膜及び第２ガス感応膜の形成及びそれ以降の工程よりも前の工程を共通にして製造できるから、製造容易で安価に製造できる。また、同形の素子を搭載することとなるので、配線基板等の支持体への搭載も容易である。なお、配線パターンには、検知接続配線（第１検知接続配線、第２検知接続配線）、ヒータ接続配線（第１ヒータ接続配線、第２ヒータ接続配線）のほか、これらの接続する検知パッドやヒータパッドも含まれる。
【０００９】
また、本発明のガスセンサは、支持体に支持側共通パッドを備え、これと内側第１検知パッド、内側第１ヒータパッド、内側第２検知パッド、及び、内側第２ヒータパッドとを接続している。このため、２つのガス検出素子を有しながらも、支持体には５つの支持側パッドを形成しておけば足りる。従って、外部回路との接続のために支持体に形成する端子数も５つという小数で足り、接続性が良好となる。しかも、支持側共通パッドは、互いに近くに位置する内側第１検知パッド、内側第１ヒータパッド、内側第２検知パッド、及び、内側第２ヒータパッドと接続しているので、接続のためのボンディングワイヤも短くて済み、低抵抗で接続できる。
【００１０】
しかも、第１ガス検出素子では、一対の第１検知パッド及び一対の第１ヒータパッドが所定の順に第１取り出し辺に沿って配置され、第２ガス検出素子では、一対の第２検知パッド及び一対の第２ヒータパッドが所定の順に第２取り出し辺に沿って配置されている。これに対応して、支持側第１検知パッド及び支持側第１ヒータパッドと、支持側第２検知パッド及び支持側第２ヒータパッドが、支持側共通パッドを挟んで、一列に並んで配置されてなる。このため、支持体のうちガス検出素子の周縁各辺の外側にそれぞれ支持側パッドを形成するものに比して、支持体の面積を小さくして小型化を図ることができる。また、２つのガス検出素子の並び方向、あるいはこれに直交する方向の寸法をも小さくすることができる。また、支持体内での内部配線の引き回し、あるいはボンディングワイヤの引き回しも、容易で短くできる。
【００１１】
なお、本発明のガスセンサにおいて、第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子には、適宜の素子基板上にガス感応膜や検知電極、ヒータ等を形成したものが挙げられる。素子基板としては、例えば、アルミナなどからなる絶縁性のセラミック基板、Ｇｅ，Ｓｉからなる単結晶の半導体基板、特にＳｉ素子基板を用いることができる。さらに好ましくは、異方性エッチング等を利用してＳｉ素子基板の一部を薄くしてダイヤフラム部とし、この部分にガス感応膜や検知電極、ヒータ等を形成したガス検出素子を挙げることができる。
また、本発明のガスセンサにおいて、第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子は、ガス感応膜と、これを介して電気的に接続する一対の検知電極を有している。このタイプのガス検出素子は、検知電極を電気的に逆に用いても（＋極を−極に、−極を＋極にしても）同様に機能する。同様に、ヒータもヒータ電極を逆に用いても同様に機能する（加熱できる）。従って、第１ガス検出素子と第２ガス検出素子とでは、各パッドの電気的な役割が逆になるが同様に機能するので、ガス感応膜の性質に従って、第１のガス種及び第２のガス種についてそれぞれガス検出が可能である。
【００１２】
また、本発明のガスセンサにおいて、第１ガス感応膜及び第２ガス感応膜は、形態及び材質が同一であっても良いし、形態及び材質の少なくともいずれかが異なっていてもよい。
ガス感応膜としては、特定のガス種に反応してその電気的特性が変化するものであれ使用することができるが、例えば、酸化物半導体膜を挙げることができる。このガス感応膜に用いる酸化物半導体としては、例えば、ＺｎＯ，ＳｎＯ2，ＷＯ3，Ｉｎ2Ｏ3，ＴｉＯ2，Ｖ2Ｏ5等が挙げられる。検知したいガス種に応じて、適宜その主体となる酸化物半導体の組成を選択すればよい。また、酸化物半導体の主体となる組成を共通とした上で、それに添加する触媒の種類を検知したいガス種に応じて適宜変更するようにしても良い。具体的には、第１ガス感応膜をＷＯ3を主体とした酸化物半導体で構成する一方、第２ガス感応膜をＳｎＯ2を主体とした酸化物半導体で構成するガスセンサが挙げられる。
また、第１ガス感応膜を、ＳｎＯ2を主体とした酸化物半導体の表面に触媒としてＡｕを付加した構成とする一方、第２ガス感応膜を、ＳｎＯ2を主体とした酸化物半導体の表面に触媒としてＰｄあるいはＰｔを付加した構成としたガスセンサも挙げられる。
【００１３】
また、ヒータとしては、通電により発熱するものであればいずれのものでも良いが、例えば、導電路をなす材質を体積固有抵抗の高いものとしたり、導電路の線幅、断面積を小さくして抵抗を大きくするなどにより、発熱をさせる線状のヒータが挙げられる。この線状のヒータでは、導電路を直線状とするのほか、ジグザグや二重渦巻きの形態などとすることもできる。また、抵抗体を平面状に配置して面全体を発熱させるヒータなども挙げられる。
【００１４】
さらに、支持体としては、第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子を搭載し、これらを支持して、これらの各パッドを外部に取り出すための、支持側第１検知パッド等の支持側パッドを備えるものであれば良い。例えば、メタルカンパッケージなど基体金属板に端子ピンをガラスシールなどによって絶縁しつつ固定した形態のものや、セラミックパッケージ、樹脂パッケージなどの配線基板などが挙げられる。このうち、配線基板としては、平板状の基板に所要の配線を形成したものを用いることもできるほか、第１，第２ガス検出素子を収容する空所（キャビティ）を形成した形態のものも用いることができる。配線基板には、アルミナ、ムライト、窒化珪素、窒化アルミニウムなどのセラミックからなるものや、ガラスからなるもの、エポキシ樹脂、ＢＴ樹脂などの樹脂からなるもの、あるいはセラミック粉末と樹脂との複合材など適宜の材質を使用することができる。特に、高温下で使用される場合やヒータを高温とするガスセンサについては、セラミックからなる配線基板を用いるのが好ましい。
【００１５】
さらに、配線基板等の支持体と第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子との接続は、ガス検出素子の表面に形成した検知パッドやヒータパッドと支持体に形成した支持側のパッド（支持側第１検知パッド、支持側第１ヒータパッド、支持側共通パッド等）とをワイヤボンディング技術を用いて、ボンディングワイヤで接続する形態としても良いし、ＴＡＢリードを用いることもできる。
また、支持側第１検知パッド及び支持側第１ヒータパッドと、支持側第２検知パッド及び支持側第２ヒータパッドとは、支持側共通パッドを挟んで、一列に並んで配置されていればよく、支持体の形状に応じ、例えば、これらを直線状に並べるほか、弧状に並べる形態も挙げられる。
【００１６】
また、上述のガスセンサであって、前記第１のガス種は酸化性ガスであり、前記第２のガス種は還元性ガスであるガスセンサとすると良い。
【００１７】
本発明のガスセンサでは、排気ガス中に含まれる、ＮＯｘなど酸化性ガスと、ＣＯ，ＨＣなどの還元性ガスの両方のガス種を検出することができるから、排気ガスの濃度変化を確実に検知できる。したがって、このガスセンサは、自動車の車室内の換気を制御するフラップ開閉制御システムなどに容易に適用できる。
【００１８】
さらに、上記のいずれかに記載のガスセンサであって、前記第１検知パッド、第１ヒータパッド、第２検知パッド、及び第２ヒータパッドと、前記支持側第１検知パッド、支持側第１ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第２検知パッド、及び支持側第２ヒータパッドとは、それぞれボンディングワイヤで接続されてなり、これらは、絶縁材で被覆されてなるガスセンサとすると良い。
【００１９】
ガスセンサはその性質上、第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子のうち、第１ガス感応膜及び第２ガス感応膜の部分は、被測定気体（例えば外気や排気ガス）に晒す必要がある。従って、ＩＣチップを配線基板に搭載した場合のように、第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子全体を気密に覆うことはできない。
一方、第１ガス検出素子に形成されたパッド（第１検知パッド、第１ヒータパッド）、第２ガス検出素子に形成されたパッド（第２検知パッド、第２ヒータパッド）、及び配線基板等の支持体に形成された支持側パッド（支持側第１検知パッド、支持側第１ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第２検知パッド、支持側第２ヒータパッド）及びこれらを接続するボンディングワイヤが外部に露出している場合には、水滴その他の異物の付着あるいは異物の衝突などによって、互いに短絡を生じる虞がある。
これに対し、本発明のガスセンサでは、各パッドやボンディングワイヤを絶縁材で被覆しているので、異物の付着や衝突によって短絡を生じにくく、さらに信頼性が高いガスセンサとなる。
【００２０】
さらに、請求項３に記載のガスセンサであって、前記第１検知パッド、第１ヒータパッド、第２検知パッド、第２ヒータパッド、支持側第１検知パッド、支持側第１ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第２検知パッド、支持側第２ヒータパッド、及びこれらを接続する前記ボンディングワイヤは、絶縁性の封止樹脂材で封止されてなるガスセンサとすると良い。
【００２１】
本発明のガスセンサは、各パッドやボンディングワイヤが封止樹脂材で封止されているので、水滴その他異物の付着や衝突による短絡を生じにくい上、変形しにくくなり断線をも効果的に防止できるから、さらに信頼性の高いガスセンサとなる。
【００２２】
さらに、請求項４に記載のガスセンサであって、前記封止樹脂材が、前記第１ガス感応膜及び第２ガス感応膜と離間して配置されてなるガスセンサとすると良い。
【００２３】
本発明のガスセンサでは、封止樹脂材を第１ガス感応膜及び第２ガス感応膜と離間して配置しているので、封止樹脂材がガス感応部に付着したことによる、検出感度や熱特性などの特性低下を適切に防止することができる。
【００２４】
さらに、請求項５に記載のガスセンサであって、少なくとも、前記第１ガス検出素子及び第２ガス検出素子の表面上に配置されて、前記第１ガス感応膜と前記第１検知パッド及び第１ヒータパッドとの間、前記第２ガス感応膜と前記第２検知パッド及び第２ヒータパッドとの間を区画し、上記第１ガス感応膜及び第２ガス感応膜への前記封止樹脂材の侵入を防止してなるダム部材を備えるガスセンサとすると良い。
【００２５】
本発明のガスセンサでは、ダム部材を形成して、封止樹脂材が第１ガス感応膜あるいは第２ガス感応膜にまで侵入するのを防止しているので、封止樹脂材がガス感応部に付着したことによる、検出感度や熱特性などの特性低下を確実に防止することができる。
【００２６】
なおさらに、前記ダム部材は、前記第１ガス感応膜と前記第１検知パッド及び第１ヒータパッドとの間、及び、前記第２ガス感応膜と前記第２検知パッド及び第２ヒータパッドとの間において、前記第１取り出し辺及び第２取り出し辺に平行に延びる形態としてなるガスセンサとするのが好ましい。
【００２７】
このガスセンサでは、ダム部材を第１ガス感応膜と第１検知パッド及び第１ヒータパッドとの間、及び第２ガス感応膜と第２検知パッド及び第２ヒータパッドとの間において、取り出し辺に平行に延びる形態としている。このため、例えば、矩形の第１，第２ガス検出素子のうち、４辺のそれぞれに端子パッドを分散して配置するなど、第１，第２ガス検出素子の周縁に広く分散して配置した場合に比して、ダム部材を設ける部位を少なくすることができ、第１，第２ガス検出素子を小型化できる。また、支持体の支持側端子パッド（支持側第１検知パッド、支持側第１ヒータパッド、支持側共通パッド、支持側第２検知パッド、支持側第２ヒータパッド）も第１，第２ガス検出素子の第１，第２取り出し辺に沿って配置できるので、支持体の大きさも小さくすることができる。
【００２８】
そのほか、平板状で、所定のガス種に反応するガス感応部、上記ガス感応部から延び、上記ガス感応部に入力されるあるいは上記ガス感応部から出力される電力、信号等を伝送する複数の素子配線、及び、自身の表面に位置する上記素子配線に接続する複数の端子パッド、を含むガス検出素子と、上記ガス検出素子を、上記表面を外側に向けて搭載してなり、上記端子パッドと導通部材を介して電気的に接続する複数の支持側端子パッドを含む支持体と、を備えるガスセンサであって、上記複数の端子パッド、複数の支持側端子パッド、及び導通部材を封止する絶縁性の封止樹脂材と、少なくとも、上記ガス検出素子の表面上に配置されて、上記ガス感応部と上記複数の端子パッドとの間を区画し、上記ガス感応部への上記封止樹脂材の侵入を防止してなるダム部材と、を備えるガスセンサとするのが好ましい。
【００２９】
ガスセンサはその性質上、ガス検出素子のうち、ガス感応膜の部分を被測定気体（例えば外気や排気ガスなど）に晒す必要がある。従って、ＩＣチップを配線基板に搭載した場合のように、ガス検出素子全体を気密に覆うことはできない。
一方、ガス検出素子に形成されたパッド及び支持体に形成された支持側パッド及びこれらを接続するボンディングワイヤなどの導通部材が外部に露出している場合には、水滴その他の異物の付着あるいは異物の衝突などによって、互いに短絡したり断線したりする虞がある。
【００３０】
これに対し、上述のガスセンサでは、封止樹脂材で複数の端子パッド、複数の支持側端子パッド、及び導通部材を封止することにより、水滴や異物の付着や衝突による短絡や断線などの不具合を防止できる。しかも、ダム部材を形成しているので、封止樹脂材がガス感応部にまで侵入しない形態となっており、封止樹脂材がガス感応部に付着したことによる、検出感度や熱特性などの特性低下を確実に防止することができる。
【００３１】
さらに、上述のガスセンサであって、前記複数の端子パッドは、いずれも前記ガス検出素子の周縁のうち所定の取り出し辺に沿って配置されてなり、前記ダム部材は、前記ガス感応部と上記複数の端子パッドとの間において、上記取り出し辺に平行に延びる形態としてなるガスセンサとするのが好ましい。
【００３２】
このガスセンサでは、端子パッドを取り出し辺に沿って配置されており、ダム部材をガス感応部と複数の端子パッドとの間において、取り出し辺に平行に延びる形態としている。このため、例えば、矩形のガス検出素子のうち、４辺のそれぞれに端子パッドを分散して配置するなど、ガス検出素子の周縁に広く分散して配置した場合に比して、ダム部材を設ける部位を少なくすることができ、ガス検出素子を小型化できる。また、支持体の支持側端子パッドもガス検出素子の取り出し辺に沿って配置できるので、支持体の大きさも小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
本発明の実施の形態を、実施例及び変形例に基づいて説明する。
【実施例】
【００３４】
まず、本発明の実施例に係るガスセンサ１０を、図１〜図７を参照して説明する。本実施例のガスセンサ１０は、図１に示すように、２つのガス検出素子３，４を搭載した配線基板（支持体）２からなるガスセンサ本体１と、このガスセンサ本体１（配線基板２）の被保護面２Ｓ及びこれに囲まれたキャビティ２１（凹部）を覆う保護カバー９とからなる。
【００３５】
図１，図２に示すように、配線基板２は、略直方体形状を有しており、略四角枠状の被保護面２Ｓに囲まれ、内部に２つのガス検出素子３，４を搭載する空間をなすキャビティ２１が凹設されている。この配線基板２の側面のうち、対向する短辺部分のうち、被保護面２Ｓ側は、内側に凹んだ形状とされた案内凹部２Ａ，２Ｂを構成している。また、この案内凹部２Ａ，２Ｂよりも被保護面２Ｓの逆側（裏面２Ｅ側）には、さらに一段内側に凹んだ係合凹部２Ｃ，２Ｄが形成されている（図３参照）。
【００３６】
一方、保護カバー９は、略平板状で配線基板２の被保護面２Ｓ及びキャビティ２１を覆う大きさの保護プレート部９１と、この保護プレート部９１の両端部分から直角に折り曲げられて延びる係合部９２，９３とを有し、側面視、略コ字形状となっている。このうち、保護プレート部９１には、複数の所定位置に通気孔９１Ａが穿孔され、この通気孔９１Ａを通じて、被測定ガスが２つのガス検出素子３，４に導かれる。また、保護プレート部９１には、この保護カバー９の取り付け方向を示す方向指示切り欠き９１Ｂがその周縁に形成されて、１８０度回転した状態で誤ってガスセンサ本体１（配線基板２）に取り付けられるのを防止している。また、係合部９２，９３には、それぞれその先端付近に、係止爪部９２Ａ等（係合部９３側は図示しない）が形成されている。
【００３７】
保護カバー９は上述の形態を有しているので、係合部９２，９３を配線基板２の案内凹部２Ａ，２Ｂに沿わせて、保護プレート部９１を配線基板２の被保護面２Ｓ及びキャビティ２１に近づる。そして、保護カバー９の係止爪部９２Ａ等を、配線基板２の係合凹部２Ｃ，２Ｄに係合させることで、保護カバー９がガスセンサ本体１（配線基板２）に係止される。
【００３８】
ついで、ガスセンサ本体１について、さらに詳細に説明する。ガスセンサ本体１は、配線基板２に、２つのガス検出素子３，４を搭載して構成されている。このうち、配線基板２は、図３，図４に示すように、セラミック絶縁層、具体的には、４層のアルミナ質のセラミック絶縁層２４，２５，２６，２７を積層してなる電子部品パッケージである。この配線基板２の側面部分には、略半円筒、あるいは１／４円筒状に凹設されたいわゆるキャステレーションが複数形成され、配線基板２の内部配線は、このキャステレーションの部分に引き出され、さらにこのキャステレーションを通じて、図示しないこの配線基板２の下面まで引き回され、プリント板などにハンダ付け接続可能となっている。
【００３９】
この配線基板２は、その最下層に位置する略矩形平板状のセラミック絶縁層２４上に、裏面通気溝２５Ａを構成するセラミック絶縁層２５が積層され、さらに、略矩形枠状のセラミック絶縁層２６が積層されている。さらに、この上には、セラミック絶縁層２６より幅細で略矩形枠状のセラミック絶縁層２７が積層されている。これにより、セラミック絶縁層２５がキャビティ２１の底部２１Ｂを、セラミック絶縁層２６がキャビティ２１内の段部２２を構成している。
【００４０】
このうち、底部２１Ｂより１段高い位置にあり、底部２１Ｂをロ字状に囲む段部２２のうち、一辺に相当するパッド形成辺部２２Ｐには、５つの基板側パッド２３が一列に並んで形成されている。具体的には、図２において、左から、基板側第１ヒータパッド２３Ａ，基板側第１検知パッド２３Ｂ，基板側共通パッド２３Ｃ，基板側第２検知パッド２３Ｄ，基板側第２ヒータパッド２３Ｅが、パッド形成辺部２２Ｐに集約されて、この順に一列に並んでいる。
なお、これらの基板側パッド２３は、公知の構造によって、外部と接続可能となっている。具体的には、基板側パッド２３は、それぞれ図示しない内部配線を通じて、配線基板２の側面に形成されたキャステレーションに引き出され、このキャステレーションに形成された導電層を通じて、その裏面２Ｅの接続パッド（図示しない）に接続している。これにより、プリント板などの支持基板に、このガスセンサ１を搭載することができる。
【００４１】
この配線基板２のキャビティ２１内には、前述したように、第１ガス検知素子３と第２ガス検出素子４とが収容、搭載されている。第１ガス検知素子３及び第２ガス検出素子４は、いずれも平面視矩形状をなし、ダイヤフラム構造のガス感応部を有している。
【００４２】
具体的には、第１ガス検知素子３は、図５に示すように、矩形平板状のシリコンチップからなり、その表面３Ｂのうち、図５中、中央やや上辺寄りに第１ガス感応部３１を有する。この第１ガス感応部３１には、公知の半導体製造技術を用いて、図６に示す２重渦巻き状のヒータ３８（図７（ｂ）参照）の上に、櫛の歯が互いに噛み合うように間隔を空けて配置された一対の第１検知電極３６Ａ，３６Ｂ（図７（ａ）参照）が、互いに電気的に絶縁されつつ、重なって形成されている。さらにその上には、金属酸化物半導体（具体的にはＳｎＯ2）からなる矩形状の第１ガス感応膜３２がこれらを覆うように被着して、一対の第１検知電極３６Ａ，３６Ｂに電気的に接続している。なお、本実施例では、第１ガス感応膜３２は、ＳｎＯ2の表面に触媒としてのＡｕが分散して付着してなる。第１ガス検出素子３は、このように構成されているので、ヒータ３８に通電すると、第１ガス感応膜３２が加熱されて活性化し、ＮＯｘなどの酸化性ガス（第１のガス種）に反応して、その抵抗値が変化する。そこで、一対の第１検知電極３６Ａ，３６Ｂ間における第１ガス感応膜３２の抵抗値を測定することで、酸化性ガスの濃度変化を検知することができるようになるのである。
【００４３】
なお、第１ガス検出素子３は、図３，図４の断面図に示すように、第１ガス感応部３１において、シリコンチップの厚さが表面３Ｂ側に向かって薄くされた凹状のダイヤフラム構造部３Ａとなっている。本実施例においては、このダイヤフラム構造部３Ａのうち、シリコンチップの厚さが平板状に薄くされた矩形状のダイヤフラム部３ＡＤに、これとほぼ同じ大きさの第１ガス感応膜３２が被着されている。これにより、ヒータ３８の通電により容易にこのダイヤフラム部３ＡＤ温度が上昇するので、第１ガス検出素子３の応答性が向上する。
【００４４】
第１ガス感応部３１に形成された一対の第１検知電極３６Ａ，３６Ｂは、その端部が第１ガス感応部３１の外まで引き出されており、それぞれ、第１検知接続配線３５Ａ，３５Ｂに電気的に接続している。
なお、第１検知接続配線３５Ａ，３５Ｂは、第１検知電極３６Ａ，３６Ｂの線幅よりも十分太い線幅とされている。第１検知接続配線３５Ａ，３５Ｂで発生する抵抗をできるだけ低くするためである。
【００４５】
ところで、第１検知接続配線３５Ａ，３５Ｂのうち、第１検知電極３６Ａ，３６Ｂとの接続部分は、徐々に線幅が狭くなるテーパ状、具体的には、第１検知接続配線３５Ａ，３５Ｂのうち線幅方向外側の側辺が内側の側辺に徐々に近づくいわゆる片テーパの形態のテーパ部３５ＡＴ，３５ＢＴとしてある。線幅を急激に変化させると、その部分で破断しやすくなる虞があり、これを防止するためである。
【００４６】
一方、第１ヒータ接続配線３７Ａ，３７Ｂのうち、ヒータ３８との接続部分も、徐々に線幅が狭くなるテーパ状、具体的には、クチバシ状に、第１ヒータ接続配線３７Ａ，３７Ｂの線幅が中央に向かって徐々に近づくいわゆる両テーパの形態のテーパ部３７ＡＴ，３７ＢＴとしてなる。線幅を急激に変化させると、その部分で破断しやすくなる虞があり、これを防止するためである。また、厚さの薄いダイヤフラム部３ＡＤで選択的に発熱をさせ、ダイヤフラム部３ＡＤの外での発熱や外への熱逃げを少なくするためである。さらに、ダイヤフラム部３ＡＤとその外側とでは厚さに違いがあるので、両者の境界部分（ダイヤフラム部３ＡＤの周縁３ＡＤＰ）付近において、ここを通る配線に亀裂が生じるおそれがある。そこで、線幅の細いヒータ３８ではなく、線幅の太い第１ヒータ接続配線３７Ａ，３７Ｂを境界部分（周縁３ＡＤＰ）に位置させている。さらに、この境界部分（周縁３ＡＤＰ）に第１ヒータ接続配線３７Ａ，３８Ｂのうち、テーパ部３７ＡＴ，３７ＢＴを配置して、さらに応力の集中を避けて断線等を防止している。
【００４７】
但し、本実施例においては、ヒータ３８の両端部は、第１ガス感応部３１内で、第１ヒータ接続配線３７Ａ，３７Ｂに接続している。このため、第１ヒータ接続配線３７Ａ，３７Ｂのうち、テーパ部３７ＡＴ，３７ＢＴが、第１ガス感応膜３２の周縁３２Ｐを、また、ダイヤフラム構造部３Ａのダイヤフラム部３ＡＤの周縁３ＡＤＰを跨ぐように配置されている。厚さの薄いダイヤフラム部３ＡＤと、これより厚さの厚いその周縁部分とでは、熱に対する挙動が異なるので、相対的に線幅の細いヒータ３８の配線が、ダイヤフラム部３ＡＤの周縁３ＡＤＰを跨ぐように配置したり、このダイヤフラム部３ＡＤの周縁３ＡＤＰでヒータ３８と第１ヒータ接続配線３７Ａ，３７Ｂとを接続するよりも、相対的に太い第１ヒータ接続配線３７Ａ，３７Ｂがダイヤフラム部３ＡＤの周縁３ＡＤＰを跨ぐようにした方が、断線などの不具合を生じにくいからである。
【００４８】
さらに本実施例においては、ヒータ３８は、図７（ｂ）に示すように、通電により配線の持つ抵抗により発熱を行わせるタイプのヒータであり、配線は、二重渦巻きの形態を有している。しかも、中心に向かうほど、その線幅が太くされている。これは、第１検知電極３６Ａ，３６Ｂ、及び、第１ガス感応膜３２のうち第１検知電極３６Ａ，３６Ｂ同士の間に位置して抵抗測定される部分が、均等に加熱されるようにすべく、ヒータ３８のうち、熱が逃げやすい周囲部分では発熱量を大きくし、熱が逃げにくい内側部分では発熱量を小さくするためである。
【００４９】
第１ガス検出素子３に形成した第１検知接続配線３５Ａ，３５Ｂ及び第１ヒータ接続配線３７Ａ，３７Ｂは、第１ガス検出素子３の矩形の周縁のうち第１取り出し辺３Ｐ（図５参照）付近まで互いに平行に延びて、この第１取り出し辺３Ｐに沿ってこの近傍に集約されている。その端部はそれぞれ、ワイヤボンディング可能なパッドとなっている。具体的には、第１ガス検出素子３には、図２，図５において左側から、外側第１ヒータパッド３４Ａ，外側第１検知パッド３３Ａ，内側第１検知パッド３３Ｂ，内側第１ヒータパッド３４Ｂが、この順に一列に並んでいる。
【００５０】
本実施例では、第２ガス検知素子４（図５，図７参照）は、第２ガス感応部４１に被着されている第２ガス感応膜４２の材質（さらに詳細には、触媒の材質）を除き、配線パターンも含め、上述の第１ガス検出素子３と同一の材質、形状、構成を有している。第２ガス感応膜４２の材質は、第１ガス感応膜３２と同じＳｎＯ2の表面に、触媒としてＰｄを分散して付着させてなる。このため、第２ガス検出素子４は、第１ガス検出素子３とは異なり、第２ガス感応膜４２を加熱して活性化することで、ＣＯ，ＨＣなどの還元性ガス（第２のガス種）に反応して、その抵抗値が変化する。従って、一対の第２検知電極４６Ａ，４６Ｂ間における第２ガス感応膜４２の抵抗値を測定することで、還元性ガスの濃度や濃度変化を検知することができる。
また、第２ガス検出素子４に形成した第２検知接続配線４５Ａ，４５Ｂ及び第２ヒータ接続配線４７Ａ，４７Ｂも、第２ガス検出素子４の矩形の周縁のうち第２取り出し辺４Ｐ（図２，図５参照）付近まで互いに平行に延びており、この第２取り出し辺４Ｐにそってこの近傍に集約されている。また、その端部はそれぞれ、ワイヤボンディング可能なパッドとなっている。第２ガス検出素子４には、図２，図５において左側から、内側第２ヒータパッド４４Ａ，内側第２検知パッド４３Ａ，外側第２検知パッド４３Ｂ，外側第２ヒータパッド４４Ｂが、この順に一列に並んでいる。
なお、上述したように、第２ガス検知素子４は、第２ガス感応膜４２の材質（詳細には、触媒の材質）を除き、配線パターンも含め、第１ガス検出素子３と同一の材質、形状、構成を有しているので、その詳細な説明を省略する。
【００５１】
さて、このような材質、形状、構成を有する第１ガス検出素子３及び第２ガス検知素子４は、それぞれ、図４に示すように、配線基板２のうち、セラミック絶縁層２５の上面で構成されるキャビティ２１の底部２１Ｂに並べて固着される。具体的には、図２からも容易に理解できるように、第１ガス検出素子３と第２ガス検出素子４とは、第１ガス検出素子３を自身の第１取り出し辺３Ｐに沿って平行移動させたとすると、第２ガス検出素子４にちょうど重なる位置に互いに並べて配置する。
固着に当たっては、第１ガス検出素子３の裏面３Ｃのうち、外側第１ヒータパッド３４Ａ，外側第１検知パッド３３Ａ，内側第１検知パッド３３Ｂ，内側第１ヒータパッド３４Ｂの裏側の部分を、セラミック絶縁層２５に樹脂からなる接着層６を用いて固着する。これにより、配線基板２のキャビティ２１内に第１ガス検出素子３を片持ち状に保持する。なお、接着層６は、ダイヤフラム構造部３Ａにまでは届かない寸法としてある。
また図示しないが、第２ガス検出素子４も、その裏面４Ｃのうち、外側第２ヒータパッド４４Ａ等の裏側の部分を、セラミック絶縁層２５に樹脂からなる接着層６を用いて固着し、配線基板２のキャビティ２１内に第２ガス検出素子４を片持ち状に保持する。
【００５２】
かくして、第１ガス検出素子３の外側第１ヒータパッド３４Ａ等のパッド、及び第２ガス検出素子４の内側第２ヒータパッド４４Ａ等のパッドと、配線基板２の段部２２のパッド形成辺部２２Ｐに並ぶ基板側第１ヒータパッド２３Ａ等の基板側パッドとは、ほぼ平行に並ぶ。
そして、図２に示すように、第１ガス検出素子３の外側第１ヒータパッド３４Ａは配線基板２の基板側第１ヒータパッド２３Ａに、外側第１検知パッド３３Ａは基板側第１検知パッド２３Ｂに、内側第１検知パッド３３Ｂ及び内側第１ヒータパッド３４Ｂは基板側共通パッド２３Ｃに、それぞれボンディングワイヤ５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄを介して接続されている。
同様に、第２ガス検出素子４の内側第２ヒータパッド４４Ａ及び内側第２検知パッド４３Ａは基板側共通パッド２３Ｃに、外側第２検知パッド４３Ｂは基板側第２検知パッド２３Ｄに、外側第２ヒータパッド４４Ｂは基板側第２ヒータパッド２３Ｅに、それぞれボンディングワイヤ５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄを介して接続されている。
【００５３】
これにより、基板側共通パッド２３Ｃを共通の電位（接地電位）とすれば、第１ガス検出素子３のうち、外側第１ヒータパッド３４Ａと接地電位とした内側第１ヒータパッド３４Ｂとの間に電流を流すことで、ヒータ３８に通電して第１ガス感応膜３２を加熱することができる。また、外側第１検知パッド３３Ａと接地電位とした内側第１検知パッド３３Ｂとの間で、第１検知電極３６Ａ，３６Ｂ間における第１ガス感応膜３２の抵抗値を測定することができる。かくして、第１ガス検出素子３において、ＮＯｘ等の酸化性ガスの濃度変化を検知することができる。
同様に、第２ガス検出素子４のうち、接地電位とした内側第２ヒータパッド４４Ａと外側第２ヒータパッド４４Ｂとの間に電流を流すことで、ヒータ４８に通電して第２ガス感応膜４２を加熱することができる。また、接地電位とした内側第２検知パッド４３Ａと外側第２検知パッド４３Ｂとの間で、第２検知電極４６Ａ，４６Ｂ間における第２ガス感応膜４２の抵抗値を測定することができる。かくして、第２ガス検出素子４において、ＣＯ，ＨＣ等の還元性ガスの濃度変化を検知することができる。
なお、本実施例においては、第１ガス検出素子３のヒータ３８に流す電流と第２ガス検出素子４のヒータ４８に流す電流とを、別個に制御することができるから、第１，第２ガス感応膜３２，４２の特性等を考慮して、それぞれ素子（感応膜等）に適する温度となるようにヒータ３８，４８の温度を制御することができる。
【００５４】
このように、本実施例のガスセンサ１０（ガスセンサ本体１）では、第１，第２ガス感応膜３２，４２の材質（詳細には、触媒の材質）を除き、配線パターンも含め、互いに同一の材質、形状、構成を有している第１，第２ガス検知素子３，４を用いている。このため、後述するように、第１ガス検出素子と第２ガス検出素子とは、少なくとも第１，第２ガス感応膜３２，４２の形成及びそれ以降の工程よりも前の工程を共通にして製造できるから、製造容易で安価に製造できる。また、同形のガス検出素子３，４を配線基板２に搭載することとなるので、配線基板２への搭載も容易である。
【００５５】
また、ガスセンサ１０（ガスセンサ本体１）は、配線基板２に基板側共通パッド２３Ｃを備え、これは第１ガス検出素子３の内側第１検知パッド３３Ｂ及び内側第１ヒータパッド３４Ｂと、また、第２ガス検出素子４の内側第２検知パッド４３Ａ及び内側第２ヒータパッド４４Ａと接続している。このため、このガスセンサ１０（ガスセンサ本体１）は、２つのガス検出素子３，４を有しながら、これらとの接続は、基板側共通パッド２３Ｃを含め５つの基板側パッド２３で足りる。また、配線基板２に裏面２Ｅに形成する外部回路との接続のための端子数も５つで足り、接続容易となる。しかも、基板側共通パッド２３Ｃは、互いに近くに位置する内側第１検知パッド３３Ｂ、内側第１ヒータパッド３４Ｂ、内側第２検知パッド４３Ａ、及び、内側第２ヒータパッド４４Ａと接続しているので、接続のためのボンディングワイヤ５１Ｃ，５１Ｄ，５２Ａ，５２Ｂも短くて済み、低抵抗で両者を接続できる。
【００５６】
しかも、第１ガス検出素子３の第１検知パッド３３及び第１ヒータパッド３４が第１取り出し辺３Ｐに沿って配置され、第２ガス検出素子の第２検知パッド４１及び第２ヒータパッド４４が第２取り出し辺４Ｐに沿って配置されている。そして、基板側第１ヒータパッド２３Ａ、基板側第１検知パッド２３Ｂ、基板側共通パッド２３Ｃ、基板側第２検知パッド２３Ｄ、基板側第２ヒータパッド２３Ｅが一列に並んで配置されてなる。このため、配線基板のうちガス検出素子の周縁各辺の外側にそれぞれ基板側のパッドを形成するものに比して、配線基板２の面積（設置面積）を小さくして小型化を図ることができる。また、２つのガス検出素子３，４の並び方向（図２において左右方向）、あるいはこれに直交する方向（図２において上下方向）の寸法をも小さくすることができる。また、配線基板２内での内部配線の引き回しも短くできる。
【００５７】
また、配線基板２には、前述したように、裏面通気溝２５Ａが形成されている。図２，図４に示すように、この裏面通気溝２５Ａは、第１，第２ガス検知素子３，４のダイヤフラム構造部３Ａ，４Ａを横断するように配置されている。このため、配線基板２のセラミック絶縁層２６と第１，第２ガス検知素子３，４との隙間によって形成される通気スリット２６Ａ，２６Ｃ、及び第１，第２ガス検知素子３，４同士の隙間によって形成される通気スリット２６Ｂと、この裏面通気溝２５Ａを介して、ダイヤフラム構造部３Ａ，４Ａと外部とが通気可能となっている。かくして、ヒータ３８，４８に通電して加熱した場合、あるいは通電を遮断して冷却した場合にも、第１，第２ガス検出素子３，４の裏面３Ｃ，４Ｃ側の気圧が高くなりすぎ、あるいは低くなりすぎて、ダイヤフラム部３ＡＤ，４ＡＤが破損するなどの不具合を防止することができる。
【００５８】
ついで、本実施例に係るガスセンサ１０の製造について説明する。
まず、ガスセンサ本体１に用いる配線基板２について説明する。この配線基板２は、公知の手法により製造する。具体的には、アルミナを主成分とするセラミック粉末を用いたグリーンシートを所定の形態に打ち抜き、その表面あるいは裏面にタングステンペーストを内部配線や基板側パッドとなるパターンに印刷する。後にキャステレーションとなる貫通穴の側面にもタングステンペーストを塗布しておく。その後、打ち抜いたグリーンシートを積層（本実施例では４層）圧着し、シート積層体を形成する。ついで、このシート積層体に焼成後に個片に分割し易いようにブレーク溝を形成する。さらに、個片が複数個集まった焼成用のサイズに切断し、脱脂処理後に焼成する。ついで、タングステンメタライズ層が露出する部分にニッケルメッキ及び金メッキを施し、所定の電気特性（通電、絶縁等の特性）の検査、外観検査等を経た後、個片の配線基板２に分割する。
【００５９】
一方、第１，第２ガス検出素子３，４は以下のようにして製造する。まず、半導体用の単結晶シリコンウェハを用意し洗浄する。このシリコンウェハ上に、ＳｉＯ２膜の形成、及びＳｉ3Ｎ4膜の形成を行う。ついで、ヒータ３８，４８（図７（ｂ）参照）及び第１，第２ヒータ接続配線３７，４７を形成する。具体的には、例えば、Ｔａ層をスパッタリングによって堆積させ、ついでＰｔ層を形成する。続いて、フォトリソグラフィによるパターンニング及びエッチング処理を行い、ヒータ３８，４８、第１，第２ヒータ接続配線３７，４７を形成する。その後、ヒータ３８，４８を覆うように、絶縁性のＳｉ3Ｎ4膜を堆積させる。次に、第１，第２ヒータ接続配線３７，４７の端部に第１，第２ヒータパッド３４，４４形成用のコンタクト部を形成する。具体的には例えば、第１，第２ヒータ接続配線３７，４７上に堆積させたＳｉ3Ｎ4膜をエッチングにより除去してコンタクト部とする。
【００６０】
ついで、堆積させたＳｉ3Ｎ4膜の上に、一対の第１，第２検知電極３６，４６（図７（ａ）参照）及び一対の第１，第２検知接続配線３５，４５を形成する。その一例としては、スパッタリングによりＴｉ層を堆積させ、さらに、Ｐｔ層を形成する。続いて、フォトリソグラフィによるパターンニング及びエッチング処理を行い、第１，第２検知電極３６，４６及び第１，第２検知接続配線３５，４５を形成する。その後、上述のコンタクト部及び第１，第２検知接続配線３５，４５の端部を、ワイヤボンディング可能なパッドとする。その一例としては、スパッタリングによりＣｒ層及びＡｕ層を形成し、フォトリソグラフィによるパターンニング及びエッチング処理を行い、コンタクト部及び第１，第２検知接続配線３５，４５の端部を、第１，第２検知パッド３３，４３及び第１，第２ヒータパッド３４，４４とする。
ついで、シリコンウェハの裏面から異方性エッチングにより所定位置にダイヤフラム構造部３Ａ，４Ａを形成する。ここまでは、第１，第２ガス検出素子３，４に共通の製造工程である。
【００６１】
ついで、第１ガス検出素子３を得る上述のシリコンウェハについては、第１ガス感応部３１の形状（正方形状）にくり抜かれたシリコンマスクを載せた後、シリコンウェハを所定温度に加温しつつ、スパッタリングにより、ＳｎＯ2からなる金属酸化物半導体のガス感応膜を堆積させる。その後、このガス感応膜上に触媒となるＡｕをスパッタリングにより堆積させて、第１ガス感応部３１に正方形状の第１ガス感応膜３２を形成する。ついで、所定の熱処理パターン（最高温度、保持時間、昇温速度、降温速度等）で、第１ガス感応膜３２を有するシリコンウェハを熱処理（熱アニール）する。その後、特性等を確認後、シリコンウェハの切断を行い、個別の第１ガス検出素子３を得る。
【００６２】
一方、第２ガス検出素子４を得る前述のシリコンウェハについては、第２ガス感応部４１の形状（正方形状）にくり抜かれたシリコンマスクを載せた後、シリコンウェハを所定温度に加温しつつ、スパッタリングにより、ＳｎＯ2からなる金属酸化物半導体のガス感応膜を堆積させる。ここまでは、第１ガス感応膜と同じである。その後、このガス感応膜上に触媒となるＰｄをスパッタリングにより堆積させて、第２ガス感応部４１に正方形状の第２ガス感応膜４２を形成する。ついで、第１ガス検出素子３を得る場合とは異なる熱処理パターン（最高温度、保持時間、昇温速度、降温速度等）で、第２ガス感応膜４２を有するシリコンウェハを熱処理（熱アニール）する。その後、特性等を確認後、シリコンウェハの切断を行い、個別の第２ガス検出素子４を得る。
【００６３】
このように、本実施例では、第１ガス検出素子３及び第２ガス検出素子４の製造にあたり、大半を共通の工程としている。また、フォトマスク等は共通のものを用いる。このため、第１，第２ガス検出素子３，４を安価に、従ってガスセンサ１０を安価に製造することができる。かくして、第１ガス検出素子３と第２ガス検出素子４とは、第１，第２ガス感応膜３２，４２の材質を除いて、同一の材質、形状、構成を有している。
特に本実施例のガスセンサ１０では、第１，第２ガス感応膜の酸化物半導体として、共にＳｎＯ2を用い、触媒（ＡｕとＰｄ）のみを異ならせている。このため、酸化物半導体の形成まで工程を共通とすることができ、さらに、安価に第１，第２ガス検出素子３，４、ガスセンサ１０を製造することができる。
その一方、第１，第２ガス感応膜３２，４２の形成時あるいは形成後の熱処理に際しては、他方に関係なく、適切な温度あるいは熱処理パターンでウェハ（ガス感応膜）を熱処理することができるので、第１，第２ガス感応膜３２，４２それぞれに適切な特性を持たせることができる。
【００６４】
ついで、この第１ガス検出素子３及び第２ガス検出素子４を、配線基板２のセラミック絶縁層２５の上面に接着剤を介して接合し、片持ち状に固定、搭載する。ついで、第１，第２ガス検出素子３，４の第１，第２検知パッド３３，４３及び第１，第２ヒータパッド３４，４４と、配線基板２の基板側パッド２３とを、それぞれボンディングワイヤ５１Ａ等でワイヤボンディングして電気的に相互接続し、ガスセンサ本体１を完成させる。
さらに金属板をプレスによって打ち抜き、折り曲げ等して形成した保護カバー９を、その保護プレート部９１が、ガスセンサ本体１（配線基板２）の被保護面２Ｓとキャビティ２１を覆うようにして係合させ、ガスセンサ１０を完成させる。
【００６５】
（変形例）
ついで、上述の実施例の変形例に係るガスセンサ１１０について、図８及び図９を参照して説明する。
本変形例に係るガスセンサ１１０は、上述の実施例に係るガスセンサ１０において、さらに第１ガス検出素子３の第１検知パッド３３及び第１ヒータパッド３４、第２ガス検出素子４の第２検知パッド４３及び第２ヒータパッド４４、配線基板２の基板側パッド２３、及び、これらを結ぶボンディングワイヤ５１Ａ等を、樹脂封止している点でのみ異なる。
従って、変形例に係るガスセンサ１１０にうち、保護カバー９（図１参照）、配線基板２、第１，第２ガス検出素子３，４は、実施例と同様であるので説明を省略する。
【００６６】
本変形例に係るガスセンサ１１０のうち、ガスセンサ本体１０１では、図９を参照すると容易に理解できるように、配線基板２のロ字状の段部２２のうち、図８において上下方向に延びる二辺の間に架け渡すように、エポキシ樹脂等からなるダム部材１０７が設けられている。このダム部材１０７は、図９に示すように、第１ガス検出素子３の表面３Ｂのうち、第１ガス感応部３１よりも第１検知パッド３３及び第１ヒータパッド３４側（第１取り出し辺３Ｐ側、図８において、第１ガス感応部３１よりも下側）において、第１取り出し辺３Ｐに平行に延びる形態で形成されている。第２ガス検出素子４についても同様に、その表面４Ｂのうち、第２ガス感応部４１よりも第２検知パッド４３及び第２ヒータパッド４４側（第２取り出し辺４Ｐ側、図８において、第２ガス感応部４１よりも下側）において、第２取り出し辺４Ｐに平行に延びる形態で形成されている。
これにより、ダム部材１０７は、第１ガス検知素子３の表面３Ｂにおいて、第１ガス感応膜３２と第１検知パッド３３及び第１ヒータパッド３４との間を区画している。また同様に、第２ガス検知素子４の表面４Ｂにおいて、第２ガス感応膜４２と第２検知パッド４３及び第２ヒータパッド４４との間を区画している。
【００６７】
さらに、図９に示すように、このダム部材１０７に堰き止められた状態で、このダム部材１０７よりも図８において下方に位置する第１ガス検出素子３の表面３Ｂ、第２ガス検出素子４の表面４Ｂ、配線基板２の段部２２（パッド形成辺部２２Ｐ）が、絶縁性のエポキシ樹脂等からなる封止樹脂材１０８に覆われている。これにより、第１ガス検出素子３の一対の第１検知パッド３３及び一対の第１ヒータパッド３４、第２ガス検出素子４の一対の第２検知パッド４３及び一対の第２ヒータパッド４４、配線基板２の５つの基板側パッド２３、及び、これらを結ぶ８本のボンディングワイヤ５１Ａ等が樹脂封止されている。その一方、封止樹脂材１０８は、ダム部材１０７により、第１ガス感応膜３２及び第２ガス感応膜４２とは離間しており、これらへの侵入が防止されている。
【００６８】
前述した実施例に係るガスセンサ１０は、第１，第２ガス検出素子３，４のうち、第１，第２ガス感応膜３２，４２の部分を、被測定気体（例えば外気や排気ガス）に晒す必要がある。
一方、第１ガス検出素子３に形成された第１検知パッド３３及び第１ヒータパッド３４、第２ガス検出素子に形成された第２検知パッド４３及び第２ヒータパッド４４、配線基板２に形成された５つの基板側パッド２３、及びこれらを接続するボンディングワイヤ５１Ａ等も、保護カバー９が被せられているとはいえ、外部に露出している。このため、これらに、水滴その他の異物の付着あるいは異物の衝突などによって、互いに短絡や断線を生じる虞がある。
【００６９】
これに対し、本変形例のガスセンサ１１０（ガスセンサ本体１０１）は、第１，第２ガス検出素子３，４の各パッド３３，３４，４３，４４やボンディングワイヤ５１Ａ等が絶縁性の封止樹脂材１０８で封止されている。このため、水滴その他異物の付着や異物の衝突が生じても、パッド間やボンディングワイヤ間の短絡を生じにくい。その上、ボンディングワイヤ５１Ａ等が変形しにくくなり、これの断線をも効果的に防止できる。かくして、さらに信頼性の高いガスセンサ（ガスセンサ本体）となる。
【００７０】
特に、本変形例のガスセンサ１１０（ガスセンサ本体１０１）では、ダム部材１０７を形成して、封止樹脂材１０８が第１ガス感応膜あるいは第２ガス感応膜にまで侵入するのを防止しているので、封止樹脂材１０８が第１，第２ガス感応部３１，４１に付着したことによる、ガスの検出感度や熱特性などの特性低下を確実に防止することができる。
【００７１】
本変形例に係るガスセンサ１１０において、ダム部材１０７及び封止樹脂材１０８は以下のようにして製造する。まず、前述した実施例に係るガスセンサ本体１を製作した後、チキソトロピック性が高く流動性の低い絶縁性のエポキシ樹脂を、ディスペンサを用いて、配線基板２のロ字状の段部２２のうち、図８において上下方向に延びる二辺の間に直線状に塗布し、その後硬化させる。これにより、段部２２上及び第１，第２ガス検出素子３，４の表面３Ｂ，４Ｂ上に盛り上がるダム部材１０７を形成する。ついで、このダム部材１０７よりも図８において下方に位置する、段部２２（パッド形成辺２２Ｐ）及び第１，第２ガス検出素子３，４の表面３Ｂ，４Ｂ上に、流動性の高い絶縁性のエポキシ樹脂を流し込み、硬化させて封止樹脂材１０８を形成する。これにより、第１，第２ガス検出素子３，４の各パッド３３，３４，４３，４４やボンディングワイヤ５１Ａ等が絶縁性の封止樹脂材１０８で封止される。
【００７２】
以上において、本発明を実施例及び変形例に即して説明したが、本発明は上記実施例等に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で、適宜変更して適用できることはいうまでもない。
例えば、実施例等においては、ヒータ３８，４８として、ヒータ配線自身が抵抗により発熱するタイプのヒータを例示したが、面状に発熱するタイプのヒータを用いることもできる。
【００７３】
また、実施例等においては、第１ガス検出素子３において、各パッドは、図２，図５において左側から、外側第１ヒータパッド３４Ａ，外側第１検知パッド３３Ａ，内側第１検知パッド３３Ｂ，内側第１ヒータパッド３４Ｂが、この順に一列に並んでいるものを例示した。同様に、第２ガス検出素子４において、各パッドは、内側第２ヒータパッド４４Ａ，内側第２検知パッド４３Ａ，外側第２検知パッド４３Ｂ，外側第２ヒータパッド４４Ｂが、この順に一列に並んでいるものを例示した。
しかし、第１ガス検出素子３において、内側第１検知パッド３３Ｂと内側第１ヒータパッド３４Ｂの順序を入れ替えて、外側第１ヒータパッド３４Ａ，外側第１検知パッド３３Ａ，内側第１ヒータパッド３４Ｂ，内側第１検知パッド３３Ｂの順に一列に並んでいるものとする。そして、第２ガス検出素子４において、外側第２検知パッド４３Ｂと外側第２ヒータパッド４４Ｂの順序を入れ替えて、内側第２ヒータパッド４４Ａ，内側第２検知パッド４３Ａ，外側第２ヒータパッド４４Ｂ，外側第２検知パッド４３Ｂの順に一列に並んでいるものとすることもできる。このようにした第１，第２ガス検出素子を用いても、配線基板２の５つの基板側パッドを用いて、２つのガス検出素子を駆動し、それぞれのガス感応膜の抵抗を測定して、ガス濃度や濃度変化を計測することができる。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】実施例にかかるガスセンサの分解斜視図である。
【図２】実施例にかかるガスセンサのうち、保護キャップを外したガスセンサ本体の平面図である。
【図３】実施例にかかるガスセンサのうち、保護キャップを外したガスセンサ本体のＡ−Ａ’矢視断面図である。
【図４】実施例にかかるガスセンサ本体のうち、保護キャップを外したガスセンサ本体のＢ−Ｂ’矢視断面図である。
【図５】第１ガス検出素子，第２ガス検出素子の配線形態を示す平面図である。
【図６】第１，第２ガス検出部における検知電極及びヒータ電極の形態を示す要部拡大図である。
【図７】（ａ）は第１，第２ガス検出部における検知電極の形態を、（ｂ）はヒータ電極の形態を抽出して示す説明図である。
【図８】変形例にかかるガスセンサのうち、保護カバーを外したガスセンサ本体の平面図である。
【図９】変形例にかかるガスセンサのうち、保護カバーを外したガスセンサ本体のＣ−Ｃ’矢視断面図である。
【符号の説明】
【００７５】
１０，１１０  ガスセンサ
１，１０１  ガスセンサ本体
２  配線基板（支持体）
２Ｓ  被保護面
２１  キャビティ
２３  基板側パッド（支持側端子パッド）
２３Ａ  基板側第１ヒータパッド（支持側第１ヒータパッド）
２３Ｂ  基板側第１検知パッド（支持側第１検知パッド）
２３Ｃ  基板側共通パッド（支持側共通パッド）
２３Ｄ  基板側第２検知パッド（支持側第２検知パッド）
２３Ｅ  基板側第２ヒータパッド（支持側第２ヒータパッド）
３  第１ガス検出素子
３Ｐ  第１取り出し辺
３１  第１ガス感応部
３２  第１ガス感応膜
３２Ｐ  （第１ガス感応膜の）周縁
３３  第１検知パッド（端子パッド）
３３Ａ  外側第１検知パッド
３３Ｂ  内側第１検知パッド
３４  第１ヒータパッド（端子パッド）
３４Ａ  外側第１ヒータパッド
３４Ｂ  内側第１ヒータパッド
３５，３５Ａ，３５Ｂ  第１検知接続配線（素子配線）
３５ＡＴ，３５ＢＴ  テーパ部
３６，３６Ａ，３６Ｂ  第１検知電極
３７，３７Ａ，３７Ｂ  第１ヒータ接続配線（素子配線）
３８  第１ヒータ
４  第２ガス検出素子
４Ｐ  第２取り出し辺
４１  第２ガス感応部
４２  第２ガス感応膜
４２Ｐ  （第２ガス感応膜の）周縁
４３  第２検知パッド（端子パッド）
４３Ａ  内側第２検知パッド
４３Ｂ  外側第２検知パッド
４４  第２ヒータパッド（端子パッド）
４４Ａ  内側第２ヒータパッド
４４Ｂ  外側第２ヒータパッド
４５，４５Ａ，４５Ｂ  第２検知接続配線（素子配線）
４５ＡＴ，４５ＢＴ  テーパ部
４６，４６Ａ，４６Ｂ  第２検知電極
４７，４７Ａ，４７Ｂ  第２ヒータ接続配線（素子配線）
４８  第２ヒータ
５１Ａ，５１Ｂ，５１Ｃ，５１Ｄ，５２Ａ，５２Ｂ，５２Ｃ，５２Ｄ  ボンディングワイヤ（導通部材）
１０７  ダム部材
１０８  封止樹脂材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2006337110.tif 000008
【図７】
2006337110.tif 000009
【図８】
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【図９】
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