(57)【要約】【課題】センサ素子に接続される導線間のピッチを狭小化してシリコン製マイクロセンサの小型化を実現することを目的とする。【解決手段】ガスセンサ１０の半導体のセンサ素子５０装着用の素子ケース４０にはフラットケーブル７０が一体的に形成されている。このケーブル７０の他端部７０Ａの４本の露出パターン７５ａは、素子ケース４０の配置面４０Ａに露出した状態で、センサ素子５０の４個の電極５６の近傍に配置されている。各露出パターン７５ａ間のピッチＰ２はセンサ素子５０の各電極５６間のピッチＰ１よりも若干広くされている。こうした各露出パターン７５ａと各電極５６とはボンディングにより信号線５７で接続される。【選択図】　　　　図１
2004093471.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコン製基板上に検出機構を備えたセンサ素子が装着され、該センサ素子によって検出された検出信号を所定の処理回路に送出するシリコン製マイクロセンサであって、
前記センサ素子が備える複数の電極と前記処理回路とを電気的に接続する部材として、複数本の導電パターンを絶縁物で覆ったフラットケーブルを備え、
該フラットケーブルの一端部を前記処理回路に接続し、
該フラットケーブルの他端部を、前記センサ素子の電極の近傍に、前記導電パターンの一部を露出して配置固定した
シリコン製マイクロセンサ。
【請求項２】
前記フラットケーブルの他端部の露出した導電パターンと前記センサ素子の電極とをワイヤボンディングによって接続した請求項１に記載のシリコン製マイクロセンサ。
【請求項３】
前記フラットケーブルの他端部の露出した導電パターンと前記センサ素子の電極とを直接に接続した請求項１に記載のシリコン製マイクロセンサ。
【請求項４】
前記センサ素子は前記複数の電極を所定のピッチで備え、
前記フラットケーブルの前記複数本の導電パターンは、少なくとも前記他端部において、前記複数の電極とほぼ同等のピッチを有する請求項１ないし３のいずれかに記載のシリコン製マイクロセンサ。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載のシリコン製マイクロセンサであって、
前記センサ素子が装着されるケースを備え、
前記フラットケーブルの少なくとも前記他端部が前記ケースと一体的に設けられた
シリコン製マイクロセンサ。
【請求項６】
前記ケースからの前記フラットケーブルの脱離を防止する防止手段を備えた請求項５に記載のシリコン製マイクロセンサ。
【請求項７】
前記フラットケーブルはフレキシブルフラットケーブルである請求項１ないし６のいずれかに記載のシリコン製マイクロセンサ。
【請求項８】
シリコン製基板上に検出機構を備えたセンサ素子と、該センサ素子が装着されるケースとを備え、該センサ素子によって検出された検出信号を所定の処理回路に送出するシリコン製マイクロセンサの製造方法であって、
前記センサ素子が備える複数の電極と前記処理回路とを電気的に接続する部材として、複数本の導電パターンを絶縁物で覆ったフラットケーブルを準備する工程と、
該フラットケーブルの少なくとも前記電極に接続される側の端部を前記ケースにインサートして、該フラットケーブルを該ケースと一体的に成形する工程と
を備えたシリコン製マイクロセンサの製造方法。
【請求項９】
シリコン製基板上に検出機構を備えたセンサ素子と、該センサ素子によって検出された検出信号を所定の処理回路に送出するシリコン製マイクロセンサの製造方法であって、
前記センサ素子が備える複数の電極と前記処理回路とを電気的に接続する部材として、複数本の導電パターンを絶縁物で覆ったフラットケーブルを準備する工程と、
前記センサ素子の複数の電極と前記フラットケーブルの複数本の導電パターンとを電気的に接続する接続部を形成する工程と、
前記検出機構を露出したまま前記接続部を絶縁性樹脂で覆う工程と
を備えたシリコン製マイクロセンサの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリコン製基板上に検出機構を備えたセンサ素子をケースに装着することにより構成されたシリコン製マイクロセンサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリコン製マイクロセンサは、様々な用途、例えば、ガスの性状変化を検出してガス濃度を測定するといった用途に広く用いられている。このようなシリコン製マイクロセンサでは、シリコン製基板上に検出機構を備えたセンサ素子によって検出された検出信号が所定の処理回路に送出され、処理回路での演算処理によってガス濃度が測定される。
【０００３】
こうしたセンサ素子と回路基板との電気的な接続は、従来、以下のように行なわれていた。まず、センサ素子に電気配線の引き出し部位として複数の電極を設け、センサ素子が配設されるケースに各電極に対応する数の金属製の端子（以下、金属端子という）を設ける。こうした各金属端子の一端に各電極をワイヤボンディング等によって接続し、各金属端子の他端に接続ケーブルの一端をはんだ等によって接続する。更に、接続ケーブルの他端のコネクタを回路基板に差し込み接続する（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−９２３２２号公報
【０００５】
このように、金属端子は、センサ素子から回路基板に接続される接続ケーブルまでを中継する役割を果たしていた。こうした複数の金属端子は、各金属端子間での短絡を防止するために、十分なピッチをおいてケースに設けられていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来のシリコン製マイクロセンサでは、金属端子に設けられる金属端子間のピッチが極めて広くなり、こうした金属端子間のピッチの広さに起因してケースを含むシリコン製マイクロセンサの大きさが大きくなってしまうという課題があった。
【０００７】
また、シリコン製マイクロセンサの小型化をセンサ素子に接続される金属端子間のピッチを狭小化することによって実現するという技術的思想は、従来において何ら提案されていなかった。特に、金属端子をケースにインサート成形する場合、金属端子間の絶縁を確保しようとすると、製造上の誤差などを考慮せねばならず、金属端子間のピッチを狭小化することは困難であった。
【０００８】
そこで本発明は、上記の課題を解決し、センサ素子に接続される導線間のピッチを狭小化してシリコン製マイクロセンサの小型化を実現することを目的として、以下の構成を採った。
【０００９】
【課題を解決するための手段およびその作用・効果】
本発明のシリコン製マイクロセンサは、
シリコン製基板上に検出機構を備えたセンサ素子が装着され、該センサ素子によって検出された検出信号を所定の処理回路に送出するシリコン製マイクロセンサであって、
前記センサ素子が備える複数の電極と前記処理回路とを電気的に接続する部材として、複数本の導電パターンを絶縁物で覆ったフラットケーブルを備え、
該フラットケーブルの一端部を前記処理回路に接続し、
該フラットケーブルの他端部を、前記センサ素子の電極の近傍に、前記導電パターンの一部を露出して配置固定したこと
を要旨とする。
【００１０】
上記発明のシリコン製マイクロセンサでは、センサ素子が備える電極と処理回路とを電気的に接続するフラットケーブルを有している。そして、フラットケーブルの一端部が前記処理回路に接続され、他端部がセンサ素子の電極の近傍に、複数本の導電パターンの一部を露出して配置固定されており、フラットケーブル他端部の導電パターン露出部位を、従来の金属端子として利用する。フラットケーブルの複数本の導電パターンは絶縁物で覆われているので、複数本の導電パターンのピッチを、導電パターン間の短絡を生じさせることなく、従来の金属端子のピッチよりも狭くすることが可能となる。このようにフラットケーブルの導電パターンのピッチを狭くすることで、フラットケーブルを含むシリコン製マイクロセンサ全体を小型化することができる。
【００１１】
フラットケーブルの他端部とセンサ素子との接続手法としては、種々の手法を考えることができる。例えば、フラットケーブルの他端部の露出した導電パターンとセンサ素子の電極とをワイヤボンディングによって接続する構成を考えることができる。また、フラットケーブルの他端部の露出した導電パターンとセンサ素子の電極とを直接に接続する構成としてもよい。こうすれば、様々な設置環境下において安定した検出動作を確保することができる。
【００１２】
センサ素子が複数の電極を所定のピッチで備えており、フラットケーブルの複数本の導電パターンが、少なくとも他端部において、複数の電極とほぼ同等のピッチを有することも望ましい。こうすれば、シリコン製マイクロセンサ全体をセンサ素子に併せて小型化することができる。
【００１３】
センサ素子が装着されるケースを備え、フラットケーブルの少なくとも他端部がケースと一体的に設けられる構成とすることも、シリコン製マイクロセンサの取り扱いが容易となる点で好適である。また、ケースからのフラットケーブルの脱離を防止する防止手段を備えれば、シリコン製マイクロセンサの取り扱い性能をより一層高めることができる。また、フラットケーブルとしてフレキシブルフラットケーブルを採用することも、シリコン製マイクロセンサを設置する際の取り扱いが容易となる点で好ましい。
【００１４】
本発明のシリコン製マイクロセンサの製造方法は、
シリコン製基板上に検出機構を備えたセンサ素子と、該センサ素子が装着されるケースとを備え、該センサ素子によって検出された検出信号を所定の処理回路に送出するシリコン製マイクロセンサの製造方法であって、
前記センサ素子が備える複数の電極と前記処理回路とを電気的に接続する部材として、複数本の導電パターンを絶縁物で覆ったフラットケーブルを準備する工程と、
該フラットケーブルの少なくとも前記電極に接続される側の端部を前記ケースにインサートして、該フラットケーブルを該ケースと一体的に成形する工程と
を備えたことを要旨とする。
【００１５】
上記発明のシリコン製マイクロセンサの製造方法では、センサ素子が装着されるケースに、フラットケーブルの電極に接続される側の端部をインサートして、該フラットケーブルを該ケースと一体的に成形する。これにより、従来設けられていた金属端子が不要となり、前記センサ素子と前記処理回路との接続箇所が減少する。従って、部品点数の削減と共に電気的な接続作業の簡易化や確実化を図ることができる。
【００１６】
他の本発明のシリコン製マイクロセンサの製造方法は、
シリコン製基板上に検出機構を備えたセンサ素子と、該センサ素子によって検出された検出信号を所定の処理回路に送出するシリコン製マイクロセンサの製造方法であって、
前記センサ素子が備える複数の電極と前記処理回路とを電気的に接続する部材として、複数本の導電パターンを絶縁物で覆ったフラットケーブルを準備する工程と、
前記センサ素子の複数の電極と前記フラットケーブルの複数本の導電パターンとを電気的に接続する接続部を形成する工程と、
前記検出機構を露出したまま前記接続部を絶縁性樹脂で覆う工程と
を備えたことを要旨とする。
【００１７】
上記他の発明のシリコン製マイクロセンサの製造方法では、センサ素子とフラットケーブルとを電気的に接続した後、それらの接続部を、検出機構を露出したまま、絶縁性樹脂により覆う。これにより、従来設けられていた金属端子が不要となり、前記センサ素子と前記処理回路との接続箇所が減少する。また、接続部を絶縁性樹脂により覆うことで、接続部の形状を任意の形状に容易に形成することが可能である。更に、センサ素子を装着するためのケースが必要なくなるので、更なるシリコン製マイクロセンサの小型化を図ることができる。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成および作用を一層明らかにするために、以下本発明の実施の形態を、以下の順序で説明する。
Ａ．実施例（接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０）
Ａ−１．接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０の全体構成
Ａ−２．センサ素子５０の構成
Ａ−３．素子ケース４０の構成
Ａ−４．接着部材４８の構成
Ａ−５．フラットケーブル７０の構成
Ａ−６．ガス検出の仕組み
Ｂ．接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０の製造工程
Ｂ−１．センサ素子５０，回路基板８０，接着部材４８，ケーブル７０の準備
Ｂ−２．ケーブル７０をインサートした素子ケース４０の成形
Ｂ−３．センサ素子５０の素子ケース４０への接着
Ｂ−４．信号線５７の接続
Ｂ−５．信号線５７のモールド
Ｂ−６．回路基板８０との接続
Ｃ．作用効果
Ｄ．変形例
【００１９】
Ａ．実施例：
Ａ−１．接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０の全体構成：
図１は本発明の一実施例である接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０の平面を示す説明図であり、図２は図１に示した接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０を２−２線に沿って切断したときの断面を示す説明図である。
【００２０】
接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０（以下、ガスセンサ１０という）は、可燃性ガスの燃焼に伴って電気抵抗値が変化することを利用して可燃性ガスの濃度を検出するセンサであり、例えば、自動車の燃料電池ユニットに搭載され、水素の漏れを測定する目的などに用いられる。
【００２１】
ガスセンサ１０は、半導体のセンサ素子５０が装着される素子ケース４０と、この素子ケース４０に装着されたフラットケーブル７０（以下、ケーブル７０という）と、このケーブル７０のコネクタ７３に接続された回路基板８０とを備えている。このように構成されたガスセンサ１０は、図２に太矢印で示すように、素子ケース４０のセンサ素子５０が装着された領域に入ってきた被測定ガスをセンサ素子５０によって検出し、被測定ガス量に対応した電気信号をケーブル７０を介して回路基板８０に出力する。
【００２２】
Ａ−２．センサ素子５０の構成：
図３はセンサ素子５０を模式的に表わす説明図である。図３（Ａ）はセンサ素子５０の底面を表わし、図３（Ｂ）は図３（Ａ）に示したセンサ素子５０を３Ｂ−３Ｂ線に沿って切断したときの断面形状を表わしている。これらの図に示すように、センサ素子５０は、シリコン製基板５１と、絶縁薄膜５２ａ，５２ｂと、検出機構５３と、絶縁保護膜５５とを備えている。
【００２３】
シリコン製基板５１は、縦が３ｍｍ、横が５ｍｍのシリコン製の平板である。シリコン製基板５１の上層には絶縁薄膜５２ａが形成されている。この絶縁薄膜５２ａの表面がセンサ素子５０の素子表面５０Ａとなる。この素子表面５０Ａに後述する検知用ヒータ５３ａが配設される。シリコン製基板５１の下層には、後述する空隙部５１ａに相当する部分を除いて、絶縁薄膜５２ｂが形成されている。この絶縁薄膜５２ｂの表面がセンサ素子５０の素子裏面５０Ｂとなる。この素子裏面５０Ｂが、後述する素子ケース４０の接着用凹部４１の底面４１Ｂに接着部材４８を介して接着される。なお、絶縁薄膜５２ａ，５２ｂは、シリコン製基板５１を酸化することによって形成される酸化膜、ＣＶＤ等によって形成された窒化硅素膜、窒化膜、酸窒化膜、ＴａｘＯｙ膜及びこれらの積層膜等のひとつ以上の膜によって構成される。
【００２４】
検出機構５３は、検知用ヒータ５３ａと、この検知用ヒータ５３ａの上方に位置する触媒膜５３ｂから構成されている。検知用ヒータ５３ａは、通常、Ｐｔ（白金）、Ｎｉ−Ｃｒ（ニッケル−クロム）、Ａｕ（金）およびＣｒ（クロム）等の正の温度抵抗係数が大きい導電体によって形成されている。触媒膜５３ｂは、被測定ガスの燃焼を促す触媒であり、対象となるガスによって適宜材質を選択することができる。例えば、水素ガス等の可燃性ガスに適用する場合には、触媒として、Ｐｔ（白金）及びＰｄ（パラジウム）等の貴金属の単層膜、またはＰｔ（白金）及びＰｄ（パラジウム）等をＡｌ２Ｏ３（アルミナ）やＳｉＯ２（酸化シリコン）に担持させたものを用いることができる。また、絶縁保護膜５５との密着強度を向上させるために、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）およびＮｂ（ニオブ）等の金属層を下層に設けることもできる。
【００２５】
センサ素子５０は、検出機構５３が配設される部位を薄肉とすることにより検出機構５３の配設部位の近傍に空隙を備えた構造（ダイヤフラム構造）を有する。即ち、図３に示すように、検出機構５３が配設された位置の下方には、検出機構５３の配設個所が薄肉形状となるように、センサ素子５０の一部を除去することにより、角錐台形状の空隙部５１ａが設けられている。この空隙部５１ａ内に所定の容積の空隙５１ｂが形成される。本実施例では、空隙５１ｂが約１ｍｍ３の容積を有する構成としたが、空隙５１ｂの容積は空隙部５１ａの形状を変更することにより適宜定めることができる。こうした空隙５１ｂの存在により、検出機構５３の熱容量を小さくすることや検出機構５３とシリコン製基板５１とを熱的に絶縁することが可能となる。なお、空隙部５１ａの部位においては、絶縁薄膜５２ｂが形成されず、シリコン製基板５１が露出した状態とされている。
【００２６】
絶縁保護膜５５は、絶縁薄膜５２ａ，５２ｂと同様の材質及び形成方法により作製され、検知用ヒータ５３ａと電極５６との間の配線層等を覆うように配設される。これにより、検知用ヒータ５３ａと電極５６との間の配線の汚染や損傷を防止することができる。
【００２７】
電極５６は、検知用ヒータ５３ａに接続される配線の引き出し部位である。本実施例では、４個の電極５６がコンタクトホールを介して素子表面５０Ａに露出している（図１を参照）。電極５６の材質はＡｌ（アルミニウム）またはＡｕ（金）を用いることができる。さらに、Ａｕ（金）を用いる場合は、絶縁保護膜５５との密着強度を向上させるために、Ｔｉ（チタン）、Ｔａ（タンタル）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｗ（タングステン）、Ｃｒ（クロム）およびＮｂ（ニオブ）等の金属層を下層に設けることもできる。
【００２８】
Ａ−３．素子ケース４０の構成：
図４は、センサ素子５０が装着される前の接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０の平面を示す説明図であり、図５は図４に示した接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０を５−５線に沿って切断したときの矢視断面形状を示す説明図である。図４ないし図５に示すように、樹脂成形された素子ケース４０は被測定ガスが流入される側にセンサ素子５０が配置される配置面４０Ａを備える。この配置面４０Ａには、センサ素子５０が収納される接着用凹部４１が設けられている。この接着用凹部４１の底面４１Ｂに、センサ素子５０の素子裏面５０Ｂが接着部材４８を介して接着される（図２を参照）。
【００２９】
接着用凹部４１の底面には、所定の深さの凹所４２が形成されている。この凹所４２は、センサ素子５０を接着用凹部４１に接着した状態において、センサ素子５０の空隙部５１ａとほぼ対向する位置に形成される（図２を参照）。このように凹所４２と空隙部５１ａ内の空隙５１ｂとを対向させた状態でセンサ素子５０を接着用凹部４１に装着した場合には、検出機構が配設された薄い部分（以下、薄膜部という）の周辺に密閉された状態で存在する空気の体積が増大するため、薄膜部付近の密閉された空気の圧力上昇が抑制される。従って、薄膜部の破損を有効に防止することができる。
【００３０】
また、図１ないし図２に示すように、接着用凹部４１の底面における凹所４２の開口面積は、センサ素子５０の素子裏面５０Ｂにおける空隙部５１ａの開口面積よりも若干小さい面積に形成されており、凹所４２は素子裏面５０Ｂにおける空隙部５１ａに包含されている。
【００３１】
図２に示すように、センサ素子５０を接着用凹部４１に接着した状態において、センサ素子５０の素子表面５０Ａは、素子ケース４０の配置面４０Ａとほぼ同一面になっている。
【００３２】
Ａ−４．接着部材４８の構成：
接着部材４８の構成を図６に示す。図６（Ａ）は接着部材４８の平面を示し、図６（Ｂ）は図６（Ａ）に示した接着部材４８を６Ｂ−６Ｂ線に沿って切断したときの矢視断面形状を示している。
【００３３】
接着部材４８は表裏両面が粘着面とされたシート状の部材であり、各粘着面は熱硬化性を有する。上記の接着部材４８の材料としては、エポキシやポリイミド等を用いることができる。
【００３４】
接着部材４８の平面形状（貼付面積）は、基となるシートを適当な形状に切断することにより、自由に定めることができる。本実施例では、図６（Ａ）に示すように、接着用凹部４１の底面４１Ｂとほぼ同じ面積分の貼付面積を有する接着部材４８を採用している。また、接着部材４８の略中央部には、センサ素子５０の素子裏面５０Ｂにおける空隙部５１ａの面積分のシートがくり抜き形状で切除されることにより、穴部４８ｐが形成されている。
【００３５】
本実施例では、接着部材４８は、センサ素子５０が接着用凹部４１に完全に接着したときにセンサ素子５０の素子表面５０Ａと素子ケース４０の配置面４０Ａとが略面一となる状態（図２を参照）を実現する厚みｄ１を有する。
【００３６】
Ａ−５．フラットケーブル７０の構成：
センサ素子５０と回路基板８０の間の導通路を構成するケーブル７０の構成を図７に示す。図７に示すように、ケーブル７０は、絶縁物である樹脂皮膜で覆われた４本の導電パターン７５を帯部７２内に備える。本実施例では、ケーブル７０としてフレキシブルフラットケーブルを採用しているので、導電パターン７５が収納された帯部７２は、可撓性に富み、自由に折り曲げることができる。
【００３７】
図７に示すように、ケーブル７０の一端部７０Ｂにはコネクタ７３が設けられている。コネクタ７３は、素子ケース４０外部に引き出されており、回路基板８０に接続される（図１および図２を参照）。
【００３８】
一方、ケーブル７０の他端部７０Ａにおいては、４本の導電パターン７５が外部に露出した状態とされている。この外部に露出した導電パターン７５のことを、以下、露出パターン７５ａという。この露出パターン７５ａは、帯部７２の上側の樹脂皮膜を除去することによって形成される。
【００３９】
各露出パターン７５ａ間のピッチＰ２は、各電極５６間のピッチＰ１よりもほんの少しだけ広くされている（図１を参照）。こうした４本の露出パターン７５ａは、素子ケース４０にケーブル７０が装着された状態において４個の電極５６の近傍の素子ケース４０の配置面４０Ａに固定配置され、素子表面５０Ａの各電極５６との信号線５７を介した接続に用いられる（図１および図２を参照）。
【００４０】
信号線５７は、図１および図２に示したように、低粘度の絶縁性樹脂材料から形成された充填材５８ｂによりモールドされている。また、素子ケース４０の配置面４０Ａないしセンサ素子５０の素子表面５０Ａには、検出機構５３が設けられた部位と信号線５７が設けられた部位とを区画する区画材５８ａが設けられている。
【００４１】
区画材５８ａは、信号線５７が設けられた部位に流し込まれた充填材５８ｂが検出機構５３が設けられた部位に流れ込むことを防止する役割を果たす。充填材５８ｂは、検出機構５３が設けられた部位に流れ込もうとする際に区画材５８ａにより堰き止められる。こうした区画材５８ａにより、充填材５８ｂが検出機構５３に流出することに起因する検出機構５３の損傷を防止することができる。なお、樹脂製の板材で形成された区画材５８ａを、素子ケース４０の配置面４０Ａないしセンサ素子５０の素子表面５０Ａに接着する構成としても差し支えない。
【００４２】
Ａ−６．ガス検出の仕組み：
上記のように構成されたガスセンサ１０では、検出機構５３に被測定ガスが流入されると、被測定ガス中の水素などの可燃性ガスが触媒膜５３ｂに接触して燃焼し、発生した燃焼熱が検知用ヒータ５３ａに伝わることで、正の抵抗温度係数の材料を用いた検知用ヒータ５３ａの電気抵抗値が増加する。増加後の電気抵抗値は、電気信号の形態で、電極５６，信号線５７，ケーブル７０を通じて回路基板８０に送出される。回路基板８０は、受け取った電気抵抗値を、予め定められた電気抵抗の基準値と比較し、両者の差異に基づいて可燃性ガスの濃度を測定する。
【００４３】
Ｂ．ガスセンサ１０の製造工程：
次に、本実施例におけるガスセンサ１０を製造する工程について説明する。
【００４４】
Ｂ−１．センサ素子５０，回路基板８０，接着部材４８，ケーブル７０の準備：
まず、図３ないし図７に示した形状のセンサ素子５０，回路基板８０，接着部材４８，ケーブル７０を準備する。本実施例では、帯部７２の材料としてポリエステル樹脂を用いたケーブル７０が準備される。
【００４５】
Ｂ−２．ケーブル７０をインサートした素子ケース４０の成形；
次に、素子ケース４０を、ケーブル７０をインサートした樹脂射出成形により製造する。なお、本実施例では、素子ケース４０の成形材料として液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂を用いている。
【００４６】
図８は上記のインサート成形の前後の様子を示す説明図である。この図８では図２に対応する要部断面の様子を略記して示している。まず、素子ケース４０の外形が形取られた上型１２および下型１４を準備し、ケーブル７０の一部を挿入した状態で上型１２および下型１４をセットする。このセット後の型の断面の様子を図８（Ａ）に示した。図８（Ａ）に示すように、上型１２および下型１４内には、ケーブル７０の他端部７０Ａの露出パターン７５ａと帯部７２の一部が挿入されている。こうしたセット後の型内に、成形材料としての液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂が注入される。
【００４７】
図８（Ａ）に示すように、上型１２と下型１４との接合箇所には、帯部７２の幅ないし厚みに対応する大きさの開口を有する挟持部１３が形成されている。型内から型外に延びた帯部７２は、上記の挟持部１３において下型１４と上型１２との間で挟持される。また、型内に挿入された４本の露出パターン７５ａが露出された他端部７０Ａは、下型１４に設けられた突出形状の支持部１４ａに、露出パターン７５ａ側を上型１２の方に向けて載置され、支持部１４ａ頂面と上型１２との間で挟持される。これにより、型内に挿入されたケーブル７０部分の両端が挟持される。従って、型内に樹脂を注入する際に、型内に挿入されたケーブル７０部分（特に、露出パターン７５ａ）に位置ずれが生じることを防止することができる。
【００４８】
次に、型内に注入された樹脂が硬化した後、上型１２および下型１４を取り外す。これにより、ケーブル７０の一部（露出パターン７５ａと帯部７２の一部）と一体化された素子ケース４０が成形される。成形後の素子ケース４０には、図８（Ｂ）に示すように、支持部１４ａに倣った形状の溝４０ｗが形成されている。
【００４９】
続いて、成形後の素子ケース４０を治具１６に固定する。図８（Ｂ）に示すように、治具１６の底面には、溝４０ｗの形状に倣った形状の支持突起１６ａが突設されている。素子ケース４０は、溝４０ｗに支持突起１６ａが嵌合された状態で、治具１６に固定される。
【００５０】
Ｂ−３．センサ素子５０の素子ケース４０への接着：
続いて、素子ケース４０の接着用凹部４１の底面４１Ｂに、接着部材４８を介してセンサ素子５０を装着する。具体的には、まず、底面４１Ｂに接着部材４８を敷設した後、敷設された接着部材４８上に適度に加熱されたセンサ素子５０の素子裏面５０Ｂを配置し、素子表面５０Ａ方向からセンサ素子５０を圧着する。つまり、センサ素子５０から放射される余熱が接着部材４８の表裏面に伝わることにより、接着部材４８の表裏面の熱硬化性の粘着剤が粘着性を帯びる。このような粘着性を帯びた状態での圧着により、底面４１Ｂにセンサ素子５０の素子裏面５０Ｂが接着される。
【００５１】
なお、接着部材４８には、空隙部５１ａないし凹所４２の面積分の穴部４８ｐが形成されているので、空隙部５１ａの外周付近の素子裏面５０Ｂである空隙部外周裏面５０Ｂｇ（図６（Ａ）において斜線ハッチングで示した部分）は、その全面において接着部材４８に接着する。これにより空隙部５１ａ内の空隙５１ｂが封止される。従って、センサ素子５０の素子表面５０Ａ側から回り込んできた外気（図６（Ａ）において白抜き矢印で示す）が空隙５１ｂや凹所４２に進入することが防止される。
【００５２】
Ｂ−４．信号線５７の接続：
次に、センサ素子５０の各電極５６とケーブル７０の各露出パターン７５ａとをボンディングにより信号線５７で接続する。信号線５７が接続された後の様子を図８（Ｃ）に示した。なお、図８（Ｂ）ないし図８（Ｃ）に示したように、素子ケース４０にインサートされたケーブル７０の他端部７０Ａは、溝４０ｗに嵌合された支持突起１６ａによって下方から支持されている。従って、各露出パターン７５ａに信号線５７を強固に接続することができる。
【００５３】
Ｂ−５．信号線５７のモールド：
次に、信号線５７を絶縁性樹脂材でモールドする。具体的には、まず、センサ素子５０の素子表面５０Ａ上および素子ケース４０の配置面４０Ａ上に高粘度の絶縁性樹脂材料を塗布することにより区画材５８ａを縦壁状に立設する。区画材５８ａは、センサ素子５０の上面に置かれたときに盛り上がるような高粘度（１５０Ｐａ・ｓ以上）の絶縁性樹脂材料から形成されている。続いて、信号線５７の上方から低粘度の絶縁性樹脂材料を流し込むことにより信号線５７を充填材５８ｂで被覆する。本実施例では、充填材５８ｂとして、低粘度（１５０Ｐａ・ｓ未満、好ましくは１５Ｐａ・ｓ以下）の樹脂材料を用いているため、充填材５８ｂは信号線５７の裏側にまで流れ込む。これにより、信号線５７は充填材５８ｂに密着して覆われた状態となる（図２を参照）。
【００５４】
Ｂ−６．回路基板８０との接続：
次に、ケーブル７０の一端部７０Ｂに設けられたコネクタ７３を回路基板８０に差し込み、ケーブル７０の露出パターン７５ａと回路基板８０との結線を行なう。これによりガスセンサ１０が完成する。
【００５５】
Ｃ．作用効果：
以上説明したように、上記実施例のガスセンサ１０では、ケーブル７０の他端部７０Ａに設けられた４個の露出パターン７５ａが、センサ素子５０の４個の電極５６の近傍の位置（ボンディング接続が可能な位置）に配置固定される。このように電極５６と接続される対象をケーブル７０の露出パターン７５ａとすることで、導電パターン７５間の短絡を生じさせることなく、露出パターン７５ａを含む導電パターン７５間のピッチＰ２を従来の金属端子間のピッチよりも狭くすることが可能となり、ガスセンサ１０を小型化することができる。センサ素子５０の電極５６を金属端子に接続する従来のシリコン製マイクロセンサの外形線を、図１に二点鎖線で示した。図１からわかるように、上記実施例のガスセンサ１０では、電極５６と接続される対象をケーブル７０の露出パターン７５ａとして露出パターン７５ａを含む導電パターン７５間のピッチをピッチＰ２に狭小化したことにより、その外形が従来よりも幅方向に寸法ｇの２倍分だけ小さくなっている。また、上記実施例のガスセンサ１０においては、フラットケーブル７０の幅（導電パターン７５を並列に配置した方向の幅）が、センサ素子５０の幅の２倍以下とすることができる。更に、センサ素子５０が装着される素子ケース４０の外形幅が、センサ素子５０の幅の４倍以下とすることができる。
【００５６】
また、上記実施例のガスセンサ１０では、ケーブル７０の４個の露出パターン７５ａおよび帯部７２の一部が、素子ケース４０にインサートされ、素子ケース４０と一体的に形成されるので、従来のシリコン製マイクロセンサで設けられていた金属端子が不要となり、センサ素子５０と回路基板８０との間の接続箇所が減少する。従って、部品点数の削減と共に電気的な接続作業の簡易化や確実化を図ることができる。また、素子ケース４０とケーブル７０とを一体として扱うことが可能となり、ガスセンサ１０の取り扱いが容易となる。
【００５７】
なお、上記実施例のガスセンサ１０は、例えば、燃料電池ユニットの水素の漏れを検知するセンサに適用することができる。即ち、燃料電池ユニットでは、水素極と空気極とにそれぞれ水素、空気（酸素）を流し、これを化学反応させることにより電気を発生させており、上記実施例のガスセンサ１０を、燃料電池ユニットにおいて湿度の高い箇所（水分を燃料電池セルの電解質まで導く水分導入部）に水素が混入しているのを検出するセンサとして用いることが可能である。
【００５８】
Ｄ．変形例：
上記実施例のガスセンサ１０の変形例について図９ないし図１２を参照しつつ説明する。図９ないし図１２に示すガスセンサ１１０，４１０，５１０やケーブル２７０，３７０は、上記実施例におけるガスセンサ１０やケーブル７０とほぼ共通の各部を備える。図９ないし図１２では、この共通の各部につき、符号の十の位以下を上記実施例で用いた符号と同じ数字ないし英字を用いて表わしている。
【００５９】
図９は第１変形例を示す説明図である。この図９では図８（Ｃ）に対応する要部断面の様子を略記して示している。図９に示すように、第１変形例としてのガスセンサ１１０は、センサ素子１５０の素子裏面１５０Ｂ側に電極１５６を設けると共に、この電極１５６と導通されるケーブル１７０の各露出パターン１７５ａを、素子ケース１４０の接着用凹部１４１の底面１４１Ｂに露出した状態で設けている。こうしたセンサ素子１５０を接着用凹部１４１に接着する際には、異方導電性を有するシート状接着部材１４８（本例においては、厚み方向にのみ導電性を示す接着部材）が用いられる。こうすれば、接着用凹部１４１にセンサ素子１５０を接着することにより、センサ素子１５０の各電極１５６と素子ケース１４０上の各露出パターン１７５ａとが接着部材１４８を介して導通される。従って、様々な設置環境下において安定した検出動作を確保することができる。例えば、ガスセンサ１１０が振動の多い場所に設置された場合には、信号線での接続の場合と比較して断線が起こりにくくなる。他方、製造段階においても、センサ素子１５０の電極１５６と素子ケース１４０上の露出パターン１７５ａとを接続する工程や電極１５６と露出パターン１７５ａとの間の信号線をモールドする工程が不要となり、製造効率を高めることができる。
【００６０】
なお、上記の第１変形例において、他の接着力および導電性を併有する部材を介してセンサ素子１５０の電極１５６とケーブル１７０の露出パターン１７５ａとを導通させる構成としてもよい。こうした部材としては、ペースト状の導電性接着剤や導電性セラミック、はんだ等を考えることができる。例えば、電極１５６にはんだを材料としたバンプ（接続端子に設けられる小さなこぶ状の導体の突起）を装着しておき、センサ素子１５０の装着に伴って電極１５６と露出パターン１７５ａとがバンプを介して接着ないし導通される構成とすればよい。また、上記の第１変形例において、接着部材１４８を媒介することなく、センサ素子１５０の電極１５６と素子ケース１４０上の露出パターン１７５ａとを直接に接続する構成としてもよい。
【００６１】
図１０は第２変形例を示す説明図である。この図１０に示したケーブル２７０，３７０は、インサート成形後に素子ケース４０からケーブル７０が抜けること（脱離）を防止する手段を備えている。図１０（Ａ）に示したケーブル２７０は、他端部２７０Ａの４個の各露出パターン２７５ａに切欠部２７５ｆを備える。一方、図１０（Ｂ）に示したケーブル３７０は、素子ケース４０の上型１２および下型１４内に挿入される帯部３７２に切欠部３７０ｆを備える。このため、インサート成形時においては、上記の切欠部２７５ｆや切欠部３７０ｆに素子ケース４０の成形材料である液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂が充填される。こうした切欠部２７５ｆや切欠部３７０ｆに充填された液晶ポリマー（ＬＣＰ）樹脂が固化することにより、インサート成形後の素子ケース４０からケーブル７０が抜けにくくなる。従って、ガスセンサ１０の取り扱い性能をより一層高めることができる。
【００６２】
素子ケース４０を備えないガスセンサ４１０の構成を、第３変形例として図１１に示した。図１１（Ａ）はガスセンサ４１０の製造過程の一部を表わす説明図であり、図１１（Ｂ）は上記の製造過程を経て製造されたガスセンサ４１０を示す説明図である。この図１１（Ａ），図１１（Ｂ）では、それぞれ、図８（Ａ），図８（Ｃ）に対応する要部断面の様子を略記して示している。
【００６３】
第３変形例では、ケーブル４７０の４本の露出パターン４７５ａが、他端部４７０Ａではなく、他端部４７０Ａの端から距離Ｌ１分だけ離間した位置に形成される点で、上記実施例と異なっている（図１１（Ａ）を参照）。このため、ケーブル４７０の他端部４７０Ａは、４本の導電パターンが樹脂皮膜で覆われた状態となっている。
【００６４】
第３変形例のガスセンサ４１０を製造する際には、まず、センサ素子４５０の素子裏面４５０Ｂを接着部材４４８を用いてケーブル４７０の他端部４７０Ａに接着固定し、次に、素子表面４５０Ａに露出した４個の各電極４５６とケーブル４７０の各露出パターン４７５ａとをボンディングにより信号線４５７で接続する。
【００６５】
続いて、図１１（Ａ）に示すように、接着ないし接続後のセンサ素子４５０およびケーブル４７０を上型４９２および下型４９４にセットし、セット後の型内に充填材４５８ｂを注入する。なお、第３変形例では、充填材４５８ｂとして、上記実施例における充填材５８ｂと同様の絶縁性樹脂材料を用いている。これにより、充填材４５８ｂは、センサ素子４５０とケーブル４７０との接着部位や信号線４５７による接続部位の周囲に回り込み、上記の接続部位（信号線４５７を含む）が充填材４５８ｂに密着して覆われる。
【００６６】
なお、図１１（Ａ）に示すように、上記の上型４９２および下型４９４は、センサ素子４５０およびケーブル４７０をセットしたときに、センサ素子４５０の検出機構４５３が型の外側に位置するような形状とされている。従って、上記の充填材４５８ｂの注入によって検出機構４５３が充填材４５８ｂで覆われてしまうといった事態は生じない。
【００６７】
次に、型内に注入された充填材４５８ｂが硬化した後、上型４９２および下型４９４を取り外す。これにより、図１１（Ｂ）に示すように、ケーブル４７０の一部（他端部４７０Ａ，露出パターン４７５ａおよび帯部４７２の一部）とセンサ素子４５０の一部とが樹脂モールドによって一体化されたガスセンサ４１０が成形される。
【００６８】
このように、センサ素子４５０とケーブル４７０との接着部位や信号線４５７による接続部位を絶縁性樹脂でモールドすることにより、信号線４５７による接続の信頼性が高まると共に、センサ素子４５０とケーブル４７０とを強固に一体化することができる。このように一体化されたガスセンサ４１０によれば、センサ素子４５０やケーブル４７０を装着固定するための筐体が不要となり、ガスセンサ４１０の更なる小型化を図ることができる。加えて、第３変形例のガスセンサ４１０の製造方法によれば、上型４９２および下型４９４内の形状を変更することにより樹脂モールド部分の形状を任意の形状に形成することができる。従って、ガスセンサの取り付け部位の形状に広く対応したガスセンサを提供することができる。
【００６９】
このような素子ケース４０を備えないガスセンサは、第１変形例のように、センサ素子５０の各電極５６とケーブル７０の各露出パターン７５ａとの接続に信号線５７を用いない場合にも、実現することができる。このようなガスセンサの構成を第４変形例として図１２に示した。図１２（Ａ）は第４変形例としてのガスセンサ５１０の製造過程を表わす説明図であり、図１２（Ｂ）は上記の製造過程を経て製造されたガスセンサ５１０を示す説明図である。この図１２（Ａ），図１２（Ｂ）では、それぞれ、図８（Ａ），図８（Ｃ）に対応する要部断面の様子を略記して示している。
【００７０】
第４変形例では、第１変形例と同様に、センサ素子５５０の４個の電極５５６が素子裏面５５０Ｂ側に露出した状態で設けられている。第４変形例のガスセンサ５１０を製造する際には、まず、センサ素子５５０の各電極５５６とケーブル５７０の他端部５７０Ａの各露出パターン５７５ａとを、接着力および導電性を併有する部材（例えば、はんだを材料としたバンプ）を用いて接着する。これにより、センサ素子５５０の各電極５５６とケーブル５７０の各露出パターン５７５ａとが接着に用いられた部材を介して導通される。
【００７１】
続いて、図１２（Ａ）に示すように、電極５５６と露出パターン５７５ａとの接着後のセンサ素子５５０およびケーブル５７０を上型５９２および下型５９４にセットし、セット後の型内に、第３変形例と同様の充填材５５８ｂを注入する。なお、上記の上型５９２および下型５９４は、第３変形例と同様に、センサ素子５５０の検出機構５５３には充填材５５８ｂが回り込まない形状とされている。これにより、充填材５５８ｂは、電極５５６と露出パターン５７５ａとの接着部位付近において、センサ素子５５０やケーブル５７０の周囲に回り込み、接着部位付近におけるセンサ素子５５０およびケーブル５７０が充填材５５８ｂに密着して覆われる。
【００７２】
次に、型内に注入された充填材５５８ｂが硬化した後、上型５９２および下型５９４を取り外す。これにより、図１２（Ｂ）に示すように、ケーブル５７０の一部（他端部５７０Ａおよび帯部５７２の一部）とセンサ素子５５０の一部とが樹脂モールドによって一体化されたガスセンサ５１０が成形される。このようなガスセンサ５１０によれば、上記した第３変形例のガスセンサ４１０とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００７３】
なお、この発明は上記実施例や変形例に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能である。例えば、上記した実施例や各種の変形例を適宜組み合わせて実施することも可能である。
【００７４】
また、シート状の接着部材４８が２以上の部材の組み合わせから構成されるものとしてもよい。更に、上記の実施例や変形例ではシート状の接着部材を用いたが、これ以外の接着部材（例えば、ペースト状の接着剤）を用いても差し支えない。
【００７５】
上記実施例において、各露出パターン７５ａ間のピッチＰ２をセンサ素子５０の各電極５６間のピッチＰ１とほぼ同等のピッチにしてもよい。こうすれば、センサ素子５０の小型化に併せてガスセンサ１０を小型化することができる。
【００７６】
なお、上記実施例では、インサート成形という手法によってケーブル７０の一部と素子ケース４０とを一体化したが、これ以外の手法を用いて一体化しても差し支えない。例えば、成形後の素子ケース４０内に接着剤が塗布されたケーブル７０を挿入し、接着剤を介して素子ケース４０とケーブル７０を一体化することも可能である。
【００７７】
また、ケーブル７０は、必ずしも素子ケース４０と一体化される必要はなく、ガスセンサ１０において、ケーブル７０の露出パターン７５ａが、センサ素子５０の電極５６との接続が可能な位置に配置固定されていれば、露出パターン７５ａを含む導電パターン７５間のピッチＰ２を狭くすることが可能となり、ガスセンサ１０を小型化することができる。例えば、ケーブル７０の露出パターン７５ａを係止具による係止等の手法によってセンサ素子５０に配置固定してもよい。
【００７８】
また、上記実施例では、本発明を可燃性ガスの濃度を検出するガスセンサ１０に適用したが、これに限定されるものではなく、本発明を可燃性ガス以外のガス（例えば、ＮＯｘ等の排気ガス）の検出に適用することも可能である。また、本発明を流量センサや加速度センサ等に適用することも可能である。更に、本発明を、ダイヤフラム構造以外の構造のセンサ素子を搭載したシリコン製マイクロセンサに適用することも可能である。
【００７９】
また、特許請求の範囲における「ケース」として、上記実施例では、樹脂成形された素子ケース４０を挙げたが、これに限定されるものではなく、例えば、アルミナ、ムライト、窒化アルミニウム、ガラスセラミックなどからなるセラミック基板、或いは、エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂、ＢＴ樹脂、ＰＰＥ樹脂などの樹脂や、これらの樹脂とガラス繊維やポリエステル繊維などの繊維との複合材料、三次元網目構造のフッ素樹脂にエポキシ樹脂などを含浸させた樹脂複合材料を用いてなる基板も含まれる。更に、セラミック基板とこれらの樹脂や複合材料とを組み合わせてなる基板なども含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例である接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０の平面を示す説明図である。
【図２】図１に示した接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０を２−２線に沿って切断したときの断面を示す説明図である。
【図３】センサ素子５０を模式的に表わす説明図である。
【図４】センサ素子５０が装着される前の接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０の平面を示す説明図である。
【図５】図４に示した接触燃焼式可燃性ガスセンサ１０を５−５線に沿って切断したときの矢視断面形状を示す説明図である。
【図６】接着部材４８を示す説明図である。
【図７】ケーブル７０の斜視形状を示す説明図である。
【図８】ケーブル７０をインサートした素子ケース４０の成形の前後の様子を示す説明図である。
【図９】第１変形例を示す説明図である。
【図１０】第２変形例を示す説明図である。
【図１１】第３変形例を示す説明図である。
【図１２】第４変形例を示す説明図である。
【符号の説明】
１０，１１０，４１０，５１０…接触燃焼式可燃性ガスセンサ
１２…上型
１３…挟持部
１４…下型
１４ａ…支持部
１６…治具
１６ａ…支持突起
４０，１４０…素子ケース
４０Ａ…配置面
４０ｗ…溝
４１，１４１…接着用凹部
４１Ｂ，１４１Ｂ…底面
４２…凹所
４８，１４８，４４８…接着部材
４８ｐ…穴部
５０，１５０，４５０，５５０…センサ素子
５０Ａ，４５０Ａ，５５０Ａ…素子表面
５０Ｂ，１５０Ｂ，４５０Ｂ，５５０Ｂ…素子裏面
５０Ｂｇ…空隙部外周裏面
５１…シリコン製基板
５１ａ…空隙部
５１ｂ…空隙
５２ａ，５２ｂ…絶縁薄膜
５３，４５３，５５３…検出機構
５３ａ…検知用ヒータ
５３ｂ…触媒膜
５５…絶縁保護膜
５６，１５６，４５６，５５６…電極
５７，４５７…信号線
５８ａ…区画材
５８ｂ，４５８ｂ，５５８ｂ…充填材
７０，１７０，２７０，３７０，４７０，５７０…ケーブル
７０Ａ，２７０Ａ，３７０Ａ，４７０Ａ，５７０Ａ…他端部
７０Ｂ…一端部
７２，３７２，４７２，５７２…帯部
７３…コネクタ
７５…導電パターン
７５ａ，１７５ａ，２７５ａ，４７５ａ，５７５ａ…露出パターン
８０…回路基板
２７５ｆ…切欠部
３７０ｆ…切欠部
４９２，５９２…上型
４９４，５９４…下型
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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