(57)【要約】【課題】測定精度に悪影響を及ぼすガスが発生することがなく、製造工程が簡単で歩留まりのいい赤外線ガス分析計用検出素子を提供する。【解決手段】ガス流通開口部３を有する基板の両面に、金属薄膜をフォトリソ技術により細幅パターンを含むような抵抗体１、２を形成することによりセンサ基板４を作製する。また、ガス流通開口部８を有する絶縁性基板９に上記の抵抗体２との接着に使用する領域およびリード線を取り出す領域に、熱および超音波振動を併用してＩｎＳｎ半田金属を直接メタライズすることにより接着領域６ａ、６ｂおよびリード線取り出し領域７ａ、７ｂを形成する。このように半田金属が直接メタライズされた絶縁性基板９と、ガス流通開口部３上でヒータとして作用するような抵抗体２を形成するようにパターニングされた金属膜面側を重ね合わせ、ＩｎＳｎ半田金属の融点以上に加熱することにより、センサ基板４と絶縁性基板９とを貼りあわせる。【選択図】  図２
2005017141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス流通開口部を有し、ガス流通開口部の両面に細幅パターンを含むように形成されたヒータとして作用する抵抗体を有するセンサ基板と、このセンサ基板を固定するためのガス流通開口部を有する絶縁性基板とから構成される赤外線ガス分析計用検出素子において、前記センサ基板と前記絶縁性基板とを貼り合わせるために半田金属を用いることを特徴とする赤外線ガス分析計用検出素子。
【請求項２】
ガス流通開口部を有し、開口部の片面に細幅パターンを含むように形成されたヒータとして作用する抵抗体を有するセンサ基板２枚を、抵抗体を形成した面と抵抗体を形成しない面とを貼り合わせた赤外線ガス分析計用検出素子において、２枚のセンサ基板を貼り合わせるために半田金属を用いることを特徴とする赤外線ガス分析計用検出素子。
【請求項３】
ガス流通開口部を有し、開口部の片面に細幅パターンを含むように形成されたヒータとして作用する抵抗体を有するセンサ基板を、ガス流通開口部を有する絶縁性基板の両面に配置した赤外線ガス分析計用検出素子において、前記センサ基板と前記絶縁性基板とを貼り合わせるために半田金属を用いることを特徴とする赤外線ガス分析計用検出素子。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、ガス中の赤外吸収特性を利用して、試料ガス中の特定成分のガス濃度を測定する赤外線ガス分析計用検出素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ガス成分の定量分析に用いる赤外線ガス分析計用検出素子は、抵抗の温度係数の大きい感温抵抗金属箔をガスフロー中に前後して配置し、それらの感温抵抗金属箔をブリッジ接続しそれら金属箔の抵抗変化からフロー中のガス成分の定量分析を行うようになっている（特許文献１、２参照）。
【０００３】
従来の非分散赤外分析計に用いられている赤外線ガス分析計用検出素子の構成を図３、４に示す。図３は赤外線ガス分析計用検出素子の平面図であり、図４は赤外線ガス分析計用検出素子の側面図である。赤外線ガス分析計用検出素子１１は中央にガス流通開口部１８を有するセンサ基板１３の裏表両面に、抵抗の温度係数の大きい抵抗体１５、１６が形成されている。抵抗１５、１６には抵抗の温度係数の大きな金属、例えばニッケルが使用される。抵抗体１５、１６は、例えば幅２０ミクロン、厚さ３ミクロン、長さ３０ミリの細幅電極が２０ミクロン間隔で２０個程度直列に連なっているパターンが向かいあった構造を持っており、ガス流通開口部１８において露出している。センサ基板１３は、中央にガス流通開口部２１を有する絶縁性基板２０に導電性を有する銀ペースト２３、２４、２５により接着固定されている。抵抗体１５の両端の端子２７、２８にはワイヤ２９、３０がそれぞれ銀ペースト２３、２４により電気的に接続されており、ブリッジ回路（図示せず）に接続されている。抵抗体１６の両端の端子３１、３２にはワイヤ３３、３０が接続されておりブリッジ回路（図示せず）に接続されている。端子２８と端子３２は貫通孔３５で銀ペースト２４により短絡されており、抵抗体１５、１６でブリッジ回路を形成するための共通端子となっている。赤外線ガス分析計用検出素子１１はガスフロー中に配置され、流れによる熱の授受により生じる裏表両面の櫛形の抵抗体１５、１６の抵抗値のずれをブリッジ回路により検出することによりその流れを検知し、フロー中のガス成分の定量分析を行う。
【０００４】
銀ペースト２４、２５は、センサ基板１３と絶縁性基板２０とを固定するとともに、櫛形の抵抗体１５、１６の抵抗変化の測定を行うため、端子３１、３２とワイヤ３０、３３および端子３１、３２と絶縁性基板２０上の配線用パターン３７、３８とを接続する機能も有している。
【０００５】
図５は赤外線ガス分析計用検出素子の基本部を作製する手段を示したもので、３種類の方法を示している。第１の方法は、まずガス流通開口部６２を有する基板６１の片面に必要な金属パターニングした抵抗体６３を形成したセンサ基板６５を作製し（Ａ）、センサ基板６５を２個積み重ねて貼り合わせることにより赤外線ガス分析計用検出素子６７を作製することができる（Ｂ）。第２の方法は、ガス流通開口部７０を有する絶縁性基板６９の両面を２個のセンサ基板６５で挟み込み張り合わせることにより赤外線ガス分析計用検出素子７２を作製することができる（Ｃ）。第３の方法は、ガス流通開口部６２を有する基板６１の両面に必要な金属パターニングした抵抗体７２、７３を形成したセンサ基板７５をガス流通開口部７０を有する絶縁性基板６９に貼り合わせることにより赤外線ガス分析計用検出素子７７作製することができる（Ｄ）。それぞれの方法において、センサ基板６５、７５と絶縁性基板６９とを貼り合わせるためにはエポキシ等の接着剤が使用されている。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００１−２５５２６９号公報
【特許文献２】
特開２００１−６６２７２号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
赤外線ガス分析計用検出素子は、測定に使用するガスを密封した検出容器内で使われる。そのガスのみが赤外線を吸収することによりガス濃度の定量が可能となるが、貼り合わせるのに使用する接着剤がガスを放出し、このガスが赤外線を吸収することにより、測定精度が悪化するという現象が現れる。また、上下の金属膜で作製された抵抗体に電圧を印加するためリード線を取り付けなければならないが、リード線の取り付け方法として、金属膜裏側からコンタクトさせる場合は絶縁性基板にスルーホールを開ける必要があり、金属膜上からコンタクトをとる場合には貼り付ける相手側の基板にリード線を避けるための溝加工等が必要になる。これらの加工のため、製造工程が複雑になりコストの上昇、歩留まりの低下は避けられない。また、これらの加工を施さない場合は、金属膜と接する箇所から何らかのリード取り出し可能な金属パターニングを施しておく必要があり、やはり製造工程が複雑になりコストの上昇、歩留まりの低下は避けられない。
【０００８】
本発明は、上記問題を解決するためになされたものであり、測定精度に悪影響を及ぼすガスが発生することがなく、製造工程が簡単で歩留まりがいい赤外線ガス分析計用検出素子を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記問題を解決するため、本発明の赤外線ガス分析計用検出素子は、ガス流通開口部を有し、ガス流通開口部の両面に細幅パターンを含むように形成されたヒータとして作用する抵抗体を有するセンサ基板と、このセンサ基板を固定するためのガス流通開口部を有する絶縁性基板とから構成される赤外線ガス分析計用検出素子において、センサ基板と絶縁性基板とを貼り合わせるために半田金属を用いたものである。
【００１０】
また、ガス流通開口部を有し、開口部の片面に細幅パターンを含むように形成されたヒータとして作用する抵抗体を有するセンサ基板２枚を、抵抗体を形成した面と抵抗体を形成しない面とを貼り合わせた赤外線ガス分析計用検出素子において、２枚のセンサ基板を貼り合わせるために半田金属を用いたものである。
【００１１】
また、ガス流通開口部を有し、開口部の片面に細幅パターンを含むように形成されたヒータとして作用する抵抗体を有するセンサ基板を、ガス流通開口部を有する絶縁性基板の両面に配置した赤外線ガス分析計用検出素子において、センサ基板と絶縁性基板とを貼り合わせるために半田金属を用いたものである。
【００１２】
図５に示したように、絶縁基板の両面に抵抗体を形成する方法はいくつかあり、抵抗体を基板の両面に形成する場合、抵抗体を基板の片側に形成する場合がある。ただし、いずれの場合も抵抗体を表面に形成した基板と絶縁基板を貼り合わせる工程は不可欠である。この貼り合わせ工程を半田金属を用いることにより、測定に影響を及ぼすようなガスの発生はなく、簡単で歩留まりの向上が可能となる。
【００１３】
熱のほかに超音波振動を併用することで、金属パターニングが施されていないガラスやセラミックなどの絶縁性基板に半田金属を直接メタライズし、センサ基板のガス流通開口部上でヒータとして作用する抵抗体を形成するようにパターニングされたニッケルなどの金属膜との接着に使用する領域と、リード線取り出し領域を形成しておき、次に金属薄膜が形成されている面と、絶縁性基板上の半田金属メタライズ面を重ねて半田金属の融点以上に加熱することで、両者の接着が完了する。リード線取り付けは、上記のリード線取り出し領域に半田付けをすることにより可能となる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図を参照しながら詳細に説明する。図１に本発明による赤外線ガス分析計用検出素子の一実施例の概略構成平面図、図２に断面図を示す。本発明の赤外線ガス分析計用検出素子は抵抗体１、２およびガス流通開口部３を有するセンサ基板４と、センサ基板４と貼り合わせるため半田金属により形成された接着領域６ａ、６ｂとリード線取り出し領域７ａ、７ｂおよびガス流通開口部８を有する絶縁性基板９から構成されている。
【００１５】
次に、本発明の赤外線ガス分析計用検出素子の作製方法を説明する。まず、ガス流通開口部を有しない基板にニッケル製の抵抗金属薄膜を、蒸着、スパッタあるいはメッキ等の手段により厚さ２〜３ミクロン程度に成膜する。これらの金属薄膜をフォトリソ技術により細幅パターンを含むような抵抗体１、２を形成し、その後ガス流通開口部３を形成することによりセンサ基板４を作製する。また、別個にガス流通開口部８を有する絶縁性基板９に上記のニッケル製の抵抗体２との接着に使用する領域およびリード線を取り出す領域に、熱および超音波振動を併用してＩｎＳｎ半田金属を直接メタライズすることにより接着領域６ａ、６ｂおよびリード線取り出し領域７ａ、７ｂを形成する。次に、このように半田金属が直接メタライズされた絶縁性基板９と、ガス流通開口部３上でヒータとして作用するような抵抗体２を形成するようにパターニングされたニッケル金属膜面側を重ね合わせ、ＩｎＳｎ半田金属の融点以上に加熱することにより、センサ基板４と絶縁性基板９とを貼りあわせる。
【００１６】
センサ基板４と絶縁性基板９とを貼り合わせるために用いられるのは半田金属のみであり、赤外線ガス分析計用検出素子が測定に用いられる条件でガスを発生することはない。また、センサ基板４と絶縁性基板９とを貼り合せるために必要な工程は、センサ基板４と絶縁性基板９の位置を合わせて固定することおよび加熱することのみであり、簡単に歩留まり良く貼り合せることが可能である。
【００１７】
以上、本発明の実施例を説明したが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内で種々の変更を行うことができる。例えば、センサ基板４と絶縁性基板９とを貼り合わせるために用いることのできる半田金属はＩｎＳｎに限定されるものではなく、抵抗体１、２を形成する金属と良好な接着性を持ち、抵抗体１、２を形成する金属より低融点の半田金属であればよい。
【００１８】
また、上記実施例では図５に示した赤外線ガス分析計用検出素子の作製方法の第３の方法において、本発明の適用方法を示したが、第１、第２の方法においても同様に適用することができる。つまり、第１の方法においては、ガス流通開口部を有する基板の片面に必要な金属パターニングした抵抗体を形成したセンサ基板を２個積み重ねて貼り合わせる際に、基板の抵抗体が形成されていない側に半田金属を適当な位置にメタライズしておき、貼りあわせることにより赤外線ガス分析計用検出素子を作製することができる。第２の方法においては、ガス流通開口部を有する絶縁性基板の両面に半田金属を適当な位置にメタライズしておき、絶縁性基盤の両面をガス流通開口部を有する基板の片面に必要な金属パターニングした抵抗体を形成した２個のセンサ基板で挟み込み貼りあわせることにより赤外線ガス分析計用検出素子を作製することができる。
【００１９】
【発明の効果】
本発明の赤外線ガス分析計用検出素子は上記のように構成されており、センサ基板と絶縁性基板とを貼り合わせるために用いられるのは半田金属のみであり、赤外線ガス分析計用検出素子が測定に用いられる条件で測定精度に悪影響を及ぼすガスを発生することはなく、安定した測定を行うことができる。また、工程が簡単であり、低コストで歩留まりのよい製造工程を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の赤外線ガス分析計用検出素子の一実施例の概略構成平面図である。
【図２】本発明の赤外線ガス分析計用検出素子の一実施例の概略構成断面図である。
【図３】従来の赤外線ガス分析計用検出素子の概略構成平面図である。
【図４】従来の赤外線ガス分析計用検出素子の概略構成断面図である。
【図５】従来の赤外線ガス分析計用検出素子の基本部分の製造方法を示した図である。
【符号の説明】
１、２−−−抵抗体
３、８−−−ガス流通開口部
４−−−センサ基板
６ａ、６ｂ−−−接着領域
７ａ、７ｂ−−−リード線取り出し領域
９−−−絶縁性基板
【図１】
2005017141.tif 000003
【図２】
2005017141.tif 000004
【図３】
2005017141.tif 000005
【図４】
2005017141.tif 000006
【図５】
2005017141.tif 000007