(57)【要約】本発明により、基板２の片面に形成された、（１）ヒータパタンと前記ヒータパタンの両端に接続された第１及び第２ヒータ電極と、これらと離間して形成された第１信号取出し電極部、及び第２信号取出し電極と、（２）ヒータパタン全面を被覆して形成されたガラスオーバーコート層と、（３）第１信号取出し電極部と接続されてガラスオーバーコート層上に形成された下部素子電極部と、（４）下部素子電極部上に形成されたバルク層と、（５）前記バルク層の上面に形成された上部素子電極と、（６）上部素子電極と、第２信号取出し電極とを接続するワイヤと、からなる検出素子が開示される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板の片面に形成された、
（１）ヒータパタンと前記ヒータパタンの両端に接続された第１及び第２ヒータ電極と、これらと離間して形成された第１及び第２信号取出し電極と、
（２）ヒータパタン全面を被覆して形成されたガラスオーバーコート層と、
（３）前記第１信号取出し電極と接続されてガラスオーバーコート層上に形成された下部素子電極と、
（４）下部素子電極上に形成されたバルク層と、
（５）前記バルク層の上面に形成された上部素子電極と、
（６）上部素子電極と、第２信号取出し電極とを接続するワイヤと、からなる検出素子。
【請求項２】
基板がアルミナセラミックである請求の範囲第１項に記載の検出素子。
【請求項３】
ヒータパタンが、白金ペーストの焼成体で形成された請求の範囲第１項に記載の検出素子。
【請求項４】
素子電極、及び信号取出し電極が金ペーストの焼成体で形成された請求の範囲第１項に記載の検出素子。
【請求項５】
バルク層が酸化銅焼成体で形成されたＰ型半導体からなる請求の範囲第１項に記載の検出素子。
【請求項６】
一酸化炭素ガスを検出する請求の範囲第１項に記載の検出素子。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明は、ガスセンサ用の検出素子に関し、詳細には、ガス中の成分に感応するバルク層と、バルク層を動作温度に加熱するヒータパタンとを基板の同一面上に形成した検出素子に関する。
【背景技術】  従来、大気中に含まれる微量ガス検出用ガスセンサの検出素子を構成するバルク層にセラミック半導体が用いられているものがある。バルク層に用いられる半導体としては、Ｎ型セラミック半導体がよく知られている。
Ｐ型半導体が用いられるセンサとしては、酸化銅（ＣｕＯ）を主成分とする金属酸化物を用いる一酸化炭素ガスセンサが知られている（特開２０００−３３８０７２号公報（請求項１））
ＣｕＯを主成分とする金属酸化物が一酸化炭素に感応するバルク層として機能できるためには、金属酸化物は２００〜３００℃程度の温度に維持される必要がある。このため、上記ガスセンサの検出素子は、セラミック基板の表面に形成した金属酸化物を、セラミック基板の裏面に設けたヒータパタンによって加熱するように構成されている。
従来の検出素子の構造を図３、図４に示す。図３中、（Ａ）は検出素子の平面図、（Ｂ）は底面図である。図４は、図３（Ａ）に示すｂ−ｂ線に沿った断面図である。
上記各図面において、従来の検出素子２００は、ＣｕＯを主成分とする金属酸化物からなるバルク層２１２がセラミック基板２０２の表面２０２ａに形成されている。また、セラミック基板２０２の裏面２０２ｂには、ガラスオーバーコート層２０３で覆われたヒータパタン２０４が形成されている。従って、バルク層２１２の電気信号を検出するための第１信号取出し電極２０８、及び第２信号取出し電極２１６はセラミック基板２０２の表面２０２ａに設けられている。ヒータパタン２０４に電力を供給する第１ヒータ電極２２０、第２ヒータ電極２２２は、セラミック基板の裏面２０２ｂに設けられている。
検出素子２００の製造工程においては、ヒータパタン２０４や電極２０８、２１６、２２０、２２２を基板上に形成する工程と、それぞれの電極へリード線を接続するワイヤボンディング工程等をセラミック基板２０２の表と裏とでそれぞれ別々に行う必要がある。このため、作業性が悪く、量産性に欠ける点が問題となっている。
上記検出素子２００においては、セラミック基板２０２の表面２０２ａ上に形成した第１及び第２信号取出し電極２０８、２１６にバルク層２１２が接続されている。この接続は、バルク層２１２の両端がバルク固定ペースト２３０、２３２で接着され、固定される構造になっている。
しかし、ヒータパタンにＯＮ〜ＯＦＦ動作を繰り返して通電する事によりセンサ温度の制御を行っている上記センサの場合には、上述のようにバルク層の両端が固定されているので、バルク層２１２に熱ストレスが発生し、その結果バルク層２１２に割れや欠けが発生する場合がある。この場合には、検出素子の導通不良や、素子抵抗値の上昇という不具合が発生し、一酸化炭素濃度の正確な検出の妨げになる。
【発明の開示】
本発明は、製造時の作業性が良好で、ヒータパタンによる加熱によりバルク層に生じる割れや欠けなどの不具合が低減できるガスセンサ用検出素子を提供することを目的とする。
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、絶縁体で覆われたヒータパタンの上面に、バルク層を形成する素子構造に想到した。この素子構造によれば、基板の同一面上に検出素子を形成することが出来るので、検出素子の製造は、基板の一面にのみ印刷やワイヤボンディング等の加工を行えば足り、作業性が良好になる。更に、この構造によれば、熱ストレスの影響により生じるバルク層の割れや欠けが低減できることを見出し、本発明を完成するに到った。
本発明は以下に記載するものである。
〔１〕  基板の片面に形成された
（１）ヒータパタンと前記ヒータパタンの両端に接続された第１及び第２ヒータ電極と、これらと離間して形成された第１及び第２信号取出し電極と、
（２）ヒータパタン全面を被覆して形成されたガラスオーバーコート層と、
（３）前記第１信号取出し電極と接続されてガラスオーバーコート層上に形成された下部素子電極と、
（４）下部素子電極上に形成されたバルク層と、
（５）前記バルク層の上面に形成された上部素子電極と、
（６）上部素子電極と、第２信号取出し電極とを接続するワイヤと、からなる検出素子。
〔２〕  基板がアルミナセラミックである〔１〕に記載の検出素子。
〔３〕ヒータパタンが、白金ペーストの焼成体で形成された〔１〕に記載の検出素子。
〔４〕  素子電極、及び信号取出し電極が金ペーストの焼成体で形成された〔１〕に記載の検出素子。
〔５〕  バルク層が酸化銅焼成体で形成されたＰ型半導体からなる〔１〕に記載の検出素子。
〔６〕  一酸化炭素ガスを検出する〔１〕に記載の検出素子。
本発明の検出素子は、ヒータパタンと、バルク層とを基板の同一面上に形成している構造のため、製造が容易で、量産性に優れる。また、本発明の検出素子は、バルク層の下面とカラスオーバーコート層とを接着することにより、バルク層を固定する構造を採用しているので、バルク層がヒータパタンにより加熱される際の熱ストレスの影響を受けにくい。その結果、バルク層の割れや欠けなどの不具合が低減できる。
【図面の簡単な説明】  図１は、本発明の検出素子の一例を示す平面図（Ａ）及び底面図（Ｂ）である。
図２は、図１に示す本発明の検出素子のａ−ａ線に沿った断面図である。
図３は、従来の検出素子の一例を示す平面図（Ａ）及び底面図（Ｂ）である。
図４は、図３に示す従来の検出素子のｂ−ｂ線に沿った断面図である。
２はセラミック基板、２ａは上面、２ｂは下面、３はガラスオーバーコート層、４はヒータパタン、５は電極、６は第１信号取出し電極部、７は下部素子電極部、８はリード部、１２はバルク層、１４は上部素子電極、１６は第２信号取出し電極、１８はワイヤ、２０は第１ヒータ電極、２２は第２ヒータ電極；２４、２６、２８、３０はリード線；３２、３４はワイヤボンディング部、１００は検出素子である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明の検出素子につき、一酸化炭素ガスセンサに使用する検出素子を例として、図面を参照しながら詳細に説明する。
本発明の検出素子の一例を示す平面図を図１（Ａ）に、底面図を図１（Ｂ）に示す。更に、図１中に示すａ−ａ線に沿った断面図を図２に示す。
図１、及び図２中、１００は検出素子である。２は、アルミナ等の耐熱性及び絶縁性を有するセラミック基板である。前記セラミック基板２の上面２ａには、蛇行したヒータパタン４が形成されている。ヒータパタン４は、白金ペースト等を用いて形成されたパタンを焼成して形成された白金等の電気抵抗体薄膜からなる。
前記ヒータパタン４の両端側は、それぞれ、セラミック基板２の上面２ａの縁部に形成された第１ヒータ電極２０、第２ヒータ電極２２に接続されている。更に、前記第１ヒータ電極２０には外部電源（不図示）と接続されるリード線２４が接続されている。第２ヒータ電極２２には外部電源（不図示）と接続されるリード線２６が接続されている。不図示の外部電源から前記リード線２４、２６を通って供給される電力により、ヒータパタン４が所定温度に加熱される。
前記、ヒータパタン４の上面は、ガラスオーバーコート層３で被覆されている。ガラスオーバーコート層３は絶縁層の作用を果し、ヒータパタン４を後述する電極等と電気的に絶縁する。
前記ガラスオーバーコート層４の上面には、下部素子電極部７が形成されている。前記下部素子電極部７と、セラミック基板２の上面２ａの縁部に形成された第１信号取出し電極６と、リード部８とは、一体に形成されて電極５を構成し、これらは互いに電気的に導通している。前記第１信号取出し電極部６は、リード線２８が接続され、このリード線２８を介して不図示の外部電流計と接続されている。
下部下部素子電極部７の上面には、バルク層１２が形成されている。このバルク層１２は、Ｎａ等のアルカリ金属を１５質量％以下含む酸化銅（ＣｕＯ）を７００℃以下の温度で焼結して得られる、酸化銅を主成分とする金属酸化物焼成体（Ｐ型半導体）である。金属酸化物焼成体の製造方法としては、例えばＮａ元素を０．１〜１５質量％含有するＣｕＯの粉末を用いてペーストを製造し、このペーストを任意の形状に印刷した後、例えば５００℃で焼成することにより、金属酸化物焼成体薄膜を得る方法が例示される。
この金属酸化物焼成体は検出素子として公知で、例えば、特開平１１−１１８７４７の段落番号（００１７）、その他、特開２０００−３３８０７２、特許第３３３３２５７号等に記載されている。
前記バルク層１２の上面には、上部素子電極１４が形成されている。前記上部素子電極１４と、セラミック基板２の上面２ａの縁部に形成された第２信号取出し電極１６とは、ワイヤ１８により電気的に接続されている。なお、３２は上部素子電極１４にワイヤ固定ペーストを用いて形成されるワイヤボンディング部で、３４は第２信号取出し電極１６にワイヤ固定ペーストを用いて形成されるワイヤボンディング部である。
３０は、第２信号取出し電極１６に接続されたリード線で、このリード線３０を介して不図示の前記外部電流計が接続されている。
本発明の検出素子１００は、以下のようにして製造できる。まず、印刷工程において、セラミック基板２の一面上に、（１）Ｐｔペーストを用いてヒータパターン４を印刷する、（２）ガラスペーストを用いてガラスオーバーコート層３を印刷する、（３）Ａｕペーストを用いて第１信号取出し電極部６、リード部８、下部素子電極部７からなる電極５、第２信号取出し電極１６、第１ヒータ電極２０、第２ヒータ電極２２をそれぞれ印刷して形成する。（１）〜（３）の各印刷工程後は、印刷を行う毎に印刷したペーストを乾燥させ、焼成を行う。Ｐｔペースト、ガラスペースト、Ａｕペーストはいずれも市販のものが使用でき、例えばＰｔペーストとしては田中貴金属（株）製ＴＲ７９０５、ガラスペーストとしては旭硝子（株）製ＡＰ５５７６ＶＥ、Ａｕペーストとしては田中貴金属（株）製ＴＲ１５９Ｂ、ＴＲ１４０２等を挙げることができる。焼成温度、焼成時間は、常法による。これらのペーストを印刷する方法としては既知の方法が使用できるが、スクリーン印刷法が好ましい。
次いで、印刷して焼成することにより形成した下部素子電極部７の上面に、上面に上部素子電極１４を形成したバルク層１２を載置し、全体を焼成する。Ａｕペーストを用いてバルク層１２の上面に電極パターンを形成し、焼成することにより上部素子電極１４が形成される。Ａｕペーストをバルク層１２の上面に供給する方法としては、ディスペンサーによりバルク層１２に供給する方法、刷毛塗りによる方法、スクリーン印刷方法等を挙げることができる。量産性を考慮した場合には定量化が図りやすいディスペンサーによる供給が好ましい。
その後、上部素子電極１４と第２信号取出し電極１６との間に、Ａｕワイヤ固定用ペーストを用いてワイヤ１８をボンディングする。更に、第１信号取出し電極部６、第２信号取出し電極１６、第１及び第２ヒータ電極２０、２２のそれぞれにリード線２８、３０、２４、２６をボンディングして検出素子１００を得る。
ワイヤ１８の材質としてはＡｕが好ましい。その太さは、０．０２〜０．１ｍｍが好ましく、とりわけ放熱を防止する観点から０．０２〜０．０３ｍｍとすることがより好ましい。
上記検出素子を組み込んだ一酸化炭素ガスセンサを用いて一酸化炭素ガスを検出する場合につき以下説明する。
リード線２４、２６に接続された不図示の外部電源から、第１ヒータ電極２０と第２ヒータ電極２２に所定の電力が供給される。これによりヒータパタン４が発熱してバルク層１２が動作温度（２００〜３００℃）に加熱される。
一方、リード線２８、３０に接続される不図示の外部電源の電力は、検出素子１００の下部素子電極部７、上部素子電極１４に印加される。一酸化炭素ガスがバルク層１２に接触すると、バルク層１２の電気抵抗が変化し、第１信号取出し電極部６、第２信号取出し電極１６間を流れる電流値が変化する。この電流値の変化を電流計（不図示）で測定することにより、一酸化炭素ガスの濃度が測定される。
【実施例】  実施例１
図１に示す検出素子を製造した。縦５．０８ｍｍ、横５．０８ｍｍ、厚さ０．３８ｍｍのアルミナセラミック基板（京セラ社製  商品名  Ａ−４７６）に、プラチナペースト（田中貴金属社製ＴＲ７９０５）を用いて、蛇行したヒータパターンをスクリーン印刷した。これを９５０℃、１０分間焼成して、厚さ８μｍ、幅２００μｍ、長さ４２．２５ｍｍのヒータパターンを形成した。
次いで、形成したヒータパターン上に、ガラスペースト（旭硝子社製ＡＰ５５７６ＶＥ）をスクリーン印刷して、８５０℃で焼成することにより、厚さ１００μｍのガラスオーバーコート層を形成した。
その後、Ａｕペースト（田中貴金属社製ＴＲ１５９Ｂ）を用いて第１信号取出し電極部、リード部、下部素子電極部からなる電極、第２信号取出し電極、第１ヒータ電極、第２ヒータ電極をそれぞれ印刷した後、６５０℃で焼成した。
前記下部素子電極部上面に、縦１．３ｍｍ、横１．３ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのバルク層を形成した。バルク層は、ＣｕＯ粉末中にタングステン酸ナトリウムを５質量％含有させた原料を圧縮成型して圧粉体を得、この圧粉体を７２５℃で１０時間焼成して製造した。
バルク層の上面に上記Ａｕペーストを電極形状に印刷し、６５０℃で焼成することにより１．３ｍｍｘ１．３ｍｍ、厚さ０．５μｍの上部素子電極を形成した。
最後に、ワイヤボンディングを行い、本発明の検出素子を得た。
第１及び第２ヒータ電極にそれぞれ接続された２本のリード線に電源を接続し、第１及び第２信号取出し電極にそれぞれ接続されたリード線に抵抗計を接続した。ヒータパタンに４．５Ｖの電圧を印加すると、検出素子温度は２６０℃になった。抵抗計の示す抵抗値は１２０Ωであった。この検出素子を濃度３０００ｐｐｍのＣＯガスを含む空気に暴露したところ、抵抗値は１２００Ωに変化し、ＣＯに感応していることが確認された。
この検出素子を熱衝撃耐性試験に供した。ヒータパタンに５Ｖの電圧を印加して検出素子が３５０℃になるように設定した。その状態で３０秒間、次いでヒータパタンへ電圧を印加する事を３０秒間停止する操作を繰返した。なお、ヒータパタンに電圧の印加を停止すると、停止後３０秒経過したときの検出素子温度は５０℃であった。上記電圧印加と停止とを１００００回繰返した。その後、目視でバルク層を観察したところ、ひび割れ等は発生していなかった。
比較例１
図３に示す従来型の検知素子を実施例１に示す方法に準じて製造した。バルク層は、その両端をバルク層固定ペーストで電極に固定した。バルク層は、厚さ０．７５ｍｍ、縦１．６ｍｍｘ横２．８ｍｍであった。
実施例１と同様にして熱衝撃耐性試験を行ったところ、バルク層に亀裂が発生していることが目視で確認された。
【図１】
2005085821.tif 000002
【図２】
2005085821.tif 000003
【図３】
2005085821.tif 000004
【図４】
2005085821.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成18年9月28日(2006.9.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスセンサ用の検出素子に関し、詳細には、ガス中の成分に感応するバルク層と、バルク層を動作温度に加熱するヒータパタンとを基板の同一面上に形成した検出素子に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、大気中に含まれる微量ガス検出用ガスセンサの検出素子を構成するバルク層にセラミック半導体が用いられているものがある。バルク層に用いられる半導体としては、Ｎ型セラミック半導体がよく知られている。
【０００３】
Ｐ型半導体が用いられるセンサとしては、酸化銅（ＣｕＯ）を主成分とする金属酸化物を用いる一酸化炭素ガスセンサが知られている（特開２０００−３３８０７２号公報（請求項１））。
【０００４】
ＣｕＯを主成分とする金属酸化物が一酸化炭素に感応するバルク層として機能できるためには、金属酸化物は２００〜３００℃程度の温度に維持される必要がある。このため、上記ガスセンサの検出素子は、セラミック基板の表面に形成した金属酸化物を、セラミック基板の裏面に設けたヒータパタンによって加熱するように構成されている。
【０００５】
従来の検出素子の構造を図３、図４に示す。図３中、（Ａ）は検出素子の平面図、（Ｂ）は底面図である。図４は、図３（Ａ）に示すｂ−ｂ線に沿った断面図である。
【０００６】
上記各図面において、従来の検出素子２００は、ＣｕＯを主成分とする金属酸化物からなるバルク層２１２がセラミック基板２０２の表面２０２ａに形成されている。また、セラミック基板２０２の裏面２０２ｂには、ガラスオーバーコート層２０３で覆われたヒータパタン２０４が形成されている。従って、バルク層２１２の電気信号を検出するための第１信号取出し電極２０８、及び第２信号取出し電極２１６はセラミック基板２０２の表面２０２ａに設けられている。ヒータパタン２０４に電力を供給する第１ヒータ電極２２０、第２ヒータ電極２２２は、セラミック基板の裏面２０２ｂに設けられている。
【０００７】
検出素子２００の製造工程においては、ヒータパタン２０４や電極２０８、２１６、２２０、２２２を基板上に形成する工程と、それぞれの電極へリード線を接続するワイヤボンディング工程等をセラミック基板２０２の表と裏とでそれぞれ別々に行う必要がある。このため、作業性が悪く、量産性に欠ける点が問題となっている。
【０００８】
上記検出素子２００においては、セラミック基板２０２の表面２０２ａ上に形成した第１及び第２信号取出し電極２０８、２１６にバルク層２１２が接続されている。この接続は、バルク層２１２の両端がバルク固定ペースト２３０、２３２で接着され、固定される構造になっている。
【０００９】
しかし、ヒータパタンにＯＮ〜ＯＦＦ動作を繰り返して通電する事によりセンサ温度の制御を行っている上記センサの場合には、上述のようにバルク層の両端が固定されているので、バルク層２１２に熱ストレスが発生し、その結果バルク層２１２に割れや欠けが発生する場合がある。この場合には、検出素子の導通不良や、素子抵抗値の上昇という不具合が発生し、一酸化炭素濃度の正確な検出の妨げになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、製造時の作業性が良好で、ヒータパタンによる加熱によりバルク層に生じる割れや欠けなどの不具合が低減できるガスセンサ用検出素子を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意研究を重ねた結果、絶縁体で覆われたヒータパタンの上面に、バルク層を形成する素子構造に想到した。この素子構造によれば、基板の同一面上に検出素子を形成することが出来るので、検出素子の製造は、基板の一面にのみ印刷やワイヤボンディング等の加工を行えば足り、作業性が良好になる。更に、この構造によれば、熱ストレスの影響により生じるバルク層の割れや欠けが低減できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１２】
本発明は以下に記載するものである。
【００１３】
〔１〕  基板の片面に形成された
（１）ヒータパタンと前記ヒータパタンの両端に接続された第１及び第２ヒータ電極と、これらと離間して形成された第１及び第２信号取出し電極と、
（２）ヒータパタン全面を被覆して形成されたガラスオーバーコート層と、
（３）前記第１信号取出し電極と接続されてガラスオーバーコート層上に形成された下部素子電極と、
（４）下部素子電極上に形成されたバルク層と、
（５）前記バルク層の上面に形成された上部素子電極と、
（６）上部素子電極と、第２信号取出し電極とを接続するワイヤと、からなる検出素子。
【００１４】
〔２〕  基板がアルミナセラミックである〔１〕に記載の検出素子。
【００１５】
〔３〕ヒータパタンが、白金ペーストの焼成体で形成された〔１〕に記載の検出素子。
【００１６】
〔４〕  素子電極、及び信号取出し電極が金ペーストの焼成体で形成された〔１〕に記載の検出素子。
【００１７】
〔５〕  バルク層が酸化銅焼成体で形成されたＰ型半導体からなる〔１〕に記載の検出素子。
【００１８】
〔６〕  一酸化炭素ガスを検出する〔１〕に記載の検出素子。
【発明の効果】
【００１９】
本発明の検出素子は、ヒータパタンと、バルク層とを基板の同一面上に形成している構造のため、製造が容易で、量産性に優れる。また、本発明の検出素子は、バルク層の下面とガラスオーバーコート層とを下部素子電極を介して接着することにより、バルク層を固定する構造を採用しているので、バルク層がヒータパタンにより加熱される際の熱ストレスの影響を受けにくい。その結果、バルク層の割れや欠けなどの不具合が低減できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の検出素子につき、一酸化炭素ガスセンサに使用する検出素子を例として、図面を参照しながら詳細に説明する。
【００２１】
本発明の検出素子の一例を示す平面図を図１（Ａ）に、底面図を図１（Ｂ）に示す。更に、図１中に示すａ−ａ線に沿った断面図を図２に示す。
【００２２】
図１、及び図２中、１００は検出素子である。２は、アルミナ等の耐熱性及び絶縁性を有するセラミック基板である。前記セラミック基板２の上面２ａには、蛇行したヒータパタン４が形成されている。ヒータパタン４は、白金ペースト等を用いて形成されたパタンを焼成して形成された白金等の電気抵抗体薄膜からなる。
【００２３】
前記ヒータパタン４の両端側は、それぞれ、セラミック基板２の上面２ａの縁部に形成された第１ヒータ電極２０、第２ヒータ電極２２に接続されている。更に、前記第１ヒータ電極２０には外部電源（不図示）と接続されるリード線２４が接続されている。第２ヒータ電極２２には外部電源（不図示）と接続されるリード線２６が接続されている。不図示の外部電源から前記リード線２４、２６を通って供給される電力により、ヒータパタン４が所定温度に加熱される。
【００２４】
前記、ヒータパタン４の上面は、ガラスオーバーコート層３で被覆されている。ガラスオーバーコート層３は絶縁層の作用を果し、ヒータパタン４を後述する電極等と電気的に絶縁する。
【００２５】
前記ガラスオーバーコート層４の上面には、下部素子電極部７が形成されている。前記下部素子電極部７と、セラミック基板２の上面２ａの縁部に形成された第１信号取出し電極６と、リード部８とは、一体に形成されて電極５を構成し、これらは互いに電気的に導通している。前記第１信号取出し電極部６は、リード線２８が接続され、このリード線２８を介して不図示の外部電流計と接続されている。
【００２６】
下部素子電極部７の上面には、バルク層１２が形成されている。このバルク層１２は、Ｎａ等のアルカリ金属を１５質量％以下含む酸化銅（ＣｕＯ）を７００℃以下の温度で焼結して得られる、酸化銅を主成分とする金属酸化物焼成体（Ｐ型半導体）である。金属酸化物焼成体の製造方法としては、例えばＮａ元素を０．１〜１５質量％含有するＣｕＯの粉末を用いてペーストを製造し、このペーストを任意の形状に印刷した後、例えば５００℃で焼成することにより、金属酸化物焼成体薄膜を得る方法が例示される。
【００２７】
この金属酸化物焼成体は検出素子として公知で、例えば、特開平１１−１１８７４７の段落番号（００１７）、その他、特開２０００−３３８０７２、特許第３３３３２５７号等に記載されている。
【００２８】
前記バルク層１２の上面には、上部素子電極１４が形成されている。前記上部素子電極１４と、セラミック基板２の上面２ａの縁部に形成された第２信号取出し電極１６とは、ワイヤ１８により電気的に接続されている。なお、３２は上部素子電極１４にワイヤ固定ペーストを用いて形成されるワイヤボンディング部で、３４は第２信号取出し電極１６にワイヤ固定ペーストを用いて形成されるワイヤボンディング部である。
【００２９】
３０は、第２信号取出し電極１６に接続されたリード線で、このリード線３０を介して不図示の前記外部電流計が接続されている。
【００３０】
本発明の検出素子１００は、以下のようにして製造できる。まず、印刷工程において、セラミック基板２の一面上に、（１）Ｐｔペーストを用いてヒータパターン４を印刷する、（２）ガラスペーストを用いてガラスオーバーコート層３を印刷する、（３）Ａｕペーストを用いて第１信号取出し電極部６、リード部８、下部素子電極部７からなる電極５、第２信号取出し電極１６、第１ヒータ電極２０、第２ヒータ電極２２をそれぞれ印刷して形成する。（１）〜（３）の各印刷工程後は、印刷を行う毎に印刷したペーストを乾燥させ、焼成を行う。Ｐｔペースト、ガラスペースト、Ａｕペーストはいずれも市販のものが使用でき、例えばＰｔペーストとしては田中貴金属（株）製ＴＲ７９０５、ガラスペーストとしては旭硝子（株）製ＡＰ５５７６ＶＥ、Ａｕペーストとしては田中貴金属（株）製ＴＲ１５９Ｂ、ＴＲ１４０２等を挙げることができる。焼成温度、焼成時間は、常法による。これらのペーストを印刷する方法としては既知の方法が使用できるが、スクリーン印刷法が好ましい。
【００３１】
次いで、印刷して焼成することにより形成した下部素子電極部７の上面に、上面に上部素子電極１４を形成したバルク層１２を載置し、全体を焼成する。Ａｕペーストを用いてバルク層１２の上面に電極パターンを形成し、焼成することにより上部素子電極１４が形成される。Ａｕペーストをバルク層１２の上面に供給する方法としては、ディスペンサーによりバルク層１２に供給する方法、刷毛塗りによる方法、スクリーン印刷方法等を挙げることができる。量産性を考慮した場合には定量化が図りやすいディスペンサーによる供給が好ましい。
【００３２】
その後、上部素子電極１４と第２信号取出し電極１６との間に、Ａｕワイヤ固定用ペーストを用いてワイヤ１８をボンディングする。更に、第１信号取出し電極部６、第２信号取出し電極１６、第１及び第２ヒータ電極２０、２２のそれぞれにリード線２８、３０、２４、２６をボンディングして検出素子１００を得る。
【００３３】
ワイヤ１８の材質としてはＡｕが好ましい。その太さは、０．０２〜０．１ｍｍが好ましく、とりわけ放熱を防止する観点から０．０２〜０．０３ｍｍとすることがより好ましい。
【００３４】
上記検出素子を組み込んだ一酸化炭素ガスセンサを用いて一酸化炭素ガスを検出する場合につき以下説明する。
【００３５】
リード線２４、２６に接続された不図示の外部電源から、第１ヒータ電極２０と第２ヒータ電極２２に所定の電力が供給される。これによりヒータパタン４が発熱してバルク層１２が動作温度（２００〜３００℃）に加熱される。
【００３６】
一方、リード線２８、３０に接続される不図示の外部電源の電力は、検出素子１００の下部素子電極部７、上部素子電極１４に印加される。一酸化炭素ガスがバルク層１２に接触すると、バルク層１２の電気抵抗が変化し、第１信号取出し電極部６、第２信号取出し電極１６間を流れる電流値が変化する。この電流値の変化を電流計（不図示）で測定することにより、一酸化炭素ガスの濃度が測定される。
【実施例】
【００３７】
実施例１
図１に示す検出素子を製造した。縦５．０８ｍｍ、横５．０８ｍｍ、厚さ０．３８ｍｍのアルミナセラミック基板（京セラ社製  商品名  Ａ−４７６）に、プラチナペースト（田中貴金属社製ＴＲ７９０５）を用いて、蛇行したヒータパターンをスクリーン印刷した。これを９５０℃、１０分間焼成して、厚さ８μｍ、幅２００μｍ、長さ４２．２５ｍｍ  のヒータパターンを形成した。
【００３８】
次いで、形成したヒータパターン上に、ガラスペースト（旭硝子社製ＡＰ５５７６ＶＥ）をスクリーン印刷して、８５０℃で焼成することにより、厚さ１００μｍのガラスオーバーコート層を形成した。
【００３９】
その後、Ａｕペースト（田中貴金属社製ＴＲ１５９Ｂ）を用いて第１信号取出し電極部、リード部、下部素子電極部からなる電極、第２信号取出し電極、第１ヒータ電極、第２ヒータ電極をそれぞれ印刷した後、６５０℃で焼成した。
【００４０】
前記下部素子電極部上面に、縦１．３ｍｍ、横１．３ｍｍ、厚さ０．７ｍｍのバルク層を形成した。バルク層は、ＣｕＯ粉末中にタングステン酸ナトリウムを５質量％含有させた原料を圧縮成型して圧粉体を得、この圧粉体を７２５℃で１０時間焼成して製造した。
【００４１】
バルク層の上面に上記Ａｕペーストを電極形状に印刷し、６５０℃で焼成することにより１．３ｍｍｘ１．３ｍｍ、厚さ０．５μｍの上部素子電極を形成した。
【００４２】
最後に、ワイヤボンディングを行い、本発明の検出素子を得た。
【００４３】
第１及び第２ヒータ電極にそれぞれ接続された２本のリード線に電源を接続し、第１及び第２信号取出し電極にそれぞれ接続されたリード線に抵抗計を接続した。ヒータパタンに４．５Ｖの電圧を印加すると、検出素子温度は２６０℃になった。抵抗計の示す抵抗値は１２０Ωであった。この検出素子を濃度３０００ｐｐｍのＣＯガスを含む空気に暴露したところ、抵抗値は１２００Ωに変化し、ＣＯに感応していることが確認された。
【００４４】
この検出素子を熱衝撃耐性試験に供した。ヒータパタンに５Ｖの電圧を印加して検出素子が３５０℃になるように設定した。その状態で３０秒間、次いでヒータパタンへ電圧を印加する事を３０秒間停止する操作を繰返した。なお、ヒータパタンに電圧の印加を停止すると、停止後３０秒経過したときの検出素子温度は５０℃であった。上記電圧印加と停止とを１００００回繰返した。その後、目視でバルク層を観察したところ、ひび割れ等は発生していなかった。
【００４５】
比較例１
図３に示す従来型の検知素子を実施例１に示す方法に準じて製造した。バルク層は、その両端をバルク層固定ペーストで電極に固定した。バルク層は、厚さ０．７５ｍｍ、縦１．６ｍｍｘ横２．８ｍｍであった。
【００４６】
実施例１と同様にして熱衝撃耐性試験を行ったところ、バルク層に亀裂が発生していることが目視で確認された。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】図１は、本発明の検出素子の一例を示す平面図（Ａ）及び底面図（Ｂ）である。
【図２】図２は、図１に示す本発明の検出素子のａ−ａ線に沿った断面図である。
【図３】図３は、従来の検出素子の一例を示す平面図（Ａ）及び底面図（Ｂ）である。
【図４】図４は、図３に示す従来の検出素子のｂ−ｂ線に沿った断面図である。
【符号の説明】
【００４８】
２    セラミック基板
２ａ    上面
２ｂ    下面
３    ガラスオーバーコート層
４    ヒータパタン
５    電極
６    第１信号取出し電極部
７    下部素子電極部
８    リード部
１２    バルク層
１４    上部素子電極
１６    第２信号取出し電極
１８    ワイヤ
２０    第１ヒータ電極
２２    第２ヒータ電極
２４、２６、２８、３０    リード線
３２、３４    ワイヤボンディング部
１００    検出素子
【国際調査報告】
2005085821.tif 000006
2005085821.tif 000007