JP2010230387A - Membrane-type gas sensor - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、各種のガス漏れを検知する接触燃焼式ガスセンサに関し、特に薄膜型ガスセンサに関する。 The present invention relates to a catalytic combustion type gas sensor that detects various gas leaks, and more particularly to a thin film type gas sensor.
従来から、水素ガスやメタンガス等の可燃性ガスを検知するセンサとして、ガスセンサが用いられている。ガスセンサは、検知素子の検知面にガスが到来することによる相互作用で検知素子の電気信号の変化を捉えるものである。なお、以降の説明では、可燃性ガスを単にガスと表現する。 Conventionally, a gas sensor has been used as a sensor for detecting a combustible gas such as hydrogen gas or methane gas. The gas sensor captures a change in the electrical signal of the detection element by an interaction caused by the arrival of gas on the detection surface of the detection element. In the following description, combustible gas is simply expressed as gas.
ガスセンサの構成に関しては多くの提案をみるが、中でも接触燃焼式ガスセンサが広く知られている。この接触燃焼式ガスセンサは、ガスが検知面の触媒と接触して発熱反応を起こすことでガスの到来を検知するものである。 Many proposals have been made regarding the configuration of the gas sensor. Among them, the catalytic combustion type gas sensor is widely known. This contact combustion type gas sensor detects the arrival of gas by causing an exothermic reaction by contacting the gas with the catalyst on the detection surface.
このような接触燃焼式ガスセンサは、家庭用、産業用等において、可燃性ガスを使用する各種の機器内や、それが設置された室内等におけるガス漏れ検知装置として多用されている。 Such a contact combustion type gas sensor is widely used as a gas leak detection device in various devices using a combustible gas or in a room where the combustible gas is installed, for home use, industrial use and the like.
近年では、接触燃焼式ガスセンサの中でもバルク型と呼ばれるタイプが広く用いられているが、一方でシリコンウエハ上に薄膜状の熱伝膜、触媒膜、電極、配線、ヒータを形成するマイクロセンサ素子製造技術を利用したMEMS(Micro Electro Mechanical Systems:微小電気機械素子)によるセンサチップを用いた薄膜型ガスセンサも用いられるようになってきた(例えば、特許文献1参照。)。 In recent years, a type called a bulk type has been widely used among catalytic combustion type gas sensors, but on the other hand, a microsensor element manufacturing that forms a thin-film heat transfer film, catalyst film, electrode, wiring, and heater on a silicon wafer. A thin-film gas sensor using a sensor chip based on MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) using technology has also been used (for example, see Patent Document 1).
特許文献1に示した従来技術を図5を用いて説明する。図5は、説明しやすいようにその主旨を逸脱しないように書き直しした平面図である。
図5において、19は電極パッド、18は電気配線、3は空洞、2は半導体基板、17は熱感知部、16は梁部である。なお、2aは半導体基板の内壁の角部であり、16aは梁部16と半導体基板2との接続角部である。
The prior art disclosed in Patent Document 1 will be described with reference to FIG. FIG. 5 is a plan view rewritten so as not to depart from the gist thereof for easy explanation.
In FIG. 5, 19 is an electrode pad, 18 is an electrical wiring, 3 is a cavity, 2 is a semiconductor substrate, 17 is a heat sensing part, and 16 is a beam part.
半導体基板2は枠形状に加工されているため、その内壁には4つの角部があるが、枠形状の半導体基板2を橋渡しするように梁部16が形成されているため、図5に示すような平面視では、その角部は2つ(角部2a)である。梁部16と半導体基板2との接続部分は、平面視では、4つの接続角部16aがある。
梁部16がない部分は空洞3となっている。空洞3は、エアホールとも呼ばれるものであって、ガスが通過する部分である。
梁部16の上部に設けられた熱感知部17は、ガスの到達により発熱反応し抵抗値が変化する。
Since the
A portion without the
The heat sensing
このような構成を有するセンサチップと、このセンサチップを制御する回路等により薄膜型ガスセンサを構成する。ガスの到来を検出するためには、予め電極パッド19間に電圧を印加しておき、ガスの到来による熱感知部17の発熱によって生じる抵抗変化分を検出する。
A thin film gas sensor is configured by the sensor chip having such a configuration and a circuit for controlling the sensor chip. In order to detect the arrival of gas, a voltage is applied between the
薄膜型ガスセンサのセンサチップは、構成要素が半導体製造技術により形成することができるため、バルク型接触燃焼式ガスセンサに比べ集積度が高く、量産性も高いという特徴がある。また、ヒータなども金属製の薄膜熱感知体で形成できることから、熱応答性も
良好である。
The sensor chip of the thin-film gas sensor is characterized in that it has a higher degree of integration and higher mass productivity than the bulk-type catalytic combustion gas sensor because the components can be formed by semiconductor manufacturing technology. In addition, since the heater and the like can be formed of a metal thin film heat sensing element, the thermal response is good.
特許文献1に示した従来技術は、図5に示すように、接続角部16aでは、平面視で梁部16と半導体基板2とがなす角度は、45度である。また、半導体基板2の角部2aは90度である。発明者が検討したところによれば、角部2aや接続角部16aの角度が少なくなるほど(鋭角になるほど)この部分にクラックが生じ易くなることが分かった。
In the prior art disclosed in Patent Document 1, as shown in FIG. 5, in the
接触燃焼式ガスセンサでは、熱感知部17を高温に発熱させて使用する。このため、この発熱した熱が梁部16から半導体基板2に伝わり、角部2aに熱応力が集中しやすい。このため、特許文献1に示した従来技術は、角部2aにクラックなどが入りやすいのである。
熱感知部17の抵抗値を上げるなどして、さらに高温に発熱させることでガスの検出感度が良くなる場合があるが、このように、高温なればなるほど熱応力もかかるため、角部2aにさらにクラックが入りやすくなる。
In the contact combustion type gas sensor, the
In some cases, the gas detection sensitivity may be improved by increasing the resistance value of the
また、到来するガスの流圧を受けて、梁部16が撓むこともあるが、このセンサチップに衝撃や振動などが加わることでも梁部16が撓むことが発生する。このようなときには、梁部16と半導体基板2との接続部分の接続角部16aに、いわゆる機械的応力が集中しやすい。このため、特許文献1に示した従来技術は、接続角部16aにクラックなどが入りやすいのである。
図5に示す例では、梁部16の上部に1つの熱感知部17を設けているが、この数を増やして検出感度を上げようとすると、梁部16の重量も増すため、接続角部16aにさらにクラックが入りやすくなる。
In addition, the
In the example shown in FIG. 5, one heat sensing
このように、特許文献1に示した従来技術は、ガスセンサとして稼動させると、熱応力や梁部の撓みなどによる機械的応力により、梁部や半導体基板が損壊に至ることが起きる。さらに、センサの感度を向上しようとすると、さらに損壊しやすくなるのである。すなわち、従来知られている技術にあっては、センサの感度と耐久性能とを両立したものは、ないのである。 As described above, when the conventional technique disclosed in Patent Document 1 is operated as a gas sensor, the beam portion and the semiconductor substrate may be damaged due to mechanical stress due to thermal stress or bending of the beam portion. Furthermore, if the sensitivity of the sensor is to be improved, the sensor is more easily damaged. In other words, there is no technology known in the art that achieves both the sensitivity and durability of the sensor.
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、梁などの支持部材にクラックなどが発生しない、耐久性能の良いガスセンサを得ることにある。 The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to obtain a gas sensor having good durability performance in which cracks and the like are not generated in a support member such as a beam.
上記の目的を達成する手段として、本発明の薄膜型ガスセンサは、枠形状をなす支持基板の内側をセンサ領域とし、支持基板の上部に設ける絶縁膜をセンサ領域に支持基板から延設して保持部材を設け、この保持部材上に薄膜熱感知体を備えた薄膜型ガスセンサにおいて、センサ領域は、平面視で円形または全ての内角が鈍角である多角形の形状をなしていることを特徴とするものである。 As a means for achieving the above object, the thin film gas sensor of the present invention uses the inside of a support substrate having a frame shape as a sensor region, and holds an insulating film provided on the support substrate extending from the support substrate in the sensor region. In the thin-film gas sensor provided with a member and provided with a thin-film heat sensing element on the holding member, the sensor region has a circular shape or a polygonal shape in which all internal angles are obtuse in a plan view. Is.
これによって、保持部材と支持基板との接続部分は、支持基板の内側縁の一周にわたる全域が固定領域となる。このため、保持部材の強度も強くなると共に、保持部材にかかる負荷は一周にわたる固定領域に分散するので保持部材に生じる機械的応力は非常に小さいものになり、クラックなどの発生をなお一層抑制する。 As a result, in the connection portion between the holding member and the support substrate, the entire region over the circumference of the inner edge of the support substrate becomes a fixed region. For this reason, the strength of the holding member is increased, and the load applied to the holding member is dispersed in the fixed region over the entire circumference, so that the mechanical stress generated in the holding member is very small, and the occurrence of cracks and the like is further suppressed. .
保持部材は、梁構造であり、センサ領域で、保持部材と支持基板とで平面的に分割された領域を貫通孔とし、この貫通孔は、平面視で円形または全ての内角が鈍角である多角形の形状をなしているようにしてもよい。 The holding member has a beam structure, and in the sensor region, an area that is divided in a plane by the holding member and the support substrate is a through hole. The through hole has a circular shape or a plurality of internal angles that are obtuse in plan view. You may make it comprise the square shape.
このような構成にすれば、保持部材と支持基板とで規定される領域が貫通孔とすることができる。そして、貫通孔には鋭角な部分がないので梁構造に応力が集中することはない。 With such a configuration, a region defined by the holding member and the support substrate can be a through hole. And since there is no acute angle part in a through-hole, stress does not concentrate on a beam structure.
保持部材は、平面視でセンサ領域を覆うように設けるメンブレン構造であり、保持部材は、薄膜熱感知体の搭載部を避けて複数の貫通孔を有し、この貫通孔は、平面視で円形または全ての内角が鈍角である多角形の形状をなしているようにしてもよい。 The holding member is a membrane structure provided so as to cover the sensor region in plan view, and the holding member has a plurality of through holes avoiding the mounting portion of the thin film heat sensing element, and the through holes are circular in plan view. Or you may make it comprise the polygonal shape whose all internal angles are obtuse angles.
このような構成にすれば、メンブレン構造には、鋭角な部分がない貫通孔を設けることができる。そして、貫通孔には鋭角な部分がないのでメンブレン構造に応力が集中することはない。 With such a configuration, the membrane structure can be provided with a through hole having no acute angle portion. And since there is no acute angle part in a through-hole, stress does not concentrate on a membrane structure.
貫通孔は、センサ領域に所定の間隔をなして分散して設けているようにしてもよい。 The through holes may be distributed in the sensor region at a predetermined interval.
これによって、貫通孔が分散できるので、ガス流圧の負荷も分散させることができる。このため、ガス流圧による保持部材の撓みを小さく抑えることができる。 Thereby, since the through holes can be dispersed, the load of the gas flow pressure can also be dispersed. For this reason, the bending of the holding member due to the gas flow pressure can be kept small.
隣り合う貫通孔は、その中心間距離が同一であるようにしてもよい。 Adjacent through holes may have the same center-to-center distance.
これによって、ガスの流れが均一に分散して流れ、また、保持部材にかかるガスの流圧による負荷も分散して均一になる。 Accordingly, the gas flow is uniformly dispersed and the load due to the gas flow pressure applied to the holding member is also dispersed and uniform.
メンブレン構造は、第1の薄膜と、センサ領域の中心点を通る梁形状の第2の薄膜と、からなるようにしてもよい。 The membrane structure may be composed of a first thin film and a beam-shaped second thin film passing through the center point of the sensor region.
このように、保持部材を複数の薄膜で構成すれば、保持部材の更なる強度アップが得られる。 Thus, if the holding member is composed of a plurality of thin films, the strength of the holding member can be further increased.
本発明の薄膜型ガスセンサは、支持基板に熱応力や保持部材に機械的応力がかかっても、クラックなどによる損壊の発生を抑える効果が得られる。また、これによって、ガスセンサの寿命も向上する。 The thin film gas sensor of the present invention can obtain the effect of suppressing the occurrence of damage due to cracks or the like even when thermal stress or mechanical stress is applied to the support substrate. This also improves the life of the gas sensor.
本発明の薄膜型ガスセンサは、ガスを検知するための薄膜熱感知体を搭載する保持部材
と接続する支持基板の内側を、円形や全ての内角が鈍角である多角形の形状にする。なお、ここで言う円形とは、楕円形も含むものである。また、保持部材をメンブレン構造にすることで、さらに保持部材の強度を高めるものである。
In the thin film gas sensor of the present invention, the inside of a support substrate connected to a holding member on which a thin film thermal sensor for detecting gas is formed into a circular shape or a polygonal shape with all internal angles being obtuse. In addition, the circle mentioned here includes an ellipse. Moreover, the strength of the holding member is further increased by making the holding member a membrane structure.
なお、本発明の薄膜型ガスセンサの実施形態の説明では、薄膜熱感知体の上部にガス検知体を設ける場合を例にして説明する。また、ガスの検知手順であるが、薄膜熱感知体に電流を流し、通電による発熱で所定の温度に達した状態でガスが到来するまで待機する。ガスが到来し、薄膜熱感知体の上部のガス検知体にガスが接触することでガス検知体が燃焼し、薄膜熱感知体はより発熱する。これにより、薄膜熱感知体に流れる電流値が変化するので、それを検出するものである。
このような検出手順はすでに知られているものであるから、詳細な説明は省略するものとする。
以下、図面を用いて実施形態の詳細を説明する。
In the description of the embodiment of the thin film gas sensor of the present invention, the case where a gas detector is provided on the upper part of the thin film heat detector will be described as an example. In the gas detection procedure, a current is passed through the thin-film heat sensing element, and the process waits until the gas arrives in a state where a predetermined temperature is reached due to heat generated by energization. When the gas arrives and the gas comes into contact with the gas detector above the thin film heat detector, the gas detector burns, and the thin film heat detector further generates heat. As a result, the value of the current flowing through the thin film thermal sensor changes, and this is detected.
Since such a detection procedure is already known, a detailed description thereof will be omitted.
Details of the embodiment will be described below with reference to the drawings.
[第1の実施形態の説明:図1]
本発明の薄膜型ガスセンサの第1の実施形態を図1を用いて説明する。図1は、本発明の薄膜型ガスセンサの第1の実施形態の構造を模式的に示す図である。図1(a)はその平面図、図1(b)は図1(a)の切断線X−X´における端面を模式的に示す端面図である。
[Description of First Embodiment: FIG. 1]
A first embodiment of the thin film gas sensor of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a diagram schematically showing the structure of a first embodiment of a thin film gas sensor of the present invention. FIG. 1A is a plan view thereof, and FIG. 1B is an end view schematically showing an end surface taken along a cutting line XX ′ of FIG.
図1において、21は枠形状の支持基板、21cは支持基板21の内壁、22は絶縁膜、22hは貫通孔である。23は梁部である。23aは梁部23と支持基板21との接続角部である。24a,24bは電極パッドである。25a,25は金属薄膜抵抗体である。26は薄膜熱感知体である。28はガス感知体である。そして、これらでガス検知素子20を構成している。
In FIG. 1, 21 is a frame-shaped support substrate, 21c is an inner wall of the
記号Rは、センサ領域を示している。記号Cは、センサ領域Rの中心点を示しており、「+」で示している。 A symbol R indicates a sensor region. The symbol C indicates the center point of the sensor region R and is indicated by “+”.
図1に示すように、ガス検知素子20は、枠形状の支持基板21から、その内側に梁部23が、図1(a)に示すように平面視で支持基板21を橋渡しするように構成されている。梁部23には、薄膜熱感知体26と金属薄膜抵抗体25a,25bとガス検知体28とが設けられている。
このようにセンサ領域Rは、ガスの検出を行う構成が設けられる領域であり、支持基板21の内壁21cに囲まれた部分である。図1(a)では、破線で示している。
As shown in FIG. 1, the
Thus, the sensor region R is a region where a configuration for detecting gas is provided, and is a portion surrounded by the
[外形形状の説明:図1]
まず、外形形状を説明する。
図1に示すように、支持基板21の形状は、平面的に枠形状を有している。支持基板21は、絶縁性を有し、熱伝導率が低く、耐熱性に優れている材質が適している。さらに、加工のし易さを鑑みると、知られている半導体素子の製造方法を適用できることから、例えば、シリコン(Si)が好適である。もちろん、その他の材質を用いてもかまわない。
[Description of external shape: Fig. 1]
First, the outer shape will be described.
As shown in FIG. 1, the
センサ領域Rは、支持基板21の内壁21cに囲まれた部分であって、図1(a)に示すような平面視では、支持基板21の上面の貫通孔22hのエッジと重なっている部分もあるが、円形である。このように、内壁21cには、鋭角な部分がなく、滑らかなラウンド形状となるから、熱応力の集中が発生しないのである。
The sensor region R is a portion surrounded by the
図1(b)に示すように、支持基板21の表面には、絶縁膜22が形成されている。絶
縁膜22は、例えば、酸化シリコン(SiO2)で構成している。もちろん、窒化シリコン(Si3N4)、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化マグネシウム(MgO)、酸化タンタル(Ta2O5)なども用いることができる。また、これらを積層した積層膜としてもよい。
As shown in FIG. 1B, an insulating
絶縁膜22の形状は、図1(a)に示すように、枠形状の支持基板21を、所定の幅を持って橋渡しするように形成されており、梁部23を構成している。梁部23と支持基板21との接続部分は、平面視では、4つの接続角部23aがある。図1(a)に示すように、接続角部23aでは、平面視で梁部23と支持基板21とがなす角度は、鈍角である。
このため、到来するガスの流圧を受けて、梁部23が撓むことがあっても、機械的応力が集中することがないのである。
As shown in FIG. 1A, the shape of the insulating
For this reason, even if the
図1に示す例では、梁部23は、その裏側に支持基板21はなく、絶縁膜22のみで構成している。梁部23は、薄膜熱感知体26や金属薄膜抵抗体25a,25bを搭載する保持部材である。
In the example illustrated in FIG. 1, the
ところで、このように、支持基板を橋渡しするように梁部が設けてある構成を、両持ち梁構造という。なお、支持基板から梁部が延在し、その端部が開放端となっている構成を、片持ち梁構造という。
どちらの梁構造であっても、ガスが到来して、そのガスの圧力により生じる力が梁部23にかかり、機械的応力が発生したとしても、梁部が損壊しないような強度を備える必要がある。
By the way, such a structure in which the beam portion is provided so as to bridge the support substrate is called a double-supported beam structure. A configuration in which the beam portion extends from the support substrate and its end portion is an open end is called a cantilever structure.
In either beam structure, it is necessary to provide strength so that the beam does not break even if a gas arrives and a force generated by the pressure of the gas is applied to the
絶縁膜22を積層膜とするとき、積層する膜の応力特性を変えるようにしてもよい。例えば、2つの膜を積層するとき、下の膜を引っ張り応力を有する膜とし、上の膜を圧縮応力を有する膜とするのである。
このようにすれば、双方の膜の応力を打ち消すことができる。そうすると、ガスの到来により生じる力が梁部23にかかったとしても、梁部に発生する撓みに絶縁膜22自体の応力特性は関与しないから、梁部の設計がし易くなる。
When the insulating
In this way, the stress of both films can be canceled out. Then, even if a force generated by the arrival of gas is applied to the
図1(a)に示すように、平面視で支持基板21が梁部23により平面的に分割された領域が、ガスの流通部となる貫通孔22hとなっている。図1に示す例では、梁部23が1つであるため、この貫通孔22hは2つである。この貫通孔22hは、いわゆるエアホールと呼ばれ、ガスが通過する部分となっている。この貫通孔22hは、平面視で円形または全ての内角が鈍角である多角形の形状をなしている。図1に示す例では、この貫通孔22hは、楕円形状を有している。
As shown in FIG. 1A, a region in which the
図示はしないが、この2つの貫通孔22hは、互いに異なる大きさであってもかまわないが、梁部23によって枠形状の支持基板21が橋渡しされたことにより貫通孔22hが形成されているから、双方の貫通孔は同一の形状を有する方が、梁部23のバランスがよくなるので好ましい。
また、双方の貫通孔は、センサ領域Rの中心点Cからの距離が同一である方が好ましい。 なお、ここでいう中心点Cからの距離とは、中心点Cから貫通孔22hの中心までの距離であっても、中心点Cから貫通孔22hのエッジまでの距離であっても、どちらでもよい。大切なことは、センサ領域Rにおいて、貫通孔22hがバランスよく配置されているという点である。
Although not shown, the two through
Further, it is preferable that both through holes have the same distance from the center point C of the sensor region R. Here, the distance from the center point C is either the distance from the center point C to the center of the through
貫通孔22hを有することで、貫通孔を通ってガスが保持部材である梁部23の上面側と裏面側とに流通する。そうすると、センサ領域Rに到来したガスが留まることがないた
め、ガスの流入を阻害することがない。
By having the through
[薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドの説明:図1]
次に、梁部23に設ける薄膜熱感知体26よび金属薄膜抵抗体25a,25b、そしてこれらに接続する電極パッド24a,24bについて説明する。
絶縁膜22で構成している保持部材である梁部23の上部には、薄膜熱感知体26、金属薄膜抵抗体25a,25bが設けてある。支持基板21上の絶縁膜22の上部には、電極パッド24a,24bが設けてある。
電極パッドは支持基板21の上部のどこに設けてもかまわないが、図1に示す例では、図1(a)の平面視して時計の文字板に例えると、電極パッド24aは9時方向、同じく、電極パッド24bは3時方向にそれぞれ設けている。
[Explanation of thin film thermal detector, metal thin film resistor, electrode pad: FIG. 1]
Next, the thin film
A thin film
The electrode pad may be provided anywhere on the upper side of the
薄膜熱感知体26は、支持基板21上の電極パッド24aと金属薄膜抵抗体25aを介して接続しており、電極パッド24bとは金属薄膜抵抗体25bを介して接続している。
図1(a)に示すように、薄膜熱感知体26のほぼ中心を中心点C上に重ねると共に、梁部23の幅方向の中央にも重ねるようにし、電極パッド24aから、金属薄膜抵抗体25a、薄膜熱感知体26、金属薄膜抵抗体25b、金属パッド24bの順に直線的に設けている。このような構成とすることにより、重量的にバランスの取れた配置構造が形成されている。
The thin film
As shown in FIG. 1 (a), the thin film
薄膜熱感知体26の上部にはガス感知体28を設けている。このような構成にすれば、ガスの到来によってガス検知体28は発熱し、ガスを検知する感度特性や反応速度特性などの精度を向上することができる。
A
ところで、ガスを検知する際の反応速度特性とは、ガスが到来して薄膜熱感知体が発熱したとき、薄膜熱感知体が、ガスが到来したと感知する所定の温度に達するまでの速度を示すものである。
また、感度特性とは、ガスが到来して発熱し、薄膜熱感知体の抵抗値が変化する変化量のことをいう。
すなわち、センサとしては、ガスが到来したときに所定の温度まで素早く変化し、その抵抗値の変化量が大きいほど感度がよいとされているのである。
By the way, the reaction rate characteristic when detecting gas is the rate at which the thin film heat sensing element reaches a predetermined temperature at which it senses that the gas has arrived when the gas arrives and the thin film heat sensing element generates heat. It is shown.
Sensitivity characteristics refer to the amount of change in which the resistance value of the thin film thermal detector changes due to the arrival of gas and heat generation.
That is, as a sensor, when gas arrives, it changes quickly to a predetermined temperature, and the greater the amount of change in the resistance value, the better the sensitivity.
[薄膜熱感知体の形状説明:図1]
次に、薄膜熱感知体の形状を説明する。
薄膜熱感知体26aは、複数の折り返し部を有する九十九折りパターンの形状をなしている。図1に示す例では、1つの薄膜熱感知体の折り返し部は10個設けている。
[Description of the shape of the thin film thermal detector: FIG. 1]
Next, the shape of the thin film heat detector will be described.
The thin film heat sensing element 26a has a 99-fold pattern having a plurality of folded portions. In the example shown in FIG. 1, ten folding portions of one thin film heat sensing element are provided.
ところで、薄膜熱感知体26の抵抗値は、適する値が存在する。もちろん、高抵抗である方が、ガス検知の感度特性や反応速度特性が向上して好ましいのである。抵抗値を高くするためには、加工が難しくなるものの、薄膜熱感知体を細く、薄く形成すればよい。
By the way, there is a suitable value for the resistance value of the thin film
しかしながら、薄膜熱感知体のパターンの幅などを小さくすると、電力密度が増して、エレクトロマイグレーションの影響を受けやすくなる。
エレクトロマイグレーションとは、電気伝導体の中で移動する電子が金属原子と衝突し、これらの間で運動量の交換が行われるために、金属原子が徐々に移動する現象である。このため、金属原子が欠乏した部分に、欠損が生じるのである。
エレクトロマイグレーションが発生すると、薄膜熱感知体の断線が発生し、ガスセンサとしての寿命が短くなってしまう。
However, if the pattern width or the like of the thin film heat sensing element is reduced, the power density is increased and the film is easily affected by electromigration.
Electromigration is a phenomenon in which metal atoms move gradually because electrons moving in an electric conductor collide with metal atoms and exchange of momentum is performed between them. For this reason, a defect occurs in a portion where the metal atom is deficient.
When electromigration occurs, the thin film heat sensing element is disconnected and the life of the gas sensor is shortened.
このような事情から、薄膜熱感知体の抵抗値には、ガスセンサとして十分な感度とエレ
クトロマイグレーションなどへの耐性とを両立する値が存在するのである。
このような事情を鑑みて、薄膜熱感知体26の形状を決めるのであるが、一般に、薄膜熱感知体26のパターンの幅を小さくすると、折り返し部も数多く設けることができ、実質的にパターンの全長を長くすることができて高抵抗が得られる。このため、薄膜熱感知体のパターンの幅や膜厚などのほか、折り返し部の個数なども考慮に入れて、抵抗値を決めるのである。
そのような値は、検出するガスの種類、薄膜熱感知体の温度、印加する電圧(つまり、システム系の電源電圧)などにより異なるものの、一例をあげると、薄膜熱感知体の材質に白金(Pt)を用い、その膜厚を0.3μmとしたとき、その配線幅を10μm、抵抗値は500Ωである。
Under such circumstances, the resistance value of the thin-film heat sensing element has a value that achieves both sufficient sensitivity as a gas sensor and resistance to electromigration.
In view of such circumstances, the shape of the thin film
Such values vary depending on the type of gas to be detected, the temperature of the thin film thermal sensor, the applied voltage (that is, the power supply voltage of the system system), etc. For example, the material of the thin film thermal sensor is platinum ( Pt) and the film thickness is 0.3 μm, the wiring width is 10 μm and the resistance value is 500Ω.
薄膜熱感知体26を複数の折り返し部を有する九十九折りパターンとするとき、薄膜熱感知体26の抵抗値をより高抵抗にするためには、そのパターンの幅を小さく(細く)すればよい。
パターンの幅を小さくすると、折り返し部も数多く設けることができ、実質的にパターンの全長を長くすることができて高抵抗が得られる。
また、九十九折りの形状を有することで抵抗体としての分布密度が高くなり、発熱効率が高められ、より高い発熱量が得られる。
When the thin film
If the width of the pattern is reduced, a large number of folded portions can be provided, and the overall length of the pattern can be substantially increased, resulting in high resistance.
Moreover, by having a ninety-nine fold shape, the distribution density as a resistor is increased, the heat generation efficiency is increased, and a higher heat generation amount is obtained.
薄膜熱感知体26の九十九折りパターン形状は、図1に示す例では、梁部23の短手方向(幅方向)に折り返し部を有しているが、もちろんこれに限定するものではない。図示はしないが、長手方向(長さ方向)に折り返し部を有してもよいのである。
いずれにしても、九十九折りパターン形状は、薄膜熱感知体の配設スペースを小さくすることができるのでセンサ領域Rを小型化でき、その結果、薄膜型ガスセンサ自体も小型化することができるという効果も奏するのである。
In the example shown in FIG. 1, the ninety-nine fold pattern shape of the thin film
In any case, the 99-fold pattern shape can reduce the arrangement space of the thin film heat sensing element, so that the sensor region R can be reduced in size, and as a result, the thin film gas sensor itself can also be reduced in size. This also has the effect.
[梁部を構成する絶縁膜の説明:図1]
次に、梁部の構造の特徴を説明する。
保持部材である梁部23は、その上面側に薄膜熱感知体26と、それに接続する金属薄膜抵抗体25a,25b、および薄膜熱感知体26の上部にガス感知体28を設けるので、それらの部材を保持するに耐えうる強度を必要とする。そのため、梁部23を構成する絶縁膜22の膜厚は、所定の厚みを必要とする。
しかしながら、到来するガスの検知性能を向上させるためには、薄膜熱感知体26を搭載する部分(梁部23)の熱容量を小さくする方が望ましい。なぜならば、熱容量が大きいと、ガスの到来により生じた熱が梁部に吸収されてしまうからである。この状態では、薄膜熱感知体の熱が上昇しきれず(つまり、抵抗値が変化しきれず)、ガスが到来してもそれを感知することができなくなってしまう。
[Description of insulating film constituting beam portion: FIG. 1]
Next, the characteristics of the structure of the beam portion will be described.
The
However, in order to improve the detection performance of the incoming gas, it is desirable to reduce the heat capacity of the portion (beam portion 23) on which the thin film
このように、梁部23の強度とガスを検知するための性能とは、トレードオフの関係にあるから、梁部23を構成する絶縁膜22の膜厚は、それを鑑みて適宜に設定する。到来するガスの種類、薄膜熱感知体やガス検知体の材質によっても発熱温度が異なるから、例えば、実験を繰り返してデータを取るなどして、絶縁膜22の膜厚を設定してもよい。
Thus, since the strength of the
また、梁部23の薄膜熱感知体26を搭載する部位の幅も同様である。この幅が広ければ、梁部の強度は向上する。
発明者が検討したところ、梁部23の薄膜熱感知体26を搭載する部位の幅とその膜厚とは、「膜厚<幅」とすることがよいことを見出した。その理由は、薄膜熱感知体26が搭載されている部位の直下が最も熱伝導性が高いからである。そのため、梁部23を構成する絶縁膜22の膜厚を薄くして熱容量を小さくし、幅を大きくして強度を維持するとよいのである。
The same applies to the width of the portion of the
As a result of examination by the inventors, it has been found that the width of the portion of the
図1に示す例では、例えば、電極パッド24aと電極パッド24bとを外部の基板上などで電気的に接続し、それらに電源および電流計を接続すると、薄膜熱感知体26に電流を流すことができると共に、電流量を計測することができる。具体的には、電極パッド24aと電極パッド24bとの間に図示しない電源から電圧を印加しておき、薄膜熱感知体26に通電しておく。その後、ガスが到来するとガス検知体28がガスに反応して発熱し、薄膜熱感知体26の温度も上昇し、その電流量に変化が起きる。この電流量の変化を捉えることで、ガスの到来を知り得ることができるのである。
なお、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で、薄膜熱感知体26の上部には、ガス検知体28を設けているが、その材質などの詳細については、後述する。
In the example shown in FIG. 1, for example, when the
Note that a
ところで、ガスの到来により薄膜熱感知体26が発熱することで、そのガスの到来を知り得るわけであるから、薄膜熱感知体に接続する電極パッドの配置や金属薄膜抵抗体の引き回しなど、薄膜熱感知体にどのように電流を流し、その電流をどう計測するかは、自由であり、各要素の配置は、図1に示す例に限定するものではないのは明らかである。
By the way, since the thin film
これら薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、同一の金属で構成することができる。これらは、高融点貴金属を用いる場合が多く、例えば、白金(Pt)である。 These thin film heat sensing elements, metal thin film resistors, and electrode pads can be made of the same metal. These are often refractory noble metals, such as platinum (Pt).
このような高融点貴金属を用いる理由は、温度である。すなわち、薄膜熱感知体26の上部にはガス感知体28が設けてあり、このガス検知体28は、触媒として機能するものであって、ガスが到来したときに発熱し、検出感度を向上させる効果がある。ガス検知体28は、薄膜熱感知体26上に焼結させている。しかし、このガス検知体28の焼結温度は高く、用いる触媒の材質にもよるが、例えば、600〜700度程度である。そして、ガスが到来したときに生じる温度を、いわゆる燃焼温度と呼び、その温度は、例えば、400度を超える。
このように、薄膜熱感知体26や金属薄膜抵抗体25a,25bは高温に晒されるため、高融点貴金属を用いるのである。
The reason for using such a refractory noble metal is temperature. That is, a
Thus, since the thin film
薄膜熱感知体26、金属薄膜抵抗体25a,25b、電極パッド24a,24bは、保持部材である絶縁膜22との密着性を良くするために、クロム(Cr)やチタン(Ti)、あるいは、これらの合金からなる金属膜を下地層として設け、その上に白金(Pt)を形成して構成してもよい。例えば、白金(Pt)は、スパッタリング法などの知られている形成方法で形成することができる。
なお、薄膜熱感知体、金属薄膜抵抗体、電極パッドは、白金(Pt)以外の材料としては、ロジウム(Rd)、パラジウム(Pd)、金(Au)などの高融点貴金属、あるいは、これらの合金金属などを用いることができる。
The thin
The thin film heat sensing element, metal thin film resistor, and electrode pad are made of a material other than platinum (Pt), such as rhodium (Rd), palladium (Pd), gold (Au), or other high melting point noble metals, or these An alloy metal or the like can be used.
[ガス検知体の説明]
薄膜熱感知体26の上面に設けるガス感知体28は、ガスの到来による発熱をすばやくさせて検出感度を向上させる目的で設ける触媒である。特に限定するものではないが、例えば、酸化アルミニウム(Al2O3)からなる熱伝導層と、この熱伝導層の表面に燃焼触媒層を重ねた構成を有している。
燃焼触媒層は、例えば、酸化スズ(SnO2)を主成分にして、白金(Pt)とパラジウム(Pd)なる燃焼触媒の微粉末を溶媒に混ぜ合わせてスラリー状にし、それを熱伝導層の表面に塗布して600°Cの温度で焼結したものである。
[Description of gas detector]
The
The combustion catalyst layer is made of, for example, tin oxide (SnO 2 ) as a main component, and a fine powder of platinum (Pt) and palladium (Pd) combustion catalyst is mixed with a solvent to form a slurry, which is made into a heat conductive layer. It is applied to the surface and sintered at a temperature of 600 ° C.
図1に示す例では、ガス検知体28は、センサ領域Rにて、梁部23の上部に図面上横長に薄膜熱感知体26を覆うように設けている。
もちろん、薄膜熱感知体26aの抵抗値、到来するガスの種類などに応じて、ガス検知体28を設けない場合もある。
In the example shown in FIG. 1, the
Of course, the
また、図1(b)に示すように、ガス感知体28は、薄膜熱感知体26dの上面側にのみ設ける例を示したが、もちろんこれに限定するものではない。到来するガスは貫通孔22hを通って流通するので、図示はしないが、保持部材である梁部23を挟んでその裏面側にも設けてもよい。つまり、ガス感知体28で梁部23を上下から包むようにしてもよいのである。
このような構造をとると、燃焼触媒層の表面面積が増してガスとの接触面積が増え、より速く燃焼することができる。そして、ガス検知の反応速度を更に速める効果を得る。
Further, as shown in FIG. 1B, the
With such a structure, the surface area of the combustion catalyst layer is increased, the contact area with the gas is increased, and combustion can be performed faster. And the effect which further speeds up the reaction speed of gas detection is acquired.
[発明の効果の説明]
ここで、第1の実施形態の効果についてまとめると次のようになる。
1つ目の効果としては、センサ領域Rが平面視で円形の形状をなしていることで、熱応力に対して耐久性が高いという点である。
すなわち、支持基板21の内壁21cには鋭角なる角部がなくなるため、ガスの到来により生じる発熱があっても、その熱応力による歪は小さく、また、特定の場所に熱応力が集中することなく、支持基板21にクラックなどを発生することはない。
[Explanation of the effect of the invention]
Here, the effects of the first embodiment are summarized as follows.
The first effect is that the sensor region R has a circular shape in a plan view, and thus has high durability against thermal stress.
That is, since there are no acute corners on the
2つ目の効果としては、保持部材である梁部23と支持基板21との接続角部23aにあっても、平面視で鋭角なる角部がないため、機械的応力に対して耐久性が高いという点である。
すなわち、到来するガスの流圧を受けたり、不測の衝撃や振動により梁部23が撓んだとしても、梁部23と支持基板21との接続部分に機械的応力が集中することはなく、梁部23にクラックなどを発生することはない。
The second effect is that even in the
That is, even if the
3つ目の効果としては、センサ領域Rの重量バランスがよいという点である。
すなわち、金属薄膜抵抗体25a,25b、薄膜熱感知体26、ガス感知体28をセンサ領域Rの中心点Cを通る線上に設け、薄膜熱感知体26とガス感知体28を中心領域に設けていることにより、偏重のない均衡した重量バランスが得られて安定するのである。
The third effect is that the weight balance of the sensor region R is good.
That is, the metal
4つ目の効果としては、ガスの燃焼効率を高めることができるという点である。
すなわち、貫通孔22hが所定の間隔をなして分散した配置をなしており、ガスが到来しても、その流れる流量に偏りが生じない。このため、ガス感知体28にガスが均一な状態でもって接触するようになり、その結果としてガスの燃焼効率が上がるのである。
The fourth effect is that the gas combustion efficiency can be increased.
That is, the through-
つまり、本発明の薄膜型ガスセンサは、熱応力と機械的応力とに対する耐久性が高く、ガスの検出感度を向上させるため、薄膜熱感知体の数を増やしたりしても、その耐久性が低下することがないのである。その結果、センサとしての寿命が延びるのである。 In other words, the thin film gas sensor of the present invention has high durability against thermal stress and mechanical stress, and the durability of the thin film gas sensor decreases even if the number of thin film heat sensing elements is increased in order to improve gas detection sensitivity. There is nothing to do. As a result, the lifetime as a sensor is extended.
[第2の実施形態の説明:図2]
次に、第2の実施形態に係るガス検知素子について図2を用いて説明する。なお、図2は、第2の実施形態の構造を模式的に示す図である。図2(a)はその平面図、図2(b)は図2(a)の切断線Y−Y´における端面を模式的に示す端面図である。
[Description of Second Embodiment: FIG. 2]
Next, a gas detection element according to a second embodiment will be described with reference to FIG. FIG. 2 is a diagram schematically showing the structure of the second embodiment. 2A is a plan view thereof, and FIG. 2B is an end view schematically showing an end surface taken along a cutting line YY ′ of FIG.
図2において、22aは絶縁膜22で構成したメンブレン構造体である。22i,22j,22k,22l,22m,22nは貫通孔である。貫通孔22i〜22nは、メンブレン構造体22aに設けている。22kcは貫通孔22kの中心点であり、同様に、22lcは貫通孔22lの、22mcは貫通孔22mの、それぞれ中心点であり、「+」で示
している。そして、これらでガス検知素子30を構成している。L1,L2,L3,L4は貫通孔同士の距離を示している。なお、すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
In FIG. 2, reference numeral 22 a denotes a membrane structure composed of an insulating
図2に示す第2の実施形態のガス検知素子30の特徴は、保持部材をメンブレン構造とした点である。すでに説明した第1の実施形態は、支持基板21の上部に絶縁膜22を設け、この絶縁膜22で枠形状の支持基板21を所定の幅を持って橋渡しするように梁部を構成していた。図2に示す第2の実施形態では、保持部材を梁部で構成せず、メンブレン構造体22aとしたものである。
The feature of the
メンブレン構造体22aは、支持基板21の上部に設ける絶縁膜22をセンサ領域Rの方向に一様な薄膜で構成したものである。メンブレンとは「膜」を意味するものであり、メンブレン構造とは、膜による構造そのものを意味するものであるが、本発明の実施形態では、説明しやすいように絶縁膜22のうち、センサ領域Rの部分をメンブレン構造体22aとしている。
The membrane structure 22a is configured by forming the insulating
メンブレン構造体22aの上部には、センサ領域Rの中心点Cを含む中心領域に薄膜熱感知体26を設けている。そして、薄膜熱感知体26の両端を2つの金属薄膜抵抗体25a,25bを介して支持基板21の上部の一対の電極パッド24a,24bに接続している。
図2(a)に示すように、薄膜熱感知体26のほぼ中心を中心点C上にし、電極パッド24aから、金属薄膜抵抗体25a、薄膜熱感知体26、金属薄膜抵抗体25b、金属パッド24bの順に直線的に設けている。このような構成とすることにより、重量的にバランスの取れた配置構造が形成されている。
On the upper part of the membrane structure 22a, a thin film
As shown in FIG. 2A, the center of the thin film
[絶縁膜の形状説明:図2]
絶縁膜22は、図2に示すように、支持基板21の上部とセンサ領域Rに設けている。センサ領域Rに設けた絶縁膜22をメンブレン構造体22aと表しているが、メンブレン構造体22aは、支持基板21の上部に設ける絶縁膜22をセンサ領域Rの方向に延設して、一様な薄膜で構成したものである。
[Description of shape of insulating film: FIG. 2]
As shown in FIG. 2, the insulating
メンブレン構造体22aは保持部材の働きをなすことから、保持するに耐えうる強度を備える必要がある。また、ガスが到来して、そのガスの圧力によりメンブレン構造体22aが撓んでもメンブレン構造体22aが損壊しないような強度を備える必要がある。絶縁膜22の膜厚は、例えば、1μm位の薄膜である。しかしながら、特には限定するものではなく、上記のことを考慮して適宜に設定すると良い。また、絶縁膜22は、第1の実施形態と同様に、積層膜とすることもできる。このとき、積層する膜の応力特性を変えるようにしてもよいことは、すでに説明した通りである。
Since the membrane structure 22a functions as a holding member, the membrane structure 22a needs to be strong enough to be held. Further, it is necessary to provide strength that does not damage the membrane structure 22a even when the gas arrives and the membrane structure 22a is bent by the pressure of the gas. The film thickness of the insulating
メンブレン構造体22aには、薄膜熱感知体26と金属薄膜抵抗体25a,25bとガス感知体28とを有していない部分に、複数の貫通孔を設けている。図2に示す例では、6つの貫通孔22i〜22nを設けている。
貫通孔22i〜22nは、同じ大きさをなしており、図2に示す例では円形である。そして、センサ領域Rに所定の間隔をなして分散して設けてある。
ようするに、隣り合う貫通孔同士が所定の距離だけ離間して配置しており、センサ領域Rを全体視すると、概ね分散して配置しているのである。
The membrane structure 22a is provided with a plurality of through holes in a portion where the thin film
The through
In this way, adjacent through holes are spaced apart from each other by a predetermined distance. When the sensor region R is viewed as a whole, they are generally dispersed.
隣り合う貫通孔とは、図2に示す例では、例えば、貫通孔22iと貫通孔22j、貫通孔22iと貫通孔22nであり、貫通孔22lと貫通孔22k、貫通孔22lと貫通孔22mである。そして、隣り合う貫通孔同士は、同一の距離で離間している。
図2において、距離L1と距離L2とは同一であり、距離L3と距離L4とは同一である。なお、距離L3は、貫通孔の中心点22kcと中心点22lcとの距離であり、距離L4は、貫通孔の中心点22lcと中心点22mcとの距離を示している。
In the example shown in FIG. 2, the adjacent through holes are, for example, the through
In FIG. 2, the distance L1 and the distance L2 are the same, and the distance L3 and the distance L4 are the same. The distance L3 is the distance between the center point 22kc and the center point 22lc of the through hole, and the distance L4 is the distance between the center point 22lc and the center point 22mc of the through hole.
つまり、メンブレン構造体22aに開口した貫通孔のエッジ間の距離である距離L1と距離L2とが同じであっても、貫通孔の中心間距離である距離L3と距離L4とが同じであってもよいのである。大切なことは、センサ領域Rにおいて、貫通孔がバランスよく配置されているという点である。 That is, even if the distance L1 that is the distance between the edges of the through holes opened in the membrane structure 22a is the same as the distance L2, the distance L3 that is the distance between the centers of the through holes is the same as the distance L4. It is good. What is important is that the through holes are arranged in a balanced manner in the sensor region R.
なお、貫通孔22i〜22nは、図2に示す例では、円形の形状を有しているが、もちろん、その形状は一例であって、多角形で構成してもよい。例えば、正六角形、正八角形などである。また、多角形と円形とを組み合わせてもよく、自由に変更が可能である。
なお、貫通孔の形状の説明で用いる円形とは、楕円形も含むものであって、また、多角形の角部を面取りして滑らかにした形状も、広義で円形と定義するものである。
In the example shown in FIG. 2, the through
Note that the circle used in the description of the shape of the through hole includes an ellipse, and a shape obtained by chamfering and smoothing the corners of the polygon is also defined as a circle in a broad sense.
[発明の効果の説明]
ここで、第2の実施形態の効果についてまとめる。すでに説明した第1の実施形態の効果と同様な点は省略すると、次のようになる。
保持部材であるメンブレン構造体22aは、支持基板21から延長して一様に形成しているため、機械的応力が発生したとしても、膜全体で分散し、応力集中する部分がない。このため、メンブレン構造体22aにクラックなどを発生することはないのである。
[Explanation of the effect of the invention]
Here, the effects of the second embodiment will be summarized. If the same points as the effects of the first embodiment already described are omitted, the following is obtained.
Since the membrane structure 22a as the holding member is uniformly formed extending from the
また、貫通孔22i〜22nが所定の間隔で分散した配置をなしており、ガスが到来しても、その流れる流量に偏りが生じない。このため、ガス感知体28にガスが均一な状態でもって接触するようになり、その結果としてガスの燃焼効率をより向上させることができるのである。
Further, the through
[センサ領域Rの他の形状の説明:図3]
次に、センサ領域Rの他の形状を図3の平面図を用いて説明する。図3は、図1(a)および図2(a)に示す方向と同一の方向からみたときの支持基板を説明する平面図である。そして、なお、図3は、説明に必要のない部分は省略している。
[Description of other shapes of sensor region R: FIG. 3]
Next, another shape of the sensor region R will be described with reference to the plan view of FIG. FIG. 3 is a plan view for explaining the support substrate when viewed from the same direction as that shown in FIGS. 1 (a) and 2 (a). In FIG. 3, parts not necessary for the description are omitted.
図3において、31,32,33は支持基板である。31c,32c、33cは、それぞれ支持基板の内壁である。α1,α2,α3,α4,α5,α6は、内壁33cの角度である。支持基板31〜33は、すでに説明した第1および第2の実施形態の支持基板21に相当するものであるから、説明にあっては、図1および図2を適宜参照されたい。
In FIG. 3,
すでに説明した第1の実施形態と第2の実施形態とでは、センサ領域Rを円形形状に形成する例を説明したが、必ずしも円形形状に限るものではない。例えば、図3に示す形状であっても同様な効果を奏する。図3はセンサ領域のその他の形状を示したものである。 In the first embodiment and the second embodiment already described, the example in which the sensor region R is formed in a circular shape has been described. However, the sensor region R is not necessarily limited to a circular shape. For example, the shape shown in FIG. FIG. 3 shows other shapes of the sensor region.
図3(a)は、センサ領域Rの形状が楕円形状、すなわち、支持基板31の内壁31cの形状が楕円形状をなしたものである。図3(a)に示す例では、図面の左右方向に長い楕円形状を示しているが、画面上下方向や斜め方向に長い楕円形状を有していてもよい。楕円形状は角部がないため、過度に応力が集中するような部分がない。従って、円形の場合と同様な効果を奏する。
なお、本発明においては、楕円形状のものも円形形状と表現している。
In FIG. 3A, the sensor region R has an elliptical shape, that is, the
In the present invention, an elliptical shape is also expressed as a circular shape.
図3(b)は、センサ領域Rの形状が楕円形に近い四角形の角をなくしたような形状を
有する例である。すなわち、支持基板32の内壁32cは角がない滑らかな四角形の形状をなしたものである。このような形状は角部がないため、過度に応力が集中するような部分がない。従って、円形の場合と同様な効果を奏する。
FIG. 3B is an example in which the shape of the sensor region R has a shape in which square corners close to an ellipse are eliminated. That is, the
図3(c)は、センサ領域Rの形状が正六角形の形状、すなわち、支持基板33の内壁33cが六辺に囲まれた正六角形の形状をなしたものである。正六角形は、内角α1〜α6のいずれの内角も120度の鈍角をなしている。内角の角度が120度になると、鋭角または直角の場合に比べて過度に応力が集中するようなことはなく、円形の場合と同様な効果を奏するのである。なお、図示した例は、正六角形であるが、もちろんその他の多角形でもよいことは無論である。
In FIG. 3C, the sensor region R has a regular hexagonal shape, that is, a regular hexagonal shape in which the
[第4の実施形態の説明:図4]
次に、第4の実施形態を図4を用いて説明する。
図4は第4の実施形態の構造を模式的に示す平面図である。図4(a)はその平面図、図4(b)は図4(a)の切断線Z−Z´における端面を模式的に示す端面図である。
図4において、99は絶縁膜である。99aは絶縁膜99で構成したメンブレン構造体である。22o,22pはメンブレン構造体99に設ける貫通孔である。40はガス検知素子である。すでに説明した同一の構成については同一符号を付与しており、詳細な説明は省略する。
[Description of Fourth Embodiment: FIG. 4]
Next, a fourth embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 4 is a plan view schematically showing the structure of the fourth embodiment. 4A is a plan view thereof, and FIG. 4B is an end view schematically showing an end surface taken along a cutting line ZZ ′ of FIG. 4A.
In FIG. 4, 99 is an insulating film.
図4に示す第4の実施形態のガス検知素子40の特徴は、保持部材を梁部とメンブレン構造体とにした点である。図1を用いて説明した第1の実施形態と図2を用いて説明した第2の実施形態とを合わせた構成であって、下側に第1の薄膜としてのメンブレン構造体99を設け、その上側に第2の薄膜としての梁部23を重ねている構成である。
A feature of the
貫通孔22o,22pは、図4に示す例では、六角形の形状を有している。これら2つの貫通孔は、図4(a)に示すように、梁部23を挟み、対向して配置している。
The through
第4実施形態のガス検知素子40は、メンブレン構造体99aと梁部23とで保持部材を構成しているから、その強度が増し、保持部材の撓みや機械的応力に対する抗力は更に向上し、ガスセンサの耐久性能は更に向上する。
Since the
なお、図4に示す例では、メンブレン構造体99aの上部に梁部23を設ける構成を説明したが、図示はしないが、梁部23の上部にメンブレン構造体99aを設ける構成とすることもできる。もちろん、貫通孔22o,22pの形状も六角形とは異なる形状であってもかまわなく、適宜変更可能である。
In the example illustrated in FIG. 4, the configuration in which the
以上、すでに説明した実施形態では、薄膜熱感知体の上部にガス感知体を設ける構成を例示したが、もちろんこれに限定するものではない。薄膜熱感知体を半導体で構成すれば、ガス感知体は不要になる。 As described above, in the embodiment described above, the configuration in which the gas sensor is provided on the upper part of the thin film heat sensor is exemplified, but the present invention is not limited to this. If the thin film thermal sensor is made of a semiconductor, the gas sensor is unnecessary.
本発明の薄膜型ガスセンサは、機械的応力や熱応力に対する耐久性が向上しているため、ガスの流速が高く、より高温になる環境用のガスセンサとして好適である。 The thin film type gas sensor of the present invention has improved durability against mechanical stress and thermal stress. Therefore, the thin film type gas sensor is suitable as a gas sensor for an environment where the gas flow rate is high and the temperature is higher.
20,30,40 ガス検知素子
21,31,32,33 支持基板
21c,31c,32c,33c 内壁
22,99 絶縁膜
22a,99a メンブレン構造体
22h〜22p 貫通孔
23 梁部
23a 接続角部
24a,24b 電極パッド
25a,25b 金属薄膜抵抗体
26 薄膜熱感知体
28 ガス感知体
R センサ領域
C 中心点
20, 30, 40
Claims (6)
前記センサ領域は、平面視で円形または全ての内角が鈍角である多角形の形状をなしていることを特徴とする薄膜型ガスセンサ。 The inside of the support substrate having a frame shape is used as a sensor region, and an insulating film provided on the support substrate is provided with a holding member extending from the support substrate in the sensor region, and the thin film heat sensing element is provided on the holding member. In a thin film gas sensor equipped with
The thin film gas sensor according to claim 1, wherein the sensor region has a circular shape or a polygonal shape in which all inner angles are obtuse angles in a plan view.
前記センサ領域で、前記保持部材と前記支持基板とで平面的に分割された領域を貫通孔とし、
前記貫通孔は、平面視で円形または全ての内角が鈍角である多角形の形状をなしていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜型ガスセンサ。 The holding member has a beam structure;
In the sensor region, a region divided planarly by the holding member and the support substrate is a through hole,
2. The thin film gas sensor according to claim 1, wherein the through hole has a circular shape or a polygonal shape in which all inner angles are obtuse angles in a plan view.
前記保持部材は、前記薄膜熱感知体の搭載部を避けて複数の貫通孔を有し、
前記貫通孔は、平面視で円形または全ての内角が鈍角である多角形の形状をなしていることを特徴とする請求項1に記載の薄膜型ガスセンサ。 The holding member is a membrane structure provided so as to cover the sensor region in plan view,
The holding member has a plurality of through holes avoiding the mounting portion of the thin film heat sensing element,
2. The thin film gas sensor according to claim 1, wherein the through hole has a circular shape or a polygonal shape in which all inner angles are obtuse angles in a plan view.
5. The thin film gas sensor according to claim 3, wherein the membrane structure includes a first thin film and a beam-shaped second thin film that passes through a center point of the sensor region. .
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP2009076464A JP2010230387A (en) | 2009-03-26 | 2009-03-26 | Membrane-type gas sensor |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2017101949A (en) * | 2015-11-30 | 2017-06-08 | 京セラ株式会社 | Gas sensor substrate and gas sensor device |
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2009
- 2009-03-26 JP JP2009076464A patent/JP2010230387A/en active Pending
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