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公開番号2024150267
公報種別公開特許公報(A)
公開日2024-10-23
出願番号2023063602
出願日2023-04-10
発明の名称ガスセンサ
出願人公立大学法人公立諏訪東京理科大学
代理人個人
主分類G01N 27/12 20060101AFI20241016BHJP(測定;試験)
要約【課題】従来のガスセンサに比べてスペース効率が高く、且つ、断熱性も高いガスセンサを提供する。
【解決手段】
ガスセンサ1は、略平板状をなすベース基板200と、略平板状をなしており第1面100aに感ガス材料130が実装されると共に第2面100bにヒーター120が実装されたセンサ基板100と、を備える。ベース基板200及びセンサ基板100は、センサ基板100の第2面100bがベース基板200の表側の面200aに対向するようにして互いに配置されており、ベース基板200の表側には、センサ基板100を支持するセンサ基板支持部250が設けられており、センサ基板支持部250は、断熱性の部材でなり、且つ、センサ基板100とオーバーラップする領域RG1のうち一部の領域RG2においてセンサ基板100と接触している。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
ヒーターに電力を供給して熱を発生させ、該熱に基づいて感ガス材料を加熱することで当該感ガス材料の感度を高めて所定のガスをセンシングするガスセンサであって、
略平板状をなすベース基板と、
略平板状をなしており、第１面に前記感ガス材料が実装されると共に、前記第１面とは反対側の第２面に前記ヒーターが実装されたセンサ基板と、
を備え、
前記ベース基板及び前記センサ基板は、前記センサ基板の前記第２面が前記ベース基板の表側の面に対向するようにして互いに配置されており、
前記ベース基板の前記表側には、前記センサ基板を支持するセンサ基板支持部が設けられており、
前記センサ基板支持部は、断熱性の部材でなり、且つ、前記ベース基板を平面視したときに前記センサ基板とオーバーラップする領域のうち一部の領域において前記センサ基板と接触している、
ことを特徴とするガスセンサ。
続きを表示（約 790 文字）【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサにおいて、
前記センサ基板支持部の前記センサ基板との接触部は少なくとも３箇所以上に点在していることを特徴とするガスセンサ。
【請求項３】
請求項２に記載のガスセンサにおいて、
前記センサ基板支持部は、前記ベース基板の前記表側に突出した突起部で構成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項４】
請求項３に記載のガスセンサにおいて、
前記突起部の内部が中空となっていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項５】
請求項２に記載のガスセンサにおいて、
前記センサ基板支持部は、前記ベース基板を構成する部材とは別体の球体でなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項６】
請求項５に記載のガスセンサにおいて、
前記球体は内部が中空となっていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項７】
請求項１に記載のガスセンサにおいて、
前記センサ基板支持部は、前記ベース基板の前記表側に突出してなり、平面視したときに略線状をなす凸条部で構成されていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項８】
請求項７に記載のガスセンサにおいて、
前記凸条部の内部が中空となっていることを特徴とするガスセンサ。
【請求項９】
請求項１～８に記載のガスセンサにおいて、
前記ベース基板はガラス基板でなることを特徴とするガスセンサ。
【請求項１０】
請求項９に記載のガスセンサにおいて、
前記ベース基板は、当該ガラス基板に貫通穴が形成された「ＴＧＶ基板（Through Glass Via基板)」であることを特徴とするガスセンサ。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の感ガス材料を用いたガスセンサに関する。
続きを表示（約 1,900 文字）【背景技術】
【０００２】
非特許文献１にもあるように、従来より薄膜型センサ素子を用いたガスセンサが知られている。図１３は非特許文献１に記載されたガスセンサ９００を説明するために示す図である。図１３（ａ）はガスセンサ９００の斜視図である。図１３（ｂ）は基板９１０の第１面９１０ａの様子を示す斜視図であり、図１３（ｃ）は基板９１０の第２面９１０ｂの様子を示す斜視図である。
【０００３】
図１３に示すように、非特許文献１に記載されたガスセンサ（従来のガスセンサ９００）は、第１面９１０ａに感ガス材料９３０が実装され、反対側の面である第２面９１０ｂに抵抗器でなるヒーター９２０が実装された基板９１０を具備している。この基板９１０は複数のピン端子９６０
－１，２，３
の間にワイヤー９５２
－１，２，３，４
で吊られて空中に浮いた状態になっている（吊り構造９９０）。感ガス材料９３０及びヒーター９２０はそれぞれ基板９１０に設けられた配線パターンを通じてランド９４０
－１，２，３，４
に電気的に接続され、更に、ランド９４０
－１，２，３，４
からワイヤー９５２
－１，２，３，４
を介してピン端子９６０
－１，２，３
へと電気的に接続されている。
【０００４】
これら基板９１０、ワイヤー９５２
－１，２，３
及びピン端子９６０
－１，２，３，４
の上端側はベース９８０及びキャップ９７０で囲まれたガスセンサの内部空間９５０に収容されている。キャップ９７０にはメッシュ９７３が張られた開口が設けられており、かかる開口より内部空間９５０へガスを導入するようになっている。
【０００５】
非特許文献２にも記載されているように、金属酸化物半導体でなる感ガス材料は、ある程度の高温（例えば２００～４５０℃程度）の下で作動させることにより、比較的高いガス検知感度（応答性）が得られることが知られている。このため、従来のガスセンサ９００では、ヒーター９２０に電力を供給して熱を発生させ、セラミックでなる基板９１０を介して感ガス材料９３０に熱を供給し、感ガス材料９３０が高温になるようにしている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
NISSHAエフアイエス株式会社ホームページ製品カタログ、”FISガスセンサーSP3S-AQ2-01”、［online］、［2023年1月6日検索］、インターネット（URL:https://www.fisinc.co.jp/common/pdf/SP3SAQ201J.pdf）
【０００７】
清水康博、”センサ関連分野での応用（１）半導体ガスセンサ”、［online］、科学技術情報発信・流通総合システム（J-STAGE）オンラインプラットフォーム、［2023年3月17日検索］、インターネット(https://www.jstage.jst.go.jp/article/electrochemistry/76/10/76_10_783/_pdf)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
感ガス材料９３０のガス検知感度を維持するためには、感ガス材料９３０及び該感ガス材料９３０を実装している基板９１０の高温状態を維持することが重要である。もし仮にガスセンサ９００の構造が断熱を考慮しない構造だったとすると、基板９１０がヒーター９２０から熱を貰っても、貰った熱の多くが他の部材に移ってしまい熱のロスが大きなものとなる。この場合、感ガス材料９３０の高温状態を維持するためには、ヒーター９２０に大電流を流し続けなければならず大きな電力が必要となる。
【０００９】
こうしたことから、従来のガスセンサ９００では上記吊り構造９９０を採用することで、感ガス材料９３０及び基板９１０が接触する対象物を、ガスセンサの内部空間９５０に充填されている気体のみとし（但しワイヤー９５２
－１，２，３，４
は除く）、ベース９８０，キャップ９７０等の部材には熱が移らないよう断熱性が確保されている。
【００１０】
しかしながら、上記した吊り構造９９０は、基板９１０がガスセンサの内部空間９５０で縦置きされるものであるため、大きな容積が必要でスペース効率が悪く、市場からは、スペース効率が高く、且つ、感ガス材料が載った基板と他の部材との断熱性も確保できるガスセンサが期待されている。
（【００１１】以降は省略されています）

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