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公開番号2025128703
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-09-03
出願番号2024025516
出願日2024-02-22
発明の名称ガスセンサーモジュール及びガスセンサーモジュールの製造方法
出願人セイコーエプソン株式会社
代理人個人,個人,個人
主分類G01N 27/12 20060101AFI20250827BHJP(測定;試験)
要約【課題】小型、高分解能、低消費電力で防水性に優れたガスセンサーモジュールを得る。
【解決手段】ガスセンサーモジュール1であって、多数の孔42が設けられたフィルター基板40と、第1配線面20Aに設けられた第1配線22Aを有する配線基板20と、を備える。また、ガス吸着膜で表面が被覆されるとともに第1配線面と交差した方向に延伸する複数のシリコンナノワイヤー11と、第1配線22Aと電気的に接続されるとともにシリコンナノワイヤー11の表面抵抗を検出する電極配線12と、が設けられたガスセンサー基板10を備える。さらに、孔42を介して外気と連通した空間であって孔42とシリコンナノワイヤー11との間に間隙を有したセンサー室50を備える。
【選択図】図1
特許請求の範囲【請求項１】
通気性を有する多数の孔が設けられたフィルター基板と、
前記フィルター基板が配置される側の第１配線面に設けられた第１配線を有する配線基板と、
前記第１配線面に接着された半導体基板であって、ガス吸着膜で表面が被覆されるとともに前記第１配線面と交差した方向に延伸する複数のシリコンナノワイヤーと、前記第１配線と電気的に接続されるとともに前記シリコンナノワイヤーの表面抵抗を検出する電極配線と、が設けられたガスセンサー基板と、
前記孔を介して外気と連通した空間であって、前記孔と前記シリコンナノワイヤーとの間に間隙を有したセンサー室と、
を備えることを特徴とするガスセンサーモジュール。
続きを表示（約 1,600 文字）【請求項２】
請求項１に記載のガスセンサーモジュールにおいて、
前記配線基板は、前記第１配線と電気的に接続されるとともに前記第１配線面とは反対側の第２配線面に設けられた第２配線を有することを特徴とするガスセンサーモジュール。
【請求項３】
請求項１に記載のガスセンサーモジュールにおいて、
前記シリコンナノワイヤーは、径が２０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であって、長さが０．５μｍ以上５０μｍ以下であることを特徴とするガスセンサーモジュール。
【請求項４】
請求項１に記載のガスセンサーモジュールにおいて、
前記ガスセンサー基板は、前記シリコンナノワイヤーが配置された第１領域と、前記第１領域の外側の領域である第２領域と、を有し、
前記電極配線は、前記第２領域に設けられた配線と、前記配線と電気的に接続されるとともに前記第１領域の前記シリコンナノワイヤーの端部表面にわたって設けられた電極と、を有することを特徴とするガスセンサーモジュール。
【請求項５】
請求項１に記載のガスセンサーモジュールにおいて、
前記フィルター基板の外気側の面に水に対する接触角が９０°以上の撥水膜が設けられていることを特徴とするガスセンサーモジュール。
【請求項６】
請求項１に記載のガスセンサーモジュールにおいて、
前記孔の径は、５０ｎｍ以上３００ｎｍ以下であることを特徴とするガスセンサーモジュール。
【請求項７】
請求項１に記載のガスセンサーモジュールにおいて、
前記ガス吸着膜は、ＺｎＯ
２
膜であって、膜厚が１０ｎｍ以上４０ｎｍ以下であることを特徴とするガスセンサーモジュール。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のガスセンサーモジュールにおいて、
前記センサー室は、前記フィルター基板と前記配線基板とが接合されることで、前記フィルター基板と前記配線基板との間に構成されていることを特徴とするガスセンサーモジュール。
【請求項９】
請求項１から７のいずれか１項に記載のガスセンサーモジュールにおいて、
前記センサー室は、前記配線基板及び前記ガスセンサー基板を内部に収容する筐体と、前記フィルター基板を有する蓋部と、が接合されることで構成されていることを特徴とするガスセンサーモジュール。
【請求項１０】
多数の孔を有して通気性を有するフィルター基板を製造するフィルター基板製造工程と、
ガスセンサー基板を製造するガスセンサー基板製造工程と、
前記ガスセンサー基板を配線基板に接合する接合工程と、
を有し、
前記ガスセンサー基板製造工程は、
シリコン基板上の第１領域及び前記第１領域の外側の領域である第２領域に、ＳｉＯ
２
膜を成膜して細孔パターンを含むパターン形成するＳｉＯ
２
膜の成膜工程と、
前記ＳｉＯ
２
膜上、及び前記ＳｉＯ
２
膜から露出された前記シリコン基板上に、触媒膜としてＡｕ膜を形成するＡｕ膜形成工程と、
前記第１領域において、前記細孔パターンをマスクとして前記Ａｕ膜をエッチングする金属支援化学エッチング法を用いて前記シリコン基板にシリコンナノワイヤーを形成するシリコンナノワイヤー形成工程と、
前記第１領域の前記シリコンナノワイヤー上にＺｎＯ
２
膜を成膜するＺｎＯ
２
膜の成膜工程と、
前記第１領域の前記ＺｎＯ
２
膜上から前記第２領域にわたって電極配線を形成する電極配線形成工程と、
を有することを特徴とするガスセンサーモジュールの製造方法。
（【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、ガスセンサーモジュール及びガスセンサーモジュールの製造方法に関する。
続きを表示（約 2,600 文字）【背景技術】
【０００２】
従来から、ガスセンサーモジュールなど、様々なセンサーが使用されている。例えば、特許文献１には、測定するガスの熱伝導率の違いを利用して、ガスを加熱し、温度上昇率の違いから検出対象ガスの濃度を測定するガスセンサーが開示されている。また、特許文献２には、柔らかいゲル状の高分子樹脂材料で気圧センサーを覆うことで外気圧を気圧センサーに伝搬し、かつ防水機能を達成する防水型圧力センサーが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
特開２０２０－１０６３４８号公報
特開２０１５－６４２９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１のガスセンサーは通電加熱を利用するため、消費電力が大きくなりがちである。また、特許文献２の防水型圧力センサーはガス成分そのものがセンサーに到達する事が出来ず、ガスセンサーに実装するのは困難である。また、Ｓｉナノワイヤーなどを応用したＣＯ
２
センサーも開発されているが、このようなセンサーは、単位面積当たりのガス分子吸着量が非常に僅かなため、広大なシリコン表面積が必要となり小型化が困難である。このため、従来のガスセンサーモジュールなどにおいて、小型、高分解能、低消費電力で防水性に優れたものを得ることは困難であった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するための本発明のガスセンサーモジュールは、通気性を有する多数の孔が設けられたフィルター基板と、前記フィルター基板が配置される側の第１配線面に設けられた第１配線を有する配線基板と、前記第１配線面に接着された半導体基板であって、ガス吸着膜で表面が被覆されるとともに前記第１配線面と交差した方向に延伸する複数のシリコンナノワイヤーと、前記第１配線と電気的に接続されるとともに前記シリコンナノワイヤーの表面抵抗を検出する電極配線と、が設けられたガスセンサー基板と、前記孔を介して外気と連通した空間であって、前記孔と前記シリコンナノワイヤーとの間に間隙を有したセンサー室と、を備えることを特徴とする。
【０００６】
また、上記課題を解決するための本発明のガスセンサーモジュールの製造方法は、多数の孔を有して通気性を有するフィルター基板を製造するフィルター基板製造工程と、ガスセンサー基板を製造するガスセンサー基板製造工程と、前記ガスセンサー基板を配線基板に接合する接合工程と、を有し、前記ガスセンサー基板製造工程は、シリコン基板上の第１領域及び前記第１領域の外側の領域である第２領域に、ＳｉＯ
２
膜を成膜して細孔パターンを含むパターン形成するＳｉＯ
２
膜の成膜工程と、前記ＳｉＯ
２
膜上、及び前記ＳｉＯ
２
膜から露出された前記シリコン基板上に、触媒膜としてＡｕ膜を形成するＡｕ膜形成工程と、前記第１領域において、前記細孔パターンをマスクとして前記Ａｕ膜をエッチングする金属支援化学エッチング法を用いて前記シリコン基板にシリコンナノワイヤーを形成するシリコンナノワイヤー形成工程と、前記第１領域の前記シリコンナノワイヤー上にＺｎＯ
２
膜を成膜するＺｎＯ
２
膜の成膜工程と、前記第１領域の前記ＺｎＯ
２
膜上から前記第２領域にわたって電極配線を形成する電極配線形成工程と、を有することを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の実施例１に係るガスセンサーモジュールを表す概略図。
図１のガスセンサーモジュールのガスセンサー基板を表す概略図。
図１のガスセンサーモジュールの製造方法の一例を表すフローチャート。
図３のフローチャートを説明するための遷移図。
図３のフローチャートのフィルター基板製造工程の一例を表すフローチャート。
図５のフローチャートで表されるフィルター基板製造工程を説明するための遷移図。
図３のフローチャートのガスセンサー基板製造工程の一例を表すフローチャート。
図７のフローチャートで表されるガスセンサー基板製造工程を説明するための遷移図。
図３のフローチャートの接合工程の一例を表すフローチャート。
本発明の実施例２に係るガスセンサーモジュールを表す概略図。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
最初に、本発明について概略的に説明する。
上記課題を解決するための本発明の第１の態様のガスセンサーモジュールは、通気性を有する多数の孔が設けられたフィルター基板と、前記フィルター基板が配置される側の第１配線面に設けられた第１配線を有する配線基板と、前記第１配線面に接着された半導体基板であって、ガス吸着膜で表面が被覆されるとともに前記第１配線面と交差した方向に延伸する複数のシリコンナノワイヤーと、前記第１配線と電気的に接続されるとともに前記シリコンナノワイヤーの表面抵抗を検出する電極配線と、が設けられたガスセンサー基板と、前記孔を介して外気と連通した空間であって、前記孔と前記シリコンナノワイヤーとの間に間隙を有したセンサー室と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
本態様によれば、シリコンナノワイヤーと電極配線とを有するガスセンサー基板を備える構成とすることで、高分解能で低消費電力とすることができる。また、センサー室にガスセンサー基板を配置することで、小型に構成することができる。さらに、センサー室をフィルター基板に設けられた通気性を有する多数の孔を介して外気と連通した空間とすることで、例えば孔径を調整することや孔の周囲を撥水加工等することで防水性に優れた構成とすることができる。
【００１０】
本発明の第２の態様のガスセンサーモジュールは、前記第１の態様に従属する態様であって、前記配線基板は、前記第１配線と電気的に接続されるとともに前記第１配線面とは反対側の第２配線面に設けられた第２配線を有することを特徴とする。
（【００１１】以降は省略されています）

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