專利名稱：氣體傳感器芯片以及具有該芯片的氣體傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及小型且耐久性優(yōu)異的接觸燃燒式氣體傳感器芯片以及 具有該芯片的氣體傳感器。
背景技術(shù)：
以往公知有僅對例如一氧化碳等未燃燒氣體具有高靈敏度、對例如
排氣中的未燃燒氣體即一氧化碳的成分量進(jìn)行檢測的接觸燃燒式氣體 傳感器(例如參照專利文獻(xiàn)l)。
所述專利文獻(xiàn)1中記載的接觸燃燒式氣體傳感器將形成電橋電路的 氣體探測元件和補(bǔ)償元件保持在貫通固定在絕緣體的基座上的金屬制 的管腳上，并用帽覆蓋這些元件。該氣體探測元件由測溫電阻和包覆該 測溫電阻的氧化燃燒催化劑層構(gòu)成，氧化燃燒催化劑層由載有金催化劑 的OC氧化鐵細(xì)粉末、以及栽有鉑催化劑和鈀 催化劑的氧化鋁粉末的混合 物的燒結(jié)體形成。
進(jìn)而，將測溫電阻和覆蓋該測溫電阻的氧化燃燒催化劑層直接暴露 在例如含有未燃燒氣體的排氣中，將伴隨著未燃燒氣體的燃燒的氧化燃 燒催化劑層的溫度上升換算為測溫電阻的阻值變化，經(jīng)由含有補(bǔ)償元件 的電橋電路對未燃燒氣體的成分量進(jìn)行檢測。
專利文獻(xiàn)1日本特開平8-226卯9號(3-4頁，圖l)
根據(jù)上述的專利文獻(xiàn)l中所記載的接觸燃燒式氣體傳感器，存在整 體大型化而導(dǎo)致傳感器自身的成本高、設(shè)置場所受到制約等不良情況。 因此，近年來采用《吏用了 MEMS ( micro electro mechanical systems ) 技術(shù)的非常小型的接觸燃燒式氣體傳感器。
在上述的氣體傳感器中，存在對于傳感器構(gòu)成材料來說為惡劣環(huán)境 的氣體也被選作被測定對象的情況、而且也存在粉塵等，因此存在傳感 器壽命因該被測定環(huán)境而縮短的情況。傳感器壽命越短維護(hù)(或者傳感器更換)的頻度越多，產(chǎn)生動作保證或運(yùn)用成本的問題。

發(fā)明內(nèi)容
考慮直接接合催化劑層和測溫電阻會對壽命產(chǎn)生影響，本發(fā)明提供 一種解決該問題、能夠長期得到穩(wěn)定的輸出特性的氣體傳感器芯片以及 具有該氣體傳感器芯片的氣體傳感器。
為了解決上述的課題，本發(fā)明的技術(shù)方案l所述的傳感器芯片的特
征在于，所述氣體傳感器芯片具有背側(cè)結(jié)構(gòu)，即在傳熱體的一方側(cè)配 置與被測定氣體接觸的催化劑載體，在所述傳熱體的另一方側(cè)、即不與 被測定氣體接觸的區(qū)域配置溫度檢測部，并且所述溫度檢測部隔著所述 傳熱體對與所述催化劑載體的溫度對應(yīng)的溫度進(jìn)行測定。
技術(shù)方案1所述的氣體傳感器芯片具有這種所謂的背側(cè)結(jié)構(gòu)，即 與被測定氣體接觸的催化劑載體和不與該氣體接觸的溫度檢測部隔著 傳熱體配置在一方的面和另一方的面上，由此溫度檢測部能夠長期地對 被測定氣體的流量進(jìn)行檢測而不會受其不良影響。
并且，本發(fā)明的技術(shù)方案2所述的氣體傳感器芯片的特征在于，
所述氣體傳感器芯片具有
由硅形成的基板；
配置在所述基板的 一方的面上的測溫電阻以及與該測溫電阻電連接 的電極；
凹部，其位于所述基板的與所述測溫電阻相對的相反側(cè)，與該測溫 電阻之間形成該基板的薄壁部；
在所述凹部的內(nèi)表面的至少所述薄壁部的表面形成的硅多孔質(zhì)層；
由所述硅多孔質(zhì)層擔(dān)載的氧化燃燒催化劑；以及
與所述基板的測溫電阻側(cè)連接的玻璃基座，
氣體在所述基板的測溫電阻形成面的相反側(cè)流動。技術(shù)方案2所述的氣體傳感器芯片具有這種結(jié)構(gòu)，使得測溫電阻形 成在基板的氣體流動側(cè)的相反側(cè)。因此，特別是在對鍋爐煙道內(nèi)流動的 排氣中的未燃燒氣體進(jìn)行測定的情況下，溫度檢測部分不會與排氣接 觸，因此不會引起前述的溫度檢測部分的電極腐蝕或?qū)Ь€短路等惡化。 因此，即使是利用MEMS技術(shù)制造的非常小型的氣體傳感器芯片也能 夠長期而穩(wěn)定地對一氧化碳的成分量進(jìn)行檢測。
同時，通過將排氣中的未燃燒氣體的成分量反饋至例如鍋爐的燃燒 控制裝置中，則能夠使燃燒裝置的燃燒效率最佳化，能夠盡早地檢測出 鍋爐自身的性能惡化。
并且，本發(fā)明的技術(shù)方案3所述的氣體傳感器的特征在于，
所述氣體傳感器具有
兩個權(quán)利要求1所述的氣體傳感器芯片，它們通過將所述玻璃基座 粘接在傳感器支承體的同一面上而并列配置，
具有電極取出部，其從所述各氣體傳感器芯片延伸形成至所述基板 的氣體流動側(cè)的相反側(cè)，
所述一方的傳感器芯片以在所述多孔質(zhì)層中含有所述氧化燃燒催化 劑的狀態(tài)設(shè)置在所述傳感器支承體上，所述另一方的傳感器芯片以在所 述多孔質(zhì)層中不含有所述氧化燃燒催化劑的狀態(tài)設(shè)置在所述傳感器支 承體上。
技術(shù)方案3所述的氣體傳感器具有這種結(jié)構(gòu)，通過對具有氧化燃燒 催化劑的氣體傳感器芯片和不具有氧化燃燒催化劑的氣體傳感器芯片 的測溫電阻的輸出進(jìn)行比較，能夠僅對由排氣中所含有的未燃燒氣體的 燃燒產(chǎn)生的溫度變化進(jìn)行檢測，而不會受到排氣自身的溫度變化或周圍 的溫度變化的影響。由此，能夠更加準(zhǔn)確地對排氣中的未燃燒氣體的成 分量進(jìn)行檢測。
并且，測溫電阻不直接與氣體接觸，由此，氣體傳感器芯片自身的 耐久性提高，因此能夠降低氣體傳感器的維護(hù)的頻度。
根據(jù)本發(fā)明，能夠提供即使設(shè)置在例如排氣流動的鍋爐煙道這樣的惡劣環(huán)境中也能夠長期得到穩(wěn)定的輸出特性的氣體傳感器芯片以及具 有該氣體傳感器芯片的氣體傳感器。


圖1是沿著與基板的測溫電阻形成面垂直的方向示出本發(fā)明的一個 實施方式所述的氣體傳感器芯片的剖視圖。
圖2是具有圖l所示的氣體傳感器芯片的本實施方式所述的氣體傳 感器的剖視圖。
圖3是示出將圖2所示的氣體傳感器設(shè)置在鍋爐的煙道內(nèi)的狀態(tài)的 剖視圖。
圖4是示出圖l所示的氣體傳感器芯片的變形例的剖視圖。
圖5是示出圖2所示的氣體傳感器的變形例的剖視圖。
圖6是示出將圖5所示的氣體傳感器設(shè)置在鍋爐的煙道內(nèi)的狀態(tài)的 剖視圖。
標(biāo)號說明如下
10:氣體傳感器；
11:傳感器支承體；
12:基座部；
12b:電極取出孑L;
13:突出部；
13a:上表面；
20:氣體傳感器；
21:傳感器支承體；
25:芯片保持器；26:螺栓； 50:煙道；
100、 100，氣體傳感器芯片；
110:基板；
111:氮化硅層；
112:接合區(qū)域；
113:薄壁部；
120:測溫電阻；
121:電極焊盤；
125:電極取出用管腳；
125a:氣體傳感器芯片側(cè)端部；
126:彈簧；
127:密封件；
130:凹部；
133:側(cè)壁面；
140、 140，硅多孔層；
150:氧化燃燒催化劑；
160:玻璃基座；
161:電極取出用孔；
200、 200，氣體傳感器芯片；
211:氮化硅層；210:基板；
213、214:薄壁部；
215:槽；
220:測溫電阻；
230:凹部；
240:硅多孔層；
250:氧化燃燒催化劑
具體實施方式
以下，參照附圖對本發(fā)明的一個實施方式所述的氣體傳感器芯片
100和具有該氣體傳感器芯片的氣體傳感器10進(jìn)行詳細(xì)說明。首先對本
發(fā)明的一個實施方式所述的氣體傳感器芯片ioo進(jìn)行說明。圖l是沿著
與基板110的測溫電阻形成面垂直的方向示出本發(fā)明的一個實施方式所
述的氣體傳感器芯片ioo的剖視圖。
如圖1所示，該氣體傳感器芯片100具有基板110、在基板110 的一方的面上形成圖案的測溫電阻120;形成在基板110的與測溫電阻 120相對的相反側(cè)的凹部130;凹部130的內(nèi)表面所具有的硅多孔層140; 由硅多孔層140擔(dān)載的氧化燃燒催化劑150;以及連接在基板110的測 溫電阻側(cè)的玻璃基座160。此外，氣體在基板110的測溫電阻120的相 反側(cè)、即凹部130的形成面?zhèn)攘鲃?參照圖1中的空白箭頭)。
基板110由硅基板構(gòu)成，在一方的面上形成有作為絕緣層的氮化硅 (SiN)層111，在氮化硅層111的上表面中央部形成有鉑(Pt)的測溫 電阻120的圖案。并且，在氮化硅層111的上表面兩側(cè)以夾著測溫電阻 120的方式形成有由金(Au)形成的電極焊盤121。
另外，該測溫電阻120是兼作加熱器的自發(fā)熱型的測溫電阻，通過 流過預(yù)定的電流，在通常的鍋爐煙道內(nèi)環(huán)境下能夠使催化劑載體部溫度 上升至280匸。并且，從測溫電阻120到電極焊盤121延伸形成有鈿的布線圖形(未 圖示)，該測溫電阻120和布線圖形被未圖示的由氮化硅層形成的絕緣 膜覆蓋。另外，后述的電極取出用管腳125的前端所具有的彈簧126被 按壓在電極焊盤121上從而電流經(jīng)由電極取出用管腳125流動至測溫電 阻120。
并且，在基板上的氮化硅層111的兩端部，硅基板直接露出，玻璃 基座160陽極接合在該接合區(qū)域112的一部分上。玻璃基座160例如由 派勤斯(注冊商標(biāo))玻璃等硼硅酸鹽玻璃形成，在與電極焊盤121對應(yīng) 的部分形成有電極取出用的孔161，除此以外，隔開預(yù)定的間隔覆蓋形 成于氮化硅層上的測溫電阻120。
在基板110的與測溫電阻120相對的相反側(cè)面上形成有具有大小與 該測溫電阻120對應(yīng)的開口部的凹部130。此外，該凹部130的底面(圖 中上面)與測溫電阻120的形成區(qū)域?qū)?yīng)地形成基板110的薄壁部113。
該薄壁部113是將由后述的氧化燃燒催化劑150產(chǎn)生的熱傳遞至測 溫電阻120的傳熱體，發(fā)揮將與作為催化劑載體的硅多孔層140的溫度 對應(yīng)的溫度傳遞至測溫電阻120的傳熱體的作用，同時極力使該熱不會 朝周圍的基板110傳遞。
凹部130的內(nèi)表面、即與測溫電阻120對應(yīng)的薄壁部113和形成于 凹部130的側(cè)壁面133上的硅多孔層140發(fā)揮作為氧化燃燒催化劑150 的載體的功能。
由硅多孔層140擔(dān)載的氧化燃燒催化劑150通過使含有鉑和鈀(Pd ) 的催化劑溶液浸入硅多孔層140中之后進(jìn)行燒成而擔(dān)載在硅多孔層140 中。
并且，在本實施方式中，鍋爐的排氣中的含有未燃燒氣體即一氧化 碳的氣體沿著基板110的與形成測溫電阻120的面相反側(cè)的面流動。
接下來，對具有所述氣體傳感器芯片100的氣體傳感器10進(jìn)行說 明。圖2是示意性地示出該氣體傳感器10的整體結(jié)構(gòu)的剖視圖。氣體 傳感器10具有傳感器支承體11和在傳感器11的相同面上并列配置的 兩個氣體傳感器芯片100、 100，。另外，各氣體傳感器100、 100，分別通過將玻璃基座160粘接在傳 感器支承體11上而并列配置。此外， 一方的氣體傳感器芯片100如上 所述利用硅多孔層140擔(dān)載氧化燃燒催化劑150，另一方的氣體傳感器 芯片100，以未利用硅多孔層140'擔(dān)載氧化燃燒催化劑的狀態(tài)配置在 傳感器支承體ll上。另外，兩個氣體傳感器芯片100、 100，的其他的 結(jié)構(gòu)完全相同。
另外，另一方的玻璃傳感器芯片100，以未利用硅多孔質(zhì)層140， 擔(dān)載氧化燃燒催化劑的狀態(tài)配置在傳感器支承體11上，因此與一方的 玻璃傳感器芯片IOO的薄壁部113對應(yīng)的另一方的玻璃傳感器芯片100， 的薄壁部，發(fā)揮將與作為催化劑載體的硅多孔質(zhì)層140，的溫度對應(yīng)的 溫度傳遞至測溫電阻120的傳熱體的作用。
傳感器支承體ll例如由不銹鋼(SUS)構(gòu)成，如圖2所示，由基座 部12和從基座部12突出的突出部13構(gòu)成，上述的氣體傳感器芯片經(jīng) 由玻璃基座160粘接固定在突出部13的上表面13a上。在突出部13a 的一部分上形成有用于將電極取出用管腳125從氣體傳感器芯片100、 100，的電極焊盤121取出的電極取出用孑L 12b，利用貫穿在該電極取 出孔12b中的電極取出用管腳125將電極取出用管腳125導(dǎo)出至傳感器 支承體11的與氣體傳感器芯片配置側(cè)相反側(cè)的凹部。
另外，在電極取出用管腳125的氣體傳感器芯片側(cè)端部125a上具 有導(dǎo)電性的彈簧126,借助該彈簧126的彈性力使電極取出用管腳125 的氣體傳感器芯片側(cè)端部125a和氣體傳感器芯片100的電極焊盤121 相互可靠地電導(dǎo)通。并且，電極取出用管腳125借助密封件127被密封 支承在電極取出孔12b中。另外，該密封件127發(fā)揮在電極取出用管腳 125和其周圍的傳感器支承體11之間實現(xiàn)電絕緣的作用。
此外，在這四根電極取出用管腳125的前端連接有此處未圖示的電 線，對測溫電阻120提供電力、同時與測溫電阻120共同作用形成zA知 的惠斯通電橋電路，將具有氧化燃燒催化劑150的氣體傳感器芯片100 的溫度和不具有氧化燃燒催化劑150的氣體傳感器芯片100，的溫度之 差作為電壓值輸出。
接下來，對具有所述氣體傳感器芯片100、 100，的氣體傳感器10的作用進(jìn)行說明。
圖3示出將上述的氣體傳感器IO設(shè)置在鍋爐(未圖示)的排氣所 流過的煙道50中的狀態(tài)。另外，在圖3中，為了實現(xiàn)說明的理解的容 易化，相對于煙道50將氣體傳感器10描繪地很大。但是，實際上氣體 傳感器芯片100、 100，是利用MEMS技術(shù)制造的，因此氣體傳感器IO 相對于鍋爐的煙道50是非常小的部件。
從圖3的設(shè)置狀態(tài)可以清楚，氣體傳感器芯片100、 100，的測溫電 阻以在煙道50的排氣的流動方向的相反一側(cè)的方式位于基板上。
此處，排氣在鍋爐的煙道50中如圖中的空白箭頭所示那樣流動，
煙道內(nèi)的溫度上升至大約2oor;。此外，經(jīng)由圖2所示的氣體傳感器芯
片100、 100，的電極取出用管腳125對兼用作加熱器的測溫電阻120 提供電力，將催化劑擔(dān)載部的溫度加熱至280"C。通過該加熱、排氣中 所含有的一氧化碳(未燃燒氣體)進(jìn)入利用硅多孔質(zhì)層140擔(dān)載氧化燃 燒催化劑150的一方的氣體傳感器芯片100的凹部130中，與該氧化燃 燒催化劑150反應(yīng)并燃燒。利用該一氧化碳的燃燒，使在硅多孔質(zhì)層140 產(chǎn)生的熱經(jīng)由氣體傳感器芯片100的薄壁部113傳遞至測溫電阻120。 由此， 一方的氣體傳感器芯片100的測溫電阻120的阻值通過基于該傳 熱的溫度上升而稍稍變化。
另一方面，在未利用硅多孔質(zhì)層140擔(dān)載氧化燃燒催化劑150的一 方的氣體傳感器芯片100，中，不會產(chǎn)生這種由一氧化碳(未燃燒氣體) 的燃燒導(dǎo)致的溫度上升，基于這種情況測溫電阻的阻值也不會發(fā)生變 化。
因此，借助由與上述的電極取出用管腳125連接的電線(未圖示) 構(gòu)成的惠斯通電橋電路，將該具有氧化燃燒催化劑150的一方的氣體傳 感器芯片IOO和不具有氧化燃燒催化劑150的另一方的氣體傳感器芯片 100，的各測溫電阻所檢測到的電壓值作為電壓值檢測出來，由此能夠 測量未燃燒氣體在兩者的阻值的變化下因氧化燃燒催化劑150而燃燒時 所產(chǎn)生的溫度上升，而不受排氣自身的溫度變化的影響。
通過這樣對具有氧化燃燒催化劑150的氣體傳感器芯片100和不具 有氧化燃燒催化劑150的氣體傳感器芯片100，的發(fā)熱量進(jìn)行相對比較，
ii能夠消除在鍋爐的煙道內(nèi)時常產(chǎn)生的排氣自身的微小溫度變化，能夠僅 對由排氣中所含有的未燃燒氣體即一氧化碳的燃燒產(chǎn)生的發(fā)熱量進(jìn)行 檢測。其結(jié)果是，能夠正確地測定鍋爐的煙道內(nèi)的排氣中所含有的一氧 化碳的成分量，并將該結(jié)果反饋至鍋爐的燃燒控制裝置以進(jìn)行最佳的燃 燒控制，在一氧化碳的成分過多的情況下，判斷為鍋爐自身惡化或產(chǎn)生 異常并強(qiáng)制停止鍋爐的燃燒。
并且，如上所述，由于本實施方式中的氣體傳感器10在排氣流動 的一側(cè)的相反側(cè)具有測溫電阻120，因此能夠避免如以往的氣體傳感器
等而縮短傳感器的壽命，即使是具有利用MEMS技術(shù)制作的小型氣體 傳感器芯片100、 100，的氣體傳感器IO也能夠長期而正確地對一氧化 碳的成分量進(jìn)行檢測。
接下來，對上述實施方式所述的氣體傳感器芯片100、 100，以及氣 體傳感器10的變形例進(jìn)行說明。另外，對與上述的實施方式相同的結(jié) 構(gòu)賦予對應(yīng)的標(biāo)號并省略詳細(xì)說明。
首先對上述的實施方式的變形例所述的氣體傳感器芯片200進(jìn)行說 明。如圖4所示，該變形例所述的氣體傳感器芯片200在測溫電阻220 的周圍形成有用于實現(xiàn)測溫電阻220的熱絕緣的槽215。另外，該槽215 具有貫通氮化硅層211而接近基板210的測溫電阻220的相反側(cè)面的深 度。
此外，在基板210的與測溫電阻220相對的相反側(cè)面上，與上述實 施方式相同形成有具有大小與測溫電阻220對應(yīng)的開口部的凹部230 。 該凹部230的底面(圖中上面)形成與測溫電阻220的形成區(qū)域?qū)?yīng)的 薄壁部213。
并且，本變形例所述的氣體傳感器芯片200具有該槽215,由此， 凹部230的側(cè)方周面也與形成于測溫電阻220的周圍的槽215共同形成 又一薄壁部214。進(jìn)而，使得這些薄壁部213、 214和測溫電阻220相對 于周圍的基板210能夠?qū)崿F(xiàn)進(jìn)一步的熱絕緣。形成于凹部230的內(nèi)表面、 即與測溫電阻220對應(yīng)的薄壁部213和與槽215對應(yīng)的薄壁部214的內(nèi) 表面上的硅多孔層240作為氧化燃燒催化劑250的載體發(fā)揮作用。
12這樣，不僅在凹部230的與測溫電阻220對應(yīng)的區(qū)域、而且在凹部 230的側(cè)壁面和槽215之間也形成薄壁部214，從而使得由氧化燃燒催 化劑250產(chǎn)生的熱難以傳遞至其側(cè)方的基板210,而且能夠有效地傳遞 至測溫電阻220,能夠更加準(zhǔn)確地對一氧化碳與氧化燃燒催化劑250反 應(yīng)產(chǎn)生的熱的發(fā)熱量進(jìn)行測定，由此能夠更加正確地求出氣體中的一氧 化碳的成分量。
接下來，對上述的氣體傳感器10的變形例進(jìn)行說明。另外，對于 與上述的實施方式所述的氣體傳感器10相同的結(jié)構(gòu)賦予對應(yīng)的標(biāo)號并 省略詳細(xì)說明。
對于該變形例所述的氣體傳感器20,如圖5所示，代替如上述的氣 體傳感器10那樣經(jīng)由粘接劑將兩個氣體傳感器芯片100、 100，固定在 傳感器支承體11上，而利用螺栓26等緊固件將由絕熱性優(yōu)異的材質(zhì)形 成的芯片保持器25安裝在傳感器支承體21上。
如圖6所示，通過利用這種絕熱性優(yōu)異的芯片保持器25將氣體傳 感器芯片200、 200，安裝在傳感器支承體21上，在將該氣體傳感器20 設(shè)置在例如鍋爐煙道50中的情況下，即使煙道50的排氣(參照圖中的 空白箭頭)中含有的較大的粉塵與氣體傳感器20碰撞，氣體傳感器20 也不會破損，并且不會受到因排氣的脈動而產(chǎn)生振動的不良影響。
像這樣，根據(jù)本發(fā)明所述的氣體傳感器芯片，測溫電阻形成在基板 的氣體流動側(cè)的相反側(cè)。因此，特別是在對在鍋爐煙道中流動的排氣中 的未燃燒氣體進(jìn)行測定的情況下，由于溫度檢測部分不與排氣接觸，因 此不會引起前述的溫度檢測部分的電極腐蝕或布線短路等惡化。因此， 即使是利用MEMS技術(shù)制造的非常小型的氣體傳感器芯片也能夠長期 而穩(wěn)定地對一氧化碳的成分量進(jìn)行檢測。
同時，通過將排氣中的未燃燒氣體的成分量反饋至例如鍋爐的燃燒 控制裝置中，能夠使燃燒裝置的燃燒效率最佳化，能夠盡早檢測到鍋爐 自身的性能惡化。
并且，根據(jù)具有本發(fā)明的氣體傳感器芯片的氣體傳感器，通過對具 有氧化燃燒催化劑的氣體傳感器芯片和不具有氧化燃燒催化劑的氣體 傳感器芯片的測溫電阻的輸出進(jìn)行比較，能夠僅對由排氣中含有的未燃燒氣體即一氧化碳的燃燒產(chǎn)生的溫度變化進(jìn)行檢測而不會受到排氣自 身的溫度變化或周圍的溫度變化的影響。由此，能夠更加準(zhǔn)確地對排氣 中的未燃燒氣體的成分量進(jìn)行檢測。
并且，測溫電阻不直接與氣體接觸，使得氣體傳感器芯片自身的耐 久性提高，因此能夠降低氣體傳感器的維護(hù)的頻度。
另外，上述氧化燃燒催化劑通過使鉑和鈀的催化劑液浸入硅多孔層 中之后進(jìn)行燒成而附著在氣體傳感器芯片上，但是也可以不使用這種方 法，不在凹部的內(nèi)周面上形成硅多孔層而通過電鍍、濺射或蒸鍍鉑或鈀 使氧化燃燒催化劑附著在氣體傳感器芯片上。
但是，在凹部的內(nèi)側(cè)面形成硅多孔層并使該硅多孔層內(nèi)含有氧化燃 燒催化劑的方法能夠增大催化劑與氣體接觸的表面積，因此即使氣體中 含有相同成分量的未燃燒氣體也能夠使燃燒溫度相應(yīng)上升，能夠準(zhǔn)確地 對未燃燒氣體的成分量進(jìn)行測定。
并且，雖然只在硅多孔層的與測溫電阻對應(yīng)的區(qū)域中含有氧化燃燒 催化劑也能夠發(fā)揮本發(fā)明的作用，但是更優(yōu)選為如上述的實施方式和變 形例那樣，在形成于凹部的內(nèi)側(cè)面整體的硅多孔層中整體地含有氧化燃 燒催化劑。
并且，雖然上述變形例所述的氣體傳感器芯片的槽以包圍測溫電阻 的周圍的方式連續(xù)地形成，但是，也可以代替這種槽，而在與槽相同的 區(qū)域中連續(xù)地形成具有與該槽相同的深度以及與槽寬度相同的內(nèi)徑的
多個孔。
另外，對于上述的實施方式及其變形例，將一氧化碳記載為未燃燒 氣體，但是本發(fā)明并不一定局限于對該一氧化碳進(jìn)行檢測，當(dāng)然也能夠 應(yīng)用于對氣體中的氫或甲烷等未燃燒氣體的成分量進(jìn)行測定的情況。
如以上說明了的那樣，在以往的接觸燃燒式一氧化碳傳感器等中， 利用被測定氣體與催化劑接觸而發(fā)熱的現(xiàn)象，利用溫度檢測部直接對該 發(fā)熱進(jìn)行檢測來測量氣體濃度。
此外，在這種以往的氣體傳感器中，存在對傳感器構(gòu)成材料來說為 惡劣環(huán)境的氣體也被選作被測定對象的情況，例如鍋爐煙道中的排氣的情況等，存在傳感器壽命因被測定氣體的種類而縮短的問題。而且，傳 感器壽命越短維護(hù)(或者傳感器更換)的頻度越多，產(chǎn)生動作保證和運(yùn) 用成本的問題。
這是因為，以往的接觸燃燒式氣體傳感器的結(jié)構(gòu)為催化劑載體為 發(fā)熱部，為了高效地對該發(fā)熱進(jìn)行檢測而直接將溫度檢測部接合在催化 劑載體上。
這種以往的結(jié)構(gòu)的氣體傳感器是基于傳感器結(jié)構(gòu)涉及的通常的考 慮方法構(gòu)成的，發(fā)生狀態(tài)變化的結(jié)構(gòu)要素(在氣體傳感器的情況下為催 化劑載體)和具有檢測功能的結(jié)構(gòu)要素(在氣體傳感器的情況下為溫度 檢測部)形成直接接合的位置關(guān)系，從與所謂的傳感器靈敏度的提高相 關(guān)的意義出發(fā)是極其合理的設(shè)計思想。
但是，在接觸燃燒式傳感器中，當(dāng)然催化劑載體直接與被測定氣體 接觸。伴隨與此，如果采用基于上述合理的設(shè)計思想的結(jié)構(gòu)，則無法避 免溫度檢測部也直接與被測定氣體接觸的情況，并且該溫度檢測部與被 測定氣體接觸會因被測定氣體中所含有的腐蝕成分而被腐蝕，傳感器整 體的壽命縮短，本發(fā)明的發(fā)明者著眼于這種缺點(diǎn)，認(rèn)識到了根治該缺點(diǎn) 的技術(shù)意義。
除此之外，從其他的觀點(diǎn)來看，在折衷選擇(雙重違背)所謂傳感 器靈敏度的提高和傳感器壽命的長期化的狀態(tài)下，并不一定僅限于傳感 器靈敏度為產(chǎn)業(yè)應(yīng)用上的最優(yōu)先事項。鑒于該點(diǎn)，作為犧牲若干傳感器 靈敏度也要延長傳感器壽命的結(jié)構(gòu)，采用本發(fā)明中所謂的"背側(cè)結(jié)構(gòu) (backside)"、即溫度檢測部和催化劑載體分離、溫度檢測部被設(shè)置在 不與被測定氣體接觸的位置可有效地解決本發(fā)明的課題，本發(fā)明的發(fā)明 人清楚地闡明該點(diǎn)在技術(shù)方面也存在意義。
即，可以說本發(fā)明的重要的著眼點(diǎn)在于闡明基于以往的合理的設(shè)計 思想的結(jié)構(gòu)會對接觸燃燒式傳感器的傳感器壽命帶來不良影響。
權(quán)利要求
1. 一種氣體傳感器芯片，其特征在于，具有背側(cè)結(jié)構(gòu)，即在傳熱體的一方側(cè)配置與被測定氣體接觸的催化劑載體，在所述傳熱體的另一方側(cè)且是不與被測定氣體接觸的區(qū)域配置溫度檢測部，并且所述溫度檢測部隔著所述傳熱體對與所述催化劑載體的溫度對應(yīng)的溫度進(jìn)行測定。
2. —種氣體傳感器芯片，其特征在于，具有 由硅形成的基板；配置在所述基板的 一方的面上的測溫電阻以及與該測溫電阻電連 接的電極；凹部，其位于所述基板的與所述測溫電阻相對的相反側(cè)，在與該測 溫電阻之間形成該基板的薄壁部；在所述凹部的內(nèi)表面的至少所述薄壁部的表面形成的硅多孔層；由所述硅多孔層擔(dān)載的氧化燃燒催化劑；以及與所述基板的測溫電阻側(cè)連接的玻璃基座，氣體在所述基板的測溫電阻形成面的相反側(cè)流動。
3. —種氣體傳感器，其特征在于，具有兩個權(quán)利要求1所述的氣體傳感器芯片，它們是通過將所述玻 璃基座粘接在傳感器支承體的同 一 面上而并列配置，具有電極取出部，該電極取出部從所述各氣體傳感器芯片延伸形成 至所述基板的氣體流動側(cè)的相反側(cè)，所述一方的傳感器芯片以在所述多孔層中含有所述氧化燃燒催化 劑的狀態(tài)而設(shè)置在所述傳感器支承體上，所述另一方的傳感器芯片以在 所述多孔質(zhì)層中不含有所述氧化燃燒催化劑的狀態(tài)而設(shè)置在所述傳感 器支承體上。
全文摘要
本發(fā)明提供即使設(shè)置在例如排氣流動的鍋爐煙道這樣的惡劣環(huán)境中也能夠長期得到穩(wěn)定的輸出特性的氣體傳感器芯片以及具有該氣體傳感器芯片的氣體傳感器。氣體傳感器芯片具有背側(cè)結(jié)構(gòu)，即在傳熱體(113)的一方側(cè)配置與被測定氣體接觸的催化劑載體，在傳熱體的另一方側(cè)、即不與被測定氣體接觸的區(qū)域配置溫度檢測部(120)，并且溫度檢測部隔著傳熱體對與催化劑載體的溫度對應(yīng)的溫度進(jìn)行測定，從而使溫度檢測部能夠長期進(jìn)行流量檢測而不會受到被測定氣體的不良影響。
文檔編號G01N27/14GK101504384SQ200910008588
公開日2009年8月12日 申請日期2009年2月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月5日
發(fā)明者中崎善之, 堀田耕一郎, 德田智久, 松永晉輔 申請人:株式會社山武