(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023148656
(43)【公開日】2023-10-13
(54)【発明の名称】ガスセンサ
(51)【国際特許分類】
G01N 27/12 20060101AFI20231005BHJP
【ＦＩ】
G01N27/12 B
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022056798
(22)【出願日】2022-03-30
(71)【出願人】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001494
【氏名又は名称】前田・鈴木国際特許弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】田邊 圭
【テーマコード（参考）】
2G046
【Ｆターム（参考）】
2G046BA01
2G046BA07
2G046BB02
2G046BE04
(57)【要約】
【課題】基板の変形に起因するセンサ素子の特性変動を防止し得るガスセンサを提供する。
【解決手段】枠状の保持部と、前記保持部の第１方向側の第１開口に配置される感応膜と、前記感応膜に接続する一対の電極と、を有するセンサ素子と、前記センサ素子を実装する基板と、を有し、前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部であって前記センサ素子の角部を除く周縁非角部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部を有し、前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続されるガスセンサ
【選択図】図２
【解決手段】枠状の保持部と、前記保持部の第１方向側の第１開口に配置される感応膜と、前記感応膜に接続する一対の電極と、を有するセンサ素子と、前記センサ素子を実装する基板と、を有し、前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部であって前記センサ素子の角部を除く周縁非角部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部を有し、前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続されるガスセンサ
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
枠状の保持部と、前記保持部の第１方向側の第１開口に配置される感応膜と、前記感応膜に接続する一対の電極と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子を実装する基板と、を有し、
前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部であって前記センサ素子の角部を除く周縁非角部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続されるガスセンサ。
前記センサ素子を実装する基板と、を有し、
前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部であって前記センサ素子の角部を除く周縁非角部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続されるガスセンサ。
【請求項2】
前記センサ素子は、前記感応膜を加熱する熱源と、前記周縁非角部に配置され、前記熱源に電気的に接続する熱源パッド部を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記熱源パッド部を介して前記基板に接続される請求項１に記載のガスセンサ。
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記熱源パッド部を介して前記基板に接続される請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項3】
一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部のうち少なくとも２つは、前記周縁部における前記第１方向に垂直な第２方向に沿って中心間距離が第１の長さになるように配置されており、
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの６０％以下である請求項２に記載のガスセンサ。
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの６０％以下である請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項4】
一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部のうち少なくとも２つは、前記周縁部における前記第１方向に垂直な第２方向に沿って中心間距離が第１の長さになるように配置されており、
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの２０％以下である請求項２に記載のガスセンサ。
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの２０％以下である請求項２に記載のガスセンサ。
【請求項5】
前記センサ素子は、複数の前記感応膜と、それぞれの前記感応膜に対応する複数対の前記電極と、いずれも前記周縁非角部に配置されており複数対の前記電極に電気的に接続する少なくとも複数対の前記電極パッド部を有し、
前記センサ素子は、複数対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続される請求項１に記載のガスセンサ。
前記センサ素子は、複数対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続される請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項6】
複数対の前記電極パッド部は、前記周縁非角部のうち複数の前記感応膜の間の部分である膜間部分に配置されている請求項５に記載のガスセンサ。
【請求項7】
前記センサ素子は、前記周縁非角部に配置され、前記センサ素子における他の部分に対して絶縁されているダミーパッド部を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記ダミーパッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記ダミーパッド部を介して前記基板に接続される請求項１に記載のガスセンサ。
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記ダミーパッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記ダミーパッド部を介して前記基板に接続される請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項8】
前記センサ素子は、複数の前記感応膜と、それぞれの前記感応膜に対応する複数対の前記電極と、いずれも前記周縁非角部に配置されており複数対の前記電極に電気的に接続する少なくとも複数対の前記電極パッド部を有し、
前記センサ素子は、前記周縁非角部のうち複数の前記感応膜の間の部分である膜間部分に配置されており、前記センサ素子における他の部分に対して絶縁されているダミーパッド部を有し、
前記センサ素子は、複数対の前記電極パッド部および前記ダミーパッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記ダミーパッド部を介して前記基板に接続される請求項１に記載のガスセンサ。
前記センサ素子は、前記周縁非角部のうち複数の前記感応膜の間の部分である膜間部分に配置されており、前記センサ素子における他の部分に対して絶縁されているダミーパッド部を有し、
前記センサ素子は、複数対の前記電極パッド部および前記ダミーパッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記ダミーパッド部を介して前記基板に接続される請求項１に記載のガスセンサ。
【請求項9】
枠状の保持部と、前記保持部の第１方向側の第１開口に配置される感応膜と、前記感応膜に接続する一対の電極と、前記感応膜を加熱する熱源と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子を実装する基板と、を有し、
前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部と、前記周縁部に配置され、前記熱源に電気的に接続する熱源パッド部と、を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記熱源パッド部を介して前記基板に接続されており、
一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部のうち少なくとも２つは、前記周縁部における前記第１方向に垂直な第２方向に沿って中心間距離が第１の長さになるように配置されており、
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの６０％以下であるガスセンサ。
前記センサ素子を実装する基板と、を有し、
前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部と、前記周縁部に配置され、前記熱源に電気的に接続する熱源パッド部と、を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記熱源パッド部を介して前記基板に接続されており、
一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部のうち少なくとも２つは、前記周縁部における前記第１方向に垂直な第２方向に沿って中心間距離が第１の長さになるように配置されており、
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの６０％以下であるガスセンサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、ガスセンサに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスセンサは、たとえばガスの漏洩を検知するための装置であり、家電機器、産業用機器あるいは環境モニタリング機器等に搭載される。たとえば特許文献１に記載されているように、ガスセンサは、センサ素子と、センサ素子が搭載される基板とを有する。
【0003】
従来のセンサ素子は、雰囲気中のガス濃度等に応じて物理的特性を変化させるセンサ感応体と、その物理的特性の変化を電気信号として取り出すための電極とを有する。基板は、印刷回路基板などで構成され、センサ素子やこれを制御する制御素子を保持しつつ、各種電子機器のモジュール基板などに固定される。
【0004】
従来のガスセンサでは、温度や湿度の影響や、他の基板からの応力の伝搬により、基板に反りなどの変形が生じる場合がある。このようなガスセンサでは、基板の反りに伴う応力がセンサ素子に伝わり、センサ素子の電極間距離が変動するなどして、感度などのガスセンサの特性が変動し、ガスセンサの検出精度が低下するなどの課題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開２０１９－１２０６９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本開示では、基板の変形に起因するセンサ素子の特性変動を防止し得るガスセンサを提供する。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の第１の観点に係るガスセンサは、
枠状の保持部と、前記保持部の第１方向側の第１開口に配置される感応膜と、前記感応膜に接続する一対の電極と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子を実装する基板と、を有し、
前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部であって前記センサ素子の角部を除く周縁非角部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続される。
枠状の保持部と、前記保持部の第１方向側の第１開口に配置される感応膜と、前記感応膜に接続する一対の電極と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子を実装する基板と、を有し、
前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部であって前記センサ素子の角部を除く周縁非角部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続される。
【0008】
このようなガスセンサでは、センサ素子が、電極パッドが基板側を向く姿勢で、電極パッド部を介して基板に接続されている。したがって、このようなガスセンサは、電極パッドが基板とは反対側を向く従来技術とは異なり、センサ素子における基板側と反対側を向く面には、ワイヤボンディングの接続部のような基板に対する接続部分が形成されておらず、このような面が基板の変形に追従しないことによる課題が回避されている。また、基板に接続される電極パッド部は、センサ素子の角部を避けて、周縁非角部に配置されているため、基板の反りなどの変形に伴う応力が、センサ素子に伝わることが防止される。したがって、このようなガスセンサは、基板の変形に起因するセンサ素子の電極間距離や特性変動を効果的に防止でき、また、センサ素子における基板側と反対側を向く面が、基板の変形に従来ほど追従しなくても、センサ素子と基板との接続箇所に、大きな応力が作用する問題を防止できる。
【0009】
また、たとえば、前記センサ素子は、前記感応膜を加熱する熱源と、前記周縁非角部に配置され、前記熱源に電気的に接続する熱源パッド部を有してもよく、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記熱源パッド部を介して前記基板に接続されてもよい。
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記熱源パッド部を介して前記基板に接続されてもよい。
【0010】
このようなガスセンサは、熱源により感応膜の温度を制御することにより、精度の高い検出を可能とする。また、基板と熱源との電気的接続を確保するための熱源パッド部も、電極パッド部と同様に、基板側を向く面の周縁非角部に配置されることにより、基板の反りなどの変形に伴う応力が、センサ素子に伝わる問題を、効果的に防止できる。
【0011】
また、たとえば、一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部のうち少なくとも２つは、前記周縁部における前記第１方向に垂直な第２方向に沿って中心間距離が第１の長さになるように配置されていてもよく、
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの６０％以下であってもよい。
また、たとえば、前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの２０％以下であってもよい。
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの６０％以下であってもよい。
また、たとえば、前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの２０％以下であってもよい。
【0012】
電極パッド部と熱源パッド部の合計数が３以上となる場合では、２つ以上のパッド部を第１方向に垂直な方向である第２方向に沿って配置することで、保持部の３つ以上の辺にパッド部を分散配置することを回避し、基板からセンサ素子への応力の伝搬を防止できる。また、パッド部の中心間距離を、素子長さに対して所定の比率以下とすることにより、基板の反りなどの変形に伴う応力が、センサ素子に伝わる問題を、効果的に防止できる。
【0013】
また、たとえば、前記センサ素子は、複数の前記感応膜と、それぞれの前記感応膜に対応する複数対の前記電極と、いずれも前記周縁非角部に配置されており複数対の前記電極に電気的に接続する少なくとも複数対の前記電極パッド部を有してもよく、
前記センサ素子は、複数対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続されてもよい。
前記センサ素子は、複数対の前記電極パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部を介して前記基板に接続されてもよい。
【0014】
複数の感応膜を有するガスセンサは、たとえば、一方の出力を参照値とすることなどにより、精度の高い検出を行うことができる。また、複数対の電極パッドを、いずれも基板側を向く面の周縁非角部に配置することにより、基板の反りなどの変形に伴う応力が、センサ素子に伝わる問題を、効果的に防止できる。
【0015】
また、たとえば、複数対の前記電極パッド部は、前記周縁非角部のうち複数の前記感応膜の間の部分である膜間部分に配置されていてもよい。
【0016】
膜間部分に電極パッド部が配置されているガスセンサは、基板とセンサ素子との接続箇所が、角部から離れた位置に集中して配置されることになるため、基板の反りなどの変形に伴う応力が、センサ素子に伝わる問題を、より効果的に防止できる。
【0017】
また、たとえば、前記センサ素子は、前記周縁非角部に配置され、前記センサ素子における他の部分に対して絶縁されているダミーパッド部を有してもよく、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記ダミーパッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記ダミーパッド部を介して前記基板に接続されてもよい。
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記ダミーパッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記ダミーパッド部を介して前記基板に接続されてもよい。
【0018】
電極パッド部に加えて、ダミーパッド部を用いて基板と接続するセンサ素子は、センサ素子と基板との接続強度を向上させることができる。また、ダミーパッド部も、電極パッド部と同様に、基板側を向く面の周縁非角部に配置されることにより、基板の反りなどの変形に伴う応力が、センサ素子に伝わる問題を、効果的に防止できる。
【0019】
また、たとえば、前記センサ素子は、複数の前記感応膜と、それぞれの前記感応膜に対応する複数対の前記電極と、いずれも前記周縁非角部に配置されており複数対の前記電極に電気的に接続する少なくとも複数対の前記電極パッド部を有してもよく、
前記センサ素子は、前記周縁非角部のうち複数の前記感応膜の間の部分である膜間部分に配置されており、前記センサ素子における他の部分に対して絶縁されているダミーパッド部を有してもよく、
前記センサ素子は、複数対の前記電極パッド部および前記ダミーパッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記ダミーパッド部を介して前記基板に接続されてもよい。
前記センサ素子は、前記周縁非角部のうち複数の前記感応膜の間の部分である膜間部分に配置されており、前記センサ素子における他の部分に対して絶縁されているダミーパッド部を有してもよく、
前記センサ素子は、複数対の前記電極パッド部および前記ダミーパッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記ダミーパッド部を介して前記基板に接続されてもよい。
【0020】
センサ素子が複数の感応膜を有する場合には、ダミーパッド部を感応膜の間の部分である膜間部分に配置することにより、基板の反りなどの変形に伴う応力が、センサ素子に伝わる問題を、効果的に防止しながらセンサ素子と基板の接合強度を高めることができる。
【0021】
また、本開示の第２の観点に係るガスセンサは、枠状の保持部と、前記保持部の第１方向側の第１開口に配置される感応膜と、前記感応膜に接続する一対の電極と、前記感応膜を加熱する熱源と、を有するセンサ素子と、
前記センサ素子を実装する基板と、を有し、
前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部と、前記周縁部に配置され、前記熱源に電気的に接続する熱源パッド部と、を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記熱源パッド部を介して前記基板に接続されており、
一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部のうち少なくとも２つは、前記周縁部における前記第１方向に垂直な第２方向に沿って中心間距離が第１の長さになるように配置されており、
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの６０％以下である。
前記センサ素子を実装する基板と、を有し、
前記センサ素子は、前記保持部における前記第１開口の周縁部に配置され、一対の前記電極に電気的に接続する少なくとも一対の電極パッド部と、前記周縁部に配置され、前記熱源に電気的に接続する熱源パッド部と、を有し、
前記センサ素子は、一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部が前記基板側を向く姿勢で、少なくとも前記電極パッド部および前記熱源パッド部を介して前記基板に接続されており、
一対の前記電極パッド部および前記熱源パッド部のうち少なくとも２つは、前記周縁部における前記第１方向に垂直な第２方向に沿って中心間距離が第１の長さになるように配置されており、
前記第１の長さは、前記センサ素子の前記第２方向の長さである素子長さの６０％以下である。
【0022】
このようなガスセンサでは、センサ素子が、電極パッドが基板側を向く姿勢で、電極パッド部を介して基板に接続されている。したがって、このようなガスセンサは、電極パッドが基板とは反対側を向く従来技術とは異なり、センサ素子における基板側と反対側を向く面には、ワイヤボンディングの接続部のような基板に対する接続部分が形成されておらず、このような面が基板の変形に追従しないことによる課題が回避されている。また、基板に接続される電極パッド部および熱源パッド部は、２つ以上を第１方向に垂直な方向である第２方向に沿って配置することで、センサ素子の３つ以上の辺にパッド部を分散配置することを回避し、基板からセンサ素子への応力の伝搬を防止できる。また、パッド部の中心間距離を、素子長さに対して所定の比率以下とすることにより、基板の反りなどの変形に伴う応力が、センサ素子に伝わる問題を、効果的に防止できる。
【図面の簡単な説明】
【0023】
【発明を実施するための形態】
【0024】
以下、本発明を図面に示す実施形態に基づき説明する。
【0025】
図１は、第１実施形態に係るガスセンサ１０１を示す概略斜視図である。ガスセンサ１０１は、たとえばガスの漏洩を検知するための装置であり、家電機器、産業用機器あるいは環境モニタリング機器等に搭載される。図１に示すように、ガスセンサ１０１は、センサ素子１０と、センサ素子１０を実装ずる基板８０とを有する。
【0026】
図１に示すように、センサ素子１０は、ベース２０等を含む枠状の保持部１２と、保持部１２の第１方向Ｄ１（Z軸負方向）側の第１開口１３に配置される感応膜６０と、感応膜６０に接続する一対の電極５０ａ、５０ｂ（図５参照）を有する。
【0027】
図２は、図１に示すガスセンサ１０１におけるセンサ素子１０を、基板８０側（Z軸負方向側）から、基板８０を透視して観察した斜視図である。図２に示すように、センサ素子１０は、少なくとも一対（センサ素子１０では一対）の電極パッド部７１ａと、２つの熱源パッド部７２ｂとを有する。電極パッド部７１ａ、７１ｂと、熱源パッド部７２ａ、７２ｂとは、保持部１２における第１開口１３の周縁部１４に配置されている。
【0028】
図８は、図１に示すガスセンサ１０１において、センサ素子１０を基板８０に対して、実装方向とは逆方向（Z軸正方向）側に、オフセットさせた概念図である。図８に示すように、基板８０においてセンサ素子１０に対向する面である実装面８０ａには、センサ素子１０を接続および固定するための基板パッド部８１が形成されている。
【0029】
図８に示す基板８０の基板パッド部８１は、図２に示すセンサ素子１０の電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂに対応して備えられている。図１、図２および図８から理解できるように、センサ素子１０は、一対の電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂが基板８０側を向く姿勢で、少なくとも電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂを介して基板８０に接続される。
【0030】
センサ素子１０は、基板８０に対して、たとえばフリップチップボンディングなどにより実装することができるが、センサ素子１０の基板８０に対する実装方法は、フリップチップボンディング以外の方法であってもよい。また、基板パッド部８１と、電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂとの電気接続は、たとえばＡＣＰ接続や、ＡCＦ接続や、超音波接続などが例示されるが、これら以外の接続方法を用いてもよい。
【0031】
なお、図１に示すように、ガスセンサ１０１およびセンサ素子１０の説明では、センサ素子１０の実装方向（実装面８０ａの法線方向）をＺ軸方向、Ｚ軸方向に垂直であって、電極パッド部７１ａと熱源パッド部７２ａまたは電極パッド部７１ｂと熱源パッド部７２ｂが並ぶ方向をＹ軸方向、Ｚ軸方向およびＹ軸方向に垂直な方向をＸ軸方向として説明を行う。
【0032】
図３は、ガスセンサ１０１に含まれるセンサ素子１０を、Z軸負方向側から見た斜視図である。センサ素子１０は、熱伝導式のセンサ素子であり、ＣＯ２、Ｈ２、ＨｅあるいはＣＯ等のガスを検知対象とする。センサ素子１０は、略直方体形状の外形状を有しており、実装方向（Z軸方向）に平行な方向からみて略矩形である。
【0033】
図４は、センサ素子１０の分解斜視図である。図４に示すように、センサ素子１０は、ベース２０と、３層の絶縁膜３０ａ、３０ｂ、３０ｃと、熱源４０と、電極５０ａ、５０ｂと、感応膜６０と、電極パッド部７１ａ、７１ｂと、熱源パッド部７２ａ、７２ｂとを有する。
【0034】
図３に示すように、センサ素子１０は、枠状の保持部１２が、感応膜６０などを両持ち梁状に固定するエアブリッジ構造を有する。保持部１２には、図４に示すベース２０と、各絶縁膜３０ａ～３０ｃの絶縁膜周縁部３６など含まれる。
【0035】
図４に示すように、ベース２０は、中空の柱状体若しくは矩形の略リング形状を有する。ベース２０をＺ軸方向から見た形状は、正方形である。ただし、ベース２０の平面視形状は、これに限定されず、長方形あるいはその他の多角形でもよい。また、ベース２０の高さは、図４に示す高さに限定されるものではない。ベース２０の第１方向D１（Z軸負方向）側の周縁部であるベース周縁部２２に重ねて、絶縁膜３０ａ～３０ｃの絶縁膜周縁部３６の少なくとも一部や、各パッド部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂなどの少なくとも一部が配置される。
【0036】
図３に示すように、ベース２０は、保持部１２の第１開口１３に配置される感応膜６０や、絶縁膜３０ａ～３０ｃの絶縁膜本体部３１等を、支持可能な機械的強度を有する。また、ベース２０は、エッチングなどの微細加工に適した材料で構成されていることが好ましい。ベース２０を構成する材料としては、シリコン単結晶基板、サファイア単結晶基板、セラミック基板、石英基板あるいはガラス基板等が例示される。
【0037】
図４に示す絶縁膜３０ａ～３０ｃは、絶縁性を有する材料で構成され、互いに略同一の平面形状を有し、Ｚ軸方向から見て絶縁膜３０ａ～３０ｃの位置および姿勢が一致するように、Ｚ軸方向に沿って重なるように配置される（センサ素子１０の側面図である図６参照）。絶縁膜３０ａ～３０ｃは、膜体からなり、公知の成膜法（スパッタ法やＣＶＤ法等）によって作製される。絶縁膜３０ａ、絶縁膜３０ｂおよび絶縁膜３０ｃは、この順番で、ベース２０のベース周縁部２２に積層される（図４参照）。また、図４に示すように、絶縁膜３０ａ～３０ｃは、絶縁膜本体部３１と、絶縁膜梁部３２と、絶縁膜周縁部３６と、孔部３７とを有する。
【0038】
図４に示すように、絶縁膜本体部３１は、Ｚ軸方向から見て略矩形状を有する。絶縁膜本体部３１は、枠状の保持部１２の第１開口１３（図３参照）に配置され、ベース２０の内周よりも内側に位置する。絶縁膜本体部３１の形状は、図４に示す形状に限定されず、長方形、その他の多角形、円形あるいは楕円形等であってもよい。絶縁膜周縁部３６は、ベース２０の形状に対応する略リング形状を有し、少なくとも一部がＺ軸方向から見てベース周縁部２２の一部に重複しており、ベース周縁部２２に接続する。絶縁膜周縁部３６は、絶縁膜本体部３１との間に所定の間隔を空けつつ、絶縁膜本体部３１の外周を囲むように配置される。
【0039】
図４に示すように、絶縁膜梁部３２は、絶縁膜本体部３１と絶縁膜周縁部３６との間に位置し、それぞれ絶縁膜本体部３１の４つの角部と、絶縁膜周縁部３６の４つの角部とを接続している。図３に示すように、絶縁膜梁部３２は、ベース２０の第１開口１３において、絶縁膜本体部３１を支持する。図４に示すように、絶縁膜本体部３１と絶縁膜周縁部３６との間には、４つの絶縁膜梁部３２で仕切られた４つの孔部３７が形成されている。なお、絶縁膜３０ａ～３０ｃにおける絶縁膜梁部３２の数は、４つに限定されるものではない。
【0040】
絶縁膜３０ａ～３０ｃの各々の厚みは、特に限定されないが、たとえば０．０５～１．５μｍである。絶縁膜３０ａ～３０ｃを構成する材料としては、酸化シリコンあるいは窒化シリコン等が例示される。絶縁膜３０ａ～３０ｃは、同一の材料で構成されていることが好ましい。絶縁膜３０ａ～３０ｃの界面において、密着性が向上し、絶縁膜３０ａ～３０ｃの機械的強度を確保することができるからである。なお、絶縁膜３０ａ～３０ｃは、異なる材料で構成されていてもよい。また、絶縁膜３０ａ～３０ｃは、同一の厚みを有していてもよく、異なる厚みを有していてもよい。
【0041】
図４に示すように、熱源４０は、絶縁膜３０ｂと絶縁膜３０ｃとの間に配置される（図７参照）。熱源４０は、対象ガスの検知時において、感応膜６０の温度を所定温度（動作温度）まで加熱することができる。熱源４０は、抵抗体などの導電性の膜体などで構成され、公知の成膜法によって作製される。熱源４０は、熱源本体４１と、引出部４２、４３とを有する。
【0042】
図４に示すように、熱源本体４１は、ミアンダパターンを有し、絶縁膜３０ｂの絶縁膜本体部３１と絶縁膜３０ｃの絶縁膜本体部３１の間に配置されている。熱源本体４１をミアンダパターンとすることにより、感応膜６０を均質に加熱することができる。また、センサ素子１０は、エアブリッジ構造を有するため、感応膜６０の加熱時において、熱源４０の消費電力を抑えることができる。なお、熱源４０の形状は、たとえばエッチング（パターニング）によって付与される。絶縁膜３０ａ～３０ｃ等の形状についても同様である。
【0043】
図５は、センサ素子１０の配線構造を示す概念図であり、センサ素子１０をZ軸負方向側から見た平面図である。図５に示すように、熱源４０の引出部４２は、熱源本体４１の一端に接続されており、絶縁膜３０ａと絶縁膜３０ｂの間において、絶縁膜梁部３２の１つを介して、保持部１２における周縁部１４まで延在している。引出部４３は、熱源本体４１の他端に接続されており、絶縁膜３０ａと絶縁膜３０ｂの間において、絶縁膜梁部３２の他の１つを介して、保持部１２における周縁部１４まで延在している。
【0044】
熱源４０は、比較的高い融点を有する導電性材料で構成されていることが好ましい。熱源４０を構成する材料としては、モリブデン、白金、金、タングステン、タンタル、パラジウム、イリジウム、または上記の元素のうち１種以上を含む合金が例示される。特に、高精度なドライエッチング（イオンミリングなど）が可能であり、耐腐食性が高い白金が好ましい。熱源４０を白金で構成する場合、絶縁膜３０ａと熱源４０との間にチタンなどからなる密着層を形成することが好ましい。
【0045】
図４に示すように、電極５０ａ、５０ｂは、それぞれ屈曲形状を有し、絶縁膜３０ｂと感応膜６０との間に配置される（図７参照）。電極５０ａ、５０ｂは、感応膜６０の物理的特性（抵抗値）の変化を電気信号として取り出すためのものである。電極５０ａ、５０ｂは、たとえば導電性の膜体などで構成され、公知の成膜法によって作製される。
【0046】
図４に示すように、電極５０ａと電極５０ｂとは、絶縁膜３０ｂの絶縁膜本体部３１と感応膜６０との間において、所定の間隔を空けて、互いに対向して配置されている。図５に示すように、電極５０ａの一部は、絶縁膜梁部３２と感応膜梁部６２の間を通って、保持部１２の周縁部１４の位置まで延在している。また、電極５０ｂの一部は、電極５０ａの一部と同様に、絶縁膜梁部３２と感応膜梁部６２の間（ただし、電極５０ａが通るものとは異なる）を通って、保持部１２の周縁部１４の位置まで延在している。なお、図５では、電極５０ａ、５０ｂと熱源４０とを区別するために、電極５０ａ、５０ｂをドットパターンで表示している。
【0047】
電極５０ａ、５０ｂは、比較的高い融点を有する導電性材料で構成されていることが好ましい。電極５０ａ、５０ｂを構成する材料としては、モリブデン、白金、金、タングステン、タンタル、パラジウム、イリジウム、または上記の元素のうち１種以上を含む合金が例示される。
【0048】
図３に示すように、感応膜６０は、雰囲気中のガス濃度等に応じて放熱特性を変化させるとともに、その放熱特性の変化に応じて抵抗値を変化させる性質を有する。感応膜６０は、サーミスタ膜や白金膜等で構成されており、公知の成膜法によって作製される。サーミスタ膜を構成する材料としては、複合金属酸化物、アモルファスシリコン、ポリシリコンあるいはゲルマニウム等が例示される。
【0049】
図４に示すように、感応膜６０は、感応膜本体部６１と、４つの感応膜梁部６２とを有する。感応膜本体部６１は、絶縁膜３０ａ～３０ｃの絶縁膜本体部３１と対応する平面形状（好ましくは同一平面形状）を有する。感応膜梁部６２は、絶縁膜３０ａ～３０ｃの絶縁膜梁部３２と対応する平面形状（好ましくは同一平面形状）を有する。それゆえ、Ｚ軸方向に関して、感応膜本体部６１は、絶縁膜本体部３１と対応する位置に配置され、感応膜梁部６２は、絶縁膜梁部３２と対応する位置に配置される。
【0050】
感応膜本体部６１は、電極５０ａ、５０ｂと接するように配置され、電極５０ａ、５０ｂに電気的に接続されている。感応膜６０と電極５０ａおよび電極５０ｂとは、一体となって、絶縁膜３０ｂと絶縁膜３０ｃとの間に配置される（図４参照）。
【0051】
図４に示す電極パッド部７１ａ、７１ｂは、一対の電極５０ａ、５０ｂに、電気的に接続する。図５に示すように、電極パッド部７１ａは、保持部１２の周縁部１４において、電極５０ａの端部に対して、図示しないスルーホールを介して、電気的に接続している。また、電極パッド部７１ｂも、電極パッド部７１ａと同様に、保持部１２の周縁部１４において、電極５０ｂの端部に対して、図示しないスルーホールを介して、電気的に接続している。
【0052】
図３および図５に示すように、電極パッド部７１ａ、７１ｂは、保持部１２における第１開口１３の周縁部１４であって、センサ素子１０の角部１１を除く周縁非角部１４ａに配置される。ここで、より具体的には、保持部１２における第１開口１３の周縁部１４は、Ｚ軸負方向から見て、少なくとも１つの絶縁膜３０ａの孔部３７および孔部３７の外縁延長線３７ａより、感応部６０の中心６０ａから離間する部分であり、図４に示すベース周縁部２２や絶縁膜３０ａ～３０ｃの絶縁膜周縁部が含まれる。
【0053】
また、図３および図５に示すように、センサ素子１０の角部１１は、センサ素子１０の４つのコーナーの周辺部分であり、より具体的には、２本の外縁延長線３７ａより感応膜６０の中心６０ａから離間する部分が含まれる。電極パッド部７１ａ、７１ｂは、周縁部１４のうち角部１１を除く周縁非角部１４ａに配置される。なお、図３では、周縁非角部１４ａの領域を分かりやすくするために、周縁非角部１４ａをドットパターンで表示している。また、図９～図１１に示すセンサ素子２１０、３１０、４１０のように、複数の第１開口１３および感応部６０を有する場合は、２本の外縁延長線３７ａより感応膜６０の中心６０ａから離間する部分であっても、第２方向Ｄ２（Ｙ軸方向）に関して２つの感応膜６０の間にある部分は、角部１１に含まれない。
【0054】
図４に示す熱源パッド部７２ａ、７２ｂは、熱源４０に電気的に接続する。図５に示すように、熱源パッド部７２ａは、保持部１２の周縁部１４において、熱源４０の引出部４２の端部に対して、図示しないスルーホールを介して、電気的に接続している。また、熱源パッド部７２ｂも、熱源パッド部７２ａと同様に、保持部１２の周縁部１４において、引出部４３の端部に対して、図示しないスルーホールを介して、電気的に接続している。
【0055】
図３および図５に示すように、熱源パッド部７２ａ、７２ｂも、電極パッド部７１ａ、７１ｂと同様に、保持部１２における周縁非角部１４ａに配置される。また、センサ素子１０では、電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂで構成される４つのパッド部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂは、周縁非角部１４ａに含まれる４つの辺のうち、互いに平行である２つの辺に、２つずつ配置されている。
【0056】
図５に示すように、一対の電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂのうち少なくとも２つは、周縁部１４における第１方向Ｄ１（Ｚ軸負方向）に垂直な第２方向Ｄ２（Ｙ軸方向）に沿って、中心間距離が第１の長さＬ１になるように配置されることが好ましい。より具体的には、電極パッド部７１ａと熱源パッド部７２ａとは、周縁非角部１４ａに含まれる４つの辺のうち、感応膜６０の中心６０ａよりＸ軸負方向側に位置しておりＹ軸方向に延びる辺に、配置されている。また、電極パッド部７１ｂと熱源パッド部７２ｂとは、周縁非角部１４ａに含まれる４つの辺のうち、感応膜６０の中心６０ａよりＸ軸正方向側に位置しておりＹ軸方向に延びる辺に、配置されている。
【0057】
図５に示すように、電極パッド部７１ｂと熱源パッド部７２ｂとの中心間距離である第１の長さＬ１は、センサ素子１０の第２方向Ｄ２（Ｙ軸方向）の長さである素子長さＬ２の６０％以下であることが好ましい。また、電極パッド部７１ａと熱源パッド部７２ａとの中心間距離についても、電極パッド部７１ｂと熱源パッド部７２ｂとの中心間距離と同様である。
【0058】
電極パッド部７１ａ、７１ｂと熱源パッド部７２ａ、７２ｂの合計数が３以上となる場合では、２つ以上のパッド部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂを第２方向Ｄ２に沿って配置することで、保持部１２の３つ以上の辺にパッド部７１ａ、７１ｂ、７２ａ、７２ｂを分散配置することを回避できる。このようなセンサ素子１０は、基板８０に対して実装した状態において基板８０に変形が生じた場合にも、基板８０からセンサ素子１０へ伝わる応力を小さくすることができる。また、第２方向Ｄ２に沿って配置されるパッド部７１ａ、７２ａおよびパッド部７１ｂ、７２ｂの中心間距離である第１の長さＬ１を、素子長さＬ２に対して所定の比率以下とすることにより、センサ素子１０の４つの角部１１にパッド部を分散配置する場合などに比較して、基板８０の変形に伴う応力が、センサ素子１０に伝わる問題を効果的に防止できる。
【0059】
また、基板８０からセンサ素子１０へ伝わる応力を小さくする観点からは、パッド部７１ａ、７２ａおよびパッド部７１ｂ、７２ｂの中心間距離である第１の長さＬ１は、素子長さＬ２の２０％以下とすることも好ましい（図１１等参照）。なお、第１の長さＬ１を、素子長さＬ２に対して所定の比率以下とすることについては、後ほど実施例を挙げて詳述する。
【0060】
電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂは、たとえばメッキ、リフトオフ法あるいは金属ペースト印刷等の方法により、絶縁膜３０ａの絶縁膜周縁部３６に形成される。
【0061】
【0062】
【0063】
図１、図２および図８等に示すように、第１実施形態に係るガスセンサ１０１は、センサ素子１０が、電極パッド部７１ａ、７１ｂが基板８０側を向く姿勢で、電極パッド部７１を介して基板８０に接続されている。このようなガスセンサ１０１は、電極パッド部が基板とは反対側を向く従来技術とは異なり、センサ素子１０における基板８０側と反対側を向く面（Ｚ軸正方向側の面）には、ボンディングワイヤのような基板に対する接続部分を形成しなくてよい。したがって、ガスセンサ１０１では、センサ素子１０におけるＺ軸正方向側の面が基板８０に対して拘束されず、また、この面が基板８０の変形に追従しないことによる課題が回避されている。
【0064】
これに加えて、図３および図５に示すように、基板８０に接続される電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂは、センサ素子１０の角部１１を避けて、周縁非角部１４ａに配置されている。このため、基板８０の反りなどの変形に伴う応力が、センサ素子１０に伝わることが防止される。したがって、このようなガスセンサ１０１は、基板８０の変形に起因するセンサ素子１０の電極間距離の変化や、これに伴う特性変動を、効果的に防止できる。また、センサ素子１０における基板８０側と反対側を向く面が、基板８０の変形に従来ほど追従しなくても、センサ素子１０と基板８０との接続箇所に、大きな応力が作用する問題を防止し、接続箇所の損傷を防止できる。
【0065】
したがって、ガスセンサ１０１は、基板８０の変形に起因するセンサ素子１０の特性変動を防止することができ、温度や湿度により基板８０の変形が生じる状況下においても、精度よく検出を行うことができる。
【0066】
第２実施形態
図９は、第２実施形態に係るガスセンサに含まれるセンサ素子２１０を示す概略斜視図である。第２実施形態に係るセンサ素子２１０は、複数（図９では２つ）の感応膜６０を有し、図３等に示すセンサ素子１０を２つY軸方向に連結したような構造を有する。ただし、センサ素子２１０は、センサ素子１０が有するのと略同様の感応膜６０、電極５０ａ、５０ｂ、熱源４０（周縁部２１４における電極５０ａ、５０ｂおよび引出部４２、４３の配線形状は若干異なる）を有する。したがって、センサ素子２１０の説明では、センサ素子１０との相違点を中心に行い、図４に示される内部構造のようなセンサ素子１０との共通点については、説明を省略する。
図９は、第２実施形態に係るガスセンサに含まれるセンサ素子２１０を示す概略斜視図である。第２実施形態に係るセンサ素子２１０は、複数（図９では２つ）の感応膜６０を有し、図３等に示すセンサ素子１０を２つY軸方向に連結したような構造を有する。ただし、センサ素子２１０は、センサ素子１０が有するのと略同様の感応膜６０、電極５０ａ、５０ｂ、熱源４０（周縁部２１４における電極５０ａ、５０ｂおよび引出部４２、４３の配線形状は若干異なる）を有する。したがって、センサ素子２１０の説明では、センサ素子１０との相違点を中心に行い、図４に示される内部構造のようなセンサ素子１０との共通点については、説明を省略する。
【0067】
図９に示すように、センサ素子２１０は、複数（実施形態では２つ）の感応膜６０と、それぞれの感応膜６０に対応する複数対（実施形態では２対）の電極５０ａ、５０ｂ（図４参照）と、複数対（実施形態では２対）の電極５０ａ、５０ｂに電気的に接続する少なくとも複数対（実施形態では２対）の電極パッド部２７１ａ、２７１ｂを有する。また、内部構造であるため図９には示されていないものがあるが、センサ素子２１０は、それぞれの感応膜６０に対応して、複数（実施形態では２つ）の熱源４０と、熱源４０に電気的に接続する少なくとも複数対（実施形態では２対）の熱源パッド部２７２ａ、２７２ｂを有する。
【0068】
図９に示すように、センサ素子２１０は、Z軸方向から見て略長方形の平面形状を有する。センサ素子のベース２２０は、図４に示すベース２０を２つY軸方向に連結した構造を有する。絶縁膜２３０ａについても、ベース２２０と同様に、図４に示す絶縁膜３０ａを２つY軸方向に連結した構造を有する。図９には示されていないが、絶縁膜２３０ａの下層の絶縁膜（図４に示す絶縁膜３０ｂ、３０ｃに対応）についても、絶縁膜２３０ａと同様の平面形状を有する。
【0069】
センサ素子２１０の保持部２１２には、絶縁膜２３０ａの絶縁膜周縁部２３６およびベース２２０などが含まれる。保持部２１２には、Y軸方向に間隔を空けて、２つの第１開口１３が形成されており、各第１開口１３に、感応膜６０が配置されている。なお、２つの第１開口１３の間隔は、特に限定されず、例えば、センサ素子２１０において、第２方向Ｄ２（Y軸方向）に配列される４つの孔部３７が、略等間隔に配置されていてもよい。また、これとは異なり、第２方向Ｄ２に配列される４つの孔部３７は、中央の間隔Ｌ３が両脇の間隔Ｌ４より広くてもよく、狭くてもよい。
【0070】
図９に示す電極パッド部２７１ａ、２７１ｂは、保持部２１２の周縁部２１４において、電極５０ａ、５０ｂの端部（図５参照）に対してスルーホールを介して、電気的に接続している。また、図９に示す熱源パッド部２７２ａ、２７２ｂも、電極パッド部２７１ａ、２７１ｂと同様に、保持部２１２の周縁部２１４において、引出部４２、４３に対してスルーホールを介して、電気的に接続している。
【0071】
図９に示すように、電極パッド部２７１ａ、２７１ｂはいずれも、保持部２１２の第１開口１３の周縁部２１４であって、センサ素子２１０の角部２１１を除く周縁非角部２１４ａに配置される。図９では、周縁非角部２１４ａを、理解しやすくするためにドットパターンで強調している。なお、センサ素子２１０の角部２１１、周縁部２１４、周縁非角部２１４ａ等は、センサ素子１０の角部１１、周縁部１４、周縁非角部１４ａと同様に規定される。
【0072】
図９に示すように、熱源パッド部２７２ａ、２７２ｂも、電極パッド部２７１ａ、２７１ｂと同様に、いずれも周縁非角部２１４ａに配置される。また、センサ素子２１０では、電極パッド部２７１ａ、２７１ｂおよび熱源パッド部２７２ａ、２７２ｂは、センサ素子１０のＹ軸中心位置を基準として対称に配置されていてもよく、非対称に配置されていてもよい。
【0073】
図９に示すように、センサ素子２１０では、８つのパッド部のうち４つのパッド部２７１ｂ、２７２ｂが、第２方向Ｄ２（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。また、８つのパッド部のうち残りの４つのパッド部２７１ａ、２７２ａが、他のパッド部２７１ｂ、２７２ｂに対してセンサ素子１０のＸ軸方向の中心位置を挟んで、第２方向Ｄ２（Ｙ軸方向）に沿って配置されている。
【0074】
センサ素子２１０のように、第２方向Ｄ２に沿って３つ以上のパット部２７１ｂ、２７２ｂが配列される場合、第２方向Ｄ２に沿って配列されるパット部２７１ｂ、２７２ｂのうち任意の２つについての第１の長さＬ１（中心間距離）が、素子長さＬ２の６０％以下であることが好ましい。パッド部２７１ａ、２７２ａについても同様である。全てのパット部２７１ｂ、２７２ｂ、２７１ａ、２７２ａを、素子長さＬ２について所定の比率以下の領域に集中して配置することにより、素子長さＬ２が長いセンサ素子２１０においても、基板の変形に起因するセンサ素子２１０の特性変動を、効果的に防止できる。
【0075】
図９に示すセンサ素子２１０は、図２に示すセンサ素子１０と同様に、複数対の電極パッド部２７１ａ、２７１ｂが基板側を向く姿勢で、少なくとも電極パッド部２７１ａ、２７１ｂを介して基板に接続される。センサ素子２１０を実装する基板は、電極パッド部２７１ａ、２７１ｂおよび熱源パッド部２７２ａ、２７２ｂに対応する基板パッド部（図８参照）を有しており、電極パッド部２７１ａ、２７１ｂおよび熱源パッド部２７２ａ、２７２ｂは、基板パッド部に接続される。
【0076】
その他、センサ素子２１０を有するガスセンサは、第１実施形態に係るガスセンサ１０１との共通点については、ガスセンサ１０１と同様の効果を奏する。
【0077】
第３実施形態
図１０は、第３実施形態に係るガスセンサに含まれるセンサ素子３１０を示す概略斜視図である。第３実施形態に係るセンサ素子３１０は、ダミーパッド３７３を有する点で図９に示すセンサ素子２１０とは異なるが、その他の点ではセンサ素子２１０と同様である。したがって、センサ素子３１０の説明では、センサ素子２１０との相違点を中心に行い、第２実施形態に係るセンサ素子２１０との共通点については、説明を省略する。
図１０は、第３実施形態に係るガスセンサに含まれるセンサ素子３１０を示す概略斜視図である。第３実施形態に係るセンサ素子３１０は、ダミーパッド３７３を有する点で図９に示すセンサ素子２１０とは異なるが、その他の点ではセンサ素子２１０と同様である。したがって、センサ素子３１０の説明では、センサ素子２１０との相違点を中心に行い、第２実施形態に係るセンサ素子２１０との共通点については、説明を省略する。
【0078】
図１０に示すように、センサ素子３１０のダミーパッド部３７３は、他のパッド部２７１ａ、２７１ｂ、２７２ａ、２７２ｂと同様に、保持部２１２における周縁部２１４のうち、センサ素子３１０の角部２１１を除く周縁非角部２１４ａに配置されている。ダミーパッド部３７３は、絶縁膜２３０ａの絶縁膜周縁部２３６における第１方向Ｄ１側の表面に設けられており、センサ素子３１０の周縁部２１４における他の導電部分（たとえば、電極５０ａ、５０ｂの端部や引出部４２、４３等（図４参照））に対して絶縁されている。
【0079】
センサ素子３１０は、電極パッド部２７１ａ、２７１ｂ、熱源パッド部２７２ａ、２７２ｂおよびダミーパッド部３７３が基板側を向く姿勢で、電極パッド部２７１ａ、２７１ｂ、熱源パッド部２７２ａ、２７２ｂおよびダミーパッド部３７３を介して、基板に接続される。なお、センサ素子３１０を実装する基板は、電極パッド部２７１ａ、２７１ｂ、熱源パッド部２７２ａ、２７２ｂおよびダミーパッド部３７３が各々対応する基板パッド部（図８参照）を有する。
【0080】
ダミーパッド部３７３は、パッド部２７１ａ、２７１ｂ、２７２ａ、２７２ｂと同様に、たとえばメッキ、リフトオフ法あるいは金属ペースト印刷等の方法により、絶縁膜周縁部２３６に形成される。ダミーパッド部３７３は、センサ素子３１０の他の部分に対して電気的に絶縁されており、基板からの電力供給は行われないが、センサ素子３１０の基板に対する固定に寄与する。
【0081】
図１０に示すように、ダミーパッド部３７３は、周縁非角部２１４ａのうち、Ｙ軸方向に関して２つの感応膜６０の間の部分である膜間部分３１４ｂに配置されている。膜間部分３１４ｂは、絶縁膜周縁部２３６の中でも角部２１１からの距離が長い部分であるため、膜間部分３１４ｂにダミーパッド部３７３を配置することで、センサ素子３１０を基板に実装した状態において、基板８０の変形に伴う応力が、センサ素子３１０に伝わる問題を効果的に防止しながらセンサ素子３１０と基板の接合強度を高めることができる。なお、図１０では、膜間部分３１４ｂを、理解しやすくするためにドットパターンで強調している。
【0082】
その他、センサ素子３１０を有するガスセンサは、センサ素子３１０を有するガスセンサと同様の効果を奏する。
【0083】
第４実施形態
図１１は、第４実施形態に係るガスセンサに含まれるセンサ素子４１０を示す概略斜視図である。第４実施形態に係るセンサ素子４１０は、電極パッド部４７１ａおよび熱源パッド部４７２ａの全てが、膜間部分４１４ｂに配置される点などで図９に示すセンサ素子２１０とは異なるが、その他の点ではセンサ素子２１０と同様である。したがって、センサ素子４１０の説明では、センサ素子２１０との相違点を中心に行い、第２実施形態に係るセンサ素子２１０との共通点については、説明を省略する。
図１１は、第４実施形態に係るガスセンサに含まれるセンサ素子４１０を示す概略斜視図である。第４実施形態に係るセンサ素子４１０は、電極パッド部４７１ａおよび熱源パッド部４７２ａの全てが、膜間部分４１４ｂに配置される点などで図９に示すセンサ素子２１０とは異なるが、その他の点ではセンサ素子２１０と同様である。したがって、センサ素子４１０の説明では、センサ素子２１０との相違点を中心に行い、第２実施形態に係るセンサ素子２１０との共通点については、説明を省略する。
【0084】
図１１に示すように、センサ素子４１０は、センサ素子２１０と同様に、複数の感応膜６０と、それぞれの感応膜６０に対応する複数対（実施形態では２対）の電極５０ａ、５０ｂ（図４参照）と、複数対（実施形態では２対）の電極５０ａ、５０ｂに電気的に接続する少なくとも複数対（実施形態では２対）の電極パッド部４７１ａ、４７１ｂを有する。また、内部構造であるため図１１には示されていないものがあるが、センサ素子４１０は、それぞれの感応膜６０に対応して、複数（実施形態では２つ）の熱源４０と、熱源４０に電気的に接続する少なくとも複数対（実施形態では２対）の熱源パッド部４７２ａ、４７２ｂを有する。
【0085】
図１１に示すように、センサ素子４１０では、感応膜６０および感応膜６０が配置される第１開口１３の大きさは、図９に示すセンサ素子２１０と同様である。一方、センサ素子４１０は、絶縁膜４３０ａの孔部３７の外縁から素子外縁４１０ａまでの幅Ｗ１が、センサ素子２１０より狭くなっている。したがって、センサ素子４１０は、絶縁膜周縁部４３６およびベース４２０の平面形状がセンサ素子２１０とは異なっており、Ｚ軸方向から見た場合、絶縁膜周縁部４３６およびベース４２０の外形状が、図９に示す絶縁膜周縁部２３６およびベース２２０より小さい。
【0086】
図１１に示すように、電極パッド部４７１ａ、４７１ｂおよび熱源パッド部４７２ａ、４７２ｂはいずれも、保持部４１２の第１開口１３の周縁部４１４であって、センサ素子４１０の角部４１１を除く周縁非角部４１４ａに配置される。さらに、電極パッド部４７１ａ、４７１ｂおよび熱源パッド部４７２ａ、４７２ｂはいずれも、周縁非角部４１４ａのうち、Ｙ軸方向に関して複数の感応膜６０の間の部分である膜間部分４１４ｂに配置される。
【0087】
図１１に示すセンサ素子４１０は、図９に示すセンサ素子２１０と同様に、複数対の電極パッド部４７１ａ、４７１ｂおよび熱源パッド部４７２ａ、４７２ｂが基板側を向く姿勢で、少なくとも電極パッド部２７１ａ、２７１ｂおよび熱源パッド部４７２ａ、４７２ｂを介して基板に接続される。
【0088】
センサ素子４１０は、電極パッド部４７１ａ、４７１ｂおよび熱源パッド部４７２ａ、４７２ｂを膜間部分４１４ｂに配置することにより、絶縁膜４３０ａの孔部３７の外縁から素子外縁４１０ａまでの幅Ｗ１を、この部分にパッド部を配置するセンサ素子２１０に比べて狭くできる。したがって、このようなセンサ素子４１０は、小型化に関して有利である。また、センサ素子４１０は、センサ素子４１０の外形状の拡大を回避しつつ、電極パッド部４７１ａ、４７１ｂおよび熱源パッド部４７２ａ、４７２ｂの面積を広くできるため、基板に対する接合強度を高めることができる。
【0089】
その他、センサ素子４１０を有するガスセンサは、第２実施形態に係るセンサ素子２１０を有するガスセンサと同様の効果を奏する。
【0090】
実施例
以下、上述したガスセンサ１０１に関する実施例を挙げてさらに詳細に説明をおこなうが、ガスセンサ１０１の技術的範囲は、これらの実施例のみには限定されない。
以下、上述したガスセンサ１０１に関する実施例を挙げてさらに詳細に説明をおこなうが、ガスセンサ１０１の技術的範囲は、これらの実施例のみには限定されない。
【0091】
（サンプル）
図１２は、実施例と比較例に係るガスセンサに用いたセンサ素子を示す斜視図である。図１２（ａ）に示す実施例に係るガスセンサ１０１としては、図２等を用いて説明した第１実施形態に係るガスセンサ１０１と同様のセンサ素子１０および基板８０を用いた。
図１２は、実施例と比較例に係るガスセンサに用いたセンサ素子を示す斜視図である。図１２（ａ）に示す実施例に係るガスセンサ１０１としては、図２等を用いて説明した第１実施形態に係るガスセンサ１０１と同様のセンサ素子１０および基板８０を用いた。
【0092】
また、実施例に係るガスセンサ１０１として、パッド部７２ａ、７１ａまたはパッド部７１ｂ、７２ｂの中心間距離である第１の長さＬ１が異なる４種類のサンプルを準備した。準備したサンプルにおける第１の長さＬ１は、素子長さＬ２に対して１３％、３０％、４７％、６３％とした。なお、いずれのサンプルでも、パッド部７２ａ、７１ａ、７１ｂ、７２ｂは、周縁非角部１４ａに配置した。
【0093】
図１２（ｂ）に示す比較例に係るガスセンサ９０１では、電極パッド部９７１ａ、９７１ｂおよび熱源パッド部９７２ａ、９７２ｂを、センサ素子９１０における周縁部９１４であって、センサ素子９１０の角部に配置したものを用いた。比較例に係るサンプルにおいて、パッド部９７２ａ、９７１ａまたはパッド部９７１ｂ、９７２ｂの中心間距離である第１の長さＬ１は、素子長さＬ２に対して８３％であった。ガスセンサ９０１は、電極パッド部９７１ａ、９７１ｂおよび熱源パッド部９７２ａ、９７２ｂの配置と、基板９８０における基板パッド部の配置を除き、実施例に係るガスセンサ１０１と同様である。
【0094】
（評価）
実施例および比較例の各サンプルについて、ガスセンサ１０１、９０１の基板８０、９８０に一定の反りが生じさせ、その場合においてセンサ素子１０、９１０に生じる変形（ΔＺ方向変位量）を計測した。図１３は、横軸を各サンプルの第１の長さＬ１（素子長さＬ２に対する比率）とし、各サンプルのΔＺ方向変位量（縦軸）をプロットしたものである。なお、図１３におけるΔＺ方向変位量（縦軸）の値は、相対値（無次元）である。
実施例および比較例の各サンプルについて、ガスセンサ１０１、９０１の基板８０、９８０に一定の反りが生じさせ、その場合においてセンサ素子１０、９１０に生じる変形（ΔＺ方向変位量）を計測した。図１３は、横軸を各サンプルの第１の長さＬ１（素子長さＬ２に対する比率）とし、各サンプルのΔＺ方向変位量（縦軸）をプロットしたものである。なお、図１３におけるΔＺ方向変位量（縦軸）の値は、相対値（無次元）である。
【0095】
図１３からは、パッド部７２ａ、７１ａ、７１ｂ、７２ｂを周縁非角部１４ａに配置する実施例では、パッド部９７２ａ、９７１ａ、９７１ｂ、９７２ｂを角部に配置する比較例に比べて、基板８０に所定の反りが生じた場合におけるセンサ素子１０の変形量が小さいことを確認できた。また、実施例同士の比較では、サンプルの第１の長さＬ１が短いほど、センサ素子１０の変形量が小さい。また、第１の長さＬ１を素子長さＬ２の６０％以下とすることにより、比較例に対して約２０％以上の変形抑制効果が見られ、第１の長さＬ１を素子長さＬ２の２０％以下とすることにより、比較例に対して約９０％以上の変形抑制効果が見られた。
【0096】
以上、実施形態および実施例等を挙げて本開示に係るガスセンサ１０１およびセンサ素子１０、２１０、３１０、４１０を説明したが、本開示に係るガスセンサは、多くの他の実施形態や変形例を含むことは言うまでもない。たとえば、センサ素子１０、２１０、３１０、４１０は、３つまたは４つ以上の感応膜を有していてもよい。また、実施形態では、電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂを、第２方向Ｄ２の中央付近に配置する例を示したが、パッド部をいずれか一方の角部１１に近づけて配置することも考えられる。
【0097】
また、図２等に示すセンサ素子１０では、電極パッド部７１ａ、７１ｂおよび熱源パッド部７２ａ、７２ｂが基板８０側を向く姿勢で基板８０に実装されるが、これとは異なり、電極パッド部７１ａ、７１ｂだけが、基板８０側を向く姿勢で実装されてもよい。たとえば、基板８０側を向く電極パッド部７１ａ、７１ｂがフリップボンディングにより基板８０に接続され、他の方向を向く熱源パッドが、ワイヤボンディングなどにより基板８０に接続されてもよい。
【符号の説明】
【0098】
１０１…ガスセンサ
１０、２１０、３１０、４１０、９１０…センサ素子
４１０ａ…素子外縁
１１、２１１、４１１…角部
１２、２１２、４１２…保持部
１３…第１開口
１４、２１４、４１４、９１４…周縁部
１４ａ、２１４ａ、４１４ａ…周縁非角部
２０、２２０、４２０…ベース
２２…ベース周縁部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、２３０ａ、４３０ａ…絶縁膜
３１…絶縁膜本体部
３２…絶縁膜梁部
３６、２３６、４３６…絶縁膜周縁部
３７…孔部
３７ａ…外縁延長線
４０…熱源
４１…熱源本体
４２、４３…引出部
５０ａ、５０ｂ…電極
６０…感応膜
６０ａ…中心
６１…感応膜本体部
６２…感応膜梁部
７１ａ、７１ｂ、２７１ａ、２７１ｂ、４７１ａ、４７１ｂ、９７１ａ、９７１ｂ…電極パッド部
７２ａ、７２ｂ、２７２ａ、２７２ｂ、４７２ａ、４７２ｂ、９７２ａ、９７２ｂ…熱源パッド部
８０…基板
８０ａ…実装面
８１…基板パッド部
Ｄ１…第１方向
Ｄ２…第２方向
Ｌ１…第１の長さ
Ｌ２…素子長さ
Ｌ３、Ｌ４…間隔
Ｗ１…幅
３１４ｂ、４１４ｂ…膜間部分
３７３…ダミーパッド部
１０、２１０、３１０、４１０、９１０…センサ素子
４１０ａ…素子外縁
１１、２１１、４１１…角部
１２、２１２、４１２…保持部
１３…第１開口
１４、２１４、４１４、９１４…周縁部
１４ａ、２１４ａ、４１４ａ…周縁非角部
２０、２２０、４２０…ベース
２２…ベース周縁部
３０ａ、３０ｂ、３０ｃ、２３０ａ、４３０ａ…絶縁膜
３１…絶縁膜本体部
３２…絶縁膜梁部
３６、２３６、４３６…絶縁膜周縁部
３７…孔部
３７ａ…外縁延長線
４０…熱源
４１…熱源本体
４２、４３…引出部
５０ａ、５０ｂ…電極
６０…感応膜
６０ａ…中心
６１…感応膜本体部
６２…感応膜梁部
７１ａ、７１ｂ、２７１ａ、２７１ｂ、４７１ａ、４７１ｂ、９７１ａ、９７１ｂ…電極パッド部
７２ａ、７２ｂ、２７２ａ、２７２ｂ、４７２ａ、４７２ｂ、９７２ａ、９７２ｂ…熱源パッド部
８０…基板
８０ａ…実装面
８１…基板パッド部
Ｄ１…第１方向
Ｄ２…第２方向
Ｌ１…第１の長さ
Ｌ２…素子長さ
Ｌ３、Ｌ４…間隔
Ｗ１…幅
３１４ｂ、４１４ｂ…膜間部分
３７３…ダミーパッド部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】