特開 2024-18687 検出装置

(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】P2024018687

(43)【公開日】2024-02-08

(54)【発明の名称】検出装置

(51)【国際特許分類】

   G01N 5/02 20060101AFI20240201BHJP

   G01N 37/00 20060101ALI20240201BHJP

【ＦＩ】

G01N5/02 A

G01N37/00 101

【審査請求】未請求

【請求項の数】14

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022122166

(22)【出願日】2022-07-29

(71)【出願人】

【識別番号】000204284

【氏名又は名称】太陽誘電株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087480

【弁理士】

【氏名又は名称】片山 修平

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 和紀

(72)【発明者】

【氏名】恩田 陽介

(72)【発明者】

【氏名】服部 将志

(57)【要約】

【課題】検出する流体を効率よく検出素子に供給することが可能な検出装置を提供する。
【解決手段】検出装置は、第１面と、前記第１面に対向する第２面と、流体が導入される導入口１５と、前記流体が排出される排出口１６と、前記第１面における第１領域に前記導入口から前記排出口まで直線状に延伸して設けられる溝１４と、を備え、前記第１面のうち前記第１領域以外の第２領域において前記第１面と前記第２面とは空洞を介し対向する収納室１２と、前記第２面の前記第１領域に対向する位置に設けられた検出素子２２ａ～２２ｄと、を備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

第１面と、前記第１面に対向する第２面と、流体が導入される導入口と、前記流体が排出される排出口と、前記第１面における第１領域に前記導入口から前記排出口まで直線状に延伸して設けられる溝と、を備え、前記第１面のうち前記第１領域以外の第２領域において前記第１面と前記第２面とは空洞を介し対向する収納室と、
前記第２面の前記第１領域に対向する位置に設けられた検出素子と、
を備える検出装置。

【請求項2】

前記検出素子は、前記第２面における前記第１領域に対向する位置に複数設けられている請求項１に記載の検出装置。

【請求項3】

前記第２面上に、前記第１領域に対向する位置に設けられ、別の検出素子を覆うカバーまたは別の検出素子を封止する封止体を備える請求項１に記載の検出装置。

【請求項4】

複数の前記収納室と、
１つの導入路から分岐し、前記複数の収納室の前記導入口にそれぞれつながる複数の導入路と、
１つの排出路から分岐し、前記複数の収納室の前記排出口にそれぞれつながる複数の排出路と、
を備える請求項１に記載の検出装置。

【請求項5】

前記導入口に前記流体を導入する導入路と、前記排出口から前記流体を排出する排出路と、を備え、
前記導入路の延伸方向と前記第１領域の延伸方向とのなす角度は１０°以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項6】

前記収納室の前記第２領域における前記第１面と前記第２面との距離は、前記第１領域における前記第２面から最も離れた箇所と前記第２面との距離の０．１倍以上かつ０．９倍以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項7】

前記第１領域の幅は、前記第１領域における前記第２面から最も離れた箇所と前記第２面との距離の０．２倍以上かつ５倍以下である請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項8】

実装面に前記検出素子を実装する基板を備え、
前記第２面は前記実装面である請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項9】

前記流体は気体である請求項１から４のいずれか一項に記載の検出装置。

【請求項10】

前記検出素子の出力値に基づき、前記気体のにおいを判定する判定部を備える請求項９に記載の検出装置。

【請求項11】

下面と、前記下面と対向する上面と、前記上面の周囲から前記下面側に向かって設けられた側面と、を検出空間の内壁として有する筐体と、
上面に第１感応部が設けられた第１検出素子と、
上面に前記第１検出素子が接合され、前記第１検出素子の周囲に設けられる、前記第１検出素子の第１電極と電気的に接続される第１パッドを有し、前記検出空間の下面に設けられた第１基板と、
を備え、
前記筐体は、
前記第１感応部と離間し、前記第１感応部と重なって前記検出空間の上面に設けられ、前記検出空間の上面の対向する２つの側辺のうち一方の側辺と他方の側辺とをつないで上方に凹んだ凹部として延在する溝と、
前記検出空間の上面の前記一方の側辺において、前記溝の一端に接続し、前記溝の一端から外に向かって前記筐体内に設けられ、流体が導入される導入路と、
前記検出空間の上面の前記他方の側辺において、前記溝の他端に接続され、前記溝の他端から外に向かって前記筐体内に設けられ、前記流体が排出される排出路と、
を有し、
前記検出空間は、前記溝と前記第１基板との間の空間である高背部と、前記溝の延伸方向の両側の外側に前記側面まで連続して設けられ、前記検出空間の上面と前記第１基板との間の空間である低背部と、を有し、
前記高背部と前記低背部との境界は前記第１検出素子を挟むように位置する検出装置。

【請求項12】

前記溝は直線状に設けられ、前記溝の断面形状は、楕円形状の一部または円形状の一部の形状である請求項１１記載の検出装置。

【請求項13】

上面に第２感応部が設けられた第２検出素子と、
上面に前記第２検出素子が接合され、前記第２検出素子の周囲に設けられる、前記第２検出素子の第２電極と電気的に接続される第２パッドを有し、前記検出空間の下面に設けられた第２基板と、
を備え、
前記溝は、前記第２感応部と離間し、前記第２感応部と重なる請求項１２に記載の検出装置。

【請求項14】

前記第１電極と前記第１パッドは、金属細線で接続され、
前記高背部と前記低背部の間の境界を前記金属細線が通過する請求項１３に記載の検出装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、検出装置に関する。

【背景技術】

【0002】

気体等の流体に関する情報（例えば流体内の特定の物質）を検出する検出装置において、チャンバ等の収納室内にセンサ等の検出素子を設け、収納室に検出する気体を導入する検出装置が知られている（例えば特許文献１）。流体が流れる流路内に検出素子を設けることが知られている（例えば特許文献２）。流体の流れる流路を２つに分岐し、分岐された２つの流路にそれぞれ検出素子を設けることが知られている（例えば特許文献３）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１２－１１２６５１号公報

【特許文献2】特開２００８－８２７６８号公報

【特許文献3】特開２０２１－１６５７３０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

収納室内に流体を導入する方法では、収納室内の流体の流束および流速に分布が生じてしまう。また、検出素子の表面の感応部に効率よく流体を供給することが難しい。流路に検出素子を設ける方法では、検出素子の表面の感応部に効率よく流体を供給することが難しい。

【0005】

本発明は、上記課題に鑑みなされたものであり、検出する流体を効率よく検出素子に供給することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、第１面と、前記第１面に対向する第２面と、流体が導入される導入口と、前記流体が排出される排出口と、前記第１面における第１領域に前記導入口から前記排出口まで直線状に延伸して設けられる溝と、を備え、前記第１面のうち前記第１領域以外の第２領域において前記第１面と前記第２面とは空洞を介し対向する収納室と、前記第２面の前記第１領域に対向する位置に設けられた検出素子と、を備える検出装置である。

【0007】

上記構成において、前記検出素子は、前記第２面における前記第１領域に対向する位置に複数設けられている構成とすることができる。

【0008】

上記構成において、前記第２面上に、前記第１領域に対向する位置に設けられ、別の検出素子を覆うカバーまたは別の検出素子を封止する封止体を備える構成とすることができる。

【0009】

上記構成において、複数の前記収納室と、１つの導入路から分岐し、前記複数の収納室の前記導入口にそれぞれつながる複数の導入路と、１つの排出路から分岐し、前記複数の収納室の前記排出口にそれぞれつながる複数の排出路と、を備える構成とすることができる。

【0010】

上記構成において、前記導入口に前記流体を導入する導入路と、前記排出口から前記流体を排出する排出路と、を備え、前記導入路の延伸方向と前記第１領域の延伸方向とのなす角度は１０°以下である構成とすることができる。

【0011】

上記構成において、前記収納室の前記第２領域における前記第１面と前記第２面との距離は、前記第１領域における前記第２面から最も離れた箇所と前記第２面との距離の０．１倍以上かつ０．９倍以下である構成とすることができる。

【0012】

上記構成において、前記第１領域の幅は、前記第１領域における前記第２面から最も離れた箇所と前記第２面との距離の０．２倍以上かつ５倍以下である構成とすることができる。

【0013】

上記構成において、実装面に前記検出素子を実装する基板を備え、前記第２面は前記実装面である構成とすることができる。

【0014】

上記構成において、前記流体は気体である構成とすることができる。

【0015】

上記構成において、前記検出素子の出力値に基づき、前記気体のにおいを判定する判定部を備える構成とすることができる。

【0016】

本発明は、下面と、前記下面と対向する上面と、前記上面の周囲から前記下面側に向かって設けられた側面と、を検出空間の内壁として有する筐体と、上面に第１感応部が設けられた第１検出素子と、上面に前記第１検出素子が接合され、前記第１検出素子の周囲に設けられる、前記第１検出素子の第１電極と電気的に接続される第１パッドを有し、前記検出空間の下面に設けられた第１基板と、を備え、前記筐体は、前記第１感応部と離間し、前記第１感応部と重なって前記検出空間の上面に設けられ、前記検出空間の上面の対向する２つの側辺のうち一方の側辺と他方の側辺とをつないで上方に凹んだ凹部として延在する溝と、前記検出空間の上面の前記一方の側辺において、前記溝の一端に接続し、前記溝の一端から外に向かって前記筐体内に設けられ、流体が導入される導入路と、前記検出空間の上面の前記他方の側辺において、前記溝の他端に接続され、前記溝の他端から外に向かって前記筐体内に設けられ、前記流体が排出される排出路と、を有し、前記検出空間は、前記溝と前記第１基板との間の空間である高背部と、前記溝の延伸方向の両側の外側に前記側面まで連続して設けられ、前記検出空間の上面と前記第１基板との間の空間である低背部と、を有し、前記高背部と前記低背部との境界は前記第１検出素子を挟むように位置する検出装置である。

【0017】

上記構成において、前記溝は直線状に設けられ、前記溝の断面形状は、楕円形状の一部または円形状の一部の形状である構成とすることができる。

【0018】

上記構成において、上面に第２感応部が設けられた第２検出素子と、上面に前記第２検出素子が接合され、前記第２検出素子の周囲に設けられる、前記第２検出素子の第２電極と電気的に接続される第２パッドを有し、前記検出空間の下面に設けられた第２基板と、を備え、前記溝は、前記第２感応部と離間し、前記第２感応部と重なる構成とすることができる。

【0019】

上記構成において、前記第１電極と前記第１パッドは、金属細線で接続され、前記高背部と前記低背部の間の境界を前記金属細線が通過する構成とすることができる。

【発明の効果】

【0020】

本発明によれば、検出する流体を効率よく検出素子に供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】図１は、実施例１に係る検出装置の斜視図である。

【図2】図２は、実施例１に係る検出装置の平面図である。

【図3】図３（ａ）および図３（ｂ）は、図２のそれぞれＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図である。

【図4】図４（ａ）は、実施例１における基板２０ａの平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図5】図５（ａ）および図５（ｂ）は、シミュレーション１におけるそれぞれ比較例１および実施例１の気体の流れを示す平面図である。

【図6】図６（ａ）および図６（ｂ）は、シミュレーション２におけるそれぞれ比較例２および実施例１の気体の速度を示す断面図である。

【図7】図７（ａ）は、実施例２に係る検出装置の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図8】図８（ａ）および図８（ｂ）は、シミュレーション３におけるそれぞれ比較例３および実施例２の気体の流れを示す平面図である。

【図9】図９（ａ）は、実施例３に係る検出装置の平面図、図９（ｂ）は、図９（ａ）のＡ－Ａ断面図である。

【図10】図１０は、シミュレーション４における実施例３の気体の流れを示す平面図である。

【図11】図１１は、シミュレーション４における実施例３の変形例１の気体の流れを示す平面図である。

【図12】図１２は、実施例４に係る検出装置のブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面を参照し実施例について説明する。

【実施例0023】

図１は、実施例１に係る検出装置の斜視図である。図１では、筐体１０、基板２０ａ～２０ｃ、検出素子２２ａ～２２ｄを実線で図示し、収納部１３、溝１４、導入路１７、排出路１８を破線で図示している。図２は、実施例１に係る検出装置の平面図である。図３（ａ）および図３（ｂ）は、図２のそれぞれＡ－Ａ断面図およびＢ－Ｂ断面図である。図２では、収納室１２、基板２０ａ～２０ｃ、検出素子２２ａ～２２ｄを実線で図示し、溝１４、導入口１５、排出口１６、導入路１７および排出路１８を破線で図示している。溝１４の延伸方向および検出素子２２ａ～２２ｄの配列方向をＸ方向、上面１１および下面２１に平行でありかつＸ方向に直交する方向をＹ方向、上面１１および下面２１の法線方向をＸ方向とする。

【0024】

まず、ポイントである溝の定義について触れ、その後に具体的なポイントについて触れていく。広辞苑では溝とは、「地を細長く掘って水を流す所」とあり、「地」が測定空間を構成する内側の面であり、この面を両側に残して凹部が形成されたところが溝である。つまり溝は、両側に面が存在する。後述するが、図３（ｂ）の上面１１に溝１４が設けられている。基板２０ａ～２０ｃの上面２１ａ～２１ｃから、溝１４が形成されている溝１４の上面である湾曲面までの高さは、上面２１ａ～２１ｃから溝１４以外の上面１１までの高さより高い。このため、この基板２０ａ～２０ｃの上面２１ａ～２１ｃから溝１４の上面までの部分を高背部２７ａ（図４（ｂ）参照）と呼ぶ。基板２０ａ～２０ｃの上面２１ａ～２１ｃから溝１４以外の上面１１までの部分を低背部２７ｂ（図４（ｂ）参照）と呼ぶ。

【0025】

続いてポイントについて何点か触れる。
第１のポイント（溝１４について）
検出素子２２ａ～２２ｄであるセンサチップが設けられた基板２０ａ～２０ｃが収納部１３に設けられ、この基板２０ａ～２０ｃの上面２１ａ～２１ｂ（収納室１２の下面２１）、上面１１および側面により検出空間である収納室１２が構成される。なお、検出素子２２ａ～２２ｄが基板２０ａ～２０ｃ上に設けられた構造でなく、基板２４上に検出素子２２ａ～２２ｄが直接設けられていてもよい。この場合、基板２４の下面に電極が設けられ、電極と検出素子２２ａ～２２ｄとは基板２４内の配線を介し電気的に接続される。高背部２７ａは、検出素子２２ａ～２２ｄの上面から溝１４の上面までの部分であり、低背部２７ｂは、検出素子２２ａ～２２ｄの上面から上面１１までの部分である。

【0026】

この収納部１３または収納室１２の上面１１に、導入口１５から排出口１６まで、または導入口１５から排出口１６の手前に渡り溝１４を設けている。この「排出口１６の手前」とは、例えば、図１では、溝１４は検出素子２２ｂの＋Ｘ側には溝１４を設けなくてもよいことを含む。この検出素子２２ｂから排出口１６まで他の検出素子が設けられていないため、「排出口１６の手前」と説明している。溝１４の定義から、図３（ｂ）に示すように、溝１４の両側（±Ｙ側）には、溝１４の開放部と連続して上面１１が設けられている。

【0027】

図５（ａ）は、溝１４が設けられていないときの気体の流れのシミュレーションであり、図５（ｂ）は、溝１４が設けられているときの気体の流れのシミュレーションである。図５（ａ）のように、溝１４を設けない場合、導入口１５から収納室１２へ入る気体は、導入口１５において開放されるため、紙面における上下（±Ｙ方向）に放散していく。しかし、図５（ｂ）のように、溝１４を設けることにより、気体の放散は抑制される。つまり、気体は、溝１４に導かれ、溝１４に沿って束としてまとまった気体の流れとなる。さらに、感応部２３（図４（ａ）および図４（ｂ）参照）の上をこの溝１４が通過すれば、気体は、溝１４に導かれる。これにより、束となった気体を、まとまった量かつ均一に、検出素子２２ａ～２２ｄの感応部２３上を通過させることが可能である。

【0028】

第２のポイント（導入口１５と溝１４の関係）
導入口１５の形状（ＹＺ平面における形状）は導入路１７の断面形状とほぼ同じ形状であり、導入口１５の形状の上半分（＋Ｚ側の半分）と溝１４が導入口１５に接続する箇所における溝１４の断面形状とがほぼ同じである。排出口１６および排出路１８についても同様である。これにより、導入口１５から溝１４、そして溝１４から排出口１６に向かって、導入口１５、溝１４および排出口１６は連続して同じ断面形状を有している。

【0029】

例えば、図３（ａ）のように、導入路１７が設けられている－Ｘ側の筐体１０の側壁と、この側壁の上端（＋Ｚ端）から厚みを有する筐体１０の天板が設けられている。天板の下面（上面１１）に溝１４が形成されるように、－Ｘ側の側壁から－Ｘ側の側壁までドリルで開口すると、導入路１７から溝１４を通過し排出路１８まで上記のような断面形状となる。このようにドリルを用いて導入路１７、溝１４および排出路１８を形成すると、導入路１７および排出路１８として、円筒形状の孔が形成される。溝１４の断面形状は、導入路１７および排出路１８の断面形状の＋Ｚ側の半分と連続した形状となり、ドーム状の溝１４が形成される。なお、筐体１０は、金型を使ってモールド加工により形成してもよい。この場合、導入路１７、溝１４および排出路１８の断面形状は、多角形状等の円形状以外の形状でもよい。この様に、ドーム状の溝１４の内壁と導入路１７の内壁が連続して形成されるため、導入される気体は、乱流や放散を抑止して、溝１４に集中して流れるようになる。

【0030】

第３のポイント（収納室１２は細長く、検出素子２２ａ～２２ｄが一列に配列する）
図１から図３（ｂ）に示すように、溝１４に沿って、複数の検出素子２２ａ～２２ｄを一列に配列することもポイントの一つである。例えば図１では、４つの検出素子２２ａ～２２ｄが左から右に（Ｘ方向に）一列で並んでいる。仮に、この４つの検出素子２２ａ～２２ｄが、２列以上に配列されると、収納室１２の横幅（Ｙ方向の幅）が広がり、導入口１５から収納室１２に導入される気体は放散され、溝１４に導かれる気体の速度分布および濃度分布にむらが発生し、検出精度が低下する。例えば、４つの検出素子２２ａ～２２ｄを２組で構成する場合、後述する図９のように、２つの列からなる収納室１２ａおよび１２ｂは筐体１０の側壁で隔絶される。例えば図１の筐体１０を２列に並べたような構成となり、それぞれの列が、ここで説明するポイントを有することになる。

【0031】

第４のポイント（溝１４の両側にある低背部２７ｂ）
後述する図６（ｂ）のように、収納室１２は、図１～図３（ｂ）のように、導入口１５から排出口１６まで、円筒を半分に切った形状の第１空間の高背部２７ａが設けられている。溝１４の±Ｙ方向の両側には、上面２１ａ～２１ｃから溝１４の湾曲面までの高さより低い、実質的に水平な上面１１と下面２１を有する第２空間である低背部２７ｂが設けられている。シミュレーションによると、この低背部２７ｂの存在により、低背部２７ｂに気体が入り込み、第１空間とその近傍の第２空間の部分をより均一な流速空間として確保することができる。これは、基板２０ａ～２０ｃ全体を均一な流速空間および濃度空間として覆えるメリットとなる。同時に、検出素子２２ａ～２２ｄがボンディングワイヤ２８により接続される場合、図４（ｂ）のように、ボンディングワイヤ２８の頂部２９を高背部２７ａに位置させたり、低背部２７ｂと高背部２７ａの境界の近傍にボンディングワイヤ２８を通過させたりする。これにより、ボンディングワイヤ２８の終端部やその近傍のボンディングワイヤ２８を低背部２７ｂに位置させることができ、高背部２７ａの直径（幅Ｗ１）を小さくでき、収納室１２の小型化が可能となる。

【0032】

以上の説明から理解できるように、本発明は、気体が通過する内部空間に特徴がある。
以下に、具体的な実施例を説明する。

【0033】

図１から図３（ｂ）に示すように、直方体状の筐体１０は、外壁と内壁を備える。筐体１０は、下面２１と、下面２１と対向する上面１１と、上面１１の周囲から下面に向かって設けられた３つの側面と、を、収納室１２（または流路の一部）の内壁として有する。４つの側面は、上面１１の４つの側辺のうち２つの長辺側（±Ｙ側）の側面と、導入口１５と排出口１６が設けられる２つの側面（２つの短辺側（±Ｘ側）の側面）を有する。上面１１（＋Ｚ側の面）の側から上方に凹んだ溝１４の空間も含めて、収納部１３と呼ぶ。筐体１０は、例えば樹脂または金属からなる。収納部１３内には基板２４が収納され、導入口１５と排出口１６を除いて密閉される。

【0034】

基板２４は、マザーボードとして機能し、配線が設けられてよい。さらに、電源やコンデンサ等の部品が実装されてもよく、回路が形成される。基板２４上に基板２０ａ～２０ｃがＸ方向に配列して設けられている。すなわち、基板２０ａ～２０ｃの上面２１ａ～２１ｃが、筐体１０の上面１１と対向して平行となり、１列に配列して設けられている。基板２０ａ～２０ｃには、配線が設けられている。さらに、基板２０ａ～２０ｃには、配線に電気的に接続された電源またはコンデンサ等の部品が実装されてもよい。例えば、これらの部品は、基板２０ａ～２０ｃの下面側（－Ｚ側）に設けられ、これらの部品により回路が形成される。基板２４と基板２０ａ～２０ｃは、リードを介して電気的に接続されていてもよい。基板２４と基板２０ａ～２０ｃは離間していてもよい。

【0035】

基板２０ａの上面２１ａに検出素子２２ａが設けられ、基板２０ｂの上面２１ｂに検出素子２２ｂが設けられ、基板２０ｃの上面２１ｃに検出素子２２ｃおよび２２ｄが設けられている。検出素子２２ａ～２２ｄは基板２０ａ～２０ｃの配線に電気的に接続されている。基板２０ａ～２０ｃは樹脂基板またはセラミックス基板等の実装基板である。複数の基板２０ａ～２０ｃの代わりに単一の基板を用いてもよい。

【0036】

別々に基板２０ａ～２０ｃを設けることで、検出素子２２ａ～２２ｄの取り換えが個別に可能となる。検出素子２２ａ～２２ｄは流体に触れることによる電気的な反応量を計測するセンサである。この反応量には、検出素子２２ａ～２２ｄの電気容量、電気抵抗、電流、電圧、共振周波数、インピーダンス、または、その他の電気的変化が含まれる。これら反応量を計測することで、流体の温度、湿度、流量、圧力差、流体に含まれる特定の単一または複合物質の量、または、その他の流体（気体）に関する情報を検出できる。例えば、検出素子２２ａおよび２２ｂは気体内の特定の物質を検出するセンサであり、検出素子２２ｃおよび２２ｄはそれぞれ温度センサおよび湿度センサである。検出素子２２ａ～２２ｄは、互いに気体内の異なる物質を検出するセンサでもよい。

【0037】

基板２０ａ～２０ｃと収納部１３は検出素子２２ａ～２２ｄを収納する収納室１２（検出空間または測定空間）を形成する。収納室１２は対向する上面１１（第１面）と下面２１（第２面）とを有する。上面１１は筐体１０の上面であり、下面２１は基板２０ａ～２０ｃの上面２１ａ～２１ｃから形成される。収納室１２の平面形状は例えば矩形状である。収納室１２の－Ｘ側の側面に導入路１７が設けられて、検出対象の気体が収納室１２に導入される。すなわち、導入路１７は、収納室１２の上面１１のＸ方向に対向する側辺のうち一方（－Ｘ側）の側辺において、溝１４の一端に接続し、溝１４の一端から外（－Ｘ方向）に向かって筐体１０内に設けられている。収納室１２の＋Ｘ側の側面に排出路１８が接続される。すなわち、排出路１８は、収納室１２の上面１１のＸ方向に対向する側辺のうち他方（＋Ｘ側）の側辺において、溝１４の他端に接続し、溝１４の他端から外（＋Ｘ方向）に向かって筐体１０内に設けられている。収納室１２と導入路１７とが接する箇所は導入口１５である。収納室１２と排出路１８とが接する箇所は排出口１６である。収納室１２の上面１１には、上面１１のＸ方向に対向する２つの側辺のうち一方の側辺と他方の側辺とをつないで上方に凹んだ凹部として延在する溝１４が設けられている。溝１４は、導入口１５から排出口１６まで直線状に延伸して設けられている。溝１４の断面形状は半円状である。溝１４の断面形状は、矩形等の多角形状の上半分または楕円形状等の上半分でもよい。検出素子２２ａ～２２ｄは、溝１４に対向する上面２１ａ～２１ｃに設けられている。すなわち、平面視において、検出素子２２ａ～２２ｄの各々の少なくとも一部は、溝１４の少なくとも一部と重なる。

【0038】

導入路１７に検出する気体が導入される。気体は、導入口１５から収納室１２に導入され、気体のガイドとなる溝１４に沿って、検出素子２２ａ～２２ｄの上面を通過する。気体は、排出口１６から排出路１８を通り排出される。検出素子２２ａ～２２ｄにより検出された気体に関する情報は、例えば、基板２４に設けられた回路により演算され、例えば気体内の物質の種類または気体のにおいが判定される。例えば、実施例１では、流体として空気等の気体を例に説明するが、流体は液体でもよい。

【0039】

図４（ａ）は、実施例１における基板２０ａの平面図、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図４（ａ）および図４（ｂ）に示すように、収納室１２の下面２１に基板２０ａが設けられている。基板２０ａ（第１基板）の上面２１ａに検出素子２２ａ（第１検出素子）が接合（固着）されている。検出素子２２ａの表面には感応膜である感応部２３（第１感応部）および電極２８ｃ（第１電極）が設けられている。基板２０ａの上面２１ａにおける検出素子２２ａの周囲にはパッド２８ａ（第１パッド）と、パッド２８ａと電気的に接続される導電パターン２８ｂ（第１導電パターン）と、が設けられている。検出素子２２ａの上面の電極２８ｃと基板２０ａの上面２１ａのパッド２８ａとはボンディングワイヤ２８（第１ボンディングワイヤ）により電気的に接続されている。感応部２３に気体内の特定の物質が吸着すると、検出素子２２ａの抵抗値または共振周波数などが変化する。検出素子２２ａは、例えばＱＣＭ（Quartz Crystal Microbalance）センサ、ＳＡＷ（Surface Acoustic Wave）センサ、ＢＡＷ（Bulk Acoustic Wave）センサ等であり、感応部２３に吸着した特定の物質の重さにより共振周波数が変化するセンサである。検出素子２２ａは、感応部２３に気体内の特定の物質が吸着すると抵抗値が変化するセンサでもよい。検出する気体内の物質としては、例えばエタノール、アセトンもしくはトルエン等の有機化合物、または、アンモニア、窒素酸化物、オゾンもしくは塩素等の無機物質である。

【0040】

収納室１２の上面１１のうち溝１４が設けられた領域は第１領域２５ａであり、上面１１のうち第１領域２５ａ以外の領域は第２領域２５である。溝１４（第１領域２５ａ）と基板２０ａとの間の空間は高背部２７ａであり、第２領域２５と基板２０ａとの間の領域は低背部２７ｂである。低背部２７ｂは、溝１４のＸ方向の両側の外側に収納室１２の側面まで連続して設けられている。検出空間である収納室１２は、高背部２７ａと低背部２７ｂとを有する。

【0041】

平面視において溝１４は感応部２３の全てに重なることが好ましい。溝１４（すなわち第１領域２５ａ）のＹ方向（上面１１の平面方向でありかつ検出素子２２ａ～２２ｄの配列方向に直交する方向）における幅Ｗ１は、感応部２３のＹ方向における幅Ｗ３以上であり、溝１４の幅Ｗ１は、検出素子２２ａのＹ方向における幅Ｗ２以上が好ましい。すなわち、高背部２７ａと２つの低背部２７ｂのそれぞれの２つの境界は検出素子２２ａを挟むように位置する。これにより、気体が効率的に感応部２３に供給される。溝１４の幅Ｗ１は、収納室１２のＹ方向における幅Ｗ４より十分に小さい。

【0042】

溝１４の底面（上面）と基板２０ａの上面２１ａからの高さＨ１は、低背部２７ｂに対応する第２領域２５において、収納室１２の上面１１と基板２０ａの上面２１ａの間の高さＨ２の２倍程度である。高さＨ２はボンディングワイヤ２８が上面１１に接触して、変形しない程度の高さが好ましい。検出素子２２ａの高さＨ３は、高さＨ２以下である。

【0043】

検出素子２２ｂ（第２検出素子）においても、検出素子２２ａと同様に、感応部２３（第２感応部）および電極２８ｃ（第２電極）が設けられている。基板２０ｂ（第２基板）においても、基板２０ａと同様に、パッド２８ａ（第２パッド）および導電パターン２８ｂ（第２導電パターン）が設けられている。電極２８ｃとパッド２８ａとはボンディングワイヤ２８（第２ボンディングワイヤ）により電気的に接続されている。検出素子２２ａと２２ｂに対応する収納室１２の上面１１には、溝１４が設けられている。

【0044】

再度述べる。基板２０ａに実装される検出素子２２ａは、６面体のチップタイプである。電気的接続には、例えば、ボンディングワイヤ２８（金属細線）を用いている。ボンディングワイヤ２８は高背部２７ａと低背部２７ｂとの間の境界を通過する。図４（ｂ）の左側（＋Ｙ側）のボンディングワイヤ２８では、ボンディングワイヤ２８は、検出素子２２ａの上面から上に立ち上がり、ボンディングワイヤ２８の頂部２９を通過して基板２０ａの上面２１ａのパッドに向かって左（外側）に下がっている。

【0045】

ボンディングワイヤ２８には頂部２９が形成されるため、低背部２７ｂの高さＨ２は、この頂部２９よりも若干高くする。また、溝１４と低背部２７ｂの境界よりも頂部２９を内側に入れることにより、低背部２７ｂを低くできる。しかもボンディングワイヤ２８の頂部２９よりも外側の任意の位置からパッド２８ａに接続されるボンディングワイヤ２８の終端部までの延在部分を低背部２７ｂに設けられる。このため、溝１４の幅Ｗ１を狭くできる。つまり低背部２７ｂの存在により、溝１４の幅Ｗ１が狭くでき、筐体１０のサイズも小さくできる。さらに、溝１４の幅Ｗ１を狭くできるため、気体の濃度分布もより均一になるメリットを有する。

【0046】

［シミュレーション１］
実施例１と比較例１について、収納室１２内の気体の流れをシミュレーションした。比較例１は、溝１４を設けていない以外の構成は実施例１と同じである。すなわち、比較例１は高背部２７ａを設けない構造である。シミュレーション１では、溝１４の高さのＨ１を２ｍｍ、収納室１２の領域２５における高さ（つまり低背部２７ｂの高さ）Ｈ２を１ｍｍ、溝１４の幅Ｗ１を２ｍｍとした。溝１４の断面形状は半円である。

【0047】

図５（ａ）および図５（ｂ）は、シミュレーション１におけるそれぞれ比較例１および実施例１の気体の流れを示す平面図である。図５（ａ）および図５（ｂ）において、収納室１２内の線は気体の流束５０を示している。流束５０が密なところでは流束密度が大きく流れる気体の量が多く、流束が疎なところでは流束密度が小さく流れる気体の量が少ない。流束に粗密があると、流束密度に分布が生じ気体の量に分布が生じていることを示している。収納室１２の導入口１５から矢印５２のように気体が導入され、収納室１２の排出口１６から矢印５３のように気体が排出される。

【0048】

図５（ａ）に示すように、比較例１では、流束５０は収納室１２全体に分布しており、導入口１５から導入された気体は収納室１２内に拡散して流れている。排出口１６付近では、流束５０が渦を巻いており、流束５０に分布が生じている。位置５１ａにおける流速は０．５～１ｍ／ｓである。

【0049】

図５（ｂ）に示すように、実施例１では、流束５０は溝１４に対応する部分の流束５０が密であり、気体は主に溝１４付近を流れている。溝１４の位置５１ｂにおける気体の速度（流速）は２～３ｍ／ｓであり、比較例１の流速の約２倍である。

【0050】

このように、比較例１では、気体が収納室１２内に拡散するため、検出素子２２ａ～２２ｄに気体を効率よく供給することができない。これにより、検出素子２２ａ～２２ｄの感度が低下し、検出値が変動する。また、検出素子２２ａ～２２ｄ付近の流速が遅いため、検出素子２２ａ～２２ｄに供給される気体の量が少なくなってしまう。これにより、検出素子２２ａ～２２ｄの感度が低下してしまう。さらに、流束５０に渦が生じると流束５０に分布が生じるため、検出素子２２ａ～２２ｄを設ける場所により、検出素子２２ａ～２２ｄに供給される気体の量が異なってしまう。このため、検出素子２２ａ～２２ｄによって感度にばらつきが生じてしまう。

【0051】

一方、実施例１では、比較例１に比べ、溝１４に気体が集中して流れるため、検出素子２２ａ～２２ｄに効率よく気体が供給され、検出素子２２ａ～２２ｄの感度が向上し、検出値の変動も抑制される。また、溝１４付近における流速が速いため、検出素子２２ａ～２２ｄに供給される気体の量が多くなり、検出素子２２ａ～２２ｄの感度が向上する。さらに、比較例１のような渦は生成されず、溝１４付近では流束５０の分布が均一である。これにより、検出素子２２ａ～２２ｄに同程度の気体が供給される。よって、検出素子２２ａ～２２ｄによる感度にばらつきを抑制できる。さらに、流速が早い部分は、気体が導入された始めの期間（例えば、３～４秒）において、気体の濃度が濃い状態となる。これを利用して、検出素子２２ａ～２２ｄの感度を向上させることができる。

【0052】

［シミュレーション２］
実施例１と比較例２について、流速をシミュレーションした。比較例２は、溝１４の代わりに、パイプ状の流路１４ｃを設けている構造である。検出素子２２ａ～２２ｄを実装するため、流路１４ｃの下面２１側は平坦である。図６（ａ）および図６（ｂ）は、シミュレーション２におけるそれぞれ比較例２および実施例１の気体の速度を示す断面図である。図６（ａ）および図６（ｂ）における実線は流速の等高線を示している。検出素子は設けられていない。その他のシミュレーション条件はシミュレーション１と同じある。

【0053】

図６（ａ）のように、比較例２では、流路１４ｃの断面形状は上部が円形状であり下部が矩形であり、溝１４に相当する領域外に低背部２７ｂは設けられていない。流路１４ｃの高さおよび幅は、実施例１の高さＨ２および幅Ｗ１とそれぞれ同じである。図６（ｂ）のように実施例１では、溝１４の上面の収納室１２の下面２１からの高さＨ１を２ｍｍとし、収納室１２の溝１４以外の領域２５の上面１１の下面２１からの高さＨ２を１ｍｍとし、溝１４の幅Ｗ１を２ｍｍとした。

【0054】

図６（ａ）に示すように、比較例２では、流路１４ｃ内において流速が最も大きいのは中心付近（流路１４ｃの下面２１から高さＨ１の１／２）付近であり、流速の分布は同心円状である。検出素子２２ａ～２２ｄの高さＨ３（図４（ｂ）参照）は、領域２５における高さＨ２より小さい。よって、気体の大部分は検出素子２２ａ～２２ｄの上面より上方を通過してしまい、気体を検出素子２２ａ～２２ｄの感応部２３に効率的に供給することができず、検出素子２２ａ～２２ｄの感度が低下する。流路１４ｃがパイプ状であると、濃度の高い部分が中心にできて、中心から外に向かって分布が生じる。これにより、濃度の高い部分と流路１４ｃの下面２１との間に高さが発生してしまう。これにより、検出素子２２ａ～２２ｄの上面の位置において気体の濃度および速度の変動が発生する。

【0055】

一方、図６（ｂ）に示すように、実施例１では、気体の流れが溝１４の下方から領域２５に広がっている。このため、流速が最も大きいのは、溝１４の下方であり、収納室１２の下面２１から高さＨ１の１／４付近である。流速の分布は溝１４下方から領域２５に広がる楕円状である。気体の流速の速い領域が検出素子２２ａ～２２ｄの上面付近となり、気体を検出素子２２ａ～２２ｄの感応部２３に効率的に供給することができ、検出素子２２ａ～２２ｄの感度を向上できる。気体の濃度分布がある程度均一な部分が基板２０ａ～２０ｃ側に近づき、横方向に均一な部分が広がっている。これにより、検出素子２２ａ～２２ｄの検出値の変動を抑えられる効果がある。

【0056】

以上のように、実施例１によれば、収納室１２の上面１１の第１領域２５ａに導入口１５から排出口１６まで直線状に延伸して溝１４が設けられている。検出素子２２ａ～２２ｄは、収納室１２の下面２１の溝１４に対向する位置に設けられている。これにより、図５（ｂ）のように、比較例１の図５（ａ）にくらべ、溝１４に気体が集中して流れ、溝１４付近における流速が速いため、検出素子２２ａ～２２ｄに効率よく気体を供給できる。また、実施例１では、溝１４が設けられた第１領域２５ａ以外の第２領域２５において、収納室１２の上面１１と下面２１とは空洞を介し対向する。これにより、図６（ｂ）のように、気体の流速の速い領域が検出素子２２ａ～２２ｄの上面付近となる。よって、気体を検出素子２２ａ～２２ｄに効率的に供給することができる。これらにより、検出素子２２ａ～２２ｄの感度が向上する。

【0057】

図１から図３（ａ）のように、複数の検出素子２２ａ～２２ｄを収納室１２の下面２１の溝１４が設けられた第１領域２５ａに対向する位置に設ける。これにより、図５（ａ）のように、気体は溝１４に沿って均一に流れるため、複数の検出素子２２ａ～２２ｄに供給される気体の量を均一にでき、検出素子２２ａ～２２ｄの感度のばらつきを抑制できる。

【0058】

収納室１２の下面２１は、筐体１０の一部でもよい。この場合、筐体１０に収納室１２を形成することが難しい。そこで、検出素子２２ａ～２２ｄは、基板２０ａ～２０ｃの上面２１ａ～２１ｃ（実装面）に実装されており、収納室１２の下面２１を基板２０ａ～２０ｃの上面２１ａ～２１ｃとする。これにより、図１～図３（ｂ）のように、筐体１０の底面に収納部１３を設け、収納部１３に基板２０ａ～２０ｃを挿入することで、簡単に収納室１２を形成できる。基板２０ａ～２０ｃの個数は３個に限らず、１個または複数であればよい。

【0059】

高さＨ２（すなわち溝１４以外の領域２５における上面１１と下面２１との距離）が大きい場合、溝１４を通過する気体が少なくなり、図５（ａ）の比較例１の状態に近づいてしまう。この観点から高さＨ２は、高さＨ１（すなわち溝１４（第１領域２５ａ）の下面２１から最も離れた箇所と下面２１との距離）の０．９倍以下が好ましく、０．８倍以下がより好ましく、０．７以下がさらに好ましい。高さＨ２が小さい場合、図６（ｂ）のように、気体が領域２５に広がることができず、図６（ａ）の比較例２の状態に近づいてしまう。この観点から高さＨ２は、高さＨ１の０．１倍以上が好ましく、０．２倍以上がより好ましく、０．３以上がさらに好ましい。

【0060】

溝１４の幅Ｗ１が小さい場合、溝１４内を流れる気体が減り、溝１４を設けない図５（ａ）の比較例１に近づいてしまう。この観点から、溝１４の幅Ｗ１は、高さＨ１の０．２倍以上が好ましく、０．３倍以上がより好ましく、０．５倍以上がさらに好ましい。溝１４の幅Ｗ１が大きい場合、相対的に高さＨ１が小さくなり、溝１４を設けない図５（ａ）の比較例１に近づいてしまう。この観点から、溝１４の幅Ｗ１は、高さＨ１の５倍以下が好ましく、３．５倍以下がより好ましく、２倍以下がより好ましい。

【0061】

溝１４の幅Ｗ１が収納室１２の幅Ｗ４と同程度の場合、図６（ａ）の比較例２に近づいてしまう。この観点から、溝１４の幅Ｗ１は、収納室１２の幅Ｗ４の１／２倍以下が好ましく、１／５倍以下がより好ましい。

【0062】

検出素子２２ａ～２２ｄの高さＨ３（図４（ｂ）参照）が大きすぎると、気体が溝１４から領域２５に広がりにくくなる。この観点から、高さＨ３は高さＨ２の０．８倍以下が好ましく、０．６倍以下がより好ましく、０．４倍以下がさらに好ましい。検出素子２２ａ～２２ｄの高さＨ３が小さすぎると、図６（ｂ）のように、検出素子２２ａ～２２ｄの上面の気体の流速が小さくなるため、検出素子２２ａ～２２ｄの上面に気体が供給されにくくなる。この観点から、高さＨ３は高さＨ２の０．１倍以上が好ましく、０．２倍以上がより好ましい。

【実施例0063】

図７（ａ）は、実施例２に係る検出装置の平面図、図７（ｂ）は、図７（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図７（ａ）では、収納室１２、基板２０ａ～２０ｃ、検出素子２２ａ～２２ｄを実線で図示し、溝１４、導入口１５、排出口１６、導入路１７および排出路１８を破線で図示している。

【0064】

図７（ａ）および図７（ｂ）に示すように、実施例２では、基板２０ｂ上に部材２６が設けられている。部材２６は、例えば検出素子２２ｂ（別の検出素子）を覆うカバー（金属キャップ）または検出素子２２ｂを封止する封止体である。カバーを設けることで、カバー内の検出素子２２ｂには気体が供給されず、検出素子２２ｂを、気体を供給しない基準の検出素子として用いることができる。部材２６は、カバー以外でもよく、例えば、気体の流れを阻害するもの、例えばパッケージされた電子部品でもよい。部材２６のＹ方向における幅はＷ５であり、部材２６の高さはＨ５である。

【0065】

［シミュレーション３］
実施例２と比較例３について、収納室１２内の気体の流れをシミュレーションした。比較例３は、溝１４を設けていない以外の構成は実施例２と同じである。部材２６の高さＨ５は領域２５における収納室１２の高さＨ２とほぼ同じとした。その他のシミュレーション条件はシミュレーション１と同じである。

【0066】

図８（ａ）および図８（ｂ）は、シミュレーション３におけるそれぞれ比較例３および実施例２の気体の流れを示す平面図である。図８（ａ）に示すように、比較例３では、部材２６に気体が到達する前において流束５０が不安定であり、導入口１５の直後に、大きな渦が形成される。図８（ｂ）に示すように、実施例２では、部材２６に気体が到達する直前まで、流束５０は溝１４に沿っている。収納室１２内の渦を形成する流束５０は、比較例３ほど大きくない。

【0067】

比較例３のように、収納室１２の上面１１と基板２０ａ～２０ｃ（下面２１）との間に部材２６を設けると、気体の流れが不安定になる。しかし、実施例２のように、溝１４を設けることで、気体の流れが安定になる。部材２６のＹ方向における幅Ｗ５が大きい場合、比較例３では、気体の流れが不安定になる。そこで、部材２６が溝１４に対向する位置に設けられ、かつ部材２６の幅Ｗ５が溝１４の幅Ｗ１より大きい場合、溝１４を設けることで気体の流れを安定にできる。これにより、検出素子２２ａ～２２ｄの感度を再現性よくできる。幅Ｗ５が幅Ｗ１の２倍以上、または３倍以上の場合、気体の流れがより不安定となるため、溝１４を設けることが好ましい。部材２６の高さＨ５が大きい場合、比較例３では、気体の流れが不安定になる。そこで、部材２６の高さＨ５が検出素子２２ａ～２２ｄの高さＨ３より大きい場合、溝１４を設けることが好ましい。高さＨ５が高さＨ３の１．５倍以上または３倍以上の場合、気体の流れがより不安定となるため、溝１４を設けることが好ましい。