颗粒状物质检测元件、颗粒状物质检测传感器以及颗粒状物质检测元件的制造方法
【专利摘要】本发明涉及用于对被测定气体中的颗粒状物质进行检测的颗粒状物质检测元件(10)，其具有：平板状导体层(11、12)；平板状绝缘层(100)；将所述导体层(11、12)与所述绝缘层(100)交替堆积而成的层叠结构；将所述层叠结构的截面中的所述导体层(11、12)作为极性不同的一对检测电极的检测部(13)。所述导体层(11、12)具有固定膜厚，并具备截面为长条形的导体层平面部(110、120)和位于该导体层平面部两侧的逐渐变细的截面为三角形的导体层末端边缘部(111、121)。
【专利说明】
颗粒状物质检测元件、颗粒状物质检测传感器以及颗粒状物 质检测元件的制造方法
技术领域
[0001] 本申请例如适合用于车辆用内燃机的废气净化系统，其涉及对存在于作为被测定 气体的废气中的颗粒状物质进行检测的颗粒状物质检测元件、颗粒状物质检测传感器以及 颗粒状物质检测元件的制造方法。
【背景技术】
[0002] 以往，提出了各种对被测定气体中的颗粒状物质进行检测的颗粒状物质检测传感 器。颗粒状物质检测传感器在具有绝缘性的基板的表面形成一对电极，并利用颗粒状物质 具有导电性的性质，基于因颗粒状物质沉积在一对电极之间所产生的电阻值、静电容等电 特性的变化对内燃机的燃烧废气等被测定气体中的颗粒状物质进行检测。
[0003] 例如，日本特表2008-502892号公报公开了一种传感器元件，其在氧化铝陶瓷等绝 缘基板上形成有一对梳形电极。
[0004] 对于上述专利文献的传感器元件而言，由电源部向一对电极之间施加电压，由此 在相互啮合的梳形电极之间的空间形成不均匀的电场，从而使电极吸引从传感器元件通过 的废气中包含的煤颗粒并使其沉积，可以通过对此时的电极之间电阻进行检测来测定煤沉 积量。
[0005] 另一方面，日本特开昭60-196659号公报公开了一种传感器用电阻测定电极，其为 了以良好的精度形成现有厚膜印刷所难以实现的电极之间距离为50wii以下，通过厚膜印刷 和生片(green sheet)将导体层与绝缘层交替堆积而形成层叠结构，利用其截面将导体层 作为电极，并公开了能够使电极之间距离小至由绝缘层的膜厚所决定的10M1左右。
[0006] 专利文献1:日本特表2008-502892号公报 [0007] 专利文献2:日本特开昭60-196659号公报
【发明内容】
[0008] 发明要解决的问题
[0009] 然而，如日本特表2008-502892号公报中那样，将导体层与绝缘层交替堆积而形成 层叠结构，将在其截面露出的导体层用作一对电极；如日本特表2008-502892号公报中那 样，在电极之间施加电压来形成电场，从而使颗粒状物质沉积在电极之间，此时电荷的集中 发生在电极端部的角部。
[0010] 因此，可知容易引起颗粒状物质局部沉积到电场强度高的电极端部附近，不灵敏 质量的个体差扩大，有可能使得检测精度降低。
[0011] 因此，鉴于上述实际情况，本申请的目的在于：提供一种颗粒状物质检测元件，该 颗粒状物质检测元件将平板状导体层与平板状绝缘层交替堆积而形成层叠结构，将在其截 面所露出的导体层作为一对电极来构成检测部，在该颗粒状物质检测元件中，使电极层端 部的形状为特征性形状，抑制电场向电极层端部集中；并且提供一种颗粒状物质检测传感 器，该颗粒状物质检测传感器使用上述颗粒状物质检测元件，在一对电极之间作用高电压 来形成电场，由此对颗粒状物质进行收集，同时对随着沉积在电极之间的颗粒状物质的沉 积量而变化的电特性进彳丁检测，从而以尚精度对被测定气体中的颗粒状物质进彳丁检测；提 供一种颗粒状物质检测元件的制造方法，该颗粒状物质检测元件的制造方法抑制电荷向电 极端部集中，从而能够实现高检测精度。
[0012] 用于解决问题的手段
[0013] 本申请的颗粒状物质检测元件（10、10a、10c、10d、10f)具有将平板状导体层（11、 1 la、11c、lid、Ilf、12、12a、12c、12d、12f)与平板状绝缘层（100、100a、100c、100c、100d、 lOOf)交替堆积而成的层叠结构，利用其截面来构成将所述导体层作为极性不同的一对检 测电极的检测部（13、13a、13c、13d、13f)。而且，对随着沉积在该检测部的颗粒状物质的量 而变化的电特性进行计测，并用于对被测定气体中的颗粒状物质进行检测。该颗粒状物质 检测元件的特征在于，所述导体层具有固定膜厚，并具备截面为长条形的导体层平面部 (110、110a、110c、110d、110f、120、120a、120c、120d、120f)和位于该导体层平面部两侧的逐 渐变细的截面为三角形的导体层末端边缘部（lll、llla、lllc、llld、lllf、121、121a、121c、 121d、121f) 〇
[0014]另外，对于本申请而言，上述导体层也可以是：具有固定膜厚，并具备截面为长条 形的导体层平面部（1 l〇b、110e、110g、120b、120e、120g)和位于该导体层平面部两侧的平滑 弯曲的截面为圆弧形的导体层末端边缘部（lllb、lll e、lllg、121b、121e、121g)。
[0015] 发明效果
[0016] 根据本申请，上述导体层末端边缘部上的电场集中得到抑制，并且由于颗粒状物 质局部沉积到电场集中部而导致的不灵敏质量的变动得到抑制。因此，能够实现检测精度 稳定的颗粒状物质检测元件。
【附图说明】 [0017] 附图中，
[0018] 图1A是示出本申请的第一实施方式的颗粒状物质检测传感器1的全部概要的结构 图；
[0019] 图1B是作为用于图1A的颗粒状物质检测传感器1的颗粒状物质检测元件10的主要 部分的检测部13的放大立体图；
[0020] 图1C是示出用于图1A的颗粒状物质检测传感器1的颗粒状物质检测元件10的内部 结构的一个例子的分解立体图；
[0021] 图2A是作为比较例1示出的电极层端面为四边形的现有颗粒状物质检测元件10z 的主要部分的放大图；
[0022]图2B是作为本申请的实施例1示出的电极层端面为钝角三角形的颗粒状物质检测 元件10的主要部分的放大图；
[0023]图2C是作为本申请的实施例2示出的电极层端面为锐角三角形的颗粒状物质检测 元件l〇a的主要部分的放大图；
[0024]图2D是作为本申请的实施例3示出的电极层端面为圆弧形的颗粒状物质检测元件 l〇b的主要部分的放大图；
[0025]图3A是作为比较例2示出的电极层端面为四边形并且端面位置不固定的现有颗粒 状物质检测元件l〇y的主要部分的放大图；
[0026]图3B是作为本申请的实施例4示出的电极层端面为钝角三角形并且端面位置不固 定的颗粒状物质检测元件l〇c的主要部分的放大图；
[0027]图3C是作为本申请的实施例5示出的电极层端面为锐角三角形并且端面位置不固 定的颗粒状物质检测元件l〇d的主要部分的放大图；
[0028] 图3D是作为本申请的实施例6示出的电极层端面为圆弧形并且端面位置不固定的 颗粒状物质检测元件l〇e的主要部分的放大图；
[0029] 图4A是示出比较例1中的检测部平面的电场强度分布的示意图；
[0030] 图4B是示出实施例1中的检测部平面的电场强度分布的示意图；
[0031] 图4C是示出实施例2中的检测部平面的电场强度分布的示意图；
[0032] 图4D是示出实施例3中的检测部平面的电场强度分布的示意图；
[0033] 图5A是示出比较例2中的检测部平面的电场强度分布的示意图；
[0034] 图5B是示出实施例4中的检测部平面的电场强度分布的示意图；
[0035]图5C是不出实施例5中的检测部平面的电场强度分布的不意图；
[0036]图f5D是不出实施例6中的检测部平面的电场强度分布的不意图；
[0037] 图6是示出实施例7中的检测部13f的概要的主要部分放大立体图；
[0038] 图7A是与比较例1 一起示出实施例1的传感器输出变化的特性图；
[0039] 图7B是与多个比较例一起示出本申请对降低不灵敏质量偏差的效果的特性图；
[0040] 图8A是示出比较例1的制造工序的概要的示意图；
[0041] 图8B是示出比较例3的制造工序的概要的示意图；
[0042] 图8C是不出本申请的实施例1的制造工序的概要的不意图；
[0043]图8D是示出本申请的实施例2的制造工序的概要的示意图；
[0044]图9A是示出用于制造本申请的颗粒状物质检测元件的厚膜印刷用丝网的概要的 俯视图；
[0045]图9B是与图9A中沿B-B的剖视图相对应的形成了导体层的绝缘层的剖视图和俯视 图；
[0046] 图10是示出用于本申请的厚膜印刷用丝网的变形例的俯视图。
【具体实施方式】
[0047] 参照图1A、图1B、图1C，对本申请的第一实施方式的颗粒状物质检测传感器1以及 作为本申请的主要部分的颗粒状物质检测元件10的概要进行说明。
[0048] 本申请的颗粒状物质检测传感器1(以下称为传感器1)例如由颗粒状物质检测元 件1〇(以下简称为元件10)、电源2和测定部3构成，其中，元件10将内燃机的燃烧废气作为被 测定气体，并设置有配置于被测定气体中的检测部13,电源2对元件10施加规定电压，测定 部3对流至元件10的电流、电压的变化、阻抗的变化等电特性进行计测，由此对被测定气体 中的颗粒状物质进行检测。
[0049] 通过测定部3对随着沉积在元件10的检测部13的颗粒状物质的量而变化的电特性 进行计测，由此能够对被测定气体中的颗粒状物质进行检测。
[0050]此外，以下说明中，将设置元件10的检测部13并暴露于被测定气体的一侧称为前 端侧;将与电源部2和测定部3连接的一侧称为基端侧。
[0051] 传感器1可以设置在DPF(Diesel Particulate Filter，柴油机微粒过滤器）的下 游来用于对DPF的异常进行检测。或者，也可以设置在DPF的上游来用于对流入DPF的颗粒状 物质PM进行直接检测的系统。
[0052]此外，当实际配置在被测定气体流道时，为了固定元件10,可以适当采用未图示的 外罩或保护检测部13的盖体等通常作为颗粒状物质检测传感器来使用的公知构成。
[0053]参照图1B，对作为本申请的主要部分的元件10的特征进行详细说明。
[0054]元件10具有将平板状导体层11、12与平板状绝缘层100交替堆积而成的层叠结构。
[0055] 元件10利用其截面构成了将导体层11、12作为极性不同的一对检测电极的检测部 13。
[0056] 如图1B所示，检测部13是通过一对导体层11、12的截面隔着绝缘层100交替排列而 构成的。
[0057] 就本实施方式而言，其特征在于，导体层11、12具有固定膜厚，并具备截面为长条 形的导体层平面部110、120(以下简称为平面部110、120)和位于导体层平面部110、120两侧 的逐渐变细的截面为三角形的导体层末端边缘部111、121(以下简称为末端边缘部111、 121) 〇
[0058]本申请通过在导体层11、12的两末端边缘设置将截面形成为三角形的导体层末端 边缘部111、121，由此抑制电场向导体层11、12的末端边缘集中，从而防止颗粒状物质局部 沉积到电场集中部(即，电场集中的部分），可实现检测精度的提高、稳定化。
[0059] 导体层11、12可以适当使用公知的导电性材料。例如，可以使用铝、金、铂、钨等金 属材料或氧化I了等金属氧化物材料或者选自LNF(LaNio.6Feo.4〇3)、LSN(LaNio.6Feo.4〇3)、LSM (Lai-xSrxMn〇3-s)、LSC(Lai-xSrxCo〇3-s)、LCC(Lai-xCaxCr〇3-s)、LSCN(Lao. 85Sr〇. i5Cri-xNix〇3-s) (0.1 .7)中的任一种的钙钛矿型导电性氧化物材料。
[0060] 绝缘层100中可以适当使用：氧化铝、氧化镁、二氧化钛、富铝红柱石等绝缘层材 料;将介电常数高的钛酸钡等高介电常数材料与氧化铝或氧化锆混合而成的电介质材料； 以8YSZ (Zr02) 0.82 (Y2〇3) 0.08)为代表的部分稳定化氧化锆等公知的陶瓷材料。
[0061] 此外，本实施方式示出了通过在形成为长方体状的颗粒状物质检测元件10的前端 侧的侧面方向露出一对导体层11、12的截面来形成了检测部13的示例，但也可以通过从元 件10的前端侧的底面露出一对导体层11、12的截面来设置检测部13。
[0062] 另外，图1A~图1C采用不同的影线来表明一对导体层11、12交替层叠、极性交替不 同，并不是要区别两导体层11、12的材质。
[0063] 参照图1C，对更具体的元件10的内部结构进行说明。
[0064] 绝缘层100通过刮刀法等公知的制法形成为平板状，并根据需要在规定位置钻出 通孔，形成有通孔电极114、124。
[0065] 一对导体层11、12由平面部110、120、引线部112、122、端子部113、123、通孔电极 114、124、125构成，其中，平面部110、120通过后述制造方法设置有末端边缘部111、121，引 线部112、122以与外部连接为目标。
[0066] 通孔电极114、124以使极性相同的平面部110、120彼此导通为目标。
[0067] 引线部112、122、通孔电极114、124、端子部113、123是通过公知的厚膜印刷等制法 形成的。
[0068] 采用了层叠结构。具体来说，在绝缘层100上交替形成导体层11、12,将由此形成的 结构堆积多层，形成层叠结构;就本实施方式而言，在最下段的绝缘层100H形成以通电来发 热的发热体140、以与发热体140导通为目标的一对引线部141和端子部142,构成了发热部 14〇
[0069] 发热体140中使用了钨、硅化钼、氧化钌等公知的电阻发热体材料；引线部141、端 子部142中使用了金、铂、钨等公知的导电性金属材料，并通过厚膜印刷等公知的方法来形 成。
[0070] 元件10可以通过烧成而形成为一体。
[0071] 另外，本实施方式中的检测部13是通过下述方式形成的:在经过层叠、烧成工序之 后，以在元件10的侧面部露出截面的方式适当切断，并实施研磨。
[0072] 此处，参照图2A、图2B、图2C、图2D、图3A、图3B、图3C、图3D，对为了确认本申请的效 果而进行了研究的比较例1、实施例1、实施例2、实施例3、比较例2、实施例4、实施例5、实施 例6进行说明。
[0073]另外，就比较例、实施例而言，基本结构均是与图1C所示的实施例1相同的层叠结 构；以下说明中，就各自对应的部分，对比较例1、2、3、4附上符号z、y、X、w作为分支号，对实 施例2~8分别附上分支号a~g来进行区别。
[0074] 就作为比较例1示于图2A的元件10z而言，绝缘层100z、导体层110z与导体层120z 交替层叠。
[0075]比较例1的导体层110z、120z的截面为矩形、端面为四边形，端面的位置对齐。
[0076]就作为实施例1示于图2B的元件10而言，绝缘层100、导体层110与导体层120交替 层叠。
[0077]在实施例1的导体层110、120形成有逐渐变细的具有三角形(钝角）截面的末端边 缘部111、121，末端边缘部111、121的位置对齐。
[0078]作为实施例2示于图2C的元件10a与实施例1的不同点在于:末端边缘部llla、121a 形成了锐角三角形的截面。
[0079]作为实施例3示于图2D的元件10b与实施例1的不同点在于:末端边缘部lllb、121b 形成了弯曲的圆弧形的截面。其特征在于，导体层具有固定膜厚，并具备截面为长条形的导 体层平面部110b、120b和位于该导体层平面部两侧的平滑弯曲的截面为圆弧形的导体层末 端边缘部lllb、121b。
[0080] 作为比较例2示于图3A的元件10y与比较例1的不同点在于:虽然导体层110y、120y 同样具有四边形的端面，但端面位置没有对齐。
[0081] 作为实施例4示于图3B的元件10c与实施例1的不同点在于：虽然在导体层110c、 120c同样形成有逐渐变细的具有三角形(钝角)截面的末端边缘部lllc、121c，但末端边缘 部lllc、121c的位置没有对齐。
[0082]作为实施例5示于图3C的元件10d与实施例2的不同点在于：虽然在导体层110d、 120d同样形成有逐渐变细的具有三角形(锐角）截面的末端边缘部llld、121d，但末端边缘 部llld、121d的位置没有对齐。
[0083]作为实施例6示于图3D的元件10e与实施例3的不同点在于:虽然同样形成了末端 边缘部llle、121e弯曲的圆弧形的截面，但末端边缘部llle、121e的位置没有对齐。
[0084] 此处，参照图4A、图4B、图4C、图4D、图5A、图5B、图5C、图就当向一对导体层之间 施加固定电压时产生在检测部平面上的电场强度分布，对比较例1、实施例1~3、比较例2、 实施例4~6中的模拟结果的差异进行说明。
[0085]由图4A所示可知:就比较例1而言，其在导体层llz、12z的角部产生强电场集中，一 对平面部110z、120z之间的电场强度变得均匀的区域中的电场强度相对降低。
[0086]由图4B如所示可知：就实施例1而言，电场集中部分散在各末端边缘部111、121这 三处，电场集中的比例相对降低，平面部110、120之间电场强度变得均匀的区域中的电荷强 度与此相对应地相对升高。
[0087]由图4C所示可知:就实施例2而言，其进一步抑制了电场集中，平面部110a、120a之 间的电场强度变得均匀的区域中的电荷强度与此相对应地变得最高。
[0088]由图4D所示可知:就实施例3而言，其电场集中也得到抑制，平面部110b、120b之间 的电场强度变得均匀的区域中的电荷强度相对升高。
[0089] 接着，对端面位置没有对齐的情况进行观察，由图5A所示可知:就比较例2而言，电 场集中与比较例1相比更加得到了抑制，一对平面部110y、120y之间的电场强度变得均匀的 区域中的电场强度与比较例1相比相对升高。
[0090] 另一方面，就实施例4、5可知:它们与实施例1、2相比反而引起了电荷集中，一对平 面部110(：、110(1、120(3、120(1之间的电场强度变得均匀的区域中的电场强度与实施例1、2相 比相对降低。
[0091] 但是，就实施例6可知：电场集中与实施例3相比更加得到了抑制，一对平面部 110e、120e之间的电场强度变得均匀的区域中的电场强度与实施例3相比相对升高。
[0092 ]此处，参照图6对本申请的实施例7的元件1 Of进行说明。
[0093] 本实施例对于检测部13f，在末端边缘部lllf、121f的全部和平面部110f、120f?的 一部分以覆盖电场强度不均匀的区域的方式设置玻璃、氧化铝等公知的绝缘性材料或者由 与绝缘层100相同材质形成的屏蔽层14。
[0094] 此外，设置屏蔽层14的构成可以用于上述实施例1~6中的任意实施例。
[0095] 此处，参照图7A、图7B，对为了确认本申请的效果而进行的试验结果进行说明。在 被测定气体流道内使元件10的检测部13露出，由电源部2施加规定电压，流通已知量的颗粒 状物质，在这种情况下至在检测部13沉积一定量以上的颗粒状物质为止，存在无法检测出 颗粒状物质的不灵敏质量Q0(不灵敏期间）。
[0096] 因此，除了上述比较例1、比较例2、实施例1~7以外，对于不设置中间层而形成了 与比较例1相同的导体层的比较例3、在比较例2中设置了上述屏蔽层14的比较例4、在实施 例6中设置了屏蔽层的实施例8,在投入已知量的颗粒状物质的情况下，就各实施例和比较 例分别准备多个样品，对至检测出颗粒状物质为止的不灵敏质量Q〇进行了测定。
[0097]由图7A所示可知:就比较例1而言，虽然不灵敏质量Qo的平均值y2小，能够较早地检 测出颗粒状物质，但样品之间的偏差〇2大。
[0098]另一方面，就实施例1可知:虽然不灵敏质量Qo的平均值讲大于比较例1的不灵敏质 量，但样品之间的偏差~非常小。
[0099] 这推测是因为，就比较例1而言，在导体层llz、12z的端面的角部产生强的电场集 中，颗粒状物质被集中在其表面的电荷吸引，局部地沉积，因而可较早地形成导通通路。
[0100] 但是，就角部上的电场集中而言，可以认为样品之间的变动大，不稳定。
[0101]因此，对使用了变异系数的样品进行了评价。具体来说，对变异系数 CV (lOOV^7///) (%)进行计算，从而对各样品进行了评价。将其评价结果示于图7B。
[0102] 就比较例2可知：虽然偏差与比较例1相比变小，但实施例1~7中的任意实施例与 比较例1~4相比均能够减小变异系数，本申请具有实现使得作为传感器的可靠性提高的效 果。
[0103] 可以认为:通过在导体层11、12的两端面设置截面为三角形或圆弧形的末端边缘 部lll、121、llla、121a、lllb、121b、lllc、121c、llld、121d、llle、121e，可抑制电场集中，抑 制颗粒状物质局部沉积到导体层11、12的端部。
[0104] 此外，就末端边缘部llla、121a推测：其截面为锐角三角形，因而容易发生电场集 中的顶点之间的距离变长，从而至一对末端边缘部llla、121a之间形成导通通路为止的时 间也变长。
[0105] 此处，参照图8A、图8B、图8C、图8D，对作为上述比较例1、比较例2、实施例1、实施例 2示出的颗粒状物质检测元件10z、10y、10、10a的各制造方法进行说明。
[0106] 比较例1示出了将导体层llz、12z和绝缘层100z交替层叠并将截面用作检测部13z 的颗粒状物质检测元件l〇z的基本制造方法。
[0107] 将氧化铝等绝缘性材料与公知的结合材料、增塑剂、分散剂、溶剂等混合、搅拌，由 此形成浆料，以刮刀法等公知的制法形成为片状，得到绝缘性片100ZGS。
[0108] 将其在未图示的冲裁工序P0z中，预先用模具等根据需要钻出用于对准印刷位置 的导引孔(guide)、用于埋设以将极性共通的导体层彼此连接为目标的通孔电极114z、124z 的通孔等，并且冲裁成规定外形形状。
[0109] 在印刷工序Plz中，将导体糊从形成有规定导体图案的厚膜印刷用丝网排出，将导 体层印刷膜11zPRT、12zPRT转印至绝缘层片100zGS。
[0110]此时，如圆内放大示出的那样，由于糊的流变特性和表面张力的影响，虽然极少， 但中心附近的膜厚变薄，外周附近的膜厚变厚。
[0111]就比较例1而言，使用包含与构成绝缘层l〇〇z的绝缘性材料相同的材料的糊，通过 厚膜印刷，以与导体层印刷膜11zPRT、12zPRT相同的膜厚按照覆盖除了导体层以外的部分 的方式形成了中间层l〇lz。
[0112]在随后的层叠压接工序P2z中，按照导体层印刷膜11zPRT、12zPRT的极性交替替换 的方式堆积绝缘层片lOOzGS，用模具等进行压接。
[0113] 在对如此得到的层叠结构体进行烧成的烧成工序P3z中，对导体层llz、12z和绝缘 层100z同时进行烧成，形成一体。
[0114] 之后，进行切削、研磨等，由此完成使导体层llz、12z的截面露出来作为检测部13z 的元件l〇z。
[0115] 就比较例1而言，由于设置有中间层101z，因此在层叠压接时基本上没有导体层印 刷膜11 zPRT、12zPRT和导体层片110z的变形，元件10z的机械强度优异，但导体层11 z、12z维 持了截面为长条形的形状。
[0116] 但是，当对两导体层之间施加电压时，电场向角部的集中大，如上所述可知不灵敏 质量的偏差大。
[0117] 此外，作为比较例2示出的元件10y以与比较例1相同的制造法为基础，在层叠压接 工序中有意错开导体层lly、12y端面的位置来进行层叠。
[0118] 参照图8B，对作为比较例3示出的元件10x的制造工序的概要和比较例3的问题进 行说明。
[0119] 就比较例3而言，如印刷工序Plx所示，对冲裁成规定形状的绝缘层片lOOxGS仅进 行导体层110x、120x的印刷，不设置中间层而前进至层叠压接工序P2x。
[0120] 在层叠压接工序P2x中，导体层印刷膜11xPRT、12xPRT比绝缘层片lOOxGS硬，因此 层叠压接时绝缘层片lOOxGS发生弹性变形，导体层印刷膜11xPRT、12xPRT陷入绝缘层片 lOOxGS内，从而绝缘层片lOOxGS彼此密合。
[0121] 此时，如图8B的层叠压接工序P2x的圆内放大示出的那样，在导体层印刷膜 11 xPRT、12xPRT的两侧形成有截面为三角形的空隙。
[0122] 通过之后的烧成工序P3x，以使空隙的表面积变小的方式进行烧结，因此空隙缩 小，但未完全消失，有可能以空洞(void)的形式残留或成为分层(delamination)的起因。
[0123] 另外，烧成后的导体层llx、12x的端面形成多边形或扭曲的形状，与上述比较例2 同样地，在角部容易发生电场的集中。
[0124] 参照图8C，对本申请的实施例1的制造工序的概要进行说明。
[0125] 本实施方式通过与比较例1相同的工序，对所形成的绝缘层片100GS钻出用于定位 的导引孔和根据需要设置的通孔并且冲裁成规定外形形状的冲裁工序P0中，在冲裁绝缘层 片100GS的同时，与印刷形成导体层110、120的位置相对应地，形成设置有与规定的导体层 末端边缘部111、121的形状相对应的凹部101的凹片100P⑶。
[0126] 具体来说，在冲裁用模具设置用于形成凹部101的突起，对绝缘层片100GS的表面 进行挤压。
[0127] 由此，可以在形成导体层末端边缘部111、121的部分形成以所期望的角度倾斜的 锥面。
[0128] 其结果是，在印刷工序P1中，即便进行通常的厚膜印刷，导体层末端边缘部111、 121的与绝缘层片100GS接触的一侧也沿着凹部101的形状倾斜。
[0129] 另外，在凹片100PCD的下面侧也形成有凹部101，因此在层叠压接工序P1中进行堆 积时，与导体层印刷膜110、120的密合性提高，不会形成比较例2那样的空洞。
[0130] 此外，即便不设置比较例1中所用那样的中间层，也可以简单地使绝缘层片100GS 彼此密合。
[0131 ]其结果是，当通过烧成工序P3使导体层11、12与绝缘层100-体化时，能够形成不 易发生分层的元件10。
[0132] 此外，能够将导体层末端边缘部111、121形成为截面逐渐变细的三角形，因而可以 容易地实现电场集中得到了抑制的元件10。
[0133] 参照图8D，对本申请的实施例2的制造工序的概要进行说明。
[0134] 就本实施方式中的导体印刷工序Pla而言，其与上述实施方式的不同点在于:在绝 缘层片100(GS)印刷形成导体层11、12时，使用了开口率部分变更印刷用丝网？?1^?1^，该 开口率部分变更印刷用丝网PPM、PPMA是以使丝网开口率部分地变化来使得印刷的膜厚在 规定位置变薄的方式进行了设定的。
[0135] 参照图9A、图9B、图10，对开口率部分变更印刷用丝网PPM、PPMA在下文进行说明。 本实施方式中，通过使用开口率部分变更印刷用丝网PPM，能够抑制从开口率设定得较低的 部分排出的导体糊的量，减小由此形成的导体层的膜厚，形成具有向外侧逐渐变细的锐角 倾斜面的截面为三角形的导体层末端边缘部llla、121a。
[0136] 这样，利用堆积模具（叠模)等对形成有具有截面为三角形的导体层末端边缘部 11 la、121a的导体层11a、12a的绝缘层片100GS进行压接，由此导体层11a、12a陷入绝缘层 100GS，同时绝缘层100GS彼此形成密合状态。
[0137] 此时，导体层末端边缘部llla、121a形成逐渐变细的三角形，因而不会形成比较例 2所示那样的空隙。
[0138] 通过在烧成工序P3a中对如此形成的层叠结构体进行烧成，能够极容易地形成导 体端面附近的电场集中得到了抑制的元件l〇a。
[0139] 参照图9A、图9B，对用于制造本申请的颗粒状物质检测元件10的开口率部分降低 丝网M的特征以及使用了该开口率部分降低丝网M时所形成的导体层11、12的形状进行说 明。
[0140] 此外，本图仅示出了在一对导体层11、12之中形成一个导体层平面部110、导体层 末端边缘部111的图案，由于另一个导体层平面部120、导体层末端边缘部121是将这一个图 案左右反转而成的图案，因此省略另一个图案，并对共通的构成如110/120这样并排记载符 号。
[0141] 本实施方式使用了开口率部分降低丝网M，该开口率部分降低丝网M对通常用于厚 膜印刷的厚膜印刷用丝网的一部分进行乳制来使其部分平坦化，在减小丝网厚度的同时降 低丝网开口率。
[0142] 抗蚀膜R与常规的厚膜印刷同样地对印刷用丝网涂布乳剂，使与导体层平面部 110、120的形状相对应的图案曝光、固化，由此形成为规定印刷图案。
[0143] 如图9A、图9B所示，由于印刷形成导体层末端边缘部111、121的部分的掩模M2的截 面方向的厚度薄，平面方向的线宽变宽，因而印刷形成导体层末端边缘部111、121的部分的 开口率即末端边缘部形成用开口率P m、P121低于形成导体层平面部110的部分的掩模Ml的 开口率即平面部形成用开口率Pm、Pm。
[0144] 因此，如图9B所示，在印刷形成导体层平面部110、120时，从掩模M2排出的糊量变 少，导体层末端边缘部111、121的膜厚比导体层平面部110、120的膜厚薄。
[0145] 参照图10,对开口率部分降低丝网的变形例MA进行说明。
[0146] 上述实施方式作为示例示出了对厚膜印刷用丝网的一部分进行加压来降低了开 口率的开口率部分降低丝网M，但如本图所示，开口率部分降低丝网MA通过使与印刷导体层 平面部110、120的掩模Ml A相比提高印刷导体层末端边缘部111、121的掩模M2A的炜线与经 线的织造密度，使末端边缘部形成用开口率PmA/PmA低于平面部形成用开口率PnoA/ Pl2〇Ao
[0147] 就本实施方式中的开口率部分降低丝网MA而言，以形成规定导体图案的方式在预 先部分调整了开口率的丝网上形成了抗蚀膜R。
[0148] 由此，在印刷了导体层11、12时，从掩模M2A排出的导体糊量在导体层末端边缘部 11U121得到抑制，能够形成为比导体层平面部110、120更薄的膜厚。另外，通过向外侧慢慢 地提高织造密度，能够使导体层末端边缘部111、121的膜厚向外侧慢慢地变薄，能够形成逐 渐变细的截面三角形。
[0149] 此外，上述实施方式示出了能够在冲裁工序P0和印刷工序P1分别使导体层末端边 缘部111、121形成为所期望的形状的方法，但也可以将它们进行组合。
[0150] 另外，就层叠压接工序，以将导体层11、12干燥后进行层叠压接的情况作为了示 例，但也可以以导体层11、12未干燥的状态进行层叠压接。
[0151] 特别是，当在冲裁工序P0中在绝缘层片100(GS)设置有凹部10时，若导体层11、12 以未干燥状态进行层叠压接，则导体层11、12会随着凹部10的形状而流动变形，因而能够将 导体层末端边缘部111、121形成为所期望的形状。
[0152] 另外，上述实施方式示出了在层叠压接工序P3中不使用比较例1所示那样的由绝 缘性材料形成的中间层101的方法，但在导体层末端边缘部111、121的形状预先形成为逐渐 变细的三角形的截面或平缓地弯曲的圆弧形的截面的情况下，也可以在印刷工序中用由绝 缘性材料形成的糊来印刷形成中间层101。
[0153] 通过使用中间层101，能够缓和层叠压接时作用于绝缘层片100的剪切应力，提高 元件10的机械强度，或者在烧成时抑制裂纹的产生。
[0154] 除了提高检测精度以外，还可以期待元件10实现提高耐久性的效果。
[0155] 符号说明
[0156] 1 颗粒状物质检测传感器
[0157] 1〇 颗粒状物质检测元件
[0158] 1〇〇 绝缘层
[0159] 11、12 导体层
[0160] 110,120 导体层平面部
[0161] 111、121 导体层末端边缘部
[0162] 13 检测部
[0163] 14 绝缘保护层
[0164] 2 电源部
[0165] 3 测定部
[0166] p〇 冲裁工序
[0167] P1 导体层印刷工序
[0168] P2 层叠压接工序
[0169] P3 烧成工序
[0170] Pm、PmA、Pm、PmA末端边缘部形成用开口率
[0171] PntKPnoAJuPmA平面部形成用开口率
[0172] M、MA 开口率部分降低丝网
【主权项】
1. 一种颗粒状物质检测元件（10、l〇a、10c、lOcUlOf)，其特征在于，其对随着沉积的颗 粒状物质的量而变化的电特性进行计测，并用于对被测定气体中的颗粒状物质进行检测， 其具有： 平板状导体层（11、11a、11c、lid、Ilf、12、12a、12c、12d、12f); 平板状绝缘层（100、l〇〇a、100c、100c、IOOcU IOOf); 将所述导体层与所述绝缘层交替堆积而成的层叠结构；以及 在所述层叠结构的截面使所述导体层具有极性不同的一对检测电极并且沉积所述颗 粒状物质的检测部(13、13a、13c、13d、13f)， 其中，所述导体层具有固定膜厚，并具备截面为长条形的导体层平面部（ll〇、ll〇a、 110c、IlOcU IlOf、120、120a、120c、120d、120f)和位于该导体层平面部两侧的逐渐变细的截 面为三角形的导体层末端边缘部（111、111a、111c、11 ld、11 lf、121、121a、121c、121d、 121f)〇2. -种颗粒状物质检测元件（10b、IOe、IOg)，其特征在于，其对随着沉积的颗粒状物质 的量而变化的电特性进行计测，并用于对被测定气体中的颗粒状物质进行检测， 其具有： 平板状导体层（1113、116、1]^、1213、126、12区）； 平板状绝缘层（l〇〇b、100e、100g); 将所述导体层与所述绝缘层交替堆积而成的层叠结构；以及 在所述层叠结构的截面使所述导体层具有极性不同的一对检测电极并且沉积所述颗 粒状物质的检测部（13b、13e、13g)， 其中，所述导体层具有固定膜厚，并具备截面为长条形的导体层平面部（110b、110e、 110g、120b、120e、120g)和位于该导体层平面部两侧的平滑弯曲的截面为圆弧形的导体层 末端边缘部（111b、llle、lllg、121b、121e、121g)。3. 根据权利要求1或2所述的颗粒状物质检测元件（10f、10g)，其由绝缘性材料形成，并 具备覆盖所述导体层末端边缘部的全部和所述导体层平面部的一部分的屏蔽层(14)。4. 一种颗粒状物质检测传感器（I、Ia~Ig)，其对存在于被测定气体中的颗粒状物质进 行检测，其具备:权利要求1~3中任一项所述的颗粒状物质检测元件（10、10a~IOg);向所 述一对检测电极之间施加电压的电源部(2);以及计测部(3)，该计测部(3)使通过由该电源 部向所述检测电极之间施加电压而产生的电场对存在于被测定气体中的颗粒状物质起作 用来将颗粒状物质收集到所述检测部，对随着颗粒状物质沉积到所述检测部而变化的所述 一对检测电极之间的电特性进行计测。5. 权利要求1~3中任一项所述的颗粒状物质检测元件的制造方法，其特征在于，其至 少包括下述工序： 冲裁工序(PO)，在该工序中，对由绝缘性材料形成的绝缘层片钻出用于定位的导引孔 和根据需要设置的通孔，并且冲裁成规定外形形状； 厚膜印刷工序(Pl)，在该工序中，在由该冲裁工序得到的绝缘层片（100GS)上通过使由 导电性材料形成的导体糊从形成了规定导体层图案的厚膜印刷用丝网排出来形成规定形 状的导体层印刷膜（11PRT、11aPRT、12PRT、12aPRT); 层叠压接工序(P2)，在该工序中，通过使由该厚膜印刷工序得到的施加了导体层的绝 缘层片堆积并进行压接；以及 烧成工序(P3)，在该工序中，通过对由该层叠压接工序得到的层叠结构体进行烧成来 形成为一体， 其中，所述冲裁工序在冲裁所述绝缘层片的同时，与印刷形成所述导体层的位置相对 应地形成设置有与规定导体层末端边缘部的形状相对应的凹部（101)的凹片（100PCD)。6. 权利要求1~3中任一项所述的颗粒状物质检测元件的制造方法，其特征在于，其至 少包括下述工序： 冲裁工序(PO)，在该工序中，对由绝缘性材料形成的绝缘层片钻出用于定位的导引孔 和根据需要设置的通孔，并且冲裁成规定外形形状； 厚膜印刷工序(Pl)，在该工序中，在由该冲裁工序得到的绝缘层片上通过使由导电性 材料形成的导体糊从形成了规定导体层图案的厚膜印刷用丝网排出来形成规定形状的导 体层印刷膜； 层叠压接工序(P2)，在该工序中，通过使由该厚膜印刷工序得到的施加了导体层的绝 缘层片堆积并进行压接；以及 烧成工序(P3)，在该工序中，通过对由该层叠压接工序得到的层叠结构体进行烧成来 形成为一体， 其中，在所述厚膜印刷工序(P1)中与规定的导体层末端边缘部（I 11PRT、121PRT)的形 状相对应地使用开口率部分降低丝网(M、MA)，该开口率部分降低丝网(M、MA)在所述厚膜印 刷用丝网的形成所述导体层末端边缘部的位置处的开口率即末端边缘部形成用开口率 (Pill、P111A、P121、P121A)低于在用于形成所述导体层平面部的位置处的开口率即平面部 形成用开口率(Ρ11〇、Ρ11〇Α、Ρ120、Ρ120Α)。7. 权利要求1~3中任一项所述的颗粒状物质检测元件的制造方法，其特征在于，其至 少包括下述工序： 冲裁工序(PO)，在该工序中，对由绝缘性材料形成的绝缘层片钻出用于定位的导引孔 和根据需要设置的通孔，并且冲裁成规定外形形状； 厚膜印刷工序(Pl)，在该工序中，在由该冲裁工序得到的绝缘层片（100GS)上通过使由 导电性材料形成的导体糊从形成了规定导体层图案的厚膜印刷用丝网排出来形成规定形 状的导体层印刷膜（11PRT、11aPRT、12PRT、12aPRT); 层叠压接工序(P2)，在该工序中，通过使由该厚膜印刷工序得到的施加了导体层的绝 缘层片堆积并进行压接；以及 烧成工序(P3)，在该工序中，通过对由该层叠压接工序得到的层叠结构体进行烧成来 形成为一体， 其中，所述冲裁工序在冲裁所述绝缘层片的同时，与印刷形成所述导体层的位置相对 应地形成设置有与规定导体层末端边缘部的形状相对应的凹部（101)的凹片（100PCD)， 并且在所述厚膜印刷工序中与规定的导体层末端边缘部（111 PRT、121PRT)的形状相对 应地使用开口率部分降低丝网(M、MA)，该开口率部分降低丝网(M、MA)在所述厚膜印刷用丝 网的形成所述导体层末端边缘部的位置处的开口率即末端边缘部形成用开口率（Plll、 P111A、P121、P121A)低于在用于形成所述导体层平面部的位置处的开口率即平面部形成用 开口率(P110、P110A、P120、P120A)。8.根据权利要求5~7中任一项所述的颗粒状物质检测元件的制造方法，其中，在所述 层叠压接工序中，所述导体层在未干燥状态的期间进行层叠压接。
【文档编号】G01N27/04GK105899934SQ201580004118
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2015年1月9日
【发明人】小池和彦, 今川弘胜
【申请人】株式会社电装