专利名称：传感器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具有传感元件的传感器，例如具有检测特定气体的气体传感元件的传感器。
背景技术：
在例如光学传感器，磁传感器、温度传感器、声音传感器等的各种传感器中，多数是配置成传感元件独立于框体。这是为了使传感元件不受传感器框体的影响(光反射、磁、热、振动等)。
作为这种传感器存在有检测氛围气体中特定气体的浓度的气体传感器。作为气体传感器，以往一般公知有具有检测特定气体的气体传感元件，构成为该传感元件通过多根引线分别连接于被固定在底座上的多根柱销的气体传感器。在这样的气体传感器上，各引线形成为直线状，连接气体传感元件和各柱销，气体传感元件通过该一组引线被支撑为悬空状态。这样的构成，例如公开在日本国公开专利公报特平开9-68512号的图1和图6中。
发明内容
但是，在上述的气体传感器等的现有各种传感器中，由于一组引线被形成为直线状，所以在制造工程中将各引线的基端部连接于传感元件后，将各引线的前端部连接于各柱销时，把持引线的负荷(荷重)作用于引线的基端部，有时引线的基端部会发生折损而断线。
另外，例如气体传感器的情况，在其使用状态下，被设置在气体传感元件上的加热器发热时，各引线由于热膨胀而松弛，所以从传感器的外部施加冲击时，传感元件大幅度振动，在引线的基端部上施加振动荷重，其结果，有时引线的基端部会发生折损而断线。
除了上述构造的问题之外，外部的电磁波通过引线部分进入传感元件，存在有使传感器部分的温度控制和检测精度降低的问题。
由此，本发明的目的在于提供一种能够防止制造工序中的引线的断线和使用状态下的引线的断线等并能够以高精度使用的传感器。
本发明的传感器具有底座、多根销、传感元件、多根引线。销被固定在底座上。引线将传感元件连接于销上。各引线沿着连接多根销中被连接的销与传感元件的直线进行设置，并在该被连接的销与传感元件之间多次弯曲。
在本发明的传感器中，负荷(荷重)和振动作用在连接传感器元件和销的各引线上，在销与传感元件之间，各引线由其弹性而伸缩吸收负荷(荷重)和振动。所以，可以防止各引线的断线。特别是，在该传感器上，由于各引线主要是在连接传感元件与销的直线的延伸方向上伸缩，所以连接销和传感元件的各引线的端部上产生的应力小。
另外，由于引线多次弯曲，本发明的传感器可以降低电磁波噪音的侵入。例如，在气体传感器上，多数情况是从一部分引线向加热器通电控制温度，同时通过其他的引线检测传感器的电位或阻抗的变化。在这种情况下，传感器的通电等是由直流电流而进行的，某种频率的电磁波噪音叠加到该直流电流上时，就有加热器的控制、和传感器的电位或阻抗变化的检测变得不稳定的倾向。多数情况是该电磁波噪音的大部分通过各引线侵入到传感器。
对此，在本发明中，由于各引线多次弯曲，所以具有阻抗。即，由于各引线具有对来自直流的高频率的电磁波噪音的阻抗，所以可以抑制噪音侵入传感器。由此，可以高精度地控制温度和正确地检测电位或阻抗变化等。
在本发明的传感器上，优选多根引线分别包括周期性弯曲的部分。即，在本发明的传感器上，优选各引线具有连续的周期性弯曲的部分。各引线的特征可以为至少一部分具有连续且周期性弯曲的波纹状、连续且周期性弯曲的锯齿状、或者线圈状的弯曲部分等。
另外，在本发明中所谓的“周期性”的意思不一定限于由相同曲率、或相同角度的弯曲构成的弯曲部分，可以从弯曲部分的一方到另一方通过不同的曲率或不同的角度弯曲而构成。例如，弯曲部分为线圈状时，也可以构成为从线圈部分的一方到另一方曲率变化的与所谓渐开线类似的形状构成。另外，多次弯曲部分的周期也可以是一个周期。例如，各引线的弯曲部分也可以组成一个周期的线圈。
在本发明的传感器上，优选各引线的端部具有限动构造。所以，多根引线各自的端部的宽度，即与上述直线的延伸方向相交叉的方向的宽度，也可以比构成该引线的部件例如构成引线的线材粗。具体地说来，在本发明的传感器上，可以在各引线的端部形成弯曲部分和压扁部分或者设置球状体。
通过各引线的端部按照上述那样构成，各引线不会从连接部位不经意地脱掉，另外，各引线的端部的连接强度增大。在连接部位的电阻值降低。
另外，限动构造也可以如以下那样构成。即，也可以在传感元件上设置多个通孔，多根引线各自的端部穿过对应的通孔。由于这样使各引线的端部穿过通孔，所以与各引线的传感元件的结合强度增大。
另外，多根引线各自的端部，其前端以向传感元件的一个面的一侧突出的方式穿过所对应的通孔，该端部与所述的一个面相对。如此构成，各引线与传感元件的结合强度更加增大。另外，各引线的端部也可以通过糊状物或焊剂等的接合材料，接合到传感元件的一个面上，或者，也可以被压接到传感元件的一个面上。另外，为了与传感元件的一个面相对，各引线的端部的前端也可以是开口销，另外各引线的端部的前端也可以由热等变形为球状体。
另外，在本发明的传感器上，传感元件具有一个面和另一个面，多根引线各自的端部具有与传感元件的一个面相对的第一面和与传感元件的另一面相对的第二面，传感元件也可以夹在第一面和第二面之间。即使在这样的构成中，各引线的端部也可以通过糊状物或焊剂接合到传感元件上，或者也可以被压接到传感元件上。
在本发明的传感器中，多根引线各自的材质优选为具有比传感元件的阻抗低的阻抗的材质。各引线具有弯曲部分，但是通过用这样的材质构成，通电时的电阻值被进一步降低。作为这样的材质，引线优选由金(Au)和铂(Pt)等的贵金属或含有这些的贵金属合金而构成。
图1表示本发明的一实施方式的气体传感器的简要构造的侧面图。
图2是图1所示的气体传感器的平面图。
图3是图1所示的气体传感元件的放大截面图。
图4是图2所示的引线的放大平面图。
图5是图4所示的引线的第一变形例的平面图。
图6是图4所示的引线的第二变形例的平面图。
图7是图4所示的引线的第三变形例的平面图。
图8是图4所示的引线的第四变形例的平面图。
图9是图4所示的引线的第五变形例的平面图。
图1O是图4所示的引线的第六变形例的平面图。
图11是图4所示的引线的第七变形例的平面图。
图12是图4所示的引线的第八变形例的斜视图。
图13是图4所示的引线的第九变形例的平面图。
图14是图4所示的引线的第十变形例的平面图。
图15是表示变形例的引线的端部的构造的截面图。
图16是表示变形例的引线的端部的构造的截面图。
图17是表示变形例的引线的端部的构造的截面图。
图18是表示变形例的引线的端部的构造的截面图。
图19是表示变形例的引线的端部的构造的截面图。
图20是表示变形例的引线的端部的构造的截面图。
图21是表示变形例的引线的端部的构造的侧面图。
图22是表示变形例的引线的端部的构造的侧面图。
图23是表示变形例的引线的端部的构造的侧面图。
图24是表示变形例的引线的端部的构造的侧面图。
图25是表示变形例的气体传感器简要构造的侧面图。
图26是表示变形例的气体传感器简要构造的侧面图。
具体实施例方式
以下，参照附图，在本发明的传感器中，说明以气体传感器为例的实施方式。在参照的附图中，图1是表示一实施方式的气体传感器的简要构造的侧面图，图2是图1所示的气体传感器的平面图。
图1和图2所示的一实施方式的气体传感器1是作为检测氛围气体中的特定气体例如二氧化碳(CO2)的浓度的气体传感器，具有检测二氧化碳(CO2)的气体传感元件2。该气体传感元件2分别通过4根引线5连接于与以贯穿状态固定在底座板3的4个角附近上的4根柱销，通过各根引线5以悬挂的状态支撑在各柱销4上。
如图3所示的那样，气体传感元件2构成为在NASICON(Na、Si、Zr、P复合氧化物)等的固体电解质基板2A的表面上形成有检测极2B和对极2C的片面型元件。然后，在固体电解质基板2A的背面上形成有绝缘性糊状物的绝缘基层2D，在该绝缘基层2D上，形成有用于将固体电解质基板2A加热到适于离子传导的温度(例如350℃以上)的加热器2E。
如图2所示的那样，检测极2B被配置在近似正方形的固体电解质基板2A的中央部分，对极2C被配置在该检测极2B的一侧。该检测极2B具有将检测层层叠在集电体层上的构造，对极2C具有基准层被保护层覆盖的构造。
在固体电解质基板2A的4角附近的表面上分别形成有例如由(Au-Pt)、(Au-Rh)、(Au-Pd)等的合金组成的电极底垫6A～6D。电极底垫6A通过导电带7与检测极2B导通，电极底垫6B通过导电带8与对极2C导通。电极底垫6C、6D通过在固体电解质基板2A上形成的未图示的通孔分别与加热器2E(参照图3)连接。
各引线5的一端部通过平行间隙焊接和使用金属糊的焙烧等适当的方法分别与电极底垫6A～6D进行接合后，另一端部以同样的接合方法分别与各柱销4的头部4A相接合。
各引线5的材质，使用具有比气体传感元件2的阻抗低的阻抗的材质，由此能够抑制通电时的电阻值的增加。具体地、各引线5的材质可以采用电阻值低的金(Au)和铂(Pt)等的贵金属、或者含有这些的贵金属合金。作为这些贵金属合金，可以举出(Pt-W)、(Pt-Cr)、(Pt-Fe)、(Pt-Ni)、(Pt-Rh)、(Au-Pt)、(Au-Rh)、(Au-Pd)、(Au-Pd-Mo)、(RuO2)等。
考虑到强度和电阻值之间的平衡，各引线5的线直径适当地设定在例如10～100μm的范围内。
如图4放大表示，各引线5沿着连接柱销4和气体传感元件2的电极底垫的直线进行设置。另外，引线5在柱销4和气体传感元件2之间具有多次弯曲的部分(弯曲部分)5A。在本实施方式中，弯曲部5A构成为连续的周期性弯曲部分。具体地，弯曲部5A形成连续弯曲的波纹状。
另外，在各引线5的两端部5B、5B上，设置有防止接合部脱落用的限动构造。两端部5B、5B做成折弯为近似四角形的形状。即，作为两端部5B的宽度即与上述直线的延长方向相交叉的宽度，比构成引线5的部件即构成引线5的线材料粗。由此，各引线5的端部5B作为防止脱落用的限动构造而起作用。
具有以上那样的构造的一实施方式的气体传感器1，在其制造工序中，各引线5的基端侧的端部5B通过平行间隙焊接和使用金属糊的焙烧等适当的方法分别与传感元件2的电极底垫6A～6D进行接合，然后各引线5的前端侧的端部5B以同样的接合方法与各柱销4的头部4A相接合。
这时，虽然把持引线5的负荷(荷重)作用于引线5上，但是在一实施方式的气体传感器1上，引线5的弯曲部5A由其弹性而伸缩吸收负荷(荷重)和振动，所以不会造成电极底垫6A～6D侧的引线5的基端侧的端部5B折损，可以防止引线5的基端侧的端部5B的断线。
而且，由于在各引线5的基端侧的端部5B上，设置有通过将构成引线5的线材料折弯成近似四角形而构成的限动构造，所以与电极底垫6A～6D接合的连接强度增大，可以防止各引线5的基端侧的端部5B从电极底垫6A～6D不经意地脱落而断线。
另外，在一实施方式的气体传感器1的使用状态下，由于气体传感元件2的加热器2E的发热，各引线5膨胀，但是该热膨胀被引线5的弯曲部5A的伸张所吸收。另外，在从气体传感器1的外部施加冲击，气体传感元件2大幅度振动时，各引线5的弯曲部5A弹性地吸收其振动。
另外，由引线5，弯曲部5A的主要变形方向是连接柱销4与气体传感元件2的电极底垫的直线的延伸方向。所以，在引线5的基端侧的端部5B上，向沿与上述直线相交叉的方向、例如使气体传感元件2转动的方向上没有作用于较大的应力。所以，可以有效地防止引线5的基端侧的端部5B的断线。
这样，通过一实施方式的气体传感器1，可以防止电极底垫6A～6D侧的各引线5的端部5B折损，或者从电极底垫6A～6D脱落而断线。同样地，可以防止各引线5的柱销4侧的端部5B折损，或者从柱销4的头部4A脱落而断线。
另外，在一实施方式的气体传感器1的使用状态下，在各引线5通电时，由于引线5的材质是电阻值低的金(Au)和铂(Pt)等的贵金属，或者含有这些的贵金属合金，所以不论是否存在弯曲部5A，都可以充分地抑制引线5的电阻值的增加。所以，弯曲部5A实质上不会引起气体传感器1的功能的降低。
另外，在一实施方式的气体传感器1的使用状态下，在各引线5的弯曲部5A上，由于其形状引起阻抗的发生。其结果是在各引线5上产生相对于高频成分的阻抗，所以可以抑制外部电磁波的侵入。
即，由于在引线5上通的加热控制用、检测用的电流成分为直流，所以根据上述引线5的材质可以充分抑制阻抗值的增加。所以，由弯曲部5A的形状引起的阻抗，仅影响从外部侵入电磁波时的高频成分。由此，可以抑制在直流部分上的重叠，进一步地提高传感器1的精度。
作为本发明的传感器的气体传感器不限于上述一实施方式。例如，图4所示的引线5也可以变为图5～图14所示的形状、构造的引线。
图5所示的引线9，在两端部9B之间具有连续为锯齿状而弯曲的弯曲部9A。两端部9B具有与图4所示的引线5的两端部5B同样的限动构造。该引线9也发挥与引线5相同的作用效果。
图6所示的引线10，在两端部10B之间具有连续为线圈状而弯曲的弯曲部10A。两端部10B具有与图4所示的引线5的两端部5B同样的限动构造。该引线10也发挥与引线5相同的作用效果。
图7所示的引线11，在两端部11B之间具有与图4所示的引线5的弯曲部5A相同的弯曲部11A。两端部11B具有钩状的限动构造。即，两端部11B沿着圆弧状的曲线设置。该引线11也发挥与引线5相同的作用效果。
图8所示的引线12，在两端部12B之间具有与图4所示的引线5的弯曲部5A相同的弯曲部12A。两端部12B具有锯齿状的限动构造。即，两端部12B沿着折弯成锯齿状的曲线设置。该引线12也发挥与引线5相同的作用效果。
图9所示的引线13，在两端部13B之间具有与图4所示的引线5的弯曲部5A相同的弯曲部13A。两端部13B具有呈近似圆形的平面形状的限动构造。其两端部13B例如通过将引线13的两端部压扁加工而形成。该引线13也发挥与引线5相同的作用效果。
图10所示的引线14，在两端部14B之间具有与图4所示的引线5的弯曲部5A相同的弯曲部15A。两端部14B具有呈方形的平面形状的限动构造。其两端部14B例如通过将引线14的两端部压扁加工而形成。该引线14也发挥与引线5相同的作用效果。
图11所示的引线15，在两端部之间具有与图4所示的引线5的弯曲部5A相同的弯曲部14A。在引线15的两端部上设置有沿直线延伸的直线部15B、15B。在这些直线部15B、15B上，作为限动构造分别设置有球状体15C、15C。球状体15C具有贯穿孔，与该贯穿孔上通过的直线部15B相嵌合。球状体15C被以适当的接合方法固定在直线部15B上。另外，该球状体15C、15C，也可以通过将直线部15B、15B的两端部熔融，由表面张力使之球状化的方法而构成。
在该引线15上，球状体15C、15C的内侧的直线部15B、15B与电极底垫6A～6D和柱销4的头部4A相接合，该引线15也发挥与引线5相同的作用效果。
图12所示的引线16，具有与图4所示的两端部5B相同的两端部16B。引线16在两端部16B之间具有弯曲部16A。该弯曲部16A沿着弯曲方向从一端向另一端之间逐渐变化的波形曲线而设置。在该例子中，弯曲部16A，从一端向另一端之间弯曲的方向改变90度。
图13所示的引线17，具有与图4所示的两端部5B相同的两端部17B。引线17在两端部17B之间具有弯曲部17A。该弯曲部17A沿着从中央向一端以及另一端周期长变小的波形曲线而设置。
图14所示的引线18，具有与图4所示的两端部5B相同的两端部18B。引线18在两端部18B之间具有弯曲部18A。该弯曲部18A沿着从一端向另一端周期变大的波形曲线而设置。
如以上说明，引线的弯曲部沿着多次弯曲的曲线，并沿着连接气体传感元件和柱销的直线延伸时，可以具有任意形状。
另外，引线的两端部具有防止断线的限动构造时，可以采用任意形状。例如，如上述引线的两端部那样，也可以通过使引线的端部的宽度即与连接气体传感元件和柱销的直线的延伸方向相交叉的方向的宽度，比构成引线的部件的粗度大，实现限动构造。
引线的气体传感元件侧的端部，也可以具有图15～图22中所示的构造。另外，在以下的说明中，将电极底垫6A～6D总称为电极底垫6。在图15～图19所示的传感器中，在气体传感元件上设置有通孔ht，引线L的气体传感元件侧的端部Le穿过通孔ht。端部Le以其前端向气体传感器的一个面的一侧突出的方式穿过通孔ht。
如图15所示，端部Le也可以以与气体传感元件的一个面相对的方式弯曲。在图15所示的例子中，端部Le沿着被设在气体传感元件的一个面上的电极底垫6。另外，如图15所示，端部Le既可以通过焊剂和糊状物等的接合材料S与电极底垫6相接合，另外，也可以不用接合材料S而被压接在电极垫6上。另外，如图16所示，端部Le弯曲的方向也可以与图15所示的方向不同。还有，如图16所示，端部Le既可以被压接到电极底垫6上，也可以由接合材料S接合到电极底垫6上，另外也可以不用接合材料S而被压接在电极垫6上。
如图17所示，端部Le的前端也可以是开口销。在这种构成下，端部Le的前端被打开，以与传感元件的一个面相对的方式弯曲。而端部Le被接合到电极底垫6上。还有如图17所示，端部Le既可由接合材料S接合到电极底垫6上，另外也可以不用接合材料S而被压接在电极垫6上。
如图18和图19所示，端部Le的前端也可以以与传感元件的一个面相对的方式由热或激光进行变形。即，如图18所示，端部Le的前端也可以变形为球状，另外如图19所示，端部Le的前端也可以以沿电极底垫6的方式变形。而端部Le如图18和图19所示，端部Le既可由接合材料S接合到电极底垫6上，另外也可以不用接合材料S而被压接在电极垫6上。
另外，如图20～22所示，引线L的气体传感元件侧的端部Le也可以具有把持构造。具体地就是如图20所示，引线L的气体传感元件侧的端部Le可以具有包括与气体传感元件的一侧的面相对的面f1和与气体传感元件的另一侧的面相对的面f2的把持构造。在该构成中，通过将气体传感元件夹在面f1和面f2之间，引线L的端部Le被把持。
另外，图20所示的引线L的端部Le与引线L的其他部分形成一体，但是如图21所示，引线L的端部Le也可以是与引线L的其他部分相分离的构造。在图21所示的构成中，在端部Le上设置有孔h，引线L的弯曲部Lb的前端Lb1穿过孔h而被固定。
另外，如图22所示，也可以通过将引线L的端部Le多次折弯，形成面f1和面f2。在这种构成中，由于引线L的端部Le为板弹簧构造，所以把持气体传感元件的强度进一步提高。
另外，端部Le如图20～22所示，既可以通过接合材料S与电极底垫6相接合，另外也可以不用接合材料S而被压接在电极垫6上。另外，端部Le的前端既可以如图23所示，与面f2相平行地折弯，也可以如图24所示，向构成面f2的端部Le的一部分弯曲那样被折弯。
另外，省略图示，在图4～图14中所示的引线上，省略两端部的限动构造，将全体作为弯曲部。另外也可以将两端部的限动构造变为直线的形状。另外，如图4～图14所示的弯曲部和图4～图22所示的端部的构造可以任意地进行组合。
另外，在图1所示的气体传感器1中，以相对于气体传感元件2的表面，加热器2E位于底座板3侧的方式，设置气体传感元件2。替代这个，也可以如图25所示的气体传感器1B和图26所示的气体传感器1C那样，以相对于加热器2E，气体传感元件2的表面位于底座板3侧的方式，设置气体传感元件2。另外，也可以如图26所示的气体传感器1C，在设置加热器2E的气体传感元件2的背面设置电极底垫6E和6F，通过通孔电极6G将电极底垫6E连接于电极底垫6A上，通过通孔电极6H将电极底垫6F连接于电极底垫6B上。在该气体传感器1C上，电极底垫6E和6F通过引线5分别连接于柱销4的头部4A上。
另外，本发明的一实施方式的气体传感器不仅限于检测二氧化碳浓度的传感器，也可以作为检测可燃气体、氢气、一氧化碳气体、乙醇等的各种气体传感器而构成。
另外，本发明的传感器不限于气体传感器，也可以作为光学传感器、磁传感器、温度传感器、音响传感器等的各种传感器而构成。
在本发明的传感器中，在各引线上作用负荷(荷重)和振动时，各引线的弯曲部分由其弹性而伸缩吸收负荷(荷重)和振动，所以可以防止各引线的断线。即，可以防止在传感器的制造工序和使用状态下的引线的断线。另外，通过在各引线的弯曲部分产生的阻抗，可以抑制电磁波噪音侵入传感器，由此，可以提高传感器的精度。
权利要求
1.一种传感器，其特征在于，具有底座；被固定在所述底座上的多根销；传感元件；将所述传感元件连接于所述多根销上的多根引线，所述多根引线分别沿着连接所述多根销中被连接的销与传感元件的直线进行设置，并在该销和传感元件之间多次弯曲。
2.如权利要求1所述的传感器，其特征在于所述多根引线分别包括周期性弯曲的部分。
3.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于所述多根引线各自的端部的宽度是与所述直线的延伸方向相交叉的方向的宽度，该宽度比构成该引线的部件。
4.如权利要求3所述的传感器，其特征在于所述多根引线各自的端部弯曲。
5.如权利要求3所述的传感器，其特征在于在所述多根引线各自的端部上形成有压扁部分。
6.如权利要求3所述的传感器，其特征在于在所述多根引线各自的端部上设置有球状体。
7.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于在所述传感元件上设置有多个通孔，所述多根引线各自的端部穿过所述多个通孔中对应的通孔。
8.如权利要求7所述的传感器，其特征在于所述多根引线各自的端部，其前端以向传感元件的一个面的一侧突出的方式穿过所述多个通孔中对应的通孔，与所述的一个面相对。
9.如权利要求1或2所述的传感器，其特征在于所述传感元件具有一个面和另一个面，所述多根引线各自的端部具有与所述的一个面相对的第一面和与所述的另一个面相对的第二面，所述传感元件被夹在所述第一面和所述第二面之间。
10.如权利要求1所述的传感器，其特征在于所述多根引线各自的材质是具有比所述传感元件的阻抗低的阻抗的材质。
11.如权利要求10所述的传感器，其特征在于所述多根引线各自的材质为贵金属或贵金属合金。
12.如权利要求1所述的传感器，其特征在于所述传感元件为检测特定气体的气体传感元件。
全文摘要
本发明涉及一种传感器，该传感器具有底座、被固定在底座上的多根销、传感元件和将传感元件连接于多根销的多根引线。传感元件通过多根引线被支撑在多根销上。多根引线分别沿着连接多根销中被连接的销与传感元件的直线进行设置，并在该销和传感元件之间多次弯曲。
文档编号H01L31/00GK1797000SQ20051009751
公开日2006年7月5日 申请日期2005年12月28日 优先权日2004年12月28日
发明者小野志津子 申请人:Tdk株式会社