JP2008070200A - 湿度センサ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】異物が感湿膜に与える影響による出力特性の変動を低減し、精度良く湿度を検出することができる湿度センサ装置を提供する。
【解決手段】感湿膜形成面に電極パッド２３０が設けられたセンサチップ２００と、表面にランド３２０が設けられた回路基板３００と、電極パッド２３０上に設けられ、電極パッド２３０とランド３２０とを電気的に接続するバンプ電極４００と、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間の間隙を埋めるアンダーフィル５００とを備える湿度センサ装置１００であって、アンダーフィル５００のうち、少なくとも電極パッド２３０、バンプ電極４００、及びランド３２０の接合部の周囲領域を除く配置領域を、感湿膜２１６を構成する主成分と同一の主成分を含む構成とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、湿度センサ装置に関するものである。

従来、例えば特許文献１に示されるように、基板上の同一平面に設けられた一対の電極間に感湿膜を介在させてなる湿度センサが知られている。

このような構成の湿度センサは、例えば処理回路等が構成された基板上に実装されて湿度センサ装置として構成されるが、従来は感湿膜形成面の裏面を実装面として基板に実装される。したがって、感湿膜が基板側ではなく外部に向いて配置されており、異物（例えばタバコのヤニ等）の付着や異物の衝突による破損によって、出力特性が変動する恐れがある。

これに対し、上述の湿度センサに対して例えば特許文献２に示される構成を採用し、感湿膜形成面を実装面として基板上にフリップチップ実装することで、小型化しつつ感湿膜が外部に向いて配置されない構成とすることも考えられる。
特開２００２−２４３６９０号公報 特開２００１−３５８８９号公報

ところで、フリップチップ実装においては、湿度センサと基板の対向面間の間隙がアンダーフィルによって埋められる。しかしながら、アンダーフィルの構成材料としては、一般的に主成分としてエポキシ樹脂を含むエポキシ系材料が用いられている。したがって、このようなアンダーフィルによって感湿膜が被覆された状態では、精度良く湿度を検出することができない。

本発明は上記問題点に鑑み、異物が感湿膜に与える影響による出力特性の変動を低減し、精度良く湿度を検出することができる湿度センサ装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために請求項１に記載の湿度センサ装置は、基板と、基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の検出電極と、基板上であって、少なくとも一対の検出電極間に設けられた感湿膜と、基板の感湿膜形成面と同一面上に設けられ、検出電極と電気的に接続された電極パッドと、を有する湿度センサと、電極パッドに対応して端子電極が設けられ、湿度センサが実装される基材と、電極パッド上に設けられ、電極パッドと端子電極とを電気的に接続するバンプ電極と、湿度センサと基材との対向面間の間隙を埋め、少なくとも電極パッド、バンプ電極、及び端子電極の接合部の周囲領域を除く配置領域が、感湿膜を構成する主成分と同一の主成分を含んで構成されたアンダーフィルと、を備えることを特徴とする。

このように本発明によれば、アンダーフィルのうち、少なくとも接合部の周囲領域を除く配置領域が、感湿膜を構成する主成分と同一の主成分を含んで構成されている。すなわち、少なくとも接合部の周囲領域を除く配置領域において、アンダーフィルの吸放湿性が向上されている。したがって、従来のアンダーフィルを用いる構成よりも、精度良く湿度を検出することができる。なお、接合部の周囲領域とは、電極パッドとバンプ電極、バンプ電極と端子電極の各接合部だけでなく、電極パッド、バンプ電極、及び端子電極自身の周囲も含むものである。

また、湿度センサは基材にフリップチップ実装されており、感湿膜が外部側ではなく基材側に向いている。すなわち、異物（例えばタバコのヤニ等）の付着や異物の衝突による破損といった直接的な影響を、感湿膜が従来よりも受けにくい構成となっている。また、アンダーフィルは、湿度センサと基材との対向面間（すなわち、従来の感湿膜の配置よりも回路基板側）に配置されている。すなわち、異物（例えばタバコのヤニ等）の付着や異物の衝突による破損といった直接的な影響を、アンダーフィルが従来配置の感湿膜よりも受けにくい構成となっている。仮にアンダーフィルが異物による影響を受けたとしても、感湿膜への影響は間接的である。したがって、異物が感湿膜に与える影響による出力特性の変動を従来よりも低減することができる。さらに、湿度センサが基材にフリップチップ実装されているので、湿度センサ装置の体格を小型化することができる。

また、アンダーフィルは、湿度センサと基材との対向面間の間隙を埋めるように配置されているので、湿度センサと基材とを機械的に接合して、両者の固定状態を安定化することができる。

請求項２に記載のように、アンダーフィルは、すべての領域において、感湿膜を構成する主成分と同一の主成分を含んで構成されても良い。これによれば、より精度良く湿度を検出することができる。より好ましくは、請求項３に記載のように、すべての領域において、感湿膜と同一の材料を用いて構成されると、さらに効果的である。

請求項４に記載のように、すべての領域において、感湿膜の構成材料よりも耐湿性を有する材料を用いて構成されても良い。これによれば、請求項２に記載の構成において、端子電極とバンプ電極（これらの接合部を含む）の耐食性を向上することができる。また、請求項５に記載のように、アンダーフィルのうち、接合部の周囲領域を除く配置領域が感湿膜と同一の材料を用いて構成され、接合部の周囲領域が感湿膜の構成材料よりも耐湿性を有する材料を用いて構成されても良い。これによれば、より精度良く湿度を検出しつつ、接合部の耐食性を向上することができる。なお、この構成においては、感湿膜の構成材料よりも耐湿性を有する材料として、請求項４に記載の材料だけでなく、感湿膜を構成する主成分を含まない材料を採用することができる。このような構成とすると、接合部の耐食性を請求項４に記載の構成よりも向上することができる。

請求項６に記載のように、バンプ電極及び端子電極はそれぞれ貴金属（例えば金）を用いて構成され、直接的に接合（例えば超音波接合）された構成としても良い。それ以外にも、請求項７に記載のように、バンプ電極と端子電極との間に、導電性接着剤で構成され、バンプ電極と端子電極を電気的に接続する導電性接着層を備える構成としても良いし、請求項８に記載のように、バンプ電極がはんだを用いて構成されても良い。いずれの構成としても、電気的な接続状態を確保することができる。特に請求項６に記載の構成とすれば、アンダーフィルの耐湿性に係わらず、端子電極とバンプ電極（接合部含む）の耐食性を向上することができる。また、請求項７又は請求項８に記載の構成とすれば、請求項６に記載の構成に比べて、製造を容易とすることができる。

なお、基材としては、請求項９に記載のように一部が開口され、湿度センサ及び基材が固定されたケースを採用することができる。それ以外にも、請求項１０に記載のように、端子電極としてランドが設けられた回路基板を採用することができる。

請求項１０に記載の構成においては、請求項１１に記載のように、基材が、アンダーフィルとの接触面とその裏面との間を貫通する第１貫通孔を有し、一部が開口され、湿度センサ及び基材が固定されたケースを基材とは別に備え、基材（回路基板）の端子電極配置面（ランド形成面）の裏面とケースとの間に複数のスペーサが互いに離間して配置され、アンダーフィルが、第１貫通孔を介して外部と通気状態とされた構成としても良い。

これによれば、アンダーフィルのうち、外部雰囲気に晒される部位が増やすことができるので、第１貫通孔を有さない構成と比べて、より精度良く湿度を検出することができる。また、アンダーフィルのうち、第１貫通孔を介して外部雰囲気に晒される部位は、第１貫通孔を介してケースと対向し、スペーサによる基材とケースとの間の隙間を介して外部と通気状態とされている。すなわち、第１貫通孔を介して外部雰囲気に晒される部位が外部に向いて配置されていないので、異物がアンダーフィルを介して間接的に感湿膜に与える影響による出力特性の変動を、第１貫通孔を有さない構成と同様に低減することができる。

なお、請求項１２に記載のように、基材（回路基板）の平面方向において、第１貫通孔は感湿膜と少なくとも一部が重なるように設けられることが好ましい。これによれば、外部雰囲気に晒される部位と感湿膜との距離が短くなるので、より精度良く湿度を検出することができる。

また、請求項１３に記載のように、アンダーフィルが、紫外線によって硬化する紫外線硬化剤を含む構成としても良い。これによれば、ケースに固定する前に、第１貫通孔を介して紫外線を照射することで、短時間でアンダーフィルを硬化させることができる。

次に、請求項１４に記載の湿度センサ装置は、基板と、基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の検出電極と、基板上であって、少なくとも一対の検出電極間に設けられた感湿膜と、基板の感湿膜形成面と同一面上に設けられ、検出電極と電気的に接続された電極パッドと、を有する湿度センサと、電極パッドに対応して端子電極が設けられ、湿度センサが実装される基材と、電極パッド上に設けられ、電極パッドと端子電極とを電気的に接続するバンプ電極と、湿度センサと基材との対向面間において、少なくとも電極パッド、バンプ電極、及び端子電極の接合部の周囲領域を含んで部分的に配置されるアンダーフィルとを備え、湿度センサと基材との対向面間に、感湿膜を外部と通気状態とさせる空洞部が構成されていることを特徴とする。

このように本発明においても、請求項１に記載の発明同様、湿度センサが感湿膜形成面側を実装面として基材にフリップチップ実装されており、感湿膜が基材側に向いて配置されている。また、アンダーフィルは、湿度センサと基材との対向面間（従来の感湿膜の配置よりも基材側）に配置されている。したがって、異物（例えばタバコのヤニ等）の付着や異物の衝突による破損によって、従来よりも感湿膜が影響（直接的又はアンダーフィルによる間接的な影響）を受けにくいので、異物が感湿膜に与える影響による出力特性の変動を低減することができる。なお、接合部の周囲領域とは、請求項１に記載の発明同様、電極パッドとバンプ電極、バンプ電極と端子電極の各接合部だけでなく、電極パッド、バンプ電極、及び端子電極自身の周囲も含むものである。

また、アンダーフィルが部分的に配置されることで、湿度センサと基材との対向面間に、空洞部が設けられ、この空洞部を介して感湿膜が外部雰囲気にさらされている。したがって、従来の材料を用いたアンダーフィルによって、湿度センサと基材との対向面間を埋める構成に比べて、精度良く湿度を検出することができる。

以下、本発明の実施の形態を図に基づいて説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係る湿度センサ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。図２は、センサチップのうち、検出部付近の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。

図１（ａ），（ｂ）に示すように、湿度センサ装置１００は、要部として、基板２１０に湿度を検出する検出部２２０が構成されたセンサチップ２００と、センサチップ２００が実装される回路基板３００と、センサチップ２００の電極パッド２３０上に設けられ、電極パッド２３０と回路基板３００のランド３２０とを電気的に接続するバンプ電極４００と、センサチップ２００と回路基板３００の対向面間の間隙を埋めるアンダーフィル５００と、を含むものである。

センサチップ２００は、特許請求の範囲に記載の湿度センサに相当するものであり、湿度の変化に対応して電気信号を出力する電子式の検出部２２０を有している。このような検出部２２０としては、抵抗変化型や静電容量変化型のものがある。本実施形態においては、その一例として静電容量変化型の検出部２２０を採用している。

具体的には、図２（ａ），（ｂ）に示すように、例えばシリコンからなる基板２１０上には、例えば酸化シリコンからなる絶縁膜２１１を介して、一対の検出電極２１２，２１３が離間して対向するように形成されている。検出電極２１２，２１３は、図２（ａ）に示されるように、各検出電極２１２，２１３が、共通電極部２１２ａ，２１３ａと、この共通電極部２１２ａ，２１３ａから一方向に延びる複数の櫛歯電極部２１２ｂ，２１３ｂ（本例においては各５本）とを有している。そして、検出電極２１２，２１３を構成するそれぞれの櫛歯電極部２１２ｂ，２１３ｂが交互に並んで噛み合うように、一対の検出電極２１２，２１３が形成されている。検出電極２１２，２１３は、例えばアルミ、銅、金、白金等の低抵抗金属材料を基板２１０上に蒸着やスパッタリング等の手法によって付着させ、その後、フォトリソグラフィー処理により、櫛歯状パターンにパターニングすることによって形成される。本実施形態に係る検出電極２１２，２１３は、アルミを用いて形成されている。

また、基板２１０上には、検出電極２１２，２１３及びその電極間を覆うように、例えば窒化シリコンからなる保護膜２１４が形成されている。この保護膜２１４は、例えばプラズマＣＶＤ法等により、基板２１０上の各部において同じ厚さをもつように堆積されている。この保護膜２１４は、検出電極２１２，２１３や検出電極２１２，２１３に接続された配線２１５の、水分による腐食等を防止するためのものである。検出電極２１２，２１３や配線２１５に水分に対する耐食性がある場合には、保護膜２１４のない構成を採用することもできる。なお、配線２１５のうち、検出電極２１２，２１３と接続されない側の端部が保護膜２１４から露出され、電極パッド２３０となっている。この電極パッド２３０は、基板２１０に対し、検出電極２１２，２１３と同一側の表面に形成されている。

保護膜２１４上には、少なくとも一対の検出電極２１２，２１３間（本実施形態においては検出電極２１２，２１３間とそれぞれの電極２１２，２１３上）を覆うように、感湿膜２１６が形成されている。感湿膜２１６は、例えばポリイミドの前駆体であるワニス状のポリアミド酸を所定粘度に調整して保護膜２１４上に配置し、所定温度で加熱することにより閉環させてイミド化することにより形成されている。すなわち、本実施形態においては、ポリイミドを主成分とするポリイミド系の材料を用いて感湿膜２１６が構成されている。

このように検出部２２０は、基板２１０の同一面側に形成された、検出電極２１２，２１３と感湿膜２１４を（本実施形態においては、絶縁膜２１１、保護膜２１４も）含んで構成されている。すなわち、感湿膜２１６によって被覆された領域が検出部２２０の形成領域である。このように構成される検出部２２０において、感湿膜２１６中に水分が浸透すると、水分は比誘電率が大きいため、その浸透した水分量に応じて、感湿膜２１６の比誘電率が変化する。その結果、感湿膜２１６を誘電体の一部として一対の検出電極２１２，２１３によって構成されるコンデンサの静電容量が変化する。感湿膜２１６内に含まれる水分量は、検出部２２０の周囲湿度に対応するため、一対の検出電極２１２，２１３間の静電容量から湿度を検出することができる。

回路基板３００は、配線パターンや配線パターン間を接続するビアホール（ともに図示略）等を形成してなる基板３１０に、マイコン、抵抗、コンデンサ等の電子部品（図示略）を実装してなるものである。本実施形態においては、センサチップ２００の出力を補正する補正回路や静電容量の変化量を検出するための信号処理回路等が構成されている。また、基板３１０の一表面上には、配線パターンのうち、レジスト（図示略）から露出された電極部分としてランド３２０が形成されている。本実施形態に係るランド３２０は金を材料として構成されている。なお、本実施形態においては、回路基板３００が特許請求の範囲に記載の基材に相当し、ランド３２０が端子電極に相当している。

バンプ電極４００は、センサチップ２００の電極パッド２３０上に設けられており、電極パッド２３０とランド３２０とを電気的に接続するものである。その形状及び構成材料は特に限定されるものではない。本実施形態に係るバンプ電極４００は、金（金ワイヤ）を材料として構成されている。そして、超音波によってランド３２０と接合されている。

アンダーフィル５００は、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間において、少なくとも電極パッド２３０、バンプ電極４００、及びランド３２０の接合部の周囲領域に配置され、これらを保護するものである。例えばアンダーフィル５００によって、センサチップ２００と回路基板３００との線膨張係数差に基づく応力を緩和し、接合部の接続信頼性を向上することができる。なお、接合部の周囲領域とは、電極パッド２３０とバンプ電極４００、バンプ電極４００とランド３２０の各接合部だけでなく、電極パッド２３０、バンプ電極４００、及びランド３２０自身の周囲も含んでいる。本実施形態においては、図１（ａ），（ｂ）に示すように、アンダーフィル５００は、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間の間隙を埋める（封止する）ように配置されている。このような構成とすると、センサチップ２００と回路基板３００とをアンダーフィル５００によって機械的に接合して、両者の固定状態を安定化することができる。

本実施形態においては、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間のすべての領域において、アンダーフィル５００が、感湿膜２１６を構成する主成分（本実施形態においてはポリイミド）と同一の主成分を含んで構成されている。より詳しくは、すべての領域において、感湿膜２１６と同一の材料（本実施形態においてはポリイミド系材料）を用いて構成されている。

次に、このように構成される湿度センサ装置１００の組み付け手順について、その一例を説明する。先ず、感湿膜２１６等の形成されたセンサチップ２００を準備し、センサチップ２００の電極パッド２３０上に、金ワイヤを用いてバンプ電極４００を形成する。次に、ランド３２０と対応するバンプ電極４００が接するように、センサチップ２００を回路基板３００上に搭載する。そして、ランド３２０とバンプ電極４００が位置決めされた状態で、超音波接合により、ランド３２０とバンプ電極４００を接合する。接合後、導通試験を経た後、アンダーフィル５００を構成するために、ポリイミドの前駆体であるワニス状のポリアミド酸を所定粘度に調整してセンサチップ２００と回路基板３００との間の間隙に注入（本実施形態においてはディスペンサによる）して、間隙を封止する。そして、加熱することにより硬化（イミド化）させて、アンダーフィル５００が形成される。

このように本実施形態に係る湿度センサ装置１００によれば、アンダーフィル５００がセンサチップ２００と回路基板３００との対向面間の間隙を埋めるように配置され、すべての領域において、感湿膜２１６を構成する主成分と同一の主成分を含んで構成されている。すなわち、アンダーフィル５００の吸放湿性が従来よりも向上されている。したがって、感湿膜２１６がアンダーフィル５００を介して水分を吸放湿しやすいので、従来のアンダーフィル５００を用いた場合よりも、精度良く湿度を検出することができる。特に本実施形態においては、アンダーフィル５００が、感湿膜２１６と同一の材料を用いて構成されているので、より精度良く湿度を検出することができる。

また、感湿膜形成面側を実装面として、センサチップ２００を回路基板３００にフリップチップ実装することで、感湿膜２１６（検出部２２０）を、外部側ではなく回路基板３００側に向けた配置としている。すなわち、異物（例えばタバコのヤニ等）の付着や異物の衝突による破損といった直接的な影響を、感湿膜２１６が従来よりも受けにくい構成となっている。また、アンダーフィル５００は、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間（すなわち、従来の感湿膜の配置よりも回路基板側）に配置されている。すなわち、異物（例えばタバコのヤニ等）の付着や異物の衝突による破損といった直接的な影響を、アンダーフィル５００が従来配置の感湿膜よりも受けにくい構成となっている。仮にアンダーフィル５００が異物による影響を受けたとしても、感湿膜２１６に対しては間接的である。したがって、異物が感湿膜２１６に与える影響による出力特性の変動を従来よりも低減することができる。さらに、センサチップ２００を回路基板３００にフリップチップ実装しているので、湿度センサ装置１００の体格を小型化することができる。

また、アンダーフィル５００を、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間の間隙を埋めるように配置しているので、センサチップ２００と回路基板３００の固定状態を安定化することができる。

なお、アンダーフィル５００の吸放湿性を従来よりも向上すると、バンプ電極４００、ランド３２０、及びその接合部の耐食性が低下することが懸念されるが、本実施形態においては、ランド３２０とバンプ電極４００がともに金からなり、両者が超音波接合されているので、十分な耐食性を確保することができる。

また、本実施形態においては、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間のすべての領域において、アンダーフィル５００が、感湿膜２１６と同一の材料（本実施形態においてはポリイミド系材料）を用いて構成される例を示した。しかしながら、アンダーフィル５００は、感湿膜２１６を構成する主成分と同一の主成分を含んで構成されていれば良い。例えば、図３に示すように、アンダーフィル５００を、感湿膜２１６を構成する主成分（本実施形態においてはポリイミド）と同一の主成分を含みつつ、例えばポリイミド鎖の端末Ｈ（水素）をＦ（フッ素）と置換させ、感湿膜２１６よりも疎水性をもたせた材料を用いて構成しても良い。このような構成とすると、感湿膜２１６と同一の材料を用いた構成よりも若干吸放湿性は低下するものの、耐湿性（バンプ電極４００、ランド３２０、及びその接合部の耐食性）を向上することができる。図３は、変形例を示す断面図である。

また、本実施形態においては、ランド３２０とバンプ電極４００がともに金からなり、両者が超音波接合される例を示した。しかしながら、ランド３２０とバンプ電極４００の構成材料、及び、これらの接合方法は上記例に限定されるものではない。例えば、図４に示すように、バンプ電極４００とランド３２０との間に、導電性接着剤で構成され、バンプ電極４００とランド３２０を電気的に接続する導電性接着層４５０を備える構成としても良い。導電性接着剤としては、公知のものを採用することができる。このような構成とすると、導電性接着剤の硬化（例えば加熱や紫外線照射）によって電気的な接続が可能であるので、製造工程を簡素化することができる。また、図５に示すように、バンプ電極４００の構成材料としてはんだを採用しても良い。このような構成としても、製造工程を簡素化することができる。図４，５ともに、変形例を示す断面図である。なお、図４，５に示す構成の場合、耐食性の点で上述した構成よりも劣るので、好ましくは、図３に示す構成のアンダーフィル５００を採用すると良い。

また、本実施形態においては、ディスペンサを用いて、センサチップ２００と回路基板３００の対向面間にアンダーフィル５００を構成する材料を配置（注入）する例を示した。しかしながら、アンダーフィル５００（の構成材料）の配置は上記例に限定されるものではない。例えば、アンダーフィル５００として、シート状のフィルムを採用することもできる。この場合、所定位置に精度良くアンダーフィル５００を配置することができる。ただし、シート状のフィルムを採用する場合、本実施形態に示す構成によれば、回路基板３００上にアンダーフィル５００を配置した後、センサチップ２００を搭載してバンプ電極４００とランド３２０とを接合する必要がある。したがって、本実施形態に示したように、バンプ電極４００とランド３２０とを超音波接合する方法を採用すると良い。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態を、図６に基づいて説明する。図６は、第２実施形態に係る湿度センサ装置１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

第２実施形態に係る湿度センサ装置１００は、第１実施形態に示した湿度センサ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

本実施形態においては、アンダーフィル５００が、接合部の周囲領域とそれ以外の配置領域とで異なる材料を用いて構成されている点を特徴とする。具体的には、図６（ａ），（ｂ）に示すように、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間を埋める（封止する）ように配置されるアンダーフィル５００のうち、接合部の周囲領域５１０は感湿膜２１６の構成材料（ポリイミド系材料）よりも耐湿性を有する材料を用いて構成されている。また、接合部の周囲領域５１０以外の配置領域５２０は、感湿膜２１６と同一の材料を用いて構成されている。なお、感湿膜２１６の構成材料よりも耐湿性を有する材料としては、感湿膜２１６を構成する主成分を含むもの（第１実施形態の図３参照）でも良いし、含まないものでも良い。本実施形態においては、耐食性をより向上させるために、公知のエポキシ系材料を採用している。

なお、本実施形態においては、第１実施形態同様、ディスペンサを用いて、センサチップ２００と回路基板３００の対向面間にアンダーフィル５００を構成する材料を配置（注入）する構成を採用している。したがって、図６（ａ），（ｂ）に示すように、対向面間のうち、もっとも近い側の開口端まで接合部の周囲領域５１０が延びている。そして、周囲領域５１０以外の配置領域５２０は、感湿膜２１６に接するとともに、対向面間の開口端を介して外部雰囲気に晒されている。例えば、第１実施形態に示した手順において、先に接合部の周囲領域５１０に対応する材料を注入して硬化し、その後、配置領域５２０に対応する材料を注入して硬化することで、本実施形態に係る湿度センサ装置１００を構成することが可能である。

このように、本実施形態に係る湿度センサ装置１００によれば、配置領域５２０のアンダーフィル５００が、感湿膜２１６と同一材料によって構成されているので、第１実施形態に示した構成同様、精度良く湿度を検出することができる。また、接合部の周囲領域５１０のアンダーフィル５００が、感湿膜２１６よりも耐湿性の高い材料を用いて構成されているので、第１実施形態に示した構成よりも、耐食性（バンプ電極４００、ランド３２０、及びその接合部の耐食性）を向上することができる。したがって、バンプ電極４００、ランド３２０、及びその接合部が、例えば第１実施形態の図４，５に示した構成であっても、接合部の耐食性を確保することが容易である。

なお、本実施形態においては、ディスペンサを用いて、センサチップ２００と回路基板３００の対向面間にアンダーフィル５００を構成する材料を配置（注入）する例を示した。しかしながら、第１実施形態に示したように、アンダーフィル５００として、シート状のフィルムを採用することもできる。特に本実施形態に示すように、アンダーフィル５００の領域５１０，５２０によって、構成材料が異なる構成においては、シート状のフィルムを採用すると、所定位置に精度良くアンダーフィル５００を配置することができる。

また、本実施形態においては、アンダーフィル５００のうち、接合部の周囲領域５１０が感湿膜２１６を構成する主成分を含まない材料によって構成され、配置領域５２０が感湿膜２１６と同一材料によって構成される例を示した。しかしながら、接合部の周囲領域５１０が、感湿膜２１６を構成する主成分を含みつつ、感湿膜２１６よりも耐湿性の向上された材料によって構成されても良い。また、配置領域５２０が、感湿膜２１６を構成する主成分を含みつつ、感湿膜２１６とは異なる材料（完全一致ではない）によって構成されても良い。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態を、図７に基づいて説明する。図７は、第３実施形態に係る湿度センサ装置１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。

第３実施形態に係る湿度センサ装置１００は、第１実施形態に示した湿度センサ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

本実施形態においては、湿度センサ装置１００として、回路基板３００に実装されたセンサチップ２００が収容保護されるケースを備えるとともに、回路基板３００に貫通孔が形成されている点を特徴とする。図７（ａ），（ｂ）に示すように、回路基板３００には、アンダーフィル５００との接触面及びその裏面の間を貫通する第１貫通孔３３０が設けられている。この第１貫通孔３３０はアンダーフィル５００の配置領域内に設けられている。第１貫通孔３３０の個数は特に限定されるものではない。本実施形態においては、回路基板３００の平面方向において、感湿膜２１６を内包するように、１つの第１貫通孔３３０が設けられている。

ケース６００は、一部が開口されており、これによりセンサチップ２００が湿度を検出可能となっている。ケース６００の構成材料及び形状は特に限定されるものではない。本実施形態においては、例えば耐熱性を有する樹脂を構成材料とし、一面が開口した箱状に設けられている。そして、箱状のケース６００の底面６０１には、複数のスペーサ６１０を介して、回路基板３００のランド形成面の裏面が固定（例えば接着）されている。

スペーサ６１０の構成材料は特に限定されるものではない。回路基板３００との間で電気的な絶縁が必要であれば、樹脂やゴム等を採用することができる。本実施形態に係るスペーサ６１０は樹脂からなり、ケース６００の底面６０１に接着固定されている。また、本実施形態においては、図７（ａ）に示すように、回路基板３００の平面方向において、第１貫通孔３３０の形成領域を除く位置に、６個のスペーサ６１０が互いに離間して配置されている。したがって、第１貫通孔３３０の形成領域に対応するアンダーフィル５００の部分は、第１貫通孔３３０を介してケース６００の底面６０１と対向し、スペーサ６１０による回路基板３００とケース６００との間の隙間を介して、外部と通気状態とされている（外部雰囲気に晒されている）。

このように本実施形態に係る湿度センサ装置１００によれば、アンダーフィル５００のうち、外部雰囲気に晒される部位が増やすことができるので、第１実施形態と比べて、より精度良く湿度を検出することができる。

また、アンダーフィル５００のうち、第１貫通孔３３０を介して外部雰囲気に晒される部位は、外部側ではなく、ケース６００の底面に向いて配置されているので、異物がアンダーフィル５００を介して間接的に感湿膜２１６に与える影響による出力特性の変動を低減することができる
また、回路基板３００の平面方向において、感湿膜２１６を内包するように第１貫通孔３３０を設けているので、アンダーフィル５００のうち、第１貫通孔３３０を介して外部雰囲気に晒される部位と感湿膜２１６との距離が短く、より精度良く湿度を検出することができる。なお、第１貫通孔３３０が感湿膜２１６を内包しなくとも、少なくとも一部が重なる構成であれば、同様の効果を期待することができる。

また、本実施形態においては、複数のスペーサ６１０を配置することによって、回路基板３００とケース６００の間に第１貫通孔３３０と連通する通気路を構成する例を示した。しかしながら、スペーサ６１０の代わりに、ケース６００に突起や溝を設けた構成としても、回路基板３００とケース６００の間に第１貫通孔３３０と連通する通気路を構成することができる。

また、本実施形態においては、上述したように、回路基板３００に第１貫通孔３３０が設けられている。したがって、図８に示すように、アンダーフィル５００が、紫外線によって硬化する紫外線硬化剤５３０を含む構成としても良い。これによれば、ケース６００に回路基板３００を固定する前に、第１貫通孔３３０を介して紫外線を照射することで、短時間でアンダーフィル５００を構成する材料を硬化させることができる。図８は変形例を示す断面図である。

なお、本実施形態に示した構成は、第１実施形態に示した構成のみならず、第２実施形態に示した構成と組み合わせることもできる。

（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態を、図９に基づいて説明する。図９は、第４実施形態に係る湿度センサ装置１００の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。

第４実施形態に係る湿度センサ装置１００は、第１実施形態に示した湿度センサ装置１００と共通するところが多いので、以下、共通部分については詳しい説明は省略し、異なる部分を重点的に説明する。

本実施形態においては、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間の間隙をアンダーフィル５００によってすべて埋めるのではなく、アンダーフィル５００を、少なくとも電極パッド２３０、バンプ電極４００、及びランド３２０の接合部の周囲領域を含んで部分的な領域に配置することで、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間に、感湿膜２１６を外部と通気状態とさせる空洞部５４０を構成する点を特徴とする。

その一例として、図９（ａ），（ｂ）に示す湿度センサ装置１００においては、アンダーフィル５００をバンプ電極４００ごとに分割し、互いに離間して配置している。そして、分割されたアンダーフィル５００は、それぞれが回路基板３００の平面方向において、感湿膜２１６と重ならないように配置（感湿膜２１６を間に挟んで対向配置）されており、センサチップ２００と回路基板３００との対向面間において、アンダーフィル５００の間のアンダーフィル５００が配置されない領域が空洞部５４０となっている。そして、感湿膜２１６は、空洞部５４０を介して、外部雰囲気に晒されている。なお、アンダーフィル５００の構成材料については、特に限定されるものではない。

このように本実施形態に係る湿度センサ装置１００によれば、第１実施形態に記載の構成同様、感湿膜形成面側を実装面として、センサチップ２００を回路基板３００にフリップチップ実装することで、感湿膜２１６（検出部２２０）を、外部側ではなく回路基板３００側に向けた配置としている。したがって、異物が感湿膜２１６に与える影響による出力特性の変動を従来よりも低減することができる。また、センサチップ２００を回路基板３００にフリップチップ実装しているので、湿度センサ装置１００の体格を小型化することができる。

また、アンダーフィル５００は、センサチップ２００と回路基板３００の対向面間に部分的に配置されており、これによって構成された空洞部５４０を介して、感湿膜２１６が外部雰囲気に晒されている。したがって、センサチップ２００が回路基板３００にフリップチップ実装され、感湿膜２１６が回路基板３００側を向いた構成でありながら、感湿膜２１６がアンダーフィル５００を介さずに直接的に水分を吸放湿することができる。すなわち、従来の材料を用いたアンダーフィルが感湿膜上に配置される構成に比べて、精度良く湿度を検出することができる。

なお、このような構成は、ディスペンサを用いて、センサチップ２００と回路基板３００の対向面間にアンダーフィル５００を構成する材料を注入する方法によっても可能である。好ましくは、第１実施形態に示したように、アンダーフィル５００としてシート状のフィルムを採用すると、センサチップ２００と回路基板３００の対向面間の所定位置に空洞部５４０を構成（アンダーフィル５００を配置）することができる。

また、本実施形態においては、アンダーフィル５００が分割され、アンダーフィル５００、センサチップ２００、及び回路基板３００によって空洞部５４０が構成される例を示した。しかしながら、空洞部５４０は、センサチップ２００と回路基板３００の対向面間にアンダーフィル５００が部分的に配置されることによって構成されるものであれば採用することができる。例えば、回路基板３００の平面方向において、アンダーフィル５００の端部から感湿膜２１６まで延びる穴部が設けられ、当該穴部内を空洞部５４０としても良い。すなわち、アンダーフィル５００のみによって空洞部５４０が構成されても良い。

また、第３実施形態に示した構成（図７参照）に対し、図１０（ａ），（ｂ）に示すように、アンダーフィル５００に、第１貫通孔３３０に連通する空洞部５４０を設けた構成としても良い。これによれば、感湿膜２１６を、空洞部５４０、第１貫通孔３３０、及びスペーサ６１０による回路基板３００とケース６００との間の隙間を介して、外部と通気状態とすることができる。図１０は、変形例を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態になんら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

本実施形態において、センサチップ２００を構成する基板２１０がシリコンからなる半導体基板である例を示した。このように半導体基板を用いると、一般的な半導体製造技術により、センサチップ２００を低コストで製造することができる。しかしながら、それ以外（例えばガラス等）の材料からなる基板を採用することもできる。

本実施形態においては、センサチップ２００が実装される基材が回路基板３００である例を示した。しかしながら、図１１に示すように、センサチップ２００をケース６００に直接固定する構成（例えば、センサチップ２００を構成する基板２１０に処理回路も集積化された構成）においても、基材としての回路基板３００をケース６００に置き換えることで、第１実施形態又は第２実施形態に示した構成を適用することができる。図１１は、その他変形例を示す断面図である。図１１に示す符号６２０は、端子電極（回路基板３００のランド３２０）に相当するリードである。

第１実施形態に係る湿度センサ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 センサチップのうち、検出部付近の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 変形例を示す断面図である。 第２実施形態に係る湿度センサ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 第３実施形態に係る湿度センサ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 変形例を示す断面図である。 第４実施形態に係る湿度センサ装置の概略構成を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 変形例を示す図であり、（ａ）は感湿膜形成面の裏面側から見た平面図、（ｂ）は（ａ）のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。 その他変形例を示す断面図である。

符号の説明

１００・・・湿度センサ装置
２００・・・センサチップ（湿度センサ）
２１６・・・感湿膜
２２０・・・検出部
２３０・・・電極パッド
３００・・・回路基板（基材）
３２０・・・ランド（端子電極）
４００・・・バンプ電極
５００・・・アンダーフィル

Claims (14)

1. 基板と、
   前記基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の検出電極と、
   前記基板上であって、少なくとも前記一対の検出電極間に設けられた感湿膜と、
   前記基板の感湿膜形成面と同一面上に設けられ、前記検出電極と電気的に接続された電極パッドと、を有する湿度センサと、
   前記電極パッドに対応して端子電極が設けられ、前記湿度センサが実装される基材と、
   前記電極パッド上に設けられ、前記電極パッドと前記端子電極とを電気的に接続するバンプ電極と、
   前記湿度センサと前記基材との対向面間の間隙を埋め、少なくとも前記電極パッド、前記バンプ電極、及び前記端子電極の接合部の周囲領域を除く配置領域が、前記感湿膜を構成する主成分と同一の主成分を含んで構成されたアンダーフィルと、を備えることを特徴とする湿度センサ装置。
2. 前記アンダーフィルは、すべての領域において、前記感湿膜を構成する主成分と同一の主成分を含んで構成されていることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ装置。
3. 前記アンダーフィルは、すべての領域において、前記感湿膜と同一の材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ装置。
4. 前記アンダーフィルは、すべての領域において、前記感湿膜の構成材料よりも耐湿性を有する材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項２に記載の湿度センサ装置。
5. 前記アンダーフィルのうち、前記接合部の周囲領域を除く配置領域が前記感湿膜と同一の材料を用いて構成され、前記接合部の周囲領域が前記感湿膜の構成材料よりも耐湿性を有する材料を用いて構成されていることを特徴とする請求項１に記載の湿度センサ装置。
6. 前記バンプ電極及び前記端子電極は、それぞれ貴金属を用いて構成され、直接的に接合されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の湿度センサ装置。
7. 前記バンプ電極と前記端子電極との間に、導電性接着剤で構成され、前記バンプ電極と前記端子電極を電気的に接続する導電性接着層を備えることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の湿度センサ装置。
8. 前記バンプ電極は、はんだを用いて構成されていることを特徴とする請求項１〜５いずれか１項に記載の湿度センサ装置。
9. 前記基材は、一部が開口され、前記湿度センサ及び前記基材が固定されたケースであることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の湿度センサ装置。
10. 前記基材は、前記端子電極としてランドが設けられた回路基板であることを特徴とする請求項１〜８いずれか１項に記載の湿度センサ装置。
11. 前記基材は、前記アンダーフィルとの接触面とその裏面との間を貫通する第１貫通孔を有し、
    一部が開口され、前記湿度センサ及び前記基材が固定されたケースを備え、
    前記基材の端子電極配置面の裏面と前記ケースとの間に、複数のスペーサが互いに離間して配置され、
    前記アンダーフィルは、前記第１貫通孔を介して、外部と通気状態とされていることを特徴とする請求項１０に記載の湿度センサ装置。
12. 前記基材の平面方向において、前記第１貫通孔は前記感湿膜と少なくとも一部が重なるように設けられていることを特徴とする請求項１１に記載の湿度センサ装置。
13. 前記アンダーフィルは、紫外線によって硬化する紫外線硬化剤を含んでいることを特徴とする請求項１１又は請求項１２に記載の湿度センサ装置。
14. 基板と、
    前記基板上の同一平面に離間して対向配置された一対の検出電極と、
    前記基板上であって、少なくとも前記一対の検出電極間に設けられた感湿膜と、
    前記基板の感湿膜形成面と同一面上に設けられ、前記検出電極と電気的に接続された電極パッドと、を有する湿度センサと、
    前記電極パッドに対応して端子電極が設けられ、前記湿度センサが実装される基材と、
    前記電極パッド上に設けられ、前記電極パッドと前記端子電極とを電気的に接続するバンプ電極と、
    前記湿度センサと前記基材との対向面間において、少なくとも前記電極パッド、前記バンプ電極、及び前記端子電極の接合部の周囲領域を含んで部分的に配置されるアンダーフィルとを備え、
    前記湿度センサと前記基材との対向面間に、前記感湿膜を外部と通気状態とさせる空洞部が構成されていることを特徴とする湿度センサ装置。

Images