JP2008541087A - センサーモジュールパッケージ - Google Patents

Abstract

【解決手段】 センサーモジュールパッケージは、センサーキャビティ（６）への開口（４）を有するハウジング素子（３）を含み、外部の空気がセンサーキャビティ（６）内に位置されたセンサー装置（１）に到達可能であり、外部の空気の特性を感知する。センサー電子部品（９）は、センサー装置（１）に接続され出力信号を提供する。センサー装置（１）およびセンサー電子部品（９）は、基板（２）上に位置される。センサーキャビティ（６）は、基板（２）の少なくともキャビティ部分、ハウジング素子（３）の少なくとも一部、および開口（４）によって形成される。カバー部材（１１）には、機械的の固定素子（１３）が設けられ、センサーモジュールパッケージ（１０）を車両に搭載する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、センサーキャビティへの開口を有するハウジング部材を有し、外部の空気がセンサーキャビティ内に位置されたセンサー装置に到達可能であり、外部の空気の特性を感知し、センサー電子部品がセンサー装置に接続され出力信号を提供し、センサー装置およびセンサー電子部品は基板上に位置されている、センサーモジュールパッケージに関する。

乗り物のガス検出装置は、ヨーロッパ特許出願ＥＰ−Ａ−０７１２７４５に開示されている。この装置は、ガスセンサー素子および処理する電子部品が搭載されたプリント回路ボードと、プリント回路ボードを収容するハウジングとを有する。ハウジングは、ガスセンサー素子の感知面が突出するセンサーキャビティと、センサーキャビティへのフィルターを介して吸気開口からの外部の空気を排気開口の前方へ搬送するエアー迷路(ラビリンス)とを有する。センサーキャビティは、ハウジング、フィルター排気表面、およびセンサー素子表面によって完全に規定される。その結果、ガス検出装置のアッセンブリは、全く煩雑であり、かつ複雑である。

汚染プローブは、ＥＰ−Ａ−０７７９１７０に開示されている。この装置は、センサーハウジング内に搭載された評価電子部品を有するプリント回路ボードを含んでいる。センサー装置は、プリント回路ボードに接続され、センサーハウジングから外部に延在する舌部に配置される。センサーキャビティは、ハウジングカバーをセンサーを有する舌部上に配置することによって形成される。舌部上のセンサー装置を保護するためにハウジングカバーの配置が必要である。全体的に、この汚染プローブのアッセンブリもまた複雑である。

本発明は、組み立てが容易であり、外気の湿気またはパーティクルからセンサーが保護される、空気良質のセンサーモジュールを提供することを求める。

本発明によれば、上記プレアンブルに規定されたセンサーモジュールパッケージが提供され、そこにはセンサーキャビティが、少なくとも基板の空洞部分、少なくともハウジング素子の部分および開口によって形成される。センサーキャビティの壁、例えば底壁、として基板の一部（キャビティの一部）を用いることによって、さらにセンサーキャビティのさらなる境界としてセンサーハウジング素子および開口を用いることによって、センサーモジュールパッケージのアッセンブリは非常に簡単となり、センサーパッケージモジュールは非常に効率よく製造することができる。

更なる実施例において、センサー装置は、基板のキャビティ部分に配置され、センサー装置の感知面での外部の空気の直接的な相互作用を可能にする。例えば、表面実装技術を用いて、センサー装置を基板（プリント回路ボードのようなもの）に取り付けることが成し遂げられる。センサー装置にさらに搭載する素子または配置する素子は何ら必要とされない。上昇された動作温度を要求するセンサー装置が使用されるとき、センサー装置を基板に直接に取り付けることができるため、センサー装置それ自身には、熱絶縁するバリアが効果的に提供される。これは、ＭＥＭＳセンサー装置を用いて成し遂げられ、感知面が自由なメンブレイン上に提供される。

更なる実施例において、封止部材は、センサーキャビティの効果的な封止を可能にするため、ハウジング素子と基板との間に設けられ、外部の空気のみがセンサーキャビティに到達することを可能にする。更なる実施例において、外部の空気がセンサーキャビティに入ることのみを可能にするため、開口には、半浸透性のメンブレインが設けられ、メンブレインは、外部の空気がセンサーキャビティに入ることを可能にする。水蒸気および粒子は、効果的にセンサーキャビティに入り込むことが阻止され、これにより、センサー装置を可能性のある損傷から保護する。半浸透性のメンブレインは、例えば、ゴアテックス（Gore-Tex）のような材料から構成される。

更なる実施例において、センサー電子部品は、基板上のセンサーキャビティと対向する側に配置される。センサー電子部品は、これによりセンサーキャビティ内の外部の空気による外部の影響から保護される。センサー装置と処理用の電子部品との間の接続には、例えばヴィア（vias）を用いた従来の方法が提供される。

長所のある実施例において、ハウジング素子は、基板をハウジング素子に固定するロック部材を有する。ハウジング部材に基板を固定することにより、半製品（セミプロダクト）が得られる。これは、例えば、１つの位置で基板（センサー装置を有する）をハウジング素子に組み立てることを可能にし、半製品のキャリブレーションを他の位置で実行することを可能にする。

センサーモジュールパッケージはさらに、更なる実施例においてカバー部材を有し、カバー部材は、ハウジング素子、基板およびカバー部材によって形成された電子部品キャビティを封止するように配置される。カバー部材は、ハウジング素子と同様の材料から構成することができ、カバー部材は、例えばレーザー溶接、接着等を用いてハウジング素子に取り付けられる。

センサーモジュールパッケージの組み立てられた状態においてセンサーキャビティの適切な封止を確実にするため、カバー部材は、基板をハウジング素子に押圧するための延在部材を含む。延在部材は、ピンまたはその他の形状のカバー部材の延長であることができ、カバー部材の一体部分を形成することが効果的である（例えば、延長部分を有するカバー部材をインジェクションモールドする）。

センサーモジュールパッケージを乗り物等の車両に搭載することを可能にするため、カバー部材は、センサーモジュールパッケージを車両に搭載するための機械的な固定素子（部材）を含むことが効果的である。このような機械的な固定素子は、標準化された形状であることができ、広い種々の車両のタイプにおいてセンサーモジュールパッケージを搭載することを可能にする。

本発明は、添付された図面を参照し、いくつかの例を用いて、以下により詳細に説明される。

本センサーモジュールパッケージ１０の実施例が、図１に模式的な断面で示されている。センサーモジュールパッケージ１０は、センサー装置１を含み、これは、外気の所定の物質、例えば、一酸化炭素、酸化窒素（ＮＯｘ）、炭化水素（ＨＣ）、または揮発性有機化合物（ＶＯＣ）に感度を有する。センサー装置１は、単一のセンサー素子を有してもよいが、複数のセンサー素子が提供されてもよく、例えば、検出されるべき物質につき１つである。

センサーモジュールパッケージ１０は、例えば、プラスティックモールドから形成されたハウジング素子３を含む。ハウジング素子３は、側壁７によって規定された開口４を含む。本実施例では、開口４は、円形状であるが、他の形状、例えば矩形状または四角形状が用いられても良い。開口は、メンブレイン（薄膜）５によって覆われ、メンブレイン５は、センサーモジュール１０の内部を外気に含まれる湿気やパーティクルから保護しようとする。メンブレインは、例えば、半透明性または半浸透性の材料から構成され、例えば外部の空気のようなガスを通過させるが、水分や埃の粒子がセンサーモジュール１０内に入り込むのを防止する。

センサーモジュールパッケージ１０は、プリント回路ボードのような基板２を含む。センサー装置１は、基板２の一方の側に、例えば公知の接着またははんだ付けの技術を用いて配置される。基板２の他方の側には、処理用の電子部品（エレクトロニクス）９が配置され、これは、公知の技術、例えば基板２のヴィアを用いてセンサー装置１に接続される。上昇された動作温度を要求するセンサー装置１が使用されるとき、基板２に直接的にセンサー装置１を取り付けることができるため、センサー装置１それ自身には熱的な絶縁バリアが好都合に与えられる。

基板２は、ハウジング素子３の側壁７とメンブレイン５との共働によってセンサーキャビティ（空洞）６を形成する。側壁７は、基板２との気密接続を提供するように適合される。ここに示される実施例では、側壁７と基板２との間の気密封止は、例えば、ラバーまたはシリコーン材料などから構成されるＯリング形状の封止部材８を用いて成し遂げられる。ハウジング素子３と共働する基板２は、センサーモジュールパッケージ１０にセンサーキャビティ６を提供するため、センサーモジュールパッケージ１０のアッセンブリは非常に簡単であり、かつセンサーモジュールパッケージ１０は非常に効率よく製造される。

製造プロセス中に、センサーモジュールパッケージ１０は、幾つかのステージで組み立てられる。第１に、ハウジング素子３が製造され、例えば、インジェクションモールドまたは他のキャスティング技術を用いて製造される。ハウジング素子３には、コネクタ部分１５が一体成型される。コネクタ部分１５にはさらに、端子１６（図１では１つが示されているが、多数の例えば３つの端子１６があってもよい）が設けられ、これは、例えばハウジング素子３に予め規定された搭載穴を用いて位置決めされる。端子１６と基板との間の電気的な接続は、導電性のスプリング１７によって提供され、これは、組み立てられた状態で基板２上の接続パッドに抗して押圧され、本実施例における電気的な接続を提供する。代替的な例では、接続は、例えばピンと穴の接続を用いて得ることができる。コネクタ部分１５は、好ましくは、標準的なタイプのコネクタとして形成され、例えば、ＭＱＳ（マイクロ クワドロック システムMicro Quadlock System）コネクタのような標準的な自動車のコネクタとして形成される。

それから、ハウジング素子３の開口４は、例えば溶接技術または接着剤を用いて、メンブレイン５によってカバーされ、図1に示されるように、Ｏリング８が側壁の周囲に位置決めされる。引き続いて、センサー装置１と処理用の電子部品９が完成された予め製造された基板２がハウジング素子３に位置決めされ、センサーキャビティ６が自動的に形成される。基板２は、固定手段１４を用いてハウジング素子３に固定されることができ、これは都合の良い実施例であり、固定手段１４は、ハウジング素子３の一体部分である。基板２の固定は、基板２が固定手段１４の延長する部分を越えるように単に押圧する（スナップフィット）ことで成し遂げられる。代替的に、固定手段１４は、ハウジング素子３に基板２を留めるように形成される。

センサーモジュールパッケージ１０は、キャリブレーション（校正）に供される。処理用の電子部品は、ハウジング素子３の開口された側から容易に到達し得るので、キャリブレーションは、間単に実行することができる。キャリブレーション後、センサーモジュールパッケージ１０には、カバー素子１１が設けられ、また処理用電子部品９は、損傷や外部の影響から保護される。カバー素子１１には、ピン１２が設けられ、ピン１２は、ハウジング３への基板２のさらなる固定を提供する。カバー素子１１にはさらに、搭載手段１３を設けらことができ、搭載手段１３は、例えば乗り物へのセンサーモジュールパッケージ１０の固定を可能にする。代替的に、ハウジング素子３には、センサーモジュールパッケージ１０の正面側（ガス開口側）に、例えばバイオネット（銃剣）接続の形状の搭載手段１３が設けられるようにしてもよい。最後の工程として、カバー素子１１およびハウジング素子３は、例えばレーザー溶接または接着剤により互いに取り付けられ、使用の準備ができた完全に閉じたセンサーモジュールパッケージ１０が提供される。

図1は、本発明によるセンサーモジュールパッケージの実施例の断面を示す図である。

Claims (9)

1. センサーキャビティ（６）への開口（４）を有するハウジング素子（３）を含み、センサーキャビティ（６）内に位置されたセンサー装置（１）に外部の空気が到達し外部の空気の特性を感知し、さらにセンサー装置（１）に接続され出力信号を提供するセンサー電子部品（９）を含み、センサー装置（１）およびセンサー電子部品（９）が基板（２）に配置されたセンサーモジュールパッケージにおいて、
   センサーキャビティ（６）は、基板（２）の少なくともキャビティ部分、ハウジング素子（３）の少なくとも一部、および開口（４）によって形成される、センサーモジュールパッケージ。
2. センサー装置（１）は、基板のキャビティ部分に位置される、請求項１に記載のセンサーモジュールパッケージ。
3. 封止部材（８）がハウジング素子（３）と基板（２）の間に設けられる、請求項１または２に記載のセンサーモジュールパッケージ。
4. 開口（４）には、半浸透性のメンブレイン（５）が設けられ、外部の空気をセンサーキャビティ（６）に入らせる、請求項１ないし３いずれか１つに記載のセンサーモジュールパッケージ。
5. センサー電子部品（９）は、基板（２）のセンサーキャビティ（６）と対向する側に位置される、請求項１ないし４いずれか１つに記載のセンサーモジュールパッケージ。
6. ハウジング素子（３）は、ロック部材（１４）を含み、基板（２）をハウジング素子（３）に固定する、請求項１ないし５いずれか１つに記載のセンサーモジュールパッケージ。
7. センサーモジュールパッケージ（１０）はさらに、カバー部材（１１）を含み、カバー部材は、ハウジング素子（３）、基板（２）およびカバー部材（１１）によって形成された電子部品キャビティを封止するように配置される、請求項１ないし６いずれか１つに記載のセンサーモジュールパッケージ。
8. カバー部材（１１）は、基板（２）をハウジング素子（３）に押圧する延在部材（１２）を含む、請求項７に記載のセンサーモジュールパッケージ。
9. カバー部材（１１）は、センサーモジュールパッケージ（１０）を車両に搭載するための機械的な固定部材（１３）を含む、請求項７または８に記載のセンサーモジュールパッケージ。

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