JP2011151225A - 湿度センサパッケージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】安価で防水・防塵性に優れた湿度センサパッケージ及びその製造方法を提供する。
【解決手段】湿度変化を測定する湿度センサと、該湿度センサの感湿部を外気に露出させる吸湿口４２ａを有する保護部材４２とを備えた湿度センサパッケージ１において、保護部材及び封止樹脂２０上に、保護部材の吸湿口に当接し、該保護部材の周囲で封止樹脂により接着された多孔質ＰＴＦＥ膜３０を設けた。
【選択図】図２

Description

本発明は、吸湿口を保護する多孔質ＰＴＦＥ膜を備えた湿度センサパッケージ及びその製造方法に関する。

湿度に応じて感湿部の静電容量または電気抵抗が変化する湿度センサは、湿度検知のために感湿部を外気に露出させる必要がある。従来では、湿度センサ上に感湿部のみを露出させる吸湿口を有する保護部材を設け、この保護部材を露出させた状態で湿度センサを封止樹脂で覆った湿度センサパッケージが知られている。このような湿度センサパッケージでは、吸湿口を介して外気中の汚染物質（ゴミ）や水滴が感湿部に付着しやすいため、カバーを設けることが提案されている。特許文献１には、湿度センサを保護するためのカバーとして、透湿性・防水性・防塵性の三つを備えた多孔質ポリテトラフルオロエチレン膜（多孔質ＰＴＦＥ膜）のような延伸多孔質樹脂フィルムを用いる旨の記載がある。

特開平０２−１０７９５８号公報

しかし、従来構造は、多孔質ＰＴＦＥ膜を吸湿口部分に接着剤で貼り付けるものや、図９に示すように、多孔質ＰＴＦＥ膜１３０を有するカバー部材１３１を封止樹脂で覆った湿度センサパッケージ１０１の上に設けたものであった。多孔質ＰＴＦＥ膜を接着剤で貼り付けた場合には剥離するおそれがあり、カバー部材を別に設ける場合にはコストが増大するほか、パッケージ毎にカバー部材を取り付ける作業が煩雑となっていた。

本発明は、以上の問題意識に基づき、安価及び製造容易で防水・防塵性に優れた湿度センサパッケージ及びその製造方法を提供することを目的とする。

本発明は、湿度センサを封止する際にその封止樹脂によって多孔質ＰＴＦＥ膜を貼り付ければ、保護部材の吸湿口を覆う多孔質ＰＴＦＥ膜を確実に接着固定でき、かつ、この接着固定を多数のパッケージ構造に対して一括で行えることに着眼して完成されたものである。

すなわち、本発明は、湿度変化を測定する湿度センサと、この湿度センサ上に突出形成され、該湿度センサの感湿部を外気に露出させる吸湿口を有する保護部材と、この保護部材を露出させた状態で前記湿度センサを覆う封止樹脂とを備えた湿度センサパッケージにおいて、前記保護部材及び前記封止樹脂上に、前記保護部材の吸湿口に当接し、該保護部材の周囲で前記封止樹脂により接着された多孔質ＰＴＦＥ膜を設けたことを特徴としている。

前記多孔質ＰＴＦＥ膜は、パッケージ表面に露出する上面が一様な平面をなし、前記保護部材及び前記封止樹脂と接する下面に該保護部材の周縁エッジによる段差部を有していることが実際的である。

また本発明は、製造方法の態様によれば、湿度変化を測定する湿度センサと、この湿度センサ上に突出し、該湿度センサの感湿部を外気に露出させる吸湿口を有する保護部材とを有するパッケージ構造を基板上に多数形成する工程と、前記基板の多数のパッケージ構造を封止すると同時に、単一のシート状の多孔質ＰＴＦＥ膜を、前記保護部材の吸湿口に当接させた状態で該保護部材の周囲の封止樹脂により接着する工程と、この多孔質ＰＴＦＥ膜で覆われた前記基板をパッケージ構造単位で切断する工程とを有することを特徴としている。

前記封止及び前記多孔質ＰＴＦＥ膜の接着工程は、モールド金型の下金型に前記多数のパッケージ構造を有する基板を設置し、上金型の該基板と対向する側の面に前記多孔質ＰＴＦＥ膜を被せるステップと、前記上下金型を押し当て、前記多孔質ＰＴＦＥ膜を介して前記上金型と前記保護部材の吸湿口とを当接させるステップと、この当接状態で、前記多孔質ＰＴＦＥ膜と前記基板との間に生じるキャビティに封止樹脂を充填するステップと、この封止樹脂の硬化後に、前記多孔質ＰＴＦＥ膜を前記基板側に残して上下金型を外すステップとを有することが実際的である。

前記多孔質ＰＴＦＥ膜には、接着前の段階で１５０μｍ以上の膜厚を有するものを用いることが好ましい。シート状の多孔質ＰＴＦＥ膜は、熱及び圧力が加えられるとその膜厚が小さくなる性質があるので、モールド時に該多孔質ＰＴＦＥ膜と当接している保護部材の周縁エッジで破断しないよう、すなわち、保護部材の周縁エッジを確実にカバーできるように、一定以上の膜厚が必要となる。

本発明によれば、湿度センサを封止する封止樹脂上に、湿度センサの保護部材の吸湿口に当接し、該保護部材の周囲で該封止樹脂に接着された多孔質ＰＴＦＥ膜を設けたので、多数のパッケージ構造に対して一括で多孔質ＰＴＦＥ膜を確実に設けることができ、安価で防水・防塵性に優れた湿度センサパッケージ及びその製造方法を提供できる。

本発明を適用した湿度センサパッケージを示す斜視図である。 図１の湿度センサパッケージから多孔質ＰＴＦＥ膜を除去して描いた斜視図である。 封止前の湿度センサパッケージを示す斜視図である。 封止前の湿度センサパッケージを上面側から見て示す平面図である。 本発明を適用した湿度センサパッケージの製造方法の一工程を示す断面図である。 図５の一部を拡大して示す拡大断面図である。 図５及び図６の次工程を示す拡大断面図である。 図７の次工程を示す断面図である。 従来構造のカバー部材を備えた湿度センサパッケージを示す断面図である。

図１及び図２は、本発明を適用した湿度センサパッケージを示す斜視図である。湿度センサパッケージ１は、センサチップ基板４０及びＩＣ基板５０（共に図３、図４参照）を実装した支持基板１０と、これらセンサチップ基板４０及びＩＣ基板５０を封止する封止樹脂２０と、パッケージ表面（封止樹脂２０）全体を覆う多孔質ＰＴＦＥ（Ｐｏｌｙｔｅｔｒａｆｌｕｏｒｏｅｔｈｙｌｅｎｅ）膜３０とを備えている。

多孔質ＰＴＦＥ膜３０を除去して描いた図２に示すように、封止樹脂２０はセンサチップ基板の湿度センサ上に突設した保護部材４２を露出させた状態でセンサチップ基板４０及びＩＣ基板５０を覆っており、この封止樹脂２０で覆われていない保護部材４２の上面に開口した吸湿口４２ａは多孔質ＰＴＦＥ膜３０で覆われている。多孔質ＰＴＦＥ膜３０は、透湿性、防水性及び防塵性を有する保護膜であって、吸湿口４２ａの下方に位置する湿度センサの感湿部を保護する。この多孔質ＰＴＦＥ膜３０は、保護部材４２の周囲に存在する封止樹脂２０に接着固定されており、保護部材４２には接着されていない。

パッケージ裏面（支持基板１０の裏面）には、外部実装可能なＳＭＤ（Ｓｕｒｆａｃｅ Ｍｏｕｎｔ Ｄｅｖｉｃｅ）端子１１が複数設けられている。

図３及び図４は、封止樹脂２０による封止前の湿度センサパッケージ構造を示す斜視図及び平面図である。図３及び図４を参照し、支持基板１０上に実装されたセンサチップ基板４０及びＩＣ基板５０の構成例を説明する。

センサチップ基板４０は、例えばＳｉ層の表面に絶縁膜を有するシリコン基板からなる。このセンサチップ基板４０には、吸収または放出した水分量に応じて誘電率が変化する高分子感湿材料を誘電体とし、湿度によって静電容量が変化する感湿部４１ａと湿度によらず一定の静電容量を保持する固定部４１ｂを有する静電容量型の湿度センサ４１と、湿度センサ４１の感湿部４１ａを外気に露出させるための吸湿口４２ａを有する保護部材４２と、湿度センサ４１の複数の電気配線部４３とが形成されている。保護部材４２は、湿度センサ２１上に突出形成されていて、湿度センサ４１の固定部４１ｂを覆い、吸湿口４２ａから感湿部４１ａのみを露出させる。この保護部材４２はＳｉからなる。保護部材４２及び吸湿口４２ａの形状は任意である。複数の電気配線部４３は、一端部が湿度センサ４１の感湿部４１ａ及び固定部４１ｂにそれぞれ電気的に接続され、他端部に電極パッド４５がそれぞれ設けられている。

ＩＣ基板５０は、湿度センサ４１の出力変化を検出する制御回路基板であって、センサチップ基板４０よりも薄板で構成されている。このＩＣ基板５０には、センサチップ基板４０の複数の電極パッド４５に対応する複数の電極パッド５５と、外部接続用の電極パッド５６が備えられている。

センサチップ基板４０の複数の電極パッド４５とＩＣ基板５０の複数の電極パッド５５は、例えばＡｕからなる導電性ワイヤー５１を介して電気的に接続されている。外部接続用の電極パッド５６は、例えばＡｕからなる導電性ワイヤー５２によって、支持基板１０の表面に設けたコンタクト導体１２と電気的に接続されている。コンタクト導体１２は、支持基板１０の表裏面を貫通するスルーホール導体を介して、支持基板１０の裏面に設けたＳＭＤ端子１１に導通接続している。

上記センサチップ基板４０及びＩＣ基板５０を接着固定した支持基板１０において、その表面高さが最も高くなるのは保護部材４２の上面である。導電性ワイヤー５１、５２の表面高さは保護部材４２の上面よりも低くなっており、封止樹脂２０によって完全に覆われている。

次に、図５〜図８を参照し、本発明を適用した湿度センサパッケージの製造方法について説明する。図５〜図８は、湿度センサパッケージの製造工程を示す断面図である。

先ず、図５に示すように、単一の支持基板１０上に多数の対をなすセンサチップ基板４０と多数のＩＣ基板５０を接着固定し、対応する電極パッド４５、５５同士及び外部接続用の電極パッド５６とコンタクト導体１２を導電性ワイヤー５１、５２によってそれぞれ電気的に接続しておく。各センサチップ基板４０の湿度センサ４１上には、吸湿口４２ａを有する保護部材４２が形成されている。

次に、図５及び図６に示すように、モールド金型の下金型６１に支持基板１０を設置し、上金型６２の支持基板１０と対向する面（図の下面）にシート状の多孔質ＰＴＦＥ膜３０を装着する。この状態で、上下金型６１、６２を押し当てると、支持基板１０上で表面高さが最も高い保護部材４２の上面に多孔質ＰＴＦＥ膜３０が押し当てられる。このとき、保護部材４２の上面は、図６に示すように、多孔質ＰＴＦＥ膜３０を変形させて、該多孔質ＰＴＦＥ膜３０内に進入する。つまり、保護部材４２の上面に接する多孔質ＰＴＦＥ膜３０には、段差部αが生じている。多孔質ＰＴＦＥ膜３０の膜厚を例えば２００μｍとすると、進入量ｄ（段差部αの高さ）はｄ＝１０〜６０μｍ程度とすることができる。別言すると、多孔質ＰＴＦＥ膜３０は、モールド時にその膜厚が約半分程度まで減少する性質を有しており、モールド前の段階で一定以上の厚さがないと、モールド時に、多孔質ＰＴＦＥ膜３０側へ進入している保護部材４２の上面のエッジ部分で破断されてしまうおそれがある。よって、本実施形態では、モールド後も保護部材４２の上面のエッジ部分を確実にカバーできるように、用いる多孔質ＰＴＦＥ膜３０のモールド前段階での膜厚を１５０μｍ以上に規定する。

続いて、図７に示すように、多孔質ＰＴＦＥ膜３０と支持基板１０との間に生じるキャビティに封止樹脂２０を充填し、封止樹脂２０を硬化させる。図５の矢印Ａは、モールド金型の下金型６１と上金型６２の間に形成した樹脂注入口６３から封止樹脂２０を注入する方向を示している。封止樹脂２０には、例えばエポキシ系樹脂またはフィラーを混入したエポキシ系樹脂を用いる。封止樹脂２０の硬化により、多孔質ＰＴＦＥ膜３０は、パッケージ表面となる支持基板１０の最上面（つまり封止樹脂２０）に接着固定される。上述のように保護部材４２の上面が多孔質ＰＴＦＥ膜３０を弾性変形させて進入した状態で上金型６２に押し当てられているので、多孔質ＰＴＦＥ膜３０と保護部材４２の間に封止樹脂２０が入り込むことはなく、封止樹脂２０の表面は保護部材４２の上面よりも低くなる。よって、保護部材４２の上面が露出した状態でセンサチップ基板４０及びＩＣ基板５０は封止樹脂２０により封止され（図２参照）、多孔質ＰＴＦＥ膜３０は、保護部材４２の周囲で封止樹脂２０により確実に接着固定される一方、保護部材４２の上面では単に当接するだけで接着されない。

封止樹脂２０が硬化した後、上下金型６１、６２を外すと、封止樹脂２０上に多孔質ＰＴＦＥ膜３０が残された支持基板１０が得られる。すなわち、図５〜図７のトランスファーモールド工程により、単一の支持基板１０上で多数のパッケージ構造に対して多孔質ＰＴＦＥ膜３０を一括で接着できる。

そして、図８に示すように、１枚のセンサチップ基板４０と１枚のＩＣ基板５０からなるパッケージ単位で支持基板１０を切断する。図８の矢印Ｂはダイシングラインを示している。

分割した各パッケージには、支持基板１０の裏面に、スルーホール導体を介してコンタクト導体１２と導通接続するＳＭＤ端子１１を形成する。このＳＭＤ端子１１を介して、ＩＣ基板５０は外部回路と接続可能になる。

以上により、図１〜図４に示される湿度センサパッケージ１が多数同時に得られる。

以上のように本実施形態では、モールド工程時に、封止樹脂２０によって、保護部材４２の吸湿口４２ａを覆う多孔質ＰＴＦＥ膜３０をパッケージ表面に貼り付けるので、単一の支持基板１０上で多数のパッケージ構造に対して一括で多孔質ＰＴＦＥ膜３０を確実に接着でき、製造工程が容易となり、コストダウンを図れる。これにより、安価で防水・防塵性に優れた湿度センサパッケージ及びその製造方法を提供できる。

以上では、湿度センサ４１（センサチップ基板４０）とそのＩＣ基板５０を同一の支持基板１０上に備えた実施形態で本発明を説明したが、本発明は、湿度センサと同一基板上にＩＣ基板を具備しないタイプ（少なくとも湿度センサ、保護部材及び封止樹脂を有するタイプ）にも勿論適用可能である。

１ 湿度センサパッケージ
１０ 支持基板
２０ 封止樹脂
３０ 多孔質ＰＴＦＥ膜
４０ センサチップ基板
４１ 湿度センサ
４１ａ 感湿部
４１ｂ 固定部
４２ 保護部材
４２ａ 吸湿口
４３ 電気配線部
４５ 電極パッド
５０ ＩＣ基板
５１、５２ 導電性ワイヤー
５５、５６ 電極パッド

Claims (5)

1. 湿度変化を測定する湿度センサと、この湿度センサ上に突出形成され、該湿度センサの感湿部を外気に露出させる吸湿口を有する保護部材と、この保護部材を露出させた状態で前記湿度センサを覆う封止樹脂とを備えた湿度センサパッケージにおいて、
   前記保護部材及び前記封止樹脂上に、前記保護部材の吸湿口に当接し、該保護部材の周囲で前記封止樹脂により接着された多孔質ＰＴＦＥ膜を設けたことを特徴とする湿度センサパッケージ。
2. 請求項１記載の湿度センサパッケージにおいて、前記多孔質ＰＴＦＥ膜は、パッケージ表面に露出する上面が一様な平面をなし、前記保護部材及び前記封止樹脂と接する下面に該保護部材の周縁エッジによる段差部を有している湿度センサパッケージ。
3. 湿度変化を測定する湿度センサと、この湿度センサ上に突出し、該湿度センサの感湿部を外気に露出させる吸湿口を有する保護部材とを有するパッケージ構造を基板上に多数形成する工程と、
   前記基板の多数のパッケージ構造を封止樹脂で封止すると同時に、単一のシート状の多孔質ＰＴＦＥ膜を、前記保護部材の吸湿口に当接させた状態で該保護部材の周囲の封止樹脂により接着する工程と、
   この多孔質ＰＴＦＥ膜で覆われた前記基板をパッケージ構造単位で切断する工程と、
   を有することを特徴とする湿度センサパッケージの製造方法。
4. 請求項３記載の湿度センサパッケージの製造方法において、前記封止及び前記多孔質ＰＴＦＥ膜の接着工程は、
   モールド金型の下金型に前記多数のパッケージ構造を有する基板を設置し、上金型の該基板と対向する側の面に前記多孔質ＰＴＦＥ膜を装着するステップと、
   前記上下金型を押し当て、前記多孔質ＰＴＦＥ膜を介して前記上金型と前記保護部材の吸湿口とを当接させるステップと、
   この当接状態で、前記多孔質ＰＴＦＥ膜と前記基板との間に生じるキャビティに封止樹脂を充填するステップと、
   この封止樹脂の硬化後に、前記多孔質ＰＴＦＥ膜を前記基板側に残して上下金型を外すステップと、
   を有する湿度センサパッケージの製造方法。
5. 請求項３または４記載の湿度センサパッケージの製造方法において、接着前の段階で１５０μｍ以上の膜厚を有する多孔質ＰＴＦＥ膜シートを用いる湿度センサパッケージの製造方法。

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