JP2011185704A - Humidity sensor module - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、湿度センサとその周辺回路部品を同一基板上に搭載した湿度センサモジュールに関する。 The present invention relates to a humidity sensor module in which a humidity sensor and its peripheral circuit components are mounted on the same substrate.
環境変化測定に用いられるセンサは、近年、時計や携帯電話等の小型電子機器にも搭載できるように、小型薄型化に加えて防水性が要求されるようになってきた。一般的に、センサ及びその周辺回路を構成する電子部品は水に濡れると電気的に短絡し、破壊されるおそれがあると考えられている。具体的に湿度センサの防水構造としては、例えば特許文献1に記載されるように、湿度センサの周囲を透湿性防水防塵膜で覆ったものが知られている。 In recent years, sensors used for environmental change measurement have been required to be waterproof in addition to being small and thin so that they can be mounted on small electronic devices such as watches and mobile phones. In general, it is considered that the electronic components constituting the sensor and its peripheral circuits are electrically short-circuited and may be destroyed when wet. Specifically, as a waterproof structure of a humidity sensor, for example, as described in Patent Document 1, a structure in which the periphery of a humidity sensor is covered with a moisture-permeable waterproof and dustproof film is known.
しかし、特許文献1のように透湿性防水防塵膜で湿度センサの周囲を覆う構造を用いると、該透湿性防水防塵膜を設けるためのスペースが必要となって大型化を招き、小型電子機器に搭載することが難しい。また特許文献2には圧力センサ基板の外周に合成樹脂製のケースを設けて圧力センサパッケージを防水構造にすることが記載されているが、この外装ケースによる防水構造も特許文献1と同様に小型薄型化には不利である。このように従来は、小型電子機器に搭載可能な小型薄型で防水機能を有する湿度センサが存在しなかった。 However, if a structure that covers the periphery of the humidity sensor with a moisture-permeable waterproof and dust-proof film as in Patent Document 1 is used, a space for providing the moisture-permeable waterproof and dust-proof film is required, leading to an increase in size, and a small electronic device. It is difficult to install. Further, Patent Document 2 describes that a case made of a synthetic resin is provided on the outer periphery of the pressure sensor substrate to make the pressure sensor package a waterproof structure. It is disadvantageous for thinning. Thus, conventionally, there has been no small and thin humidity sensor having a waterproof function that can be mounted on a small electronic device.
本発明は、上記課題に鑑み、小型薄型で防水機能を有する湿度センサモジュールを提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a small and thin humidity sensor module having a waterproof function.
本発明は、湿度センサパッケージとその周辺回路部品を防水樹脂で覆うだけで容易に防水機能が得られることに着目して完成されたものである。 The present invention has been completed in view of the fact that a waterproof function can be easily obtained simply by covering the humidity sensor package and its peripheral circuit components with a waterproof resin.
すなわち、本発明は、複数の配線導体を絶縁層で被覆し、該複数の配線導体と導通接続する複数の電極パッドを前記絶縁層から露出させた状態で設けた配線基板と、湿度を検知可能な湿度センサ素子、この湿度センサ素子と電気的に接続したIC回路基板、前記湿度センサ素子に外気を導く吸湿口、この吸湿口を開口させたまま少なくとも前記IC回路基板を封止する封止樹脂、及び、前記湿度センサ素子の吸湿口を開口させた面とは異なる面に配置されて前記IC回路基板と電気的に接続した複数のSMD端子を有し、前記複数のSMD端子と前記配線基板の対応する複数の電極パッドとの電気的接続により該配線基板に表面実装された湿度センサパッケージと、前記配線基板上に配置され、該配線基板の複数の電極パッドの少なくとも1つと電気的に接続したセンサ周辺回路部品と、前記配線基板上で、このセンサ周辺回路部品を覆い、かつ、前記吸湿口を開口させたまま前記湿度センサパッケージの複数のSMD端子及び前記配線基板の複数の電極パッドを覆う防水樹脂と、を備えたことを特徴としている。 That is, the present invention is capable of detecting the humidity, and a wiring board in which a plurality of wiring conductors are covered with an insulating layer, and a plurality of electrode pads electrically connected to the plurality of wiring conductors are exposed from the insulating layer. Humidity sensor element, an IC circuit board electrically connected to the humidity sensor element, a moisture suction port for introducing outside air to the humidity sensor element, and a sealing resin for sealing at least the IC circuit board with the moisture suction port open And a plurality of SMD terminals arranged on a surface different from a surface where the moisture absorption port of the humidity sensor element is opened and electrically connected to the IC circuit board, the plurality of SMD terminals and the wiring board A humidity sensor package surface-mounted on the wiring board by electrical connection with the corresponding electrode pads, and disposed on the wiring board, and at least one of the electrode pads on the wiring board Sensor peripheral circuit components electrically connected to the wiring board, and a plurality of SMD terminals of the humidity sensor package and the wiring board on the wiring board, covering the sensor peripheral circuit parts and opening the moisture absorption port. And a waterproof resin covering the plurality of electrode pads.
前記防水樹脂は、前記吸湿口を露出させ、かつ、前記複数のSMD端子及び前記配線基板の対応する複数の電極パッドと前記センサ周辺回路部品を完全に覆う厚さで、設けられていることが好ましい。この態様によれば、防水樹脂の厚さ制御により、吸湿口を開口させたまま、複数のSMD端子及び配線基板の対応する電極パッドとセンサ周辺回路部品を完全に覆うことが容易である。 The waterproof resin is provided with a thickness that exposes the moisture absorption port and completely covers the plurality of SMD terminals and the corresponding electrode pads of the wiring board and the sensor peripheral circuit component. preferable. According to this aspect, by controlling the thickness of the waterproof resin, it is easy to completely cover the plurality of SMD terminals, the corresponding electrode pads of the wiring board, and the sensor peripheral circuit components while the moisture absorption port is opened.
前記配線基板には、フレキシブル配線基板を用いることが実際的である。 It is practical to use a flexible wiring board as the wiring board.
本発明によれば、湿度センサパッケージの複数のSMD端子と配線基板の対応する複数の電極パッドの電気的接続によるセンサ実装部と配線基板上に実装したセンサ周辺回路部品とが防水樹脂により保護されて露出しないので、これら電気系への浸水を回避でき、小型薄型で防水機能を有する湿度センサモジュールを提供できる。 According to the present invention, the sensor mounting portion by electrical connection of the plurality of SMD terminals of the humidity sensor package and the corresponding plurality of electrode pads of the wiring board and the sensor peripheral circuit components mounted on the wiring board are protected by the waterproof resin. Therefore, it is possible to provide a humidity sensor module having a small and thin waterproof function.
図1及び図2は本発明を適用した湿度センサモジュールの一実施形態を示す斜視図、図3は湿度センサモジュールを上から見て示す平面図、図4は図1のIV−IV線に沿う断面図である。湿度センサモジュール10は、配線基板20上に実装した湿度センサパッケージ30及びその周辺回路部品40を防水樹脂50によって被覆した防水機能付き湿度センサモジュールである。防水樹脂50は、図2及び図3では図示省略されている。
1 and 2 are perspective views showing an embodiment of a humidity sensor module to which the present invention is applied, FIG. 3 is a plan view showing the humidity sensor module as viewed from above, and FIG. 4 is taken along line IV-IV in FIG. It is sectional drawing. The
配線基板20は、複数の配線導体21を絶縁層22で被覆した柔軟性を有する変形自在の薄型基板であって、狭小スペースに組み込む場合にも自由度が高くなっている。本実施形態では、配線基板20として、配線方向に延長させた細長矩形状のフレキシブル配線基板を用いている。複数の配線導体21には、その延長方向の一端部側に、湿度センサパッケージ30と電気的に接続する複数の電極パッド(センサ実装用電極パッド)23a及びセンサ周辺回路部品40の各々と電気的に接続する複数の電極パッド(回路部品実装用電極パッド)23bが形成され、他端部側に、外部接続に用いる複数の電極パッド(外部接続電極パッド)23cが形成されている。これら複数の電極パッド23a、23b、23cはいずれも、絶縁層22内の対応する配線導体21に電気的に接続し、基板表面20aに露出している。
The
湿度センサパッケージ30は、図5ないし図7に詳細を示すように、湿度を検知する湿度センサ素子32と、この湿度センサ素子32を保護し、該湿度センサ素子32に外気を導入する吸湿口31を設けた保護部材311と、該湿度センサ素子32と電気的に接続したIC回路基板350と、吸湿口31を開口させた面とは異なる面に設けた金属導体からなる複数のSMD(Surface Mount Device)端子37とを備え、吸湿口31及び複数のSMD端子37を露出させた状態で湿度センサ素子32及びIC回路基板350を、例えばエポキシ樹脂等からなる封止樹脂36で覆ったモールドパッケージである。図6及び図7では、パッケージ上面を構成する封止樹脂36を図示省略して示してある。
As shown in detail in FIGS. 5 to 7, the
上記湿度センサ素子32、吸湿口31を形成する保護部材311、複数の電気配線部33及び電極パッド34は、センサチップ基板310上に備えられ、このセンサチップ基板310と、電極パッド354、355を有するIC回路基板350とは、単一の支持基板300上に配置されている。
The
図示実施形態では、センサ上面(図示上方向)に吸湿口31を開口させ、この吸湿口31と180°反対側となるセンサ下面に複数のSMD端子37を配置してある。複数のSMD端子37と配線基板20の対応する電極パッド(センサ実装用電極パッド)23aの電気的接続により、湿度センサパッケージ30は配線基板20の表面20aに実装される。実装には、例えば半田や導電性接着剤等を用いることができる。
In the illustrated embodiment, a
周辺回路部品40は、例えば外部電源から与えられた供給電圧を所定電圧まで降下させて湿度センサ素子32への入力電圧を生成する降圧回路などを、フィルタコンデンサや抵抗のような複数の電子部品41、42、43で構成している。各電子部品41、42、43は、例えば半田や導電性接着剤等により、配線基板20の対応する電極パッド(回路部品実装用電極パッド)23bと電気的に接続され、配線基板20に対して湿度センサパッケージ30と同一面に実装されている。この周辺回路部品40の種類及び数は限定されない。
The
防水樹脂50は、例えばエポキシ樹脂からなり、少なくとも、センサ実装部である複数のSMD端子37及び複数の電極パッド23aと周辺回路部品40(電子部品41〜43)とを完全に覆っている。防水樹脂50の厚みは、湿度センサパッケージ30の吸湿口31は露出させ、かつ、複数のSMD端子37及び複数の電極パッド23aと周辺回路部品40を完全に覆うように制御(設定)してある。この防水樹脂50により、湿度センサパッケージ30の複数のSMD端子37、配線基板20の複数の電極パッド23a、23b及び周辺回路部品40は水に濡れることがなく、これらが腐食して起こる断線及び浸水による複数のSMD端子37間の短絡を回避できる。これにより、信頼性及び耐久性が向上する。
The
センサチップ基板310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。保護部材311は、湿度センサ素子32上に突出形成されていて、該湿度センサ素子32の感湿部のみを吸湿口31から外気に露出させる。この保護部材311はSiからなる。保護部材311及び吸湿口31の形状は任意である。複数の電気配線部33は、一端部が湿度センサ素子32にそれぞれ電気的に接続され、他端部に電極パッド34がそれぞれ設けられている。湿度センサ素子32は、具体的には例えば、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感湿体とし、その誘電率変化を静電容量変化として検出する静電容量型、あるいは、吸収または放出した水分量に応じた電気抵抗変化を検出する抵抗型を用いることができる。本実施形態の湿度センサ素子32は、湿度変化によらず出力が一定の基準部と湿度変化に応じて出力が変動する感湿部とを備えた静電容量型である。湿度センサ素子の感湿部は、湿度検知のために水分に強い高分子感湿材料を選定して形成されているので、水に濡れても動作上の不具合を招くおそれがない。
The
IC回路基板350は、湿度センサ素子32の出力変化を検出する制御回路基板である。複数の電極パッド354は、導電性ワイヤー38を介して、対応するセンサチップ基板310の複数の電極パッド34と電気的に接続され、外部接続用の電極パッド355は、導電性ワイヤー39を介して、支持基板300の表面に設けたコンタクト導体307と電気的に接続されている。コンタクト導体307は、支持基板300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300の裏面に設けたSMD端子37に導通接続している。
The
上記センサチップ基板310及びIC回路基板350を接着固定した支持基板300において、その表面高さが最も高くなるのは保護部材311の上面であり、導電性ワイヤー38、39の表面高さは保護部材311の上面よりも低くなっている。つまり、保護部材311の上面を除いてセンサチップ基板310及びIC回路基板350は、封止樹脂36で完全に覆われている。
In the
このモールドパッケージである湿度センサパッケージ30を用いることで、湿度センサの配線基板20への表面実装が可能となり、吸湿口31を除いた湿度センサパッケージ30及びその周辺回路部品40を防水樹脂50で被覆するだけで防水機能が得られる。湿度センサパッケージ30の実寸は、例えば、縦2.5mm、横2.3mm、厚さ1mm程度である。
By using the
本湿度センサモジュール10は、湿度センサパッケージ30のIC回路基板350及びSMD端子37と周辺回路部品40が封止樹脂36及び防水樹脂50により防水され、さらに、配線基板20の配線導体21も絶縁層22で被覆されて防水されており、湿度センサパッケージ30の感湿部が水に濡れることがあっても動作上問題がない。よって、湿度センサモジュール10を電子機器に搭載する際、図1に示すように、配線基板20の上下を例えばゴム製のパッキンPで挟むことで閉じ合わせて密閉し、水分に曝される領域Aと水分に曝されない領域Bとに分離して使用することができる。あるいは、上記パッキンは用いずに、電子機器内の図示しない接続端子と電極パッド(外部接続電極パッド)23cとを接続した後、該接続部分を防水樹脂で覆って使用してもよい。
In this
以上のように本実施形態によれば、配線基板20上に湿度センサパッケージ30及びその周辺回路部品40を実装し、かつ、これら電子部品を防水樹脂50で覆ったので、簡単な構成で、狭小スペースにも搭載可能な小型薄型の防水機能を有する湿度センサモジュール10を実現できた。本実施形態の湿度センサモジュールの寸法例を上げると、例えば、縦6mm、横30mm、厚さ1mm程度である。
As described above, according to the present embodiment, the
10 湿度センサモジュール
20 配線基板(フレキシブル配線基板)
20a 基板表面
21 配線導体
22 絶縁層
23a 電極パッド(センサ実装用電極パッド)
23b 電極パッド(回路部品実装用電極パッド)
23c 電極パッド(外部接続用電極パッド)
30 湿度センサパッケージ(湿度センサ)
31 吸湿口
32 湿度センサ素子
33 電気配線部
34 電極パッド
36 封止樹脂(パッケージ)
37 SMD端子
38、39 導電性ワイヤー
40 周辺回路部品
41、42、43 電子部品
50 防水樹脂
300 支持基板
307 コンタクト導体
310 センサチップ基板
311 保護部材
350 IC回路基板
354、355 電極パッド
10
23b Electrode pad (Electrode pad for mounting circuit components)
23c Electrode pad (external connection electrode pad)
30 Humidity sensor package (humidity sensor)
31
37
Claims (3)
湿度を検知する湿度センサ素子、この湿度センサ素子と電気的に接続したIC回路基板、前記湿度センサ素子に外気を導く吸湿口、この吸湿口を開口させたまま少なくとも前記IC回路基板を封止する封止樹脂、及び、前記湿度センサ素子の吸湿口を開口させた面とは異なる面に配置されて前記IC回路基板と電気的に接続した複数のSMD端子を有し、前記複数のSMD端子と前記配線基板の対応する複数の電極パッドとの電気的接続により該配線基板に表面実装された湿度センサパッケージと、
前記配線基板上に配置され、該配線基板の複数の電極パッドの少なくとも1つと電気的に接続したセンサ周辺回路部品と、
前記配線基板上で、このセンサ周辺回路部品を覆い、かつ、前記吸湿口を開口させたまま前記湿度センサパッケージの複数のSMD端子及び前記配線基板の複数の電極パッドを覆う防水樹脂と、
を備えたことを特徴とする湿度センサモジュール。 A wiring board that covers a plurality of wiring conductors with an insulating layer, and that is provided with a plurality of electrode pads that are conductively connected to the plurality of wiring conductors exposed from the insulating layer;
A humidity sensor element that detects humidity, an IC circuit board that is electrically connected to the humidity sensor element, a moisture suction port that guides outside air to the humidity sensor element, and at least the IC circuit board is sealed with the moisture suction port open. A plurality of SMD terminals that are disposed on a surface different from a surface where the moisture absorption port of the sealing resin and the humidity sensor element is opened and electrically connected to the IC circuit board; and the plurality of SMD terminals A humidity sensor package surface-mounted on the wiring board by electrical connection with a corresponding plurality of electrode pads of the wiring board;
A sensor peripheral circuit component disposed on the wiring board and electrically connected to at least one of the plurality of electrode pads of the wiring board;
On the wiring board, a waterproof resin that covers the sensor peripheral circuit components and covers the plurality of SMD terminals of the humidity sensor package and the plurality of electrode pads of the wiring board with the moisture absorption opening opened.
A humidity sensor module comprising:
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JP2016011941A (en) * | 2013-11-11 | 2016-01-21 | 日本特殊陶業株式会社 | Sensor |
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