JP4341506B2 - 湿度センサおよび湿度検出機能を有する複合センサ - Google Patents

Description

本発明は、湿度センサおよび湿度検出機能を有する複合センサに関するものである。

従来、この種の湿度センサとしては、例えば特許文献１に記載の湿度センサがある。
この湿度センサは、容量変化型湿度センサと呼ばれ、例えばエアコンディショナの湿度制御用として室内の湿度を検出したり、あるいは気象観測用として屋外の湿度を検出する用途に用いられる。なお、単に湿度といった場合、一般には、大気中に実際に含まれている水蒸気の量と、大気がその温度で含み得る最大限の水蒸気の量（飽和水蒸気圧）との比を百分率で表す相対湿度と、１気圧で１立方メートルの空気中に含まれる水蒸気量をグラム数で表した絶対湿度とがある。そして、ここで述べる湿度センサは通常、上記相対湿度を測定するセンサとして用いられる。

なお、この湿度センサは、同文献に記載されているように、例えばシリコン基板上に絶縁膜としてのシリコン酸化膜が形成されており、シリコン酸化膜の上には、同一面上に離間して対向するように一対の櫛歯状の電極が形成されている。これら一対の電極の上には、保護膜としてのシリコン窒化膜が形成されている。そして、シリコン窒化膜の上には、両電極を覆うように、湿度に応じて容量値が変化する感湿膜が形成されている。

ここで、感湿膜が形成されている領域は湿度を感知する部分（感湿部）として構成されており、感湿膜中に水分が浸入すると、水分子は誘電率が大きいために、進入した水分量に応じて感湿膜の誘電率も大きく変化し、その結果、両電極間の容量値も変化するようになる。このように、上記感湿部においては、センサ周囲の湿度変化に応じて一対の電極間の容量値が変化するため、この容量値変化に基づいて湿度検出が可能となっている。
特開２００３−１５６４６４号公報

ところで、上述のようにエアコンディショナの湿度制御用として室内の湿度を検出したり、あるいは気象観測用として屋外の湿度を検出する等の用途に用いられる湿度センサにあっては、上記感湿膜の誘電率変化に基づいて、すなわち上記一対の電極間の容量値変化に基づいて適正な湿度検出を行うことはできる。

一方、近年は、エンジンの電子制御燃料噴射において、空燃比を最適化するために、エンジンへの吸入空気量をより正確に測定することが望まれている。ちなみに、こうした吸入空気量を測定する方法としては、例えばエアフローメータを使用して、直接、吸入空気量を計測するマスフロー方式（Ｌ−ＥＦＩ）や、圧力センサと温度センサとを組み合わせ、１サイクルあたりのエンジンに吸入される空気量をエンジン回転数と吸気管圧力とによって推定するスピードデンシティ方式（Ｄ−ＥＦＩ）がある。しかし、これらいずれの方式も、空気中に含まれる水蒸気を空気と分離できないため、その分が誤差となる。したがって今後、さらに高精度のエンジン制御を目指すためには、湿度を併せて検出し、これによってより正確に空気量を測定する方法が検討されている。

ところが、こうして吸入空気量を正確に測定するために、上述した湿度センサをエンジンの吸気系、例えばインテークマニホールド内等に配設しようとすると、次のような不都合が新たに無視できないものとなる。すなわち、このようなインテークマニホールド内は、エンジンオイル、カーボン、燃料等の様々な汚染物質が存在する、いわば劣悪な環境下にあることから、このような環境下に上記湿度センサを配設すると、それら汚染物質が湿度センサの感湿部に付着するようなことにもなりかねない。そして、このような汚染物質が感湿部に付着するようなことがあれば、
（イ）感湿膜への湿度の出入りが妨げられることにより、湿度センサとしての応答性が極端に低下する。
（ロ）汚染物質の誘電率が感湿膜の誘電率と区別できないため、湿度センサとしての測定値にずれが生じる。
等々の問題が生ずることとなる。

なお、上記湿度センサに限らず、特に上記スピードデンシティ方式（Ｄ−ＥＦＩ）において有用と考えられる、例えば湿度センサに圧力センサや温度センサ等を組み合わせた湿度検出機能を有する複合センサにあっても、こうした実情は概ね共通する。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、例えばエンジンの吸気系等、劣悪な環境下におかれる場合であっても、精度の高い湿度検出を可能とする湿度センサおよび湿度検出機能を有する複合センサを提供することにある。

こうした目的を達成するため、請求項１に記載の湿度センサでは、センサ端子となる導体が一部外部に導出されるかたちでインサート成形されて周囲に堰となる壁部を有する樹脂成形体の中ほどに少なくとも湿度センサとして機能するチップを接着固定するとともに、同樹脂成形体の前記壁部の内側で、該接着固定されたチップと前記センサ端子となる導体とを電気的に接続し、これら接着固定されたチップおよびセンサ端子となる導体との電気的な接続部の全体を前記壁部を堰として充填された感湿性の保護材によって覆う構造としている。

湿度センサとしてのこのような構造によれば、上記湿度センサとして機能するチップ、例えば先の特許文献１に記載されているようなチップの感湿部（感湿膜）の表面積に比べれば、上記充填された感湿性の保護材の表面積は格段に広くなる。このため、たとえ前述した汚染物質が同センサに付着したとしても、この汚染物質が上記充填された感湿性の保護材の表面を完全に覆いつくさない限り、それ以外の部分から同感湿性の保護材を通じて湿度が進入することとなり、当該湿度センサとしての機能が損なわれることはなくなる。すなわち、こうした表面積の差によって、汚染物質の付着に対する耐量は大幅に向上されるようになる。また、上記感湿性の保護材の充填によって、その表面と上記湿度センサとして機能するチップ自体の前述した一対の電極との距離も十分長く保たれるため、たとえ付着した汚染物質の誘電率が高かった場合であれ、それら電極間の静電容量に影響が及ぶ懸念もない。なお、上記充填された感湿性の保護材も、実際には吸湿によってその誘電率が変化するが、こうした誘電率の変化は、あらかじめ経験値（実験値）としてこれを把握しておくことが可能であり、その後の電気的な処理によってその変化分をキャンセルすることは容易である。

また、このような構造の湿度センサにおいて、前記樹脂成形体の前記壁部の内側に接着固定されて且つ、前記センサ端子となる導体に電気的に接続されるチップとしては、請求項２に記載の発明によるように、前記湿度センサとして機能する部分とその得られる湿度情報を電気的に処理する処理回路とが一体に集積化された単一のチップ、および前記湿度センサとして機能するチップと該チップから得られる湿度情報を電気的に処理する処理回路チップとが各別に集積化された複数のチップ、のいずれかからなるものとして実現可能である。これらいずれの場合であれ、当該湿度センサとしての上述した性能は的確に維持される。

一方、このような構造の湿度センサとして、例えば請求項３に記載の発明によるように、前記湿度センサとして機能する複数のチップとそれら各チップから得られる湿度情報を電気的に総合処理する処理回路チップとが各別に集積化された複数のチップからなるものとして構成すれば、上記充填された感湿性の保護材の広い表面積を利用したより信頼性の高い湿度検出が可能となる。

そして、この場合には特に、請求項４に記載の発明によるように、前記湿度センサとして機能する複数のチップが３個以上の奇数個のチップからなり、前記処理回路チップはそれら各チップによる湿度情報を多数決処理するものとして構成することで、より簡易に、上述した信頼性の向上が期待できるようにもなる。

また一方、請求項５に記載の湿度センサでは、センサ端子となる導体が一部外部に導出されるかたちでインサート成形されて周囲に堰となる壁部を有する樹脂成形体の中ほどに湿度センサとして機能するチップによる湿度情報を電気的に処理する処理回路チップを接着固定するとともに、同樹脂成形体の前記壁部の内側で、該接着固定された処理回路チップと前記センサ端子となる導体とを電気的に接続し、少なくともこれら処理回路チップおよびセンサ端子となる導体との電気的な接続部を前記壁部を堰として充填された感湿性の保護材によって覆う場合に、特に前記湿度センサとして機能するチップとして、例えば半田バンプや金バンプ等の金属バンプを有するフリップチップからなって、該金属バンプが設けられた側に湿度感知部が設けられているものを採用し、この金属バンプによって前記処理回路チップと電気的に接続されることにより、この湿度センサとして機能するチップが同処理回路チップ面に搭載される構造としている。

湿度センサとしてのこのような構造によれば、上記湿度センサとして機能するチップの湿度感知部自体が、そもそも前述した汚染物質の付着から保護されるようになるため、この場合も、当該湿度センサとしての機能が損なわれるようなことはなくなる。

そして、この場合には特に、例えば請求項６に記載の発明によるように、
・前記湿度センサとして機能するチップの前記処理回路チップに対する搭載面の裏面には、同湿度センサとして機能するチップを含めてその周囲を覆う遮蔽板をさらに設ける。
あるいは、請求項７に記載の発明によるように、
・前記湿度センサとして機能するチップと前記処理回路チップとの電気的な接続部も含めて、その全体を、前記壁部を堰として充填された感湿性の保護材によって覆う。
等々の構造を採用することで、上記汚染物質の付着に対する保護機能がさらに助長され、当該湿度センサとしての信頼性、並びに精度がさらに高められることともなる。

なお、上記感湿性の保護材としては、請求項８に記載の発明によるように、ゲルが有効であり、特にその中でも、請求項９に記載の発明によるように、耐薬品性に優れたフッ素系ゲルの採用がより望ましい。

また、請求項１０に記載の発明によるように、以上の湿度センサは、前述のように劣悪な環境下にある車載エンジンの吸気系に設けられて、同エンジンへの吸入空気に含まれる湿度成分を検出するものとして用いることが、その構造上、特に望ましい。

他方、請求項１１に記載の湿度検出機能を有する複合センサでは、センサ端子となる導体が一部外部に導出されるかたちでインサート成形されて周囲に堰となる壁部を有する樹脂成形体の中ほどに少なくとも湿度センサおよび圧力センサとして機能するチップを接着固定するとともに、同樹脂成形体の前記壁部の内側で、該接着固定されたチップと前記センサ端子となる導体とを電気的に接続し、これら接着固定されたチップおよびセンサ端子となる導体との電気的な接続部の全体を前記壁部を堰として充填された感湿性および感圧性の保護材によって覆う構造としている。

湿度検出機能を有する複合センサとしてのこのような構造によっても、基本的に請求項１に記載の湿度センサと同様、少なくとも湿度センサとして機能する部分、例えば先の特許文献１に記載されているようなチップの感湿部（感湿膜）の表面積に比べれば、上記充填された感湿性および感圧性の保護材の表面積は格段に広くなる。このためこの場合も、たとえ前述した汚染物質が同センサに付着したとしても、この汚染物質が上記充填された保護材の表面を完全に覆いつくさない限り、それ以外の部分から同保護材を通じて湿度が進入することとなり、当該湿度検出機能を有する複合センサとしての機能が損なわれることはなくなる。しかもこのような構造は、周知の圧力センサとして機能するチップの保護構造としても有効であり、該圧力センサとして機能する部分の感圧部の汚染をも的確に防止することができるようになる。

またこの場合、前記樹脂成形体の前記壁部の内側に接着固定されて且つ、前記センサ端子となる導体に電気的に接続されるチップとしては、請求項１２に記載の発明によるように、
ａ．前記湿度センサとして機能する部分と、前記圧力センサとして機能する部分と、それら各部分による検出情報を電気的に処理する処理回路とが一体に集積化された単一のチップ。
ｂ．前記湿度センサとして機能する部分と前記圧力センサとして機能する部分とが一体化されたチップと、それら各部分による検出情報を電気的に処理する処理回路チップとの２つのチップ。
ｃ．前記湿度センサとして機能するチップと、前記圧力センサとして機能する部分を備えるとともに同部分による検出情報および前記湿度センサとして機能するチップから得られる検出情報を電気的に処理する処理回路チップとの２つのチップ。
ｄ．前記圧力センサとして機能するチップと、前記湿度センサとして機能する部分を備えるとともに同部分による検出情報および前記圧力センサとして機能するチップから得られる検出情報を電気的に処理する処理回路チップとの２つのチップ。
ｅ．前記湿度センサとして機能するチップと、前記圧力センサとして機能するチップと、それら各チップから得られる検出情報を電気的に処理する処理回路チップとの３つのチップ。
等々、任意のチップ構成とすることが可能である。

また一方、請求項１３に記載の湿度検出機能を有する複合センサでは、センサ端子となる導体が一部外部に導出されるかたちでインサート成形されて周囲に堰となる壁部を有する樹脂成形体の中ほどに少なくとも湿度センサおよび圧力センサとして機能するチップを接着固定するとともに、同樹脂成形体の前記壁部の内側で、該接着固定されたチップと前記センサ端子となる導体とを電気的に接続し、これら接着固定されたチップおよびセンサ端子となる導体との電気的な接続部を前記壁部を堰として充填された感湿性および感圧性の保護材によって覆う場合に、前記樹脂成形体の前記壁部の内側に接着固定されるチップとして少なくとも前記湿度センサとして機能するチップを独立に備えるとともに、該湿度センサとして機能するチップの感湿部の周囲を前記樹脂成形体の前記壁部よりも高さの高い壁材にて囲み、該壁材を堰として、前記樹脂成形体の壁部を堰として充填された保護材から前記湿度センサとして機能するチップの前記感湿部を選択的に隔離する構造としている。

湿度検出機能を有する複合センサとしてのこのような構造によれば、特に上記湿度センサとして機能するチップの感湿部が露出されることによる多少のリスクは伴うものの、同感湿部の応答性は確実に高められるようになる。

ただしこの場合、請求項１４に記載の発明によるように、前記樹脂成形体の壁部を堰として充填された保護材から隔離した前記湿度センサとして機能するチップの感湿部には、別途、前記充填された保護材とは特性が異なって且つ、同保護材よりも薄い感湿性の保護膜が施される構造とすれば、上記リスクも緩和され、応答性と信頼性の好適に両立が図られるようになる。

また、これらの湿度検出機能を有する複合センサとしては、請求項１５に記載の発明によるように、前記樹脂成形体の前記壁部の外側に、温度センサとして機能する素子がさらに設けられる構造とすることで、単一のセンサ（複合センサ）による前述した相対湿度の検出も容易となる。

そして、上述した各湿度検出機能を有する複合センサにあっても、上記感湿性および感圧性の保護材としては、請求項１６に記載の発明によるように、ゲルが有効であり、特にその中でも、請求項１７に記載の発明によるように、耐薬品性に優れたフッ素系ゲルの採用がより望ましい。

また、請求項１８に記載の発明によるように、以上の湿度検出機能を有する複合センサは、前述のように劣悪な環境下にある車載エンジンの吸気系、特にインテークマニホールド集合部に圧力導入管を介して設けられて、同エンジンの吸入空気に含まれる湿度成分および吸気管内圧力を検出するものとして用いることが、その構造上、特に望ましい。またこのように、インテークマニホールド集合部に直接設けることなく、圧力導入管を介して設けることで、前述した汚染物質の付着も緩和され、特に上記請求項１３あるいは１４に記載の発明の構造の採用も容易となる。

（第１の実施の形態）
以下、この発明の第１の実施の形態として、この発明を湿度センサに適用した実施の形態を図１〜図５に従って説明する。

はじめに、図１を参照して、この湿度センサの構造について説明する。なお、この図１において、図１（ａ）は、この湿度センサの上面構造を、また図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面構造をそれぞれ示している。

これら図１（ａ）および（ｂ）に示されるように、この湿度センサは、センサ端子となる導体１が一部外部に導出されるかたちで、周囲に堰となる壁部２を有する樹脂成形体３にインサート成形されている。そして、この樹脂成形体３の中ほどに、すなわち上記壁部２の内側に湿度センサとして機能する湿度センサチップ４と、該湿度センサチップ４から得られる湿度情報を電気的に処理する処理回路チップ５とが各別に集積化されて接着固定されている。

また、これら接着固定された湿度センサチップ４と処理回路チップ５とセンサ端子となる導体１とは、同じく樹脂成形体３の壁部２の内側で、ボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。そして、このボンディングワイヤ６も含めた電気的な接続部の全体が上記壁部２を堰として充填された感湿性の保護材７によって覆われている。

次に、図２および図３を参照してこの湿度センサに採用される湿度センサチップ４の構造について説明する。なお、図２は、湿度センサチップ４の平面構造を示す平面図、図３は、図２のＬ１−Ｌ１線に沿った斜視断面図である。

この湿度センサチップ４は、図２にその平面構造を示すように、いわゆる容量変化型の湿度センサであって、大きくは感湿部４０ａとリファレンス部４０ｂとを有して構成されている。そして、感湿部４０ａは、誘電体膜にて絶縁された櫛歯状の電極（配線）４３ａ、４３ｂと、それら電極４３ａ、４３ｂおよび誘電体膜を覆う態様で配設された感湿膜４５とから構成されている。また、リファレンス部４０ｂは、同じく誘電体膜にて絶縁された櫛歯状の電極（配線）４３ｂ、４３ｃから構成されている。

また、特に、上記感湿部４０ａは、図３に示すように、例えばＳｉ基板４１上に酸化膜（ＳｉＯ_２）４２を形成した後、上記電極４３ａ、４３ｂをアルミニウム（Ａｌ）等で形成する。そしてその後、例えばプラズマＣＶＤ（化学蒸着）法によって上記誘電体膜としての窒化膜（Ｐ−ＳｉＮ）４４が堆積形成されることによって、上記電極４３ａ、４３ｂ間が絶縁される。さらに、この窒化膜４４の上にはポリイミド等からなる上記感湿膜４５がコーティングされる。そして、この実施の形態においては特に、この感湿膜４５の上が、フッ素系のゲル（例えばフロロシリコンゲルあるいはフッ素ゲル）等からなる上記感湿性の保護材７によって覆われるかたちとなる。なお、この図３では、こうした保護材７に汚染物質Ｄが付着した様子を示している。この汚染物質Ｄとしては、例えばエンジンのインテークマニホールド内のような環境下におかれる場合には、エンジンオイル、カーボン、燃料等が付着することとなる。

一方、上記リファレンス部４０ｂについてはその断面構造の図示を割愛しているが、基本的には図３に示される構造から上記感湿膜４５を除いて、代わりに例えばモールド樹脂等の非感湿性の適宜の膜材で覆われた構造となる。すなわち、上記感湿部４０ａのみが感湿膜４５を有して、これが上記リファレンス部４０ｂの非感湿性の膜材と共々、上記感湿性の保護材７により覆われる態様となる。また、感湿部４０ａにおいて、その静電容量Ｃ１は、櫛歯状の電極間の合成容量として求められる。例えば、図３に併せて示されるように、その一部分をとってみれば、同静電容量Ｃ１は、窒化膜４４の静電容量Ｃ１１およびＣ１３と感湿膜４５の静電容量Ｃ１２との合成容量として求められる。すなわち、上記感湿性の保護材７に大気中の水分等が付着すると、感湿部４０ａの誘電率が変わり、静電容量Ｃ１２の値が変化することから、このような静電容量Ｃ１２の変化量を加えて全体の合成容量（静電容量）Ｃ１が決定される。

また、上記リファレンス部４０ｂの静電容量Ｃ２も、同様にして櫛歯状の電極間の合成容量として求められる。すなわち、この静電容量Ｃ２は、図示は割愛しているが、上記誘電体膜となる窒化膜の静電容量と窒化膜の上部の静電容量との合成容量として求められる。この例では、リファレンス部４０ｂは外部に露出されない構造であるため、大気中の湿度等に影響されず、その合成容量（静電容量）Ｃ２は常に一定の値となる。

次に、図４を併せ参照して、この湿度センサの電気的な構成についてその一例を説明する。
図４に示されるように、この湿度センサは、大きくは湿度センサとして機能する湿度センサチップ４と、該湿度センサチップ４から得られる湿度情報を電気的に処理する処理回路チップ５とを備えて構成されている。なお、図４では、上記湿度センサチップ４を等価回路として、その合成容量（静電容量）Ｃ１、Ｃ２の関係を示している。また、処理回路チップ５は、スイッチドキャパシタ回路５１、サンプルアンドホールド回路（Ｓ／Ｈ）５２、ローパスフィルタ（ＬＰＦ）５３、増幅器５４等を備えて構成されている。

そして、この湿度センサチップ４では、上述した湿度の変化を上記静電容量Ｃ１の変化として検出し、上記固定の静電容量Ｃ２に対するこの静電容量Ｃ１の変化を端子Ｐｏから取り出す。また、処理回路チップ５は、端子Ｐｉｎを介してこの静電容量Ｃ１の変化を取り込み、スイッチドキャパシタ回路５１を通じて上記端子Ｐｏから取り出した静電容量Ｃ１の変化を電圧Ｖｏに変換するようにしている。このスイッチドキャパシタ回路５１は、演算増幅器５１ａと、該演算増幅器５１ａの帰還路に並列接続されたコンデンサ（帰還容量）cｆおよびスイッチＳＷとを備えて構成されている。なお、上記演算増幅器５１ａには、その反転入力端子に上記端子Ｐｉｎに取り込まれる信号が入力され、非反転入力端子には、例えば端子Ｐ１およびＰ２間に印加される電源電圧Ｖｃｃの半分の電圧、すなわち「Ｖｃｃ／２」の電圧が与えられる。なお、ここで、Ｖｃｃ／２とは、上記静電容量Ｃ１および静電容量Ｃ２が等しい状態のときに端子Ｐｏに現れる電圧に相当する。

また、処理回路チップ５内では、図示しないパルス発生回路等によって、電圧０Ｖと電源電圧Ｖｃｃとの間で互いに逆の位相で交番する所定周波数の交番信号が形成され、処理回路チップ５の端子Ｐ１ａ、Ｐ２ａからそれぞれ湿度センサチップ４の端子Ｐ１、Ｐ２に印加される。そして、スイッチドキャパシタ回路５１の上記スイッチＳＷは、これら各交番信号（電圧）の交番周期に同期してＯＮ（オン）／ＯＦＦ（オフ）制御される。このような動作が繰り返される中で、スイッチドキャパシタ回路５１によりＣ（容量）−Ｖ（電圧）変換された電圧Ｖｏは、サンプルアンドホールド回路５２にて適宜にサンプルホールドされ、このサンプルホールドされた信号がローパスフィルタ５３に入力されて、その高周波成分が除去される。そして、このローパスフィルタ５３の出力は、増幅器５４にてゲイン調整が行われた後、湿度情報を示す信号として、端子Ｔ１を介して外部に出力される。なお、通常、この湿度センサでは、別途に設けられた温度センサによる温度情報を併せ参照して前述した相対湿度を求めるようにしている。

また、この湿度センサにあっては、上述のように、図４に示される湿度センサチップ４の端子Ｐ１、Ｐ２および端子Ｐｏが処理回路チップ５の端子Ｐ１ａ、Ｐ２ａおよび端子Ｐｉｎにワイヤボンディングされる。そして、同図４に示される各端子Ｔ１〜Ｔ３、すなわち上記湿度情報が出力される端子Ｔ１、および給電端子Ｔ２、Ｔ３がセンサ端子となる導体１（図１）にワイヤボンディングされる。

ところで、上記構造とするこの実施の形態にかかる湿度センサは、例えば図５に例示するように、エンジンの吸気通路、特にエアフローメータの近傍に設けられて、吸入空気に含まれる湿度成分を検出するセンサとして用いることができる。

ちなみに、エンジンＥの吸気通路１００には通常、その上流側からエアフィルタ１０１、エアフローメータ１０２、スロットルバルブ１０３、サージタンク（インテークマニホールド）１０４、インジェクタ１０５等が設けられている。このようなエンジンＥの吸気通路１００に対し、上記湿度センサ（これを便宜上、Ｈ１とする）を例えば上記エアフローメータ１０２の近傍に設けることで、エンジンＥへの吸入空気に含まれる湿度成分を検出することができるようになる。そして、この湿度成分を検出することによって、エアフローメータ１０２にて検出される吸入空気量に、上記検出された湿度成分に応じて補正をかけることができるようになる。そして、この湿度分が的確に検出できることによって、より高精度にエンジンＥの電子制御燃料噴射が実現できるようになる。

以上詳述したこの実施の形態にかかる湿度センサによれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）湿度センサチップ４の感湿部４０ａ（感湿膜４５）の表面積に比べれば、上記充填された感湿性の保護材７の表面積は格段に広くなる。このため、たとえ前述した汚染物質Ｄがこの湿度センサに付着したとしても、この汚染物質Ｄが上記充填された感湿性の保護材７の表面を完全に覆いつくさない限り、それ以外の部分から同感湿性の保護材７を通じて湿度が進入することとなり、当該湿度センサとしての機能が損なわれることはなくなる。すなわち、こうした表面積の差によって、汚染物質Ｄの付着に対する耐量は大幅に向上されるようになる。また、上記感湿性の保護材７の充填によって、その表面と上記湿度センサとして機能する湿度センサチップ４自体の前述した一対の電極４３ａ、４３ｂとの距離も十分長く保たれるため、たとえ付着した汚染物質Ｄの誘電率が高かった場合であれ、それら電極４３ａ、４３ｂ間の静電容量Ｃ１に影響が及ぶ懸念もない。なお、上記充填された感湿性の保護材７も、実際には吸湿によってその誘電率が変化するが、こうした誘電率の変化は、あらかじめ経験値（実験値）としてこれを把握しておくことが可能であり、その後の電気的な処理によってその変化分をキャンセルすることは容易である。この変化分をキャンセルするためには、例えば処理回路チップ５内にその変化分をキャンセルするためのマップもしくは演算式等を予めＥＰＲＯＭ等に格納しておき、得られた湿度情報をこれらマップもしくは演算式にて補正する方法がある。

（２）感湿性の保護材７として、例えば上述したフッ素系ゲルを採用することで、同湿度センサとしての耐薬品性も好適に担保されるようになる。
（３）この湿度センサを、エンジンＥの吸気通路１００内、特にエアフローメータ１０２の近傍に設けて、同エンジンＥへの吸入空気に含まれる湿度成分を検出する用途に用いることで、当該エンジンＥの電子制御燃料噴射をより高精度に行うことができるようになる。

なお、上記実施の形態は、これを適宜に変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施の形態では、湿度センサチップ４と処理回路チップ５との２種類のチップ構成としたが、湿度センサチップ４と処理回路チップ５とを１チップに集積化した構成であってもよい。

・上記実施の形態では、感湿性の保護材７として、フッ素系ゲルを例示したが、感湿性の保護材７としてはこのようなものに限るものではない。このような感湿性の保護材７としては、例えばシリコンゲル、フロロシリコンゲル等のゲルを採用することもできる。

・上記実施の形態では、湿度センサとして機能する湿度センサチップ４を１つだけ設ける構造としたが、この湿度センサチップ４を複数設け、上記処理回路チップ５としても、これら各湿度センサチップから得られる湿度情報を電気的に総合処理する構成としてもよい。このような構成によれば、充填された感湿性の保護材７の広い表面積を利用したより信頼性の高い湿度検出が可能となる。

・また、図６に示すように、湿度センサとして機能する湿度センサチップを３個の湿度センサチップ４ａ、４ｂ、４ｃによって構成し、処理回路チップ５を通じてそれら各湿度センサチップ４ａ、４ｂ、４ｃによる湿度情報を多数決処理する構成としてもよい。これにより、より簡易に、当該湿度センサとしての信頼性の向上が期待できるようになる。なお、このような多数決処理する場合には、この湿度センサチップの数も３個以上の奇数個であればよい。

・また、湿度センサチップ４および感湿性の保護材７の配設態様も、上記実施の形態で例示した形態には限られない。例えば図７に示すように、
（Ａ）湿度センサチップ４として、例えば半田バンプや金バンプ等の金属バンプＢを有するフリップチップ構造のものを用いる。具体的には、金属バンプＢが設けられた側に湿度感知部としての感湿部４０ａが設けられているものを採用する。そして、この金属バンプＢによって前記処理回路チップ５と電気的に接続することにより、この湿度センサとして機能する湿度センサチップ４が同処理回路チップ面に搭載される構造とする。このような構造にすることで、湿度センサチップ４の感湿部４０ａ自体が、そもそも前述した汚染物質Ｄの付着から保護されるようになるため、この場合も、当該湿度センサとしての機能が損なわれるようなことはなくなる。

またあるいは、図８に示すように、
（Ｂ）上記フリップチップ構造を有する湿度センサチップ４の上記処理回路チップ５に対する搭載面の裏面には、同湿度センサチップ４を含めてその周囲を覆う遮蔽板Ｓをさらに設ける。

あるいは、図９に示すように、
（Ｃ）上記フリップチップ構造を有する湿度センサチップ４と上記処理回路チップ５との電気的な接続部も含めて、その全体を、前記壁部２を堰として充填された感湿性の保護材７によって覆う。
等々の構造を採用することで、汚染物質Ｄの付着に対する保護機能がさらに助長され、当該湿度センサとしての信頼性、並びに精度がさらに高められることともなる。なお、上記遮蔽板Ｓの材質は、任意であって、例えば樹脂あるいは金属からなるものを採用することができる。

（第２の実施の形態）
次に、この発明の第２の実施の形態として、この発明を湿度検出機能を有する複合センサに適用した実施の形態を図１０および図１１に従って説明する。

この実施の形態は、先の図１に例示した湿度センサに圧力を検出する圧力センサチップを更に備えた複合センサである。なお、図１０において、図１０（ａ）は、この複合センサの上面構造を、また図１０（ｂ）は、図１０（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面構造をそれぞれ示している。

これら図１０（ａ）および（ｂ）に示されるように、この湿度検出機能を有する複合センサは、センサ端子となる導体１が一部外部に導出されるかたちで、周囲に堰となる壁部２を有する樹脂成形体３にインサート成形されている。そして、この樹脂成形体３の中ほどに湿度センサとして機能する湿度センサチップ４と、圧力センサとして機能する例えば歪み抵抗等を用いた周知の圧力センサチップ８と、両センサチップ４、８から得られる湿度および圧力情報を電気的に処理する処理回路チップ５とが各別に集積化されて接着固定される。

また、これら接着固定された両センサチップ４、８と処理回路チップ５とセンサ端子となる導体１とは、同じく樹脂成形体３の壁部２の内側で、ボンディングワイヤ６を介して電気的に接続されている。そして、このボンディングワイヤ６も含めた電気的な接続部の全体が上記壁部２を堰として充填された感湿性の保護材７によって覆われている。

ところで、上記構造を有するこの実施の形態にかかる湿度検出機能を有する複合センサは、例えば図１１に示されるように、エンジンの吸気通路、特にインテークマニホールド集合部（サージタンク）の近傍に設けられて、吸気管内圧力とともに吸入吸気に含まれる湿度成分を検出するセンサとして用いることができる。すなわち、エンジンＥの吸気通路１００が、同図１１に示されるように、その上流側からエアフィルタ１０１、スロットルバルブ１０３、サージタンク１０４、インジェクタ１０５等を有して構成されているとするときに、上記複合センサ（これを便宜上、Ｈ２とする）を上記サージタンク１０４に設ける。より具体的には、このサージタンク１０４から導出される圧力導入管１０４ａを介して、同複合センサＨ２を設ける。これにより、エンジンＥの上記吸気管内圧力とともに、吸入空気に含まれる湿度成分を併せて検出することができるようになる。そして特に、この検出される温度成分に基づいて、先の吸入空気量に相当する値である吸気管内圧力の値を補正することにより、前述と同様、より高精度にエンジンＥの電子制御燃料噴射を実現することができるようになる。

以上説明したこの実施の形態にかかる湿度検出機能を有する複合センサによっても、先の第１の実施の形態による上記（１）および（２）の効果と同様の効果もしくはそれに準じた効果を得ることができるとともに、新たに次のような効果を得ることもできる。

（４）湿度センサチップ４および圧力センサチップ８の表面積に比べて、上記充填された感湿性および感圧性の保護材７の表面積は格段に広くなる。このためこの場合も、たとえ前述した汚染物質Ｄが同複合センサに付着したとしても、この汚染物質Ｄが上記充填された保護材７の表面を完全に覆いつくさない限り、それ以外の部分から同保護材７を通じて湿度が進入することとなり、少なくとも湿度検出機能を有する複合センサとしての機能が損なわれることはなくなる。しかもこのような構造は、周知の圧力センサとして機能する圧力センサチップ８の保護構造としても有効であり、該圧力センサとして機能する部分の感圧部の汚染に対しても、その影響を好適に回避することができるようになる。

（５）この複合センサを、エンジンＥの吸気通路１００内、特に圧力導入管１０４ａを介してサージタンク（インテークマニホールド）１０４に設けて、吸気管内圧力とともに吸入空気の湿度成分を検出する用途に用いることで、同エンジンＥの電子制御燃料噴射をより高精度に行うことができるようになる。

なお、上記実施の形態は、これを適宜に変更した、例えば次のような形態として実施することもできる。
・上記実施の形態では、チップ構成として、湿度センサチップ４、圧力センサチップ８および処理回路チップ５のいわゆる３チップ構成を例示したが、チップ構成としてはこのようなものに限定されるものではない。樹脂成形体３の壁部２の内側に接着固定されて且つ、センサ端子となる導体１に電気的に接続されるチップとしては、例えば、
ａ．湿度センサとして機能する部分と、圧力センサとして機能する部分と、それら各部分による検出情報を電気的に処理する処理回路とが一体に集積化された単一のチップ。
ｂ．湿度センサとして機能する部分と圧力センサとして機能する部分とが一体化されたチップと、それら各部分による検出情報を電気的に処理する処理回路チップ５との２つのチップ。
ｃ．湿度センサとして機能する湿度センサチップ４と、圧力センサとして機能する部分を備えるとともに同部分による検出情報および前記湿度センサとして機能する湿度センサチップ４から得られる検出情報を電気的に処理する処理回路チップ５との２つのチップ。
ｄ．圧力センサとして機能する圧力センサチップ８と、湿度センサとして機能する部分を備えるとともに同部分による検出情報および圧力センサとして機能する圧力センサチップ８から得られる検出情報を電気的に処理する処理回路チップ５との２つのチップ。
等々、任意のチップ構成とすることが可能である。

・また、図１２に示すように、樹脂成形体３の壁部２の内側で、該接着固定されたチップと前記センサ端子となる導体１とを電気的に接続し、これら接着固定されたチップおよびセンサ端子となる導体１との電気的な接続部を壁部２を堰として充填された感湿性および感圧性の保護材７によって覆う。そして、樹脂成形体３の壁部２の内側に接着固定されるチップとして少なくとも湿度センサとして機能する湿度センサチップ４を独立に備えるとともに、該湿度センサとして機能する湿度センサチップ４の感湿部４０ａの周囲を樹脂成形体３の壁部２よりも高さの高い壁材２１にて囲む。そして、該壁材２１を堰として、樹脂成形体３の壁部２を堰として充填された保護材７から湿度センサとして機能する湿度センサチップ４の感湿部４０ａを選択的に隔離する構造とする。湿度検出機能を有する複合センサとしてのこのような構造によれば、特に上記湿度センサとして機能する湿度センサチップ４の感湿部４０ａが露出されることによる多少のリスクは伴うものの、同感湿部４０ａの応答性は確実に高められるようになる。

・またあるいは、図１３に示すように、樹脂成形体３の壁部２を堰として充填された保護材７から隔離した湿度センサとして機能する湿度センサチップ４の感湿部４０ａには、別途、充填された保護材７とは特性が異なって且つ、同保護材７よりも薄い感湿性の保護膜７ａが施される構造とすることもできる。同構造によれば、上記リスクも緩和され、応答性と信頼性との好適な両立が図られるようになる。

・また、湿度検出機能を有する複合センサとしては、さらに図１４に示すように、樹脂成形体３の壁部２の外側に、温度センサとして機能する素子９（例えばサーミスタ）を備える構造とすることもできる。これにより、単一のセンサ（複合センサ）による前述した相対湿度の検出も容易となる。

・このような複合センサであっても、その湿度検出部については、先の図５〜図９に例示した構造を同様に採用することができる。
・また、先の湿度センサ（第１の実施の形態）も含めて、エンジンの吸気通路にこれらセンサを配設する用途について例示したが、その用途は任意である。特に前述した劣悪な環境下にあって、より制度の高い湿度検出を行うセンサの全てにこの発明は適用可能である。

（ａ）および（ｂ）は、この発明の第１の実施の形態としての湿度センサの構造を示す平面図および断面図。 同実施の形態の湿度センサチップについてその平面構造を示す平面図。 図２のＬ１−Ｌ１線に沿った斜視断面図。 同第１の実施の形態の湿度センサの電気的な構成を示すブロック図。 同第１の実施の形態の湿度センサをエンジンの吸気通路に配設した例を示す略図。 同第１の実施の形態の湿度センサの変形例を示す一部平面図。 同第１の実施の形態の湿度センサの他の変形例を示す断面図。 同第１の実施の形態の湿度センサの他の変形例を示す断面図。 同第１の実施の形態の湿度センサの他の変形例を示す断面図。 （ａ）および（ｂ）は、この発明の第２の実施の形態としての湿度検出機能を有する複合センサの構造を示す平面図および断面図。 同第２の実施の形態の複合センサをエンジンの吸気通路に配設した例を示す略図。 同第２の実施の形態の複合センサの変形例を示す断面図。 同第２の実施の形態の複合センサの変形例を示す断面図。 同第２の実施の形態の複合センサの他の変形例を示す断面図。

符号の説明

１…センサ端子となる導体、２…壁部、３…樹脂成形体、４…湿度センサチップ、５…処理回路チップ、６…ボンディングワイヤ、７…保護材、７ａ…保護膜、８…圧力センサチップ、９…温度センサとして機能する素子、２１…壁材、４０ａ…感湿部、４０ｂ…リファレンス部、４１…Ｓｉ基板、４２…酸化膜、４３ａ、４３ｂ、４３ｃ…電極、４４…窒化膜、４５…感湿膜、５１…スイッチドキャパシタ回路、５１ａ…演算増幅器、５２…サンプルアンドホールド回路、５３…ローパスフィルタ、５４…増幅器、１００…吸気通路、１０１…エアフィルタ、１０２…エアフローメータ、１０３…スロットルバルブ、１０４…サージタンク（インテークマニホールド）、１０４ａ…圧力導入管、１０５…インジェクタ、Ｂ…金属バンプ、Ｄ…汚染物質、Ｅ…エンジン、Ｓ…遮蔽板。

Claims (18)

1. センサ端子となる導体が一部外部に導出されるかたちでインサート成形されて周囲に堰となる壁部を有する樹脂成形体の中ほどに少なくとも湿度センサとして機能するチップが接着固定されてなるとともに、同樹脂成形体の前記壁部の内側で、該接着固定されたチップと前記センサ端子となる導体とが電気的に接続されてなり、これら接着固定されたチップおよびセンサ端子となる導体との電気的な接続部の全体が前記壁部を堰として充填された感湿性の保護材によって覆われてなる湿度センサ。
2. 前記樹脂成形体の前記壁部の内側に接着固定されて且つ、前記センサ端子となる導体に電気的に接続されるチップが、前記湿度センサとして機能する部分とその得られる湿度情報を電気的に処理する処理回路とが一体に集積化された単一のチップ、および前記湿度センサとして機能するチップと該チップから得られる湿度情報を電気的に処理する処理回路チップとが各別に集積化された複数のチップのいずれかからなる
   請求項１に記載の湿度センサ。
3. 前記樹脂成形体の前記壁部の内側に接着固定されて且つ、前記センサ端子となる導体に電気的に接続されるチップが、前記湿度センサとして機能する複数のチップとそれら各チップから得られる湿度情報を電気的に総合処理する処理回路チップとが各別に集積化された複数のチップからなる
   請求項１に記載の湿度センサ。
4. 前記湿度センサとして機能する複数のチップが３個以上の奇数個のチップからなり、前記処理回路チップはそれら各チップによる湿度情報を多数決処理する
   請求項３に記載の湿度センサ。
5. センサ端子となる導体が一部外部に導出されるかたちでインサート成形されて周囲に堰となる壁部を有する樹脂成形体の中ほどに湿度センサとして機能するチップによる湿度情報を電気的に処理する処理回路チップが接着固定されてなるとともに、同樹脂成形体の前記壁部の内側で、該接着固定された処理回路チップと前記センサ端子となる導体とが電気的に接続されてなり、少なくともこれら処理回路チップおよびセンサ端子となる導体との電気的な接続部が前記壁部を堰として充填された感湿性の保護材によって覆われてなる湿度センサであって、
   前記湿度センサとして機能するチップは、金属バンプを有するフリップチップからなって、該金属バンプが設けられた側に湿度感知部が設けられてなり、この金属バンプによって前記処理回路チップと電気的に接続されることにより、同処理回路チップ面に搭載されてなる
   ことを特徴とする湿度センサ。
6. 前記湿度センサとして機能するチップの前記処理回路チップに対する搭載面の裏面には、同湿度センサとして機能するチップを含めてその周囲を覆う遮蔽板がさらに設けられてなる
   請求項５に記載の湿度センサ。
7. 前記湿度センサとして機能するチップと前記処理回路チップとの電気的な接続部も含めて、その全体が、前記壁部を堰として充填された感湿性の保護材によって覆われてなる
   請求項５に記載の湿度センサ。
8. 前記感湿性の保護材が、ゲルからなる
   請求項１〜７のいずれか一項に記載の湿度センサ。
9. 前記ゲルが、フッ素系ゲルからなる
   請求項８に記載の湿度センサ。
10. 請求項１〜６のいずれか一項に記載の湿度センサにおいて、
    当該湿度センサは、車載エンジンの吸気系に設けられて、同エンジンへの吸入空気に含まれる湿度成分を検出するものである
    ことを特徴とする湿度センサ。
11. センサ端子となる導体が一部外部に導出されるかたちでインサート成形されて周囲に堰となる壁部を有する樹脂成形体の中ほどに少なくとも湿度センサおよび圧力センサとして機能するチップが接着固定されてなるとともに、同樹脂成形体の前記壁部の内側で、該接着固定されたチップと前記センサ端子となる導体とが電気的に接続されてなり、これら接着固定されたチップおよびセンサ端子となる導体との電気的な接続部の全体が前記壁部を堰として充填された感湿性および感圧性の保護材によって覆われてなる湿度検出機能を有する複合センサ。
12. 前記樹脂成形体の前記壁部の内側に接着固定されて且つ、前記センサ端子となる導体に電気的に接続されるチップが、
    ａ．前記湿度センサとして機能する部分と、前記圧力センサとして機能する部分と、それら各部分による検出情報を電気的に処理する処理回路とが一体に集積化された単一のチップ、および
    ｂ．前記湿度センサとして機能する部分と前記圧力センサとして機能する部分とが一体化されたチップと、それら各部分による検出情報を電気的に処理する処理回路チップとの２つのチップ、および
    ｃ．前記湿度センサとして機能するチップと、前記圧力センサとして機能する部分を備えるとともに同部分による検出情報および前記湿度センサとして機能するチップから得られる検出情報を電気的に処理する処理回路チップとの２つのチップ、および
    ｄ．前記圧力センサとして機能するチップと、前記湿度センサとして機能する部分を備えるとともに同部分による検出情報および前記圧力センサとして機能するチップから得られる検出情報を電気的に処理する処理回路チップとの２つのチップ、および
    ｅ．前記湿度センサとして機能するチップと、前記圧力センサとして機能するチップと、それら各チップから得られる検出情報を電気的に処理する処理回路チップとの３つのチップ、
    のいずれかからなる
    請求項１１に記載の湿度検出機能を有する複合センサ。
13. センサ端子となる導体が一部外部に導出されるかたちでインサート成形されて周囲に堰となる壁部を有する樹脂成形体の中ほどに少なくとも湿度センサおよび圧力センサとして機能するチップが接着固定されてなるとともに、同樹脂成形体の前記壁部の内側で、該接着固定されたチップと前記センサ端子となる導体とが電気的に接続されてなり、これら接着固定されたチップおよびセンサ端子となる導体との電気的な接続部が前記壁部を堰として充填された感湿性および感圧性の保護材によって覆われてなる湿度検出機能を有する複合センサであって、
    前記樹脂成形体の前記壁部の内側に接着固定されるチップとして少なくとも前記湿度センサとして機能するチップを独立に備えるとともに、該湿度センサとして機能するチップの感湿部の周囲を前記樹脂成形体の前記壁部よりも高さの高い壁材にて囲み、該壁材を堰として、前記樹脂成形体の壁部を堰として充填された保護材から前記湿度センサとして機能するチップの前記感湿部を選択的に隔離する
    ことを特徴とする湿度検出機能を有する複合センサ。
14. 前記樹脂成形体の壁部を堰として充填された保護材から隔離した前記湿度センサとして機能するチップの感湿部には、別途、前記充填された保護材とは特性が異なって且つ、同保護材よりも薄い感湿性の保護膜が施されてなる
    請求項１３に記載の湿度検出機能を有する複合センサ。
15. 請求項１１〜１４のいずれか一項に記載の湿度検出機能を有する複合センサにおいて、
    前記樹脂成形体の前記壁部の外側には、温度センサとして機能する素子がさらに設けられてなる
    ことを特徴とする湿度検出機能を有する複合センサ。
16. 前記感湿性および感圧性の保護材が、ゲルからなる
    請求項１１〜１５のいずれか一項に記載の湿度検出機能を有する複合センサ。
17. 前記ゲルが、フッ素系ゲルからなる
    請求項１６に記載の湿度検出機能を有する複合センサ。
18. 請求項１１〜１７のいずれか一項に記載の湿度検出機能を有する複合センサにおいて、
    当該複合センサは、車載エンジンのインテークマニホールド集合部に圧力導入管を介して設けられて、同エンジンの吸入空気に含まれる湿度成分および吸気管内圧力を検出するものである
    ことを特徴とする湿度検出機能を有する複合センサ。

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