JP5900211B2 - 湿度センサユニット - Google Patents

Description

本発明は、湿度検出部および温度検出部を有するセンサチップと、このセンサチップに並べて配置されて所定の処理を行う回路チップとを備える湿度センサユニットに関するものである。

従来より、第１、第２固定電極が櫛歯状に形成され、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜が第１、第２固定電極を覆うように形成された容量式の湿度検出部を有するセンサチップが提案されている。これによれば、感湿膜の誘電率が湿度に応じて変化するため、第１、第２固定電極間の容量が湿度に応じたセンサ信号として出力される。

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、上記のようなセンサチップでは、相対湿度を測定するものとして用いられるため、湿度検出部の温度を正確に検出する必要がある。このため、例えば、特許文献１には、湿度に応じたセンサ信号を出力する湿度検出部および温度に応じたセンサ信号を出力する温度検出部を有するセンサチップが提案されている。具体的には、センサチップは２つの領域を有しており、一方の領域に第１、第２固定電極および感湿膜が形成されて湿度検出部が構成され、他方の領域に温度に応じて抵抗値が変化する抵抗体が折れ線状に形成されて温度検出部が構成されている。

これによれば、温度検出部にてセンサチップ（湿度検出部）の温度を検出することができる。このため、外部回路にて、温度検出部から出力されたセンサ信号を用いて湿度検出部から出力されたセンサ信号の温度補正を行うことにより、高精度な湿度検出を行うことができる。

特開昭６２−１５６５５１号公報

ところで、上記のような湿度検出部および温度検出部を有するセンサチップは、例えば、温度補正を行う補正回路等が形成された回路チップと並べて配置され、湿度センサユニットを構成するものとして用いられる。この場合、使用時には、回路チップのうち補正回路等が形成された部分が発熱し、温度分布が形成される。つまり、湿度センサユニットでは、回路チップのうち最も温度が高くなる部分を中心とする同心円状の温度分布が形成される。

しかしながら、上記のように温度検出部が形成されたセンサチップでは、抵抗体が折れ線状に形成されているため、抵抗体内の温度分布がばらついてしまう。つまり、抵抗体のうち回路チップ側に位置する部分では温度が高いために抵抗値が高くなり、抵抗体のうち回路チップ側と反対側に位置する部分では温度が低いために抵抗値が低くなる。そして、抵抗体の抵抗値は、抵抗値が高くなる部分と抵抗値が低くなる部分との合成抵抗となる。このため、上記のような湿度センサユニットでは、温度検出の精度が低下し、ひいては湿度検出の精度が低下してしまう。

本発明は上記点に鑑みて、センサチップと回路チップとが並べて配置されてなる湿度センサユニットにおいて、温度検出の精度が低下することを抑制することができる湿度センサユニットを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１および３に記載の発明では、湿度に応じたセンサ信号を出力する湿度検出部（２１０）および温度に応じたセンサ信号を出力する温度検出部（２２０）が形成されたセンサチップ（２０）と、センサチップと並べて配置され、センサチップから湿度に応じたセンサ信号が入力されると共に温度に応じたセンサ信号が入力される回路チップ（３０）と、を備え、温度検出部は、温度に応じて抵抗値が変化し、回路チップにて生成される温度分布に沿って形成された抵抗体（２２１ａ、２２１ｂ）にて構成されていることを特徴としている。
さらに、請求項１に記載の発明では、抵抗体は、一方向に延設された直線状とされ、回路チップのうち最も温度が高くなる領域と抵抗体の中心とを結ぶ線分と、抵抗体の延設方向に延びる線分とが直交していることを特徴としている。また、請求項３に記載の発明では、抵抗体は、温度分布に沿った曲線とされていることを特徴としている。

これによれば、抵抗体が回路チップの発熱によって生成される温度分布に沿って形成されているため、抵抗体内の温度分布がばらつくことを抑制することができ、温度検出の精度が低下することを抑制することができる。

この場合、請求項４に記載の発明のように、湿度検出部は、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜（２１３）を有し、温度検出部は、抵抗体が感湿膜にて覆われるものとすることができる。

これによれば、湿度検出部および温度検出部は同じ感湿膜を有するため、湿度検出部と温度検出部との温度差を小さくすることができる。

なお、この欄および特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

本発明の第１実施形態における湿度センサユニットの平面図である。 図１中のII−II線に沿った断面図である。 図１に示すセンサチップの平面図である。 図１に示す湿度センサユニットの温度分布を示す図である。 回路チップと抵抗体との関係を示す図である。 本発明の第２実施系形態におけるセンサチップの平面図である。 本発明の第３実施系形態におけるセンサチップの平面図である。

以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、同一符号を付して説明を行う。

（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態の湿度センサユニットは、例えば、車室内のルームミラー近傍に取り付けられ、車室内の湿度を検出するものとして用いられると好適である。

図１および図２に示されるように、湿度センサユニットは、リードフレーム１０ａ、１０ｂ上にセンサチップ２０または回路チップ３０が搭載され、リードフレーム１０ａ〜１０ｃ、センサチップ２０、回路チップ３０がモールド樹脂４０に封止されて構成されている。

リードフレーム１０ａ〜１０ｃは、例えば、銅合金等のリードフレーム素材がプレス加工やエッチング加工されて構成されたものであり、各リードフレーム１０ａ〜１０ｃは並べて配置されている。そして、リードフレーム１０ａ上に図示しないダイボンドを介してセンサチップ２０が搭載され、リードフレーム１０ｂ上に図示しないダイボンドを介して回路チップ３０が搭載されている。つまり、センサチップ２０および回路チップ３０が並べて配置されている。

リードフレーム１０ｃは、外部回路等との電気的接続を行うために構成されたものであり、図２とは別断面において、回路チップ３０とボンディングワイヤを介して電気的に接続されている。

なお、ここでは、リードフレーム１０ａとリードフレーム１０ｂ、およびリードフレーム１０ｂとリードフレーム１０ｃとが分離されているものを説明するが、リードフレーム１０ａとリードフレーム１０ｂ、およびリードフレーム１０ｂとリードフレーム１０ｃとはとは分離されていなくてもよい。すなわち、例えば、リードフレーム１０ａ上にセンサチップ２０および回路チップ３０が搭載されていてもよい。また、リードフレーム１０ｃ上に回路チップ３０が搭載されていてもよい。

センサチップ２０は、図３に示されるように、湿度検出部２１０および温度検出部２２０が形成されたものである。

湿度検出部２１０は、本実施形態では容量式の周知のものであり、検出部２１０ａと基準容量部２１０ｂとにより構成されている。簡単に説明すると、検出部２１０ａには、共通電極２１１と第１固定電極２１２ａとが櫛歯形状となるように形成され、基準容量部２１０ｂには、共通電極２１１と第２固定電極２１２ｂとが櫛歯形状となるように形成されている。そして、検出部２１０ａおよび基準容量部２１０ｂに形成された共通電極２１１、第１、第２固定電極２１２ａ、２１２ｂが覆われるように、湿度に応じて誘電率が変化するポリイミド系ポリマー等からなる感湿膜２１３が形成されている。

また、本実施形態では、共通電極２１１と第１固定電極２１２ａとの対向する間隔が共通電極２１１と第２固定電極２１２ｂとの対向する間隔より短くされている。つまり、検出部２１０ａの湿度に対する容量変化の傾きと、基準容量部２１０ｂの湿度に対する容量変化の傾きとが異なるようにしている。言い換えると、検出部２１０ａと基準容量部２１０ｂとの検出感度が異なるようにしている。すなわち、本実施形態の湿度検出部２１０では、検出部２１０ａの容量と基準容量部２１０ｂの容量との差から相対湿度を検出することができるようになっている。

そして、共通電極２１１、第１、第２固定電極２１２ａ、２１２ｂは、それぞれ配線部２１４〜２１６を介して第１〜第３電極パッド２１７〜２１９と接続されている。

温度検出部２２０は、具体的には後述するが、本実施形態では、温度に応じて抵抗値が変化する２本の抵抗体２２１ａ、２２１ｂで構成され、各抵抗体２２１ａ、２２１ｂが所定形状にパターニングされて構成されている。

そして、抵抗体２２１ａは配線部２２２、２２３を介して第４、第５電極パッド２２４、２２５に接続され、抵抗体２２１ｂは配線部２２３、２２６を介して第５、第６パッド２２５、２２７に接続されている。

なお、共通電極２１１、第１、第２固定電極２１２ａ、２１２ｂ、配線部２１４〜２１６、２２２、２２３、２２６、第１〜第６電極パッド２１７〜２１９、２２４、２２５、２２７は、例えば、アルミニウム、銅、金、白金等がパターニングされて構成される。抵抗体２２１ａ、２２１ｂは、温度によって抵抗値が変化する材料で構成されていればよく、例えば、アルミニウム、銅、金、白金等がパターニングされて構成される。

この場合、共通電極２１１、第１、第２固定電極２１２ａ、２１２ｂ、配線部２１４〜２１６、２２２、２２３、２２６、第１〜第６電極パッド２１７〜２１９、２２４、２２５、２２７と、抵抗体２２１ａ、２２１ｂとを同じ材料で構成することにより、センサチップ２０を簡素な工程で製造することができる。

回路チップ３０は、共通電極２１１と第１固定電極２１２ａとの間の容量と、共通電極２１１と第２固定電極２１２ｂとの間の容量との差を電圧変換して出力するＣ−Ｖ変換回路と、温度検出部２２０にて検出された温度を用いて温度補正を行う補正回路等が形成されている。そして、図２に示されるように、ボンディングワイヤ５０を介して第１〜第６電極パッド２１７〜２２９、２２４、２２５、２２７と電気的に接続されている。本実施形態では、これらＣ−Ｖ変換回路や補正回路は回路チップ３０の中央部に形成されている。

モールド樹脂４０は、リードフレーム１０ｃの一端部を露出する状態でセンサチップ２０、回路チップ３０、リードフレーム１０ａ〜１０ｃを封止するものであり、例えば、エポキシ樹脂等の一般的なモールド材料が用いられる。また、モールド樹脂４０には、湿度検出部２１０を外気に曝すための開口部４０ａが形成されている。

なお、本実施形態では、開口部４０ａは、湿度検出部２１０のみに形成されているが、湿度検出部２１０と温度検出部２２０の両方に形成されていてもよい。つまり、湿度検出部２１０および温度検出部２２０が外気に曝されるようにしてもよい。これにより、湿度検出部２１０と温度検出部２２０とは、モールド樹脂４０が形成されていない同じ表面状態となるため、湿度検出部２１０と温度検出部２２０との温度差を小さくすることができる。このため、湿度検出部２１０と温度検出部２２０との温度差を小さくすることができ、検出精度を向上させることができる。

以上が本実施形態における湿度センサユニットの基本的な構成である。次に、温度検出部２２０を構成する抵抗体２２１ａ、２２１ｂの形状について説明する。

湿度センサユニットは、上記のように回路チップ３０を備えており、回路チップ３０のＣ−Ｖ変換回路や補正回路が発熱する。つまり、本実施形態では、回路チップ３０の中央部にＣ−Ｖ変換回路や補正回路が形成されているため、回路チップ３０の中央部の温度が最も高くなる。このため、湿度センサユニット全体では、図４に示されるように、回路チップ３０の中央部を中心とする同心円状の温度分布が形成される。

そして、抵抗体２２１ａ、２２１ｂは、回路チップ３０にて生成される湿度センサユニットの温度分布に沿って形成されている。具体的には、図５に示されるように、２本の抵抗体２２１ａ、２２１ｂは、それぞれ一方向に延設された直線状とされ、回路チップ３０のうち最も温度が高くなる領域（中央部）と抵抗体２２１ａ、２２１ｂの中心とを結ぶ線分と、抵抗体２２１ａ、２２１ｂの延設方向に延びる線分とが直交するように形成されている。

次に、上記湿度センサユニットにおける動作について簡単に説明する。

上記湿度センサユニットは、例えば、車室内の湿度を検出するのに用いられ、ルームミラー近傍に取り付けられる。そして、回路チップ３０には、湿度検出部２１０から湿度に応じたセンサ信号が入力されると共に、温度検出部２２０から温度に応じたセンサ信号が入力される。

そして、回路チップ３０では、Ｃ−Ｖ変換回路にて共通電極２１１と第１固定電極２１２ａとの間の容量と共通電極２１１と第２固定電極２１２ｂとの間の容量の差が電圧変換された電圧信号が生成される。その後、補正回路にて温度検出部２２０から入力されたセンサ信号（温度）を用いてＣ−Ｖ変換回路から出力された電圧信号の温度補正が行われる。

例えば、補正回路にて、温度検出部２２０から入力されたセンサ信号から温度に応じた補正電圧が生成され、この補正電圧を用いてＣ−Ｖ変換回路から出力された電圧信号の温度補正が行われる。

以上説明したように、本実施形態では、抵抗体２２１ａ、２２１ｂが回路チップ３０の発熱によって生成される温度分布に沿って配置されている。このため、抵抗体２２１ａ、２２１ｂ内の温度分布がばらつくことを抑制することができ、温度検出の精度が低下することを抑制することができる。

また、本実施形態では、２つの抵抗体２２１ａ、２２１ｂをそれぞれ温度分布に沿って配置している。このため、２つの抵抗体２２１ａ、２２２１ｂと同じ長さの１つの抵抗体を配置する場合と比較して、抵抗体２２１ａ、２２１ｂ内の温度分布がばらつくことを抑制することができ、さらに温度の検出精度を向上させることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、温度検出部２２０にも感湿膜２１３を備えたものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図６に示されるように、本実施形態では、湿度検出部２１０を構成する感湿膜２１３が温度検出部２２０にも配置されている。すなわち、温度検出部２２０を構成する抵抗体２２１ａ、２２１ｂが共通電極２１１、第１、第２固定電極２１２ａ、２１２ｂと共に同じ感湿膜２１３にて覆われている。

これによれば、温度検出部２２０を構成する抵抗体２２１ａ、２２１ｂ、湿度検出部２１０を構成する共通電極２１１、第１、第２固定電極２１２ａ、２１２ｂには同じ感湿膜２１３を介して温度が伝達される。このため、湿度検出部２１０と温度検出部２２０との温度差を小さくすることができ、検出精度を向上させることができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、抵抗体２２１ａ、２２１ｂの形状を変更したものであり、その他に関しては第１実施形態と同様であるため、ここでは説明を省略する。

図７に示されるように、本実施形態では、温度検出部２２０は１つの抵抗体２２１ａのみで形成され、この抵抗体２２１ａは温度分布に沿った曲率を有する形状（曲線形状）とされている。これによれば、抵抗体２２１ａ内の温度分布がばらつくことをさらに抑制することができる。

（他の実施形態）
上記第１、第２実施形態では、温度検出部２２０が２つの抵抗体２２１ａ、２２１ｂで構成される例を説明したが、抵抗体２２１ａ、２２１ｂをさらに複数備えるようにしてもよい。同様に、上記第３実施形態においても、温度検出部２２０を複数の抵抗体２２１ａで構成するようにしてもよい。

また、上記各実施形態では、検出部２１０ａと基準容量部２１０ｂの感度を異ならせるために、共通電極２１１と第１固定電極２１２ａとの間隔と、共通電極２１１と第２固定電極２１２ｂとの間隔が異なるものを説明したが、次のようにしてもよい。例えば、共通電極２１１と第１固定電極２１２ａとの対向面積と、共通電極２１１と第２固定電極２１２ｂとの対向面積とを異ならせることにより、検出部２１０ａと基準容量部２１０ｂとの感度が異なるようにしてもよい。

１０ａ〜１０ｃ リードフレーム
２０ センサチップ
３０ 回路チップ
４０ モールド樹脂
２１０ 湿度検出部
２２０ 温度検出部
２２１ 抵抗体

Claims (6)

1. 湿度に応じたセンサ信号を出力する湿度検出部（２１０）および温度に応じたセンサ信号を出力する温度検出部（２２０）が形成されたセンサチップ（２０）と、
   前記センサチップと並べて配置され、前記センサチップから前記湿度に応じたセンサ信号が入力されると共に前記温度に応じたセンサ信号が入力される回路チップ（３０）と、を備え、
   前記温度検出部は、前記温度に応じて抵抗値が変化し、前記回路チップにて生成される温度分布に沿って形成された抵抗体（２２１ａ、２２１ｂ）にて構成されており、
   前記抵抗体は、一方向に延設された直線状とされ、前記回路チップのうち最も温度が高くなる領域と前記抵抗体の中心とを結ぶ線分と、前記抵抗体の延設方向に延びる線分とが直交していることを特徴とする湿度センサユニット。
2. 前記温度検出部は、前記抵抗体が複数形成され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ユニット。
3. 湿度に応じたセンサ信号を出力する湿度検出部（２１０）および温度に応じたセンサ信号を出力する温度検出部（２２０）が形成されたセンサチップ（２０）と、
   前記センサチップと並べて配置され、前記センサチップから前記湿度に応じたセンサ信号が入力されると共に前記温度に応じたセンサ信号が入力される回路チップ（３０）と、を備え、
   前記温度検出部は、前記温度に応じて抵抗値が変化し、前記回路チップにて生成される温度分布に沿って形成された抵抗体（２２１ａ、２２１ｂ）にて構成されており、
   前記抵抗体は、前記温度分布に沿った曲線とされていることを特徴とする湿度センサユニット。
4. 前記湿度検出部は、湿度に応じて誘電率が変化する感湿膜（２１３）を有し、
   前記温度検出部は、前記抵抗体が前記感湿膜にて覆われていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の湿度センサユニット。
5. 前記センサチップおよび前記回路チップは、前記湿度検出部が露出する状態でモールド樹脂（４０）に覆われていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の湿度センサユニット。
6. 前記湿度検出部は、湿度に応じて容量が変化する容量式であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の湿度センサユニット。