WO2015037390A1 - センサモジュール - Google Patents

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春田　一政
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Definitions

  • the present invention relates to a sensor module, and more particularly to a sensor module that processes and outputs an electrical signal from a sensor.
  • a configuration has been proposed in which a circuit board on which sensor elements are arranged and other circuit boards are arranged in multiple layers, and the sensor module is cubic (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2001-8068 (Patent) Reference 1)).
  • a configuration is proposed in which the signal processing IC and the semiconductor IC are fixed on the same surface of the flexible substrate, and the signal processing IC and the semiconductor IC overlap with each other in a state where the flexible substrate is bent (for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2005-210409 (Patent Document 2)).
  • the present invention has been made in view of the above problems, and a main object thereof is to provide a sensor module that can be reduced in size and height.
  • the sensor module includes a substrate, a sensor element, an analog signal processing circuit, a digital signal processing circuit, and an external terminal.
  • the substrate has a first surface and a second surface opposite to the first surface.
  • the sensor element is mounted on the first surface of the substrate.
  • the analog signal processing circuit is mounted on the second surface of the substrate.
  • the digital signal processing circuit is mounted on the analog signal processing circuit.
  • the external terminal is provided on the second surface of the substrate and is electrically connected to the substrate.
  • the sensor module further includes a cap member.
  • the cap member is provided on the first surface of the substrate and is disposed so as to surround the sensor element.
  • the external terminal is disposed on the second surface side where the cap member is coupled to the first surface.
  • the sensor module preferably further includes a sealing resin for sealing the analog signal processing circuit and the digital signal processing circuit. The end of the external terminal is exposed on the surface of the sealing resin.
  • a sensor module that is reduced in size and height can be realized.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view of a sensor module 1 according to the present embodiment.
  • the sensor module of this embodiment is based on sensor output such as Home Energy Management System (HEMS), Building Energy Management System (BEMS), Factory Energy Management System (FEMS), etc. It can be applied to an energy management system that performs control such as switching the power supply on and off in For example, when the sensor module includes an infrared sensor element that can detect a person's traffic, use of the sensor module in an air conditioning or lighting system can reduce wasteful power consumption. Alternatively, the sensor module can be used for an electric device (TV, video player, etc.) in which the Wake-Up function operates when the passage of a person is detected.
  • HEMS Home Energy Management System
  • BEMS Building Energy Management System
  • FEMS Factory Energy Management System
  • a sensor module 1 mainly includes a substrate 10, a sensor element 12, a chip component 16, an analog signal processing circuit 22, and a digital signal processing circuit (MCU; Micro-Controller Unit) 26. I have.
  • the substrate 10 has a flat plate shape and has a first surface 10a and a second surface 10b.
  • the first surface 10 a is one main surface of the substrate 10.
  • the second surface 10b is the other main surface of the substrate 10 opposite to the first surface 10a.
  • a wiring pattern (not shown) is provided on the first surface 10 a and the second surface 10 b of the substrate 10.
  • a via electrode (not shown) extending in the thickness direction of the substrate 10 is provided inside the substrate 10.
  • the wiring pattern provided on the first surface 10a of the substrate 10 and the wiring pattern provided on the second surface 10b are electrically connected via via electrodes.
  • the sensor element 12 is an infrared sensor element that detects infrared rays, for example, and is mounted on the first surface 10 a of the substrate 10.
  • the sensor element 12 is flip-chip mounted on the first surface 10 a via a plurality of bumps 14.
  • the sensor element 12 is electrically connected to a wiring pattern provided on the first surface 10 a of the substrate 10.
  • the chip component 16 is a passive component such as a resistor, a capacitor, or an inductor.
  • the chip component 16 is mounted on the first surface 10 a of the substrate 10.
  • the chip component 16 is electrically connected to a wiring pattern provided on the first surface 10 a of the substrate 10.
  • the analog signal processing circuit 22 is mounted on the second surface 10 b of the substrate 10.
  • the digital signal processing circuit 26 is mounted on the analog signal processing circuit 22.
  • the analog signal processing circuit 22 is electrically connected to a wiring pattern provided on the second surface 10 b of the substrate 10 by a bonding wire 24.
  • the digital signal processing circuit 26 is electrically connected to a wiring pattern provided on the second surface 10 b of the substrate 10 by a bonding wire 28.
  • the analog signal processing circuit 22 and the digital signal processing circuit 26 are sealed with a sealing resin 40.
  • An external terminal 30 made of a pin terminal is also provided on the second surface 10b of the substrate 10.
  • a first end of the external terminal 30 is electrically connected to a wiring pattern provided on the second surface 10 b of the substrate 10.
  • the second end of the external terminal 30 is exposed on the surface 42 of the sealing resin 40.
  • the external terminal 30 extends from the second surface 10 b of the substrate 10 to the surface 42 of the sealing resin 40 along the thickness direction of the substrate 10.
  • the external terminal 30 has a T-shaped cross-sectional shape.
  • the external terminal 30 has a shape with an enlarged diameter at the first end.
  • a cap member 18 is provided on the first surface 10 a of the substrate 10.
  • the cap member 18 is provided so as to surround the sensor element 12 and the chip component 16, and is connected to the first surface 10 a of the substrate 10.
  • the cap member 18 includes a side wall portion that rises from the first surface 10 a of the substrate 10 and a plate-like canopy portion that extends along the first surface 10 a of the substrate 10.
  • a through hole 19 is provided in the canopy portion of the cap member 18 so as to penetrate the canopy portion in the thickness direction.
  • the through hole 19 is located above the sensor element 12. Since the through hole 19 is provided in a part of the cap member 18, a part of the sensor element 12 is exposed to the outside.
  • the sensor element 12 detects infrared rays that pass through the through hole 19 and reach the sensor element 12.
  • the external terminal 30 is disposed on the second surface 10b side where the cap member 18 is coupled to the first surface 10a of the substrate 10.
  • the external terminal 30 is also disposed on the second surface 10b side where the chip component 16 is mounted on the first surface 10a.
  • Sensor element 12 outputs a detection signal when detecting infrared rays.
  • the analog signal processing circuit 22 processes the detection signal output from the sensor element 12.
  • the digital signal processing circuit 26 converts the analog signal output from the analog signal processing circuit 22 into a digital signal. This digital signal is output to the outside of the sensor module 1 via the external terminal 30.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing a configuration in which the sensor module 1 is connected to the wireless communication module 60.
  • the wireless communication module 60 includes a high-frequency circuit unit 62 and an antenna 64.
  • the digital signal processing circuit 26 of the sensor module 1 is electrically connected to the high frequency circuit unit 62 of the wireless communication module 60.
  • the digital signal processing circuit 26 is also electrically connected to the power source 50 and receives power supply from the power source 50. The power supplied from the power source 50 is supplied to each component constituting the sensor module 1 and the wireless communication module 60 via the digital signal processing circuit 26.
  • the output signal of the sensor module 1 can be transmitted to the outside by the wireless communication module 60.
  • the sensor element 12 is mounted on the first surface 10a of the substrate 10, and the analog signal processing circuit 22 is mounted on the second surface 10b.
  • a digital signal processing circuit 26 is mounted on the analog signal processing circuit 22.
  • External terminals 30 are provided on the second surface 10 b side of the substrate 10.
  • substrate 10 can be shortened according to a thin integrated circuit. Therefore, the sensor module 1 having a small size and a low profile and having an analog signal processing function and a digital signal processing function can be realized.
  • the mechanical strength of the sensor module 1 can be increased. .
  • the analog signal processing circuit 22 and the digital signal processing circuit 26 are sealed with the sealing resin 40, the analog signal processing circuit 22 and the digital signal processing circuit 26 can be protected, and the reliability of the sensor module 1 can be protected. Can be improved. Since the external terminal 30 penetrates the sealing resin 40 and the second end portion of the external terminal 30 is exposed on the surface 42 of the sealing resin 40, power supply from the outside to the sensor module 1, And the output of the signal from the sensor module 1 to the outside can be facilitated.
  • sensor module 10 substrate, 10a first surface, 10b second surface, 12 sensor elements, 14 bumps, 16 chip parts, 18 cap members, 19 through holes, 22 analog signal processing circuits, 24, 28 bonding wires, 26 digital signal processing circuit, 30 external terminal, 40 sealing resin, 42 surface, 50 power supply, 60 wireless communication module, 62 high frequency circuit section, 64 antenna.

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Abstract

　小型化および低背化の可能なセンサモジュールを提供する。センサモジュール（１）は、第１の面（１０ａ）および第１の面（１０ａ）と反対側の第２の面（１０ｂ）を有する基板（１０）と、第１の面（１０ａ）に搭載されたセンサ素子（１２）と、第２の面（１０ｂ）に搭載されたアナログ信号処理回路（２２）と、アナログ信号処理回路（２２）に搭載されたデジタル信号処理回路（２６）と、第２の面（１０ｂ）に設けられ、基板（１０）と電気的に接続された外部端子（３０）とを備えている。

Description

センサモジュール
　本発明は、センサモジュールに関し、特に、センサからの電気信号を処理し出力するセンサモジュールに関する。
　センサモジュールに関し、従来、センサ素子が配置された回路基板および他の回路基板を多層的に配置し、センサモジュールを立方体化した構成が提案されている（たとえば、特開２００１－８０６８号公報（特許文献１）参照）。また、フレキシブル基板の同一面上に信号処理ＩＣおよび半導体ＩＣが固定され、信号処理ＩＣと半導体ＩＣとは、フレキシブル基板が折り曲げられた状態において背面が重なっている構成が提案されている（たとえば、特開２００５－２１０４０９号公報（特許文献２）参照）。また、パッケージに凹所を設け、加速度センサチップおよび記憶素子チップを凹所内に収納し、凹所内に収納した加速度センサチップおよび記憶素子チップに対して集積回路チップを積み重ねるように配置した構成が提案されている（たとえば、特開２００３－３４４４３９号公報（特許文献３）参照）。
特開２００１－８０６８号公報 特開２００５－２１０４０９号公報 特開２００３－３４４４３９号公報
　特許文献１に記載のセンサモジュールでは、多層的に配置された２つの回路基板の各々の一方主面と他方主面との両方に電子部品が実装されているため、低背化が困難であるという問題がある。
　本発明は上記の課題に鑑みてなされたものであり、その主たる目的は、小型化および低背化の可能なセンサモジュールを提供することである。
　本発明に係るセンサモジュールは、基板と、センサ素子と、アナログ信号処理回路と、デジタル信号処理回路と、外部端子とを備えている。基板は、第１の面および第１の面と反対側の第２の面を有している。センサ素子は、基板の第１の面に搭載されている。アナログ信号処理回路は、基板の第２の面に搭載されている。デジタル信号処理回路は、アナログ信号処理回路に搭載されている。外部端子は、基板の第２の面に設けられており、基板と電気的に接続されている。
　上記センサモジュールにおいて好ましくは、キャップ部材をさらに備えている。キャップ部材は、基板の第１の面に設けられており、センサ素子を囲って配置されている。外部端子は、キャップ部材が第１の面に連結される位置の第２の面側に配置されている。
　上記センサモジュールにおいて好ましくは、アナログ信号処理回路およびデジタル信号処理回路を封止する封止樹脂をさらに備えている。外部端子の端部は、封止樹脂の表面に露出している。
　本発明によると、小型化および低背化されたセンサモジュールを実現することができる。
本実施の形態に係るセンサモジュールの縦断面図である。 本実施の形態に係るセンサモジュールが無線通信モジュールに接続されている構成を示す概略図である。
　以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態を説明する。なお、以下の図面において、同一または相当する部分には同一の参照番号を付し、その説明は繰返さない。
　図１は、本実施の形態に係るセンサモジュール１の縦断面図である。本実施の形態のセンサモジュールは、Home　Energy　Management　System（HEMS）、Building　Energy　Management　System（BEMS）、Factory　Energy　Management　System（FEMS）などの、センサの出力に基づいて電気機器、照明設備、空調機器などにおける電源のON-OFF切り替えなどの制御を行なう、エネルギー監理システムに適用可能である。たとえばセンサモジュールが人の通行を検知できる赤外線センサ素子を備えている場合には、空調または照明システムに当該センサモジュールを用いることにより、無駄な電力消費を削減できる。または、人の通行を検知したときにWake-Up機能が動作する電気機器（ＴＶ、映像プレーヤーなど）に当該センサモジュールを用いることができる。
　図１を参照して、センサモジュール１は、基板１０と、センサ素子１２と、チップ部品１６と、アナログ信号処理回路２２と、デジタル信号処理回路（ＭＣＵ；Micro-Controller　Unit）２６とを主に備えている。
　基板１０は、平板状の形状を有しており、第１の面１０ａおよび第２の面１０ｂを有している。第１の面１０ａは、基板１０の一方の主表面である。第２の面１０ｂは、第１の面１０ａと反対側の基板１０の他方の主表面である。基板１０の第１の面１０ａおよび第２の面１０ｂには、図示されていない配線パターンが設けられている。基板１０の内部には、基板１０の厚み方向に延びる、図示されていないビア電極が設けられている。基板１０の第１の面１０ａに設けられた配線パターンと、第２の面１０ｂに設けられた配線パターンとは、ビア電極を介して電気的に接続されている。
　センサ素子１２は、たとえば赤外線を検知する赤外線センサ素子であって、基板１０の第１の面１０ａに搭載されている。センサ素子１２は、複数個のバンプ１４を介して、第１の面１０ａ上にフリップチップ実装されている。センサ素子１２は、基板１０の第１の面１０ａに設けられた配線パターンと電気的に接続されている。チップ部品１６は、抵抗、コンデンサまたはインダクタなどの受動部品である。チップ部品１６は、基板１０の第１の面１０ａに搭載されている。チップ部品１６は、基板１０の第１の面１０ａに設けられた配線パターンと電気的に接続されている。
　アナログ信号処理回路２２は、基板１０の第２の面１０ｂに搭載されている。デジタル信号処理回路２６は、アナログ信号処理回路２２上に搭載されている。アナログ信号処理回路２２は、ボンディングワイヤ２４により、基板１０の第２の面１０ｂに設けられた配線パターンと電気的に接続されている。デジタル信号処理回路２６は、ボンディングワイヤ２８により、基板１０の第２の面１０ｂに設けられた配線パターンと電気的に接続されている。アナログ信号処理回路２２とデジタル信号処理回路２６とは、封止樹脂４０で封止されている。
　基板１０の第２の面１０ｂにはまた、ピン端子からなる外部端子３０が設けられている。外部端子３０の第１の端部は、基板１０の第２の面１０ｂに設けられた配線パターンと電気的に接続されている。外部端子３０の第２の端部は、封止樹脂４０の表面４２に露出している。外部端子３０は、基板１０の厚み方向に沿って、基板１０の第２の面１０ｂから封止樹脂４０の表面４２にまで延在している。外部端子３０は、Ｔ字状の断面形状を有している。外部端子３０は、第１の端部において、径が拡大した形状を有している。
　基板１０の第１の面１０ａには、キャップ部材１８が設けられている。キャップ部材１８は、センサ素子１２とチップ部品１６とを囲うように設けられており、基板１０の第１の面１０ａに連結されている。キャップ部材１８は、基板１０の第１の面１０ａから立ち上がる側壁部と、基板１０の第１の面１０ａに沿って延びる板状の天蓋部とを有している。キャップ部材１８の天蓋部には、天蓋部を厚み方向に貫通する貫通孔１９が設けられている。貫通孔１９は、センサ素子１２の上方に位置している。キャップ部材１８の一部に貫通孔１９が設けられているために、センサ素子１２の一部が外部に露出している。センサ素子１２は、貫通孔１９を通過してセンサ素子１２にまで到達する赤外線を検知する。
　外部端子３０は、キャップ部材１８が基板１０の第１の面１０ａに連結される位置の第２の面１０ｂ側に配置されている。外部端子３０はまた、チップ部品１６が第１の面１０ａに搭載される位置の第２の面１０ｂ側に配置されている。
　センサ素子１２は、赤外線を検知すると、検知信号を出力する。アナログ信号処理回路２２は、センサ素子１２から出力された検知信号を処理する。デジタル信号処理回路２６は、アナログ信号処理回路２２から出力されるアナログ信号をデジタル信号に変換する。このデジタル信号は、外部端子３０を経由して、センサモジュール１の外部に出力される。
　図２は、センサモジュール１が無線通信モジュール６０に接続されている構成を示す概略図である。無線通信モジュール６０は、図２に示すように、高周波回路部６２とアンテナ６４とを含んで構成されている。センサモジュール１のデジタル信号処理回路２６は、無線通信モジュール６０の高周波回路部６２と電気的に接続されている。デジタル信号処理回路２６はまた、電源５０と電気的に接続されており、電源５０から電力の供給を受ける。電源５０から供給された電力は、デジタル信号処理回路２６を経由して、センサモジュール１を構成している各部品、および無線通信モジュール６０に供給される。
　センサモジュール１のデジタル信号処理回路２６を無線通信モジュール６０に接続することにより、センサモジュール１の出力信号を、無線通信モジュール６０によって外部に送信することが可能とされている。
　以上説明した本実施の形態のセンサモジュール１によれば、基板１０の第１の面１０ａにセンサ素子１２が搭載されており、第２の面１０ｂにアナログ信号処理回路２２が搭載されており、アナログ信号処理回路２２上にデジタル信号処理回路２６が搭載されている。基板１０の第２の面１０ｂ側に、外部端子３０が設けられている。これにより、センサモジュール１の構成部品に合わせて、センサモジュールを小型化および低背化することができる。たとえば、デジタル信号処理回路２６として小型で薄く研削された集積回路が使用され、センサ素子１２が圧電膜などの機能性薄膜からなるセンサ素子で構成されている場合には、これら構成部品に合わせて基板１０を小型化するとともに、基板１０の厚み方向における外部端子３０の長さ寸法を薄い集積回路に合わせて短くすることができる。したがって、小型かつ低背で、アナログ信号処理機能とデジタル信号処理機能とを有しているセンサモジュール１を実現することができる。
　基板１０の第１の面１０ａにキャップ部材１８が連結されている位置の第２の面１０ｂ側に、外部端子３０が配置されているために、センサモジュール１の機械的強度を高めることができる。
　アナログ信号処理回路２２とデジタル信号処理回路２６とが封止樹脂４０で封止されていることにより、アナログ信号処理回路２２およびデジタル信号処理回路２６を保護することができ、センサモジュール１の信頼性を向上することができる。外部端子３０が封止樹脂４０を貫通しており、外部端子３０の第２の端部が封止樹脂４０の表面４２に露出しているために、センサモジュール１への外部からの電力供給、およびセンサモジュール１から外部への信号の出力を、容易にすることができる。
　以上のように本発明の実施の形態について説明を行なったが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味、および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
　１　センサモジュール、１０　基板、１０ａ　第１の面、１０ｂ　第２の面、１２　センサ素子、１４　バンプ、１６　チップ部品、１８　キャップ部材、１９　貫通孔、２２　アナログ信号処理回路、２４，２８　ボンディングワイヤ、２６　デジタル信号処理回路、３０　外部端子、４０　封止樹脂、４２　表面、５０　電源、６０　無線通信モジュール、６２　高周波回路部、６４　アンテナ。

Claims (3)

  1. 　第１の面および前記第１の面と反対側の第２の面を有する基板と、
    　前記第１の面に搭載されたセンサ素子と、
    　前記第２の面に搭載されたアナログ信号処理回路と、
    　前記アナログ信号処理回路に搭載されたデジタル信号処理回路と、
    　前記第２の面に設けられ、前記基板と電気的に接続された外部端子とを備える、センサモジュール。
  2. 　前記第１の面に設けられ、前記センサ素子を囲って配置されたキャップ部材をさらに備え、
    　前記外部端子は、前記キャップ部材が前記第１の面に連結される位置の前記第２の面側に配置されている、請求項１に記載のセンサモジュール。
  3. 　前記アナログ信号処理回路および前記デジタル信号処理回路を封止する封止樹脂をさらに備え、
    　前記外部端子の端部は、前記封止樹脂の表面に露出している、請求項１または２に記載のセンサモジュール。
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