(57)【要約】      （修正有）【課題】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。【解決手段】複数の配線導体２１を絶縁層２２で被覆し、該複数の配線導体２１と導通接続する複数の電極パッドを絶縁層２２から露出させた状態で設けた配線基板２０と、湿度センサ素子、ＩＣ回路基板、湿度センサ素子に外気を導く吸湿口３１、ＩＣ回路基板を封止する封止樹脂、及び、ＳＭＤ端子を有し、複数のＳＭＤ端子と配線基板２０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２０に表面実装された湿度センサパッケージ３０と、センサ周辺回路部品と、配線基板上で、センサ周辺回路部品を覆い、かつ、吸湿口を開口させたまま湿度センサパッケージ３０の複数のＳＭＤ端子及び配線基板２０の複数の電極パッドを覆う防水樹脂５０とを備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
請求項１記載の湿度センサモジュールにおいて、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、設けられている湿度センサモジュール。
【請求項３】
請求項１または２記載の湿度センサモジュールにおいて、前記配線基板としてフレキシブル配線基板を用いた湿度センサモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平２−１０７９５８号公報
【特許文献２】ＷＯ２００９／１１９３４９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【発明の効果】
【００１０】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】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である。
【図２】図１の防水樹脂を省略して示す湿度センサモジュールの斜視図である。
【図３】図２の湿度センサモジュールを上から見て示す部分拡大平面図である。
【図４】図１のIV−IV線に沿う断面図である。
【図５】湿度センサパッケージの外観斜視図である。
【図６】図５の封止樹脂を省略して示す湿度センサパッケージの斜視図である。
【図７】図６の湿度センサパッケージを上から見て示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【符号の説明】
【００２５】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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