(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
湿度に感知するセンサ部材を有するセンサユニットおよび担持部材から成る様式の湿度測定のための装置において、以下の特徴すなわち、
ａ）担持部材（２）が凹部（６）を持ち、この凹部の上にセンサユニット（１）が設けられていて、その際、湿度に感知するセンサ部材（１．１）が凹部（６）の方向に整向されており、
ｂ）担持部材（２）並びにセンサユニット（１）は電気的な接触領域（１.２ａ，１．２ｂ）を有し、その際、このセンサ側接触領域が担持部材（２）に向いたセンサユニット（１）のその側面に設けられており、
ｃ）担持部材（２）には、少なくとも一つの部分領域においてセンサユニット（１）に対して隣接して被膜（３）が取り付けられており、この被膜が少ない湿分を吸収し及び／または放出するように構成されていること、
担持部材（２）は、接触領域（１.２ａ，１．２ｂ）を除いて、その表面全体に被膜（３）を備えていること、
凹部（６）の領域における担持部材（２）のエッジ領域も、被膜（３）で覆われていることを特徴とする湿度測定のための装置。
【請求項２】
被膜（３）用の材料として、金が選択されていることを特徴とする請求項１に記載の湿度測定のための装置。
【請求項３】
被膜（３）用の材料として、銅が選択されていることを特徴とする請求項１に記載の湿度測定のための装置。
【請求項４】
担持部材（２）の全てのエッジ領域は、被膜（３）で覆われていることを特徴とする請求項１に記載の湿度測定のための装置。
【請求項５】
センサユニット（１）は担持基板（１．３）を備え、この担持基板上に薄膜技術で形成されるセンサ部材（１．１）並びに電気的な接触領域（１．２ａ，１．２ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の湿度測定のための装置。
【請求項６】
センサ部材（１．１）は、ベース電極（１．１ｃ）、この電極の上に設けられた重合体被膜（１．１ｂ）、並びにこの重合体被膜上に設けられた湿度透過性の被覆電極（１．１ａ）を備えていることを特徴とする請求項５に記載の湿度測定のための装置。
【請求項７】
センサ部材（１．１）は、その都度の湿度に依存して電気的な特性値を変化させることを特徴とする請求項１に記載の湿度測定のための装置。
【請求項８】
担持部材（２）は、一層あるいは多層の印刷基板として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の湿度測定のための装置。
【請求項９】
担持部材（２）の凹部（６）の大きさが、この担持部材（２）の方に向けられたセンサユニット（１）の底面より大きく選択されていることを特徴とする請求項１に記載の湿度測定のための装置。
【請求項１０】
担持部材（２）上に、更に電気的なパターン導線（５ａ，５ｂ）は設けられ、これらのパターン導線が担持部材（２）の接触領域を介して、センサ部材（１．１）を後続して設けられた他の電気的な構造要素と結合していることを特徴とする請求項１に記載の湿度測定のための装置。
【請求項１１】
パターン導線（５ａ，５ｂ）は、担持部材（２）上で同様に被膜（３）の材料から成り、しかも担持部材（２）のその他の領域において被膜部（３）から絶縁されていることを特徴とする請求項１０に記載の湿度測定のための装置。
【請求項１２】
担持部材（２）の表面は、接触領域上を除いて面の全体に、少ない湿度吸収率を有するソルダーレジスト（４）で覆われていることを特徴とする請求項１０に記載の湿度測定のための装置。
【請求項１３】
センサ部材（１．１）の接触領域（１．２ａ，１．２ｂ）と担持部材（２）の接触領域の間で、導電性の接触部材（７ａ，７ｂ）が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の湿度測定のための装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、請求項１の上位概念に従う湿度測定のための装置に関する。
【０００２】
湿度測定のための装置は公知であり、この装置の場合、湿度に感知するセンサ部材を有するセンサユニットが平らな担持部材に設けられている。この担持部材は、例えば印刷基板あるいは基板である。この場合、印刷基板上に設けられた信号発生及び信号処理のための電気的な構造要素と、センサユニット或いは本来の湿度に感知するセンサ部材の間の必要な電気的な接触は、ボンディングワイヤ及びこれに相応するはんだ付け接続部材によって行われる。またこの接触は選択的に接続線を介してセンサユニットにおいて行われ、このセンサユニットは担持部材の側では適当な接触穿孔内に挿入され、印刷基板の他の側でははんだ付け接合されている。しかしこの様式の接触の実施形は高い製造技術的な労力を必要とし、特にこの労力は大量生産の場合において不利である。湿度測定のためのこの様式のセンサユニットを有する印刷基板の自動化された実装は、この接触方式によって不可能であるか或いは可能であるとしても困難である。
【０００３】
国際特許出願ＷＯ９８／２７４１１号明細書において、更に限られた用途の選択的なシステムは公知であり、このシステムの場合、例えばセンサはその湿度センサの湿度に感知するセンサ面を有する湿度センサの様式で、適当な担持基板の凹部の上方に設けられている。センサ部材の電気的な接触は、フリップチップ技術によって行われる。この提案された装置において、ある種の担持基板材料を使用した場合に湿度測定値の不正という結果となることが不利であることは明らかである。
【０００４】
従って本発明の課題は、湿度測定のための、十分に自動化された製造が可能な装置を提供することである。特に上記の装置において、使用される構造要素の可能な限り簡単な電気的な接触が求められる。更にこの湿度測定値はこの装置の構成によって、可能な限り不正になることはない。
【０００５】
この課題は、請求項１の特徴部分に記載の特徴を有する装置よって解決される。
【０００６】
有利な本発明よる装置の実施の形態は、従属的な請求項における構成から得られる。
【０００７】
本発明による構成は、湿度に感知するセンサユニットを有する印刷基板、基板あるいは担持部材における自動的な実装を可能にする。何故ならば、これらのセンサユニットがSＭＤ（表面実装デバイス）として形成されているからである。その際これらのセンサユニットは、本発明により形成された担持部材の所定の位置上にＳＭＤ実装自動機械によって自動的に置かれ、そこに固定され並びに電気的に接触される。センサユニットの完全接触或いは同時接触は、例えばはんだ付け接合によるか、あるいは導電性接着剤を用いる固定によって行われる。手動による個別の接触と、あるいはここにおいて使用可能なフリップチップ技術による実装と比較して、必要な工程の明確な低減が結果として生じる。
【０００８】
更に、従属的な請求項において担持部材の被膜と関連して記載した構成が、測定操作における本発明による装置の故障の無い機能を保証する。従ってセンサユニット近傍での場合によっては生じる不正を引き起こす微小雰囲気の形成は防止される。
【０００９】
それぞれの湿度に感知するセンサユニットに関する全く異なる実施形の可能性は、根本的に本発明の範囲内であり、即ち当然、以下に記載される構成は全く異なる所与の要件に適合可能である。従って、湿度測定装置の容量型の実施形と同様に抵抗型の実施形も、本発明により実現可能である。
【００１０】
本発明による装置の更なる長所並びに詳細は、添付の図面を基にして実施例の以下の記載から得られる。次に図1及び２を基にして、本発明による装置の実施例を説明する。図1には、湿度測定のための装置についての平面図が概略的な形状で図示されており、図２はこの装置の断面図を示す。
【００１１】
図示されたこの装置は、特に有利にはその上に設けられ、あるいはその中に合体された電気的なパターン導線５ａ，５ｂ、また電気的な構造要素等々を有する、一層あるいは多層の印刷基板として構成された担持部材２を備えている。印刷基板材料は、例えばガラス繊維強化の例えば周知の標準規格印刷基板材料ＦＲ４のようなエポキシ樹脂である。
【００１２】
担持部材上に、いわゆるフリップチップ技術で、湿度に感知するセンサ部材１．１及びその他の部材を含むセンサユニット１は設けられている。このセンサ部材１．１は、公知の方法で形成されており、かつその都度の湿度に依存して電気的な特性値を変化させる。抵抗型湿度センサ装置の場合に上記のことは、適当なセンサ部材１．１の湿度に感知する電気抵抗であり、容量型湿度センサ装置の場合には、当該センサ部材１．１の測定された容量が湿度依存的に変化する。特に有利には、その際センサユニット１におけるセンサ部材１．１は、薄い被膜または薄膜センサとして形成されており、これは例えば、教書ハー．エル．トレンクラー、エー．オーベルマイアー共著、「センサ技術」（Ｓｅｎｓｏｒｔｅｃｈｎｉｋ）、第２０．４章、１２４５〜１２５０頁、スプリンガー出版社、１９９８年刊行、に記載されている。センサユニット１あるいはセンサ部材１．１の有利な実施例に関しての更なる詳細については、後に続く図の記載を参照されたい。図２には、センサユニット１の構造が単に図式的に描写されている。
【００１３】
この湿度に感知するセンサ部材１．１は、センサユニット１の下側に設けられており、即ち担持部材２に向けられているセンサユニット１のその面上に設けられている。湿度に感知するセンサ部材１．１がその都度の周囲環境と相互作用を始めること、即ち例えば周囲湿度がセンサ部材１．１に容量変化をもたらすことを保証するために、本発明により担持部材２は、少なくとも一つの凹部６を、センサユニット１が設けられる領域内に有する。凹部６の上方にセンサユニット１は設けられ、その際センサユニット１の湿度に感知するセンサ部材１．１が凹部６の方向に整向されて設けられている。センサ部材１．１が、容量型測定装置内で誘電体としての機能を果たす薄い被膜として形成されている場合、この被膜表面は凹部６の方へ向けられている。特に有利には、このことはこの被膜面が凹部６に、さもなければ凹部６の面に対して平行に隣接して設けられるように行われる。
【００１４】
基本的に他の装置の実施形も可能であり、湿度に感知するセンサ部材の相対的配置は、凹部に関して湿度のやり取りがセンサ部材と周囲環境の間で出来る限り支障無く行われ得るように設けられていることだけが重要なことである。
【００１５】
凹部６は図示された実施例において、担持部材２の方に向けられているセンサユニット１あるいはセンサ部材１．１の当該底面より多少大きく選択される。上記のことは、測定されるべき空気に関して完全なセンサユニット１の有利な周囲の流れを、また従ってセンサ部材１．１に関する改善された湿度のやり取りをもたらす。
【００１６】
センサユニット１あるいは湿度に感知するセンサ部材１．１の必要な電気的な接触のために、更に本発明によりセンサユニット１あるいはセンサ部材１．１の全ての接触領域あるいは接触パッドは、担持部材２に設けられているその側面上に配置するように設けられている。この方法によって、いわゆるセンサユニット１のフリップチップ接合は、担持部材２上で可能である。例えばこの接触技術の更なる詳細と利点に関しては、教書ハー．エル．トレンクラー、エー．オーベルマイアー共著、「センサ技術」（Ｓｅｎｓｏｒｔｅｃｈｎｉｋ）、第６．６．２．２章、２７７〜２７８頁、スプリンガー出版社、１９９８年刊行を参照されたい。
従って、図１および２の図示された実施例において、センサ部材１．１の接触領域あるいは接触パッドは、センサユニット１の裏面上に設けられている。センサ部材１．１の接触領域は、接触部材７ａ，７ｂの助けにより接触領域と担持部材２上で導電的に結合される。
【００１７】
選択された電気的な接触と関連して、種々の可能性は存在する。従って有利な実施の形態において、担持部材２の接触領域上に接触部材は適当なはんだペーストの様式で設けられる。センサユニット１は、引き続いて担持部材２上の適切な場所に位置決めされる。その場合に本来の接触は、公知の方法にあって、全体の装置のリフロー炉内での再溶融はんだ付けによって行われる。これに対して選択的に、センサ側の接触領域と担持体側の接触領域との間の接触部材７ａ，７ｂは、導電性のはんだ材料あるいは導電性接着剤から成るいわゆる「バンプ」あるいは隆起部分であっても良い。電気的な接触と同時に、接触部材７ａ，７ｂは更に担持部材２上でのセンサユニット１の固定を保証する。
【００１８】
従ってこの方法で、容量型湿度測定装置の両方の電極は導電的に接触され、ここで両方の電極の間で本来のセンサ部材１．１が活性被膜として設けられており、この被膜の容量が水の吸着作用に基づいて湿度依存的に変化する。センサユニット１の実施例の詳細な構造に関しては、図３及び４を参照されたい。
【００１９】
また、担持部材２上に設けられた接触領域は、２つのパターン導線５ａ，５ｂと結合されており、従ってこれらのパターン導線がセンサユニット１を概略に示されている電子機器ユニット１０と結合する。更にこの電子機器ユニット１０は、電気的な構造要素を信号発生及び／または信号処理のために持っている。その際この電子機器ユニットは、例えば抵抗、コンデンサー、コンパレーター、演算増幅器、並びに場合によってはマイクロプロセッサー、等々が重要な要素である。
【００２０】
湿度測定の際にセンサユニット１の助けにより、担持部材２上での選択された担持部材材料に基づく測定値の不正が発生しないことを保証するために、一連の更なる処置が設けられている。材料が強い湿分の吸収あるいは湿分の放出を示す担持部材２として選択された場合、特にその場合にこれらの処置は講じられる。さもないと印刷基板材料ＦＲ４の場合、センサユニット１の周囲において誤計測を誘起する微小雰囲気が形成される。この理由から、本発明による装置の図示された実施例において、担持部材２はほぼ完全な被膜３を備えるように配置されている。この目的で、担持部材２あるいは印刷基板は、銅から成る被膜３がほぼ面の全体に形成される。上記の場合、被膜３は図２の実施例において担持部材２の縁部あるいはエッジ部にも設けられている。同様に、その凹部の中にセンサ部材１．１が設けられている凹部６の領域で、この凹部６の内側縁部には被膜３が形成されていることを指摘しておきたい。
【００２１】
従って、少なくともセンサユニット１の直接の周囲領域で、担持部材２のこの様式のほぼ完全な被膜は、適当な被膜材料によって行われ、そして結果としてそこでは不正を引き起こす微小雰囲気の形成が防止される。その際、それぞれの被膜材料は、それぞれの担持部材材料による望ましくない湿分の吸収及び／または湿分の放出を防止する機能を基本的に持っている。銅に対して選択的にあるいは付加的に、被膜材料として例えば他の材料も使用可能である。従って銅被膜に対して付加的にあるいは選択的に、それぞれニッケル被膜、金被膜あるいは錫被膜を設けることができる。
【００２２】
この場合もちろん被膜３は担持部材２の接触領域の、接触部材７ａ，７ｂが設けられている範囲においては設けられておらず、このことは図２に示されている。更に図１において明らかなように、担持部材２上でパターン導線５ａ，５ｂに対してこの様式の被膜は、更に直接に隣接して設けられてなく、その結果としてこれらパターン導線５ａ，５ｂを銅被膜から絶縁する。有利な実施の形態において、同様にパターン導線は銅すなわちそれぞれの被膜材料から成り、従って担持部材２の面の全体の被膜の後に、銅による適当な構造処置によって、これらの必要なパターン導線は形成される。例えばこの事は、公知の方法でエッチング処理によって行われる。
【００２３】
更に図２における断面図から認識できるように、担持部材２の被膜３は、ソルダーレジストの様式で、別の第２の被膜４を更にほぼ面の全体に備えている。ただ担持部材２の、センサユニット１の電気的な接触が行われる接触領域においてだけは、第２の被膜４も設けられていない。適当なソルダーレジストの選択に関して、この目的のためにも他方また可能な限り少ない湿分の吸収あるいは湿分の放出を示す材料が選択され、従って障害となり測定値の不正を引き起こす微小雰囲気はセンサユニット１の領域において形成しない。特に適当には、この目的のため例えば２％より少ない湿分を吸収するソルダーレジストである。
【００２４】
次に図３および４を基にして、実施例のセンサユニット１を説明する。その際、図３はセンサユニット１の、担持部材２の方に向けられている裏面を示し、図４ではセンサユニット１の詳細な断面図である。
【００２５】
センサユニット１は、容量型測定装置の示された実施例においてガラスから成る担持基板１．３により形成され、この担持基板上に本来の湿度に感知するセンサ部材１．１並びに接触領域１．２ａ，１．２ｂが設けられている。薄膜技術で形成されるセンサ部材１．１はまた、直接に担持基板１．３上に設けられている平面状で金属質のベース電極１．１ｃ、この電極の上に設けられた湿度に感知する重合体被膜１．１ｂ、並びにこの電極の上に設けられた湿度透過性の被覆電極１．１ａから形成される。両方の電極１．１ａと１．１ｃの間の重合体被膜１．１ｂは誘電体としての機能を果たし、その都度の湿度に依存してその湿度の容量を変化させ、従って公知の方法で周囲湿度の容量型測定に用いられる。重合体被膜１．１ｂ用の適当な材料として、例えばポリイミドが考慮に値する。
【００２６】
両方の電極１．１aと１．１ｃは、接触のために両方の接触領域１．２aと１．２ｂあるいは接触パッドによって結合されており、電極１．１aと１．１ｃを介して図１に示したように電子機器ユニット１０とあるいは他の構造要素と結合されている。ガラス担持基板の典型的な厚さは５００から６００μｍの範囲にあり、このガラス担持基板の上に設けられる被膜１．１ａ、１．１ｂ、１．１ｃの厚さは、典型的に２から３μｍの範囲にある。
【００２７】
もちろんセンサユニットのこの実施形は、本発明の中の可能な実施の形態を図示したにすぎない。従って湿度測定に関する他のセンサユニットも使用可能であり、これらの他のセンサユニットにおいて、その都度の湿度に感知するセンサ部材が他の電気的な特性値を湿度依存的に変更し、例えば抵抗型センサ部材も使用可能、等々である。それに加えて、厚膜技術において構築されるセンサユニットも使用可能であり、あるいは半導体材料を使用したセンサユニットも使用可能である。勿論また基板材料として、ガラスに対する代案は考慮に値し、例えばセラミックあるいはまたシリコン、等々がこの目的に属している。従って上に記載した実施例以外の一連の実施形態の可能性は、本発明の範囲である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明による装置の実施例についての平面図である。
【図２】  図1の実施例の断面図である。
【図３】  図1の実施例の、使用される湿度に感知するセンサ部材についての平面図である。
【図４】  図３におけるセンサ部材の断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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