JP4710355B2

JP4710355B2 - センサ装置

Info

Publication number: JP4710355B2
Application number: JP2005059677A
Authority: JP
Inventors: 道孝林
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2005-03-03
Filing date: 2005-03-03
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2025-03-03
Also published as: JP2006242776A

Description

本発明は、センサ装置に関し、特に、センサ素子を内蔵したパッケージタイプのセンサ装置に関するものである。

温度センサ装置、湿度センサ装置に代表される、その装置に配置されたセンサ素子を外部雰囲気に晒す必要があるセンサ装置では、センサ素子を剥き出しにした状態のままセンサ装置に配置して外部雰囲気に晒すと、センサ素子は、外部からの機械的な衝撃を受けやすくなり、好ましくない。そのため、従来のセンサ装置は、センサ素子をパッケージの内部に収納し、外部からの機械的な衝撃からセンサ素子を保護するように配置している。

例えば、特許文献１に記載された湿度センサ装置では、湿度センサ素子を通気孔が設けられたパッケージ（箱体）に内蔵することで、湿度センサ素子を、箱体外部の雰囲気（湿度環境）に晒しつつ、外部の機械的な衝撃から保護している。
特開２００２−１８１７５４号公報

ところで、特許文献１に記載された湿度センサ装置では、通気孔は箱体の箱底部、または、箱底部と閉塞壁部とに設けられているが、これらの通気孔と湿度センサ素子との間には隙間が形成されている。すると、箱体外部の湿度環境が急激に変化した場合、その湿度環境が通気孔を介して箱体内部に流入しても、箱体内部の隙間に拡散してしまい、箱体外部の湿度環境とほぼ同等の湿度環境を効率的に箱体内部に収納された湿度センサ素子の周辺で再現することができない。

その結果、湿度センサ素子の周囲の湿度環境は、箱体外部の湿度環境の急激な変化に追いつくことができず、箱体に内蔵された湿度センサ素子の周囲の湿度環境が、測定すべき箱体外部の湿度環境とほぼ同等の湿度環境に変化するまでに時間が必要となる。つまり、この場合においては、箱体に内蔵された湿度センサ素子は、一時的に本来測定すべき箱体外部の湿度環境とは異なる湿度環境に晒されていることになる。このため、特許文献１に記載された湿度センサ装置は、誤差を含んだ測定値を示すおそれがある。

そこで、本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、外部雰囲気の湿度が急激に変化しても、外部雰囲気の湿度と同等の湿度の雰囲気を箱体内部に収納されたセンサ素子の周辺で効率的に再現することにある。また、併せて、測定誤差が少ないセンサ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、請求項１に係るセンサ装置は、内部に空間が形成され、その内部空間と外部とを連通する通気孔を有するパッケージと、パッケージの内部空間に収納され、通気孔を介して導入される外部雰囲気の湿度を検出するための湿度センサ素子と、備え、パッケージの内壁には、内部空間に突出して、当該内部空間を複数の空間に仕切る仕切部が形成され、当該仕切部によって、センサ素子の収納空間が狭められ、かつ仕切部を除き、パッケージの全方位の側壁に通気孔が形成されていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、湿度センサ素子の収納空間を狭めるように仕切部を形成することで、外部雰囲気を通気孔を介して湿度センサ素子の収納空間に導入した際に、収納空間内は素早く外部雰囲気で満たされる。さらに、通気孔は、仕切部を除き、パッケージの全方位側壁に形成されるので、通気孔を介して流入する外部雰囲気の流通が良好となる。このため、この収納空間内で外部雰囲気とほぼ同等の雰囲気を効率的に再現することができるので、湿度センサ素子は素早く、敏感に外部雰囲気の湿度の変化を検出できる。

請求項２に係るセンサ装置は、仕切部の先端と、その先端に対向するパッケージの内壁と、の間には隙間が設けられることを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、仕切部によりセンサ素子の収納空間が狭められるため、
外部雰囲気を通気孔を介して導入した際に、センサ素子の収納空間とは異なる内部空間に当該外部雰囲気の流れ込み量が減少し、収納空間内は素早く外部雰囲気で満たされる。このため、この収納空間内で外部雰囲気とほぼ同等の雰囲気を効率的に再現することができるので、センサ素子は素早く、敏感に外部雰囲気の変化を検出できる。

請求項３に係るセンサ装置は、仕切部の先端は、その先端に対向するパッケージの内壁に当接して、前記センサ素子の収納空間と他の内部空間とを分離することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、仕切部によりセンサ素子の収納空間が完全に分離するため、外部雰囲気を通気孔を介して収納空間に導入した際に、収納空間内は素早く外部雰囲気で満たされる。このため、この収納空間内で外部雰囲気とほぼ同等の雰囲気を効率的に再現することができるので、センサ素子は素早く、敏感に外部雰囲気の変化を検出できる。

請求項４に係るセンサ装置は、分離された空間に、それぞれセンサ素子が配置されることを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、センサ素子を分離された空間にそれぞれ配置することで、センサ素子がそれぞれ独立して外部雰囲気を検出することができる。例えば、配置されるセンサ素子が同種である場合、それぞれのセンサ素子は、独立して測定すべき雰囲気を検出する。そして、それぞれのセンサ素子の検出結果を補完し合うことで、より測定誤差の少ないセンサ装置を提供することができる。また、配置されるセンサ素子が異種である場合、本発明のセンサ装置を複合型センサ装置とすることができる。例えば、湿度センサ素子と温度センサ素子とを配置することで、１パッケージタイプの温湿度センサを得ることができる。

また、仕切部を通気孔から導入される外部雰囲気がセンサ素子に向かうように、すなわち、整流機能を発揮するように配置することにより、外部雰囲気の変化に対する応答性をさらに向上できる。

請求項５に係るセンサ装置は、パッケージには、センサ素子が出力するセンサ信号を外部に導出する端子が埋め込み形成されていることを特徴とする。

請求項５に記載の発明によれば、パッケージに端子を埋め込み形成することで、センサ素子と外部との接続を容易に行うことができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について図面を用いて説明する。なお、図中の矢印破線は雰囲気の循環を模式的に表したものである。
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態に係る、センサ装置１００の構成を示した斜視図ある。図１に示すように、本実施形態のセンサ装置１００は、パッケージ２５と、センサ素子１と、仕切部３０、３１と、を備えている。

パッケージ２５は、底壁部１０と側壁部１２と蓋壁部１４とで全方位を包囲され、且つ、内部に空間１６を有するように形成されている。パッケージ２５は、例えば、熱可塑性ポリウレタン、熱可塑性プラスチック等で構成される。

センサ素子１は、例えば、シリコンからなる半導体基板に形成されている。センサ素子１は、電気的に接続された回路基板１１の表面に配置され、パッケージ２５の内部空間１６に収納され、通気孔３を通して外部空間４０から内部空間１６へ導入する外部雰囲気に晒された後、外部雰囲気に関連する物理量（例えば、温度、湿度、圧力）を検出し、センサ信号を出力する。ここで、回路基板１１は、センサ素子１と底壁部１０とがこの回路基板１１を介して、対向するように配置されている。

センサ素子１より出力されたセンサ信号は、電気的に接続された回路基板１１に入力され、回路基板１１にて信号処理される。センサ信号が回路基板１１によって信号処理されると、回路基板１１の出力信号として、回路基板１１とパッケージ２５に埋め込み形成された端子１５とを介する配線ワイヤ１３を通じて、端子１５によってパッケージ２５の外部へと導出される。ここで、端子１５は、パッケージ２５の周囲から外側に向けて延出するように、パッケージ２５を成形する際に、予めパッケージ２５に埋め込み成形することで設けられる。端子１５をこのように埋め込み成形することで、強度、および、作業性に優れたパッケージを得ることができる。なお、端子１５は、例えば、図示しないプリント基板の電極に、はんだによって電気的、および、機械的に接続される。

通気孔３は、後述する仕切部３０、３１を除き、パッケージ２５の全方位の壁部に設けられた、外部雰囲気を内部空間１６へ導入するための孔である。

仕切部３０、３１は、内部空間１６に突出して、この内部空間１６を複数の空間に分離するようにパッケージ２５の内壁に形成されている。このように仕切部３０、３１を形成することで、センサ素子１の収納空間２０を狭めることがでる。なお、仕切部３０、３１はパッケージ２５と同等の材料で構成され、パッケージ２５と一体成形にて形成されている。或いは、パッケージ２５を構成する蓋壁部１４を単独で成形した後に、別工程で成形した仕切部３０、３１を蓋壁部１４に接着剤等で固着してもよい。

図２および図３は、センサ装置１００の構成を示した断面図であり、図２は図１に示したＡ方向からの断面図、図３は図１に示したＢ方向からの断面図である。図２に示すように、仕切部３０、３１は、内部空間１６に突出して、内部空間１６を複数の空間に仕切るように形成されている。

ここで、仕切部３０は、内部空間１６の高さＨとほぼ同一の高さｈ１を有する。このため、仕切部３０の先端は、パッケージ２５の底壁部１０と当接する。すると、仕切部３０は、内部空間１６をほぼ完全に分離し、センサ素子１が配置された側の収納空間２０を狭める。このように、センサ素子１が配置された側の収納空間２０を狭めると、外部雰囲気が変化しても、センサ素子１の収納空間２０内で、外部雰囲気とほぼ同等の雰囲気を短時間で再現できる。

また、仕切部３１の高さは、内部空間１６の高さＨよりも短い高さｈ２を有する。このため、仕切部３１は内部空間１６を完全には分離しないが、センサ素子１の収納空間から隣接するする空間への外部雰囲気の流れを抑制できるので、外部雰囲気の変化に対する検出応答性を改善できる。さらに、仕切部３１が、通気孔３を介して流入する外部雰囲気をセンサ素子１に効率よく到達させるための整流板の役割を果たすように設置すれば、通気孔を介して流入する外部雰囲気は、センサ素子が収納されている収納空間に短時間で到達することができる。

図３に仕切部３１の幅の一例を示す。図３（ａ）では、仕切部３１が内部空間１６の幅Ｗとほぼ同一の幅ｗ１で形成されている。図３（ｂ）では、仕切部３１が内部空間１６の幅Ｗよりも短い幅ｗ２で形成されている。

仕切部３１を整流板として用いるには、仕切部３１の幅をｗ１とすると効率のよい整流板となるが、センサ素子１や回路基板１１の大きさ、パッケージ２５の寸法等の理由により、必要に応じて、仕切部３１の幅はｗ２としても良い。なお、この幅ｗ１、ｗ２は仕切部３０に対しても適用することもできる。

上述した通り、本実施形態のように、仕切部３０、３１を内部空間１６に突出するように形成することで、外部空間４０の雰囲気が急激に変化しても、パッケージ２５の内部空間１６に配置されたセンサ素子１の周囲の雰囲気は短時間でその変化に追いつくことができる。このため、内部空間１６の雰囲気は、外部空間４０の雰囲気の変化に素早く追従でき、センサ素子１を常に測定すべき雰囲気に晒すことができる。したがって、センサ素子１は、外部空間４０の雰囲気変化を素早く検出できるため、測定誤差の少ないセンサ装置が得られる。
（第２の実施形態）
次に、第２の実施形態によるセンサ装置について説明する。なお、第１の実施形態と同一の構成要素には同一の参照番号を付して、説明を一部省略する。

図４は、本発明の第２の実施形態に係る、センサ装置１０１の構成を示した斜視図である。図５は、本発明の第２の実施形態に係る、センサ装置１０１の構成を示した断面図である。図４に示すように、本実施形態では、内部空間１６が仕切部３０によって分離され、分離されたそれぞれの内部空間１６にセンサ素子１、５が配置されている。

ここで、センサ素子１、５が同じ種類の場合、センサ素子１、５は、それぞれ独立して外部雰囲気を検出する。そして、センサ素子１、５の検出結果を、図示しない補完手段で補完すれば、測定誤差のより少ないセンサ装置１０１を得ることができる。一方、センサ素子１、５が異なる種類の場合、センサ素子１、５は、それぞれ独立して異なる外部雰囲気を検出する複合センサ装置とすることができる。例えば、センサ素子１を湿度センサ素子、センサ素子５を温度センサ素子とすれば、１パッケージタイプの複合型温湿度センサ装置を得ることができる。

パッケージタイプの温度センサ装置とパッケージタイプの湿度センサ装置とをそれぞれ独立して使用するよりも、１パッケージタイプの複合型センサ装置を使用することで、センサ装置を配置するスペースの低減が可能である。さらに、温度センサ装置と湿度センサそうちとをそれぞれ配置するための二重の工程を削減することも可能である。
（第３の実施形態）
図６は、通気孔３を蓋壁部１４のみに形成し、仕切部３０で内部空間１６を狭めるように密閉した例である。センサ素子１を圧力センサ素子、通気孔３を圧力導入路として、圧力導入路からセンサ素子１へ圧力を導入すれば、センサ装置１０２を圧力センサ装置にも応用することができる。

以上、本発明を実施するための最良の形態について説明したが、本発明は上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、数々の変形実施が可能である。

また、本発明のうち従属請求項に係る発明においては、従属先の請求項の構成要件の一部を省略する構成とすることもできる。

本発明の第１の実施形態を示すセンサ装置の斜視図本発明の第１の実施形態を示すセンサ装置の側方からの断面図本発明の第１の実施形態の示すセンサ装置の正面からの断面図であり、（ａ）は、仕切部の幅を内部空間の幅と略同一にした図、（ｂ）は、仕切部の幅を内部空間の幅よりも小さくした図。本発明の第２の実施形態を示すセンサ装置の断面図本発明の第２の実施形態を示すセンサ装置の斜視図本発明の第３の実施形態を示すセンサ装置の断面図

符号の説明

１、５センサ素子
３通気孔
１０底部
１１回路基板
１２側壁部
１４蓋部
１３配線ワイヤ
１５端子
１６内部空間
２０収納空間
２５パッケージ
３０、３１仕切部
４０外部空間
１００、１０１、１０２センサ装置

Claims

内部に空間が形成され、その内部空間と外部とを連通する通気孔を有するパッケージと、
前記パッケージの内部空間に収納され、前記通気孔を介して導入される外部雰囲気の湿度を検出するための湿度センサ素子と、を備え、
前記パッケージの内壁には、前記内部空間に突出して、当該内部空間を複数の空間に仕切る仕切部が形成され、当該仕切部によって前記センサ素子の収納空間が狭められ、かつ前記仕切部を除き、前記パッケージの全方位の側壁に通気孔が形成されていることを特徴とするセンサ装置。
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記仕切部の先端とその先端に対向する前記パッケージの内壁との間には隙間が設けられることを特徴とするセンサ装置。
請求項１に記載のセンサ装置において、
前記仕切部の先端は、その先端に対向する前記パッケージの内壁に当接して、前記センサ素子の収納空間と他の内部空間とを分離することを特徴とするセンサ装置。
請求項１乃至３の何れかに記載のセンサ装置において、
仕切られた空間に、それぞれセンサ素子が配置されることを特徴とするセンサ装置。
請求項１乃至４の何れかに記載のセンサ装置において、
前記パッケージには、前記センサ素子が出力するセンサ信号を外部に導出する端子が埋め込み形成されていることを特徴とするセンサ装置。