JPH01281758A - センサ素子用パッケージ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、センサ素子（特に、種々被検出量の検知に用
いるセンサ素子）用のパッケージに関し、特に雰囲気温
度の変動等外的ノイズ要因の素子特性に及ぼす影響を除
去するものに関する。

（従来の技術） 従来より、半導体素子あるいはセンサ素子の封止用パッ
ケージとしては、メタル、セラミックス、プラスチック
材料等からなる多種多様なものが形成されており、半導
体やＩＣ技術の発展に伴う広範な用途、使用目的に応じ
て適宜使い分けられている０例えば、絶対湿度（水蒸気
量）、流体の速度、赤外線等の物理量を主に熱式にて検
出するためのセンサ素子用パフケージの場合、雰囲気の
温度変化等による特性変動を補正するために、同一特性
の２個のセンサ素子（検出用素子と参照用素子）を用い
、かつパッケージの構造を工夫したものがある。具体的
な構造を第４図に示す。

同図において、ａは台座、ｂはキャップ、Ｃは細孔、ｄ
はピン、ｅは検出用素子、ｆは参照用素子、ｇはパッケ
ージ均熱台座、ｈはメツシュ付キャップである。

すなわち、検出用素子ｅのキャップｂには細孔Ｃを設け
て外雰囲気に検出用素子ｅを露出した形とし、一方、参
照用素子ｆのキャップｂは通常の気密封止を行っている
。被検出物理量以外の雰囲気の物理量変動については、
検出用素子ｅと参照用素子ｒとが同様な出力応答を示し
、被検出物理量については、検出用素子ｅのみが出力応
答を示し、この検出用素子ｅと参照用素子ｆとの差出力
をもって外部のノイズ要因（特に、雰囲気の温度変動）
を除去した出力特性を得るものである。

また、第５図に示すように、キヤ・ノブｂ、　　ｂを接
触させて装着することにより、検出用素子ｅと参照用素
子ｆとをできるだけ近接して設けたものもある。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記従来のパフケージでは、検出用素子と参照
用素子とを用いるためにパッケージも夫々について必要
となり、当然台座、キャップといった部品も２個ずつ必
要となる。そのため、センサの作製プロセスにおいても
、１つのセンサを作製するのに検出用素子と参照用素子
の夫々について同一工程の製造を実施しなければならず
、パフケージの部品点数や製造工数の増加によりコスト
高になるという問題があった。

また、特性面においても、基本的に異なる台座に装着さ
れた検出用素子と参照用素子とでは、できるだけ近接さ
せて設置したとしても雰囲気温度による影響が微妙に異
なり、高精度な計測には限界があった。

本発明は係る実情に鑑みてなされたもので、絶対湿度（
水蒸気量）、流体の速度、赤外線等の物理量計測におい
て、センサ素子自体の特性を改善することなく、パフケ
ージの改良により簡便、かつ安価に計測精度の大幅な向
上を図ることを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本発明のセンサ素子用パッケージは、台座とキャップと
を接合して形成されたセンサ素子用パッケージの内部が
センサ素子を設置するための複数個の空間部に仕切られ
るとともに、これら空間部は検出雰囲気に露出された検
出用空間部と、検出雰囲気から遮断された参照用空間部
とからなるものである。

（作用） 台座とキャンプとを接合して形成されたセンサ素子パッ
ケージの内部を、例えば２つの空間部に仕切り、各々の
空間部に同一特性の検出用素子と参照用素子とを設置す
る。このように、同一の台座の区切られた空間部に検出
用素子と参照用素子とを設置することによって、パッケ
ージの部品点数と製造工数を減らすことができる。また
、この検出用素子を設置した空間部を構成するキャップ
に、例えば細孔を設けて検出用素子を被検出雰囲気に露
出する。参照用素子を設置した空間は気密状態に保って
被検出雰囲気から遮断する。こうして検出用素子と参照
用素子とを設置したパッケージを、例えば水蒸気量を測
定するための被検出雰囲気に設置して水蒸気量を測定す
る。すると、検出用素子は水蒸気量の変化に対して出力
を生じるとともに、温度変化等の他のノイズ要因に対し
ても出力を生じる。一方、参照用センサは温度変化等の
他のノイズ要因に対してのみ出力を生じる。

そして、検出用素子と参照用素子との差動出力を取るた
めに、例えば検出用素子と参照用素子と固定抵抗とによ
りブリフジ回路を構成し、この回路出力を得ることによ
って水蒸気量の変化のみが得られる。この際、検出用素
子及び参照用素子は同一の台座及びキャップからなるパ
ッケージに設置されているので、温度変化等の他のノイ
ズ要因がほぼ同出力で精度よく得られ、水蒸気量の測定
を高精度に行うことができる。

（実施例） 以下、本発明の実施例を図面を参照して説明する。

〔第１実施例〕 第１図（ａ）、　（ｂ）はセンサ素子用パッケージ１の
中央縦断面図及び平断面図を示している。

同図において、センサ素子用パフケージｌは台座２、キ
ャップ３、メツシュ付キャップ４を主要構成部品として
具備している。

台座２は凹状に形成された検出用空間部２ａと参照用空
間部２ｂとを近接し連設した形状としている。また、内
部には樹脂２ｄを充填して台座２の保温を図っている。

キャップ３は上記台座２の上面すなわち検出用空間部２
ａと参照用空間部２ｂの上部開口部を覆う平板状をして
おり、検出用空間部２ａを覆う部分には細孔３ａを設け
ている。このキャップ３は、同図山）に破線で示す位置
で２分割することも可能である。

メツシュ付キャップ４はキャップ３を含む台座２の全体
を覆うもので、その上面には、後述する素子５ａ、５ｂ
に影響する気流を除去するためのメツシュ（≧１００メ
ツシュ）４ａを設けている。

次に、このように構成されたセンサ素子用パッケージ１
に絶対湿度（水蒸気量）を測定するための検出用感温素
子５ａと参照用感温素子５ｂとを装着する手順を及び検
出原理を説明する。

まず、台座２に形成された検出用空間部２ａと参照用空
間部２ｂの各底面に、素子特性のそろった薄膜温度セン
サ、サーミスタ等の検出用感温素子５ａと参照用感温素
子５ｂをそれぞれ装着する。

その装着方法としては、素子形態、熱絶縁等を考慮して
、台座２に直接あるいは、台座２の下方から検出用空間
部２ａと参照用空間部２ｂとに貫入されたピン部２Ｃの
先端にワイヤ等で宙づりするなどして行う。

次に、上記台座２の上面にキャップ３を溶接するかある
いは半田、銀ろう、底融点ガラス等の媒体を用いて接合
する。この状態で参照用空間部２ｂは気密封止され、検
出用空間部２ａはキャップ３に設けた細孔３ａを通じて
外部の被検出雰囲気に露呈する。なお、極低温度までの
広範な計測を考えると、参照用空間部２ｂの封止雰囲気
は乾燥空気あるいは乾燥窒素とするのが好ましい。

この後、上記キャップ３を含む上記台座２の全体をメツ
シュ付キャップ４で包囲する。

絶対湿度（水蒸気量）の検出原理としては、空気の熱伝
導率が空気中に含有される水蒸気量に依存することを利
用し、雰囲気の熱伝導率変化に伴う検出用感温素子５ａ
および参照用感温素子５ｂからの放散熱量の変化により
生ずる素子温度の変化から水蒸気量を検出する。即ち、
一定温度に自己加熱された検出用感温素子５ａと参照用
感温素子５ｂのうち検出用感温素子５ａを被検出雰囲気
に露出し、参照用感温素子５ｂは一定湿度雰囲気に密閉
して水蒸気の出入りのない状態とする。すると、水蒸気
量の変化に対しては検出用感温素子５ａのみの出力が変
化し、温度変化等の他のノイズ要因に関しては検出用感
温素子５ａと参照用感温素子５ｂとが共に出力に変化を
生じ、この検出用感温素子５ａと参照用感温素子５ｂと
の差動出力を取ることで水蒸気量の変化のみが高精度に
得られる。従って、計測精度の向上を図るためには、被
検出量の変化に対する温度等の他の物理量変動の影響を
除去する事すなわち、Ｓ／Ｈの向上が重要である。そこ
で、本発明は、検出用感温素子５ａと参照用感温素子５
ｂとを同一の台座２に極力接近して設置することで、検
出用感温素子５ａと参照用感温素子５ｂとの雰囲気温度
変動に対する熱応答性の均一化の向上を図り、優れた温
度補償を実現可能としている。なお、この様に同一特性
の検出用感温素子５ａと参照用感温素子５ｂとを用いて
夫々の出力の差動出力により目的の特性を得る原理は、
絶対湿度の検出に限らず一般の計測において高精度化を
図る上で有益である。

〔第２実施例〕 本実施例は第２図に示している。すなわち、本実施例の
センサ素子用パッケージ８は、上記第１実施例の台座２
を平板状の台座７となし、キャップ６に逆向きの凹状を
形成して検出用空間部６ａと参照用空間部６ｂとを設け
たものである。

また、検出用空間部６ａの周囲には細孔６ｃを設けてい
る。なお、本実施例では、キャップ６は検出用空間部６
ａと参照用空間部６ｂとを別体として形成しているが、
一体的に形成しても良いものである。

その他の構成及びセンサの装着については第１実施例と
同様であるので、ここでは説明を省略する。

なお、上記第１実施例、第２実施例においては、絶対湿
度（水蒸気量）測定用のセンサ素子用パフケージ１，８
について述べたが、流体の流速や赤外線の検出等を行う
センサ素子用パフケージとしても用いることができる。

流体の流速を検出するセンサ素子用パッケージとして用
いる場合には、上記第１実施例及び上記第２実施例に示
すメツシュ付キャップ４のメツシュ４ａを取り除けばよ
い。これによって、流速による出力が得られる。この際
、水蒸気量の変化も出力されるが、流速出力に対する水
蒸気量の変化の影響は流速出力が水蒸気出力に対して十
分大きいためほとんど問題にならない。また、検出用感
温素子５ａのキャップ３，６の細孔３ａ、６ｃの大きさ
を調整することで出力感度を調整することができる。

また、赤外線を検出するセンサ素子用パンケージとして
用いる場合には、検出用感温素子５ａの表面のみに赤外
線の吸収体である合焦、白金等を蒸着、スパッタ等によ
り形成あるいはコーティングすることによって温度補償
に優れた高精度な赤外線センサとすることができる。た
だし、検出用感温素子５ａは赤外線の良好な入射を考慮
し、細孔３ａ、６ｃを大きくするかあるいは検出用空間
部２ａ、６ａのキャップ３．６を除去することが望まし
い。

次に、上記第１実施例及び上記第２実施例に示す絶対湿
度（水蒸気量）測定用のセンサ素子用パッケージ１．８
と従来のセンサ素子用パッケージの性能を比較する実験
を行った。

〔実験例〕

上記第１実施例及び上記第２実施例に示す本発明のセン
サ素子用パッケージと、第４図及び第５図に示す従来の
センサ素子用パッケージとに同一特性の感温素子を装着
して、２５℃、Ｏｇ／ｎ？の雰囲気（湿度一定）に設置
した。この時の検出用素子と参照用素子の差出力を基準
として湿度一定のままで雰囲気温度を変化させ、各セン
サ素子用パッケージの検出用素子と参照用素子の差出力
の変動率を求めた。

その結果、第３図に示すように、本発明のセンサ素子用
パッケージは従来のセンサ素子用パッケージに比較して
変動率が大幅に改善されており、温度変動に対する優れ
た安定性、Ｓ／Ｎの向上が裏付けられた。

（発明の効果） 上述したように、本発明によれば、同一の台座上に複数
個のセンサ素子を設置する簡単な構成で優れた計測精度
を得ることができる。また、パッケージの部品点数と製
造工数を減らすことができるので、簡便な製造プロセス
で安価なセンサ素子用パッケージを提供することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、　（ｂｌは第１実施例に係る本発明のセ
ンサ素子用パッケージを示す中央縦断面図及び平断面図
、第２図（ａｌ、　（ｂｌは第２実施例に係る本発明の
センサ素子用パッケージを示す中央縦断面図及び平断面
図、第３図は本発明のセンサ素子用パッケージと従来の
センサ素子用パッケージの雰囲気温度変化に対する出力
の変動率を示すグラフ、第４図（ａｌ、　（ｂ）及び第
５図（ａ）、　（ｂ）は各々従来のセンサ素子用パフケ
ージを示す中央縦断面図及び平断面図である。 １．８・・・センサ素子用パッケージ ２．７・・・台座 ３．６・・・キャップ ２ａ、５ａ・・・検出用空間部 ２ｂ、６ｂ・・・参照用空間部 ５ａ・・・検出用感温素子 ５ｂ・・・参照用感温素子

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）台座とキャップとを接合して形成されたセンサ素子
   用パッケージの内部がセンサ素子を設置するための複数
   個の空間部に仕切られるとともに、これら空間部は検出
   雰囲気に露出された検出用空間部と、検出雰囲気から遮
   断された参照用空間部とからなることを特徴とするセン
   サ素子用パッケージ。