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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2024-04-12
(45)【発行日】2024-04-22
(54)【発明の名称】センサーモジュール
(51)【国際特許分類】
G01N 27/12 20060101AFI20240415BHJP
G01N 27/00 20060101ALI20240415BHJP
【ＦＩ】
G01N27/12 B
G01N27/00 K
G01N27/12 G
G01N27/12 M
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2020131275
(22)【出願日】2020-08-01
(65)【公開番号】P2022027665
(43)【公開日】2022-02-14
【審査請求日】2023-04-25
(73)【特許権者】
【識別番号】000003067
【氏名又は名称】ＴＤＫ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100115738
【弁理士】
【氏名又は名称】鷲頭 光宏
(74)【代理人】
【識別番号】100121681
【弁理士】
【氏名又は名称】緒方 和文
(72)【発明者】
【氏名】田邊 圭
【審査官】黒田 浩一
(56)【参考文献】
【文献】特開２０１１－２５２９０６（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－１２０６９８（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２００４／１１１６２７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｇ０１Ｎ ２７／００－２７／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板と、前記基板に搭載されたセンサー素子と、
前記基板に固定され、前記センサー素子を覆うケースと、
前記ケースに貼り付けられたフィルターと、を備え、
前記ケースには複数の貫通孔が設けられ、
前記ケースは、前記フィルターで覆われた貼り付け領域と、前記フィルターで覆われていない非貼り付け領域とを有し、
前記複数の貫通孔は、いずれも前記貼り付け領域に設けられ、
前記非貼り付け領域は、前記貼り付け領域に囲まれた中央領域と、前記貼り付け領域の外側に位置する外側領域と、前記中央領域と前記外側領域を繋ぐ切断領域とを含むことを特徴とするセンサーモジュール。
【請求項2】
前記外側領域と前記切断領域の境界に位置する前記フィルターのエッジ部分が面取りされていることを特徴とする請求項１に記載のセンサーモジュール。
【請求項3】
前記切断領域の幅が前記中央領域から前記外側領域に向かって広くなる形状を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載のセンサーモジュール。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明はセンサーモジュールに関し、特に、測定雰囲気中に含まれる所定のガス成分などを検出するセンサーモジュールに関する。
【背景技術】
【0002】
所定のガス成分を検出するガスセンサーとしては、特許文献１に記載されたガスセンサーが知られている。特許文献１に記載されたガスセンサーは、筒状の測定セルに収容されたガスセンサーと、測定セルに設けられた複数の貫通孔を覆うフィルターとを備えている。特許文献１に記載されたフィルターの平面形状は円形である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特許第５８６８６１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、フィルターがより複雑な形状を有している場合、特に、リング形状である場合には、フィルターの貼り付け工程が複雑になることがある。例えば、切り込みが設けられたフィルターシートをケースに貼り付け、フィルターの必要部分がケースに残存するよう不要部分を剥離する方法を用いた場合、リング状のフィルターに囲まれた中央領域に位置する不要部分と、リング状のフィルターの外側に位置する不要部分をそれぞれ剥離する必要があり、工程数が増えるという問題があった。このような問題はガスセンサーだけでなく、フィルターが貼り付けられた全てのセンサーモジュール、例えば、空気の振動、圧力又は温度を検出するセンサーモジュール、つまりマイクロフォン、圧力センサー、温度センサーなどにおいても生じる問題である。
【0005】
したがって、本発明は、フィルターが貼り付けられたセンサーモジュールにおいて、フィルターの貼り付け工程を簡素化することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明によるセンサーモジュールは、基板と、基板に搭載されたセンサーチップと、基板に固定されセンサー素子を覆うケースと、ケースに貼り付けられたフィルターとを備え、ケースには複数の貫通孔が設けられ、ケースは、フィルターで覆われた貼り付け領域と、フィルターで覆われていない非貼り付け領域とを有し、複数の貫通孔はいずれも貼り付け領域に設けられ、非貼り付け領域は、貼り付け領域に囲まれた中央領域と、貼り付け領域の外側に位置する外側領域と、中央領域と外側領域を繋ぐ切断領域とを含むことを特徴とする。
【0007】
本発明によれば、ケースにフィルターシートを貼り付けた後、フィルターシートの不要部分を剥離する工程において、外側領域に貼り付けられた不要部分と中央領域に貼り付けられた不要部分を一工程で除去することが可能となる。
【0008】
本発明において、外側領域と切断領域の境界に位置するフィルターのエッジ部分が面取りされていても構わない。これによれば、不要部分の剥離工程においてフィルターの剥離を防止することが可能となる。
【0009】
本発明において、切断領域の幅が中央領域から外側領域に向かって広くなる形状を有していても構わない。これによれば、切断領域に位置する不要部分が除去しやすくなる。
【発明の効果】
【0010】
このように、本発明によれば、フィルターが貼り付けられたセンサーモジュールにおいて、フィルターの貼り付け工程を簡素化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、添付図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態について詳細に説明する。
【0013】
【0014】
図１及び図２に示すように、第１の実施形態によるセンサーモジュール１は、基板１０と、基板１０の表面１１に搭載されたセンサーチップ２０及びコントロールＩＣ３０と、基板１０に固定され、センサーチップ２０及びコントロールＩＣ３０を覆うケース４０と、ケース４０に貼り付けられたフィルター６５とを備えている。図３に示すように、基板１０の裏面１２には複数の外部端子１３が設けられている。基板１０の表面１１及び裏面１２は、ｘｙ面を構成する。
【0015】
センサーチップ２０は、例えば、測定雰囲気中に含まれる所定のガス成分（ＣＯ２など）の濃度を測定するセンサー素子を備える。但し、センサーチップ２０がガスセンサーである点は必須でなく、測定雰囲気中における空気の振動、圧力、温度、湿度などを検出するセンサー、つまりマイクロフォン、圧力センサー、温度センサー、湿度センサーなどであっても構わない。また、図２に示す例では、２つのセンサーチップ２０を基板１０に搭載しているが、基板１０に搭載するセンサーチップ２０の数については特に限定されない。
【0016】
コントロールＩＣ３０はセンサーチップ２０に接続され、センサーチップ２０の出力に基づいて計測値を算出する制御回路が集積されている。特に限定されないが、コントロールＩＣ３０としてはベアチップ状態の半導体ＩＣを用いることができる。コントロールＩＣ３０は外部端子１３に接続される。外部端子１３の一部は、センサーチップ２０に直接接続されていても構わない。また、センサーチップ２０とコントロールＩＣ３０が別チップである点についても必須でなく、センサー素子と制御回路を１チップ化したＩＣを用いても構わない。
【0017】
ケース４０は、金属や樹脂など十分な強度を有する材料からなり、基板１０の表面１１と対向する天板部４１と、天板部４１に接続され平面視で（ｚ方向から見て）センサーチップ２０及びコントロールＩＣ３０を囲む側板部４２を含む。天板部４１は基板１０の表面１１と平行であり、ｘｙ面を構成する。側板部４２は、基板１０の表面１１に対して垂直であり、ｘｚ面又はｙｚ面を構成する。天板部４１には、複数の貫通孔４３が設けられている。貫通孔４３は、ケース４０の外部から内部への空気の流通を確保するために設けられている。例えば、センサーチップ２０がガスセンサーである場合、測定対象となるガス成分は、貫通孔４３を介してケース４０の内部に侵入し、センサーチップ２０によってその濃度が測定される。本実施形態においては貫通孔４３の平面形状が円形であり、これにより、貫通孔４３による天板部４１の強度低下が最小限に抑えられている。
【0018】
フィルター６５は、センサー素子を劣化させる所定のガス成分や、塵や埃などの侵入を防止するための部材であり、複数の貫通孔４３と重なる位置に設けられている。
【0019】
図４は、天板部４１の形状をより詳細に説明するための略平面図であり、フィルター６５を除去した状態を示している。
【0020】
図４に示すように、天板部４１の平面形状は矩形であり、貫通孔４３の存在しない中央領域４１Ａと、中央領域４１Ａの周囲を囲む貫通孔形成領域４１Ｂと、貫通孔形成領域４１Ｂの外側に位置する外側領域４１Ｃを有している。貫通孔４３はいずれも貫通孔形成領域４１Ｂに形成されており、中央領域４１Ａ及び外側領域４１Ｃには貫通孔４３が設けられていない。貫通孔４３の一部は、ｚ方向から見て、センサーチップ２０又はコントロールＩＣ３０と重なっていても構わない。中央領域４１Ａの中心位置は、天板部４１の中心位置と一致している。貫通孔形成領域４１Ｂはリング状であり、３つの貫通孔４３がｘ方向又はｙ方向に配列された直線部４１Ｂ１と、２つの直線部を繋ぐ角部４１Ｂ２を有している。
【0021】
図５は、フィルター６５の形状を説明するための略平面図である。
【0022】
図５に示すように、フィルター６５は略リング状である連続的な単一部材である。フィルター６５には、リングを切断する切断部６５ａが設けられている。切断部６５ａは、貫通孔形成領域４１Ｂの角部４１Ｂ２に設けられている。ここで、天板部４１のうちフィルター６５で覆われた領域を「貼り付け領域」とした場合、貼り付け領域の大部分は貫通孔形成領域４１Ｂと重なる。これに対し、天板部４１のうちフィルター６５で覆われていない領域を「非貼り付け領域」とした場合、非貼り付け領域は、中央領域４１Ａと、外側領域４１Ｃと、貫通孔形成領域４１Ｂと重なり中央領域４１Ａと外側領域４１Ｃを繋ぐ切断領域４１Ｄからなる。
【0023】
図６は、本実施形態によるセンサーモジュール１の搬送方法を説明するための略斜視図である。
【0024】
図６に示すように、センサーモジュール１を搬送する際には、チップマウンタの吸着ノズル５０によって天板部４１の中央領域４１Ａを吸着する。上述の通り、天板部４１の中央領域４１Ａには貫通孔４３が設けられていないため、吸着ノズル５０によって確実に吸着することが可能である。また、吸着ノズル５０がフィルター６５と接触しないことから、実装工程におけるフィルター６５の破損などを防止することが可能となる。しかも、天板部４１の中央領域４１Ａは平面位置が偏在していないため、吸着ノズル５０によって吸着された状態におけるセンサーモジュール１の姿勢をより安定させることが可能となる。これにより、図示しない回路基板にセンサーモジュール１を表面実装する作業を安定して行うことが可能となる。
【0025】
【0026】
まず、図７に示すように、多数のセンサーチップ２０及びコントロールＩＣ３０が実装された集合基板１０Ａを用意し、個々のセンサーモジュール１となる部分にケース４０をそれぞれ固定する。この状態で、大面積のフィルターシート６６を複数のケース４０に貼り付ける。フィルターシート６６には個々のフィルター６５に分離可能な切り込みが設けられている。
【0027】
次に、図８に示すように、個々のフィルター６５がケース４０に残存するよう、フィルターシート６６の不要部分を剥離する。フィルターシート６６の不要部分を剥離する際には、切断領域４１Ｄ側からフィルターシート６６を持ち上げることによって、フィルター６５と不要部分６６Ａ，６６Ｃ，６６Ｄを分離する。つまり、図７及び図８に示すポイント６６Ｐを持ち上げることによって剥離を行う。これにより、外側領域４１Ｃを覆う不要部分６６Ｃ、切断領域４１Ｄを覆う不要部分６６Ｄ、中央領域４１Ａを覆う不要部分６６Ａがこの順に剥離されるため、１回の剥離工程で不要部分６６Ａ，６６Ｃ，６６Ｄを全て除去することができる。その後、集合基板１０Ａを切断し、複数のセンサーモジュール１に個片化する。
【0028】
このように、本実施形態によるセンサーモジュール１によれば、フィルターシート６６の剥離工程を簡素化することが可能となる。フィルターシート６６の剥離工程においてフィルター６５の剥離を防止するためには、図９に示すように、外側領域４１Ｃと切断領域４１Ｄの境界に位置するフィルター６５のエッジ部分を面取り形状とすることが好ましい。図９（ａ）に示す例ではフィルター６５のエッジ部分が直線的に面取りされており、図９（ｂ）に示す例ではフィルター６５のエッジ部分が円弧状に面取りされており、図９（ｃ）に示す例ではフィルター６５のエッジ部分が直線的に面取りされるとともに、これにより生じる角部が円弧状に面取りされている。図９に示す破線は、面取りされた部分を示す。
【0029】
また、不要部分６６Ｄを除去しやすくするためには、図１０に示すように、切断領域４１Ｄの幅が中央領域４１Ａから外側領域４１Ｃに向かって広くなる形状とすることが好ましい。図１０（ａ）に示す例では中央領域４１Ａから外側領域４１Ｃに向かって切断領域４１Ｄの幅が連続的に広くなる形状を有しており、図１０（ｂ）に示す例ではフィルター６５のエッジ部分が円弧状に大きく面取りされ、これにより、切断領域４１Ｄの幅が外側領域４１Ｃの近傍において局所的に拡大されている。図１０に示す破線は、拡幅する前の切断領域４１Ｄの位置を示す。
【0030】
＜第２の実施形態＞
図１１は、本発明の第２の実施形態によるセンサーモジュール２の外観を示す略平面図である。
図１１は、本発明の第２の実施形態によるセンサーモジュール２の外観を示す略平面図である。
【0031】
図１１に示すセンサーモジュール２は、フィルター６５の切断部６５ａが貫通孔形成領域４１Ｂの直線部４１Ｂ１に設けられている点において、第１の実施形態によるセンサーモジュール１と相違している。その他の基本的な構成は第１の実施形態によるセンサーモジュール１と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態が例示するように、フィルター６５の切断部６５ａを角部４１Ｂ２に設けることは必須でない。
【0032】
フィルターシート６６の剥離工程において、フィルター６５の剥離を防止するためには、図１２に示すように、外側領域４１Ｃと切断領域４１Ｄの境界に位置するフィルター６５のエッジ部分を面取り形状とすることが好ましい。図１２（ａ）に示す例ではフィルター６５のエッジ部分が直線的に面取りされており、図１２（ｂ）に示す例ではフィルター６５のエッジ部分が円弧状に面取りされており、図１２（ｃ）に示す例ではフィルター６５のエッジ部分が直線的に面取りされるとともに、これにより生じる角部が円弧状に面取りされている。図１２に示す破線は、面取りされた部分を示す。
【0033】
また、不要部分６６Ｄを除去しやすくするためには、図１３に示すように、切断領域４１Ｄの幅が中央領域４１Ａから外側領域４１Ｃに向かって広くなる形状とすることが好ましい。図１３（ａ）に示す例では中央領域４１Ａから外側領域４１Ｃに向かって切断領域４１Ｄの幅が連続的に広くなる形状を有しており、図１３（ｂ）に示す例ではフィルター６５のエッジ部分が円弧状に大きく面取りされ、これにより、切断領域４１Ｄの幅が外側領域４１Ｃの近傍において局所的に拡大されている。図１３に示す破線は、拡幅する前の切断領域４１Ｄの位置を示す。
【0034】
＜第３の実施形態＞
図１４は、本発明の第３の実施形態によるセンサーモジュール３の外観を示す略平面図である。
図１４は、本発明の第３の実施形態によるセンサーモジュール３の外観を示す略平面図である。
【0035】
図１４に示すセンサーモジュール３は、ケース４０の天板部４１が円形である点において、第２の実施形態によるセンサーモジュール２と相違している。その他の基本的な構成は第１５の実施形態によるセンサーモジュール２と同一であることから、同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。本実施形態が例示するように、本発明においてケース４０の天板部４１が矩形である必要はなく、円形の天板部４１を有するケース４０を用いることによって機械的強度をより高めることが可能となる。
【0036】
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上記の実施形態に限定されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることはいうまでもない。
【符号の説明】
【0037】
１～３ センサーモジュール
１０ 基板
１０Ａ 集合基板
１１ 基板の表面
１２ 基板の裏面
１３ 外部端子
２０ センサーチップ
３０ コントロールＩＣ
４０ ケース
４１ 天板部
４１Ａ 中央領域
４１Ｂ 貫通孔形成領域
４１Ｂ１ 直線部
４１Ｂ２ 角部
４１Ｃ 外側領域
４１Ｄ 切断領域
４２ 側板部
４３ 貫通孔
５０ 吸着ノズル
６５ フィルター
６５ａ 切断部
６６ フィルターシート
６６Ａ，６６Ｃ，６６Ｄ 不要部分
６６Ｐ ポイント
１０ 基板
１０Ａ 集合基板
１１ 基板の表面
１２ 基板の裏面
１３ 外部端子
２０ センサーチップ
３０ コントロールＩＣ
４０ ケース
４１ 天板部
４１Ａ 中央領域
４１Ｂ 貫通孔形成領域
４１Ｂ１ 直線部
４１Ｂ２ 角部
４１Ｃ 外側領域
４１Ｄ 切断領域
４２ 側板部
４３ 貫通孔
５０ 吸着ノズル
６５ フィルター
６５ａ 切断部
６６ フィルターシート
６６Ａ，６６Ｃ，６６Ｄ 不要部分
６６Ｐ ポイント
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】