KR100513561B1 - At load sensor that use semi-conductor pressure sensor - Google Patents

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KR100513561B1
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Abstract

본 발명은 틈이 없는 치밀한 구조로 인해 힘이 균형있게 전달되도록 하고 상부 힘과 접촉되는 부분에 금속 및 고무 다이아 프램에서의 힘의 왜곡이 발생하지 않도록 하며 상부층 입구에 턱을 형성하여 실리콘 겔이나 에폭시가 힘에 의해 변형되는 것을 방지하도록 한 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서에 관한 것이다. The present invention allows the force to be balanced evenly due to the compact structure without gaps, and does not cause the distortion of the force in the metal and rubber diaphragm in the portion in contact with the upper force, and forming a jaw at the entrance of the upper layer to form a silicone gel or epoxy The present invention relates to a load sensor using a semiconductor pressure sensor to prevent the deformation of the force by force.

하우징의 상부 공간에는 에폭시와 같은 탄성이 있지만 상대적으로 강한 재질을 충진하여 상부층을 형성하고,The upper space of the housing is filled with a relatively strong material such as epoxy, but forms a top layer,

상기 상부층의 하단에 반도체 압력센서가 위치하는 하부 공간에는 실리콘 겔과 같은 다소 연한 재질을 충진하여 하부층을 형성하고,In the lower space where the semiconductor pressure sensor is located at the bottom of the upper layer, a lower layer is formed by filling a rather soft material such as silicon gel.

상기 반도체 압력센서가 위치하는 디스크의 하단에는 인쇄회로기판을 형성하면서 사이에 절연층을 형성하여 전기적인 절연이 유지되도록 함으로써 내부에 틈이 없는 치밀한 구조를 가지고 있어 힘의 전달의 균형성을 가지도록 하고, 상부 힘과 접촉되는 부분에 금속 및 고무 다아아프램을 별도로 제작하지 않아 힘의 왜곡의 없애면서 구조를 단순화함은 물론, 상부 공간의 턱에 의해 상부층과 하부층이 힘에 의해 변형되는 것을 방지하도록 한것이다.At the bottom of the disk where the semiconductor pressure sensor is located is formed a printed circuit board while forming an insulating layer therebetween to maintain electrical insulation to have a compact structure without a gap inside to have a balance of power transfer In addition, the metal and rubber diaphragm are not manufactured separately in contact with the upper force, thereby simplifying the structure while eliminating the force distortion, and preventing the upper and lower layers from being deformed by the force by the jaws of the upper space. I did it.

Description

반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서{At load sensor that use semi-conductor pressure sensor}At load sensor that use semi-conductor pressure sensor

본 발명은 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서에 관한 것으로, 특히 틈이 없는 치밀한 구조로 인해 힘이 균형있게 전달되도록 하고 상부 힘과 접촉되는 부분에 금속 및 고무 다이아 프램에서의 힘의 왜곡이 발생하지 않도록 하며 상부층 입구에 턱을 형성하여 실리콘 겔이나 에폭시가 힘에 의해 변형되는 것을 방지하도록 한 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서에 관한 것이다.The present invention relates to a load sensor using a semiconductor pressure sensor, and in particular, due to the compact structure without gaps, the force is transmitted in a balanced manner, and the force distortion in the metal and rubber diaphragm does not occur at the part contacting the upper force. The present invention relates to a load sensor using a semiconductor pressure sensor which prevents the silicone gel or epoxy from being deformed by force by forming a jaw at the entrance of the upper layer.

일반적으로 압력 센서는 계측 유체의 압력과, 해당 유체로부터 압력을 받는 통체 상의 칸막이의 휘어짐량 사이에 성립하는 함수 관계를 이용하고 왜곡 게이지를 이용하여 칸막이의 휘어짐량을 계측하면서 이에 비례한 유체의 압력을 얻도록 한 것임은 이미 잘 알려진 사실이다.In general, the pressure sensor uses a functional relationship between the pressure of the measurement fluid and the amount of deflection of the partition on the cylinder under pressure from the fluid, and measures the amount of deflection of the partition using a distortion gauge and proportionally proportions the pressure of the fluid. It is a well known fact that the

상기의 압력 센서는 내연 기관의 흡입 공기량 검출, 차량의 브레이크 유압의 검출 등에 널리 이용되고 있다.The pressure sensor is widely used for detecting the amount of intake air of an internal combustion engine, detecting the brake oil pressure of a vehicle, and the like.

그리고 통상적인 반도체 압력센서의 구조는 20여년 전부터 문헌상에서 발표되었으며, 제품화되기 시작하였으며, 제조방법에 있어서 다소 차이가 있지만 기본적인 구조 및 방식은 대부분 유사하다.The structure of a conventional semiconductor pressure sensor has been published in the literature for more than 20 years, and it has been commercialized. Although there are some differences in manufacturing methods, the basic structure and method are mostly similar.

즉, 일반적인 압출기에도 사용되는 압력센서는 주로 스트레인-게이지(strain-gauge)가 표면에 배열되어 있는 멤브레인(membrane)이 제1 말단에 제공된 로드형 부재(rod-like element)를 포함하는 구조로 되어 있다.That is, the pressure sensor used in the general extruder is mainly composed of a rod-like element provided with a membrane at the first end of which a strain-gauge is arranged on the surface thereof. have.

이와 같은 로드형 부재는 수은 또는 오일과 같은 유체로 채워지고, 측정될 플라스틱 재료의 질량에 의하여 유체 압축이 스트레인-게이지에 작용하도록 함으로써 전기 신호가 발생되면 압력센서에 연결된 전자시스템을 통하여 그 값을 측정하도록 하였다.Such rod-like members are filled with a fluid such as mercury or oil, and the fluid compression acts on the strain-gauge by the mass of the plastic material to be measured, so that when the electrical signal is generated, its value is passed through an electronic system connected to the pressure sensor. Measurement was made.

일반적으로 압력과 힘 또는 하중은 기본적으로 동일한 물리량이지만, 압력은 힘의 전달이 유체(유압)나 기체(공압) 등으로 전달되고, 하중은 고체의 접촉에 의해서 힘의 전달이 이루어진다고 구분할 수 있다. In general, pressure and force or load are basically the same physical quantity, but pressure can be divided into that force is transmitted through fluid (hydraulic), gas (pneumatic), etc., and load can be distinguished by force contact by solid contact. .

고체의 접촉으로 압력을 가할 수 있도록 제작된 압력센서의 대표적인 구조로는 금속 절연 터입(Metal Isolated type)과 고무와 같은 탄성체형 센서가 두 종류가 주로 이용되었다.Two types of typical structures of pressure sensors manufactured to apply pressure by contacting solids are metal-insulated tapes and elastic-type sensors such as rubber.

그 중 금속 절연 타입은 유압이나, 중독성 가스(toxic gas)의 압력 측정으로 널리 상용화되고 있다.Among them, the metal insulation type is widely commercialized for measuring hydraulic pressure and toxic gas.

지금까지 여러 구조의 압력센서가 제안되었으며, 그 중 일부는 다음과 같다.Several pressure sensors have been proposed so far, some of which are as follows:

먼저, 미국 특허 제5,760,313호인 다수의 작동부를 갖는 압력센서(Force sensor with multiple piece actuation system)를 살펴보면,First, referring to a force sensor with multiple piece actuation system of US Patent No. 5,760,313,

센서(sensor)와 접하는 제1 작동부(first actuator)과 외부압력과 접하는 제2 작동부(second actuator)로 구분되는 하우징 구조를 갖도록 하고,It has a housing structure divided into a first actuator in contact with the sensor (second actuator) and a second actuator in contact with the external pressure,

상기 작동부는 탄성체 금속(elastomeric material)으로 형성하면서 제1 작동부를 볼(ball) 모양으로 형성하여 실리콘 피에조 저항 타입(silicon piezo resistive type)의 압력센서로 구성하였다.The actuating part was formed of an elastomeric material, and the first actuating part was formed into a ball shape to constitute a pressure sensor of a silicon piezo resistive type.

미국특허 5,353,003호인 압력센서(Force sensor)를 살펴보면,Looking at the pressure sensor (Force sensor) of US Patent No. 5,353,003,

외부압력을 전달하는 막대는 자유롭게 움직일 수 있도록 하고,The rod that transmits the external pressure can move freely,

압력을 가하는 물질은 상온에서 경화되는 물질을 이용하도록 하고,Pressurized material should be used to cure at room temperature,

막대는 센서와 분리된 위치에 있으며, 그 사이는 탄성물질을 충진시키도록 한 압저항형 압력센서로 구성하였다.The rod is in a position separated from the sensor, and is composed of a piezoresistive pressure sensor for filling the elastic material therebetween.

상기의 미국특허는 모두 반도체 압력센서 뒷면에 볼 모양 또는 핀 모양의 고체 탄성체를 두어 균형적인 힘의 전달을 보완하였으며, 두 개의 작동부(actuator)를 형성한 복잡한 구성이었다.All of the above US patents have a ball-shaped or pin-shaped solid elastic body on the back of the semiconductor pressure sensor to compensate for the balanced transmission of force, and a complex configuration forming two actuators.

그리고 미국특허 5,661,245호인 이동하는 힘에 대하여 이동 가능한 인터페이스를 갖는 중간응답 특성의 압력센서(Force sensor assembly with integrated rigid, movable interface for transferring force to a responsive medium)를 살펴보면,In the case of a pressure sensor assembly with integrated rigid, movable interface for transferring force to a responsive medium, U.S. Patent No. 5,661,245,

압력을 전달받는 단단한 물질은 이동이 가능하도록 하고,The hard material under pressure is able to move,

외부의 압력을 전달받는 부위에는 고리모양의 플랜지(flange)를 형성하고,Form a ring-shaped flange (flange) in the area receiving the external pressure,

하우징(housing)의 내부에는 액체상태의 젤(gel)을 충진하고,The inside of the housing (filling) is filled with a gel gel,

상기의 젤은 실리콘 종류를 사용하면서 젤과 외부로부터의 압력을 전달받는 부위의 사이에는 젤보다 강한 탄성 물질을 위치시키도록 하고,The gel is used to place an elastic material stronger than the gel between the gel and the site receiving pressure from the outside while using a silicone type,

젤 위의 다이아 프램은 자유롭게 움직이도록 하고,The diaphragm on the gel should move freely,

내부의 공간에 위치하는 증폭기(amplifier)는 센서와 전기적으로 연결되도록 하고,An amplifier located in the inner space allows the sensor to be electrically connected.

센서를 세라믹기판 위에 올려놓은 압저항형으로 구성하였다.The sensor is composed of a piezoresistor mounted on a ceramic substrate.

상기의 미국특허는 압력센서에 접촉하는 위치에 젤을 충진시키고, 그 위에 자유롭게 움직일 수 있는 고리 모양의 플랜지를 형성하여 접촉시의 힘을 전달하도록 하였다.The above-mentioned US patent is to fill the gel in contact with the pressure sensor, and to form a ring-shaped flange that can move freely thereon to transfer the force at the time of contact.

또한 한국특허출원 제2001-7002722호(압력센서 조립체)를 살펴보면,Also look at the Korean Patent Application No. 2001-7002722 (pressure sensor assembly),

하우징에 비압축성인 실리콘 젤을 충진하고, 금속인 하우징과 센서의 리드선과의 사이에는 글래스에 의해 절연이 유지되도록 하고,Filling the housing with an incompressible silicone gel, and insulation is maintained by the glass between the metal housing and the lead wire of the sensor,

하우징의 디스크 위에 위치한 센서를 압저항형으로 구성하였다.The sensor located on the disk of the housing was piezoresistive.

그러나 상기와 같은 종래의 압력센서에 의하여서는 내부의 구조가 복잡함은 물론, 반도체 칩이 이를 지지하는 알루미나 블록에 견고하게 결합된다는 사실로 압력 감지에 따라 발생된 신호가 반도체 칩을 수용하여 지지하는 알루미나 블록에 영향을 미칠 수 있는 변형 때문에 부정확해지게 되는 문제점이 있었다.However, due to the conventional pressure sensor as described above, not only the internal structure is complicated, but also that the semiconductor chip is firmly coupled to the alumina block supporting the alumina. There was a problem of inaccuracy due to deformations that could affect the block.

이에, 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 틈이 없는 치밀한 구조로 인해 힘이 균형있게 전달되도록 하고 상부 힘과 접촉되는 부분에 금속 및 고무 다이아 프램에서의 힘의 왜곡이 발생하지 않도록 하며 상부층 입구에 턱을 형성하여 실리콘 겔이나 에폭시가 힘에 의해 변형되는 것을 방지하도록 한 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.Accordingly, the present invention has been made to solve the problems described above, due to the compact structure without gaps, the force is balanced, and the distortion of the force in the metal and rubber diaphragm in the portion in contact with the upper force It is an object of the present invention to provide a load sensor using a semiconductor pressure sensor to prevent the occurrence of this and to form a jaw at the entrance of the upper layer to prevent deformation of the silicone gel or epoxy by force.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서는 하우징의 상부 공간에는 에폭시와 같은 탄성이 있지만 상대적으로 강한 재질을 충진하여 상부층을 형성하고,Load sensing sensor using a semiconductor pressure sensor according to the present invention for achieving the above object is filled with a relatively strong material such as epoxy in the upper space of the housing to form an upper layer,

상기 상부층의 하단에 반도체 압력센서가 위치하는 하부 공간에는 실리콘 겔과 같은 다소 연한 재질을 충진하여 하부층을 형성하고,In the lower space where the semiconductor pressure sensor is located at the bottom of the upper layer, a lower layer is formed by filling a rather soft material such as silicon gel.

상기 반도체 압력센서가 위치하는 디스크의 하단에는 인쇄회로기판을 형성하면서 사이에 절연층을 형성하여 전기적인 절연이 유지되도록 함으로써 내부에 틈이 없는 치밀한 구조를 가지고 있어 힘의 전달의 균형성을 가지도록 하고, 상부 힘과 접촉되는 부분에 금속 및 고무 다아아프램을 별도로 제작하지 않아 힘의 왜곡의 없애면서 구조를 단순화함은 물론, 상부 공간의 턱에 의해 상부층과 하부층이 힘에 의해 변형되는 것을 방지하도록 구성됨을 특징으로 한다.At the bottom of the disk where the semiconductor pressure sensor is located is formed a printed circuit board while forming an insulating layer therebetween to maintain electrical insulation to have a compact structure without a gap inside to have a balance of power transfer In addition, the metal and rubber diaphragm are not manufactured separately in contact with the upper force, thereby simplifying the structure while eliminating the force distortion, and preventing the upper and lower layers from being deformed by the force by the jaws of the upper space. It is characterized in that it is configured to.

이하, 본 발명을 첨부한 예시도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, the present invention will be described in detail.

도 1은 본 발명의 구성을 나타낸 것으로서,1 shows the configuration of the present invention,

하우징(1)의 내부를 위쪽으로부터 힘을 받은 상부 공간(2)과 반도체 압력센서(5)와 접촉되는 하부 공간(4)으로 형성하면서 상기의 상부 공간(2)에는 안쪽으로 돌출된 턱(3)을 형성하고,In the upper space 2, the jaw 3 protrudes inward while the inner space of the housing 1 is formed as the upper space 2 and the lower space 4 contacting the semiconductor pressure sensor 5. ),

상기의 상부 공간(2)에는 에폭시와 같은 탄성이 있지만 상대적으로 강한(hard) 재질을 충진하여 상부층(6)을 형성하고,The upper space (2) is filled with a relatively hard (hard) material, such as an elastic but epoxy, to form the upper layer (6),

상기 상부층(6)의 하단에 반도체 압력센서(5)가 위치하는 하부 공간(4)에는 실리콘 겔과 같은 다소 연한(Soft) 재질을 충진하여 하부층(7)을 형성하고,The lower space 4 in which the semiconductor pressure sensor 5 is located at the lower end of the upper layer 6 is filled with a soft material such as silicon gel to form a lower layer 7,

상기 반도체 압력센서(5)가 위치하는 디스크(8)의 하단에는 인쇄회로기판(10)을 설치하면서 그 사이에 에폭시에 의한 절연층(9)을 형성하여 전기적인 절연이 유지되도록 하고,While installing the printed circuit board 10 at the lower end of the disk (8) where the semiconductor pressure sensor (5) is located to form an insulating layer (9) by epoxy to maintain electrical insulation,

상기 인쇄회로기판(10)에서 인출된 와이어(11)를 통하여 검출값을 외부에 전기적인 신호로 출력하도록 구성한 것이다.It is configured to output the detected value as an electrical signal to the outside through the wire 11 drawn from the printed circuit board 10.

이와 같이 구성한 본 발명의 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서는 하우징(1)의 내부를 위쪽으로부터 힘을 받은 상부 공간(2)과 반도체 압력센서(5)와 접촉되는 하부 공간(4)으로 구성한다.The load sensing sensor using the semiconductor pressure sensor of the present invention configured as described above comprises an upper space 2 and a lower space 4 in contact with the semiconductor pressure sensor 5 that receive a force from the inside of the housing 1. .

상기의 상부 공간(2)에는 에폭시와 같은 탄성이 있지만 상대적으로 강한(hard) 재질을 충진하여 상부층(6)을 형성한다.The upper space 2 is filled with a relatively hard material such as epoxy, but forms an upper layer 6.

그리고 상기 상부층(6)의 하단에 반도체 압력센서(5)가 위치하는 하부 공간(4)에는 실리콘 겔과 같은 다소 연한(Soft) 재질을 충진하여 하부층(7)을 형성한다.In addition, the lower space 4 in which the semiconductor pressure sensor 5 is located at the lower end of the upper layer 6 is filled with a soft material such as silicon gel to form the lower layer 7.

상기의 상부층(6)과 하부층(7)은 각각 젤(gel)형태로 상부 공간(2)과 하부 공간(4)에 주입한 후 경화시켜 임의의 형상을 갖도록 한다.The upper layer 6 and the lower layer 7 are injected into the upper space 2 and the lower space 4 in the form of gels, respectively, and cured to have an arbitrary shape.

그리고 내부에 틈이 없는 치밀한 구조를 가지게 되므로 힘의 전달이 균형적으로 이루어지게 된다.And since it has a compact structure with no gaps inside, the force transmission is balanced.

상기의 상부 공간(2)에는 안쪽으로 돌출된 턱(3)을 형성하여 무른 재질인 실리콘 겔이나 에폭시가 힘에 의해 변형되는 것을 방지하도록 한다.The upper space 2 is formed in the jaw (3) protruding inward to prevent deformation of the soft silicone gel or epoxy by force.

상기 반도체 압력센서(5)가 위치하는 디스크(8)의 하단에는 인쇄회로기판(10)을 설치하면서 그 사이에 에폭시에 의한 절연층(9)을 형성하여 전기적인 절연이 유지되도록 한다.While installing the printed circuit board 10 at the lower end of the disk 8 in which the semiconductor pressure sensor 5 is located, an insulating layer 9 made of epoxy is formed therebetween to maintain electrical insulation.

상기 인쇄회로기판(10)에서 인출된 와이어(11)를 통하여 검출값을 외부에 전기적인 신호로 출력하도록 한다.The detected value is output as an electrical signal to the outside through the wire 11 drawn from the printed circuit board 10.

이상 기술한 바와 같이 본 발명의 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서에 의하여서는 하우징의 상부 공간에는 에폭시와 같은 탄성이 있지만 상대적으로 강한 재질을 충진하여 상부층을 형성하고, As described above, according to the load sensing sensor using the semiconductor pressure sensor of the present invention, the upper space of the housing is filled with a relatively strong material such as epoxy, but forms an upper layer,

상기 상부층의 하단에 반도체 압력센서가 위치하는 하부 공간에는 실리콘 겔과 같은 다소 연한 재질을 충진하여 하부층을 형성하고,In the lower space where the semiconductor pressure sensor is located at the bottom of the upper layer, a lower layer is formed by filling a rather soft material such as silicon gel.

상기 반도체 압력센서가 위치하는 디스크의 하단에는 인쇄회로기판을 형성하면서 사이에 절연층을 형성하여 전기적인 절연이 유지되도록 함으로써 내부에 틈이 없는 치밀한 구조를 가지고 있어 힘의 전달의 균형성을 가지도록 하고, 상부 힘과 접촉되는 부분에 금속 및 고무 다아아프램을 별도로 제작하지 않아 힘의 왜곡의 없애면서 구조를 단순화함은 물론, 상부 공간의 턱에 의해 상부층과 하부층이 힘에 의해 변형되는 것을 방지하는 효과가 있다. At the bottom of the disk where the semiconductor pressure sensor is located is formed a printed circuit board while forming an insulating layer therebetween to maintain electrical insulation to have a compact structure without a gap inside to have a balance of power transfer In addition, the metal and rubber diaphragm are not manufactured separately in contact with the upper force, thereby simplifying the structure while eliminating the force distortion, and preventing the upper and lower layers from being deformed by the force by the jaws of the upper space. It is effective.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 구성을 나타낸 개략도,1 is a schematic view showing a configuration according to an embodiment of the present invention,

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on main parts of drawing

1 : 하우징 2 : 상부 공간1 housing 2 upper space

3 : 턱 4 : 하부 공간3: jaw 4: lower space

5 : 반도체 압력센서 6 : 상부층5 semiconductor pressure sensor 6 upper layer

7 : 하부층 8 : 디스크7: lower layer 8: disk

9 : 절연층 10 : 인쇄회로기판9 Insulation layer 10 Printed circuit board

Claims (3)

반도체 압력센서(5)가 위치하는 디스크(8)의 하단에는 인쇄회로기판(10)을 설치하면서 사이에 에폭시에 의한 절연층(9)을 형성하고, 상기 인쇄회로기판(10)에서 인출된 와이어(11)를 통하여 검출값을 외부에 전기적인 신호로 출력하도록 한 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서에 있어서,On the lower end of the disk 8 where the semiconductor pressure sensor 5 is located, a printed circuit board 10 is formed, and an insulating layer 9 made of epoxy is formed therebetween, and the wire drawn out of the printed circuit board 10 is formed. In the load sensor using the semiconductor pressure sensor to output the detected value as an electrical signal to the outside through (11), 하우징(1)의 내부를 위쪽으로부터 힘을 받은 상부 공간(2)과 반도체 압력센서(5)와 접촉되는 하부 공간(4)으로 형성하고,The interior of the housing 1 is formed of an upper space 2, which is forced from above, and a lower space 4 in contact with the semiconductor pressure sensor 5, 상기의 상부 공간(2)에는 에폭시와 같은 탄성이 있지만 상대적으로 강한 재질을 충진하여 상부층(6)을 형성하고,The upper space 2 is filled with a relatively strong material such as epoxy, but forms an upper layer 6, 상기 상부층(6)의 하단 반도체 압력센서(5)가 위치하는 하부 공간(4)에는 실리콘 겔과 같은 다소 연한 재질을 충진하여 하부층(7)을 형성하며, The lower space 4 in which the lower semiconductor pressure sensor 5 of the upper layer 6 is located is filled with a rather soft material such as silicon gel to form the lower layer 7, 상기의 상부 공간(2)에는 안쪽으로 돌출된 턱(3)을 형성하여 충진된 무른 재질인 실리콘 겔이나 에폭시가 힘에 의해 변형되는 것을 방지하도록 하도록 한 것을 특징으로 하는 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서. The upper space (2) is formed in the jaw (3) protruding inward to detect the load by using a semiconductor pressure sensor, characterized in that to prevent deformation of the filled soft silicone gel or epoxy by force sensor. 삭제delete 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기의 상부층(6)과 하부층(7)은 각각 젤형태로 상부 공간(2)과 하부 공간(4)에 주입한 후 경화시켜 임의의 형상을 갖도록 한 반도체 압력센서를 이용한 하중감지센서.The upper layer (6) and the lower layer (7) is a load sensing sensor using a semiconductor pressure sensor, which is injected into the upper space (2) and the lower space (4) in the form of gel, respectively, and hardened to have an arbitrary shape.
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