KR100943325B1 - 압력검출장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 압력검출장치는, 하우징(10); 상기 하우징(10)의 일단으로부터 연장하고, 장방형(elongated shape)으로 이루어지는 파이프(12); 및 압력을 검출하고, 검출압력에 대응하는 신호를 출력하는 압력센싱소자(20)를 포함한다. 상기 파이프(12)는 압력을 제공받을 수 있는 일단부를 포함한다. 상기 압력센싱소자(20)는 파이프(12)의 일단부에 배치된다. 상기 하우징(10)은 압력센싱소자(20)로부터 신호를 유도하기 위한 커넥터(60)를 포함한다. 상기 파이프(12)는 그 내측에 배치되어 압력센싱소자(20)와 커넥터(60) 간을 전기적으로 접속시키는 배선부재(50)를 더 포함한다.
압력검출장치, 하우징, 파이프, 압력센싱소자, 다이아프램, 범프, 배선부재

Description

압력검출장치{PRESSURE DETECTING APPARATUS}
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압력검출장치를 나타낸 단면도.
도2는 도1에 나타낸 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도4는 제2실시예의 변형예에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도6a는 본 발명의 제4실시예에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도6b는 본 발명의 제4실시예에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 평면도.
도6c는 도6a에 나타낸 장치에서 방열부재를 나타낸 종단면도.
도7은 본 발명의 제6실시예에 따른 압력검출장치를 나타낸 단면도.
도8a는 제6실시예에서 인쇄회로기판이 벤딩되기 전에 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 평면도.
도8b는 제6실시예에서 인쇄회로기판이 벤딩된 후의 인쇄회로기판 접속을 나타낸 측면도.
도9는 본 발명의 제7실시예의 제1형태에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도10은 제7실시예의 제2형태에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도11은 제7실시예의 제3형태에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도12는 제6실시예의 비교예에 따른 압력검출장치를 나타난 단면도.
도13a는 제6실시예의 비교예에 따라 인쇄회로기판이 벤딩되기 전의 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 평면도.
도13b는 제6실시예의 비교예에 따라 인쇄회로기판이 벤딩된 후의 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 측면도.
도14는 본 발명의 제8실시예에 따른 압력검출장치를 나타낸 단면도.
도15a는 제8실시예에서 인쇄회로기판이 벤딩되기 전의 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 평면도.
도15b는 제8실시예에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도16은 제8실시예의 제1변형예에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도17은 제8실시예의 제2변형예에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도18은 제8실시예의 제3변형예에 따른 압력검출장치의 상단부를 나타낸 부분 확대 단면도.
도19a 내지 도19i는 본 발명의 제9실시예에서 인쇄회로기판이 벤딩되기 전의 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 평면도.
도20은 본 발명의 제10실시예에서 인쇄회로기판이 벤딩된 후의 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 측면도.
도21은 제10실시예의 제1변형예에 따라 인쇄회로기판이 벤딩된 후의 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 측면도.
도22는 제10실시예의 제2변형예에 따라 인쇄회로기판이 벤딩된 후의 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 측면도.
도23은 본 발명의 제11실시예에서 인쇄회로기판이 벤딩되기 전의 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 평면도.
도24a 및 도24b는 제11실시예의 제1 및 제2형태에 따라 인쇄회로기판이 벤딩되기 전의 인쇄회로기판의 접속을 나타낸 평면도.
도25a는 제11실시예의 제3변형예에서 인쇄회로기판이 벤딩되기 전의 인쇄회로기판 연결을 나타낸 평면도.
도25b는 제11실시예의 제3변형예에서 인쇄회로기판이 벤딩된 후의 인쇄회로 기판 연결을 나타낸 단면도.
도26은 제8실시예의 비교예에 따른 압력검출장치를 나타나내 평면도.
도27a는 제8실시예의 비교예에 따라 인쇄회로기판이 벤딩되기 전의 인쇄회로기판 연결을 나타낸 평면도.
도27b는 제8실시예의 비교예에 따라 인쇄회로기판이 벤딩된 후의 인쇄회로기판 연결을 나타낸 단면도.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
10: 하우징 12: 파이프부
15: 수압용 다이아프램 16: 압력전달부재
23: 금속스템의 다이아프램 30: 스트레인 게이지
40: 회로기판 46: 관통공
50: 배선부재(연성인쇄회로기판) 60: 커넥터부
51: 연성인쇄회로기판의 일단부 52: 연성인쇄회로기판의 타단부
70: 방열부재 831: 센싱부
832: 범프 833: 더미범프
653: 벤딩부 970, 971, 972: 간섭부재
854: 패드 855: 노치
본 발명은 압력검출장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 일단측으로부터 돌출되는 장방형 파이프부(elongate-shaped pipe portion)를 수용하는 하우징의 내측에 압력센싱소자가 제공되는 방식으로 배치되는 압력센서에 관한 것이다.
상기와 같은 종류의 압력검출장치는 하우징, 장방형 파이프부 및 압력센서소자로 구성되고, 이러한 장치는 예를 들면 일본 특개평 05-34231호에 제안되었다. 상기 장방형 파이프부는 그 파이프부가 하우징의 일단측으로부터 돌출되는 방식으로 제공된다. 상기 압력센싱소자는 하우징에 제공되고, 검출된 압력에 대응한 신호를 출력한다.
전술한 압력검출장치에서, 상기 하우징의 파이프부는 압력이 검출되는 피검출체로 삽입된 다음, 피검출체로부터 검출된 압력(즉, 검출압력)은 상기 파이프부의 팁부(tip portion)로 작용된다. 이후 이러한 검출압력은 압력을 검출하도록 하우징에 제공된 압력센싱소자로 작용된다.
상기 종래의 압력검출장치에서, 상기 검출압력을 받기 위한 다이아프램(diaphram)은 파이프부의 팁부에 제공되고, 상기 파이프부의 내부에는 막대형태(rod shape)(이하, "로드(rod)"라 칭함)의 압력전달부재가 설치되며, 검출압력은 로드를 통해 다이아프램으로부터 압력센싱소자로 전달될 수 있다.
이와 같이 막대형태의 압력전달부재인 로드를 갖는 압력검출장치는 연소압력 센서 등에 적용된다. 상기 연소압력센서는 엔진 연소실내의 압력(즉, 실린더 내부압력)을 검출한다. 이 경우 상기 하우징의 파이프부는 피검출체인 엔진블럭의 장착공으로 삽입된다. 그 결과, 상기 로드의 길이는 파이프부의 길이, 즉 압력의 전달거리에 대응하여 연장되어야만 한다.
그러나, 전술한 바와 같이, 상기 로드의 길이가 길어질 경우, 상기 로드의 중량은 증가된다. 그 결과, 상기 로드의 공진주파수는 연소 노킹(knocking)의 진동주파수와 중첩되어, 상기 로드에 공진현상이 발생할 수 있다. 따라서, 이는 센서특성에 문제를 발생시킬 수 있다. 다시 말해서, 노킹신호는 상기 로드의 공진현상에 의하여 발생되는 노이즈(noise)에 포함되어, 상기 노킹신호를 측정할 수 없게 된다.
또한 상기 로드의 길이가 길어질 경우, 상기 로드 자체는 쉽게 변형될 수 있기 때문에, 상기 로드와 다이아프램 또는 로드와 압력센싱소자와의 접촉상태가 변화된다. 이러한 접촉상태에서 변화가 발생할 경우, 압력전달특성에서의 정확도는 저하되고, 상기 센서특성에 악영향을 증대시킨다.
또한 압력센싱소자가 플립플롭(flip flop) 접합에 의하여 연성인쇄회로기판에 연결된 압력검출장치의 경우, 냉각/가열 사이클이 반복적으로 실행될 때, 이들 구성요소들의 열팽창계수의 차이, 특히 실리콘(silicon)으로 이루어진 압력센싱소자에 대한 열팽창계수와 수지로 이루어진 연성인쇄회로기판에 대한 열팽창계수 사이의 차이 때문에, 범프 접합부(bump joint portion)에서 큰 응력이 발생할 수 있다.
또한 센서유닛에 검출된 압력에 의한 압력이 반복적으로 수용되고, 범프들은 이러한 압력에 의하여 저하되어, 상기 범프 접합부에 큰 응력이 발생된다. 큰 응력을 받는 상기 범프 접합부에서는 단선되는 위험성을 갖게 된다.
또한 상기 연성인쇄회로기판이 벤딩될 때, 그의 벤딩각도 "θ"가 90도 보다 작거나 90도와 동일한 각도로 벤딩될 경우, 일단부가 스트레인 게이지(strain gauge)로부터 이격되는 방향으로 가해진 응력은 실질적으로 연성인쇄회로기판의 일단부, 즉 벤딩상태하에서 스트레인 게이지의 접속부에서 발생되지 않는다.
그러나, 상기 연성인쇄회로기판은 그의 벤딩각도 "θ"가 90도 보다 작거나 90도와 동일한 각도로 되는 벤딩상태 하에서 벤딩될 경우, 상기 연성인쇄회로기판의 벤딩부로 가해지는 응력은 커지게 되어 쉽게 손상될 수 있다. 그 결과 다음과 같은 문제점이 발생할 수 있다. 즉, 연성인쇄회로기판을 구성하는 베이스부, 구리막 등에 크랙(crack), 벤딩(bending) 및 파손(break)이 발생할 수 있는 문제점이 있다.
따라서, 상기의 제반 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명은 우수한 센서특성과 뛰어난 내구성을 갖는 압력검출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압력검출장치는, 하우징; 상기 하우징의 일단으로부터 연장하고 장방형으로 이루어지는 파이프; 및 압력을 검출하고 검출압력에 대응하는 신호를 출력하는 압력센싱소자를 포함한다. 상기 파이프는 압력을 제공받을 수 있는 일단부를 포함한다. 상기 압력센싱소자는 파이프의 일단부에 배치된다. 상기 하우징은 압력센싱소자로부터 신호를 유도하기 위한 커넥터를 포함한다. 상기 파이프는 그 내측에 배치되는 배선부재를 더 포함하여, 상기 배선부재는 압력센싱소자와 커넥터 간을 전기적으로 접속시킨다.
상기 압력검출장치에서, 압력센싱소자는 파이프의 일단부에 배치되기 때문에, 파이프의 길이는 감소될 수 있다. 그러므로 외부의 엔진 등에 의하여 발생되는 파이프의 공진 및 파이프의 변형은 방지될 수 있다. 따라서, 본 발명의 압력검출장치는 뛰어난 센서특성 및 내구성을 갖는다.
상기 압력검출장치는 다이아프램과 압력센싱소자 사이에 배치되는 압력전달부재를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 압력전달부재는 상기 다이아프램과 접촉하는 제1면과 상기 압력센싱소자와 접촉하는 제2면을 구비한다. 상기 제1 및 제2면은 구면으로 이루어지며, 상기 압력센싱소자는 상기 다이아프램과 압력전달부재를 통해 압력을 제공받을 수 있다. 이 경우, 상기 다이아프램과 압력전달부재 사이의 접촉 및 상기 압력센싱소자와 압력전달부재 사이의 접촉은 안정적인 접촉을 제공한다. 그러므로 이들의 접촉영역은 감소될 수 있다. 따라서 접촉특성변화는 상기 압력검출장치의 센서특성에 영향을 끼치지 않는다. 따라서 상기 압력검출장치는 뛰 어난 압력전달을 구현한다.
상기 압력검출장치는 상기 압력센싱소자를 커버하도록 상기 파이프의 일단부에 배치되고 원형으로 이루어지는 다이아프램을 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 압력센싱소자는 상기 다이아프램을 통해 압력을 제공받을 수 있고, 상기 다이아프램으로부터 전달된 하중에 의하여 변형가능한 스트레인 게이지를 구비한다. 상기 스트레인 게이지는 상기 다이아프램과 접촉하고, 상기 다이아프램 영역의 1/4 이하로 이루어지는 접촉영역을 구비한다. 이 경우 상기 다이아프램에 의하여 전달받은 압력은 압력센싱소자로 직접 가해진다. 특히, 상기 압력센싱소자로 가해진 힘은 전달받은 압력 이상으로 된다. 그러므로, 상기 압력센싱소자의 치수(dimension)는 감소될 수 있고, 압력 민감도는 저하되지 않는다.
상기 배선부재는 상기 압력센싱소자에 접속하는 제1단부와, 상기 커넥터측으로 연장하는 제2단부 및 벤딩되는 벤딩부를 구비하는 연성인쇄회로기판으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 연성인쇄회로기판의 벤딩부의 벤딩각도는 90도 이하로 이루어져, 상기 벤딩부에서의 응력은 그 벤딩각도가 90도보다 큰 경우에 비하여 작게 된다.
상기 연성인쇄회로기판의 제1단부는 파이프의 내벽 일측에 배치되고, 상기 연성인쇄회로기판의 제2단부는 상기 파이프의 내벽 타측에 배치되며, 상기 파이프의 내벽 일측은 상기 파이프의 내벽 타측을 향하는 것이 바람직하다. 이 경우 상기 벤딩각도가 90도 이하로 설정되는 것으로 실행될 수 있다. 또한 상기 연성인쇄회로기판으로부터 압력센싱소자를 탈락시키는 응력은 감소된다. 그러므로 상기 압력센 싱소자와 연성인쇄회로기판 간의 접속은 확실하게 확보될 수 있다.
또한 본 발명의 압력검출장치는 하우징; 상기 하우징에 배치되는 연성인쇄회로기판; 및 압력을 제공받는 상기 하우징의 일측에 배치되고, 압력을 검출하며, 압력에 대응한 신호를 출력하는 센싱부를 포함한다. 상기 연성인쇄회로기판은 상기 센싱부와 커넥터 사이를 전기적으로 접속하고, 상기 센싱부는 상기 연성인쇄회로기판에 배치되는 복수개의 범프를 통해 연성인쇄회로기판에 전기 및 기계적으로 접속된다. 상기 연성인쇄회로기판은 상기 범프로 가해지는 응력을 감소시키기 위한 응력완화 구성부를 구비한다.
이 경우 상기 범프로 응력이 가해지더라도, 상기 응력은 응력완화 구성부에 의하여 감소된다. 따라서 상기 압력검출장치는 뛰어난 센서특성 및 내구성을 갖는다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명을 설명한다.
(제1실시예)
도1은 본 발명의 제1실시예에 따른 압력검출장치(100)의 전체구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 또한, 도2는 도1의 일부분인 압력검출장치(100)의 상단부를 확대하여 나타낸 것이다. 도2에서는 엔진블럭(engine block)(200)도 나타내었다.
상기 압력검출장치(100)의 이용은 한정되지 않지만, 상기 압력검출장치(100) 는 연소압력센서로서 적용되고, 하우징(10)의 파이프부(pipe portion)(12)는 예를 들면 스크류 결합방식(도2 참조)에 의하여 검출될 대상물(피검출체)인 자동차의 엔진블럭(200)에 형성된 장착공(201)에 장착된다. 이러한 연소압력센서는 검출압력인 연소실(202) 내의 압력(즉, 실린더 내부압력)을 검출한다.
상기 하우징(10)은 원통형 본체부(11) 및 파이프부(12)로 구성된다. 장방형 원통형태(elongated cylindrical shape)로 형성되는 파이프부(12)는 본체부(11)보다 좁게 이루어진다. 상기 본체부(11) 및 파이프부(12) 모두는 스테인레스와 같은 금속재로 이루어지며, 절삭(cutting), 냉간단조(cold forging) 등의 가공을 통해 형성된다. 제1실시예에서, 상기 파이프부(12)는 예를 들면 외경이 4mm이고, 내경이 3mm인 원통형 파이프형태를 갖는다. 또한, 상기 파이프부(12)는 사각 파이프(rectangular pipe) 형태로 이루어질 수 있다.
상기 하우징(10)의 본체부(11) 및 파이프부(12)는 일체로 형성될 수 있다. 또한 상기 본체(11) 및 파이프부(12)는 서로 별개로 형성되고, 이후 용접, 접착, 압입 끼워맞춤(press-fitting), 스크류 결합, 코오킹(caulking) 등을 통해 서로 결합되어 일체로 형성될 수 있다.
또한 상기 하우징(10)의 파이프부(12) 외주면에는 스크류부(13)가 형성된다. 상기 스크류부(13)는 피검출체인 전술한 엔진블럭(200)에 스크류 결합될 수 있다. 전술한 바와 같이, 제1실시예의 압력검출장치(100)는 하우징(10)에 장방형으로 이루어진 파이프부(12)가 제공되고, 파이프부(12)는 하우징(10)의 일단측으로부터 돌출되는 방식으로 구성된다.
이 경우 상기 하우징(10)의 파이프부(12)는 장착공(201)으로 삽입되고, 스크류부(13)를 통해 장착된다. 상기 장착공(210)은 스크류홀로서 엔진블럭(200)에 형성된다. 이에 따라 상기 압력검출장치(100)는 엔진블럭(200)에 장착된다.
상기 압력검출장치(100)가 엔진블럭(200)에 장착된 상태에서, 검출압력인 연소실(202) 내의 압력(즉, 실린더 내부압력)은 도1 및 도2의 화살표 "Y"로 나타낸 바와 같이 파이프부(12)의 팁부(tip portion)로 가해진다.
또한 상기 하우징(10)의 파이프부(12)의 팁부에는 압력센싱소자(pressure sensitive element)(20)가 제공된다. 상기 압력센싱소자(20)는 검출된 압력에 대응하는 신호를 출력한다. 이 경우, 도2에 나타낸 바와 같이, 상기 압력센싱소자(20)는 검출압력 환경하에 배치된다. 다시 말해서, 상기 압력센싱소자(20)는 연소실(202)로 노출되는 방식으로 배치된다. 그러므로, 검출압력인 전술의 실린더 내부압력은 압력센싱소자(20)로 직접 가해질 수 있다.
상기 압력센싱소자(20)는 스트레인 게이지(strain guage) 기능을 갖는다. 상기 스트레인 게이지 기능은 검출압력에 의하여 발생된 변형(strain)에 기초한 검출압력에 대응한 신호를 출력할 수 있다.
구체적으로 살펴보면, 도2에 나타낸 바와 같이, 상기 압력센싱소자(20)는 중공 원통형태를 갖는 금속스템(metal stem)(21) 및 스트레인 게이지(30)로 구성된다. 상기 금속스템(21)의 일단부측은 개방부(22)이고, 그의 타단부측은 다이아프램(diaphragm)(23)이다. 상기 스트레인 게이지(30)는 글라스 용접(glass welding) 등을 통해 금속스템(21)의 다이아프램(23) 일면에 제공된다.
상기 금속스템(21)은 중공 원통형태를 갖도록 가공된 금속부재이다. 상기 개방부(22)의 개방단부에는 플랜지(flange)(24)가 형성되고, 상기 플랜지(24)는 그의 주연면과 직교되는 방향으로 돌출된다. 이와 같은 제1실시예에서, 상기 금속스템(21)의 중공부는 실린더 형태를 갖는다. 또한 상기 중공부는 사각 실린더 형태로 이루어질 수 있다.
다음으로 상기 금속스템(21)은 그 금속스템(21)의 다이아프램 측 부분(23)이 파이프부(12)의 내부를 향하고, 그의 개방부측 부분(22)은 연소실(202)을 향하는 방식으로 파이프부(12)로 삽입된다. 그런 다음, 상기 금속스템(21)의 플랜지(24)는 접착 또는 용접을 통해 파이프부(12) 팁부의 개방단부에 고정된다.
계속해서, 상기 압력검출장치(100)가 엔진블럭(200)에 장착된 상태에서, 상기 금속스템(21)의 플랜지(24)가 파이프부(12)와 알루미늄과 같은 금속으로 이루어진 엔진블럭(200) 사이에 개재되기 때문에, 상기 금속스템(21)은 압접상태(pressure welding condition)하에서 고정될 수 있다.
전술한 바와 같이, 상기 금속스템(21)에서, 그의 개방부(22)는 연소실(202)로 노출되고, 상기 연소실(202)의 압력은 금속스템(21)의 다이아프램(23) 후방면으로 가해진다.
또한 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 전방면에 제공된 스트레인 게이지(30)는 예를 들면 브리지회로(bridge circuit) 등으로 형성된 실리콘 반도체 칩으로 이루어진다. 상기 스트레인 게이지(30)는, 금속스템(21)의 다이아프램(23)이 압력을 받아 변형될 때, 이러한 변형에 대응하여 발생된 저항치 변화가 전기신호로 변환된 후 이 전기신호가 출력되는 기능을 갖는다.
상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)과 스트레인 게이지(30)가 검출압력에 의하여 발생된 하중을 받음으로써 변형되는 스트레인부(23, 30)를 구성하고, 이들 스트레인부(23, 30)는 압력검출장치(100)의 기본성능을 좌우한다.
이 경우, 상기 금속스템(21)을 구성하는 금속재에 있어, 금속스템(21)은 높은 압력을 받기 때문에 고강도의 금속재가 요구되고, Si 반도체 등으로 이루어진 스트레인 게이지(30)가 저 융점 글라스(low melting glass)에 의하여 금속스템(21)에 접합되기 때문에 낮은 열팽창계수의 금속재가 요구된다.
구체적으로 살펴보면, 상기 금속스템(21)으로서 Fe, Ni, Co 또는 Fe, Ni이 주요 재료로서 적용되고, 석출강화재(precipation emphasizing material)로서 Ti, Nb, Al 또는 Ti, Nb이 선택적으로 부가될 수 있다. 예를 들면, 석출경화형(precipatin hardening type) 스테인레스 스틸이 선택적으로 적용될 수 있다. 상기 금속스템(21)은 프레스, 절삭 및 냉간가공을 통해 형성될 수 있다.
또한 도1에 나타낸 바와 같이, 세라믹기판 등으로 제조되는 회로기판(40)은 하우징(10)의 메인 본체(11) 내측에 제공된다. 상기 회로기판(40)은 그 회로기판(40)이 메인 본체(11)내 파이프부(12)의 개방부를 커버하는 방식으로 제공된다. 상기 회로기판(40)의 주연부는 예를 들면 접착 등에 의해 하우징(10)에 고정된다.
상기 회로기판(40)의 일면에는 IC 칩(42)이 접착되어 장착된다. 상기 회로기판의 일면은 파이프부(12)의 개방부에 대향하여 위치된다. 이러한 IC칩(42)에는 상기 스트레인 게이지(30)로부터 출력신호를 증폭하고 조정하는 회로가 형성되어 있 다.
그리고, 상기 IC칩(42)은 알루미늄(A1)으로 이루어진 본딩와이어(boing wire)(44)를 이용하여 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다. 또한 도1 및 도2에 나타낸 바와 같이, 상기 회로기판(40)은 배선부재(연성인쇄회로기판: FPC)(50)를 이용하여 전술한 압력센싱소자(20)에 전기적으로 접속된다.
이 경우 상기 배선부재(50)로서 연성인쇄회로기판(FPC)(50)이 적용된다. 상기 FPC 이외의 다른 부재로는 예를 들면 리드선(lead wire)이 배선부재(50)로서 적용될 수 있다.
상기 연성인쇄회로기판(50)으로서는, 예를 들면 폴리이미드(polyimide) 수지 등의 베이스(base)에 구리(Cu)와 같은 도체를 패턴닝(patterning)함으로써 제조된 일반적인 용도의 인쇄회로기판이 적용될 수 있다. 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 그 연성인쇄회로기판(50)이 파이프부(12)의 길이방향을 따라 연장되는 방식으로 하우징(10)의 파이프부(12) 내측에 배치된다.
상기 제1실시예에서, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 솔더(solder) 등에 의하여 압력센싱소자(20)에 제공된 스트레인 게이지(30)에 전기 및 기계적으로 접합된다.
그런 다음, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 그 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)로부터 벤딩되고, 타단부측에 위치된 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일부분은 회로기판(40) 방향을 따라 파이프부(12) 내측으로 연장된다. 전술한 일단부(51)는 압력센싱소자(20)에 대한 연성인쇄회로기판(50)의 접합부에 대응한다.
한편, 상기 타단부(52)측의 연성인쇄회로기판(50) 부분은 하우징(10)의 메인 본체(11)에 위치된다. 그런 다음, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 IC칩(42)이 장착된 회로기판(40)의 장착면으로부터 IC칩(42)의 장착면에 반대측에 위치된 회로기판(40)의 일면에 관통공(46)을 통해 위치된다. 상기 관통공(46)은 회로기판(40)에 형성된다.
계속해서, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 솔더 등에 의하여 IC칩(42)의 장착면의 반대측에 위치된 회로기판(40) 일면에서 회로기판(40)과 전기적으로 접속된다.
또한 도1에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(10)에서, 상기 연성인쇄회로기판(50)에 대하여 회로기판(40)의 연결면과 대향하는 위치에 단자(61)를 갖는 커넥터 케이스(60)가 제공된다.
상기 커넥터 케이스(60)는 PPS(polyphenylene sulfide)와 같은 수지로 이루어진다. 상기 단자(61)는 인서트 몰딩(insert molding) 등을 통해 케이스 커넥터(60)와 일체로 형성된다. 상기 커넥터 케이스(60)는 압력센싱소자(20)로부터 신호를 유도할 수 있는 커넥터부로서 구성된다.
상기 커넥터 케이스(60)의 단자(61)는 스프링부재(62)를 통해 스프링 접촉에 의하여 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다. 그 결과, 상기 압력센싱소자(20)는 연성인쇄회로기판(50) 및 회로기판(40) 모두를 통해 커넥터 케이스(60)에 전기적으로 접속된다.
또한 상기 하우징(10)의 메인 본체(11)의 단부(14)가 커넥터 케이스(60)에 코오킹되기 때문에, 상기 커넥터 케이스(60)는 하우징(10)에 일체 형태로 고정된다. 상기 단자(61)는 배선부재(미도시)를 통해 자동차의 ECU 등에 전기적으로 접속될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 압력검출장치(100)의 조립방법에 대한 일예를 설명한다. 즉, 먼저 연성인쇄회로기판(50)의 일단부는 솔더 등을 통해 압력센싱소자(20)에 연결된다. 상기 압력센싱소자(20)에서, 금속스템(21) 및 스트레인 게이지(30)는 일체로 형성된다.
다음으로, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부측 부위는 하우징(10)의 파이프부(12)의 팁부로부터 삽입된 다음, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 하우징(10)의 메인 본체(11) 내부까지 인출된다.
계속해서, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 회로기판(40)의 관통공(46)을 관통하고, 솔더 등에 의하여 회로기판(40)에 연결된다. 상기 회로기판(40)에는 와이어 본딩에 의하여 IC칩(42)이 장착된다.
다음으로 상기 회로기판(40)은 하우징(10)의 메인 본체(11)에 접합되어 메인 본체(11)에 고정된다. 이후 커넥터 케이스(60)는 하우징(10)의 메인 본체(11)에 조립되고, 상기 하우징(10)의 단부(14)가 코오킹되기 때문에 상기 커넥터 케이스(60)는 하우징(10)와 고정된다.
상기 커넥터 케이스(60)가 하우징(10)에 조립될 경우, 단자(61)와 회로기판(40)이 전기적으로 접속되도록 상기 단자(61)는 스프링 접촉방식으로 스프링부재(62)를 통해 회로기판(40)에 접촉된다. 그 결과, 도1에 나타낸 압력검출장치(100) 는 전술한 방식에 따라 완성된다.
상기 완성된 압력검출장치(100)는 하우징(10)의 스크류부(13)를 통해 스크류홀(201)에 장착되기 때문에, 상기 압력검출장치(100)는 엔진블럭(200)에 연결 고정될 수 있다. 상기 스크류홀(201)은 피검출체인 엔진블럭(200)에 형성된다.
상기 연소실(202) 내의 압력(즉, 실린더 내부압력)이 도1 및 도2에 화살표 "Y"로 나타낸 바와 같이 압력센싱소자(20)의 다이아프램(23)으로 가해질 경우, 금속스템(21)의 다이아프램(23)은 가해진 압력에 의하여 변형되고, 이후 이러한 변형은 스트레인 게이지(30)에 의하여 전기신호로 변환되어 압력을 검출한다.
상기 스트레인 게이지(30)로부터 유도된 전기신호는 연성인쇄회로기판(50)을 통해 회로기판(40)으로 전달되고, IC칩(42)에 의하여 처리된 후, 처리신호는 단자(61)로부터 외부유닛으로 출력된다.
한편 제1실시예에 따른 압력검출장치에서는, 하우징(10); 하우징(10)의 일단부측으로부터 돌출되는 방식으로 상기 하우징(10)에 제공되는 장방형의 파이프부(12); 및 검출압력에 대응한 신호를 출력하는 압력센싱소자(20)를 포함하여, 파이프부(12)의 팁부로 검출압력이 가해지는 압력검출장치(100)에서, 압력센싱소자(20)는 파이프부(12)의 팁부에 제공되고; 상기 압력센싱소자(20)로부터 신호를 유도하는 커넥터부(60)가 하우징(10)에 제공되며; 상기 압력센싱소자(20)를 커넥터부(60)로 전기적으로 접속하기 위한 배선부재(50)는 파이프부(12) 내측에 수용된 것을 특징으로 하는 압력검출장치(100)를 제공한다.
상기 압력검출장치(100)에 따르면, 압력센싱소자(20)가 파이프부(12)의 팁부 에 제공되는 구성이 적용되기 때문에, 종래에 제공된 로드는 생략될 수 있다.
보다 자세하게는 제1실시예에서, 상기 압력센싱소자(20)는 검출압력 환경하에서 배치된다. 즉, 상기 압력센싱소자(20)는 연소실(202)로 노출된다. 그러므로, 검출압력은 압력센싱소자(20)로 직접 가해진다.
전술한 바와 같이, 압력검출장치(100)에서 로드가 생략되어 구성될 경우, 상기 로드에 의하여 발생되는 문제점이 해결될 수 있다. 다시 말해서, 로드의 공진현상 및 압력전달 정밀도의 저하와 같은 로드로 인한 문제는 해결될 수 있다.
또한 커넥터 케이스(60)가 하우징(10)에 설치되고, 상기 커넥터 케이스(60)가 압력센싱소자(20)로부터 신호를 유도하는 커넥터부(60)로서 기능하며, 상기 커넥터부(60)는 연성인쇄회로기판(50)를 적용함으로써 파이프부(12)의 팁부에 제공된 압력검출소사(20)에 전기적으로 접속되어, 신호출력에 대한 문제는 발생하지 않는다. 상기 연성인쇄회로기판(50)은 배선부재로서 파이프부(12) 내측에 수용된다.
그 결과 제1실시예에 따르면, 압력센싱소자(20)는 일단부측으로부터 돌출된 장방형 파이프부(12)를 갖는 하우징(10)의 내측에 제공되고, 커넥터부(60)는 하우징(10)에 제공됨으로써 구성되는 압력검출장치(100)에서, 장방형 파이프부 및 이 장방형 파이프부에 수용된 로드에 의하여 발생되는 센서특성에서의 악영향을 방지할 수 있다.
또한 도1 및 도2에 나타낸 바와 같은 제1실시예에서, 압력검출장치(100)의 장착상태하에서의 금속스템(21)에 대해서는, 이 금속스템(21)의 플랜지(24)만이 엔진블럭(200)과 파이프부(12)에 의하여 개재된다.
상기 금속스템(21) 내에서 플랜지(24)만이 개재되는 구성이 적용되기 때문에, 이러한 구성은 도2에 나타낸 상부/하부방향, 즉 금속스템(21)의 길이방향을 따라 금속스템(21)이 변형되는 것을 방지할 수 있다. 다시 말해서, 상기 압력검출장치(100)가 엔진블럭(200)에 장착되도록 스크류 결합될 경우, 상기 압력검출장치(10)를 스크류 결합함으로써 발생되는 비정상적인 출력 발생을 방지할 수 있다.
(제2실시예)
도3은 본 발명의 제2실시예에 따른 압력검출장치의 주요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 이하 전술한 제1실시예의 압력검출장치와 다른점을 중점으로 제2실시예의 압력검출장치를 설명한다.
전술한 제1실시예에서 압력센싱소자(20)는 검출압력 환경하에 노출되는 방식으로 배치되고, 검출압력은 압력센싱소자(20)로 직접 가해진다.
전술한 제1실시예와 다르게, 제2실시예의 압력검출장치는 도3에 나타낸 바와 같이, 다이아프램(15)이 압력센싱소자(20)를 커버하는 방식으로 다이아프램(15)은 하우징(10) 내 파이프부(12)의 팁부에 제공된다. 그러므로, 검출압력은 다이아프램(15)을 통해 압력센싱소자(20)로 가해질 수 있다.
이하 상기 다이아프램(15)은 전술한 금속스템(21)의 다이아프램(23)과 구별하기 위하여 "수압용 다이아프램(pressure-receiving-purpose diaphragm)(15)"으로 칭한다.
특히 제2실시예에서 상기 수압용 다이아프램(15)은 압력센싱소자(20)와 직접 접촉된다. 구체적으로 살펴보면, 도3에 나타낸 바와 같이, 압력센싱소자(12) 방향 을 따라 돌출된 볼록부(convex portion)(15a)는 수압용 다이아프램(15)에 형성되고, 상기 볼록부(15a)로부터 돌출된 팁부는 금속스템(12)의 다이아프램(23) 후방면에 접촉된다.
이 경우, 상기 수압용 다이아프램(15)은 예를 들면 디스크 형태로 이루어지고, 상기 볼록부(15a)는 원형 중심에 위치되는 "배꼽(navel)" 과 유사한 형태를 갖는다. 또한, 상기 수압용 다이아프램(15)의 주연부는 용접에 의하여 금속스템(21)의 플랜지(24)에 접합되어 이 플랜지(24)에 고정되기 때문에, 상기 수압용 다이아프램(15)은 압력센싱소자(20)와 일체로 형성된다.
제2실시예의 압력검출장치는 다음과 같이 제조될 수 있다. 즉, 수압용 다이아프램(15)과 일체로 형성된 압력센싱소자(20)에 대하여, 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)가 솔더 등에 의하여 연결된다. 이후, 제1실시예와 유사한 제조방법으로 실행되어 전술한 제2실시예의 압력검출장치가 제조된다.
다음으로, 제2실시예의 압력검출동작에 있어, 연소실(202) 내의 압력(실린더 내부압력)은 수압용 다이아프램(15)으로 가해지고, 상기 수압용 다이아프램(15)의 볼록부(15a)로부터 금속스템(21)의 다이아프램(23)으로 하중이 작용된다. 이후 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 변형은 스트레인 게이지(30)에 의하여 전기신호로 변환되어 압력을 검출한다.
한편 제2실시예에 따르면, 압력센싱소자(20)는 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 커넥터부(60)는 하우징(10)에 제공되며, 상기 압력센싱소자(20)를 커넥터부(60)에 전기적으로 접속시키기 위한 배선부재(50)는 파이프부(12) 내측에 수용되 고, 또한 수압용 다이아프램(15)이 압력센싱소자(20)를 커버하는 방식으로 상기 파이프부(12)의 팁부에 수압용 다이아프램(15)이 제공되어, 검출압력은 수압용 다이아프램(15)을 통해 압력센싱소자(20)로 가해지는 것을 특징으로 하는 압력검출장치를 제공한다.
상기 압력검출장치에 따르면, 전술한 실시예와 유사하게, 장방형 파이프부 및 이 장방형 파이프부에 수용된 로드에 의하여 발생되는 센서특성으로의 악영향을 방지할 수 있다. 또한 제2실시예에서 볼록부(15a)는 수압용 다이아프램(15)에 제공되고, 상기 수압용 다이아프램(15)은 압력센싱소자(20)에 직접 접촉되어 상기 압력검출장치는 로드를 생략하여 구성될 수 있다.
다음으로, 도4는 제2실시예의 변형예를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도3에서 수압용 다이아프램(15)의 볼록부(15a)는 절삭 등에 의해 형성된다. 이에 대하여 도4에 나타낸 수압용 다이아프램(15)에서는, 평판형태를 갖는 다이아프램 면을 프레스 가공으로 오목하게 되도록 볼록부(15a)를 제조함으로써 이러한 볼록부(15a)는 간단한 방법으로 형성될 수 있다.
(제3실시예)
도5는 본 발명의 제3실시예에 따른 압력검출장치의 주요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 이하 전술한 실시예와 다른점을 중점으로 설명한다.
도5에 나타낸 바와 같이, 제3실시예는 전술한 제2실시예와 유사하게, 수압용 다이아프램(15)은 압력센싱소자(20)를 커버하는 방식으로 파이프부(12)의 팁부에 제공되어, 검출압력은 수압용 다이아프램(15)을 통해 압력센싱소자(20)로 가해진 다.
전술한 제2실시예의 압력검출장치에 따르면, 볼록부(15a)는 수압용 다이아프램(15)에 제공되고, 상기 수압용 다이아프램(15)은 압력센싱소자(20)에 직접 접촉되어 상기 압력검출장치는 로드를 생략하여 구성될 수 있다.
제2실시예에 대하여 제3실시예에서는, 도5에 나타낸 바와 같이, 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 사이에 1개의 압력전달부재(16)가 제공된다. 따라서, 검출압력은 수압용 다이아프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 압력센싱소자(20)로 가해진다.
상기 제3실시예에 따르면, 압력센싱소자(20)가 파이프부(12)의 팁부에 제공되기 때문에, 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 사이의 거리는 가능한 한 짧게 이루어지도록 할 수 있고, 그러므로 압력전달부재(16)(즉, 로드)를 짧게한 구성을 구현할 수 있다. 그 결과, 전술한 바와 같이 로드를 길게 함으로써 발생되는 공진문제 및 로드 자체가 변형되는 문제를 최대로 억제시킬 수 있다.
제3실시예에서 적용된 압력전달부재(16)와 같이, 종래 압력검출장치의 로드와 유사한 로드형태부재를 적용시킬 수 있다. 보다 자세하게는 도5에 나타낸 예시에서, 상기 압력전달부재(16)로서 구형부재(16)가 적용된다.
이러한 특정한 경우의 구성에서, 압력전달부재와 같은 기능을 하는 구형부재(16)에 있어 수압용 다이아프램(15)에 접촉하는 구형부재(16)의 일면 및 상기 압력센싱소자(20)(즉, 금속스템(21)의 다이아프램(21))에 접촉하는 구형부재(16)의 다른 면 모두는 구면으로 이루어진다.
다시 말해서, 제3실시예에 따르면, 압력센싱소자(20)가 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 커넥터부(60)가 하우징(10)에 제공되고, 배선부재(50)가 파이프부(12)에 제공되며, 또한 수압용 다이아프램(15)는 압력센싱소자(20)를 커버하는 방식으로 파이프부(12)의 팁부에 제공되는 압력검출장치에서, 1개의 압력전달부재(16)가 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 사이에 개재되고, 상기 다이아프램(15)과 검출소자(20) 모두에 접촉하는 상기 압력전달부재(16)의 면이 구면으로 구성되는 것을 특징으로 하는 압력검출장치를 제공할 수 있다.
전술한 실시예와 유사하게, 상기 압력검출장치에 따르면 장방형 파이프부 및 이 장방형 파이프부에 수용된 로드에 의하여 발생되는 센서특성으로의 악영향을 방지할 수 있다.
또한 제3실시예에서 상기 수압용 다이아프램(15) 및 압력센싱소자(20)와 압력전달부재(16) 사이의 접촉은 안정된 접촉점으로 설정될 수 있다. 또한 상기 수압용 다이아프램(15) 및 압력센싱소자(20)와 압력전달부재(16) 사이의 전체 접촉수는 감소될 수 있다.
그 결과, 상기 수압용 다이아프램(15) 및 압력센싱소자(20)와 압력전달부재(16) 사이의 접촉상태 변화는 가능한 한 최소한으로 억제될 수 있고, 각 접촉부에서 안정적인 접촉상태를 확보할 수 있으며, 상기 압력전달 정확도의 저하는 방지될 수 있다.
특히 도5에 나타낸 예시에서, 압력전달부재(16)는 구형부재(16)에 대응한다. 이 경우 압력전달부재로서 기능하는 구형부재(16)는 종래의 로드에 비하여 거의 변 형되지 않는다. 그 결과 상기 구형부재(16)와 수압용 다이아프램(15) 및 압력센싱소자(20) 사이의 안정적인 접촉상태는 적절한 접촉상태하에서 바람직하게 유지될 수 있다.
상기한 구형부재(16)는 완전한 구형태로 이루어지는 것은 아니며, 약간 타원형의 구형 또는 럭비공(rugby ball)" 형태로 대체될 수 있다. 또한 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20)에 대한 접촉면이 구면으로 되는 압력전달부재(16)와 같이 본 발명은 구형부재에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 접촉면 모두가 구형면으로 이루어질 수 있지만, 두 구형 접촉면 사이의 중간부는 기둥(pillar) 형태로 이루어질 수 있다.
(제4실시예)
도6a는 본 발명의 제4실시예에 따른 압력검출장치의 주요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도6b 및 도6c는 도6a에 나타낸 방열부재(70)의 상부를 나타낸 평면도 및 길이방향 단면도이다.
전술한 바와 같이 종래기술에서는, 검출압력이 장방형 로드를 통해 압력센싱소자로 가해진다. 그 결과, 상기 압력센싱소자의 온도를 저감시키기 위하여 압력센싱소자는 엔진연소실과 같은 압력검출환경으로부터 분리되는 방식으로 구성된다.
이에 대하여 전술한 본 발명의 각 실시예에서는, 압력센싱소자(20)가 압력검출환경에 가깝게 위치되는 파이프부(12)의 팁부에 제공되어, 압력센싱소자(20)의 온도는 쉽게 증가될 수 있다.
그 결과 제4실시예에서는 도6a 내지 도6c에 나타낸 바와 같이, 방열부재(70) 가 압력센싱소자(20)에 접촉되는 방식으로 배치된다. 상기 방열부재(70)는 알루미늄 및 스테이레스 스틸과 같이 뛰어난 내열성 및 방열성을 갖는 재료로 이루어진다. 여기에서는 열교환기로 이용되며, 관통공(71)을 구비한 하니콤 형태(honeycomb-shape)의 부재가 적용된다.
상기 방열부재(70)는 금속스템(21)의 개방부(22)로부터 중공부로 수용되고, 방열부재(70)는 용접 또는 솔더에 의하여 예를 들면 금속스템(21)의 내주면에 연결되는 방식으로 상기 금속스템(21)에 고정된다.
제4실시예에 따르면, 상기 압력센싱소자(20)의 열이 방열부재(70)를 통해 방열되기 때문에, 상기 압력센싱소자(20)의 온도저감은 향상될 수 있다.
상기 방열부재(70)의 비표면적을 증대시켜 방열성을 향상시키도록 상기 방열부재(70)에 형성된 관통공(71)이 구성될 수 있다. 또한 검출압력은 관통공(71)을 통해 금속스템(21)의 다이아프램(23)으로 안내될 수 있다. 다시 말해서, 상기 관통공(71)이 형성되기 때문에 압력센싱소자(20)로의 압력 안내가 방해되는 것을 방지할 수 있다.
또한 도6a에 나타낸 바와 같이 방열부재(70) 및 압력센싱소자(20)의 스트레인 게이지(23) 사이에는 공간이 구비된다.
구체적으로 살펴보면, 상기 압력센싱소자(20)에서 상기 스트레인 게이지에 상응하는 다이아프램(23)은, 방열부재(70)의 하부면이 다이아프램(23)에 접촉되는 않는 방식으로, 상기 금속스템(21) 내면의 요홈면으로서 구성된다. 그 결과, 상기 다이아프램의 스트레인 변형은 방열부재(70)에 의하여 방해되지 않는다.
또한 도6a에 나타낸 예시에서, 압력검출장치가 엔진블럭(200)에 장착된 상태하에, 금속스템(21)의 플랜지(24)는 엔진블럭(200)에 직접 접촉된다. 이는 상기 금속스템(21)이 엔진블럭(200)을 통해 흐르는 냉각수에 의하여 냉각될 수 있는 다른 효과를 갖는다.
도6a 내지 도6c에 나타낸 예시에서, 상기 방열부재(70)는 압력센싱소자(20)가 검출압력 환경으로 노출되고 수압용 다이아프램이 생략되는 방식의 구성으로 제공된다. 또한, 전술한 제2 및 제3실시예에서 설명한 바와 같은 수압용 다이아프램(15)이 제공되는 경우라도, 예를 들면 상기 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 사이에 방열부재(70)가 개재될 수 있다.
(제5실시예)
본 발명의 각 실시예들에서 설명한 바와 같이, 압력센싱소자(20)가 장방형 파이프부(12)의 팁부에 제공되는 경우, 상기 압력센싱소자(20)의 사이즈는 종래에 비하여 작게 이루어져야만 한다.
앞서 설명한 실시예들에서 설명한 바와 같이, 압력센싱소자(20)가 스트레인 게이지 기능을 갖는 경우, 즉 하중을 받아 변형(strain)되는 스트레인부(23, 30)를 구비할 때, 상기 압력센싱소자(20)의 사이즈가 감소되면, 상기 스트레인부(23, 30)의 면적도 감소된다. 즉, 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 면적과 스트레인 게이지(30)의 면적 모두 감소된다.
그 결과 감도저하가 발생할 가능성이 있다. 따라서 상기 압력센싱소자(20)로 가해지는 하중의 증대화가 요구된다. 본 제5실시예는 압력센싱소자(20)로 가해지는 하중을 증가시키도록 이루어진다.
제5실시예는 다음과 같이 구성된다. 다시 말해서 도3 내지 도5에 나타낸 제2 및 제3실시예의 구성에서 나타낸 바와 같이, 수압용 다이아프램(15)은 압력센싱소자(20)를 커버하는 방식으로 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 상기 수압용 다이아프램(15)은 원형으로 이루어진다.
이 경우 검출압력은 전술한 수압용 다이아프램(15)의 볼록부(15a)(도3 및 도4 참조)으로부터 가해지거나, 다이아프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 압력센싱소자(20)의 스트레인부(23, 30)로 가해진다.
그리고 제5실시예에서는 상기와 같은 구성에서 상기 수압용 다이아프램(15)에 대한 압력센싱소자(20)의 스트레인부(23, 30)의 접촉부 면적은 수압용 다이이프램(15)의 면적의 1/4 이하로 이루어진다.
구체적으로, 도3 내지 도5에 나타낸 예시들에서, 상기 수압용 다이아프램(15)에 대하여 압력센싱소자(20)의 스트레인부(23, 30)의 접촉부 면적은 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 후방면 내에서 수압용 다이아프램(15)의 볼록부(15a)가 접촉되는 부분이거나, 수압용 다이아프램(15)이 압력전달부재(16)를 통해 접촉되는 부분이다.
그리고 상기 접촉부의 면적은 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 후방면 내 볼록부(15a)의 돌출된 팁부가 접촉하는 부분의 면적이거나, 상기 압력전달부재(16)가 접촉하는 부분의 면적에 대응한다.
이러한 구성에서, 상기 수압용 다이아프램(15)으로 가해진 압력이 서로 동일 하더라도, 상기 수압용 다이아프램(15)의 면적이 증가될 경우, 큰 하중을 얻을 수 있다. 그리고 상기 하중은 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 좁은 면적으로 가해지기 때문에 큰 하중으로서 전달될 수 있다.
본 발명의 발명자가 행했던 FEM(유한요소법(finite element method))에 의하여 얻어진 해석결과에 따르면, 원형으로 이루어진 수압용 다이아프램(15)의 경우, 스프링의 하중전달효율은 대략 25%이다.
그 결과 전술한 금속스템(21)의 다이아프램(23)에서의 접촉부 면적은 원형으로 이루어진 수압용 다아이프램(15)의 면적에 대하여 1/4 이하로 이루어지기 때문에, 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23), 즉 압력센싱소자(20)로 큰 압력이 작용될 수 있다.
이에 대해서는 수식을 이용하여 보다 구체적으로 설명한다. 수압용 다이이프램(15)의 반경을 "r"로 정의하고, "a" MPa 크기의 검출압력이 상기 수압용 다이아프램(15)으로 가해지는 것으로 가정한다.
이 경우 상기 수압용 다이아프램(15)의 면적은 "πr2"이고, 상기 수압용 다이아프램(15)으로 작용된 하중 "F"는 F = a×πr2이다. 또한, 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)에서 접촉부의 면적이 수압용 다이아프램(15)의 면적에 대하여 1/4인 경우, 상기 면적은 1/4(πr2)이다.
그리고, 상기 금속스템(21)의 다이이프램(23)에서 접촉부로 가해지는 압력을 "B" MPa라고 가정할 경우, 상기 접촉부로 작용되는 하중 "f"는 f = B×(πr2/4)이다. 이 경우 상기 원형 다이이프램(15)의 하중변환효율은 약 25%이기 때문에, F = f/4, 즉 (1/4)×a×πr2 = B×(πr2/4)이다.
다시 말해서, 금속스템(21)의 다이아프램(23)에서 전술한 접촉부의 면적이 수압용 다이아프램(15)의 면적에 대하여 1/4인 경우, B = a이고, 상기 수압용 다이아프램(15)과 금속스템(21)의 다이아프램(23) 사이로 가해지는 압력변화는 없다.
또한 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)에서 전술한 접촉부의 면적이 수압용 다이아프램(15)의 면적에 대하여 1/4이하로 이루어질 경우, 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)으로 가해지는 압력 "B"는 수압용 다이아프램(15)으로 가해지는 압력 "a"보다 크다. 그 결과 상기 압력센싱소자(20)로의 하중집중이 가능하게 된다.
전술한 바와 같이, 제5실시예에 따르면, 압력센싱소자(20)가 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 커넥터부(60)는 하우징(10)에 제공되고, 배선부재(50)는 파이프부(12)에 수용되며, 또한 수압용 다이아프램(15)이 압력센싱소자(20)를 커버하는 방식으로 상기 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 상기 압력센싱소자(20)는 수압용 다이아프램(15)로부터 하중을 제공받아 변형되는 스트레인부(23, 30)를 가지며, 압력센싱소자(20)의 스트레인부(23, 30)에서 수압용 다이아프램(15)과의 접촉부의 면적을 상기 수압용 다이아프램(15)에 대하여 1/4이하로 하는 것을 특징으로 하는 압력검출장치가 제공될 수 있다.
전술한 압력검출장치에 따르면, 전술한 바와 같이, 수압용 다이아프램(15)에 의하여 제공받는 힘이 압력센싱소자(20)의 스트레인부(23, 30)로 직접 가해지거나, 상기 제공받는 힘보다 큰 힘이 압력센싱소자(20)의 스트레인부(23, 30)로 가해질 수 있다. 전술한 실시예들과 유사하게, 상기 압력검출장치는 장방형 파이프부 및 이 장방형 파이프부에 수용된 로드에 의하여 발생되는 센서특성으로의 악영향을 억제할 수 있고, 또한 센서감도를 충분히 높게 확보할 수 있다.
전술한 실시예들은 다음과 같은 주요 구성부를 갖는다. 즉, 하우징(10); 하우징(10)의 일단부측으로부터 돌출되는 방식으로 상기 하우징(10) 내에 제공되는 장방형 파이프부(12); 상기 파이프부(12)의 팁부로 가해지는 검출압력에 대응한 신호를 출력하기 위한 압력센싱소자(20)를 포함하는 압력검출장치에서, 상기 주요 구성부는, 압력센싱소자(20)가 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 압력센싱소자(20)를 커넥터부(60)로 전기적으로 접속하기 위한 배선부재(50)는 파이프부(12)의 내측에 수용되며, 다른 구성부들은 적절히 변경될 수 있는 것을 특징으로 한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 압력검출장치는 연소실 내의 압력(실린더 내부압력)을 검출하기 위한 전술한 연소압력센서로서 이용되는 것에 한정되지 않는다.
(제6실시예)
본 발명자는 압력검출장치에서 센서감도를 향상시키기 위하여 압력센싱소자가 압력검출환경에 가깝게 위치되는 구성을 구현하고자 한다.
일반적으로 이러한 종류의 압력검출장치에서, 압력센싱소자로부터 신호를 유도하기 위한 커넥터유닛과 같은 신호처리유닛은 하우징에 제공된다. 종래 상기 압 력센싱소자는 와이어본딩 기술을 이용하여 이들 신호처리유닛에 전기적으로 접속된다.
그러나, 압력센싱소자가 압력검출 환경측에 가깝게 위치되는 경우에서는, 상기 압력센싱소자가 하우징 내 파이프부의 팁부측에 배치되어, 압력센싱소자와 신호처리유닛 사이의 거리는 길어지게 된다. 그 결과 압력센싱소자가 신호처리유닛에 전기적으로 접속될 경우에서, 이러한 전기적 접속은 와이어본딩 기술에 의하여 구현될 수 없다.
그리고 본 발명의 발명자는, 압력센싱소자가 이 압력센싱소자로부터 멀리 떨어져 위치되는 신호처리유닛에 연결되는 경우 연결부재로서 연성인쇄회로기판을 적용하고, 용이한 취급성, 소형화 및 용이한 연결성을 고려하였다.
또한 본 발명의 발명자는 다음과 같은 기술적 주안점을 고려하였고, 도12에 나타낸 바와 같은 압력센싱소자를 제조하도록 구현하였다. 상기 기술적 주안점으로서, 압력센싱소자는 하우징 내 파이프부의 팁부에 배치되고, 연성인쇄회로기판은 커넥터유닛을 포함하는 신호처리유닛에 압력센싱소자를 연결하기 위하여 적용된다.
도12는 본 발명자에 의하여 제조된 원형모델(prototype model)로서 압력검출장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
상기 압력검출장치의 이용은 한정되는 것은 아니지만, 본 실시예의 압력검출장치는 연소압력센서로서 적용될 수 있고, 하우징(10)의 파이프부(12)는 예를 들면 스크류 결합방법에 의하여 자동차의 엔진블럭에 형성된 장착공에 장착된다. 이러한 연소압력센서는 연소실 내 압력(즉, 실린더 내부압력)을 검출한다.
금속으로 이루어진 하우징(10)은 원통형 본체(11) 및 상기 본체(11)보다 좁은 장방형 원통형의 파이프부(12)로 구성된다. 상기 하우징(10)의 파이프부(12)의 외주면에는 스크류뷰(13)가 형성된다. 상기 스크류부(13)는 전술한 엔진블럭에 스크류 결합될 수 있다.
이 경우 압력검출장치에서, 검출압력은 도12의 화살표 "Y"로 나타낸 바와 같이 파이프부(12)의 팁부로 가해진다.
또한 압력센싱소자(20)는 하우징(10)의 파이프부(12)의 팁부에 제공된다. 상기 압력센싱소자(20)는 검출된 압력에 대응한 신호를 출력한다. 이 경우 상기 압력센싱소자(20)는 검출압력 환경하에 배치된다. 그러므로, 검출압력인 전술한 실린더 내부압력은 압력센싱소자(20)로 직접 가해질 수 있다.
상기 압력센싱소자(20)는 스트레인 게이지 기능을 갖는다. 상기 스트레인 게이지 기능은 예를 들면 검출압력에 의하여 발생된 변형에 기초한 검출압력에 대응한 신호를 출력할 수 있다.
구체적으로, 도12에 나타낸 바와 같이, 상기 압력센싱소자(20)는 중공 실린더형태의 금속스템(21) 및 스트레인 게이지(30)로 구성된다. 상기 금속스템(21)의 일단부측은 개방부(22)이고, 그의 타단부측은 다이아프램(23)이다. 상기 스트레인 게이지(30)는 금속스템(21)의 다이아프램(15)의 일면에 제공된다.
상기 금속스템(21)에서, 개방부(22)는 검출환경으로 노출되고, 검출압력은 개방부(22)로부터 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 후방면으로 가해진다. 그리고 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)이 압력에 의하여 변형될 때, 상기 변형에 대 응하여 스트레인 게이지(30)로부터 전기신호가 출력된다.
또한, 도12에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(10)의 본체부(11) 내측에는 회로기판(40)이 제공된다. 상기 회로기판(40)의 일면에는 IC칩(42)이 부착 장착된다. 상기 IC칩(42)에는 스트레인 게이지(30)로부터의 출력신호를 처리하는 회로가 제공된다.
그리고, 상기 IC칩(42)은 본딩와이어(44)를 통해 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다. 또한 상기 회로기판(40)은 연성인쇄회로기판(50)을 적용함으로써 전술한 압력센싱소자(20)와 전기적으로 접속된다. 상기 연성인쇄회로기판(50)은 파이프부(12)의 길이방향을 따라 연장되는 방식으로 상기 하우징(10)의 파이프부(12) 내측에 배치된다.
상기 압력검출장치에서, 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(제1단부)(51)는 스트레인 게이지(30)에 전기적으로 접합된다. 그리고, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 접합부로서 일단부(51)로부터 벤딩되고, 벤딩부(653)를 제외한 타단부(제2단부)(52) 측에 위치된 부분(54)은 회로기판(40) 방향을 따라 파이프부(12) 내측에서 연장된다.
한편, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52) 측 부위는 하우징(10)의 본체부(11)에 위치된다. 그리고, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 관통공(46)을 통해 IC칩(42)이 장착되는 회로기판(40)의 장착면으로부터 IC칩 장착면에 반대되게 위치되는 회로기판(40) 면에 위치된다. 상기 관통공(46)은 회로기판(40)에 형성된다.
그리고, 상기 연성인쇄회로기판(40)의 타단부(52)는 솔더 등에 의하여 IC칩 (42)의 장착면에 반대되게 위치되는 회로기판(40) 면에서 그 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다.
또한 상기 하우징(10)에서 단자(61)를 구비한 커넥터 케이스(60)는 연성인쇄회로기판(50)에 대하여 회로기판(40)의 연결면에 대향하는 위치에 제공된다. 상기 커넥터 케이스(60)는 압력센싱소자(20)로부터 신호를 유도할 수 있는 커넥터부로서 구성된다.
그리고, 상기 커넥터 케이스(60)의 단자(61)는 스프링접촉에 의하여 스프링부재(62)를 통해 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다. 그 결과 상기 압력센싱소자(20)는 연성인쇄회로기판(50)과 회로기판(40) 모두를 통해 커넥터 케이스(60), 즉 커넥터부(60)에 전기적으로 접속된다.
도12에 나타낸 압력검출장치에 따르면, 상기 구성은 압력센싱소자(20)가 파이프부(12)의 팁부에 제공되도록 적용되기 때문에, 종래에 제공된 로드는 생략되거나 가능한 한 짧게 이루어질 수 있다.
전술한 바와 같이, 도12에 나타낸 압력검출장치에서, 파이프부(12)의 팁부에 위치된 압력센싱소자(12)로부터 커넥터부(60)로의 전기적 접속은 연성인쇄회로기판(50)을 적용시킴으로써 구현된다.
도13a 및 도13b는 연성인쇄회로기판(50)의 접합을 상세히 나타내기 위한 도면이다. 도13a는 연성인쇄회로기판이 벤딩되기 전의 상태를 나타낸 평면도이고, 도13b는 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩된 후의 상태, 즉 연성인쇄회로기판(50)이 압력검출장치에 조립된 상태를 나타낸 측면도이다.
도13a에 나태낸 바와 같이, 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)가 압력센싱소자(20)의 스트레인 게이지(30)에 대하여 솔더와 같은 접합부재(650a)를 통해 연결된 후, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 파이프부(12)로 삽입된다. 그 결과 도13b에 나타낸 바와 같이 일부분(653a)이 벤딩되어 벤딩부(653)를 형성한다.
이 경우 상기 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653)의 벤딩각도 "θ2"는 90도가 되거나, 90도 이상의 둔각(obtuse angle)을 이룬다. 이 경우 도13b에 나타낸 바와 같이 벤딩각도 "θ2"는 벤딩부(653)를 통해 연속되는 접합부(51) 면과 파이프부(12)내에서 연장되는 연장부(54) 면 사이에 형성되는 각도를 의미한다. 자세하게는 상기 벤딩각도 "θ2"는 도13b의 점선과 연장부(54) 사이에 배치된다. 상기 점선은 연장부(54)를 연장시킨 연장선을 나타낸다. 그러므로 상기 벤딩각도 "θ2"는 90도 이상(둔각)으로 이루어진다. 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 벤딩부(653)에서 90도 이상의 벤딩각도 "θ2"로 연장부(54)로부터 벤딩된다.
또한 상기 벤딩각도 90도 이상의 벤딩각도 "θ2"가 90도 이하로 되도록 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩될 경우(즉, 벤딩각도가 90도 이하로 될 경우), 상기 일단부(51)가 스트레인 게이지(30)로부터 분리되는 방향을 따라 가해지는 응력은 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에서, 즉 벤딩상태하에서 스트레인 게이지(3)로의 접합부에서 실질적으로 발생하지 않는다.
그러나 상기 벤딩각도 "θ2"가 90도 이상으로 되는 벤당상태하에서 상기 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩될 경우, 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653)에 가해지는 응력은 커지게 되어 파손이 쉽게 발생한다. 그 결과 다음과 같은 문제점이 발생 할 수 있다. 즉, 상기 연성인쇄회로기판(50)을 구성하는 베이스부, 구리막 등에 크랙, 벤딩 및 파손이 발생할 수 있다.
전술한 문제점을 감안하여 본 발명의 제6실시예에 따른 연성인쇄회로기판(50)을 제공한다. 도8a 및 도8b는 본 발명의 제6실시예의 연성인쇄회로기판(50)의 접합부를 상세히 나타낸 것이다. 도8a는 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩되기 전의 상태를 나타낸 평면도이다. 도8b는 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩된 후의 상태, 즉 연성인쇄회로기판(50)이 압력검출장치(100)에 조립된 상태를 나타낸 측면도이다. 도8a 및 도8b를 참조하여 본 발명의 연성인쇄회로기판(50)을 설명한다.
연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 솔더와 같은 접합부재(650a)를 적용함으로써 압력센싱소자(20)의 스트레인 게이지(30)에 대하여 전기 및 기계적으로 접합된다. 이 경우 도8a에 나타낸 바와 같이, 상기 접합부재(650a)는 스트레인 게이지(30)의 네 군데의 코너부분에 배치된다.
그리고 상기 연성인쇄회로기판(50)은 그 연성인쇄회로기판(50)의 압력센싱소자(20)로의 접합부에 대응하는 일단부(51)로부터 벤딩된다. 상기 벤딩부보다 타단부(52) 측에 위치된 연성인쇄회로기판(50)의 부분은 파이프부(12)내에서 회로기판(40) 방향을 따라, 즉 커넥터 케이스(60)(후술됨)인 커넥터부의 방향을 따라 연장된다.
여기에서 본 실시예의 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653)의 벤딩각도 "θ1"은 예각(acute angle)으로 이루어지거나 90도 이하로 이루어진다. 이 경우 도8b에 나타낸 바와 같이 상기 벤딩각도 "θ1"은 벤딩부(653)를 통해 연속되는 면과 파 이프부(12)내에서 연장되는 연장부(654)의 다른 면 사이에서 형성되는 각도를 의미한다. 특히 상기 벤딩각도 "θ1"는 도8b에서 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)와 연장부(654) 사이에서 이루어지는 벤딩각도로서 형성된다. 상기 벤딩각도 "θ1"는 90도 이하이다. 그러므로, 먼저 상기 연장부(654)가 90도 이하의 벤딩각도로 벤딩부(653)에서 벤딩되고, 다음으로 상기 연장부(654)는 90도 이하의 다른 벤딩각도로 일부분(653b)에서 벤딩된다.
그러므로 도7, 도8a 및 도8b에 나타낸 바와 같이, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 벤딩부(653) 이외 타단부(52)의 일부분(653b)에서도 벤딩된다. 다시 말해서, 예를 들면, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 일부분에서 뿐만 아니라(즉, 종래기술에서와 같은 일부분), 복수의 부분에서 벤딩된다.
또한 도7에 나타낸 바와 같이 상기 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653)는 파이프부(12)내에서 대향하는 벽의 일측 내벽(즉, 도7에서 우측 내벽)에 가까운 위치에 위치되고, 이에 대하여 상기 연장부(654)는 전술한 벤딩부(653)와는 반대로 대향하는 내벽의 타측 내벽(즉, 도7에서 좌측 내벽)에 가까운 위치에 위치된다. 상기 연성인쇄회로기판(50)의 연장부(654)는 파이프부(12)내 커넥터부(60) 방향을 따라 연장된다. 예를 들면, 도7에 나타낸 바와 같이, 상기 연장부(654)는 대향하는 내벽의 타측 내벽에 접촉되는 상태에서 커넥터부(50) 방향을 따라 연장된다.
또한 도8a 및 도8b에 나타낸 바와 같이, 압력센싱소자(20) 즉 스트레인 게이지(30)가 노출될 수 있도록 상기 일단부(51)에 관통공(655)이 형성된다. 상기 일단부(51)는 압력센싱소자(20) 즉 스트레인 게이지(30)에 대한 연성인쇄회로기판(50) 의 접합부이다.
또한 상기 관통공(655)과 벤딩부(653) 사이의 경계부는 각진형태가 아닌 라운드(round)진 R 형태를 갖는 "R"부(655a)를 구성한다. 상기 "R"부(655a)는 응력집중을 감소시킬 수 있으며, 경계부가 각지게 이루어지는 경우에 비하여 연성인쇄회로기판(50)의 손상을 방지시킬 수 있다.
한편 도7에 나타낸 바와 같이, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52) 측 부분은 하우징(10)의 본체부(11)에 위치된다. 그리고 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 관통공(46)을 통해 IC칩(42)이 장착된 회로기판(40)의 장착면으로부터 상기 IC칩 장착면에 반대되게 위치되는 회로기판(40) 면에 위치된다. 상기 관통공(46)은 회로기판(40)에 형성된다.
그리고 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 솔더 등을 통해 IC칩(42)의 장착면에 반대되게 위치되는 회로기판(40) 면에 전기적으로 접속된다.
또한 도7에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(10)에는 연성인쇄회로기판(50)에 대하여 회로기판(40)의 연결면에 대향하는 위치에서 단자(61)를 갖는 커넥터 케이스(60)가 커넥터부로서 제공된다.
상기 커넥터 케이스(60)는 PPS(polyphenylene sulfide)와 같은 수지로 이루어진다. 상기 단자(61)는 인서트 몰딩 등에 의하여 상기 커넥터 케이스(60)와 일체형으로 형성된다. 상기 커넥터 케이스(60)는 압력센싱소자(20)로부터 신호를 유도할 수 있는 커넥터부로 구성된다.
그리고 상기 커넥터 케이스(60)의 단자(61)는 스프링부재를 통해 스프링 접 촉에 의하여 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다. 그 결과 상기 압력센싱소자(20)는 연성인쇄회로기판(50)과 회로기판(40) 모두를 통해 커넥터 케이스(60)에 전기적으로 접속된다.
또한 상기 하우징(10)의 본체부(11)의 단부(14)는 커넥터 케이스(60)에 코오킹되기 때문에, 상기 커넥터 케이스(60)는 하우징(10)에 일체로 고정된다. 그리고 상기 단자(61)는 배선부재(미도시)를 통해 자동차의 ECU 등에 전기적으로 접속될 수 있다.
전술한 구성을 갖는 압력검출장치(10)를 조립하기 위한 방법에 대한 일예를 설명한다. 먼저 금속스템(21)과 스트레인 게이지(30)가 일체로 형성된 압력센싱소자(20)가 제공된다. 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 솔더와 같은 접합부재(650a)를 통해 압력센싱소자(20)의 스트레인 게이지(30)에 대해 연결된다. 이러한 상태는 도8a에 나타내었다.
이후 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)를 파이프부(12)로 삽입하기 위하여, 상기 연성인쇄회로기판(50)을 벤딩하여 형성시킨다. 이러한 상태는 도8b에 나타내었다.
다음으로 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52) 측 부분은 하우징(10)의 파이프부(12)의 팁부로부터 삽입된 다음, 하우징(10)의 본체부(11)의 내부로 인출된다.
따라서 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 회로기판(40)의 관통공(60)을 관통하고, 상기 회로기판(40)은 하우징(10)의 본체부(11)에 접합되어 본체 부(11)에 고정된다. 다음으로, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 솔더 등에 의하여 회로기판(40)에 연결된다. 상기 IC칩(42)은 와이어본딩에 의하여 회로기판(40)에 장착된다.
이후 커넥터 케이스(60)는 하우징(10)의 본체부(11)에 조립되고, 상기 하우징(10)의 단부(15)가 코오킹되기 때문에, 상기 커넥터 케이스(60)는 하우징(10)에 고정된다.
상기 커넥터 케이스(60)가 하우징(10)에 조립될 때, 단자(61)는 스프링부재(62)를 통해 스프링접촉방식으로 회로기판(40)에 접촉하여 상기 단자(61)와 회로기판(40)은 전기적으로 접속된다. 그 결과 도7에 나타낸 압력검출장치(100)는 전술한 방법에 따라 완성될 수 있다.
상기 완성된 압력검출장치(100)는 하우징(10)의 스크류부(13)를 통해 스크류홀(20)로 장착되기 때문에, 상기 압력검출장치(100)는 엔진블럭에 연결 고정될 수 있다. 상기 스크류홀(20)은 검출될 대상물인 엔진블럭에 형성된다.
그리고 연소실내의 압력(즉, 실린더 내부압력)이 도7의 화살표 "Y"로 나타낸 바와 같이 압력센싱소자(20)의 다이아프램(23)으로 가해질 경우, 금속스템(21)의 다이아프램(23)은 가해진 압력에 의하여 변형되고, 이러한 변형은 스트레인 게이지(30)에 의하여 전기신호로 변환되어 압력을 검출한다.
그리고 상기 스트레인 게이지(30)로부터의 전기신호는 연성인쇄회로기판(50)을 통해 회로기판(40)으로 전달되고 IC칩(42)에 의하여 처리된 다음, 처리된 신호는 단자(61)로부터 외부유닛으로 출력된다.
한편 본 실시예에 따르면, 하우징(10); 상기 하우징(10)의 일단부측으로부터 돌출되는 방식으로 상기 하우징(10)에 제공된 장방형의 파이프부(12); 및 검출압력에 대응한 신호를 출력하기 위한 압력센싱소자(20)를 포함하며, 상기 검출압력은 파이프부(12)의 팁부로 가해지는 압력검출장치(100)에서는 다음과 같은 특징부를 제공한다.
즉 압력센싱소자(20)는 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 상기 압력센싱소자(20)로부터 신호를 유도하기 위한 커넥터부(60)는 하우징(10)에 제공된다(도7 참조).
상기 압력센싱소자(20)를 커넥터부(60)에 전기적으로 접속시키기 위한 연성인쇄회로기판(50)은 파이프부(12) 내측에 수용된다. 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 압력센싱소자(20)에 접합되고, 접합부인 일단부(51)로부터 벤딩된다. 상기 벤딩부(653)보다 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)측 부분은 파이프부(12)에서 커넥터부(60) 방향을 따라 연장된다(도7 참조).
상기 연성인쇄회로기판(50)에서 벤딩부(653)의 벤딩각도 "θ1"은 90도보다 작은 예각으로 이루어진다(도8a 및 도8b 참조).
이와 같은 특징부를 갖는 구성이 적용된 본 실시예의 압력검출장치(100)에 따르면, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653)의 벤딩각도 "θ1"은 90도보다 작은 예각으로 설정되기 때문에, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩에 의하여 발생되는 손상은, 벤딩각도가 90도 이상으로 설정되는 종래의 압력검출장치에 비하여 감소될 수 있다.
또한 본 실시예의 압력검출장치(100)에서, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 벤딩부(653) 이외 벤딩부(653)보다 타단부(52)측 부분에서 벤딩된다(도7, 도8a 및 도8b 참조).
전술한 바와 같이, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 종래기술에서와 같이 1군데에서 벤딩되지 않고 복수회 벤딩되어, 상기 각 벤딩부의 벤딩각도는 감소될 수 있다. 그 결과 상기 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653)의 벤딩각도 "θ1"가 90도보다 작은 예각으로 설정되는 기술적 고안을 적절히 구현할 수 있다.
또한 본 실시예의 압력검출장치(100)에서, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653)는 파이프부(12)의 대향벽 중 일측 내벽의 가까운 위치에 위치되고, 이에 대하여 상기 연장부(654)는 상기 파이프부(12)의 대향하는 내벽 중 타측 내벽의 가까운 위치에 위치된다. 상기 연성인쇄회로기판(50)의 연장부(654)는 파이프부(12)내에서 커넥터부(60) 방향을 따라 연장된다(도7 참조).
다시 말해서 본 실시예에서는, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 연장부(654)의 벤딩부(653)는 파이프부(12)의 대향 내벽 내에서 서로 다른 내벽의 가까운 위치에 위치된다.
그 결과 상기 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653)의 벤딩각도 "θ1"이 90도보다 작은 예각으로 설정되는 기술적 고안을 적절히 구현할 수 있다. 또한 압력센싱소자(20)에 대한 상기 연성인쇄회로기판(50)의 접합부(51)에서, 연성인쇄회로기판(50)이 스트레인 게이지(30)로부터 분리되는 방향을 따라 가해지는 응력은 감소될 수 있고, 상기 접합부(51)에서의 접합강도는 적절히 확보될 수 있다.
예를 들면 도13에 나타낸 종래 연성인쇄회로기판(50)의 구성에서, 종래 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653) 및 연장부(654) 모두는 파이프부(12)의 대향 내벽의 동일측 내벽에 가까운 위치에 위치되기 때문에, 전술한 벤딩각도 "θ2"가 90도보다 작은 각으로 설정하기에 실질적으로 어려움이 따랐다.
또한 본 실시예의 압력검출장치(100)에서는, 압력센싱소자(20)가 노출되는 방식으로 관통공(655)이 일단부(51)에 형성된다(도8a 및 도8b 참조). 상기 일단부(51)는 압력센싱소자(20)에 대하여 연성인쇄회로기판(50)의 접합부이다.
그 결과 상기 연성인쇄회로기판(50)에 의하여 압력센싱소자(20)의 검출면이 밀폐되지 않으며, 따라서 압력검출소자(20)의 검출면 즉 도7의 스트레인 게이지(30)의 검출면으로 또는 그로부터 공기가 자유로이 출입될 수 있다. 따라서, 압력검출소자(20)에 의한 압력검출에 대한 방해를 방지할 수 있다. 그 결과 높은 센싱감도를 갖는 압력검출장치(100)를 구현할 수 있다.
상기 관통공(655)은 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51) 중앙부에 형성될 필요는 없다. 또한 상기 관통공(46)의 전체개수는 1개일 필요가 없으며 복수개로 이루어질 수 있다.
또한, 본 실시예의 압력검출장치(100)에 따르면, 압력센싱소자(20)가 파이프부(12)의 팁부에 제공되는 방식으로 압력검출장치(100)가 구성되기 때문에, 종래에서 제공된 로드는 생략될 수 있다.
특히 본 실시예에서는 압력센싱소자(20)가 검출압력 환경하에 배치된다. 즉, 예로서 압력센싱소자(20)는 연소실로 노출되고, 검출압력은 압력센싱소자(20)로 직 접 가해질 수 있다.
종래 압력검출장치에서, 검출압력을 제공받는 다이아프램은 파이프부의 팁부에 제공되고, 막대형태("로드"라 칭함)를 갖는 압력전달부재는 파이프부내에 제공되어, 검출압력은 로드를 통해 다이아프램으로부터 압력센싱소자로 전달될 수 있다.
이 경우 상기 로드의 길이는 파이프부의 길이, 즉 압력전달거리에 대응하여 연장되어야만 한다. 예를 들면, 연소압력센서에서, 상기 로드의 길이가 길어질 경우, 상기 로드의 하중은 증가된다. 그 결과 로드의 공진주파수는 연소노킹의 진동주파수와 중첩되어, 상기 로드에서는 공진현상이 발생할 수 있다. 따라서, 이는 센서특성에 문제를 발생시킬 수 있다. 즉, 노킹신호는 로드의 공진현상에 의하여 발생되는 노이즈에 포함되어, 상기 노킹신호를 측정할 수 없게 된다.
또한 상기 로드의 길이가 길어질 경우, 상기 로드 자체가 쉽게 변형되기 때문에, 상기 로드와 다이아프램 또는 로드와 압력센싱소자 간의 접촉상태는 변화된다. 이러한 접촉상태에서의 변화가 발생할 경우, 압력전달특성의 정확도는 저하되고, 센서특성에 악영향을 미치게 된다.
이에 반하여 본 실시예에서 설명한 바와 같이, 압력검출장치(100)는 로드를 생략함으로써 구성되기 때문에, 상기 로드로 인하여 발생되는 문제는 해결될 수 있다. 즉, 로드의 공진현상으로 발생되는 문제 및 압력전달 정확도의 저하 등의 문제는 해결될 수 있다.
따라서 본 실시예에 따르면, 압력센싱소자(20)는 일단부측으로부터 돌출되는 장방형 파이프부(12)를 갖는 하우징(10) 내측에 제공되고, 커넥터부(60)는 하우징(10)에 제공되며, 장방형 파이프부 및 상기 장방형 파이프부에 수용된 로드에 의하여 발생되는 센서특성으로의 악영향은 방지될 수 있는 압력검출장치로 구성된다.
(제7실시예)
한편 도7, 도8a 및 도8b에 나타낸 압력검출장치(100)에서, 압력센싱소자(20)는 검출압력 환경하에서 노출되도록 배치되고, 상기 검출압력은 압력센싱소자(20)로 직접 가해진다.
이하에서 설명할 본 발명의 제7실시예에서는, 검출압력이 다이아프램을 통해 압력센싱소자(20)로 가해지는 구성을 제공한다.
도9는 본 발명의 제7실시예의 제1형태에 따른 압력검출장치의 주요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도9에 나타낸 압력검출장치에서, 다이아프램(15)은 압력센싱소자(20)를 커버하는 방식으로 하우징(10)의 파이프부(12)의 팁부에 제공된다. 그러므로, 검출압력은 다이아프램(15)을 통해 압력센싱소자(20)로 가해질 수 있다.
이하 상기 다이아프램(15)은 전술한 금속스템(15)의 다이아프램(23)과 구별될 수 있도록 수압용 다이아프램(pressure-receiving purpose diaphragm)(15)으로 칭한다.
특히 본 제1형태에서, 수압용 다이아프램(15)은 압력센싱소자(20)에 직접 접촉하도록 이루어진다. 구체적으로, 도9에 나타낸 바와 같이, 압력센싱소자(20)의 방향을 따라 돌출된 볼록부(15a)는 수압용 다이아프램(15)에 형성되고, 상기 볼록 부(15a)로부터 돌출된 팁부는 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 후방면에 접촉된다.
이 경우 상기 수압용 다이아프램(15)은 예를 들어 디스크 형태 및 원형 중심위치에 위치되며 "배꼽(navel)"과 유사한 형태를 갖는 볼록부(15a)로 이루어진다. 또한 상기 수압용 다이아프램(15)의 주연부는 용접에 의하여 금속스템(21)의 플랜지(24)에 접합되어 고정되기 때문에, 상기 수압용 다이아프램(15)은 압력센싱소자(12)와 일체로 형성된다.
본 제1형태의 압력검출장치는 다음과 같이 제조될 수 있다. 즉, 수압용 다이아프램(15)과 일체로 형성된 압력센싱소자(20)에 대하여 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 솔더 등에 의하여 연결된다. 이후 제6실시예의 조립방법과 유사한 조립방법이 실행되어 전술한 본 실시예의 압력검출장치를 제조한다.
이후 본 제1형태의 압력검출장치에서, 연소실 내의 압력(즉, 실린더 내부압력)이 수압용 다이아프램(15)으로 가해질 경우, 하중은 수압용 다이아프램(15)의 볼록부(15a)로부터 금속스템(21)의 다이아프램(23)으로 가해진다. 그런 다음, 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 변형은 스트레인 게이지(30)에 의하여 전기신호로 변환되어 압력을 검출한다.
도10은 본 발명의 제7실시예의 제2형태에 따른 압력검출장치의 주요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도9에 나타낸 전술한 제1형태에서, 수압용 다이아프램(15)의 볼록부(15a)는 절삭가공 등에 의하여 형성된다. 이에 반하여 도10에 나타낸 수압용 다이아프램 (15)에서는, 볼록부(15a)가 단순한 방법으로 형성될 수 있도록 프레스가공에 의하여 평판형태를 갖는 다이아프램 면을 움푹들어가게 함으로써 제조된다.
도11은 본 발명의 제7실시예의 제3형태에 따른 압력검출장치의 주요부를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도11에 나타낸 바와 같이, 본 제3형태 또한 전술한 제1 및 제2형태와 유사하게, 수압용 다이아프램(15)이 압력센싱소자(20)를 커버하는 방식으로 파이프부(12)의 팁부에 제공되어, 검출압력은 수압용 다이아프램(15)을 통해 압력센싱소자(20)로 가해진다.
전술한 제1 및 제2형태에서, 볼록부(15a)는 수압용 다이아프램(15)에 제공되고, 이 수압용 다이아프램(15)은 압력센싱소자(20)에 직접 접촉하도록 이루어져, 압력검출장치는 로드를 생략하여 구성될 수 있다.
이에 대하여 도11에 나타낸 도3형태에서는, 1개의 압력전달부재(16)가 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 사이에 개재된다. 그런 다음, 검출압력은 상기 수압용 다이이프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 압력센싱소자(20)로 가해진다.
본 제3형태에 따르면, 압력센싱소자(20)는 파이프부(12)의 팁부에 제공되기 때문에, 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(12) 사이의 거리는 최대로 짧게 이루어질 수 있고, 따라서 압력전달부재(16)(즉, 로드)가 짧게될 수 있는 구성으로 구현될 수 있다. 그 결과 전술한 바와 같이 로드가 길어짐에 따라 발생되는 공진문제 및 로드 자체가 변형되는 문제는 최대로 억제될 수 있다.
본 제3형태에서 설명한 바와 같은 구성에 적용된 압력전달부재(16)로는, 종래의 압력검출장치의 로드와 유사한 로드형태부재가 적용될 수 있다. 보다 구체적으로, 도11의 예시에서와 같이, 구형부재(16)가 압력전달부재(16)로서 적용될 수 있다.
이와 같이 구성되는 경우, 압력전달부재로서 기능하는 구셩부재(16)에서, 수압용 다이아프램(15)에 접촉하는 구형부재(16)의 일측면과 압력센싱소자(20)(즉, 금속스템(21)의 다이아프램(23))에 접촉하는 구형부재(16)의 타측면 모두는 구면으로 이루어진다.
본 형태에 따르면, 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 및 압력전달부재(16) 사이의 접촉은 안정적인 점접촉으로 설정될 수 있다. 또한 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 및 압력전달부재(16) 사이의 전체 접촉수는 감소될 수 있다.
그 결과 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 및 압력전달부재(16) 사이의 접촉상태 변화는 최소한으로 억제될 수 있고, 각 접촉부에서 안정적인 접촉상태가 확보될 수 있으며, 압력전달 정확도의 저하는 방지될 수 있다.
특히 압력전달부재(16)가 구형부재(16)로 구성되는 경우에서, 상기 압력전달부재로서 기능하는 구형부재(16)는 종래의 로드에 비하여 거의 변형되지 않는다. 그 결과 상기 구형부재(16)와 수압용 다이아프램(15) 및 구형부재(16)와 압력센싱소자(20) 간의 접촉상태는 안정적으로 유지될 수 있다.
상기 구형부재(16)는 완전한 구형태로 이루어지는 것은 아니고, 약간 타원형 의 구형 또는 럭비공(rugby ball)" 형태로 대체될 수 있다. 또한, 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20)에 대한 접촉면이 구면으로 되는 압력전달부재(16)와 같이, 본 발명은 구형부재에만 한정되지 않는다. 예를 들면, 접촉면 모두가 구형면으로 이루어질 수 있지만, 두 구형 접촉면 사이의 중간부는 기둥(pillar) 형태로 이루어질 수 있다.
전술한 파이프부(12) 내에서 연장되는 연성인쇄회로기판(50)의 연장부(654)는 비틀림(twist)하여 나선형으로 이루어지도록 할 수 있다.
또한 상기 파이프부(12)에서 연성인쇄회로기판(20)은 파이프부(20)에 부착되어 고정될 수 있다.
또한 상기 파이프부(12)에 위치된 연성인쇄회로기판(50)에서, 캐패시터(capacitor)와 같이 가벼운 구성요소는 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일면에 장착될 수 있다.
또한 전술한 각 실시예에서, 압력센싱소자(20)는 피검출압력환경에 가깝게 위치되는 파이프부(12)의 팁부에 제공되어, 상기 압력센싱소자(20)의 온도는 쉽게 상승된다.
이를 해결하기 위하여, 압력검출장치에서는 방열부재가 제공되어 방열부재가 압력센싱소자(20)와 접촉될 수 있다. 이러한 실시예에 따르면, 압력센싱소자(20)의 열은 방열부재를 통해 방출되기 때문에, 압력센싱소자(20)의 온도저감은 향상될 수 있다.
이와 같은 방열부재로서, 예를 들면 알루미늄 및 스테이레스 스틸과 같이 뛰 어난 내열성 및 방열성을 갖는 재료로 이루어진 방열부재가 적용될 수 있다. 그리고, 방열부재가 예를 들면 용접 또는 솔더 등에 의하여 금속스템(21) 에 연결되는 방식으로 금속스템(21)에 고정될 수 있다.
요약하면, 본 발명은 다음과 같은 주요 구성부를 갖는다. 즉, 하우징(10), 상기 하우징(10)의 일단부로부터 돌출되는 방식으로 상기 하우징(10)에 제공되는 장방형 파이프부(12), 검출압력에 대응한 신호를 출력하기 위한 압력센싱소자(20)를 포함하며, 검출압력은 파이프부(12)의 팁부로 가해지는 압력검출장치에서, 상기 압력센싱소자(20)는 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 커넥터부(60)는 하우징(10)에 제공되며, 상기 압력센싱소자(20)를 커넥터부(60)로 전기적으로 접속시키기 위한 배선부재(50)는 파이프부(12) 내측에 수용되고, 또한 전술한 바와 같이 연성인쇄회로기판(50)의 벤딩부(653)의 벤딩각도 "θ1"은 90도 이하의 예각으로 설정되며, 다른 구성부들은 적절히 변경될 수 있는 것을 특징으로 하는 것을 주요 구성부로 한다.
전술한 설명에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 압력검출장치는 연소실 내의 압력(실린더 내부압력)을 검출하기 위한 전술의 연소압력센서로서 이용되는 것에 한정되지 않는다.
(제8실시예)
본 발명자는 압력검출장치에서 센서감도를 향상시키기 위하여 압력센싱소자가 압력검출환경에 가깝게 위치되는 구성을 구현하고자 한다.
도26은 본 발명자에 의하여 제조된 원형모델(prototype model)로서 압력검출 장치의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
하우징(10)의 파이프부(12)의 팁부에는 검출압력에 대응한 신호를 출력하기 위한 센싱유닛(831)이 제공된다.
이 경우 상기 센싱유닛(831)은 수압용 다이아프램(15), 금속스템(21), 압력전달부재(16) 및 압력센싱소자(20)로 구성된다. 상기 수압용 다이아프램(15)은 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 검출압력(즉, 검출될 압력)을 제공받는다. 상기 압력전달부재(16)는 금속스템(21)에 제공된다. 상기 검출압력은 수압용 다이아프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 압력센싱소자(20)로 전달된다.
구체적으로, 상기 압력센싱소자(20)는 중공 실린더형태를 갖는 홀딩(holding)부재로서 기능하는 금속스템(21)의 다이아프램(23) 일면에 글라스 접합에 의하여 장착된다. 상기 금속스템(21)에서 그 일단부측은 개방부(22)이고, 타단부측은 다이아프램(23)이다. 상기 압력센싱소자(20)는 스트레인 게이지 기능을 갖는다. 상기 스트레인 게이지 기능은 예들 들면 검출압력에 의하여 발생된 변형에 기초하여 검출압력에 대응한 신호를 출력할 수 있다.
상기 압력전달부재(16)는 금속스템(21)의 중공부에 제공된다. 상기 수압용 다이아프램(15)은 그 다이아프램(15)이 개방부(22)를 커버하는 방식으로 상기 금속스템(21)의 개방부(22)에 고정된다.
그리고 도26의 화살표 "Y"로 나타낸 바와 같이, 검출압력은 수압용 다이아프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 금속스템(21)의 다이아프램(23)으로 가해질 수 있다.
그리고 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)이 압력에 의하여 변형될 경우, 전기신호는 이 변형에 대응하여 압력센싱소자(20)로부터 출력된다.
또한 도26에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(10)의 본체부(11) 내측에는 회로기판(40)이 제공된다. 상기 회로기판(40)의 일면에는 부착에 의하여 IC칩(42)이 고정된다. 상기 IC칩(42)에는 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)로부터 출력신호를 처리하는 회로가 제공된다.
그리고 상기 IC칩(42)은 본딩와이어(44)를 통해 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다. 또한 상기 회로기판(40)은 연성인쇄회로기판(50)을 통해 전술한 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)에 전기적으로 접속된다. 상기 연성인쇄회로기판(50)은 그 연성인쇄회로기판(50)이 파이프부(12)의 길이방향을 따라 연장하는 방식으로 상기 하우징(10)의 파이프부(12) 내측에 배치된다.
이러한 압력검출장치에서, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 압력센싱소자(20)에 대하여 전기적으로 접속되고, 그의 타단부(52)는 회로기판(40) 방향을 따라 파이프부(12) 내측에서 연장된다. 그리고 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 솔더 등을 통해 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다.
또한 상기 하우징(10)에는 단자(61)를 구비한 커넥터 케이스(60)가 회로기판(40)에 대향되는 위치에 제공된다. 상기 커넥터 케이스(60)는 이러한 압력검출장치에서 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)로부터 신호를 유도할 수 있는 접속부로 구성된다.
그리고 상기 커넥터 케이스(60)의 단자(61)는 스프링부재(62)를 통해 스프링 접촉에 의하여 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다. 그 결과 상기 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(2))는 연성인쇄회로기판(50)과 회로기판(40) 모두를 통해 커넥터 케이스(60) 즉 커넥터부(60)에 전기적으로 접속된다.
도26에 나타낸 압력검출장치에 따르면, 이러한 구성은 센싱유닛(831)이 하우징(10)의 일단부에 대응하는 파이프부(12)의 팁부에 제공되도록 적용되기 때문에, 상기 압력전달부재(12)의 길이는 최대로 짧게 이루어질 수 있지만, 이러한 압력전달부재는 일반적으로 전체 파이프부를 걸쳐 연장되게 구성된다.
전술한 바와 같이, 도26에 나타낸 압력검출장치에서, 상기 파이프부(12)의 팁부에 위치된 압력센싱소자(20)로부터 커넥터부(60)로의 전기적 접속은 연성인쇄회로기판(50)에 의하여 구현된다.
이 경우 상기 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)와 연성인쇄회로기판(50) 간의 접속은 와이어본딩 기술에 의한 접합에 의하여 구현됨을 고려할 수 있다. 그러나, 본 발명의 발명자는 와이어본딩 접합 대신에 보다 소형화된 구성을 구현할 수 있도록 와이어본딩 접합보다 필요면적이 작은 플립 칩(flip chip) 접합을 적용하는 것을 고려하였다.
도27a 및 도27b는 도26에 나타낸 원형모델인 압력검출장치에서 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)와 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20) 간의 플립 칩 접합에 대한 구성을 자세히 나타내는 도면이다. 이러한 플립 칩 접합은 전형적인 범프(bump)(832)의 배치를 적용하였다.
도면에서 도27a는 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩되기 전 플립 칩 접합 상태를 나타낸 평면도이다. 도27b는 연성인쇄회로기판(50)이 압력검출장치에 조립된 상태, 즉 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩된 후의 상태하의 플립프롭 칩 접합상태를 나타낸 측면도이다.
도27a는 상방향을부터 바라본 도27b의 상면에 대응하는 평면도이다. 압력센싱소자(20) 아래에 위치된 범프(832)는 숨겨진 라인(hidden line)으로 나타내야 하지만, 설명하기 쉽게 하기 위하여 도27a에서는 실선으로 나타내었다.
연성인쇄회로기판(50)은, 그의 일단부(15)가 솔더 범프(solder bump) 또는 스터드 범프(stud bump)와 같은 범프(832)를 통해 압력센싱소자(20)에 연결되고, 그의 타단부(52)는 파이프부(15)로 삽입된다. 그 결과 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일부분(853)은 도27b에 나타낸 바와 같이 벤딩된다.
그리고 이 경우 센싱유닛(831)에서 범프(832)의 배치면에 전형적인 범프(832)의 배치와 같이, 상기 범프(832)는 압력센싱소자(2))의 일면의 네 코너부에 배치된다. 그러므로, 상기 압력센싱소자(20)는 이들 범프(832)를 통해 플립 칩 접합에 의하여 연성인쇄회로기판(50)에 전기 및 기계적으로 접속된다.
전술한 바와 같이, 압력센싱소자(20) 즉 센싱유닛(831)이 플립플롭 접합에 의하여 연성인쇄회로기판(50)에 연결되는 압력검출장치의 경우, 냉각/가열 사이클이 반복적으로 실행되면, 이들 구성요소들의 열팽창계수의 차이, 특히 실리콘(silicon)으로 이루어진 압력센싱소자에 대한 열팽창계수와 수지로 이루어진 연성인쇄회로기판에 대한 열팽창계수 사이의 차이 때문에, 범프 접합부(bump joint portion)에서 큰 응력이 발생할 수 있다.
또한 센서유닛(831)에 검출된 압력에 의한 압력이 반복적으로 제공되고, 범프(832)들은 이러한 압력에 의하여 저하되어, 상기 범프 접합부에 큰 응력이 발생된다. 그리고 큰 응력을 받는 상기 범프 접합부에서 단선되는 위험성을 갖게 된다.
이러한 문제의 관점에서, 본 발명의 제8실시예에 따른 압력검출장치가 제공된다. 도14는 본 발명의 제8실시예에 따른 압력검출장치(100)의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 단면도이다.
또한 도15a 및 도15b는 도14에 나타낸 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)와 연성인쇄회로기판(50) 간의 플립 칩 접합부를 나타내기 위한 확대도이다. 도15a는 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩되기 전에 플립 칩 접합상태를 나타내는 평면도이다. 도15b는 연성인쇄회로기판(50)이 압력검출장치에 조립된 상태, 즉 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩된 후의 상태에서 플립 칩 접합상태를 나타내는 측면도이다.
도15a는 상방향으로부터 바라본 도15b의 상면에 대응하는 평면도이다. 압력센싱소자(20) 아래에 위치된 범프(832) 및 더미 범프(dummy dump)(833)는 숨겨진 라인(hidden line)으로 나타내야 하지만, 설명하기 쉽게 하기 위하여 도15a에서는 실선으로 더미 범프(833) 및 범프(832)를 나타내었다. 또한 도15a에서 범프(832)와 더미 범프(833)를 구별하기 위하여 상기 더미 범프(833)는 해칭(hatching)하여 나타내었다.
상기 압력검출장치(100)의 이용은 한정되지 않지만, 본 실시예의 압력검출장치(100)는 연소압력센서로 적용될 수 있다.
이 경우 상기 연소압력센서는, 하우징(10)의 파이프부(12)가 예를 들면 스크 류 결합 방식에 의하여 자동차의 엔진블럭에 형성된 장착공에 장착되고, 연소실 내의 압력(즉, 실린더 내부압력)은 검출압력으로서 검출되는 센서이다.
본 실시예에 따른 압력검출장치(100)는 크게 하우징(10), 상기 하우징(10)에 제공되고 검출압력에 대응한 신호를 출력하는 센싱유닛(831), 상기 하우징(10)에 제공되고 센싱유닛(831)으로부터 신호를 유도하는 커넥터 케이스(60)인 커넥터 유닛, 및 상기 하우징(10)에 수용되고 상기 커넥터 유닛에 센싱유닛(831)을 전기적으로 접속하기 위한 연성인쇄회로기판(50)을 포함하여 구성된다.
상기 하우징(10)은 원통형 본체부(11) 및 파이프부(12)로 구성된다. 장방형 원통형태로 형성되는 파이프부(12)는 본체부(11)보다 좁게 이루어진다.
상기 본체부(11) 및 파이프부(12)는 절삭, 냉간단조 등을 통해 가공되는 스테인레스와 같은 금속재로 이루어진다. 본 실시예에서, 상기 파이프부(12)는 원통형 파이프형태로 이루어지지만, 상기 파이프부(12)는 사각 파이프형태로 이루어질 수 있다.
상기 하우징(10)에 있어, 본체부(11) 및 파이프부(12)는 일체로 형성될 수 있다. 또한, 상기 본체(11) 및 파이프부(12)는 서로 별개로 형성되고, 이후 용접, 접착, 압입 끼워맞춤, 스크류 결합, 코오킹(caulking) 등을 통해 서로 결합되어 일체로 형성될 수 있다.
또한 상기 하우징(10)에서 파이프부(12)의 외주면에는 스크류부(13)가 형성된다. 상기 스크류부(13)는 피검출체인 전술한 엔진블럭에 스크류 결합될 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예의 압력검출장치(100)는 하우징(10)에 장방형으 로 이루어진 파이프부(12)가 제공되고, 파이프부(12)는 하우징(10)의 일단측으로부터 돌출되는 방식으로 구성된다.
이 경우 상기 하우징(10)의 파이프부(12)는 장착공으로 삽입되고, 스크류부(13)를 통해 장착된다. 상기 장착공은 스크류홀로서 엔진블럭에 형성된다. 그 결과 상기 압력검출장치(100)는 엔진블럭에 장착된다.
그런 다음, 상기 압력검출장치(100)가 엔진블럭에 장착된 상태에서, 검출압력인 연소실 내의 압력(즉, 실린더 내부압력)은 도14, 도15a 및 도15b의 화살표 "Y"로 나타낸 바와 같이 파이프부(12)의 팁부(tip portion)으로부터 가해진다.
또한 상기 압력검출장치(100)에는 검출압력에 대응한 신호를 출력하기 위한 센싱유닛(831)이 하우징(10)의 일단부, 즉 파이프부(12)의 팁부에 제공된다.
이 경우 상기 센싱유닛(831)은 수압용 다이아프램(15), 금속스템(21), 압력전달부재(16) 및 압력센싱소자(20)로 구성된다. 상기 수압용 다이아프램(15)은 파이프부(12)의 팁부에 제공되고, 검출압력(즉, 검출될 압력)을 제공받는다. 상기 압력전달부재(16)는 금속스템(21)에 제공된다. 상기 검출압력은 수압용 다이아프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 압력센싱소자(20)로 전달된다.
구체적으로, 상기 압력센싱소자(20)는 중공 실린더형태를 갖는 홀딩(holding)부재로서 기능하는 금속스템(21)의 다이아프램(23) 일면에 글라스 접합(glass joint)에 의하여 장착된다. 상기 금속스템(21)에서 그 일단부측은 개방부(22)이고, 타단부측은 다이아프램(23)이다.
이러한 압력검출장치(100)에서, 상기 압력센싱소자(20)는 스트레인 게이지 기능을 갖는다. 상기 스트레인 게이지 기능은 예들 들면 검출압력에 의하여 발생된 변형에 기초하여 검출압력에 대응한 신호를 출력할 수 있다.
상기 금속스템(21)은 중공 원통형태를 갖도록 가공된 금속부재이다. 상기 개방부(22)의 개방단부에는 플랜지(flange)(24)가 형성되고, 상기 플랜지(24)는 그의 주연면과 직교되는 방향을 따라 돌출된다. 이와 같은 본 실시예에서, 상기 금속스템(21)의 중공부는 실린더 형태로 이루어지지만, 이에 한정되지 않고 사각 실린더 형태로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 금속스템(21)은 그 금속스템(21)의 다이아프램 측 부분(23)이 파이프부(12)의 내부를 향하고, 그의 개방부측 부분(22)이 연소실(202)을 향하는 방식으로 파이프부(12)로 삽입된다. 그리고, 상기 금속스템(21)의 플랜지(24)는 접착, 용접 또는 압접(pressure weliding)을 통해 파이프부(12)의 팁부의 개방단부에 고정된다.
본 실시예의 압력검출장치(100)에서, 도14, 도15a 및 도15b에 나타낸 바와 같이, 상기 다이아프램(15)은 그 다이아프램(15)이 금속스템(21)의 개방부(22)를 커버하는 방식으로 상기 하우징(10)의 파이프부(12)의 팁부에 제공된다.
이하 본 실시예 및 후술되는 각 실시예들에서 상기 다이아프램(15)이 전술한 금속스템(21)의 다이아프램(23)과 구별되기 위하여 "수압용 다이아프램(pressure-receiving-purpose diaphragm)(15)"으로 칭한다.
이 경우, 상기 수압용 다이아프램(15)은 예를 들면 스테인레스로부터 디스크 형태로 이루어진다. 상기 수압용 다이아프램(15)의 주연부는 용접에 의하여 금속스 템(21)의 플랜지(24)에 접합되어 상기 플랜지(24)에 고정된다. 그 결과 상기 수압용 다이아프램(15)은 금속스템(21)과 일체로 형성된다.
그리고 상기 수압용 다이아프램(15)은 도15의 화살표 방향으로 나타낸 바와 같이 검출압력을 제공받는다. 구체적으로, 상기 수압용 다이아프램(15)은 연소압력(실린더 내부압력)을 제공받도록 설정되고, 압력검출장치(100)가 엔진블럭에 장착된 상태하에서 연소실을 향한다.
또한 도14, 도15a 및 도15b에 나타낸 바와 같이, 상기 압력검출장치(100)에서, 압력전달부재(16)는 금속스템(21)의 중공부에 제공된다. 다시 말해서, 상기 압력전달부재(16)는 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 사이에 개재된다. 상기 압력전달부재(16)는 예를 들면 금속, 세라믹 등으로 이루어진다.
이 경우 상기 압력전달부재(16)의 알단부는 그 압력전달부재(16)가 다이아프램(15)으로 하중을 가하는 상태하에서 금속스템(21)의 다이아프램(23)과 접촉한다. 상기 압력전달부재(16)의 타단부는 그 타단부가 다이아프램(15)으로 하중을 가하는 상태하에서 수압용 다이아프램(15)과 접촉한다.
그 결과 전술한 바와 같이, 상기 압력전달부재(16)가 그의 선팽창계수에 의하여 축소되고, 연소실 내의 압력이 부압(negative pressure)으로 되는 경우라도, 상기 압력전달부재(16)와 두 다이아프램(15, 23) 간의 접촉은 안정적으로 확보될 수 있다.
도14, 도15a 및 도15b에 나타낸 바와 같이, 상기 압력전달부재(16)는 구형부재로 이루어지지만, 상기 압력전달부재(15)의 형태는 상기 압력검출장치(100)에서 구형으로만 한정되지 않는다.
그리고 검출압력은 수압용 다이아프램(15)으로 제공되고, 이 수압용 다이아프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 금속스템(21)의 다이아프램(23) 및 압력센싱소자(20) 모두로 가해진다.
또한 전술한 본 실시예의 압력센싱소자(20)로 한정되지 않지만, 스트레인 기능을 갖는 압력센싱소자(20)가 압력센싱소자로서 적용될 수 있다. 즉, 상기 압력센싱소자에서, 예를 들면 반도체 공정에 의하여 실리콘 반도체 칩에 대하여 확산저항소자로 구성된 브리지회로가 형성된다.
이러한 스트레인 게이지 기능을 갖는 반도체 칩은 다음의 기능을 구비할 수 있다. 즉 금속스템(21)의 다이아프램(23)이 압력에 의하여 변형될 경우, 이러한 변형에 대응하여 스트레인 게이지(30) 자체가 변형되기 때문에, 이러한 변형에 의하여 발생된 저항치변화가 전기신호로 변환된 후 이 전기신호가 출력되는 기능을 갖는다.
상기 금속스템(21)의 다이아프램(23) 및 압력센싱소자(20)는 검출압력에 의하여 발생된 하중을 받음으로써 변형되는 스트레인부로서 구성되고, 이들 스트레인부는 압력검출장치(100)의 기본성능을 좌우할 수 있다.
이 경우 상기 금속스템(21)을 구성하는 금속재에 있어, 이들 금속재는 높은 압력을 받기 때문에 고강도의 금속재가 요구되고, Si 반도체 등으로 이루어진 압력센싱소자(20)가 저 융점 글라스(low melting glass)에 의하여 금속스템(21)에 접합되기 때문에 낮은 열팽창계수의 금속재가 요구된다.
구체적으로 살펴보면, 상기 금속스템(21)으로서 Fe, Ni, Co 또는 Fe, Ni이 주요 재료로서 적용되고, 석출강화재(precipation emphasizing material)로서 Ti, Nb, Al 또는 Ti, Nb이 선택적으로 부가될 수 있다. 예를 들면, 석출경화형(precipatin hardening type) 스테인레스 스틸이 선택될 수 있다. 상기 금속스템(21)은 프레스, 절삭 및 냉간가공을 통해 형성될 수 있다.
또한 도14에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 압력검출장치(100)에서는 세라믹기판 등으로 제조되는 회로기판(40)은 하우징(10)의 메인 본체(11) 내측에 제공된다.
상기 회로기판(40)은 메인 본체(11)에 대한 경계부에서 파이프부(12)의 개방부를 커버하도록 제공된다. 상기 회로기판(40)의 주연부는 예를 들면 접착 등에 의해 하우징(10)에 고정된다.
상기 회로기판(40)의 일면에는 IC 칩(42)이 부착되어 장착된다. 상기 회로기판의 일면은 파이프부(12)의 개방부에 대향하여 위치된다. 이러한 IC칩(42)에는 상기 압력센싱소자(20)로부터 출력신호를 증폭하고 조정하는 회로가 형성된다.
그리고, 상기 IC칩(42)은 알루미늄(A1)이나 금(gold)으로 이루어진 본딩와이어(boing wire)(44)를 이용하여 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다.
또한 도14, 도15a 및 도15b에 나타낸 바와 같이, 본 실시예의 압력검출장치(100)에서, 상기 회로기판(40)은 배선부재인 연성인쇄회로기판(50)를 이용하여 전술한 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)에 전기적으로 접속된다.
상기 연성인쇄회로기판(50)으로서는, 예를 들면 폴리이미드(polyimide) 수지 등의 베이스(base)에 구리(Cu)와 같은 도체를 패턴닝(patterning)함으로써 제조된 일반적인 용도의 인쇄회로기판이 채용될 수 있다. 도14에 나타낸 바와 같이, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 파이프부(12)의 길이방향을 따라 연장되도록 하우징(10)의 파이프부(12) 내측에 배치된다.
도15a 및 도15b에 나타낸 바와 같은 예시에서, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 플립 칩 접합에 의하여 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)에 대하여 복수개의 범프(832)를 통해 전기 및 기계적으로 접합된다.
상기 범프(832)로서는, 금과 같은 솔더 범프, 스터드 범프가 적용될 수 있다. 구체적으로 도면에는 나타나 있지 않지만, 상기 압력센싱소자(20)의 표면에 형성된 패드(pad)는 범프(832)를 통해 이 연성인쇄회로기판(50)의 표면에 형성된 패드와 같은 도체부에 접속된다.
이 경우 본 실시예에서는, 상기 압력센싱소자(20)는 센싱유닛(831)의 범프(832)에 대한 접속부이다. 상기 연성인쇄회로기판(50)에 대향하게 위치되는 압력센싱소자(20)의 표면은 센싱유닛(831)의 범프(832)의 배치면을 구성한다.
그리고 도15a에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에서는 전형적인 범프 배치와 유사하게(도27a 참조), 상기 범프(832)는 배치면 즉 압력센싱소자(20)의 표면의 네 코너부에 배치된다.
또한 도15a 및 도15b에 나타낸 바와 같이, 제1실시예의 압력검출장치(100)에서는, 더미 범프(833)가 센싱유닛(831) 즉 압력센싱소자(20)와 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51) 사이의 범프(832) 부근에 제공된다. 상기 더미 범프(833)는 범 프(832)로 가해지는 응력을 완화시키기 위하여 이용된다.
이러한 더미 범프(833)로서는, 상기 연성인쇄회로기판(50)에 압력센싱소자(20)를 플립 접합하기 위하여 적용되는 전술한 범프(832)와 유사하게 솔더 범프, 스터드 범프 등으로 구성된 범프가 적용될 수 있다.
그리고 상기 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)는 더미 범프(833)를 통해 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에 기계적으로 연결된다. 상기 더미 범프(833)는 압력센싱소자(20)를 연성인쇄회로기판(50)에 전기적으로 접속시키지 않을 수 있다.
그리고 도14에 나타낸 바와 같이, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 그의 일단부(51)로부터 벤딩되고, 이 벤딩된 부분인 벤딩부(653)보다 타단부(52) 측에 위치된 연성인쇄회로기판(50) 부위는 회로기판(40) 방향을 따라 파이프부(12) 내측으로 연장된다. 전술한 일단부(51)는 압력센싱소자(20)로의 연성인쇄회로기판(50)의 접합부이다.
한편 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52) 측의 부위는 하우징(10)의 메인 본체(11)에 위치된다. 그리고, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 회로기판(40)에 제공된 관통공(46)을 통해 IC칩(42)이 장착되는 면에 반대되는 면의 회로기판(40)에 제공된다.
그리고 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 솔더 등에 의하여 IC칩(42)의 장착면에 반대되게 위치된 회로기판(40) 면에 전기적으로 접속된다.
또한 본 실시예의 압력검출장치(100)에서는, 도14에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(10)에서, 상기 연성인쇄회로기판(50)에 대하여 회로기판(40)의 연결면과 대 향하는 위치에 단자(61)를 갖는 커넥터 케이스(60)가 제공된다.
상기 커넥터 케이스(60)는 PPS(polyphenylene sulfide)와 같은 수지로 이루어진다. 상기 단자(61)는 인서트 몰딩 등을 통해 케이스 커넥터(60)와 일체로 형성 된다. 상기 커넥터 케이스(60)는 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)로부터 신호를 유도할 수 있는 커넥터부로 구성된다.
그리고 상기 커넥터 케이스(60)의 단자(61)는 스프링부재(62)를 통해 스프링 접촉에 의하여 회로기판(40)에 전기적으로 접속된다. 그 결과 상기 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)는 연성인쇄회로기판(50) 및 회로기판(40) 모두를 통해 커넥터 케이스(60)에 전기적으로 접속된다.
또한 도14에 나타낸 바와 같이, 상기 하우징(10)의 메인 본체(11)의 단부(14)가 커넥터 케이스(60)에 코오킹되기 때문에, 상기 커넥터 케이스(60)는 하우징(10)와 일체형태로 고정된다.
그리고 상기 커넥커부(60)의 단자(61)는 배선부재(미도시)를 통해 자동차의 ECU 등에 전기적으로 접속될 수 있다. 따라서 상기 압력검출장치(100)는 외부유닛에 대하여 신호를 전달하거나 전달받을 수 있다.
전술한 구성을 갖는 압력검출장치(100)의 제조방법을 설명한다.
먼저 압력전달부재(16)는 금속스템(21)과 수압용 다이아프램(15) 사이에 개재된다. 구체적으로, 상기 압력전달부재(16)는 금속스템(21)의 중공부로 삽입된 다음, 상기 수압용 다이아프램(15)은 금속스템(21)의 개방부(22)를 커버하도록 장착된다.
다음으로, 상기 다이아프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 금속스템(21)의 다이아프램(15)으로 하중이 가해지는 상태하에서, 상기 수압용 다이아프램(15)은 용접된다. 그 결과 상기 수압용 다이아프램(15)은 금속스템(21)과 일체로 연결된다.
다시 말해서, 상기 압력전달부재(16)가 두 금속스템(21)과 수압용 다이아프램(15)에 의하여 개재되는 방향을 따라 하중이 가해지는 상태를 유지하면서, 상기 수압용 다이아프램(15)의 전체 주연부는 레이저 용접방법을 통해 플랜지(24)에 용접된다.
전술한 바와 같이 상기 수압용 다이아프램(15)이 금속스템(21)에 일체로 연결되도록 상기 수압용 다이아프램(15)이 용접된 후, 상기 압력센싱소자(20)는 금속스템(21)에 장착된다.
구체적으로, 상기 압력센싱소자(20)는 저융점 글라스(미도시)를 개재하면서 금속스템(21)의 다이아프램(23) 외면에 장착된다. 그리고 상기 저융점 글라스는 소결되어 상기 압력센싱소자(20)는 금속스템(21)에 글라스 접합된다.
다음으로 상기 압력전달부재(16), 금속스템(21), 압력센싱소자(20) 및 수압용 다이아프램(15)이 일체형태로 조립된 유닛, 즉 센싱유닛(831)에서, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 범프(832)를 통해 플립 칩 접합 방법으로 압력센싱소자(20)에 접합된다.
여기에서 상기 범프(832)는 압력센싱소자(20)의 표면에 미리 형성되고, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 범프(832)에 형성된 압력센싱소자(20)에 접 촉된 다음, 솔더 리플로어(solder reflow) 및 압착방법으로 범프(832)를 통해 접속이 이루어진다.
다음으로 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52) 측 부위는 하우징(10)의 파이프부(12)의 팁부로 삽입된 다음, 하우징(10)의 메인 본체부(11)의 내부로 인출된다.
구체적으로, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 타단부(52)는 회로기판(40)의 관통공(46)을 관통하고, 솔더 등에 의하여 회로기판(40)에 연결된다. 상기 회로기판(40)에는 와이어 본딩에 의하여 IC칩(42)이 장착된다.
다음으로 상기 회로기판(40)은 하우징(10)의 메인 본체부(11)에 접합되어 그 메인 본체부(11)에 고정된다. 이후 커넥터 케이스(60)는 하우징(10)의 메인 본체부(11)에 조립되고, 상기 하우징(10)의 단부(14)가 코오킹되기 때문에 상기 커넥터 케이스(60)는 하우징(10)에 고정된다.
상기 커넥터 케이스(60)가 하우징(10)에 조립될 경우, 단자(61)와 회로기판(40)이 전기적으로 접속되도록 상기 단자(61)는 스프링 접촉방식으로 스프링부재(62)를 통해 회로기판(40)에 접촉된다. 그 결과 도14에 나타낸 압력검출장치(100)는 전술한 방식에 따라 완성된다.
상기 완성된 압력검출장치(100)는 피검출체인 엔진블럭에 형성된 스크류부(13)를 통해 스크류홀에 장착되기 때문에, 상기 압력검출장치(100)는 엔진블럭(200)에 연결 고정될 수 있다.
그리고 상기 연소실 내의 압력(즉, 실린더 내부압력)이 도14, 도15a 및 도 15b에 화살표 "Y"로 나타낸 바와 같이 압력전달부재(16)를 통해 수압용 다이아프램(15)으로부터 금속스템(21)의 다이아프램(23)으로 가해질 경우, 금속스템(21)의 다이아프램(23)은 가해지는 압력에 의하여 변형되고, 이후 이러한 변형은 압력센싱소자(20)에 의하여 전기신호로 변환되어 압력을 검출한다.
그리고 상기 압력유닛(831)의 압력센싱소자(20)로부터 유도된 전기신호는 연성인쇄회로기판(50)을 통해 회로기판(40)으로 전달되고, 예를 들면 IC칩(42)에 의하여 처리된다. 처리된 신호는 단자(61)로부터 외부유닛으로 출력된다.
전술한 제조방법에서, 수압용 다이아프램(15)이 용접된 후, 수압용 다이아프램(15), 압력전달부재(16), 및 금속스템(21)이 일체로 구성되도록 상기 압력센싱소자(20)는 금속스템(21)에 장착된다. 또한 상기 압력센싱소자(20)가 금속스템(21)에 장착된 후, 상기 수압용 다이아프램(15), 압력전달부재(16) 및 금속스템(21)은 일체로 형성될 수 있다.
그러나 전술한 제조방법에서 설명된 바와 같이 다음의 제조방법이 적용되는 것도 바람직하다. 즉, 수압용 다이아프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 금속스템(21)으로 하중이 가해지는 상태에서 상기 금속스템(21)과 수압용 다이아프램(15) 사이에 압력전달부재(16)를 개재하고, 상기 수압용 다이아프램(15)이 용접된 후, 상기 압력센싱소자(20)가 금속스템(21)에 장착된다.
이러한 이유는 다음과 같다. 즉 압력센싱소자(20)가 글라스 접합에 의하여 금속스템(21)에 장착된 후, 상기 수압용 다이아프램(15)이 금속스템(21)에 용접되는 방법에서는 아래와 같은 문제점이 발생한다.
첫번째 문제로서, 압력전달부재(16)의 길이가 짧아져 압력센싱소자(20)와 수압용 다이아프램(15)의 용접부 사이의 거리가 감소되기 때문에, 용접열에 의하여 발생되는 악영향이 커지게 된다. 그 결과 상기 수압용 다이아프램(15)의 용접열은 압력센싱소자(20)의 금속스템(21)에 열절손상을 발생시킬 수 있다.
두번째 문제로서, 상기 압력센싱소자(20)가 금속스템(21)에 부착된 후, 상기 압력전달부재(16)로부터 금속스템(21)의 다이아프램(23)을 통해 압력센싱소자(20)로 하중이 가해지는 상태에서, 상기 수압용 다이아프램(25)은 용접방법으로 고정된다. 그 결과 이 때 작용되는 하중은 수압용 다이아프램(15)이 용접된 후에도 압력센싱소자(20)에 남게 된다. 따라서 잔존하는 하중은 출력의 오프셋(offset)이 발생할 수 있다.
이에 대하여 바람직한 제조방법에 따르면, 압력센싱소자(20)가 금속스템(21)에 장착되지 전, 수압용 다이아프램(15)으로부터 압력전달부재(16)를 통해 하중이 가해지고, 상기 수압용 다이아프램(15)은 금속스템(21)에 용접된다.
그 결과 하중이 작용되면서 수압용 다이아프램(15)이 용접될 경우, 상기 압력센싱소자(20)는 금속스템(21)에 장착되지 않아 존재하지 않는다. 따라서 상기 수압용 다이아프램(15)을 용접함에 의해 압력센싱소자(20)로의 열적손상 및 하중 작용 문제는 발생하지 않는다. 이러한 이유에 근거하여 전술한 제조방법이 바람직하다.
한편 본 실시예에 따르면, 하우징(10), 상기 하우징(10)에 제공되며 검출압력에 대응한 신호를 출력하는 센싱유닛(831), 및 상기 하우징(10)에 제공되며 센싱 유닛(831)으로부터 신호를 유도하는 커넥커부(60)를 포함하는 압력검출장치(100)는 다음과 같은 특징부를 제공할 수 있다.
즉 센싱유닛(831)은 하우징(10), 즉 본 실시예에서는 파이프부(12)의 일단부측에 제공되고, 또한 검출압력은 하우징(10)의 일단부로 가해진다.
상기 센싱유닛(831)을 커넥터부(60)에 전기적으로 접속하기 위한 연성인쇄회로기판(50)은 하우징(10) 내측에 수용된다. 상기 센싱유닛(831)은 플립 칩 접합에 의하여 복수개의 범프(832)를 통해 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에 기계 및 전기적으로 접속된다.
또한, 상기 범프(832)에 가해지는 응력을 완화시키기 위한 더미 범프(833)는 범프(832) 부근에서 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51) 사이에 제공된다.
이러한 특징부를 갖는 상기 압력검출장치(100)에 따르면, 상기 센싱유닛(831)이 압력검출환경 부근에 위치될 수 있기 때문에, 센서감도와 같은 센서특성은 향상될 수 있다.
구체적으로 상기 센서유닛(831)이 압력검출환경 가까이에 위치되기 때문에, 상기 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 사이의 거리는 짧아질 수 있고, 압력전달부재(16)의 길이는 종래기술에 비하여 짧게 이루어질 수 있다. 그 결과 센서특성은 향상될 수 있다.
예를 들면, 압력검출장치(100)가 엔진의 연소압력센서로 적용되는 경우에서, 압력전달부재(16)의 길이가 길게 이루어지는 경우, 상기 압력전달부재(16)의 공진 주파수는 연소 노킹의 진동주파수와 중첩되어, 상기 압력전달부재(16)에서는 공진 현상이 발생할 수 있다. 따라서 센서특성에 문제가 발생할 수 있다. 즉 원래 그 크기가 크지 않는 노킹신호가 압력전달부재(16)의 공진현상에 의하여 제공되는 노이즈에 포함되어, 노킹신호는 측정될 수 없다.
또한 압력전달부재(16)의 길이가 길게 이루어지는 경우에서, 상기 압력전달부재(16) 자체가 쉽게 변형될 수 있기 때문에, 상기 압력전달부재(16)와 수압용 다이아프램(15) 또는 압력전달부재(16)와 압력센싱소자(20) 사이의 접촉상태가 변화된다. 이러한 접촉상태에서의 변화가 발생할 경우, 압력전달특성에서의 정확도는 저하되고, 상기 센서특성에 악영향을 증대시킨다.
이에 대하여 본 실시예의 압력검출장치(100)는 압력검출환경 가까이에 압력센싱소자(20)를 위치시킴으로써 구성되어 압력전달부재(16)가 짧게 이루어질 수 있기 때문에, 압력전달부재(16)가 길게 형성됨으로써 발생되는 공진문제 및 압력전달부재(16)의 변형을 최대로 억제시킬 수 있다. 그러므로 상기 센서특성은 향상될 수 있다.
또한 본 실시예의 압력검출장치(100)에 따르면, 센싱유닛(831)과 이 센싱유닛(831)으로부터 멀리 이격된 커넥터부(60) 사이의 전기접속은 연성인쇄회로기판(50)을 적용함으로써 적절히 구현할 수 있다. 또한 상기 센싱유닛(831)은 플립 칩 접합에 의하여 연성인쇄회로기판(50)에 접합되기 때문에, 압력검출장치(100)를 소형화시킬 수 있는 구성을 구현할 수 있다.
또한 상기 압력검출장치(100)에 따르면, 더미 범프(833)에 의하여 실질적으 로 서로 인접하게 위치되는 범프(832) 사이의 거리가 줄어드는 경우와 같은 동일한 효과를 이룰 수 있다. 그 결과 상기 범프(832) 간의 팽창스트레인(expansion strain)을 감소시킬 수 있다. 또한 상기 범프(832)의 전체 개수가 실질적으로 증가되기 때문에, 1개의 범프(832) 당 스트레인양은 감소될 수 있다.
다시 말해서, 상기 압력검출장치(100)에서, 상기 더미 범프(833)가 제공되는 구성이기 때문에, 상기 범프(832)로 가해지는 응력을 완화시킬 수 있는 응력완화 구성이 구현될 수 있다. 그리고 상기 더미 범프(833)를 이용한 응력완화 구성부가 적용되기 때문에, 상기 더미 범프(833)로 응력이 가해지더라도 가해진 응력은 완화될 수 있다.
따라서 본 실시예에 따르면, 하우징(10)의 일단부에 제공된 센싱유닛(831)이 연성인쇄회로기판(50)에 의하여 하우징(10)에 제공된 커넥터부(60)에 연결되는 압력검출장치(100)에서, 상기 센싱유닛(831)이 플립 칩 접합에 의하여 연성인쇄회로기판(50)에 접합될 경우, 검출압력에 의하여 범프(832)로 응력이 가해지면, 범프 접합부의 단선은 방지될 수 있다.
또한 본 발명의 압력검출장치(100)에서는 다음의 특징부를 구비할 수 있다. 즉, 하우징(10)의 일단부(51)는 장방형의 파이프부(12)로서 구성되고, 센싱유닛(831)은 파이프부(12)의 팁부에 제공되며, 연성인쇄회로기판(50)은 파이프부(12)의 내측에 제공되고, 상기 일단부(51)는 센싱유닛(831)에 접합되고 그 접합부로부터 벤딩되고, 상기 벤딩부(653)보다 타단부(52) 측 부위는 커넥터부(60)에 전기적으로 접속(예를 들면, 회로기판(40)을 통해)되도록 상기 파이프부(12) 내에서 커넥터부 (60)를 따라 연장된다.
전술한 바와 같이, 장방형의 파이프부(12)를 갖는 압력검출장치(100)의 이러한 구성은 연소압력센서 등으로서 적절히 구성될 수 있다.
또한 본 실시예의 압력검출장치(100)의 구성 특징부로는 다음와 같이 구성될 수 있다. 즉, 센싱유닛(831)은 검출압력을 제공받아 변형되는 수압용 다이아프램(15)을 적용함으로써 구성되고, 상기 수압용 다이아프램(15)의 변형에 기초한 신호를 출력하기 위한 압력센싱소자(20)가 구성되며, 상기 압력센싱소자(20)는 센싱유닛(831)의 범프(832)와 접속부를 구성한다.
그러므로 본 실시예의 검출압력장치(100)의 구성 특징부는 다음과 같이 구성될 수 있다. 즉, 압력센싱소자(20)는 검출압력에 의하여 발생된 변형에 기초하여 검출압력에 대응한 신호를 출력하기 위한 스트레인 게이지 기능을 갖는다.
또한 본 실시예의 검출압력장치(100)의 구성 특징부는 다음과 같이 구성될 수 있다. 즉, 압력전달부재(16)는 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 사이에 개재되고, 상기 수압용 다이아프램(15)에 의하여 제공받은 압력을 압력센싱소자(20)로 전달한다.
상기 압력전달부재(16)로서는, 막대형태 부재가 적용될 수 있지만, 상기 압력전달부재(16)로서 예를 들면 구형부재가 적용될 수 있다. 이러한 구성의 경우, 압력전달부재(16)로서 기능하는 구형부재(16)는, 상기 수압용 다이아프램(15)에 접촉하는 그의 일면과 금속스템(21)의 다이아프램(23)에 접촉하는 그의 타면은 구면으로 이루어진다.
그 결과 이들 접촉면 사이의 접촉은 안정적인 점 접촉으로 설정될 수 있다. 또한 수압용 다이아프램(15) 및 금속스템(21)의 다이아프램(23)과 압력전달부재(16) 사이의 전체 접촉수는 감소될 수 있다.
따라서 상기 수압용 다이아프램(15) 및 금속스템(21)의 다이아프램(23)과 압력전달부재(16) 사이의 접촉변화는 최대로 억제될 수 있고, 각 접촉부에서 안정적인 접촉상태를 확보할 수 있으며, 압력전달 정확도의 저하는 방지될 수 있다.
이 경우 압력전달부재(16)로서 기능하는 구형부재는 그의 형태효과로 인하여 종래기술의 막대형태 압력전달부재(16)에 비하여 거의 변형되지 않는다. 그 결과 상기 구형부재와 수압용 다이아프램(15) 및 금속스템(21)의 다이아프램(23) 간의 접촉상태가 안정적으로 유지될 수 있다.
상기 압력전달부재(16)인 구형부재는 도14, 도15a 및 도15b에 나타낸 바와 같이 완전한 구형태로 이루어지는 것은 아니며, 약간 변형된 형태로 대체될 수 있다. 예를 들면, 타원형의 구형 또는 럭비공(rugby ball)" 형태의 구형이 상기 구형부재로서 적용될 수 있다.
또한 수압용 다이아프램(15)과 금속스템(21)의 다이아프램(23)에 대한 접촉면이 구면으로 되는 압력전달부재(16)와 같이, 본 발명은 구형부재로만 한정되지 않는다. 예를 들면, 다이아프램(15, 23)과의 접촉면이 구형면으로 이루어질 수 있지만, 두 구형 접촉면 사이의 중간부는 기둥(pillar) 형태로 이루어질 수 있는 부재가 적용될 수 있다.
전술한 바와 같이 도14, 도15a 및 도15b에 나타낸 실시예에서, 센싱유닛 (831)은 파이프부(12) 팁부에 제공되는 수압용 다이아프램(15)과 금속스템(21) 및 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)에 제공된 압력센싱소자(20)를 포함한다.
본 실시예의 센싱유닛(831)은 도14, 도15a 및 도15b에 나타낸 예시에만 한정되는 것은 아니며, 제공되는 압력에 대응한 신호를 출력할 수 있으면 어떠한 방식의 센싱유닛이 적용될 수 있다.
다음으로 제1실시예에 적용될 수 있는 센싱유닛(831)의 변형예들을 도16 내지 도18에 나타내었다.
도16은 제1변형예의 센싱유닛(831)을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도17은 제2변형예의 센싱유닛(831)을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도18은 제3변형예의 센싱유닛(831)을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 이들 센싱유닛(831)은 아래에 설명될 각 실시예들에 선택적으로 적용될 수 있다.
도16에 나타낸 제1변형예에서, 센싱유닛(831)은 수압용 다이아프램(15), 금속스템(21), 및 압력센싱소자(20)를 포함한다. 상기 압력센싱소자(20)는 전술한 센싱유닛(831)과 유사하게 센싱유닛(831)의 범프(832)와 접속부를 구성한다.
그러나, 상기 제1변형예에서는 수압용 다이아프램(15)과 압력센싱소자(20) 사이에 압력전달부재가 구비되지 않고, 상기 수압용 다이아프램(15)은 금속스템(21)의 다이아프램(23)에 직접 접촉된다.
구체적으로 도16에 나타낸 바와 같이, 상기 압력센싱소자(12) 방향으로 돌출하는 볼록부(15a)가 수압용 다이아프램(15)에 형성되고, 상기 볼록부(15a)의 돌출된 팁부는 금속스템(21)의 다이아프램(23)의 후방면에 접촉한다. 이 경우 상기 수 압용 다이아프램(15)은 예를 들면 디스크 형태로 이루어지고, 상기 볼록부(15a)는 원형 중심에 위치되는 "배꼽(navel)" 과 유사한 형태를 갖는다.
상기 제1변형예의 압력유닛(831)에서는, 수압용 다이아프램(15)으로 가해지는 검출압력은 볼록부(15a)를 통해 금속스템(21)의 다이아프램(23)으로 가해진다. 그리고 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)은 변형되고, 이러한 변형은 압력센싱소자(20)에 의하여 전기신호로 변환되어 압력이 검출된다.
도17에 나타낸 제2변형예는 도16에 나타낸 제1변형예와 유사하게, 볼록부(15a)가 수압용 다이아프램(15)에 제공되고, 상기 수압용 다이아프램(15)이 금속스템의 다이아프램(23)에 직접 접촉되어 압력전달부재는 생략되는 방식으로 센싱유닛(831)이 구성된다.
도16에서, 수압용 다이아프램(15)의 볼록부(15a)는 절삭가공 등을 통해 형성된다. 이에 대하여, 도17에 나타낸 수압용 다이아프램(15)의 볼록부(15a)는 프레스 가공에 의하여 평판형태를 갖는 다이아프램 면을 움푹들어가게 제조하여, 상기 볼록부(15a)는 간단한 방식으로 형성될 수 있다.
도18에 나타낸 제3변형예의 센싱유닛(831)은 금속스템(21)과 압력센싱소자(20)로 구성되고, 다이아프램은 생략된다.
도18에 나타낸 바와 같이, 상기 금속스템(21)의 개방부(22)는 연소실과 같은 검출압력환경에 직접 노출되고, 실린더 내부압력과 같은 검출압력은 금속스템(21)의 다이아프램(23)으로 직접 가해진다.
다시 말해서, 제3변형예의 센싱유닛(831)에서, 검출압력은 금속스템(21)의 다이아프램(23)으로 직접 가해지고, 상기 금속스템(21)의 다이아프램(23)은 검출압력에 의하여 변형된 후, 이러한 변형은 압력센싱소자(20)에 의하여 전기신호로 변환되어 압력이 검출된다.
(제9실시예)
도19a 내지 도19i는 본 발명의 제9실시예에서 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51) 간의 플립 칩 접합부의 평면구성을 개략적으로 나타낸 도면들이다. 이하 전술한 실시예들과의 차이점을 중심으로 설명하며, 동일부분에 대해서는 간략하게 설명한다.
도19a 내지 도19i에서, 압력센싱소자(20) 아래에 위치된 범프(832)는 숨겨진 라인(hidden line)으로 나타내야 하지만, 설명하기 쉽게 하기 위하여 실선으로 나타내었다.
또한 본 실시예의 압력검출장치에서, 아래에 설명한 구성들은 전술한 실시예와 유사하다. 즉 본 실시예의 압력검출장치에서는 하우징(10), 상기 하우징(10)에 제공된 전술한 센싱유닛(831), 상기 하우징(10)에 제공된 전술한 커넥터부(60)를 포함하며, 상기 센싱유닛(831)은 하우징(10)의 일단부에 제공되고, 검출압력은 하우징(10)의 일단부로 가해지며, 연성인쇄회로기판은 상기 하우징(10)에 수용되고, 상기 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)는 플립 칩 접합에 의하여 복수개의 범프(832)를 통해 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에 전기 및 기계적으로 접속된다.
본 실시예의 알력검출장치는, 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 간의 플립 칩 접합부에서 응력완화 구성부로서, 센싱유닛(831)의 범프(832)에대한 배치 면, 즉 압력센싱소자(20)의 표면에 범프(832)의 배치형태에서 특징을 갖는 것을 특징으로 한다.
다시 말해서 본 실시예의 압력검출장치는, 도14에 나타낸 압력검출장치(100)에서, 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 간의 플립 칩 접합 구성이 변형된 것을 특징으로 하며, 다른 구성부들은 도14에 나타낸 것과 유사하다.
도15a에 나타낸 바와 같이, 이들 범프(832)는 범프(832)의 배치면 즉 압력센싱소자(20)의 표면 네 코너부에서 압력센싱소자(20)의 표면에 일반적으로 배치된다.
이에 대하여, 본 실시예에서는 도19a 내지 도19i에 나타낸 바와 같이 각각의 예시로서 적용될 수 있다.
도19a 내지 도19f에 나타낸 예시들에서는, 사각 디스크 형태를 갖는 압력센싱소자(20)의 표면, 즉 범프(832)의 배치면에 모든 범프(832)가 대향하는 양변의 일측으로부터 타측으로 1열로 배열된다.
도19g 내지 도19h에 나타낸 예시들에서는, 사각 디스크 형태를 갖는 압력센싱소자(20)의 표면, 즉 범프(832)의 배치면에 모든 범프(832)가 대각선상으로 1열로 배열된다.
도19i에 나타낸 예시에서는, 사각 디스크 형태를 갖는 압력센싱소자(20)의 표면, 즉 범프(832)의 배치면에 종래기술에서 설명한 바와 같은 외주연부 대신에, 그의 중앙부에 모든 범프(832)가 배치된다.
전술한 바와 같이, 이러한 본 실시예의 압력검출장치는 센싱유닛(831)의 범 프(832)의 배치면, 즉 압력센싱소자(20)의 표면에, 모든 범프(832)가 그 배치면의 일단부로부터 타단부로 1열로 배열되거나, 배치면 중앙부에 배치된다.
본 실시예에 따르면, 인접하는 범프(832) 간의 거리는 종래 범프의 배치구성(도27a 내지 도27b 참조)의 거리 보다 짧게 이루어질 수 있고, 범프(832) 간의 팽창스트레인은 감소될 수 있다. 다시 말해서, 본 실시예에서는 범프(832) 간의 거리를 감소시킬 수 있는 한 형태의 범프(832)를 제공할 수 있다.
그 결과 본 발명에 따르면, 하우징(10)의 일단부에 제공되는 센싱유닛(831)이 연성인쇄회로기판(50)에 의하여 하우징(10)의 일단부에 제공되는 압려검출장치에서, 상기 센싱유닛(831)이 플립 칩 접합에 의하여 연성인쇄회로기판(50)에 접합될 경우, 검출압력 및 냉각/가열 사이클에 의하여 범프(832)에 응력이 작용되더라도, 범프 접합부의 단선은 방지될 수 있다.
또한 전술한 실시예들에 나타낸 각각의 특징부를 갖는 압력검출장치는 본 실시예에 부가적으로 제공될 수 있다.
(제10실시예)
도20은 본 발명의 제10실시예에 따라 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51) 사이에 플립 칩 접합의 평면구성을 개략적으로 나타낸 도면이다. 이하 전술한 실시예들과의 차이점을 중심으로 설명하며, 동일부분에 대해서는 간략하게 설명한다.
또한 본 실시예의 압력검출장치에서, 아래에 설명한 구성들은 전술한 실시예와 유사하다. 즉 본 실시예의 압력검출장치에서는 하우징(10), 상기 하우징(10)에 제공된 전술한 센싱유닛(831), 상기 하우징(10)에 제공된 전술한 커넥터부(60)를 포함하며, 상기 센싱유닛(831)은 하우징(10)의 일단부에 제공되고, 검출압력은 하우징(10)의 일단부로 가해지며, 연성인쇄회로기판은 상기 하우징(10) 내측에 수용되고, 상기 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)는 플립 칩 접합에 의하여 복수개의 범프(832)를 통해 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에 전기 및 기계적으로 접속된다.
본 실시예의 알력검출장치는, 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 간의 플립 칩 접합부에서의 응력완화 구성부로서, 아래에서 설명할 간섭부재(970)가 적용된다.
다시 말해서, 본 실시예의 압력검출장치는, 도14에 나타낸 압력검출장치(100)에서, 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 간의 플립 칩 접합 구성이 변형된 것을 특징으로 하며, 다른 구성부들은 도14에 나타낸 것과 유사하다.
도20에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따르면, 상기 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 간의 열팽창계수의 차이에 의해 발생되는 응력을 완화시킬 수 있는 간섭부재(970)가 연성인쇄회로기판(50)에 제공되는 것을 특징으로 하는 압력검출장치를 제공한다.
도20에 나타낸 예시에서, 상기 간섭부재(970)는 기판(board)이다. 상기 기판(970)의 열팽창계수는 센싱유닛(831)의 범프(832)에 대한 접속부(30)의 열팽창계수, 즉 압력센싱소자(20)의 열팽창계수와 동일하다. 또는 상기 기판(970)의 열팽창계수는 압력센싱소자(20)와 연성인쇄회로기판(50) 간의 매개계수값(intermediate coefficient value)과 동일하다.
그리고 간섭부재인 상기 기판(970)은 범프(832) 및 연성인쇄회로기판(50) 사이에 개재되어 고정된다.
예로서, 범프(832)는 기판(970)에 전기 및 기계적으로 접합되고, 상기 기판(970)은 도전성 접착재 또는 솔더(미도시)를 통해 연성인쇄회로기판(50)에 전기 및 기계적으로 접합된다. 그 결과 상기 압력센싱소자(20)와 연성인쇄회로기판(50) 간의 전기 전도될 수 있다.
통상적으로 상기 압력센싱소자(20)는 실리콘으로 이루어지고, 상기 연성인쇄회로기판(50)은 폴리이미드(polyimide)로 이루어지기 때문에, 전술한 열팽창계수 특성을 갖는 기판(970)으로서, 예를 들면 열팽창계수가 실리콘과 거의 동일하거나 실리콘과 폴리이미드의 열팽창계수 사이의 중간 열팽창계수를 갖는 기판이 적용될 수 있다.
이에 한정되지 않지만 구체적으로, 본 실시예에서는 예를 들면 알루미나(alumina) 및 실리카(silica) 등의 세라믹으로 이루어진 기판이 간섭부재인 기판(970)으로서 적용될 수 있다.
상기 기판(970)이 간섭부재로서 적용될 경우, 범프 접합부에서 인접하는 부분들 간의 열팽창계수의 차이는 감소될 수 있다. 따라서 범프 접합부에서 냉각/가열 사이클에 의하여 발생되는 응력은 간섭부재인 기판(970)에 의하여 완화될 수 있고, 1개 범프(832) 당(per) 스트레인양은 상기 기판(970)에 의하여 감소될 수 있다.
따라서 본 실시예에 따르면, 하우징(10)의 일단부에 제공된 센싱유닛(831)이 연성인쇄회로기판(50)에 의하여 하우징(10)에 제공된 커넥터부(60)에 접속되는 압력검출장치(100)에서, 상기 센싱유닛(831)이 플립 칩 접합에 의하여 연성인쇄회로기판(50)에 접합될 경우, 검출압력 및 냉각/가열 사이클에 의하여 범프(832)로 응력이 작용되더라도 상기 범프 접합부의 단선은 방지될 수 있다.
여기에서, 본 실시예에서 상기 연성인쇄회로기판(50)에 제공된 간섭부재로서, 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 간의 열팽창계수 차이에 의하여 발생되는 응력을 완화시킬 수 있는 간섭부재가 이용될 경우, 어떠한 방식의 간섭부재가 적용될 수 있으며, 따라서 본 발명은 도20에 나타낸 기판(970)으로만 한정되지 않는다.
다음으로 본 실시예에 적용될 수 있는 간섭부재의 다른 예는 도21 및 도22에 나타내었다.
도21은 본 실시예의 제1변형예인 간섭부재(971)가 적용된 플립 칩 접합부의 측면 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도21에 나타낸 제1변형예의 간섭부재(971)는 복수개의 범프(832)가 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 사이에 적층도는 방식으로 배치된다. 도21에서는, 3개의 범프(832)가 적층되고, 적층체(971)는 간섭부재(971)로서 구성된다.
상기 범프(832)의 적층체(832)가 간섭부재(971)로서 적용될 경우, 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 사이의 거리는 멀게 이루어질 수 있어, 응력에 의해 발생되는 스트레인에 대한 허용도(tolerance)는 향상될 수 있다. 그 결과 1개의 범 프 당 스트레인양은 감소될 수 있다.
도22는 본 실시예의 제2변형예인 간섭부재(972)가 적용된 플립 칩 접합부의 측면 구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도22에 나타낸 제2변형예의 간섭부재(972)는 센싱유닛(831)의 범프(832)에 대한 커넥터부(30), 즉 압력센싱소자(20)의 재료와 동일재료로 이루어진 더미기판(dummy board)(972)에 상응한다. 구체적으로 한정하는 것은 아니지만, 상기 압력센싱소자(20)는 통상적으로 실리콘 반도체로 이루어지기 때문에, 상기 더미기판(972)은 실리콘 반도체 기판으로 이루어질 수 있다.
그리고 상기 더미기판(972)은 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)가 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에 접속되는 면의 반대되는 면에 제공되고, 범프(832)를 통해 접합된다.
제2변형예에 따르면, 상기 연성인쇄회로기판(50)이 센싱유닛(831)의 범프(832)에 대하여 접속부에 상응하는 압력센싱소자(20)와, 동일 재료로 이루어진 상기 더미기판(972)에 의하여 개재되기 때문에, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 변형은 방지될 수 있다. 따라서 1개의 범프(832) 당 스트레인양은 감소될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도21 및 도22에 나타낸 제1변형예 및 제2변형예에서, 전술한 본 발명의 작용 및 효과가 이루어질 수 있다. 또한 전술한 설명 이외에도, 본 실시예에서는 전술한 실시예에서 나타낸 각 특징부를 갖는 압력검출장치가 제공될 수 있다.
(제11실시예)
도23은 본 발명의 제11실시예에 따른 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)의 평면구성을 개략적으로 나타낸 도면으로, 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩되기 전을 나타낸 도면이다. 이하 본 실시예에서의 설명에서는 전술한 실시예들과의 차이점을 중심으로 설명하며, 동일부분에 대해서는 간략하게 설명한다.
또한 본 실시예의 압력검출장치에서, 아래에 설명할 구성들은 전술한 실시예와 유사하다. 즉 본 실시예의 압력검출장치에서는 하우징(10), 상기 하우징(10)에 제공된 전술한 센싱유닛(831), 상기 하우징(10)에 제공된 전술한 커넥터부(60)를 포함하며, 상기 센싱유닛(831)은 하우징(10)의 일단부에 제공되고, 검출압력은 하우징(10)의 일단부로 가해지며, 연성인쇄회로기판은 상기 하우징(10) 내측에 수용되고, 상기 센싱유닛(831)의 압력센싱소자(20)는 플립 칩 접합에 의하여 복수개의 범프(832)를 통해 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에 전기 및 기계적으로 접속된다.
본 실시예의 알력검출장치는, 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 간의 플립 칩 접합부에서의 응력완화구성으로서, 아래에서 설명할 연성인쇄회로기판(50)의 노치(notch) 구성이 적용된다.
다시 말해서, 본 실시예의 압력검출장치는, 도14에 나타낸 압력검출장치(100)에서, 센싱유닛(831)과 연성인쇄회로기판(50) 간의 플립 칩 접합 구성이 변형된 것을 특징으로 하며, 다른 구성부들은 도14에 나타낸 것과 유사하다.
본 실시예에서는 도23에 나타낸 바와 같이, 다음의 특징부를 갖는 압력검출 장치가 제공될 수 있다. 즉 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에는, 범프(832)가 접속되는 각 부분에 상응하는 패드(pad)(854) 중에 노치(855)가 형성되어, 상기 각 패드(854)는 독립되게 위치변화(display)된다. 이들 노치(855)는 프레스 가공 또는 절삭 공구에 의하여 형성될 수 있다.
따라서 상기 범프(832)가 접속되는 각 패드(854)는 연성인쇄회로기판(50)의 일단부에서 독립되게 위치변화될 수 있어, 응력에 의하여 발생되는 각 범프(832)의 스트레인을 쉽게 회피할 수 있고(escape), 1개의 범프 당 스트레인양은 감소될 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따르면, 하우징(10)의 일단부에 제공되는 센싱유닛(831)이 연성인쇄회로기판(50)에 의하여 하우징(10)의 일단부에 제공되는 커넥터부(60)에 접속되는 압력검출장치(100)에서, 상기 센싱유닛(831)이 플립 칩 접합에 의하여 연성인쇄회로기판(50)에 접합될 경우, 검출압력 및 냉각/가열 사이클에 의하여 범프(832)에 응력이 작용되더라도, 범프 접합부의 단선은 방지될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에 제공된 노치(855)에 대하여, 본 발명은 도23에 나타낸 예시에만 한정되는 것은 아니며, 노치(855)가 경계부로서 이용되면서 각 패드(854)가 독립적으로 위치변화되면 다른 예시들이 적용될 수 있다.
도24a 및 도24b는 본 실시예에 적용될 수 있는 노치(855)에 대한 다른 예시들을 나타낸 평면도이다. 도23에서 나타낸 예시에서 상기 노치(855)는 라인(line) 형태로 나타나 있지만, 도24a 및 도24b에 나타낸 노치(855)와 같이 폭(width)을 구 비할 수 있다.
또한 도23, 도24a 및 도24b에 나타낸 예시들에서, 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 2차원 형태로 형성되고, 도25a 및 도25b에 나타낸 다른 예시와 같이 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)는 3차원 형태로 형성될 수 있다.
다른 예시에서 도25a는 연성인쇄회로기판(50)이 벤딩되기 전의 상태에서 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)를 개략적으로 나타낸 도면이다. 도25b는 도25a에 나타낸 연성인쇄회로기판(50)의 일단부에 압력센싱소자(20)가 플립 칩 접합으로 접합된 상태에 대한 측면구성을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도25a 및 도25b에 나타낸 예시에서, 범프(832)가 접속되는 각 패드(854)는, 그 각 패드(854)가 범프(832)의 방향 즉 센싱유닛(831) 방향을 따라 끌어 올려지는(bring up) 방식으로 상기 연성인쇄회로기판(50)의 일단부(51)에서 벤딩된다.
본 예시에 따르면, 연성인쇄회로기판(50)에서 범프(832)가 접속되는 각 부분, 즉 각 패드(854)는 센싱유닛(831), 범프(832) 및 연성인쇄회로기판(50)의 적층방향을 따라 쉽게 위치변화될 수 있다. 따라서 1개의 범프 당 스트레인양은 더 감소될 수 있다.
전술한 바와 같이, 도24a, 도24b, 도25a, 도25b에 나타낸 예시들에서, 전술한 본 발명의 작용 및 효과가 이루어질 수 있다. 또한 이 외에도 본 실시예에서는 전술한 실시예에서 나타낸 각 특징부를 갖는 압력검출장치가 제공될 수 있다.
도14에 나타낸 예시에서, IC칩(42), 회로기판(40) 및 각종 전기접속부재는 하우징(10)내 압력센싱부재(20)와 커넥터부(60) 사이 부분에 배치된다. 그러나 본 발명의 구성은 이러한 부분에만 한정되는 것은 아니며, 적절히 변형될 수 있다.
또한 본 발명의 압력겁출장치에 적용된 하우징(10)의 형태에 대하여 본 발명은 전술한 실시예들에서 나타낸 바와 같은 파이프부(12)를 갖는 하우징(10)에만 한정되는 것은 아니다.
요약하면, 본 발명은 다음의 주요 구성부를 갖는다. 즉 센싱유닛과 커넥커부 모두가 하우징에 제공되어 구성되는 압력검출장치에서, 상기 센싱유닛은 하우징의 일단부측에 제공되고, 검출압력은 하우징의 일단부로 가해지며, 센싱유닛을 커넥터부에 전기적으로 접속하기 위한 연성인쇄회로기판은 하우징 내측에 수용되고, 상기 센싱유닛은 복수개의 범프를 통해 플립 칩 접합으로 연성인쇄회로기판의 일단부에 전기 및 기계적으로 접속되고, 상기 범프로 가해지는 응력을 완화시킬 수 있는 응력완화 구성부가 제공되며, 다른 구성들은 적절한 설계변경이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 압력검출장치는 우수한 센서특성과 뛰어난 내구성 및 내열성을 갖는 효과가 있다.

Claims (30)

  1. 하우징;
    상기 하우징의 일단부로부터 연장하고, 장방형으로 이루어지며, 압력을 제공받을 수 있는 일단부를 구비하는 파이프;
    상기 파이프의 일단부에 배치되고, 압력을 검출하고 압력에 대응하는 신호를 출력하는 압력센싱소자;및
    상기 압력센싱소자에 배치되는 방열부재
    를 포함하며,
    상기 하우징은 상기 압력센싱소자로부터 신호를 전달받는 커넥터를 구비하고,
    상기 파이프는 내부에 배치되는 배선부재를 구비하여 상기 압력센싱소자와 커넥터 간을 전기적으로 접속시키고,
    상기 압력센싱소자는 요부를 구비하며,
    상기 방열부재와 압력센싱소자의 요부 사이에는 간극이 구비되는
    압력검출장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    상기 압력센싱소자는 압력에 의하여 변형가능하게 이루어져, 그 변형에 기초하여 압력에 대응한 신호를 출력하는
    압력검출장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 압력센싱소자를 커버하기 위하여 상기 파이프의 일단부에 배치되는 다이아프램을 더 포함하며,
    상기 압력센싱소자는 상기 다이아프램을 통해 압력을 제공받을 수 있고,
    상기 다이아프램은 원형으로 이루어지고,
    상기 압력센싱소자는 상기 다이아프램으로부터 전달된 하중에 의하여 변형가능한 스트레인 게이지를 구비하며,
    상기 스트레인 게이지는 상기 다이아프램과 간접접촉하고, 상기 다이아프램 영역의 1/4 이하로 이루어지는 접촉영역을 구비하는
    압력검출장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 배선부재는 연성인쇄회로기판으로 이루어지되,
    상기 연성인쇄회로기판은
    상기 압력센싱소자에 접속되는 제1단부, 상기 제1단부의 반대측에 위치되고 상기 커넥터측으로 연장되는 제2단부 및 상기 제1단부측에서 벤딩되는 벤딩부를 구비하고,
    상기 연성인쇄회로기판의 벤딩부의 벤딩각도는 90도 이하로 이루어져, 상기 벤딩부에서의 응력은 그 벤딩각도가 90도보다 큰 경우에 비하여 작게 되는
    압력검출장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 연성인쇄회로기판은 90도 이하의 다른 벤딩각도를 갖는 다른 벤딩부를 더 포함하며,
    상기 다른 벤딩부는 상기 연성인쇄회로기판의 제2단부 측에 배치되는
    압력검출장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 연성인쇄회로기판의 제1단부는 파이프의 내벽 일측에 배치되고,
    상기 연성인쇄회로기판의 제2단부는 상기 파이프의 내벽 타측에 배치되며,
    상기 파이프의 내벽 일측과 상기 파이프의 내벽 타측은 대향되는
    압력검출장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 연성인쇄회로기판은 상기 제1단부에 관통공을 포함하여, 상기 연성인쇄회로기판으로부터 상기 압력센싱소자를 봤을 때, 그 압력센싱소자는 상기 관통공을 통해 노출되는
    압력검출장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 압력센싱소자는 압력에 의하여 변형가능하게 이루어져, 그 압력센싱소자의 변형에 기초한 압력에 대응한 신호를 출력하는
    압력검출장치.
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  30. 제8항에 있어서,
    상기 다이아프램의 플랜지가 상기 파이프 및 엔진블럭 사이에 개재되는
    압력검출장치.
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