KR101158660B1 - 수위 감지용 압력 센서 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정밀한 수위 제어가 가능하며, 소형화된 수위 감지용 압력 센서 모듈에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은 압력 센서칩; 압력 센서칩과 전기적으로 연결되며, 압력 센서칩의 신호를 증폭 및 보정하는 회로기판; 및 압력 센서칩 및 회로기판을 내부에 수용하며, 압력 센서칩의 하부가 외측으로 노출되도록 홀이 형성되어 있는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 감지용 압력 센서 모듈을 개시한다.
수위 감지, 수위 제어, 압력 센서, 고선형성, 소형화

Description

수위 감지용 압력 센서 모듈 {PRESSURE SENSOR MODULE FOR WATER LEVEL DETECTING}
본 발명은 수위 감지용 압력 센서 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 수위 감지용 압력 센서는, 수위 감지 대상의 하부 측면에서 연통되도록 착설된 공기튜브의 상단에 연결되었다. 그리고, 기존의 수위 감지용 압력 센서는 수위 감지 대상의 수위 변화에 따른 공기 압력의 변화를 통해 금속 코일과 마그네틱 바가 움직이는 구조로 이의 인덕턴스 변화를 통해 주파수가 발진하는 원리로 구성된다.
그러나, 이러한 구조는 수 kHz의 출력 주파수 변화 감도를 가지고 있으며, 비선형적인 2차 곡선의 형태로 출력값이 변하여 수위의 정밀 감지가 불가능하다. 따라서, 특히 세탁기의 경우 저?중?고 등의 대략적인 수위 감지만이 가능하였다.
본 발명의 목적은 정밀한 수위 제어가 가능하며, 소형화된 수위 감지용 압력 센서 모듈을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈은 압력 센서칩; 상기 압력 센서칩과 전기적으로 연결되며, 상기 압력 센서칩의 신호를 증폭 및 보정하는 회로기판; 및 상기 압력 센서칩 및 상기 회로기판을 내부에 수용하며, 상기 압력 센서칩의 하부가 외측으로 노출되도록 홀이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 케이스를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
여기서, 상기 케이스는 상기 홀에서 연장되어 형성되며, 수위 감지 대상에 결합되는 결합부; 및 상기 케이스 결합부의 내부에 수직방향으로 관통되어 형성된 압력 센싱홀을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
더불어, 상기 회로기판은 상기 압력 센서칩에서 센싱된 신호를 전압 및 주파수로 변환하는 압력센서 드라이버칩을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 케이스부의 일측면에는 외부기기와의 고정을 위한 체결부가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 케이스에서 노출되도록 형성되며, 상기 회로기판과 전기적으로 연결되며, 상기 회로기판에서 검출된 신호를 통해 수위를 조절하는 제어부와 연결되기 위한 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 압력 센서칩은 하부에 에칭에 의해 일정 깊이로 형성된 요홈부; 상기 요홈부에 대응되는 상면에 다수의 저항을 포함하여 형성되는 다이아프레임; 및 상기 다이아프레임의 외측에 형성되는 다수의 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 압력 센서칩이 내측에 위치하도록 형성되는 베이스를 더 포함하며, 상기 케이스의 홀을 통해 상기 베이스의 하부 일부가 노출되도록 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
또한, 상기 베이스는 하부로 돌출되어 수위 감지 대상에 결합되는 결합부; 상기 결합부의 내부에 수직방향으로 관통되어 형성된 압력 센싱홀; 상기 결합부 및 상기 압력 센싱홀의 상부에 형성되며, 내부에 빈 공간부를 포함하고, 상기 공간부에는 상기 압력 센서칩이 안착되도록 안착홈이 형성된 몸체; 상기 안착홈의 상면에 상기 압력 센서칩을 접착하도록 형성되는 접착층; 및 상기 공간부의 내측에서 외측으로 형성되어, 상기 압력 센서칩과 상기 회로기판을 전기적으로 연결하는 도전성 리드를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같이 하여, 본 발명에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈은 수위에 따른 압력의 변화를 고선형성의 전압 또는 주파수로 출력이 가능하다. 그래서, 정밀한 수위 제어가 가능해진다. 또한, 이로 인해 정밀한 수위 제어가 필요한 세탁기 등의 사용에 있어서, 물의 절약 및 소비 전력의 절감을 실현 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈은 반도체로 구성되어 소형화가 유리하다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈의 구성을 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈을 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈(100)은 압력 센서칩(120), 회로기판(130) 및 케이스(160)를 포함하여 형성된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈(100)은 공기튜브(140), 커넥터(150) 및 체결부(170)를 더 포함하여 형성될 수 있다.
압력 센서칩(120)은 요홈부(121), 다이아프레임(122), 전극 패드(123) 및 도전성 와이어(124)를 포함하여 형성된다.
요홈부(121)는 압력 센서칩(120)의 하부에 이방성 식각에 의해 일정 깊이로 형성될 수 있다.
다이아프레임(122)은 요홈부(121)와 대응되는 상면에 얇게 형성될 수 있다. 그리고, 다이아프레임(122)에는 휘트스톤 브리지(wheatstone bridge) 형태로 다수 의 압저항(미도시)이 형성되어 있다.
전극패드(123)는 다이아프레임(122)의 외측에 다수개가 형성될 수 있다.
도전성 와이어(124)는 전극패드(123)와 후술하는 회로기판(130)이 전기적으로 연결되도록 형성된다. 따라서, 압력 센서칩(120)에서 센싱된 압력 신호가 전극패드(123)와 도전성 와이어(124)를 통해 회로기판(130)에 전달된다. 도전성 와이어(124)는 골드 와이어, 알루미늄 와이어, 구리 와이어 및 그 등가물 중에서 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
회로기판(130)은 베이스(110)의 일측에 형성될 수 있다. 그리고, 회로기판(130)은 도전성 와이어(124)에 의하여, 압력 센서칩(120)과 전기적으로 연결되어 있다. 회로기판(130)은 압력 센서칩(120)이 센싱한 신호를 수신하여 주파수 또는 전압 신호로 증폭 및 보정한다. 구체적으로 회로기판(130)은 압력 센서 드라이버칩(131)을 포함하여 압력 센서칩(120)에서 센싱된 신호를 고선형성의 주파수 또는 전압 신호로 증폭 및 보정한다. 상기 증폭 및 보정된 출력 신호는 고선형성을 갖게 되므로 정밀한 수위의 판단이 가능해진다.
공기튜브(140)는 관 형상일 수 있다. 그리고, 공기튜브(140)는 나사 또는 별도의 부재를 통해 후술하는 케이스(160)의 결합부(161)와 결합될 수 있다. 공기튜브(140)는 수위 감지 대상에 결합되어 수위의 높낮이에 따른 유체의 압력 변화를 압력 센서 칩(120)으로 전달할 수 있다.
커넥터(150)는 다수의 도전핀(미도시)을 포함하여, 회로기판(130)의 일측에 형성될 수 있다. 이러한 도전핀은 회로기판(130)에 솔더링되어 접속된다. 그리고, 도전핀은 니켈 합금, 구리 합금 및 그 등가물 중 선택된 어느 하나로 형성될 수 있으나 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. 그리고, 커넥터(150)의 도전핀은 수위 제어부 등의 외부 전자장치와 전기적으로 연결된다. 따라서, 회로기판(130)을 통한 전기적 신호는 결국 상기 도전핀을 통하여 외부 전자장치에 전달된다.
케이스(160)는 압력 센서칩(120) 및 회로기판(130)을 내부에 수용하도록 형성된다. 그리고, 케이스(160)는 압력 센서칩(120)의 하부가 외측으로 노출되도록 홀(160a)이 형성되어 있을 수 있다. 그리고, 케이스(160)는 홀(160a)에서 연장되어 형성되는 결합부(161) 및 내부가 수직방향으로 관통되어 형성된 압력 센싱홀(162)을 더 포함하여 형성될 수 있다. 압력 센싱홀(162)에는 공기가 채워져 있으며, 액체 등의 압력에 의해 상기 공기가 압축될 수 있다. 또한, 케이스(160)는 외부 충격 및 오염 물질로부터 압력 센서칩(120) 및 회로기판(130)을 보호한다.
체결부(170)는 케이스(160)의 일 측면에 형성될 수 있다. 그리고, 체결부(170)는 수위 감지용 압력 센서 모듈(100)이 외부기기에 고정되도록 형성될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈의 구성을 설명하도록 한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈을 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈(200)은 베이스(210), 압력 센서칩(120), 회로기판(130) 및 케이스(260)를 포함하여 형성된다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈(200)은 공기튜브(140), 커넥터(150) 및 체결부(170)를 더 포함하여 형성될 수 있다. 그리고, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈(200)은 도 1에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈(100)과 베이스(210) 및 케이스(260)의 구성이 다르게 형성된다. 따라서, 이하에서 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈(200)은 베이스(210) 및 케이스(260)를 중심으로 설명한다. 또한, 도 1에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈(100)과 동일 유사한 부분은 동일한 도면 부호를 사용하며, 여기서 상세한 설명은 생략한다.
베이스(210)는 결합부(211), 압력 센싱홀(212), 몸체(213), 접착층(214), 도전성 리드(215) 및 캡(216)을 포함하여 형성된다.
결합부(211)는 하부로 돌출되어 형성된다. 그리고, 결합부(211)는 하단부가 수위 감지 대상에 결합되도록 형성된다. 또한, 결합부(211)는 후술하는 케이스(260)의 홀(260a)을 통해 외측으로 노출되어 형성될 수 있다.
압력 센싱홀(212)은 결합부(211)의 내부에 수직방향으로 관통되어 형성될 수 있다. 그리고, 압력 센싱홀(212)에는 공기가 채워져 있으며, 액체 등의 압력에 의해 상기 공기가 압축될 수 있다.
몸체(213)는 결합부(211) 및 압력 센싱홀(212)의 상부에 내부에 빈 공간부(213a)를 포함하여 형성된다. 그리고, 공간부(213a)는 압력 센싱홀(212)과 연결되며, 압력 센서칩(120)이 안착되는 안착홈(213b)을 포함하여 형성된다.
접착층(214)은 안착홈(213b)의 상면에 후술하는 압력 센서칩(120)의 접착을 위하여 형성된다. 접착층(214)은 고강도 에폭시 접착제 및 그 등가물 중 선택된 어느 하나일 수 있다. 접착층(214)은 압력 센싱홀(212)을 통한 가스나 액체가 압력 센서칩(120)의 주변을 관통하여 상부 방향으로 전달되지 않게 한다.
도전성 리드(215)는 공간부(213a)의 내측에서 외측으로 연장되어 형성된다. 그리고, 도전성 리드(215)는 압력 센서칩(120)과 전기적으로 연결된 도전성 와이어(124) 및 회로기판(130)과 전기적으로 연결되도록 형성된다. 또한, 도전성 리드(215)는 구리, 철, 구리합금 또는 그 등가물로 형성될 수 있으나, 여기서 그 재질을 한정하는 것은 아니다.
캡(216)은 공간부(213a)의 상부에 결합되어, 공간부(213a)의 안착홈(213b)에 안착되는 압력 센서칩(120)을 보호할 수 있다. 그리고, 캡(216)은 공간부(213a)의 상부에 접착체를 통하여 결합될 수 있다. 이 때, 공간부(213a)는 대기압 상태이다.
케이스(260)는 베이스(210), 압력 센서칩(120) 및 회로기판(130)을 내부에 수용하도록 형성된다. 그리고, 케이스(260)는 압력 센서칩(120)의 하부가 노출되도록 홀(260a)이 형성될 수 있다. 또한, 홀(260a)을 통해, 베이스(210)의 결합부(211)가 외부로 노출되도록 형성될 수 있다. 또한, 케이스(260)는 외부 충격 및 오염 물질로부터 베이스(210), 압력 센서칩(120) 및 회로기판(130)을 보호한다.
이하에서는 본 발명에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈이 포함된 세탁기의 구성을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈이 포함된 세탁기를 간략히 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈(200)이 포함된 세탁기(10)는 세탁조(11)의 하부 측면에서 연통되도록 수위 감지용 압력 센서 모듈(200)의 공기튜브(140)를 착설한다. 그리고, 수위 감지용 압력 센서 모듈(200)이 수위 변화에 따른 공기 압력(P)의 변화를 이용하여 수위를 감지한다. 구체적으로, 압력 센서칩(120)이 세탁조(11)내에 물(1)이 차오르면, 수위 변화에 따른 공기 압력(P)의 변화를 감지해내고, 이에 대한 신호를 회로기판(130)에 전달한다. 회로기판(130)은 센싱된 신호를 주파수 혹은 전압 신호로 증폭 및 보정한다. 또한, 수위 감지용 압력 센서 모듈(200)은 커넥터(150)를 통하여 제어부(12)에 전기적으로 연결될 수 있다. 제어부(12)는 회로기판(130)의 상기 증폭 및 보정된 출력 신호를 받아 수위 조절을 제어할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형의 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 특허청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈을 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 수위 감지용 압력 센서 모듈이 포함된 세탁기를 간략히 도시한 단면도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100, 200; 수위 감지용 압력 센서 모듈
210; 베이스
120; 압력 센서칩
130; 회로기판
140; 공기 튜브
150; 커넥터
160, 260; 케이스
170; 체결부

Claims (8)

  1. 압력 센서칩;
    상기 압력 센서칩과 전기적으로 연결되며, 상기 압력 센서칩의 신호를 증폭 및 보정하는 회로기판; 및
    상기 압력 센서칩 및 상기 회로기판을 내부에 수용하며, 상기 압력 센서칩의 하부가 외측으로 노출되도록 홀이 형성되어 있는 케이스를 포함하고,
    상기 압력 센서칩이 내측에 위치하도록 형성되는 베이스를 더 포함하며, 상기 케이스의 홀을 통해 상기 베이스의 하부 일부가 노출되도록 형성되고,
    상기 베이스는
    하부로 돌출되어 수위 감지 대상에 결합되는 결합부;
    상기 결합부의 내부에 수직방향으로 관통되어 형성된 압력 센싱홀;
    상기 결합부 및 상기 압력 센싱홀의 상부에 형성되며, 내부에 빈 공간부를 포함하고, 상기 공간부에는 상기 압력 센서칩이 안착되도록 안착홈이 형성된 몸체;
    상기 안착홈의 상면에 상기 압력 센서칩을 접착하도록 형성되는 접착층; 및
    상기 공간부의 내측에서 외측으로 형성되어, 상기 압력 센서칩과 상기 회로기판을 전기적으로 연결하는 도전성 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 감지용 압력 센서 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스는
    상기 홀에서 연장되어 형성되며, 수위 감지 대상에 결합되는 결합부; 및
    상기 케이스 결합부의 내부에 수직방향으로 관통되어 형성된 압력 센싱홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 감지용 압력 센서 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 회로기판은 상기 압력 센서칩에서 센싱된 신호를 전압 및 주파수로 변환하는 압력센서 드라이버칩을 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 감지용 압력 센서 모듈.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스의 일측면에는 외부기기와의 고정을 위한 체결부가 더 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 수위 감지용 압력 센서 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 케이스에서 노출되도록 형성되며, 상기 회로기판과 전기적으로 연결되며, 상기 회로기판에서 검출된 신호를 통해 수위를 조절하는 제어부와 연결되기 위한 커넥터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 감지용 압력 센서 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 압력 센서칩은
    하부에 에칭에 의해 일정 깊이로 형성된 요홈부;
    상기 요홈부에 대응되는 상면에 다수의 저항을 포함하여 형성되는 다이아프레임; 및
    상기 다이아프레임의 외측에 형성되는 다수의 전극 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 수위 감지용 압력 센서 모듈.
  7. 삭제
  8. 삭제
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