KR101307528B1 - 습도 및 온도 통합 센서 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 습도 및 온도를 통합하여 측정할 수 있는 센서 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 습도센서와, 온도센서를 구비하되 상기 습도센서의 센서신호를 입력받아 디지털 신호 처리에 의하여 습도 데이터와 온도 데이터를 생성하는 센서신호 처리유닛으로 이루어지되 상기 습도센서와 상기 센서신호 처리유닛을 기판에 부착한 후 이들을 상호 와이어본딩 방식으로 결선하고, 센서신호 처리유닛의 상부를 수지로 몰딩한 후 케이스를 부착시킨 구성의 습도 및 온도 통합 센서 모듈에 관한 것이다.

Description

습도 및 온도 통합 센서 모듈{Intergrated humidity and temperature sensor module}
본 발명은 습도 및 온도를 통합하여 측정할 수 있는 센서 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 습도센서와, 온도센서를 구비하되 상기 습도센서의 센서신호를 입력받아 디지털 신호 처리에 의하여 습도 데이터와 온도 데이터를 생성하는 센서신호 처리유닛으로 이루어지되 상기 습도센서와 상기 센서신호 처리유닛을 기판에 부착한 후 이들을 상호 와이어본딩 방식으로 결선하고, 센서신호 처리유닛의 상부를 수지로 몰딩한 후 케이스를 부착시킨 구성의 습도 및 온도 통합 센서 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 산업 분야나 가정에서 습도와 온도를 복합적으로 측정하는 것이 요구되어 왔다.
특히, 문화재를 관리하는 시스템이나, 근래 웰빙(well-being) 추세에 맞추어 가정에서의 주위 환경을 보다 쾌적하게 조성하기 위하여 야채나 곡물을 보다 신선하게 보존하거나, 자동차의 실내 환경을 신선하게 유지하는 시스템 등 습도와 온도를 복합시켜 측정할 필요성이 날로 증대되고 있다.
그런데, 종래에는 온도와 습도 측정시 이들을 별도로 측정함으로써 측정상의 번거로움이 유발되고, 이들 온도와 습도의 센서 신호들을 처리하기 위한 별도 장비가 추가적으로 필요한 실정이었다.
본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해소하기 위하여 창안된 것으로서, 이렇게 별도로 측정되는 습도와 온도를 단일한 센서 모듈을 통하여 통합 센싱함으로써, 측정상의 편의성을 증대시키고 온도와 습도 정보가 필요한 장비에 용이하게 적용될 수 있는 습도 및 온도의 통합 센서 모듈의 구성을 제공하는데 본 발명의 기술적 과제가 있다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명 습도 및 온도 센서의 구성은, 습도센서와, 온도센서를 구비하되 상기 습도센서의 센서신호를 입력받아 디지털 신호 처리에 의하여 습도 데이터와 온도 데이터를 생성하는 센서신호 처리유닛으로 이루어지되 상기 습도센서와 상기 센서신호 처리유닛을 기판에 부착한 후 이들을 상호 와이어본딩 방식으로 결선하고, 센서신호 처리유닛의 상부를 수지로 몰딩한 후 케이스를 부착시킨 구성을 특징으로 한다.
상기와 같은 구성을 가진 본 발명 습도 및 온도 센서의 효과는 단일한 센서모듈을 통하여 습도와 온도를 통합 센싱할 수 있으므로, 종래 이들을 별도로 측정하여야 하였던 번거로움을 해소한 효과가 있다.
또한, 습도 및 온도의 측정이 모두 요구되는 장비에 용이하게 적용될 수 있어 장치의 효율성 및 경제성을 증대시키는 장점을 가지는 매우 진보한 발명인 것이다.
도 1 은 본 발명 습도 및 온도 통합 센서모듈의 블럭다이어그램,
도 2 는 본 발명 습도 및 온도 통합 센서모듈의 기판의 평면도,
도 3 은 본 발명 습도 및 온도 통합 센서모듈의 기판상에 소자들이 실장된 상태를 나타내는 평면도,
도 4 는 본 발명 습도 및 온도 통합 센서모듈의 기판상에 소자들이 실장된 상태에서 수지층이 형성된 상태를 나타내는 단면도,
도 5a 및 도 5b 는 본 발명 습도 및 온도 통합 센서모듈의 케이스를 나타낸 평면도 및 측면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 습도 및 온도 통합 센서 모듈의 구성을 상세하게 설명한다.
단, 개시된 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분하게 전달될 수 있도록 하기 위한 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 태양으로 구체화될 수도 있다.
또한, 본 발명 명세서에서 사용되는 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 1 은 본 발명 습도 및 온도 통합 센서 모듈의 블럭다이어그램이다.
본 발명 습도 및 온도 센서 모듈(이하, 편의상 '센서 모듈'로 약칭한다)은 모듈의 사이즈를 전체적으로 소형화함으로써, 센서 모듈이 사용될 기기의 내부 공간의 제약 사항을 최소화할 수 있도록 설계된 것이다.
도면을 참조하면, 이와 같은 본 발명 센서 모듈은 후술할 기판(10)에 센서신호 처리유닛(20)과 습도센서(30)가 실장되어 이루어진다.
상기 습도센서(30)는 바람직하게는 공지의 용량성 습도 센서이며, 이 용량성 습도 센서는 공기중에 포함된 수증기의 양에 따라서 습도 센서신호를 생성한다.
상기 센서신호 처리유닛(20)은 습도센서(30)가 측정한 습도 센서신호를 입력받아 연동된 메모리소자에 저장된 제어 프로그램의 로직을 따라서 신호 처리를 수행하여 습도 데이터 및 온도 데이터 등의 정보를 생성하고, 본 발명 센서 모듈의 후단에 결합되는 중앙제어유닛에 생성한 습도 데이터와 온도 데이터를 출력하는 유닛이다.
보다 상세하게는, 상기 센서신호 처리유닛(20)은, 대기중의 온도를 측정하여 온도센서신호를 생성하는 온도센서(40)와, 상기 습도센서(30)가 생성한 습도센서신호 및 상기 온도센서(40)가 생성한 온도센서신호를 입력받고, 입력받은 아날로그 상태의 습도센서신호와 온도센서신호를 각각 디지털신호로 변환하는 디지털신호변환부(22)와, 상기 디지털신호변환부(22)로부터 디지털신호로 변환된 습도센서신호와 온도센서신호를 전달받아 비휘발성메모리부(24)에 저장된 신호처리 프로그램에 의하여 신호처리를 수행하여 습도 데이터와 온도 데이터를 생성하는 디지털신호처리부(21)와, 상기 디지털신호처리부(21)가 생성한 습도데이터와 온도데이터를 전달받아 본 발명 센서 모듈의 후단에 결합되는 중앙제어유닛으로 상기 습도데이터와 온도데이터를 출력하는 입출력인터페이스부(25)를 포함하여 구성된다.
또한, 상기 디지털신호처리부(21)가 습도센서신호와 온도센서신호에 따라서 신호처리를 하면서 생성되는 임시의 데이터들은 휘발성메모리부(23)에 임시로 저장된다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명 센서신호처리유닛(20)은 바람직하게는 판독용 집적회로(Read-Out Integrated Circuit. ROIC)의 형태로 이루어지는 것이 좋다.
상기 디지털신호변환부(22)는 공지의 아날로그-디지털 변환 소자(Analog to Digital Converter, ADC)이다.
상기 디지털신호처리부(21)는 공지의 DSP(Digital Signal Processing)용 코어(core)나 소자를 이용한다.
또한, 상기 비휘발성메모리(24)는 공지의 ROM 과 같은 메모리 소자이며, 상기 휘발성메모리(23)는 공지의 EEPROM 이나 플레쉬 메모리(Flash Memory)와 같은 메모리 소자이다.
또한, 상기 입출력인터페이스부(25)는 통상의 통신용 소자이며, RSC232C 방식의 데이터 통신소자나 USB(Universal Serial Bus, 범용직렬버스) 방식의 통신소자일 수 있으며, 경우에따라서는 공지된 무선통신소자를 사용할 수 있다.
상기의 입출력인터페이스부(25)는 습도데이터나 온도데이터를 본 발명 센서모듈이 사용되는 장비의 통합 제어를 수행하는 중앙제어유닛으로 출력되고, 중앙제어유닛은 입력받은 습도데이터나 온도데이터를 이용하여 장비에 필요한 제어를 수행할 수 있게 된다.
다음으로, 상기와 같이 구성되는 센서신호 처리유닛(20)과 습도센서(30)가 실장되는 기판(10)의 구성과 기판(10)에 실장되는 상태를 설명한다.
도 2 는 본 발명 습도 및 온도 통합 센서모듈의 기판(10)의 평면도로서, 바람직하게는 상기 기판(10)은 에폭시(Epoxy)수지로 이루어진 기판이다.
또한, 바람직하게는, 전해 도금 방식으로 선로(11)를 형성하는 것을 고려하여 도시된 바와 같이 선로(11)가 루프(loop) 패턴으로 이루어져 있다.
또한, 상기 기판(10)을 규격에 따라서 다이싱(절삭)하는 공정상에서 핀패드(PIN pad)간에 상호 합선되는 것을 방지할 수 있도록 선로(11)가 패터닝되는 것이 바람직하다.
도 3 은 본 발명 습도 및 온도 통합 센서모듈의 기판상에 소자들이 실장된 상태를 나타내는 평면도, 도 4 는 본 발명 습도 및 온도 통합 센서모듈의 기판상에 소자들이 실장된 상태에서 수지층이 형성된 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3 에 도시된 바와 같이, 기판(10)의 선로(11) 상에 상기 습도센서(30)와 상기 센서신호처리유닛(20)이 각각 전기적으로 연결되고, 상기 습도센서(30)와 상기 센서신호 처리유닛(20)은 상호간에 와이어(12)를 이용한 와이어 본딩(Wire Bonding) 방식으로 결선된다.
이어서, 도 4 의 단면도(도 3 의 A-A' 선 단면)에 도시된 바와 같이, 기판(10)에 부착된 상기 센서신호처리유닛(20)의 상부에 합성수지재의 수지를 몰딩(molding)함으로써, 상기 센서신호처리유닛(20)의 상부에 수지층의 보호막(50)을 형성한다.
이때, 상기 습도센서(30)는 공기중에 포함된 수증기의 양을 감지하여야 하기 때문에, 이 습도센서(30)의 위치가 공기의 흐름이 원활한 위치에 있어야 하며, 나아가 이 습도센서(30) 주위의 공기의 흐름이 센서 감지부에 일정하게 감지될 수 있어야 하는 조건을 충족시켜야 한다.
따라서, 본 발명의 센서 모듈은 상기 습도센서(30)의 부착 위치를 최적화하고 공기의 원활한 유동을 달성하기 위하여, 상기 습도센서(30)와 기판(10)과의 사이에 다수개의 통공(61)을 형성한 평판 형상의 이격부재(60)를 부착시킨다.
상기의 이격부재(60)는 이격부재(60)의 두께 만큼 기판(10)과 습도센서(30)와의 거리를 일정하게 떨어지게 하기 때문에, 이 이격거리 사이로 공기의 흐름이 원활하게 이루어지므로 상술한 바와 같은 습도센서(30)의 감지 능력을 극대화시킬 수 있게 된다.
또한, 상기 센서신호처리유닛(20)도 이에 실장된 디지털신호처리부(21)의 DSP소자나 온도센서(40)가 온도의 영향을 받기 쉬운데, 이러한 센서신호처리유닛(20)의 원활한 공기 흐름을 조성함으로써 DSP 소자의 원활한 신호처리능력을 향상시키고 온도센서(40)가 보다 정확한 온도를 측정할 수 있도록 하기 위하여, 상기 센서신호처리유닛(20)과 기판(10) 사이에도 상술한 바와 같은 이격부재(60)를 부착시키는 것이 바람직하다.
다음으로, 상술한 바와 같이 기판(10) 상에 센서신호처리유닛(20)과 습도센서(30)가 와이어 본딩 방식으로 부착된 후, 수지층에 의한 보호막(50) 형성과정이 종료되면, 이렇게 기판(10)에 실장된 상기 센서신호처리유닛(20)과 습도센서(30) 부분을 보호하기 위하여 이들의 상부에 케이스(70)가 제공된다.
이러한 케이스의 평면 및 측면은 도 5a 및 도 5b 에 각각 도시된 바와 같으며, 상기 케이스(70)는 하우징을 관통하여 천공된 윈도우(71)와 홀(72)이 형성되며, 상기 윈도우(71)는 상기 기판(10) 상에 부착된 습도센서(30)로의 원활한 공기 유동을 위하여 형성된 것이고, 상기 홀(72)은 상기 센서신호처리유닛(20) 상에 실장된 온도센서(40)로의 원활한 공기 유동을 위하여 형성된다.
한편, 도면으로 도시되지는 않았으나, 상기 케이스(70)를 기판(10)에 부착시킬 때, 상기 케이스(70)와 기판(10) 사이에 이물질의 침투를 방지하기 위한 차폐부재(미도시)를 부착시킬 수 있으며, 이러한 차폐부재로서 PTFE(폴리테트라플루로에틸린) 재질의 부재를 이용할 수 있다.
이상의 설명에서 본 발명의 습도 및 온도 통합 센서 모듈의 구성을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 당업자에 의하여 다양한 수정,변경 및 치환이 가능하고, 이러한 수정, 변경 및 치환은 본 발명의 보호범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10; 기판
11; 선로
12; 와이어
20; 센서신호 처리유닛
21; 디지털 신호처리부
22; 디지털 신호변환부
23; 휘발성 메모리부
24; 비휘발성 메모리부
25; 입출력 인터페이스부
30; 습도 센서
40; 온도 센서
50; 보호막
60; 이격부재
61; 통공
70; 케이스
71; 윈도우
72; 홀

Claims (7)

  1. 습도 및 온도를 센싱하기 위한 센서 모듈에 있어서,
    선로(11)가 패터닝된 기판(10);
    상기 기판(10)의 선로(11)상에 연결된 습도센서(30);
    온도센서(40)를 구비하되 상기 기판(10)의 선로(11)상에 연결되어 상기 습도센서(30)와 와이어본딩 방식으로 결선되며, 상기 습도센서(30)가 생성한 습도 센서신호 및 상기 온도센서(40)가 생성한 온도 센서신호를 입력받아 신호 처리를 수행하여 습도 데이터 및 온도 데이터를 생성하는 센서신호처리유닛(20);
    상기 센서신호 처리유닛(20)의 상부에 형성된 합성수지 재질의 보호막(50); 및
    상기 센서신호처리유닛(20)과 상기 습도센서(30)를 보호하기 위하여 상기 기판(10)에 부착되는 케이스(70); 를 포함하되,
    상기 습도센서(30) 주위의 원활한 공기 흐름을 조성하기 위하여, 상기 습도센서(30)와 상기 기판(10)과의 사이에 그 측면부에 다수의 통공(61)을 갖는 평판 형상의 이격부재(60)를 부착시키고,
    상기 센서신호처리유닛(20) 주위의 원활한 공기 흐름을 조성하기 위하여, 상기 센서신호처리유닛(20)과 기판(10) 사이에 그 측면부에 다수의 통공(61)을 갖는 평판 형상의 이격부재(60)를 부착시키는 것을 특징으로 하는 습도 및 온도 통합 센서모듈.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스(70)는 상기 습도센서(30)로의 원활한 공기 유동을 위하여 윈도우(71)가 천공된 것을 특징으로 하는 습도 및 온도 통합 센서 모듈.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스(70)는 상기 온도센서(40)로의 원활한 공기 유동을 위하여 홀(72)이 천공된 것을 특징으로 하는 습도 및 온도 통합 센서모듈.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 케이스(70)와 기판(10) 사이에 이물질의 침투를 방지하는 차폐부재를 부착시키는 것을 특징으로 하는 습도 및 온도 통합 센서모듈.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 센서신호 처리유닛(20)은,
    상기 습도센서(30)가 생성한 습도센서신호 및 상기 온도센서(40)가 생성한 온도센서신호를 입력받고, 입력받은 아날로그 상태의 습도센서신호와 온도센서신호를 각각 디지털신호로 변환하는 디지털신호변환부(22)와,
    상기 디지털신호변환부(22)로부터 디지털신호로 변환된 습도센서신호와 온도센서신호를 전달받아 비휘발성메모리부(24)에 저장된 신호처리 프로그램에 의하여 신호처리를 수행하여 습도 데이터와 온도 데이터를 생성하는 디지털신호처리부(21)와,
    상기 디지털신호처리부(21)가 생성한 습도데이터와 온도데이터를 전달받아 본 발명 센서 모듈의 후단에 결합되는 중앙제어유닛으로 상기 습도데이터와 온도데이터를 출력하는 입출력인터페이스부(25)와,
    상기 디지털신호처리부(21)가 습도센서신호와 온도센서신호에 따라서 신호처리를 하면서 생성되는 임시의 데이터들이 저장되는 휘발성메모리부(23)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 습도 및 온도 통합 센서모듈.
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