KR101803408B1 - 압력 센서 장치와 압력 센서 조립체 및 압력 센서 장치의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리드 프레임; 상기 리드 프레임에 실장되고, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자; 및 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 하우징;을 포함하고, 상기 기준 매체 도입구는 상기 하우징의 제 1 면에 형성되고, 상기 대상 매체 도입구는 상기 하우징의 상기 제 1 면과 다른 제 2 면에 형성되며, 상기 리드 프레임은, 일부분에 전선 커넥터의 단자 홈부에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있도록 적어도 하나의 삽입 단자부가 형성되는, 압력 센서 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은 압력 센서 장치와 압력 센서 조립체 및 압력 센서 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전선 커넥터와 직결될 수 있는 압력 센서 장치와 압력 센서 조립체 및 압력 센서 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 세탁기는 세탁조 내로 급수되는 물과 세제의 작용을 이용하여 세탁물의 세탁, 헹굼 및 탈수 등의 과정을 통해 세탁하는 장치로서, 상기 세탁기는 제어부에 기설정된 수위나 사용자가 직접 설정한 수위에 따라 물의 공급량을 적절히 조절할 수 있는 압력 센서가 구비되어 있다.
상기 압력 센서는 수위 감지 대상의 수위 변화에 따른 공기 압력의 변화를 통해 금속 코일과 마그네틱 바가 움직이는 구조로 이의 인덕턴스의 변화를 통해 주파수가 발진하는 원리로 구성된다.
한편, 자동차의 타이어 공기압을 측정하는 TPMS(tire pressure monitoring system) 등 각종 압력 측정 시스템에 적용되는 압력 센서들 역시 동일한 원리로 구성될 수 있다.
한편, 최근에는 증기를 분사하여 세탁하는 드럼 세탁기도 상용화되면서 보다 정밀한 수위를 감지하고자 압력센서에 대한 연구가 많이 진행되고 있는 실정이다.
그러나 압력센서는 수 ㎑의 출력 주파수 변화 감도를 가지고 있으며, 비선형적인 2차 곡선의 형태로 출력 값이 변하여 수위를 정밀 감지하지 못하는 문제점이 있다. 또, 과도한 증기의 발생 또는 계속적으로 공급되는 수압에 의하여 내부에 과도한 압력이 발생하게 되어 심한 경우 압력센서의 파손 또는 고장을 가져오는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 리드 프레임이 전선 커넥터와 직결될 수 있게 하여 견고한 조립이 가능하고 내구성이 우수한 것은 물론이고, 기판이나 브라켓을 생략하여 제품의 생산 단가를 낮추고, 생산성을 향상시키며, 세탁기의 수위나 타이어의 압력 등을 정밀하게 감지할 수 있게 하는 압력 센서 장치와 압력 센서 조립체 및 압력 센서 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 압력 센싱 장치는, 리드 프레임; 상기 리드 프레임에 실장되고, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자; 및 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 하우징;을 포함하고, 상기 기준 매체 도입구는 상기 하우징의 제 1 면에 형성되고, 상기 대상 매체 도입구는 상기 하우징의 상기 제 1 면과 다른 제 2 면에 형성되며, 상기 리드 프레임은, 일부분에 전선 커넥터의 단자 홈부에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있도록 적어도 하나의 삽입 단자부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 삽입 단자부는 상기 전선 커넥터의 상기 단자 홈부에 삽입이 용이하도록 그 선단에 뾰족한 첨단 경사부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 하우징은, 서로 다른 방향으로 기준 매체 도입구와 대상 매체 도입구가 형성되고, 상기 기준 매체 도입구와 연통되는 제 1 내부영역과 상기 대상 매체 도입구와 연통되는 제 2 내부영역을 가지며, 상기 리드 프레임의 일측 방향에 설치되는 제 1 하우징; 및 상기 제 1 내부영역의 기준 매체가 상기 리드 프레임을 통과하여 상기 제 1 부분에 도달될 수 있도록 제 3 내부영역을 형성하고 상기 리드 프레임의 타측 방향에 설치되는 제 2 하우징;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 기준 매체 도입구와 상기 대상 매체 도입구는 서로 수직한 방향으로 신장될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 하우징은, 상기 압력 센싱 소자의 상기 제 1 부분이 상기 기준 매체에 노출될 수 있도록 관통부가 형성되고, 상기 제 1내부영역과 상기 제 2 내부영역을 형성하는 적어도 하나의 격벽이 형성되며, 상기 리드 프레임의 상기 일부분을 둘러싸는 형상으로 몰딩 성형되는 몰딩 부재;를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 몰딩 부재와 상기 제 1 하우징 및 상기 몰딩 부재와 상기 제 2 하우징 사이에 각각 접착 실링 부재가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 몰딩 부재는, 상기 전선 커넥터의 날개홈부에 삽입되어 쇼트를 방지할 수 있도록 상기 리드 프레임의 상기 삽입 단자부와 이웃하는 삽입 단자부 사이에 날개부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 센싱 소자의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 압력 전달 매체가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체가 상기 압력 센싱 소자에 직접 닿지 않도록 방수 기능을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 겔(gel)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 실리콘(Silicone) 또는 에폭시(Epoxy)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 압력 센서 장치는, 상기 리드 프레임에 실장되고, 상기 압력 센싱 소자에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로(IC)칩;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 리드 프레임은, 타부분에 상기 기준 매체 도입구로부터 인입된 상기 기준 매체를 제 1 방향으로 유도하는 제 1 유도부 및 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 유도하여 상기 압력 센싱 소자로 안내하는 제 2 유도부가 형성될 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 압력 센서 장치의 제조 방법은, 적어도 하나의 삽입 단자부가 형성되는 리드 프레임을 준비하는 리드 프레임 준비 단계; 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자를 상기 리드 프레임에 실장하는 압력 센싱 소자 실장 단계; 및 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 하우징을 상기 압력 센싱 소자 주위에 설치하는 하우징 설치 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 센싱 소자 실장 단계에서, 상기 압력 센싱 소자에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로(IC)칩을 상기 리드 프레임에 실장할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 하우징 설치 단계는, 상기 압력 센싱 소자의 상기 제 1 부분이 상기 기준 매체에 노출될 수 있도록 관통부가 형성되고, 상기 리드 프레임의 상기 일부분을 둘러싸는 형상인 몰딩 부재를 상기 리드 프레임에 몰딩 성형하는 몰딩 성형 단계; 상기 몰딩 부재의 양면에 각각 접착 실링 부재를 도포하는 도포 단계; 및 각각의 상기 접착 실링 부재에 제 1 하우징 및 제 2 하우징을 조립하는 조립 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 하우징 설치 단계는, 상기 몰딩 성형 단계 이후에, 상기 압력 센싱 소자의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 상기 몰딩 부재에 압력 전달 매체를 설치하는 압력 전달 매체 설치 단계;를 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 압력 센서 조립체는, 리드 프레임; 상기 리드 프레임에 실장되고, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자; 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 하우징; 및 전선과 연결되는 전선 커넥터;를 포함하고, 상기 기준 매체 도입구는 상기 하우징의 제 1 면에 형성되고, 상기 대상 매체 도입구는 상기 하우징의 상기 제 1 면과 다른 제 2 면에 형성되며, 상기 리드 프레임은, 일부분에 상기 전선 커넥터의 단자 홈부에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있도록 적어도 하나의 삽입 단자부가 형성될 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 리드 프레임이 전선 커넥터와 직결될 수 있게 하여 견고한 조립이 가능하고 내구성이 우수한 것은 물론이고, 기판이나 브라켓을 생략하여 제품의 생산 단가를 낮추고, 생산성을 향상시키며, 세탁기의 수위나 타이어의 압력 등을 정밀하게 감지할 수 있고, 소형화가 가능하며, 정밀한 수위 제어를 통한 물의 절약 및 소비 전력의 절감을 구현할 수 있으며, 세탁수나 타이어 공기 등 대상 매체에 의한 파손을 방지할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 압력 센서 장치의 부품 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 압력 센서 장치의 부품 조립 사시도이다.
도 4 내지 도 9는 도 2의 압력 센서 장치의 제조 과정을 단계적으로 나타내는 사시도들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 조립체를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 2는 도 1의 압력 센서 장치의 부품 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 압력 센서 장치의 부품 조립 사시도이다.
도 4 내지 도 9는 도 2의 압력 센서 장치의 제조 과정을 단계적으로 나타내는 사시도들이다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 조립체를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치(100)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 그리고, 도 2는 도 1의 압력 센서 장치(100)의 부품 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 압력 센서 장치(100)의 부품 조립 사시도이다.
먼저, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치(100)는, 크게 리드 프레임(10)과, 압력 센싱 소자(20) 및 하우징(30)을 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 리드 프레임(10)은 일부분에 후술될 도 10의 전선 커넥터(C)의 단자 홈부(CH)에 삽입되어 전선(1)과 전기적으로 연결될 수 있도록 적어도 하나(도면에서는 4개)의 삽입 단자부(10a)가 형성되고, 일정한 두께를 갖는 얇은 판 형상의 구리 또는 알루미늄 등 전도성 재질로 제작되는 금속 프레임 구조체일 수 있다.
이러한 상기 리드 프레임(10)은 기존의 땜납용 리드 프레임과는 달리, 상기 전선 커넥터(C)의 상기 단자 홈부(CH)에 삽입되고, 인출되는 착탈 과정을 수차례 반복하더라도 이를 충분히 견딜 수 있는 내구성과 강성을 갖는 구조체일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 삽입 단자부(10a)는 상기 전선 커넥터(C)의 상기 단자 홈부(CH)에 삽입이 용이하도록 그 선단에 뾰족한 첨단 경사부(10b)가 형성될 수 있다.
따라서, 이러한 상기 첨단 경사부(10b)는 상기 전선 커넥터(C)의 상기 단자 홈부(CH)에 삽입되는 동안, 상기 전선 커넥터(C)와의 마찰 및 삽입 저항을 감소시켜서 사용자가 삽입 동작을 수월하게 할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 압력 센싱 소자(20)는 상기 리드 프레임(10)에 실장되어 상기 리드 프레임(10)과 전기적으로 연결되는 것으로서, 제 1 부분(도 1에서는 하측부)과 제 2 부분(도 1에서는 상측부)의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센서의 일종일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 압력 센싱 소자(20)는 다이아프램 등이 설치되어 다이아프램에 인가되는 압력이나 다이아프램의 변위 등을 각종 자기장 센서나 자력 센서나 근접 센서나 저항 센서나 유도 저항 센서나 스트레인 게이지 등을 이용하여 아날로그 신호를 출력할 수 있는 소자로 이해될 수 있다. 그러나 이에 반드시 국한되지 않고 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 포함한 모든 종류의 압력 센싱 신호를 출력할 수 있는 압력 소자가 모두 적용될 수 있다.
여기서, 이러한 상기 압력 센싱 소자(20)는 상기 리드 프레임(10) 상에 안착되어 본딩 와이어나 범프나 솔더 등 각종 신호 전달 매체(BW)에 의해 상기 리드 프레임(10)과 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(30)은 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구(H1)가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구(H2)가 형성되는 구조체일 수 있다.
더욱 구제척으로 예를 들면, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 기준 매체 도입구(H1)는 상기 하우징(30)의 제 1 면(F1), 예컨대 도면에서는 상기 하우징(30)의 측면에 형성되고, 상기 대상 매체 도입구(H2)는 상기 하우징(30)의 상기 제 1 면(F1)과 다른 제 2 면(F2), 예컨대 도면에서는 상기 하우징(30)의 상면에 길게 연장되어 형성될 수 있다.
여기서, 예컨대, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(30)은, 제 1 하우징(31)과, 제 2 하우징(32) 및 몰딩 부재(33)를 포함할 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 제 1 하우징(31)은 서로 다른 방향으로 기준 매체 도입구(H1)와 대상 매체 도입구(H2)가 형성되고, 상기 기준 매체 도입구(H1)와 연통되는 제 1 내부영역(A1)과 상기 대상 매체 도입구와 연통되는 제 2 내부영역(A2)을 가지며, 상기 리드 프레임(10)의 일측 방향에 설치될 수 있다.
이러한, 상기 제 1 하우징(31)은 상기 기준 매체 도입구(H1)와 상기 대상 매체 도입구(H2)는 서로 수직한 방향으로 신장될 수 있다.
또한, 상기 기준 매체 도입구(H1)와 상기 대상 매체 도입구(H2)의 내경은 서로 동일할 수 있으나, 둘 중 어느 하나가 더 크게 제작될 수도 있다.
따라서, 상기 기준 매체로부터 전달되는 압력의 방향과 상기 대상 매체로부터 전달되는 압력의 방향이 최대한 서로 영향을 주지 않는 수직 방향으로 어긋나는 것으로서, 이러한 상기 제 1 하우징(31)을 이용하면 상기 기준 매체와 상기 대상 매체에 적용되는 각각의 압력이 서로에게 영향을 주지 않고 독립적으로 전달되어 어떠한 환경이나 상황 속에서도 항상 가장 정확하고 정밀하게 압력을 측정할 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 제 2 하우징(32)은 상기 제 1 내부영역(A1)의 기준 매체가 상기 리드 프레임(10)을 통과하여 상기 제 1 부분에 도달될 수 있도록 제 3 내부영역(A3)을 형성하고, 상기 리드 프레임(10)의 타측 방향에 설치될 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 몰딩 부재(33)는 상기 압력 센싱 소자(20)의 상기 제 1 부분이 상기 기준 매체에 노출될 수 있도록 관통부(33a)가 형성되고, 상기 제 1 내부영역(A1)과 상기 제 2 내부영역(A2)을 형성하는 적어도 하나의 격벽(33b)이 형성되며, 상기 리드 프레임(10)의 상기 일부분을 둘러싸는 형상으로 몰딩 성형될 수 있다.
여기서, 상기 몰딩 부재(33)와 상기 제 1 하우징(31) 및 상기 몰딩 부재(33)와 상기 제 2 하우징(32) 사이에 각각 접착 실링 부재(S)가 설치되어 상기 제 1 하우징(31)과, 상기 몰딩 부재(33) 및 상기 제 2 하우징(32)을 서로 고정시켜서 견고하게 조립할 수 있는 것은 물론이고, 상기 제 1 내부영역(A1)과 상기 제 2 내부영역(A2) 및 상기 제 3 내부영역(A3) 각각들을 별도의 영역을 구획할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 몰딩 부재(33)는, 상기 전선 커넥터(C)의 날개홈부(WH)에 삽입되어 쇼트를 방지할 수 있도록 상기 리드 프레임(10)의 상기 삽입 단자부(10a)와 이웃하는 삽입 단자부(10a) 사이에 날개부(W)가 형성될 수 있다.
따라서, 상기 몰딩 부재(33)가 상기 전선 커넥터(C)에 조립되면, 상기 날개부(W)가 상기 날개홈부(WH)들 사이 사이에 삽입되어 상기 삽입 단자부(10a)들 간의 쇼트나 삽입 오류나 오동작 등을 원천적으로 방지할 수 있다. 이러한, 상기 몰딩 부재(33)는 별도의 몰딩재로 이루어지거나 인서트(insert) 사출 성형되는 것도 가능하다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 압력 전달 매체(34)는 상기 압력 센싱 소자(20)의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자(20)를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 상기 몰딩 부재(33)와 상기 리드 프레임(10) 사이에 몰딩 성형될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 이러한 상기 압력 전달 매체(34)는 상기 대상 매체가 상기 압력 센싱 소자(20)에 직접 닿지 않도록 방수 기능을 갖는 것으로서, 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 겔(gel), 실리콘(Silicone) 및 에폭시(Epoxy) 등을 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어서, 상기 압력 전달 매체(34)는 반도체 IC 및 MEMS 센서의 보호를 위하여 사용하는 실리콘 계열의 재료(영률 값은 0.001GPa 내지 0.05GPa) 또는 에폭시 계열의 재료(영률 값은 2.0GPa 내지 20.0GPa)를 사용할 수 있다. 상기 두 재료 모두 방수기능이 우수하고, 압력전달기능은 실리콘(Silicone) 계열 재료가 에폭시(Epoxy) 계열 재료보다 더 우수하다. 이는 재료들의 영률(young's modulus) 차이에 의해서 결정될 수 있다. 영률 값은 세로축 탄성률을 의미하며, 영률 값이 작을수록 수축이 잘되고, 이는 압력 전달이 잘됨을 의미한다.
또한, 상기 재료들은 상기 다이어프램 등이 포함된 상기 압력 센싱 소자(20)에 상기 유체의 압력을 전달하는 기능 및 방수기능을 수행할 수 있는 겔 형태의 재료를 사용할 수 있다. 상기 겔은 콜로이드(colloid) 용액이 젤리 모양처럼 일정한 농도 이상으로 고체화된 상태로서, 인가되는 압력을 상기 압력 센싱 소자(20)에 전달될 수 있다.
따라서, 세탁수의 압력 또는 타이어의 공기압 등 상기 대상 매체의 압력이 상기 압력 전달 매체(34)에 전달되어 상기 압려 전달 매체(34)에 변형이 발생되면 이러한 변형이 상기 압력 센싱 소자(20)로 간접적으로 전달되어 부품의 부식이나 손상을 방지하면서 정확하고 정밀한 압력치를 측정할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치(100)는, 상기 리드 프레임(10)에 실장되고, 상기 압력 센싱 소자(20)에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로(IC)칩(40)을 더 포함할 수 있다. 이러한 상기 집적회로(IC)칩(40)은 예를 들어, 아날로그 프론트 엔드부(analog front end)로 이해될 수 있다.
따라서, 상기 압력 센싱 소자(20)에서 발생된 아날로그 신호를 상기 집적회로칩(40)이 노이즈 발생율이 적은 디지털 신호를 변환하여 상기 리드 프레임(10)을 통해 외부 기기로 전달할 수 있고, 이를 통해서 외부 기기 등은 보다 정밀한 압력 신호를 인가받을 수 있다.
이외에도, 본 발명의 일부 실시예들에 의한 압력 센서 장치(100)는 일정한 전압을 유지할 수 있는 레귤레이터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 레귤레이터는 예를 들어, LDO 레귤레이터(Low Dropout Regulator)로 이해될 수 있다. 여기서, 상기 레귤레이터는 센서 및 집적회로의 조합에 따라서 사용되거나 미사용 될 수도 있다. 상기 레귤레이터는 이미 공지된 기술로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 한편, 상기 리드 프레임(10)은, 타부분에 상기 기준 매체 도입구(H1)로부터 인입된 상기 기준 매체를 제 1 방향으로 유도하는 제 1 유도부(G1) 및 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 유도하여 상기 압력 센싱 소자(20)로 안내하는 제 2 유도부(G2)가 형성될 수 있다.
따라서, 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치(100)의 작동 과정을 설명하면, 먼저, 대기 등 압력 측정의 기준이 되는 매체, 즉 기준 매체는 상기 기준 매체 도입구(H1)를 통해서 상기 제 1 하우징(31)의 제 1 내부영역(A1)에 수평 방향으로 유입될 수 있다.
이어서, 이러한 상기 기준 매체는 상기 몰딩 부재(33)의 상기 관통부(33a)를 거쳐서 상기 리드 프레임(10)의 상기 제 1 유도부(G1)를 통과하여 상기 제 2 하우징(32)의 상기 제 3 내부영역(A3)에 도달될 수 있다.
이어서, 이러한 상기 기준 매체는 상기 리드 프레임(10)의 상기 제 2 유도부(G1)를 통과하여 상기 압력 센싱 소자(20)의 제 1 부분에 도달되어 상기 압력 센싱 소자(20)의 기준 압력으로 작용할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 세탁수나 타이어의 공기 등 압력 측정의 대상이 되는 매체, 즉 대상 매체는 상기 대상 매체 도입구(H2)를 통해서 상기 제 1 하우징(31)의 제 2 내부영역(A2)에 수직 방향으로 유입될 수 있다.
이러한 상기 대상 매체의 수직 방향의 유입은 상기 기준 매체의 수평 방향의 유입과 수직으로 어긋나게 형성되는 것으로서 각각의 매체들은 서로에게 영향을 주지 않고, 최대한 독립적으로 유압을 전달하는 것이 가능하다.
이어서, 이러한 상기 대상 매체는 상기 압력 전달 매체(34)에 도달되고, 상기 압력 전달 매체(34)는 상기 압력 센싱 소자(20)의 제 2 부분에 압력을 전달하여 상기 압력 센싱 소자(20)의 측정 대상 압력으로 작용할 수 있다.
그러므로, 상기 리드 프레임(10)이 상기 전선 커넥터(C)와 직결될 수 있게 하여 견고한 조립이 가능하고 내구성이 우수한 것은 물론이고, 기판이나 브라켓 등을 생략하여 제품의 생산 단가를 낮추고, 생산성을 향상시키며, 세탁기의 수위나 타이어의 압력 등을 정밀하게 감지할 수 있고, 제품의 소형화가 가능하며, 정밀한 수위 제어를 통한 물의 절약 및 소비 전력의 절감을 구현할 수 있으며, 세탁수나 타이어 공기 등 대상 매체에 의한 파손을 방지할 수 있다.
도 4 내지 도 9는 도 2의 압력 센서 장치(100)의 제조 과정을 단계적으로 나타내는 사시도들이다.
도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이, 도 2의 압력 센서 장치(100)의 제조 과정을 단계적으로 설명하면, 먼저, 도 4에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 삽입 단자부(10a)가 형성되는 리드 프레임(10)을 준비할 수 있다.
이 때, 도시하지 않았지만, 이러한 상기 리드 프레임(10)은 복수개의 리드 프레임(10)들이 서로 연결되어 추후 절단될 수 있도록 매트릭스 배치된 리드 프레임 스트립 형태로 형성될 수 있다.
이어서, 도 5에 도시된 바와 같이, 몰딩 금형(미도시)를 관통부(33a)가 형성되고, 상기 리드 프레임(10)의 상기 일부분을 둘러싸는 형상인 몰딩 부재(33)를 상기 리드 프레임(10)에 몰딩 성형할 수 있다.
이어서, 도 6에 도시된 바와 같이, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자(20)를 상기 리드 프레임(10)에 실장하고, 본딩 와이어 등의 신호 전달 매체(BW)로 상기 압력 센싱 소자(20)를 상기 리드 프레임(10)과 전기적으로 연결할 수 있다.
이 때, 상기 압력 센싱 소자(20)에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로칩(40)을 상기 압력 센싱 소자(20)와 함께 상기 리드 프레임(10)에 실장할 수 있다.
이어서, 도 7에 도시된 바와 같이, 디스펜서나 몰딩 금형 등을 이용하여 상기 압력 센싱 소자(20)의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자(20)를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 상기 몰딩 부재(33)에 압력 전달 매체를 설치할 수 있다.
이어서, 도 7 및 도 8의 상기 몰딩 부재(33)를 도 9에 도시된 바와 같이, 양면에 각각 접착 실링 부재(S), 예컨대 실리콘 등으로 패터닝 도포하고, 각각의 상기 접착 실링 부재(S)에 제 1 하우징(31) 및 제 2 하우징(32)을 조립하여 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구(H1)가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구(H2)가 형성되는 하우징(30)을 상기 압력 센싱 소자(20) 주위에 설치할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 조립체(1000)를 나타내는 부품 분해 사시도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 조립체(1000)는, 리드 프레임(10)과, 상기 리드 프레임(10)에 실장되고, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자(20)와, 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구(H1)가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구(H2)가 형성되는 하우징(30) 및 전선(1)과 연결되는 전선 커넥터(C)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 기준 매체 도입구(H1)는 상기 하우징(30)의 제 1 면(F1)에 형성되고, 상기 대상 매체 도입구(H2)는 상기 하우징(30)의 상기 제 1 면(F1)과 다른 제 2 면(F2)에 형성되며, 상기 리드 프레임(10)은, 일부분에 상기 전선 커넥터(C)의 단자 홈부(CH)에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있도록 적어도 하나의 삽입 단자부(10a)가 형성될 수 있다.
이러한 상기 리드 프레임(10)과 상기 압력 센싱 소자(20) 및 상기 하우징(30)은 상술된 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치(100)의 그들과 그 구성 및 역할이 동일한 것으로서, 여기서 상세한 설명은 생략한다.
도 11은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1 내지 도 11에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치의 제조 방법은, 적어도 하나의 삽입 단자부(10a)가 형성되는 리드 프레임(10)을 준비하는 리드 프레임 준비 단계(S1)와, 관통부(33a)가 형성되고, 상기 리드 프레임(10)의 상기 일부분을 둘러싸는 형상인 몰딩 부재(33)를 상기 리드 프레임(10)에 몰딩 성형하는 몰딩 성형 단계(S2)와, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자(20)를 상기 리드 프레임(10)에 실장하는 압력 센싱 소자 실장 단계(S3) 및 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구(H1)가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구(H2)가 형성되는 제 1 하우징(31) 및 제 2 하우징(32)을 상기 압력 센싱 소자(20) 주위에 설치하는 하우징 설치 단계(S4)를 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력 센싱 소자 실장 단계(S3)에서, 상기 압력 센싱 소자(20)에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로칩(40)을 상기 리드 프레임(10)에 실장할 수 있다.
여기서, 상기 하우징 설치 단계(S4)는, 상기 압력 센싱 소자(20)의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자(20)를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 상기 몰딩 부재(33)에 압력 전달 매체를 설치하는 압력 전달 매체 설치 단계(S41)와, 상기 몰딩 부재(33)의 양면에 각각 접착 실링 부재(S)를 도포하는 도포 단계(S42) 및 각각의 상기 접착 실링 부재(S)에 제 1 하우징(31) 및 제 2 하우징(32)을 조립하는 조립 단계(S43)를 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 압력 전달 매체를 도입함으로써 압력 센싱 소자 및 집적회로칩 등에 대하여 유체 또는 수분에 의한 장치 결함을 방지할 수 있다. 또한, 압력 센서 장치의 부착 형태가 유체도입구가 하부로 가는 형태이므로 압력 센서 장치의 하부 방수가 상대적으로 취약할 수 있다. 따라서, 방수 기능을 가지면서 외부를 보호할 수 있는 하우징으로 감싸주어 수분에 의한 결함을 방지할 수 있다.
또한, 압력 전달 매체의 특성이 딱딱한 경화를 하게 되면 센서의 특성이 변화하고, 점도가 낮은 방수겔 형태의 압력 전달 매체를 고정시키기 위하여 격벽 구조를 도입함으로써 압력센서의 작동을 원활하게 할 수 있다. 또, 각각의 하우징은 분리형 구조로 되어 있으며, 유체도입구와 대기도입구가 서로 나란하지 않으며, 다른 방향으로 형성됨으로써 자동조립 등에 의한 생산성이 우수하며, 구조가 간단하고, 제조공정시 각 센서칩 및 집적회로의 실장이 용이한 압력 센서 장치를 구현할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 리드 프레임
10a: 삽입 단자부
20: 압력 센싱 소자
30: 하우징
31: 제 1 하우징
32: 제 2 하우징
33: 몰딩 부재
34: 압력 전달 매체
40: 집적회로칩
100: 압력 센서 장치
1000: 압력 센서 조립체
10a: 삽입 단자부
20: 압력 센싱 소자
30: 하우징
31: 제 1 하우징
32: 제 2 하우징
33: 몰딩 부재
34: 압력 전달 매체
40: 집적회로칩
100: 압력 센서 장치
1000: 압력 센서 조립체
Claims (18)
- 리드 프레임;
상기 리드 프레임에 실장되고, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자; 및
상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 하우징;을 포함하고,
상기 기준 매체 도입구는 상기 하우징의 제 1 면에 형성되고, 상기 대상 매체 도입구는 상기 하우징의 상기 제 1 면과 다른 제 2 면에 형성되며,
상기 리드 프레임은, 일부분에 전선 커넥터의 단자 홈부에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있도록 적어도 하나의 삽입 단자부가 형성되고,
상기 하우징은,
상기 기준 매체와 상기 대상 매체에 적용되는 각각의 압력이 서로에게 영향을주지 않고 독립적으로 전달될 수 있도록, 서로 다른 방향으로 상기 기준 매체 도입구와 상기 대상 매체 도입구가 형성되고, 상기 기준 매체 도입구와 연통되는 제 1 내부영역과 상기 대상 매체 도입구와 연통되는 제 2 내부영역을 가지며, 상기 리드 프레임의 일측 방향에 설치되는 제 1 하우징;
상기 제 1 내부영역의 기준 매체가 상기 리드 프레임을 통과하여 상기 제 1 부분에 도달될 수 있도록 제 3 내부영역을 형성하고 상기 리드 프레임의 타측 방향에 설치되는 제 2 하우징; 및
상기 압력 센싱 소자의 상기 제 1 부분이 상기 기준 매체에 노출될 수 있도록 관통부가 형성되고, 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역을 형성하는 적어도 하나의 격벽이 형성되며, 상기 리드 프레임의 상기 일부분을 둘러싸는 형상으로 몰딩 성형되는 몰딩 부재;를 포함하고,
상기 리드 프레임은, 타부분에 상기 기준 매체 도입구로부터 인입된 상기 기준 매체를 제 1 방향으로 유도하는 제 1 유도부 및 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 유도하여 상기 압력 센싱 소자로 안내하는 제 2 유도부가 형성되는, 압력 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 삽입 단자부는 상기 전선 커넥터의 상기 단자 홈부에 삽입이 용이하도록 그 선단에 뾰족한 첨단 경사부가 형성되는, 압력 센서 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 기준 매체 도입구와 상기 대상 매체 도입구는 서로 수직한 방향으로 신장되는, 압력 센서 장치. - 삭제
- 제 1 항에 있어서,
상기 몰딩 부재와 상기 제 1 하우징 및 상기 몰딩 부재와 상기 제 2 하우징 사이에 각각 접착 실링 부재가 설치되는, 압력 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 몰딩 부재는, 상기 전선 커넥터의 날개홈부에 삽입되어 쇼트를 방지할 수 있도록 상기 리드 프레임의 상기 삽입 단자부와 이웃하는 삽입 단자부 사이에 날개부가 형성되는, 압력 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 압력 센싱 소자의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 압력 전달 매체가 설치되는, 압력 센서 장치. - 제 8 항에 있어서,
상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체가 상기 압력 센싱 소자에 직접 닿지 않도록 방수 기능을 갖는, 압력 센서 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 겔(gel)을 포함하는, 압력 센서 장치. - 제 9 항에 있어서,
상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 실리콘(Silicone) 또는 에폭시(Epoxy)를 포함하는, 압력 센서 장치. - 제 1 항에 있어서,
상기 리드 프레임에 실장되고, 상기 압력 센싱 소자에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로(IC)칩;
을 더 포함하는, 압력 센서 장치. - 삭제
- 적어도 하나의 삽입 단자부가 형성되는 리드 프레임을 준비하는 리드 프레임 준비 단계;
관통부가 형성되고, 상기 리드 프레임의 일부분을 둘러싸는 형상인 몰딩 부재를 상기 리드 프레임에 몰딩 성형하는 몰딩 성형 단계;
제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자를 상기 리드 프레임에 실장하는 압력 센싱 소자 실장 단계; 및
상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 제 1 하우징 및 제 2 하우징을 상기 압력 센싱 소자 주위에 설치하는 하우징 설치 단계;를 포함하고,
상기 리드 프레임 준비 단계에서,
상기 리드 프레임은, 타부분에 상기 기준 매체 도입구로부터 인입된 상기 기준 매체를 제 1 방향으로 유도하는 제 1 유도부 및 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 유도하여 상기 압력 센싱 소자로 안내하는 제 2 유도부가 형성되고,
상기 몰딩 성형 단계에서,
상기 몰딩 부재는, 상기 압력 센싱 소자의 상기 제 1 부분이 상기 기준 매체에 노출될 수 있도록 관통부가 형성되고, 제 1 내부영역과 제 2 내부영역을 형성하는 적어도 하나의 격벽이 형성되며, 상기 리드 프레임의 상기 일부분을 둘러싸는 형상으로 몰딩 성형되고,
상기 하우징 설치 단계에서,
상기 기준 매체와 상기 대상 매체에 적용되는 각각의 압력이 서로에게 영향을주지 않고 독립적으로 전달될 수 있도록, 서로 다른 방향으로 상기 기준 매체 도입구와 상기 대상 매체 도입구가 형성되고,
상기 제 1 하우징은, 상기 기준 매체 도입구와 연통되는 상기 제 1 내부영역과 상기 대상 매체 도입구와 연통되는 상기 제 2 내부영역을 가지며, 상기 리드 프레임의 일측 방향에 설치되고,
상기 제 2 하우징은, 상기 제 1 내부영역의 기준 매체가 상기 리드 프레임을 통과하여 상기 제 1 부분에 도달될 수 있도록 제 3 내부영역을 형성하고 상기 리드 프레임의 타측 방향에 설치되는, 압력 센서 장치의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 압력 센싱 소자 실장 단계에서,
상기 압력 센싱 소자에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로(IC)칩을 상기 리드 프레임에 실장하는, 압력 센서 장치의 제조 방법. - 제 14 항에 있어서,
상기 하우징 설치 단계는,
상기 몰딩 부재의 양면에 각각 접착 실링 부재를 도포하는 도포 단계; 및
각각의 상기 접착 실링 부재에 상기 제 1 하우징 및 상기 제 2 하우징을 조립하는 조립 단계;
를 포함하는, 압력 센서 장치의 제조 방법. - 제 16 항에 있어서,
상기 하우징 설치 단계는,
상기 도포 단계 이전에, 상기 압력 센싱 소자의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 상기 몰딩 부재에 압력 전달 매체를 설치하는 압력 전달 매체 설치 단계;
를 더 포함하는, 압력 센서 장치의 제조 방법. - 리드 프레임;
상기 리드 프레임에 실장되고, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자;
상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되고, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 하우징; 및
전선과 연결되는 전선 커넥터;를 포함하고,
상기 기준 매체 도입구는 상기 하우징의 제 1 면에 형성되고, 상기 대상 매체 도입구는 상기 하우징의 상기 제 1 면과 다른 제 2 면에 형성되며,
상기 리드 프레임은, 일부분에 상기 전선 커넥터의 단자 홈부에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있도록 적어도 하나의 삽입 단자부가 형성되고,
상기 하우징은,
상기 기준 매체와 상기 대상 매체에 적용되는 각각의 압력이 서로에게 영향을주지 않고 독립적으로 전달될 수 있도록, 서로 다른 방향으로 상기 기준 매체 도입구와 상기 대상 매체 도입구가 형성되고, 상기 기준 매체 도입구와 연통되는 제 1 내부영역과 상기 대상 매체 도입구와 연통되는 제 2 내부영역을 가지며, 상기 리드 프레임의 일측 방향에 설치되는 제 1 하우징;
상기 제 1 내부영역의 기준 매체가 상기 리드 프레임을 통과하여 상기 제 1 부분에 도달될 수 있도록 제 3 내부영역을 형성하고 상기 리드 프레임의 타측 방향에 설치되는 제 2 하우징; 및
상기 압력 센싱 소자의 상기 제 1 부분이 상기 기준 매체에 노출될 수 있도록 관통부가 형성되고, 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역을 형성하는 적어도 하나의 격벽이 형성되며, 상기 리드 프레임의 상기 일부분을 둘러싸는 형상으로 몰딩 성형되는 몰딩 부재;를 포함하고,
상기 리드 프레임은, 타부분에 상기 기준 매체 도입구로부터 인입된 상기 기준 매체를 제 1 방향으로 유도하는 제 1 유도부 및 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 유도하여 상기 압력 센싱 소자로 안내하는 제 2 유도부가 형성되는, 압력 센서 조립체.
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