KR101810419B1 - 온도센서 패키지 - Google Patents

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Abstract

온도센서 패키지가 개시된다. 본 발명의 온도센서 패키지는 일단에 안착부가 형성되고, 타단에 입출력 단자가 형성되고, 상기 안착부와 상기 입출력 단자를 연결하는 연결회로부를 포함하는 베이스 기판, 상기 안착부에 안착되어 결합되는 온도센서부, 상기 온도센서부를 내부에 수용하고, 상기 온도센서부와 대향되는 부분에 투광창이 형성되고, 상기 베이스 기판에 결합되고, 금속 재질로 형성되는 탑 커버 및 상기 투광창에 결합되는 렌즈를 포함한다.

Description

온도센서 패키지{THERMOMETER PACKAGE}
본 발명은 온도센서 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비접촉식으로 동작하고 측정 대상물의 표면에서 방사되는 적외선을 감지하여 온도를 측정하는 온도센서 패키지에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿 컴퓨터 및 신체에 착용가능한 웨어러블 전자 장치 등 최근의 전자 장치는 하나의 기능만을 목적으로 하는 것이 아니고, 복합적인 기능을 수행하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해 이러한 전자 장치에는 점차 다양한 센서 장치 등이 탑재되고 있다. 예를 들어, 최근에 출시되는 스마트폰에는 단순한 무선 통신용 부품뿐만 아니라 카메라, 지문인식센서, 자이로센서, 심박센서 등이 탑재되고 있다.
이러한 추세에 더불어 전자 장치에 온도를 측정할 수 있는 온도센서가 탑재되는 것도 고려되고 있다. 이러한 온도센서는 인체의 체온을 측정할 수도 있고 사물이나 음식의 온도를 측정할 수 있어 유용하게 사용될 수 있다. 이러한 목적을 달성하기 위해서는 비접촉식의 온도센서가 탑재되어야 한다.
비접촉식으로 온도를 측정하는 방식은 주로 측정 대상물의 표면에서 방사되는 적외선을 감지하여 온도를 측정한다. 적외선을 감지하는 방법으로는 초전형검출기, 써모파일 및 볼로미터 등이 사용될 수 있으나, 이 중 써모파일이 가장 널리 사용되고 있다. 대한민국 등록특허 제10-0769587호(2007년 10월 17일 등록)에는 이러한 써모파일을 이용한 비접촉식 온도센서에 대해 상세하게 기재되어 있다.
이러한 써모파일을 이용한 비접촉식 온도센서는 온도센서 패키지 주변의 환경에 의해 측정 정확도가 영향을 받을 수 있다. 구체적으로, 온도센서 패키지 주변의 온도가 급격하게 변하거나 전자기파 노이즈가 발생하는 경우 측정 정확도가 떨어질 수 있다.
스마트폰, 태블릿 컴퓨터 등 최근의 전자 장치는 복합적인 기능을 수행하기 위해 다양한 전자 부품이 집적되어 배치되고, 이에 따라 불규칙한 상당한 발열이 발생할 수 있다. 또한, 이러한 전자 부품, 특히 안테나 등의 소자에서 심한 전자기파 노이즈가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 환경에서도 일정 수준 이상의 측정 정확도가 확보될 수 있는 온도센서 패키지가 요구되고 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 주변의 급격한 온도 변화에도 비교적 안정된 측정 정확도를 확보할 수 있는 온도센서 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 주변의 전자기파 노이즈에도 불구하고 비교적 안정된 측정 정확도를 확보할 수 있는 온도센서 패키지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 온도센서 패키지는, 일단에 안착부가 형성되고, 타단에 입출력 단자가 형성되고, 상기 안착부와 상기 입출력 단자를 연결하는 연결회로부를 포함하는 베이스 기판, 상기 안착부에 안착되어 결합되는 온도센서부, 상기 온도센서부를 내부에 수용하고, 상기 온도센서부와 대향되는 부분에 투광창이 형성되고, 상기 베이스 기판에 결합되고, 금속 재질로 형성되는 탑 커버 및 상기 투광창에 결합되는 렌즈를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 안착부에는 상기 온도센서부와 전기적으로 연결되는 센서 연결단 및 상기 탑 커버와 전기적으로 연결되는 탑 커버 연결단을 포함하고, 상기 센서 연결단 및 상기 탑 커버 연결단은 상기 연결 회로부에 의해 상기 입출력 단자까지 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탑 커버 연결단은 접지 전위를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탑 커버 연결단과 상기 탑 커버는 솔더에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 온도센서부는 상기 안착부의 상면에 결합되는 지지부 및 상기 지지부의 상면에 위치하는 써모파일을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 지지부는 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 써모파일은 상기 투광창의 하부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 지지부는 상기 안착부의 센서 연결단과 상기 써모파일을 전기적으로 연결하는 연결부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베이스 기판은 연성의 인쇄회로기판(Flexible PCB)로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 탑 커버는 하면이 개방된 형태로 형성되고, 상기 안착부가 하면에 결합되어 내부 공간이 한정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 패키지는 주변의 급격한 온도 변화에도 비교적 안정된 측정 정확도를 확보할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 패키지는 주변의 전자기파 노이즈에도 불구하고 비교적 안정된 측정 정확도를 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 패키지의 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 패키지의 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 패키지의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부한 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 패키지에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 패키지의 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 패키지의 분해 사시도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도센서 패키지의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 온도센서 패키지는 베이스 기판(100), 온도센서부(200), 탑 커버(300) 및 렌즈(400)를 포함한다.
베이스 기판(100)은 일단에 안착부(110)가 형성되고, 타단(130)에 입출력 단자(131)가 형성된다. 일단의 안착부(110)와 타단의 입출력 단자(131)는 연결부에 의해 연결될 수 있다. 연결부(120)에는 안착부(110)의 단자와 타단(130)의 단자를 전기적으로 연결할 수 있는 연결회로부(121)가 형성된다. 베이스 기판(100)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)로 형성될 수 있고, 특히 연성의 인쇄회로기판(Flexible PCB)로 형성될 수 있다.
베이스 기판(100)의 타단의 입출력 단자(131)는 전자 장치의 단자에 연결될 수 있다. 베이스 기판(100)은 온도센서부(200)와 온도센서 패키지가 탑재되는 전자 장치를 전기적으로 연결하는 부분이다.
베이스 기판(100)의 안착부(110)에는 복수의 단자가 형성될 수 있다. 구체적으로, 안착부(110)에는 온도센서부(200)와 전기적으로 연결되는 센서 연결단(111) 및 탑 커버(300)와 전기적으로 연결되는 탑 커버 연결단(112)이 형성될 수 있다. 이러한 복수의 단자(111, 112)는 연결회로부(121)를 통해 베이스 기판(100) 타단의 입출력 단자(131)와 연결될 수 있다.
온도센서부(200)는 안착부(110)에 안착되어 결합된다. 온도센서부(200)는 안착부(110)의 센서 연결단(111)과 전기적으로 연결된다.
온도센서부(200)는 지지부(210)와 써모파일(220)을 포함할 수 있다. 지지부(210)는 베이스 기판(100)의 안착부(110)에 직접 맞닿도록 위치한다. 지지부(210)는 안착부(110)의 상면 상에 위치한다. 지지부(210)는 상대적으로 열전도성이 낮은 재질로 형성될 수 있다. 구체적으로, 지지부(210)는 세라믹 재질로 형성될 수 있다.
써모파일(220)은 지지부(210)의 상면에 위치한다. 써모파일(220)은 측정 대상물의 표면에서 방사되는 적외선을 수광하면 발생하는 제벡 효과(Seebeck effect)에 의해 기전력을 발생시키는 소자이다. 기전력의 크기를 통해 측정 대상물의 온도를 측정할 수 있다. 써모파일(220)은 안착부(110)에 대략적으로 수직인 방향에서 입사되는 적외선을 수광하도록 배향될 수 있다.
써모파일(220)은 베이스 기판(100)과 지지부(210)를 사이에 두고 배치되어, 베이스 기판(100)에 의한 열적 영향에서 최대한 이격될 수 있다. 베이스 기판(100)의 타단은 전자 장치에 연결되게 되는데, 전자 장치에서 발생한 열이 베이스 기판(100)을 통해 안착부(110)까지 전해질 수 있다. 상술한 구조에 의해 써모파일(220)은 안착부(110)의 열에서 최대한 이격될 수 있다.
써모파일(220)은 안착부(110)의 센서 연결단(111)과 전기적으로 연결된다. 지지부(210)는 써모파일(220)의 단자와 안착부(110)의 센서 연결단(111)을 전기적으로 연결하기 위한 연결부(211)를 포함할 수 있다. 연결부는 지지부(210)에 결합된 도전성 패턴이 될 수 있다.
탑 커버(300)는 내부 공간을 형성하는 구조물이다. 탑 커버(300)는 하면이 개방된 형태로 형성되고, 베이스 기판(100)의 안착부(110)가 탑 커버(300)의 하면에 결합되어 내부 공간이 한정될 수 있다. 내부 공간에는 안착부(110)의 상면 상에 위치하는 온도센서부(200)가 수용된다.
탑 커버(300)는 투광창(310)을 포함한다. 투광창(310)은 온도센서부(200)가 감지하는 적외선이 통과하기 위한 개구이다. 투광창(310)은 온도센서부(200)와 대향되는 위치에 형성되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 투광창(310)은 써모파일(220)에 대향되도록 형성되는 것이 가장 바람직하다. 투광창(310)은 렌즈(400)에 결합되어 닫힐 수 있다. 렌즈(400)는 투광창(310)을 통과하는 광을 굴절시켜 써모파일(220)에 집광시킬 수 있다. 렌즈(400)는 온도센서부(200)가 감지하려는 적외선 파장 대역을 통과시키는 광학 특성을 가진다. 경우에 따라서, 렌즈(400)부는 적외선 선택적 투과 특성을 가져 온도센서부(200)가 감지하려는 적외선 파장 대역만을 선택적으로 통과시키는 광학 필터를 포함할 수 있다.
탑 커버(300)는 투광창(310)을 통해 적외선을 내부 공간으로 입사시키고, 다른 경로를 통해서는 적외선이 내부 공간으로 유입되지 않도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 탑 커버(300)는 적외선이 통과되는 않는 차광성 재질로 형성될 수 있다. 또한, 탑 커버(300)는 그 자체에서 방사되는 적외선이 최소가 되도록 설계될 수 있다. 탑 커버(300) 자체에서 방사되는 적외선도 온도센서부(200)에서 감지될 수 있으며, 이는 온도센서부(200) 입장에서 노이즈로 인식된다. 따라서 탑 커버(300)는 방사율이 낮게 되도록 재질이 선택되거나 표면이 처리될 수 있다. 구체적으로, 탑 커버(300)는 알루미늄과 같은 방사율이 상대적으로 낮은 재질로 형성될 수 있고, 온도센서부(200)와 마주보게 되는 내측 표면을 샌딩 또는 아모다이징 등의 가공을 하여 방사율을 최대한 낮출 수 있다.
탑 커버(300)는 금속 재질로 형성될 수 있다. 탑 커버(300)는 안착부(110)의 탑 커버 연결단(112)과 전기적으로 연결될 수 있다. 구체적으로, 탑 커버(300)는 하단의 일부분이 안착부(110)의 탑 커버 연결단(112)과 솔더(113) 등에 의해 결합되어 전기적으로 연결될 수 있다.
탑 커버(300)는 금속 재질로 형성되어 상대적으로 열전도성이 높다는 특징이 있다. 특히, 탑 커버(300)는 세라믹 재질로 형성된 지지부(210)보다 열전도성이 높다. 따라서 탑 커버(300)는 베이스 기판(100)을 통해 안착부(110)까지 전해진 열을 신속하게 흡수할 수 있다. 따라서 탑 커버(300)와 베이스 기판(100)은 신속하게 열 평형을 이룰 수 있다.
또한, 탑 커버(300)는 내부 공간을 전자기파 노이즈로부터 보호할 수 있다. 구체적으로, 탑 커버(300)는 금속 재질로 형성되어 외부의 전자기파 노이즈를 상당 수준으로 차폐할 수 있다. 특히, 탑 커버(300)가 안착부(110)의 탑 커버 연결단(112)과 전기적으로 연결되고, 탑 커버 연결단(112)은 전자 장치의 접지부와 연결되면 탑 커버(300)는 접지 전위를 가지게 된다. 이에 따라 탑 커버(300)는 외부의 전자기파 노이즈를 높은 수준으로 차폐할 수 있다.
이상, 본 발명의 온도센서 패키지의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 베이스 기판 110: 안착부
120: 연결부 121: 연결회로부
131: 입출력 단자
200: 온도센서부 210: 지지부
220: 써모파일
300: 탑 커버 310: 투광창
400: 렌즈

Claims (10)

  1. 일단에 안착부가 형성되고, 타단에 입출력 단자가 형성되고, 상기 안착부와 상기 입출력 단자를 연결하는 연결회로부를 포함하는 베이스 기판;
    상기 안착부의 상면에 안착되어 결합되고, 세라믹 재질로 형성되는 지지부 및 상기 지지부의 상면에 위치하는 써모파일을 포함하는 온도센서부;
    상기 온도센서부를 내부에 수용하고, 상기 온도센서부와 대향되는 부분에 투광창이 형성되고, 상기 베이스 기판에 결합되고, 금속 재질로 형성되는 탑 커버; 및
    상기 투광창에 결합되는 렌즈를 포함하고,
    상기 지지부는 상기 안착부의 센서 연결단과 상기 써모파일을 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하는 온도센서 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 안착부에는 상기 온도센서부와 전기적으로 연결되는 센서 연결단 및 상기 탑 커버와 전기적으로 연결되는 탑 커버 연결단을 포함하고,
    상기 센서 연결단 및 상기 탑 커버 연결단은 상기 연결 회로부에 의해 상기 입출력 단자까지 전기적으로 연결되는 온도센서 패키지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 탑 커버 연결단은 접지 전위를 가지는 온도센서 패키지.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 탑 커버 연결단과 상기 탑 커버는 솔더에 의해 전기적으로 연결되는 온도센서 패키지.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 써모파일은 상기 투광창의 하부에 위치하는 온도센서 패키지.
  8. 삭제
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 연성의 인쇄회로기판(Flexible PCB)로 형성되는 온도센서 패키지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 탑 커버는 하면이 개방된 형태로 형성되고, 상기 안착부가 하면에 결합되어 내부 공간이 한정되는 온도센서 패키지.
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