KR102242428B1

KR102242428B1 - 스트레인 게이지 압력 센서

Info

Publication number: KR102242428B1
Application number: KR1020140067319A
Authority: KR
Inventors: 니일 에스 페트라카
Original assignee: 센사타 테크놀로지스, 인크
Priority date: 2014-06-03
Filing date: 2014-06-03
Publication date: 2021-04-19
Also published as: KR20150139173A

Abstract

압력 변환기 조립체는 감지 요소가 장착되는 압력-응답 다이아프램, 및 와이어 접합 설비에 의해 감지 요소에 전기 접속되도록 된 와이어-접합 패드를 포함하는 전자장치 패키지를 포함한다. 다이아프램 및 와이어 접합 패드는 이들이 서로 근접하여 그리고 비교차 평면에 놓이도록 변환기 내에서 지지된다.

Description

스트레인 게이지 압력 센서{STRAIN GAUGE PRESSURE SENSOR}

본 발명은 전기 신호를 생성하기 위해 유체 시스템의 압력 변화를 감지하기 위한 스트레인(strain) 게이지 기술을 구현한 압력 변환기(transducer) 및 이런 변환기를 위한 패키지 구조 및 그 구성 방법에 관한 것이다.

마이크로퓨즈형(microfused) 실리콘 스트레인 게이지 기술을 포함하는 압력 감지 변환기는 많은 환경에서 그리고 다양한 어플리케이션에서 사용이 증가되고 있는 것으로 밝혀졌다. 이들은 자주 공간 제한이 요인인 환경에서 사용되고, 그 결과 이런 변환기는 크기가 작은 것인 바람직하며, 예를 들어 직경이 약 1 센티미터 미만 정도인(예를 들어, 6 내지 8 mm) 크기와 직경의 약 2 내지 3배의 길이를 가질 수 있다. 이런 변환기에 대한 많은 어플리케이션들 중에는 자동차 산업에서 예를 들어 연료 시스템, 제동 시스템, 차량 안정성 시스템 등의 압력을 감지하기 위한 것을 포함한다. 이런 변환기는 전형적으로 압력-응답 다이아프램(diaphragm)으로 모니터링되는("압력 환경") 압력 소스와 연통되는 적어도 하나의 유체 통로를 포함한다. 스트레인 게이지와 같은 적어도 하나의 감지 요소는 전형적으로 다이아프램의 페이스(face)에 장착되며 또한 다이아프램의 굴곡(flexure)에 응답한다. 스트레인 게이지는 변환기 하우징 내에 장착된 인쇄 회로 기판 상에서 가느다란 와이어에 의해 접점(contact) 패드에 연결된다. 회로 기판은 모니터링될 시스템의 유체 압력을 나타내는 전기 출력 신호를 발생시키기 위해 전자 부품 및 회로망(circuitry)을 실장한다. 회로 기판으로부터의 출력 신호는 변환기 하우징을 통해 접근 가능한 전기 접속부에 의해 변환기의 외부에서 픽업(pick up)된다. 하우징 내의 변환기의 부품들의 구성은 전체 변환기의 크기에 영향을 끼치며, 또한 변환기의 성능 또는 용량과의 타협 없이 패키지의 전체 크기가 감소될 수 있도록 상기 부품들을 패키징하는 것이 바람직하다. 게다가, 변환기의 내부 부품들의 배치는 변환기의 일체형 및 신뢰성에 영향을 끼칠 수 있다. 본 발명은 이런 변환기를 위해 개선된 구성 및 방법을 제공한다. 본 발명의 배경이 되는 기술은 US 2008 0148860 A1 (2008.06.26), US 2013 0052936 A1 (2013.02.28), US 2012 0067130 A1 (2012.03.22)및 US 5,331,857 A (1994.07.26)에 개시되어 있다.

변환기 조립체는 일체형 베이스 및 상기 베이스로부터 연장하는 목부(neck)를 포함하는 압력 포트를 갖는다. 베이스는 압력 환경과 관련된 피팅(fitting)에 또는 압력 환경을 포함하거나 또는 그렇지 않을 경우 압력 환경과 연통되는 다른 장치에 연결 가능하다. 압력 포트의 베이스는 압력 환경과 연통되도록 된 구멍을 가지며, 상기 구멍으로부터 목부 내로 내부 유체 통로가 연장된다. 유체 통로 및 목부는, 목부의 일부가 목부의 측부를 따라 유체 통로 내의 유체 압력의 변화에 응답하여 탄성적으로 굴곡될 수 있는 얇은 탄성 다이아프램을 형성하도록 구성된다. 다이아프램은 변환기의 길이방향 축선(axis)을 따라 연장되거나 길이방향 축선과 실질적으로 평행한 평면을 따라 놓이도록 형성된다. 하나 또는 그 이상의 스트레인 게이지는 다이아프램의 외측 페이스에 고정되며, 또한 압력 환경의 유체 압력에 따른 다이아프램에 대한 스트레인에 응답하도록 되어 있다.

인쇄 회로 기판을 포함하는 전자장치 패키지는, 전기적으로 도전성인 리드 프레임 및 집적된 비도전성 지지 프레임으로 구성된 지지 조립체를 포함하는 장치에 의해 변환기 내에 지지된다. 변환기를 위한 회로망을 포함하는 인쇄 회로 기판이 금속제 리드 프레임에 장착된다. 지지 조립체는 압력 포트의 베이스 부분에 장착되며, 다이아프램을 포함하는 압력 포트의 목부를 수용한다. 지지 조립체는, 스트레인 게이지에 연결되는 인쇄 회로 기판 상의 와이어 접합 패드가 다이아프램 및 상기 다이아프램에 장착된 스트레인 게이지의 평면과 실질적으로 평행한 평면을 따라 배치되도록, 압력 포트에 대해 인쇄 회로 기판을 지지하도록 배치된다. 인쇄 회로 기판은 스트레인 게이지에 근접하여 그 와이어 접합 패드에 배치되는 것이 바람직하다. 인쇄 회로 기판의 와이어 접합 패드의 평면을 다이아프램 및 스트레인 게이지의 평면과 실질적으로 평행하게 배치함으로써, 종래의 와이어 접합 장치에 의해 스트레인 게이지에 대한 인쇄 회로 기판의 와이어 접합이 용이해진다. 상기 배치는 더 짧은 접합 와이어의 사용을 가능하게 하며 인쇄 회로 기판 및 스트레인 게이지 상에서 그 관련된 접점 패드에 대해 접합 와이어의 더욱 안전한 전기적 및 기계적 연결을 제공한다. 게다가, 다이아프램을 배향시킴으로써, 평행한 평면에서 스트레인 게이지 및 인쇄 회로 기판의 와이어 접합 패드는 스트레인 게이지와 인쇄 회로 기판의 와이어 접합 패드를 전기 접속시키기 위한 설계 및 조립 방법을 단순화시킨다. 또한, 상기 배치는 인쇄 회로 기판이 변환기의 길이방향으로 연장할 수 있게 하며, 따라서 인쇄 회로 기판이 다이아프램 및 스트레인 게이지의 평면과 직교하여 배향되는 경우에 유발되는, 인쇄 회로 기판의 크기에 대한 제약을 피할 수 있게 한다.

본 발명의 목적 및 장점은 첨부한 도면을 참조하는 아래의 본 발명의 설명으로부터 더욱 완전하게 이해될 것이다.
도 1은 대표적인 변환기의 등각도.
도 2는 도 1에 도시된 변환기의 베이스의 바닥을 도시한 도면.
도 3은 도 1의 변환기의 상부의 평면도.
도 4는 길이방향 직경 평면을 따라 취한 변환기의 일 실시예의 길이방향 단면도.
도 5는 도 4의 실시예의 지지 조립체의 등각도.
도 6은 도 4의 실시예의 리드 프레임의 등각도.
도 7은 도 5의 지지 조립체에 인쇄 회로 기판이 장착된, 도 5와 유사한 도면.
도 8은 압력 포트의 실시예의 등각도.
도 9는 도 8의 압력 포트의 길이방향 단면도.
도 10은 본 발명의 원리를 포함하는 변환기의 다른 실시예의 길이방향 단면도.
도 11은 덮개가 제거된 도 10의 조립된 실시예의 도면.
도 12는 도 10의 압력 포트의 등각도.
도 13은 도 10의 압력 포트의 길이방향 단면도.
도 14는 본 발명의 제3실시예의 측단면도.
도 15는 도 14의 실시예의 길이방향 단면도이다.
도 16은 리드 프레임이 지지 프레임에 장착된 도 15의 지지 조립체의 등각도.
도 17은 도 14 내지 도 16의 리드 프레임의 등각도.
도 18은 도 15의 압력 포트의 등각도.
도 19는 도 15의 압력 포트의 단면도.
도 20은 압력 포트의 다른 실시예의 등각도.
도 21은 도 20의 압력 포트의 길이방향 단면도.
도 22는 도 20의 압력 포트를 구현한 변환기의 길이방향 단면도.
도 23은 인쇄 회로 기판의 와이어 접합 패드 및 다이아프램이 평행한 공간 평면에 놓이고 스트레인 게이지와 인쇄 회로 기판의 접합 패드 사이의 와이어 접합이 실시되는 방식을 도시한 대표적인 변환기의 등각도.

도 1은 압력 포트(12) 및 상기 압력 포트의 베이스(16)에 부착된 상향으로 연장하는 하우징(14)을 가지며 또한 전기 출력 신호가 전송 및 사용될 수 있는 전기 접점 또는 커넥터의 그 상단부(18)에서 종료되는 변환기(10)를 도시하고 있다. 이 실시예에 있어서, 전기 접점은 장치의 상단부에 형성된 소켓(22)을 통해 접근 가능한 접점 패드(20)의 형태일 수 있다.

도 4, 8, 및 9에 도시된 바와 같이, 압력 포트(12)는 다양한 물질 - 17-4 스테인리스강이 바람직함 - 로부터 단일의 모놀리식 부재로서 형성될 수 있다. 압력 포트는 베이스(16) 및 상향으로 연장하는 목부(24)를 포함한다. 베이스(16) 및 목부(24)의 하부 부분은 폐쇄된 상단부(28)에서 종료되는 유체 통로(26)를 포함하도록 형성된다. 목부의 하부 부분은 하나 또는 그 이상의 게이지(도면부호 32로 가상선으로 도시된)가 장착되는 그 측부를 따라 평탄한 외측 페이스(30)을 포함하도록 형성된다. 통로(26)의 적어도 상부 부분은 목부의 지역을 따라 얇은 가요성 다이아프램(34)을 형성하기 위해 평탄한 표면(30)과 협력하는 평탄한 내측 페이스(33)를 형성하는 횡단면을 갖도록 형성된다. 이 실시예에 있어서, 통로의 횡단면은 도 2에 도시된 바와 같이 오브라운드형(obround)일 수 있다. 통로의 오브라운드형 횡단면 형상은 베이스 및 목부의 하부 부분을 통해 구멍을 보링(boring)하고 또한 보링 공구를 횡방향으로 병진시킴으로써 형성될 수 있다. 통로의 오브라운드형 횡단면은 다이아프램(34)을 위해 긴 구성을 형성하기 위해, 평탄한 외측 표면(30)과 협력하는 길이방향으로 연장하는 평탄한 내측 표면(33)을 남긴다.

목부(24)의 상부 부분은 평탄할 수 있으며, 또한 도 4에 제시된 바와 같이 인쇄 회로 기판(38)상에 장착된 전기 부품(36)을 위한 공간을 제공하기 위해 평탄한 표면(30)의 평면으로부터 오목할 수 있다. 목부(24)의 최상단부는 지지 조립체를 목부에 고정하는 것을 돕는 데 사용될 수 있는 스냅-인(snap-in) 커넥터 요소(40)를 형성하도록 형성될 수 있다.

도 5는 이것에 의해 인쇄 회로 기판(38)이 변환기에 지지되는 지지 조립체(42)를 도시하고 있다. 지지 조립체(42)는 전기적으로 도전성인 리드 프레임(44) 및 함께 일체로 고정되는 비-도전성 지지 프레임(46)을 포함한다. 리드 프레임은 전기적으로 도전성이고 또한 구조적으로 충분히 단단한 임의의 적절한 물질로부터 형성될 수 있다. 예를 들어, 리드 프레임은 스탬핑될 수 있으며 또한 스테인리스강의 시트(sheet)로부터 형성될 수 있다. 리드 프레임은 이들 부분의 전기 도전성을 증가시키도록 바람직하게 도금된 부분들을 가질 수 있다. 지지 프레임은 예를 들어 액정 폴리머와 같은 임의의 다양한 폴리머 또는 가공된 물질로부터 형성될 수 있다. 리드 프레임은 지지 프레임과 인서트 몰딩(insert molding)될 수 있다. 장치가 조립될 때, 지지 조립체(42)가 압력 포트(12)의 목부(24) 주위에 배치되며, 또한 하단부가 베이스(22)에 고정된다. 이 실시예에 있어서, 리드 프레임(44)의 하단부의 아치형(arcuate) 세그먼트(48)가 지지 조립체(42)의 하단부를 형성한다. 아치형 세그먼트(48)는 베이스(22)의 윤곽(contour)과 일치하며, 또한 베이스에 레이저 용접되거나 또는 고정된다. 이 실시예에 있어서, 지지 프레임(46)은 리드 프레임(44)의 상단부에 부착되며, 또한 지지 프레임(46)에 형성된 소켓(20)을 통해 접근 가능한 접점 패드(18)에 연결되는 다수의 의존형(depending) 도전성 탭(50)을 지지한다(도 6). 탭(50)은 초기에는 리드 프레임(44)의 부분으로서 형성되며, 또한 나중에 탭(50)을 형성하는 부분이 지지 프레임(46)에 단단히 장착된 후 프레임으로부터 절단된다. 절단된 탭(50)은 인쇄 회로 기판으로부터 외부에서 접근 가능한 접점 패드(20)까지 전기적으로 절연된 도전성 경로를 제공한다.

인쇄 회로 기판(38)은 둘 사이에 바람직하기로는 납땜 연결부에 의해 리드 프레임(44)에 부착된다. 이를 위하여, 리드 프레임과 마주하는 인쇄 회로 기판의 표면은 리드 프레임의 마주하는 표면(52)에 납땜될 수 있는 구조적으로 안전한 금속제 표면을 포함한다. 또한, 리드 프레임으로의 연결부는 인쇄 회로 기판 회로망을 위한 접지부(ground)로서 작용할 수도 있다. 유사하게, 인쇄 회로 기판 상에 형성된 접점 패드는 접점 패드가 도전성 탭(50)에 납땜될 수 있도록 지지 프레임(46)에 의해 지지된 도전성 탭(50)과 정렬하여 배향된다. 리드 프레임은 인쇄 회로 기판이 고정되는 그 마주하는 표면(52)이 목부의 다이아프램(34) 및 평탄한 표면(30)과 평행한 평면을 따라 놓이게 배치되도록, 지지 프레임 및 베이스에 고정된다. 도 7은 제위치에 장착된 인쇄 회로 기판을 갖는 지지 조립체를 도시하고 있다. 이 실시예에 있어서, 인쇄 회로 기판은 기판의 개구(56) 주위에 배치된 다수의 와이어 접합 패드(54)를 포함한다. 개구(56)는 스트레인 게이지(32)와 정렬된다(도4). 접합 패드(54)는 다이아프램(34) 및 스트레인 게이지의 평면과 평행한 평면에 배치된다. 이 배치는 와이어-접합 장치(예를 들어, 도 23 참조)가 위치되고 또한 접합 와이어(55)의 단부를 인쇄 회로 기판이 개구(56)를 통해 이들을 통과하는 선택된 접합 패드(54)에 부착하고 또한 그 다른 단부를 스트레인 게이지상의 2개의 선택된 지점에 부착할 수 있게 한다. 와이어 접합 연결부가 형성된 후, 와이어, 스트레인 게이지, 및 와이어 접합 패드는 연결부를 보호하기 위해 겔(57) 또는 다른 적절한 물질로 포위될 수 있다. 스트레인 게이지, 다이아프램, 및 인쇄 회로 기판 와이어 접합 패드를 평행한 평면에 배향함으로써, 변환기의 설계는 인쇄 회로 기판을 스트레인 게이지에 연결하는 특별히 설계된 커넥터 요소의 포함을 요구하지 않는다는 점에서 간단해진다.

도 10 내지 도 13은 압력 포트를 통한 유체 통로가 상이한 방식으로 형성된다는 점에서 도 1 내지 도 9의 실시예와는 상이한 본 발명의 다른 실시예를 도시하고 있으며, 또한 압력 포트의 베이스가 압력 환경과 연통되어 대응한 피팅과 결합하도록 적응된 니플(nipple)을 포함한다. 변환기는 임의의 타입의 압력 환경에 연결하도록 다양하게 구성되는 베이스들을 갖도록 형성될 수 있으며 또한 도면에 도시된 것들은 단순히 대표적인 특별하게 형성된 베이스들을 포함할 수 있다는 것을 이해해야 한다.

도 12 및 13은 도 11의 압력 포트(60)를 도시하고 있다. 압력 포트는 베이스(62) 및 상기 베이스(62)로부터 상향 연장되는 목부(64)를 포함하도록 형성된다. 목부(64)는 스트레인 게이지가 장착되는 평탄한 외측 페이스(66)를 포함하도록 형성된다. 유체 통로(68)는 베이스 및 목부의 하부 부분을 통해 길이방향으로 형성된다. 이 실시예에 있어서, 통로의 횡단면은 목부의 하부 부분의 상부 근처에서 종료되는 유체 통로(68)를 포함한다. 다이아프램(69)은 유체 통로(68)의 상단부에 인접한 목부의 후방을 관통하는 구멍(70)을 가공하고 또한 마무리된 내면(72)을 남김으로써 목부의 측부를 따라 형성되며, 결과적인 다이아프램(69)의 두께는 외측 페이스(66)와 내면(72) 사이의 거리에 대응한다. 그 후, 구멍(70)은 구멍을 밀봉하기 위해 단단히 용접될 수 있는 플러그(74)에 의해 폐쇄된다. 목부(64)의 상부 부분(75)은 이 경우에 인쇄 회로 기판(38)에 공간을 제공하기 위해 외측 페이스(66)의 평면으로부터 오목할 수 있다. 이 실시예에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판(38)의 부품들은 외향하여 마주하도록 배치될 수 있다. 이 실시예에 있어서, 지지 조립체(76)는 이전의 실시예의 지지 조립체와 유사하며, 내부 부품들의 치수 및 구성을 수용하기 위해 필요에 따라 수정된다. 도 11 및 12에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판은 실질적으로 다이아프램(69)의 평면과 동일한 평면에 놓이는 와이어 접합 패드(78)를 갖는다. 이 실시예에 있어서, 접합 와이어(77)는 상대적으로 짧고 또한 상대적으로 약간의 벤딩을 요구할 수 있으므로, 사용 시 뿐만 아니라 접합 중에도 와이어 손상의 위험이 덜 하다.

도 14 내지 도 19는 압력 포트(80)가 절두원추형(truncated) 목부(82)를 갖는 본 발명의 제3 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예는 함께 결합되는 2개의 분리되어 형성된 부재들로부터 제조될 수 있음을 도시하고 있다. 이것은 예를 들어 베이스를 통한 유체 통로가 다이아프램이 형성된 목부의 통로보다 횡단면이 작아야만 하는 용도에 바람직할 수 있다. 이 경우에 있어서, 베이스 부분(81)은 분리되어 형성되며 또한 나중에 목부 부분(82)에 결합될 수 있다. 여기에서, 목부를 통한 통로(83)는 횡단면이 오브라운드형일 수 있는 반면에, 베이스를 통한 통로(85)는 횡단면이 원형일 수 있다. 도 18 및 19에 도시된 바와 같이, 다이아프램은 목부(82)의 평탄한 외측 페이스(84)를 따라 형성된다. 목부의 상부 부분(86)은 인쇄 회로 기판 상에 지지된 전기 부품들을 위해 목부(82) 위에 공간을 남기기 위해 짧다.

지지 조립체는 도 16에 도시되어 있으며 또한 리드 프레임(88) 및 상기 리드 프레임이 포함된 지지 프레임(90)을 포함한다. 도 16 및 17에 도시된 바와 같이, 이 실시예에 있어서 인쇄 회로 기판(34)은 그 와이어 접합 패드(54)가 목부(82)의 하부 부분상에서 다이아프램(84)의 그것과 평행한 평면에 배치되도록 지지될 것이다. 이 실시예에 있어서, 지지 프레임(90)은 리드 프레임(88)의 전체 길이에 가깝게 연장하는 것으로 도시되어 있다. 이미 서술한 실시예에서처럼, 리드 프레임(88)(도 17)은 접점 패드(94) 및 인쇄 회로 기판상의 대응하는 접점 패드에 연결 가능한 탭(96)과 마찬가지로, 인쇄 회로 기판이 납땜될 수 있는 접합 표면(92)을 포함한다. 이 실시예에 있어서, 도 16 및 17에 도시된 바와 같이, 다이아프램(84) 및 인쇄 회로 기판 상의 와이어 접합 패드(54)의 평면들은 서로 옵셋되는 평행한 평면들로 배치된다.

도 20, 21, 및 22는 도 15 내지 도 19와 유사하지만 그러나 도 11 내지 도 14의 실시예와 유사한 방식으로 형성된 유체 통로 및 다이아프램을 구비한 절두 원추형 목부를 갖는 본 발명의 또 다른 실시예를 도시하고 있다. 이 실시예에 있어서, 포트(100)는 모놀리식 베이스(102) 및 목부(104)를 포함하며 또한 베이스 및 목부 모두를 통해 보링되는 통로(106)를 갖는 일체형 구성일 수 있다. 다이아프램(108)은 통로(106)와 연통되며 다이아프램(108)의 내측 표면(110)을 형성하기 위해 목부(104)의 후방측을 통해 구멍을 형성함으로써 형성된다. 그 후, 구멍은 제위치에 레이저 용접되는 플러그(109)에 의해 밀봉 폐쇄된다. 이 실시예에 있어서, 본 발명의 원리를 포함하는 변환기의 모든 실시예에서처럼, 리드 프레임(112) 및 지지 프레임(114)을 포함하는 지지 조립체는 장치의 부품들을 수용하는 안전한 지지체를 제공하고 또한 특수한 용도에 요구되는 전기 접속부를 제공하도록 구성된다. 이 실시예에 있어서 다이아프램 및 스트레인 게이지는 위에 서술한 장점을 달성하기 위해 인쇄 회로 기판 상의 와이어 접합 패드와 대략 동일한 평면에 놓일 수 있음을 알 수 있다.

도 23은 조립 프로세스의 와이어 접합 부분 중 도 14 내지 도 19에 도시된 것과 같은 변환기를 도시하고 있다. 이것을 통해 와이어(122)가 안내되는 공급 헤드(120)를 갖는 컴퓨터-제어된 장치는 스트레인 인쇄 회로 기판(38) 상의 와이어 접합 패드(54)와 스트레인 게이지 사이의 와이어 접합을 실시한다. 장치는 인접한 초음파 접합 해머(hammer)(124)를 포함한다. 공급 헤드 및 접합 해머는 이들을 스트레인 게이지 상의 특정한 접점 패드 또는 접점 지점을 갖는 위치로 배향하기 위해, 와이어 접합 패드 및 스트레인 게이지의 평면들과 평행한 모든 방향으로 이동 가능하다. 공급 헤드 및 해머는 인쇄 회로 기판 상의 접합 패드 또는 스트레인 게이지 상의 지점에 대해 이들을 적절히 배치하도록 병진된다. 장치는 와이어를 스트레인 게이지 접점 지점에 클램핑하도록 하향하여 이동되는 것보다 와이어의 단부를 스트레인 게이지 및 초음파 해머상의 지점 위로 위치시키기 위해 공급 헤드를 통해 와이어의 길이를 공급한다. 이렇게 클램핑된 초음파 용접 에너지는, 와이어의 단부를 접점 지점으로 용융(fuse)시키기에 충분한 열을 발생시키는 해머에 적용된다. 와이어의 다른 단부를 그 패드에 위치시켜 접합하며 또한 전체 공급부로부터 와이어를 절단하도록 작동이 반복된다. 스트레인 게이지를 인쇄 회로 기판상의 나머지 와이어 접합 패드에 연결하도록 프로세스가 반복된다.

용어 "압력 환경"은 높거나 또는 낮은 특별한 압력도(degree of pressure)를 암시하는 것을 의미하지 않으며, "상부", "바닥", "위의", "아래의", "전방의", "후방의"와 같은 방향을 가리키는 용어는 변환기의 부품들의 상대적인 방향을 서술하도록 의도되며 임의의 외부 구조물을 갖는 변환기 자체의 배향 또는 이것이 사용되는 시스템에 대한 배향을 지칭하지 않음을 이해해야 한다. 이런 모든 용어들은 단순히 본 발명을 설명 시의 편리함을 위해 사용되었다.

위에 서술한 바로부터, 본 발명은 센서 요소에 응답하는 출력 신호를 발생시키기 위해 센서 요소와 전자 회로망 사이의 전기적 결합을 단순화시키는 압력 변환기의 부품들을 지지 및 패키징하기 위한 장치 및 방법을 제공하는 것이 명백해질 것이다. 본 발명은 가느다란 와이어가 와이어 접합 패드 및 와이어에 대해 손상의 위험이 감소된 감지 요소 상의 연결 지점에 접합될 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 위에 서술한 바는 단순히 예시적인 것으로 의도되며 또한 다른 실시예, 목적, 장점이 그 원리로부터의 일탈 없이 본 기술분야의 숙련자에게 명확해질 수 있음을 이해해야 한다.

Claims

압력 센서 조립체로서,
베이스 및 상기 베이스로부터 상향 연장되고 측벽을 포함하는 목부(neck)를 갖는 압력 포트;
베이스 - 유체 압력 환경에 연결 가능함 - 를 관통하여 그리고 목부 내로 형성된 유체 통로;
목부의 측벽을 따라 배치되고, 외측 페이스 및 내측 페이스를 갖는 다이아프램으로서, 내측 페이스는 유체 통로에 노출되고, 목부의 측벽은 다이아프램의 외측 페이스를 획정하는 평탄한 외면을 갖고, 목부의 내면은 외측 페이스에 평행하고 다이아프램을 획정하는 원형의 평탄한 내면을 형성하도록 기계 가공되는 다이아프램;
다이아프램의 외측 페이스 상에 장착되고, 다이아프램 운동에 응답하는 감지 요소; 및
전자장치 패키지로서, 목부에 인접 장착되며 전자장치 패키지와 감지 요소 사이의 와이어 연결을 용이하게 하기 위해 와이어 접합 패드를 포함하는 전자장치 패키지
를 포함하고, 와이어 접합 패드와 다이아프램은 평면 정렬로 배치되는 것인 압력 센서 조립체.
제1항에 있어서, 와이어 접합 패드와 다이아프램은 실질적으로 평행한 평면에 놓이는 것인 압력 센서 조립체.
제1항에 있어서, 와이어 접합 패드와 다이아프램은 동일한 평면에 놓이는 것인 압력 센서 조립체.
제1항에 있어서, 감지 요소는 스트레인 게이지(strain gauge)를 포함하는 것인 압력 센서 조립체.
제4항에 있어서, 스트레인 게이지를 전자장치 패키지에 전기 접속시키기 위해 스트레인 게이지와 접합 패드에 접합되는 와이어를 더 포함하는 압력 센서 조립체.
제1항에 있어서, 목부의 평탄한 내면은 횡단면이 오브라운드(obround)형인 통로의 섹션에 의해 획정되는 것인 압력 센서 조립체.
제6항에 있어서, 오브라운드형 횡단면 형상은 베이스와 목부의 하부 부분을 관통하는 구멍을 보링(boring)하고, 보링 공구를 횡방향으로 병진시키는 것에 의해 형성되는 것인 압력 센서 조립체.
제1항에 있어서, 목부의 평탄한 표면 반대측의 측부를 관통하여 형성되고 상기 통로와 연통되는 구멍; 및
목부에 있는 구멍을 덮고 밀봉하는 플러그를 더 포함하는 압력 센서 조립체.
제1항에 있어서, 목부 및 전자장치 패키지 주위에 배치된 하우징을 더 포함하며, 압력 포트의 베이스에 밀봉된 관계로 하우징의 하단부가 고정되며, 전기 인터페이스가 하우징의 외부에서의 전자장치 패키지에 대한 연결을 가능하게 하는 것인 압력 센서 조립체.
제1항에 있어서, 압력 포트의 길이방향으로 연장되는 평면을 따라 놓이도록 지지된 인쇄 회로 기판을 포함하는 전자장치 패키지를 더 포함하는 것인 압력 센서 조립체.
제1항에 있어서, 압력 포트의 베이스와 목부는 단일 모놀리식 부재(single monolithic piece)로서 형성되는 것인 압력 센서 조립체.
제1항에 있어서, 압력 포트의 베이스와 목부는 함께 결합되는 별개의 부재로 형성되는 것인 압력 센서 조립체.
압력 변환기(pressure transducer)로서,
베이스 및 상기 베이스로부터 상향 연장되는 목부를 포함하는 압력 포트, 상기 베이스 및 목부를 관통하여 연장되는 유체 통로, 목부의 측벽 상에 배치되고, 유체 통로와 연통되는 내측 페이스와 외측 페이스를 갖는 다이아프램, 와이어 접합 패드를 갖는 전자장치 패키지, 및 다이아프램의 외측 페이스에 장착되는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하고,
다이아프램이 목부의 측부를 따라 배치되고, 목부의 측벽은 다이아프램의 외측 페이스를 획정하는 평탄한 외면을 가지며, 목부의 내면이 외측 페이스와 평행하고 다이아프램을 획정하는 원형의 평탄한 내면을 형성하도록 기계 가공되며,
다이아프램과 와이어 접합 패드는 평면 정렬로 지지되고 배치되는 것인 압력 변환기.
제13항에 있어서, 와이어 접합 패드의 평면과 다이아프램의 평면은 평행한 것인 압력 변환기.
제13항에 있어서, 와이어 접합 패드와 다이아프램은 동일한 평면에 놓이는 것인 압력 변환기.
압력 변환기의 제조 방법으로서,
베이스, 상기 베이스로부터 상향 연장되는 목부, 및 베이스를 관통하여 그리고 목부 내로 연장되는 유체 통로를 갖는 압력 포트를 마련하는 단계;
목부의 측부를 따라 그리고 압력 포트의 길이방향으로 연장되는 평면을 따라 놓이는 다이아프램을 획정하도록 상기 목부를 형성하는 단계로서, 목부의 측벽은 다이아프램의 외측 페이스를 획정하는 평탄한 외면을 갖고, 목부의 내면은, 외측 페이스와 평행하고 다이아프램을 획정하는 원형의 평탄한 내면을 형성하도록 기계 가공되는 것인 단계;
다이아프램의 외측 페이스 상에 감지 요소를 장착하는 단계;
전자장치 패키지를 마련하는 단계로서, 전자장치 패키지는 전자장치 패키지와 감지 요소 사이의 와이어 연결을 용이하게 하기 위해 와이어 접합 패드를 포함하는 것인 단계;
전자장치 패키지를, 와이어 접합 패드가 다이아프램의 평면과 평면 정렬되게 놓인 상태로 지지하는 단계;
와이어 접합 장치를 사용하여, 스트레인 게이지 상의 지점과 와이어 접합 패드 상의 지점 사이에 와이어를 부착하는 단계
를 포함하는 압력 변환기의 제조 방법.
제16항에 있어서, 와이어 접합 패드와 다이아프램은 실질적으로 동일한 평면에 배치되는 것인 압력 변환기의 제조 방법.
제16항에 있어서, 와이어 접합 패드와 다이아프램은 실질적으로 평행한 평면에 배치되는 것인 압력 변환기의 제조 방법.
압력 센서 조립체로서,
베이스 및 상기 베이스로부터 상향 연장되고 측벽 및 접근 구멍을 포함하는 목부를 갖는 압력 포트;
베이스 - 유체 압력 환경에 연결 가능함 - 를 관통하여 그리고 목부 내로 형성된 유체 통로;
목부의 측벽을 따라 배치되고, 외측 페이스 및 내측 페이스를 갖는 다이아프램으로서, 내측 페이스는 유체 통로에 노출되고, 목부의 측벽은 다이아프램의 외측 페이스를 획정하는 평탄한 외면을 갖고, 목부의 내면은 다이아프램의 외측 페이스에 평행한 평탄한 내면을 형성하도록 기계 가공되는 것인 다이아프램;
다이아프램의 외측 페이스 상에 장착되고, 다이아프램 운동에 응답하는 감지 요소; 및
전자장치 패키지로서, 목부에 인접 장착되며 전자장치 패키지와 감지 요소 사이의 와이어 연결을 용이하게 하기 위해 와이어 접합 패드를 포함하는 전자장치 패키지
를 포함하고, 와이어 접합 패드와 다이아프램은 평면 정렬식으로 배치되고, 상기 기계 가공은 상기 평탄한 내면에 대한 횡방향 접근을 위한 접근 구멍 및 플러그로부터 이루어져 상기 접근 구멍으로부터 상기 측벽에 불연속을 형성하는 것인 압력 센서 조립체.
제19항에 있어서, 기계 가공된 다이아프램 표면은 상기 측벽의 주위 영역과 상이한 두께를 갖는 것인 압력 센서 조립체.