KR102264214B1 - 온도 감지 기능을 구비한 정전용량 센싱 장치, 이를 포함하는 센서 패키지 및 비데 시트 - Google Patents

온도 감지 기능을 구비한 정전용량 센싱 장치, 이를 포함하는 센서 패키지 및 비데 시트 Download PDF

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Abstract

일 실시예에 의한 센싱 장치는 센싱패드와 접속되어 유전체의 접촉을 감지하는 접촉 감지부, 주변 온도를 감지하는 온도 감지부 및 제 1 전원 공급라인 및 제 2 전원 공급라인을 통해 각각 전원전압 및 접지전압을 공급받아 접촉 감지부 및 온도 감지부로 제공하며, 접촉 감지 신호 및 온도 감지 신호를 데이터 라인을 통해 외부장치로 제공하는 컨트롤러를 포함하도록 구성될 수 있다.

Description

온도 감지 기능을 구비한 정전용량 센싱 장치, 이를 포함하는 센서 패키지 및 비데 시트{Capacitive Sensing Apparatus with Temperature Sensing, Sensor Package and Bidet Sheet Having the Same}
본 기술은 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 온도 감지 기능을 구비한 정전용량 센싱 장치, 이를 포함하는 센서 패키지 및 비데 시트에 관한 것이다.
센서란 측정 대상물로부터 압력, 가속도, 온도, 주파수, 생체 신호 등의 다양한 정보를 감지하여 전기적 신호로 변환하는 장치를 의미한다.
사람과 전자기기 간의 상호 작용을 가능하게 하는 서비스가 증가되면서, 전자기기에 다양한 센서를 부착하여 다양한 서비스를 안전하게 제공할 수 있다.
따라서, 고정확도 및 고정밀도를 갖는 센서들을 보다 효율적으로 운용하기 위한 연구가 필요하다.
대한민국 등록특허공보 제10-2001830호(선행기술 1)에는 온도센서를 착좌센서에 포함시켜 보드에 일체화한 복합센서가 개시되어 있다. 하지만 선행기술 1은 온도센서와 착좌센서를 일체화시킨 것을 개시할 뿐 온도 감지 성능 및 착좌 감지 성능을 개선하기 위한 방안을 개시하고 있지 않다.
본 기술의 실시예는 설치가 간단하고 감도가 우수한 온도 감지 기능을 구비한 정전용량 센싱 장치 및 이를 포함하는 센서 패키지를 제공할 수 있다.
본 기술의 실시예는 착좌 여부를 감지하는 센서와 온도를 감지하는 센서를 일체로 패키징한 센싱 장치를 포함하는 비데 시트를 제공할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 센싱 장치는 센싱패드와 접속되어 유전체의 접촉을 감지하는 접촉 감지부; 주변 온도를 감지하는 온도 감지부; 및 제 1 전원 공급라인 및 제 2 전원 공급라인을 통해 각각 전원전압 및 접지전압을 공급받아 상기 접촉 감지부 및 상기 온도 감지부로 제공하며, 접촉 감지 신호 및 온도 감지 신호를 데이터 라인을 통해 외부장치로 제공하는 컨트롤러;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 센서 패키지는 상면이 개방된 전체적으로 육면체 형상인 케이스; 상기 케이스 내부의 저면에 구비되는 센싱 패드; 온도 감지부 및 접촉 감지부가 전원 공급 라인 및 데이터 라인을 공유하도록 구성된 센싱 장치 및 주변소자들이 일면에 탑재되고, 상기 일면이 상기 케이스 내부를 향하도록 상기 상면에 체결되는 기판; 및 상기 센싱 패드와 상기 기판 간에 전기적을 연결되는 신호 전달부;를 포함할 수 있다.
본 기술의 일 실시예에 의한 센싱 장치를 구비한 비데 시트는 착좌면 케이스와 대향면 케이스가 체결되어 내부 공간을 형성하는 시트 케이스; 상기 내부 공간의 상기 착좌면 케이스에 근접하게 설치되고, 온도 감지부 및 접촉 감지부가 전원 공급 라인 및 데이터 라인을 공유하도록 구성된 센싱 장치 및 주변소자들이 기판의 일면에 탑재된 센싱 장치를 포함하는 센서 패키지; 상기 내부 공간의 상기 대향면 케이스에 근접하게 설치되는 열선; 및; 상기 센서 패키지와 상기 열선 사이의 공간에 형성되는 열 확산 시트;를 포함하도록 구성될 수 있다.
본 기술에 의하면, 접촉 감지 센서와 온도 감지 센서를 일체로 패키징하고, 공통되는 신호선을 공유하도록 하여 센싱 장치의 구조를 단순화하고 제조 원가를 저감시킬 수 있다.
또한, 착좌면을 통해 감지되는 접촉 감지 신호와 발열 장치로부터의 온도 신호를 간섭 없이 전달받아 복합 센싱 기능을 갖는 센싱 장치의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 센싱 장치의 구성도이다.
도 2는 일 실시예에 의한 센싱 장치의 구성도이다.
도 3은 일 실시예에 의한 센서 패키지의 구성도이다.
도 4a 내지 도 4d는 일 실시예에 의한 센싱 장치로의 열 전달 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 내지 5d는 일 실시예에 의한 센싱 장치로의 열 전달 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 의한 비데 시트의 구성도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 기술의 실시예를 보다 구체적으로 설명한다.
도 1은 일 실시예에 의한 센싱 장치의 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일 실시예에 의한 센싱 장치(10)는 컨트롤러(110), 접촉 감지부(120) 및 온도 감지부(130)를 포함할 수 있다.
컨트롤러(110)는 제 1 전원 공급 라인(140) 및 제 2 전원 공급 라인(150)을 통해 각각 전원전압 및 접지전압을 공급받으며, 센싱 장치(10)의 제반 동작을 제어하도록 구성될 수 있다.
접촉 감지부(120)는 컨트롤러(110)로부터 전원전압 및 접지전압을 공급받으며, 센싱 패드(220)에 유전체가 접촉함에 따른 정전 용량 변화를 감지하도록 구성될 수 있다. 접촉 감지부(120)에서 감지한 정전용량 변화량에 따라 컨트롤러(110)는 접촉(착좌) 감지 신호를 생성하며, 접촉(착좌) 감지 신호는 데이터 라인(160)을 통해 외부 장치, 예를 들어 비데 컨트롤러로 전송될 수 있다.
온도 감지부(130)는 컨트롤러(110)로부터 전원전압 및 접지전압을 공급받으며, 센싱 장치(10) 주변의 온도 변화를 감지하도록 구성될 수 있다. 온도 감지부(130)의 출력 신호에 따라 컨트롤러(110)는 온도 감지 신호를 생성하며, 온도 감지 신호는 데이터 라인(160)을 통해 외부 장치, 예를 들어 비데 컨트롤러로 전송될 수 있다.
일 실시예에서, 온도 감지부(130)는 온도에 비례 또는 반비례하여 변화하는 온도 전압을 발생시키고, 밴드갭 기준전압을 기준으로 온도 전압을 디지털 신호로 변환하는 밴드갭 온도 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 1에 도시한 센싱 장치(10)는 단일의 칩으로 패키징될 수 있다.
도 2는 일 실시예에 의한 센싱 장치의 구성도이다.
도 2에 도시한 센싱 장치(100)는 컨트롤러(110), 접촉 감지부(120), 온도 감지부(130) 및 I2C(Inter Integrated Circuit) 인터페이스(170)를 포함할 수 있다. I2C 인터페이스(170) 외의 구성은 도 1에 설명한 센싱 장치(110)의 구성과 실질적으로 동일하므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
I2C 인터페이스(170)는 센싱 장치(100)가 외부 장치, 예를 들어 비데 컨트롤러와 통신할 수 있는 환경을 제공하며, 클럭 라인(Serial Clock; SCL) (190)을 통해 제공되는 클럭 신호에 동기하여 데이터 라인(Serial Data; SDA)(180)을 통해 외부 장치와 데이터를 송수신할 수 있다.
따라서, 컨트롤러(110)의 착좌 감지 신호 및 온도 감지 신호는 SCL 라인(190)을 통해 외부 장치로부터 입력되는 클럭 신호에 동기하여 SDA 라인(180)을 통해 외부 장치로 출력될 수 있다.
정전용량 센서와 온도 감지를 위한 서미스터를 단순히 하나로 패키징하는 경우 정전용량 센서를 위한 전원전압 공급 라인, 접지전압 공급 라인, 데이터 출력 라인과, 서미스터를 위한 전원전압 공급 라인, 접지전압 공급 라인 등 총 5개의 라인이 필요하다.
하지만, 본 기술에 의하면, 접촉 감지부(120)와 온도 감지부(130)가 전원전압 공급라인 및 접지전압 공급 라인을 공유하므로 센싱 장치(10, 100)의 구성을 단순화할 수 있고 제조 원가 또한 감소시킬 수 있다.
또한, 도 1의 데이터 라인(160) 또는 도 2의 SDA 라인(180)을 통해 착좌 감지 신호 및 온도 감지 신호를 출력할 뿐 아니라, 외부 장치로부터 제어신호를 수신하여 접촉 감지부(120)의 감도를 변경하는 것 또한 가능하다.
본 기술의 센싱 장치(10, 100)는 접촉 감지부(120)와 온도 감지부(130)가 단일 칩으로 패키징됨에 따라, 정전용량 변화 및 온도 변화를 간섭 없이 감지할 수 있도록 구성될 수 있다.
도 3은 일 실시예에 의한 센싱 장치 패키지의 구성도이다.
도 3을 참조하면, 센서 패키지(20)는 케이스(210), 센싱패드(220), 기판(230) 및 신호 전달부(250)를 포함할 수 있다.
케이스(210)는 상면이 개방된 전체적으로 직육면체 또는 정육면제 형상으로 구성될 수 있다.
센싱패드(220)는 케이스(210) 내부의 저면에 설치될 수 있다. 센싱 패드(220)는 전도성 시트로 구성되며, 예를 들어 비데 시트의 착좌면에 근접하게 설치될 수 있다.
기판(230)은 케이스(210) 상면의 개방부를 차폐하도록 체결될 수 있다. 기판(230)은 PCB 기판이며, 일면에 센싱 장치(10, 100) 및 주변소자들(240)이 탑재될 수 있다. 케이스(210)에 의해 센싱 장치(10, 100) 및 주변소자들(240)이 보호될 수 있도록 센싱 장치(10, 100) 및 주변소자들(240)이 케이스(210) 내부를 향하도록 케이스(210) 상면을 기판(230)에 의해 차폐할 수 있다.
신호 전달부(250)는 착좌면에 근접 설치된 센싱 패드(220)의 신호를 기판(220)으로 전달하도록 구성될 수 있다. 신호 전달부(250)는 탄성을 갖는 전도성 부재로 구성될 수 있다.
센싱 장치(10, 100)는 도 1과 같이 3선 구조(140, 150, 160) 또는 도 2와 같이 4선 구조(140, 150, 180, 190)일 수 있으며, 접촉 감지부(120) 및 온도 감지부(130)에 의해 공유되는 이러한 신호 라인은 하네스(270)에 의해 보호되어 케이스(210) 외부로 인출될 수 있다.
케이스(210) 내부(260)는 중공 상태를 갖거나 에폭시, 실리콘, 우레탄과 같은 절연 물질로 몰딩될 수 있다.
센싱 장치(10, 100)는 센싱 패드(220)의 정전용량 변화를 신호 전달부(250)를 통해 전달받아 접촉(착좌) 여부를 감지할 수 있고, 주변 온도 변화를 감지할 수 있다.
센싱 장치(10, 100) 내의 온도 감지부(130)가 주변의 열을 용이하게 전달받을 수 있도록 센싱 장치(10, 100) 설치 위치의 기판(230)에 적어도 하나의 홀을 형성할 수 있다.
도 4a 내지 도 4d는 일 실시예에 의한 센싱 장치로의 열 전달 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 센서 패키지(20) 기판(230-1)의 하부면(230B)에 센싱 장치(10, 100)와 주변 소자들(240)이 탑재될 수 있다. 기판(230-1) 상부면(230T)은 케이스(210) 외부로 노출되는 면일 수 있다.
센싱 장치(10, 100)가 탑재되는 영역의 기판(230-1)에는 상부면(230T)으로부터 하부면(230B)까지 기판(230)을 관통하는 적어도 하나의 홀(231)이 형성될 수 있다.
기판(230-1) 상부면(230T)의 홀(231) 주변부로부터 홀(231) 내주면 및 기판(230-1) 하부면(230B)의 홀(231) 주면부를 감싸도록 전도성 박막(241)이 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 박막(241)은 구리 박막일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
센서 패키지(20)의 기판(230-1) 상부면(230T)에 발열장치, 예를 들어 비데 시트의 열선이 배치될 때, 발열장치에서 발산되는 열이 홀(231)을 전체적으로 감싸는 전도성 박막(241)을 통해 센싱 장치(10, 100)로 용이하게 전달되어, 센서 패키지(20) 주변의 온도 변화를 정확하게 감지할 수 있다.
도 4c 및 도 4d에 도시한 것과 같이, 홀(231) 내부는 절연물질로 충진될 수 있다. 일 실시예에서, 충진층(243)은 솔더링층일 수 있다. 홀(231)을 충진층(243)으로 차폐함에 따라 센싱 장치(10, 100)로 전달되는 열이 외부로 손실되는 것을 방지할 수 있다.
도 5a 내지 도 5d는 일 실시예에 의한 센싱 장치로의 열 전달 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b를 참조하면, 일 실시예에 의한 기판(230-2)은 센싱 장치(10, 100)가 탑재되는 영역의 기판(230-2)에 상부면(230T)으로부터 하부면(230B)까지 기판(230-2)을 관통하는 복수의 홀(233a, 233b, 233c, 233d)을 포함하는 홀 그룹(233)이 형성될 수 있다.
기판(230-1) 상부면(230T)의 복수의 홀(233a, 233b, 233c, 233d) 주변부로부터 복수의 홀(233a, 233b, 233c, 233d) 내주면 및 기판(230-1) 하부면(230B)의 복수의 홀(233a, 233b, 233c, 233d) 주면부를 감싸도록 전도성 박막(245)이 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 전도성 박막(245)은 구리 박막일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니다.
아울러, 도 5c 및 도 5d에 도시한 것과 같이, 복수의 홀(233a, 233b, 233c, 233d) 내부에는 충진층(247)이 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 충진층(247)은 솔더링층일 수 있다.
도 4 및 도 5와 같이 기판(230-1, 230-2)을 구성하고, 기판(230-1, 230-2)에 근접하도록 발열장치를 배치하면, 비데 시트의 열선과 같은 발열장치의 열이 홀(231) 또는 홀 그룹(233)을 감싸는 전도성 박막(241, 245)을 통해 센싱 장치(10, 100)로 용이하게 전달되어, 센서 패키지(20) 주변의 온도 변화를 정확하게 감지할 수 있다.
도 6 및 도 7은 일 실시예에 의한 비데 시트의 구성도이다.
도 6은 비데 시트의 단면도를 나타내고, 도 7은 착좌면의 배면 방향에서 도시한 비데 시트의 구성도이다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 비데 시트(30)는 시트 케이스(310) 내부에 설치되는 센서 패키지(20), 센서 패키지(20)의 기판(230)에 근접하게 설치되는 열선(330) 및 센서 패키지(20)와 열선(330) 사이에 배치되는 열 확산 시트(320)를 구비할 수 있다.
시트 케이스(310)는 착좌면 케이스(310A)와 대향면 케이스(310B)를 포함할 수 있다.
착좌면 케이스(310A)와 대향면 케이스(310B)를 체결함에 의해 형성되는 내부 공간(340)에 센서 패키지(20), 열 확산 시트(320) 및 열선(330)이 배치될 수 있다.
센서 패키지(20)는 도 3 내지 도 5에 도시한 센서 패키지(20)로 구성될 수 있다. 따라서, 시트 케이스(310)의 착좌면(310A)에 센싱 패드(220)가 근접하도록 센서 패키지(20)를 배치할 수 있다. 열선(330)에서 발생되는 열은 열 확산 시트(320)를 통해 비데 시트(30)를 전체적으로 가열할 수 있다. 비데시트(30)에서 발생하는 열은 센서 패키지(20)의 온도 감지부(130)에 의해 감지되고 비데 컨트롤러로 전달되어 열선(330)의 발열량이 조절될 수 있다.
도 4 및 도 5에 도시한 것과 같이, 센서 패키지(20)의 기판에 구비된 적어도 하나의 홀을 통해 주변의 열이 센서 패키지(20)로 빠르게 전달되어 정확하고 즉각적인 온도 제어가 가능하다. 또한, 센서 패키지(20) 상부에 열 확산 시트(320) 및 열선(330)이 차례로 배치됨에 따라 조립 공정을 간단화할 수 있다.
뿐만 아니라, 착좌면 케이스(310A)와 센서 패키지(20)가 이격 설치되므로, 착좌 후 착좌면 케이스(310A)에서 발생되는 정전용량 변화량이 일정하게 유지될 수 있다. 센서 패키지(20) 상면의 열 확산 시트(320)가 센서 패키지(20)를 쉴드하기 때문에 외부 노이즈 유입을 차단하여 오동작을 방지할 수 있다.
이와 같이, 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
10. 100 : 센싱 장치
20 : 센서 패키지
30 : 비데 시트

Claims (20)

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  4. 상면이 개방된 전체적으로 육면체 형상인 케이스;
    상기 케이스 내부의 저면에 구비되는 센싱 패드;
    하부면에 온도 감지부 및 접촉 감지부가 전원 공급 라인 및 데이터 라인을 공유하도록 구성된 센싱 장치와 주변소자들이 탑재되고, 상기 하부면의 배면인 상부면이 외부로 노출되면서 상기 하부면이 상기 케이스 내부를 향하도록 상기 상면에 체결되는 기판; 및
    상기 센싱 패드와 상기 기판 간에 전기적으로 연결되는 신호 전달부;를 포함하고,
    상기 기판은, 상기 센싱 장치 배치 영역에 형성되고 상기 상부면으로부터 상기 하부면까지 상기 기판을 관통하도록 형성된 적어도 하나의 홀; 및
    상기 상부면의 상기 홀 주변부로부터 상기 홀 내주면 및 상기 하부면의 상기 홀 주변부를 감싸도록 형성된 전도성 박막;을 포함하는 센서 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 센싱 장치는, 상기 센싱패드의 정전용량 변화를 상기 신호 전달부를 통해 전달받아 유전체의 접촉을 감지하는 상기 접촉 감지부;
    주변 온도를 감지하는 상기 온도 감지부; 및
    제 1 전원 공급라인 및 제 2 전원 공급라인을 통해 각각 전원전압 및 접지전압을 공급받아 상기 접촉 감지부 및 상기 온도 감지부로 제공하며, 접촉 감지 신호 및 온도 감지 신호를 상기 데이터 라인을 통해 외부장치로 제공하는 컨트롤러;
    를 포함하도록 구성되는 센서 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 센싱 장치는, 클럭 라인을 통해 상기 외부 장치로부터 클럭 신호를 제공받으며, 상기 데이터 라인을 통해 상기 외부 장치와 데이터를 송수신하는 I2C(Inter Integrated Circuit) 인터페이스를 더 포함하도록 구성되는 센서 패키지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 센싱 장치는 단일칩으로 패키징되는 센서 패키지.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호 전달부는 탄성을 갖는 전도성 부재로 구성되는 센서 패키지.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 홀 내부를 충진하는 절연성의 충진층을 더 포함하는 센서 패키지.
  12. 착좌면 케이스와 대향면 케이스가 체결되어 내부 공간을 형성하는 시트 케이스;
    상기 내부 공간의 상기 착좌면 케이스에 근접하게 설치되고, 온도 감지부 및 접촉 감지부가 전원 공급 라인 및 데이터 라인을 공유하도록 구성된 센싱 장치 및 주변소자들이 기판의 하부면에 탑재된 센싱 장치를 포함하는 센서 패키지;
    상기 내부 공간의 상기 대향면 케이스에 근접하게 설치되는 열선; 및
    상기 센서 패키지와 상기 열선 사이의 공간에 형성되는 열 확산 시트;를 포함하고,
    상기 센서 패키지는, 상기 센싱 장치 배치 영역에 상기 기판을 관통하도록 형성된 적어도 하나의 홀; 및
    상기 하부면의 상기 홀 주변부로부터 상기 홀 내주면 및 상기 하부면의 배면인 상부면의 상기 홀 주변부를 감싸도록 형성된 전도성 박막;
    을 포함하도록 구성되는 비데 시트.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 센서 패키지는,
    상면이 개방된 전체적으로 육면체 형상인 케이스;
    상기 케이스 내부의 저면에 구비되며 상기 착좌면 케이스에 근접 설치되는 센싱 패드;
    상기 상부면이 외부로 노출되고 상기 하부면이 상기 케이스 내부를 향하도록 상기 상면에 체결되는 상기 기판; 및
    상기 센싱 패드와 상기 기판 간에 전기적으로 연결되는 신호 전달부;
    를 포함하는 비데 시트.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 센싱 장치는, 상기 센싱패드의 정전용량 변화를 상기 신호 전달부를 통해 전달받아 유전체의 접촉을 감지하는 상기 접촉 감지부;
    주변 온도를 감지하는 상기 온도 감지부; 및
    제 1 전원 공급라인 및 제 2 전원 공급라인을 통해 각각 전원전압 및 접지전압을 공급받아 상기 접촉 감지부 및 상기 온도 감지부로 제공하며, 접촉 감지 신호 및 온도 감지 신호를 상기 데이터 라인을 통해 외부장치로 제공하는 컨트롤러;
    를 포함하도록 구성되는 비데 시트.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 센싱 장치는, 클럭 라인을 통해 상기 외부 장치로부터 클럭 신호를 제공받으며, 상기 데이터 라인을 통해 상기 외부 장치와 데이터를 송수신하는 I2C(Inter Integrated Circuit) 인터페이스를 더 포함하도록 구성되는 비데 시트.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 센싱 장치는 단일칩으로 패키징되는 비데 시트.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 신호 전달부는 탄성을 갖는 전도성 부재로 구성되는 비데 시트.
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 제 12 항에 있어서,
    상기 홀 내부를 충진하는 절연성의 충진층을 더 포함하는 비데 시트.
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