KR20050076590A - 케이스 내에 포함된 압력 센서 - Google Patents

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가타야마노리히로
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가부시키가이샤 덴소
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Abstract

예를 들어 내연 기관(internal combustion engine)의 흡입 매니폴드 압력을 검출하기 위한 압력 센서(100, 등)는, 수지 케이스(10), 케이스(10) 내에 포함된 센싱부(20), 및 수지 케이스(10) 내에 삽입된 도체 부재로 구성된다. 도체 부재(30)는 센싱부(20) 주위에 배치되고, 센싱부(20)는 와이어-본딩에 의해 도체 부재(30)에 전기적으로 접속된다. 수지 케이스(10)와 도체 부재(30) 사이의 계면은, 액체 상태로 그 계면 위치에 도포되고 그 이후에 건조되는 캡슐화 부재(50)로 실링된다. 액체 캡슐화 부재(50)가 도포된 위치를 벗어나 센싱부(20)측으로 흐르는 것을 방지하기 위해서, 캡슐화 부재(50)가 도포된 위치와 센싱부(20) 사이에 뱅크(12)가 형성된다. 그 안에 캡슐화 부재(50)를 보유하기 위한 오목부(13)가 뱅크(12)의 다음에 부가적으로 형성될 수도 있다.

Description

케이스 내에 포함된 압력 센서{PRESSURE SENSOR CONTAINED IN CASING}
본 발명은 케이스 내에 포함되고, 캡슐화 부재(encapsulation member)에 의해 캡슐화된 압력 센서에 관한 것이다.
이러한 종류의 압력 센서의 예시는 일본특허공개공보 평11-304619호 및 일본특허공개공보 평2001-304999호에 개시되어 있다. 압력 센서는 수지 케이스, 케이스 내에 포함된 센싱부, 케이스 내에 삽입되고(embedded) 또한 센싱부에 전기적으로 접속된 도체 부재, 및 도체 부재와 케이스 사이의 계면을 캡슐화하기 위한 부재로 구성된다. 자동차의 흡입 매니폴드(intake manifold) 압력과 같은 압력이 센싱부에 인가되고, 센싱부는 그 인가된 압력에 대응하는 전기 신호를 출력한다.
종래의 압력 센서의 관련 부분이 이것에 첨부해서 도8에 도시되어 있다. 도체 부재(30)가 삽입된 수지 케이스(10) 내에 센싱부(20)가 포함된다. 센싱부(20)는 글래스 베이스(22) 및 글래스 베이스(22) 상에 장착된 격막형(diaphragm-type) 반도체 센서 칩으로 구성된다. 센싱부(20)는 접착제(23)를 이용하여 케이스(10)에 접속된다. 센싱부(20)는 본딩 와이어(bonding wire)(40)에 대한 단자로서의 역할을 하는 도체 부재(30)에 전기적으로 접속된다. 도체 부재(30)와 케이스(10) 사이의 계면은 캡슐화 부재(50)로 캡슐화된다. 캡슐화 부재(50)는 도포될 때에는 액체이고, 그 이후에 경화되는 플루오르-고무와 같은 재료로 이루어진다. 캡슐화 부재(50)는, 압력 센서가 부의 압력을 받을 때 기포가 케이스(10)와 도체 부재(30) 사이의 계면을 통하여 나오는 것을 방지한다. 또한, 센싱부(20) 및 캡슐화 부재(50) 상에는, 이들을 화학 침식(chemical erosion)으로부터 보호하기 위해 플루오르-겔과 같은 재료로 이루어진 보호 부재(60)가 배치된다.
캡슐화 부재(50)는 액체 상태에 있을 때에는 그 계면 위치에 도포되고, 그 이후에 경화된다. 종래의 압력 센서에 있어서, 도8에 도시된 바와 같이, 도체 부재(30)는, 캡슐화 부재(50)가 센싱부(20)측으로 흐르는 것과 센싱부의 표면에 고착되는 것을 방지하기 위해 센싱부(20)의 표면보다 아래에 위치된다. 이를 위해, 도체 부재(30)는 케이스(10)의 저부에 위치되어야만 한다. 따라서, 센싱부(20)의 표면과 도체 부재(30)의 표면 사이에 단차(step)가 생기게 된다. 이 단차는 센싱부(20)와 도체 부재(30) 사이에 본딩 와이어(40)를 형성하는 프로세서에 대해서 이롭지 않다. 또한, 단차는 두께(도8에 도시된 압력 센서의 수직 치수)를 크게 만든다. 캡슐화 부재(50)를 도포될 때의 위치에 유지하기 위해서, 도체 부재(30)는 케이스(10)에서 센싱부(20)보다 낮게 위치되어야만 한다. 따라서, 케이스(10)는 자유로이 설계될 수 없게 된다.
본 발명은 전술된 문제점을 고려하여 안출되었고, 본 발명의 목적은 도체 부재가 수지 케이스 내에서 자유로이 위치되는 개선된 압력 센서를 제공하는 것이다.
압력 센서는 자동차의 흡입 매니폴드에서의 압력과 같은 압력을 검출한다. 압력 센서는 수지 케이스, 그 케이스 내에 포함된 센싱부, 및 수지 케이스 내에 삽입되고 또한 센싱부 주위에 배치된 도체 부재로 구성된다. 도체 부재는, 예를 들어 와이어-본딩에 의해 센싱부가 전기적으로 접속되는 단자로서 사용된다. 센싱부는 격막형 반도체 센서 칩으로 구성될 수도 있다. 검출될 압력이 센싱부에 인가되고, 센싱부는 인가된 압력에 대응하는 전기 신호를 출력한다.
수지 케이스와 그 케이스 내에 삽입된 도체 부재 사이의 계면은, 센싱부가 와이어-본딩에 의해 도체 부재에 전기적으로 접속된 후에 캡슐화 부재로 실링(sealing)된다. 캡슐화 부재는 그 계면 위치에 도포될 때에는 액체 상태이고, 캡슐화 부재는 그 이후에 건조된다. 캡슐화 부재가 센싱부측으로 흐르는 것과 센싱부의 표면에 고착되는 것을 방지하기 위해서, 캡슐화 부재가 도포되는 장소와 센싱부 사이에 케이스로부터 돌출한 뱅크가 형성된다.
수지 케이스와 도체 부재 사이의 계면에 액체 상태로 도포되는 캡슐화 부재는 뱅크에 의해 그 안에 보유된다(retained). 따라서, 전술된 종래의 센서 장치에서처럼, 도체 부재의 표면을 센싱부의 표면보다 낮게 위치시키는 것이 필요하지 않게 된다. 수지 케이스에서 센싱부에 대한 도체 부재의 위치가 자유로이 선택된다. 센싱부의 표면 및 도체 부재의 표면이 동일 레벨에 위치되면, 두 표면 사이의 단차가 제거될 수 있고, 그에 따라 압력 센서가 박형으로 만들어질 수 있게 된다.
캡슐화 부재를 그 안에 보유하기 위한 오목부(depressed portion)가 수지 케이스에서 뱅크의 뒤에 만들어질 수도 있다. 도체 부재 상에는, 캡슐화 부재 위의 상부 공간에 노출되는 돌출부(projected portion)가 형성될 수도 있다. 이 경우, 센싱부는 와이어-본딩에 의해 돌출부에 전기적으로 접속된다. 돌출부는, 도체 부재의 일부분을 다른 부분보다 두껍게 만들거나 또는 도체 부재의 일부분을 굽힘(bending)으로써 형성될 수도 있다.
본 발명의 다른 목적 및 특징이, 첨부된 도면을 참조하여 후술되는 바람직한 실시예의 보다 나은 이해로부터 보다 손쉽게 명백해질 것이다.
도1을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예가 설명된다. 압력 센서(100)는 자동차에서의 흡입 매니폴드 압력을 검출하기 위한 압력 센서로서 사용된다. 이 압력 센서(100)가 가솔린 또는 다른 화학 물질에 영향을 받기 때문에, 압력 센서는 이들 물질로부터 충분히 보호되어야만 한다.
도1에 도시된 바와 같이, 센싱부(20)는 수지 케이스(10) 내에 포함되고, 본딩 와이어(40)를 이용하여 케이스(10) 내에 삽입된 도체 부재(30)에 전기적으로 접속된다. 센싱부(20)는 케이스(10)의 상부 공간을 채우는 보호 부재(60)로 덮여있다. 케이스(10)는 폴리페닐렌 술피드(PPS), 폴리부틸렌, 테레프탈염산, 에폭시 등과 같은 수지 재료를 몰드성형(molding)함으로써 이루어진다. 개구부(11)가 케이스(10)의 상부에 형성된다.
센싱부(20)에 접속될 단자로서의 역할을 하는 도체 부재(30)는 수지 케이스(10) 내에 삽입된다. 도체 부재(30)는 구리와 같은 도전성 재료로 이루어진다. 도체 부재(30)의 일부분은, 도1에 도시된 바와 같이 케이스(10) 내의 상부 공간에 노출된다. 노출부는, 센싱부(20)와 도체 부재(30) 사이에 전기적 접속을 이루기 위한 본딩 패드로서의 역할을 하도록 금으로 도금된다. 또한, 도체 부재(30)는 외부 회로(도시되지 않음)에 전기적으로 접속된다.
센싱부(20)는 글래스 베이스(22) 및 글래스 베이스(22) 상에 장착된 격막형 반도체 센서 칩(21)으로 구성된다. 센서 칩(21)은 공지된 압전 소자를 포함하는 박형 격막(21a)에 의해 형성될 수도 있다. 박형 격막(21a)은 압력이 인가될 때 찌그러지고(distort), 센서 칩(21)은 그 압력에 대응하는 전기 신호를 발생한다. 센서 칩(21) 및 글래스 베이스(22)로 구성되는 센싱부(20)는 실리콘 고무와 같은 접착제(23)를 이용하여 케이스(10)에 본딩된다. 센싱부(20)는 금 또는 알루미늄과 같은 재료로 이루어진 본딩 와이어(40)를 통해 도체 부재(30)에 전기적으로 접속된다.
케이스(10) 내에 삽입된 도체 부재(30)는, 도1에 도시된 바와 같이 센싱부(20) 주위에 위치된다. 이 실시예에 있어서, 도체 부재(30)의 상부 표면 및 센싱부(20)의 상부 표면은 실질적으로 동일 레벨에 위치된다. 도8에 도시된 종래의 압력 센서에서 형성된 두 표면 사이의 단차는 제거된다. 단차를 제거함으로써, 압력 센서는 종래의 것보다 박형으로 만들어지게 된다. 도체 부재(30)와 수지 케이스(10) 사이의 계면은 절연재로 이루어진 캡슐화 부재(50)에 의해 실링 또는 캡슐화된다. 또한, 케이스(10)의 상부 공간은, 센싱부(20), 본딩 와이어(40) 및 캡슐화 부재(50)를 덮기 위한 절연재로 이루어진 보호 부재(60)로 채워진다. 따라서, 구성요소를 전기적으로 접속시키는 부분은 캡슐화 부재(50) 및 보호 부재(60)로 덮여져, 외부로부터의 침식으로부터 보호되게 된다.
도1에 도시된 바와 같이, 캡슐화 부재(50)는, 캡슐화 부재(50)로부터 노출된 본딩 와이어(40)의 상부는 남겨두면서, 본딩 와이어(40)와 도체 부재(30) 사이의 접속부 및 케이스(10)와 도체 부재(30) 사이의 계면은 덮도록 배치된다. 캡슐화 부재(50) 및 보호 부재(60)는 전술된 특허문헌(일본특허공개공보 평11-304619호, 일본특허공개공보 평2001-304999호)에 개시된 재료로 이루어질 수도 있다.
캡슐화 부재(50)는 도체 부재(30)와 케이스(10)의 계면에서의 기포 발생을 방지하기 위해 높은 탄성 계수(elasticity modulus)를 갖는 재료로 이루어진다. 플루오르-고무와 같은 재료로 이루어진 캡슐화 부재(50)는 그 계면 위치에 도포될 때에는 소프트 또는 액체 상태이고, 캡슐화 부재(50)는 그 이후에 경화된다. 보호 부재(60)는 센싱부(20) 및 본딩 와이어(40)에 응력(stress)을 주도록 낮은 탄성 계수를 갖는 재료로 이루어진다. 보호 부재(60)는 플루오르형 겔 또는 플루오로실리콘 겔과 같은 재료로 이루어질 수도 있다. 캡슐화 부재(50) 및 보호 부재(60) 모두는 화학 물질에 높은 저항성을 갖는 재료로 이루어진다. 도1에 도시된 바와 같이, 케이스(10)의 저부 표면으로부터 돌출한 뱅크(12)는 케이스(10)와 일체로 형성된다. 뱅크(12)는, 캡슐화 부재(50)가 센싱부(20)의 표면측으로 흐르는 것과 센싱부의 표면에 고착되는 것을 방지한다.
전술된 압력 센서(100)는 다음의 방식으로 제조된다. 몰드성형에 의해, 도체 부재(30)가 삽입된 수지 케이스(10)가 형성된다. 접착제(23)를 이용한 본딩에 의해, 센싱부(20)가 케이스(10) 상에 장착된다. 그런 다음, 와이어-본딩에 의해, 센서 칩(21)과 도체 부재(30)가 전기적으로 접속된다. 그런 다음, 그 장소에 캡슐화 부재(50)가 도포되고, 케이스(10)의 상부 공간으로 보호 부재(60)가 공급된다. 그런 다음, 캡슐화 부재(50) 및 보호 부재(60)가 경화된다. 이와 같이, 압력 센서(100)가 완성된다. 압력 센서(100)는 엔진의 흡입 매니폴드 상에 장착되어, 케이스(10)의 개구부(11)는 흡입 매니폴드에서의 압력을 검출하기 위해 흡입 통로와 통해 있다.
전술된 압력 센서(100)에 있어서, 케이스(10)의 저부로부터 돌출한 뱅크(12)가 형성된다. 따라서, 캡슐화 부재(50)가 센싱부(20)의 표면으로 흐르는 것과 센싱부의 표면에 고착되는 것이 방지된다. 도체 부재(30)의 수직 위치는 센싱부(20)의 표면과 동일할 수도 있다. 종래의 압력 센서에서처럼 도체 부재(30)를 케이스(10)의 보다 낮은 부분에 위치시키는 것이 필요하지 않게 된다. 센싱부(20) 및 도체 부재(30)를 동일한 수직 레벨에 위치시킴으로써, 종래의 압력 센서에서 만들어졌던 두 부재의 표면 사이의 단차가 제거된다. 따라서, 와이어-본딩의 프로세스가 용이하게 수행되고, 압력 센서(100)의 수직 치수(또는 두께)가 보다 작게 만들어질 수 있게 된다.
도2에는 도1에 도시된 제1 실시예의 변형례가 도시되어 있다. 이 변형례에 있어서, 도체 부재(30)는 센싱부(20)보다 높은 레벨에 위치된다. 액체 캡슐화 부재(50)가 센싱부(20)보다 높게 위치됨에도 불구하고, 뱅크(12)에 의해 액체 상태에 있는 캡슐화 부재(50)가 흐르는 것이 방지된다.
도3에는 본 발명의 제2 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 오목부(13)가 뱅크(12)의 다음에 부가적으로 형성되어, 오목부(13)에 캡슐화 부재(50)가 보유되게 된다. 도4는 오목부(13)의 사시도이다. 도4에서 알 수 있는 바와 같이, 오목부(13)는 도체 부재(30)를 둘러싸는 홈(groove)의 형상으로 형성된다. 오목부(13) 및 뱅크(12)에 의해, 캡슐화 부재(50)가 흐르는 것이 보다 효과적으로 방지된다. 이 실시예에 있어서, 본딩 와이어(40)를 도체 부재(30)로 접속시키는 부분은 캡슐화 부재(50)로는 덮여있지 않지만, 이 부분은 단지 보호 부재(60)로는 덮여있다.
도5에는 본 발명의 제3 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 도체 부재(30) 상에는 캡슐화 부재(50)로부터 돌출한 돌출부(31)가 형성된다. 돌출부(31)는 도체 부재(30)를 형성하는 프로세스에서 인쇄(presswork)에 의해 또는 플레이트를 부분적으로 적층함으로써 형성될 수도 있다. 본딩 와이어(40)가 캡슐화 부재(50)로부터 돌출한 돌출부(31)에 접속된다. 접속부는 캡슐화 부재(50)로는 덮여있지 않지만, 보호 부재(60)로는 덮여있다.
도6에는 본 발명의 제4 실시예가 도시되어 있다. 이 실시예에 있어서, 돌출부(32)는 도체 부재(30)를 U-자형으로 굽힘으로써 형성된다. 돌출부(32)는 도체 부재(30)를 형성하는 프로세스에서 인쇄에 의해 용이하게 형성될 수 있다. 도7은 제4 실시예의 변형례를 도시하고 있다. 이 변형례에 있어서, 굽힘부(angled portion)(32')는 도체 부재(30)를 형성하기 위한 인쇄에서 도체 부재(30)의 팁을 굽힘으로써 형성된다. 제4 실시예에 있어서, 본딩 와이어(40)와 도체 부재(30)를 접속시키는 부분은 캡슐화 부재(50)로는 덮여있지 않지만, 보호 부재(60)로는 덮여있다.
본 발명이 전술된 실시예에 한정되지는 않지만, 그것은 다양하게 변형될 수도 있다. 예를 들어, 케이스(10)는 수지 이외의 재료로 이루어질 수도 있다. 도체 부재(30)는 센싱부(20)에 접속될 단자에 한정되지는 않는다. 센싱부(20)는 격막형 반도체 칩에 한정되지 않을 수도 있다. 센싱부(20)는 용량형(capacitive-type) 또는 압전형(piezoelectric-type)일 수도 있다. 케이스(10)의 상부를 채우는 보호 부재(60)는 소정의 응용례에서 제거될 수도 있다. 센싱부(20)와 도체 부재(30)는 와이어-본딩 이외의 방법에 의해 전기적으로 접속될 수도 있다. 이들은 납땜 또는 도전성 접착제에 의해 접속될 수도 있다. 센싱부(20)에 대한 도체 부재(30)의 수직 레벨은, 캡슐화 부재(50)가 뱅크(12) 및/또는 오목부(13)에 의해 흐르는 것이 방지되는 한, 자유로이 선택될 수 있다. 본 발명에 따른 압력 센서는 흡입 매니폴드 압력 센서 이외의 센서로서 응용 가능하다.
본 발명이 앞선 바람직한 실시예를 참조하여 제시되었고 또한 설명되었지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 첨부된 청구항에 한정되는 바와 같이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고도 형태 또는 상세에서의 변경이 이루어질 수도 있다는 것은 당업자에게 명백하다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 압력 센서에 따르면, 수지 케이스와 도체 부재 사이의 계면에 액체 상태로 도포되는 캡슐화 부재가 뱅크에 의해 그 안에 보유됨으로써, 종래의 센서 장치에서처럼 도체 부재의 표면을 센싱부의 표면보다 낮게 위치시키는 것이 필요하지 않게 되므로, 수지 케이스에서 센싱부에 대한 도체 부재의 위치가 자유로이 선택된다.
또한, 센싱부의 표면 및 도체 부재의 표면이 동일 레벨에 위치되면, 두 표면 사이의 단차가 제거될 수 있고, 그에 따라 압력 센서가 박형으로 만들어질 수 있는 효과가 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압력 센서를 도시한 단면도.
도2는 도1에 도시된 제1 실시예의 변형례를 도시한 부분 단면도.
도3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 압력 센서를 도시한 부분 단면도.
도4는 도3에 도시된 제2 실시예에서 형성되고, 그 안에 캡슐화 부재를 보유하기 위한 오목부를 도시한 사시도.
도5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 압력 센서를 도시한 부분 단면도.
도6은 본 발명의 제4 실시예에 따른 압력 센서를 도시한 부분 단면도.
도7은 도6에 도시된 제4 실시예의 변형례를 도시한 부분 단면도.
도8은 종래의 압력 센서를 도시한 부분 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 케이스 11: 개구부
12: 뱅크 13: 오목부
20: 센싱부 21: 센서 칩
22: 글래스 베이스 23: 접착제
30: 도체 부재 31, 32: 돌출부
40: 본딩 와이어 50: 캡슐화 부재
60: 보호 부재 100: 압력 센서

Claims (7)

  1. 케이스;
    인가된 압력을 검출하고, 상기 검출된 압력에 따라 전기 신호를 발생시키기 위한 센싱부 - 상기 센싱부는 상기 케이스 내에 포함됨 - ;
    상기 케이스 내에 삽입되고(embedded), 상기 센싱부 주위에 배치된 도체 부재 - 상기 도체 부재는 상기 센싱부에 전기적으로 접속됨 - ;
    상기 도체 부재와 상기 케이스 사이의 계면을 캡슐화(encapsulation)하기 위한 캡슐화 부재 - 상기 캡슐화 부재는 상기 계면에 도포될 때에는 액체 물질이고, 그 이후에 경화됨 ; 및
    상기 캡슐화 부재가 도포될 때, 상기 캡슐화 부재가 상기 센싱부측으로 흐르는 것을 방지하기 위한 뱅크 - 상기 뱅크는 상기 케이스와 일체로 형성됨 -
    를 포함하는 압력 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 뱅크는 상기 센싱부와 상기 캡슐화 부재 사이에 위치되는
    압력 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 뱅크는 상기 케이스의 표면으로부터 돌출되는
    압력 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 캡슐화 부재를 보유하기 위한 오목부(depressed portion)를 더 포함하고, 상기 오목부는 상기 뱅크의 다음에 형성되는
    압력 센서.
  5. 제2항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 도체 부재는 그 표면으로부터 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 돌출부는 상기 캡슐화 부재 위에 노출되는
    압력 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 도체 부재의 일부분을 다른 부분보다 두껍게 만듦으로써 형성되는
    압력 센서.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 돌출부는 상기 도체 부재의 일부분을 굽힘으로써 형성되는
    압력 센서.
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