KR20080087119A - 압력 센서 패키지와, 그 제조 방법, 및 유체 압력 결정방법 - Google Patents

압력 센서 패키지와, 그 제조 방법, 및 유체 압력 결정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 습한 환경에 사용되는 압력 센서를 제공한다. 본 발명에 따른 압력 센서 패키지는 벽 부재에 의해 분리된 한 쌍의 공동을 갖는 하우징을 구비한다. 전도성 탄성중합체 시일 패드, 압력 센서 및 탄성중합체 매체 시일은 하나의 공동 내에 순차적으로 수용된다. 압력 캡은, 압력 캡과 하우징이 밀폐 시일을 함께 형성하도록 하우징에 부착된다. 압력 캡은 제 1 공동 내로 압력 하의 가스를 허용하기 위한 포트를 갖는다. 신호 증폭기는 제 2 공동 내에 배치되고, 덮개는 제 2 공동 내에서 신호 증폭기를 봉입한다. 벽 부재를 통하는 전기 커넥터는 압력 센서와 신호 증폭기 사이에 전기 연결을 형성한다. 리드프레임은 하우징을 통해 연장되며 압력 센서와 신호 증폭기와 함께 전기 연결을 형성한다.

Description

압력 센서 패키지와, 그 제조 방법, 및 유체 압력 결정 방법{DESIGN OF A WET/WET AMPLIFIED DIFFERENTIAL PRESSURE SENSOR BASED ON SILICON PIEZO RESISTIVE TECHNOLOGY}
본 발명은 압력 센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 습한 환경에 사용되는 압력 센서에 관한 것이다.
습한 적용에서, 압력 센서는 높은 함수율(moisture content)을 갖는 유체와 가스와 접촉하게 된다. 이러한 습기는 센서와, 이 센서의 표면에 도핑된 압저항체를 접착하는데 이용되는 와이어 본드를 손상시킨다. 그 결과, 실리콘 압저항 감지 기술(silicon piezoresistive sensing technology)은 지금까지 건조한 매체 적용을 위해 직접적으로 사용되어 왔고 습한 적용을 위해 에폭시로 보호함으로써 사용되어 왔다. 그러나, 에폭시가 측정을 간섭하기 때문에, 당해기술에서는 습식 매체 내의 압력을 직접 측정하기 위한 필요성이 있다. 몇몇 적용에 있어서는, 센서 패키지 내에 내장되는 신호 조절/신호 증폭기를 추가적으로 구비할 필요성이 있다. 대부분의 습식 타입의 센서는 금속의 전기용량성 압력 센서를 이용한다. 현재에는, 표 면 장착식 기술(SMT) 패키지를 갖는 압저항성 감지 기술에 기초한 습식 증폭 차압이 없다. SMT 패키지식 압력 센서는 보다 소형의 패드 치수를 갖는 인쇄회로기판(PCB) 상에 장착될 수 있는 소형이고 저렴하며 고가치의 압력 센서를 제공하므로, PCB 상에 차지하는 공간도 줄인다. 또한, 이는 설치 비용을 줄이며 부수적인 작동도 없앤다. 이러한 센서는 SMT 패키지를 필요로 하는 다수의 의학 센서 적용 또한 증폭된 압력 판독이 이용되는 장소에서 충족될 수 있다.
센서 패키지를 제조하는 기술이 공지되어 있다. 미국 특허 제6,117,292호는 하우징 내에 수용된 전도성 탄성중합체 패드와 탄성중합체 매체 시일 사이에 이온 감응성 다이가 개재되는 화학적 센서 장치를 제공한다. 미국 특허 제6,153,070호는 히트 스테이킹 기술(heat staking technique)을 이용하는 센서 패키지를 제공한다. 환경 센서 장치는, 하우징 내에 수용된 전도성 탄성중합체 패드와 탄성중합체 매체 시일 사이에 환경적으로 민감한 실리콘 다이가 개재되는 것을 개시한다. 미국 특허 제5,184,107호는 전도성 탄성중합체 시일을 갖는 압저항 압력 변환기를 제공한다. 압저항 압력 변환기는 적어도 하나의 시일이 전기 전도성인 사전 성형된 탄성중합체 시일을 이용한다. 두껍게 한 림을 갖는 반도체 재료의 다이아프램의 형태인 압저항 응력 감응성 요소는 2개 피스의 하우징 내에 한 쌍의 사전 성형된 탄성중합체 시일 사이의 림에 유지된다. 이들은 하우징의 일 구획부 내에 배치된 압력 센서와, 하우징의 분리된 구획부 내에 배치된 신호 증폭기를 채용하지 않으므로, 신호 증폭기는 비교적 가혹하고 습한 압력 감지 환경으로부터 격리된다.
개선된 센서 패키지는 2개의 반부 내에 플라스틱 하우징을 배치함으로써 분 리될 수 있다. 반부들 중 하나에 있어서, 압력 센서는 전기 전도성 시일과 탄성중합체 매체 시일 사이에 개재되고, 다른 반부 내에 주문형 반도체(application specific integrated circuit: ASIC)의 형태인 신호 증폭기가 제공된다. ASIC 위의 캡이 초음파 용접되는 한편, 압력 센서 위의 캡은 초음파 용접 또는 히트 스테이킹(heat staking)될 수 있다. 전도성 시일은 압력 센서와 리드프레임 사이의 전지 접점을 확립하기 위해 와이어 본드를 대체할 수 있다. 탄성중합체 시일, 즉 매체 시일은 센서 표면 상의 금속 접점을 공격하는 유체로부터 격리하는데 이용된다. 센서 출력을 확대하기 위해, ASIC/매개 증폭기/연산 증폭기가 이용될 수 있다. ASIC는 증폭과 함께 신호 조절을 할 수 있다. ASIC가 이러한 유형의 구성을 내장하는 경우, ASIC의 기능을 손상시킬 수 있는 가스 내에 존재하는 습기 또는 유체와의 접촉을 회피할 것이다. 이와 관련하여, 본 발명의 기계식 패키지 구성은 2개의 반부로서 하우징을 구획한다. 반부 중 하나에 있어서, 전도성 시일과 매체 시일을 갖는 압력 센서가 패키지되고, 다른 반부 내에 ASIC이 패키지된다.
본 발명은, a) 제 1 공동과 제 2 공동을 그내에 갖고, 상기 제 1 공동과 상기 제 2 공동을 분리하는 벽 부재를 갖는 하우징;
b) 상기 제 1 공동 내에 배치된 전도성 탄성중합체 패드;
c) 상기 전도성 탄성중합체 패드 상에 배치된 압력 센서;
d) 상기 압력 센서 상에 배치된 탄성중합체 매체 시일;
e) 상기 탄성중합체 매체 시일 상에 있는 압력 캡으로서, 상기 압력 캡과 상기 하우징이 밀폐 시일을 함께 형성하도록 상기 하우징에 부착되며, 상기 밀폐 시일은 그를 통한 가스의 배출 또는 유입을 방지하고, 상기 압력 캡은 상기 제 1 공동 내로 압력 하의 가스를 허용하기 위한 포트를 더 갖는, 상기 압력 캡;
f) 상기 제 2 공동 내에 배치된 신호 증폭기와, 상기 신호 증폭기를 상기 제 2 공동 내에 봉입하는 상기 제 2 공동 상에 있는 커버;
g) 상기 압력 센서와 상기 신호 증폭기 사이에 전기적 연결을 형성하는 상기 벽 부재를 통한 전기 커넥터; 및
h) 상기 하우징으로부터 연장되는 복수의 전기 커넥터를 포함하는 리드프레임으로서, 상기 압력 센서와 상기 신호 증폭기와 함께 전기적 연결을 형성하는, 상기 리드프레임;을 포함하는 압력 센서 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은, a) 제 1 공동과 제 2 공동을 그 내에 갖고, 상기 제 1 공동과 상기 제 2 공동을 분리하는 벽 부재를 갖는 하우징을 제공하는 단계;
b) 상기 제 1 공동 내에 전도성 탄성중합체 패드를 배치하는 단계;
c) 상기 전도성 탄성중합체 패드 상에 압력 센서를 배치하는 단계;
d) 상기 압력 센서 상에 탄성중합체 매체 시일을 배치하는 단계;
e) 상기 탄성중합체 시일 상의 상기 하우징에 압력 캡을 부착하여, 상기 압력 캡과 상기 하우징이 밀폐 시일을 함께 형성하는 단계로서, 상기 밀폐 시일은 그를 통한 가스의 배출 또는 유입을 방지하고, 상기 압력 캡은 상기 제 1 공동 내로 압력 하의 가스를 허용하기 위한 포트를 더 갖는, 상기 압력 캡 부착 단계;
f) 상기 제 2 공동 내에 신호 증폭기를 배치한 다음, 상기 신호 증폭기를 상기 제 2 공동 내에 봉입하는 상기 제 2 공동 상에 있는 커버를 배치하는 단계;
g) 상기 압력 센서와 상기 신호 증폭기 사이에 전기적 연결을 형성하는 상기 벽 부재를 통해 전기 커넥터를 제공하는 단계; 및
h) 상기 하우징으로부터 연장되는 복수의 전기 커넥터를 포함하는 리드프레임을 제공하고, 상기 리드프레임과 상기 압력 센서 사이 그리고 상기 리드프레임과 상기 신호 증폭기 사이에 전기적 연결을 형성하는 단계;를 포함하는 압력 센서 패키지를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은, i) 압력 센서 패키지를 제공하는 단계로서, 상기 압력 센서 패키지는,
a) 제 1 공동과 제 2 공동을 그내에 갖고, 상기 제 1 공동과 상기 제 2 공동을 분리하는 벽 부재를 갖는 하우징;
b) 상기 제 1 공동 내에 배치된 전도성 탄성중합체 패드;
c) 상기 전도성 탄성중합체 패드 상에 배치된 압력 센서;
d) 상기 압력 센서 상에 배치된 탄성중합체 매체 시일;
e) 상기 탄성중합체 매체 시일 상에 있는 압력 캡으로서, 상기 압력 캡은 상기 압력 캡과 상기 하우징이 밀폐 시일을 함께 형성하도록 상기 하우징에 부착되며, 상기 밀폐 시일은 그를 통한 가스의 배출 또는 유입을 방지하고, 상기 압력 캡은 상기 제 1 공동 내로 압력 하의 가스를 허용하기 위한 포트를 더 갖는, 상기 압력 캡;
f) 상기 제 2 공동 내에 배치된 신호 증폭기와, 상기 신호 증폭기를 상기 제 2 공동 내에 봉입하는 상기 제 2 공동 상에 있는 커버;
g) 상기 압력 센서와 상기 신호 증폭기 사이에 전기적 연결을 형성 하는 상기 벽 부재를 통한 전기 커넥터; 및
h) 상기 하우징으로부터 연장되는 복수의 전기 커넥터를 포함하는 리드프레임으로서, 상기 리드프레임은 상기 압력 센서와 상기 신호 증폭기와 함께 전기적 연결을 형성하는, 상기 리드프레임;을 포함하 는, 상기 압력 센서 패키지 제공 단계;
ii) 상기 포트를 통해 상기 제 1 공동 내로 유체를 유동시키는 단계;
iii) 상기 압력 센서를 갖는 상기 동동 내에서 상기 유체의 압력을 측정하고, 상기 압력 센서로부터 상기 신호 증폭기로 측정된 압력에 상응하는 전기 신호를 발생시키는 단계;
iv) 증폭된 신호를 형성하도록, 상기 신호 증폭기를 갖는 상기 압력 센서로부터 상기 측정된 압력에 상응하는 상기 전기 신호를 증폭하는 단계; 및
v) 상기 리드프레임에 전기 접속된 표시 장치 상에 상기 측정된 압력에 상응하는 표시를 제공하는 단계;를 포함하는 유체 압력을 결정하는 방법을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 압력 센서 패키지의 분해 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 압력 센서 패키지의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 압력 센서 패키지의 변형 실시예의 분해 사시도로서, 압력 캡이 복수의 포스트에 의해 하우징에 부착된 도면,
도 4는 압력 센서 공동과 신호 증폭기 공동 사이에 금속 열전도성 채널을 갖는 압력 센서 패키지의 다른 실시예의 분해 사시도,
도 5는 도 4의 실시예의 평면도,
도 6은 도 4의 실시예의 단면도.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 센서 패키지(10)의 일 실시예를 도시한다. 센서 패키지는 하우징(12) 내에 제 1 공동(14)과 제 2 공동(16)을 갖는다. 벽 부재(18)는 제 1 공동(14)과 제 2 공동(16)을 분리한다. 제 1 공동 내에 배치된 전기 전도성 탄성중합체 패드(20), 압력 센서(22) 및 이 압력 센서(22) 상에 배치된 탄성중합체 매체 시일(24)이 제 1 공동(14) 내에 순차적으로 배치된다. 그 후, 압력 캡(26)은 탄성중합체 매체 시일을 덮는다. 압력 캡(26)은 하우징(12)에 부착되어, 전기 전도성 탄성중합체 패드(20), 압력 센서(22) 및 탄성중합체 매체 시일(24)과 함께 압력 캡(26)과 하우징(12)은 밀폐 시일을 통해 가스의 배출 또는 도입을 방지하는 밀폐 시일을 형성한다. 도 1에 도시한 실시예에 있어서, 압력 캡(26)은 하우징(12) 위에 끼워지고, 압력 캡은 하우징에 초음파 용접된다. 도 3의 실시예에 있어서, 압력 캡(26)을 통하는 대응하는 구멍(42)은 하우징(12) 내의 포스트(40) 위에 가압 끼워맞춤되어 영구 시일로 가열된다. 또한, 압력 캡(26)은 제 1 공동(14) 내로 압력 하의 가스를 허용하기 위해 포트(28)를 갖는다. 신호 증폭기(30)는 제 2 공동(16) 내에 배치된다. 제 2 공동(16) 상에 배치된 덮개(32)는 제 2 공동(16) 내의 신호 증폭기(30)를 봉입한다. 벽 부재(18)를 통해 바람직하게 배치된 전기 커넥터는 압력 센서(22)와 신호 증폭기(30) 사이에 전기 연결을 형성한다. 복수의 전기 커넥터(34)를 포함하는 리드프레임(32)은 하우징(12)을 통해 연장된다. 리드프레임(32)은 인쇄회로기판(도시하지 않음) 상에 있을 수 있는 외부 회로에 압력 센서(22)와 신호 증폭기(30)와 함께 전기 연결을 형성한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 전체의 센서 패키지(10)는 로케이터 핀(locators pins)(36)을 이용하여 인쇄회로기판 상에 장착될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 압력 센서 패키지는 제 1 공동(14) 내로 압력 하의 가스를 허용하기 위해 하우징(12)을 통하는 제 2 포트(38)를 더 포함할 수 있다. 제 2 포트(38)가 사용되는 경우, 압력 센서 패키지는 포트(38)에 도입하는 가스에 비해 포트(28)에 도입하는 가스 사이의 차압을 측정할 수 있다.
유용한 실시예에 있어서, 하우징(12), 압력 캡(26), 포트(28, 38), 포스트(40) 및 덮개(32)는 플라스틱 재료로 이루어지며 의도된 감지 환경에 적합한 임의의 열가소성 공학 등급의 플라스틱이 바람직하다. 이들은 압력 센서가 노출되는 매체 환경을 견디는 재료로 선택된다. 탄성중합체 매체 시일(24)은 제 1 공동(14)의 벽과 접촉할 때 측벽이 끼워지게 하도록 크기설정된다. 매체 시일(24)은 제 1 공동(14)과의 정렬을 위한 중앙 관통구멍을 갖는다. 매체 시일은 압력 센서가 노출되도록 설계되는 매체에 불침투성인 탄성중합체 재료로 이루어질 수 있다. 적절 한 재료로는, 매체 환경이 압력 센서의 내부 구성요소와 제 1 공동(14) 내로 도입되는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있는 10% 내지 35% 압축을 갖는 50-60 경도계의 에틸렌 프로필렌 디엔 단량체(EDPM)가 있다. 매체 시일을 구성하는데 탄성중합체 재료가 사용되지만, 센서 장치 전자부품과 매체 환경 사이에 밀폐 시일을 제공하기 위해 적합한 가스켓, 밀봉 구성요소 등으로 대체하는 다른 재료 및 기술이 당업자에게는 잘 이해될 것이다.
전술한 히트 시일 방법은 하우징(12)의 밀폐 시일을 제공하는데 이용될 수 있는 다수의 방법, 예컨대 레이저를 이용한 물질 융합 기술, 초음파, 발광열 등을 이용하는 방법 중 하나인 것이 당업자에게는 이해될 것이다. 더욱이, 밀폐 시일은 밀폐 시일을 효과적으로 형성하도록 액체 또는 반액체 밀봉 적용에 의해 성취될 수도 있다.
압력 센서 또는 다이(22)는 제 1 측부 상에 매체 시일(24)을 인접하도록 설계된다. 압력 센서의 제 2 측부는 패키지의 작동에 필요한 전기 피드 패턴을 수용한다. 하나 이상의 리드(leads)는 신호 증폭기(30)에 연결되고, 다른 것은 하나 이상의 전기 커넥터(34)에 부착된다. 본 발명에 유용한 압력 센서는 당해기술에 잘 공지되어 있으며 일반적으로 상업적으로 유용하다. 적절한 센서로는, MEMS 실리콘 압저항 센서 등의 실리콘 압저항 센서가 있다. 다른 적합한 센서로서는 모델 24 PC 압력 센서 등의 하니웰 인터내셔널 인코포레이티드로부터 상업적으로 입수가능하다. 일 실시예에 있어서, 압력 센서는 감지 영역을 갖는 제 1 측부와, 전도성 탄성중합체 시일(20)과 전기 연통하는 패턴된 전기 리드를 갖는 대향하는 제 2 측 부를 갖는다. 감지 영역은 제 1 공동(14)과 유체 연통한다.
전도성 시일의 두께를 통해 전기 전도를 허용하도록 배치된 전도성 실버 스트립(conductive silver strips)을 갖는 "실버 스택 커넥터(silver stacks connector)"로 알려진 탄성중합체 전도성 시일(20)이 압력 센서(22)의 제 2 측부에 접함으로써, 하우징(12) 내에서 서로 대향하게 구성요소가 반입된 경우 압력 센서(22)와 리드프레임 컨덕터(34) 사이에 전기 연결을 제공한다. 본 발명에 유용한 전도성 탄성중합체는 실리콘 고무층과 실버 주입된 실리콘 고무를 반복 구성한 전도 영역을 구비한다. 실리콘 고무의 비전도성 층이 실버 주입된 실리콘 고무 스트립을 위한 절연체로서 작용하기 때문에, 전도성 탄성중합체 시일의 대향 측부 사이에서만 전류가 전도된다. 실리콘 고무층과 실버 주입층을 교대 형성하는 것이 스탠다드 실버 스택스(Standard Silver Stax)로서 공지되어 있으며, 이러한 재료는 탄성중합체 테크놀로지 인코포레이티드(Elastomeric Technology, Inc.)에서 제조된다.
압력 센서와 전기 접촉하고 제 1 공동(14) 내에 공기 또는 수증기 등의 유체의 압력을 나타내는 압력 센서로부터 신호를 증폭하는 신호 증폭기(30)가 제 2 공동(16) 내에 배치된다. 신호 증폭기는 당해기술에 잘 공지된 주문형 반도체(ASIC)가 바람직하다. 또한, ASIC는 MEMS 실리콘 압저항 센서를 신호 조절하는데 이용될 수도 있다. ASIC는 작동 압력 범위 이상의 ±1% 미만의 풀 스케일 아웃풋(full scale output: FSO)의 총 오차를 갖는 압력 센서를 교정 및 보상하도록 이용될 수 있다. 총 오차는 오프셋 및 감응성 뿐만 아니라 오프셋 및 감응성 온도 계수로 인 한 영향을 포함한다. ASIC는 압저항 압력 센서를 위한 일반적인 출력 신호가 온도에 따라 다르기 때문에 유용하다. 유용한 ASIC는 센서의 오프셋 및 감응성을 위해 보정하는 일본 도후쿠시 후지쿠라 주식회사의 DSP 기반의 회로를 포함한다. 후지쿠라의 회로는 -30℃ 내지 80℃에서 작동한다. 후지쿠라의 ASIC는 0.7-pm 이중-폴리실리콘, 이중-금속, n-웰 CMOS 프로세스 상에 제조된다. 이는 시그마-델타 16-비트 아날로그 대 디지털 변환기, 내장형 온도 센서를 갖는 기준 전압, 16-비트 DSP 코어, 101 폴리실리콘 퓨즈, 스텝업 전압 조절기, 10-비트 디지털 대 아날로그 변환기(DAC) 및 4-MHz 진동기를 갖는다. 보정 계수는 폴리실리콘 퓨즈를 이용하여 저장된다. 출력 코드는 10-비트 DAC에 의해 제공된 아날로그 신호 또는 시리얼 인터페이스와 접근하기 쉽다. 이러한 회로는 2차 온도 특성을 보상한다. 이는 120 시리얼 인터페이스를 갖는다. 내장형 차지 펌프는 3V 아래에서 회로 작동된다. "슬립(sleep)" 모드는 전력 소모를 저감시킨다. 다른 ASIC는 -40℃ 내지 125℃에서 전술한 성능을 성취하는 가용성 링크 어레이를 갖는 주문형 아날로그 ASIC인 싱가포르의 미소전자공학 연구소에 의해 제조된다. 이는 0.8-pm 이중-폴리실리콘, 이중-금속 CMOS 프로세스 상에 제조된다. ASIC는 코어 아날로그 신호 프로세서, 64-비트 가용성 링크 어레이 및 시리얼 가용성 링크 인터페이스로 이루어진다. ASIC는 아날로그 신호 프로세서와 제어기 사이에 인터페이스를 제공한다. 이러한 제어기는 인터페이스로의 데이터를 읽고 시리얼-인 및 시리얼-아웃 커뮤니케이션 프로토콜에 의해 다시 데이터를 판독한다. 시리얼 인터페이스 내의 데이터는 아날로그 신호 프로세서 내의 각종 저항기 네트워크를 제어하도록 가용성 링크 어레이 내에 반입될 수 있다. 이들 저항기 네트워크는 각종 프로그램 가능한 기능을 위해 사용된다. 모든 프로그램 가능한 요소는 1차로 교정, 감응성 및 온도 영향을 보상할 수 있다. ASIC는 5-V 전원을 이용하여 0.5 내지 4.5V의 출력을 특징으로 한다. 본 발명에 유용한 다른 적당한 신호 증폭기로는 뉴욕시 멜빌의 ZMD 아메리카 인코포레이티드로부터 상업적으로 입수가능한 ZMD31050 RBIC 시리즈 어드벤스드 디퍼렌셜 센서 신호 컨디셔너를 포함한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제 1 공동 구멍과 연통하는 제 1 공동(14) 내에 매체 시일(22)이 배치된다. 그 다음, 압력 센서(22)는 감지 영역이 매체 시일(24)과 정렬하도록 매체 시일(24)과 접촉하는 제 1 공동(14) 내에 배치되어, 전도성 시일(20)을 향해 압력 센서(22)의 패턴된 전기 리드를 배치한다. 전도성 시일(20)은 제 1 공동(14) 내에 배치되어 전도성 스트립이 압력 센서(22)의 패턴된 전기 리드와 접촉한다. 일단 압력 캡(26)이 하우징(14) 상에 가압 끼워맞춤되면, 포스트(40)는 성형 요소로서 기능할 수 있다. 일 경우에 있어서, 압력 캡(26)은 포스트(40) 위로 떨어져서 하우징(12)과 함께 열 용융된다. 그 다음, 포스트 재료가 녹아서 플라스틱을 세팅하도록 압력 캡 구멍 내로 흘름으로써, 밀폐 시일을 실질적으로 동일 높이의 덮개를 제공한다. 포스트(4)는 도 3에 도시한 바와 같은 압력 캡을 통해 연장된다. 변형례로서, 압력 캡과 하우징은 초음파 밀봉될 수 있다. 이에 따라, 포스트는 선택적 사항이다. 이러한 관점에서, 제 1 공동 내에 개재된 압력 센서의 모든 구성요소는 실질적으로 소정 위치에 고정된다.
본 발명의 다른 실시예를 도 4 내지 도 6에 도시한다. 웨트(wet)-웨트 압력 센서 내의 매체 온도를 감지하기 위해, 압력 공동은 ASIC(신호 조절) 공동으로부터 격리될 필요가 있다. 매체 온도는 ASIC에 의한 감지 압저항 브릿지의 온도 관련 오차를 보상하도록 감지된다. 본 실시예에 있어서, 2개의 공동, 즉 압력 센서 다이를 수용하기 위한 제 1 공동(14)과, ASIC를 수용하기 위한 제 2 공동(16)이 있다. ASIC는 열 보상을 위한 내장형 온도 센서를 갖는다. 그러나, 도 1 내지 도 3의 구성에 있어서, 제 2 공동(16)은 웨트-웨트 적용을 위해 매체로부터 열적으로 그리고 물리적으로 격리된다. 이러한 경우에 있어서, ASIC는 제 1 공동(16) 내의 주위 온도만을 감지하고 제 1 공동(14) 내의 매체 온도를 감지하지 않으며, 이는 열 보상을 위해 중요하다.
도 4 내지 도 6은 압력 센서 공동(14)과 신호 증폭기 공동(16) 사이에서 연장되는 열전도 채널(44)을 갖는 압력 센서 패키지의 다른 실시예를 도시한다. 열전도 채널(44)은 제 2 공동(16) 내의 온도가 제 1 공동(14) 내의 온도와 실질적으로 동일하다는 것을 보장한다. 열전도 채널(44)은 금속 또는 열 보유 화합물 등의 높은 열전도성 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 최적의 단면적 및 채널 길이는 보다 낮은 열손실 및 보다 신속한 열반응을 보장하기 위해 당업자에 의해 쉽게 결정될 수 있다. 이러한 열전도 채널은 습식 압력 매체로부터 제 2 공동(16)을 수용하는 ASIC을 격리하는 한편, 제 1 공동(14)을 수용하는 압력 매체로부터 제 2 공동(16)을 수용하는 ASIC으로의 매체 온도 전이에 도움을 준다. 내장형 온도 센서를 갖는 ASIC 및 열전도 채널을 이용하면, 제 1 공동(14)을 수용하는 압저항 다이 내에 추가적인 열센서에 대한 필요성을 없애고, 또 열센서를 ASIC에 상호연결할 필요성을 없앤다. 이는 추가적인 열센서 및 내장되는 관련 상호연결부에 대한 PCB의 공간이 없다면, SMT 센서 패키지에 대한 이상적인 방식의 온도 보상을 제공한다. 또한, 이는 ASIC 내에 내장형 열센서를 이용하고 압저항 압력 센서 다이의 일부로서 다른 열센서의 도입을 없앤다. 이는 압저항 압력 센서와 신호 조절 ASIC가 동일한 온도를 보이므로 보다 정확하게 보정하는 기술을 실시하기 위해 저렴하고 콤팩트하며 용이한 점을 제공한다.
본 발명이 바람직한 실시예를 참조하여 기술되었지만, 본 발명의 사상 및 범위에서 벗어남이 없이 당업자에 의해 다양한 변경 및 수정이 이루어질 수 있다. 청구범위를 개시한 실시예, 변형례 및 모든 동등물을 포함하는 것으로 의도된다.

Claims (14)

  1. a) 제 1 공동과 제 2 공동을 그 내에 갖고, 상기 제 1 공동과 상기 제 2 공동을 분리하는 벽 부재를 갖는 하우징;
    b) 상기 제 1 공동 내에 배치된 전도성 탄성중합체 패드;
    c) 상기 전도성 탄성중합체 패드 상에 배치된 압력 센서;
    d) 상기 압력 센서 상에 배치된 탄성중합체 매체 시일;
    e) 상기 탄성중합체 매체 시일 상에 있는 압력 캡으로서, 상기 압력 캡은 상기 압력 캡과 상기 하우징이 밀폐 시일을 함께 형성하도록 상기 하우징에 부착되며, 상기 밀폐 시일은 그를 통한 가스의 배출 또는 유입을 방지하고, 상기 압력 캡은 상기 제 1 공동 내로 압력 하의 가스를 허용하기 위한 포트를 더 갖는, 상기 압력 캡;
    f) 상기 제 2 공동 내에 배치된 신호 증폭기와, 상기 신호 증폭기를 상기 제 2 공동 내에 봉입하는 상기 제 2 공동 상에 있는 커버;
    g) 상기 압력 센서와 상기 신호 증폭기 사이에 전기적 연결을 형성하는 상기 벽 부재를 통한 전기 커넥터; 및
    h) 상기 하우징으로부터 연장되는 복수의 전기 커넥터를 포함하는 리드프레임으로서, 상기 압력 센서와 상기 신호 증폭기와 함께 전기적 연결을 형성하는, 상기 리드프레임;을 포함하는 압력 센서 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 공동 내에 압력 하의 가스를 허용하기 위해 상기 하우징을 통해 제 2 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력 캡은 초음파 용접에 의해 상기 하우징에 부착되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력 캡은 복수의 포스트에 의해 상기 하우징에 부착되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 공동으로부터 상기 제 2 공동으로 연장되는 열전도성 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 패키지.
  6. 압력 센서 패키지를 제조하는 방법에 있어서,
    a) 제 1 공동과 제 2 공동을 그 내에 갖고, 상기 제 1 공동과 상기 제 2 공동을 분리하는 벽 부재를 갖는 하우징을 제공하는 단계;
    b) 상기 제 1 공동 내에 전도성 탄성중합체 패드를 배치하는 단계;
    c) 상기 전도성 탄성중합체 패드 상에 압력 센서를 배치하는 단계;
    d) 상기 압력 센서 상에 탄성중합체 매체 시일을 배치하는 단계;
    e) 상기 탄성중합체 시일 상의 상기 하우징에 압력 캡을 부착하여, 상기 압력 캡과 상기 하우징이 밀폐 시일을 함께 형성하는 단계로서, 상기 밀폐 시일은 그를 통한 가스의 배출 또는 유입을 방지하고, 상기 압력 캡은 상기 제 1 공동 내로 압력 하의 가스를 허용하기 위한 포트를 더 갖는, 상기 압력 캡 부착 단계;
    f) 상기 제 2 공동 내에 신호 증폭기를 배치한 다음, 상기 신호 증폭기를 상기 제 2 공동 내에 봉입하는 상기 제 2 공동 상에 있는 커버를 배치하는 단계;
    g) 상기 압력 센서와 상기 신호 증폭기 사이에 전기적 연결을 형성하는 상기 벽 부재를 통해 전기 커넥터를 제공하는 단계; 및
    h) 상기 하우징으로부터 연장되는 복수의 전기 커넥터를 포함하는 리드프레임을 제공하고, 상기 리드프레임과 상기 압력 센서 사이 그리고 상기 리드프레임과 상기 신호 증폭기 사이에 전기적 연결을 형성하는 단계;를 포함하는 압력 센서 패키지의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제 1 공동 내에 압력 하의 가스를 허용하기 위해 상기 하우징을 통해 제 2 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 패키지의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    초음파 용접에 의해 상기 압력 캡을 상기 하우징에 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 패키지의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    복수의 포스트에 의해 상기 압력 캡을 상기 하우징에 부착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 패키지의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 압력 센서 패키지는 상기 제 1 공동으로부터 상기 제 2 공동으로 연장되는 열전도성 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 패키지의 제조 방법.
  11. 유체의 압력을 결정하는 방법에 있어서,
    i) 압력 센서 패키지를 제공하는 단계로서, 상기 압력 센서 패키지는,
    a) 제 1 공동과 제 2 공동을 그내에 갖고, 상기 제 1 공동과 상기 제
    2 공동을 분리하는 벽 부재를 갖는 하우징;
    b) 상기 제 1 공동 내에 배치된 전도성 탄성중합체 패드;
    c) 상기 전도성 탄성중합체 패드 상에 배치된 압력 센서;
    d) 상기 압력 센서 상에 배치된 탄성중합체 매체 시일;
    e) 상기 탄성중합체 매체 시일 상에 있는 압력 캡으로서, 상기 압력
    캡은 상기 압력 캡과 상기 하우징이 밀폐 시일을 함께 형성하도록
    상기 하우징에 부착되며, 상기 밀폐 시일은 그를 통한 가스의 배출
    또는 유입을 방지하고, 상기 압력 캡은 상기 제 1 공동 내로 압력
    하의 가스를 허용하기 위한 포트를 더 갖는, 상기 압력 캡;
    f) 상기 제 2 공동 내에 배치된 신호 증폭기와, 상기 신호 증폭기를
    상기 제 2 공동 내에 봉입하는 상기 제 2 공동 상에 있는 커버;
    g) 상기 압력 센서와 상기 신호 증폭기 사이에 전기적 연결을 형성
    하는 상기 벽 부재를 통한 전기 커넥터; 및
    h) 상기 하우징으로부터 연장되는 복수의 전기 커넥터를 포함하는
    리드프레임으로서, 상기 리드프레임은 상기 압력 센서와 상기 신호
    증폭기와 함께 전기적 연결을 형성하는, 상기 리드프레임;을 포함하
    는, 상기 압력 센서 패키지 제공 단계;
    ii) 상기 포트를 통해 상기 제 1 공동 내로 유체를 유동시키는 단계;
    iii) 상기 압력 센서를 갖는 상기 동동 내에서 상기 유체의 압력을 측정하고, 상기 압력 센서로부터 상기 신호 증폭기로 측정된 압력에 상응하는 전기 신호를 발생시키는 단계;
    iv) 증폭된 신호를 형성하도록, 상기 신호 증폭기를 갖는 상기 압력 센서로부터 상기 측정된 압력에 상응하는 상기 전기 신호를 증폭하는 단계; 및
    v) 상기 리드프레임에 전기 접속된 표시장치 상에 상기 측정된 압력에 상응하는 표시를 제공하는 단계;를 포함하는 유체 압력 결정 방법.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 제 1 공동 내에 압력 하의 가스를 허용하기 위해 상기 하우징을 통해 제 2 포트를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 압력 결정 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 압력 센서 패키지는 상기 제 1 공동 내에 압력 하의 가스를 허용하고 상기 제 2 포트를 통해 상기 제 1 공동 내로 제 2 유체를 유동시키기 위해 상기 하 우징을 통해 제 2 포트를 더 포함하고,
    iii) 단계는 상기 제 1 유체와 상기 제 2 유체 사이의 차압을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 압력 결정 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 압력 센서 패키지는 상기 제 1 공동으로부터 상기 제 2 공동으로 연장되는 열전도성 채널을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유체 압력 결정 방법.
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