KR20090021099A

KR20090021099A - 유압 센서 패키지

Info

Publication number: KR20090021099A
Application number: KR1020080082335A
Authority: KR
Inventors: 가즈아키 니시무라; 나오키 야하타
Original assignee: 파나소닉 전공 주식회사
Priority date: 2007-08-24
Filing date: 2008-08-22
Publication date: 2009-02-27
Also published as: US8022806B2; KR101074295B1; JP5010395B2; CN101373158A; US20090051479A1; EP2028468A2; EP2028468A3; JP2009052988A; CN101373158B

Abstract

유압 센서 패키지는 상이한 응용 환경에 따라 상이한 유형의 탐침 튜브를 갖도록 용이하게 조립될 수 있다. 센서 패키지는 케이스 내로 유입되는 유체의 압력을 감지하는 센서 칩을 수용하는 밀봉된 케이스를 포함한다. 탐침 튜브는 센서 칩과 접촉하여 유체를 유입시키기 위해 케이스로부터 연장한다. 케이스는 정부 개구를 가지며, 탐침 튜브의 하단 끝에 있는 플랜지를 지탱하기 위한 계단형 숄더가 내측 면에 형성된 측벽을 갖는다. 플랜지는 실러(sealer)에 의해 케이스의 측벽에 밀봉 접합된다. 탐침 튜브가 케이스와는 별도의 부재로서 준비되므로, 케이스는 길이 및 직경이 상이한 유체 채널을 갖는 다양한 탐침 튜브를 위한 공통 베이스가 될 수 있다.

탐침 튜브, 센서 칩, 다이아프램, 통기구, 리드 프레임, IC 모듈

Description

유압 센서 패키지{FLUID PRESSURE SENSOR PACKAGE}

본 발명은 유압 센서 패키지에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 반도체 기판으로 형성된 센서 칩을 사용하여 유체의 압력을 측정하기 위한 센서 패키지에 관한 것이다.

일본 공개 특허 9-250964 A호 공보에는 실리콘 기판 등의 반도체 기판으로 형성된 센서 칩을 갖는 유압 센서 패키지가 개시되어 있다. 센서 칩은 기계적 응력을 전기 신호로 변환하는 감지 소자 및 다이아프램(diaphragm)을 포함하도록 설계된다. 센서 칩은 케이스 내에 수용되며, 케이스의 다이아프램이 케이스로부터 일체로 연장하는 탐침 튜브(probe tube)를 통해 유입되는 유체에 노출된다. 탐침 튜브는 유체를 다이아프램과 접촉하여 유입하는 유체 채널을 갖는다. 유체 채널은 대상 유체 및 실제 응용 환경에 특정되는 길이 및 직경을 갖도록 설계된다. 탐침 튜브가 케이스와 일체로 몰딩되므로, 상이한 응용 환경을 위해서는 상이한 형상의 탐침 튜브를 갖는 다양한 센서 패키지가 준비되어야 한다.

상기한 문제점에 비추어, 본 발명은 상이한 응용에 따라 상이한 유형의 탐침 튜브를 갖도록 용이하게 조립될 수 있는 유압 센서 패키지를 제공한다.

본 발명에 따른 센서 패키지는 밀봉된 케이스 및 상기 케이스에 수용된 센서 칩을 포함한다. 상기 센서 칩은 상기 케이스 내로 유입되는 유체의 압력을 감지하기 위해 감지 소자 및 다이아프램(diaphragm)을 갖도록 반도체 기판으로 형성된다. 상기 탐침 튜브는 상기 케이스로부터 연장하며, 상기 다이아프램과 접촉하여 상기 유체를 유입시키는 유체 채널을 갖는다. 상기 케이스는 상기 케이스의 상단 끝에 정부 개구(top opening)를 형성하도록 저벽과 상기 저벽의 둘레에서 연장하는 측벽을 갖도록 형성된다. 상기 측벽은 그 내측 면에 계단형 숄더가 형성된다. 상기 탐침 튜브는, 상기 케이스의 상기 정부 개구 내에 끼워맞춤되어 상기 계단형 숄더 상에 걸쳐지는 플랜지가 일단에 형성된다. 상기 플랜지는 실러(sealer)에 의해 상기 케이스의 상기 측벽에 밀봉 접착된다. 탐침 튜브가 케이스와는 별도의 부재로서 준비되므로, 케이스는 상이한 길이 및 직경의 유체 채널을 갖는 다양한 탐침 튜브를 위한 공통 베이스가 될 수 있다. 따라서, 센서 칩은 상황에 따라 변화되는 탐침 튜브의 치수에 대한 요구를 충족하면서 저렴한 비용으로 조립될 수 있다.

상기 센서 칩은 접착제를 통해 상기 케이스의 상기 저벽에 접합되는 것이 바람직하다. 상기 저벽은 상기 다이아프램의 배면 압력을 완화시키기 위해 상기 다이아프램을 외부 대기와 소통시키는 통기구가 형성되어 있다. 상기 저벽은, 그 내측 면에, 상기 접착제를 수용하기 위한 공간을 외측에 형성하기 위해 상기 통기구 를 둘러싸는 림이 형성되어 있다. 따라서, 상기 접착제는 적합한 위치에 유지되어 통기구를 통해 누출되는 것이 방지됨으로써, 케이스의 저벽 상의 센서 칩의 신뢰적인 접합이 가능하게 된다.

상기 림은 상기 센서 칩의 외형과 유사한 평면형의 외형을 갖도록 형성되어, 상기 접착제가 상기 다이아프램의 둘레를 저벽에 접착하기 위한 지점에 용이하게 위치될 수 있다.

상기 케이스는 상기 센서 칩의 출력을 처리하여 유압을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 IC 모듈을 추가로 수용하도록 설계될 수 있다. 컴팩트한 배치를 위해, 상기 IC 모듈과 상기 센서 칩은 상기케이스의 제1 치수를 따라 상기 저벽에 나란한 관계로 배치된다. 상기 케이스는, 상기 제1 치수에 대하여 상기 케이스의 반대측에 배치되고 또한 상기 저벽에 부분적으로 매립된 개별 리드를 통해 상기 IC 모듈에 전기 접속되는 복수의 단자가 제공된다. 상기 센서 칩에 인접하여 배치되는 상기 단자 중의 2개 또는 그 이상의 단자는, 상기 센서 칩 옆에서 서로 평행한 관계로 통과하는 평행한 리드를 통해 상기 IC 모듈에 전기 접속된다. 상기 저벽은 상기 평행한 리드를 서로에 대해 일정한 이격 관계로 고립시키도록 구성된 리세스가 제공된다. 컴팩트한 구조의 센서 패키지를 실현하기 위해, 평행한 리드는, 서로 전기적으로 고립되고 또한 저벽과 리드 사이의 밀봉을 깨뜨리지 않고 저벽에 매립된 채로, 센서 칩의 옆쪽에서 비교적 협폭의 영역에 밀착되어 패키징된다. 리드가 매립된 케이스를 몰딩 다이를 이용하여 몰딩할 때, 평행한 리드를 정위치에 고정하여 의도된 위치에 매립하기 위해 지그(jig)가 저벽 내로 연장한다. 케이스를 몰딩한 후, 지그는 저벽 내의 리세스를 벗어나도록 빼내어 진다. 따라서, 평행한 리드에 대응하는 부분에서의 저벽에 리세스를 갖도록 케이스를 설계함으로써, 평행한 리드는 서로 전기적으로 고립된 채로 케이스의 저벽의 제한된 영역에 성공적으로 몰딩될 수 있다.

이러한 구성에서, 상기 측벽은 상기 평행한 리드의 길이를 따라 이격된 2개의 상기 리세스, 즉 상기 케이스의 내측에 개방되어 있는 리세스와, 상기 케이스의 외측에 개방되어 있는 리세스가 제공된다. 따라서, 케이스에 몰딩될 때에, 대응하는 지그는 길이 방향으로 이격된 2개의 지점에서 평행한 리드에 상방의 힘과 하방의 힘을 가하여, 평행한 리드를 다이의 상보적인 부분에 대하여 각각 프레스한다. 이에 의해, 상대적으로 긴 치수의 평행한 리드가 저벽의 밀봉을 깨뜨리지 않고서도 서로 전기적으로 고립된 채로 케이스의 저벽에 성공적으로 몰딩될 수 있다.

또한, 상기 플랜지는 상기 케이스의 상기 정부 개구에 부합하는 원형의 원주를 갖도록 형성된다. 이 형태의 예에서는, 케이스를 탐침 튜브의 축을 중심으로 회전시키면서 플랜지의 외주 둘레에 실러를 가하기 위해 고정 디스펜서(fixed dispenser)가 이용될 수 있다.

본 발명의 이러한 특징 및 기타 다른 특징은 첨부 도면을 참조하여 이루어진 이하의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로부터 더욱 명확하게 될 것이다.

탐침 튜브가 케이스와는 별도의 부재로서 준비되므로, 케이스는 상이한 길이 및 직경의 유체 채널을 갖는 다양한 탐침 튜브를 위한 공통 베이스가 될 수 있다. 따라서, 센서 칩은 상황에 따라 변화하는 탐침 튜브의 치수에 대한 요구를 충족하 면서 저렴한 비용으로 조립될 수 있다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압 센서 패키지가 도시되어 있다. 센서 패키지는 기본적으로 케이스(20) 및 케이스(20)와 별체로 형성되고 대상 유체를 케이스 내로 유입시키기 위해 케이스에 조립되는 탐침 튜브(80)로 구성된다. 케이스(20)는 케이스의 상단 끝에 직사각의 정부 개구(top opening)(28)를 형성하도록 저벽(21)과 저벽의 둘레에서 위로 세워지는 측벽(26)을 갖는 상단 개방형 박스의 형태로 플라스틱 재료로 성형된다. 케이스(20) 내에는 센서 칩(40)이 수용되며, 이 센서 칩은, 직사각의 다이아프램(42)과, 케이스(20)에 유입되는 유체에 의해 받게 되는 다이아프램의 변형 정도에 비례하여 변화하는 저항을 나타내는 복수의 압전 저항기로 구성되는 감지 소자(도시하지 않음)를 갖도록, 예컨대 실리콘 등의 반도체 기판으로 형성된다.

케이스(20)는 또한 센서 칩(40)으로부터의 출력, 즉 저항을 처리하여 유체의 압력을 결정하도록 구성된 IC 모듈(50)을 수용한다. 도 6에 도시된 바와 같이, IC 모듈(50)과 센서 칩(40)은 저벽(21) 상에 나란하게 탑재되며, 본딩 와이어를 통해 서로 전기 접속된다. IC 모듈(50)은 도 7에 도시된 바와 같이 유체의 검출 압력을 나타내거나 이용하는 외부의 전기 회로와의 접속을 위한 개별 단자(71∼78)의 어레이를 형성하기 위해 저벽(21)을 관통하여 연장하는 복수의 리드(61∼68)를 갖는 리드 프레임(60) 상에 탑재된다. 단자(71∼78)의 어레이는 IC 모듈(50)과 센서 칩(40)이 배치되는 방향에 대하여 케이스(20)의 반대 측면에 노출되어 있다.

도 8에 도시된 바와 같이, 센서 칩(40)은 그 둘레에 하향 돌출 레그(44)가 형성되어 있으며, 이 레그에 의해 센서 칩(40)이 예컨대 충전재 함유 실리콘 수지와 같은 다이 접착제(30)를 통해 저벽(21)에 고정된다. 접착은, 저벽(21)을 관통하여 연장함으로써 다이아프램(42)의 배면을 외부의 대기에 노출시켜 다이아프램(42)의 배면측 압력을 완화시키는 통기구(22) 주변에서도 발생된다. 통기구(22)의 주변에는, 저벽(21)의 내측 표면에서 돌출하여 그 외측으로 접착제(30)를 유지하기 위한 공간을 형성하는 림(23)이 형성되어 있다. 그러므로, 접착제(30)는 통기구(22) 내로 흘러들어 가지 않고 정위치에 유지되어, 센서 칩(40)을 저벽(21)에 성공적으로 고정시킨다. 림(23)은 다이아프램(42)의 허용 가능한 변형을 방해하지 않도록 다이아프램(42)의 배면측에 충분한 간격을 갖도록 치수가 정해진다.

센서 칩(40)이 저벽(21)에 고정되고, IC 모듈(50)에 전기 접속된 후, 개별 단자와 저벽(21) 사이에 있을 수도 있는 갭을 밀봉하는 상태로, IC 모듈(50), 센서 칩(40) 및 리드 위에 접합 코팅 수지(JCR : juction coating resin)(34)가 도포된다.

도 7 및 도 8에 최상으로 도시된 바와 같이, 패키지의 컴팩트한 구성에 의해, 리드의 일부를 센서 칩(40) 옆의 협폭의 영역에 통과시킬 필요가 있다. 이 때의 리드는 IC 모듈(50)에서부터 그 옆에 위치된 단자(71∼73)까지 센서 칩(40) 주위에서 서로 평행하게 연장하는 리드(61∼63)이다. 협폭의 영역 내의 평행한 리드(61∼63)를 전기적으로 고립시키고 또한 저벽 또는 케이스(20)에 리드를 몰딩할 때에 리드와 저벽(21) 사이에 갭이 남지 않도록 하기 위해, 저벽(21)은 도 8에 최 상으로 도시된 바와 같이 케이스(20)에 리드 또는 리드 프레임(60)을 몰딩할 때에 분기 지그(forked jig)를 수용하기 위한 리세스(24)를 갖도록 설계된다. 분기 지그는 평행한 리드(61∼63)와 맞물려 이들 리드를 소정의 이격된 관계로 유지하고 또한 이들 리드를 몰딩 다이의 상보측 부분(complementary portion)을 향해 프레스하여, 개개의 리드가 다이 내의 몰드 흐름에 의해 측면으로 오프셋되는 것을 방지하고 또한 리드와 몰딩된 저벽(21) 사이에 갭이 발생하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 따라서, 지그가 제거된 후의 리세스(24)는 도 8에 도시된 바와 같이 인접한 리드 사이에 연장하는 테이퍼된 트렌치(25)를 갖는 형상으로 된다.

다시 도 3을 참조하면, 탐침 튜브(80)는 그 축을 따라 연장하는 유체 채널(84)을 갖도록 형성되며, 케이스(20)의 정부 개구에 끼워맞춤되고 실러(sealer)(88)를 통해 정부 개구에 고정되는 외측 연장 플랜지(82)가 그 하단 끝에 형성된다. 케이스(20)는 측벽(26)의 내면에 플랜지(80)를 지탱하는 계단형 숄더(stepped shoulder)(27)가 형성되어 있다. 실러(88)는 플랜지(82) 둘레에 가해져, 플랜지(82)와 계단형 숄더(27) 사이에 개재된 밀봉 플레이트(90)로 플랜지(82)를 측벽에 밀봉 접착시킨다. 밀봉 플레이트(90)는 플랜지(82)와 숄더(27) 사이의 연결을 밀봉하기 위한 얇은 금속판으로 형성되며, 유체를 센서 칩(40)과 접촉시키기 위해 유체를 케이스(20) 내로 유입시키는 유체 채널(84)과 동축을 이루는 중앙 개구(94)를 갖도록 형성된다.

탐침 튜브(80)가 다른 장치가 장착될 케이스와 별도의 부재로서 형성되므로, 감지 회로를 구비한 케이스(20)는 도 9a 및 도 9b에 도시된 바와 같이 상이한 길이 및/또는 직경을 갖는 다양한 유형의 탐침 튜브를 위한 공통 베이스로서 작용할 수 있으며, 실제 응용 환경을 위한 최적 구성의 센서 패키지를 조립할 수 있다.

도 10 및 도 11은 림(24)이 센서 칩(40)과 유사한 직사각 형상의 상면을 갖도록 성형된다는 것을 제외하고는 전술한 실시예와 동일한 변형예를 예시하고 있다. 유사한 부분에는 유사한 도면 부호가 부여되어 있으며, 그 부분에 대한 설명은 전술한 설명과 중복되므로 생략한다. 직사각 형상의 림(24)은 센서 칩(40)의 레그(44) 바로 아래에 접착제(30)를 위한 공간을 위치시켜, 센서 칩(40)을 저벽(22)에 접착하는 것을 용이하게 한다.

도 12 내지 도 14는 저벽(22)에 리드(61∼63)의 길이를 따라 이격된 2개의 리세스(27), 즉 케이스의 내측에 개방되어 있는 리세스와 케이스의 외측에 개방되어 있는 리세스가 형성되어 있다는 점을 제외하고는 상기 실시예와 동일한 다른 변형예를 도시하고 있다. 이러한 설계에 의하면, 상대적으로 긴 치수의 리드가 측면으로 오프셋되는 것을 성공적으로 방지할 수 있다. 또한, 리세스(27) 중의 하나와 관련된 분기된 지그는 몰딩 다이의 일부분의 상방향을 향해 리드를 프레스하는 한편, 다른 리세스와 관련된 분기된 지그는 몰딩 다이의 다른 부분의 하방향을 향해 리드를 프레스하도록 작용한다. 그러므로, 리드(61∼63)는 케이스의 몰딩 동안 의도된 위치로부터 수직으로 오프셋되는 것이 방지될 수 있으며, 그에 따라 정위치에 유지될 수 있다.

도 15 및 도 16은, 케이스(20)가 탐침 튜브의 원형 플랜지를 수용하도록 원형의 정부 개구를 갖도록 성형된다는 점을 제외하고는 기본적으로 상기 실시예와 동일한 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압 센서 패키지를 예시하고 있다. 이 구조에 의하면, 케이스(20)를 그 수직 축을 중심으로 회전시키면서 플랜지의 외주 둘레에 실러를 가하기 위해 고정 디스펜서(fixed dispenser)(100)를 이용할 수 있으며, 이에 의해 센서 패키지의 조립이 용이하게 된다. 유사한 부분에는 유사한 도면 부호가 부여되어 있으며, 그에 대한 설명은 중복을 방지하기 위해 생략된다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유압 센서 패키지의 정면도.

도 2는 상기 센서 패키지의 평면도.

도 3은 상기 센서 패키지의 분해 단면도.

도 4는 상기 센서 패키지의 저면도.

도 5는 상기 센서 패키지의 측면도.

도 6은 상기 센서 패키지에 사용되는 케이스의 평면도.

도 7은 센서 칩 및 IC 모듈이 제거된 채로 도시되어 있는 케이스의 평면도.

도 8은 도 6의 8-8 라인을 따라 절취한 단면도.

도 9a 및 도 9b는 각각 상이한 탐침 튜브가 조립된 상기 센서 패키지의 단면도.

도 10은 상기 실시예의 변형예에 따른 케이스의 평면도.

도 11은 도 10의 11-11 라인을 따라 절취한 단면도.

도 12는 상기 실시예의 다른 변형예에 따른 케이스의 평면도.

도 13은 도 12의 13-13 라인을 따라 절취한 단면도.

도 14는 도 12의 14-14 라인을 따라 절취한 단면도.

도 15는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유압 센서 패키지의 평면도.

도 16은 탐침 튜브를 케이스에 밀봉 접합하는 방식을 예시하는 개략도.

Claims

유압 센서 패키지에 있어서,

밀봉된 케이스;

상기 케이스 내에 수용되어, 상기 케이스 내로 유입되는 유체의 압력을 감지하며, 다이아프램(diaphragm) 및 감지 소자를 갖도록 반도체 기판으로 형성되는 센서 칩; 및

상기 케이스로부터 연장하고, 상기 다이아프램과 접촉하여 상기 유체를 유입시키는 유체 채널을 갖는 탐침 튜브(probe tube)

를 포함하며,

상기 케이스는 상기 케이스의 상단 끝에 정부 개구(top opening)를 형성하도록 저벽과 상기 저벽의 둘레에서 연장하는 측벽을 갖도록 형성되며, 상기 측벽은 그 내측 면에 계단형 숄더(stepped shoulder)가 형성되며,

상기 탐침 튜브는 상기 케이스의 상기 정부 개구 내에 끼워맞춤되어 상기 계단형 숄더 상에 걸쳐지는 플랜지가 일단에 형성되며, 상기 플랜지는 실러(sealer)에 의해 상기 케이스의 상기 측벽에 밀봉 접착되는,

유압 센서 패키지.
제1항에 있어서,

상기 센서 칩은 접착제를 통해 상기 케이스의 상기 저벽에 접합되며,

상기 저벽은 상기 다이아프램의 배면 압력을 완화시키기 위해 상기 다이아프램을 외부 대기와 소통시키는 통기구가 형성되어 있으며,

상기 저벽은, 그 내측 면에, 상기 접착제를 수용하기 위한 공간을 형성하기 위해 상기 통기구를 둘러싸는 림이 형성되어 있는,

유압 센서 패키지.
제2항에 있어서,

상기 림은 상기 센서 칩의 외형과 유사한 평면형의 외형(planar contour)을 갖도록 형성되는, 유압 센서 패키지.
제1항에 있어서,

상기 케이스는 상기 센서 칩의 출력을 처리하여 유압을 나타내는 신호를 생성하도록 구성된 IC 모듈을 포함하며,

상기 IC 모듈과 상기 센서 칩은 상기케이스의 제1 치수를 따라 상기 저벽에 나란한 관계로 배치되며,

상기 케이스는, 상기 제1 치수에 대하여 상기 케이스의 반대측에 배치되고 또한 상기 저벽에 부분적으로 매립된 개별 리드를 통해 상기 IC 모듈에 전기 접속되는 복수의 단자가 제공되며,

상기 센서 칩에 인접하여 배치되는 상기 단자 중의 2개 또는 그 이상의 단자는, 상기 센서 칩 옆에서 서로 평행한 관계로 통과하는 평행한 리드를 통해 상기 IC 모듈에 전기 접속되며,

상기 저벽은 상기 평행한 리드를 서로에 대해 일정한 이격 관계로 고립시키도록 구성된 리세스가 제공되는,

유압 센서 패키지.
제4항에 있어서,

상기 측벽은 상기 평행한 리드의 길이를 따라 이격된 2개의 상기 리세스, 즉 상기 케이스의 내측에 개방되어 있는 리세스와, 상기 케이스의 외측에 개방되어 있는 리세스가 제공되는, 유압 센서 패키지.
제1항에 있어서,

상기 플랜지는 상기 케이스의 상기 정부 개구에 부합하는 원형의 원주를 갖도록 형성되는, 유압 센서 패키지.