KR20090083888A - Optical liquid level sensor - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 광학식 액체 레벨 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 빛의 반사 또는 투과 성질을 이용한 액체의 유무를 검출하며, 소형화가 가능한 광학식 액체 레벨 센서에 관한 것이다. The present invention relates to an optical liquid level sensor, and more particularly, to an optical liquid level sensor that detects the presence or absence of a liquid using light reflection or transmission properties, and which can be miniaturized.
공지된 바와 같이 센서란 온도나 압력 또는 습도 등의 물리량을 감지, 검출, 판별, 계측하기 위한 기능성 소자로서, 목적 또는 구동 원리에 따라 그 종류가 다양하다. 이러한 센서 중 광학식 액체 레벨 센서는 미국 특허 제 4,962,395호에 개시된 바와 같이, 리드 프레임에 실장된 발광 칩 및 수광 칩을 구비하며, 상기 발광 칩 및 수광 칩은 투명한 재질로 이루어지는 몰딩부를 통하여 밀봉되어 있다. 상기 광학식 액체 레벨 센서는 전반사를 이용하여 액체의 유무를 판단한다. As is well known, a sensor is a functional element for detecting, detecting, determining, and measuring a physical quantity such as temperature, pressure, or humidity, and its types vary according to the purpose or driving principle. Among these sensors, the optical liquid level sensor includes a light emitting chip and a light receiving chip mounted on a lead frame, as disclosed in US Pat. No. 4,962,395. The light emitting chip and the light receiving chip are sealed through a molding made of a transparent material. The optical liquid level sensor determines the presence or absence of liquid using total reflection.
전반사란 광이 광학적으로 밀(密)한 매질(굴절률이 큰 물질)에서 소(疎)한 매질(굴절률이 작은 물질)로 입사할 때, 입사각이 어느 특정 각도(임계각) 이상이면 그 경계면에서 광이 전부 반사되는 것을 말한다. 이러한 성질을 이용하여 광학식 액체 레벨 센서는 상기 몰딩부와 외부 환경, 즉, 액체 또는 공기 사이의 계면에서 전반사가 발생하도록 제조된다. 이에 따라, 상기 몰딩부와 접하는 외부환경이 액체 조건 또는 공기 조건에 따라서, 상기 발광칩에서 발광된 광 중 상기 수광칩으로 수광되는 광의 양이 달라지게 된다. 이러한 원리를 통하여, 상기 광학식 액체 레벨 센서는 그 위치에서 액체의 유무를 체크하게 된다. Total reflection means that when light is incident from an optically dense medium (large refractive index material) to a small medium (small refractive index material), the incident light is above a certain angle (critical angle). This is all reflected. Using this property, an optical liquid level sensor is manufactured such that total reflection occurs at the interface between the molding and the external environment, that is, liquid or air. Accordingly, the amount of light received by the light receiving chip of the light emitted from the light emitting chip varies according to the liquid condition or the air condition in the external environment contacting the molding part. Through this principle, the optical liquid level sensor checks for the presence of liquid at that location.
종래의 액체 유무의 광학식 레벨센서는 발광칩 및 수광칩로 형성된 반사형 센서에 별도의 유리 또는 사출 플라스틱의 광전달 부품을 씌워 액체의 유무를 검지한다. The conventional liquid level sensor with or without a liquid detects the presence of liquid by covering a light transmitting component of a glass or an injection plastic with a reflective sensor formed of a light emitting chip and a light receiving chip.
이와 같이 광전달 부품을 씌우는 경우 별도 형상의 구조물을 조립하여야 하기 때문에 제품의 소형화가 어렵고, 생산성이 떨어지며 별도 조립에 따른 제품별 특성차가 커진다.Thus, when covering the light-transmitting parts, it is difficult to miniaturize the product because it has to assemble the structure of a separate shape, productivity is lowered, and the characteristic difference for each product by the separate assembly is increased.
또한, 상기한 바와 같은 광학식 액체 레벨 센서는 리드 프레임 상에 발광칩 및 수광칩을 실장하고 몰딩하므로, 그 전체 부피가 상당하였다. 따라서, 최근 개발되고 있는 소형 휴대용 전자 장치의 전력원으로 개발되고 있는 연료 전지 등에 적용하는 데에 어려움을 겪고 있다. In addition, the optical liquid level sensor as described above mounted and molded the light emitting chip and the light receiving chip on the lead frame, so that the total volume thereof was significant. Therefore, there is a difficulty in applying to a fuel cell or the like that is being developed as a power source of a small portable electronic device that has recently been developed.
또한 상기 몰딩부가 투명하여 외부의 빛이 상기 수광칩으로 수광되어 오작동을 야기하는 등의 문제점이 있어왔으며, 또한 별도의 도광 제품을 이용해야 한다는 문제가 있어왔다. In addition, there is a problem that the molding part is transparent, so that external light is received by the light-receiving chip, causing malfunction, and there is also a problem that a separate light guide product must be used.
이에 본 출원인에 의해 출원된 출원번호 10-2006-0060617의 발명은 빛의 반사 또는 투과 성질을 이용한 액체의 유무를 검출하며, 소형화가 가능한 광학식 액체 레벨 센서를 제공하고 있으나, 제2 몰딩부가 프리즘, 반구형, 또는 각형의 현상을 갖고 있어 각진부위에 소량의 액체가 맺히게 되어 발광칩으로부터 나온 빛의 진 행을 왜곡하여 그 전반사 효과를 감쇄시키는 문제점이 있었다.Accordingly, the invention of the application No. 10-2006-0060617 filed by the present applicant provides an optical liquid level sensor which can detect the presence or absence of the liquid using the light reflection or transmission properties, and can be miniaturized, but the second molding portion is a prism, It has a hemispherical shape or a square shape, and a small amount of liquid forms on the angular portion, which distorts the progress of light emitted from the light emitting chip, thereby reducing the total reflection effect.
또한, 제2 몰딩부가 검출하는 액체와 반응하거나 저항성을 갖지 못할 경우 변성 또는 변색이 되는 문제점이 있다. 이는 제품화 시 물성 변화에 의한 광특성의 변화가 발생하여 센서의 신뢰성에 문제가 될 수 있다.In addition, when the second molding part reacts with the liquid to be detected or does not have resistance, there is a problem in that it is denatured or discolored. This may be a problem in the reliability of the sensor due to the change in the optical characteristics due to the change in physical properties during the commercialization.
이에 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 자동차, 정수기, 산업기기 뿐 아니라 노트북, 휴대폰 등의 소형휴대정보기기의 메탄올 연료전지의 메탄올(CH3OH) 또는 물(H2O)의 수위를 감지할 수 있도록 액체의 유무, 또는 누액을 검지하는 용도로 널리 사용 가능한 광학식 액체 레벨 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art, and the level of methanol (CH3OH) or water (H2O) of the methanol fuel cell of small portable information devices such as automobiles, water purifiers, industrial equipment, notebook computers, mobile phones, etc. It is an object of the present invention to provide an optical liquid level sensor that can be widely used for detecting the presence or absence of a liquid to detect a leak.
또한, 본 발명의 다른 목적은 기판 및 상부 몰딩부를 일체화할 뿐만 아니라 센서의 표면을 매끄럽고 평탄하게 함으로서 액체의 맺힘을 최소화하여 액체 유무의 정확한 검지를 할 수 있는 광학식 액체 레벨 센서를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide an optical liquid level sensor capable of accurately detecting the presence or absence of liquid by minimizing liquid condensation by integrating the substrate and the upper molding part as well as smoothing and flattening the surface of the sensor.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상부에 내습성 또는 내화학성의 물질을 코팅하여 제품의 신뢰성을 강화할 수 있는 광학식 액체 레벨 센서를 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide an optical liquid level sensor that can enhance the reliability of the product by coating a moisture-resistant or chemical-resistant material on top.
또한, 본 발명의 다른 목적은 액체 레벨 센서를 이용하여 소형 저장조의 액위를 측정할 수 있는 액위 측정 시스템을 제공하는 것이다. It is another object of the present invention to provide a liquid level measuring system capable of measuring the liquid level of a small reservoir using a liquid level sensor.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광학식 액체 레벨 센서는 전기회로 패턴이 형성된 인쇄회로 기판; 상기 인쇄회로 기판의 전기 회로 패턴 상에 실장되는 한 쌍의 발광칩 및 수광칩; 상기 발광칩과 수광칩을 격리시키는 제1 몰딩부; 및 상기 발광칩, 수광칩 및 제1 몰딩부 상에 형성되어 상기 발광칩의 출력광을 상기 수광칩으로 도광하며, 액체의 검지면이 평탄한 형상의 제2 몰딩부;를 포함하여 이 루어진다.Optical liquid level sensor of the present invention for achieving the above object is a printed circuit board formed with an electric circuit pattern; A pair of light emitting chips and light receiving chips mounted on the electric circuit patterns of the printed circuit board; A first molding part separating the light emitting chip from the light receiving chip; And a second molding part formed on the light emitting chip, the light receiving chip, and the first molding part to guide the output light of the light emitting chip to the light receiving chip, and the detection surface of the liquid is flat.
여기서, 상기 제2 몰딩부는 상기 발광칩, 수광칩 및 제1 몰딩부의 상부에서 충진되어 몰딩됨으로서 내부에 빈공간(Cavity)이 없으며, 상기 발광칩의 광이 수광칩으로 진행하도록 빛의 경로를 형성하는 도광층이 일체화된 구조의 광부재(Optical Material)로 이루어지는 것이다.Here, the second molding part is filled and molded in the upper part of the light emitting chip, the light receiving chip, and the first molding part so that there is no cavity therein, and a light path is formed so that the light of the light emitting chip proceeds to the light receiving chip. The light guide layer is made of an optical material having an integrated structure.
상기 발광칩은 발광소자를 이용하여 발광하며, 바람직하게는 발광소자로서는, 예를 들면 발광다이오드가 사용된다. 상기 수광칩은 수광소자를 이용하여 수광되며, 예를 들면 포토 트랜지스터나 포토 다이오드 또는 직접화된 포토 센서 등을 사용할 수 있다. 상기 발광 또는 수광소자는 통상의 실장방법에 의해서 기판에 실장될 수 있으며, 바람직한 실시예에서, 도전성 접착제를 이용하여 기판에 발광 다이오드칩 및/또는 수광센서 칩을 기판에 부착하고 도전성 와이어로 칩패드와 기판의 패드를 연결하여 실장될 수 있다. The light emitting chip emits light using a light emitting element, and preferably, for example, a light emitting diode is used as the light emitting element. The light-receiving chip is received using a light-receiving element, and for example, a photo transistor, a photo diode, or a direct photo sensor may be used. The light emitting or light receiving element may be mounted on a substrate by a conventional mounting method, and in a preferred embodiment, a light emitting diode chip and / or a light receiving sensor chip is attached to a substrate using a conductive adhesive, and a chip pad is used as a conductive wire. It can be mounted by connecting a pad of the substrate.
본 발명에 있어서, 상기 제1 몰딩부는 발광칩의 발광을 흡수하여 빛의 진행을 차단하는 에폭시 수지로 이루어지는 것이 바람직하며, 상기 제1 몰딩부가 상기 발광칩과 상기 수광칩을 격리시킨다는 것은 상기 제1 몰딩부가 불투광성으로서 발광소자에서 발광되는 광이 제1 몰딩부를 통해서는 실질적으로 직접 전달되지 않는다는 것을 의미한다. In the present invention, it is preferable that the first molding part is made of an epoxy resin which absorbs light emission of the light emitting chip and blocks the progress of light, and wherein the first molding part isolates the light emitting chip from the light receiving chip. As the molding part is opaque, it means that light emitted from the light emitting device is not substantially directly transmitted through the first molding part.
본 발명의 실시에 있어서, 상기 발광칩에서 발광되는 광의 분산을 막고, 수광칩이 주변의 외란광에 의해서 영향을 받는 것을 막을 수 있도록 주변부와 격리되는 것이 좋다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 제1 몰딩부는 상기 발광칩 및 수광칩의 상단만 개방되도록 주변에 댐을 쌓아 상호 그리고 주변과 격리시키는 것이 좋다. In the practice of the present invention, it is preferable that the light emitting chip is isolated from the periphery so as to prevent dispersion of light emitted from the light emitting chip and prevent the light receiving chip from being affected by ambient disturbance light. In a preferred embodiment of the present invention, it is preferable to stack a dam around the first molding part so as to open only the upper ends of the light emitting chip and the light receiving chip, and to isolate from each other and the surroundings.
본 발명에 있어서, 상기 제1몰딩부에 있어서, 상기 발광칩과 수광칩 사이를 격리하기 위한 댐의 높이는 경사지게 방사된 광원이 반사를 통해 수광칩으로 유도될 수 있도록 상기 칩들을 주변부와 격리하기 위해서 형성되는 댐의 높이보다 낮은 것이 바람직하다. 발명의 바람직한 실시에 있어서, 상기 칩들을 주변부와 격리하기 위해서 형성되는 댐의 높이는 상기 발광칩과 수광칩 사이를 격리하기 위한 댐의 높이의 20 %, 바람직하게는 40%, 보다 바람직하게는 60% 이상인 것이 바람직하다.In the present invention, in the first molding portion, the height of the dam for isolating between the light emitting chip and the light receiving chip is to isolate the chips from the peripheral portion so that the inclined light source is guided to the light receiving chip through reflection. It is desirable to be lower than the height of the dam to be formed. In a preferred embodiment of the invention, the height of the dam formed to isolate the chips from the periphery is 20%, preferably 40%, more preferably 60% of the height of the dam to isolate between the light emitting chip and the light receiving chip. It is preferable that it is above.
본 발명에 있어서, 상기 제2몰딩부는 투명하며, 공기중에서 발광칩에서 발광되는 광이 전반사에 의해서 수광칩으로 입사되도록 플라스틱 수지, 바람직하게는 메탄올 및 물에 변성이 적은 투명 에폭시, 폴리프로필렌 및 실리콘산화막으로 이루어진 그룹에서 선택되는 것이 좋다. 본 발명에 있어서, 상기 제2 몰딩부는 발광칩의 광을 수광칩으로 도광시킬 수 있는 한 형상에 제한을 받지 않는다. 본 발명의 일 실시에 있어서, 상기 제2 몰딩부는 표면에 액체방울이 맺혀 오작동을 일으키는 것을 막을 수 있도록 액체의 검지면이 평탄한 형상을 갖는 것이 바람직하다.In the present invention, the second molding part is transparent and transparent epoxy, polypropylene and silicon having little modification in plastic resin, preferably methanol and water so that light emitted from the light emitting chip in the air is incident on the light receiving chip by total reflection. It is preferably selected from the group consisting of oxide films. In the present invention, the second molding part is not limited in shape as long as it can guide light of the light emitting chip to the light receiving chip. In one embodiment of the present invention, it is preferable that the second molding part has a flat shape so that the detection surface of the liquid can prevent the droplets from forming on the surface and causing malfunction.
또한, 상기 제2 몰딩부의 상부에 용액에 대한 센서의 저항성을 갖고자 별도의 투광층이 형성되도록 구성할 수도 있으며, 발광칩에서 발광되는 광원이 수직으로 방출되거나 외란광이 직접 수광칩으로 입사되는 것을 막기 위해서 제2몰딩부의 주변부에 광차단층이 형성되는 것이 바람직하다. 상기 광차단층은 비투과성 수지로 몰딩하여 제2몰딩부의 좌우측면에 형성될 수 있으며, 인쇄공정에 의해서 제2몰딩부 에 인쇄층을 형성함으로서 이루어질 수도 있다. In addition, a separate light-transmitting layer may be formed on the second molding part so as to have a resistance of a sensor to a solution. In order to prevent this, it is preferable that a light blocking layer is formed at the periphery of the second molding part. The light blocking layer may be formed on the left and right sides of the second molding part by molding with a non-transparent resin, or may be formed by forming a printing layer on the second molding part by a printing process.
본 발명은 일 측면에서, 액체 레벨 측정 시스템에 있어서, In one aspect, the present invention provides a liquid level measurement system,
기판과, 상기 인쇄회로 기판의 전기 회로 패턴 상에 실장되는 한 쌍의 발광칩 및 수광칩과, 상기 발광칩과 수광칩을 격리시키는 제1 몰딩부와, 상기 발광칩과 수광칩 및 제1 몰딩부 상에 형성되어 상기 발광칩의 출력광을 상기 수광칩으로 도광하며, 액체의 검지면이 평탄한 형상의 제2 몰딩부로 이루어진 센서가 다수개 구비되며, 상기 센서는 제2 몰딩부가 저장액체에 접하고 상기 인쇄회로기판은 저장조 외부와 접하도록 저장조 벽면을 관통하여 설치되되 각각의 상기 인쇄회로기판은 전기적으로 연결되며, 상기 센서가 수직으로 배치되어 각 센서의 검지면을 이루는 면이 평탄하게 연결된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 측정 시스템이 제공된다.A pair of light-emitting chips and light-receiving chips mounted on a substrate, an electric circuit pattern of the printed circuit board, a first molding part for isolating the light-emitting chip and the light-receiving chip, the light-emitting chip, the light-receiving chip, and the first molding And a plurality of sensors formed on a portion to guide the output light of the light emitting chip to the light receiving chip, and having a second molding portion having a flat surface of a liquid. The sensor has a second molding portion in contact with a storage liquid. The printed circuit board is installed to penetrate the wall of the reservoir so as to contact the outside of the reservoir, each of the printed circuit board is electrically connected, the sensor is arranged vertically and the surface forming the detection surface of each sensor is connected flat There is provided a measuring system characterized by having.
본 발명에 있어서, 상기 인쇄회로기판은 박막의 측정 시스템이 가능하도록 연성회로 기판을 사용하여 상호 연결되는 것이 바람직하다. In the present invention, the printed circuit board is preferably interconnected using a flexible circuit board to enable a thin film measuring system.
상기한 바와 같이 본 발명에 따르면, 본 발명은 빛의 반사 또는 투과 성질을 이용한 액체의 유무를 검출하며, 기판, 칩, 제1 몰딩부, 제2 몰딩부 등 센서의 모든 구성요소가 분리없이 구성요소간 상호 접합되어 제품의 소형화가 가능하며, 각 구조물이 밀착되어 있어서 센서 내부로의 액체의 침투를 막을 수 있는 광학식 액체 레벨 센서를 제공할 수 있다. As described above, according to the present invention, the present invention detects the presence or absence of a liquid using a light reflection or transmission property, and all components of the sensor such as a substrate, a chip, a first molding part, and a second molding part are configured without separation. It is possible to provide an optical liquid level sensor that can be miniaturized by the mutual bonding between the elements, each structure is in close contact with each other to prevent the liquid from penetrating into the sensor.
또한, 센서의 표면을 매끄럽고 평탄하게 함으로서 액체의 맺힘을 최소화하여 액체 유무의 정확한 검지를 할 수 있다.In addition, by smoothing and flattening the surface of the sensor, it is possible to minimize the formation of liquid to accurately detect the presence or absence of liquid.
또한, 광학적인 방식으로 실시간 액체의 유무를 검지하고 전기적인 신호로서 제공함으로써 액체의 보충 또는 제거 시기를 편리하게 알 수 있다.In addition, by detecting the presence or absence of the real-time liquid in an optical manner and providing as an electrical signal, it is convenient to know when to refill or remove the liquid.
또한, 기판 상부의 몰딩 구조물은 기존의 반도체 몰드공정을 사용하기 때문에 제품의 생산성과 신뢰성을 높여준다.In addition, the molding structure on the substrate increases the productivity and reliability of the product because it uses a conventional semiconductor mold process.
특히 휴대폰, 노트북 등 휴대용기기의 메탄올 연료전지의 경우 센서를 소형화함으로써 연료전지 시스템에 사용이 가능하며, 본 발명의 센서가 연료전지에 탑재되므로써 배터리의 잔량 표시 및 교체시간을 사용자에게 미리 알려줌으로써 연료고갈에 따른 연료전지의 파손을 미리 막아준다.In particular, in the case of a methanol fuel cell of a portable device such as a mobile phone or a notebook, it is possible to use the fuel cell system by miniaturizing the sensor.Because the sensor of the present invention is mounted in the fuel cell, the fuel remaining indication and replacement time of the battery are notified to the user in advance. Prevents damage to the fuel cell due to exhaustion.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. While the foregoing has been described with reference to preferred embodiments of the present invention, those skilled in the art will be able to variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the invention as set forth in the claims below. It will be appreciated.
이하 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention is not limited to the embodiments described herein but may be embodied in other forms. Like numbers refer to like elements throughout.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 액체 레벨 센서를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 액체 레벨 센서를 도시한 단면도이다.1 is a perspective view showing an optical liquid level sensor according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a cross-sectional view showing an optical liquid level sensor according to an embodiment of the present invention.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 광학식 액체 레벨 센 서(100)는 기판(110)상에 실장된 한 쌍의 발광칩(120) 및 수광칩(130)과, 상기 한 쌍의 발광칩(120) 및 수광칩(130)을 둘러쌓는 제1 몰딩부(150) 및 제2 몰딩부(160)를 구비하여 이루어진다. 1 and 2, an optical
상기 기판(110)은 일반적으로, 그 상면에 소정의 전기 회로 패턴이 형성되어 있는 인쇄회로 기판(110)(PCB)이 사용될 수 있다. 이러한 기판(110)상에 상기 한 쌍의 발광칩(120) 및 수광칩(130)은 도전성 접착제 또는 테이프를 통하여 실장되어 인쇄회로 기판을 통하여 전원 또는 신호연결이 가능하며, 상기 기판(110)상에 평행하게 배열되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 발광칩(120)은 화합물 반도체로 만들어지는 발광 다이오드로 구성될 수 있으며, 이러한 발광 다이오드는 자외선, 가시광선 및 적외선 파장의 광 중 어느 하나의 광을 방출할 수 있어야 한다. In general, the
상기 수광칩(130)은 실리콘 재질의 포토다이오드, 실리콘 재질의 포토트랜지스터 및 IC 포토센서 중 선택되는 어느 하나의 광센서로 구성될 수 있으며, 수광되는 광의 양을 전기적 신호로 변환시킬 수 있어야 한다. The
상기 제1 몰딩부(150)는 상기 기판(110)상에 상기 발광칩(120) 및 수광칩(130)이 실장된 부분을 오픈시키며, 빛을 차단할 수 있는 재질로 이루어진다. 바람직하게는, 상기 제1 몰딩부(150)는 입사되는 광의 흡수율이 50% 이상인 플라스틱 수지 성분을 포함하는 재질로 이루어질 수 있으며, 예를 들면, 흑색 에폭시 수지로 이루어질 수 있으나, 본 발명에서 그 재질을 한정하는 것은 아니다. The
상기 제2 몰딩부(160)는 상기 제1 몰딩부(150) 상부에서 상기 발광칩(120) 및 수광칩(130)을 외부 환경과 격리시키며, 투명하며, 그 굴절율이 1.4 이상 2.0 이하의 플라스틱 수지 성분을 포함하는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 상기 제2 몰딩부(160)는 메탄올 및 물에 변성이 적은 투명 에폭시, 폴리프로필렌 등의 유기박막 또는 실리콘산화막 등의 무기박막으로 이루어진다.The
이와 같은 상기 제2 몰딩부(160)는 상기 발광칩, 수광칩 및 제1 몰딩부의 상부에서 충진되어 몰딩됨으로서 내부에 빈공간(Cavity)이 없으며, 상기 발광칩(120)의 광이 수광칩(130)으로 진행하도록 빛의 경로를 형성하는 도광층이 일체화된 구조의 광부재(Optical Material)로 이루어진다.The
또한, 본 발명에서는 상기 제2 몰딩부(160)의 상부에 용액에 대한 센서의 저항성을 갖고자 별도의 투광층을 형성할 수도 있으며, 이에 대한 제한을 두지 않는다.In addition, in the present invention, a separate light-transmitting layer may be formed on the
아울러, 본 발명에서는 상기 제2 몰딩부(160)가 액체의 검지면이 평탄한 형상을 갖는데 그 특징이 있다. 즉, 도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명의 제2 몰딩부(160)는 액체의 검지면이 되는 상면이 평편한 형상을 갖는 구조로서, 액체의 맺힘을 최소화하여 액체 유무의 정확한 검지를 할 수 있다.In addition, in the present invention, the
상기한 바와 같은 본 발명의 광학식 액체 레벨 센서(100)의 작동은 하기와 같다. Operation of the optical
우선, 상기 발광칩(120)에서 광을 발광하게 된다. 상기 발광칩(120)에서 발광된 광은 제1 몰딩부(150)의 개구된 부분을 통하여 상부로 방출된다. 이때, 상기 발광칩(120)의 상부로 방출되지 않은 광은 상기 제1 몰딩부(150)에 의하여 흡수된다. 상기 발광칩(120)에서 상부로 방출된 광 중 일부는 상기 제2 몰딩부(160)와 외 부 환경, 예를 들면, 공기 또는 액체와의 계면으로 입사된다. 이때, 입사된 광의 전반사는 상기 제2 몰딩부 상면의 환경에 따라 결정된다. First, the
보다 상세히 설명하면, 상기 제2 몰딩부(160)의 상면과 45°로 입사된 광은 상기 제2 몰딩부(160)의 굴절률이 1.5이상이면, 상기 제2 몰딩부의 상면이 공기와 경계를 이루는 경우, 전반사가 발생하게 된다. In more detail, when the light incident at 45 ° with the top surface of the
또한, 상기 제2 몰딩부의 상면이 물(굴절률 1.33) 등의 액체와 경계를 이루는 경우, 상기 제2 몰딩부의 상면에서는 전반사가 발생하지 않고 광이 굴절하여 투과된다. In addition, when the upper surface of the second molding part borders with a liquid such as water (refractive index 1.33), total reflection does not occur on the upper surface of the second molding part, and light is refracted and transmitted.
상기 제2 몰딩부의 상면에서 전반사된 광은 도 2에서의 화살표처럼, 상기 수광칩(130)로 향하여, 상기 수광칩(130)에서 수광된다. The light totally reflected on the upper surface of the second molding part is received by the
상기 수광칩(130)은 수광된 광의 양에 대한 정보를 외부에 전달하게 되고, 이러한 정보에 따라 본 발명의 실시예에 따른 광학식 액체 레벨 센서(100)의 위치에서 액체의 유무를 판별하게 된다. The
본 발명의 실시예에 따른 광학식 액체 레벨 센서의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.Referring to the manufacturing method of the optical liquid level sensor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 실시예에 따른 광학식 액체 레벨 센서(100)의 제조 방법은 인쇄회로 기판(110)에 빛의 진행을 차단하는 에폭시 수지를 이용하여 발광칩(120)과 수광칩(130)을 1차로 몰딩하는 제1 몰딩부(150)를 형성하고, 제1 몰딩부(150)의 개구부에 발광칩(120) 및 수광칩(130)을 도전성 접착제를 이용하여 기판(110)상에 실장하고, 도전성 와이어로서 칩의 패드와 인쇄회로기판의 패드를 연결한다.In the method of manufacturing the optical
상기 발광칩(120) 및 수광칩(130)이 부착된 인쇄회로기판 상에 투명 에폭시 수지로서 제1 몰딩부(150) 위에 충진하여 몰딩함으로써 제2 몰딩부(160)를 형성하여 발광칩의 빛이 수광칩으로 진행할 수 있도록 빛의 경로를 형성한다.The
한편, 상기에서는 제2 몰딩부(160)를 몰딩을 통하여 형성되는 것을 예를 들어 설명하였으나, 상기 제2 몰딩부(160)는 사전에 미리 제작하여, 상기 발광칩(120) 및 수광칩(130)를 기판(110) 상에 실장한 후, 조립하여 사용할 수도 있다. Meanwhile, in the above description, for example, the
이후, 절단하여 한 쌍의 발광칩(120) 및 수광칩(130)을 구비하는 광학식 액체 레벨 센서(100)를 분리하는 단계를 진행함으로써, 본 발명의 광학식 액체 레벨 센서(100)를 제조할 수 있다. Thereafter, the optical
여기서, 용액에 대한 센서의 저항성을 갖고자 상기 제2 몰딩부(160)의 상부에 투광층을 더 형성할 수 있다.Here, a light transmitting layer may be further formed on the
이러한 제조방법으로 만들어진 센서는 센서 검지면의 물질과 센서 검지면과 접한 액체 또는 공기의 굴절률 차이에 빛의 반사율이 달라지게 되므로, 상기 센서 검지면에서 반사된 빛의 양을 수광칩(130)에서 검지하여 액체의 유무를 구별해 낼 수 있게 되는 것이다.In the sensor made by the manufacturing method, since the reflectance of light varies depending on the refractive index difference between the material of the sensor detection surface and the liquid or air in contact with the sensor detection surface, the amount of light reflected from the sensor detection surface is reflected by the
즉, 센서 검지면과 비슷한 굴절률을 갖는 액체인 경우 반사광량에 비하여 투과광량이 크며 상대적으로 작은 굴절률을 갖는 공기의 경우 투과하는 광량보다 반사하는 광량이 더 크다.That is, in the case of a liquid having a refractive index similar to that of the sensor detection surface, the amount of transmitted light is larger than the amount of reflected light, and in the case of air having a relatively small refractive index, the amount of reflected light is larger than the amount of transmitted light.
도 3은 본 발명의 광학식 액체 레벨 센서가 적용된 액체 용기를 도시한 단면도로서, 상기 다수의 개별 광학식 액체 레벨 센서(100)를 연성회로 기판(110)(FPC) 에 실장하여, 액체의 높이를 다양하게 측정할 수 있는 광학식 액체 레벨 센서(100) 모듈로 제조할 수도 있다. 3 is a cross-sectional view of a liquid container to which the optical liquid level sensor of the present invention is applied, and the plurality of individual optical
구체적으로, 액체의 용기(200)에 다중의 센서를 수직배치함으로서 액체의 잔량을 검지할 수 있다. 즉, 액체 용기(200)의 상부 빈 공간에는 발광칩(120)의 대부분의 빛이 센서면에서 반사되어 수광칩(130)으로 입사하는 반면에 용기 하부의 액체(201)에서는 발광칩(120)의 대부분의 빛은 센서면을 투과하여 소멸하고 수광칩(130)으로는 소량의 빛만이 입사한다.Specifically, the remaining amount of the liquid can be detected by vertically disposing a plurality of sensors in the
하기의 [표 1]은 센서의 공기 및 액체에서의 측정값을 나타낸 것이다. Table 1 below shows the measured values in the air and liquid of the sensor.
상기의 센서 측정값은 물, 에탄올, 메탄올 용액에 대한 센서의 출력을 측정한 값이다. 액체에 잠기지 않은 상태의 공기중에서는 6.7mA로서 액체에 비하여 20배 이상의 차이를 나타내었다.The sensor measurement value is a value obtained by measuring the output of the sensor with respect to water, ethanol and methanol solution. In the air not immersed in the liquid 6.7 mA, more than 20 times the difference compared to the liquid.
여기서, 측정은 650nm 파장의 LED를 사용하였으며 LED에는 20mA 순방향 전류가 흐르고 수광칩의 포토트랜지스터(Phototransistor)에는 3.3V의 전압을 가하여 포토트랜지스터에 흐르는 전류를 측정하였다.In this case, a 650 nm LED was used, and a 20 mA forward current flowed through the LED, and a voltage of 3.3 V was applied to the phototransistor of the light receiving chip to measure the current flowing through the phototransistor.
따라서, 본 발명의 광학식 액체 레벨 센서를 이용하면 상기 센서 검지면에서 반사된 빛의 양을 수광칩(130)에서 검지함으로써, 액체의 유무를 구별해 낼 수 있게 되는 것이다.Therefore, by using the optical liquid level sensor of the present invention by detecting the amount of light reflected from the sensor detection surface by the
상기한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 광학식 액체 레벨 센서(100)는 반도체 패키지 공정과 유사한 공정을 순차적으로 적용 제조함으로써, 상기 기판(110)상에 발광칩(120), 수광칩(130), 제1 몰딩부(150) 및 제2 몰딩부(160)가 일체화된 구조를 얻을 수 있다. As described above, the optical
또한, 각 구성부분이 일체화됨으로써, 최대 5㎜ 이하의 크기까지도 제품의 소형화가 가능하다. 따라서, 최근 개발되고 있는 소형 휴대용 전자 장치의 전력원으로 개발되고 있는 연료 전지 등에도 적용이 가능하다. 이는 연료 전지의 주 연료원인 메탄올의 굴절률이 1.328로 물과 광학적 특성이 유사하기 때문이다. In addition, by integrating each component, the product can be downsized to a size of up to 5 mm or less. Therefore, the present invention can also be applied to fuel cells and the like, which are being developed as power sources of small portable electronic devices that are being developed recently. This is because the refractive index of methanol, the main fuel source of the fuel cell, is 1.328, which is similar in optical properties to water.
또한, 각 구성 부분을 조립 공정이 아닌, 패키지 공정으로 일관되게 진행함으로써, 제품의 생산성을 높일 수 있다. In addition, the productivity of the product can be improved by consistently advancing each component part to a packaging process instead of an assembly process.
도 4에서 도시된 바와 같이, 발광칩(120) 및 수광칩(130)에 몰딩을 통해서 광차단층(170)을 형성하여 상부가 차폐되어 발광칩에서 수직으로 발광되는 광원이나 수광칩에 수직으로 수광되는 외란광을 차단함으로서 센서의 효율을 높일 수 있게 된다. As shown in FIG. 4, the
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 광학식 액체 레벨 센서를 도시한 사시도,1 is a perspective view showing an optical liquid level sensor according to an embodiment of the present invention;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 광학식 액체 레벨 센서를 도시한 단면도,2 is a cross-sectional view showing an optical liquid level sensor according to an embodiment of the present invention;
도 3은 본 발명의 광학식 액체 레벨 센서가 적용된 액체 용기를 도시한 단면도,3 is a cross-sectional view showing a liquid container to which the optical liquid level sensor of the present invention is applied;
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 레벨 센서를 도시한 단면도.4 is a cross-sectional view showing an optical level sensor according to another embodiment of the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명) (Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
100; 광학식 액체 레벨 센서 110; 기판100; Optical
120; 발광칩 130; 수광칩120;
150; 제1 몰딩부 160; 제2 몰딩부150;
Claims (10)
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPWO2017098584A1 (en) * | 2015-12-08 | 2018-09-27 | 新日本無線株式会社 | Photo reflector |
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2009
- 2009-07-20 KR KR1020090065836A patent/KR20090083888A/en not_active Application Discontinuation
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