KR20110088173A - 수직형 압력 센서 - Google Patents

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KR20110088173A
KR20110088173A KR1020100007952A KR20100007952A KR20110088173A KR 20110088173 A KR20110088173 A KR 20110088173A KR 1020100007952 A KR1020100007952 A KR 1020100007952A KR 20100007952 A KR20100007952 A KR 20100007952A KR 20110088173 A KR20110088173 A KR 20110088173A
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변을출
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Abstract

본 발명은 상단에는 유체가 접촉하면 변형되며 상면에 스트레인 게이지가 부착되는 다이어프램이 형성되며, 본체 하우징의 하부에 결합되는 압력인가부와, 상기 압력인가부의 상부에 위치한 상기 다이어프램을 감싸도록 설치되며, 상기 스트레인 게이지가 노출되도록 관통부가 형성된 소켓부와, 휘스톤 브릿지의 회로패턴을 가지고, 상기 소켓부의 상측에 구비되며 일단은 상기 관통부를 통해 노출되어 상기 스트레인게이지와 와이어본딩으로 통전가능하게 연결되고, 타단은 상기 소켓부의 상단으로 돌출되어 전극봉을 형성하는 제1 내지 4전극단자와, 상기 제1내지 4전극단자에 접속되어 압력값을 전기신호로 발신하는 연성 회로기판와, 상기 회로기판을 감싸도록 설치되어 상기 본체 하우징의 내측면에 전기접속되는 차폐쉘 및 상기 본체하우징의 상부에 위치되며 상기 회로기판을 매개로 상기 제1내지 4전극단자와 통전되는 전극로드가 설치된 로드 하우징;이 포함된 것을 특징으로 하는 수직형 압력센서에 관한 것이다.
이에, 본 발명은 휘스톤 브릿지 회로 패턴을 구현함으로써 회로기판과 결합되는 제1 내지 제4전극단자와, 범용 메인칩을 채용한 회로기판 및 이를 수용하는 회로기판 하우징을 통해 제한된 면적을 갖는 본체 하우징에 모두 수용되는 압력센서를 구현할 수 있는 효과가 있다.

Description

수직형 압력 센서 { Vertical pressure sensor }
본 발명은 일단에서 전달되는 압력을 계측하는 압력센서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 센서가 설치되는 면적이 한정된 조건에서 각 구성요소 특히, 회로기판의 조립성이 개선된 수직형 압력센서에 관한 것이다.
일반적으로 압력을 계측하는 센싱방식은 압력이 작용하는 방향과 수직으로 다이어프램을 위치시키고, 다이어프램 상에는 4개의 스트레인 게이지를 설치하여 압력에 의해 다이어프램이 미세하게 탄성변형되는 것을 전기 신호(통상 전압변위차)로 검출하는 것이다. 이때, 스트레인 게이지는 다이어프램의 중심에서 대칭되게 한 쌍씩이 부착되어 스트레인 게이지에서 얻어지는 전기적 신호를 회로기판(PCB) 상에서 구현되는 휘스톤 브리지(Wheatstone Bridge) 회로를 통하여 다이어프램에 가해진 압력값을 정확하게 산출한다.
통상 압력센서에는 다이어프램이 포함되어 외부의 압력을 받는 입력부, 다이어프램의 스트레인 게이지와 전기적으로 연결되어 스트레인 게이지로부터 전기신호를 입력받아 휘스톤 브리지 회로를 거치게 하는 제1회로기판 및 제1회로기판과 전기적으로 연결되어 센서 외부의 제어수단에 압력값을 전송하는 제2회로기판이 구비된다.
한편, 압력센서는 제한된 크기를 가지도록 한정될 수 있다. 예를 들면, 자동차의 제동장치 분야에서 안티 록 브레이크 시스템(Anti-lock brake system, ABS)에 사용되는 EPS 모듈에 장착되는 압력센서가 있다. 공지된 바와 같이 EPS 모듈에는 솔레노이드 밸브, 펌프라인 등이 밀집되게 배치되며 EPS 모듈이 작동되는 경우 내부에는 브레이킹을 작동하기 위한 고압의 유체가 맥동되도록 구성된다. 이러한 EPS모듈은 장비의 소형화를 위하여 각 구성요소가 가능한 밀집되게 배치되어 있으며 내부에 이동되는 유체의 압력을 감시하는 압력센서 역시 제한된 단면적을 갖도록 요구된다.
종래의 압력센서는 도 7에 도시된 바와 같이, 원통형 케이싱(210)의 하단부에 결합되는 입력부(220)의 상단부에는 다이어프램(221)이 형성되고, 다이어프램(221) 상에는 4개의 스트레인 게이지(222)가 부착된다. 금속재질의 소켓(223)은 입력부(220)의 상부를 감싸도록 설치되고, 상부에 휘스톤 브리지 회로를 내장한 제1회로기판(230)이 소켓(223)의 상부에 결합된다.
제1회로기판(230)과 스트레인 게이지(222)는 와이어 본딩(Wire Bonding)을 통하여 다이어프램(221)의 탄성 변형에 대한 영향이 최소화되며 통전가능하게 결합된다. 이때, 제1회로기판(230)과 스트레인 게이지(222)는 구배를 형성하는 와이어(240)에 의해 결합되므로 와이어(240) 양단의 용접이 떨어지지 않도록 스트레인 게이지(222)가 부착되는 다이어프램(221)의 상단면과 제1회로기판(230)은 일정간격 이상 벌어지지 않도록 제한된다.
한편, 제2회로기판(270)은 원통형 케이싱(210)의 상단부에 결합되며, 그 상단면은 압력센서(200)의 상부로 돌출되게 삽입되어 압력값을 압력 센서의 외부로 전달하는 전극로드(250)와 통전 가능하게 접한다. 그리고, 제2회로기판(270)에는 제1회로기판(230)에서 생성된 압력값을 전달받기 위하여 하부를 향하여 돌출되게 형성된 탄성단자(260)가 구비된다.
여기서, 제1회로기판(230)은 스트레인 게이지(222)와 와이어 본딩되기 위해 중앙에 홀을 갖게 되므로 만일 제1회로기판(230)에서 ESP 모듈의 접촉포인트(미도시)에 바로 전기적으로 연결하려면, 제1회로기판(230)의 홀 주변부에 다수의 전극로드가 설치되는 것을 가정해 볼 수 있다. 이때, 다수의 전극로드는 제1회로기판(230)의 중앙에 형성된 홀로 인하여 서로의 이격 간격이 매우 크게 되어 EPS 모듈에 형성된 접촉포인트와의 간격이 서로 맞지 않는 문제점이 있다.
따라서, 제1회로기판(230)과 ESP 모듈의 접촉포인트 사이에 제2회로기판(270)을 더 구비하여 제1회로기판(230)과 제2회로기판(270)은 이격 간격이 큰 다수의 전극로드를 통하여 통전가능하게 연결하고 제2회로기판과 ESP 모듈과의 통전은 제2회로기판(270)의 중심에서 집약되게 설치되는 다수의 전극로드를 통하여 이루어진다.
이에, 종래에는 제1회로기판에 형성된 홀로 인해 제1,2회로기판이 반드시 필요하게 된다.
여기서, 탄성단자(260)는 내부에 스프링(미도시)이 내부에 구비되며 제2회로기판(270)을 관통하여 고정되는 외곽관체(261)와, 외곽관체(261)에 삽입되어 상부로 탄성있게 슬라이딩되는 내부관체(262)로 이루어진다. 이러한 외곽관체(261)와 내부관체(262)는 전도성 재질로 이루어짐에 따라 원통형 케이싱(210)의 하단부에 입력부(220)가 삽입될 때 상부로 탄성 이동하며 제1회로기판(230) 상에 형성된 전기 패턴(미도시)과 접촉하는 것이다.
이러한 탄성단자(260)는 제1회로기판(230) 상에는 고정될 수 없는 것인데, 이는 전술한 바와 같이 다이어프램(221)의 상단면과 제1회로기판(230)과의 이격 간격의 제한에 따른 것이다. 즉, 탄성단자(260)를 제1회로기판(230)에 견고하게 결합하기 위하여 외곽관체(261)를 제1회로기판(230)에 가압 매설하는 경우, 제1회로기판(230)의 하부로 돌출되는 외곽관체(261)의 끝단부의 길이로 인하여 스트레인 게이지(222)와 제1회로기판(230)의 이격 간격이 지나치게 길어지고 이에 따라 와이어의 용접부가 설계수명 기간 동안 건전하게 유지될 수 없기 때문이다.
결국, 종래의 압력센서는 제한된 면적으로 인하여 휘스톤 브리지 회로가 형성된 제1회로기판(230)과 회로설비가 구비되는 제2회로기판(270)을 분리하여 상,하의 회로기판을 구성하면서 탄성단자를 통하여 연결하여야 한다. 따라서, 탄성단자(260)의 신축공간을 확보하기 위하여 제1,2회로기판(230)(260)의 이격 간격이 커질 수 밖에 없으므로 압력센서의 상하 길이가 길어지는 문제점이 있다.
또한, 외곽관체, 내부관체, 스프링과 같이 미세한 다수의 구성요소로 이루어지는 탄성단자로 인해 조립성이 나빠지므로 압력센서의 생산단가가 증대되는 문제점이 있다.
특히, 제2회로기판(270)의 하면에는 압력센서의 기능을 구현하기 위하여 전자부품 소자들이 실장되나, 제한된 회로기판의 사이즈로 인하여 다른 부품 소자들에 비하여 사이즈가 큰 범용 메인 칩(Chip)을 회로기판의 일면에 실장하기가 불가능함에 따라, 이를 해결하고자 메인 칩의 크기가 작은 전용 칩을 개발해야 하므로 압력센서의 생산단가가 증대되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 전술한 바와 같은 종래의 문제점을 해소시키고자 안출된 것으로서, 본 발명은 좁은 설치면적을 갖는 압력센서의 내부에 수용되는 각 구성요소의 조립성을 증대시키는 목적을 갖는다.
본 발명은 스트레인 게이지에서 측정된 전기신호를 회로에 간단하게 전달하도록 구조를 간단하게 하는 목적을 갖는다.
본 발명은 범용 메인칩이 실장된 회로기판을 한정된 공간에 수용할 수 있도록 하는 목적을 갖는다.
본 발명은 압력센서의 차폐성능을 향상시키는 목적을 갖는다.
상술한 바와 같이 본 발명의 목적을 달성하기 위한 수직형 압력센서는 상단에는 유체가 접촉하면 변형되며 상면에 스트레인 게이지가 부착되는 다이어프램이 형성되며, 본체 하우징의 하부에 결합되는 압력인가부와, 상기 압력인가부의 상부에 위치한 상기 다이어프램을 감싸도록 설치되며, 상기 스트레인 게이지가 노출되도록 관통부가 형성된 소켓부와, 휘스톤 브릿지의 회로패턴을 가지고, 상기 소켓부의 상측에 구비되며 일단은 상기 관통부를 통해 노출되어 상기 스트레인게이지와 와이어본딩으로 통전가능하게 연결되고, 타단은 상기 소켓부의 상단으로 돌출되는 전극봉을 형성하는 제1 내지 4전극단자와, 상기 제1내지 4전극단자에 접속되어 압력값을 전기신호로 발신하는 연성 회로기판과, 상기 회로기판을 감싸도록 설치되어 상기 본체 하우징의 내측면에 전기접속되는 차폐쉘 및 상기 본체하우징의 상부에 위치되며 상기 회로기판을 매개로 상기 제1내지 4전극단자와 통전되는 전극로드가 설치된 로드 하우징이 포함된 것을 특징으로 한다.
상기 관통부의 주변에는 제1,2노출홈이 형성되되, 대향되게 위치된 상기 제1,3전극단자는 상기 제1,2노출홈을 통해 노출되고, 상기 제2전극단자는 상기 제1노출홈을 통해 노출되며, 상기 제4전극단자는 상기 제2노출홈을 통해 노출된 것을 특징으로 한다.
상기 스트레인 게이지는 상기 다이어프램의 중심에서 제1압저항소자 및 제2압저항소자와, 제3압저항소자 및 제4압저항 소자가 서로 대응되게 순차적으로 일직선 상에 부착되고, 상기 제1노출홈에서 노출되는 상기 제1전극단자와 제3전극단자에는 상기 제4압저항소자와 제3압저항소자가 각각 연결되고, 상기 제1노출홈에서 노출되는 상기 제2전극단자에는 상기 제3압저항소자와 제4압저항소자 사이의 전극이 연결되며, 상기 제2노출홈에서 노출되는 제1전극단자와 제3전극단자에는 각각 상기 제2압저항소자와 제1압저항소자가 연결되고, 상기 제2노출홈에서 노출되는 제4전극단자에는 상기 제1압저항소자와 제2압저항소자 사이의 전극이 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 회로기판은 상기 제1 내지 제4전극단자와 접지되는 제1영역과, 칩이 설치되는 제3영역과, 상기 전극로드가 결합되는 결합부가 형성된 제5영역과, 상기 제1영역과 제3영역을 연결하며 상기 칩이 설치된 제3영역이 하측을 향하도록 접혀지는 제2영역 및 상기 제3영역과 제5영역을 연결하며 상기 제3영역의 칩과 제5영역의 결합홀이 마주보도록 접혀지는 제4영역을 포함하고, 상기 회로기판의 외측에는 상하가 개구되어 내부에 구비된 구획벽에 의해 상하로 구획되어 상측에는 제1영역과 제2영역 및 제3영역이 위치되고, 하측에는 상기 제5영역이 위치되되 일측에 개구가 형성되어 상기 제4영역이 위치되도록 형성되어 상기 차폐쉘의 내측에 설치되는 회로기판 하우징이 더 설치된 것을 특징으로 한다.
이에, 본 발명은 휘스톤 브릿지 회로 패턴을 구현함으로써 회로기판과 결합되는 제1 내지 제4전극단자와, 범용 메인칩을 채용한 회로기판 및 이를 수용하는 회로기판 하우징을 통해 제한된 면적을 갖는 본체 하우징에 모두 수용되는 압력센서를 구현할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 종래의 복잡한 구성을 간단하게 하여 조립이 용이하므로 제품이 생산성이 증대됨은 물론 소켓부와 전극단자의 단순한 구조로 견고하게 제작이 가능하므로 건전성이 증대되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 차폐쉘을 통해 회로기판에 대한 차폐성능이 증대되므로 외부 전자파 등의 외부 간섭에 따른 오작동을 최소화할 수 있으므로 압력센서의 신뢰성이 증대되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 압력센서를 도시한 사시도.
도 2는 도 1에 도시된 수직형 압력센서를 분해하여 도시한 분해 사시도.
도 3은 본 발명에 채용된 소켓부와 제1 내지 4전극단자를 도시한 도면.
도 4a는 스트레인 게이지와 제1 내지 4전극단자 간의 와이어 본딩을 도시한 도면.
도 4b는 도 4a에 대응되는 휘스톤 브릿지를 도시한 도면.
도 5a,5b는 본 발명에 채용된 회로기판과 회로기판 하우징을 도시한 도면.
도 6은 도 1에 도시된 수직형 압력센서의 단면도.
도 7은 종래의 기술을 나타낸 단면도.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고로 하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 수직형 압력센서를 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1에 도시된 수직형 압력센서를 분해하여 도시한 분해 사시도이다. 또한, 도 3은 본 발명에 채용된 소켓부와 제1 내지 4전극단자를 도시한 도면이고, 도 4a는 스트레인 게이지와 제1 내지 4전극단자 간의 와이어 본딩을 도시한 도면이며, 도 4b는 도 4a에 대응되는 휘스톤 브릿지를 도시한 도면이다.
도시된 바와 같이, 수직형 압력센서(100)는 원형 단면을 가진 상하로 긴 원통형상으로 단면적의 크기는 수직형 압력센서(100)가 장착되는 다른 기계장치에 의하여 제한된다.
수직형 압력센서(100)는 본체 하우징(1)과, 본체 하우징(1)의 하부에 결합되어 상단에 유체가 접촉하면 변형되는 다이어프램(21)이 형성된 압력인가부(2)와, 압력인가부(2)의 상부에 설치된 소켓부(4)와, 소켓부(4)의 상부에 구비되는 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42d)와, 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42)에 접속되어 전기신호를 발신하는 회로기판(5)과, 내부에 회로기판(5)을 수용하며 소켓부(4)와 체결되게 형성된 회로기판 하우징(7)과, 차폐쉘(8) 및 본체 하우징(1)의 상부에 위치되며 회로기판(5)을 매개로 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42)와 통전되는 전극로드(61)가 외부로 돌출되게 설치된 로드 하우징(6)을 포함하여 조립되어 이루어진다.
이렇게 조립된 상부구조에는 상단에 씰링부재(S)가 개재된 상태에서 본체 하우징(1)의 하부로부터 삽입되어 장착되며, 본체 하우징(1)의 외부로 돌출되게 형성된 전극로드(61)는 다른 기구장치의 커넥터에 결합된다.
수직형 압력센서(100)의 외면을 형성하는 본체 하우징(1)은 원통형 관체로 형성되되, 차폐를 위하여 전도성 재질인 금속으로 이루어지며, 상부가 내측으로 오므려지도록 형성된다.
압력인가부(2)는 도 2에 도시된 바와 같이, 외주면에 단턱이 형성되어 본체 하우징(1)의 하단에 결합되며, 상부에 다이어프램(21)이 설치되고, 하부에 압력 측정의 대상이 되는 유체가 다이어프램(21)의 배면까지 이동될 수 있도록 입력홀(22)이 형성된다. 이에, 입력홀(22)을 통해 다이어프램(21)의 배면으로 유체가 인입되면, 유체의 압력으로 인해 다이어프램(21)이 미세하게 탄성변형 되는 것이다.
다이어프램(21)은 수평한 원판으로 형성되고, 다이어프램(21)의 상면에는 도 3에 도시된 바와 같이, 다이어프램(21)의 중심에 일직선상에 스트레인 게이지(3)가 부착되되, 다이어프램(21)의 중심에서 스트레인 게이지(3)의 제1압저항소자(R1) 및 제2압저항소자(R2)와, 제3압저항소자(R3) 및 제4압저항소자(R4)가 서로 대응되게 순차적으로 부착된다.
이때, 스트레인 게이지(3)는 게이지율이 높은 반도체형 스트레인 게이지를 사용하는 것이 바람직하다. 각 스트레인 게이지(3)에는 도 4a에 도시된 바와 같이, 한쌍의 이웃하는 압저항소자가 구비되어 하나의 부재를 이루며, 이웃하는 압저항 소자 사이에는 전극(31,32)이 도출되게 형성된 것으로서, 이와 같은 스트레인 게이지(3)은 공지된 상용품을 이용할 수 있다.
여기서, 스트레인 게이지(3)는 다이어프램(21)이 변형될 때 대칭된 출력값을 갖도록 다이어프램(21)의 중심에서 서로 대칭되게 부착되는 것으로서 본 명세서는 설명의 편의를 위하여 어느 일방향을 기준으로 하여 순서대로 제1 내지 4압저항소자로 정의한다.
제1압저항소자(R1)와 제4압저항소자(R4)는 다이어프램(21)의 중심상에서 서로 동일거리 상에 대칭되게 부착되며, 제2압저항소자(R2)와 제3압저항소자(R3)는 보다 짧은 거리에서 서로 동일 거리상에 대칭되게 부착된다.
소켓부(4)는 압력인가부(2)의 다이어프램(21) 주변을 감싸는 형상으로 형성되어 설치되되, 다이어프램(21)의 상단부와 대응되는 관통부(41)가 형성된 절연체로서, 그 내부면은 외부의 압력에 의하여 탄성변형되는 다이어프램(21)의 변형에 간섭되지 않도록 다이어프램(21) 및 그 주변과 이격되게 구성된다.
또한, 소켓부(4)의 내부에는 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42)가 구비되는 것으로, 이러한 인서트 사출성형에 의해 제조될 수 있다.
한편, 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42)는 스트레인 게이지(3)와 와이어 본딩을 통하여 통전가능하게 연결되어 스트레인 게이지(3)에서 얻어지는 출력값을 회로기판(5)으로 전달하고 아울러 형상을 통하여 휘스톤 브릿지의 회로패턴을 가지는 것이다.
다시 설명하면, 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42d)에 의한 휘스톤 브리지의 회로 패턴은 소켓부(4)의 상단부에 내부에 형성되는 각 전극단자의 패턴에 의하여 이루어지는 것이고, 각 패턴의 일단은 관통부(41)에서 노출되어, 와이어 본딩을 통해 스트레인 게이지(3)와 연결된다.
각 전극단자의 패턴에서 상부를 향하여 연장형성되는 전극봉(43)은 소켓부(4)에서 돌출되어 회로기판(5)에 접속됨으로써 출력값을 회로기판(5)으로 전달하게 된다. 이때, 도 2에 도시된 바와 같이, 전극봉(43)의 상단부는 회로기판(5)에 형성된 접속홀(59)에 끼워지며 가압 고정되도록 구성될 수 있다.
소켓부(4)에 형성된 관통부(41)는, 스트레인 게이지(3)와 관통부(41)를 통하여 노출된 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42d) 간의 와이어 본딩시 자동화된 와이어 본딩장치(도시 생략)의 작업툴이 용접 작업하는 공간을 제공하는 것이다.
이때, 상기 작업툴의 작동공간을 충분히 확보하기 위하여 상기 관통부(41)에는 제1,2노출홈(411,412)이 형성될 수 있다. 이 제1,2노출홈(411,412)은 관통부(41)의 내측면이 함몰되어 형성되는 것으로, 각 노출홈을 통하여 전극단자의 일단이 노출되는 것이다.
이로써, 작업툴의 작업공간인 관통부를 정형적인 다각형 또는 원형으로 할 수 있으므로, 와이어 본딩장치의 작동을 설정하기 편리해지는 것이다.
한편, 도 4(a)는 스트레인 게이지와 제1 내지 4전극단자간의 와이어 본딩을 과장되게 나타낸 평면도이고, 도 4(b)는 도 4(a)에 대응되는 휘스톤 브리지의 회로도이다.
휘스톤 브리지의 회로 패턴을 구성하기 위하여 서로 마주보게 위치되는 제1,3전극단자(42a,42c)의 일단은 각각 상기 제1,2노출홈(411,412)에서 노출되며, 상기 제2,4전극단자(42b,42d)의 일단은 각각 제1노출홈(411)과 제2노출홈(412)에서 노출된다.
또한, 상기 제1노출홈(411)에서 노출되는 제1전극단자(42a), 제3전극단자(42c)에는 각각 상기 제4압저항소자(R4)와 제3압저항소자(R3)가 연결되고, 상기 제1노출홈(411)에서 노출되는 제2전극단자(42b)에는 상기 제3압저항소자(R3)와 제4압저항소자(R4) 사이의 전극(32)이 연결된다.
상기 제2노출홈(412)에서 노출되는 제1전극단자(42a), 제3전극단자(42c)에는 각각 상기 제2압저항소자(R2)와 제1압저항소자(R1)가 연결되고, 상기 제2노출홈(412)에서 노출되는 제4전극단자(42d)에는 상기 제1압저항소자(R1)와 제2압저항소자(R2) 사이의 전극(31)이 연결된다.
제1,3전극단자(42a,42c)는 소켓부(4)의 상단부에 서로 대향되게 위치되어 있으며, 말발굽 형상을 가지며, 각 일단은 제1,2노출홈(411,412)에서 노출된다. 한편, 제2전극단자(42b)는 제1노출홈(411)에 그 일단이 노출되면서 나머지 전극단자들과는 독립적으로 형성된다. 한편, 제4전극단자(42d)는 그 일단이 제2노출홈(412)에서 노출되며, 이 제4전극단자도 나머지 전극단자들과는 독립적으로 형성된다.
각 스트레인 게이지(3)의 압저항소자와 전극은 휘스톤 브리지를 형성하도록 제1,2노출홈(411,412)에서 노출된 각 전극단자의 일단에 와이어 본딩을 통하여 연결된다.
이로써, 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42d)의 전극봉(43)과 휘스톤 브리지 회로의 관계는 다음의 [표 1]과 같다.

전극단자
휘스톤 브리지의 노드

제1전극단자의 전극봉
GND

제2전극단자의 전극봉
INM

제3전극단자의 전극봉
VCC

제4전극단자의 전극봉
INP
이로써, 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42d)의 구성과, 스트레인 게이지(3)의 와이어 본딩 방식에 의하여 휘스톤 브리지의 회로 패턴이 구현되는 것이다.
도 5a,5b는 본 발명에 채용된 회로기판과 회로기판 하우징을 도시한 도면이고, 도 6은 도 1에 도시된 수직형 압력센서의 단면도이다.
도시된 바와 같이, 회로기판(5)은 전극봉(43)을 통하여 입력받은 출력값을 처리하여 회로기판의 상부면에 접하는 전극로드(61)를 통하여 계측된 압력값을 외부 장치에 전달하게 된다.
회로기판(5)은 연성 기판으로 접을 수 있도록 형성된다. 이것은 범용 칩(58)을 사용한 회로기판(5)을 제한된 크기를 갖는 본체 하우징(1)에 수용시키도록 하기 위함이다.
회로기판(5)에는 전체적으로 회로패턴(도시생략)이 형성되며, 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42d) 연결되는 제1영역(55)과, 칩(58)이 설치되는 제3영역(54)과, 전극로드(61)가 접지되는 결합부(59)이 형성된 제5영역(53)과, 제1영역(55)과 제3영역(54)을 연결하는 제2영역(56)과, 제3영역(54)과 제5영역(53)을 연결하는 제4영역(57)으로 이루어진다.
제1영역(55)은 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42d)와 연결된 전극봉(43)과 접지되고, 제3영역(54)에는 회로기판(5)과 전기적으로 연결되게 설치된 칩(58)이 설치된다. 칩(58)은 통상의 반도체 공정을 통해 형성된 칩으로서 회로기판(5)을 구동시키는 드라이버가 될 수 있다. 제5영역(53)에는 전극봉(43)에서 입력받은 출력값을 전극로드(61)로 전달하는 결합부(59)가 구비된다.
도 5b를 참조하면, 회로기판 하우징(7)은 범용 칩(58)이 실장된 연성 회로기판(5)을 접어서 제한된 크기를 갖는 본체 하우징(1)의 내부에 수용할 수 있도록 상하가 개방된 관형상으로 내부에 상하부영역(73,74)으로 구획하도록 수평으로 설치된 구획벽(72)이 구비되고, 일측에는 개구(71)가 형성된다.
이에 따라, 회로기판(5)은 제3영역(54)의 칩(58)이 하측을 향하도록 제5영역은 외측으로 접혀져 회로기판 하우징(7)의 상부영역(73)에 위치된다. 여기서, 칩(58)은 회로기판 하우징(7)의 구획벽(72)과 접하지 않도록 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 회로기판(5)의 제4영역(57)은 회로기판 하우징(7)의 개구(71)를 통해 삽입되어 제1영역(55)이 전극봉(43)과 연결되어 구획벽(72)의 하측 즉, 하부영역(74)에 위치되도록 제3영역(54)과 마주보게 접혀져 위치된다.
다시 참조하는 도 2와 도 6을 참조하면, 회로기판(5)의 차폐성능을 증대시키기 위하여 회로기판(5)의 상측에는 그 상부면을 감싸는 차폐쉘(8)이 더 구비될 수 있다.
차폐쉘(8)은 하부가 개방된 형상을 가지며, 상부에는 각 전극로드(61)가 접촉되지 아니하고 통과할 수 있는 충분한 직경을 갖는 통과홀이 형성되어 있다. 또한 하단면(81)은 회로기판(5)의 접지선(도시 생략)에 전기 접속되고, 그 외주면(82)은 본체 하우징(1)의 내측면에 전기접속되어 외부의 전자기파에 대하여 회로기판(5)을 보호할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 수직형 압력 센서의 조립과정을 설명한다.
본 발명에 따른 수직형 압력센서(100)의 조립은 전술된 바와 같이 회로기판(5), 회로기판 하우징(7), 차폐쉘(8), 전극로드(61), 로드 하우징(6)이 결합된 상부 구조와, 압력인가부(2), 소켓부(4)로 결합된 하부구조를 개별 조립한 후에 순차적으로 본체 하우징(1)에 삽입고정함으로써 이루어진다.
이때, 상하부 구조의 물리적 체결 및 전기적 연결은 소켓부(4)에서 돌출된 제1 내지 4전극단자(42a,42b,42c,42d)의 전극봉(43)이 회로기판(5)에 물리적, 전기적으로 결합되어 이루어진다.
이에 따라 종래의 기술과 대비하여 볼 때, 종래의 기술에서 휘스톤 브리지를 형성하는 제1회로기판이 본 발명에서는 제1 내지 4전극단자로 대체되고, 종래의 기술에서 반드시 요구되었던 제1회로기판 및 탄성단자는 범용 칩(58)이 실장된 회로기판(5)으로 대체되되, 회로기판(5)은 회로기판 하우징(7)의 내부에 접혀져 수용되어 제한된 공간을 갖는 본체 하우징(1)에 설치되고, 회로기판(5)의 상측에는 차폐쉘(8)이 설치됨에 따라, 회로기판(5)에 범용 칩(58)을 실장하여 전용칩을 사용하지 않고 압력센서를 구성하고, 범용 칩(58)을 사용하여 부피가 커진 회로기판(5)을 접어서 회로기판 하우징(7) 내부에 수용하여 회로패턴 사이의 전기적 간섭이 없도록 차폐성능이 향상되므로 소형이면서 작동이 신뢰성이 향상된 수직형 압력센서를 구현할 수 있다.
또한, 종래의 구성보다 간단하게 구성하여 개별조립에 소요되는 시간과 노력을 절감할 수 있도록 하여 생산성을 더욱 증대시킬 수 있다.
100 : 센서
1 : 본체하우징
2 : 압력인가부
21 : 다이어프램 22 : 입력홀
3 : 스트레인 게이지
R1,R2,R3,R4 : 제1 내지 4압전소자 31,32 : 전극
4 : 소켓부
41 : 관통부 411 : 제1노출홈 412 : 제2노출홈
42a,42b,42c,42d : 제1 내지 4전극단자 43 : 전극봉
5 : 회로기판
53 : 제5영역 54 : 제3영역 55 : 제1영역
56 : 제2영역 57 : 제4영역 58 : 칩
6 : 로드하우징
61 : 전극로드
7 : 회로기판 하우징
71 : 개구 72 : 구획벽 73,74 : 상하부영역
8 : 차폐쉘
81 : 하단면 82 : 외주면
S : 씰링부재

Claims (4)

  1. 상단에는 유체가 접촉하면 변형되며 상면에 스트레인 게이지가 부착되는 다이어프램이 형성되며, 본체 하우징의 하부에 결합되는 압력인가부;
    상기 압력인가부의 상부에 위치한 상기 다이어프램을 감싸도록 설치되며, 상기 스트레인 게이지가 노출되도록 관통부가 형성된 소켓부;
    휘스톤 브릿지의 회로패턴을 가지고, 상기 소켓부의 상측에 구비되며 일단은 상기 관통부를 통해 노출되어 상기 스트레인게이지와 와이어본딩으로 통전가능하게 연결되고, 타단은 상기 소켓부의 상단으로 돌출되어 전극봉을 형성하는 제1 내지 4전극단자;
    상기 제1내지 4전극단자에 접속되어 압력값을 전기신호로 발신하는 연성 회로기판;
    상기 회로기판을 감싸도록 설치되어 상기 본체 하우징의 내측면에 전기접속되는 차폐쉘; 및
    상기 본체하우징의 상부에 위치되며 상기 회로기판을 매개로 상기 제1내지 4전극단자와 통전되는 전극로드가 설치된 로드 하우징;이 포함된 것을 특징으로 하는 수직형 압력센서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 관통부의 주변에는 제1,2노출홈이 형성되되, 대향되게 위치된 상기 제1,3전극단자는 상기 제1,2노출홈을 통해 노출되고, 상기 제2전극단자는 상기 제1노출홈을 통해 노출되며, 상기 제4전극단자는 상기 제2노출홈을 통해 노출된 것을 특징으로 하는 수직형 압력센서.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 상기 다이어프램의 중심에서 제1압저항소자 및 제2압저항소자와, 제3압저항소자 및 제4압저항 소자가 서로 대응되게 순차적으로 일직선 상에 부착되고,
    상기 제1노출홈에서 노출되는 상기 제1전극단자와 제3전극단자에는 상기 제4압저항소자와 제3압저항소자가 각각 연결되고, 상기 제1노출홈에서 노출되는 상기 제2전극단자에는 상기 제3압저항소자와 제4압저항소자 사이의 전극이 연결되며,
    상기 제2노출홈에서 노출되는 제1전극단자와 제3전극단자에는 각각 상기 제2압저항소자와 제1압저항소자가 연결되고, 상기 제2노출홈에서 노출되는 제4전극단자에는 상기 제1압저항소자와 제2압저항소자 사이의 전극이 연결되는 것을 특징으로 하는 수직형 압력센서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 회로기판은 상기 제1 내지 제4전극단자와 접지되는 제1영역과, 칩이 설치되는 제3영역과, 상기 전극로드가 결합되는 결합부가 형성된 제5영역과, 상기 제1영역과 제3영역을 연결하며 상기 칩이 설치된 제3영역이 하측을 향하도록 접혀지는 제2영역 및 상기 제3영역과 제5영역을 연결하며 상기 제3영역의 칩과 제5영역의 결합홀이 마주보도록 접혀지는 제4 영역을 포함하고,
    상기 회로기판의 외측에는 상하가 개구되어 내부에 구비된 구획벽에 의해 상하로 구획되어 상측에는 제1영역과 제2영역 및 제3영역이 위치되고, 하측에는 상기 제5영역이 위치되되 일측에 개구가 형성되어 상기 제4영역이 위치되도록 형성되어 상기 차폐쉘의 내측에 설치되는 회로기판 하우징이 더 설치된 것을 특징으로 하는 수직형 압력센서.
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