KR20160048574A - 압력센서 - Google Patents

Abstract

압력센서가 개시된다. 이 압력센서는 센서 엘리먼트 및 센서 엘리먼트와 전기적으로 접속되는 연성 기판을 포함한다. 연성 기판은 커넥터 단자와 접속하는 단자 접속부와, 구동 칩이 실장되는 구동 칩 실장부, 및 적어도 일면에 형성되어 센서 엘리먼트와 전기적으로 연결되는 전극 패턴을 포함한다. 그리고 센서 엘리먼트는 연성 기판의 전극 패턴과 전기적으로 접속되는 접속 단자부를 포함한다.

Description

압력센서{Pressure sensor}

본 발명은 압력센서에 관한 것으로, 특히 압력센서를 구성하는 센서 엘리먼트와 회로 기판 간의 전기적 연결에 관련된 기술에 관한 것이다.

압력센서는 절대압 또는 상대압을 측정하는 소자로서, 정전용량방식, 압전형, 압저항형(piezoresistive type) 등이 잘 알려져 있다. 참고로, 국내등록특허공보 제10-1013186호에는 금속 재질의 일체형 베이스에 실리콘 재질의 압력센서 칩이 안정적으로 부착된 압력센서에 대해 개시되어 있다.

국내등록특허공보 제10-1013186호 (2011년 01월 28일)

제안된 발명은 압력센서의 전기적 접속 구조를 개선하는 데 목적이 있다.

일 양상에 따른 압력센서는 센서 엘리먼트 및 센서 엘리먼트와 전기적으로 접속되는 연성 기판을 포함한다. 연성 기판은 커넥터 단자와 접속하는 단자 접속부와, 구동 칩이 실장되는 구동 칩 실장부, 및 적어도 일면에 형성되어 센서 엘리먼트와 전기적으로 연결되는 전극 패턴을 포함한다. 그리고 센서 엘리먼트는 연성 기판의 전극 패턴과 전기적으로 접속되는 접속 단자부를 포함한다.

일 양상에 따르면, 센서 엘리먼트의 접속 단자부는 도전성 물질로 메워져 압력을 감지하기 위한 압력 감지용 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 비아 홀, 및 센서 엘리먼트의 표면에 비아 홀과 맞닿게 형성되고 연성 기판의 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 표면 전극 패턴을 포함한다.

일 양상에 따르면, 연성 기판의 전극 패턴은 기판의 양면에 모두 형성되며 상호 전기적으로 연결된다.

일 양상에 따르면, 연성 기판은 기판에서 연장되어 하우징에 접촉되어 전기적으로 접지시켜주는 접지편을 더 포함한다.

제안된 발명은 연성 기판에 구동 칩이 실장되고, 커넥터 및 센서 엘리먼트와 전기적으로 연결된다. 따라서 구동 칩 실장을 위한 별도의 기판이 요구되지 않으며, 연성 기판이 센서 엘리먼트와 직접 납땜 연결되므로 납땜 수를 줄일 수 있다.

또한 난이도가 높고 수작업으로 이루어져야 하는 기존의 와이어 납땜이 아니라 열 융착 등으로 납땜을 가능하게 하는 구조를 가진다.

도 1은 일 실시예에 따른 압력센서의 사시도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 압력센서의 단면도이다.
도 3은 일 실시예에 따른 압력센서의 분해 사시도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 연성 기판의 평면도이다.
도 5는 일 실시예에 따른 센서 엘리먼트의 평면도이다.
도 6은 일 실시예에 따른 센서 엘리먼트의 단면도이다.
도 7은 일 실시예에 따른 연성 기판과 연성 기판이 전기적으로 접속된 센서 엘리먼트의 평면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 연성 기판의 평면도이다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명을 이러한 실시예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일 실시예에 따른 압력센서의 사시도이고, 도 2는 일 실시예에 따른 압력센서의 단면도이며, 도 3은 일 실시예에 따른 압력센서의 분해 사시도이다. 압력센서는 커넥터(100)와 하우징(200)을 포함한다. 커넥터(100)는 하우징(200)에 조립되며, 폴리 부틸렌 테레프탈렌(Poly butylene terephthalate, PBT) 등의 합성수지재를 인서트 성형하여 제작이 가능하다. 커넥터(100)에는 복수의 단자(110)가 마련되며, 이 단자(110)들은 연성 기판(flexible printed circuit board, FPCB)(300)과 전기적으로 연결된다.

연성 기판(300)은 상부에 위치한 커넥터(100)의 단자(110)들 및 하부에 위치한 센서 엘리먼트(400)와 전기적으로 연결된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 연성 기판(300)은 곡선으로 휘어진 형태일 수 있다. 그리고 연성 기판(300)에는 구동 칩이 실장된다. 연성 기판(300)에 구동 칩이 실장되므로, 별도의 회로기판이 필요 없다.

센서 엘리먼트(400)는 압전저항형, 정전용량형 등일 수 있다. 압전저항형일 경우, 센서 엘리먼트(400)는 압력에 의해 발생하는 미소변형이 4개의 스트레인게이지로 이루어진 휘스톤 브리지(wheatstone bridge)에 의해서 미소저항 변화를 일으키고 이를 전기신호로 변환한다. 정전용량형일 경우, 압력에 의해 발생하는 정전용량 변화를 전기신호로 변환한다. 이 같은 센서 엘리먼트(400)는 연성 기판(300)과 전기적으로 연결된다. 일 양상에 따르면, 센서 엘리먼트(400)의 표면에는 연성 기판(300)과의 전기적 연결을 위한 전극 패턴이 마련된다.

도 4는 일 실시예에 따른 연성 기판의 평면도이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 연성 기판(300)은 복수의 단자 홀(310)들과 구동 칩 실장부(320) 및 전극 패턴(330)을 포함한다. 단자 홀(310)들에는 커넥터(100)의 단자(110)들이 삽입되며, 삽입된 커넥터(100)의 단자(110)들은 연성 기판(300)과 전기적으로 연결된다. 구동 칩 실장부(320)에는 구동 칩이 실장된다. 구동 칩은 센서 엘리먼트(400)로부터 전달된 신호를 연산 및 증폭시켜 커넥터(100)를 통해 외부의 전자 장치로 전달한다. 그리고 전극 패턴(330)은 연성 기판(300)의 일단에 형성되는데, 일면에만 형성될 수 있으며 혹은 양면에 수직적으로 대응되게 형성될 수도 있다. 양면에 형성될 경우, 양면의 전극 패턴(330)은 상호 전기적으로 연결된다. 예를 들어, 연성 기판(300)의 내부를 관통하여 전기적으로 연결될 수 있다.

도 5는 일 실시예에 따른 센서 엘리먼트의 평면도이며, 도 6은 일 실시예에 따른 센서 엘리먼트의 단면도이다. 센서 엘리먼트(400)는 연성 기판(300)의 전극 패턴(330)과 전기적으로 접속되는 접속 단자부를 포함한다. 일 양상에 따르면, 접속 단자부는 비아 홀(410)들과 표면 전극 패턴(420)을 포함할 수 있다. 이에 대해 부연 설명한다. 센서 엘리먼트(400)는 비아 홀(410)들을 포함한다. 비아 홀(410)들은 그 내부가 도전성 물질(430)(ex, 에폭시)로 메워지며, 이 도전성 물질은 압력 감지를 위한 멤브레인(membrane)의 압력 감지용 전극 패턴(도면에 도시하지 않음)과 전기적으로 연결된다. 그리고 센서 엘리먼트(400)의 표면에는 비아 홀(410)과 맞닿게 형성되고 연성 기판(300)의 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 표면 전극 패턴(420)이 형성된다. 일 실시예에 있어서, 표면 전극 패턴(420)은 실크 스크린(silk screen) 기법으로 페이스트 패터닝을 통해 형성된다. 이 같이 실크 스크린(silk screen) 기법으로 페이스트 패터닝을 통해 표면 전극 패턴(420)을 형성하면 그 형성 과정에서 페이스트가 비아 홀(410)로 흘러내리게 되며, 비아 홀(410)을 메운 도전성 물질과 전기적인 연결을 이루게 된다.

도 7은 일 실시예에 따른 연성 기판과 연성 기판이 전기적으로 접속된 센서 엘리먼트의 평면도이다. 연성 기판(300)의 전극 패턴(330)과 센서 엘리먼트(400)의 표면 전극 패턴(420)은 납땜을 통해 물리적으로 접촉된다. 일 실시예에 있어서, 연성 기판(300)의 전극 패턴(330)과 센서 엘리먼트의 표면 전극 패턴(420)은 열 융착(hot bar)을 통해 납땜이 이루어질 수 있다. 일반적으로 센서 엘리먼트의 재질은 세라믹인데, 세라믹은 열을 방열시키기 때문에, 일반적인 납땜 방식으로는 접착이 어렵다. 따라서 hot bar 열 융착을 통해 연성 기판(300)의 전극 패턴(330)과 센서 엘리먼트의 표면 전극 패턴(420)을 접착시킨다. 도 7에서 볼 때, 만일 연성 기판(300)의 상면에 형성된 전극 패턴이 센서 엘리먼트(400)의 표면 전극 패턴(420)과 접촉되지 못하더라도, 연성 기판(300)의 하면에 형성된 전극 패턴이 센서 엘리먼트(400)의 표면 전극 패턴(420)과 접촉되므로, 연성 기판(300)과 센서 엘리먼트(400)의 전기적 연결이 보장된다. 연성 기판(300)의 상면에 형성된 전극 패턴과 하면에 형성된 전극 패턴은 상호 전기적으로 연결되어 있기 때문이다.

도 8은 또다른 실시예에 따른 연성 기판의 평면도이다. 기본적인 구조는 도 7과 동일하다. 다만, 도 8에 도시된 연성 기판(300)은 기판에서 연장되어 하우징(200)에 접촉됨에 따라 전기적으로 접지시켜주는 접지편(340)을 더 포함할 수 있다. 접지편(340)은 둘 이상일 수 있다. 접지편(340)은 금속 재질로 된 하우징(200)에 전기적으로 연결되어 접지됨으로써 전자방해잡음(Electromagnetic interference, EMI)에 의해 압력센서가 오동작하는 것을 방지할 수 있다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 커넥터 110 : 단자
200 : 하우징 300 : 연성 기판
310 : 단자 홀 320 : 구동 칩 실장부
330 : 전극 패턴 340 : 접지편
400 : 센서 엘리먼트 410 : 비아 홀
420 : 표면 전극 패턴 430 : 도전성 물질

Claims (4)

1. 센서 엘리먼트; 및
   센서 엘리먼트와 전기적으로 접속되는 연성 기판;을 포함하되,
   연성 기판은 :
   커넥터 단자와 접속하는 단자 접속부와,
   구동 칩이 실장되는 구동 칩 실장부, 및
   적어도 일면에 형성되어 센서 엘리먼트와 전기적으로 연결되는 전극 패턴을 포함하며,
   센서 엘리먼트는 :
   연성 기판의 전극 패턴과 전기적으로 접속되는 접속 단자부를 포함하는 압력센서.
   
2. 제 1 항에 있어서, 센서 엘리먼트의 접속 단자부는 :
   도전성 물질로 메워져 압력을 감지하기 위한 압력 감지용 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 비아 홀, 및
   센서 엘리먼트의 표면에 비아 홀과 맞닿게 형성되고 연성 기판의 전극 패턴과 전기적으로 연결되는 표면 전극 패턴을 포함하는 압력센서.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   연성 기판의 전극 패턴은 기판의 양면에 모두 형성되며 상호 전기적으로 연결된 것인 압력센서.
   
4. 제 1 항에 있어서, 연성 기판은 :
   기판에서 연장되어 하우징에 접촉되어 전기적으로 접지시켜주는 접지편을 더 포함하는 압력센서.

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