KR20170010884A - 압력센서장치 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 서로 다른 방향으로 형성된 대기도입구와 유체도입구를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내부공간에 배치되며, 대기가 통과할 수 있도록 관통홀을 구비하는 기판; 및 대기압에 대한 유체의 상대적인 압력을 측정하기 위하여, 상기 관통홀을 덮도록 상기 기판 상에 실장되되, 상부는 상기 유체도입구로부터 유입되는 유체의 압력이 인가되며, 하부는 상기 관통홀을 통하여 대기에 노출되는, 압력센서칩;을 포함하고, 상기 내부공간은 상기 기판을 기준으로 상부 영역과 하부 영역으로 구분되며, 상기 상부 영역은 상기 압력센서칩이 배치되는 제 1 내부영역과 대기가 통과할 수 있는 제 2 내부영역으로 구분되는, 압력센서장치 및 그 제조방법을 제공한다.

Description

압력센서장치 및 그 제조방법{Pressure sensor device and method of fabricating the same}

본 발명은 압력센서장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수위 감지용 압력센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 세탁기는 세탁조 내로 급수되는 물과 세제의 작용을 이용하여 세탁물의 세탁, 헹굼 및 탈수 등의 과정을 통해 세탁하는 장치로서, 상기 세탁기는 제어부에 기설정된 수위나 사용자가 직접 설정한 수위에 따라 물의 공급량을 적절히 조절할 수 있는 압력센서가 구비되어 있다.

상기 압력센서는 수위 감지 대상의 수위 변화에 따른 공기 압력의 변화를 통해 금속 코일과 마그네틱 바가 움직이는 구조로 이의 인덕턴스의 변화를 통해 주파수가 발진하는 원리로 구성된다.

한편, 최근에는 증기를 분사하여 세탁하는 드럼 세탁기도 상용화되면서 보다 정밀한 수위를 감지하고자 압력센서에 대한 연구가 많이 진행되고 있는 실정이다. 그러나 압력센서는 수 ㎑의 출력 주파수 변화 감도를 가지고 있으며, 비선형적인 2차 곡선의 형태로 출력 값이 변하여 수위를 정밀 감지하지 못하는 문제점이 있다. 또, 과도한 증기의 발생 또는 계속적으로 공급되는 수압에 의하여 내부에 과도한 압력이 발생하게 되어 심한 경우 압력센서의 파손 또는 고장을 가져오는 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 정밀한 수위를 감지할 수 있으며, 세탁수에 의한 파손을 방지할 수 있는 압력센서장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 일 관점에 따르면, 압력센서장치가 제공된다. 상기 압력센서장치는 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀을 포함하는 기판과, 상기 기판에 상기 제 1 관통홀의 일측을 덮도록 실장되는, 압력센서칩과, 상기 압력센서칩을 둘러싸고, 서로 다른 면에 형성된 대기도입구와 유체도압구를 포함하는 하우징;을 포함한다. 상기 하우징은, 상기 기판에 결합되어 상기 제 1 관통홀 및 상기 제 2 관통홀을 분리하도록 내부공간을 한정하는 격벽; 상기 격벽 상에 접합된 상부 하우징; 및 상기 기판 또는 상기 격벽의 하부에 접합된 하부 하우징을 포함하고, 상기 제 2 관통홀은 상기 대기도입구와 연통되어, 상기 압력센서칩은 상기 대기도입구를 통한 대기압에 대한 상기 유체도입구를 통한 상기 유체의 상대적인 압력을 측정한다.

본 발명의 다른 관점에 따른 압력센서장치는 서로 다른 방향으로 형성된 대기도입구와 유체도입구를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 내부공간에 배치되며, 대기가 통과할 수 있도록 관통홀을 구비하는 기판; 및 대기압에 대한 유체의 상대적인 압력을 측정하기 위하여, 상기 관통홀을 덮도록 상기 기판 상에 실장되되, 상부는 상기 유체도입구로부터 유입되는 유체의 압력이 인가되며, 하부는 상기 관통홀을 통하여 대기에 노출되는, 압력센서칩;을 포함하고, 상기 내부공간은 상기 기판을 기준으로 상부 영역과 하부 영역으로 구분되며, 상기 상부 영역은 상기 압력센서칩이 배치되는 제 1 내부영역과 대기가 통과할 수 있는 제 2 내부영역으로 구분될 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 하우징은 상기 기판을 기준으로 상부 하우징과 하부 하우징으로 구분되며, 상기 상부 하우징은 상기 기판과 접하면서 상기 제 1 영역과 상기 제 2 영역을 구분할 수 있는 격벽을 포함할 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 제 1 영역 내에 배치되어 상기 압력센서칩을 보호하며, 상기 압력센서칩에서 압력을 측정할 수 있도록 상기 유체의 압력을 전달할 수 있는 압력전달매체를 더 포함할 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 대기도입구로부터 유입되는 대기가 이동할 수 있는 공간과 상기 압력전달매체가 형성될 수 있는 공간은 상기 격벽에 의해 구분될 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 기판의 상면에 상기 격벽이 접합되고, 상기 격벽 상에 상기 상부 하우징이 접합되며, 상기 기판의 하면에 상기 하부 하우징이 접합될 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 하부 하우징은 상기 기판과 접하면서 상기 대기도입구와 연통된 것일 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 대기도입구와 상기 유체도입구는 서로 수직한 방향으로 신장할 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 압력전달매체는 상기 유체가 상기 압력센서칩에 직접 닿지 않도록 방수 기능을 가질 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 압력전달매체는 상기 유체의 압력에 따라 그 형태가 변형될 수 있는 겔(gel)을 포함할 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 압력전달매체는 상기 유체의 압력에 따라 그 형태가 변형될 수 있는 실리콘(Silicone) 또는 에폭시(Epoxy)를 포함할 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 기판과 상기 압력센서칩은 도전성 리드를 사용함으로써 서로 전기적으로 연결되고, 상기 압력센서칩 및 상기 도전성 리드는 상기 압력전달매체를 이용하여 밀봉될 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 기판 상에 실장되며, 상기 압력센서칩에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로(IC)칩을 포함할 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 대기도입구를 통해 유입된 대기가 상기 제 2 영역을 거쳐 상기 하부 영역으로 이동됨에 따라 상기 관통홀에 의해 노출된 상기 압력센서칩에 대기가 도달할 수 있도록 연통된 구조를 가질 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 압력센서장치가 제공된다. 상기 압력센서장치는 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀을 구비하는 기판; 대기압에 대한 유체의 상대적인 압력을 측정하기 위하여, 상기 제 1 관통홀을 덮도록 상기 기판 상에 실장되되, 하부는 상기 제 1 관통홀을 통하여 대기에 노출되는, 압력센서칩; 상기 압력센서칩을 보호할 수 있도록 상기 기판의 상부면과 접합됨으로써 내부공간을 한정하는 격벽; 상기 격벽 상에 접합되어 상기 압력센서칩의 적어도 일부를 보호할 수 있으며, 서로 다른 방향으로 형성된 대기도입구와 유체도입구를 구비하는 상부 하우징; 및 상기 압력센서칩을 보호하기 위해서 상기 기판의 하부면에 접합됨으로써 상기 대기도입구를 통해 유입된 대기가 상기 제 2 관통홀과 상기 제 1 관통홀을 순차적으로 통과할 수 있도록 통로를 형성하는 하부 하우징;을 포함할 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 내부공간은 상기 격벽을 기준으로 상기 압력센서칩이 배치되는 제 1 영역과 상기 대기가 통과할 수 있는 제 2 영역으로 구분될 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 압력센서장치가 제공된다. 상기 압력센서장치는 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀을 포함하는 기판; 상기 제 1 관통홀 및 상기 제 2 관통홀이 내부에 배치되도록 상기 기판의 적어도 일부를 둘러싸고, 유체도입구가 형성된 제 1 면 및 대기도입구가 형성된 상기 제 1 면과는 다른 제 2 면을 포함하는 하우징; 및 상기 대기도입구로 인가되는 대기압에 대해 상기 유체도입구로 인가되는 유체의 상대적인 압력을 측정하기 위해 상기 기판 상에 설치된 압력센서칩;을 포함하고, 상기 하우징은 상기 유체도입구에 연통되어 상기 유체의 압력이 인가되는 제 1 내부영역, 상기 대기도입구에 연통되어 상기 대기압이 인가되고 상기 기판 상의 상기 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀 사이의 내벽에 의해서 상기 제 1 내부영역과 분리된 제 2 내부영역을 포함하고, 상기 압력센서칩은 상기 제 1 관통홀 상에 설치되어, 일면이 상기 제 1 내부 영역에 배치되고 타면이 상기 제 1 관통홀을 통해서 제 2 내부영역의 대기압을 인가받을 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 제 1 면은 상기 하우징의 상면이고, 상기 제 2 면은 상기 하우징의 일측면이고, 상기 유체도입구 및 상기 대기도입구는 상기 기판의 전면 상에 배치될 수 있다.

상기 압력센서자이에 있어서, 상기 제 1 면과 상기 제 2 면은 서로 수직한 방향일 수 있다.

상기 압력센서장치에 있어서, 상기 압력센서칩을 밀봉하며, 상기 압력센서칩에서 압력을 측정할 수 있도록 상기 유체의 압력을 전달할 수 있는 압력전달매체를 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 관점에 따르면, 압력센서장치의 제조방법이 제공된다. 상기 압력센서장치의 제조방법은 대기가 통과할 수 있도록 적어도 둘 이상의 관통홀을 구비하는 기판을 준비하는 단계; 대기압에 대한 유체의 상대적인 압력을 측정하기 위하여, 상기 관통홀을 덮도록 상기 기판 상에 실장되되, 하부는 상기 관통홀을 통하여 대기에 노출되도록 압력센서칩을 형성하는 단계; 상기 기판 상에 집적회로(IC)칩을 형성하는 단계; 상기 압력센서칩과 상기 집적회로칩을 보호할 수 있도록 상기 기판과 접하면서 내부공간을 한정하는 격벽을 형성하는 단계; 상기 내부공간에 상기 압력센서칩과 상기 집적회로칩의 적어도 일부를 밀봉할 수 있는 압력전달매체를 형성하는 단계; 상기 기판의 하부에 상기 관통홀에 의해 노출된 상기 압력센서칩을 보호하기 위하여 하부 하우징을 형성하는 단계; 및 서로 다른 방향으로 형성된 대기도입구 및 유체도입구를 구비하는 상부 하우징을 상기 격벽 상에 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소형화가 가능하며, 정밀한 수위 제어를 통한 물의 절약 및 소비 전력의 절감을 구현할 수 있으며, 세탁수에 의한 파손을 방지할 수 있는 압력센서장치 및 그 제조방법을 구현할 수 있다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2h는 도 1에 도시된 압력센서장치의 제조방법을 개략적으로 도해하는 사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4i는 도 3에 도시된 압력센서장치의 제조방법을 개략적으로 도해하는 사시도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 사시도이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있는 것으로, 이하의 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 또한 설명의 편의를 위하여 도면에서는 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예들은 본 발명의 이상적인 실시예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차(tolerance)에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명 사상의 실시예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력센서장치(1000)는 기판(100)으로 리드프레임을 사용할 수 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 리드프레임을 기판(100)으로 사용할 경우, 각각의 리드프레임을 연결할 수 있는 별도의 몰딩부(미도시)가 더 포함될 수 있다.

기판(100)은 적어도 둘 이상의 관통홀(102, 104)을 포함할 수 있다. 제 1 관통홀(102)과 제 2 관통홀(104)은 대기가 유입될 수 있는 통로로서, 후술할 상부 하우징(700c)의 대기도입구(210)와 연통될 수 있다.

대기도입구(210)로 인가되는 대기압에 대해 유체도입구(220)로 인가되는 유체의 상대적인 압력을 측정하기 위해 압력센서칩(200)이 기판(100) 상에 실장될 수 있다. 압력센서칩(200)에 의해서 제 1 관통홀(102)을 덮어 유체도입구(220)로부터 유입되는 유체의 압력이 인가될 수 있다. 압력센서칩(200)의 하부는 제 1 관통홀(102)을 통하여 대기에 노출될 수 있다. 압력센서칩(200)이 기판(100) 상에 실장되기 이전에 압력센서칩(200)이 배치될 영역에 실리콘 패터닝(202)을 형성할 수도 있다. 실리콘 패터닝(202)은 기판(100) 상에 압력센서칩(200)이 고정될 수 있도록 접착제 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 상기 유체는 액체 또는 기체를 모두 포함하며, 압력센서칩(200)은 이미 공지된 기술로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

압력센서칩(200)과 동일한 방식으로 압력센서칩(200)에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환할 수 있는 집적회로(IC)칩(300)이 기판(100) 상에 실장될 수 있다. 여기서, 집적회로(IC)칩(300)은 예를 들어, 아날로그 프론트 엔드부(analog front end)로 이해될 수 있다.

기판(100), 압력센서칩(200) 및 집적회로(IC)칩(300) 중 선택된 적어도 어느 둘은 도전성 리드(800)를 사용함으로써 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 압력센서칩(200) 및 집적회로(IC)칩(300)은 각각 도전성 리드(800)를 이용함으로써 와이어본딩 공정을 통해 기판(100)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 압력센서칩(200)과 집적회로(IC)칩(300)도 도전성 리드(800)를 이용하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 하우징(700)은 격벽(700a), 하부 하우징(700b) 및 상부 하우징(700c)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 격벽(700a)은 기판(100)의 적어도 일부에 접합될 수 있다. 하부 하우징(700b)은 기판(100)의 하부에 위치하며, 격벽(700a)과 접합될 수 있다. 또, 격벽(700a) 상에 상부 하우징(700c)이 접합될 수 있다. 상부 하우징(700c)은 서로 다른 방향으로 형성된 대기도입구(210)와 유체도입구(220)를 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 서로 다른 방향은 예를 들어, 제 1 면 및 상기 제 1 면과는 다른 제 2 면을 포함하는 상부 하우징(700c)에서, 상기 제 1 면에 유체도입구(220)가 형성될 수 있으며, 상기 제 2 면에는 대기도입구(210)가 형성된 것일 수 있다. 상기 제 1 면과 상기 제 2 면은 서로 수직한 방향일 수 있으며, 이 때, 상기 제 1 면은 상부 하우징(700c)의 상면이고, 상기 제 2 면은 상부 하우징(700c)의 일측면으로 이해될 수 있으며, 유체도입구(220)와 대기도입구(210)는 모두 기판(100)을 기준으로 기판의 전면 상에 배치될 수 있다.

상부 하우징(700c)에 구비된 대기도입구(210)와 유체도입구(220)는 예시적으로 서로 수직한 방향으로 형성되었으나, 격벽(700a)의 위치, 크기 및 구조에 따라 서로 다른 방향으로 형성될 수도 있다. 또, 격벽(700a), 하부 하우징(700b) 및 상부 하우징(700c)은 모두 동일한 물질일 수 있으며, 서로 상이한 물질로 구성될 수도 있다.

또한, 상부 하우징(700c)의 일측면에 대기도입구(210)가 형성되어 있다. 대기도입구(210)는 상부 하우징(700c)의 일측면을 관통한 형태로 도시되었으나, 외부기기와 조립될 경우 상기 외부기기의 형상에 따라 유체도입구(220)와 같은 형태로 상부 하우징(700c)의 외부로 돌출되도록 설계될 수도 있다.

또한, 대기도입구(210)와 유체도입구(220)의 직경은 서로 동일할 수 있으나, 둘 중 어느 하나가 더 크게 제작될 수도 있다. 대기도입구(210)와 유체도입구(220)의 외경은 서로 다를 수 있으며, 이는 외부기기와 연결되는 부분 즉, 결합부위의 형태에 따라서 대기도입구(210)와 유체도입구(220)의 형상이 결정될 수 있다. 반면, 대기도입구(210)와 유체도입구(220)의 크기 및 형성 방향은 소자 내에 배치된 압력센서칩(200)의 위치, 기판(100)에 구비된 관통홀의 위치, 격벽(700a)의 높이 또는 각 센서칩들의 위치 등에 의해서 서로 다른 방향을 갖도록 설계될 수도 있다.

또한, 압력센서장치(1000)는 하우징(700)의 외벽으로 둘러싸인 내부공간을 포함하고 있다. 상기 내부공간은 기판(100)을 기준으로 기판(100)의 상면은 상부 영역으로, 기판(100)의 하면은 하부 영역으로 구분된다. 상기 상부 영역은 상부 하우징(700c)의 내벽에 의해서 압력센서칩(200)이 배치되는 제 1 내부영역과 대기가 통과할 수 있는 제 2 내부영역으로 구분될 수 있다. 상기 제 1 내부영역에는 유체가 이동할 수 있는 유체도입구(220)가 형성되며, 상기 제 2 내부영역에는 대기도입구(210)가 형성될 수 있다.

상기 하부 영역은 하부 하우징(700b)에 의해서 구분되는 영역으로서, 대기가 통과할 수 있는 제 1 관통홀(102)과 제 2 관통홀(104)을 커버함으로써 대기가 이동할 수 있는 통로 역할을 수행한다. 반면에, 격벽(700a)의 상부는 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역으로 구분되도록 상부 하우징(700c)과 접할 수 있다. 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역으로 구분짓는 상부 하우징(700c)의 내벽과 격벽(700a)의 적어도 일부는 서로 맞닿을 수 있으며, 서로 맞닿는 부분을 기준으로 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역으로 구분될 수 있다.

또한, 격벽(700a)은 기판(100)에 구비된 제 1 관통홀(102) 및 제 2 관통홀(104)가 내부에 배치되도록 기판(100)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 격벽(700a)은 기판(100)과 접하면서 내부공간을 한정함으로써 상기 내부공간 내에 압력전달매체(500)를 정밀하게 형성할 수 있다. 상기 내부공간 내에 압력전달매체(500)를 채워 기판(100)의 적어도 일부와 압력센서칩(200), 집적회로(IC)칩(300) 및 각각의 칩들을 전기적으로 연결시켜주는 도전성 리드(800)들을 밀봉할 수 있다. 여기서, 압력전달매체(500)는 예를 들면, 반도체 IC 및 MEMS 센서의 보호를 위하여 사용하는 실리콘 계열의 재료(영률 값은 0.001GPa 내지 0.05GPa) 또는 에폭시 계열의 재료(영률 값은 2.0GPa 내지 20.0GPa)를 사용할 수 있다. 상기 두 재료 모두 방수기능이 우수하고, 압력전달기능은 실리콘(Silicone) 계열 재료가 에폭시(Epoxy) 계열 재료보다 더 우수하다. 이는 재료들의 영률(young's modulus) 차이에 의해서 결정될 수 있다. 영률 값은 세로축 탄성률을 의미하며, 영률 값이 작을수록 수축이 잘되고, 이는 압력 전달이 잘됨을 의미한다.

또한, 압력센서칩(200) 상에 구비된 다이어프램(diaphragm, 미도시)에 유체의 압력이 인가됨으로써 전기적인 신호(예를 들어, 주파수 등)를 발생할 수 있도록 압력전달매체(500)는 유동적일 수 있다. 상기 재료들은 상기 다이어프램에 상기 유체의 압력을 전달하는 기능 및 방수기능을 수행할 수 있는 겔 형태의 재료를 사용할 수 있다. 상기 겔은 콜로이드(colloid) 용액이 젤리 모양처럼 일정한 농도 이상으로 고체화된 상태로서, 상기 다이어프램 상에 형성된 압력전달매체(500)는 인가되는 압력에 의해 전해지는 힘이 그대로 상기 다이어프램에 전달될 수 있다.

또한, 상기 다이어프램에 압력이 인가될 수 있도록 압력전달매체(500)는 각 칩들(200, 300)의 표면을 매우 얇게 덮어 형성할 수 있다. 따라서, 압력전달매체(500)는 기기 외부의 수분에 의한 전기적인 결함 또는 과도한 수압으로부터 압력센서칩(200)의 파손을 방지할 수 있다.

한편, 리드프레임을 기판(100)으로 사용할 경우, 격벽(700a)과 하부 하우징(700b)은 일체형으로 형성될 수 있다. 이 때, 하부 하우징(700b)이 생략될 수 있다. 격벽(700a)이 하부 하우징(700b)의 기능을 대신 수행함으로써 압력센서칩(200)을 보호하는 기능을 하고, 대기가 이동할 수 있도록 연통된 유체이동경로를 형성한다. 이후에 격벽(700a) 상에 상부 하우징(700c)이 조립되어 소형화가 가능하며, 정밀한 수위 제어를 통해 물을 절약하고 소비전력의 절감 효과를 얻을 수 있는 압력센서장치(1000)를 구현할 수 있다.

또한, 격벽(700a)은 리드프레임 기판(100)과 일체형으로 몰딩되어 형성될 수 있다. 이 경우, 격벽(700a)은 별도의 몰딩부 대신에 인서트(insert) 사출됨으로써 기판(100)과 일체형으로 형성될 수 있다. 이 때, 기판(100)의 상면에 형성되는 격벽(700a)의 높이는 후술할 압력센서장치들의 격벽(700a)의 높이보다 더 낮게 형성될 수 있다.

따라서, 상부 하우징(700c)에 구비된 유체도입구(220) 및 대기도입구(210)로 연통되는 통로는 상대적으로 더 길게 형성될 수 있다. 반면, 다른 기판을 사용한 압력센서장치들과 동일한 크기의 상부 하우징(700c)을 사용할 경우, 격벽(700a)의 높이가 낮게 형성되어 있으므로, 유체도입구(220) 및 대기도입구(210)로 연통되는 통로가 상대적으로 더 짧게 형성될 수도 있다.

도 2a 내지 도 2h는 도 1에 도시된 압력센서장치의 제조방법을 개략적으로 도해하는 사시도이다.

도 2a 내지 도 2h는 압력센서장치(1000)의 제조공정에 따라 구분된 것으로서, 기판(100), 압력센서칩(200), 집적회로칩(300), 압력전달매체(500) 및 하우징(700)에 대한 상세한 설명은 도 1을 참조하여 상술한 바와 동일하므로 생략한다.

먼저, 도 2a를 참조하면, 제 1 관통홀(102)과 제 2 관통홀(104)을 포함하는 리드프레임 기판(100)을 준비할 수 있다. 기판(100)으로 리드프레임을 사용할 경우, 각각의 리드프레임을 연결할 수 있는 별도의 몰딩부로 몰딩하는 단계를 포함할 수 있다. 여기에서, 기판(100) 상에 격벽(700a)을 따로 형성하여 접합하지 않고, 격벽(700a)을 복수개의 리드프레임들과 함께 인서트 사출시켜 형성함으로써 별도의 몰딩부 없이 하나의 기판으로 된 것을 사용할 수 있다. 또, 제 1 관통홀(102)과 제 2 관통홀(104)은 대기가 유입될 수 있는 통로로서, 이후에 도 2h를 참조하여 후술할 상부 하우징(700c)의 대기도입구(210)와 연결될 수 있다.

도 2b 내지 도 2f를 참조하면, 대기압에 대한 유체의 상대적인 압력을 측정하기 위하여, 제 1 관통홀(102)을 덮도록 기판(100) 상에 실장되되, 하부는 제 1 관통홀(102)을 통하여 대기에 노출되도록 압력센서칩(200)이 형성될 수 있다. 이전에 압력센서칩(200)의 테두리에 압력센서칩(200)의 접착제 기능을 수행할 수 있는 실리콘 패터닝(202)을 형성할 수 있다.

또한, 압력센서칩(200)과 동일한 방식으로 기판(100)의 동일면 상에 실장되며, 압력센서칩(200)에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로(IC)칩(300)이 형성될 수 있다. 기판(100), 압력센서칩(200) 및 집적회로칩(300)은 도전성 리드(800)들을 사용함으로써 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 압력센서장치(1000)는 기판(100) 상에 실장되며, 일정한 전압을 유지할 수 있는 레귤레이터(미도시)를 더 포함할 수 있다. 상기 레귤레이터는 예를 들어, LDO 레귤레이터(Low Dropout Regulator)로 이해될 수 있다. 여기서, 상기 레귤레이터는 센서 및 집적회로의 조합에 따라서 사용되거나 미사용 될 수도 있다. 상기 레귤레이터는 이미 공지된 기술로서 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 2a에 기판(100)의 적어도 일부에 형성된 격벽(700a)에 의해서 구분된 내부공간 내에 압력전달매체(500)를 정밀하게 형성할 수 있다. 상기 내부공간 내에 압력전달매체(500)를 채워 기판(100)의 적어도 일부와 압력센서칩(200), 집적회로칩(300), 레귤레이터(미도시) 및 각각의 칩들을 전기적으로 연결시켜주는 도전성 리드들(800)을 밀봉할 수 있다.

도 2g 및 도 2h를 참조하면, 기판(100)의 하부에 하부 하우징(700b)을 형성할 수 있다.

먼저, 도 2g를 참조하면, 기판(100)의 하부면에 형성된 격벽(700a)의 일부와 하부 하우징(700b)이 접합될 수 있다. 하부 하우징(700b)은 압력센서장치(1000)에 유입되는 대기가 압력센서칩(200)의 하부에 도달되어 표준압력을 측정할 수 있도록 대기가 이동할 수 있는 통로를 형성할 수 있다.

도 2h를 참조하면, 마지막으로 서로 다른 방향으로 형성되어 있으며, 대기가 유입될 수 있는 대기도입구(210) 및 유체가 유입될 수 있는 유체도입구(220)를 구비하는 상부 하우징(700c)이 격벽(700a) 상에 접합함으로써 압력센서장치(1000)를 제조할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력센서장치(1100)의 단면도이다. 먼저, 압력센서장치(1100)는 기판(100) 상에 형성된 하우징(700)을 포함할 수 있다. 기판(100)은 예를 들어, 인쇄회로기판(PCB)을 사용할 수 있다. 기판(100)의 상면(100a)과 하면(100b)에는 일반적으로 상기 인쇄회로기판의 레지스트 막이 얇게 형성된 것으로 이해될 수 있다.

하우징(700)은 격벽(700a), 하부 하우징(700b) 및 상부 하우징(700c)으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 격벽(700a)은 기판(100)의 적어도 일부 상에 접합될 수 있다. 하부 하우징(700b)은 기판(100)의 하부면 중 적어도 일부에 접합될 수 있다. 또, 격벽(700a) 상에 상부 하우징(700c)이 접합될 수 있다. 상부 하우징(700c)은 나란하지 않으며, 서로 다른 방향으로 형성된 대기도입구(210)와 유체도입구(220)를 구비할 수 있다.

여기에서, 상기 서로 다른 방향은 예를 들어, 제 1 면 및 상기 제 1 면과는 다른 제 2 면을 포함하는 상부 하우징(700c)에서, 상기 제 1 면에 유체도입구(220)가 형성될 수 있으며, 상기 제 2 면에는 대기도입구(210)가 형성된 것일 수 있다. 상기 제 1 면과 상기 제 2 면은 서로 수직한 방향일 수 있으며, 상기 제 1 면은 상부 하우징(700c)의 상면이고, 상기 제 2 면은 상부 하우징(700c)의 일측면으로 이해될 수 있으며, 유체도입구(220)와 대기도입구(210)는 모두 기판(100)을 기준으로 기판의 상면 상에 배치될 수 있다.

여기서, 압력센서칩(200), 집적회로칩(300) 및 압력전달매체(500)에 대한 상세한 설명은 도 1을 참조하여 상술한 바와 동일하므로 생략한다.

또한, 하우징(700)은 격벽(700a), 하부 하우징(700b) 및 상부 하우징(700c)을 포함하며, 상기 하우징(700)의 외벽으로 둘러싸인 내부공간을 포함하고 있다. 상기 내부공간은 기판(100)을 기준으로 기판(100)의 상면(100a)은 상부 영역으로, 기판(100)의 하면(100b)은 하부 영역으로 구분된다. 상기 상부 영역은 상부 하우징(700c)의 내부 구조체 즉, 내벽에 의해서 압력센서칩(200)이 배치되는 제 1 내부영역과 대기가 통과할 수 있는 제 2 내부영역으로 구분될 수 있다. 상기 제 1 내부영역에는 유체가 이동할 수 있는 유체도입구(220)가 형성되며, 상기 제 2 내부영역에는 대기도입구(210)가 형성될 수 있다.

상기 하부 영역은 하부 하우징(700b)에 의해서 구분되는 영역으로서, 대기가 통과할 수 있는 관통홀(102, 104)들을 커버함으로써 대기가 이동할 수 있는 통로 역할을 수행한다. 반면에, 격벽(700a)의 상부는 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역으로 구분되도록 상부 하우징(700c)과 접할 수 있다. 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역으로 구분짓는 상부 하우징(700c)의 내부 구조체와 격벽(700a)의 적어도 일부는 서로 맞닿을 수 있으며, 서로 맞닿는 부분을 기준으로 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역으로 구분될 수 있다. 따라서, 격벽(700a)은 기판(100)의 적어도 일부를 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역으로 구분시킴으로써 압력전달매체(500)를 압력센서칩(200)이 배치된 상기 제 1 내부영역에 정확하게 채울 수 있다.

또한, 압력전달매체(500)를 격벽(700a)에 의해 구분된 내부공간에 매립한 후 기판(100)의 하부에 하부 하우징(700b)을 형성함으로써 대기가 이동할 수 있는 통로를 형성할 수 있다.

격벽(700a)과 하부 하우징(700b)이 접합된 이후에 격벽(700a) 상에 상부 하우징(700c)을 조립하여 압력센서장치(1100)를 형성할 수 있다. 상부 하우징(700c)에 구비된 대기도입구(210)와 유체도입구(220)는 예시적으로 서로 수직한 방향으로 형성되었으나, 격벽의 위치 및 크기에 따라 서로 다른 방향으로 형성될 수도 있다.

상술한 바와 같이, 격벽(700a), 하부 하우징(700b) 및 상부 하우징(700c)이 기판 상에 접합되는 방식으로 압력센서장치(1100)를 형성할 수 있다. 기판(100)으로 인쇄회로기판을 사용할 경우, 별도의 몰딩공정 없이 간단하게 압력센서장치(1000)를 형성할 수 있다.

또한, 하우징(700)은 유체도입구(220)에 연통되어 유체의 압력이 인가되는 제 1 내부영역, 대기도입구(210)에 연통되어 대기압이 인가되고 기판(100) 상의 제 1 관통홀(102) 및 제 2 관통홀(104) 사이의 내벽에 의해서 상기 제 1 내부영역과 분리된 제 2 내부영역을 포함할 수 있다. 또, 압력센서칩(200)은 제 1 관통홀(102) 상에 설치되어, 일면이 상기 제 1 내부영역에 배치되고 타면이 제 1 관통홀(102)을 통해서 제 2 내부영역의 대기압을 인가받을 수 있는 압력센서장치(1100)를 구현할 수 있다.

도 4a 내지 도 4i는 도 3에 도시된 압력센서장치의 제조방법을 개략적으로 도해하는 사시도이다.

도 4a 내지 도 4i는 압력센서장치(1100)의 제조공정에 따라 구분된 것으로서, 기판(100), 압력센서칩(200), 집적회로칩(300), 압력전달매체(500) 및 하우징(700)에 대한 상세한 설명은 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 바와 동일하므로 생략한다.

도 4a를 참조하면, 적어도 둘 이상의 관통홀을 구비하는 인쇄회로기판(100)을 준비할 수 있다. 상기 관통홀에는 제 1 관통홀(102)과 제 2 관통홀(104)을 포함할 수 있다.

도 4b 및 도 4c를 참조하면, 대기압에 대한 유체의 상대적인 압력을 측정하기 위하여, 제 1 관통홀(102)을 덮도록 기판(100) 상에 실장되되, 상부는 후술할 유체도입구로부터 유입되는 유체의 압력이 인가되며, 하부는 제 1 관통홀(102)을 통하여 대기에 노출되도록 압력센서칩(200)이 형성될 수 있다. 이전에 압력센서칩(200)의 테두리에 압력센서칩(200)이 고정될 수 있도록 접착제 기능을 수행할 수 있는 실리콘 패터닝(202)을 형성할 수 있다.

도 4d 및 도 4e를 참조하면, 압력센서칩(200)과 동일한 방식으로 기판(100)의 동일면 상에 실장되며, 압력센서칩(200)에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 집적회로(IC)칩(300)이 형성될 수 있다. 기판(100), 압력센서칩(200) 및 집적회로칩(300) 중 선택된 적어도 어느 둘은 도전성 리드(800)들을 사용함으로써 서로 전기적으로 연결될 수 있다.

도 4f 및 도 4g를 참조하면, 기판(100) 상부면의 적어도 일부에 격벽(700a)이 접합될 수 있다. 격벽(700a)은 기판(100)에 구비된 제 1 관통홀(102) 및 제 2 관통홀(104)가 내부에 배치되도록 기판(100)의 적어도 일부를 둘러쌀 수 있다. 격벽(700a)은 기판(100)과 접하면서 내부공간을 한정함으로써 상기 내부공간 내에 압력전달매체(500)를 정밀하게 형성할 수 있다. 상기 내부공간 내에 압력전달매체(500)를 채워 기판(100)의 적어도 일부와 압력센서칩(200), 집적회로칩(300) 및 각각의 칩들을 전기적으로 연결시켜주는 도전성 리드들(800)을 밀봉할 수 있다.

도 4h 및 도 4i를 참조하면, 기판(100)의 하부에 하부 하우징(700b)을 형성할 수 있다.

먼저, 도 4h를 참조하면, 기판(100)의 하부면 중 적어도 일부에 하부 하우징(700b)이 접합될 수 있다. 하부 하우징(700b)은 압력센서장치에 유입되는 대기가 압력센서칩(200)의 하부에 도달되어 표준압력을 측정할 수 있도록 대기가 이동할 수 있는 통로를 형성할 수 있다.

도 4i를 참조하면, 마지막으로 대기가 유입될 수 있는 대기도입구(210) 및 유체가 유입될 수 있는 유체도입구(220)를 구비하는 상부 하우징(700c)이 격벽(700a) 상에 접합함으로써 압력센서장치(1000)를 제조할 수 있다.

한편, 대기도입구(210)와 유체도입구(220)는 나란하지 않으며, 서로 다른 방향으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 대기도입구(210)와 유체도입구(220)는 서로 수직한 방향으로 신장할 수 있다. 즉, 도 4i에 의하면, 상부 하우징(700c)의 상면 방향으로 유체도입구(220)가 신장되어 있다. 상부 하우징(700c)의 일측면에 대기도입구(210)가 형성되어 있다. 대기도입구(210)는 상부 하우징(700c)의 일측면을 관통한 형태로 도시되었으나, 외부기기와 조립될 경우 상기 외부기기의 형상에 따라 유체도입구(220)와 같은 형태로 상부 하우징(700c)의 외부로 돌출되도록 설계될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 도면이다.

도 5에 도시된 압력센서장치(1200)는 도 3을 참조하여 상술한 압력센서장치(1100)와 그 구조가 거의 유사하나, 격벽(700a)의 높이 또는 상부 하우징(700c)의 내부 구조가 변함에 따라 실시된 예이다. 압력센서칩(200)이 배치된 상기 제 1 내부영역과 대기가 유입되는 통로가 형성된 제 2 내부영역 사이에 형성된 격벽(700a)의 높이가 높을 경우, 대기도입구(210)의 방향은 오른쪽으로 꺾인 구조를 가질 수 있다. 이 때, 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역은 상부 하우징(700c)에 의해서 구분되지 않고, 격벽(700a)에 의해서 구분된다. 이 경우, 상부 하우징(700c)의 외벽은 격벽(700a)과 결합될 수 있도록 단차가 형성될 수 있다.

한편, 여기에 도시되지는 않았지만, 상부 하우징(700c)은 유체도입구(220)만을 포함할 수 있으며, 이 경우, 대기도입구(210)는 격벽(700a)의 일측에 형성될 수도 있다. 또, 기판(100)에 대기를 통과할 수 있는 제 2 관통홀(104)이 없다면, 하부 하우징(700b)의 어느 일측에 대기도입구(210)가 형성될 수도 있다.

도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 사시도이다.

도 6을 참조하면, 압력센서장치(1300)는 도 1을 참조하여 상술한 압력센서장치(1000)와 내부구조는 동일하나, 상부 하우징(700c)에 구비된 유체도입구(220)의 형상이 다르게 구성된 실시예이다. 유체도입구(220)는 상부 하우징(700c)의 상면을 기준으로 상기 상면과 수직한 방향쪽으로 소정의 각도를 갖고, 비스듬하게 기울어져 형성될 수 있다. 도면에는 예시적으로, 유체도입구(220)의 방향이 대기도입구(210)가 형성된 방향쪽으로 틀어진 구성을 가지나, 예를 들면, 세탁기와 같은 외부장치에서 물이 이동할 수 있는 결합부와 쉽게 결합할 수 있도록 유체도입구(220)의 방향 및 길이가 변경되어 설계될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력센서장치의 구성을 개략적으로 도해하는 사시도이다.

도 7을 참조하면, 압력센서장치(1400)는 도 1을 참조하여 상술한 압력센서장치(1000)와 내부구조가 거의 동일하나, 상부 하우징(700c)에 구비된 유체도입구(220)의 형상이 다르게 구성된 실시예이다. 유체도입구(220)는 상부 하우징(700c)의 어느 일측면에 형성될 수 있다. 이 때, 유체도입구(220)와 대기도입구(210)는 서로 수직한 방향으로 형성될 수 있다.

그러나 압력센서장치(1400)의 내부구조에 따라 대기도입구(210)가 형성된 면과 마주보는 반대면 또는 대기도입구(210)가 형성된 동일한 면에 유체도입구(220)가 형성될 수 있다. 경우에 따라 도 6과 같이, 상부 하우징(700c)의 일측면을 기준으로 상부 하우징(700c)의 상면 방향 또는 상기 상면과 나란한 방향으로 비스듬하게 기울어져 외부 장치의 결합부와 결합될 수도 있다.

한편, 도 1 내지 도 7을 참조하여 상술한 압력센서장치들(1000, 1100, 1200, 1300, 1400)은 본 발명의 실시예들에 의한 것으로서, 외부 장치와 용이하게 결합할 수 있는 구조를 가질 수 있다. 대기도입구(210)와 유체도입구(220)의 방향 및 구조는 상기 장치의 내부구조 및 격벽의 높이 등에 따라 다양한 방향과 형상을 갖도록 설계될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 압력전달매체를 도입함으로써 압력센서칩 및 집적회로칩 등에 대하여 유체 또는 수분에 의한 장치 결함을 방지할 수 있다. 또, 압력센서장치의 부착 형태가 유체도입구가 하부로 가는 형태이므로 압력센서장치의 하부 방수가 상대적으로 취약할 수 있다. 따라서, 방수 기능을 가지면서 외부를 보호할 수 있는 하우징으로 감싸주어 수분에 의한 결함을 방지할 수 있다.

또한, 압력전달매체의 특성이 딱딱한 경화를 하게 되면 센서의 특성이 변화하고, 점도가 낮은 방수겔 형태의 압력전달매체를 고정시키기 위하여 격벽 구조를 도입함으로써 압력센서의 작동을 원활하게 할 수 있다. 또, 각각의 하우징은 분리형 구조로 되어 있으며, 유체도입구와 대기도입구가 서로 나란하지 않으며, 다른 방향으로 형성됨으로써 자동조립 등에 의한 생산성이 우수하며, 구조가 간단하고, 제조공정시 각 센서칩 및 집적회로의 실장이 용이한 압력센서장치를 구현할 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

100 : 기판
102 : 제 1 관통홀
104 : 제 2 관통홀
200 : 압력센서칩
202 : 실리콘 패터닝
210 : 대기도입구
220 : 유체도입구
300 : 집적회로칩
500 : 보호부재
700 : 하우징
700a : 격벽
700b : 하부 하우징
700c : 상부 하우징
800 : 도전성 리드
1000 : 압력센서장치

Claims (1)

1. 제 1 관통홀 및 제 2 관통홀을 포함하는 기판;
   상기 기판에 상기 제 1 관통홀의 일측을 덮도록 실장되는, 압력센서칩; 및
   상기 압력센서칩을 둘러싸고, 서로 다른 면에 형성된 대기도입구와 유체도압구를 포함하는 하우징;을 포함하고,
   상기 하우징은, 상기 기판에 결합되어 상기 제 1 관통홀 및 상기 제 2 관통홀을 분리하도록 내부공간을 한정하는 격벽;
   상기 격벽 상에 접합된 상부 하우징; 및
   상기 기판 또는 상기 격벽의 하부에 접합된 하부 하우징을 포함하고,
   상기 제 2 관통홀은 상기 대기도입구와 연통되어, 상기 압력센서칩은 상기 대기도입구를 통한 대기압에 대한 상기 유체도입구를 통한 상기 유체의 상대적인 압력을 측정하는,
   압력센서장치.
   

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