KR20180114874A - 멀티 센서 장치 및 멀티 센서 장치의 제조 방법 - Google Patents

멀티 센서 장치 및 멀티 센서 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 하나의 하우징을 이용하여 압력 센서 기능과 가속도 센서 기능을 구현할 수 있게 하는 멀티 센서 장치 및 멀티 센서 장치의 제조 방법에 관한 것으로서, 리드 프레임; 상기 리드 프레임에 전기적으로 연결되고, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자; 상기 리드 프레임에 전기적으로 연결되고, 주변에 작용하는 가속도를 측정할 수 있는 가속도 센서 모듈; 및 상기 리드 프레임의 적어도 일부분과 상기 압력 센싱 소자 및 상기 가속도 센서 모듈을 보호할 수 있도록 설치되고, 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되며, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 하우징;을 포함할 수 있다.

Description

멀티 센서 장치 및 멀티 센서 장치의 제조 방법{Multi sensor device and method of fabricating the same}
본 발명은 멀티 센서 장치 및 멀티 센서 장치의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나의 하우징을 이용하여 압력 센서 기능과 가속도 센서 기능을 구현할 수 있게 하는 멀티 센서 장치 및 멀티 센서 장치의 제조 방법에 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 압력 센서가 구비되어 있다.
상기 압력 센서는 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, 자동차의 타이어 공기압을 측정하는 TPMS(tire pressure monitoring system) 등 각종 압력 측정 시스템에 적용되는 압력 센서들 역시 동일한 원리로 구성될 수 있다.
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.
한편, 종래에는 세탁기의 흔들림을 감지할 수 있도록 세탁기의 내측 벽면에 별도의 브라켓을 설치하고, 상기 브라켓에 가속도 감지 센서를 설치한 다음, 이러한 가속도 감지 센서에서 발생된 전기적인 신호를 세탁기 제어부에 전달하기 위해서 가속도 감지 센서와 착탈식으로 연결되는 별도의 연결 케이블 및 케이블 타이 등을 추가로 설치해야만 했었다.
그러나, 이러한 종래의 세탁기의 압력 센서 및 이와 별도로 설치되는 가속도 센서는 세탁기의 내측 공간을 많이 차지하는 것은 물론이고, 센서들을 고정하기 위한 별도의 부품들이 추가로 많이 설치되어 부품의 개수를 증대시키고, 이를 통해서 제품의 단가가 상승되는 문제점들이 있었다.
또한, 부품의 개수가 증대되는 만큼 이들을 조립하는 조립 인력과, 조립 공수 및 조립 시간이 증대되어 생산성이 크게 낮아지는 등 많은 문제점들이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 리드 프레임이 전선 커넥터와 직결될 수 있게 하여 견고한 조립이 가능하고 내구성이 우수한 것은 물론이고, 하나의 압력 센서 장치의 하우징 내부에 가속도 센서 모듈을 실장하여 내부 부품을 공용으로 사용함으로써 부품의 개수를 줄여서 제품의 생산 단가를 낮추고, 작업 인력과, 작업 공수 및 작업 시간을 절감하여 생산성을 향상시키며, 세탁기의 수위나 타이어의 압력 등을 정밀하게 감지하면서 동시에 가속도를 측정할 수 있게 하여 멀티 기능을 수행할 수 있게 하는 멀티 센서 장치와 멀티 센서 장치의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 그러나 이러한 과제는 예시적인 것으로, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 멀티 센서 장치는, 리드 프레임; 상기 리드 프레임에 전기적으로 연결되고, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자; 상기 리드 프레임에 전기적으로 연결되고, 주변에 작용하는 가속도를 측정할 수 있는 가속도 센서 모듈; 및 상기 리드 프레임의 적어도 일부분과 상기 압력 센싱 소자 및 상기 가속도 센서 모듈을 보호할 수 있도록 설치되고, 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되며, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 하우징;을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가속도 센서 모듈은, 상면에 배선층이 형성되고, 하면에 상기 배선층과 전기적으로 연결되는 패드가 형성되는 인쇄 회로 기판; 및 상기 인쇄 회로 기판의 상기 배선층에 실장되는 가속도 센싱 소자;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 리드 프레임은, 상기 하우징의 외부로 연장되는 리드부; 및 전선 커넥터의 단자 홈부에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있도록 상기 리드부의 선단에 뾰족하게 형성되는 삽입 단자부;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 인쇄 회로 기판의 상기 패드는 상기 리드부에 실장될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 하우징은, 서로 다른 방향으로 기준 매체 도입구와 대상 매체 도입구가 형성되고, 상기 기준 매체 도입구와 연통되는 제 1 내부영역과 상기 대상 매체 도입구와 연통되는 제 2 내부영역을 가지며, 상기 리드 프레임의 일측 방향에 설치되는 제 1 하우징; 상기 제 1 내부영역의 기준 매체가 상기 리드 프레임을 통과하여 상기 제 1 부분에 도달될 수 있도록 제 3 내부영역을 형성하고 상기 리드 프레임의 타측 방향에 설치되는 제 2 하우징; 및 상기 압력 센싱 소자의 상기 제 1 부분이 상기 기준 매체에 노출될 수 있도록 관통부가 형성되고, 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역을 형성하는 적어도 하나의 격벽이 형성되며, 상기 리드 프레임의 일부분 및 상기 가속도 센서 모듈을 둘러싸는 형상으로 몰딩 성형되는 몰딩 부재;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 몰딩 부재와 상기 제 1 하우징 및 상기 몰딩 부재와 상기 제 2 하우징 사이에 각각 접착 실링 부재가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 몰딩 부재는, 상기 전선 커넥터의 날개홈부에 삽입되어 쇼트를 방지할 수 있도록 상기 리드 프레임의 상기 삽입 단자부와 이웃하는 삽입 단자부 사이에 날개부가 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 센싱 소자의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 압력 전달 매체가 설치될 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체가 상기 압력 센싱 소자에 직접 닿지 않도록 방수 기능을 가질 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 겔(gel)을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 실리콘(Silicone) 또는 에폭시(Epoxy)를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 리드 프레임에 실장되고, 상기 압력 센싱 소자에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 압력 센서 IC;을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 몰딩 부재는, 타부분에 상기 기준 매체 도입구로부터 인입된 상기 기준 매체를 제 1 방향으로 유도하는 제 1 유도부 및 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 유도하여 상기 압력 센싱 소자로 안내하는 제 2 유도부가 형성될 수 있다.
한편, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사상에 따른 멀티 센서 장치의 제조 방법은, 복수개의 단위 리드 프레임으로 이루어지는 리드 프레임 스트립을 준비하는 리드 프레임 스트립 준비 단계; 복수개의 가속도 센서 모듈을 준비하는 가속도 센서 모듈 준비 단계; 상기 리드 프레임 스트립의 상기 단위 리드 프레임의 리드부 각각에 복수개의 상기 가속도 센서 모듈을 실장하는 가속도 센서 모듈 실장 단계; 실장된 상기 가속도 센서 모듈이 보호될 수 있도록 상기 가속도 센서 모듈 각각을 몰딩 부재로 몰딩 성형하는 몰딩 성형 단계; 상기 리드 프레임의 노출된 부분 인근에 복수개의 압력 센싱 소자 및 압력 센서 IC를 실장하는 압력 센싱 소자 실장 단계; 실장된 상기 압력 센싱 소자 및 상기 압력 센서 IC에 압력 전달 매체를 도포하는 압력 전달 매체 도포 단계; 복수개의 상기 몰딩 부재의 양면에 각각 접착 실링 부재를 도포하고, 제 1 하우징과 제 2 하우징을 각각 부착시키는 하우징 부착 단계; 및 상기 리드 프레임 스트립을 단위 리드 프레임으로 절단하는 트림 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 리드 프레임 스트립 준비 단계는, 스트립 원판을 준비하는 원판 준비 단계; 상기 스트립 원판에 부식 방지용 금속층을 도금하는 1차 도금 단계; 및 상기 부식 방지용 금속층의 일부분에 와이어 본딩용 패드층을 도금하는 2차 도금 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 가속도 센서 모듈 준비 단계는, 인쇄 회로 기판 스트립을 준비하는 기판 스트립 준비 단계; 상기 인쇄 회로 기판 스트립에 복수개의 가속도 센싱 소자를 실장하는 소자 실장 단계; 및 상기 인쇄 회로 기판 스트립을 단위 모듈로 절단하는 개별 모듈화 단계;를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 상기 압력 센싱 소자 실장 단계는, 상기 리드 프레임의 노출된 부분 인근에 복수개의 압력 센싱 소자 및 압력 센서 IC를 접착제를 이용하여 접착하는 접착 단계; 및 상기 리드 프레임과, 상기 압력 센싱 소자 및 상기 압력 센서 IC를 와이어 본딩하는 와이어 본딩 단계;를 포함할 수 있다.
상기한 바와 같이 이루어진 본 발명의 일 실시예에 따르면, 견고한 조립이 가능하고 내구성이 우수한 것은 물론이고, 하나의 압력 센서 장치의 하우징 내부에 가속도 센서 모듈을 실장하여 내부 부품을 공용으로 사용함으로써 부품의 개수를 줄여서 제품의 생산 단가를 낮추고, 작업 인력과, 작업 공수 및 작업 시간을 절감하여 생산성을 향상시키며, 세탁기의 수위나 타이어의 압력 등을 정밀하게 감지하면서 동시에 가속도를 측정할 수 있게 하여 멀티 기능을 수행할 수 있는 효과를 갖는 것이다. 물론 이러한 효과에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 멀티 센서 장치를 나타내는 외관 사시도이다.
도 2는 도 1의 멀티 센서 장치의 단면도이다.
도 3은 도 1의 멀티 센서 장치의 부품 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 멀티 센서 장치의 몰딩 부재를 나타내는 확대 사시도이다.
도 5는 도 4의 멀티 센서 장치의 리드 프레임을 나타내는 사시도이다.
도 6은 도 5의 멀티 센서 장치의 리드 프레임을 나타내는 평면도이다.
도 7은 도 6의 멀티 센서 장치의 VII-VII 절단면을 나타내는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 멀티 센서 장치의 제조 방법을 나타내는 순서도이다.
도 9 내지 도 24는 도 8의 멀티 센서 장치의 제조 과정을 단계적으로 나타내는 도면들이다.
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 일부 실시예들에 따른 멀티 센서 장치(100)를 나타내는 외관 사시도이다. 그리고, 도 2는 도 1의 멀티 센서 장치(100)의 단면도이고, 도 3은 도 1의 멀티 센서 장치(100)의 부품 분해 사시도이고, 도 4는 도 3의 멀티 센서 장치(100)의 몰딩 부재(33)를 나타내는 확대 사시도이고, 도 5는 도 4의 멀티 센서 장치(100)의 리드 프레임(10)을 나타내는 사시도이고, 도 6은 도 5의 멀티 센서 장치(100)의 리드 프레임(10)을 나타내는 평면도이고, 도 7은 도 6의 멀티 센서 장치(100)의 VII-VII 절단면을 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 멀티 센서 장치(100)는, 크게 리드 프레임(10)과, 압력 센싱 소자(20)와, 가속도 센서 모듈(50)과, 압력 센서 IC(40) 및 하우징(30)을 포함할 수 있다.
예컨대, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 리드 프레임(10)은 일부분은 상기 하우징(30)의 내부에 위치되고, 다른 일부분은 상기 하우징(30)의 외부로 연장되는 리드부(11) 및 전선 커넥터(미도시)의 단자 홈부에 삽입되어 전선과 전기적으로 연결될 수 있도록 상기 리드부(11)로부터 연장되는 적어도 하나(도면에서는 4개)의 삽입 단자부(12)를 포함하는 일정한 두께를 갖는 얇은 판 형상의 구리 또는 알루미늄 등 전도성 재질로 제작되는 금속 프레임 구조체일 수 있다.
이러한 상기 리드 프레임(10)은 기존의 땜납용 리드 프레임과는 달리, 상기 전선 커넥터의 상기 단자 홈부에 삽입되고, 인출되는 착탈 과정을 수차례 반복하더라도 이를 충분히 견딜 수 있는 내구성과 강성을 갖는 구조체일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 삽입 단자부(12)는 상기 전선 커넥터의 상기 단자 홈부에 삽입이 용이하도록 그 선단에 뾰족한 첨단 경사부가 형성될 수 있다.
따라서, 이러한 상기 삽입 단자부(12)는 상기 전선 커넥터의 상기 단자 홈부에 삽입되는 동안, 상기 전선 커넥터와의 마찰 및 삽입 저항을 감소시켜서 사용자가 삽입 동작을 수월하게 할 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 압력 센싱 소자(20)는, 상기 리드 프레임(10)과 전기적으로 연결되고, 제 1 부분(도 2의 상측부)과 제 2 부분(도 2의 하측부)의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센서의 일종일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 압력 센싱 소자(20)는 다이아프램 등이 설치되어 다이아프램에 인가되는 압력이나 다이아프램의 변위 등을 각종 자기장 센서나 자력 센서나 근접 센서나 저항 센서나 유도 저항 센서나 스트레인 게이지 등을 이용하여 아날로그 신호를 출력할 수 있는 소자로 이해될 수 있다. 그러나 이에 반드시 국한되지 않고 아날로그 신호 또는 디지털 신호를 포함한 모든 종류의 압력 센싱 신호를 출력할 수 있는 압력 소자가 모두 적용될 수 있다.
여기서, 이러한 상기 압력 센싱 소자(20)는 상기 리드 프레임(10)과 와이어(W)나 범프나 솔더 등 각종 신호 전달 매체에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 가속도 센서 모듈(50)은, 상기 리드 프레임(10)과 전기적으로 연결되고, 주변에 작용하는 가속도를 측정할 수 있는 것으로서, 상면에 배선층(L)이 형성되고, 하면에 상기 배선층(L)과 전기적으로 연결되는 패드(P)가 형성되는 인쇄 회로 기판(51) 및 상기 인쇄 회로 기판(51)의 상기 배선층(L)에 실장되는 가속도 센싱 소자(52)를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 가속도 센싱 소자(52)는 가속도, 진동, 충격 등의 물리적인 힘을 순시적으로 감지하여 이를 전기적 신호로 출력할 수 있는 소자로서, 각종 진동 센싱 소자, 자이로 센싱 소자, 수평도 센싱 소자, 일축 가속도 센싱 소자, 다축 가속도 센싱 소자 등 다양한 형태의 센서 소자가 모두 적용될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 멀티 센서 장치(100)는 압력 측정 기능과 함께 가속도 측정 기능을 함께 수행할 수 있도록 상기 인쇄 회로 기판(51)의 상기 패드(P)는 상기 리드부(11)에 실장될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 압력 센서 IC(40)는 상기 리드 프레임(10) 및 상기 압력 센싱 소자(20)와 전기적으로 연결되고, 상기 압력 센싱 소자(20)에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 일종의 집적 회로 칩일 수 있다.
이러한 상기 압력 센서 IC(40)는 예를 들어, 아날로그 프론트 엔드부(analog front end)로 이해될 수 있다.
따라서, 상기 압력 센싱 소자(20)에서 발생된 아날로그 신호를 상기 압력 센서 IC(40)가 노이즈 발생율이 적은 디지털 신호를 변환하여 상기 리드 프레임(10)을 통해 외부 기기로 전달할 수 있고, 이를 통해서 외부 기기 등은 보다 정밀한 압력 신호를 인가받을 수 있다.
이외에도, 본 발명의 일부 실시예들에 의한 압력 센서 장치(100)는 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.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(30)은 상기 리드 프레임(10)의 적어도 일부분과 상기 압력 센싱 소자(20)와, 상기 가속도 센서 모듈(50) 및 상기 압력 센서 IC(40)을 둘러싸서 보호할 수 있도록 설치되는 일종의 케이스로서, 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구(H1)가 형성되며, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구(H2)가 형성되는 전체적으로 박스 형태의 구조체일 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 하우징(30)은, 제 1 하우징(31)과, 제 2 하우징(32) 및 몰딩 부재(33)를 포함할 수 있다.
예컨대, 상기 제 1 하우징(31)은, 서로 다른 방향으로 기준 매체 도입구(H1)와 대상 매체 도입구(H2)가 형성되고, 상기 기준 매체 도입구(H1)와 연통되는 제 1 내부영역(A1)과 상기 대상 매체 도입구와 연통되는 제 2 내부영역(A2)을 가지며, 상기 리드 프레임(10)의 일측 방향에 설치될 수 있다.
이러한, 상기 제 1 하우징(31)은 상기 기준 매체 도입구(H1)와 상기 대상 매체 도입구(H2)는 서로 수직한 방향으로 신장될 수 있다.
또한, 상기 기준 매체 도입구(H1)와 상기 대상 매체 도입구(H2)의 내경은 서로 동일할 수 있으나, 둘 중 어느 하나가 더 크게 제작될 수도 있다.
따라서, 상기 기준 매체로부터 전달되는 압력의 방향과 상기 대상 매체로부터 전달되는 압력의 방향이 최대한 서로 영향을 주지 않는 수직 방향으로 어긋나는 것으로서, 이러한 상기 제 1 하우징(31)을 이용하면 상기 기준 매체와 상기 대상 매체에 적용되는 각각의 압력이 서로에게 영향을 주지 않고 독립적으로 전달되어 어떠한 환경이나 상황 속에서도 항상 가장 정확하고 정밀하게 압력을 측정할 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 제 2 하우징(32)은 상기 제 1 내부영역(A1)의 기준 매체가 상기 리드 프레임(10)을 통과하여 상기 제 1 부분에 도달될 수 있도록 제 3 내부영역(A3)을 형성하고, 상기 리드 프레임(10)의 타측 방향에 설치될 수 있다.
또한, 예컨대, 상기 몰딩 부재(33)는 상기 압력 센싱 소자(20)의 상기 제 1 부분이 상기 기준 매체에 노출될 수 있도록 관통부(33a)가 형성되고, 상기 제 1 내부영역(A1)과 상기 제 2 내부영역(A2)을 형성하는 적어도 하나의 격벽(33b)이 형성되며, 상기 리드 프레임(10)의 상기 일부분을 둘러싸는 형상으로 몰딩 성형될 수 있다.
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 몰딩 부재(33)와 상기 제 1 하우징(31) 및 상기 몰딩 부재(33)와 상기 제 2 하우징(32) 사이에 각각 접착 실링 부재(S)가 설치되어 상기 제 1 하우징(31)과, 상기 몰딩 부재(33) 및 상기 제 2 하우징(32)을 서로 고정시켜서 견고하게 조립할 수 있는 것은 물론이고, 상기 제 1 내부영역(A1)과 상기 제 2 내부영역(A2) 및 상기 제 3 내부영역(A3) 각각들을 별도의 영역을 구획할 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 몰딩 부재(33)는, 상기 전선 커넥터(C)의 날개홈부(WH)에 삽입되어 쇼트를 방지할 수 있도록 상기 리드 프레임(10)의 상기 삽입 단자부(10a)와 이웃하는 삽입 단자부(10a) 사이에 날개부(WG)가 형성될 수 있다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 몰딩 부재(33)는, 타부분에 상기 기준 매체 도입구(H1)로부터 인입된 상기 기준 매체를 제 1 방향으로 유도하는 제 1 유도부(G1) 및 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 유도하여 상기 압력 센싱 소자(20)로 안내하는 제 2 유도부(G2)가 형성될 수 있다.
따라서, 상기 몰딩 부재(33)가 상기 전선 커넥터(C)에 조립되면, 상기 날개부(WG)가 상기 날개홈부(WH)들 사이 사이에 삽입되어 상기 삽입 단자부(10a)들 간의 쇼트나 삽입 오류나 오동작 등을 원천적으로 방지할 수 있다. 이러한, 상기 몰딩 부재(33)는 별도의 몰딩재로 이루어지거나 인서트(insert) 사출 성형되는 것도 가능하다.
또한, 예컨대, 도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 압력 전달 매체(34)는 상기 압력 센싱 소자(20)의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자(20)를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 상기 몰딩 부재(33)와 상기 리드 프레임(10) 사이에 몰딩 성형될 수 있다.
더욱 구체적으로 예를 들면, 이러한 상기 압력 전달 매체(34)는 상기 대상 매체가 상기 압력 센싱 소자(20)에 직접 닿지 않도록 방수 기능을 갖는 것으로서, 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 겔(gel), 실리콘(Silicone) 및 에폭시(Epoxy) 등을 포함할 수 있다.
또한, 예를 들어서, 상기 압력 전달 매체(34)는 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, 상기 재료들은 상기 다이어프램 등이 포함된 상기 압력 센싱 소자(20)에 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, 인가되는 압력을 상기 압력 센싱 소자(20)에 전달될 수 있다.
따라서, 세탁수의 압력 또는 타이어의 공기압 등 상기 대상 매체의 압력이 상기 압력 전달 매체(34)에 전달되어 상기 압려 전달 매체(34)에 변형이 발생되면 이러한 변형이 상기 압력 센싱 소자(20)로 간접적으로 전달되어 부품의 부식이나 손상을 방지하면서 정확하고 정밀한 압력치를 측정할 수 있다.
즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 압력 센서 장치(100)의 작동 과정을 설명하면, 먼저, 대기 등 압력 측정의 기준이 되는 매체, 즉 기준 매체는 상기 기준 매체 도입구(H1)를 통해서 상기 제 1 하우징(31)의 제 1 내부영역(A1)에 수평 방향으로 유입될 수 있다.
이어서, 이러한 상기 기준 매체는 상기 몰딩 부재(33)의 상기 관통부(33a)를 거쳐서 상기 몰딩 부재(33)의 상기 제 1 유도부(G1)를 통과하여 상기 제 2 하우징(32)의 상기 제 3 내부영역(A3)에 도달될 수 있다.
이어서, 이러한 상기 기준 매체는 상기 몰딩 부재(33)의 상기 제 2 유도부(G1)를 통과하여 상기 압력 센싱 소자(20)의 제 1 부분에 도달되어 상기 압력 센싱 소자(20)의 기준 압력으로 작용할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 세탁수나 타이어의 공기 등 압력 측정의 대상이 되는 매체, 즉 대상 매체는 상기 대상 매체 도입구(H2)를 통해서 상기 제 1 하우징(31)의 제 2 내부영역(A2)에 수직 방향으로 유입될 수 있다.
이러한 상기 대상 매체의 수직 방향의 유입은 상기 기준 매체의 수평 방향의 유입과 수직으로 어긋나게 형성되는 것으로서 각각의 매체들은 서로에게 영향을 주지 않고, 최대한 독립적으로 유압을 전달하는 것이 가능하다.
이어서, 이러한 상기 대상 매체는 상기 압력 전달 매체(34)에 도달되고, 상기 압력 전달 매체(34)는 상기 압력 센싱 소자(20)의 제 2 부분에 압력을 전달하여 상기 압력 센싱 소자(20)의 측정 대상 압력으로 작용할 수 있다.
그러므로, 상기 리드 프레임(10)이 상기 전선 커넥터와 직결될 수 있게 하여 견고한 조립이 가능하고 내구성이 우수한 것은 물론이고, 기판이나 브라켓 등을 생략하여 제품의 생산 단가를 낮추고, 생산성을 향상시키며, 세탁기의 수위나 타이어의 압력은 물론이고, 가속도, 진동 등을 정밀하게 감지할 수 있고, 제품의 소형화가 가능하며, 정밀한 수위 제어를 통한 물의 절약 및 소비 전력의 절감을 구현할 수 있으며, 세탁수나 타이어 공기 등 대상 매체에 의한 파손을 방지할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일부 실시예들에 따른 멀티 센서 장치(100)의 제조 방법을 나타내는 순서도이다. 그리고, 도 9 내지 도 24는 도 8의 멀티 센서 장치(100)의 제조 과정을 단계적으로 나타내는 도면들이다.
도 1 내지 도 24에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일부 실시예들에 따른 멀티 센서 장치의 제조 방법은, 크게 리드 프레임 스트립 준비 단계(S1)와, 가속도 센서 모듈 준비 단계(S2)와, 가속도 센서 모듈 실장 단계(S3)와 몰딩 성형 단계(S4)와, 압력 센싱 소자 실장 단계(S5)와, 압력 전달 매체 도포 단계(S6)와, 하우징 부착 단계(S7) 및 트림 단계(S8)를 포함할 수 있다.
먼저, 예컨대, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 리드 프레임 스트립 준비 단계(S1)는, 복수개의 단위 리드 프레임으로 이루어지는 리드 프레임 스트립(RS)을 준비하는 단계일 수 있다.
여기서, 더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 리드 프레임 스트립 준비 단계(S1)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 스트립 원판(1)을 준비하는 원판 준비 단계(S11)와, 이어서, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 스트립 원판(1)에 부식 방지용 금속층(2)을 도금하는 1차 도금 단계(S12) 및 이어서, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 부식 방지용 금속층(2)의 일부분에 와이어 본딩용 패드층(3)을 도금하는 2차 도금 단계(S13)를 포함할 수 있다.
한편, 도 8 및 도 12에 도시된 바와 같이, 예컨대, 상기 가속도 센서 모듈 준비 단계(S2)는, 복수개의 가속도 센서 모듈(50)을 준비하는 단계일 수 있다.
여기서, 더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 가속도 센서 모듈 준비 단계(S2)는, 도 12에 도시된 바와 같이, 인쇄 회로 기판 스트립(4)을 준비하는 기판 스트립 준비 단계(S21)와, 이어서, 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 인쇄 회로 기판 스트립(4)에 복수개의 가속도 센싱 소자(52)를 실장하는 소자 실장 단계(S22) 및 이어서, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 인쇄 회로 기판 스트립(4)을 단위 모듈(50)로 절단하는 개별 모듈화 단계(S23)를 포함할 수 있다.
이어서, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 가속도 센서 모듈 실장 단계(S3)는, 상기 리드 프레임 스트립(RS)의 상기 단위 리드 프레임의 리드부(11) 각각에 복수개의 상기 가속도 센서 모듈(50)을 실장하는 단계일 수 있다.
이어서, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 몰딩 성형 단계(S4)는, 실장된 상기 가속도 센서 모듈(50)이 보호될 수 있도록 상기 가속도 센서 모듈(50) 각각을 몰딩 부재(33)로 몰딩 성형하는 단계일 수 있다.
이어서, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 압력 센싱 소자 실장 단계(S5)는, 상기 리드 프레임(10)의 노출된 부분 인근에 복수개의 압력 센싱 소자(20) 및 압력 센서 IC(40)를 실장하는 단계일 수 있다.
여기서, 더욱 구체적으로 예를 들면, 상기 압력 센싱 소자 실장 단계(S5)는, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 리드 프레임(10)의 노출된 부분 인근에 복수개의 압력 센싱 소자(20) 및 압력 센서 IC(40)를 접착제를 이용하여 접착하는 접착 단계(S51) 및 이어서, 도 18에 도시된 바와 같이, 상기 리드 프레임(10)과, 상기 압력 센싱 소자(20) 및 상기 압력 센서 IC(40)를 와이어(W)로 본딩하는 와이어 본딩 단계(S52)를 포함할 수 있다.
이어서, 도 19에 도시된 바와 같이, 상기 압력 전달 매체 도포 단계(S6)는, 실장된 상기 압력 센싱 소자(20) 및 상기 압력 센서 IC(40)에 압력 전달 매체(34)를 도포하는 단계일 수 있다.
이어서, 도 20 내지 도 23에 도시된 바와 같이, 상기 하우징 부착 단계(S7)는, 복수개의 상기 몰딩 부재(33)의 양면에 각각 접착 실링 부재(S)를 도포하고, 도 21의 제 1 하우징(31)과 도 23의 제 2 하우징(32)을 각각 부착시키는 단계일 수 있다.
이어서, 도 24에 도시된 바와 같이, 상기 트림 단계는, 상기 리드 프레임 스트립(RS)을 단위 리드 프레임으로 절단하는 단계일 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.
10: 리드 프레임
11: 리드부
12: 삽입 단자부
20: 압력 센싱 소자
30: 하우징
31: 제 1 하우징
32: 제 2 하우징
33: 몰딩 부재
34: 압력 전달 매체
40: 집적회로칩
50: 가속도 센서 모듈
51: 인쇄 회로 기판
52: 가속도 센싱 소자
100: 멀티 센서 장치

Claims (17)

  1. 리드 프레임;
    상기 리드 프레임과 전기적으로 연결되고, 제 1 부분과 제 2 부분의 상대적인 압력을 측정할 수 있는 압력 센싱 소자;
    상기 리드 프레임과 전기적으로 연결되고, 주변에 작용하는 가속도를 측정할 수 있는 가속도 센서 모듈; 및
    상기 리드 프레임의 적어도 일부분과 상기 압력 센싱 소자 및 상기 가속도 센서 모듈을 보호할 수 있도록 설치되고, 상기 제 1 부분에 기준 매체의 압력이 작용할 수 있도록 기준 매체 도입구가 형성되며, 상기 제 2 부분에 대상 매체의 압력이 작용할 수 있도록 대상 매체 도입구가 형성되는 하우징;
    을 포함하는, 멀티 센서 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 가속도 센서 모듈은,
    상면에 배선층이 형성되고, 하면에 상기 배선층과 전기적으로 연결되는 패드가 형성되는 인쇄 회로 기판; 및
    상기 인쇄 회로 기판의 상기 배선층에 실장되는 가속도 센싱 소자;
    를 포함하는, 멀티 센서 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 리드 프레임은,
    상기 하우징의 외부로 연장되는 리드부; 및
    전선 커넥터의 단자 홈부에 삽입되어 전기적으로 연결될 수 있도록 상기 리드부의 선단에 뾰족하게 형성되는 삽입 단자부;
    를 포함하는, 멀티 센서 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 인쇄 회로 기판의 상기 패드는 상기 리드부에 실장되는, 멀티 센서 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    서로 다른 방향으로 기준 매체 도입구와 대상 매체 도입구가 형성되고, 상기 기준 매체 도입구와 연통되는 제 1 내부영역과 상기 대상 매체 도입구와 연통되는 제 2 내부영역을 가지며, 상기 리드 프레임의 일측 방향에 설치되는 제 1 하우징;
    상기 제 1 내부영역의 기준 매체가 상기 리드 프레임을 통과하여 상기 제 1 부분에 도달될 수 있도록 제 3 내부영역을 형성하고 상기 리드 프레임의 타측 방향에 설치되는 제 2 하우징; 및
    상기 압력 센싱 소자의 상기 제 1 부분이 상기 기준 매체에 노출될 수 있도록 관통부가 형성되고, 상기 제 1 내부영역과 상기 제 2 내부영역을 형성하는 적어도 하나의 격벽이 형성되며, 상기 리드 프레임의 일부분 및 상기 가속도 센서 모듈을 둘러싸는 형상으로 몰딩 성형되는 몰딩 부재;
    를 포함하는, 멀티 센서 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 몰딩 부재와 상기 제 1 하우징 및 상기 몰딩 부재와 상기 제 2 하우징 사이에 각각 접착 실링 부재가 설치되는, 멀티 센서 장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 몰딩 부재는, 상기 전선 커넥터의 날개홈부에 삽입되어 쇼트를 방지할 수 있도록 상기 리드 프레임의 상기 삽입 단자부와 이웃하는 삽입 단자부 사이에 날개부가 형성되는, 멀티 센서 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 센싱 소자의 상기 제 2 부분에 상기 압력 센싱 소자를 보호하고, 상기 대상 매체의 압력을 상기 제 2 부분에 전달할 수 있도록 압력 전달 매체가 설치되는, 멀티 센서 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체가 상기 압력 센싱 소자에 직접 닿지 않도록 방수 기능을 갖는, 멀티 센서 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 겔(gel)을 포함하는, 멀티 센서 장치.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 압력 전달 매체는 상기 대상 매체의 압력에 따라 그 형상이 변형될 수 있는 실리콘(Silicone) 또는 에폭시(Epoxy)를 포함하는, 멀티 센서 장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 리드 프레임에 실장되고, 상기 압력 센싱 소자에서 발생하는 아날로그 신호 출력을 디지털 신호 출력으로 변환하는 압력 센서 IC;
    을 더 포함하는, 멀티 센서 장치.
  13. 제 5 항에 있어서,
    상기 몰딩 부재는, 타부분에 상기 기준 매체 도입구로부터 인입된 상기 기준 매체를 제 1 방향으로 유도하는 제 1 유도부 및 상기 제 1 방향과 반대 방향인 제 2 방향으로 유도하여 상기 압력 센싱 소자로 안내하는 제 2 유도부가 형성되는, 멀티 센서 장치.
  14. 복수개의 단위 리드 프레임으로 이루어지는 리드 프레임 스트립을 준비하는 리드 프레임 스트립 준비 단계;
    복수개의 가속도 센서 모듈을 준비하는 가속도 센서 모듈 준비 단계;
    상기 리드 프레임 스트립의 상기 단위 리드 프레임의 리드부 각각에 복수개의 상기 가속도 센서 모듈을 실장하는 가속도 센서 모듈 실장 단계;
    실장된 상기 가속도 센서 모듈이 보호될 수 있도록 상기 가속도 센서 모듈 각각을 몰딩 부재로 몰딩 성형하는 몰딩 성형 단계;
    상기 리드 프레임의 노출된 부분 인근에 복수개의 압력 센싱 소자 및 압력 센서 IC를 실장하는 압력 센싱 소자 실장 단계;
    실장된 상기 압력 센싱 소자 및 상기 압력 센서 IC에 압력 전달 매체를 도포하는 압력 전달 매체 도포 단계;
    복수개의 상기 몰딩 부재의 양면에 각각 접착 실링 부재를 도포하고, 제 1 하우징과 제 2 하우징을 각각 부착시키는 하우징 부착 단계; 및
    상기 리드 프레임 스트립을 단위 리드 프레임으로 절단하는 트림 단계;
    를 포함하는, 멀티 센서 장치의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 리드 프레임 스트립 준비 단계는,
    스트립 원판을 준비하는 원판 준비 단계;
    상기 스트립 원판에 부식 방지용 금속층을 도금하는 1차 도금 단계; 및
    상기 부식 방지용 금속층의 일부분에 와이어 본딩용 패드층을 도금하는 2차 도금 단계;
    를 포함하는, 멀티 센서 장치의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 가속도 센서 모듈 준비 단계는,
    인쇄 회로 기판 스트립을 준비하는 기판 스트립 준비 단계;
    상기 인쇄 회로 기판 스트립에 복수개의 가속도 센싱 소자를 실장하는 소자 실장 단계; 및
    상기 인쇄 회로 기판 스트립을 단위 모듈로 절단하는 개별 모듈화 단계;
    를 포함하는, 멀티 센서 장치의 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 압력 센싱 소자 실장 단계는,
    상기 리드 프레임의 노출된 부분 인근에 복수개의 압력 센싱 소자 및 압력 센서 IC를 접착제를 이용하여 접착하는 접착 단계; 및
    상기 리드 프레임과, 상기 압력 센싱 소자 및 상기 압력 센서 IC를 와이어 본딩하는 와이어 본딩 단계;
    를 포함하는, 멀티 센서 장치의 제조 방법.
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