KR20200027565A - 압력 센서 조립체, 측정 장치 그리고 압력 센서 조립체의 제조 방법 - Google Patents

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본 발명은 하나 이상의 압력 센서 장치(12)를 구비한 압력 센서 조립체(10)에 관한 것이며, 압력 센서 장치(12)는 지지 구조(16)의 공동(18) 내에 배치된 하나 이상의 센서 소자(20)를 갖도록 형성되고, 지지 구조(16)에는 신호 처리 소자들이 집적되며, 하나 이상의 센서 소자(20)는 압력 센서 장치(12)를 위해 지지 구조(16) 내로 매립 가능하고, 지지 구조(16)는 랜드 그리드 어레이/몰드 프리몰드(LGA/MPM) 구조에 의해 형성된다. 압력 센서 장치(12)는 멤브레인(32)이 제공될 센서 하우징(30)에 삽입되고, 그 내부에서 지지되며, 하나 이상의 멤브레인(32)이 제공된 센서 하우징(30)의 잔여 체적은 비압축성 유체에 의해 충전되며, 이러한 센서 하우징의 배선에는 압력 센서 장치(12)가 전기 접속된다. 또한 본 발명은 상기 압력 센서 조립체(10)의 제조 방법 및 측정 장치에 관한 것이다.

Description

압력 센서 조립체, 측정 장치 그리고 압력 센서 조립체의 제조 방법
본 발명은 하나 이상의 압력 센서 장치를 구비한 압력 센서 조립체와, 하나 이상의 압력 센서 장치를 구비한 압력 센서 조립체의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 하나 이상의 상기 압력 센서 조립체가 집적된 측정 장치에 관한 것이다.
압력을 연속적으로 측정 및 모니터링하기 위해 전형적으로 관련 매체 환경에 노출되는 하나 이상의 변형 가능한 감압식(pressure-sensitive) 멤브레인을 구비하는, 미소 기계식으로 가공된 전자식 압력 센서들(MEMS 압력 센서들)을 구비한 압력 센서 조립체가 공지되어 있다. 이 경우, 예를 들어 소비자 가전 응용 분야에서의 대기압 측정은 (예를 들어 휴대폰의) 보호용 하우징 내부의 견고한 센서 모듈만을 필요로 하는 반면, 동일한 전자식 압력 센서가 산업 응용 분야 또는 자동차 응용 분야에서는 먼지, 미립자, 습기 또는 배기 가스, 그리고 추가의 부식성 또는 침식성 매체에 대한 추가 보호부로서 절연 매체(예를 들어 겔 또는 오일)와 함께 사용되어야 한다. 강건한 모듈의 형성을 통한 매체 절연의 상기 도전 과제를 위해, 예를 들어 US 6,311,561 B1, US 6,577,244 B2, US 6,938,490 B2호로부터 해결책이 이미 공지되어 있다.
겔 충전식 센서들의 경우, 이러한 센서들이 예를 들어 배기 가스와 같은 부식성 또는 침식성 매체에 노출되면, 보호부에도 불구하고 해당 가스가 여전히 겔에 영향을 미치고, MEMS 압력 센서의 금속 연결부와, 그의 ASIC의 금속 연결부에 그리고 기판에 부식 작용을 가할 수 있다는 것이 단점으로 증명 가능하다. 그로 인해, 센서들의 신뢰성 및 기능성이 장기적으로 저하될 수 있다. 이러한 이유로, MEMS 센서의 활성 영역(즉, 예를 들어 그의 압전 저항들)뿐만 아니라, ASIC(Application Specific Integrated Circuit - 특정 용도 지향 집적 회로; 신호 처리 전자 장치)의 활성 영역도 상기 침식성 매체에 노출되어서는 안된다. 이러한 신뢰성 문제들과 더불어, 언급된 겔은 5바아 초과의 압력에서 기포 형성 및/또는 포말 형성의 경향이 있을 수 있다는 점에서도 우려를 야기할 수 있다. 이와 관련하여, 센서 시스템의 구성 요소로부터의 매체 절연이 필요한 응용 분야에서 겔 대신 오일에 의해 형성된 버퍼를 사용하는 것이 적절한 대안이다.
오일 충전식 압력 센서들의 공지된 사용 분야에서, 플라스틱 하우징 또는 금속 하우징을 폐쇄하는 강철 멤브레인이 전형적으로 사용되며, 상기 하우징 내에는 압력 측정을 위한 센서 소자가 배치되어, 가압력의 전달을 위한 비압축성 오일에 의해 둘러싸인다. 센서 소자들이 침식성 매체에 대해 매우 높은 저항성을 갖기는 하나, 그 제조 중에 있다. 따라서, 본 발명은, 한편으로는 침식성 매체에 대해 보호되거나 강건하도록 형성되지만 다른 한편으로는 온도를 통해 오일 충전의 영향을 보상하기 위한 간단한 온도 레벨링도 가능하게 하면서 저렴하게 제조 가능한 하나 이상의 압력 센서 장치를 구비한 압력 센서 조립체를 제공해야 한다.
제1항의 특징들을 갖는 해결책은 특히, 압력 센서 조립체에는 지지 구조의 공동 내에 배치된 하나 이상의 센서 소자를 구비한 압력 센서 장치가 제공되고, 이때 지지 구조에는 신호 처리 소자들이 집적되며, 하나 이상의 센서 소자는 압력 센서 장치를 위해 지지 구조에 의해 매립(몰딩)되고, 지지 구조는 랜드 그리드 어레이/몰드 프리몰드(Land Grid Array/Mold Premold: LGA/MPM) 구조에 의해 형성되는 것이다. 이 경우, 센서 장치는 멤브레인이 제공될 센서 하우징에 삽입되고 그 내부에서 지지되며, 하나 이상의 멤브레인이 제공되어 멤브레인에 의해 폐쇄되는 센서 하우징의 잔여 체적은 비압축성 유체에 의해 충전되며, 이러한 센서 하우징의 배선에는 센서 장치가 전기 접속된다.
이에 따라, 본 발명에 의해서는 적절한 방식으로 그리고 특히 간단한 수단들에 의해 그리고 저렴하게, 압력 센서 장치를 위해 센서 소자와 함께 매립 또는 몰딩되는 LGA/MPM 지지 구조를 위한, 침식성 매체로부터의 보호부가 제공된다. 적절한 센서 소자의 사용 시에, 압력 센서 장치는 압력 센서 하우징 내의 배치 이전에 이미 개별적으로 레벨링될 수 있지만, 전체적인 일괄 처리로 동시에 레벨링되기도 한다. ASIC이 사전 매립된(premolded) MPM 부분은 자신의 공동에 의해 소위 센서 소자를 위한 고유의 내부 하우징을 형성한다. 이 경우, 압력 센서 장치에는 바람직하게 소위 리드 프레임이 제공될 수 있으며, 이러한 리드 프레임에서 압력 센서 소자는 ASIC와 전기적으로 연결 가능하며, 이를 위해 각각의 신호 핀들이 프레임에 본딩된다. 이는 캐스팅의 결합 공정 이전의 ASIC에서 이루어지며, 이어서 압력 센서 소자는 본딩된다. LGA/MPM에 배치된 센서 소자를 구비한 압력 센서 장치는 SiP(System in Package: 패키지형 시스템)로도 불릴 수 있다. 이 경우, ASIC는 그의 전자 장치에 이미 집적된 다양한 기본 기능들을 제공하므로 센서 소자의 전압 공급을 담당하고, 센서 소자의 전압 신호와 경우에 따라서는 온도 신호를 평가하고, 게다가 압력 측정의 특성 곡선 보정을 실행하며, 또한 ASIC에는 필터들, 신호 처리 전자 장치, 그리고 진단 및 오류 감지 기능들이 제공될 수 있다. 입력측 디지털화를 통해 ASIC는 (예를 들어 저항들의 브리지 신호를 위한) 전체적으로 디지털인 신호 처리를 구현할 수 있고, 내부 클록을 통한 데이터 전송을 트리거링할 수도 있다. 예를 들어, 제어 장치에 직접 접속될 수도 있다.
추가의 바람직한 특징들은 종속항들의 대상들을 포함한다.
적은 비용으로 제조될 수 있는 본 발명에 따른 압력 센서 조립체의 바람직한 일 실시예에서, 지지 구조는, 자신의 일 구조 측에는 전기 접촉 요소들이 제공되는 반면, 대향 배치된, 접촉부 반대편의, 자신의 다른 구조 측에는 센서 소자의 배치를 위한 공동이 제공되는 방식으로 LGA/MPM를 갖도록 형성될 수 있다. 이 경우, 접촉부들이 제공되는 측에는 바람직한 방식으로 LGA/MPM의 기판이 제공될 수 있고, 이 둘 사이에는 예를 들어 ASIC 형태의 신호 전자 장치가 배치될 수 있다. 반면, 지지 구조 반대편 측에서 기판은 접기 접촉을 위한 접촉 요소들로서 금속화된 소위 본딩 패드들을 포함할 수 있다. 접촉 요소들이 MPM 구조와 동일한 측에 배치되는 실시예들도 고려 가능하다.
다른 바람직한 일 실시예에서, 센서 소자는 LGA/MPM의 프리캐스팅(precasting)된 공동 내에 배치된 APSM(Advanced Porous Silicon MEMS) 센서 소자로서 제공 및 설치될 수 있다. 이 경우, 센서 소자는 바람직한 방식으로, 차후의 멤브레인을 위한 단결정 시작층이 생성되는 APSM(Advanced Porous Silicon Membrane) 공정에서 제조된다. 이어서, 단결정 시작층은 에칭 방법에 의해 언더에칭(under etching)되고, 다공성 실리콘층이 생성되며, 이어서 그곳은 공동이 된다. 이어서, 에피택셜 방식으로 단결정 실리콘층이 제공되며, 이러한 단결정 실리콘층은 이후 센서 소자 멤브레인을 형성한다. 온도 인가(원자 변위)를 통해서, 진공 상태의 공동이 만들어지고, 이러한 공동은 이후 절대압 측정을 가능하게 한다. 이후, 멤브레인에 제공된 압전 저항들은 멤브레인의 휘어짐을 측정한다. 예를 들어, DE 10 2004 036 035 A1 및 EP 1810947 B1에 기술된 이러한 APSM 공정에 의해서는, 강건한 멤브레인이 만들어지고, 또한 이러한 공정은 바람직하게는 순수 기계적 표면 처리로 충분하다. 이 경우, 생성된 단결정 층은 절대적으로 밀봉되어 있고 견고하다. 그러나, 센서 소자는 예를 들어 소위 응력 분리형 센서 소자와는 다르게도 형성될 수 있다.
추가의 바람직한 일 실시예에서, 본 발명에 따른 압력 센서 조립체에서 지지 구조에는 기판에 삽입되는 추가의 수동 전기 구조들 또는 구성 요소들이 제공될 수 있다. 이미 상술한 바와 같이, 센서 소자 멤브레인은 저항들이 배치될 수 있는 단결정 실리콘층으로부터 형성되었고, 이러한 저항들은 예를 들어 이러한 층에서 확산될 수 있으므로, 센서 소자 멤브레인의 변형에 따라, 가압 시 저항 변화의 형성이 야기되고, 이 경우, 저항들은 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge) 방식으로 접속된다. 이 경우, 전압이 생성되지 않고 압력 변화를 통해 전기 저항만이 변화되므로, 이는 수동 소자들 또는 구조들이고, 이들의 온도 의존성은 마찬가지로 브릿지 회로를 통해 제거될 수 있다. 이러한 센서들은 비교적 높은 감도를 가지며, 저렴한 비용으로 제조될 수 있다.
센서 하우징에 배치되고, 제공된 압력을 수용 및 전달하는 압력 센서 장치의 멤브레인을 바람직한 방식으로, 측정될 체적 유량 내의 예를 들어 압력 피크와 같은 원하지 않는 기계적 영향으로부터 보호할 수 있도록, 압력 센서 조립체의 다른 개선예에서는 멤브레인의 센서 하우징 반대편 측에, 멤브레인을 실질적으로 간접적으로 커버하는 기계적 보호 부재가 배치될 수 있다. 이는, 예를 들어 실질적으로 멤브레인에 평행하게 연장되고 하우징과 연결되는 불연속 플레이트 또는 일종의 격자일 수 있다. 해당 개구들은 측정될 매체의 멤브레인으로의 접근을 가능하게 하고, 이때 그의 가압은 센서 소자 멤브레인으로 계속 전달될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들도 고려 가능하다.
적절한 방식으로 센서 소자를 침식성 매체 및/또는 부식성 매체로부터 보호하도록, 비압축성 유체는 오일로서, 바람직하게는 합성 오일로서 형성될 수 있다. 압력 센서 하우징 내에 압력 센서 장치를 배치한 후, 남은 잔여 체적은 멤브레인 또는 예를 들어 다른 폐쇄부에 의한 하우징의 폐쇄 이전에, 그리고 경우에 따라서는 특히, 바람직하게는 해당 비압축성 유체로 충전될 수 있으므로, 센서 소자 또는 압력 센서 장치의 모든 측의 보호가 보장된다. 다른 비압축성 매체들, 예를 들어 다른 적절한 오일들의 사용도 고려 가능하다.
이 경우, 압력 센서 조립체의 바람직한 일 개선예에서는 오일 버퍼의 디자인도 중요하며, 이러한 오일 버퍼는 바람직하게는, 센서 소자가 오일 버퍼 내로의 모든 측의 매립을 통해 지속적으로 등압(isostatic pressure)에 노출되는 방식으로, 압력 센서 하우징 내부에서의 압력 센서 장치의 위치 설정을 제공하므로, 이를 통해서도 압력 센서 장치의 물리적 손상이 확실히 방지될 수 있다.
본 발명은 청구항 제8항에 따라, 적어도 하기 방법 단계들을 갖는 압력 센서 조립체의 제조 방법도 제공한다.
- 센서 소자의 제공; 하나 이상의 신호 처리 소자가 집적된 LGA/MPM 지지 구조의 공동 내 센서 소자의 배치; 그리고 압력 센서 장치를 위한 지지 구조 내로의 센서 소자의 후속 매립;을 통해 압력 센서 장치를 제조하는 단계;
- 멤브레인이 제공될 압력 센서 하우징에 압력 센서 장치를 삽입하고, 압력 센서 하우징 내에 압력 센서 장치를 지지하는 단계;
- 압력 센서 하우징의 전기 배선에 압력 센서 장치를 접속하고, 압력 센서 하우징 내부에 남은 잔여 체적을 비압축성 유체로 충전하는 단계;
- 멤브레인 또는 개구 폐쇄부를 통해 압력 센서 하우징을 폐쇄하는 단계.
상술한 방법에 의해서도, 적절한 방식으로 그리고 특히 간단한 수단들에 의해 그리고 저렴하게, 압력 센서 장치를 위해 센서 소자가 매립 가능한(몰딩 가능한) LGA/MPM 지지 구조를 위한, 침식성 매체로부터의 보호부가 보장된다. 적절한 센서 소자의 사용 시에, 압력 센서 장치는 압력 센서 하우징 내의 배치 이전에 이미 개별적으로 레벨링될 수 있지만, 전체적인 일괄 처리로 동시에 레벨링되기도 한다. 이 경우에도, ASIC가 삽입된(premolded) MPM 부분은 자신의 공동에 의해 센서 소자를 위한 고유의 내부 하우징을 형성한다. 이 경우, 압력 센서 장치에는 바람직하게 소위 리드 프레임이 제공될 수 있으며, 이러한 리드 프레임에서 압력 센서 소자는 ASIC와 전기적으로 연결 가능하며, 이를 위해 각각의 신호 핀들이 프레임에 본딩된다. 이는 캐스팅의 결합 공정 이전의 ASIC에서 이루어지며, 이어서 압력 센서 소자는 본딩된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 변형예는 센서 소자를 구비한 압력 센서 장치를 압력 센서 하우징 내로의 매립 이전에 온도와 관련하여 보상하는 것일 수 있으며, 그에 따라 압력 센서 조립체 내에서는 이미 레벨링된 압력 센서 장치가 즉시 또는 언제나 사용 가능하며, 게다가 이러한 압력 센서 장치는 저렴하게 제공될 수 있는데, 이는 이러한 레벨링이, 많은 압력 센서 장치들에 대한 패키지형 시스템(System in Package)으로서의 LGA/MPM 압력 센서 장치에서 매개변수들이 공지된 경우 단시간에 실행 가능하기 때문이다. 이는, 이러한 압력 센서 장치들이, 반도체, 특히 MEMS 모듈의 생산 그리고 측정 모듈로의 그 조립 시에 통용되는 표준 기계들에 의해 제조 및 가공될 수 있는 상황과도 관련이 있다.
압력 센서 하우징 내부에서의 위치 설정 직후에 이미 센서 소자 멤브레인을 유해한 기계적 영향의 접근으로부터 보호하는, 상기 방법의 취급이 용이한 변형예에서, 센서 소자의 전기 단자들은 압력 센서 하우징 내로의 삽입 이후에 사용 위치에서 하우징 멤브레인 반대편에 배치될 수 있으므로, 개방된 하우징측에서 노출된다. 더욱이, 이들은 이후 간단하게 상호 연결될 수 있으며, 상호 연결 이후에 하우징의 폐쇄부는 개방된 측 상에 배치되며, 이와 같이 하우징은 폐쇄된다. 비압축성 유체로의 충전 이후, 압력 센서 하우징의 해당 충전 개구는 예를 들어 구형 가압부를 통해 폐쇄 및 밀봉될 수 있다.
압력 센서 하우징 내부의 비압축성 액체의 유체 체적을 최소화하기 위해, 본 발명에 따른 방법의 다른 일 변형예에서는 압력 센서 하우징의 하나 또는 복수의 하우징 영역과 센서 소자 사이에 하나 이상의 충전 요소, 바람직하게는 복수의 충전 요소들이 배치될 수 있다. 이들은 플라스틱 유형의 부품, 세라믹 부품, 또는 금속 부품일 수 있으며, 이들은 스페이서로도 불린다. 바람직하게, 추가의 일 변형예에서는 예를 들어 하나의 충전 요소 또는 복수의 충전 요소들이 압력 센서 하우징 내에서 필요한 경우에는 센서 소자와 함께 폐쇄 구조를 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 측정 장치는 청구항 제14항에서 정의된다. 이 경우, 바람직하게는 테두리 영역과 플랜지 사이에 밀봉 수단, 예를 들어 오링(O-Ring)이 배치 가능하다.
추가의 특징들 및 장점들과 관련하여, 본 발명에 따른 압력 센서 조립체 및 그 제조 방법에 대한 상기 실시예들이 참조될 수 있다.
상기 실시예들 및 개선예들은 적절한 경우 임의로 서로 조합될 수 있다. 본 발명의 추가의 가능한 실시예들, 개선예들 및 구현 형태들은 본 발명의 상기 특징들 또는 하기에 실시예들과 관련하여 설명되는 특징들의 명시적으로 언급되지 않는 조합들도 포함한다. 특히, 이 경우 통상의 기술자는 본 발명의 각각의 기본 형태에 개선 또는 보완으로서의 개별 양상들도 추가할 것이다.
본 발명은 하기에 실시예들을 참조하여 도면으로 더 상세히 설명된다. 이 경우, 도면들은 부분적으로 개략 도시되며,
도 1은 센서 소자의 매립 이전에, LGA/MPM 구조를 통해 형성되는, APSM 압력 센서 소자가 수용되는 지지 구조 및 기판을 구비한 본 발명에 따른 압력 센서 조립체의 제1 실시예를 도시한 측단면도이다.
도 2는 오일 내에 저장된 압력 센서 소자를 구비한 본 발명에 따른 압력 센서 장치를 다양한 세기로 가압할 때 입력측 압력 신호 및 출력측 압력 신호를 예시적으로 도시한 도표이다.
도 3a 내지 도 3d는 압력 센서 장치가 하우징 내에 배치되어 있는 압력 센서 조립체의 추가의 일 실시예를 다양하게 도시한 사시도들이다.
도 4a 및 도 4b는 구형 밀봉부에 의해 폐쇄된 하우징을 갖는 압력 센서 조립체의 추가의 일 실시예를 도시한 측단면도 및 측면 사시도이다.
도 5는 자동차 부문의 응용 분야를 위한 본 발명에 따른 압력 센서 조립체가 매체에 대해 강건하도록 소위 제2 레벨 하우징 내에 집적되는 본 발명에 따른 측정 장치의 일 실시예를 분해하여 도시한 측면 사시도이다.
모든 도면들에서, (달리 언급되지 않는 한) 동일하거나 기능상 동일한 요소들 및 장치들에는 동일한 참조 번호들이 제공되었다.
도 1에서는 제조 중인 압력 센서 장치(12)를 구비한, 전체적으로 "10"으로 표시된 압력 센서 조립체를 먼저 확인할 수 있다. 여기서는, 저항 형태의 수동 구성 요소들(22)이 집적된 LGA 기판(14)을 확인할 수 있다. LGA 기판(14)은 플라스틱에 의해 이미 ASIC(24)과 결합되어 LGA/MPM 지지 구조(16)를 형성한다. 지지 구조(16)의 제조 시에 공동(18)이 자유로운 상태이며, 이러한 공동 내에는 도 1의 도시에서 APSM 센서 소자(20), 즉 Advanced Porous Silicon MEMS-센서 소자(20)가 삽입된다. 그의 접촉 이후, 센서 소자(20)는 지지 구조(16) 내에 매립되고, 이와 같은 방식으로 본 발명에 따른 압력 센서 장치(12)가 만들어진다. 공동(18) 반대편의 기판 측면에서는 압력 센서 장치(12)의 전기적 접촉에 사용되는 금속화된 접촉 요소들(26)을 확인할 수 있다. 마찬가지로 확인 가능한, 상이한 방향들로부터 압력 센서 장치로 향하는 화살표들은, 이어서 압력 센서 조립체(10)의 오일 체적 내로 도입될 압력 센서 장치(12)가 그곳에서 모든 측의 등압에 노출되어 있는 상태를 설명하는데 사용된다.
이에 반해, 도 2에는 실리콘 오일에 매립된 압력 센서 장치(12)의 출력측 압력에 대한 입력측 압력을 도시한 그래프(50)로서 도시되며, 이 도표로부터는 구분되는 압력량의 상이한 자극에 대한 본 발명에 따른 센서 소자의 선형 전기 반응이 명확해진다.
도 3a 내지 도 3d에는 센서 하우징(30) 내 배치를 통한 침식성 매체로부터의 압력 센서 장치(12)의 보호부가, 압력 센서 장치(12)의 배치 이후에 멤브레인(32)의 배치를 통해 폐쇄되고 밀봉되는 각각 동일한 센서 하우징(30)의 다양한 사시도들로 도시되어 있다. 이 경우, 도 3a에는 자신의 개구 위에 멤브레인(32)이 위치하는 센서 하우징(30)이 도시되어 있고, 도 3b에는 멤브레인(32)이 제거된 동일한 센서 하우징(30)이 도시됨에 따라, 그 뒤에 배치된 압력 센서 장치(12)가 보인다. 리세스(34) 내 그들의 위치 설정은 센서 하우징 내에 충전될 실리콘 오일의 오일 충전부(38)의 체적을 감소시키는 세그먼트형 충전 요소들(36)에 의해 실행된다. 이 경우, 압력 센서 장치(12)는 충전 요소들과 함께, 이들 사이에서 자유로운 상태인 리세스들의 경계를 형성하고, 이어서 이러한 리세스들은 유체로서의 오일에 의해 충전된다. 해당 체적은 도 3c으로부터 추론되고, 센서 하우징(30)의 뒷쪽 모습은 도 3b로부터 도시되며, 여기서는 하우징 돔(40)이 제거되어 있지만 도 3d의 도시에서 재차 확인할 수 있고, 이러한 하우징 돔에서는 압력 센서 장치(12)의 접촉을 위한 2개의 절연된 금속 접촉핀들(44)이 외부를 향해 안내된다.
도 4a 및 도 4b에는 압력 센서 장치(12)를 구비한 압력 센서 조립체(10)의 다른 일 실시예이지만, 도 3a 내지 도 3d으로부터의 실시예와 구조적으로 매우 유사한 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 도 4a에서는 오일 충전부(38) 내에 수용되고 LGA/MPM 지지 구조에 배치된 APSM 센서 소자(20)를 재차 확인할 수 있으며, 이러한 센서 소자는 압력 센서 장치(12)에 제공되어 센서 하우징(30) 내에 배치된다. 센서 하우징(30) 상에는 외부로부터의 압력을 오일 충전부(38)를 통해 센서 소자(20)로 전달하는 멤브레인(32)이 하우징 링(42)을 통해 고정된다. 압력 센서 장치(12)의 전기적 접촉은 금속 접촉핀들(44)을 통해 외부를 향해 안내되며, 이러한 금속 접촉핀들은 각각 하나의 환형 유리 절연체(45)를 통해 마찬가지로 금속의 센서 하우징에 대하여 절연된다. 도 4b에는 도 4a의 센서 하우징(30)이 폐쇄된 상태로 도시되어 있으며, 이때 하우징 내부로의 오일 충전은 구형 가압부를 통해 밀봉되는 충전 개구(46)를 통해 실행된다.
도 5에는 최종적으로 소위 제2 레벨 주변 장치 패키지를 형성하는 자동차 애플리케이션의 측정 장치(100) 내에 배치되는, 매체에 대해 강건한 센서 패키지로서의 압력 센서 조립체(10)의 일 실시예가 도시되어 있다. 이 경우, 압력 센서 조립체(10)는 패키지 하우징(102)의 수용부(107) 내에 수용되며, 이러한 패키지 하우징의 전기 접촉부(103)는 사용 위치에서 센서 하우징(30)의 접촉부들(44)과 접촉된다. 압력 센서 조립체(10)는 자신의 멤브레인(32)의 기계적 보호를 위해, 센서 하우징(30)과 연결되고 개구가 형성된 단부측 플레이트(49) 형태의 보호 부재(48)를 포함한다. 압력 센서 조립체(10)의 센서 하우징(30)의 보호 부재(48)는 패키지의 어댑터(104)를 향하고, 이러한 어댑터의 압력 센서 조립체(10)를 향한 면은 압력 센서 조립체(10)가 지지되는 플랜지(105)를 형성한다. 또한, 이 둘 사이에는 오링 유형의 밀봉 수단(106)이 배치된다.
이에 따라, 상술한 발명은 하나 이상의 압력 센서 장치(12)를 구비한 압력 센서 조립체(10)에 관한 것이며, 압력 센서 장치(12)는 지지 구조(16)의 공동(18) 내에 배치된 하나 이상의 센서 소자(20)를 갖도록 형성되며, 지지 구조(16)에는 신호 처리 소자들이 집적되며, 지지 구조(16) 내에는 압력 센서 장치(12)를 위해 하나 이상의 센서 소자(20)가 매립 가능하고, 지지 구조(16)는 랜드 그리드 어레이/몰드 프리몰드(LGA/MPM) 구조에 의해 형성된다. 압력 센서 장치(12)는 멤브레인(32)이 제공될 센서 하우징(30)에 삽입되고, 그 내부에서 지지되며, 하나 이상의 멤브레인(32)이 제공된 센서 하우징(30)의 잔여 체적은 비압축성 유체에 의해 충전되며, 이러한 센서 하우징의 배선에는 압력 센서 장치(12)가 전기 접속된다.
상술한 압력 센서 조립체(10)는 센서 하우징(30)의 오일 충전부 내의 위치 설정을 통하여, ASIC(24) 및 수동 구성 요소들(22)을 구비한 APSM 센서 소자(20); 그리고 접촉 요소들(26)과 같은 전기 단자들;을 포함한 압력 센서 장치(12)의, 침식성 매체로부터의 보호를 가능하게 한다. 즉, 하나 이상의 압력 센서 장치(12)를 구비한 압력 센서 조립체(10)는 한편으로는 침식성 매체에 대해 보호되거나 강건하도록 형성되지만, 다른 한편으로는 그에서의 온도를 통해 오일 충전의 영향을 보상하기 위한 간단한 온도 레벨링도 가능할 뿐만 아니라, 저렴하게 제조 가능하다. 해당 압력 센서 조립체(10)는 특히 바람직하게는 5바아 내지 약 70바아의 평균 압력 범위에서 사용되며, 이를 위해 보통 단방향 저압 측정을 위해 사용되는 압력 센서 장치(12)가, 손상의 위험없이 압력 센서 조립체(10)의 상술한 오일 충전부 내로의 매립을 통하여 등방성 하중 하에 평균 압력의 측정을 위해 사용될 수 있는 것으로 입증되었다.
본 발명은 바람직한 실시예들을 참조하여 상술되었음에도 불구하고, 이들로 제한되지 않으며 다양한 방식으로 변형 가능하다.

Claims (15)

  1. 하나 이상의 압력 센서 장치(12)를 구비한 압력 센서 조립체(10)이며,
    압력 센서 장치(12)에는 지지 구조(16)의 공동(18) 내에 배치된 하나 이상의 센서 소자(20)가 제공되고, 지지 구조(16)에는 신호 처리 소자들이 집적되며, 지지 구조(16)는 랜드 그리드 어레이/몰드 프리몰드(Land Grid Array/Mold Premold: LGA/MPM) 구조에 의해 형성되고, 압력 센서 장치(12)는 멤브레인(32)이 제공될 센서 하우징(30)에 삽입되고, 상기 센서 하우징의 내부에서 지지되며, 하나 이상의 멤브레인(32)이 제공된 센서 하우징(30)의 잔여 체적은 비압축성 유체에 의해 충전되며, 상기 센서 하우징의 배선에는 압력 센서 장치(12)가 전기 접속되는, 압력 센서 조립체.
  2. 제1항에 있어서, 지지 구조(16)는, 자신의 일 구조 측에는 전기 접촉 요소들(26)이 제공되는 반면, 대향 배치된, 접촉부(26) 반대편의, 자신의 다른 구조 측에는 센서 소자(20)의 배치를 위한 하나 이상의 공동(18)이 제공 및 설치되는 랜드 그리드 어레이/몰드 프리몰드(LGA/MPM) 구조에 의해 형성되는, 압력 센서 조립체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 센서 소자(20)는 APSM(Advanced Porous Silicon MEMS) 센서 소자(20)로서 제공 및 설치되는, 압력 센서 조립체.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 지지 구조(16)에는 기판(14)에 삽입되는 추가의 수동 전기 구조들(22)이 제공되는, 압력 센서 조립체.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 멤브레인(32)의 센서 하우징(30) 반대편 측에는, 멤브레인(32)을 실질적으로 간접적으로 커버하는 기계적 보호 부재(48)가 배치되는, 압력 센서 조립체.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비압축성 유체는 오일로서, 바람직하게는 합성 오일로서 형성되는, 압력 센서 조립체.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 비압축성 유체는, 센서 소자가 등압(isostatic pressure)에 노출되는 방식으로, 압력 센서 하우징(30) 내부에 설치되는, 압력 센서 조립체.
  8. 하나 이상의 압력 센서 장치(12)를 구비한 압력 센서 조립체(10), 특히 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 압력 센서 조립체(10)의 제조 방법이며, 상기 제조 방법은 적어도
    - 센서 소자(20)의 제공; 하나 이상의 신호 처리 소자, 특히 ASIC(24)가 집적되는 지지 구조(16)의 공동(18) 내 센서 소자(20)의 배치; 그리고 압력 센서 장치(12)를 위한 센서 소자(20)와 지지 구조(16)의 후속 매립;을 통해 압력 센서 장치(12)를 제조하는 단계,
    - 멤브레인(32)이 제공될 압력 센서 하우징(30)에 압력 센서 장치(12)를 삽입하고, 압력 센서 하우징(30) 내에 압력 센서 장치(12)를 지지하는 단계,
    - 압력 센서 하우징(30)의 전기 배선에 압력 센서 장치(12)를 접속하고, 압력 센서 하우징(30) 내부에 남은 잔여 체적을 비압축성 유체로 충전하는 단계,
    - 멤브레인(32) 또는 개구 폐쇄부를 통해 압력 센서 하우징(30)을 폐쇄하는 단계를 포함하는, 압력 센서 조립체의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 센서 소자(20)를 구비한 압력 센서 장치(12)는 압력 센서 하우징(30) 내로의 매립 이전에 온도 보상되는, 압력 센서 조립체의 제조 방법.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 압력 센서 장치(12)의 전기 단자들은 압력 센서 하우징(30) 내로의 삽입 이후에 사용 위치에서 멤브레인(32) 반대편에 배치되는, 압력 센서 조립체의 제조 방법.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 센서 하우징(30)의 하나 또는 복수의 하우징 영역과 압력 센서 장치(12) 사이에는 하나 이상의 충전 요소(36), 바람직하게는 복수의 충전 요소들(36)이 배치되는, 압력 센서 조립체의 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서, 하나의 충전 요소(36) 또는 복수의 충전 요소들(36)은 압력 센서 하우징(30) 내에서 필요한 경우에는 압력 센서 장치(12)의 센서 소자(20)와 함께 폐쇄 구조를 형성하는, 압력 센서 조립체의 제조 방법.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 센서 조립체(10)에 의해서는 바람직하게 예를 들어 1바아 내지 100바의 평균 압력 범위의 압력이 측정되는, 압력 센서 조립체의 제조 방법.
  14. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 하나 이상의 압력 센서 조립체(10)를 구비한 측정 장치(100)이며, 측정 장치(100)에는 압력 센서 조립체(10)의 수에 상응하는 수의 수용부가 제공되며, 상기 수용부 또는 수용부들 내에서 하나 이상의 압력 센서 조립체(10)는 사용 위치에서, 멤브레인(32)이 작업 유체를 향할 때, 하우징 링(42)을 통해 형성된 테두리에 의하여 측정 장치(100)의 어댑터(104)의 일종의 플랜지(105)에 지지되는 방식으로 수용되는, 측정 장치.
  15. 제14항에 있어서, 압력 센서 조립체(10)의 하우징 링(42)과 어댑터(104)의 플랜지(105) 사이에는 밀봉 수단(106), 예를 들어 오링이 배치 가능하거나 배치되는, 측정 장치.
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