KR20080033126A - 보호재료에 의해 보호되는 센서 칩을 구비한 압력 센서 - Google Patents

보호재료에 의해 보호되는 센서 칩을 구비한 압력 센서 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 케이스(10), 케이스(10) 내에 위치되어 압력을 검출하기 위한 센서 칩(20) 및 케이스(10) 내에서 센서 칩(20)을 커버하고 보호하기 위한 보호재료를 포함하는 압력 센서를 제공한다. 보호재료(40)와 접촉하는 케이스(10)의 코너부(18a, 18b)는 각각 라운드진 형태로 형성된다. 각 코너부(18a, 18b)의 곡률 반경은 0.5mm 이상이 되도록 형성된다.
압력센서, 센서칩, 케이스, 코너부, 보호재료, 곡률반경, 침입도, 두께

Description

보호재료에 의해 보호되는 센서 칩을 구비한 압력 센서{PRESSURE SENSOR WITH SENSING CHIP PROTECTED BY PROTECTIVE MATERIAL}
본 발명은 수지 몰드 케이스에 압력 검출을 위한 센서 칩이 제공되고, 상기 센서 칩은 보호재료에 의해 커버되는 압력 센서에 관한 것이다.
상기 방식의 압력 센서는 예를 들면 일본 특허공개 제2002-221462호 공보에 제안된 바와 같이 공지되어 있다. 상기 문헌에 제안된 바와 같이, 이러한 방식의 압력 센서는 수지 몰드 케이스, 압력을 검출하기 위하여 상기 케이스에 제공되는 센서 칩, 및 상기 케이스에 제공된 센서 칩을 커버하고 보호하기 위한 보호재료를 포함한다.
이러한 압력 센서는 외부 환경으로부터 압력 센서를 보호하기 위하여 보호재료로서 겔(gel)과 같은 소프트한(soft) 재료를 사용한다. 이러한 방식의 압력 센서는 상기 보호재료를 통해 센서 칩으로 측정 압력이 인가되어 측정을 실행하도록 적용된다.
그러나, 이러한 방식의 압력 센서는 온도 사이클 또는 압력 사이클 동안 보호재료에 기포가 발생하고, 이에 따라 상기 보호재료를 통한 센서 칩으로의 압력 전달 특성이 변화되어, 센서 특성이 변동하게 되는 문제점을 발생시킨다.
본 발명자는 상기 보호재료에 기포가 어떻게 발생하는지에 대한 메커니즘을 연구하였다. 이러한 메커니즘에 대해 도 8을 참조하여 설명한다. 도 8은 종래 이러한 방식의 압력 센서의 일반적인 단면 구성을 나타낸 것이다.
이러한 방식의 종래 압력 센서 중, 도 8은 특히 센서 칩의 후방면이 밀봉된 상대 압력형(relative pressure-type) 압력 센서를 나타낸 것이다.
센서 칩(20)은 압력(P1, P2)이 각각 인가되는 전방면(20a) 및 후방면(20b)을 구비하고, 케이스(10)에 고정되게 위치된다. 상기 후방면(20b)은 케이스(10)의 칩 장착부(11)를 향한다. 상기 케이스(10)의 칩 장착부(11)의 일면(11b)에는 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)으로 압력(P2)을 도입하기 위한 압력 도입공(16)이 형성된다.
상기 케이스(10)는 상기 압력 도입공(16)의 주연을 따라 그 압력 도입공(16)을 둘러싸도록 상기 칩 장착부(11)의 일면(11b)으로부터 돌출하는 원통벽(17)이 제공된다.
상기 칩 장착부(11)의 일면(11b)으로부터 돌출한 원통벽(17)에 의하여 형성된 내부 공간은 보호재료 주입챔버(18)를 구성한다. 상기 압력 도입공(16) 및 상기 보호재료 주입챔버(18)는 압력전달매개로서 제공되는 소프트 겔 등의 보호재료(40)가 채워진다. 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)은 보호재료(40)에 의해 밀봉된다.
이러한 상대압력형 압력센서(이하, "상대압력센서"라 칭함)에 있어서의 제1 압력(P1)은 센서 칩의 전방면(20a)으로 인가되고, 제2 압력(P2)은 보호재료(40)를 통해 센서 칩(20)의 후방면(20b)으로 인가된다.
상기 센서 칩(20)은 인가된 압력(P1, P2) 간의 압력차에 의거하여 전기검출신호를 출력한다. 상기 검출신호는 본딩 와이어(30) 및 컨덕터(15)를 통해 외부 유닛으로 출력되도록 되어 있다.
이러한 방식의 압력센서의 케이스(10)는 수지를 몰딩함으로써 형성되기 때문에, 상기 케이스(10)가 몰딩 될 때, 도 8에 나타낸 미세한 크랙(k) 등의 작은 크랙이 발생할 수 있다. 이러한 크랙(k)은 케이스(10)에서 특히 응력이 집중되기 쉬운 코너부(18a)에서 쉽게 발생한다.
상기 크랙(k)은 예를 들면 온도 사이클에 의하여 성장한다. 그런 다음, 예를 들면, 압력 사이클 동안 상기 케이스(10)의 크랙(k)을 통해 공기가 침입하게 되고, 이에 따라 공기는 도 8에 나타낸 기포(L) 등의 기포를 보호재료(10) 내에서 발생시킨다.
본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 수지 몰드 케이스에 위치되고 보호재료로 커버되는 압력감지 센서 칩을 구비하고, 보호재료와 접촉하는 케이스의 일부분에서 크랙의 발생을 극력 방지할 수 있는 압력센서를 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 보호재료와 접촉하는 케이스의 일부분에서 크랙이 발생하더라도, 보호재료에서 기포의 생성을 극력 방지할 수 있는 압력센서를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 발명자는 다양한 조사 연구를 거듭하였다. 이러한 연구 결과, 수지 몰드 케이스에 있어서, 케이스의 각진 코너부에서 크랙이 쉽게 발생하는 것을 발견하였다. 이는 응력이 케이스의 코너부에 쉽게 집중되기 때문인 것으로 고찰되었다.
본 발명의 제1 관점에 따르면, 수지로 이루어지는 케이스(10), 인가되는 압력을 검출하기 위하여 상기 케이스(10)에 장착되는 센서 칩(20), 및 상기 센서 칩(20)을 커버하여 보호하도록 상기 케이스에 배치되는 보호재료(40)를 포함하며, 상기 케이스(10)는 상기 보호재료(40)와 접촉하는 코너부(18a, 18b)를 구비하고, 상기 코너부는 0.5mm 이상의 곡률 반경을 갖도록 라운드(round)지는 압력 센서를 제공한다.
그러므로, 크랙을 발생하기 쉬운 각진 코너부는 수지 몰드 케이스(10)의 코너부(18a, 18b)를 라운드지게 함으로써 실질적으로 제거될 수 있다. 상기 코너부는 보호재료(40)와 접촉하고, 각 코너부(18a, 18b)에는 0.5mm 이상의 곡률 반경이 주어진다.
따라서, 상기 보호재료(40)에 의해 커버되어 보호되는 압력 감지용 센서 칩(20)이 상기 수지 몰드 케이스(10)에 위치되는 압력 센서에 있어서, 본 발명은 상기 보호재료(40)와 접촉하는 케이스(10) 부분에서 크랙의 발생을 극력 방지할 수 있다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 수지로 이루어지는 케이스(10), 상기 케이스(10) 내에 위치되며, 인가되는 압력을 검출하기 위한 센서 칩(20), 및 상기 센서 칩을 커버하여 보호하기 위하여 상기 케이스에 배치되는 보호재료(40)를 포함하며, 상기 케이스는 상기 보호재료와 접촉하는 코너부(18a, 18b)를 구비하고, 상기 코너부는 135도 이상의 둔각을 갖는 압력 센서를 제공한다.
그러므로, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 수지 몰드 케이스(10)의 코너부(18a, 18b)가 135도 이상의 둔각으로 이루어짐으로써, 크랙이 쉽게 발생할 수 있는 상기 코너부에서의 응력 집중을 완화시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 상기 케이스(10)에 위치되고, 상기 보호재료(40)에 의해 커버되어 보호되는 압력 감지용 센서 칩(20)을 구비하는 압력 센서에 있어서, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 수지 몰드 케이스(10) 부분에서의 크랙 발생을 극력 방지할 수 있다.
본 발명자는 수지 몰드 케이스에 크랙이 발생하기 쉬운 코너부에서 크랙이 발생하는 경우라도, 그 크랙을 통해 보호재료로 공기가 침입하는 것을 방지하는 결과를 조사하였다.
본 발명의 제3 관점에 따르면, 수지로 이루어지고, 코너부를 형성하는 케이스(10), 인가되는 압력을 검출하기 위하여 상기 케이스(10)에 장착되는 센서 칩(20), 상기 코너부와 접촉하도록 배치되는 제1 보호재료(41) 및 상기 제1 보호재료(41)보다 소프트하게 형성되고, 상기 센서 칩과 접촉하며, 상기 제1 보호재료(41)를 커버하도록 배치되는 제2 보호재료(42)로 이루어지고, 상기 센서 칩(20)을 커버하여 보호하도록 상기 케이스 내에 배치되고, 상기 케이스(10)의 코너부와 접촉하는 보호재료(40), 및 상기 제1 보호재료(41)가 상기 제2 보호재료(42) 측으로 이동하는 것을 방지하도록 상기 케이스로부터 돌출하는 댐부(19)를 포함하는 압력 센서를 제공한다.
상기 보호재료(40)는 30 이하의 침입도 및 0.1mm 이상의 두께를 갖는 재료 또는 40 이하의 침입도 및 0.2mm 이상의 두께를 갖는 재료로 이루어지는 비교적 단단한 제1 보호재료(41), 및 비교적 소프트한 제2 보호재료(42)로 이루어지는 2층 구성을 구비한다. 이러한 구성에서, 상기 제1 보호재료(41)는 케이스(10)의 코너부(18a)와 접촉하도록 제공된다. 따라서, 상기 코너부(18a)에 크랙이 발생하는 경우라도, 상기 비교적 단단한 제1 보호재료(41)에 의해 상기 크랙을 통해 보호재료로 공기가 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 이러한 본 발명의 제3 관점에서, 상기 케이스(10)에 제공된 댐부(19) 에 의해, 비교적 소프트한 제2 보호재료(42)는 센서 칩(20)측으로 침입하여 접촉하고, 상기 센서 칩(20)을 밀봉한다. 따라서, 측정되는 압력은 종래 압력 센서에서와 같이 소프트한 제2 보호재료(42)를 통해 센서 칩(20)으로 전달될 수 있으며, 이에 따라 검출 기능은 종래 압력 센서에서와 같이 확보될 수 있다.
그러므로, 본 발명에 따르면, 상기 케이스(10)에 위치되고, 보호재료(40)에 의하여 커버되어 보호되는 압력 검출용 센서 칩(20)을 구비한 압력 센서에 있어서, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 수지 몰드 케이스(10) 부분에서 크랙이 발생하는 경우라도, 상기 보호재료(40)에서의 기포의 발생은 극력 방지될 수 있다.
전술한 내용에서 각 구성요소에 부여된 괄호 내의 참조 부호는 아래에서 제공되는 본 발명의 바람직한 실시예들에서의 구성요소들에 대응하여 나타낸 것이다.
본 발명에 따르면, 압력 센서에 있어서 보호재료와 접촉하는 케이스의 일부분에서 크랙의 발생을 극력 방지할 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 보호재료와 접촉하는 케이스의 일부분에서 크랙이 발생하더라도, 보호재료에서 기포의 생성을 현저히 억제할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 몇몇 실시예를 설명한다. 실시예 전반에 걸쳐, 동일 또는 유사한 구성요소 또는 부분은 설명의 간략화를 위해 동일 참 조 부호를 부여하였다.
(제1 실시예)
제1 실시예에 따른 압력센서는 배기가스의 압력을 검출하기 위한 센서에 적용될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 센서는 예를 들면 차량용 디젤엔진의 배기가스 정화시스템(DPF(Diesel Particulate Fiilter) 시스템)을 구성하는 구성요소 중 하나이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상대압력센서(100)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
도 1에서, 상기 압력센서(100)의 바디를 형성하는 케이스(10)는 PBT(폴리부틸렌테레프탈레이트) 및 PPS(폴리페닐렌술파이드) 등의 수지로 이루어진다.
상기 케이스(10)는 크게, 후술할 센서 칩(20)을 장착하기 위한 칩 장착부(11), 상기 칩 장착부(11)의 상면(11a) 및 하면(11b) 각각에서 그 칩 장착부(11)에 일체로 형성되는 제1 및 제2 압력 도입부(12, 13) 및 커넥터(14)로 구성된다.
다시 말해서, 상기 제1 및 제2 압력 도입부(12, 13)는 칩 장착부(11)에 의해 상기 케이스(10)의 내측에 형성된다. 상기 구성요소들(11 내지 14)은 일체로 몰딩되거나, 개별적으로 몰딩된 후, 예를 들면 접착제에 의해 일체로 이루어질 수 있다.
상기 제1 압력 도입부(12)는 칩 장착부(11)의 상면(11a)측에 제공되고, 그에 형성된 개구부(12a)를 통해 제1 압력(P1)이 상기 칩 장착부(11)의 상면(11a)측으로 도입되도록 이루어진다. 상기 제2 압력 도입부(13)는 칩 장착부(11)의 하면(11b)측 에 제공되고, 그에 형성된 개구부(13a)를 통해 제2 압력(P2)이 칩 장착부(11)의 하면(11b)측으로 도입되도록 이루어진다.
상기 커넥터(14)는 상기 압력센서(100)와 외부 유닛 사이를 전기적으로 접속한다. 터미널과 같은 컨덕터(15)는 인서트 몰딩에 의하여 상기 케이스(10)에 형성된다. 상기 컨덕터(15)는 구리 또는 42 합금 등의 도전 재료로 이루어지고, 상기 압력센서와 외부 유닛을 전기적으로 접속하도록 상기 커넥터(14)로 부분적으로 노출된다.
상기 센서 칩(20)은 케이스(10)에 수용되고, 상기 칩 장착부(11)의 상면(11a)에 위치된다. 상기 센서 칩(20)은 인가된 압력에 대응하는 레벨의 전기신호를 생성하는 검출부로서 구성된다.
상기 센서 칩(20)은 실리콘 반도체 등의 반도체 기판으로 이루어진다. 상기 센서(20)는 그의 전방면(20a)(도 1의 상면)에 형성된 다이아프램(diaphragm)(21) 또는 얇은 변형부(thin strain portion) 및 상기 다이아프램(21)을 구성하기 위하여 이방성 에칭(anisotropic) 등에 의해 그의 후방면(20b)(도 1의 하면)에 형성된 요부를 구비한다.
다시 말해서, 상기 센서 칩(20)은 그 센서 칩(20)의 후방면(20b)에 요부를 형성하고, 상기 요부에 대향하는 전방면(20a)에 형성된 변형부로서 다이아프램(21)을 갖는 반도체 다이아프램 칩이다.
상기 센서 칩(20)은 그의 전방면(20a)과 후방면(20b)을 통해 각각 압력(P1, P2)이 제공된다. 그런 다음, 상기 압력(P1, P2) 간의 압력차는 다이아프램(21)을 변형시키고, 이에 따라 상기 다이아프램(21)에 형성된, 예를 들면 레지스터로 이루어지는 브리지 회로는 상기 변형에 의거하여 신호를 출력할 수 있다.
글라스 등으로 이루어지는 시트부(22)는 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)을 통해 예를 들면, 양극접합(anode bonding)에 의해 센서 칩(20)과 일체화된다. 상기 센서 칩(20)은 상기 케이스(10)에 수용 및 고정되도록 상기 시트부(22) 및 접착부(23)를 통해 칩 장착부(11)의 상면(11a)에 접착된다.
상기 센서 칩(20)은 그 후방면(20b)이 케이스(10)를 향하도록 상기 케이스(10)에 고정된다. 상기 접착부(23)를 구성하는 접착제는 그 접착부(23)의 열 응력이 센서 특성에 거의 영향을 미치지 않는 실리콘계 접착제 또는 불소실리콘계(fluorosilicone-based) 접착제 등의 소프트한(유연한)(soft) 접착제를 포함할 수 있다.
상기 시트부(22)에는 홀(관통공)(22a)이 형성된다. 또한, 상기 칩 장착부(11)에는 상기 시트부(22)의 홀(22a)과 정렬되는 압력 도입공(16)이 형성된다. 상기 압력 도입공(16)은 상기 칩 장착부(11)를 통해 상면(11a)으로부터 하면(11b)으로 관통하는 관통공이다.
구체적으로, 상기 압력 도입공(16)은 상기 칩 장착부(11)의 상면(11a)에서 상기 센서 칩(20)에 의하여 폐색되고, 이에 따라 상기 센서 칩(20)은 상기 상면(11a)측과 상기 하면(11b)측에 각각 공간을 형성한다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 인서트 몰딩에 의하여 상기 케이스(10)에 형성된 컨덕터(15)의 단부는 상기 칩 장착부(11)의 상면(11a)으로 노출된다.
상기 케이스(10)에서, 상기 센서 칩(20)은 금, 알루미늄 등으로 이루어진 본딩 와이어(30)를 통해 상기 컨덕터(15)의 노출부와 전기적으로 접속된다. 그러므로, 상기 센서 칩(20)은 상기 본딩 와이어(30)와 상기 컨덕터(15)를 통해 외부 유닛과 전기적으로 접속되고, 따라서 예를 들면 신호 출력이 전달될 수 있다.
상기 압력 도입공(16)은 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)으로 압력을 도입하기 위하여 제공된다. 상기 칩 장착부(11)의 하면(11b)은 상기 케이스(10)의 일면으로서 제공된다. 따라서, 상기 압력 도입공(16)은 케이스(10)의 일면에 제공되는 것으로 간주될 수 있다.
상기 케이스(10)는 상기 압력 도입공(16)의 주연을 따라 그 압력 도입공(16)을 둘러싸도록 상기 칩 장착부(11)의 하면(11b) 또는 상기 케이스(10)의 일면으로부터 돌출하는 원통벽(17)이 제공된다. 상기 원통벽(17)은 상기 칩 장착부(11)와 일체로 몰딩된다.
본 실시예에 있어서, 상기 원통벽(11)과 상기 칩 장착부(11)의 하면(11b)에 의하여 형성된 내부 공간은 보호재료 주입챔버(18)를 구성한다. 상기 압력 도입공(16), 상기 보호재료 주입챔버(18) 및 상기 시트부(22)의 홀(22a)에는 보호재료(40)가 채워진다. 이들 구멍(홀)들 중, 상기 보호재료 주입챔버(18) 및 상기 시트부(22)의 홀(22a)은 요부를 구성한다.
상기 센서 칩(20)은 상기 보호재료(40)에 의해 보호된다. 본 실시예는 상대압력센서로서, 센서 칩(20)의 후방면이 밀봉된 압력 센서(100)를 제공한다. 구체적으로, 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)은 보호재료(40)에 의해 밀봉된다. 보다 구 체적으로, 상기 보호재료에 의하여 밀봉된 후방면(20b)은 그 보호재료(40)에 의하여 보호된다.
그러므로, 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)을 밀봉하는 보호재료(40)는 상기 압력 도입공(16)으로 이물질이 침입하는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)으로 오염물질이 부착됨에 따라 발생할 수 있는 센서 칩의 특성 변화의 문제를 방지할 수 있다. 또한, 동결수(frozen dew drop)에 의하여 발생할 수 있는 압력 도입공(16)의 폐색 및 동결수로 인한 체적 팽창에 의하여 발생할 수 있는 센서 칩(20)의 파손 등의 다른 문제들도 방지될 수 있다.
상기 보호재료(40)에 이용되는 재료로서는 불소겔, 실리콘겔 및 불소실리콘 겔을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 배기가스를 측정하는 경우, 질소산화물 또는 유황산화물이 녹아있는 배기 가스의 응축수는 강한 산성을 갖기 때문에, 상기 보호재료로서 양호한 내산성을 갖는 불소겔이 이용되는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 압력 센서(100)의 구성은 상기 보호재료(40)와 접촉하는 케이스(10)의 코너부(18a, 18b)가 각각 라운드진(rounded) 형태를 갖는 점에 특징이 있다. 구체적으로, 도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 보호재료 주입챔버(18)의 내면에서의 코너부(18a, 18b)는 각각 라운드진 형태로 형성된다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 코너부(18a)는 상기 원통벽(17)과 상기 칩 장착부(11)의 하면(11b) 사이에 라운드지게 제공되고, 상기 코너부(18b)는 상기 칩 장착부(11)의 하면에서(11b)에서 상기 압력 도입공(16)의 입구부에 라운드지게 제공된다. 이들 라운드진 코너부(18a, 18b)는 상기 케이스(10)의 수지 몰딩용 금형의 형태를 변경함으로써 용이하게 형성될 수 있다.
본 발명자는 상기 코너부(18a, 18b)의 곡률 반경(R)과 기포의 발생 간의 관계를 조사하였다. 구체적으로, 이러한 조사는 온도 사이클과 압력 사이클이 동시에 인가되는 온도 및 압력 사이클 테스트를 이용하는 시험을 포함하였다. 시험 결과를 나타내는 다음의 테이블 1에서, 마크 "X"는 기포가 발생하는 것을 나타내고, 마크 "O"는 기포가 발생하지 않은 것을 나타낸다.
테이블 1
R(mm) 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
기포 X X O O O O
O: 기포가 발생하지 않음
X: 기포가 발생함
테이블 1로부터 알 수 있듯이, 상기 코너부(18a, 18b)에서의 곡률 반경(R)이 0.3mm 또는 0.4mm인 경우, 기포가 발생하였고, 상기 곡률 반경(R)이 0.5mm 이상인 경우에는 기포가 발생하지 않았다. 상기 기포가 발생하는 경우라도, 그 발생량은 종래의 압력 센서에 비하여 현저히 작았다. 따라서, 상기 코너부(18a, 18b)를 라운드진 형태로 하는 것만으로도 기포의 발생은 억제되는 효과가 구현되는 것으로 간주할 수 있다. 한편, 0.5mm 이상의 곡률 반경을 갖는 라운드진 코너부는 기포의 발생을 확실하게 방지할 수 있다. 따라서, 상기 코너부(18a, 18b)에 대한 곡률 반경(R)을 0.5mm 이상으로 함으로써, 기포의 발생을 용이하게 방지할 수 있다. 이러 한 기포 발생에 대한 조사는 상기 코너부(18a, 18b)의 곡률 반경(R)이 0.8mm 까지인 경우를 포함하여 이루어졌다. 이는 상기 코너부(18a, 18b)의 곡률 반경(R)이 커질수록 칩 장착부(11)와 원통벽(17)이 대형화되기 때문이다. 이들 구성요소들의 사이즈의 증가를 방지하기 위하여, 상기 곡률 반경(R)은 0.8mm 이하로 되는 것이 바람직하다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 상기 압력 센서(100)는 제1 압력 도입부(12)로 도입되는 제1 압력(P1)(예를 들면, 대기압)이 센서 칩(20)의 전방면(20a)으로 인가되고, 상기 보호재료(40)를 통해 상기 압력 도입공(16)으로부터 제2 압력 도입부(13)로 도입되는 제2 압력(P2)(예를 들면, 배기가스 압력)이 센서 칩(20)의 후방면(20b)으로 인가되도록 구성된다.
상기 센서 칩(20)에서의 다이아프램(21)은 전방면(20a)측으로부터의 압력과 후방면(20b)측으로부터의 압력 간의 압력차에 의해 변형되고, 이에 따라 이러한 변형의 레벨에 대응하는 전기 신호가 상기 센서 칩(20)으로부터 출력된다. 상기 전기 신호는 본딩 와이어(20)와 컨덕터(15)를 통해 외부 유닛으로 출력된다.
이하, 상기 압력 센서(100)의 제조 방법을 설명한다. 먼저, 상기 컨덕터(15)는 인서트 몰딩에 의하여 형성된다. 그런 다음, 상기 칩 장착부(11), 상기 압력 도입부(12, 13) 및 커넥터(14)가 일체화된 케이스(10)가 제공된다. 상기 케이스(10)는 몰딩에 의하여 용이하게 형성될 수 있다.
그런 다음, 전방면(20a)과 후방면(20b)으로 압력이 인가되는 센서 칩(20)이 제공된다. 상기 센서 칩(20) 및 시트부(22)는 양극 접착 등에 의해 접착된다.
상기 시트부(22)와 일체화된 센서 칩(20)은 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)이 압력 도입공(16)을 향하도록 상기 케이스(10)의 칩 장착부(11)의 상면(11a)에 고정되게 부착된다. 이어서, 상기 센서 칩(20)와 컨덕터(15)는 그들 사이가 전기적으로 접속되도록 와이어 본딩된다.
그런 다음, 상기 케이스(10)의 보호재료 주입챔버(18)에 보호재료(40)가 채워진다. 구체적으로, 상기 보호재료(40)는 보호재료 주입챔버(18)를 통해 시트부(22)의 홀(22a)과 압력 도입공(16)으로 주입되어 충전되고, 이후 기포 발생을 방지하기 위한 진공 기포제거 및 가열 경화가 이어진다. 따라서, 도 1에 나타낸 바와 같은 상태가 이루어진다.
이러한 방식으로, 상기 보호재료(40)의 충전이 완료되면, 도 1에 나타낸 본 실시예의 압력 센서(100)가 완성된다.
본 실시예는 수지 몰드 케이스(10), 상기 케이스(10) 내에 제공되는 압력을 검출하기 위한 센서 칩(20), 및 상기 케이스(10)에서 상기 센서 칩(20)을 커버하고 보호하기 위한 보호재료를 포함하는 압력 센서(100)를 제공한다. 상기 케이스(10)의 보호재료(40)와 접촉하는 코너부(18a, 18b)는 각각 라운드진 형태로 형성된다.
특히, 본 실시예에 따른 압력 센서(100)는 다음의 항목 1) 내지 4)로 제공되는 구성을 구비한다.
1) 압력이 인가되는 전방면(20a) 및 후방면(20b)을 구비하고, 압력을 검출하기 위한 센서 칩(20)은 케이스(10)에 고정되게 위치되고, 상기 후방면(20b)은 케이스(10)의 칩 장착부(11)를 향한다.
2) 칩 장착부(11)의 하면(11b) 또는 상기 케이스(10)의 일면에 센서 칩(20)의 후방면(20b)으로 압력을 도입하기 위한 압력 도입공(16)이 형성된다.
3) 상기 압력 도입공(16)의 주연을 따라 그 압력 도입공(16)을 둘러싸도록 상기 칩 장착부(11)의 하면(11b)으로부터 돌출하는 원통벽(17)이 제공된다.
4) 상기 원통벽(17)과 상기 하면(11b)에 의하여 형성된 내부 공간은 보호재료 주입챔버(18)로서 제공되고, 상기 보호재료 주입챔버(18)는 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)을 밀봉하기 위하여 압력 도입공(16)과 홀(22a)과 함께 보호재료(40)로 채워진다.
상기한 항목 1) 내지 4)에 의해 제공되는 구성은 센서 칩(20)의 후방면이 밀봉되는 상대압력센서(100)를 구성한다.
본 실시예에 따른 상대압력센서(100)는 그 내부에 보호재료 주입챔버(18)가 제공되고, 상기 보호재료 주입챔버(18)는 그의 내면에 제공되고, 보호재료(40)와 접촉하는 코너부(18a, 18b)를 구비하며, 상기 코너부(18a, 18b)는 각각 0.5mm 이상의 곡률 반경(R)을 갖는 라운드진 형태로 형성된다.
본 실시예에 따르면, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 수지 모들 케이스(10)의 일부분, 즉 상기 보호재료 주입챔버(18)의 코너부(18a, 18b)는 각각 라운드지게 형성되어 그 보호재료 주입챔버(18)에서 크랙을 발생시킬 수 있는 각진 코너부는 실질적으로 제거된다.
그러므로, 상기 보호재료(40)에 의하여 커버되고 보호되며, 상기 케이스(10)에 위치되어 압력을 검출하기 위한 센서 칩(20)을 구비하는 압력센서(100)에서, 또 는 특히 후방면이 밀봉되는 센서 칩(20)을 구비하는 상대압력센서(100)에서, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 수지 몰드 케이스(10) 부분에서의 크랙 발생은 극력 방지될 수 있다.
본 실시예에 따른 압력센서(100)는 내면에 제공되고, 보호재료(40)와 접촉하는 복수의 코너부(18a, 18b)를 갖는 보호재료 주입챔버(18)가 제공되며, 상기 코너부(18a, 18b) 모두는 라운드지게 형성된다.
상기 복수의 코너부(18a, 18b) 중, 크랙이 보다 쉽게 발생할 수 있는 하나의 코너부만이 라운드지게 형성될 수 있다. 그러나, 각진 코너부가 완전하게 제거될 수 있도록 복수의 코너부(18a, 18b) 모두가 라운드지게 형성되는 것이 바람직하다.
(변형예)
전술한 바와 같이, 보호재료(40)와 접촉하는 복수의 코너부(18a, 18b) 중, 하나의 코너부만이 라운드지게 형성될 수 있다. 이러한 구성도 크랙 발생을 방지하는 작용효과를 구현할 수 있다.
도 2는 제1 실시예의 변형예로서의 상대압력센서(110)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
상기 변형예에 따른 압력센서(100)는 수지 몰드 케이스(10), 상기 케이스(10) 내에 제공되는 압력을 검출하기 위한 센서 칩(20) 및 상기 케이스(10) 내에 제공되는 센서 칩(20)을 커버하고 보호하기 위한 보호재료(40)를 포함한다. 상기 보호재료 주입챔버(18)의 내면에 위치하고, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 케이스(10)의 코너부(18a)는 라운드진 형태로 형성된다.
도 2에 나타낸 바와 같이, 본 변형예도 상대압력센서(110)를 구성하도록 전술한 항목 1) 내지 4)에 의해 제공되는 구성을 구비한다.
본 변형예에서, 상기 라운드진 형태는 코너부(18a, 18b) 모두에 주어지는 것이 아니라, 원통벽(17)과 칩 장착부(11)의 하면(11b) 사이의 코너부(18a)에만 주어진다.
본 발명자가 실행한 조사에 따르면, 상기 보호재료 주입챔버(18)의 코너부(18a, 18b) 중, 상기 원통벽(17)과 칩 장착부(11)의 하면(11b) 또는 챔버(18)를 구성하는 케이스(1)의 일면 사이의 코너부(18a)에서 특히 크랙이 쉽게 발생하는 것을 발견하였다.
그러므로, 본 변형예의 압력센서(100)에 있어서 0.5mm 이상의 곡률 반경(R)을 갖는 라운드진 형태의 코너부(18a)는 보호재료(40)와 접촉하는 케이스(10) 부분에서 크랙 발생을 극력 방지할 수 있다.
(제2 실시예)
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상대압력센서(200)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 실시예에 따른 압력센서(200)도 수지 몰드 케이스(10), 상기 케이스(10) 내로 제공되는 압력을 검출하기 위한 센서 칩(20) 및 상기 케이스(10) 내에서 상기 센서 칩(20)을 커버하고 보호하기 위한 보호재료(40)를 포함한다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예도 상대압력센서(200)를 구성하기 위하여 상기한 항목 1) 내지 4)에 의해 제공되는 구성을 구비한다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 본 실시예에 따른 압력센서(200)에서, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 케이스(10)의 부분들, 즉 상기 보호재료 주입챔버(18)의 내면에 위치하고, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 코너부(18a, 18b)에 둔각(obtuse angle)이 제공된다.
도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 코너부(18a, 18b)의 둔각은 칩 장착부(11)의 하면(11b)의 일부분, 즉 상기 보호재료 주입챔버(18) 내측에 위치되는 일부분을 테이퍼(taper)지게 함으로써 이루어진다. 구체적으로, 주발(bowl) 형태를 형성하는 테이퍼 면이 하부 코너부(18a)로부터 상부 코너부(압력 도입공(16)에 가까운 코너부)(18b)로 연장하여 제공된다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 상기 코너부(18a, 18b)는 135도 이상의 각도(즉, 칩 장착부(11)의 하면(11b)과의 사이에서 이루어지는 각도, 또는 하면(11b)에 평행한 면과 테이퍼 면 사이의 각도는 45도 이상)를 갖도록 이루어진다.
상기 보호재료(40)와 접촉하고, 각각 둔각을 갖는 수지 몰드 케이스(10)의 코너부(18a, 18b)는 크랙이 발생하기 쉬운 그 코너부(18a, 18b)에서 응력 집중을 완화할 수 있다.
그러므로, 상기 보호재료(40)에 의하여 커버되고 보호되며, 상기 케이스(10)에 위치되어 압력을 검출하기 위한 센서 칩(20)을 구비하는 압력센서(100)에서, 또는 특히 후방면이 밀봉되는 센서 칩(20)을 구비하는 상대압력센서(100)에서, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 수지 몰드 케이스(10)의 부분에서의 크랙 발생은 극력 방지될 수 있다.
본 실시예는 상기 칩 장착부(11)의 하면(11b)과 테이퍼 면 사이에서 이루어지는 각도가 45도 이상이 되도록 구성된다. 상기 코너부(18a, 18b)의 둔각은 전술한 바와 같이 응력 집중을 완화하기 위하여 구성되고, 그러므로 크랙의 발생을 극력 방지할 수 있다. 이러한 작용효과는 각도에 의존한다.
다음의 테이블 2는 코너부(18a)의 각도와 기포의 발생 간의 관계를 본 발명자에 의해 조사한 결과를 나타낸 것이다. 구체적으로, 이러한 조사는 온도 사이클과 압력 사이클이 동시에 인가되는 온도 및 압력 사이클 테스트를 이용하는 시험을 포함하였다. 시험 결과를 나타내는 아래의 테이블 2에서, 마크 "X"는 기포가 발생하는 것을 나타내고, 마크 "O"는 기포가 발생하지 않은 것을 나타낸다.
각도(°) 90 100 110 135 160
기포 X X X O O
O: 기포가 발생하지 않음
X: 기포가 발생함
테이블 2로부터 알 수 있듯이, 상기 코너부(18A)의 각도가 135도미만인 경우, 기포가 발생하였고, 상기 코너부(18a)의 각도가 135도 이상인 경우, 기포가 발생하지 않았다. 기포가 발생하는 경우라도, 그 발생량은 종래의 압력센서에 비하여 현저히 작았으며, 이에 따라 기포의 발생을 억제하는 작용효과는 구현되었다. 한편, 상기 코너부(18a)의 각도가 135도 이상일 경우, 기포의 발생은 보다 쉽게 방지되었다. 따라서, 각 코너부(18a, 18b)의 각도를 135도 이상으로 함으로써, 기포의 발생을 보다 효과적으로 억제할 수 있다. 그러나, 상기 코너부(18a, 18b)의 각도를 과도하게 크게 하는 것은 원통벽(17)의 사이즈가 커지는 것을 수반할 수 있다. 따 라서, 상기 각도는 테이블 2에 나타낸 바와 같이 160도이하로 이루어지는 것이 바람직하다.
본 실시예에 따른 압력센서(200)는 보호재료(40)와 접촉하는 보호재료 주입챔버(18)의 내면에 복수의 코너부(18a, 18b)가 제공되는 것이 효과적이고, 상기 코너부 모두는 둔각을 갖는다.
상기 복수의 코너부(18a, 18b) 중, 크랙이 쉽게 발생할 수 있는 코너부만이 둔각으로 이루어질 수 있다. 그러나, 상기 복수의 코너부(18a, 18b) 모두가 둔각으로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 코너부(18a, 18b) 중 하나만이 둔각으로 이루어지도록 하더라도, 크랙의 발생을 방지하는 작용효과는 구현될 수 있다.
구체적으로, 상기 보호재료 주입챔버(18)의 내면에 제공되는 코너부(18a, 18b) 중, 원통벽(17)과 칩 장착부(11)의 하면(11b) 또는 보호재료 주입챔버(18)를 구성하는 케이스(10)의 일면 사이의 코너부(18a)에만 둔각이 주어질 수 있다.
(제3 실시예)
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 상대압력센서(300)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
전술한 실시예들은 응력 집중을 회피하기 위한 코너부의 구성을 착안한 것이다. 본 실시예는 케이스의 코너부에 크랙이 발생한 경우에 그 크랙을 통해 공기가 침입하는 것을 방지하는 구성을 착안한 것이다.
본 실시예의 압력센서(300)는 케이스(10) 내의 보호재료(40)와 보호재료 주 입챔버(18)에 몇몇 변경이 이루어진 점에서 제1 실시예의 압력센서와 다르다. 다른 구성요소들은 제1 실시예의 구성요소들과 동일하다.
도 4에 나타낸 예시에서, 예를 들면 보호재료(40)와 접촉하는 보호재료 주입챔버(18)의 코너부(18a)는 각진 형태이며, 라운드지지 않는다.
본 실시예에서, 전술한 실시예들과 같이, 칩 장착부(11)의 하면(20b) 또는 케이스(10)의 일면에 센서 칩(20)의 후방면(20b)으로 압력을 도입하기 위한 압력 도입공(16)이 형성된다. 또한, 상기 압력 도입공(16)의 주연을 따라 그 압력 도입공(16)을 둘러싸도록 하면(11b)으로부터 원통벽(17)이 돌출된다.
또한, 전술한 실시예와 같이, 상기 원통벽(17)과 상기 칩 장착부(11)의 하면(11b)에 의하여 형성되는 내부 공간은 보호재료 주입챔버(18)를 구성하고, 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)을 밀봉하도록 상기 압력 도입공(16), 상기 보호재료 주입챔버(18) 및 시트부(22)의 홀(22a)에 보호재료(40)가 채워져, 상대압력센서(300)가 구성된다.
본 실시예는 보호재료(40)가 2층 구성을 구비하는 점에 특징이 있다. 상기 2층 구성의 보호재료(40)는 케이스(10)의 코너부(18)와 접촉하는 위치에 제공되는 제1 보호재료(41) 및 상기 제1 보호 재료(41)보다 소프트(soft)하고, 상기 제1 보호재료(41)를 커버하는 제2 보호재료(42)로 이루어진다.
상기 케이스(10)에는 상기 제1 보호재료(41)와 제2 보호재료(42)를 분리하기 위한 댐부(dam portion)(19)가 제공되고, 이에 따라 상기 제2 보호재료(42)는 센서 칩(20)측 압력 도입공(16)으로 침입하여 상기 센서 칩(20)과 밀봉 형태로 접촉한 다.
이하 본 실시예의 이러한 특징적 구성을 보다 상세히 설명한다. 상기 상대압력센서(300)의 보호재료(40)의 2층 구성에서, 상기 제1 보호재료(41)는 보호재료 주입챔버(18)의 내면에서 코너부(18a)와 접촉하는 위치에 위치되고, 상기 제1 보호재료(41)보다 소프트한 제2 보호재료(42)는 제1 보호재료(41)를 커버하고, 상기 압력 도입공(16)을 채운다.
상기 댐부(19)는 압력 도입공(16)과 제1 보호재료(41) 간의 구획부로서 압력 도입공(16)의 개구부 가장자리의 보호재료 주입챔버(18)에 제공되고, 상기 제2 보호재료(42)는 상기 압력 도입공(16)을 통해 센서 칩(20)의 후방면(20b)과 접촉한다. 본 실시예에서, 상기 댐부(19)는 칩 장착부(11)와 일체화되고, 상기 압력 도입공(16)의 개구부 가장자리로부터 돌출된다.
상기 제1 및 제2 보호재료(41, 42)의 재료는 전술한 관계를 만족하는 한 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 제1 보호재료(41)에 관해서, 그 재료의 두께가 0.1mm 이상인 경우, 침입도(penetraion number)가 30 이하인 재료로 이루어질 수 있고, 그 재료의 두께가 0.2mm 이상인 경우, 침입도가 40 이하인 재료로 이루어질 수 있다. 이는 제1 보호재료(41)의 두께/경도와 기포의 발생 간의 관계를 조사한 결과에 근거한 것이다. 도 5는 온도 사이클과 압력 사이클을 동시에 인가함으로써 실행된 온도 및 압력 사이클 테스트로부터 얻어진 결과를 나타낸 그래프이다. 상기 그래프에서, 마크 "X"는 기포가 발생하였음을 나타낸 것이고, 마크 "O"는 기포가 발생하지 않았음을 나타낸 것이다.
상기 그래프로부터 알 수 있듯이, 30 이하의 침입도를 갖는 제1 보호재료(41)의 두께가 0.1mm 이상인 경우 및 40 이하의 침입도를 갖는 제1 보호재료의 두께가 0.2mm 이상인 경우, 기포는 발생하지 않았다. 그러나, 침입도가 이들 값을 초과하거나, 그의 두께가 이들 값보다 작을 경우, 기포는 약간 발생하였지만, 그 발생량은 종래 압력센서에 비하여 감소하였다. 따라서, 상기 제1 보호재료(41)는 전술한 관계를 만족하도록 적용되고, 이에 따라 기포의 발생은 보다 억제될 수 있다.
비교적 단단한 상기 제1 보호재료(41)의 재료는 불소고무나 실리콘고무 등의 고무 재료를 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다. 비교적 소프트한 상기 제2 보호재료(42)의 재료는 불소겔이나 실리콘겔 등의 겔을 포함하며, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서도, 배기 가스의 압력을 측정할 경우, 질소산화물 또는 유황산화물이 녹아있는 배기 가스의 응축수는 강한 산성을 갖기 때문에, 상기 보호재료(40)로서, 양호한 내산성을 갖는 불소계 고무재료나 겔을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 제1 및 제2 보호재료(41, 42)는 모두 겔로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 보호재료(41, 42)의 경도는 예를 들면 JIS(일본공업규격)에서 표준으로 하고 있는 침입도에 근거하여 결정될 수 있다.
상기 겔을 달리함으로써 상기 제1 및 제2 보호재료(41, 42) 간의 경도(hardness)를 달리할 수 있다. 실리카(sillca) 등의 필라(filler)와 혼합된 겔이 이용될 수 있다. 이 경우, 상기 제1 및 제2 보호재료(41, 42) 간의 필러의 비율을 달리함으로써, 상기 제1 및 제2 보호재료(41, 42) 간의 경도는 달라질 수 있다.
전술한 실시예들에서와 같이, 상기 제1 및 제2 보호재료(41, 42)로 이루어지는 2층 구성을 갖는 본 실시예의 압력센서(300)는 시트부(22)와 일체화되는 센서 칩(20)을 케이스(10)의 칩 장착부(11)의 상면(11a)에 고정되게 부착하고, 이어서 와이어 본딩한 다음, 상기 제1 및 제2 보호재료(41, 42)를 상기 보호재료 주입챔버(18)로 주입하고, 이후 경화시킴으로써 제조될 수 있다.
상기 보호재료(40)의 주입에서, 상기 댐부(19)가 구비됨으로써 먼저 주입된 제1 보호재료(41)가 센서 칩(20)의 하면(20b)측 압력 도입공(16)으로 침입하는 것을 방지할 수 있다.
본 실시예의 압력센서(300)에서 압력을 검출하기 위한 동작은 전술한 실시예들에서와 동일한 방식으로 실행된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예는 수지 몰드 케이스(10), 압력을 검출하기 위하여 케이스(10) 내에 제공되는 센서 칩(20) 및 상기 케이스(10) 내에서 센서 칩(20)을 커버하고 보호하기 위한 보호재료(40)를 포함하는 압력센서(300)를 제공할 수 있다. 상기 압력센서(300)에서, 상기 보호재료(40)는 케이스(10)의 코너부(18a)와 접촉하는 위치에 제공되는 제1 보호재료(41)와 상기 제1 보호재료(41)보다 소프트하고, 상기 제1 보호재료(41)를 커버하는 제2 보호재료(42)로 이루어지는 2층 구성을 효과적으로 구비한다. 또한, 상기 제1 보호재료(41)와 제2 보호재료(42)를 분리하기 위하여 제공되는 댐부(19)는 상기 제2 보호재료(42)가 센서 칩(20)측 압력 도입공(16)으로 침입하여 밀봉 형태로 상기 센서 칩(20)과 접촉하도록 한다.
또한, 본 실시예는 상기한 항목 1) 내지 4)에 의하여 제공되는 구성을 구비하는 압력센서(300) 또는 상대압력센서(300)를 제공할 수 있다. 상기 상대압력센서(300)에서, 상기 보호재료(40)는 보호재료 주입챔버(18)의 내면에서 코너부(18a)와 접촉하는 위치에 위치되는 제1 보호재료(41) 및 상기 제1 보호재료(41)보다 소프트하고, 상기 제1 보호재료(41)를 커버하며, 상기 압력 도입공(16)에 위치되는 제2 보호재료(42)로 이루어지는 2층 구성을 구비한다. 상기 보호재료 주입챔버(18)에서, 상기 댐부(19)는 상기 압력 도입공(16)과 제1 보호재료(41) 사이의 구획부로서 제공되도록 상기 압력 도입공(16)의 개구부 가장자리에 제공된다. 상기 제2 보호재료(42)는 상기 압력 도입공(16)을 통해 센서 칩(20)의 후방면(20b)과 접촉한다.
본 실시예에 따르면, 상기 보호재료(40)는 비교적 단단한 제1 보호재료(41)와 비교적 소프트한 제2 보호재료(42)로 이루어지는 2층 구성을 구비한다. 이러한 2층 구성에서, 상기 제1 보호재료(41)는 케이스(10)의 코너부(18a), 즉 상기 보호재료 주입챔버(18)의 내면에 제공되는 코너부(18a)와 접촉하는 위치에 위치된다.
본 실시예에 따른 압력센서(300)는 크랙이 발생하기 쉬운 코너부를 갖는 종래 압력센서와 같이 각진 코너부(18a)를 구비한다. 그러나, 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 코너부(18a)에서 크랙이 발생한 경우라도, 비교적 단단한 제1 보호재료(41)는 그 크랙을 통해 기포가 침입하는 것을 억제할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 상기 압력 도입공(16)과 상기 제1 보호재료(41) 사이에 구획부로서 제공되기 위한 댐부(19)가 상기 보호재료 주입챔버(18)에서 상기 압력 도입공(16)의 개구부 가장자리에 제공됨으로써, 상기 센서 칩(20)의 후방면(20b)과 접촉하기 위한 비교적 소프트한 제2 보호재료(42)가 상기 압력 도입공(16)으로 침입하도록 할 수 있다. 따라서, 측정되는 압력은 종래 압력 센서에서의 보호재료와 같이 소프트한 제2 보호재료(42)를 통해 센서 칩(20)의 후방면(20b)으로 전달될 수 있다. 그러므로, 상기 센서의 검출 기능은 종래 압력 센서에서와 같이 확보될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 상기 보호재료(40)에 의해 커버되고 보호되는 센서 칩이 케이스(10)에 위치되어 압력 검출을 위한 센서 칩(20)을 구비한 압력센서에 있어서, 특히 후방면이 밀봉되는 센서 칩(20)을 구비하는 상대압력센서(300)에 있어서, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 수지 몰드 케이스(10) 부분들에 크랙이 발생하는 경우에서도, 상기 크랙을 통해 보호재료(40)로 기포가 침입하는 것을 극력 방지할 수 있다.
(제1 변형예)
도 6은 제3 실시예의 변형예로서의 상대압력센서(310)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
본 변형예는 제1 실시예와 제3 실시예가 조합된 실시예이다. 특히, 상기 압력 센서(310)는 전술한 바와 같이 2층 구성 및 댐부(19)를 구성하는 보호재료(41, 42)를 포함한다. 또한, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 보호재료 주입챔버(18)의 코 너부 중에서, 원통벽(17)과 칩 장착부(11)의 하면(11b) 또는 케이스(10)의 일면 사이의 코너부(18a)는 라운드진 형태로 형성되며, 상기 코너부(18a)의 곡률 반경은 0.5mm 이상이다.
상기 코너부(18a)는 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 코너부와 동일하게 형성된다.
본 변형예의 압력 센서(310)에 따르면, 크랙이 쉽게 발생할 수 있는 코너부인 각진 코너부를 실질적으로 제거할 수 있다. 그러므로, 제3 실시예의 작용효과에 더하여, 보호재료(40)와 접촉하는 케이스(10)의 부분에서 크랙 발생을 더 방지할 수 있다. 상기 코너부가 복수로 제공될 경우, 모든 코너부들은 전술한 바와 같이 라운드진 형태를 갖는 것이 바람직하다.
(제2 변형예)
도 7은 제3 실시예의 다른 변형예로서의 상대압력센서(320)를 개략적으로 나타낸 단면도이다.
전술한 제3 실시예 및 그의 제1 변형예에서, 댐부(19)는 케이스(10)의 칩 장착부(11)와 일체로 형성되거나, 케이스(10)를 구성하는 수지로 이루어진다.
본 변형예의 압력센서(320)에서, 상기 댐부(19)는 수지 몰드 케이스(10)와 별개로 제공된다. 즉, 댐부(19)는 독립 부재(50)로 이루어지고, 상기 케이스(10)에 조립된다. 여기에서, 상기 독립 부재(50)는 칩 장착부(11)에 형성된 압력 도입공(16)으로 삽입되는 파이프(50)이다.
본 변형예의 파이프(50)는 칩 장착부(11)의 상면(11a)에 위치되는 우산형태 부 및 상기 우산형태부로부터 연장하고, 상기 칩 장착부(11)의 하면(11b)으로부터 돌출하는 원통부를 구비한다. 상기 하면(11b)으로부터 돌출되는 원통부 부분은 댐부(19)로서 제공된다.
상기 파이프(50)는 예를 들면 스테인레스스틸 또는 42 합금 및 세라믹 등의 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 케이스(10)에 파이프(50)를 조립함에 있어서는 인서트 몰딩이 이용될 수 있다. 또한, 상기 파이프(50)는 케이스(10)에 후방으로부터 가압 끼워맞춤 또는 접착될 수 있다.
상기 파이프(50)에 이용되는 재료는 상기 시트부(22)를 구성하는 글라스 또는 상기 센서 칩(20)을 구성하는 실리콘의 선팽창계수와 동일한 선팽창계수를 갖는 것이 바람직하다. 이는 상기 파이프(50)와 상기 시트부(22) 및 센서 칩(20) 간의 선팽창계수의 차이로 인해 발생할 수 있는 특성 변화를 억제할 수 있다. 또한, 상기 파이프(50)는 뛰어난 내식성을 갖는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 그러므로, 상기 압력센서(320)는 부식하기 쉬운 배기 가스의 환경하에서도 적합하게 이용될 수 있다.
(다른 실시예들)
전술한 실시예들에서, 보호재료 주입챔버(18)는 압력 도입공(16)의 직경보다 큰 직경을 갖는 원통벽(17)에 의하여 구성된다. 그러므로, 이러한 구성은 원통벽(17)과 칩 장착부(11)의 하면(11b) 사이에 코너부(18b)가 반드시 제공되게 된다.
상기 보호재료 주입챔버(18)의 형태는 도 1에 나타낸 주입챔버로 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 상기 보호재료 주입챔버(18)는 라운드진 코너부를 제공하 도록 S자 단면을 구비할 수 있다.
또한, 상기 원통벽(17)의 직경은 압력 도입공(16)의 직경과 동일하게 이루어질 수 있다. 특히, 상기 원통벽(17)의 내면과 상기 압력 도입공(16)의 내면은 동일 평면상에 위치될 수 있고, 이에 따라 상기 보호재료 주입챔버(18)의 내부 구멍과 상기 압력 도입공(16) 사이에 단차진 부분이 형성되지 않고, 연속하는 직선형태의 단일 구멍이 제공될 수 있다.
이 경우, 상기 보호재료 주입챔버(18) 또는 케이스(10)는 보호재료(4))와 접촉하는 위치에 각진 코너부를 갖지 않기 때문에, 상기 보호재료(40)와 접촉하는 케이스(10) 부분에서 발생할 수 있는 크랙 발생을 극력 방지할 수 있다.
상기한 각 실시예의 케이스(10)는 본 발명에 적용될 수 있는 단순한 예시이고, 이에 따라 각 도면에 나타낸 케이스로 한정되는 것은 아니다.
상기 상대압력센서에서의 센서 칩(20)은, 그 센서 칩(20)이 전방면(20a)과 후방면(20b)으로 가해지는 압력 간의 압력차에 의거하여 압력 검출을 실행할 수 있으면 전술한 반도체 다이아프램 이외의 것으로 이루어질 수 있다.
전술한 실시예들에 따른 상대압력센서 각각에서, 밀봉은 센서 칩(20)의 후방면(20b)에 적용한 것이다. 이에 대하여, 상기 센서 칩(20)의 전방면(20a)이 보호재료로 커버되고 보호되는 경우에도, 라운드진 코너부 또는 2층 구성의 보호재료를 구비한 전술의 구성이 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 상대압력형 압력 센서에 한정되지 않을 뿐만 아니라, 절대압력형 압력 센서에도 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 상대압력센서를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 2는 제1 실시예의 변형예로서의 상대압력센서를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 상대압력센서를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 상대압력센서를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 5는 제1 보호재료의 두께 및 경도와 기포의 발생 간의 관계를 조사한 결과를 나타내는 그래프.
도 6은 제3 실시예의 변형예로서의 상대압력센서를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 7은 제3 실시예의 다른 변형예의 상대압력센서를 개략적으로 나타낸 단면도.
도 8은 일반적인 종래 압력센서의 단면도.
*도면부호에 대한 간단한 설명*
10: 케이스 11: 칩 장착부
16: 압력 도입공 17: 원통벽
18: 보호재료 주입챔버 18a, 18b: 코너부
20: 센서 칩 20a: 전방면
20b: 후방면 40: 보호재료
41: 제1 보호재료 42: 제2 보호재료
50: 파이프

Claims (20)

  1. 수지로 이루어지는 케이스;
    인가되는 압력을 검출하기 위하여 상기 케이스에 장착되는 센서 칩; 및
    상기 센서 칩을 커버하여 보호하도록 상기 케이스에 배치되는 보호재료
    를 포함하며,
    상기 케이스는 상기 보호재료와 접촉하는 코너부를 구비하고,
    상기 코너부는 상기 케이스에서 크랙의 발생을 억제하기 위한 형태로 형성되는
    압력 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 코너부는 0.5mm 이상의 곡률 반경을 갖고 라운드지게 이루어지는
    압력 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 코너부는 복수의 코너부로 구성되고,
    상기 복수의 코너부 각각은 0.5mm 이상의 곡률 반경을 갖고 라운드지게 이루 어지는
    압력 센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 코너부는 복수의 코너부로 구성되고,
    상기 복수의 코너부 중 적어도 하나는 0.5mm 이상의 곡률 반경을 갖고 라운드지게 이루어지는
    압력 센서.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 센서 칩이 장착되는 장착부를 구비하고,
    상기 센서 칩은 압력이 인가되는 제1 검출면과 제2 검출면을 구비하고,
    상기 장착부는 양단부 중 일단부가 상기 장착부로부터 개구되고, 상기 센서 칩의 제2 검출면으로 압력이 도입되는 요부 및 상기 요부의 개구부를 둘러싸고, 보호재료 주입챔버를 형성하도록 상기 장착부로부터 형성되는 벽부를 구비하고, 상기 요부의 타단부는 상기 센서 칩의 제2 검출면에 의해 저면을 형성하며, 상기 요부와 상기 보호재료 주입챔버는 상기 보호재료가 채워져 그 보호재료가 상기 센서 칩의 제2 검출면을 밀봉하도록 하며,
    상기 코너부는 상기 보호재료 주입챔버에 구비되는
    압력 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 코너부는 두 개의 코너부로 구성되고,
    상기 각 코너부는 0.5mm 이상의 곡률 반경을 갖고 라운드지게 이루어지는
    압력 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 보호재료 주입챔버의 직경은 상기 요부의 직경보다 크며,
    상기 코너부는 상기 보호재료 주입챔버의 벽을 그 보호재료 주입챔버의 저면에 연결하는 벤딩부에 위치되는 제1 코너부 및 상기 저면을 상기 요부의 벽에 연결하도록 위치되는 제2 코너부로 이루어지는 두 개의 코너부로 구성되는
    압력 센서.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 코너부는 복수의 코너부로 구성되고,
    상기 복수의 코너부 중 적어도 하나는 0.5mm의 곡률 반경을 갖고 라운드지게 이루어지는
    압력 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 코너부는 135도 이상의 둔각을 갖는
    압력 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 코너부는 복수의 코너부로 구성되고,
    상기 복수의 코너부 각각은 135도 이상의 둔각을 갖도록 형성되는
    압력 센서.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 센서 칩이 장착되는 장착부를 구비하고,
    상기 센서 칩은 압력이 인가되는 제1 검출면과 제2 검출면을 구비하고,
    상기 장착부는 양단부 중 일단부가 상기 장착부로부터 개구되고, 상기 센서 칩의 제2 검출면으로 압력이 도입되는 요부 및 상기 요부의 개구부를 둘러싸고, 보호재료 주입챔버를 형성하도록 상기 장착부로부터 형성되는 벽부를 구비하고, 상기 요부의 타단부는 상기 센서 칩의 제2 검출면에 의해 저면을 형성하며, 상기 요부와 상기 보호재료 주입챔버는 상기 보호재료가 채워져 그 보호재료가 상기 센서 칩의 제2 검출면을 밀봉하도록 하며,
    상기 코너부는 상기 보호재료 주입챔버에 구비되는
    압력 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 코너부는 두 개의 코너부로 구성되고,
    상기 두 코너부 각각은 135도 이상의 둔각을 갖는
    압력 센서.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 보호재료 주입챔버의 직경은 상기 요부의 직경보다 크고,
    상기 코너부는 복수의 코너부로 구성되고, 상기 복수의 코너부 중 적어도 하나는 135도 이상의 둔각을 가지며,
    상기 적어도 하나의 코너부는 상기 보호재료 주입챔버의 벽을 그 보호재료 주입챔버의 저면에 연결하는 부분에 위치되는
    압력 센서.
  14. 수지로 이루어지고, 코너부를 형성하는 케이스;
    인가되는 압력을 검출하기 위하여 상기 케이스에 장착되는 센서 칩;
    상기 코너부와 접촉하도록 배치되는 제1 보호재료 및 상기 제1 보호재료보다 소프트하게 형성되고, 상기 센서 칩과 접촉하며, 상기 제1 보호재료를 커버하도록 배치되는 제2 보호재료로 이루어지고, 상기 센서 칩을 커버하여 보호하도록 상기 케이스에 배치되고, 상기 코너부와 접촉하는 보호재료; 및
    상기 제1 보호재료가 상기 제2 보호재료 측으로 이동하는 것을 방지하도록 상기 케이스로부터 돌출되는 댐부
    를 포함하는 압력 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 보호재료는 30 이하의 침입도 및 0.1mm 이상의 두께를 갖는 재료 또는 40 이하의 침입도 및 0.2mm 이상의 두께를 갖는 재료로 이루어지는
    압력 센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 케이스는 상기 센서 칩이 장착되는 장착부를 구비하고,
    상기 센서 칩은 압력이 인가되는 제1 검출면과 제2 검출면을 구비하고,
    상기 장착부는 양단부 중 일단부가 상기 장착부로부터 개구되고, 상기 센서 칩의 제2 검출면으로 압력이 도입되는 요부 및 상기 요부의 개구부를 둘러싸고, 보호재료 주입챔버를 형성하도록 상기 장착부로부터 형성되는 벽부를 구비하고, 상기 요부의 타단부는 상기 센서 칩의 제2 검출면에 의해 저면을 형성하며, 상기 요부와 상기 보호재료 주입챔버는 상기 보호재료가 채워져 그 보호재료가 상기 센서 칩의 제2 검출면을 밀봉하도록 하며,
    상기 댐부는 상기 보호재료 주입챔버 내에 위치되고, 상기 장착부의 요부의 개구부 둘레에 형성되는
    압력 센서.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 보호재료 주입챔버는 상기 제2 보호재료와 접촉하고, 0.5mm 이상의 곡률 반경을 갖도록 라운드지는 코너부를 구비하는
    압력 센서.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 보호재료 주입챔버의 직경은 상기 요부의 직경보다 크며,
    상기 코너부는 상기 보호재료 주입챔버의 벽을 그 보호재료 주입챔버의 저면에 연결하는 부분에 위치되는
    압력 센서.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1 보호재료는 고무 재료로 이루어지고,
    상기 제2 보호재료는 겔로 이루어지는
    압력 센서.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 댐부는 상기 케이스와 별개로 이루어지고, 상기 장착부로부터 돌출하도록 상기 케이스에 부착되는 부재로서 형성되는
    압력 센서.
KR1020070103084A 2006-10-12 2007-10-12 보호재료에 의해 보호되는 센서 칩을 구비한 압력 센서 KR100960633B1 (ko)

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