KR101088809B1 - Multi-sensor chip module with integrated semiconductor gas sensor and pressure sensor - Google Patents
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Abstract
본 발명의 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈은, 제 1 면과 그 반대편의 제 2 면을 구비하며, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 사이를 관통하는 제 1 통공(107) 및 제 2 통공(108)이 형성되어 있는 기판(130); 상기 기판(130)의 제 1 면에 부착되어 상기 제 1 면과의 사이에 보호 공간을 형성하는 보호 케이스(104); 상기 보호 공간 내 상기 기판(130)의 제 1 면에 장착되고, 상기 제 1 통공(107)을 통해 유입되는 기체 속의 특정 가스를 센싱하며, 상기한 특정 가스의 센싱을 위하여 내부에 발열체를 포함하는 가스 센서(110); 상기 제 2 통공(108)을 커버하도록 상기 기판(130)의 제 1 면에 장착되고, 상기 가스 센서(110)와 동일하게 상기 보호 공간 내에 있으며, 상기 가스 센서(110)의 상기 발열체에서 발생되는 열의 영향을 받으면서 상기 제 1 통공(107)을 통해 전달되는 제 1 압력과 상기 제 2 통공(108)을 통해 전달되는 제 2 압력 사이의 차압을 센싱하는 차압 센서(120)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 차압 센서(120)의 측정값에 대하여 보정(Calibration)을 하지 않아도 되거나, 차압 센서(120)의 동작 온도 범위가 현저하게 좁아지므로 보다 정밀한 측정값을 얻을 수 있는 효과가 있다.The multi-sensor chip module incorporating the semiconductor gas sensor and the pressure sensor of the present invention includes a first surface and a second surface opposite thereto, and includes a first through hole 107 penetrating between the first surface and the second surface. ) And a substrate 130 in which the second through hole 108 is formed; A protective case 104 attached to the first surface of the substrate 130 to form a protective space between the first surface and the first surface; Is mounted on the first surface of the substrate 130 in the protective space, senses a specific gas in the gas flowing through the first through hole 107, and includes a heating element therein for sensing the specific gas Gas sensor 110; Is mounted on the first surface of the substrate 130 to cover the second through hole 108, the same as the gas sensor 110 in the protective space, is generated in the heating element of the gas sensor 110 And a differential pressure sensor 120 that senses a differential pressure between a first pressure transmitted through the first through hole 107 and a second pressure transmitted through the second through hole 108 while being affected by heat. do.
According to the present invention, it is not necessary to calibrate the measured value of the differential pressure sensor 120, or since the operating temperature range of the differential pressure sensor 120 is remarkably narrowed, it is possible to obtain a more accurate measured value.
Description
본 발명은 반도체 센서를 내장하는 모듈과 이를 이용한 센서 시스템에 관한 것이다. 구체적으로 본 발명은 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장하고 있는 센서칩 모듈과 이를 이용하는 센서 시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to a module incorporating a semiconductor sensor and a sensor system using the same. More specifically, the present invention relates to a sensor chip module incorporating a semiconductor gas sensor and a pressure sensor and a sensor system using the same.
반도체 가스 센서는 소형이고, 염가이며 감도가 높고 응답이 빠를 뿐만 아니라, 전기 신호로서 가스농도를 알아내는 이점이 있다. 이것은 가스 누출 경보기, 화재 경보기, 알코올 검출기, 엔진 연소 가스 검지 등 다양한 용도로 사용되고 있다. 반도체 가스 센서는 일산화탄소, 이산화탄소, 산소, 메탄, 알코올, 연기 등 원하는 특정 가스의 존재 유무 또는 존재량을 검출한다.The semiconductor gas sensor is compact, inexpensive, high in sensitivity and fast in response, and has an advantage of determining gas concentration as an electrical signal. This is used for various purposes such as gas leak alarm, fire alarm, alcohol detector, engine combustion gas detection. The semiconductor gas sensor detects the presence or absence of a specific desired gas such as carbon monoxide, carbon dioxide, oxygen, methane, alcohol, smoke, and the like.
한편, 압력 센서는 일반적으로 가스 또는 액체의 압력을 측정하며, 가해진 압력에 비례한 신호를 발생시킨다. 전형적으로 이러한 신호는 전기적이다. 압력 센서는 일상 영역에서 제어와 모니터링 용 등 수많은 적용방식으로 사용된다. 압력 센서는 액체, 가스 흐름, 속도, 수위, 그리고 고도와 같은 여러 변수들의 측정을 위한 시스템들에서 사용된다.On the other hand, pressure sensors generally measure the pressure of a gas or liquid and generate a signal proportional to the pressure applied. Typically this signal is electrical. Pressure sensors are used in numerous applications in the everyday area, for control and monitoring purposes. Pressure sensors are used in systems for the measurement of several variables such as liquid, gas flow, speed, level, and altitude.
그런데, 이러한 센서들은 센서의 종류별로 각각 단독 모듈 형태로 구현되는 것이 일반적이고 멀티 센서를 동일 모듈로 통합하려는 노력은 미미한 실정이며, 나아가 이러한 통합에 있어서 상승적 효과도 미미한 실정이다.
However, these sensors are generally implemented in the form of a single module for each type of sensor, and efforts to integrate multiple sensors into the same module are insignificant, and further, synergistic effects are insignificant in such integration.
본 발명의 목적은 단독 센서 모듈일 때보다 효율적인 멀티 센서 칩 모듈 및 멀티 센서 시스템을 제공하려는 것이다.An object of the present invention is to provide a multi-sensor chip module and a multi-sensor system more efficient than a single sensor module.
또한, 본 발명의 다른 목적은 각각의 센서가 가진 특징을 이용하여 상승 효과를 가지는 멀티 센서 칩 모듈 및 멀티 센서 시스템을 제공하려는 것이다.
In addition, another object of the present invention is to provide a multi-sensor chip module and a multi-sensor system having a synergistic effect by using the features of each sensor.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈은, 제 1 면과 그 반대편의 제 2 면을 구비하며, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 사이를 관통하는 제 1 통공 및 제 2 통공이 형성되어 있는 기판; 상기 기판의 제 1 면에 부착되어 상기 제 1 면과의 사이에 보호 공간을 형성하는 보호 케이스; 상기 보호 공간 내 상기 기판의 제 1 면에 장착되고, 상기 제 1 통공을 통해 유입되는 기체 속의 특정 가스를 센싱하며, 상기한 특정 가스의 센싱을 위하여 내부에 발열체를 포함하는 가스 센서; 상기 제 2 통공을 커버하도록 상기 기판의 제 1 면에 장착되고, 상기 가스 센서와 동일하게 상기 보호 공간 내에 있으며, 상기 가스 센서의 상기 발열체에서 발생되는 열의 영향을 받으면서 상기 제 1 통공을 통해 전달되는 제 1 압력과 상기 제 2 통공을 통해 전달되는 제 2 압력 사이의 차압을 센싱하는 차압 센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.A multi-sensor chip module incorporating a semiconductor gas sensor and a pressure sensor according to an aspect of the present invention includes a first surface and a second surface opposite to the first surface, and includes a first surface passing through the first surface and the second surface. A substrate having a first through hole and a second through hole formed therein; A protective case attached to a first side of the substrate to form a protective space between the first side; A gas sensor mounted on a first surface of the substrate in the protective space, sensing a specific gas in a gas flowing through the first through hole, and including a heating element therein for sensing the specific gas; It is mounted on the first surface of the substrate to cover the second through hole, and is located in the protective space in the same manner as the gas sensor, and is transmitted through the first through hole while being affected by heat generated from the heating element of the gas sensor. And a differential pressure sensor for sensing a differential pressure between a first pressure and a second pressure transmitted through the second through hole.
본 발명의 일 양상에 따른 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈은, 제 1 면과 그 반대편의 제 2 면을 구비하며, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 사이를 관통하는 제 1 통공 및 제 2 통공이 형성되어 있는 기판; 상기 기판의 제 1 면에 부착되어 상기 제 1 면과의 사이에 보호 공간을 형성하는 보호 케이스; 상기 보호 공간 내 상기 기판의 제 1 면에 장착되고, 상기 제 1 통공을 통해 유입되는 기체 속의 특정 가스를 센싱하며, 상기한 특정 가스의 센싱을 위하여 내부에 발열체를 포함하는 가스 센서; 상기 제 2 통공을 커버하도록 상기 기판의 제 1 면에 장착되고, 상기 가스 센서와 동일하게 상기 보호 공간 내에 있으며, 상기 가스 센서의 상기 발열체에서 발생되는 열의 영향을 받으면서 상기 제 1 통공을 통해 전달되는 제 1 압력과 상기 제 2 통공을 통해 전달되는 제 2 압력 사이의 차압을 센싱하는 차압 센서; 상기 보호 공간 내에 설치되어 상기 보호 공간 내의 온도를 센싱하는 온도 센서:를 포함하며, 상기 온도 센서에 의해 센싱된 상기 온도에 기초하여 상기 발열체의 발열량이 제어되는 것을 특징으로 한다.
A multi-sensor chip module incorporating a semiconductor gas sensor and a pressure sensor according to an aspect of the present invention includes a first surface and a second surface opposite to the first surface, and includes a first surface penetrating between the first surface and the second surface. A substrate having a first through hole and a second through hole formed therein; A protective case attached to a first side of the substrate to form a protective space between the first side; A gas sensor mounted on a first surface of the substrate in the protective space, sensing a specific gas in a gas flowing through the first through hole, and including a heating element therein for sensing the specific gas; It is mounted on the first surface of the substrate to cover the second through hole, and is located in the protective space in the same manner as the gas sensor, and is transmitted through the first through hole while being affected by heat generated from the heating element of the gas sensor. A differential pressure sensor for sensing a differential pressure between a first pressure and a second pressure transmitted through the second through hole; And a temperature sensor installed in the protection space and sensing a temperature in the protection space, wherein the heat generation amount of the heating element is controlled based on the temperature sensed by the temperature sensor.
본 발명의 일 양상에 따르면, 차압 센서(120)의 측정값에 대하여 보정(Calibration)을 하지 않아도 되거나, 차압 센서(120)의 동작 온도 범위가 현저하게 좁아지므로 보다 정밀한 측정값을 얻을 수 있는 효과가 있다.According to an aspect of the present invention, it is not necessary to calibrate the measured value of the
본 발명의 일 양상에 따르면, 가스 센서(110) 및 차압 센서(120)의 동작 온도를 정확히 제어할 수 있으며, 2가지 센서를 위하여 동일한 온도 제어 메커니즘을 공유할 수 있는 효과가 있다.According to one aspect of the present invention, it is possible to accurately control the operating temperature of the
본 발명의 일 양상에 따르면, 2가지 센서의 기능이 동일 모듈에 집적되므로 제품의 소형화가 가능하고 패키징 비용이 절감되며, 차압 센싱을 위한 포트 및 튜브와 가스 센싱을 위한 포트 및 튜브가 공유되므로 제품의 설치가 간단하고 비용도 절감된다.According to an aspect of the present invention, since the functions of the two sensors are integrated in the same module, the product can be miniaturized and the packaging cost is reduced, and the port and tube for differential pressure sensing and the port and tube for gas sensing are shared. Installation is simple and cost is reduced.
본 발명의 일 양상에 따르면, 차압 센서 및 가스 센서의 센싱값이 동일한 시리얼 통신으로 전송되므로 통신 회선의 설치 및 유지가 간단 명료해 진다.
According to an aspect of the present invention, since the sensing values of the differential pressure sensor and the gas sensor are transmitted through the same serial communication, the installation and maintenance of the communication line becomes simple and clear.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈을 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 센서 칩 모듈을 위에서 본 사시도이다.
도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 센서 칩 모듈을 아래에서 본 사시도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 센서칩 모듈에 이용될 수 있는 가스 센서의 한 예를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈의 변형 예을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시에 따른 멀티 센서 시스템을 도시한 도면이다.1 is a diagram illustrating a multi-sensor chip module incorporating a semiconductor gas sensor and a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
2 is a perspective view from above of a multi-sensor chip module according to an embodiment of the present invention.
3 is a perspective view from below of a multi-sensor chip module according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating an example of a gas sensor that may be used in a multi-sensor chip module according to an embodiment of the present invention.
5 is a diagram illustrating a modified example of a multi-sensor chip module incorporating a semiconductor gas sensor and a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
6 illustrates a multi-sensor system according to an embodiment of the present invention.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 명칭 및 도면 부호를 사용한다.
DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention. In the drawings, parts irrelevant to the description are omitted in order to clearly describe the present invention, and like reference numerals refer to like parts throughout the specification.
1. 멀티 센서 칩 모듈1. Multi sensor chip module
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈을 도시한 도면이다.
1 is a diagram illustrating a multi-sensor chip module incorporating a semiconductor gas sensor and a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 센서 칩 모듈은 기판(130), 보호 케이스(104), 가스 센서(110), 차압 센서(120), 제 1 가이드관(105), 제 2 가이드관(106), 리드(109) 및 본딩 와이어(102)를 포함한다.Multi-sensor chip module according to an embodiment of the present invention is the
기판(130)은 제 1 면과 그 반대편의 제 2 면을 구비하며, 상기 제 1 면 및 상기 제 2 면 사이를 관통하는 제 1 통공(107) 및 제 2 통공(108)이 형성되어 있다. 그리고 기판(130)에는 가스 센서(110) 및 차압 센서(120)와 외부 사이에 전기 신호를 전달하기 위하여 도전 경로(미도시) 및 패드가 형성되어 있다. 예를 들어, 기판(130)은 PCB로 형성될 수 있으며, 방열 특성을 고려하여 도전 경로를 구성하는 동박은 비교적 두꺼운 2oz로 하고 그라운드를 넓게 하며, 제 1 통공(107) 및 제 2 통공(108)은 3파이로 한다.The
제 1 가이드 관(105)은 기판의 제 2 면에서 상기 제 1 통공(107)에 결합하며, 제 2 가이드관(106)은 기판의 제 2 면에서 상기 제 2 통공(108)에 결합한다. 제 1 가이드 관(105) 및 제 2 가이드관(106)은 차압을 측정하고자 하는 곳과 튜브를 통하여 연결되며, 아울러 제 1 가이드관(105)은 특정 가스를 센싱할 곳과 연결된다.The
본 발명은 에어컨에 이용될 수 있다. 에어컨의 공기 정화용 필터 양단과 상기 제 1 가이드(105) 및 제 2 가이드관(106)을 각각 튜브로 연결하여 필터 양단의 차압을 센싱하고 모니터링함으로써 필터 교체 시점을 적절히 판단하는 데 이용될 수 있다. 또한, 가스 센서는 이산화탄소(CO2)를 센싱하는 센서이며, 이산화탄소의 양을 모니터링함으로써 실내 또는 차량내 공기의 오염 정도를 판단할 수 있다.The present invention can be used in an air conditioner. Both ends of the air purifying filter of the air conditioner and the
보호 케이스(104)는 기판(130)의 제 1 면에 부착되어 상기 제 1 면과의 사이에 보호 공간을 형성한다. 가스 센서(110) 및 차압 센서(120)는 동일한 보호 공간 내에 위치한다. 기판(130)에 부착된 보호 케이스(104)는 외부 환경과 상기 가스 센서(110) 및 차압 센서(120)를 분리하며, 제 1 통공(107)을 통해 유입되는 기체의 압력을 차압 센서(120)로 전달하는 역할을 수행한다. 그리고 기판(130)에 부착된 보호 케이스(104)는 외부 환경으로부터의 열을 어느 정도 차단하는 역할도 동시에 수행한다.
The
가스 센서(110)는 보호 공간 내 기판(130)의 제 1 면에 장착되고, 제 1 통공(107)을 통해 유입되는 기체 속의 특정 가스를 센싱하며, 특정 가스의 센싱을 위하여 내부에 발열체를 포함한다. 가스 센서(110)는 기체 속의 이산화탄소를 센싱하는 센서이며, 이산화탄소를 센싱하기 위하여 내부에 발열체를 포함하고 있다.
The
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 센서 칩 모듈에 이용될 수 있는 가스 센서의 한 예를 도시한 도면이다.4 is a diagram illustrating an example of a gas sensor that may be used in a multi-sensor chip module according to an embodiment of the present invention.
도 4는 가스 센서 중에서 이산화탄소 센싱 용 가스 센서의 한 예를 예시하고 있을 뿐이며, 본 발명이 도 4에 도시된 가스 센서를 반드시 포함하는 것으로 한정하고자 하는 것은 아니다.FIG. 4 illustrates only one example of a gas sensor for sensing carbon dioxide among gas sensors, and the present invention is not necessarily limited to the gas sensor shown in FIG. 4.
가스 센서(110)는 중앙에 공동(117)이 형성된 기판(111)의 상부 면에 고체전해질층(112)을 형성하고 있으며, 상기 고체 전해질층(112)의 양쪽에 감지 전극(113) 및 참조 전극(114)이 형성된다. 고체 전해질로서는 나시콘(NASICON)이나 베타 알루미나가 사용될 수 있다. 그리고, 상기 고체전해질층(112)의 중앙 상부에 절연막(115)을 개재하여 발열체(116)가 형성된다. 상기 발열체(116)는 고체 전해질층(112)에 있는 전해질의 이온 전도도를 높이기 위해 사용된다.The
본 발명에서 가스 센서(110)는 특정 가스의 센싱을 위하여 발열체를 포함하고 있으며, 후술하겠으나 이러한 발열체로부터의 열을 차압 센서(120)에 이용하는 점에 한 특징이 있다.
In the present invention, the
도 1로 돌아와, 차압 센서(120)는 제 2 통공(108)을 커버하도록 기판(130)의 제 1 면에 장착되고, 상기 가스 센서(110)와 동일하게 보호 공간 내에 있으며, 가스 센서(110)의 상기 발열체에서 발생되는 열의 영향을 받으면서 제 1 통공(107)을 통해 전달되는 제 1 압력과 제 2 통공(108)을 통해 전달되는 제 2 압력 사이의 차압을 센싱한다. 차압 센서(120)는 말 그대로 제 1 압력과 제 2 압력 사이의 차압을 센싱한다. 특히 필터 양단 사이의 차압을 센싱하여 필터 교체 주기를 판단하기 위하여 이용될 수 있다.Returning to FIG. 1, the
그런데, 일반적으로 압력센서 또는 차압 센서는 압력 또는 압력차를 측정하지만 센서의 특성상 센서 자체의 온도에 따라 측정된 값을 보정(Calibration)하여 사용한다. 동일 압력 또는 압력차라 하여도 센서 자체의 온도에 따라 측정값이 달라지기 때문이다.However, in general, the pressure sensor or the differential pressure sensor measures the pressure or the pressure difference, but is used by calibrating a value measured according to the temperature of the sensor itself due to the characteristics of the sensor. This is because the measured value varies depending on the temperature of the sensor itself even with the same pressure or pressure difference.
한편, 본 발명의 차압 센서(120)는 가스 센서(110)와 동일한 보호 공간 내에 있으며, 가스 센서(110)에 포함되어 있는 발열체에서 발생되는 열을 전달받아 차압 센서(120)의 온도도 올라가게 된다. 본 발명에 따르면 차압 센서(120)는 발열 소스를 옆에 두게 된다. 차압 센서(120)의 온도를 결정하는 것은 외부로부터의 영향과 내부 발열체로부터 영향으로 나눌 수 있으며, 보호 공간 내에 위치하는 차압 센서(120)는 외부로부터의 영향보다 가스 센서(110)의 발열체로부터 지배적인(dominant) 영향을 받게 된다. 그리고 멀티 센서 칩 모듈 자체의 방열 특성은 일정하므로 온도에 대한 직접적 피드백 제어가 없어도 보호 공간 내의 온도를 일정 범위 안으로 제어하는 것은 용이하다.On the other hand, the
그렇다면, 가스 센서(110)의 발열체에서 발생되는 열의 영향을 받아 차압 센서(120)의 온도는 종래보다 훨씬 좁은 범위의 온도를 가지게 되며, 응용에 따라서는 차압 센서(120)의 측정값에 대하여 보정(Calibration)을 하지 않아도 된다. 그리고 보정을 필요로 하는 응용에 있어서도, 차압 센서(120)의 동작 온도 범위가 현저하게 좁으므로 보다 정밀한 측정값을 얻을 수 있게 된다.Then, the temperature of the
한편, 본딩 와이어(102)는 가스 센서(110) 및 차압 센서(120)의 본딩 패드와 기판(130)의 본딩 패드 사이를 전기적으로 연결한다. 그리고 기판(130)의 도전 경로(미도시)를 통하여 보호 공간 외부에 있는 기판(130)의 패드로 연결된다.Meanwhile, the
리드(109)는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 센서 칩 모듈을 외부와 전기적으로 결합시키기 위한 것으로서, 기판(130)의 제 1 면에서 보호 공간 외부에 있는 패드에 결합된다.
The
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 센서 칩 모듈을 위에서 본 사시도이며, 도 3는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 센서 칩 모듈을 아래에서 본 사시도이다.2 is a perspective view from above of a multi-sensor chip module according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a perspective view from below of a multi-sensor chip module according to an embodiment of the present invention.
리드(109)는 PCB로 된 기판(130)에 납땜으로 결합되어 상방으로 향하고 있으며, 보호 케이스(104)는 PCB로 된 기판(130)의 대부분을 커버하여 결합하고 있다.The
제 1 가이드관(106) 및 제 2 가이드관(107)은 기판(130)의 하부(제 2 면)에서 제 1 통공(107) 및 제 2 통공(108)을 커버하면서 결합되어 있다.
The
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈의 변형 예을 도시한 도면이다.5 is a diagram illustrating a modified example of a multi-sensor chip module incorporating a semiconductor gas sensor and a pressure sensor according to an embodiment of the present invention.
변형 예는 보호 공간의 내부 온도를 보다 정밀하게 제어하기 위한 것이다. 변형 예에서는 온도 센서(140)를 더 포함하고 있으며, 온도 센서(140)는 보호 공간 내에 설치되어 보호 공간 내의 온도를 센싱한다.The modification is for more precise control of the internal temperature of the protective space. In a modified example, the apparatus further includes a
그리고 상기 온도 센서(140)에 의해 센싱된 온도에 기초하여 가스 센서(110)에 포함되어 있는 발열체의 발열량이 제어되도록 한다. 온도 센서(140)는, 후술하겠으나 별도의 센서 제어 모듈(200)에 의해서 제어된다.The amount of heat generated by the heating element included in the
도 5에서는 온도 센서(140)가 좌측에 위치하고 있는 것으로 도시되었으나, 차압 센서(120)와 가까운 곳에 위치하도록 하여 차압 센서(120)의 온도를 보다 정확히 측정하도록 할 수도 있다. 또한, 도 5에서는 온도 센서(140)가 기판(130)의 제 1 면에 장착되는 것으로 하였으나, 기판(130)에 별도의 통공을 뚫고 이 통공을 통하여 온도 센서(140)의 일부분이 보호 공간에 삽입되도록 할 수도 있다.In FIG. 5, the
상기 한 변형예에 따르면 보호 공간 내부의 온도를 정확히 제어할 수 있으며, 이에 따라 가스 센서(110) 및 차압 센서(120)의 동작 온도를 정확히 제어할 수 있다. 본 발명에 따르면 2가지 센서를 위하여 동일한 온도 제어 메커니즘을 공유할 수 있는 효과가 있다.According to the modification, the temperature inside the protective space can be accurately controlled, and thus the operating temperature of the
아울러 보호 공간 내의 동작 온도에 대한 정보를 정확히 알 수 있으므로 보정(Calibration)도 보다 정밀하게 수행될 수 있는 효과도 있다.
In addition, since the information on the operating temperature in the protected space can be accurately known, calibration can be performed more precisely.
2. 멀티 센서 시스템2. Multi sensor system
도 6은 본 발명의 일 실시에 따른 멀티 센서 시스템을 도시한 도면이다.6 illustrates a multi-sensor system according to an embodiment of the present invention.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 센서 시스템(1000)은, 멀티 센서칩 모듈(100), 센서 제어 모듈(200), 통신 드라이버(300), 커넥터(400) 및 전원 공급부(500)를 포함한다.The
멀티 센서칩 모듈(100)은 도 1 내지 도 5를 통해 설명된 것이므로 생략하며, 센서 제어 모듈(200)은 MUX(240), ADC(210), MCU(220) 및 시리얼 통신부(230)를 포함한다.Since the
MUX(240)는 가스 센서(110)로부터의 센싱 신호와 차압 센서(120)로부터의 센싱 신호를 입력받아 선택적으로 출력한다. 본 발명의 멀티 센서 시스템에서는 센서 제어, 센싱값의 보정, 데이터 통신 등을 위한 구성은 가스 센서(110) 및 차압 센서(120)를 위하여 공용되며, 별개로 각각 구비하지 않아도 된다.The
ADC(210)는 MUX(240)의 출력을 아날로-디지털 변환하며, MCU(220)는 멀티 센서 시스템(1000)을 구성하는 각 요소를 제어함과 동시에, ADC(210)로부터 입력되는 센싱값에 대하여 보정을 수행하며, 온도 센서(140)에서 센싱된 온도에 기초하여 가스 센서(110)에 포함되어 있는 발열체의 발열량을 제어하는 기능을 수행한다.The
시리얼 통신부(230)는 RS-232 통신과 같은 시리얼 통신 프로토콜을 처리하고, 아날로그-디지털 변환의 결과로 생성되는 센싱 값 또는 상기 센싱 값을 보정한 값을 디지털 데이터로 하여 시리얼 통신으로 전송하는 기능을 담당한다. The
통신 드라이버(300)는 시리얼 통신부(230)으로 부터의 신호를 증폭하여 시리얼 통신 회선을 드라이빙하며, 커넥터(400)는 시리얼 통신선의 단자와 결합 포인트를 제공하는 것이다. 전원 공급부(500)는 외부로부터 전원을 공급받아 내부 각 블록에 전원을 공급하며 예를 들어 외부로부터 9V 전압의 전원을 공급받아 5V로 드롭시켜 안정적인 전원을 각 블록에 공급하는 기능을 수행한다.
The
이하 본 발명의 효과에 대하여 부연하여 설명한다.Hereinafter, the effects of the present invention will be described in detail.
본 발명의 발명자는 특정한 응용에서 상기한 가스 센서 및 압력 센서를 동일 모듈로 집적하는 것이 매우 효율적이라는 점을 발견하게 되었다. 에어컨과 같이 공기 정화용 필터가 이용되는 곳에서 가스 센서(110) 및 차압 센서(120)를 동일 모듈로 제작함으로써 보다 효율적인 센서 시스템의 제공이 가능하게 되었다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 2가지 센서의 기능이 동일 모듈에 집적되므로 제품의 소형화가 가능하고 패키징 비용이 절감되며, 차압 센싱을 위한 포트 및 튜브와 가스 센싱을 위한 포트 및 튜브가 공유되므로 제품의 설치가 간단하고 설치 비용도 절감된다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 차압 센서 및 가스 센서의 센싱값이 동일한 시리얼 통신으로 전송되므로 통신 회선의 설치 및 유지가 간단 명료해 진다.The inventors of the present invention have found that in certain applications it is very efficient to integrate the above gas and pressure sensors into the same module. Since the
또한, 본 발명의 발명자는 가스 센서 및 압력 센서를 동일 모듈에 집적할 때, 상승 효과를 가질 수 있는 구조 및 방법을 발명하게 되었다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 차압 센서(120)의 측정값에 대하여 보정(Calibration)을 하지 않아도 되거나, 차압 센서(120)의 동작 온도 범위가 현저하게 좁아지므로 보다 정밀한 측정값을 얻을 수 있는 효과가 있다. 본 발명의 일 양상에 따르면, 가스 센서(110)의 발열체와 온동센서(140)를 이용함으로써 가스 센서(110) 및 차압 센서(120)의 동작 온도를 정확히 제어할 수 있으며, 2가지 센서를 위하여 동일한 온도 제어 메커니즘을 공유할 수 있는 효과가 있다.
In addition, the inventor of the present invention has invented a structure and method that can have a synergistic effect when integrating a gas sensor and a pressure sensor in the same module. According to an aspect of the present invention, it is not necessary to calibrate the measured value of the
100 : 멀티 센서 칩 모듈 102 : 본딩 와이어
104 : 보호 케이스 105 : 제 1 가이드관
106 : 제 2 가이드관 107 : 제 1 통공
108 : 제 2 통공 109 : 리드
110 : 가스 센서 120 : 차압 센서
130 : 기판 140 : 온도 센서
200 : 센서 제어 모듈 300 : 통신 드라이버
400 : 커넥터 500 : 전원 공급부
1000 : 멀티 센서 시스템100: multi-sensor chip module 102: bonding wire
104: protective case 105: first guide tube
106: second guide pipe 107: first through-hole
108: second through hole 109: lead
110: gas sensor 120: differential pressure sensor
130
200: sensor control module 300: communication driver
400
1000: Multi Sensor System
Claims (7)
상기 기판의 제 1 면에 부착되어 상기 제 1 면과의 사이에 보호 공간을 형성하는 보호 케이스;
상기 보호 공간 내 상기 기판의 제 1 면에 장착되고, 상기 제 1 통공을 통해 유입되는 기체 속의 특정 가스를 센싱하며, 상기한 특정 가스의 센싱을 위하여 내부에 발열체를 포함하는 가스 센서;
상기 제 2 통공을 커버하도록 상기 기판의 제 1 면에 장착되고, 상기 가스 센서와 동일하게 상기 보호 공간 내에 있으며, 상기 가스 센서의 상기 발열체에서 발생되는 열의 영향을 받으면서 상기 제 1 통공을 통해 전달되는 제 1 압력과 상기 제 2 통공을 통해 전달되는 제 2 압력 사이의 차압을 센싱하는 차압 센서;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈.
A substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, the substrate having a first through hole and a second through hole penetrating between the first face and the second face;
A protective case attached to a first side of the substrate to form a protective space between the first side;
A gas sensor mounted on a first surface of the substrate in the protective space, sensing a specific gas in a gas flowing through the first through hole, and including a heating element therein for sensing the specific gas;
It is mounted on the first surface of the substrate to cover the second through hole, and is located in the protective space in the same manner as the gas sensor, and is transmitted through the first through hole while being affected by heat generated from the heating element of the gas sensor. A differential pressure sensor for sensing a differential pressure between a first pressure and a second pressure transmitted through the second through hole;
Multi-sensor chip module containing a semiconductor gas sensor and a pressure sensor, comprising a.
상기 기판의 제 1 면에 부착되어 상기 제 1 면과의 사이에 보호 공간을 형성하는 보호 케이스;
상기 보호 공간 내 상기 기판의 제 1 면에 장착되고, 상기 제 1 통공을 통해 유입되는 기체 속의 특정 가스를 센싱하며, 상기한 특정 가스의 센싱을 위하여 내부에 발열체를 포함하는 가스 센서;
상기 제 2 통공을 커버하도록 상기 기판의 제 1 면에 장착되고, 상기 가스 센서와 동일하게 상기 보호 공간 내에 있으며, 상기 가스 센서의 상기 발열체에서 발생되는 열의 영향을 받으면서 상기 제 1 통공을 통해 전달되는 제 1 압력과 상기 제 2 통공을 통해 전달되는 제 2 압력 사이의 차압을 센싱하는 차압 센서;
상기 보호 공간 내에 적어도 그 일부분이 위치하여 상기 보호 공간 내의 온도를 센싱하는 온도 센서:를 포함하며,
상기 온도 센서에 의해 센싱된 상기 온도에 기초하여 상기 발열체의 발열량이 제어되는 것을 특징으로 하는 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈.
A substrate having a first surface and a second surface opposite to the first surface, the substrate having a first through hole and a second through hole penetrating between the first face and the second face;
A protective case attached to a first side of the substrate to form a protective space between the first side;
A gas sensor mounted on a first surface of the substrate in the protective space, sensing a specific gas in a gas flowing through the first through hole, and including a heating element therein for sensing the specific gas;
It is mounted on the first surface of the substrate to cover the second through hole, and is located in the protective space in the same manner as the gas sensor, and is transmitted through the first through hole while being affected by heat generated from the heating element of the gas sensor. A differential pressure sensor for sensing a differential pressure between a first pressure and a second pressure transmitted through the second through hole;
A temperature sensor at least partially located in the protective space to sense a temperature in the protective space;
And a heating value of the heating element is controlled based on the temperature sensed by the temperature sensor.
상기 가스 센서 및 상기 차압 센서의 본딩 패드와 상기 기판의 본딩 패드 사이를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어;
를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈.
The method according to claim 1 or 2,
Bonding wires electrically connecting the bonding pads of the gas sensor and the differential pressure sensor and the bonding pads of the substrate;
Multi-sensor chip module with a semiconductor gas sensor and a pressure sensor further comprises.
상기 기판의 상기 제 2 면에서 상기 제 1 통공에 결합하는 제 1 가이드관;
상기 기판의 상기 제 2 면에서 상기 제 2 통공에 결합하는 제 2 가이드관;
을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈.
The method according to claim 1 or 2,
A first guide tube coupled to the first through hole at the second side of the substrate;
A second guide tube coupled to the second through hole at the second side of the substrate;
Multi-sensor chip module with a semiconductor gas sensor and a pressure sensor further comprises.
상기 특정 가스는 이산화탄소이며,
상기 차압 센서는 공기 정화용 필터 양단의 차압을 센싱하는 것을 특징으로 하는 반도체 가스 센서 및 압력 센서를 내장한 멀티 센서 칩 모듈.
The method according to claim 1 or 2,
The specific gas is carbon dioxide,
The differential pressure sensor is a multi-sensor chip module with a semiconductor gas sensor and a pressure sensor, characterized in that for sensing the differential pressure across the air purification filter.
(1) 상기 가스 센서로부터의 센싱 신호와 상기 압력 센서로부터의 센싱 신호를 입력받아 선택적으로 출력하는 MUX; (2) 상기 MUX의 출력을 아날로-디지털 변환하는 ADC; (3) 상기 아날로그-디지털 변환의 결과로 생성되는 디지털 데이터를 시리얼 통신으로 전송하는 시리얼 통신부;를 포함하는 센서 제어 모듈;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 및 압력을 센싱하는 멀티 센서 시스템.
(1) a protective case attached to a substrate having a first through hole and a second through hole to form a protective space therebetween; (2) a gas sensor mounted on the substrate in the protective space and sensing a specific gas in a gas flowing therein, and including a heating element therein for sensing the specific gas; (3) a first pressure and a second through hole mounted on the substrate and in the same protective space as the gas sensor and transmitted through the first through hole while being affected by heat generated from the heating element of the gas sensor; A multi-sensor chip module comprising; a differential pressure sensor sensing a differential pressure between second pressures transmitted through the differential pressure sensor;
(1) a MUX for receiving and selectively outputting a sensing signal from the gas sensor and a sensing signal from the pressure sensor; (2) an analog-digital converter for converting the output of the MUX; (3) a sensor control module including a serial communication unit for transmitting digital data generated as a result of the analog-to-digital conversion through serial communication;
Multi-sensor system for sensing the gas and pressure comprising a.
(1) 상기 가스 센서로부터의 센싱 신호와 상기 압력 센서로부터의 센싱 신호를 입력받아 선택적으로 출력하는 MUX; (2) 상기 MUX의 출력을 아날로-디지털 변환하는 ADC; (3) 상기 온도 센서에서 센싱된 온도에 기초하여 상기 발열체의 발열량을 제어하는 MCU; (4) 상기 아날로그-디지털 변환의 결과로 생성되는 디지털 데이터를 시리얼 통신으로 전송하는 시리얼 통신부;를 포함하는 센서 제어 모듈;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 및 압력을 센싱하는 멀티 센서 시스템.(1) a protective case attached to a substrate having a first through hole and a second through hole to form a protective space therebetween; (2) a gas sensor mounted on the substrate in the protective space and sensing a specific gas in a gas flowing therein, and including a heating element therein for sensing the specific gas; (3) a first pressure and a second through hole mounted on the substrate and in the same protective space as the gas sensor and transmitted through the first through hole while being affected by heat generated from the heating element of the gas sensor; A differential pressure sensor for sensing a differential pressure between the second pressures transmitted through the differential pressure sensor; (4) a temperature sensor for sensing a temperature in the protective space: a multi-sensor chip module comprising;
(1) a MUX for receiving and selectively outputting a sensing signal from the gas sensor and a sensing signal from the pressure sensor; (2) an analog-digital converter for converting the output of the MUX; (3) an MCU controlling the amount of heat generated by the heating element based on the temperature sensed by the temperature sensor; (4) a sensor control module including a serial communication unit for transmitting digital data generated as a result of the analog-to-digital conversion through serial communication;
Multi-sensor system for sensing the gas and pressure comprising a.
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