KR100628196B1 - absolute humidity sensor package - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제조공정이 간단한 소형의 절대습도센서 패키지를 제공하기 위한 것으로서, 소정영역에 홀(hole)이 형성된 절연체 캡, 상기 절연체 캡 하부의 상기 구멍이 형성된 영역에 위치하는 감습소자 및 상기 홀이 형성되지 않은 영역에 위치하는 보상소자, 상기 절연체 캡 하부면에 형성되는 패드들, 상기 패드들과 부착되는 다수개의 금속핀을 갖는 스템으로 구성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같은 절대습도센서 패키지는 제조 공정이 간단한 소형의 절대습도센서를 제작할 수 있고, 조립공정이 간단하여 저가의 절대습도센서를 제작할 수 있다. The present invention is to provide a compact absolute humidity sensor package with a simple manufacturing process, an insulator cap having a hole formed in a predetermined region, a damping element located in the region where the hole is formed below the insulator cap and the hole is Comprising a compensation element located in the non-formed region, pads formed on the lower surface of the insulator cap, a stem having a plurality of metal pins attached to the pads. Such an absolute humidity sensor package can manufacture a small absolute humidity sensor with a simple manufacturing process, and can manufacture a low-cost absolute humidity sensor due to a simple assembly process.

절연체 캡, 절대습도센서Insulator cap, absolute humidity sensor

Description

절대습도센서 패키지{absolute humidity sensor package}Absolute humidity sensor package

도 1은 종래의 절대습도센서의 구조를 나타낸 단면도1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional absolute humidity sensor

도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 절대습도 센서 소자의 구조를 나타낸 사시도 및 단면도2a to 2b is a perspective view and a cross-sectional view showing the structure of the absolute humidity sensor element according to the present invention

도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 절대습도센서의 절연체 캡 구조를 나타낸 사시도 및 단면도3A to 3B are a perspective view and a cross-sectional view showing the insulator cap structure of the absolute humidity sensor according to the present invention.

도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 절대습도센서 소자와 절연체 캡이 일체화된 구조를 나타낸 사시도 및 단면도4A to 4B are a perspective view and a cross-sectional view showing a structure in which the absolute humidity sensor element and the insulator cap are integrated according to the present invention;

도 5는 본 발명에 따른 절대습도센서의 스템 구조를 나타낸 단면도5 is a cross-sectional view showing the stem structure of the absolute humidity sensor according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 절대습도센서의 패키지된 구조를 나타낸 단면도Figure 6 is a cross-sectional view showing a package structure of the absolute humidity sensor according to the present invention

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명* Explanation of symbols for main parts of the drawings

1: 실리콘 기판 2: 멤브레인막1: Silicon Substrate 2: Membrane Membrane

3: 제 1 저항체 박막 4: 제 2 저항체 박막3: first resistor thin film 4: second resistor thin film

5: 제 1 패드 6: 보호막5: 1st pad 6: protective film

7: 절연체 8: 제 2 패드7: insulator 8: second pad

9: 솔더 범프 10: 금속 스템9: solder bump 10: metal stem

11: 접착제 11: glue

본 발명은 센서에 관한 것으로, 특히 절대습도 센서 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to sensors, and more particularly to absolute humidity sensor packages.

습도센서는 습도계에서부터 전자레인지의 음식물 요리를 위한 습도센서까지 그 사용 용도가 매우 다양하다. 현재까지 사용되고 있는 습도센서의 종류는 폴리이미드와 같은 유기물의 유전율 변화를 이용한 정전용량형 습도센서와 MgCr2O4와 같은 반도체 세라믹의 저항 변화를 이용한 상대습도센서와 세라믹 써미스터를 이용한 습차센서 등이 있다.Humidity sensors range from humidity meters to humidity sensors for cooking food in microwaves. The types of humidity sensors used to date include capacitive humidity sensors using a change in dielectric constant of organic materials such as polyimide, relative humidity sensors using a change in resistance of semiconductor ceramics such as MgCr 2 O 4, and a humidity sensor using a ceramic thermistor. have.

이 중에서 전자레인지의 음식물 조리를 위한 습도센서로는 두 개의 써미스터를 이용한 절대습도센서가 널리 이용되고 있다. 절대습도센서는 주위온도 변화에 영향을 받지 않음으로써 안정된 습도를 검출할 수 있다는 장점이 있다. 전자레인지에서 절대습도센서의 감습 원리는 음식물 조리시 음식물로부터 발생한 수증기가 써미스터의 열을 빼앗아 감으로써 써미스터의 온도 변화에 의한 저항 변화를 이용한다. Among them, an absolute humidity sensor using two thermistors is widely used as a humidity sensor for cooking food in a microwave oven. Absolute humidity sensor has the advantage of being able to detect stable humidity by not being affected by changes in ambient temperature. The principle of the humidity sensitivity of the absolute humidity sensor in a microwave oven takes advantage of the resistance change caused by the temperature change of the thermistor because steam generated from the food takes away the heat of the thermistor.

도 1은 종래의 절대습도센서의 구조를 나타낸 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing the structure of a conventional absolute humidity sensor.

도 1에 도시한 바와 같이, 유리막과 같은 보호막으로 도포된 세라믹 제 1, 제 2 써미스터는 각각 백금과 같은 금속 도선에 의해 지지핀에 연결되어 공중에 떠 있다. 그리고 외부는 두 개의 써미스터를 격리시키는 금속 차폐 케이스에 의해 패키지 되어 있다. 제 1 써미스터는 상기 금속케이스에 미세한 구멍(hole)이 있어 수증기가 제 1 써미스터 표면에 접촉할 수 있도록 대기 중에 노출되며, 제 2 써미스터는 금속케이스에 의해 드라이 N2(dry N2)로 밀폐되어 수증기가 접촉하지 못하게 되어 있다. 따라서 상기 제 1, 제 2 써미스터와 외부저항으로 브릿지회로를 구성하면 음식물 조리에 의한 수증기 발생시 발생된 수증기가 대기 중에 노출된 제 1 써미스터 에서만 저항 변화가 발생하여 바이어스 전압에 의한 출력 변화가 발생하여 습도를 감지하게 된다.As shown in Fig. 1, the ceramic first and second thermistors coated with a protective film such as a glass film are floated in the air, respectively, connected to the support pins by metal conductors such as platinum. The exterior is packaged by a metal shield case that isolates the two thermistors. The first thermistor is it a fine hole (hole) on the metal case, and the water vapor is exposed to the atmosphere to be in contact with the first thermistor surface, the second thermistor is sealed in a dry N 2 (dry N 2) by a metal case, Water vapor is not in contact. Therefore, if the bridge circuit is composed of the first and second thermistors and the external resistance, the resistance change occurs only in the first thermistor in which the steam generated when the steam is generated by food cooking is exposed to the air, and the output change due to the bias voltage is generated, resulting in humidity. Will be detected.

그러나 이상에서 설명한 종래 기술에 따른 절대습도센서 패키지는 소자를 세라믹 써미스터로 사용하기 때문에 열용량이 커서 감도가 낮고 응답 시간이 늦고 센서 크기가 크다. However, the absolute humidity sensor package according to the related art described above uses a device as a ceramic thermistor, so the heat capacity is large, so the sensitivity is low, the response time is slow, and the sensor size is large.

또한, 제조공정이 복잡하고 공정수가 많아서 가격이 비싸고 대량 생산에 불리하다.In addition, the manufacturing process is complicated and the number of processes is expensive, which is expensive and disadvantageous for mass production.

따라서 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 제조공정이 간단한 소형의 절대습도센서를 제공하는데 그 목적이 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a small absolute humidity sensor having a simple manufacturing process, to solve the above problems.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 절대습도센서 패키지는 소정영역에 구멍(hole)이 형성된 절연체 캡, 상기 절연체 캡 하부의 상기 구멍이 형성된 영역에 위치하는 감습소자 및 상기 구멍이 형성되지 않은 영역에 위치하는 보상소자, 상기 절연체 캡 하부면에 형성되는 패드들, 상기 패드들과 부착되는 다수개의 금속핀을 갖는 스템으로 구성되는 것을 특징으로 한다.Absolute humidity sensor package according to the present invention for achieving the above object is an insulator cap formed with a hole in a predetermined region, the damping element located in the region where the hole is formed below the insulator cap and the hole is not formed. Comprising a compensation element located in the non-region, pads formed on the bottom surface of the insulator cap, a stem having a plurality of metal pins attached to the pads.

그리고, 상기 감습소자 및 보상소자는 소정 영역에 제 1, 제 2 동공이 형성된 기판, 상기 기판 위에 형성되는 멤브레인막, 상기 멤브레인막 위에 형성되는 저항체들, 상기 멤브레인막 위에 형성되고, 상기 저항체들과 전기적으로 연결되는 패드들 그리고, 상기 저항체들을 덮도록 상기 저항체들 전면에 형성되는 보호막으로 구성된다.The damping element and the compensation element may include a substrate having first and second pores formed in a predetermined region, a membrane film formed on the substrate, resistors formed on the membrane film, and formed on the membrane film. Pads electrically connected to each other, and a passivation layer formed on the entire surface of the resistors to cover the resistors.

본 발명의 다른 목적, 특성 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.Other objects, features and advantages of the present invention will become apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명에 따른 절대습도센서 패키지의 바람직한 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.A preferred embodiment of the absolute humidity sensor package according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

도 2a 내지 도 2b는 본 발명에 따른 절대습도 센서 소자의 구조를 나타낸 사시도 및 단면도이다.2A to 2B are a perspective view and a cross-sectional view showing the structure of the absolute humidity sensor element according to the present invention.

소자의 구조는 동일 기판 상에 동일한 구조를 갖는 한 쌍의 소자가 형성되어 하나는 습도를 감지하는 감습소자로 다른 하나는 주위 습도변화에 영향을 받지 않는 보상소자로 이용된다.The structure of the device is a pair of devices having the same structure on the same substrate is formed, one is a humidity sensing device for sensing the humidity and the other is used as a compensation device is not affected by changes in ambient humidity.

도 2a 내지 도 2b에 도시한 바와 같이, 소정 영역에 제 1, 제 2 동공이 형성된 실리콘 기판(1) 상에 멤브레인(2)이 형성되어 있다.As shown in Figs. 2A to 2B, the membrane 2 is formed on the silicon substrate 1 on which the first and second pores are formed in a predetermined region.

이때, 상기 멤브레인(2)은 저응력의 Si3N4, SiOxNy, Si2 /Si3N4/SiO2 등 중에 어 느 하나로 이루어진다. At this time, the membrane 2 is made of any one of low stress Si 3 N 4 , SiO x N y , Si 2 / Si 3 N 4 / SiO 2 .

그리고, 상기 멤브레인막(2) 상부의 소정영역에는 Ti, Pt, Ni, VO2 등과 같은 온도저항계수를 갖는 제 1, 제 2 저항체 박막(3,4)이 형성되어 있다.First and second resistor thin films 3 and 4 having a temperature resistance coefficient such as Ti, Pt, Ni, VO 2, and the like are formed in a predetermined region above the membrane film 2.

그리고, 상기 제 1, 제 2 저항체 박막(3,4)을 전기적으로 연결할 금속막을 증착하고 패터닝하여 제 1 패드(5)가 형성된다. In addition, a first pad 5 is formed by depositing and patterning a metal film to electrically connect the first and second resistor thin films 3 and 4.

그리고, 상기 제 1, 제 2 저항체 박막(3,4)을 덮도독 전면에 절연성이 있는 보호막(6)이 형성되어 있다.An insulating protective film 6 is formed on the entire surface of the first and second resistor films 3 and 4 so as to cover the first and second resistor films 3 and 4.

이때, 상기 보호막(6)은 Si3N4, SiO2, PSG(phosphor silicate glass), 폴리이미드 박막 등 중에 어느 하나를 사용할 수 있다.In this case, the protective layer 6 may be any one of Si 3 N 4 , SiO 2 , PSG (phosphor silicate glass), polyimide thin film and the like.

도 3a 내지 도 3b는 본 발명에 따른 절대습도센서의 절연체 캡 구조를 나타낸 사시도 및 단면도이다. 3A to 3B are a perspective view and a cross-sectional view showing the insulator cap structure of the absolute humidity sensor according to the present invention.

도 3a 내지 도 3b에 도시한 바와 같이, 알루미나(Al2O3)와 같이 절연성이 뛰어난 재질로 이루어진 절연체(7)상에 상기 감습소자 및 보상소자와 전기적으로 연결하기 위한 도전성의 제 2 패드(8)가 형성되어 있다.As shown in FIGS. 3A to 3B, a conductive second pad for electrically connecting the damping element and the compensating element on the insulator 7 made of a material having excellent insulation such as alumina (Al 2 O 3 ) 8) is formed.

그리고, 상기 제 2 패드(8) 상에 Au/Sn 합금과 같은 저융점 합금으로 된 솔더 범프(solder bump)(9)가 형성되어 있다.A solder bump 9 made of a low melting point alloy, such as an Au / Sn alloy, is formed on the second pad 8.

그리고, 감습소자가 위치할 영역의 절연체(7)에는 습기가 외부와 통할 수 있도록 구멍이 형성되어 있다.In addition, holes are formed in the insulator 7 in the region where the humidity sensing element is to be located so that moisture can communicate with the outside.

도 4a 내지 4b는 본 발명에 따른 절대습도센서 소자와 절연체 캡이 일체화된 구조를 나타낸 사시도 및 단면도이다.4A to 4B are a perspective view and a cross-sectional view showing a structure in which the absolute humidity sensor element and the insulator cap are integrated according to the present invention.

도 4a 내지 도 4b에 도시한 바와 같이, 2개의 센서소자 중 하나의 소자(감습소자)만이 상기 절연체(7)에 형성된 구멍 위에 위치하도록 정렬하고, 나머지 소자(보상소자)는 구멍이 형성되지 않은 영역에 위치하도록 정렬한다.As shown in Figs. 4A to 4B, only one element (humidification element) of the two sensor elements is aligned so as to be positioned above the hole formed in the insulator 7, and the other element (compensation element) is not formed with the hole. Align it so that it is located in the area.

이어, 상기 절연체 캡과 상기 2개의 소자를 고온용 에폭시 도는 페이스트로 밀봉 접합한다. Subsequently, the insulator cap and the two elements are hermetically bonded with a high temperature epoxy or paste.

그리고, 2개의 센서소자에 형성되어 있는 제 1 패드(5)와 절연체 캡에 형성되어 있는 제 2 패드(8)를 와이어 본딩(wire bonding)하여 전기적으로 연결시킨다. The first pad 5 formed on the two sensor elements and the second pad 8 formed on the insulator cap are wire bonded to each other to be electrically connected.

따라서, 2개의 소자가 형성되어 있는 센서 칩을 절연체 캡과 접합함으로써 절연체에 형성된 구멍 위에 위치하도록 정렬된 소자는 습도 변화를 감지하는 감습소자가 되도록 하고, 다른 하나는 습도 변화에 반응하지 않는 보상소자가 되도록 한다.Therefore, by joining the sensor chip having two elements formed thereon with the insulator cap, the elements arranged to be positioned over the holes formed in the insulator become a humidity sensing element that senses humidity change, and the other is a compensation element that does not respond to humidity change. To be

도 5는 본 발명에 따른 절대습도센서의 스템 구조를 나타낸 단면도이다.5 is a cross-sectional view showing the stem structure of the absolute humidity sensor according to the present invention.

도 5에 도시한 바와 같이, 솔더 범프(9)와 연결될 금속핀들이 있으며, 상기 각각의 금속핀은 센서 소자가 장착될 금속 스템(10)과 전기적으로 절연되어 있다.As shown in FIG. 5, there are metal pins to be connected to the solder bump 9, each metal pin being electrically insulated from the metal stem 10 to which the sensor element is to be mounted.

도 6은 본 발명에 따른 절대습도센서의 패키지된 구조를 나타낸 단면도이다.6 is a cross-sectional view showing a packaged structure of the absolute humidity sensor according to the present invention.

도 6에 도시한 바와 같이, 센서소자가 접합되어 있는 절연체 캡의 솔더 범프(9)와 금속핀이 서로 위치가 일치하도록 정렬한다. 그리고, 200∼300℃로 열처리하고, 접합하여 감습소자 및 보상소자와 핀이 전기적으로 연결되도록 한다.As shown in Fig. 6, the solder bumps 9 and the metal pins of the insulator cap to which the sensor elements are joined are aligned so that their positions coincide with each other. The heat treatment is performed at 200 to 300 ° C., and the bonding is performed to electrically connect the dampening element, the compensating element, and the pin.

또한, 절연체(11)와 스템(10)은 에폭시 또는 페이스트 등의 밀봉성이 뛰어난 접착체(11)로 접합하여 외부의 습기가 센서 내부로 침투하지 못하도록 한다. In addition, the insulator 11 and the stem 10 are bonded by an adhesive 11 having excellent sealing properties such as epoxy or paste to prevent external moisture from penetrating into the sensor.

이와 같이 제작된 절대습도센서 패키지의 구조를 보면 감습소자와 보상소자가 소정영역에 2개의 동공이 형성된 동일 기판에 형성되고, 감습소자는 외부로부터 절연체 캡에 형성된 구멍로 습기가 들어와 저항체가 형성되어 있는 멤브레인에 접촉할 수 있도록 되어 있고, 보상소자는 외부와 차단되어 있어 습기가 내부로 들어올 수 없게 되어 있다. In the structure of the absolute humidity sensor package manufactured as described above, the damping element and the compensating element are formed on the same substrate having two pores formed in a predetermined region, and the damping element is formed with a resistor formed by moisture entering into a hole formed in the insulator cap from the outside. It is possible to contact the membrane, and the compensation element is blocked from the outside so that moisture cannot enter inside.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 절대습도센서 패키지는 마이크로 머시닝(micromachinning)기술을 이용하여 제조 공정이 간단한 소형의 절대습도센서를 제작할 수 있다.As described above, the absolute humidity sensor package according to the present invention can manufacture a small absolute humidity sensor having a simple manufacturing process using a micromachining technique.

또한, 조립공정이 간단하여 저가의 절대습도센서를 제작할 수 있다.In addition, the assembly process is simple, it is possible to manufacture a low-cost absolute humidity sensor.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술 사상을 이탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다.Those skilled in the art will appreciate that various changes and modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.

따라서, 본 발명의 기술적 범위는 실시예에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의하여 정해져야 한다.
Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the embodiments, but should be defined by the claims.

Claims (9)

소정영역에 구멍(hole)이 형성된 절연체 캡;An insulator cap having a hole formed in a predetermined region; 상기 절연체 캡 하부의 상기 구멍이 형성된 영역에 위치하는 감습소자 및 상기 구멍이 형성되지 않은 영역에 위치하는 보상소자;A humidity sensing element located in an area where the hole is formed below the insulator cap and a compensation element located in an area where the hole is not formed; 상기 절연체 캡 하부면에 형성되는 패드들;Pads formed on a lower surface of the insulator cap; 상기 패드들과 부착되는 다수개의 금속핀을 갖는 스템으로 구성되는 것을 특징으로 하는 절대습도센서 패키지.An absolute humidity sensor package, characterized in that consisting of a stem having a plurality of metal pins attached to the pads. 제 1 항에 있어서, The method of claim 1, 상기 감습소자 및 보상소자는 The damping element and the compensation element 소정 영역에 제 1, 제 2 동공이 형성된 기판;       A substrate having first and second pores formed in a predetermined region; 상기 기판 위에 형성되는 멤브레인막;       A membrane film formed on the substrate; 상기 멤브레인막 위에 형성되는 저항체들;       Resistors formed on the membrane; 상기 멤브레인막 위에 형성되고, 상기 저항체들과 전기적으로 연결되는 패드들; 그리고,       Pads formed on the membrane and electrically connected to the resistors; And, 상기 저항체들을 덮도록 상기 저항체들 전면에 형성되는 보호막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 절대습도센서 패키지.        The absolute humidity sensor package, characterized in that consisting of a protective film formed on the front surface of the resistor to cover the resistor. 제 2 항에 있어서,       The method of claim 2, 상기 멤브레인막은 Si3N4, SiOxNy, SiO2/Si 3N4/SiO2 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절대습도센서 패키지.The membrane film is an absolute humidity sensor package, characterized in that made of any one of Si 3 N 4, SiO x N y , SiO 2 / Si 3 N 4 / SiO 2 . 제 2 항에 있어서, The method of claim 2, 상기 저항체는 Ti, Pt, Ni VO2 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절대습도센서 패키지.The resistor is an absolute humidity sensor package, characterized in that made of any one of Ti, Pt, Ni VO 2 . 제 2 항에 있어서,       The method of claim 2, 상기 보호막은 Si3N4, SiO2, SiOxNy, PSG(phosphor silicate glass), 폴리이미드 중 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 절대습도센서 패키지.The protective film is an absolute humidity sensor package, characterized in that made of any one of Si 3 N 4 , SiO 2 , SiO x N y , phosphor silicate glass (PSG), polyimide. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 멤브레인막 위에 형성된 패드는 상기 절연체 캡 위에 형성된 패드와 와이어 본딩(wire bonding)되어 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 절대습도센서 패키지.The pad formed on the membrane membrane is an absolute humidity sensor package, characterized in that the wire is bonded (wire bonding) and electrically connected to the pad formed on the insulator cap. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 스템은 상기 각각의 금속핀과 전기적으로 절연되는 것을 특징으로 하는 절대습도센서 패키지.And the stem is electrically insulated from each of the metal pins. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 패드들 하부면에 형성되는 솔더 범프들을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 절대습도센서 패키지.The absolute humidity sensor package, characterized in that further comprising a solder bump formed on the lower surface of the pad. 제 1 항에 있어서,       The method of claim 1, 상기 스템과 절연체 캡은 에폭시 또는 페이스트로 접합되는 것을 특징으로 하는 절대습도센서 패키지.The stem and the insulator cap is an absolute humidity sensor package, characterized in that bonded by epoxy or paste.
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