KR100345647B1 - 압력 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

압력 센서는 베이스 유니트, 캡(cap) 모양 금속 용기 및 유연한 격벽 다이아프램을 포함한다. 센서 칩은 상기 베이스 유니트에 실장된다. 상기 금속 용기는 센서 칩을 밀봉하기 위해 상기 유니트에 고정된다. 오일이 금속용기에 밀봉된다. 상기 격벽 다이프램은 다이아프램의 변형에 의해 외부 압력을 상기 오일을 통해 센서 칩에 전달하기 위해 금속 용기부를 형성한다. 상기 베이스 유니트는 금속 용기, 위치 글라스 부재, 전극 핀 그리고 밀폐한 글라스 부재를 구비한다. 상기 위치 글라스 부재는 상기 금속 용기에 고정되고 절연재로 이루어진다. 상기 전극 핀은 상기 위치 글라스 부재를 통해 연장하도록 지지되고 본딩 와이어를 통해 상기 센서 칩을 전기적으로 연결한다. 밀폐한 글라스 부재는 상기 금속 용기에 설치된 위치 글라스 부재 상에 형성되고 밀폐하듯이 상기 금속 용기와 위치 글라스 부재간의 일부분과 상기 전극 핀과 위치 글라스 부재간의 일부분을 밀봉한다. 상기 밀폐한 글라스 부재는 절연재로 이루어지고 상기 위치 글라스 부재보다도 낮은 온도에서 부드러워진다. 또한 상기 압력 센서를 제조하기 위한 방법이 개시되어 있다.

Description

압력 센서 및 그 제조방법{pressure sensor and method of manufacturing the same}
본 발명은 압력 센서 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 특히, 피에조 전기를 이용한 압력센서 또는 용량성 반도체 센서 칩 및 그 제조방법에 관한 것이다.
이 형태의 압력센서의 통상적인 패키징에서 반도체로 이루어진 센서 칩은 일반적으로 금속 베이스에 실장된다(이하 금속용기라 칭함). 이 경우에 글라스 버퍼는 통상적으로 센서 칩이 열팽창 계수 차이 때문에 열처리 동안 발생된 스트레스에 의해 깨어지는 것을 방지하기 위해 금속용기 및 센서 칩 사이에 형성된다.
전기 신호들을 출력하기 위한 전극 핀들은 밀봉하듯이 밀봉되고 격리되어진 저융점 글라스로 상기 센서 칩 주변의 금속용기에 형성된 다수개의 구멍들을 통해 고정된다. 상기 센서 칩의 전극들 및 전극 핀들은 본딩 와이어들을 통해 서로 연결된다.
도 12에 도시된 통상적인 압력센서는 센서 칩(101), 버퍼 부재(104), 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105), 금속 스템(metal stem)(106), 금속 용기(110) 및 격벽 다이아프램(111)으로 구성된다. 상기 금속 용기(110) 및 격벽 다이아프램(111)은 압력센서의 내부 구조를 보여주기 위해 길고 두 개의 짧은 쇄선을 교번함에 의해 나타내어진다.
상기 센서 칩(101)은 규소(silicon)와 같은 반도체로 이루어진 피에조 전기 또는 용량성 압력 센서이다. 상기 본딩 와이어(102)는 전기적으로 상기 센서 칩(101)의 전극 패드들(도시생략됨)과 상기 전극 핀(103)들을 서로 연결한다. 상기 전극 핀(103)들은 전도성 금속으로 이루어지고 그들을 통해 확장하기 위해 금속 스템(106)에 형성된 관통공(106a)(도 13)들에 고정된다.
상기 버퍼 부재(104)는 센서 칩(101)과 금속 스템(106)간 열팽창 계수 차이에 의해 깨어지는 것을 방지하기 위해 글라스 재료로 만들어진다. 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)들은 저 융점 글라스로 이루어지고, 상기 관통공(106a)의 내부 표면들과 전극 핀(103)들 간의 갭들에서 밀폐한 밀봉을 실현한다.
상기 금속 스템(106)은 디스크와 같은 모양을 가지며, 5개의 관통공(106a)들이 상기 전극 핀(103)들에 일치하도록 스템내에 형성된다. 상기 금속 용기(110)는 상기 금속 스템(106)상에 실장된 전체 센서 칩(10)을 덮기 위해 원통형 모양을 가진다. 상기 금속 용기(110)의 내부는 내열성 오일(silicon oil)과 같은 밀봉된 오일로 채워진다. 상기 격벽 다이아프램(111)은 유연한 금속막을 구비하며 외부 압력으로 상기 내열성 오일을 통해 그것을 센서 칩(101)으로 전달하기 위해 변형된다.
도 13에 도시한 바와 같이, 상기 버퍼 부재(104)는 상기 금속 스템(106)의 중앙부에 형성되고, 상기 센서 칩(101)은 상기 버퍼 부재(104)상에 놓여진다. 상기 센서 칩(101) 및 전극 핀(103)들은 본딩 와이어(102)들을 통해 서로 연결된다.
상기 금속 스템(106)에 형성된 관통공(106a)은 전극 핀(103)들의 직경들보다 약간 큰 직경을 갖는다. 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)는 일단 열처리에 의해 부드러워진 다음 냉각되어 응고된다. 상기 금속 스템(106)과 전극 핀(103)들간의 갭들은 완전히 밀폐되듯이 밀봉된다. 따라서 상기 금속 용기(110)에 채워진 내열성 오일은 상기 관통공(106a)을 통해 상기 금속 스템(106)의 하부측으로 새지 않을 것이다.
상술한 바와 같은 통상적인 압력 센서의 제조 방법이 도 14에 기술되어 있다. 도 14에 도시한 바와 같이, 상기 전극 핀(103)들은 원통형 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)들의 구멍(105a)에 삽입된다. 상기 삽입된 전극 핀(103)들과 함께 밀폐한밀봉 글라스 부재(105)들은 상기 금속 스템(106)의 관통공(106a)들에 삽입되고, 상기 금속 스템(106)은 구멍(107a)들을 갖는 지그(107)상에 놓인다. 상기 구멍(107a)은 실질적으로 상기 전극 핀(103)들의 직경들과 동일한 직경들을 갖는다. 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)들로부터 튀어나온 극 핀(103)들은 상기 구멍(107a) 에 삽입된다.
상기한 방법으로, 상기 전극 핀(103)들을 지지하는 상기 금속 스템(106)은 상기 지그(107)상에 놓이고, 상기 금속 스템(106)은 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)들이 부드러워질 때까지 가열된다. 그 다음 상기 금속 스템(106)이 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)들을 응고하기 위해 냉각됨에 따라 상기 전극 핀(103)들과 관통공(106a)들간의 갭들을 완전히 밀폐하듯이 밀봉한다.
한편 센서 칩들을 구비한 웨이퍼와 글라스 평판은 양극 본딩에 의해 서로 연결되고 그 결과로 생긴 구조가 잘려져서 버퍼 부재(104)들과 함께 다수개의 센서 칩(101)들을 형성하기 위해 그들 하부 표면들에 접착된다. 그 다음 상기 센서 칩(101)은 상기 버퍼 부재(104)를 통해 상기 베이스 유니트(112)의 위에 접착되고, 상기 센서 칩(101)상에 전극 패드(도시생략됨)들과 전극 핀(103)들은 상기 본딩 와이어(102)들을 통해 서로 연결된다. 상기 전체 센서 칩(101)은 금속 용기(110) 및 격벽 다이아프램(111)에 의해 덮혀지고, 내열성 오일이 상기 금속 용기(110)내로 주입됨에 따라 압력센서의 조립이 완료된다.
도 15는 전극 핀(103)들이 지그(107)에 의해 지그의 사용에 의해 위치된 상태를 나타낸다. 도 15에 도시한 바와 같이, 상기 지그(107)의 구멍(107)들의 직경이 실질적으로 상기 전극 핀(103)들의 직경과 동일하기 때문에 상기 전극 핀(103)들은 지그(107)에 의해 해당 관통공(106)들의 중심에 위치된다. 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)들이 열처리에 의해 부드러워지지만 전극 핀(103)의 위치들은 이동되지 않는다.
상술한 바와 같은 통상적인 압력센서는 다음과 같은 문제점이 있다.
상술한 바와 같이 도 12에 도시된 압력 센서를 제조하기 위하여 적어도 3개의 본딩 공정이 필요하는데 예를들면 상기 금속 스템을 밀폐하듯이 밀봉하는 제1 공정, 양극 본딩에 의해 상기 센서 칩과 글라스 버퍼 부재를 본딩(절단하기 전에 웨이퍼를 본딩)하는 제2 공정, 그리고 상기 글라스 버퍼와 금속 스템을 접착하는 제3 공정이 필요하다.
이와 같이 너무 많은 공정이 필요하기 때문에 품질이 떨어지고 비용이 증가한다.
상기 격벽 다이아프램(111) 및 밀봉된 오일을 사용한 다이아프램 구조가 채용될 때 밀봉된 오일량이 크기 때문에 압력 센서의 온도 특성들이 저하된다. 이러한 이유로 통상적으로 글라스로 이루어진 구조, 세라믹 재료, 수지 등이 밀봉된 오일량을 저감하기 위해 상기 버퍼 부재(104)의 주변에 형성된다. 그러나 이것은 공정수를 감소시키고 차례로 다수의 구성요소를 감소시킨다.
상기 버퍼 부재(104) 및 금속 스템(106)의 접착에서, 비록 버퍼 부재(104) 및 금속 스템(106)의 열 팽창 계수가 일치되고 또한 상기 버퍼 부재(104) 및 금속 스템(106)이 접착되는 접착 열 팽창 계수가 상기 버퍼 부재(104) 및 금속스템(106)과 일치되더라도 글라스 밀봉, 고정과 같은 다이 본딩, 스트레스 없는 본딩이 수행될 수 없다. 이러한 스트레스를 피하기 위하여 통상적으로 버퍼 부재(104)의 두께가 커지고, 그래서 센서 칩(101)에 전해지는 스트레스 양이 감쇠된다. 그러나 상기 버퍼 부재(104)의 크기가 커지고 밀봉 오일량은 줄어들지만 버퍼 부재(104)의 절단이 어려워지는 새로운 문제가 생긴다.
비록 상기 금속 스템(106)과 금속 핀(103)들이 바람직하게 외부 압력에 대한 압력 저항을 향상시키기 위해 서로 인접한다고 하더라도 이들이 금속으로 이루어져있기 때문에 그들간에 전기적인 절연이 유지될 수 없다. 따라서 통상적으로 금속 스템(106)의 두께는 증가되고 상기 금속 스템(106)의 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)들의 길이가 증가된다. 그러나 상기 스템(106)에 형성된 관통공(106a)들이 길어질 때 그들이 압력에 의해 동시에 형성되기 어렵기 때문에 절단에 의해 하나씩 하나씩 형성되어야만 한다.
열-저항(heat-resistant) 온도들 및 각 공정들의 열처리 온도에 대한 제한 때문에 상기 다이 본딩 공정에 대한 온도는 최저 온도로 맞춰야 하고 따라서 본딩부에서 신뢰성이 저하된다.
밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)들의 절연거리의 감소와 와이어 본딩 거리의 감소가 제한되기 때문에 다중 핀 구조를 제조하기 어렵다.
전극 핀(103)들은 유전체 항복의 관점에서 정확히 관통공(106)들의 중심부들에 배치되어야 한다. 이러한 목적 때문에 전극 핀(103)들의 위치 정밀도가 매우 높아야하고, 상기 금속 스템(106) 및 지그(107)의 높은 크기 정밀도가 요구된다. 상기 전극 핀(103)들 및 지그(107)는 높은 설치 정밀도, 전극 핀(103)들의 밴드에 관한 정밀도 또는 정밀도를 가지고 서로 설치되어야 한다.
도 16a에 도시한 바와 같이, 상기 지그(107)의 홀(107a)과 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)의 구멍(105a)이 서로 움직인다면, 전극 핀(103)은 상기 지그(107)의 구멍(107a)에 삽입될 수 없다. 이러한 이유 때문에 지그(107)의 홀(107a)과 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)의 구멍(105a)이 서로 정확히 배치되어야 한다. 그러나 큰 다수개의 전극 핀(103)은 지그(107)와 금속 스템(106)간에 정합을 더욱 어렵게 한다.
열처리 때문에, 밀폐한 밀봉 글라스는 이탈되고 지그(107)와 금속 스템(106)은 바람직하지 않게 서로 접착된다.
상기 금속 스템(106)의 높은 압력 저항이 유지되고 구멍들이 모양들이 절단에 의해 형성되고 압력이 계속 유지된다면 상기 금속 스템(106)의 관통공(106a)들 간에 거리는 소정 거리보다 아주 더 작게 줄어들지 않고 패키지 크기도 줄어들지 않는다.
상기 전극 핀(103)들과 금속 스템(106)의 표면들에서 산화를 방지하고 산화막들을 제거하기 위하여 열처리가 산소-개방 분위기 가스 예를들면 질소함유 수소의 감소 분위기 또는 아르곤 분위기(때때로 100% 수소 분위기)에서 수행되어진다. 이러한 열처리 때문에 글라스 밀폐한 밀봉 및 납땜이 동시에 수행되어진다. 그러나 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)의 연화점(또는 유동점)을 감소하기 위해 부가된 알카리 금속 산화물이 수소에 의해 감소될 때 알카리 금속은 때때로 전기 절연 손상또는 항복전압 감소, 공전 전류 발생 또는 p-n 접합을 열화 또는 파괴로 퇴적된다.
상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)가 열처리 때문에 이탈될 때 불필요한 필레 모양(fillet shape)을 형성한다. 밀봉된 오일량을 감소하기 위한 구성요소가 그 구조에 부가될 때 상기 필레 모양은 상기 구조내에 상기 구성요소를 추가는데 매우 어렵게 만들고 방해된다. 이러한 문제를 피하기 위해 상기 열처리 시간과 온도가 제어되고 그래서 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)가 이탈되지 않는다면 상기 유전체 항복, 압력 저항 및 밀봉 수행력이 바람직하지 않게 떨어진다.
상기 유연해진 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)가 이탈될 때, 그 이탈량이 정밀하게 조정되지 않는다면, 밀려나온 밀폐한 밀봉 글라스 부재(105)가 전극 핀 (03)등에 달라붙어 응고되고, 이것은 필레 모양(105b)을 형성한다. 이 필레 모양(105b)은 구성요소가 전극 핀(103) 주변에 부가될 때 방해물이다.
불필요한 필레 모양이 상기 밀폐한 밀봉 글라스의 이탈에 의해 형성될 때, 비록 전극 핀(103)이 필레 모양 보다도 높게 형성되더라도, 글라스는 전극 핀(103)의 말단부에서 본딩패드에 부착되고, 따라서 와이어 본딩을 손상시킨다. 따라서 전극 핀(103)들은 소정 높이보다도 높게 형성되어야만 하고, 따라서 압력 센서의 크기를 줄이는데 방해된다.
상술한 바와 같이, 통상적인 압력센서에서 상기 글라스 버퍼 부재(104)와 금속 스템(106)이 사용되고 지그가 전극 핀(103)들을 위치시키기 위해 사용되기 때문에 여러 가지 문제가 발생한다.
본 발명의 목적은 위치 지그가 필요하지 않는 압력 센서와 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압력센서는 센서 칩이 실장된 베이스 유니트와, 상기 센서 칩을 밀봉하기 위해 상기 베이스 유니트에 고정되고 오일이 밀봉된 캡형 금속 용기와, 그리고 다이아프램의 변형에 의해 외부 압력을 상기 오일을 통해 상기 센서 칩에 전달하기 위해 금속 용기부를 형성하는 플렉시블 다이아프램을 구비하며, 상기 베이스 유니트는 금속 원형 부재, 상기 원형 부재의 내측에 설치되고 절연재로 이루어진 제1 위치 부재, 상기 제1 위치 부재를 통해 연장하여 지지되고 상기 센서 칩을 본딩 와이어를 통해 전기적으로 연결시키는 리드 부재, 상기 원형 부재와 상기 제1 위치 부재간의 일부분과 상기 리드 부재와 상기 제1 위치 부재간의 일부분을 밀폐하듯이 밀봉하기 위해 상기 원형 부재에 설치된 상기 제1 위치 부재에 형성되고 상기 위치 글라스 부재보다도 낮은 온도에서 부드러워지는 절연재로 이루어진 밀폐한 밀봉층으로 구성됨을 특징으로 한다.
도 1는 본 발명의 제1 실시예에 따른 압력 센서의 사시도;
도 2는 도 1의 II-II'선에 따른 단면도;
도 3은 도 1에 도시된 베이스 유니트 제조 방법을 설명하기 위한 분해 사시도;
도 4는 도 1에 도시된 밀봉 전극 핀들의 밀봉상태를 나타낸 도면;
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압력센서의 베이스 유니트의 단면도;
도 6은 도 5에 도시된 밀봉 전극 핀들의 밀봉상태를 나타낸 도면;
도 7은 도 5에 도시된 베이스 유니트 제조방법을 설명하기 위한 분해 사시도;
도 8a 및 8b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 압력센서의 요부의 사시도;
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압력센서의 사시도;
도 10은 도 9의 X-X'선에 따른 단면도;
도 11은 도 9에 도시된 베이스 유니트 제조방법을 설명하기 위한 분해 사시도;
도 12는 통상적인 압력센서의 사시도;
도 13은 도 12의 XIII-XIII'선에 따른 단면도;
도 14는 도 12에 도시된 베이스 유니트 제조방법을 설명하기 위한 분해 사시도;
도 15는 지그의 사용에 의해 전극 핀의 말단부의 돌출 길이를 결정하고 베이스 유니트 위치 상태를 나타낸 도면;
도 16a는 각기 지그 및 베이스 유니트 상태를 나타낸 도면, 도 16b는 필릿(filit) 모양이 형성된 상태를 나타낸 도면이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 101 : 용량성 센서 칩 2, 102 : 본딩 와이어
3, 103 : 전극 핀 4, 7 : 위치 글라스 부재
4a, 5a, 7a : 관통공 5, 105 : 밀폐한 밀봉 글라스 부재
6, 10, 110 : 금속 용기 8, 107 : 지그
11, 111 : 격벽 다이아프램 12, 22, 112 : 베이스 유니트
13 : 리드 프레임 104 : 버퍼 부재
106 : 금속 스템
본 발명은 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.
[제 1 실시예]
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 압력 센서를 나타낸다.
도 1에 도시한 바와 같이, 제1 실시예에 따른 압력 센서는 원형 금속 접속기(6), 상기 금속 접속기(6)에 설치된 디스크형 위치 글라스 부재(4), 상기 위치 글라스 부재(4)를 통해 연장하여 고정되고 전도성 금속으로 이루어진 다수개의전극 핀(3)들, 상기 위치 글라스 부재(4)의 중심부에 실장되고 규소와 같은 반도체로 이루어진 피에조 전기 또는 용량성 센서 칩(1), 상기 전극 핀(3)들의 말단부와 상기 센서 칩(1)의 전극 패드(도시생략됨)를 서로 전기적으로 연결하기 위한 본딩 와이어(2)들, 상기 센서 칩(1)을 밀봉하기 위해 끝단이 금속 접속기(6)에 부착된 캡과 같은 금속 용기(10), 상기 금속용기(10)의 천장에 형성되고 유연한 금속막을 구비하는 격벽 다이아프램(11)을 구비한다.
상기 금속 용기(10)의 내부는 실리콘 오일과 같은 밀봉된 오일로 채워진다. 상기 격벽 다이아프램(11)은 외부 압력을 상기 실리콘 오일을 통해 센서 칩(1)에 전달하기 위해 외부 압력에 따라서 변형된다. 외부 압력이 사라질 때 상기 격벽 다이아프램(11)은 초기 위치에 재 저장된다. 상기 압력 센서의 내부 구조를 보여주기 위하여 상기 금속 용기(10)와 격벽 다이아프램(11)이 길고 두 개의 짧은 쇄선에 의해 표시된다.
도 1에 도시한 바와 같이, 소다-라임(soda-lime) 글라스와 같은 저융점 글라스로 이루어진 디스크형 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 위치 글라스 부재의 하부 표면상에 씌워진다. 상기 씌어진 위치 글라스 부재(4)와 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 상기 금속 용기의 내부 표면(6a)상에 설치된다. 상기 위치 글라스 부재(4)는 실리카 글라스와 같은 저-알카리 또는 비-알카리 글라스로 이루어지고 상기 전극 핀(3)들의 위치에 상응한 관통공(4a)을 갖는다.
유사하게, 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 상기 전극 핀(3)들의 위치에 상응한 관통공(4a)과 연통하는 관통공(5a)들을 갖는다. 상기 관통공(4a, 5a)은 상기 위치 글라스 부재(4)와 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 두께 방향(상기 금속 접속기 6의 중심축 방향)에 형성된다.
상기 위치 글라스 부재(4)와 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 관통공(4a, 5a)은 전극 핀(3)들의 직경들과 거의 동일한 직경들을 갖는다. 상기 전극 핀(3)들과 해당 관통공(4a)의 내부 표면들간의 작은 갭은 유연해지고(유동화 되는) 응고되는 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)에 의해 밀폐하듯이 밀봉된다. 따라서 상기 금속 용기(10)에 채워진 실리콘 오일은 관통공(4a, 5a)을 통해 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 하부 측면에서 새지 않는다.
상기 금속 용기(10)와 금속 접속기(6)가 분리 제조되고 서로 접착된다 하더라도 그들은 직접화된 구조를 구성하기 위해 형성된다.
이러한 구성을 갖는 압력센서를 제조하기 위한 방법이 도 3에 의거 기술될 것이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 전극 핀(3)들은 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 하부 측면에서 관통공(5a)에 삽입되고 상기 위치 글라스 부재(4)의 관통공(4a)에 삽입된다. 순차적으로, 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5) 및 위치 글라스 부재(4)는 금속 용기의 내부 표면(6a)에 설치된다.
상기 설치된 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)를 갖는 금속 접속기(6)와 위치 글라스 부재(4)는 단지 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)가 유연해질(유동화될) 때까지 가열된다. 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 열팽창 계수에 따라서 팽창되고 유연해지며, 고온으로 가열함으로써 유동화 된다. 상기 열처리온도 및 시간은 조정되고그래서 상기 유연해진(유동화된) 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)가 충분히 전극 핀(3)들과 위치 글라스 부지(4)간의 갭으로 흐른다.
상기 유연해진(유동화된) 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 다시 응고되도록 냉각된다. 이 냉각 공정에 의해서 열적으로 팽장된 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 완전히 상기 전극 핀(3)들과 해당 관통공(4a)의 내부 표면들간의 갭과 위치 글라스 부재(4)와 금속 접속기(6)의 내부 표면(6a)간의 갭을 완전히 밀봉하듯이 밀봉하여서 축소된다. 베이스 유니트(12)는 이러한 방법으로 완료된다.
미리 절단에 의해 얻어진 상기 센서 칩(1)은 상기 전극 핀(3)들에 의해 둘러쌓인 위치 글라스 부재(4)의 중심부에 접착되고, 상기 센서 칩(1)의 전극 패드들(도시생략됨)과 상기 전극 핀(3)들의 말단부들은 서로 본딩 와이어(2)들로 연결된다. 상기 격벽 다이아프램(11)과 함께 금속 용기(10)의 단부는 상기 금속 접속기(6)에 접착되고 전체의 센서 칩(1)은 금속 용기(10)에 밀봉되고, 실리콘 오일은 금속 용기(10)내로 주입된다. 상기 압력 센서는 이러한 방법으로 완료된다.
일시적으로 생석회를 미리 형성한 글라스(다원자가 알콜과 같은 바인더를 사용함에 의해 유연해진 글라스 파우더로 얻어짐)에서 상기 위치 글라스 부재(4)를 제조할 때, 고유점(고유출점)을 갖는 위치 글라스 부재(4)가 사용되면, 예비 성형 글라스가 일시적인 생석회 상태로 놓이고 글라스 파우더의 접착이 약해져서 고강도 재료가 얻어지지 못한다. 따라서 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)와 위치 글라스 부재의 유연점(유출점)이 결정되어지고 동작 온도 및 시간도 설정되어져 역으로 위치 글라스 부재(4)가 위치 영향을 주지 않는 정도로(전극 핀들 3의 위치들이 반경에 놓여지지 않음) 유연해(또는 유동되어) 진다.
일반적으로 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)와 위치 글라스 부재(4)의 유연(유출)점간에 차이가 100℃ 또는 그 이상이라면 양질의 가동성이 얻어진다. 다른 방법으로 상기 위치 글라스 부재가 정상적인 생석회화된 글라스 형성에서 제조된다면, 상기 문제는 발생되지 않는다.
도 4는 위치 글라스 부재(4)에 의해 위치된 전극 핀(3)들이 밀봉하드시 밀봉되는 방법을 나타낸 도면이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 반경 및 축 방향으로 위치 글라스 부재(4)에 의해 위치된 전극 핀(3)들과 함께 베이스 유니트(12)는 지그(8)상에 놓이고 상기 전극 핀(3)을 밀폐하듯이 밀봉하기 위해 가열된다.
전극 핀(3)들이 먼저 놓이기 때문에 지그(8)에 형성된 홀(8a)의 직경은 전극 핀(3) 보다 커져야 한다. 상기 구멍(8a)은 차단구멍들이 필요하지 않는 대신 관통공들을 사용한다.
상기 위치 글라스 부재(4)가 상기 방법으로 형성될 때, 위치 지그가 사용되지 않고 금속 접속기(6)는 누설이 시작되는 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)를 가지고 지그(8)에 접착되어지는 것을 방지한다.
상기 실시예에 따르면, 압력 센서를 제고하기 위해 필요한 본당공정은 다음 2가지 공정을 포함한다.
제1 공정: 금속 접속기(6) 및 글라스를 갖는 전극 핀(3)들을 밀폐하듯이 밀봉하고 동시에 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)와 위치 글라스 부재(4)를 본딩한다.
제2 공정: 센서 칩(1)(절단된 칩을 본딩)과 위치 글라스 부재(4)를 양극 본딩에 의해 본딩한다.
공정수는 종래 기술과 비교할 때 줄어들었다.
제1 실시예에서 위치 글라스 부재(4)가 유동화된 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 밀려남을 방지하기 때문에 전극 핀(3)들 주변에서 불필요한 필레 모양들의 형성을 방지한다. 따라서 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 예비성형 글라스의 볼륨과 그에 대한 상기 금속 접속기(6) 및 전극 핀(3)들 간의 갭들간의 일치를 위해 높은 사이즈 정밀도가 불필요하다. 상기 센서 칩(1)이 실장된 표면이 평편하게 형성되고 그래서 다른 구성요소들이 센서 제조동안에 그것을 가격하지 않고 상기 전극 핀(3)들의 높이가 감소된다.
저-알킬 또는 비-알킬 글라스가 상기 위치 글라스 부재(4)를 형성하기 위해 사용되기 때문에 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)내에 알킬 성분은 반대로 IC 회로의 동작에 악영향을 미치지 않고 또한 항복전압을 감소시킨다.
[제2 실시예]
제1 실시예에서, 비록 상기 위치 글라스 부재(4)가 상기 센서 칩(1)이 실장되는 표면상에 필레 모양의 형성을 방지할 수 있다고 하더라도, 센서 칩(1) 실장되는 표면에 예를들면 압력센서의 하부 측면상에 필레 모양의 형성을 방지할 수 없다. 상기 압력 센서가 외부 유니트로 조립되어 질 때 때때로 압력센서의 하부 측면상에 필레 모양은 장애물이 된다. 제2 실시예에서, 2개의 위치 글라스 부재들은 상기 문제를 해결하기 위해 사용된다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 압력 센서를 나타낸다. 도 5를 참조하면 도 1과 동일한 부분에 대한 부호는 동일한 부호로 나타내고 그에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제2 실시예에서, 추가로 디스크형 위치 글라스 부재(7)가 추가로 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 하부 표면상에 씌워진다.
더욱 상세하게는 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 위치 글라스 부재(40)와 위치 글라스 부재(7)에 의해 샌드위치되는 동안 금속 연결기(6)의 내측에 설치된다. 상기 위치 글라스 부재(7)는 실리카 글라스와 같은 저-알킬 또는 비-알킬로 이루어지고 상기 위치 글라스 부재(4)도 동일한 방법으로 이루어진다.
상기 위치 글라스 부재(4, 7)와 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 관통공(4a, 5a, 7a)들은 전극 핀(3)들의 직경과 거의 동일한 직경을 가지고 형성된다. 상기 전극 핀(3)들과 해당 관통공(4a, 7a)의 내부 표면들 간에 갭은 유연해지고(유동되어지고) 응고되는 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)에 의해 밀폐하듯이 밀봉된다. 따라서 금속 용기(10)내에 채워진 실리콘 오일은 관통공(4a, 5a)을 통해 베이스 유니트(22)의 양측에서 누설되지 않는다.
도 6은 위치 글라스 부재(4, 7)에 의해 위치된 전극 핀(3)들을 밀폐하듯이 밀봉하는 방법을 나타낸 도면이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 전극 핀(3)들은 도 4와 같은 동일한 방법으로 상기 위치 글라스 부재(4,7)의 반경 및 축방향으로 위치된다. 따라서 전극핀(3)들이밀폐한 밀봉을 위해 가열될 때, 그들이 지그(8)에 의해 위치되어질 필요가 없다. 상기 지그(8)에 형성된 홀(8a)들의 직경은 전극 핀(30)들보다 커진다.
이러한 배열을 갖는 압력 센서의 제조방법은 도 7을 참조하여 설명될 것이다.
도 7에 도시한 바와 같이, 상기 전극 핀(3)들은 위치 글라스 부지(7)의 하부측면에서 관통공(7a)으로 삽입되고, 그 후 상기 위치 글라스 부재(5,4)의 관통공(5a, 4a)으로 삽입된다. 순차적으로 상기 위치 글라스 부재(4,7)에 의해 샌드위치된 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)들이 상기 금속 접속기(6)의 내부 표면상에 설치된다. 이러한 방법으로 베이스 유니트(22)의 제조가 완료된다. 그 후 상기 압력센서는 제1 실시예와 동일한 방법으로 제조된다.
제2 실시예에 따라 상기 센서를 제조하기 위해 요구된 본딩 공정은 다음 2가지 공정을 포함한다.
제1 공정: 금속 접속기(6) 및 글라스와 함께 전극 핀(3)들을 밀폐하듯이 밀봉하고 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)와 위치 글라스 부재(4,7)를 동시에 본딩하는 공정 그리고,
제2 공정: 양극 본딩에 의해 상기 센서 칩(1)(절단된 칩)과 위치 글라스 부재(4)를 본딩하는 공정.
다수의 공정들이 종래 기술과 대비할 때 줄어든다.
제2 실시예에서, 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)가 2개의 위치 글라스 부재(4,7)에 의해 샌드위치되기 때문에 소정의 피치로 전극 핀(3)들을 지지하는 다수개의 영역들이 증가하고 위치 정밀도가 도 1의 구조보다 더 좋다. 필레 모양이 형성되지 않는 평편한 상태가 베이스 유니트(22)의 양측상에서 유지됨에 따라 압력 센서는 외부 유니트에서 더욱더 쉽게 조립된다.
[제3 실시예]
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 제3 실시예에 따른 압력 센서의 주요부를 나타낸다.
도 8a에 도시한 바와 같이, 각 위치 글라스 부재(4)와 밀폐한 밀봉 글라스(5)가 평면의 방향(이하 팬모양 부재들이라 칭함)으로 분할된 팬모양들로 다수개의 플레이트 부재들에 의해 형성되고 그래서 글라스 부재들 형성시 형성되어야할 구멍들이 필요없다. 이 경우에서 반원형 노치들이 팬모양 부재들의 소정 위치에서 형성되고, 2개의 인접한 팬형 부재들이 서로 밀접하게 접촉될 때, 그들이 그들 경계에서 관통공(4a, 5a)을 형성한다.
이러한 방법으로, 각각의 위치 글라스 부재(4)와 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)가 다수개의 팬형 부재들에 의해 형성될 때, 상기 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 상기 위치 글라스 부재(4)의 팬모양 부재들간의 갭들로 유입되는 열에 의해 유연해지고, 전극 핀(3)을 밀봉하듯이 밀봉함과 동시에 팬모양 부재들을 부착한다. 제3 실시예에서 상기 위치 글라스 부재(4)와 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)가 금속 접속기(6)에 설치되고 그 후 전극 핀(3)들이 관통공(4a, 5a)에 삽입된다.
제3 실시예에 따라서 상기 위치 글라스 부재(4)와 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 고가로 형성하는 홀에 대한 부담을 덜어주고 따라서 효율적으로 압력 센서의 제조 비용을 줄일 수 있다.
[제4 실시예]
도 9는 본 발명의 제4 실시예에 따른 압력 센서를 나타낸 것이다.
제4 실시예에서 도전성 금속으로 이루어진 리드 프레임(13)은 도 1의 전극 핀(3)들 대신에 사용된다. 상기 리드 프레임의 말단부(13a)와 센서 칩(1)의 전극 패드(도시생략됨)는 본딩 와이어(2)에 의해서 서로 연결된다. 도 10에 도시된 바와 같이, 리드 프레임(13)은 금속 플레이트의 압착 및 구부림에 의해 제각기 얻어진 한쌍의 대향 빛 부재들을 구비하고 위치 글라스 부재(4)와 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)에 형성된 슬릿(4b, 5b)들에 삽입된다. 상기 위치 글라스 부재(4)와 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 상기 슬릿(4b, 5b)들은 리드 프레임(13)의 두께와 거의 동일한 폭들을 갖는다. 상기 리드 프레임(13)과 상기 위치 글라스 부재(4)의 내부 측벽들 간의 갭들은 유연해지고(유동성으로됨) 응고되는 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)로 밀봉하듯이 밀봉된다.
상기한 배열을 갖는 압력 센서의 제조 방법은 도 11을 참조하여 기술될 것이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 상기 리드 프레임(13)의 최단부(13b)는 상기 위치 글라스 부재(4)의 상부 측면에서 슬릿(4b)들에 삽입되고, 그 후 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)의 슬릿(5b)들에 삽입된다. 상기 위치 글라스 부재(4)와 삽입된 리드 프레임(13)과 함께 밀폐한 밀봉 글라스 부재(5)는 금속 접속기(6)의 내부 표면(6a)상에 설치된다. 상기 리드 프레임(13)의 최단부가 단지 말단부(13a)를 전극 리드들로 베이스 유니트에 남겨두고 절단된다.
제4 실시예에 따라 상기 리드 프레임(13)이 전극 핀(3)들 대신에 사용되었기 때문에 베이스 유니트가 조립될 때 다수개의 전극 리드들은 한번에 형성되어지고 따라서 조립공정이 간단해진다.
제1 내지 제4 실시예에서 위치 글라스 부재의 재료로써 주성분으로 SiO2를 포함한 글라스, PbO, ZnO, B2O3, Al2O3, Na2O, BaO, CaO 또는 KO를 부가한 글라스, 단지 SiO2만을 포함한 글라스가 사용될 수 있다. 이 경우에서 알루미나-, 티타니아-, SiC-, Si3N4- 또는 지르코나 세라믹재가 사용될 수 있다.
상기 밀폐한 글라스 부재의 재료로써 상기 위치 글라스 부재의 재료와 유사한 글라스가 사용될 수 있다. 이 경우에서 첨가량이 조정되어지고 그래서 밀폐한 글라스 부재가 위치 글라스 보다 낮은 융점을 갖는다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 센서 칩과 베이스 유니트간에 버퍼 부재들을 형성시킬 필요가 없고 다수개의 구성요소가 줄어든다. 버퍼 부재가 필요없고 압력 센서의 내부 볼륨이 작아 짐으로써 밀봉된 오일량도 감소한다. 전극 핀들과 리드 프레임들이 위치 부재에 의해 위치되기 때문에 고정밀 위치 지그를 준비할 필요가 없다.
센서 칩이 상기 위치부재에 실장되기 때문에 밀폐한 밀봉 부재가 센서 칩과 직접 접촉할 필요가 없고 그래서 p-n 접합의 열화가 방지된다. 위치 부재가 사용되기 때문에 압력센서에 필레 모양의 형성이 방지되고 이것은 압력센서의 밀봉된 오일 감소 부재를 쉽게 만들 수 있다.
상기 전극 핀들과 리드 프레임을 삽입하기 위한 관통공들이 종래와 동일한 방법으로 형성될 때 압착 또는 컷팅 수단에 의해 형성한 구멍이 불필요하고 따라서 상기 전극 핀들 위치시 자유각도가 증가한다. 자연적으로 다중 핀 구조가 쉽게 제조된다.

Claims (16)

  1. 센서 칩(1)이 실장된 베이스 유니트(12, 22)와;
    상기 센서 칩을 밀봉하기 위해 상기 베이스 유니트에 고정되고 오일이 밀봉된 캡형 금속 용기(10)와; 그리고 다이아프램의 변형에 의해 외부 압력을 상기 오일을 통해 상기 센서 칩에 전달하기 위해 금속 용기부를 형성하는 플렉시블 다이아프램(11)을 구비하며;
    상기 베이스 유니트는 금속 원형 부재(6),
    상기 원형 부재의 내측에 설치되고 절연재로 이루어진 제1 위치 부재(4, 7),
    상기 제1 위치 부재를 통해 연장하여 지지되고 상기 센서 칩을 본딩 와이어(2)를 통해 전기적으로 연결시키는 리드 부재(3, 13a),
    상기 원형 부재와 상기 제1 위치 부재간의 일부분과 상기 리드 부재와 상기 제1 위치 부재간의 일부분을 밀폐하듯이 밀봉하기 위해 상기 원형 부재에 설치된 상기 제1 위치 부재에 형성되고 상기 위치 글라스 부재보다도 낮은 온도에서 유연해지는 절연재로 이루어진 밀폐한 밀봉층(5)으로 구성됨을 특징으로 하는 압력 센서.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 밀폐한 밀봉층은 유연해지고 그 후 상기 원형 부재의 내부 표면과 상기 제1 위치 부재의 외부 표면간의 부분과 상기 리드 부재의 외부 표면과 상기 제1 위치 부재간의 부분을 밀봉하듯이 밀봉하여 응고됨을 특징으로하는 압력센서.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 부재는 저-알킬 글라스 또는 비-알킬 글라스 중 어느 하나로 이루어지고, 상기 밀폐한 밀봉층은 소다-라임 글라스로 이루어짐을 특징으로 하는 압력 센서.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 밀폐한 밀봉층은 주성분으로 적어도 SiO2를 포함한 글라스 및 PbO, ZnO, B2O3, Al2O3, Na2O, BaO, CaO 또는 KO로 구성된 그룹에서 선택된 하나가 부가된 글라스로 이루어지고, 상기 밀폐한 밀봉층의 상기 글라스 재료는 상기 위치 부재보다 낮은 융점을 갖는 것을 특징으로 하는 압력 센서.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 위치 부재는 주성분으로 적어도 SiO2를 포함한 글라스 및 PbO, ZnO, B2O3, Al2O3, Na2O, BaO, CaO 또는 KO로 구성된 그룹에서 선택된 하나가 부가된 글라스로 이루어짐을 특징으로 하는 압력 센서.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 위치 부재는 알루미나-, 티타니아-, SiC-, Si3N4- 또는 지르코니아 세라믹재에서 선택된 세라믹재로 이루어짐을 특징으로 하는 압력 센서.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 센서는 상기 밀폐한 밀봉층을 통해 상기 제1 위치 부재상에 형성된 제2 위치 부재(7)를 더 구비하고, 상기 밀폐한 밀봉층은 상기 원형 부재와 상기 제2 위치 부재간의 영역과 상기 리드 부재와 상기 제2 위치 부재간의 영역을 밀봉하듯이 밀봉함을 특징으로 하는 압력 센서.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 리드 부재는 리드 프레임으로 형성함을 특징으로 하는 압력 센서.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 제1 위치 부재는 제각기 상기 리드 부재가 두께 방향으로 연장하는 다수개의 관통공(4a)을 가지며, 상기 밀폐한 밀봉층은 상기 리드 부재의 외부 표면과 상기 제1 위치 부재에 형성된 각각의 상기 관통공들의 내부 표면간의 갭들을 밀봉하듯이 밀봉함을 특징으로 하는 압력 센서.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 제1 위치 부재는 평면의 방향으로 분할된 다수개의 플레이트 모양 부재들로 구성되며 상기 관통공들은 한 개의 상기 플레이트형 부재들과 인접한 경계에 형성됨을 특징으로 하는 압력 센서.
  11. 제1 위치 부재와 밀폐한 밀봉 부재를 설치하고, 절연재로 이루어지고 제1 및 제2 관통공(4a, 5a)을 가지며, 서로 씌어지며, 리드 부재와 함께 내부 원통형부재(6)가 상기 제1 및 제2 관통공(4a, 5a)에 삽입되고 상기 밀폐한 밀봉 부재가 상기 제1 위치 부재보다도 낮은 온도에서 유연해지도록 베이스 유니트(12, 22)를 준비하는 단계;
    상기 밀폐한 밀봉 부재만이 유연해지는 온도로 상기 베이스 유니트를 열처리하고 그 후 상기 유연해진 밀폐한 밀봉 부재를 적어도 상기 제1 관통공과 상기 리드 부재간의 영역과, 상기 제1 위치 부재와 상기 원형의 부재간의 영역에 채우고 상기 베이스 유니트의 냉각에 의해 밀폐한 밀봉 부재를 응고시키는 단계;
    상기 밀폐한 밀봉 부재가 씌워지지 않는 상기 제1 위치 부재의 표면상에 센서 칩(1)을 실장하는 단계;
    상기 센서 칩과 전극 핀을 와이어 본딩하는 단계; 그리고,
    밀봉된 오일이 채워진 금속 용기와 플렉시블 다이아프램(1)을 갖는 센서 칩을 밀봉하는 단계를 구비함을 특징으로 하는 압력 센서의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 준비 단계는, 상기 제1 및 제2 관통공들에 상기 리드 부재를 삽입하는 단계와, 상기 제1 위치 부재와 상기 밀폐한 밀봉 부재를 설치하고, 서로 씌워지며, 상기 리드 부재와 함께 내부 상기 원형의 부재가 상기 제1 및 제2 관통공으로 삽입되는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 압력 센서의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 리드 부재(3, 13a)를 삽입하는 단계는 상기 제1 및제2 관통공(3, 13a)에 삽입되고, 제2 위치 부재(7)에 형성된 제3 관통공(7a)에 삽입되는 단계를 더 구비하며; 상기 제1 위치 부재, 상기 밀폐한 밀봉 부재, 상기 제2 위치 부재가 설치되는 단계는, 순차적으로 서로 적층되고 상기 리드 부재와 함께 내부 상기 원형의 부재가 상기 제1, 2, 3 관통공에 삽입되는 단계를 더 구비하고; 상기 응고 단계는 상기 유연해진 밀폐한 밀봉 부재가 상기 제1 및 제2 관통공과 상기 리드 부재간의 영역과 상기 제1 및 제2 위치 부재와 상기 원형의 부재간의 영역에 채워지고 상기 베이스 유니트의 냉각에 의해 상기 밀폐한 밀봉 부재가 응고되는 단계를 더 구비함을 특징으로 하는 압력 센서의 제조 방법.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 제1 위치 부재는 저-알킬 글라스 또는 비-알킬 글라스중 어느 하나로 이루어지고 상기 밀폐한 밀봉층은 소라-라임 글라스로 이루어짐을 특징으로 하는 압력 센서의 제조 방법.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 준비 단계는 다수개의 플레이트형 부재들, 내부 상기 원형 부재들로 구성되며 상기 제1 위치 부재를 설치하는 단계와, 상기 제1 관통공을 한 개의 상기 플레이트 형 부재들과 인접한 영역에 형성하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 압력 센서의 제조 방법.
  16. 제 11 항에 있어서, 상기 준비 단계는 다수개의 플레이트형 부재들, 내부 상기 원형 부재들로 구성되며 상기 제1 밀폐한 부재를 설치하는 단계와, 상기 제1관통공을 상기 밀폐한 밀봉 부재의 한 개의 상기 플레이트형 부재들과 인접한 영역사이에 형성하는 단계로 구성함을 특징으로 하는 압력 센서의 제조 방법.
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