KR100483145B1 - 적외선 어레이 센서 패키지 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 어레이 센서와 외부 연결단자간의 신호 전달 경로에서의 미세 크랙 발생에 기인하는 제품의 성능 및 신뢰도 저하를 방지할 수 있도록 한다는 것으로, 이를 위하여 본 발명은, 하부 기판으로 전도성의 금속 기판을 하부 기판으로 사용하며 어레이 센서와 외부 연결단자간의 신호 전달 수단으로 금속 핀을 이용하는 종래의 적외선 어레이 센서 패키지와는 달리, 하부 기판으로 수동 소자의 내장이 가능한 절연성의 LTCC 기판을 하부 기판으로 사용하며 어레이 센서와 외부 연결단자간의 신호 전달 수단으로 비아홀을 이용함으로써, 어레이 센서와 외부 연결단자 간의 신호 전달 경로에서 미세 크랙의 발생을 원천적으로 차단할 수 있기 때문에 제품의 성능 및 신뢰도를 대폭적으로 증진시킬 수 있으며, LTCC 기판 내부에 필요로 하는 수동 소자 등을 내장시킬 수가 있기 때문에 소자의 회로 집적 밀도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 짧은 배선 거리를 실현하여 배선 구간에서의 노이즈를 혼입을 억제함으로써 제품의 성능 및 배선 신뢰도를 더욱 증진시킬 수 있는 것이다.
Description
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 임의의 물체가 발산되는 각종 적외선(온도)을 흡수하여 검출하는데 적합한 적외선 어레이 센서 패키지에 관한 것이다.
잘 알려진 바와 같이, 적외선 어레이 센서는 물체에서 발산되는 열 에너지를 게르마늄(Ge) 윈도우의 필터링을 통해 적외선 영역의 파장을 갖는 에너지를 흡수한 후, 흡수된 에너지의 크기에 따른 온도 변화(즉, 기준 온도와의 온도 변화)를 흡수 물질의 저항온도계수(TCR : temperature coefficient of resistance)에 따른 저항값 변화로부터 온도로 환산하여 산출하는 방식으로 실제 물체로부터 흡수된 에너지를 구하여 이미지를 구성할 수 있도록 전기적 신호를 발생시키는 센서이다.
이러한 적외선 어레이 센서의 경우 흡수된 에너지가 외부로 발산되어지는 것을 최대한 억제하기 위하여 고진공이 요구되고 있으며, 이를 위한 어레이 센서 패키징 방법에서는 패키징의 용접 밀봉(hermetic sealing)이 반드시 이루어져야 한다.
종래의 전형적인 적외선 어레이 센서 또는 볼로메터 패키징에서는, 일 예로서 도 3에 도시된 바와 같이, 금속 기판과 금속 캡을 이용한다. 즉, 도 3은 종래의 적외선 어레이 센서 패키지의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 종래 적외선 어레이 센서 패키지는 하부 금속 기판(302)의 외곽 부분에 솔더링 등의 방법으로 금속 캡(304)이 부착되어 있고, 하부 금속 기판(302)의 상부 일부에는 알루미나 세라믹스(306)가 솔더링 등의 방법으로 부착되어 있다.
또한, 하부 금속 기판(302)과 알루미나 세라믹스(306)를 완전히 관통하는 형태로 외부와의 전기적 연결을 위한 다수의 금속 핀(310)이 삽입되어 있는데, 하부 금속 기판(302)과 각 금속 핀(310)간의 전기적 절연을 위해 하부 금속 기판(302)의 내부에서 각 금속 핀(310)을 둘러싸는 형태를 갖는 절연층(308), 예를 들면 글라스 비드(glass bead)가 형성되어 있다.
한편, 하부 금속 기판(302)의 대략 중앙 부분에는 배기관(314)이 형성되어 있으며, 배기관(314)의 상부를 포함하는 하부금속 기판(302)의 상부에는 온도를 일정하게 유지시키는데 필요한 TE 쿨러 등을 내장하기 위한 캐비티(Cavity) (312)가 형성되어 있고, 캐비티(312)의 상부에는 어레이 센서 칩(316)이 부착되어 있으며, 어레이 센서 칩(316)의 각 패드와 이에 대응하는 하부 금속 기판(302) 상의 각 금속 핀(310)은 와이어 본딩 공정을 통해 와이어(318)로 각각 연결된다. 여기에서, 배기관(314)은 솔더링 등의 방법으로 외부에 튜브를 접합시킨 후 튜브에 압력을 가하여 쿨 웰딩(cool welding)에 의해 튜브를 서로 접합시키는 방식으로 패키지 내부를 진공으로 하기 위한 것이다.
다른 한편, 금속 캡(304)의 상단 부분에는 어레이 센서 칩(316)과 일정 간격만큼의 이격 거리를 두고 윈도우(320), 예를 들면 게르마늄 윈도우가 솔더링 공정을 통해 부착되어 있다. 따라서, 어레이 센서 칩(316)에서는 임의의 물체로부터 발산되어 윈도우를 통해 들어오는 적외선 영역의 파장을 갖는 에너지를 흡수하고, 흡수된 에너지의 크기에 따른 온도 변화를 흡수 물질의 저항온도계수에 따른 저항값 변화로부터 온도로 환산하는 방식으로 실제 물체로부터 흡수된 에너지를 구하여 이미지를 구성할 수 있도록 전기적 신호를 발생시킨다.
그러나, 상술한 바와 같이 금속 기판을 사용하는 종래의 적외선 어레이 센서 패키지는 절연층(308)과 금속 핀(310) 사이의 계면이 기계적 충격에 취약한 문제, 즉 제조 공정 중이나 작동 중에 발생할 수 있는 기계적 충격에 의해 미세한 크랙(crack)이 발생할 수 있으며 이러한 기계적 충격에 의해 크랙이 발생할 경우 진공도 누설 경로(leakage path)로 작용하게 됨으로써 적외선 어레이 센서 패키지의 성능 및 신뢰도를 저하시키는 요인으로 작용한다.
또한, 종래의 적외선 어레이 센서 패키지는, 절연층(308)과 금속 핀(310) 사이의 계면이 불완전한 화학적 결합을 이루는 경우, 기계적 충격에서와 마찬가지로, 계면에서 미세한 크랙이 발생하게 되는 문제점을 갖는다.
더욱이, 종래의 적외선 어레이 센서 패키지는 금속 기판을 사용하기 때문에, 필요 또는 용도에 따라 기능성 소자 등을 추가로 장착하고자 할 경우 금속 표면에 전기적인 절연 처리를 부가적으로 해야만 하는 문제가 있으며, 이러한 문제는 결국 제조 공정의 복잡성 및 제조 단가의 상승을 야기시키는 요인으로 작용하고 있는 실정이다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 어레이 센서와 외부 연결단자간의 신호 전달 경로에서의 미세 크랙 발생에 기인하는 제품의 성능 및 신뢰도 저하를 방지할 수 있는 적외선 어레이 센서 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 일 형태에 따른 본 발명은, 임의의 물체에서 발산되는 적외선 영역의 파장을 갖는 에너지를 이용하여 이미지 구성을 위한 신호를 발생하는 적외선 어레이 센서 패키지에 있어서, 기판의 상, 하부간을 관통하여 형성된 다수의 전도성 신호 전달 경로와 진공 배기를 위한 배기관이 내부에 형성된 절연성의 LTCC 기판; 상기 각 전도성 신호 전달 경로의 외측에 접속된 다수의 외부 연결 단자; 상기 배기관의 상부 측에 있는 상기 LTCC 기판 상에 부착된 캐비티; 상기 캐비티 내부에 실장된 TE Cooler 및 어레이 센서; 상기 어레이 센서 내 각 패드와 이에 대응하는 각 전도성 신호 전달 경로의 내측 접속 패드간을 전기적으로 연결하는 다수의 와이어; 및 상기 LTCC 기판 상부에 형성된 상기 어레이 센서 및 와이어를 보호하기 위한 밀봉 수단으로 이루어진 적외선 어레이 센서 패키지를 제공한다.
상기 목적을 달성하기 위한 다른 형태에 따른 본 발명은, 임의의 물체에서 발산되는 적외선 영역의 파장을 갖는 에너지를 이용하여 이미지 구성을 위한 신호를 발생하는 적외선 어레이 센서 패키지에 있어서, 기판의 상, 하부간을 관통하여 형성된 다수의 전도성 신호 전달 경로와 진공 배기를 위한 배기관이 내부에 형성된 절연성의 LTCC 기판; 상기 LTCC 기판의 배면에 삽입 장착되는 다수의 금속 핀; 상기 각 전도성 신호 전달 경로의 외측 패드와 이에 대응하는 각 금속 핀간을 전기적으로 연결하는 다수의 접속 패드; 상기 배기관의 상부 측에 있는 상기 LTCC 기판 상에 형성된 캐비티; 상기 캐비티의 내부에 실장된 TE Cooler 및 어레이 센서; 상기 어레이 센서 내 각 패드와 이에 대응하는 각 전도성 신호 전달 경로의 내측 접속 패드간을 전기적으로 연결하는 다수의 와이어; 및 상기 LTCC 기판 상부에 형성된 상기 어레이 센서 및 와이어를 보호하기 위한 밀봉 수단으로 이루어진 적외선 어레이 센서 패키지를 제공한다.
본 발명의 상기 및 기타 목적과 여러 가지 장점은 이 기술분야에 숙련된 사람들에 의해 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술되는 본 발명의 바람직한 실시 예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명한다.
먼저, 본 발명의 핵심 기술요지는, 하부 기판으로 전도성의 금속 기판을 하부 기판으로 사용하며 어레이 센서와 외부 연결단자간의 신호 전달 수단으로 금속 핀을 이용하는 전술한 종래의 적외선 어레이 센서 패키지와는 달리, 하부 기판으로 수동 소자의 내장이 가능한 절연성의 LTCC(low temperature cofired ceramic)를 하부 기판으로 사용하며 어레이 센서와 외부 연결단자간의 신호 전달 수단으로 비아홀을 이용한다는 것으로, 이러한 기술적 수단을 통해 본 발명에서 목적으로 하는 바를 쉽게 달성할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 어레이 센서 패키지의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시 예의 적외선 어레이 센서 패키지는 하부 기판으로서 기능하는 절연성의 LTCC 기판(102)의 외곽 부분에 솔더링 등의 방법으로 금속 캡(104)이 부착되어 있는데, LTCC 기판(102)의 내부에는 다수의 비아홀(106), 다수의 수동 소자(110), 배기관(114) 등이 형성되어 있으며, 각 비아홀(106)의 일측 부분(패키지 외측 부분)에는 외부와의 연결단자로 이용되는 솔더볼(108a)이 각각 형성되어 있다. 이때, 도면에서의 도시는 생략되었으나, 패키지의 내측에 있는 비아홀의 노출 부위에는 스크린 프린팅 방법 등에 의해 인쇄된 도체 페이스트인 골드(Au) 패드가 형성되어 있다. 이때, 본 실시 예에서는 솔더 볼(108a) 대신에 패드(LGA(랜드 그리드 어레이) 방식)로 구성할 수도 있다.
이와 같이, 내부에 비아홀(106), 수동 소자(110) 및 배기관(114)을 갖는 LTCC 기판(102)은 그린 시트에 펀칭 등의 방법으로 비아홀을 형성하고, 스크린 프린팅 등의 방법으로 내부 전극 및 수동 소자용 회로 패턴을 형성하는 방식으로 다수의 그린 시트를 제조하고, 이와 같이 제조된 다수의 그린 시트를 순차 적층한 후 라미네이트 공정을 통해 가열 가압함으로써 다층 구조로 형성할 수 있다. 이후 dl 적층된 그린시트를 800oC 이상에서 소성시켜 기계적 강도를 갖는 적층 세라믹 구조체를 형성한다.
또한, 본 실시 예의 적외선 어레이 센서 패키지는 LTCC 기판(102)의 내부에 일부가 매립되는 형태로 캐비티(112)가 부착되어 있으며, 캐비티(112)의 하부에는 배기관(114)이 형성되어 있다. 여기에서, 캐비티(112)는 패키지 내부의 온도를 일정하게 유지시키는데 필요한 TE 쿨러 등의 소자가 내장하기 위한 것이다.
또한, 캐비티(112)의 상부에는 어레이 센서 칩(116)이 부착되어 있으며, 어레이 센서 칩(116)의 각 패드와 이에 대응하는 LTCC 기판(102) 상의 각 골드 패드(도시 생략)는 와이어 본딩 공정을 통해 와이어(118)로 각각 연결된다.
한편, 캐비티(112)의 하부 측에 있는 LTCC 기판(102) 내부에 형성된 배기관(114)은 솔더링 등의 방법으로 외부에 튜브(122)를 접합시킨 후 튜브에 압력을 가하여 쿨 웰딩(cool welding)에 의해 튜브(122)를 서로 접합시키거나 혹은 밀봉제를 사용하여 글라스 튜브를 LTCC 기판 구조물과 소성하여 접합시킨 후 글라스 튜브의 중간에 열을 가하여 용융시켜 서로 접합시키는 방식으로 패키지 내부를 진공으로 하기 위한 것이다. 여기에서, 솔더링 등으로 배기관(114)에 접합되는 튜브(122)로는 Cu, Cu 합금 또는 Ni, Ni 합금 튜브를 사용할 수 있다.
다른 한편, 금속 캡(104)의 상단 부분에는 어레이 센서 칩(116)과 일정 간격만큼의 이격 거리를 두고 윈도우(120), 예를 들면 게르마늄 윈도우가 솔더링 공정을 통해 부착되어 있다. 따라서, 어레이 센서 칩(116)에서는 임의의 물체로부터 발산되어 윈도우를 통해 들어오는 적외선 영역의 파장을 갖는 에너지를 흡수하고, 흡수된 에너지의 크기에 따른 온도 변화를 흡수 물질의 저항온도계수에 따른 저항값 변화로부터 온도로 환산하는 방식으로 실제 물체로부터 흡수된 에너지를 구하여 이미지를 구성할 수 있도록 전기적 신호를 발생시킨다.
상술한 바와 같이, 본 실시 예에 따른 적외선 어레이 센서 패키지는, 전도성의 금속 기판과 금속 핀을 사용하고 글라스 비드로 된 절연층이 금속 핀을 둘러싸도록 하는 구조를 갖는 전술한 종래의 적외선 어레이 센서 패키지와는 달리, 절연성의 LTCC 기판을 사용하며 비아홀을 통해 어레이 센서의 각 패드와 외부 단자와의 연결을 위한 솔더볼 간을 전기적으로 연결하도록 하는 구조를 채용하기 때문에 어레이 센서와 외부 연결단자 간의 신호 전달 경로에서 성능 및 제품 신뢰도를 저하시킬 수 있는 미세 크랙의 발생을 원천적으로 차단할 수 있다.
또한, 본 실시 예에 따른 적외선 어레이 센서 패키지는 LTCC 기판 내부에 필요로 하는 수동 소자 등을 내장시킬 수가 있기 때문에 소자의 회로 집적 밀도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 짧은 배선 거리를 실현함으로써 배선 구간에서의 노이즈를 혼입을 억제할 수 있다.
더욱이, 본 실시 예에 따른 적외선 어레이 센서 패키지는 절연성의 LTCC 기판을 하부 기판으로 사용하기 때문에 별도의 공정 처리 없이도 LTCC 기판의 배면에 필요로 하는 다른 칩(회로 칩) 등을 장착할 수 있기 때문에 그 만큼 회로의 집적도를 높여 적외선 어레이 센서 패키지 모듈의 소형화를 더욱 실현할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 어레이 센서 패키지의 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시 예에 따른 적외선 어레이 센서 패키지는, 다수의 비아홀, 다수의 수동 소자 및 배기관이 내부에 형성된 LTCC 기판(102)을 하부 기판으로 사용한다는 점에 있어서는 전술한 일 실시 예에서의 구조와 실질적으로 동일하지만, 전술한 일 실시 예에의 구조에서는 외부와의 연결단자로서 솔더 볼을 이용하는 반면에, 절연성의 LTCC 기판(102)에 고정 삽입되는 금속 핀(108b)들을 외부 연결단자로 이용하며, 각 금속 핀(108b)과 대응하는 각 비아홀(106)간을 스크린 프린팅 등을 이용하는 페이스트 공법으로 형성 가능한 접속 배선(108c)으로 연결하는 구조를 채용한다는 점이 전술한 일 실시 예에서의 구조와 다르다.
따라서, 솔더 볼이 아닌 금속 핀과 접속 배선을 이용하는 구조를 제외한 나머지 구조들은 전술한 일 실시 예에서의 구조와 실질적으로 동일하므로, 명세서의 간결화를 위한 불필요한 중복 기재를 피하기 위하여 여기에서의 설명은 생략한다.
그러므로, 본 실시 예에 따른 적외선 어레이 센서 패키지는, 비록 솔더 볼이 아닌 금속 핀을 외부 연결단자로 이용하는 점이 다르기는 하지만, 전술한 일 실시 예에서와 실질적으로 동일한 결과(효과)를 얻을 수 있음은 물론이다.
이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 하부 기판으로 전도성의 금속 기판을 하부 기판으로 사용하며 어레이 센서와 외부 연결단자간의 신호 전달 수단으로 금속 핀을 이용하는 전술한 종래의 적외선 어레이 센서 패키지와는 달리, 하부 기판으로 수동 소자의 내장이 가능한 절연성의 LTCC 기판을 하부 기판으로 사용하며 어레이 센서와 외부 연결단자간의 신호 전달 수단으로 비아홀을 이용함으로써, 어레이 센서와 외부 연결단자 간의 신호 전달 경로에서 미세 크랙의 발생을 원천적으로 차단할 수 있기 때문에 제품의 성능 및 신뢰도를 대폭적으로 증진시킬 수 있으며, LTCC 기판 내부에 필요로 하는 수동 소자 등을 내장시킬 수가 있기 때문에 소자의 회로 집적 밀도를 높일 수 있을 뿐만 아니라 짧은 배선 거리를 실현하여 배선 구간에서의 노이즈를 혼입을 억제함으로써 제품의 성능 및 배선 신뢰도를 더욱 증진시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 적외선 어레이 센서 패키지는 절연성의 LTCC 기판을 하부 기판으로 사용하기 때문에 별도의 공정 처리 없이도 LTCC 기판의 배면에 필요로 하는 다른 칩 등을 장착할 수 있기 때문에 그 만큼 회로의 집적도를 높여 적외선 어레이 센서 패키지 모듈의 소형화를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 적외선 어레이 센서 패키지의 단면도,
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 적외선 어레이 센서 패키지의 단면도,
도 3은 종래의 적외선 어레이 센서 패키지의 단면도.
＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞
102 : LTCC 기판 104 : 금속 캡
106 : 비아홀 108a : 솔더 볼
108b : 금속 핀 108c : 접속 배선
110 : 수동 소자 112 : 캐비티
114 : 배기관 116 : 어레이 센서
118 : 와이어 120 : 윈도우
122 : 튜브
Claims (8)
- 임의의 물체에서 발산되는 적외선 영역의 파장을 갖는 에너지를 이용하여 이미지 구성을 위한 신호를 발생하는 적외선 어레이 센서 패키지에 있어서,기판의 상, 하부간을 관통하여 형성된 다수의 전도성 신호 전달 경로와 진공 배기를 위한 배기관이 내부에 형성된 절연성의 LTCC 기판;상기 각 전도성 신호 전달 경로의 외측에 접속된 다수의 외부 연결 단자;상기 배기관의 상부 측에 있는 상기 LTCC 기판 상에 부착된 캐비티;상기 캐비티의 상부에 접착된 어레이 센서;상기 어레이 센서 내 각 패드와 이에 대응하는 각 전도성 신호 전달 경로의 내측 접속 패드간을 전기적으로 연결하는 다수의 와이어; 및상기 LTCC 기판 상부에 형성된 상기 어레이 센서 및 와이어를 보호하기 위한 밀봉 수단으로 이루어진 적외선 어레이 센서 패키지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 LTCC 기판은, 그 내부에 적어도 하나의 수동 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서 패키지.
- 제 1 항에 있어서, 상기 LTCC 기판은, 그 배면에 적어도 하나의 회로 칩이 장착되는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서 패키지.
- 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 외부 연결 단자는, 솔더 볼인 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서 패키지.
- 제 1 항, 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 외부 연결 단자는, 패드인 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서 패키지.
- 임의의 물체에서 발산되는 적외선 영역의 파장을 갖는 에너지를 이용하여 이미지 구성을 위한 신호를 발생하는 적외선 어레이 센서 패키지에 있어서,기판의 상, 하부간을 관통하여 형성된 다수의 전도성 신호 전달 경로와 진공 배기를 위한 배기관이 내부에 형성된 절연성의 LTCC 기판;상기 LTCC 기판의 배면에 삽입 장착되는 다수의 금속 핀;상기 각 전도성 신호 전달 경로의 외측 패드와 이에 대응하는 각 금속 핀간을 전기적으로 연결하는 다수의 접속 패드;상기 배기관의 상부 측에 있는 상기 LTCC 기판 상에 부착된 캐비티;상기 캐비티의 상부에 접착된 어레이 센서;상기 어레이 센서 내 각 패드와 이에 대응하는 각 전도성 신호 전달 경로의 내측 접속 패드간을 전기적으로 연결하는 다수의 와이어; 및상기 LTCC 기판 상부에 형성된 상기 어레이 센서 및 와이어를 보호하기 위한 밀봉 수단으로 이루어진 적외선 어레이 센서 패키지.
- 제 6 항에 있어서, 상기 LTCC 기판은, 그 내부에 적어도 하나의 수동 소자를 포함하는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서 패키지.
- 제 6 항에 있어서, 상기 LTCC 기판은, 그 배면에 적어도 하나의 회로 칩이 장착되는 것을 특징으로 하는 적외선 어레이 센서 패키지.
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Applications Claiming Priority (1)
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| KR10-2002-0069059A KR100483145B1 (ko) | 2002-11-08 | 2002-11-08 | 적외선 어레이 센서 패키지 |
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