KR100544712B1 - Pressure detecting apparatus - Google Patents

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Abstract

압력 검출 장치를 개시한다. 본 발명에 따른 압력 검출 장치는 외부로부터 가해지는 압력의 영향을 받아 회로 기판과 센싱부가 전기적으로 단선 내지는 손상되는 것을 방지함으로써 제품의 높은 신뢰성과 큰 피로 수명(fatigue life)을 확보할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 이와 같은 목적의 본 발명에 따른 압력 검출 장치는 회로 기판과 압력 전달 부재, 센싱부를 포함한다. 회로 기판은 상면과 하면을 구비하고, 상면과 하면이 연통하도록 제 1 압력 전달 홀이 형성된다. 압력 전달 부재는 회로 기판의 상면에 설치되어 외부로부터 가해지는 압력이 제 1 압력 전달 홀을 통해 하면으로 전달되도록 한다. 센싱부는 와이어 본딩 방식을 통해 회로 기판의 하면에 실장되어 압력 전달 물질을 통해 전달되는 압력에 대응하는 크기의 출력을 발생시킨다.A pressure detection device is disclosed. The pressure detecting device according to the present invention can secure the high reliability and fatigue life of the product by preventing the circuit board and the sensing unit from being electrically disconnected or damaged under the influence of the external pressure. There is a purpose. The pressure detecting apparatus according to the present invention for this purpose includes a circuit board, a pressure transmitting member, and a sensing unit. The circuit board has an upper surface and a lower surface, and the first pressure transmission hole is formed so that the upper surface and the lower surface communicate with each other. The pressure transmission member is installed on the upper surface of the circuit board so that pressure applied from the outside is transmitted to the lower surface through the first pressure transmission hole. The sensing unit is mounted on the lower surface of the circuit board through a wire bonding method to generate an output having a size corresponding to the pressure transmitted through the pressure transmitting material.

Description

압력 검출 장치{PRESSURE DETECTING APPARATUS}Pressure Detection Device {PRESSURE DETECTING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출 장치를 나타낸 도면.1 is a view showing a pressure detection device according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도 1에 나타낸 압력 검출 장치에서 센싱부의 구성을 구체적으로 나타낸 도면.2 is a view showing in detail the configuration of the sensing unit in the pressure detection device shown in FIG.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *

102 : 제 1 압력 전달 홀 104 : 압력 가이드102: first pressure transmission hole 104: pressure guide

106 : 회로 기판 108 : 보호 케이스106: circuit board 108: protective case

110 : 센싱부 114 : 본딩 와이어110: sensing unit 114: bonding wire

120 : 소프트 에폭시 122 : 소프트 겔120: soft epoxy 122: soft gel

204 : 제 2 압력 전달 홀 206 : 캐비티204: second pressure transmission hole 206: cavity

208 : 유리 기판 210 : 다이208: glass substrate 210: die

212 : 에폭시212: epoxy

본 발명은 압력 검출 장치에 관한 것으로, 특히 반도체 압력 센서를 이용하는 압력 검출 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pressure detection device, and more particularly to a pressure detection device using a semiconductor pressure sensor.

전 세계적으로 첨단 핵심 기술의 전자화, 고기능, 다양화가 진행되면서 각 분야에서 필요로 하는 센서에 대한 요구가 급증하고 있으며, 이에 따른 센서 수요의 증가로 선진 각국에서는 이미 센서기술 개발 사업을 첨단 기술 사업으로 분류하여 연구 개발에 집중적인 지원을 하고 있다. 따라서 센서의 기술 수준도 진일보하여 점차 대량 생산체제가 확립되면서 저가격화 및 초소형화, 스마트화가 실현되고 있다.As the globalization of high-tech core technology, high function, and diversification progress, the demand for sensors in each field is increasing rapidly. As a result, the demand for sensors is increasing in advanced countries. Classified to provide intensive support for research and development. Therefore, as the technology level of the sensor is further advanced, mass production system is gradually established, and low price, miniaturization, and smartization are being realized.

보다 정밀한 압력 측정을 위해 반도체 칩 형태의 센서가 많이 활용되는데, 반도체 칩의 크기가 점차 소형화됨에 따라 이 반도체 칩과 회로 기판을 전기적으로 연결하기 위한 구조도 매우 정밀해질 수밖에 없다. 이와 같은 정밀한 연결 구조는 외부로부터 압력이 가해질 때의 인장 스트레스와 진동 등으로 인하여 쉽게 손상될 수 있어 이를 방지하기 위한 대책이 요구된다.Sensors in the form of semiconductor chips are widely used to measure pressure more precisely. As the size of semiconductor chips becomes smaller, the structure for electrically connecting the semiconductor chips and circuit boards becomes very precise. Such a precise connection structure can be easily damaged due to tensile stress and vibration when the pressure is applied from the outside, and measures for preventing the same are required.

본 발명에 따른 압력 검출 장치는 외부로부터 가해지는 압력의 영향을 받아 회로 기판과 센싱부가 전기적으로 단선 내지는 손상되는 것을 방지함으로써 제품의 높은 신뢰성과 큰 피로 수명(fatigue life)을 확보할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.The pressure detecting device according to the present invention can secure the high reliability and fatigue life of the product by preventing the circuit board and the sensing unit from being electrically disconnected or damaged under the influence of the external pressure. There is a purpose.

이와 같은 목적의 본 발명에 따른 압력 검출 장치는 회로 기판과 압력 전달 부재, 센싱부를 포함한다. 회로 기판은 상면과 하면을 구비하고, 상면과 하면이 연통하도록 제 1 압력 전달 홀이 형성된다. 압력 전달 부재는 회로 기판의 상면에 설치되어 외부로부터 가해지는 압력이 제 1 압력 전달 홀을 통해 하면으로 전달되도록 한다. 센싱부는 와이어 본딩 방식을 통해 회로 기판의 하면에 실장되어 압력 전달 물질을 통해 전달되는 압력에 대응하는 크기의 출력을 발생시킨다.The pressure detecting apparatus according to the present invention for this purpose includes a circuit board, a pressure transmitting member, and a sensing unit. The circuit board has an upper surface and a lower surface, and the first pressure transmission hole is formed so that the upper surface and the lower surface communicate with each other. The pressure transmission member is installed on the upper surface of the circuit board so that pressure applied from the outside is transmitted to the lower surface through the first pressure transmission hole. The sensing unit is mounted on the lower surface of the circuit board through a wire bonding method to generate an output having a size corresponding to the pressure transmitted through the pressure transmitting material.

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 압력 검출 장치의 바람직한 실시예를 도 1과 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출 장치를 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 회로 기판(106)은 상면(106a)과 하면(106)을 구비하는데, 상면(106a)에는 압력 전달 물질(120, 122)로 채워진 압력 가이드(104)가 설치되고, 하면(106b)에는 센싱부(110)가 설치된다.A preferred embodiment of the pressure detection device according to the present invention thus made will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. 1 is a view showing a pressure detection apparatus according to an embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, the circuit board 106 has an upper surface 106a and a lower surface 106, and the upper surface 106a is provided with a pressure guide 104 filled with pressure transmitting materials 120 and 122. The sensing unit 110 is installed on the lower surface 106b.

압력 가이드(104) 내에 채워지는 압력 전달 물질(120, 122)은 소프트 에폭시(120)와 소프트 겔(122)로서, 소프트 에폭시(120)가 소프트 겔(122)보다 조금 더 경질이다. 소프트 에폭시(120)의 돌출 부분을 통해 외부로부터 압력이 가해진다. 회로 기판(106)에는 제 1 압력 전달 홀(102)이 형성되는데, 이 제 1 압력 전달 홀(102)에도 소프트 겔(122)이 채워져서 소프트 에폭시(120)에 가해지는 압력이 센싱부(110)까지 전달된다.The pressure transmitting materials 120, 122 filled in the pressure guide 104 are the soft epoxy 120 and the soft gel 122, with the soft epoxy 120 being slightly harder than the soft gel 122. Pressure is applied from the outside through the protruding portion of the soft epoxy 120. The first pressure transmission hole 102 is formed in the circuit board 106, and the soft gel 122 is filled in the first pressure transmission hole 102 so that the pressure applied to the soft epoxy 120 is sensed 110. Is delivered).

센싱부(110)는 본딩 와이어(114)를 통해 회로 기판(106)과 전기적으로 연결된다. 이 본딩 와이어(114)를 보다 더 안전하게 보호하기 위해 센싱부(110)의 외측에 보호 케이스(108)를 마련한다.The sensing unit 110 is electrically connected to the circuit board 106 through the bonding wire 114. In order to more securely protect the bonding wire 114, a protective case 108 is provided outside the sensing unit 110.

도 2는 도 1에 나타낸 압력 검출 장치에서 센싱부(110)의 구성을 구체적으로 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 다이(die, 210)의 일면에는 캐비티(cavity, 206)가 형성되고, 이 캐비티(206)가 형성된 면 위에 유리 기판(208)이 부착된다. 이 유리 기판(208)에는 제 2 압력 전달 홀(204)이 형성되는데, 회로 기판(106)에 형성되는 제 1 압력 전달 홀(102)과 유리 기판(208)에 형성되는 제 2 압력 전달 홀(204)이 서로 일치하도록 유리 기판(208) 및 다이(210)의 설치 위치를 결정하여 제 1 및 제 2 압력 전달 홀(102, 204)에 소프트 겔(122)이 채워져서 다이(210)까지 압력이 전달되도록 한다. 유리 기판(208)과 회로 기판(106)은 에폭시(212)를 통해 서로 접착되고, 다이(210)와 회로 기판(106)의 하면(106b)은 본딩 와이어(114)에 의해 전기적으로 연결된다.FIG. 2 is a view illustrating in detail the configuration of the sensing unit 110 in the pressure detection device shown in FIG. 1. As shown in FIG. 2, a cavity 206 is formed on one surface of a die 210, and a glass substrate 208 is attached to the surface on which the cavity 206 is formed. A second pressure transmission hole 204 is formed in the glass substrate 208. The first pressure transmission hole 102 formed in the circuit board 106 and the second pressure transmission hole formed in the glass substrate 208 ( Determine the installation position of the glass substrate 208 and the die 210 so that the 204 coincide with each other, so that the soft gel 122 is filled in the first and second pressure transfer holes 102 and 204 to press the die 210. To be delivered. The glass substrate 208 and the circuit board 106 are bonded to each other through the epoxy 212, and the die 210 and the bottom surface 106b of the circuit board 106 are electrically connected by the bonding wires 114.

즉, 센싱부(110)를 압력 전달 물질(120, 122)의 외부에 설치하여 압력 전달 물질(120, 122)에 가해지는 압력에 따른 스트레스로부터 본딩 와이어를 보호함으로써, 본딩 와이어가 쉽게 단선되는 문제가 해결되도록 한 것이다.That is, the sensing unit 110 is installed outside the pressure transmitting materials 120 and 122 to protect the bonding wires from stress due to the pressure applied to the pressure transmitting materials 120 and 122, so that the bonding wires are easily disconnected. Is to be solved.

반도체 제조 공정을 통해 칩의 형태로 만들어지는 센싱부(110)는 선형성이 우수하고 소형 경량으로 진동에도 매우 강하며, 고감도, 고 신뢰성으로 양산성이 좋다. 일반적으로 다이(210)의 두께는 10㎛ - 50㎛로서 압력을 받으면 그 가장 자리에 가장 많은 인장 스트레스를 받는다. 다이(210)가 가지고 있는 전기적 저항은 이 인장 스트레스에 비례하는 크기를 갖는데, 이를 압 저항효과(Piezoresistive effect)라 한다. 센싱부(110)에 압력이 가해지면 다이(210)는 휘게 된다. 즉 다이(210)는 외부로부터 가해지는 압력에 반응하여 왜(歪) 응력을 발생시키는데, 이 왜 응력에 의해 발생하는 전기적 특성(저항)의 변화를 압력 검출에 이용한다.The sensing unit 110, which is made in the form of a chip through a semiconductor manufacturing process, has excellent linearity, is small in size, light weight, and is extremely resistant to vibration, and has good mass productivity with high sensitivity and high reliability. In general, the die 210 has a thickness of 10 μm-50 μm and is subjected to the most tensile stress at the edge thereof under pressure. The electrical resistance of the die 210 has a magnitude proportional to this tensile stress, which is called the piezoresistive effect. When pressure is applied to the sensing unit 110, the die 210 is bent. That is, the die 210 generates strain stress in response to a pressure applied from the outside, and the change of electrical characteristics (resistance) generated by the strain stress is used for pressure detection.

본 발명에 따른 압력 검출 장치는 센싱부를 압력 전달 물질의 외부에 설치하여 압력 전달 물질에 가해지는 압력에 따른 스트레스로부터 센싱부를 보호함으로써, 센싱부와 회로 기판을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어가 쉽게 단선되지 않도록 함으로써 제품의 높은 신뢰성과 큰 피로 수명을 확보할 수 있도록 한다.The pressure detecting device according to the present invention protects the sensing unit from stress due to the pressure applied to the pressure transmitting material by installing the sensing unit outside the pressure transmitting material, so that the bonding wire electrically connecting the sensing unit and the circuit board is not easily disconnected. This ensures high reliability and a great fatigue life of the product.

Claims (6)

상면과 하면이 연통하도록 제1압력전달 홀이 형성되는 회로기판과, 상기 회로기판의 상면에 마련되어 외부로부터 가해지는 압력이 상기 제1압력전달홀을 통해 상기 회로기판의 하면 측으로 전달되도록 하는 압력전달물질과, 상기 압력전달물질을 통해 전달되는 압력에 대응하는 크기의 출력을 발생시키는 센싱부를 포함하며, A circuit board in which a first pressure transfer hole is formed so that an upper surface and a lower surface communicate with each other, and a pressure transfer provided on the upper surface of the circuit board so that pressure applied from the outside is transferred to the lower surface side of the circuit board through the first pressure transfer hole. And a sensing unit for generating an output of a magnitude corresponding to the pressure transmitted through the pressure transfer material, 상기 센싱부는 상기 회로기판의 하면에 와이어 본딩 방식을 통해 실장되어 외부압력에 의해 손상되지 않도록 한 것을 특징으로 하는 압력검출장치.The sensing unit is mounted on the lower surface of the circuit board through a wire bonding method so as not to be damaged by external pressure. 제 1 항에 있어서, 상기 센싱부는,The method of claim 1, wherein the sensing unit, 제 2 압력 전달 홀이 형성되고, 상기 회로 기판의 하면 상에 상기 제 1 압력 전달 홀과 상기 제 2 압력 전달 홀이 일치하도록 설치되는 유리 기판과;A glass substrate having a second pressure transmission hole formed on the lower surface of the circuit board such that the first pressure transmission hole and the second pressure transmission hole coincide with each other; 일면에 캐비티가 형성되고, 상기 캐비티가 상기 제 2 압력 전달 홀을 향하도록 설치되며, 상기 제 2 압력 전달 홀을 통해 전달되는 압력에 의해 전기적 특성이 변화하는 다이를 포함하는 압력 검출 장치.A die is formed on one surface, the cavity is installed so that the cavity facing the second pressure transmission hole, the pressure detection device including a die whose electrical characteristics change by the pressure transmitted through the second pressure transmission hole. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 전기적 특성이 압 저항 특성인 압력 검출 장치.And the electrical characteristic is a piezoresistive characteristic. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 상기 제 1 및 제 2 압력 전달 홀과 상기 캐비티가 상기 압력 전달 물질로 채워지는 압력 검출 장치.And the first and second pressure transfer holes and the cavity are filled with the pressure transfer material. 제 2 항에 있어서,The method of claim 2, 상기 회로 기판과 상기 유리 기판이 에폭시를 통해 접착되는 압력 검출 장치.And the circuit board and the glass substrate are bonded through an epoxy. 제 1 항에 있어서,The method of claim 1, 상기 센싱부를 보호하기 위한 보호 케이스가 상기 센싱부의 외측에 마련되는 압력 검출 장치.And a protective case for protecting the sensing unit is provided outside the sensing unit.
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