KR101533796B1 - 온도 센서 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 방열 기능이 향상되어 정확하게 온도를 측정할 수 있는 적외선 온도 센서 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 온도 센서 패키지는 베이스, 상기 베이스의 일면에 실장된 온도 센서 칩 및 ASIC, 하면이 상기 베이스와 결합하여 상기 온도 센서 칩 및 상기 ASIC를 수용하는 내부 공간을 형성하고, 상면에 개구부가 형성된 커버 및 상기 개구부를 밀폐하는 적외선 필터를 포함하되, 상기 베이스는, 일면과 상기 일면과 대향하는 타면을 갖는 절연층, 상기 절연층의 일면 중 일부에 형성되어 상기 온도 센서 칩 및 상기 ASIC과 전기적으로 연결되는 제1후동박 패드, 상기 절연층의 타면 중 일부에 형성되는 제2후동박 패드, 상기 절연층의 일면 및 타면 중 상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 형성되지 않은 부분에 형성된 솔더 레지스트층 및 상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 연통하는 적어도 하나 이상의 방열 비아를 포함한다.

Description

온도 센서 패키지 및 그 제조 방법{TEMPERATURE SENSOR PACKAGE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 온도 센서 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 방열 기능이 향상되어 정확하게 온도를 측정할 수 있는 적외선 온도 센서 패키지에 관한 것이다.
온도 센서는 온도를 측정하는 방법에 따라 접촉식 온도 센서와 비접촉식 온도 센서로 구분될 수 있다. 접촉식 온도 센서는 온도 센서와 피측정체가 물리적으로 직접 접촉되어 온도를 측정하는 방식의 온도 센서이다. 대표적으로 수은온도계, 알콜온도계 및 NTC온도계 등이 이에 해당한다. 그러나 접촉식 온도 센서는 피측정체가 물리적으로 온도 센서에 접촉되어야 하므로 복합적인 기능을 수행하는 전자 디바이스에 채용되어 활용되는 것에는 한계가 있었다.
따라서 최근의 전자 디바이스에 채용되어 활용될 수 있는 온도 센서는 주로 비접촉식 온도 센서가 고려되어 왔다. 비접촉식 온도 센서의 대표적인 형태는 적외선 온도 센서이다. 적외선 온도 센서는 피측정체가 발산하는 적외선을 온도 센서의 써모파일이 수광하여 온도를 측정하는 방식이 사용된다. 이러한 방식의 적외선 온도 센서는 제백효과(seebeck effect)를 이용하여 온도를 측정한다. 제백효과는 접속한 두 지점 사이에 온도차가 발생하면 생성되는 기전력이 발생하는 효과이다.
적외선 온도 센서는 온도측정을 위하여 수광되는 적외선에 의하여 센서 온 접점의 온도가 높아져 냉접점으로 열전달 되어 시간이 지남에 따라 제백효과에 의해 발생되는 기전력이 낮아지게 된다. 이는 센서의 성능을 저하시켜 높은 온도일수록 측정의 정확도가 떨어질 수 있다. 따라서 적외선 온도 센서의 패키지는 방열을 위한 구조를 가질 필요가 있다. 종래에는 적외선 온도 센서 칩이 실장된 기판을 세락믹 또는 알루미늄 재질로 하여 방열이 원활하도록 하는 것이 시도되었다. 그 중 알루미늄 재질의 기판은 구리 또는 세라믹 등 다른 기판의 재질에 비해 열팽창계수가 상대적으로 크기 때문에, 수축과 팽창에 따라 실장된 온도 센서 칩이 떨어지는 등의 문제가 있었다. 따라서, 현재까지 사용되고 있는 세라믹 재질의 기판은 신뢰성이 보장되나, 대량 생산의 한계가 있다. 이에 다양한 환경에서 대량 생산이 가능하고 신뢰성을 보장할 수 있으면서도 방열 효과가 뛰어난 구조의 온도 센서 패키지 및 그 제조 방법에 대한 요구가 지속적으로 있어 왔다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 다양한 환경에서 신뢰성을 보장할 수 있으면서도 방열 효과가 뛰어난 구조의 온도 센서 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단의 일 측면으로서, 온도 센서 패키지는 베이스, 상기 베이스의 일면에 실장된 온도 센서 칩 및 ASIC, 하면이 상기 베이스와 결합하여 상기 온도 센서 칩 및 상기 ASIC를 수용하는 내부 공간을 형성하고, 상면에 개구부가 형성된 커버 및 상기 개구부를 밀폐하는 적외선 필터를 포함하되, 상기 베이스는, 일면과 상기 일면과 대향하는 타면을 갖는 절연층, 상기 절연층의 일면 중 일부에 형성되어 상기 온도 센서 칩 및 상기 ASIC과 전기적으로 연결되는 제1후동박 패드, 상기 절연층의 타면 중 일부에 형성되는 제2후동박 패드, 상기 절연층의 일면 및 타면 중 상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 형성되지 않은 부분에 형성된 솔더 레지스트층 및 상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 연통하는 적어도 하나 이상의 방열 비아를 포함한다.
상기 온도 센서 패키지에 있어서, 상기 방열 비아는 상기 온도 센서의 하면 또는 상기 온도 센서의 하면의 주변에 상기 제1후동박 패드 측의 개구부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 온도 센서 패키지에 있어서, 상기 제1후동박 또는 상기 제2후동박은 40㎛ 내지 150㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 수단의 다른 일 측면으로서, 온도 센서 패키지의 제조 방법은 일면과 상기 일면과 대향하는 타면을 갖는 절연층, 상기 절연층의 일면 중 일부에 형성되는 제1후동박 패드, 상기 절연층의 타면 중 일부에 형성되는 제2후동박 패드 및 상기 절연층의 일면 및 타면 중 상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 형성되지 않은 부분에 형성된 솔더 레지스트층을 포함하는 베이스를 제공하는 단계, 상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 연통하도록 상기 베이스에 적어도 하나 이상의 방열 비아를 형성하는 단계, 상기 제1후동박 패드와 전기적으로 연결되도록 상기 베이스의 일면 상에 온도 센서 칩 및 ASIC을 실장하는 단계, 하면이 상기 베이스와 결합하여 상기 온도 센서 칩 및 상기 ASIC을 수용하는 내부 공간을 형성하고, 상면에 개구부가 형성된 커버를 제공하는 단계, 상기 커버의 개구부를 밀폐하도록 적외선 필터를 결합하는 단계 및 상기 커버를 상기 베이스에 결합하는 단계를 포함한다.
본 발명의 온도 센서 패키지 및 그 제조 방법은 다양한 환경에서 신뢰성을 보장할 수 있으면서도 방열 효과가 뛰어난 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 온도 센서 패키지의 일 실시예의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시한 온도 센서 패키지가 실장되어 방열되는 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 온도 센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
본 발명의 일 측면은 온도 센서 패키지에 관한 것이다.
이하. 첨부한 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 온도 센서 패키지의 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. 도 1은 본 발명의 온도 센서 패키지의 일 실시예의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시한 온도 센서 패키지가 실장되어 방열되는 상태를 설명하기 위한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 온도 센서 패키지의 일 실시예는 베이스(100), 온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230), 커버(300) 및 적외선 필터(400)를 포함한다.
베이스(100)는 본 발명은 온도 센서 패키지의 하부면을 구성한다. 베이스(100)의 형태는 온도 센서 패키지의 형태에 따라 정해질 수 있다. 예를 들어, 온도 센서 패키지가 육면체 형태를 가지는 경우, 베이스(100)는 육면체의 하부면에 해당하는 사각형의 판 형태일 수 있다.
베이스(100)의 일면에 온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230)이 실장된다. 베이스(100)는 커버(300)의 하면과 결합하여 온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230)이 수용되어 밀폐되는 내부 공간을 형성한다.
베이스(100)의 타면은 본 발명의 온도 센서 패키지가 다른 디바이스 등에 실장될 수 있도록 단자부를 구비할 수 있다. 통상적으로 베이스(100)의 타면이 다른 디바이스의 결합면과 맞닿아 결합될 수 있다.
베이스(100)는 절연층(110), 제1후동박 패드(130), 제2후동박 패드(150), 솔더 레지스트층(120) 및 방열 비아(170)을 포함한다.
절연층(110)은 일면과 상기 일면과 대향하는 타면을 갖는다. 절연층(110)은 전기전도성이 낮아 통전하지 않는 재질로 형성된다. 절연층(110)은 페놀수지 또는 에폭시수지 등의 소성이 쉽고 전기전도성이 낮은 재질이 주로 사용된다. 본 발명의 방열 특성을 개선하기 위해서 열용량이 높은 재질의 절연층(110)이 사용될 수도 있다.
제1후동박 패드(130)는 절연층(110)의 일면 중 일부에 형성된다. 제1후동박 패드(130)는 베이스(100)의 일면에 실장되는 온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230)과 전기적으로 연결된다.
제2후동박 패드(150)는 절연층(110)의 타면 중 일부에 형성된다.
후(厚)동박는 통상의 기판에 사용되는 동박보다 두꺼운 동박을 의미한다. 패드제1후동박 패드(130) 및 제2후동박 패드(150)는 통상적인 인쇄회로기판의 동박 패드보다 두껍게 형성된다. 통상적으로 사용되는 인쇄회로기판의 동박 패드가 18㎛ 내지 36㎛정도가 보통인데 반해, 본 발명의 제1후동박 패드(130) 및 제2후동박 패드(150)는 40㎛ 내지 150㎛ 정도가 되는 것이 바람직하다.
두꺼운 동박은 통상의 동박에 비해 상대적으로 전기 저항이 작아 고전류의 통전이 가능하다. 따라서 사용되는 전류의 양이 많은 경우 후동박 패드의 기판이 사용될 수 있다.
두꺼운 동박은 통상의 동박에 비해 상대적으로 열용량이 크다는 특징이 있다. 동일한 재질에 있어서 열용량은 재질의 질량에 비례하기 때문에 두꺼운 후동박이 통상의 동박에 비해 열용량이 크다. 열용량이 큰 후동박을 온도 센서 패키지에 사용하는 경우, 후동박에 실장된 소자의 열을 방출하는 방열 특성이 개선되는 것으로 나타났다. 본 발명에 있어서, 제1후동박 패드(130)와 맞닿아 있는 온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230)의 열을 방출하는 방열 효과가 뛰어나다는 장점이 있다.
제1후동박 패드(130) 및 제2후동박 패드(150)는 각각 온도 센서 칩(210), ASIC(230) 및 온도 센서 패키지가 실장되는 디바이스와 결합한다. 결합을 위해 특정한 패턴으로 형성될 수 있다. 제1후동박 패드(130) 및 제2후동박 패드(150)의 특정한 패턴 이외의 부분에는 후동박 패드가 형성되어 있지 않고, 그 부분에는 솔더 레지스트층(120)이 형성된다. 솔더 레지스트층(120)은 땝납용 납이 잘 묻지 않는 재질로 형성되고, 절연성의 특징을 가진다.
방열 비아(170)는 제1후동박 패드(130) 및 제2후동박 패드(150)를 연통하도록 형성된다. 예를 들어, 방열 비아(170)의 상부측 개구부가 제1후동박 패드(130) 부분에 형성되고, 상기 방열 비아(170)의 하부측 개구부는 제2후동박 패드(150) 부분에 형성된다. 방열 비아(170)는 도 1에 도시된 것과 같이, 베이스(100)를 수직하게 관통할 수도 있고, 꺾인 형태 또는 비스듬한 형태로 관통하여 형성될 수 있다. 방열 비아(170)는 하나 또는 둘 이상 형성될 수 있다.
방열 비아(170)는 온도 센서 칩(210)의 하면 또는 온도 센서 칩(210)의 하면 주변에 제1후동박 패드(130) 측의 개구부가 형성되는 것이 바람직하다.
방열 비아(170)에 의해 베이스(100)의 상면에 실장된 소자들의 열을 베이스(100)의 하면을 통해 방열할 수 있다. 특히, 방열 비아(170) 주변에 실장된 소자들의 열을 원활하게 방열할 수 있는 특징이 있다. 본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 방열 비아(170)는 온도 센서 칩(210) 주변에 형성되어 온도 센서 칩(210)의 열을 원활하게 방열할 수 있다.
온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230)은 베이스(100)의 일면에 실장된다. 더욱 구체적으로 온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230)은 베이스(100)의 일면에 형성된 제1후동박 패드(130)와 전기적으로 연결되도록 결합된다. 온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230)의 하부면은 베이스(100)의 일면의 제1후동박 패드(130) 또는 솔더 레지스트와 맞닿도록 결합될 수 있다. 온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230)은 와이어 본딩(wire bonding) 또는 플립 칩 본딩(flip chip bonding) 등 다양한 방식으로 실장 결합될 수 있다.
온도 센서 칩(210)은 후술할 커버(300)의 개구부를 밀폐하는 적외선 필터(400)를 통과한 적외선이 조사될 수 있도록 개구부의 하부에 실장될 수 있다. ASIC(230)은 온도 센서 칩(210) 주변에 온도 센서 칩(210)과 이격되어 실장될 수 있다.
온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230) 주변에 방열을 위한 방열 비아(170)가 형성되어 있을 수 있다.
커버(300)는 하면이 베이스(100)와 결합하여 온도 센서 칩(210) 및 ASIC(230)을 수용하는 내부 공간을 형성한다. 또한, 상면에 개구부가 형성된다.
적외선 필터(400)는 커버(300)의 개구부를 밀폐한다. 적외선 필터(400)는 외부의 광의 적외선 대역만을 내부 공간으로 통과시켜 적외선이 온도 센서 칩(210)에 조사되도록 필터링한다.
본 발명의 다른 일 측면은 온도 센서 패키지의 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 첨부한 도 3을 참조하여, 본 발명의 온도 센서 패키지의 제조 방법의 바람직한 실시예에 대해서 설명한다. 도 3은 본 발명의 온도 센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
설명의 편의성을 위해 도 3을 참조하여 온도 센서 패키지의 제조 방법을 설명하는 것에 있어서, 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 온도 센서 패키지의 설명과 동일한 내용 중 일부는 생략하도록 한다.
도 3을 참조하면, 온도 센서 패키지의 제조 방법의 일 실시예는 베이스를 제공하는 단계(S100), 방열 비아를 형성하는 단계(S200), 온도 센서 칩 및 ASIC을 실장하는 단계(S300), 커버를 제공하는 단계(S400), 적외선 필터를 결합하는 단계(S500) 및 커버를 베이스에 결합하는 단계(S600)를 포함한다.
상기의 각 단계는 반드시 나열된 순서대로 실시되어야 하는 것은 아니며, 구체적인 제조 공정의 특성에 따라 실시 순서가 정해질 수 있다.
베이스를 제공하는 단계(S100)는 절연층, 제1후동박 패드, 제2후동박 패드 및 솔더 레지스트층을 포함하는 베이스를 제공하는 단계이다.
절연층은 일면과 상기 일면과 대향하는 타면을 갖고, 제1후동박 패드는 절연층의 일면 중 일부에 형성되고, 제2후동박 패드는 절연층의 타면 중 일부에 형성된다. 솔더 레지스트층은 절연층의 일면 및 타면 중 제1후동박 패드 및 제2후동박 패드가 형성되지 않은 부분에 형성된다.
더욱 구체적으로, 베이스를 제공하는 단계(S100)는 절연층을 준비하는 단계, 절연층의 일면과 타면에 후동박을 형성하고, 일부를 식각하여 일정한 형태의 패턴을 형성하는 단계, 솔더 레지스트층을 형성하는 단계를 포함하여 구성될 수 있다.
방열 비아를 형성하는 단계(S200)는 제1후동박 패드 및 제2후동박 패드가 연통하도록 베이스에 적어도 하나 이상의 방열 비아를 형성하는 단계이다. 방열 비아는 이후의 단계에서 실장될 온도 센서 칩 및 ASIC의 주변에 하나 이상 형성될 수 있다.
온도 센서 칩 및 ASIC을 실장하는 단계(S300)는 제1후동박 패드와 전기적으로 연결되도록 베이스의 일면 상에 온도 센서 칩 및 ASIC을 실장하는 단계이다. 더욱 구체적으로, 온도 센서 칩 또는 ASIC 일면이 제1후동박 패드와 맞닿도록 결합될 수 있다. 온도 센서 칩 또는 ASIC은 방열 비아를 주변에 두는 위치에 실장되어 발생한 열을 방열 비아를 통해 원활하게 방열되도록 할 수 있다.
커버를 제공하는 단계(S400)는 하면이 베이스와 결합하여 온도 센서 칩 및 ASIC을 수용하는 내부 공간을 형성하고, 상면에 개구부가 형성된 커버를 제공하는 단계이다. 더욱 구체적으로 커버는 하면이 개방되어 있고, 상면에는 개구부가 형성되어 있으며, 측면이 형성되어 있다. 개구부는 개구부를 통과한 적외선이 온도 센서 칩에 조사될 수 있도록 온도 센서 칩의 실장 위치 상부에 위치할 수 있도록 형성된다.
적외선 필터를 결합하는 단계(S500)는 커버의 개구부를 밀폐하도록 적외선 필터를 결합하는 단계이다.
커버를 베이스에 결합하는 단계(S600)는 커버의 하부면과 베이스의 일면을 결합하여 내부 공간을 밀폐시키는 것이다. 더욱 구체적으로 커버의 측면 하부면과 베이스의 일면을 접착제 등으로 결합시킬 수 있다.
100 : 베이스 110 : 절연층
120 : 솔더 레지스트층 130 : 제1후동박 패드
150 : 제2후동박 패드 170 : 방열 비아
210 : 온도 센서 칩 230 : ASIC
300 : 커버 400 : 적외선 필터

Claims (4)

  1. 베이스;
    상기 베이스의 일면에 실장된 온도 센서 칩 및 ASIC;
    하면이 상기 베이스와 결합하여 상기 온도 센서 칩 및 상기 ASIC를 수용하는 내부 공간을 형성하고, 상면에 개구부가 형성된 커버; 및
    상기 개구부를 밀폐하는 적외선 필터를 포함하되,
    상기 베이스는,
    일면과 상기 일면과 대향하는 타면을 갖는 절연층;
    상기 절연층의 일면 중 일부에 40㎛ 내지 150㎛의 두께로 형성되어 상기 온도 센서 칩 및 상기 ASIC과 전기적으로 연결되는 제1후동박 패드;
    상기 절연층의 타면 중 일부에 40㎛ 내지 150㎛의 두께로 형성되는 제2후동박 패드;
    상기 절연층의 일면 및 타면 중 상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 형성되지 않은 부분에 형성된 솔더 레지스트층; 및
    상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 연통하고, 상기 온도 센서의 하면 또는 상기 온도 센서의 하면의 주변에 상기 제1후동박 패드 측의 개구부가 형성되는 적어도 하나 이상의 방열 비아를 포함하는 온도 센서 패키지.
  2. 일면과 상기 일면과 대향하는 타면을 갖는 절연층, 상기 절연층의 일면 중 일부에 40㎛ 내지 150㎛의 두께로 형성되는 제1후동박 패드, 상기 절연층의 타면 중 일부에 40㎛ 내지 150㎛의 두께로 형성되는 제2후동박 패드 및 상기 절연층의 일면 및 타면 중 상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 형성되지 않은 부분에 형성된 솔더 레지스트층을 포함하는 베이스를 제공하는 단계;
    상기 제1후동박 패드 및 상기 제2후동박 패드가 연통하도록 상기 베이스에 적어도 하나 이상의 방열 비아를 형성하는 단계;
    상기 제1후동박 패드와 전기적으로 연결되면서, 하면 또는 상기 하면의 주변에 상기 방열 비아의 상기 제1후동박 패드 측의 개구부가 위치하도록 상기 베이스의 일면 상에 온도 센서 칩 및 ASIC을 실장하는 단계;
    하면이 상기 베이스와 결합하여 상기 온도 센서 칩 및 상기 ASIC을 수용하는 내부 공간을 형성하고, 상면에 개구부가 형성된 커버를 제공하는 단계;
    상기 커버의 개구부를 밀폐하도록 적외선 필터를 결합하는 단계; 및
    상기 커버를 상기 베이스에 결합하는 단계를 포함하는 온도 센서 패키지의 제조 방법.
















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