KR101539889B1 - 다기능 센서 모듈 - Google Patents

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KR101539889B1
KR101539889B1 KR1020140026343A KR20140026343A KR101539889B1 KR 101539889 B1 KR101539889 B1 KR 101539889B1 KR 1020140026343 A KR1020140026343 A KR 1020140026343A KR 20140026343 A KR20140026343 A KR 20140026343A KR 101539889 B1 KR101539889 B1 KR 101539889B1
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pressure
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박윤석
임현호
김종범
민병성
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명의 다기능 센서 모듈은 기판; 상기 기판에 장착되고 30 ~ 110 ㎪의 정압을 감지하도록 구성된 압저항 방식의 제1센서; 및 상기 기판에 장착되고 1 ~ 35 ㎩의 동압을 감지하도록 구성된 정전용량 방식의 제2센서;를 포함할 수 있다.

Description

다기능 센서 모듈{Multifunctional Sensor Module}
본 발명은 압력 센서와 음향 센서를 일체로 구비한 다기능 센서 모듈에 관한 것이다.
휴대용 전자기기에 대한 사용자의 요구사항이 많아짐에 따라 휴대용 전자기기의 기능이 점차 다양해지고 있다. 일 예로, 휴대용 전화기는 본연의 기능인 무선통신 외에 카메라 기능, 나침반 기능, 녹음기 기능 등을 더 수행할 수 있다.
위와 같은 기능들 중 일부는 휴대용 전자기기에 이전부터 장착되어 있거나 또는 이전에 장착된 복수의 전자부품으로 가능하다. 그러나 일 부 기능은 새로운 전자부품(일 예로 센서)을 휴대용 전자기기에 새롭게 장착시켜야 하는 번거로움이 있다.
아울러, 이러한 기능 부가를 위한 전자부품의 추가는 휴대용 전자기기의 더 넓은 실장공간을 요구할 뿐만 아니라 전자부품들 간의 회로설계를 난해하므로, 휴대용 전자기기의 소형화 및 박형화를 방해하는 문제점이 있다.
참고로, 본 발명과 관련된 선행기술로는 특허문헌 1 및 2가 있다.
KR 2007-0006022 A KR 2012-0127261 A
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 휴대용 전자기기의 소형화 및 박형화를 가능케 하는 다기능 센서 모듈을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈은 기판; 상기 기판에 장착되고 30 ~ 110 ㎪의 정압을 감지하도록 구성된 압저항 방식의 제1센서; 및 상기 기판에 장착되고 1 ~ 35 ㎩의 동압을 감지하도록 구성된 정전용량 방식의 제2센서;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈에서 상기 제1센서는 대기압을 측정하도록 구성된 압력감지센서이고, 상기 제2센서는 음압을 측정하도록 구성된 압력감지센서일 수 있다.
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본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈에서 상기 제1센서는, 일정한 압력으로 유지되는 압력실; 상기 압력실의 적어도 일면을 형성하고, 상기 압력실과 대기 간의 압력차에 의해 변형되도록 구성되는 박막; 및 상기 박막에 형성되고, 상기 박막의 변형 변위를 전기신호로 변환시키도록 구성된 압저항체;를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈에서 상기 제2센서는, 제1전극이 형성되는 전극 판; 및 제2전극이 형성되고, 상기 전극 판과 마주보도록 배치되는 박막;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈에서 상기 기판에는 상기 제2센서와 연결되는 구멍이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈은 상기 제1센서 및 상기 제2센서를 내부에 수용하도록 구성된 쉴드 캔을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈에서 상기 쉴드 캔에는 상기 제2센서와 연결되는 구멍이 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈은 상기 기판에 장착되고, 상기 제1센서 및 상기 제2센서와 연결되는 주문형 반도체를 더 포함할 수 있다.
본 발명은 제작이 용이하고 소형 휴대용 전자기기에 탑재가 용이하다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈의 단면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 제1센서의 확대 단면도이고,
도 3은 도 1에 도시된 제2센서의 확대 단면도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈의 단면도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈의 단면도이고,
도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈의 단면도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
아울러, 명세서 전체에서, 어떤 구성이 다른 구성과 '연결'되어 있다 함은 이들 구성들이 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 다른 구성을 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함하는 것을 의미한다. 또한, 어떤 구성요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있다는 것을 의미한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈의 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 제1센서의 확대 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 제2센서의 확대 단면도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈의 단면도이고, 도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈의 단면도이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈의 단면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈을 설명한다.
다기능 센서 모듈(100)은 기판(10)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다기능 센서 모듈(100)은 회로 패턴이 형성된 하나 이상의 기판(10)을 포함할 수 있다. 기판(10)에는 복수의 접속 패드(도시되지 않음)와 하나 이상의 구멍(12)이 형성될 수 있다. 상기 접속 패드는 기판(10)에 탑재되는 전자부품과 연결될 수 있고, 상기 구멍(12)은 압력 감지를 위한 통로로 이용될 수 있다.
다기능 센서 모듈(100)은 2개 이상의 센서(20, 30)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다기능 센서 모듈(100)은 서로 다른 유형의 압력을 측정하도록 구성된 복수의 센서를 포함할 수 있다. 그 일 예로, 다기능 센서 모듈(100)은 정압을 측정하도록 구성된 1개 이상의 제1센서(20)와 동압을 측정하도록 구성된 1개 이상의 제2센서(30)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 다기능 센서 모듈(100)은 대기압을 측정하도록 구성된 1개 이상의 제1센서(20)와 음압을 측정하도록 구성된 1개 이상의 제2센서(30)를 포함할 수 있다.
아울러, 다기능 센서 모듈(100)은 서로 다른 크기의 압력을 측정하도록 구성된 복수의 센서를 포함할 수도 있다. 일 예로, 다기능 센서 모듈(100)은 30 ~ 110 ㎪의 압력을 측정하도록 구성된 상기 제1센서(20)와 1 ~ 35 ㎩의 압력을 측정하도록 구성된 제2센서(30)를 포함할 수 있다.
또한, 다기능 센서 모듈(100)은 서로 다른 구조를 갖는 복수의 센서를 포함할 수도 있다. 일 예로, 다기능 센서 모듈(100)은 압저항 방식으로 압력을 감지하도록 구성된 제1센서(20)와 정전용량 방식으로 압력을 감지하도록 구성된 제2센서(30)를 포함할 수 있다.
또한, 다기능 센서 모듈(100)은 서로 다른 주파수 대역의 물성을 측정하도록 구성된 복수의 센서를 포함할 수 있다. 일 예로, 다기능 센서 모듈(100)은 0 ~ 수십 ㎐ 대역의 주파수를 측정하도록 구성된 제1센서(20)와 100 ㎐ ~ 15 ㎑ 대역의 주파수를 측정하도록 구성된 제2센서(30)를 포함할 수 있다.
또한, 다기능 센서 모듈(100)은 서로 다른 변위 폭 또는 두께를 갖는 다수의 박막 변위형 센서를 포함할 수 있다. 일 예로, 다기능 센서 모듈(100)은 4 ~ 10 ㎛의 변위 폭을 갖는 제1센서(20)와 1 ㎛ 미만의 변위 폭을 갖는 제2센서(30)를 포함할 수 있다. 다른 예로, 다기능 센서 모듈(100)은 박막 두께가 8 ~ 10 ㎛인 제1센서(20)와 박막 두께가 대략 1 ㎛ 인 제2센서(30)를 포함할 수 있다.
위와 같이 서로 다른 복수의 센서를 포함한 다기능 센서 모듈(100)은 여러 물성을 동시에 측정할 수 있으므로, 휴대용 전자기기의 소형화 및 박형화에 유리할 수 있다. 일 예로, 다기능 센서 모듈(100)은 대기압과 음압을 동시 또는 개별적으로 측정할 수 있다. 다른 예로, 다기능 센서 모듈(100)은 저주파 대역의 음압과 고주파 대역의 음압을 동시 또는 개별적으로 측정할 수 있다.
다음에서는 도 2 및 도 3을 참조하여 각각의 센서(20, 30)를 상세히 설명한다.
제1센서(20)는 도 2에 도시된 바와 같이 웨이퍼를 기반으로 제작되는 전자부품일 수 있다. 예를 들어, 제1센서(20)는 다수의 웨이퍼를 적층하여 이루어진 적층 구조물일 수 있다.
제1센서(20)는 몸체(22), 압력실(24), 박막(26), 압저항체(28)를 포함할 수 있다. 몸체(22)는 기판(10)과 동일 또는 유사한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 몸체(22)는 단결정의 실리콘으로 이루어질 수 있다. 몸체(22)는 기판(10)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 몸체(22)는 기판(10)의 회로 패턴과 연결되도록 구성될 수 있다. 이를 위해 몸체(22)의 표면 및 내부에는 별도의 회로 패턴이 형성될 수 있다. 압력실(24)은 몸체(22)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 압력실(24)은 몸체(22)의 상부에 형성될 수 있다. 압력실(24)은 소정의 체적을 가질 수 있으며, 일정한 압력상태로 유지될 수 있다. 이를 위해 압력실(24)은 몸체(22) 및 박막(26)에 의해 밀폐될 수 있다. 박막(26)은 압력실(24)의 일면을 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 박막(26)은 압력실(24)의 상부 면을 덮도록 형성될 수 있다. 아울러, 박막(26)은 압력에 의한 변형이 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 박막(26)은 소정 크기의 압력 편차(예를 들어, 30 ~ 110 ㎪)에 의해 휘어지도록 구성될 수 있다. 이를 위해 박막(26)은 8 ~ 10 ㎛의 두께와 350 ~ 600 ㎛의 (가로 또는 세로) 길이를 가질 수 있다. 이와 같이 형성된 박막(26)은 4 ~ 10 ㎛의 변위 폭을 가질 수 있다. 압저항체(28)는 박막(26)에 형성될 수 있다. 일 예로, 압저항체(28)는 박막(26)의 변위 폭이 가장 큰 지점에 형성될 수 있다. 다른 예로, 압저항체(28)는 박막(26)의 변위 폭이 가장 작은 지점에 형성될 수 있다. 또 다른 예로, 압저항체(28)는 박막(26)의 변위 폭이 평균인 지점에 형성될 수 있다. 또 다른 예로, 압저항체(28)는 변위 폭이 가장 큰 지점과 가장 작은 지점에 각각 형성될 수 있다.
위와 같이 구성된 제1센서(20)는 정압(예를 들어, 대기압), 30 ~ 110 ㎪ 범위의 압력, 0 ~ 수십 ㎐의 주파수 등을 측정할 수 있다.
제2센서(30)는 몸체(32), 음향실(34), 박막(36), 전극 판(38)을 포함할 수 있다. 몸체(32)는 기판(10)과 동일 또는 유사한 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 몸체(32)는 단결정의 실리콘으로 이루어질 수 있다. 몸체(32)는 기판(10)과 연결될 수 있다. 예를 들어, 몸체(32)는 기판(10)의 회로 패턴과 연결되도록 구성될 수 있다. 이를 위해 몸체(32)의 표면 및 내부에는 별도의 회로 패턴이 형성될 수 있다. 음향실(34)은 몸체(32)에 형성될 수 있다. 예를 들어, 음향실(34)은 몸체(32)의 상하를 관통하는 형태로 형성될 수 있다. 음향실(34)은 소정의 체적을 가질 수 있다. 예를 들어, 음향실(34)은 음파 측정에 유리한 체적을 가질 수 있다. 또한, 음향실(34)은 기판(10)의 구멍(12)과 연결될 수 있다. 따라서, 기판(10)의 외부로부터 발생한 압력(예를 들어, 음압)은 구멍(12)을 통해 음향실(34)로 입력될 수 있다. 박막(36)은 음향실(34)의 일면을 덮도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 박막(36)은 음향실(24)의 상부 면을 덮도록 형성될 수 있다. 아울러, 박막(36)은 압력에 의한 변형이 가능하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 박막(36)은 소정 크기의 압력 편차(예를 들어, 1 ~ 35 ㎩)에 의해 휘어지도록 구성될 수 있다. 이를 위해 박막(36)은 약 1 ㎛ 의 두께와 500 ~ 1000 ㎛의 지름을 가질 수 있다. 이와 같이 형성된 박막(36)은 대체로 1 ㎛ 미만의 변위 폭을 가질 수 있다. 박막(36)에는 전극이 형성될 수 있다. 예를 들어, 박막(36)의 표면에는 제1극성의 전극이 형성될 수 있다. 전극 판(38)은 박막(36)과 마주하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 전극 판(38)은 박막(36)의 일면을 덮도록 구성될 수 있다. 전극 판(38)에는 다수의 구멍이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 구멍은 전극 판(38)과 박막(36)의 부착을 방지하고 음압의 배출을 가능케 할 수 있다. 아울러, 전극 판(38)에는 박막(36)과 다른 극성의 전극이 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극 판(38)의 일 면(도 3 기준으로 하면)에는 제2극성의 전극이 형성될 수 있다. 이에 따라 박막(36)과 전극 판(38) 사이에는 소정 크기의 정전용량이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 정전용량의 크기는 박막(36)의 변위 폭에 따라 변화될 수 있다. 즉, 박막(36)의 변위는 정전용량의 변화를 나타내는 전기신호 형태로 감지될 수 있다.
위와 같이 구성된 제2센서(30)는 동압(예를 들어, 음압), 1 ~ 35 ㎩ 범위의 압력, 100 ~ 15 ㎑의 주파수 등을 측정할 수 있다.
다기능 센서 모듈(100)은 쉴드 캔(40)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 다기능 센서 모듈(100)은 복수의 센서(20, 30)를 외부의 충격과 유해 전자파로부터 보호하도록 구성된 쉴드 캔(40)을 포함할 수 있다. 쉴드 캔(40)은 금속 재질, 금속 분말을 포함하는 수지 재질 등으로 제작될 수 있다.
다음에서는 도 4를 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈을 설명한다.
본 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈(100)은 주문형 반도체(50)를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 다기능 센서 모듈(100)은 제1센서(20)와 제2센서(30)의 구동을 제어하기 위한 하나 이상의 주문형 반도체(50)를 포함할 수 있다.
주문형 반도체(50)는 제1센서(20) 및 제2센서(30)와 연결될 수 있다. 예를 들어, 주문형 반도체(50)는 기판(10)의 회로 패턴 또는 본딩 와이어(60)에 의해 제1센서(20) 및 제2센서(30)와 각각 연결될 수 있다. 아울러, 주문형 반도체(50)는 제1센서(20) 또는 제2센서(30)와 적층되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 주문형 반도체(50)는 도 4에 도시된 바와 같이 기판(10)과 제1센서(20) 사이에 배치될 수 있다. 이 경우, 다기능 센서 모듈(100)의 소형화에 유리할 수 있다. 그러나 주문형 반도체(50)의 장착 위치가 전술된 형태로 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 주문형 반도체(50)는 기판(10)과 제2센서(30) 사이에 배치될 수 있다. 또한, 주문형 반도체(50)는 기판(10)의 이면(도 4 기준으로 기판(10)의 하면)에 형성될 수도 있다.
다음에서는 도 5 및 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다기능 센서 모듈을 설명한다.
다기능 센서 모듈(100)은 대기압 또는 음압을 측정할 수 있도록 외부와 연결되는 구멍을 구비할 수 있다. 본 실시 예에 다른 다기능 센서 모듈(100)은 이러한 구멍의 형성위치에 있어서 전술된 실시 예와 구별될 수 있다. 일 예로, 구멍(42)은 도 5에 도시된 바와 같이 쉴드 캔(40)에 형성될 수 있다. 다른 예로, 구멍(12, 42)은 도 6에 도시된 바와 같이 기판(10)과 쉴드 캔(40)에 각각 형성될 수 있다. 전자는 기판(10)의 가용 면적을 훼손하지 않으므로 기판(10)의 회로설계자유도를 높일 수 있는 장점이 있다. 후자는 복수의 구멍을 통해 외부 환경(즉, 압력)을 정확하게 감지할 수 있으므로, 센서들(20, 30)의 감도 신뢰성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시 예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다. 예를 들어, 전술된 실시형태에 기재된 다양한 특징사항은 그와 반대되는 설명이 명시적으로 기재되지 않는 한 다른 실시형태에 결합하여 적용될 수 있다.
100 다기능 센서 모듈
10 기판
12 구멍
20 제1센서
22 몸체 24 압력실
26 박막 28 압저항체
30 제2센서
32 몸체 34 음향실
36 박막 38 전극 판
40 쉴드 캔
42 구멍
50 주문형 반도체
60 본딩 와이어

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판에 장착되고 30 ~ 110 ㎪의 정압을 감지하도록 구성된 압저항 방식의 제1센서; 및
    상기 기판에 장착되고 1 ~ 35 ㎩의 동압을 감지하도록 구성된 정전용량 방식의 제2센서;
    를 포함하는 다기능 센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1센서는 대기압을 측정하도록 구성된 압력감지센서이고,
    상기 제2센서는 음압을 측정하도록 구성된 압력감지센서인 다기능 센서 모듈.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1센서는,
    일정한 압력으로 유지되는 압력실;
    상기 압력실의 적어도 일면을 형성하고, 상기 압력실과 대기 간의 압력차에 의해 변형되도록 구성되는 박막; 및
    상기 박막에 형성되고, 상기 박막의 변형 변위를 전기신호로 변환시키도록 구성된 압저항체;
    를 포함하는 다기능 센서 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2센서는,
    제1전극이 형성되는 전극 판; 및
    제2전극이 형성되고, 상기 전극 판과 마주보도록 배치되는 박막;
    을 포함하는 다기능 센서 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기판에는 상기 제2센서와 연결되는 구멍이 형성되는 다기능 센서 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1센서 및 상기 제2센서를 내부에 수용하도록 구성된 쉴드 캔을 더 포함하는 다기능 센서 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 쉴드 캔에는 상기 제2센서와 연결되는 구멍이 형성되는 다기능 센서 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 기판에 장착되고, 상기 제1센서 및 상기 제2센서와 연결되는 주문형 반도체를 더 포함하는 다기능 센서 모듈.
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