KR101949594B1 - 멤스 트랜스듀서 패키지 및 이를 포함하는 멤스 장치 - Google Patents

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Abstract

본 기술에 의한 멤스 장치는 제 1 기판; 유체의 움직임에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스 트랜스듀서를 포함하며 제 1 기판상에 장착되는 멤스 트랜스듀서 패키지; 및 제 1 기판상에 장착되며 멤스 트랜스듀서로부터 전달된 전기 신호를 처리하는 반도체 칩을 포함한다.

Description

멤스 트랜스듀서 패키지 및 이를 포함하는 멤스 장치{MEMS TRANSDUCER PACKAGE AND MEMS DEVICE INLCUDING THE SAME}
본 발명은 유체의 움직임에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스(MEMS: Micro Electro Mechanical Systems) 트랜스듀서 패키지와 이를 포함하는 멤스 장치에 관한 것으로서 보다 구체적으로는 멤스 트랜스듀서 패키지 내에 멤스 트랜스듀서만이 패키징되고 멤스 패키지로부터 출력된 신호를 처리하는 반도체 칩이 멤스 트랜스듀서 패키지 외부에 별도로 장착되는 멤스 장치에 관한 것이다.
도 1은 종래의 멤스 장치의 구조를 나타낸 단면도이다.
종래의 멤스 장치는 기판(30), 기판 위에 부착된 트랜스듀서(10)와 반도체 칩(20) 및 케이스(40)를 포함한다.
트랜스듀서(10)와 반도체 칩(20), 반도체 칩(20)과 기판(30)은 도선(21, 22)을 통해 전기적으로 연결된다.
트랜스듀서(10)는 막 또는 판(11)을 구비하며 내부 공간(12)이 형성된다.
종래의 멤스 장치는 케이스(40)에 통로(41)가 형성된다.
종래의 멤스 장치는 트랜스듀서의 케이스(40)에 형성된 통로(41)에서 유입된 공기가 트랜스듀서(10)의 막 또는 판(11)에 진동을 일으키고 막 또는 판의 움직임을 전기 신호로 변환한다.
전기 신호는 반도체 칩(20)에서 처리되어 외부로 출력된다.
종래의 멤스 장치는 멤스 트랜스듀서(10)와 반도체 칩(20)이 기판과 케이스 내의 공간에 함께 구비되는 패키지 형태를 가진다.
예를 들어 반도체 칩(20)에 다양한 기능이 필요한 경우, 하나의 반도체 칩(20)에서 다수의 멤스 트랜스듀서(10)의 신호를 함께 처리하는 경우에는 면적이 증가할 수 있다.
이에 따라 종래의 멤스 장치에 포함되는 반도체 장치(20)의 성능을 향상시키는 데에는 한계가 있다.
또한 종래의 멤스 장치는 반도체 칩(20)의 면적을 증가시키거나 멤스 트랜스듀서(10)의 개수를 증가시켜 다양한 기능을 구현하는데 한계가 있다.
KR 10-2009-0039375 A
본 기술에서는 이러한 종래 기술의 문제를 해결하고자 멤스 트랜스듀서만 포함하는 멤스 트랜스듀서 패키지와 그 외부에 구비되는 반도체 칩을 포함하는 멤스 장치를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 멤스 장치는 제 1 기판; 유체의 움직임에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스 트랜스듀서를 포함하며 제 1 기판상에 장착되는 멤스 트랜스듀서 패키지; 및 제 1 기판상에 장착되며 멤스 트랜스듀서로부터 전달된 전기 신호를 처리하는 반도체 칩을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 의한 멤스 트랜스듀서 패키지는 제 2 기판; 제 2 기판에 장착되고 유체의 움직임에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스 트랜스듀서; 및 제 2 기판상에 장착되어 제 2 기판과의 사이에 공간을 형성하고, 멤스 트랜스듀서가 공간 내에 위치하도록 하는 케이스를 포함하되, 제 2 기판은 멤스 트랜스듀서로부터 직접 출력된 전기 신호를 외부로 출력하는 제 2 배선을 포함한다.
본 발명을 통해 멤스 트랜스듀서 패키지 내부에 하나 또는 둘 이상의 멤스 트랜스듀서를 구비하도록 하여 다양한 기능을 수행할 수 있는 멤스 트랜스듀서 패키지를 제공할 수 있다.
본 발명을 통해 멤스 트랜스듀서 패키지 외부에 반도체 칩을 구비하도록 함으로써 반도체 칩의 성능을 개선할 수 있다.
또한 성능이 향상된 하나의 반도체 칩에 다수의 멤스 트랜스듀서 패키지를 연결하여 사용함으로써 멤스 트랜스듀서 패키지마다 반도체 칩을 별도로 구비하던 종래에 비하여 비용을 절감할 수 있다.
도 1은 종래의 멤스 장치를 나타낸 단면도.
도 2 내지 도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤스 장치의 단면도.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 개시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤스 장치의 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 멤스 장치는 멤스 트랜스듀서 패키지(100), 반도체 칩(200), 제 1 기판(300)을 포함한다.
멤스 트랜스듀서 패키지(100)와 반도체 칩(200)은 제 1 기판(300)에 부착된다.
멤스 트랜스듀서 패키지(100)와 반도체 칩(200)은 제 1 도선(210)과 제 1 기판(300)에 형성된 제 1 배선(310)을 통해 전기적으로 연결된다.
멤스 트랜스듀서 패키지(100)는 멤스 트랜스듀서(110), 케이스(130), 제 2 기판(150)을 포함한다.
멤스 트랜스듀서(110)는 유체의 움직임에 대응하는 전기 신호를 출력하는 마이크, 압력 센서, 속도 센서 등과 같이 다양한 기능을 수행할 수 있다.
본 실시예에서 멤스 트랜스듀서(110)는 마이크로 동작하며 용량 방식의 마이크 또는 압전 방식의 마이크로 구현될 수 있다.
멤스 트랜스듀서(110)는 막 또는 구조물(111)을 포함한다.
용량성 마이크인 경우 막 또는 구조물(111)은 영구 전하가 대전된 진동판을 포함할 수 있으며 피에조 방식의 마이크인 경우 막 또는 구조물(111)은 압전 물질을 포함할 수 있다.
다른 실시예에서는 막 또는 구조물(111)에 추가적인 구조가 부가될 수도 있다.
예를 들어 막 또는 구조물(111)을 멤스 트랜스듀서 패키지(100)의 벽면에 기계적으로 고정하기 위하여 다양하게 설계 변경될 수 있는 지지대, 전기 신호를 전달하기 위한 방법에 따라 다양하게 변형 가능한 전달 요소 등이 부가될 수 있다.
본 실시예에서 멤스 트랜스듀서(110)는 제 2 기판(150) 상부에 장착된다.
멤스 트랜스듀서(110)는 제 2 도선(140)과 제 2 기판(150)에 형성된 제 2 배선(151)을 통해 제 1 기판(300)의 제 1 배선(310)과 전기적으로 연결된다.
멤스 트랜스듀서(110)는 제 2 기판(150)과 막 또는 구조물(111) 사이에 형성되는 내부 공간(120)을 포함한다.
케이스(130)는 제 2 기판(150) 상부에 부착되어 그 내부에 멤스 트랜스듀서(110)와 제 2 도선(140)을 포함한다.
본 실시예에서 케이스(130)는 상부에 제 1 통로(131)를 포함하며 제 1 통로(131)를 통해 음파가 전달된다.
제 1 통로(131)를 통해 전달된 음파는 막 또는 구조물(111)의 변형을 가져오고 이에 대응하는 전기 신호가 제 2 도선(140), 제 2 배선(151), 제 1 배선(310), 제 1 도선(210)을 거쳐 반도체 칩(200)에서 처리될 수 있다.
본 실시예에서 멤스 트랜스듀서 패키지(100)는 그 내부에 멤스 트랜스듀서(110)를 포함할 뿐 반도체 칩(200)은 포함하지 않는다.
따라서 멤스 트랜스듀서 패키지(100)는 종래에 비하여 더욱 소형화될 수 있으며 반도체 칩(200)은 멤스 트랜스듀서 패키지(100)의 크기에 제한을 받지 않고 성능 향상을 위해 면적을 증가시킬 수 있다.
도 3 내지 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤스 장치의 단면도이다.
도 3 내지 5에 도시된 실시예는 멤스 트랜스듀서 패키지(100)의 상부에 제 1 통로를 포함하지 않고 하부에 제 2 통로(152)를 포함한다.
제 2 통로(152)는 제 2 기판(150)에 형성되어 멤스 트랜스듀서(110)의 내부 공간(120)을 외부에 개방한다.
또한 제 1 기판(300)은 제 2 기판(150)의 제 2 통로(152)를 외부에 개방하는 제 3 통로(320)를 포함한다.
제 3 통로(320)와 제 2 통로(152)를 통해 전달된 음파는 막 또는 구조물(111)의 변형을 가져오고 이에 대응하는 전기 신호가 제 2 도선(140), 제 2 배선(151), 제 1 배선(310), 제 1 도선(210)을 거쳐 반도체 칩(200)에서 처리될 수 있다.
도 3 내지 도 5는 제 2 통로(152)와 제 3 통로(320)의 상대적인 크기에 따라 구별되는 실시예를 나타낸다.
도 3의 실시예에서 제 2 통로(152)의 지름은 제 3 통로(320)의 지름보다 작다.
도 4의 실시예에서 제 2 통로(152)의 지름은 제 3 통로(320)의 지름보다 크고, 도 5의 실시예에서 제 2 통로(152)의 지름은 제 3 통로(320)의 지름과 동일하다.
도 3 내지 도 5는 제 2 통로와 제 3 통로의 지름에 따른 다양한 실시예를 도시하고 있으나 통로의 개수, 통로의 형상 등의 측면에서 다양한 설계 변경이 가능할 것이다.
도 6의 실시예는 멤스 트랜스듀서 패키지(100)의 상부에 제 1 통로(131)가 구비되고, 하부에 제 2 통로(152)가 구비되는 실시예를 나타낸다.
즉 도 6의 실시예는 도 2와 도 3의 실시예가 조합된 실시예로 볼 수 있다.
다만 도 6의 실시예에서는 막 또는 구조물(111)에 제 4 통로(112)가 추가로 구비될 수 있다.
이 경우 멤스 트랜스듀서(100)의 내부 공간(120)에는 제 1 내지 제 4 통로를 통해 유입된 음파가 혼합될 수 있으며 멤스 트랜스듀서(100)는 이와 같이 혼합된 음파에 대응하는 전기 신호를 반도체 칩(200)에 출력할 수 있다.
또 다른 경우 멤스 트랜스듀서(100)는 제 1 내지 제 4 통로를 통과하는 유체의 흐름에 대응하는 신호를 출력할 수 있다. 이 경우 멤스 트랜스듀서(100)는 유체의 속도, 압력 등에 대응하는 신호를 출력할 수도 있다.
도 7은 하나의 멤스 트랜스듀서 패키지(100) 내에 두 개의 멤스 트랜스듀서(110-1, 110-2)가 배치되는 실시예를 나타낸다.
이에 따라 제 1 도선(210-1, 210-2), 제 2 도선(140-1, 140-2), 제 1 배선(310-1, 310-2), 제 2 배선(151-1, 151-2) 각각은 멤스 트랜스듀서의 개수에 대응하여 복수개가 구비된다.
이와 같이 본 실시예에 의한 멤스 장치는 멤스 트랜스듀서 패키지(100) 외부에 장착된 반도체 칩(200)에서 하나의 멤스 트랜스듀서 패키지(100) 내부에 장착된 둘 이상의 멤스 트랜스듀서(110-1, 110-2)에서 출력된 신호를 처리할 수 있다.
도 7의 실시예에서 멤스 트랜스듀서(110-1, 110-2)는 서로 동일한 기능을 수행하는 것일 수도 있고, 서로 다른 기능을 수행하는 것일 수도 있다. 또한 서로 동일한 기능을 수행하는 경우에도 센싱 범위가 상이하도록 설계될 수도 있다.
도 8은 둘 이상의 멤스 트랜스듀서 패키지(100-1, 100-2)를 포함하는 멤스 장치를 나타낸다.
이에 따라 제 1 도선(210-1, 210-2), 제 1 배선(310-1, 310-2) 각각은 멤스 트랜스듀서 패키지(100-1, 100-2)의 개수에 대응하여 복수개가 구비된다.
도 8은 하나의 멤스 트랜스듀서 패키지(100-1, 100-2) 내부에 하나의 멤스 트랜스듀서가 배치된 경우를 도시하지만 도 7의 경우와 같이 하나의 멤스 트랜스듀서 패키지는 둘 이상의 멤스 트랜스듀서를 포함할 수도 있다.
이 경우 제 1 배선과 제 1 도선의 개수는 이에 대응하여 증가할 수 있다.
도 2 내지 도 8에서는 제 2 기판(150)을 포함하는 멤스 트랜스듀서 패키지(100)가 반도체 칩(200)과 함께 제 1 기판(300)에 장착되는 실시예를 도시하였다.
도 9 내지 도 13에서는 멤스 트랜스듀서 패키지(100)가 제 2 기판(150)을 사용하지 않고 제 1 기판(300) 상부에 직접 형성되는 실시예를 도시한다.
도 9 내지 도 13에 도시된 실시예는 멤스 장치의 제조 공정에서 멤스 트랜스듀서 패키지가 함께 제조되는 경우에 유리할 수 있다.
도 9의 실시예는 도 2의 실시예에 대응한다.
도 9의 실시예에서 멤스 트랜스듀서 패키지(100)는 제 1 기판(300) 상부에 형성된다.
이에 따라 멤스 트랜스듀서(110)는 제 1 기판(300) 상부에 장착되어 제 1 기판(300)과 막 또는 구조물(111)의 사이에 내부 공간(120)이 형성된다.
또한 제 2 도선(140)은 제 1 배선(310)과 직접 연결된다.
도 10의 실시예는 도 3의 실시예에 대응한다.
도 10에서 케이스(130)에는 통로가 형성되지 않고 제 1 기판(300)에 제 3 통로(320)가 형성된다.
이에 따라 내부 공간(120)은 제 3 통로(320)를 통해 외부에 개방될 수 있다.
도 11의 실시예는 도 6의 실시예에 대응하고, 도 12의 실시예는 도 7의 실시예에 대응하고, 도 13의 실시예는 도 8의 실시예에 대응한다.
도 11 내지 도 13의 실시예들에서도 제 2 기판(150, 150-1, 150-2)이 개재되지 않고 멤스 트랜스듀서 패키지(100, 100-1, 100-2)가 직접 제 1 기판(300) 상부에 형성되는 점에서 도 6 내지 도 8의 실시예와 상이하다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤스 장치의 단면도이다.
도 14의 실시예에서 제 1 기판(300)은 제 1 배선(310) 주위에 형성된 쉴드층(311)을 더 포함한다.
멤스 트랜스듀서(110)로부터 출력되는 전기 신호는 미세한 신호로서 멤스 트랜스듀서 패키지(100) 외부에서 왜곡될 수 있다.
이에 따라 제 1 기판(300)의 제 1 배선(310) 주위에 제 1 쉴드층(311)을 추가로 구비하여 외부로부터 유입되는 전자기 신호를 차폐함으로써 멤스 트랜스듀서(110)로부터 출력된 신호의 왜곡을 줄일 수 있다.
다른 실시예에서는 멤스 트랜스듀서 패키지(100)에 포함된 제 2 기판(150)의 제 2 배선(150) 주위에 외부로부터 유입되는 전자기 신호를 차폐하는 제 2 쉴드층(153)을 추가로 구비할 수 있다.
제 1 쉴드층(311)과 제 2 쉴드층(153)은 선형 또는 면형의 구조를 가질 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 의한 멤스 장치의 단면도이다.
도 15에서 반도체 칩(200)은 제 1 기판(300)에 표면 실장 방식으로 장착될 수 있다.
이에 따라 반도체 칩(200)은 제 1 도선(210) 대신에 솔더 범프(220)를 통해 제 1 기판(300)의 제 1 배선(310)에 전기적으로 연결될 수 있다.
이상의 개시는 발명의 설명을 위한 것으로서 발명의 권리범위를 한정하는 것은 아니다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 문언적으로 기재된 범위와 그 균등 범위로 정해진다.
10, 110, 110-1, 110-2: 멤스 트랜스듀서
11: 막 또는 판
20, 200: 반도체 칩
100: 멤스 트랜스듀서 패키지
111, 111-2, 111-2: 막 또는 구조물
112: 제 4 통로
120, 120-1, 120-2: 내부 공간
130: 케이스
131, 131-1, 131-2: 제 1 통로
140, 140-1, 140-2: 제 2 도선
150, 150-1, 150-2: 제 2 기판
151, 151-1, 151-2: 제 2 배선
152: 제 2 통로
153: 제 2 쉴드층
210, 210-1, 210-2: 제 1 도선
220: 솔더 범프
300: 제 1 기판
310, 310-1, 310-2: 제 1 배선
311: 제 1 쉴드층
320: 제 3 통로

Claims (18)

  1. 제 1 기판;
    유체의 움직임에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스 트랜스듀서를 포함하며 상기 제 1 기판상에 장착되는 멤스 트랜스듀서 패키지; 및
    상기 제 1 기판상에 장착되며 상기 멤스 트랜스듀서로부터 전달된 상기 전기 신호를 처리하는 반도체 칩
    을 포함하되,
    상기 멤스 트랜스듀서 패키지는 상기 멤스 트랜스듀서를 덮어 상기 반도체 칩과 상기 멤스 트랜스듀서가 분리된 공간에 위치하도록 하는 케이스; 및 상기 케이스에 형성된 제 1 통로를 포함하고,
    상기 제 1 기판은 상기 멤스 트랜스듀서의 내부 공간을 외부에 개방하는 제 3 통로를 포함하고,
    상기 멤스 트랜스듀서는 압전 물질을 포함하며 제 4 통로가 형성된 막을 포함하되,
    상기 멤스 트랜스듀서는 상기 제 4 통로에 위치하는 유체의 흐름, 속도 또는 압력에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스 장치.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 멤스 트랜스듀서 패키지는 상기 멤스 트랜스듀서와 상기 제 1 기판을 전기적으로 연결하는 제 2 도선을 더 포함하는 멤스 장치.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 막은 상기 제 1 통로, 상기 제 3 통로 및 상기 제 4 통로를 통해 움직이는 유체에 따라 움직이는 멤스 장치.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 멤스 트랜스듀서 패키지는 상기 멤스 트랜스듀서와 상기 제 1 기판 사이에 개재하는 제 2 기판을 더 포함하고, 상기 제 2 기판은 상기 멤스 트랜스듀서로부터 전달된 전기 신호를 상기 제 1 기판에 전달하는 제 2 배선과 상기 멤스 트랜스듀서의 내부 공간을 상기 제 3 통로에 개방하는 제 2 통로를 더 포함하는 멤스 장치.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 멤스 트랜스듀서 패키지는 상기 반도체 칩으로 전기 신호를 출력하는 하나 또는 둘 이상의 추가 멤스 트랜스듀서를 더 포함하는 멤스 장치.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 기판에 장착되는 하나 또는 둘 이상의 추가 멤스 트랜스듀서 패키지를 더 포함하되, 상기 추가 멤스 트랜스듀서 패키지는 그 내부에 상기 반도체 칩으로 전기 신호를 출력하는 멤스 트랜스듀서를 포함하는 멤스 장치.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 제 1 기판은 상기 멤스 트랜스듀서로부터 전달된 전기 신호를 상기 반도체 칩에 전달하는 제 1 배선을 포함하는 멤스 장치.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제 1 기판은 상기 제 1 배선 주위에 제 1 쉴드층을 더 포함하는 멤스 장치.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 멤스 장치는 솔더 범프를 통해 상기 제 1 기판에 전기적으로 연결되거나 제 1 도선을 통해 상기 제 1 기판에 전기적으로 연결되는 멤스 장치.
  14. 제 2 기판;
    상기 제 2 기판에 장착되고 유체의 움직임에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스 트랜스듀서; 및
    상기 제 2 기판상에 장착되어 상기 제 2 기판과의 사이에 공간을 형성하고, 상기 멤스 트랜스듀서가 상기 공간 내에 위치하도록 하며 상기 멤스 트랜스듀서를 외부에 개방하는 제 1 통로가 형성된 케이스
    를 포함하되,
    상기 제 2 기판은 상기 멤스 트랜스듀서로부터 출력된 상기 전기 신호를 외부로 출력하는 제 2 배선과 상기 멤스 트랜스듀서의 내부 공간을 외부에 개방하는 제 2 통로를 포함하고,
    상기 멤스 트랜스듀서는 압전 물질을 포함하며 제 4 통로가 형성된 막을 포함하되,
    상기 멤스 트랜스듀서는 상기 제 4 통로에 위치하는 유체의 흐름, 속도 또는 압력에 대응하는 전기 신호를 출력하는 멤스 트랜스듀서 패키지.
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 막은 상기 제 1 통로, 상기 제 2 통로 및 상기 제 4 통로를 통해 움직이는 유체에 따라 움직이는 멤스 트랜스듀서 패키지.
  18. 청구항 14에 있어서, 상기 제 2 기판은 상기 제 2 배선 주위에 제 2 쉴드층을 더 포함하는 멤스 트랜스듀서 패키지.
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