KR101952676B1 - 센서 패키지 구조 - Google Patents

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Abstract

Description

센서 패키지 구조{SENSOR PACKAGE STRUCTURE}
본 발명은 센서 기반모듈 제작에 있어 집적도를 높이고 후속 공정에 대한 용이성을 확보하기 위한, 센서 패키지 구조에 대한 것이다.
집적회로를 구성하는 회로 및 이와함께 구동할 수 있는 센서의 일체화를 통한 시스템반도체 제작 방법은 구동 방식의 특징과 최종 제품의 형태에 따라 다양하게 변화할 수 있다. 부품의 경박단소는 이를 활용한 전자기기의 소형화 요구를 충족시키기 위해 다기능 구현 가능한 모듈의 개발이 필요하게 되었으며, 이를 위해 다양한 센서의 집적도 향상 및 구동 및 제어를 위한 집적회로와의 일체화를 유도하고 있다.
특히 IC를 포함하는 SiP (System in Package)의 경우 스마트폰 보급의 증가와 함께 제품에 실장되는 센서의 개수의 증가와 더불어 기구 및 기능적 특성을 고려한 기술 융합 모듈의 형태를 추구하고 있다. 기술 융합에 따른 신호 개수 증가는 모듈 또는 3차원 칩 구현에서 시스템 형태의 복합 기술 구현을 꾸준히 요구하고 있다. 이러한 기술 추이와 시장의 요구에 부응하기 위하여 메모리 제조사를 포함한 모듈 제조사의 투자 전략에도 영향을 미치고 있다.
최근 사물인터넷 기반의 기기들이 출시되고 있는 상황은 이러한 복합 모듈 즉 센서를 기반의 소형화 모듈 수요의 확대를 예견하고 있으며, 이를 위한 센서 기능에 적합한 모듈의 개발은 핵심 기술이라 할 수 있다.
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본 발명은 모듈의 구성에 있어 구동에 필요한 집적회로와 센서를 조합하여 간소화를 위한 방법이다.
종래의 기술에 있어 다양한 3차원 구조의 모듈 형태가 나오고 있으며, 복합 구성에 있어 모듈의 외관적인 부분과 실장에 대한 기계적인 문제 개선이 가능한 구조의 발명이라 할 수 있다.
본 발명은 생체 신호를 감지하기 위한 광학 송수신부의 직접적인 노출을 높이고 실장 부분의 공간을 최대로 활용하여 실제 모듈의 고유 기능의 효과를 높여야 한다. 아울러 웨어러블 장치와 같이 소형화가 필수적인 기판과 모듈의 구현을 위한 집적도를 높이는 방법의 고안이 절실하다.
최적 모듈을 위한 수단으로 광학부의 노출과 커버 적용을 지양하기 위하여 수동소자를 후면에 배치하였으며, 수동소자와 집적회로의 결선을 최소화 했다.
기존의 기판이 보드에 SMT(Surface Mount Tech.) 진행시 발생 되는 구조적인 특징을 인터포저(interposer)를 이용하여 모듈의 구조의 유지와 결선이 가능하도록 하였다.
본 발명으로 직접 피부 또는 측정 위치와 접촉하게 되는 광학 부품의 노출을 최대화하여 종래의 기술에서 회로 보호를 위해 구현되는 커버를 적용하지 않도록 할 수 있으며, 커버를 통해 발생하는 간섭 현상과 무관하게 센서의 고유 기능을 유지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예의 센서 패키지 구조를 개략적으로 설명하기 위한 측단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예의 센서 패키지 구조를 개략적으로 설명하기 위한 측단면도이다.
광학 특성을 고려하여 생체 신호의 효과적인 검출을 위한 최적의 조건은 광학부품 표면에 이종의 재료가 없이 직접 측정 위치 또는 피부에 닿도록 해야 한다.
이를 위해 모듈의 구성에서 전면부에 회로의 구성을 위한 수동소자의 배치를 지양하여 광학부품이 직접 노출되도록 기판에 부착해야 한다. 후면부는 센서 기능 구현을 위한 집적회로를 포함하여 수동소자를 배치하여 각 배선 사이에 간섭이 없도록 기판을 형성해야한다. 특히 구비된 모듈이 보드의 MCU와 통신을 할 수 있도록 기판과 별도의 인터포저(interposer)를 형성하여 센서 기반의 시스템 모듈을 구현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예의 센서 패키지 구조를 개략적으로 설명하기 위한 측단면도로서, 본 발명으로 구현 가능한 모듈의 형태와 연계 구동에 필요한 보드 실장의 측면을 표현한 내용이다. 그림에서 S1은 센서를 나타내며, 하부의 ASIC / AFE IC는 집적회로를 의미한다. P1 또는 P2는 회로 구성에 필요한 수동소자를 나타내며, 상부의 센서와 하부의 부품을 연결하기 위하여 회로기판 PCB1을 구비할 수 있다. PCB의 재료는 연성재료와 강성 재료를 모두 사용할 수 있으며, 모듈의 특징에 대하여 유동적인 적용이 가능하다. 회로기판 PCB2의 경우 구성된 모듈의 연계 구동을 위한 마더보드와의 신호 전달 역할을 하도록 구비되며, 회로기판 PCB1과 동일하게 재료에 대하여 유연성을 고려할 수 있다. 특히 구성되는 회로의 특징에 따라 소켓 형태의 대체가 가능하다.
특히 구비된 모듈이 보드의 MCU와 통신을 할 수 있도록 기판과 별도의 인터포저(interposer)를 형성하여 센서 기반의 시스템 모듈을 구현할 수 있다.
도 1과 같이, S1의 센서부가 회로기판 PCB1 전면에 단일 위치할 수 있고, 구동을 위한 ASIC/AFE IC가 후면에 위치할 수 있다. 또한, 회로기판 PCB1의 후면에 수동소자가 ASIC/AFE IC와 이웃하여 배치하며, 신호 연결을 위한 PCB2가 배치될 수 있다.
이때 회로기판 PCB2는 커넥터로 대체하여 변경할 수 있으며, 이와 같이, 회로기판 PCB2를 직접 보드와 연결할 수 있도록 하여 실장성 및 제품의 두께를 간소화할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 제1실시예에 의하면, 센서 패키지 모듈의 후면 두께에 대하여 공간이 확보될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예의 센서 패키지 구조를 개략적으로 설명하기 위한 측단면도로서, 실장의 측면과 기구적인 측면을 고려하여 응용 가능한 형태를 보여준다. 도 1의 PCB2를 제외하여 회로를 구성하여 최종제품 형태의 개선이 가능하도록 할 수 있다. 이는 신호의 전달 시간을 단축시키는 효과를 예상할 수 있으며, 보드 재료와 연계하여 매몰되는 회로를 구현할 경우 센서 모듈에서 발생되는 기계적인 영향이 개선될 수 있음을 예상할 수 있다.
도 2의 구성에서, 도 1과 동일한 색상으로 표기된 구성은 동일한 구성이라 할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 제2실시예 및 제3실시예에 의하면, 센서 패키지 모듈의 후면 두께에 대하여 공간이 확보될 수 있다.
종래의 모듈 기술은 단일 센서를 기반하여 별도의 구동과 결과 검출을 위한 조합이 필요하며, 복합적인 모듈의 구성에 있어 크기의 제약을 가지게 된다. 특히 경박단소화 되어가는 모바일 기기를 포함하여 각종 전자기기에 부속되기 위한 모듈의 크기는 극히 제한적으로 요구되고 있으며, 그 기능에 있어 복합성의 구비가 필요하다.
본 발명의 특징은 2차원적인 모듈의 제작에서 발생되는 면적의 간소화를 구현하는 동시에 센서의 구동에 필요한 집적회로를 시스템화하여 3차원 형상의 모듈 구현을 목표로 하고 있다. 종래의 3차원 패키지가 가지는 제약을 개선할 수 있도록 응용할 수 있는 형태의 모듈로서 마더보드에 실장을 위한 별도의 시그널 기판을 구현하는 방법과 보드를 포함한 기기의 면적을 감안하여 매몰 가능하도록 실장되는 방법을 고려하였다.종래의 기술에 있어 다양한 3차원 구조의 모듈 형태가 나오고 있으며, 복합 구성에 있어 모듈의 외관적인 부분과 실장에 대한 기계적인 문제 개선 가능한 구조의 발명이라 할 수 있다.
S1: 센서부
ASIC / AFE IC: 센서의 구동에 필요한 집적회로부
P1: 수동 소자
P2: 수동 소자
PCB1: 각 부품의 신호 연결을 위한 기판
PCB2: 보드 MCU에 집적 연결되는 신호 기판

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 삭제
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  6. 마이크로컨트롤러유닛(MCU)가 배치되는 보드;
    상기 보드의 상면에서 상기 보드와 직접 접속하여 상기 보드와 광학 송수신부간 신호를 전달하는 인쇄회로기판(PCB);
    상기 PCB의 상면에 접속하여 배치되며, 직접 피부에 접촉되어 생체신호를 감지하기 위한 상기 광학 송수신부;
    상기 보드의 내부의 일영역에 매몰되어 배치되어, 상기 PCB와 솔더볼을 통해 연결되는 집적회로(IC)부; 및
    상기 보드의 내부의 타영역에 매몰되어 배치되며, 상기 PCB의 하면에 접속되는 적어도 하나 이상의 수동소자를 포함하고,
    상기 PCB와 상기 IC부를 연결하는 상기 솔더볼은 상기 보드의 내부에 매립되는 센서 패키지 구조.
  7. 삭제
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