KR101995853B1 - 마이크로폰 센서 패키지 - Google Patents

Abstract

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상부측이 개방되면서 적층구조로 형성된 캐비티(cavity)와, 상기 캐비티 내의 바닥면에는 공기의 유입 및 배출을 위한 통로가 형성된 기판;과, 상기 캐비티 내에서 상기 통로와 대응되도록 배치된 센서부;와, 상기 캐비티 내에서 상기 센서부의 상부에 배치된 전자소자부;와, 상기 캐비티의 상부측 개방부를 덮는 커버;를 포함하여 이루어진 마이크로폰 센서 패키지를 제공한다.

Description

마이크로폰 센서 패키지{Microphone sensor package}

본 발명은 마이크로폰 센서 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 캐비티(cavity) PCB에 적층구조로 기판을 만들어 패키지화된 마이크로폰 센서 패키지에 관한 것이다.

일반적으로 마이크로폰(Microphone)이란 음향 또는 초음파의 진동을 감지한 후, 매질의 진동에 상응하는 전기신호로 변환하여 출력하는 센서(Sensor)의 일종이다.

마이크로폰 패키지(Microphone package)는 휴대전화, 노트북, 태블릿 PC, 디지털 카메라, 내비게이션 등 다양한 휴대기기에 탑재되어 사람의 음성 신호를 전기적인 신호로 변환해주는 역할을 수행한다.

이러한 마이크로폰 패키지는 휴대기기에 탑재하기 쉽도록 소형화 되어야 하므로 집적회로 형태의 멤스(Micro Electro Mechanical System; MEMS) 방식을 사용할 수 있다.

상기와 같은 형태의 마이크로폰 패키지는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 상부표면에서 멤스다이(MEMS die)(2)와 ROIC(Readout integrated circuits; 판독직접회로)(3)는 와이어 본딩(wire bonding)을 통해 전기적으로 연결되며, 상기 기판(1)에는 멤스다이(MEMS die)(2)와 대응되는 위치에 음향홀(hole)(h)이 형성된다.

이때, 기판(1)과 멤스다이(2) 및 ROIC(3)들 사이에 전기적 연결을 위하여 형성된 본딩 와이어(4)에 의해 넓은 공간을 차지하여 패키지의 크기를 줄이는데 문제가 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 적층구조를 갖는 캐비티(cavity) PCB를 구비하고 캐비티(cavity) 내에 센서와 전자소자를 실장하여 패키지의 구조를 간소화함으로써 크기를 감소시킨 마이크로폰 센서 패키지를 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상부측이 개방되면서 적층구조로 형성된 캐비티(cavity)와, 상기 캐비티 내의 바닥면에는 공기의 유입 및 배출을 위한 통로가 형성된 기판;과, 상기 캐비티 내에서 상기 통로와 대응되도록 배치된 센서부;와, 상기 캐비티 내에서 상기 센서부의 상부에 배치된 전자소자부;와, 상기 캐비티의 상부측 개방부를 덮는 커버;를 포함하여 이루어진 마이크로폰 센서 패키지를 제공한다.

또한, 상기 기판은 다수의 기판을 적층함으로써 적층구조의 캐비티를 형성하되, 각 층 사이에는 전기적 연결을 위한 회로 패턴이 형성되며, 상기 캐비티 바닥면과 통로가 형성된 하부기판층과, 상기 적층구조로 캐비티 내에 단턱이 형성된 단턱기판층과, 상기 기판의 상단부에 형성된 상부기판층을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 센서부에는 베이스 기판과, 상기 센서부의 베이스 기판 하부면에 배치된 마이크 센서부와, 상기 기판과의 전기적 접속을 위해 상기 센서부의 베이스 기판 하부면 테두리에 다수개의 전극패드가 구비되되, 상기 기판의 캐비티 바닥면에는 상기 센서부의 전극패드와 대응되는 제1전극패드가 형성된다.

또한, 상기 전자소자부에는 베이스 기판 및 상기 전자소자부의 베이스 기판에는 상기 센서부의 신호를 전기적 신호로 변환하는 ROIC(Readout integrated circuits,판독직접회로)와, 상기 ROIC에서 변환된 신호를 외부로 출력하고, 상기 센서부의 작동을 제어하는 컨트롤 IC(control IC)가 구비된다.

그리고 상기 기판과의 전기적 접속을 위해 상기 전자소자부의 베이스 기판 하부면 테두리에 다수개의 전극패드가 구비되되, 상기 기판의 단턱기판층 수평면에는 상기 전자소자부의 전극패드와 대응되는 제2전극패드가 형성된다.

또한, 상기 센서부의 베이스 기판 상부면에는 온도 센서, 습도 센서, 압력 센서, 화학 센서 중 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.

또한, 상기 기판 내부에는 상기 센서부와 상기 전자소자부를 전기적으로 연결시키는 회로부가 형성된다.

또한, 상기 커버는 상기 기판 상측면에 도전성 접착제를 통해 부착되며, 상기 기판의 통로에는 부직포 또는 방수용 부직포가 부착된다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따르면, 기판에 적층구조로 형성된 캐비티 내에 센서와 전자소자를 내장함으로써 마이크로폰 센서 패키지의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 마이크로폰 패지지 구조를 나타낸 다면도,
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마이크로폰 센서 패키지의 구조를 나타낸 단면도,
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판의 구조를 나타낸 단면도,
도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마이크로폰 센서 패키지의 제조방법에 따른 공정도,
도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 마이크로폰 센서 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.

또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서

이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.

아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.

첨부된 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마이크로폰 센서 패키지의 구조를 나타낸 단면도, 도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 기판의 구조를 나타낸 단면도, 도 4는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 마이크로폰 센서 패키지의 제조방법에 따른 공정도, 도 5는 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 마이크로폰 센서 패키지의 구조를 나타낸 단면도이다.

도 2 이하에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 마이크로폰 센서 패키지는 상부측이 개방되면서 적층구조로 형성된 캐비티(cavity)(11)와, 상기 캐비티(11) 내의 바닥면(11-1)에는 공기의 유입 및 배출을 위한 통로(18)가 형성된 기판(10);과, 상기 캐비티(11) 내에서 상기 통로(18)와 대응되도록 배치된 센서부(20);와, 상기 캐비티(11) 내에서 상기 센서부(20)의 상부에 배치된 전자소자부(30);와, 상기 캐비티(11)의 상부측 개방부를 덮는 커버(40);를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 기판(10)은 세라믹 기판, 인쇄 회로 기판(PCB), 유연성 기판(FPCB) 등이 이용될 수 있다.

또한, 마이크로폰 센서 패키지는 상기 센서부(20)의 작동에 필요한 기타 소자들을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 통로(18)에는 부직포(미도시) 또는 방수용 부직포(미도시)가 부착될 수 있다.

또한, 상기 커버(40)는 상기 기판(10) 상측면에 도전성 접착제(17)를 통해 부착될 수 있다.

그리고 상기 커버(40)는 상면에 외부 접속용 패드(미도시)가 형성되거나, 다수의 외부 단자인 솔더 볼, 범프 등이 형성되어 메인기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.

더불어, 도 5에 도시된 바와 같이 또 다른 일실시예에 따른 마이크로폰 센서 패키지는 상부측이 개방되면서 적층구조로 형성된 캐비티(cavity)(11)와, 상기 캐비티(11) 내의 바닥면(11-1)에는 공기의 유입 및 배출을 위한 통로(18)가 형성된 기판(10);과, 상기 캐비티(11) 내에서 상기 통로(18)와 대응되도록 배치된 센서부(20);와, 상기 캐비티(11) 내에서 상기 센서부(20)의 상부에 배치된 전자소자부(30);와, 상기 캐비티(11)의 상부측 개방부를 외부로부터 차단시키기 위해 상기 전자소자부(30)와 상기 기판(10)간에 몰딩된 몰딩부(50);를 포함하여 이루어진다.

이때, 상기 몰딩부(50)는 상기 전자소자부(30)의 상부측과, 측면을 에폭시나 EMC 몰딩하며, 상기 기판(10)의 상부면과 평탄한 구조를 갖는다.

또한, 상기 기판(10)의 상부면에 솔드볼이나 전극패드를 구비시킴으로써 메인기판(미도시)과 전기적으로 연결될 수 있다.

한편, 상기 기판(10)은 다수의 기판을 적층함으로써 적층구조의 캐비티(11)를 형성하며, 각 층 사이에는 전기적 연결을 위한 회로 패턴이 형성될 수 있다.

또한, 상기 기판(1)은 다수의 기판을 적층함에 따라 상기 캐비티(11) 바닥(11-1)면과 통로(18)가 형성된 하부기판층(12)과, 상기 적층구조로 캐비티(11) 내에 단턱이 형성된 단턱기판층(13)과, 상기 기판(11)의 상단부에 형성된 상부기판층(14)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 단턱기판층(13)은 상기 캐비티(11) 바닥(11-1)면에서 상부측으로 돌출된 수직면(13-1)과, 상기 수직면(13-1)과 수평을 이루며 상기 상부기판층(14)의 캐비티 측벽(11-2)에 연결된 수평면(13-2)을 포함하여 이루어진다.

또한, 상기 기판(10) 내부에는 상기 센서부(20)와 상기 전자소자부(30)를 전기적으로 연결시키는 회로부(미도시)가 형성된다.

한편, 상기 센서부(20)는 베이스 기판(21)과, 상기 베이스 기판(21) 하부면에 배치된 마이크센서부(22)와, 상기 기판(10)과의 전기적 접속을 위해 상기 베이스 기판(21) 하부면 테두리에 다수개의 전극패드(23)가 구비된다.

그리고 상기 기판(10)의 캐비티 바닥면(11-1)에는 상기 전극패드(23)와 대응되는 제1전극패드(15)가 형성되어 부착됨으로써 전기적으로 접속이 이루어진다.

이때, 상기 전극패드(23)와 제1전극패드(15)는 플립칩 본딩 방식으로 부착될 수 있다.

또한, 상기 마이크센서부(22)는 외부에서 유입되는 음압(Sound Pressure) 변화를 진동 신호로 변환하기 위한 것이며, 상기 베이스 기판(21) 상에 플립 칩 본딩 방식으로 접합될 수 있다.

또한, 상기 센서부(20)의 베이스 기판(21) 상부면에는 온도 센서, 습도 센서, 압력 센서 및 화학 센서 중 적어도 하나 이상 배치될 수 있다.

즉, 상기 센서부(20)는 상기 기판(10)의 적층 구조의 캐비티(11) 내에 실장됨으로써 양면이 모두 대기 중으로 노출될 수 있어 양면에 센서들이 배치되더라도 공기 접촉이 용이하므로 동작 신뢰성을 확보할 수 있다.

또한, 상기 화학 센서는 목적하는 화학물질을 포착하여 그 종류나 농도를 전기적 신호로 표시하는 센서로서, 가스 센서나 습도 센서 또는 바이오 센서로 구비될 수 있다.

한편, 상기 전자소자부(30)는 베이스 기판(31) 및 상기 베이스 기판(31)에 상기 센서부(20)의 신호를 전기적 신호로 변환하는 ROIC(Readout integrated circuits,판독직접회로)(33)와, 상기 ROIC(33)에서 변환된 신호를 외부로 출력하고, 상기 센서부(20)의 작동을 제어하는 컨트롤 IC(control IC)(32)가 구비된다.

또한, 상기 기판(10)과의 전기적 접속을 위해 상기 베이스 기판(31) 하부면 테두리에는 다수개의 전극패드(34)가 구비된다.

그리고 상기 기판(10)의 단턱기판층(13) 수평면(13-2)에는 상기 전극패드(34)와 대응되는 제2전극패드(16)가 형성되어 부착됨으로써 전기적으로 접속이 이루어진다.

이때, 상기 전극패드(34)와 제2전극패드(16)는 플립칩 본딩 방식으로 부착될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 전극패드(15,16,23,34)는 솔더 볼이나 범프 등으로도 이용될 수 있다.

이어서 본 실시예에 따른 마이크로폰 센서 패키지의 제조 방법에 대해 설명한다.

먼저 다수의 기판을 적층함으로써 적층구조의 캐비티(11)가 형성되고, 내부에 상기 센서부(20)와 상기 전자소자부(30)를 전기적으로 연결시키는 회로부(미도시)가 내장된 기판(10)을 준비한다.

이때, 상기 캐비티(11)는 기판(10)의 상부면으로 입구가 개방된 홈의 형태로 형성된다.

그리고 상기 캐비티 바닥면(11-1)에 공기의 유입 및 배출을 위한 통로(18)를 형성한다.

다음으로 상기 캐비티 바닥면(11-1) 상에 상기 센서부(20)를 실장한다.

즉, 상기 센서부(20)의 베이스 기판(21) 하부면에 상기 마이크 센서부(22)와 전극패드(23)를 각각 부착하고, 상기 캐비티 바닥면(11-1)에 상기 센서부(20)의 전극패드(23)와 대응되는 위치에 기판측 전극패드(15)를 부착한 후, 상기 센서부(20)를 상기 캐비티 바닥면(11-1) 상에 플립 칩 본딩 방식으로 접합한다.

이때, 상기 센서부(20)의 베이스 기판(21) 상부면에 온도 센서, 습도 센서, 압력 센서, 화학 센서 중 적어도 하나 이상을 부착할 수 있다.

이어서, 상기 단턱기판층(13)의 수평면(13-2) 상에 상기 전자소자부(30)를 실장한다.

즉, 상기 전자소자부(30)의 베이스 기판(31)에 컨트롤 IC(32)와 ROIC(33)와 전극패드(34)를 각각 부착하고, 상기 단턱기판층(13)의 수평면(13-2)에 상기 전극패드(34)와 대응되는 위치에 전극패드(16)를 부착한 후, 상기 전자소자부(30)를 상기 단턱기판층(13)의 수평면(13-2) 상에 플립 칩 본딩 방식으로 접합한다.

다음으로, 상기 커버(40)를 상기 기판(10) 상측면에 도전성 접착제(17)를 통해 부착하며, 상기 커버(40)의 상면에 외부 접속용 패드(미도시)를 형성하거나, 다수의 외부 단자인 솔더 볼, 범프 등을 형성하여 도 2에 도시된 마이크로폰 센서 패키지를 완성할 수 있다.

이와 같이 구성되는 본 실시예에 따른 마이크로폰 센서 패키지의 센서부(20)는 베이스 기판(21)의 양면을 이용하여 센서들을 배치할 수 있으며, 와이어 본딩(wire bonding) 을 하지 않아 와이어가 없기 때문에 패키지의 크기를 최소화할 수 있다.

또한, 베이스 기판(21)의 양면에 모두 대기 중으로 노출될 수 있도록 전극패드(23,15)를 이용하여 적층구조의 캐비티(11) 내에 실장된다.

또한, 마이크로폰 센서 패키지 제조공정에서 와이어 본딩(wire bonding) 공정을 제거하여 제조공정을 단순화하고 자동화할 수 있다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.

10 : 기판 11 : 캐비티(cavity)
12 : 하부기판층 13 : 단턱기판층
14 : 상부기판층 15 : 제1전극패드
16 : 제2전극패드 17 : 도전성 접착제
18 : 통로
20 : 센서부 21 : 베이스 기판
22 : 마이크센서부 23 : 전극패드
30 : 전자소자부 31 : 베이스 기판
32 : 컨트롤(control IC) 33 : ROIC(Readout integrated circuits)
34 : 전극패드 40 : 커버

Claims (5)

1. 와이어 본딩(wire bonding) 없이 캐비티 내에 센서와 전자소자를 실장하여 구조를 간소화시킨 마이크로폰 센서 패키지에 있어서,
   상부측이 개방된 캐비티(cavity)와, 상기 캐비티 내의 바닥면에는 공기의 유입 및 배출을 위한 통로가 형성된 기판;과,
   상기 캐비티 내에서 상기 통로와 대응되도록 배치된 센서부;와,
   상기 캐비티 내에서 상기 센서부의 상부에 배치된 전자소자부;와,
   상기 캐비티의 상부측 개방부를 덮는 커버;를 포함하여 이루어지고,
   상기 기판은,
   다수의 기판을 적층하되, 각 층 사이에는 전기적 연결을 위한 회로 패턴이 형성되어 상기 기판 내부에는 상기 센서부와 전자소자부를 전기적으로 연결시키는 회로부가 형성되며,
   상기 캐비티 바닥면과 통로가 형성된 하부기판층과,
   캐비티 내에 적층구조로 단턱이 형성된 단턱기판층과,
   상기 기판의 상단부에 형성된 상부기판층을 포함하여 이루어지고,
   상기 센서부에는,
   베이스 기판과, 상기 베이스 기판 하부면에 배치된 마이크센서부와, 상기 베이스 기판 상부면에 온도센서, 습도센서, 압력센서 및 화학센서 중 적어도 하나 이상 배치되고,
   상기 기판과의 전기적 접속을 위해 상기 센서부의 베이스 기판 하부면 테두리에 다수개의 전극패드가 구비되되,
   상기 기판의 캐비티 바닥면에는 상기 센서부의 전극패드와 대응되는 제1전극패드가 형성되어 상기 베이스 기판의 상면과 바닥면은 대기 중으로 노출되는 것을 특징으로 하는 마이크로폰 센서 패키지.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 전자소자부에는,
   베이스 기판 및 상기 전자소자부의 베이스 기판에는 상기 센서부의 신호를 전기적 신호로 변환하는 ROIC(Readout integrated circuits,판독직접회로)와, 상기 ROIC에서 변환된 신호를 외부로 출력하고, 상기 센서부의 작동을 제어하는 컨트롤 IC(control IC)가 구비되며,
   상기 기판의 단턱기판층 수평면에는 상기 전자소자부의 전극패드와 대응되는 제2전극패드가 형성된 것을 특징으로 하는 마이크로폰 센서 패키지.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 통로에는 부직포 또는 방수용 부직포가 부착된 것을 특징으로 하는 마이크로폰 센서 패키지.

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