KR102003945B1 - 응력 완화 mems 구조 및 패키지 - Google Patents

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Abstract

기밀식 밀봉을 요구하는 MEMS 센서에 적용될 수 있고 간단하게 제조될 수 있는 응력 완화 구조 및 방법이 개시된다. 시스템은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 센서, 제2 표면은 제1 표면으로부터 이격되어 배치되고, 제2 표면은 또한 패키지 표면으로부터 이격되어 배치되고 제1 표면 및 패키지 표면 사이에 위치하고, 다수의 지지 부재들, 각각의 지지 부재는 제2 표면으로부터 패키지 표면을 연장되고, 지지 부재들은 제2 표면의 일부분에만 배치되고 제2 표면의 일부분에만 작동 가능하게 연결되는 것을 포함한다. 제제 부재는 패키지-센서 상호 작용에 의해 생성되는 응력을 감소시키도록 구성된다.

Description

응력 완화 MEMS 구조 및 패키지
본 발명은 일반적으로 MEMS 센서들에 관한 것으로, 보다 구체적으로 MEMS 센서들에서의 응력 완화 구조에 관한 것이다.
센서들과 같은 MEMS(Micro-Electrical-Mechanical-Systems)는 자동차, 가전 제품, 건물 환기 및 일반적인 산업 용도들과 같은 응용들에서 압력, 온도, 또는 가속과 같은 물리적 조건을 감지하고 감지된 물리적 상태를 나타내는 전기적 신호를 제공하기 위해 폭넓게 이용될 수 있다.
대부분의 센서들은 관심있는 측정량에 민감할 뿐만 아니라 그들의 물리적 구조의 응력 또는 변형(strain)에 민감하다. 이러한 응력들은 센서 구조 자체로 인해 내부적으로 생성되거나, 센서의 동봉(enclosure), 또는 패키징(packaging)에 의해 외부적으로 생성될 수 있다. 열 응력과 같은 패키지 응력들은 MEMS 센서의 출력에 영향을 줄 수 있다. 패키지 센서 상호 작용 응력들의 일 예는 패키지의 구성 요소들 및 센서의 구성 요소들의 열 팽창 계수의 불일치로 인해 발생하는 응력들이다. 패키지들로부터 열 응력 완화를 제공하기 위한 다른 방법들이 이전에 공개되었다. 종래의 방법들 중 일부는 센서 요소를 매달기 위한 가요성 지지 빔(flexible support beam)들을 이용한다. 모든 다른 종래의 방법들은 예를 들어, 가요성 지지 다이어프램(flexible support diaphragm), 가요성 지지 척(flexible support chuck), 또는 MEMS 장치와 패키지 사이에 응력 완충재를 사용함으로써, 패키지 접합 수정을 적용한다.
종래의 방법들은 일부 MEMS 압력 센서 패키지들에 적합하지 않다. 예를 들어, 가요성 지지 빔들의 사용은 밀폐되어 있지 않고 높은 가압을 견딜 수 없는 추가적인 응력 완화 지지 구조를 요구한다. 다른 종래의 방법들은 추가적인 부품들을 요구하거나 복잡한 제조 요건들로 인해 높은 비용을 초래한다.
기밀식 밀봉(hermetic sealing)을 요구하는 MEMS 센서들에 적용될 수 있고 간단하게 제조될 수 있는 응력 완화 구조 및 방법이 요구된다.
기밀식 밀봉을 요구하는 MEMS 센서들을 포함하여, MEMS 센서들에 적용될 수 있고, 간단하게 제조될 수 있는 응력 완화 구조들 및 방법들이 하기에 개시된다.
하나 이상의 실시 예들에서, 본 발명에 따른 시스템은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 센서를 포함하되, 제2 표면은 제1 표면으로부터 이격되어 배치되고, 제2 표면은 또한 패키지 표면으로부터 이격되어 배치되고 제1 표면 및 패키지 표면 사이에 위치한다. 시스템은 또한 하나 이상의 지지 부재들을 포함하고, 각각의 지지 부재는 제2 표면으로부터 패키지 표면으로 연장된다. 지지 부재들은 제2 표면의 일부분에만 배치되고 제2 표면의 일부분에만 작동 가능하게 연결된다. 하나 이상의 지지 부재들은 패키지-센서 상호 작용에 의해 생성되는 응력을 감소시키도록 구성된다.
본 발명에 따른 시스템의 다른 실시 예에서, 하나 이상의 지지 부재들의 제1 지지 부재는 제2 표면의 중심 영역을 둘러싸고, 하나 이상의 지지 부재들의 제2 지지 부재는 제1 지지 부재를 둘러싼다. 하나 이상의 지지 부재들의 각각의 지지 부재는 폐쇄 구조 및/또는 속이 빈 원통형 구조로 구성되되, 원통형 구조의 폐곡선들은 원형이 아니다. 각각의 폐곡선들은 복수의 절편(section)들로 구성되고, 복수의 절편들의 각각의 절편은 하나 이상의 지점들에서 복수의 절편들의 다른 절편에 연결되며, 각각의 절편의 기울기는 하나 이상의 지점들의 적어도 하나에서 다른 절편의 기울기와 동일하지 않다.
본 발명에 따른 시스템의 또 다른 실시 예에서, 하나 이상의 지지 부재들의 각각의 지지 부재는 제2 표면에 인접한 센서의 절편과 동일한 재료 및/또는 패키지 표면과 동일한 재료로 구성된다. 하나 이상의 지지 부재들은 제2 표면으로부터 연장되는 하나 이상의 제1 지지 부재들 및 패키지 표면으로부터 제2 표면으로 연장되는 하나 이상의 제2 지지 부재들로 구성되고, 하나 이상의 제2 지지 부재들은 하나 이상의 제1 지지 부재들을 수용하도록 구성된다. 하나 이상의 제1 지지 부재들의 각각의 지지 부재는 제2 표면으로부터 임의의 거리만큼 연장되고, 임의의 거리는 제2 표면 및 패키지 표면 사이의 거리보다 작다. 일 예에서, 하나 이상의 지지 부재들의 각각의 지지 부재는 제2 표면으로부터의 거리에 따라 변하는 단면적을 갖는다. 일 실시 예에서, 단면적은 제2 표면으로부터의 거리에 따라 감소한다. 다른 실시 예에서, 단면적은 제2 표면으로부터의 거리에 따라 증가한다. 또 다른 실시 예들에서, 하나 이상의 지지 부재들의 각각의 지지 부재는 2개의 하위 구성 요소들: 제2 표면으로부터 제2 표면 및 패키지 표면 사이의 기설정된 위치로 연장되는 제1 하위 구성 요소 및 기설정된 위치로부터 패키지 표면으로 연장되는 제2 하위 구성 요소로 구성된다. 일 예에서, 제1 하위 구성 요소의 단면적은 제2 하위 구성 요소의 단면적보다 크다. 다른 예에서, 제1 하위 구성 요소의 단면적은 제2 하위 구성 요소의 단면적보다 작다.
본 발명에 따른 시스템의 또 다른 실시 예에서, 시스템은 제2 표면, 패키지 표면 및 하나 이상의 지지 부재들 사이에 배치된 연질 재료를 더 포함하여 구성된다. 시스템은 제2 표면, 패키지 표면 및 하나 이상의 제2 지지 부재들 사이에 배치된 연질 재료를 더 포함하여 구성된다. 시스템은 제2 표면, 패키지 표면 및 하나 이상의 제1 및 하나 이상의 제2 지지 부재들 사이에 배치된 연질 재료를 더 포함하여 구성된다. 하나 이상의 지지 부재들은 적어도 2개의 지지 부재들로 구성된다. 하나의 지지 부재의 폭은 다른 지지 부재들의 폭보다 작다. 패키지 표면 및 적어도 하나의 지지 부재 사이에 밀봉 재료가 적용되고, 밀봉 재료는 용접 밀봉을 제공하도록 구성된다. 적어도 하나의 지지 부재는 패키지 표면에 접착된다.
하나 이상의 실시 예들에서, 패키지-센서 상호 작용에 의한 감소된 응력을 갖는 센서 시스템을 제조하기 위한 본 발명에 따른 방법은 센서 구조의 구성 요소의 표면을 에칭(etching)하여 센서 구조의 제2 표면 및 제2 표면 상에 배치되는 하나 이상의 지지 구조들을 형성하되, 센서 구조는 제1 표면을 갖는, 단계를 포함한다. 제2 표면은 제1 표면으로부터 이격되어 배치된다. 제2 표면은 또한 패키지 표면으로부터 이격되어 배치되고 제1 표면 및 패키지 표면 사이에 위치한다. 하나 이상의 지지 구조들은 패키지-센서 상호 작용에 의해 생성되는 응력을 감소시키도록 구성된다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시 예들에서, 하나 이상의 지지 구조들은, 센서 시스템에서, 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조가 제2 표면으로부터 패키지 표면으로 연장되도록 구성된다. 구성 요소는 실리콘 구성 요소이다. 하나 이상의 지지 구조들의 제1 지지 부재는 제2 표면의 중심 영역을 둘러싸고, 각각의 다음 지지 구조는 이전 지지 구조들을 둘러싼다. 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조는 폐쇄 구조 및/또는 속이 빈 원통형 구조로 구성되되, 원통형 구조의 폐곡선들은 원형이 아니다. 각각의 폐곡선들은 복수의 절편들로 구성되고, 복수의 절편들의 각각의 절편은 하나 이상의 지점들에서 복수의 절편들의 다른 절편에 연결되며, 각각의 절편의 기울기는 하나 이상의 지점들의 적어도 하나에서 다른 절편의 기울기와 동일하지 않다. 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 부재는 제2 표면으로부터 임의의 거리만큼 연장되고, 임의의 거리는 제2 표면 및 패키지 표면 사이의 거리보다 작다.
본 발명에 따른 방법의 또 다른 실시 예에서, 방법은 각각의 지지 구조를 트리밍(trimming)하여 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조가 제2 표면으로부터의 거리에 따라 변하는 단면적을 갖도록 하되, 단면적은 제2 표면으로부터의 거리에 따라 증가하는 단계를 더 포함하여 구성된다. 또 다른 실시 예에서, 방법은 각각의 지지 구조를 트리밍하여 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조가 제2 표면으로부터의 거리에 따라 변하는 단면적을 갖도록 하되; 단면적은 제2 표면으로부터의 거리에 따라 감소하는 단계를 더 포함하여 구성된다. 또 다른 실시 예에서, 방법은 각각의 지지 구조를 트리밍하여 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조가 2개의 하위 구성 요소들, 제2 표면으로부터 제2 표면 및 패키지 표면 사이의 기설정된 위치로 연장되는 제1 하위 구성 요소 및 기설정된 위치로부터 패키지 표면으로 연장되는 제2 하위 구성 요소를 포함하되, 제1 하위 구성 요소의 단면적은 제2 하위 구성 요소의 단면적보다 작도록 하는 단계를 더 포함하여 구성된다.
종래의 시스템들 및 방법들에 비하여 본 발명은 많은 이점들을 갖는다. 이러한 이점들 중 하나는, 본 발명에 따른 시스템에서, 패키지 표면과의 접착 및 접촉 면적이 감소하고 응력들은 격리된 위치들에 한정된다는 것이다. 본 발명에 따른 구성은 패키징 공정 동안 응력을 억제한다. 복수의 폐쇄 지지 구조들을 갖는 실시 예들은 하나 이상의 지지 구조들 및 패키지 표면 사이의 공간을 실질적으로 밀봉 납땜 또는 밀봉(일 예에서, 접촉 영역으로부터 기포를 제거함)할 수 있도록 함으로써, 패키지 밀봉성을 향상시킬 수 있도록 한다. 공간의 실질적 밀봉은 지지 구조 표면들에 밀봉 재료 또는 납땜 재료를 적용함으로써 달성될 수 있다.
도 1은 종래의 패키지 구성 요소 상의 센서 장착의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 일 실시 예의 단면도이다.
도 3(a) 내지 도 3(e)는 본 발명에 따른 응력 완화 구조들의 패턴들에 대한 상이한 실시 예들을 도시한다.
도 4는 본 발명에 따른 응력 완화 구조의 다른 실시 예의 단면도이다.
도 5는 본 발명에 따른 응력 완화 구조의 또 다른 실시 예의 단면도를 도시한다.
도 6은 본 발명에 따른 응력 완화 구조의 추가적인 실시 예의 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 응력 완화 구조의 또 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다.
도 8은 본 발명의 시스템을 제조하기 위해 사용되는 센서 구조의 실시 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 일부 실시 예들 및 종래의 실시 예에 대한 시뮬레이션 결과들을 도시한다.
본 발명에 따른 시스템 및 방법의 다수의 다른 실시 예들이 또한 개시된다.
본 발명의 다른 목적들 및 추가적인 목적들과 함께, 본 발명을 보다 잘 이해하기 위해, 첨부된 도면 및 상세한 설명이 참조되고 본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 명확해질 것이다.
응력 완화 구조들 및 방법들이 하기에 개시된다. 본 발명에 따른 응력 완화 구조들 및 방법들은 MEMS 센서들에 적용될 수 있으며, 시스템이 간단하게 제조될 수 있도록 한다.
본 발명의 범위는 첨부된 청구 범위에 의해 가장 잘 정의되는 것이므로, 상세한 설명은 제한적인 의미로 해석되지 않으며, 단지 본 발명의 일반적인 원리를 설명하기 위한 목적을 갖는다. 다양한 실시 예들과 관련하여 본 발명이 설명되지만, 본 발명이 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위 내에서 다양한 추가 및 다른 실시 예를 가질 수 있음을 유의해야 한다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들 "a", "an", 및 "the"는 문맥상 명시적으로 다르게 지시하지 않는 한 복수의 인용을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 "패키지-센서 상호 작용"은 센서와 패키징 간의 상호 작용에 의해 발생하는 응력들을 의미한다. 패키지-센서 상호 작용 응력들의 일 예는 패키지의 구성 요소들과 센서의 구성 요소들 간 열팽창 계수의 불일치에 의해 발생하는 응력들이며, 본 발명은 이러한 예에 한정되지 않는다.
도 1은 종래의 패키지 구성 요소 상의 센서 장착의 단면도를 도시한다. 도 1을 참조하면, 압력 센서(15)는 패키지 구성 요소(20) 상에 배치된다. 압력 센서(15)는 제1 표면(30) 및 제2 표면(35)을 갖는다. 제2 표면(35)은 패키지 구성 요소(20)의 표면(25) 상에 직접 장착된다.
MEMS, 세라믹 또는 다른 비금속 센서의 경우, 센서는 일반적으로 납땜(solder), 경납땜(brazing), 용접(welding), 또는 에폭시(epoxy) 타입 접착제들에 의해 금속 패키지에 접착된다. 전형적으로, 센서의 전체 결합 표면은 접합되어 가장 강력하고, 가장 기밀식 밀봉되며, 또는 제조 간단화를 위한 단순함을 얻는다.
하나 이상의 실시 예들에서, 본 발명에 따른 시스템은 제1 표면 및 제2 표면을 갖는 센서, 제2 표면은 제1 표면으로부터 이격되어 배치되고, 제2 표면은 또한 패키지 표면으로부터 이격되어 배치되고 제1 표면 및 패키지 표면 사이에 위치되며, 다수의 지지 부재들, 각각의 지지 부재는 제2 표면으로부터 패키지 표면으로 연장되고, 지지 부재들은 제2 표면의 일부분에만 배치되고 제2 표면의 일부분에만 작동 가능하게 연결되는 것을 포함한다. 지지 부재들은 패키지-센서 열 상호 작용과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 패키지-센서 상호 작용에 의해 생성되는 응력을 감소시키도록 구성된다.
도 2는 본 발명에 따른 시스템의 일 실시 예의 단면도를 도시한다. 도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 실시 예에서, 센서(15)는 제1 표면(30) 및 제2 표면(35)을 갖는다. 제2 표면(35)은 패키지 구성 요소(20)의 이 표면(25)으로부터 이격되어 배치된다. 다수의 지지 부재들(40)은 센서(15)의 제2 표면(35)으로부터 패키지 구성 요소(20)의 표면(25)으로 연장된다. 지지 부재들(40)은 제2 표면(35)의 일부분에만 배치되고 제2 표면(35)의 일부분에만 작동 가능하게 연결된다. 지지 부재들을 패키지 구성 요소(20) 및 센서(35) 사이에 위치시킴으로써, 센서(15) 및 패키지 구성 요소(20) 사이의 접촉 면적이 감소되고 센서(15) 및 패키지 구성 요소(20) 간의 연결이 더욱 유연해진다.
도 2에 도시된 실시 예에서, 지지 부재들(40)의 재료는 제2 표면(35)에 인접한 센서(15)의 절편의 재료와 동일한 재료이다. 본 명세서에서 사용되는 인접은 사전적 정의인 옆 또는 가장 가까운 공간을 의미한다. 다른 재료들을 사용하는 실시 예들을 포함하는 다른 실시 예들이 본 발명의 범위 내에 포함됨을 유의해야 한다.
도 3(a) 내지 도 3(e)는 본 발명에서 이용되는 지지 부재들의 패턴들에 대한 상이한 실시 예들을 도시한다. 도 3(a) 내지 도 3(d)에 도시된 실시 예들에서, 제1 지지 부재(45)는 제2 표면(35, 도 2)의 중심 영역(50)을 둘러싸고 각각의 다음 지지 부재(55)는 이전 지지 부재들을 둘러싼다. 도 3(a) 내지 도 3(d)에 도시된 실시 예들에서, 각각의 지지 부재는 폐쇄 구조이다. 도 3(a) 내지 도 3(d)에 도시된 실시 예들에서, 각각의 지지 부재는 속이 빈 원통형 구조(45, 55, 70, 75, 60, 65)를 포함한다. 본 명세서에서 사용되는 원통형, 또는 속이 빈 원통형 구조는 대체로 평면들에 수직한 평행선들의 집합에 의해 모든 지점에서 상호 연결되는 동일한 폐곡선들로 한정된 두 개의 평행한 평면들로 구성된 입방체(solid)이다. 도 3(b) 내지 도 3(c)에 도시된 실시 예들에서, 속이 빈 원통형 구조의 폐곡선들은 원형이 아니다. 도 3(b) 내지 도 3(c)에 도시된 실시 예들에서, 각각의 폐곡선들은 다수의 절편들(75)을 가지며, 각각의 절편(75)은 하나 이상의 교차 지점들(70)에서 다른 절편(75)에 연결된다. 각각의 절편(75)의 기울기는 하나 이상의 교차 지점들(70)에서 다른 절편(75)의 기울기와 동일하지 않다. 본 명세서에서 사용되는 "기울기"는 절편을 정의하거나 근사하는 수학적 함수의 1차 미분계수(derivative)의 크기를 의미하며, 용어 "미분계수"는 미적분학에 정의된 대로 사용된다. 교차 지점에서 하나의 절편의 기울기는 다른 절편의 기울기와 동일하지 않으며, 이는 함수가 연속적이지만 미분계수가 연속적이 아닌 수학적 조건에 대응한다. 도 3(d)에 도시된 실시 예에서, 하나의 지지 부재(60)의 폭(d2)은 다른 지지 부재들(65)의 폭(d1)보다 작다. 도 3(a) 내지 도 3(d)의 실시 예들에서, 지지 부재들은 폐쇄 구조들이고 2개 이상의 지지 부재들이 있으며, 밀봉 또는 접착 재료가 하나 이상의 지지 부재들에 적용되고, 동시에 하나 이상의 다른 지지부재들은 패키지 구성 요소(20)의 표면(25)을 따라 이동할 수 있다. 이러한 구성은 센서(15) 및 패키지 구성 요소(20) 사이의 밀봉을 가능하게 하며, 동시에 구조의 유연성을 유지한다. 도 3(e)에 도시된 실시 예에서, 지지 부재들(80)은 제2 표면의 중심 영역(50)을 둘러싸지만 폐쇄 구조들은 아니다.
도 4는 본 발명에 따른 시스템의 다른 실시 예의 단면도를 도시한다. 도 4를 참조하면, 도시된 실시 예에서, 연질 재료(85)가 제2 표면(35), 패키지 표면(25) 및 지지 부재(40) 사이에 배치된다. 본 명세서에서 사용되는 "연질 재료"는 제2 표면 재료의 영률(Young's modulus) 또는 패키지 표면의 영률보다 적어도 5배 작은 영률을 갖는 재료이다. 연질 재료는 구조의 강성을 변경하기 위해 이용될 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 시스템의 또 다른 실시 예의 단면도를 도시한다. 도 5를 참조하면, 도시된 실시 예에서, 지지 부재들은 제2 표면(35)으로부터 연장되는 제1 개수의 지지 부재들(90) 및 패키지 표면(25)으로부터 제2 표면(35)으로 연장되는 제2 개수의 지지 부재들(95)을 포함하고, 제2 개수의 지지 부재들(95)은 제1 개수의 지지 부재들(90)을 수용하도록 구성된다. 도 5에 도시된 실시 예에서, 제1 개수의 지지 부재들(90)의 각각의 지지 부재는 제2 표면(35)으로부터 임의의 거리만큼 연장되고, 임의의 거리는 제2 표면(35) 및 패키지 표면(25) 사이의 거리보다 작다. 또한, 도 5에 도시된 실시 예에서, 연질 재료(85)는 제2 표면(35), 패키지 표면(25) 및 제1 및 제2 개수의 지지 부재들(90, 95) 사이에 배치된다. 연질 재료는 시스템이 조립되기 전에 제1 개수의 지지 부재들(90) 상에 또는 시스템이 조립되기 전에 제2 개수의 지지 부재들(95) 상에 적용될 수 있음을 유의해야 한다. (연질 재료는 연질 재료들에 적합한 임의의 종래 기술에 의해 적용될 수 있다. 종래의 증착 기술들은 일부 재료들에 적합할 수 있다. 다른 연질 재료들의 경우, 층별 적층 기술들(layer by layer deposition techniques), 스프레이 기술들(spray techniques), 펄스 레이저 증착법(pulsed laser evaporation), 매트릭스 보조 펄스 레이저 작업(matrix assisted pulsed laser operation), 및 직접 국소 처리법(direct topical application)을 사용하여 재료를 적용할 수 있다.) 연질 재료가 제2 표면(35), 패키지 표면(25) 및 제2 개수의 지지 부재들(95) 상에 배치된 실시 예들 및 연질 재료가 제2 표면(35), 패키지 표면(25) 및 제1 개수의 지지 부재들(90) 상에 배치된 실시 예들이 또한 본 발명의 범위 내에 포함된다. 도 5에 도시된 실시 예는 제1 및 제2 개수의 지지 부재들(90, 95) 사이에 연질 재료를 위치시킴으로써 구조의 강성을 제어하는 구성을 가능하게 한다. 연질 재료가 이용되지 않는 실시 예들 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨을 유의해야 한다.
각각의 지지 부재들이 속이 빈 원통형 부재를 포함하는, 도 3(a) 내지 도 3(d)에 도시된 것과 같은 지지 부재들의 실시 예들은, 밀봉 재료가 패키지 표면 및 적어도 하나의 지지 부재 사이에 적용되는 시스템의 실시 예들에 이용될 수 있다. 밀봉 재료는 패키지 표면 및 적어도 하나의 지지 부재 사이의 기밀식 밀봉을 제공한다. 밀봉 재료는 접착제 또는 밀봉 화합물의 국소 처리법(topical application)과 같은, 그러나 이에 한정되지 않는 종래의 기술을 이용하여 적용된다. 도 3(a) 내지 도 3(d)에 도시된 것과 같은 지지 부재들의 실시 예들은 또한 적어도 하나의 지지 부재가 종래의 접착 기술들을 이용하여 제2 표면(25, 도 2)에 접착되어 기밀식 밀봉을 제공하는 시스템의 실시 예들에 이용될 수 있다. 일부 실시 예들에서, 제2 표면의 중심 영역을 둘러싸고 제2 표면의 중심 영역에 가장 가까운 지지 부재는 제2 표면에 밀봉 또는 접착된다. 다른 지지 부재들이 제2 표면에 밀봉 또는 접착되는 다른 실시 예들 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨을 유의해야 한다.
도 6은 본 발명에 따른 시스템의 추가적인 실시 예의 단면도이다. 도 6을 참조하면, 도시된 실시 예에서, 지지 부재들(105)은 패키지 표면(25)의 재료와 동일한 재료로 구성된다. 지지 부재들(105)을 위하여 다른 재료들이 이용된 실시 예들 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨을 유의해야 한다.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 응력 완화 패키지의 또 다른 실시 예의 단면도를 나타낸다. 도 7a를 참조하면, 도시된 실시 예에서, 각각의 지지 부재(115)는 제2 표면(35)으로부터의 거리에 따라 변하는 단면적을 갖는다. 본 명세서에서 사용되는 지지 부재의 또는 지지 부재의 구성 요소의 단면적은 각각의 지지 부재의 중심선에 실질적으로 수직한 단면적을 의미하고, 중심선은 제2 표면(35)으로부터 패키지 표면(25)을 향해 연장된다. 도 7a에 도시된 실시 예에서, 각각의 지지 부재(115)의 단면적은 거리에 따라 증가하고, 거리는 제2 표면으로부터 패키지 표면을 향해 측정되지만(이하에서 제2 표면으로부터의 거리라고 명명함), 각각의 지지 부재의 단면적이 제2 표면(35)으로부터의 거리에 따라 감소하는 실시 예들도 본 발명의 범위 내에 포함됨을 유의해야 한다.
도 7b를 참조하면, 도시된 실시 예에서, 각각의 지지 부재는 2개의 하위 구성 요소; 제2 표면(35)으로부터 제2 표면(35) 및 패키지 표면(25) 사이의 기설정된 위치로 연장되는 제1 하위 구성 요소(125) 및 기설정된 위치로부터 패키지 표면으로 연장되는 제2 하위 구성 요소(135)를 포함한다. 도 7b에 도시된 실시 예에서, 제1 하위 구성 요소(125)의 단면적은 제2 하위 구성 요소(135)의 단면적보다 작다. 제1 하위 구성 요소의 단면적이 제2 하위 구성 요소의 단면적보다 큰 실시 예들 역시 본 발명의 범위 내에 포함된다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 것과 같은 실시 예들은 패키지 구성 요소(20)(도 2)로부터 센서(15)(도 2)로의 응력들의 전파에 영향을 줄 수 있다. 응력들이 열 응력들인 경우, 도 7a 및 도 7b에 도시된 것과 같은 실시 예들은 열 저항 및 열 전도도에 영향을 줄 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 도시된 실시 예에서, 지지 부재들은 센서의 재료와 동일한 재료로 구성된다. 지지 부재들이 센서의 재료와 상이한 재료로 구성되는 실시 예들 역시 본 발명의 범위 내에 포함됨을 유의해야 한다.
하나 이상의 실시 예들에서, 패키지-센서 상호 작용에 의한 감소된 응력을 갖는 센서 시스템의 제조를 위한 본 발명에 따른 방법은 센서 구조의 구성 요소의 표면을 에칭하여 센서 구조의 제2 표면 및 제2 표면 상에 배치되는 하나 이상의 지지 구조들을 형성하되, 센서 구조는 제1 표면을 갖는, 단계를 포함한다. 제2 표면은 제1 표면으로부터 이격되어 배치된다. 제2 표면은 또한 패키지 표면으로부터 이격되어 배치되고 제1 표면 및 패키지 표면 사이에 위치한다. 지지 부재들은 패키지-센서 상호 작용에 의해 생성되는 응력을 감소시키도록 구성된다. 이 실시 예에서, 센서의 제2 표면을 제공하는 구성 요소의 표면은 에칭되어 복수의 연속적인 변화들 및 지지 구조들을 생성한다. 몇몇 실시 예들에서, 도 2, 3(a) 내지 도 3(e), 및 도 5에 대응되는 상술한 지지 구조들은 에칭에 의해 생성된다.
본 발명에 따른 방법의 상기 실시 예를 설명하기 위해, 실시 예가 이하에서 개시된다. 도 8은, 처리 후에, 도 2의 센서(15) 및 지지 구조들(40)을 제공하는 예시적인 센서 구조(17)를 도시한다. 도 8을 참조하면, 도시된 실시 예에서, 센서 구조(17)는 제1 표면(25), 내부 표면(36) 및 내부 표면(36)으로부터 이격되어 배치된 절편(37)을 갖는다. 절편(37)의 표면(39)이 에칭되면, 제2 표면(35) 및 지지 구조들(40)(도 2)이 형성된다.
일 예에서, 센서 구조의 제2 표면을 제공하는 절편(37)은 실리콘으로 구성된다.
일 예에서, 본 발명에 따른 방법은 또한 각각의 지지 부재를 트리밍하여 각각의 지지 부재가 제2 표면으로부터의 거리에 따라 변하는 단면적을 갖도록 하는 단계를 포함한다. 일 실시 예에서, 단면적은 제2 표면으로부터의 거리에 따라 증가한다. 다른 실시 예에서, 단면적은 제2 표면으로부터의 거리에 따라 감소한다.
다른 예에서, 본 발명에 따른 방법은 또한 각각의 지지 부재를 트리밍하여 각각의 지지 부재가 2개의 하위 구성 요소들로 구성되도록 하는 단계를 포함한다. 2개의 하위 구성 요소들은 제2 표면으로부터 제2 표면 및 패키지 표면 사이의 기설정된 위치로 연장되는 제1 하위 구성 요소 및 기설정된 위치로부터 패키지 표면으로 연장되는 제2 하위 구성 요소를 포함한다. 일 실시 예에서, 제1 하위 구성 요소의 단면적은 제2 하위 구성 요소의 단면적보다 작다. 제1 하위 구성 요소의 단면적이 제2 하위 구성 요소의 단면적보다 큰 실시 예들 또한 본 발명의 범위 내에 포함됨을 유의해야 한다.
종래의 시스템들 및 방법들에 비하여 본 발명은 많은 이점들을 갖는다. 이러한 이점들 중 하나는, 본 발명에 따른 시스템에서, 패키지 표면과의 접착 및 접촉 면적이 감소하고 응력들은 격리된 위치들에 한정된다는 것이다. 본 발명에 따른 구성은 패키징 공정 동안 응력을 억제한다. 복수의 폐쇄 지지 구조들을 갖는 실시 예들은 하나 이상의 지지 구조들 및 패키지 표면 사이의 공간을 실질적으로 밀봉 납땜 또는 밀봉(일 예에서, 접촉 영역으로부터 기포를 제거함)할 수 있도록 함으로써, 패키지 밀봉성을 향상시킬 수 있도록 한다. 공간의 실질적 밀봉은 지지 구조 표면들에 밀봉 재료 또는 납땜 재료를 적용함으로써 달성될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일부 실시 예들 및 종래의 실시 예에 대한 시뮬레이션 결과들을 도시한다. 도 9를 참조하면, 도시된 결과들에서, "노-링 업(no-ring up)"은 종래의 평면 대 평면 표면 접착(flat to flat surface bonding)을 나타낸다. "1-500μm up"은, 도 2에서와 같이, 단일 실리콘 링 형태 지지 부재를 나타내며, 단일 실리콘 링 형태 지지 부재는 500μm 폭(도 3(d)의 d1 또는 d2 폭)을 갖는다. 다시 도 9를 참조하면, "5-100μm up"은 도 2에서와 같은 5개의 100μm 폭의 실리콘 링 형태 지지부들을 나타낸다. 다시 도 9를 참조하면, "1-100μm"는 도 2에서와 같이, 단일 100μm 폭의 실리콘 링 형태 지지 부재를 나타낸다. 도 9로부터 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에서 얻어지는 감소된 접촉 면적 또는 복수의 하위 구성 요소들은 온도 변화로부터 성능 드리프트(performance drift)(예를 들어, 용량성 압력 센서의 캐패시턴스 드리프트)를 감소시킨다.
본 발명을 기술하고 정의하기 위해, 본 명세서에서 용어 "실질적으로"는 임의의 정량적 비교, 값, 측정, 또는 다른 표현에 기인할 수 있는 고유의 불확실성 정도를 나타내기 위해 사용된다. 용어 "실질적으로"는 본 명세서에서 쟁점이 되는 주제의 기본적인 기능을 변화시키지 않으면서 정량적인 표현이 명시된 기준과 다를 수 있는 정도를 나타내기 위해 사용된다.
본 발명이 다양한 실시 예들에 관하여 설명되었지만, 이러한 실시 예들이 첨부된 청구 범위의 사상 및 범위 내에서 폭넓은 다양한 추가 및 다른 실시 예들을 가질 수 있음이 인식되어야 한다.

Claims (33)

  1. 제1 표면 및 제2 표면을 갖되, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 이격되어 배치되고, 상기 제2 표면은 또한 패키지 표면으로부터 이격되어 배치되고 상기 제1 표면 및 상기 패키지 표면 사이에 위치하는 센서;
    제1 지지 부재 및 제2 지지 부재;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 폐쇄 구조를 포함하되, 제1 지지 부재가 상기 제2 표면의 중심 영역을 둘러싸고, 그리고 상기 제2 지지 부재가 상기 제1 지지 부재를 둘러싸고;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 상기 제2 표면으로부터 상기 패키지 표면으로 연장되고;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 상기 제2 표면의 일부에만 배치되고 상기 제2 표면의 일부분에만 작동 가능하게 연결되며;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 패키지-센서 상호 작용에 의해 생성되는 응력을 감소시키도록 구성되고;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 2개의 하위 구성 요소들로서, 상기 제2 표면으로부터 상기 제2 표면 및 상기 패키지 표면 사이의 기설정된 위치로 연장되는 제1 하위 구성 요소 및 상기 기설정된 위치로부터 상기 패키지 표면으로 연장되는 제2 하위 구성 요소로 구성되되, 상기 제1 하위 구성 요소의 단면적이 상기 제2 하위 구성 요소의 단면적보다 작은 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 속이 빈 기둥형 구조로 구성되는 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 상기 제2 표면에 인접한 상기 센서의 절편(section)과 동일한 재료로 구성되는 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2 표면, 상기 패키지 표면, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 사이에 배치되는 연질 재료를 더 포함하는 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 상기 패키지 표면과 동일한 재료로 구성되는 시스템.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제1항에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 중 어느 하나의 폭은 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 중 다른 하나의 폭보다 작은 시스템.
  14. 제1항에 있어서, 상기 패키지 표면과 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 중 적어도 하나의 사이에 적용되는 밀봉 재료를 더 포함하되; 상기 밀봉 재료는 기밀식 밀봉(hermetic seal)을 제공하도록 구성되는 시스템.
  15. 제1항에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 중 적어도 하나는 상기 패키지 표면에 접착되는 시스템.
  16. 제1항에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 상기 제2 표면으로부터의 거리에 따라 변하는 단면적을 갖되, 상기 단면적은 상기 제2 표면으로부터의 거리에 따라 증가하는 시스템.
  17. 삭제
  18. 제4항에 있어서, 상기 기둥형 구조의 폐곡선들은 원형이 아닌 시스템.
  19. 제18항에 있어서, 각각의 상기 폐곡선들은 복수의 절편들을 포함하고, 상기 복수의 절편들의 각각의 절편은 하나 이상의 지점들에서 상기 복수의 절편들의 다른 절편과 연결되고; 상기 각각의 절편의 기울기는 상기 하나 이상의 지점들의 적어도 하나에서 상기 다른 절편의 기울기와 동일하지 않은 시스템.
  20. 패키지-센서 상호 작용에 의한 감소된 응력을 갖는 센서 시스템의 제조 방법으로,
    센서 구조의 구성 요소의 표면을 에칭(etching)하여 상기 센서 구조의 제2 표면 및 상기 제2 표면 상에 배치되는 하나 이상의 지지 구조들을 형성하되, 상기 센서 구조는 제1 표면을 갖는, 단계를 포함하되; 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 이격되어 배치되고; 상기 제2 표면은 또한 패키지 표면으로부터 이격되어 배치되고 상기 제1 표면 및 상기 패키지 표면의 사이에 위치하고; 상기 하나 이상의 지지 구조들은 패키지-센서 상호 작용에 의해 생성되는 응력을 감소시키도록 구성되고,
    각각의 지지 구조를 트리밍하여 상기 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조가 2개의 하위 구성 요소들; 상기 제2 표면으로부터 상기 제2 표면 및 상기 패키지 표면 사이의 기설정된 위치로 연장되는 제1 하위 구성 요소 및 상기 기설정된 위치로부터 상기 패키지 표면으로 연장되는 제2 하위 구성 요소로 구성되되; 상기 제1 하위 구성 요소의 단면적은 상기 제2 하위 구성 요소의 단면적보다 작도록 하는 단계를 더 포함하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 하나 이상의 지지 구조들은, 상기 센서 시스템에서, 상기 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조가 상기 제2 표면으로부터 상기 패키지 표면으로 연장되도록 구성되는 방법.
  22. 제20항에 있어서, 상기 구성 요소는 실리콘 구성 요소인 방법.
  23. 제20항에 있어서, 상기 하나 이상의 지지 구조들의 제1 지지 부재는 상기 제2 표면의 중심 영역을 둘러싸고; 그리고 각각의 다음 지지 구조는 이전 지지 구조들을 둘러싸는 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조는 폐쇄 구조로 구성되는 방법.
  25. 제23항에 있어서, 상기 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조는 속이 빈 기둥형 구조로 구성되는 방법.
  26. 제25항에 있어서, 상기 기둥형 구조의 폐곡선들은 원형이 아닌 방법.
  27. 제26항에 있어서, 각각의 상기 폐곡선들은 복수의 절편들로 구성되고, 상기 복수의 절편들의 각각의 절편은 하나 이상의 지점들에서 상기 복수의 절편들의 다른 절편과 연결되고; 상기 각각의 절편의 기울기는 상기 하나 이상의 지점들의 적어도 하나에서 상기 다른 절편의 기울기와 동일하지 않은 방법.
  28. 제20항에 있어서, 상기 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 부재는 상기 제2 표면으로부터 임의의 거리만큼 연장되고, 상기 임의의 거리는 상기 제2 표면 및 상기 패키지 표면 사이의 거리보다 작은 방법.
  29. 제20항에 있어서,
    각각의 지지 구조를 트리밍(trimming)하여 상기 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조가 상기 제2 표면으로부터의 거리에 따라 변하는 단면적을 갖도록 하되; 상기 단면적은 상기 제2 표면으로부터의 거리에 따라 증가하는, 단계를 더 포함하는 방법.
  30. 제20항에 있어서,
    각각의 지지 구조를 트리밍하여 상기 하나 이상의 지지 구조들의 각각의 지지 구조가 상기 제2 표면으로부터의 거리에 따라 변하는 단면적을 갖도록 하되; 상기 단면적은 상기 제2 표면으로부터의 거리에 따라 감소하는, 단계를 더 포함하는 방법.
  31. 삭제
  32. 제1항에 있어서, 상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 상기 제2 표면으로부터의 거리에 따라 변하는 단면적을 갖되; 상기 단면적은 상기 제2 표면으로부터의 거리에 따라 감소하는 시스템.
  33. 제1 표면 및 제2 표면을 갖되, 상기 제2 표면은 상기 제1 표면으로부터 이격되어 배치되고, 상기 제2 표면은 또한 패키지 표면으로부터 이격되어 배치되고 상기 제1 표면 및 상기 패키지 표면 사이에 위치하는 센서;
    제1 지지 부재 및 제2 지지 부재;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 폐쇄 구조를 포함하되, 제1 지지 부재가 상기 제2 표면의 중심 영역을 둘러싸고, 상기 제2 지지 부재가 상기 제1 지지 부재를 둘러싸고;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 상기 제2 표면으로부터 상기 패키지 표면으로 연장되고;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 상기 제2 표면의 일부에만 배치되고 상기 제2 표면의 일부분에만 작동 가능하게 연결되며;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 패키지-센서 상호 작용에 의해 생성되는 응력을 감소시키도록 구성되고;
    상기 제1 지지 부재 및 상기 제2 지지 부재 각각은 2개의 하위 구성 요소들로서, 상기 제2 표면으로부터 상기 제2 표면 및 상기 패키지 표면 사이의 기설정된 위치로 연장되는 제1 하위 구성 요소 및 상기 기설정된 위치로부터 상기 패키지 표면으로 연장되는 제2 하위 구성 요소로 구성되되; 상기 제1 하위 구성 요소의 단면적은 상기 제2 하위 구성 요소의 단면적보다 큰 시스템.
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