KR102301229B1 - 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법, 장치 및 상술한 장치를 포함하는 패키지. - Google Patents

Abstract

방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 센서는, 적어도 하나의 OP-AMP가 실장되는 기판; 상기 베타선의 투과를 차단하는 제 1 차단층 및 제 2 차단층; 상기 제 1 차단층 및 제 2 차단층 사이에 위치하고, 상기 감마선을 검출하는 제 1 포토다이오드(photodiode); 및 상기 제 1 차단층 상에 위치하고, 상기 베타선 및 상기 감마선을 검출하는 제 2 포토다이오드;를 포함한다.

Description

방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법, 장치 및 상술한 장치를 포함하는 패키지. {Method and apparatus for differentially detecting beta-rays and gamma-rays included in radioactive rays, and pakage comprising the apparatus}

방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법, 장치 및 상술한 장치를 포함하는 패키지에 관한다.

건강한 삶에 대한 사회적 관심이 증가함에 따라, 유해 환경을 유발하는 물질(예를 들어, 방사선, 자외선, 전자파 등)을 모니터링할 수 있는 장치의 개발이 진행되고 있다. 특히, 방사선 감지 센서의 경우, 근래에 방사선에 포함된 다양한 광선들을 종합적으로 검출할 수 있는 센서가 개발되고 있으나, 상술한 센서는 구조가 복잡하고 이를 구현하기 위해서는 비용이 많이 소요되는 단점이 있다..

또한, 자외선 감지 센서, 방사선 감지 센서 등 유해 물질을 감지할 수 있는 센서를 모바일 단말기(예를 들어, 스마트 폰, 웨어러블 디바이스 등)에 장착하는 기술의 개발이 진행되고 있으며, 이에 따라 상술한 센서를 소형화 및 집적화할 수 있는 기술의 중요도가 높아지고 있다.

방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법, 장치 및 상술한 장치를 제조하는 방법을 제공하는데 있다. 또한, 상술한 장치를 포함하는 패키지를 제공하는데 있다. 또한, 상술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 제공하는데 있다. 해결하려는 기술적 과제는 상기된 바와 같은 기술적 과제들로 한정되지 않으며, 또 다른 기술적 과제들이 존재할 수 있다.

일부 실시예에 따른 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 센서는, 적어도 하나의 OP-AMP가 실장되는 기판; 상기 베타선의 투과를 차단하는 제 1 차단층 및 제 2 차단층; 상기 제 1 차단층 및 제 2 차단층 사이에 위치하고, 상기 감마선을 검출하는 제 1 포토다이오드(photodiode); 및 상기 제 1 차단층 상에 위치하고, 상기 베타선 및 상기 감마선을 검출하는 제 2 포토다이오드;를 포함한다.

상술한 센서에 있어서, 상기 제 1 차단층 및 상기 제 2 차단층은 각각 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 상에 금속 층(layer)이 적층된 패키지를 포함한다.

상술한 센서에 있어서, 상기 금속은 알루미늄, 구리, 금 및 은 중 어느 하나를 포함한다.

상술한 센서에 있어서, 상기 기판은 PCB(Printed Circuit Board), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 및 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics) 중 어느 하나를 포함한다.

상술한 센서에 있어서, 상기 기판과 연결되는 적어도 하나의 패드;를 더 포함하고, 상기 패드는 BGA(Ball Grid Array), LGA(Land Grid Array) 및 QFN(Quad Flat No Lead) 중 어느 하나의 구조를 갖는다.

상술한 센서에 있어서, 상기 적어도 하나의 OP-AMP는 상기 제 1 포토다이오드 및 상기 제 2 포토다이오드와 연결되고, 상기 제 1 포토다이오드가 생성한 전류 및 상기 제 2 포토다이오드가 생성한 전류를 각각 전압으로 변환한다.

상술한 센서에 있어서, 상기 검출된 베타선 및 상기 검출된 감마선이 소정의 수치를 초과하는지 여부를 판단하는 프로세서;를 더 포함한다.

일부 실시예에 따른 방사선을 검출하는 방법은, 입사된 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하는 단계; 상기 베타선에 대응하는 전압 펄스 및 상기 감마선에 대응하는 전압 펄스를 생성하는 단계; 및 상기 생성된 전압 펄스들에 기초하여 상기 베타선 및 상기 감마선의 검출 여부를 판단하는 단계;를 포함한다.

일부 실시예에 따른 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 상술한 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램을 기록한 기록매체를 포함한다.

일부 실시예에 따른 복수의 센서들을 포함하는 패키지는, 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 제 1 센서; 상기 제 1 센서 상에 위치하는 인터포저(interposer); 및 상기 인터포저 상에 위치하는 제 2 센서;를 포함한다.

상술한 패키지에 있어서, 상기 인터포저는 전자기파(EM wave)의 투과를 차단하는 층을 포함한다.

상술한 패키지에 있어서, 상기 인터포저는 다이 본딩(die bonding) 또는 와이어 본딩(wire bonding)을 위한 적어도 하나의 패드 및 재배선 패턴을 포함한다.

상술한 패키지에 있어서, 상기 인터포저는 RF 신호 또는 전자기파를 수신하는 안테나 패턴(antenna pattern)을 포함한다.

상술한 패키지에 있어서, 상기 제 1 센서, 상기 인터포저 및 상기 제 2 센서와 연결되는 기판;을 더 포함하고, 상기 기판은 PCB(Printed Circuit Board), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 및 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics) 중 어느 하나를 포함한다.

상술한 패키지에 있어서, 상기 기판은 상기 베타선의 투과를 차단하는 금속 층(layer)을 포함한다.

상술한 패키지에 있어서, 상기 패키지와 연결된 적어도 하나의 패드;를 포함하고, 상기 패드는 BGA(Ball Grid Array), LGA(Land Grid Array) 및 QFN(Quad Flat No Lead) 중 어느 하나의 구조를 갖는다.

상술한 패키지에 있어서, 상기 제 2 센서는 자외선을 검출하는 센서를 포함하고, 상기 패키지의 몰딩에 이용되는 물질(material)은 상기 자외선에 대응하는 광 대역에서 투명하게 변하는 물질을 포함한다.

상술한 패키지에 있어서, 상기 제 2 센서는 자외선을 검출하는 센서를 포함하고, 상기 패키지의 몰딩에 이용되는 물질은 상기 자외선의 양에 기초하여 컬러가 변하는 물질을 포함한다.

상술한 패키지에 있어서, 상기 패키지의 적어도 일 측면에 코팅되고, 전자기파의 투과를 차단하는 층;을 더 포함한다.

일부 실시예에 따른 모바일 디바이스에 있어서, 방사선을 검출하는 센서;를 포함하고, 상기 센서는 적어도 하나의 OP-AMP가 실장되는 기판; 상기 베타선의 투과를 차단하는 제 1 차단층 및 제 2 차단층; 상기 제 1 차단층 및 제 2 차단층 사이에 위치하고, 상기 감마선을 검출하는 제 1 포토다이오드(photodiode); 및 상기 제 1 차단층 상에 위치하고, 상기 베타선 및 상기 감마선을 검출하는 제 2 포토다이오드;를 포함한다.

상술한 모바일 디바이스에 있어서, 상기 센서는 상기 검출된 베타선 또는 상기 검출된 감마선이 소정의 수치를 초과하는지 여부를 판단하는 프로세서;를 더 포함하고, 상기 모바일 디바이스는 상기 검출된 베타선 또는 상기 검출된 감마선이 상기 소정의 수치를 초과하는 경우에 경고 신호를 출력하는 출력부;를 더 포함한다.

상술한 모바일 디바이스에 있어서, 상기 출력부는 상기 방사선에 노출되지 않는 장소에 대한 정보를 출력한다.

일부 실시예에 따른 모바일 디바이스에 있어서, 복수의 센서들을 포함하는 패키지;를 포함하고, 상기 패키지는 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 제 1 센서; 상기 제 1 센서 상에 위치하는 인터포저(interposer); 및 상기 인터포저 상에 위치하는 제 2 센서;를 포함한다.

도 1은 일 실시예에 따른 방사선 감지 장치의 일 예를 나타내는 구성도이다.
도 2a 내지 도 2b는 일 실시예에 따른 검출부에 포함된 베타선의 투과를 차단하는 칩의 예들을 나타내는 도면들이다.
도 3은 일 실시예에 따른 검출부의 일 예를 도시한 도면이다.
도 4는 일 실시예에 따른 검출부와 신호 처리부가 결합된 패키지의 일 예를 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5g는 일 실시예에 따른 검출부 및 신호 처리부를 포함하는 패키지가 제작되는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 6은 일 실시예에 따른 검출부 및 신호 처리부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 내지 도 7d는 일 실시예에 따른 검출부와 신호 처리부가 결합된 패키지의 다른 예들을 도시한 도면들이다.
도 8은 일 실시예에 따른 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.
도 9는 일 실시예에 따른 방사선 감지 장치의 다른 예를 나타내는 구성도이다.
도 10a 내지 도 10c는 일 실시예에 따른 출력부가 출력하는 경고 신호의 예들을 설명하기 위한 도면들이다.
도 11은 일 실시예에 따른 출력부가 측정된 방사선 수치의 누적 결과를 출력하는 일 예를 도시한 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.
도 13은 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지의 일 예를 도시한 도면이다.
도 14는 일 실시예에 따른 인터포저의 일 예를 도시한 도면이다.
도 15a 내지 도 15b는 일 실시예에 따른 인터포저의 구조를 나타내는 도면들이다.
도 16은 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 17은 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 18은 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지의 또 다른 예를 도시한 도면이다.
도 19a 내지 도 19b는 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지가 웨어러블 디바이스에 포함된 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 20a 내지 도 20b는 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지가 스마트 폰에 포함된 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명의 하기 실시예는 본 발명을 구체화하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리 범위를 제한하거나 한정하지 않는다. 또한, 본 발명의 상세한 설명 및 실시예로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 유추할 수 있는 것은 본 발명의 권리범위에 속하는 것으로 해석된다.

도 1은 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치의 일 예를 나타내는 구성도이다.

도 1을 참조하면, 방사선 검출 장치(100)는 검출부(110), 신호 처리부(120) 및 판단부(130)를 포함한다.

도 1에 도시된 방사선 검출 장치(100)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 1에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

또한, 도 1에 도시된 판단부(130)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

검출부(110)는 방사선 검출 장치(100)에 입사된 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별한다. 여기에서, 방사선은 방사능을 가진 원자에서 발생하는 빛을 의미하고, 방사선은 알파선, 베타선, 감마선, 엑스선 및 중성자선 등을 포함한다. 방사선은 의료용 진단 장치 또는 원자력 발전 장치 등을 통해 인위적으로 발생될 수도 있고, 자연에 매장된 광물질 또는 동식물 등을 통해 자연적으로 발생될 수도 있다.

일반적으로, 방사선 검출 센서는 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 동시에 검출한다. 방사선에 포함된 알파선은 발생원으로부터 진행되는 거리가 짧고, 얇은 차단 막(예를 들어, 종이)에 의하여도 진행이 차단되므로, 검출이 용이하지 않다. 따라서, 일반적인 방사선 검출 센서는 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 검출하고, 특히 베타선과 감마선을 동시에 검출함으로써 해당 위치의 방사선 수치를 획득한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 방사선 검출 장치(100)는 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출한다. 구체적으로, 검출부(110)에 포함된 포토다이오드(photodiode)들에 의하여 방사선에 포함된 베타선과 감마선이 구별될 수 있다.

검출부(110)는 적어도 2 이상의 포토다이오드들과 베타선의 투과를 차단하는 적어도 2 이상의 칩(chip)들을 포함하고, 포토다이오드들과 칩들은 교대로 적층될 수 있다. 여기에서, 칩은 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 상에 금속 층(layer)이 적층된 패키지일 수 있다. 여기에서, 금속은 알루미늄, 구리, 금 및 은 중 어느 하나일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다시 말해, 상술한 금속 층에 포함된 금속은 베타선의 진행을 막을 수 있는 금속이라면 제한 없이 해당될 수 있다.

이하, 도 2a 내지 도 3을 참조하여, 검출부(110)에 포함된 베타선의 투과를 차단하는 칩의 예와 검출부(110)의 예를 설명한다.

도 2a 내지 도 2b는 일 실시예에 따른 검출부에 포함된 베타선의 투과를 차단하는 칩의 예들을 나타내는 도면들이다.

도 2a 및 도 2b에는 소정의 물질 상에 금속 층이 적층된 칩(210, 220)의 예가 도시되어 있다.

베타 입자(beta particle)는 칼륨-40과 같은 몇몇 방사능 핵종에서 방출되는 고 에너지, 고속의 전자나 양전자 입자를 의미한다. 또한, 전리 방사선의 형태로 방출되는 베타 입자를 베타선이라 하며, 베타 입자의 방출 과정은 베타 붕괴라고 한다. 일반적으로, 베타 입자는 공기 중에서 수 m까지 진행하는 경우도 있으나, 얇은 금속조각으로 그 진행을 막을 수 있다. 따라서, 금속 층(예를 들어, 알루미늄 층(213) 또는 구리 층(222))을 포함하는 칩(210, 220)은 베타선의 투과를 차단할 수 있다.

도 2a를 참조하면, 칩(210)은 실리콘 웨이퍼(211) 상에 실리콘 다이옥사이드(Silicon Dioxide) 층(212)을 적층하고, 실리콘 다이옥사이드 층(212) 상에 알루미늄 층(213)을 적층함으로써 생성될 수 있다. 여기에서, 실리콘 다이옥사이드 층(212)의 적층은 선택적인 과정으로서, 생략될 수도 있다.

도 2b를 참조하면, 칩(220)은 유전체 물질(dielectric material)(221) 상에 구리 층(222)을 적층함으로써 생성될 수도 있다. 여기에서, 유전체 물질(221)은 인가된 전기 장에 의하여 편극이 되는 절연체(electrical insulator)를 의미한다. 예를 들어, 유전체 물질에는 실리콘 다이옥사이드가 해당될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

도 2a 내지 도 2b에서 베타선의 투과를 차단하기 위한 금속 층으로 알루미늄 층(213) 및 구리 층(222)을 도시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 베타선은 금속 또는 플라스틱에 의하여 진행이 차단될 수 있는바, 다른 종류의 금속도 베타선 차단 칩(210, 220)의 생성에 이용될 수 있다.

도 3은 일 실시예에 따른 검출부의 일 예를 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 검출부(110)의 일 예로서, 2개의 베타선 차단 칩들(311, 312)과 2개의 포토다이오드들(313, 314)이 적층된 패키지(310)가 도시되어 있다. 예를 들어, 패키지(310)는 베타선 차단 칩들(311, 312)과 포토다이오드들(313, 314)이 교대로 적층되어 형성될 수 있다. 다시 말해, 패키지(310)는 제 1 베타선 차단 칩(311) 상에 제 1 포토다이오드(313)가 적층되고, 제 1 포토다이오드(313) 상에 제 2 베타선 차단 칩(312)이 적층되고, 제 2 베타선 차단 칩(312) 상에 제 2 포토다이오드(314)가 적층됨으로써 형성될 수 있다. 여기에서, 제 1 포토다이오드(313) 및 제 2 포토다이오드(314)는 핀(PIN) 포토다이오드 또는 PN 다이오드일 수도 있다.

검출부(110)는 입사된 방사선에 포함된 베타선(315)과 감마선(316)을 구별할 수 있다. 구체적으로, 검출부(110)는 감마선(316)은 패키지(310)를 투과하나, 베타선(315)은 베타선 차단 칩들(311, 312)을 투과하지 못하는 성질을 이용하여 베타선(315)과 감마선(316)을 구별할 수 있다.

방사선에 포함된 베타선(315)이 입자선(Particle ray)인 반면, 감마선(316)은 전자기파(Electromagnetic wave)이다. 감마선은 공기 중에서 수백 m까지도 진행하고, 투과력이 커서 밀도가 높은 납이나 콘크리트를 재료로 두꺼운 벽을 쌓아야 투과가 차단될 수 있다. 즉, 베타선 차단 칩들(311, 312)에 포함된 금속 층은 베타선(315)의 투과를 차단할 수 있으나, 감마선(316)의 투과를 차단할 수 없다. 따라서, 검출부(110)는 베타선 차단 칩들(311, 312)과 교대로 적층된 포토다이오드들(313, 314)을 통하여 베타선(315)과 감마선(316)를 구별하여 검출할 수 있다.

일 예로서, 방사선이 제 2 포토다이오드(314)를 향하여 입사된다고 가정한다. 이때, 베타선(315)과 감마선(316)은 제 2 포토다이오드(314)를 모두 통과할 수 있다. 따라서, 제 2 포토다이오드(314) 는 베타선(315) 및 감마선(316)에 대응하는 광전류를 생성할 수 있다. 그 후에, 베타선(315)은 제 2 베타선 차단 칩(312)을 투과하지 못하고, 감마선(316)은 제 2 베타선 차단 칩(312)를 투과한다. 따라서, 제 1 포토다이오드(313)는 감마선(316)에 대응하는 광전류를 생성할 수 있다. 즉, 제 1 포토다이오드(313)에서 생성된 광전류와 제 2 포토다이오드(314)에서 생성된 광전류를 이용하여, 검출부(110)는 방사선에 포함된 베타선(315)과 감마선(316)을 구별할 수 있다.

다른 예로서, 방사선이 제 1 베타선 차단 칩(311)을 향하여 입사된다고 가정한다. 이때, 베타선(315)은 제 1 베타선 차단 칩(311)을 투과하지 못한다. 따라서, 제 1 포토다이오드(313) 및 제 2 포토다이오드(314)는 감마선(316)에 대응하는 광전류를 생성할 수 있다. 즉, 제 1 포토다이오드(313)에서 생성된 광전류와 제 2 포토다이오드(314)에서 생성된 광전류를 이용하여, 검출부(110)는 방사선에 포함된 감마선(316)을 구별할 수 있다.

한편, 감마선(316)을 감지하는 포토다이오드들(313, 314)의 감도(sensitivity)는 포토다이오드들(313, 314)의 수광 면적에 비례한다. 다시 말해, 포토다이오드들(313, 314)의 면적이 증가할수록 포토다이오드들(313, 314)에 감지되는 감마선(316)의 양이 증가한다. 따라서, 패키지(310)에 포함된 포토다이오드들(313, 314)의 면적을 감소시키더라도, 감소된 면적만큼 포토다이오드들(313, 314)을 적층함으로써 동일한 효과가 나타날 수 있다. 예를 들어, 제 1 포토다이오드(313)의 면적을 1이라고 가정하면, 단일 층의 제 1 포토다이오드(313)에서 감지하는 감마선(316)의 양과 1/2의 면적을 갖는 제 1 포토다이오드(313)가 이중 층으로 적층된 상태에서 감지되는 감마선(316)의 양은 동일하다. 따라서, 검출부(110)를 구성하는 패키지(310)의 면적을 감소시킬 수 있기에, 방사선 검출 장치(100)의 크기가 소형화될 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 신호 처리부(120)는 베타선에 대응하는 전압 펄스 및 감마선에 대응하는 전압 펄스를 생성할 수 있다. 다시 말해, 신호 처리부(120)는 검출부(110)에 포함된 포토다이오드들(313, 314)이 생성한 광 전류를 전압 펄스로 변환할 수 있다. 이때, 신호 처리부(120)는 광전류를 전압 펄스로 변환하고, 변환된 전압 펄스를 방사선 검출 장치(100)에서 처리 가능한 크기로 증폭시키거나 감소시킬 수 있다.

예를 들어, 신호 처리부(120)는 적어도 하나의 OP-AMP 및 상술한 OP-AMP와 연결된 적어도 하나의 수동 소자(passive element)를 포함할 수 있다. 여기에서, 수동 소자는 저항(R) 또는 캐패시터(C)가 해당될 수 있고, OP-AMP와 결합될 수 있다. 또한, 신호 처리부(120)에 포함된 OP-AMP와 수동 소자는 검출부(110)에 대응하는 패키지(310)와 연결되어 하나의 패키지를 구성할 수 있다. 이하, 도 4를 참조하여, 검출부(110)와 신호 처리부(120)가 결합된 패키지의 일 예를 설명한다.

도 4는 일 실시예에 따른 검출부와 신호 처리부가 결합된 패키지의 일 예를 도시한 도면이다.

도 4를 참조하면, 패키지(410)는 검출부(110)와 신호 처리부(120)를 포함하여 구현된다. 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 검출부(110)에 대응하는 패키지는 2개의 베타선 차단 칩들(411)과 2개의 포토다이오드들(412)이 교대로 적층되어 구현될 수 있다. 또한, 신호 처리부(120)에 포함된 OP-AMP들(413)과 수동 소자들(414, 415)은 검출부(110)에 대응하는 패키지에 연결될 수 있다. 도 4에서는 검출부(110)에 대응하는 패키지의 하부에 2개의 OP-AMP들(413)이 위치하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 검출부(110)에 대응하는 패키지와 OP-AMP들(413)이 하나의 패키지(410)에서 연결될 수 있다면, OP-AMP들(413)의 위치에는 제한이 없다. 패키지(410)가 구현될 수 있는 다른 예는 도 7을 참조하여 후술한다.

검출부(110)와 신호 처리부(120)는 기판(substrate)(416) 위에 적층되고, 검출부(110)에 포함된 소자들, 신호 처리부(120)에 포함된 소자들 및 기판(416)은 배선(417)으로 서로 연결될 수 있다. 여기에서, 기판(416)은 PCB(Printed Circuit Board), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 및 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics) 중 어느 하나에 해당될 수 있다.

또한, 검출부(110)와 신호 처리부(120)에 몰딩이 수행될 수 있다. 여기에서, 몰딩은 소정의 재료(418)를 이용하여 디바이스(즉, 검출부(110) 및 신호 처리부(120))를 감싸는 공정을 의미한다. 예를 들어, 에폭시몰딩컴파운드(EMC)를 소정의 온도(예를 들어, 약 180℃)로 가열하여 녹인 후에 기판(416) 상의 디바이스에 도포함으로써 몰딩이 수행될 수 있다.

또한, 기판(416)의 하부에는 패키지(410)의 외부로 노출된 적어도 하나의 패드(419)가 결합될 수 있다. 여기에서, 패드(419)는 패키지(410)와 외부 장치 사이에 신호가 입출력되는데 이용된다. 예를 들어, 패드(419)는 BGA(Ball Grid Array), LGA(Land Grid Array) 및 QFN(Quad Flat No Lead) 중 어느 하나의 구조를 갖는 패드일 수 있다.

패키지(410)에는 검출부(110) 및 신호 처리부(120)가 포함되고, 검출부(110)와 신호 처리부(120)는 배선(417)에 의하여 서로 연결되어 있기에, 패키지(410)는 방사선으로부터 베타선과 감마선을 구별하고, 베타선에 대응하는 전압 펄스와 감마선에 대응하는 전압 펄스를 각각 생성할 수 있다.

이하, 도 5a 내지 도 5g를 참조하여, 패키지(410)가 제작되는 일 예를 구체적으로 설명한다.

도 5a 내지 도 5g는 일 실시예에 따른 검출부 및 신호 처리부를 포함하는 패키지가 제작되는 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 5a를 참조하면, 기판(416) 상에 수동 소자들(414, 415)이 적층된다. 예를 들어, 수동 소자들(414, 415)은 SMT(surface mount technology)에 의하여 기판에 부착될 수 있다. 여기에서, 수동 소자들(414, 415)은 OP-AMP(413)가 구동되는데 이용되고, 수동 소자들(414, 415)에는 저항(R) 또는 캐패시터(C)가 포함될 수 있다.

도 5b를 참조하면, 기판(416) 상에 OP-AMP(413)가 적층된다. 도 5b에는 2개의 OP-AMP들(413)이 기판(416) 상에 적층되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 그리고, 기판(416)과 OP-AMP(413)에 배선(417)을 본딩한다. 여기에서, 배선(417)은 금으로 제작된 배선이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 5c를 참조하면, OP-AMP(413) 상에 베타선 차단 칩(411)이 적층된다. 예를 들어, OP-AMP(413) 상에 부착 필름(attach film)이 부착된 베타선 차단 칩(411)이 적층될 수 있다.

도 5d를 참조하면, 베타선 차단 칩(411) 상에 포토다이오드(412)가 적층된다. 예를 들어, 베타선 차단 칩(411) 상에 부착 필름이 부착된 포토다이오드(412)가 적층될 수 있다. 그리고, 기판(416)과 포토다이오드(412)에 배선(417)을 본딩한다. 여기에서, 배선(417)은 금으로 제작된 배선이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 5e를 참조하면, 포토다이오드(412) 상에 베타선 차단 칩(411)이 적층된다. 예를 들어, 포토다이오드(412) 상에 부착 필름이 부착된 베타선 차단 칩(411)이 적층될 수 있다.

도 5f를 참조하면, 베타선 차단 칩(411) 상에 포토다이오드(412)가 적층된다. 예를 들어, 베타선 차단 칩(411) 상에 부착 필름이 부착된 포토다이오드(412)가 적층될 수 있다. 그리고, 기판(416)과 포토다이오드(412)에 배선(417)을 본딩한다. 여기에서, 배선(417)은 금으로 제작된 배선이 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 5g를 참조하면, 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 상술한 방법으로 제작된 패키지(410)에 소정의 재료(418)를 이용하여 몰딩이 수행된다. 예를 들어, 트랜스퍼 몰딩(transfer molding)이 수행될 수 있다. 여기에서, 트랜스퍼 몰딩은 열경화성수지(예를 들어, 페놀수지 등)를 가열한 후, 가열된 열경화성수지를 금형에 강제로 주입함으로써 성형하는 방법을 의미한다. 그리고, 기판(416)의 하부에 하나 이상의 패드(419)가 부착된다. 여기에서, 패드(419)는 패키지(410)와 외부 장치 사이에 신호가 입출력되는데 이용되고, BGA(Ball Grid Array), LGA(Land Grid Array) 및 QFN(Quad Flat No Lead) 중 어느 하나의 구조를 갖는 패드일 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 검출부 및 신호 처리부가 동작하는 일 예를 설명하기 위한 도면이다.

도 6에는 설명의 편의를 위하여 검출부(110) 및 신호 처리부(120)의 일부 구성들만 도시되어 있다. 다시 말해, 도 6에는 검출부(110)에 포함된 제 1 포토다이오드(611) 및 제 2 포토다이오드(612)가 도시되어 있다. 또한, 도 6에는 신호 처리부(120)에 포함된 OP-AMP들(620)이 도시되어 있다.

도 6에서 제 1 포토다이오드(611)와 제 2 포토다이오드(612)에 최초로 연결된 제 1 OP-AMP(621)는 포토다이오드들(611, 612)에서 생성된 광전류를 전압 펄스로 변환하는 소자를 의미한다. 또한, 제 1 OP-AMP(621)와 연결된 제 2 OP-AMP(622)는 전압 펄스의 크기를 조정하는 소자를 의미한다.

도 6에서 제 1 포토다이오드(611)와 제 2 포토다이오드(612)는 각각 독립된 제 1 OP-AMP(621) 및 제 2 OP-AMP(622)와 연결된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 제 1 포토다이오드(611)와 제 2 포토다이오드(612)가 분리되지 않고, 하나의 제 1 OP-AMP(621) 및 제 2 OP-AMP(622)와 연결될 수도 있다.

도 6에서는 설명의 편의를 위하여, 제 1 포토다이오드(611)는 감마선에 대응하는 광전류를 생성하고, 제 2 포토다이오드(612)는 베타선 및 감마선에 대응하는 광전류를 생성하는 것으로 가정한다.

제 1 포토다이오드(611)에서 감마선에 대응하는 광전류를 생성하면, 제 1 OP-AMP(621)는 광전류를 전압 펄스로 변환하고, 제 2 OP-AMP(622)는 전압 펄스의 크기를 조정하여 전압 펄스 신호(Vb)를 생성한다.

또한, 제 2 포토다이오드(612)에서 베타선 및 감마선에 대응하는 광전류를 생성하면, 제 1 OP-AMP(621)는 광전류를 전압 펄스로 변환하고, 제 2 OP-AMP(622)는 전압 펄스의 크기를 조정하여 전압 펄스 신호(Va)를 생성한다.

후술할 판단부(130)는 신호 처리부(120)에서 생성한 전압 펄스 신호들(Va, Vb)을 이용하여 베타선과 감마선이 검출되었는지 여부를 판단하고, 베타선의 양에 대응하는 수치와 감마선의 양에 대응하는 수치를 획득한다.

한편, 검출부와 신호 처리부가 결합된 패키지(410)는 도 4 및 도 5에 도시된 구조에 한정되지 않는다. 다시 말해, 검출부(110)에 대응하는 패키지와 OP-AMP들이 하나의 패키지(410)에서 연결될 수 있다면, OP-AMP들의 위치에는 제한이 없다. 이하, 도 7을 참조하여, 검출부와 신호 처리부가 결합된 패키지의 변형 예들을 설명한다.

도 7a 내지 도 7d는 일 실시예에 따른 검출부와 신호 처리부가 결합된 패키지의 다른 예들을 도시한 도면들이다.

도 7a 내지 도 7d를 참조하면, 패키지(710, 720, 730, 740)에 수동 소자들이 도시되어 있지 않다. 도 5를 참조하여 상술한 바와 같이, 패키지(710, 720, 730, 740)에 포함된 수동 소자들은 OP-AMP가 구동되는데 이용된다. 따라서, 도 7a 내지 도 7d에 도시되어 있지 않더라도, 수동 소자들은 패키지(710, 720, 730, 740)에 포함되며 OP-AMP들과 연결되어 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다. 또한, 도 7a 내지 도 7d에 도시되지 않았으나, 패키지(710, 720, 730, 740)에 포함된 소자들은 배선으로 연결될 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 알 수 있다.

또한, 도 7a 내지 도 7d에서는, 설명의 편의를 위하여, 패키지(710, 720, 730, 740)에 몰딩이 수행되고 패드가 부착되기 이전 과정(즉, 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 상술한 과정들)에 해당되는 도면을 도시하였다.

도 7a 내지 도 7b에 도시된 패키지들(710, 720)과 도 7c 내지 도 7d에 도시된 패키지들(730, 740)을 비교하면, 패키지들(730, 740)의 기판(731, 741)에 금속 층(732, 742)이 포함되어 있다. 여기에서, 금속층(732, 742)은 방사선에 포함된 베타선의 투과를 차단하는 역할을 한다. 다시 말해, 베타선 차단 칩(712, 715, 722, 724)이 별도의 요소로서 패키지들(710, 720)에 포함될 수도 있고, 기판(731, 741)이 베타선 차단 칩의 역할을 수행할 수도 있다.

도 7a를 참조하면, 패키지(710)는 아래의 단계들을 거쳐 생성될 수 있다. 먼저, 기판(711) 상에 베타선 차단 칩(712)이 적층되고, 차단 칩(712) 상에 제 1 포토다이오드(713)이 적층된다. 그 후에, 포토다이오드(713) 상에 OP-AMP들(714)이 적층되고, OP-AMP들(714) 상에 베타선 차단 칩(715)이 적층된다. 그 후에, 베타선 차단 칩(715) 상에 제 2 포토다이오드(716)가 적층됨으로써, 패키지(710)가 생성될 수 있다.

도 7b를 참조하면, 패키지(720)는 아래의 단계들을 거쳐 생성될 수 있다. 먼저, 기판(721) 상에 베타선 차단 칩(722)이 적층되고, 차단 칩(722) 상에 제 1 포토다이오드(723)이 적층된다. 그 후에, 포토다이오드(723) 상에 베타선 차단 칩(724)이 적층된다. 그 후에, 베타선 차단 칩(724) 상에 제 2 포토다이오드(725)가 적층된다. 한편, OP-AMP들(726)은 기판(721)상에 별도로 적층된다.

도 7c를 참조하면, 패키지(730)는 아래의 단계들을 거쳐 생성될 수 있다. 먼저, 기판(731) 상에 제 1 포토다이오드(733)가 적층되고, 제 1 포토다이오드(733) 상에 OP-AMP들(734)이 적층된다. 그 후에, OP-AMP들(734) 상에 베타선 차단 칩(735)이 적층된다. 그 후에, 베타선 차단 칩(735) 상에 제 2 포토다이오드(736)가 적층된다.

도 7d를 참조하면, 패키지(740)는 아래의 단계들을 거쳐 생성될 수 있다. 먼저, 기판(741) 상에 제 1 포토다이오드(743)가 적층되고, 제 1 포토다이오드(743) 상에 베타선 차단 칩(744)이 적층된다. 그 후에, 베타선 차단 칩(744) 상에 제 2 포토다이오드(745)가 적층된다. 한편, OP-AMP들(746)은 기판(741)상에 별도로 적층된다.

도 7a 내지 도 7d에 도시된 제 1 포토다이오드(713, 723, 733, 743)는 감마선에 대응하는 광전류를 생성하고, 제 2 포토다이오드(716, 725, 736, 745)는 감마선 및 베타선에 대응하는 광전류를 생성할 수 있다. 또한, 도 7a 내지 도 7d에 도시된 OP-AMP들(714, 726, 734, 746)은 광전류를 전압 펄스로 변환하고, 전압 펄스의 크기를 적절한 값으로 조정할 수 있다.

다시 도 1을 참조하면, 판단부(130)는 생성된 전압 펄스의 크기에 기초하여 베타선 및 감마선의 검출 여부를 판단한다. 또한, 판단부(130)는 검출된 베타선의 수치 및 검출된 감마선의 수치를 획득할 수 있다.

다시 도 6을 참조하면, 판단부(130)는 신호 처리부(120)에서 생성한 전압 펄스 신호들(Va, Vb)을 이용하여 베타선과 감마선이 검출되었는지 여부를 판단하고, 베타선의 양에 대응하는 수치와 감마선의 양에 대응하는 수치를 획득할 수 있다.

일 예로서, 전압 펄스 신호(Va)의 값이 0이라면, 제 2 포토다이오드(612)에서 생성된 광전류가 없음을 의미한다. 제 2 포토다이오드(612)는 베타선 및 감마선에 대응하는 광전류를 생성하는 소자이므로, 판단부(130)는 검출된 베타선 및 감마선이 없다고 결정한다.

다른 예로서, 전압 펄스 신호(Va)가 소정의 값을 나타내고, 전압 펄스 신호(Vb)의 값이 0이라면, 제 1 포토다이오드(611)에서 생성된 광전류가 없음을 의미한다. 제 1 포토다이오드(611)는 감마선에 대응하는 광전류를 생성하는 소자이므로, 판단부(130)는 감마선이 검출되지 않은 것으로 결정한다. 또한, 판단부(130)는 전압 펄스 신호(Va)를 이용하여 검출된 베타선의 수치를 획득할 수 있다.

예를 들어, 판단부(130)는 전압 펄스 신호(Va)에 대응하는 베타선의 수치를 cpm(count per minute)을 이용하여 획득할 수 있다. 구체적으로, 1초 동안 전압 펄스 신호(Va)가 n회 생성되었다고 가정하면, 판단부(130)는 비례식을 이용하여 1분 동안 전압 펄스 신호(Va)가 m회 생성될 것으로 연산할 수 있다. 그 후에, 판단부(130)는 아래의 수학식 1을 이용하여 베타선의 수치를 연산할 수 있다.

상기 수학식 1에서, B_value는 베타선의 수치를 의미하고, 단위는

가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 또한, m은 판단부(130)가 연산한 cpm 값을 의미하고, factor_conversion은 베타선의 수치와 cpm 값 사이의 비례 계수를 의미하고, 방사선 검출 장치(100)에 미리 저장된 값이다.

또 다른 예로서, 전압 펄스 신호(Va)와 전압 펄스 신호(Vb)가 모두 0이 아니라면, 판단부(130)는 전압 펄스 신호(Va)와 전압 펄스 신호(Vb)를 서로 비교한다.

만약, 전압 펄스 신호(Va)의 크기와 전압 펄스 신호(Vb)의 크기가 동일(또는, 소정의 시간 동안 생성된 전압 펄스 신호(Va)의 횟수와 전압 펄스 신호(Vb)의 횟수가 동일)하다면, 판단부(130)는 감마선이 검출된 것으로 결정한다. 제 1 포토다이오드(611) 및 제 2 포토다이오드(612)는 모두 감마선에 대응하는 광전류를 생성할 수 있는 소자이므로, 전압 펄스 신호(Va)의 크기와 전압 펄스 신호(Vb)의 크기가 동일(또는, 소정의 시간 동안 생성된 전압 펄스 신호(Va)의 횟수와 전압 펄스 신호(Vb)의 횟수가 동일)하다는 것은 감마선만 검출된 경우를 나타낸다.

한편, 전압 펄스 신호(Va)의 크기 보다 전압 펄스 신호(Vb)의 크기가 크다(또는, 소정의 시간 동안 생성된 전압 펄스 신호(Va)의 횟수보다 전압 펄스 신호(Vb)의 횟수가 많다)면, 판단부(130)는 베타선과 감마선이 모두 검출된 것으로 결정한다. 제 1 포토다이오드(611)은 감마선에 대응하는 광전류를 생성하는 소자이고, 제 2 포토다이오드(612)는 베타선 및 감마선에 대응하는 광전류를 생성하는 소자이므로, 전압 펄스 신호(Va)의 크기 보다 전압 펄스 신호(Vb)의 크기가 크다(또는, 소정의 시간 동안 생성된 전압 펄스 신호(Va)의 횟수보다 전압 펄스 신호(Vb)의 횟수가 많다)는 것은 베타선과 감마선이 모두 검출된 경우를 나타낸다. 이때, 판단부(130)는 전압 펄스 신호(Vb)를 이용하여 검출된 감마선의 수치를 획득할 수 있고, 전압 펄스 신호(Vb)와 전압 펄스 신호(Va)의 차이를 이용하여 검출된 베타선의 수치를 획득할 수 있다.

도 8은 일 실시예에 따른 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법의 일 예를 나타내는 흐름도이다.

도 8을 참조하면, 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법은 도 1, 도 4 및 도 7에 도시된 방사선 검출 장치(100) 또는 패키지(410, 710, 720, 730, 740)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1, 도 4 및 도 7에 도시된 방사선 검출 장치(100) 또는 패키지(410, 710, 720, 730, 740)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 8에 도시된 흐름도에도 적용됨을 알 수 있다.

810 단계에서, 검출부(110)는 방사선 검출 장치(100)에 입사된 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별한다. 구체적으로, 검출부(110)에 포함된 포토다이오드(photodiode)들에 의하여 방사선에 포함된 베타선과 감마선이 구별될 수 있다.

820 단계에서, 신호 처리부(120)는 베타선에 대응하는 전압 펄스 및 감마선에 대응하는 전압 펄스를 생성한다. 다시 말해, 신호 처리부(120)는 검출부(110)에 포함된 포토다이오드들이 생성한 광 전류를 전압 펄스로 변환할 수 있다. 이때, 신호 처리부(120)는 광전류를 전압 펄스로 변환하고, 변환된 전압 펄스를 방사선 검출 장치(100)에서 처리 가능한 크기로 증폭시키거나 감소시킬 수 있다.

830 단계에서, 판단부(130)는 생성된 전압 펄스들의 크기(또는, 소정 시간 동안 전압 펄스들이 생성된 횟수)에 기초하여 베타선 및 감마선의 검출 여부를 판단한다. 또한, 판단부(130)는 검출된 베타선의 양에 대응하는 수치 및 검출된 감마선의 양에 대응하는 수치를 획득할 수 있다.

한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

도 9는 일 실시예에 따른 방사선 감지 장치의 다른 예를 나타내는 구성도이다.

도 9를 참조하면, 방사선 검출 장치(101)는 검출부(110), 신호 처리부(120), 판단부(130) 및 출력부(140)를 포함한다.

도 9에 도시된 방사선 검출 장치(101)에는 본 실시예와 관련된 구성요소들만이 도시되어 있다. 따라서, 도 9에 도시된 구성요소들 외에 다른 범용적인 구성요소들이 더 포함될 수 있음을 본 실시예와 관련된 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

또한, 도 9에 도시된 판단부(130)는 하나 또는 복수 개의 프로세서에 해당할 수 있다. 프로세서는 다수의 논리 게이트들의 어레이로 구현될 수도 있고, 범용적인 마이크로 프로세서와 이 마이크로 프로세서에서 실행될 수 있는 프로그램이 저장된 메모리의 조합으로 구현될 수도 있다. 또한, 다른 형태의 하드웨어로 구현될 수도 있음을 본 실시예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이해할 수 있다.

검출부(110)는 방사선 검출 장치(101)에 입사된 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별한다. 구체적으로, 검출부(110)에 포함된 포토다이오드(photodiode)들에 의하여 방사선에 포함된 베타선과 감마선이 구별될 수 있다.

신호 처리부(120)는 베타선에 대응하는 전압 펄스 및 감마선에 대응하는 전압 펄스를 생성한다. 다시 말해, 신호 처리부(120)는 검출부(110)에 포함된 포토다이오드들이 생성한 광 전류를 전압 펄스로 변환할 수 있다. 이때, 신호 처리부(120)는 광전류를 전압 펄스로 변환하고, 변환된 전압 펄스를 방사선 검출 장치(100)에서 처리 가능한 크기로 증폭시키거나 감소시킬 수 있다.

판단부(130)는 생성된 전압 펄스들의 크기(또는, 소정 시간 동안 전압 펄스들이 생성된 횟수)에 기초하여 베타선 및 감마선의 검출 여부를 판단한다. 또한, 판단부(130)는 검출된 베타선의 양에 대응하는 수치 및 검출된 감마선의 양에 대응하는 수치를 획득할 수 있다.

방사선 검출 장치(101)에 포함된 검출부(110), 신호 처리부(120) 및 판단부(130)가 동작하는 구체적인 예는 도 1 내지 도 8을 참조하여 상술한 바와 같다. 따라서, 이하에서는 검출부(110), 신호 처리부(120) 및 판단부(130)에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

출력부(140)는 베타선 또는 감마선이 검출되었는지 여부 및 검출된 베타선 또는 감마선의 양에 대응하는 수치를 출력한다. 또한, 출력부(140)는 베타선 또는 감마선의 수치가 소정의 수치를 초과하는 경우에 경고 신호를 출력한다. 여기에서, 소정의 수치는 인체가 베타선 또는 감마선에 노출되어도 건강에 이상이 없는 허용 기준치를 의미할 수 있다.

판단부(130)는 방사선이 검출되었는지를 판단하고, 검출된 방사선의 양에 대응하는 수치를 획득한다. 출력부(140)는 판단부(130)의 동작에 따라 검출된 방사선의 종류를 화면에 표시하거나, 검출된 방사선의 수치를 화면에 표시할 수 있다. 또한, 판단부(130)는 검출된 방사선의 수치가 허용 기준치를 초과하는지 여부를 판단한다. 만약, 검출된 방사선의 수치가 허용 기준치를 초과하는 경우, 출력부(140)는 경고 신호를 출력할 수 있다. 일 예로서, 경고 신호는 방사선의 수치가 허용 기준치를 초과하였음을 알리는 이미지 또는 소리가 될 수 있다. 다른 예로서, 경고 신호는 해당 지역에서 벗어나 안전한 지역으로 대피할 것을 알리는 이미지 또는 소리가 될 수 있다.

출력부(140)는, 오디오 신호 또는 비디오 신호 또는 진동 신호를 출력할 수 있으며, 출력부(140)는 디스플레이부, 음향 출력부 및 진동 모터를 포함할 수 있다.

디스플레이부는 방사선 검출 장치(100) 또는 방사선 검출 장치(100)가 포함된 디바이스에서 처리되는 정보를 표시 출력한다. 예를 들어, 디스플레이부는, 가상 이미지를 선택하기 위한 사용자 인터페이스, 가상 이미지의 동작을 설정하기 위한 사용자 인터페이스, 가상 이미지의 아이템을 구매하기 위한 사용자 인터페이스를 디스플레이할 수 있다.

한편, 디스플레이부와 터치패드가 레이어 구조를 이루어 터치 스크린으로 구성되는 경우, 디스플레이부는 출력 장치 이외에 입력 장치로도 사용될 수 있다. 디스플레이부는 액정 디스플레이(liquid crystal display), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(thin film transistor-liquid crystal display), 유기 발광 다이오드(organic light-emitting diode), 플렉시블 디스플레이(flexible display), 3차원 디스플레이(3D display), 전기영동 디스플레이(electrophoretic display) 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다.

음향 출력부는 오디오 데이터를 출력한다. 예를 들어, 음향 출력부에는 스피커(speaker), 버저(Buzzer) 등이 포함될 수 있다.

한편, 도 9에는 방사선 검출 장치(101)에 출력부(140)가 포함된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 출력부(140)는 방사선 검출 장치(101)와 독립된 별도의 모듈 또는 장치이고, 방사선 검출 장치(101)와 함께 모바일 디바이스(미도시)에 포함될 수 있다. 이 경우에, 판단부(130)가 방사선의 수치가 허용 기준치를 초과한다고 판단한 경우, 모바일 디바이스(미도시)의 출력부에게 경고 신호를 출력할 것을 요청할 수 있다. 예를 들어, 모바일 디바이스(미도시)는 데스크 탑 PC, 노트북 PC, 랩탑 PC, 테블릿 PC, 스마트 폰 또는 웨어러블 디바이스를 포함할 수 있다.

이하, 도 10a 내지 도 10c를 참조하여, 출력부(140)가 출력하는 경고 신호의 예들을 설명한다.

도 10a 내지 도 10c는 일 실시예에 따른 출력부가 출력하는 경고 신호의 예들을 설명하기 위한 도면들이다.

도 10a를 참조하면, 방사선 검출 장치(101)가 포함된 디바이스의 예로서 웨어러블 디바이스(1010)가 도시되어 있다. 도 10a에는 웨어러블 디바이스(1010)로서 시계가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 웨어러블 디바이스(1010)는 사용자(1020)의 신체에 부착되어 컴퓨팅 행위를 할 수 있는 디바이스를 의미한다. 또한, 웨어러블 디바이스(1010)는 외부 디바이스와 데이터를 송수신할 수 있다. 웨어러블 디바이스(1010)는 시계, 안경, 팔찌, 반지, 목걸이, 신발 또는 스티커 등 사용자(1020)의 신체에 부착될 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.

출력부(140)는 판단부(130)가 검출한 방사선의 종류(1011) 및 검출된 방사선의 양에 대응하는 수치(1012)를 화면에 디스플레이할 수 있다. 또한, 방사선 수치가 허용 기준치를 초과하는 경우, 출력부(140)는 이를 알리는 이미지(1013)를 화면에 표시하거나 사운드 형식으로 출력(1014)할 수 있다.

도 10b를 참조하면, 방사선 검출 장치(101)가 포함된 디바이스의 예로서 스마트 폰(1030)이 도시되어 있다. 그러나, 디바이스는 스마트 폰(1030)에 한정되지 않고, 데스크 탑 PC, 노트북 PC, 랩탑 PC, 테블릿 PC 등이 해당될 수 있다.

만약, 판단부(130)가 검출된 방사선의 양이 허용 기준치를 초과한다고 판단한 경우, 출력부(140)는 사용자(1040)의 대처 방안을 나타내는 경고 신호를 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(140)는 디바이스의 화면에 대처 방안을 나타내는 이미지(1031)를 화면에 표시하거나, 사운드 형식으로 출력(1032)할 수 있다.

또한, 출력부(140)는 사용자(1040)가 방사능에 노출되지 않을 수 있는 장소(예를 들어, 대피소)에 대한 정보를 출력할 수 있다. 예를 들어, 디바이스(1030)의 화면에 표시된 이미지(1031)에 따라 사용자(1040)가 “확인” 버튼(1033)을 선택하면, 도 10c에 도시된 바와 같이, 출력부(140)는 사용자(1040)의 현재 위치에 인접한 대피소의 위치를 화면에 출력할 수 있다. 예를 들어, 출력부(140)는 대피소의 주소를 표시(1051)하거나, 대피소의 위치를 지도 상에 표시(1052)할 수 있다.

또한, 출력부(140)는 판단부(130)가 획득한 방사선 수치가 소정 기간 동안 누적된 결과를 출력할 수도 있다. 예를 들어, 판단부(130)가 획득한 방사선 수치가 방사선 검출 장치(100)에 포함된 저장부(미도시)에 저장되고, 출력부(140)는 저장부(미도시)에 저장된 수치들을 화면에 출력할 수 있다. 이하, 도 11을 참조하여, 출력부(140)가 방사선 수치가 누적된 결과를 출력하는 일 예를 설명한다.

도 11은 일 실시예에 따른 출력부가 측정된 방사선 수치의 누적 결과를 출력하는 일 예를 도시한 도면이다.

도 11을 참조하면, 방사선 검출 장치(101)가 포함된 디바이스의 예로서 스마트 폰(1110)이 도시되어 있다. 출력부(140)는 검출부(110)가 현재 검출한 방사선의 종류 및 방사선 수치를 출력(1120)할 수도 있고, 소정의 기간 동안 검출부(110)가 검출했던 방사선의 종류 및 방사선 수치의 누적 결과를 출력(1130)할 수도 있다. 여기에서, 소정의 기간은 1개월, 1년 등 일정 기간을 의미할 수도 있고, 검출부(110)가 방사선을 검출한 횟수를 의미할 수도 있다.

한편, 방사선 수치의 누적 결과는 허용 기준치와 비교되는 그래프로 출력될 수 있다. 다시 말해, 출력부(140)는 검출부(110)가 검출한 방사선 수치(1131)와 함께 방사선 피폭 허용 기준치(1132)가 함께 표시된 그래프를 화면에 출력할 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법의 다른 예를 나타내는 흐름도이다.

도 12를 참조하면, 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 방법은 도 1, 도 4, 도 7 및 도 9에 도시된 방사선 검출 장치(100, 101) 또는 패키지(410, 710, 720, 730, 740)에서 시계열적으로 처리되는 단계들로 구성된다. 따라서, 이하에서 생략된 내용이라 하더라도 도 1, 도 4, 도 7 및 도 9에 도시된 방사선 검출 장치(100, 101) 또는 패키지(410, 710, 720, 730, 740)에 관하여 이상에서 기술된 내용은 도 12에 도시된 흐름도에도 적용됨을 알 수 있다.

도 12에서는 설명의 편의를 위하여, 판단부(130) 및 출력부(140)가 수행하는 동작들을 나타내는 단계들을 도시하였다. 다시 말해, 검출부(110) 및 신호 처리부(120)의 동작은 이미 수행되었음을 가정한다. 또한, 검출부(110) 및 신호 처리부(120)의 동작은 도 6에 도시된 구성도에 따르는 것으로 설명한다.

즉, 다시 도 6을 참조하면, 검출부(110)에 포함된 제 1 포토다이오드(611)는 감마선에 대응하는 광전류를 생성하고, 제 2 포토다이오드(612)는 베타선 및 감마선에 대응하는 광전류를 생성하는 것으로 가정한다.

1 포토다이오드(611)에서 감마선에 대응하는 광전류를 생성하면, 신호 처리부(120)에 포함된 제 1 OP-AMP(621)는 광전류를 전압 펄스로 변환하고, 제 2 OP-AMP(622)는 전압 펄스의 크기를 조정하여 전압 펄스 신호(Vb)를 생성하는 것으로 가정한다. 또한, 제 2 포토다이오드(612)에서 베타선 및 감마선에 대응하는 광전류를 생성하면, 신호 처리부(120)에 포함된 제 1 OP-AMP(621)는 광전류를 전압 펄스로 변환하고, 제 2 OP-AMP(622)는 전압 펄스의 크기를 조정하여 전압 펄스 신호(Va)를 생성하는 것으로 가정한다.

1210 단계에서, 판단부(130)는 신호 처리부(120)로부터 베타선 및 감마선에 대응하는 전압 펄스 신호(Va)와 감마선에 대응하는 전압 펄스 신호(Vb)가 입력되었는지 확인한다.

1220 단계에서, 판단부(130)는 전압 펄스 신호(Va)가 0인지를 판단한다. 전압 펄스 신호(Va)의 값이 0이라면, 제 2 포토다이오드(612)에서 생성된 광전류가 없음을 의미한다. 전압 펄스 신호(Va)가 0인 경우에는 1230 단계로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 1240 단계로 진행한다.

1230 단계에서, 출력부(140)는 방사선 검출 장치(100, 101) 또는 방사선 검출 장치(100, 101)를 포함하는 디바이스의 화면에 방사능이 검출되지 않았음을 나타내는 이미지를 표시한다. 또는, 출력부(140)는 방사능이 검출되지 않았음을 나타내는 사운드를 출력할 수도 있다.

1240 단계에서, 판단부(130)는 전압 펄스 신호(Vb)가 0인지를 판단한다. 전압 펄스 신호(Vb)의 값이 0이라면, 제 1 포토다이오드(611)에서 생성된 광전류가 없음을 의미한다. 전압 펄스 신호(Vb)가 0인 경우에는 1250 단계로 진행하고, 그렇지 않은 경우에는 1260 단계로 진행한다.

1250 단계에서, 출력부(140)는 방사선 검출 장치(100, 101) 또는 방사선 검출 장치(100, 101)를 포함하는 디바이스의 화면에 베타선이 검출되었음을 나타내는 이미지를 표시한다. 또는, 출력부(140)는 베타선이 검출되었음을 나타내는 사운드를 출력할 수도 있다.

만약, 검출된 베타선의 수치가 허용 기준치를 초과하는 경우, 출력부(140)는 경고 신호를 출력할 수 있다. 여기에서, 경고 신호는 베타선의 수치가 허용 기준치를 초과하였음을 알리는 이미지 또는 사운드가 될 수 있고, 사용자에게 대처 방안을 알리는 이미지 또는 사운드가 될 수도 있다. 또한, 출력부(140)는 현재까지 누적되어 측정된 베타선의 수치를 나타내는 이미지를 출력할 수도 있다.

1260 단계에서, 판단부(130)는 전압 펄스 신호(Va)와 전압 펄스 신호(Vb)를 서로 비교한다. 만약, 전압 펄스 신호(Va)의 크기와 전압 펄스 신호(Vb)의 크기가 동일(또는, 소정의 시간 동안 생성된 전압 펄스 신호(Va)의 횟수와 전압 펄스 신호(Vb)의 횟수가 동일)하다면, 1270 단계로 진행한다. 한편, 전압 펄스 신호(Va)의 크기 보다 전압 펄스 신호(Vb)의 크기가 크다(또는, 소정의 시간 동안 생성된 전압 펄스 신호(Va)의 횟수보다 전압 펄스 신호(Vb)의 횟수가 많다)면, 1280 단계로 진행한다.

1270 단계에서, 출력부(140)는 감마선이 검출되었음을 나타내는 이미지 또는 사운드를 출력한다. 만약, 검출된 감마선의 수치가 허용 기준치를 초과하는 경우, 출력부(140)는 경고 신호를 출력할 수 있다. 여기에서, 경고 신호는 감마선의 수치가 허용 기준치를 초과하였음을 알리는 이미지 또는 사운드가 될 수 있고, 사용자에게 대처 방안을 알리는 이미지 또는 사운드가 될 수도 있다. 또한, 출력부(140)는 현재까지 누적되어 측정된 감마선의 수치를 나타내는 이미지를 출력할 수도 있다.

1280 단계에서, 출력부(140)는 베타선과 감마선이 함께 검출되었음을 나타내는 이미지 또는 사운드를 출력한다. 만약, 검출된 베타선 및 감마선의 수치가 허용 기준치를 초과하는 경우, 출력부(140)는 경고 신호를 출력할 수 있다. 여기에서, 경고 신호는 베타선 및 감마선의 수치가 허용 기준치를 초과하였음을 알리는 이미지 또는 사운드가 될 수 있고, 사용자에게 대처 방안을 알리는 이미지 또는 사운드가 될 수도 있다. 또한, 출력부(140)는 현재까지 누적되어 측정된 베타선 및 감마선의 수치를 나타내는 이미지를 출력할 수도 있다.

한편, 상술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 램, USB, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다.

도 1 내지 도 12를 참조하여 상술한 바에 따르면, 방사선 측정 장치(100, 101) 또는 방사선 측정 장치(100, 101)에 대응하는 패키지는 디바이스에 포함될 수 있다. 여기에서, 디바이스는 모바일 디바이스(예를 들어, 웨어러블 디바이스 또는 스마트 폰 등)를 포함한다. 한편, 모바일 디바이스에는 자외선 센서 등 다양한 센서들이 포함될 수 있다. 따라서, 복수의 센서들이 단일 패키지를 구성할 경우, 모바일 디바이스에서 센서들이 차지하는 면적을 감소시킬 수 있다.

이하, 도 13 내지 도 19를 참조하여, 복수의 센서들이 단일 패키지를 구성하는 일 예를 설명한다. 도 13 내지 도 19에서는, 설명의 편의를 위하여, 방사선 측정 장치(100, 101) 또는 방사선 측정 장치(100, 101)에 대응하는 패키지를 방사선 센서 또는 방사선 센서 패키지라고 서술한다. 또한, 복수의 센서들이 구성하는 단일 패키지를 환경 센서 또는 환경 센서 패키지라고 서술한다.

도 13은 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지의 일 예를 도시한 도면이다.

도 13을 참조하면, 환경 센서 패키지(1300)는 방사선 센서(1310), 인터포저(interposer)(1320) 및 기판(1330)을 포함한다. 여기에서, 방사선 센서(1310)의 동작 및 방사선 센서(1310)를 제작하는 일 예는 는 도 1 내지 도 12를 참조하여 상술한 바와 같다.

도 13을 참조하면, 기판(1330) 상에 방사선 센서(1310)가 적층되고, 방사선 센서(1310) 상에 인터포저(1320)가 적층된다. 여기에서, 기판(1330)은 PCB(Printed Circuit Board), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 및 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics) 중 어느 하나에 해당될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 기판(1330)은 금속 층(1331)을 포함할 수 있다. 여기에서, 금속 층(1331)은 환경 센서 패키지(1300)에 입력되는 전자기파(EM wave)를 차폐할 수 있다. 방사선 센서(1310)를 포함하는 전자 기기에 의도하지 않은 전자기파가 입력될 경우, 전자 기기의 오작동 또는 고장의 원인이 될 수 있다. 따라서, 기판(1330) 내에 금속 층(1331)을 삽입함으로써, 방사선 센서(1310)에 전자기파가 도달하지 않게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 인터포저(1320)도 금속 층(1321)을 포함할 수 있다. 인터포저(1320)에 포함된 금속 층(1321)도 방사선 센서(1310)에 전자기파가 도달하지 않게 하는 역할을 수행한다.

인터포저(1320)는 다이 본딩(die bonding) 또는 와이어 본딩(wire bonding)을 위한 적어도 하나의 패드 및 재배선 패턴을 포함한다. 여기에서, 다이 본딩은 인터포저(1320) 상에 센서 또는 칩을 장착하는 공정을 의미한다. 구체적으로, 다이 본딩은 센서 또는 칩을 인터포저(1320)에 고정시키고, 센서 또는 칩과 인터포저(1320) 간의 전기적 접속이 이루어지게 하기 위한 과정이다. 일반적으로, 다이 본딩으로는 열압착(thermocompression bonding) 또는 초음파 접착(ultrasonic bonding) 방식이 사용된다. 또한, 와이어 본딩은 인터포저(1320) 상에 적층된 센서 또는 칩을 인터포저(1320)에 금, 알루미늄, 또는 구리로 제작된 선으로 연결하는 공정을 의미한다. 이하, 도 14 내지 도 15b를 참조하여, 인터포저(1320)의 일 예를 설명한다.

도 14는 일 실시예에 따른 인터포저의 일 예를 도시한 도면이다.

도 14를 참조하면, 인터포저(1320)는 웨이퍼(wafer)와 같은 금속 층 또는 PCB의 구리 층 위에 전자기파를 차폐하는 금속 층이 적층되고, 적층된 금속 층 위에 다이 본딩, 와이어 본딩 및 재배선을 형성하기 위한 층이 적층됨으로써 형성될 수 있다.

도 14에 도시된 도면은 인터포저(1320)의 최상층의 일 예로서, 인터포저(1320)의 최상층에는 다이 본딩을 위한 마커(1410), 와이어 본딩을 위한 패드(1420) 및 재배선(1430)이 포함될 수 있다. 따라서, 인터포저(1320) 상에 다른 센서들 또는 칩이 적층됨에 따라, 환경 센서 패키지(1300)는 멀티 칩 스택(multi-chip stack) 구조를 형성할 수 있다.

도 15a 내지 도 15b는 일 실시예에 따른 인터포저의 구조를 나타내는 도면들이다.

도 15a를 참조하면, 인터포저(1510)는 실리콘 웨이퍼(1511) 상에 제 1 금속 층(1512)이 적층되고, 제 1 금속 층(1512) 상에 패시베이션 층(passivation layer)(1513)이 적층됨으로써 형성될 수 있다. 또한, 필요에 따라, 패시베이션 층(1513) 상에 제 2 금속 층(1514)이 더 적층될 수도 있다. 여기에서, 제 1 금속 층(1512) 및 제 2 금속 층(1514)은 전자기파를 차폐하는데 이용될 수 있다.

도 15b를 참조하면, 인터포저(1520)는 동박 적층판(Copper Clad Laminate; CCL) 또는 프리프레그(prepreg)로 형성된 층의 상부와 하부에 구리 층(1521)이 적층됨으로써 형성될 수 있다. 여기에서, 동박 적층판은 구리를 입힌 얇은 적층판을 의미한다. 예를 들어, 동박 적층판에는 유리섬유에 에폭시 수지를 침투시킨 보강기재와 동박으로 만들어지는 글래스ㆍ에폭시 동박 적층판, 주로 단면 PCB 제조에 사용되는 페이퍼ㆍ페놀 동박 적층판, 두 종류 이상의 보강기재를 복합해 만든 복합 동박 적층판, 고속의 신호 전송에 대응할 수 있는 재질로 만든 고주파용 동박 적층판, 연성인쇄회로기판(FPCB)용 동박 적층판 등이 포함될 수 있다.

또한, 프리프레그는 섬유 강화 복합재료용 중간 기재로서, 강화섬유에 매트릭스 수지를 예비 함침한 성형 재료를 의미한다. 일반적으로, 프리프레그를 적층하고, 가열·가압하여 수지를 경화시키는 것으로 성형품이 형성될 수 있다.

도 16은 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지의 다른 예를 도시한 도면이다.

도 13에 도시된 환경 센서 패키지(1300)와 비교하면, 환경 센서 패키지(1301)의 인터포저(1320) 상에 자외선 센서(1340), 신호 처리 칩(1350) 및 전자기파 센서(1360)가 적층되어 있다. 또한, 환경 센서 패키지(1301)는 소정의 재료(1370)에 의하여 몰딩되어 있다.

환경 센서 패키지(1301)에 포함된 기판(1330), 방사선 센서(1310) 및 인터포저(1320)는 도 13 내지 도 15b를 참조하여 상술한 바와 동일하다. 따라서, 이하에서는 구체적인 설명을 생략한다.

자외선 센서(1340)는 환경 센서 패키지(1301) 또는 환경 센서 패키지(1301)를 포함하는 디바이스에 입사하는 자외선을 검출한다. 또한, 전자기파 센서(1360)는 환경 센서 패키지(1301) 또는 환경 센서 패키지(1301)를 포함하는 디바이스에 입사하는 RF 또는 전자기파를 검출한다. 도 16에는 인터포저(1320) 상에 자외선 센서(1340)와 전자기파 센서(1360)가 적층되는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 다시 말해, 환경 센서 패키지(1301)에는 다양한 종류의 센서가 포함될 수 있다.

신호 처리 칩(1350)은 환경 센서 패키지(1301)에 포함된 센서들에 의하여 검출된 신호를 처리 가능한 수준의 크기를 갖는 펄스 형태의 신호로 변환한다. 다시 말해, 신호 처리 칩(1350)은 자외선 센서(1340)가 자외선을 감지함에 따라 생성하는 신호 및 전자기파 센서(1360)가 전자기파를 감지함에 따라 생성하는 신호를 일정한 범위 내의 크기를 갖는 펄스 신호로 변환한다. 한편, 방사선 센서(1310)는 신호 처리부(120)를 포함할 수 있으나, 방사선 센서(1310)에 신호 처리부(120)가 포함되지 않을 경우에 신호 처리 칩(1350)이 신호 처리부(120)의 역할을 수행할 수 있다.

환경 센서 패키지(1301)는 소정의 재료(1370)에 의하여 몰딩된 구조를 갖는다. 여기에서, 몰딩은 환경 센서 패키지(1301)에 포함된 요소들 및 배선을 외부의 충격으로부터 보호하고 수분의 침투로 인한 패키지(1301)의 고장을 방지하기 위하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 몰딩에는 트랜스퍼 몰딩(transfer molding), 컴프레션 몰딩(compression molding) 또는 디스펜서(dispenser)를 이용한 필링(filling) 공정이 해당될 수 있다.

환경 센서 패키지(1301)에 자외선 센서(1340)가 포함된 경우, 몰딩 재료(1370)는 자외선에 대응하는 광 대역에서 투명하게 변하는 물질일 수 있다. 다시 말해, 몰딩 재료(1370)는 입사된 광에 포함된 자외선만을 투과시키는 물질일 수 있다. 또한, 몰딩 재료(1370)는 입사된 자외선의 양에 기초하여 컬러가 변하는 물질일 수 있다.

만약, 몰딩 재료(1370)가 자외선의 양에 기초하여 컬러가 변하는 물질이라면, 자외선 센서(1340)의 동작이 LED 및 포토다이오드를 통하여 수행될 수 있다. 다시 말해, 환경 센서 패키지(1301) 또는 환경 센서 패키지(1301)를 포함하는 디바이스에 자외선이 입사하는 경우, 자외선의 양에 따라서 몰딩 재료(1370)의 투명도가 변하게 된다. 즉, 자외선의 양이 증가할수록 몰딩 재료(1370)는 더욱 불투명해지거나 투명해 질 수 있다. 따라서, 환경 센서 패키지(1301)에 입사하는 자외선의 양에 따라서 포토다이오드가 LED로부터 받는 빛의 양이 변하게 되고, 이에 따라 포토다이오드가 생성하는 전류가 변하게 된다. 따라서, 자외선 센서(1340)가 없이도 입사된 자외선의 양을 검출할 수 있다.

한편, 도 16에는 도시되지 않았으나, 기판(1330)의 하부에는 환경 센서 패키지(1301)의 외부로 노출된 패드가 적어도 하나 부착될 수 있다. 여기에서, 패드는 환경 센서 패키지(1301)와 외부 장치 사이에 신호가 입출력되는데 이용된다. 예를 들어, 패드는 BGA(Ball Grid Array), LGA(Land Grid Array) 및 QFN(Quad Flat No Lead) 중 어느 하나의 구조를 갖는 패드일 수 있다.

도 16을 참조하여 상술한 환경 센서 패키지(1301)의 적층 구조는 일 예에 불과하며, 이에 한정되지 않는다. 이하, 도 17을 참조하여, 환경 센서 패키지(1302)의 다른 적층 구조를 설명한다.

도 17은 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지의 또 다른 예를 도시한 도면이다.

도 17을 참조하면, 기판(1330) 상에 신호 처리 칩(1350)이 적층된다. 그리고, 신호 처리 칩(1350) 상에 방사선 센서(1310)이 적층되고, 방사선 센서(1310) 상에 인터포저(1320)가 적층된다. 그리고, 인터포저(1320) 상에 자외선 센서(1340) 및 전자기파 센서(1360)이 적층됨으로써, 환경 센서 패키지(1302)가 생성될 수 있다.

한편, 인터포저(1320)는 RF 신호 또는 전자기파를 수신할 수 있는 안테나 패턴(1370)을 포함할 수 있다. 따라서, 인터포저(1320)는 전자기파 또는 유해 물질에서 발생되는 특정 파장을 갖는 신호를 수신할 수 있다.

도 17에 도시된 패키지(1302)에 따르면 기판(1330)과 방사선 센서(1310) 사이에 신호 처리 칩(1350)이 위치한다. 여기에서, 기판에 형성된 금속층은 방사선 센서(1310)에 유입될 수 있는 전자기파를 차폐하는 역할을 한다.

도 18은 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지의 또 다른 예를 도시한 도면이다.

도 18을 참조하면, 환경 센서 패키지(1303)의 측면 및 상부에는 전자기파 차폐용 코팅제(1810)가 입혀질 수 있다. 이때, 전자기 차폐 물질은 전기적으로 도체이어야 하므로, 코팅제(1810)에 금속 필러를 첨가하거나, 금속 필러가 첨가된 도료를 패키지(1303)의 표면에 입힌 뒤 그 위에 산화 방지를 위한 코팅 처리를 수행할 수 있다.

한편, 패키지(1303)에 자외선 센서(1340)가 포함된 경우, 센서(1340)의 오작동을 방지하기 위하여 센서(1340)의 상단에는 코팅제(1810)가 입혀지지 않을 수 있다.

도 19a 내지 도 19b는 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지가 웨어러블 디바이스에 포함된 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 13 내지 도 18을 참조하여 상술한 환경 센서 패키지(1300, 1301, 1302, 1303)는 웨어러블 디바이스(1910)에 장착될 수 있다. 도 19a에는 웨어러블 디바이스(1910)의 일 예로서 시계가 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 웨어러블 디바이스(1910)는 시계, 안경, 팔찌, 반지, 목걸이, 신발 또는 스티커 등 사용자(1920)의 신체에 부착될 수 있는 다양한 형태로 구현될 수 있다.

환경 센서 패키지(1930)는 웨어러블 디바이스(1910)에서 외부에 노출되는 부분에 장착될 수 있다. 웨어러블 디바이스(1910)가 시계라고 가정하면, 환경 센서 패키지(1930)는 웨어러블 시계(1910)의 끈(strap)에 장착될 수 있다. 시계(1910)의 끈은 휘어지는 성질을 갖는바, 환경 센서 패키지(1930)의 기판은 연성인쇄회로기판(FPCB)(1940)이 될 수 있다.

도 19b를 참조하면, 웨어러블 시계(1910)의 끈(1950)의 내부에 환경 센서 패키지(1930)가 장착된 일 예가 도시되어 있다. 끈(1950)의 내부에는 연성인쇄회로기판(FPCB)(1940)이 삽입되고, 연성인쇄회로기판(FPCB)(1940) 위에 환경 센서 패키지(1930)가 적층될 수 있다. 환경 센서 패키지(1930)에 자외선 센서(1340)가 포함된 경우, 외부로부터 자외선이 입사될 수 있도록 자외선 집광용 렌즈(1960)를 끈(1950)의 표면에 형성시킬 수 있다.

도 20a 내지 도 20b는 일 실시예에 따른 환경 센서 패키지가 스마트 폰에 포함된 일 예를 설명하기 위한 도면들이다.

도 13 내지 도 18을 참조하여 상술한 환경 센서 패키지(1300, 1301, 1302, 1303)는 모바일 디바이스(2010)에 장착될 수 있다. 도 20a에는 모바일 디바이스(2010)의 일 예로서 스마트 폰이 도시되어 있다. 그러나, 모바일 디바이스(2010)는 스마트 폰에 한정되지 않고, 데스크 탑 PC, 노트북 PC, 랩탑 PC, 테블릿 PC 등이 해당될 수 있다.

환경 센서 패키지(2020)는 스마트 폰(2010)에서 외부에 노출되는 부분에 장착될 수 있다. 도 20a에는 스마트 폰(2010)의 상단에 패키지(2020)가 장착된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않는다.

도 20b를 참조하면, 스마트 폰(2010)의 내부에 환경 센서 패키지(2020)가 장착된 일 예가 도시되어 있다. 환경 센서 패키지(2020)에 자외선 센서(1340)가 포함된 경우, 외부로부터 자외선이 입사될 수 있도록 자외선 집광용 렌즈(2030)를 패키지(2020)의 표면에 형성시킬 수 있다.

상술한 바에 따르면, 방사선 검출 장치(또는, 방사선 센서)가 포토다이오드와 베타선 차단 칩이 교대로 적층된 구조를 갖기에, 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출할 수 있다. 또한, 방사선 검출 장치(또는, 방사선 센서)가 소형 패키지로 제작될 수 있는바, 소형 디바이스(예를 들어, 스마트 폰 또는 웨어러블 디바이스)에 장착이 가능하며, 제작에 필요한 비용을 감소시킬 수 있다. 또한, 방사선이 측정된 수치를 사용자에게 제공하고, 방사선 수치가 허용 기준치를 초과하는 경우에 경고 신호 및 대처 방안을 출력할 수 있는바, 사용자 편의성이 증대될 수 있다.

또한, 방사선 센서를 포함하는 복수의 센서들이 단일 패키지에 포함될 수 있는바, 디바이스 내에서 센서들이 차지하는 면적이 감소될 수 있다.

본 실시예와 관련된 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상기된 기재의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 방법들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

410: 패키지
411: 베타선 차단 칩
412: 포토다이오드
413: OP-AMP
414: 수동 소자
415: 수동 소자
416: 기판
417: 배선
418: 몰딩 재료
419: 패드

Claims (24)

1. 방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 센서에 있어서,
   적어도 하나의 OP-AMP가 실장되는 기판;
   상기 베타선의 투과를 차단하는 제 1 차단층 및 제 2 차단층;
   상기 제 1 차단층 및 제 2 차단층 사이에 위치하고, 상기 감마선을 검출하는 제 1 포토다이오드(photodiode); 및
   상기 제 1 차단층 상에 위치하고, 상기 베타선 및 상기 감마선을 검출하는 제 2 포토다이오드;를 포함하는 센서.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 1 차단층 및 상기 제 2 차단층은 각각 실리콘 웨이퍼(Silicon wafer) 또는 PCB(Printed Circuit Board) 상에 금속 층(layer)이 적층된 패키지를 포함하는 센서.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 금속은 알루미늄, 구리, 금 및 은 중 어느 하나를 포함하는 센서.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판은 PCB(Printed Circuit Board), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 및 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics) 중 어느 하나를 포함하는 센서.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 기판과 연결되는 적어도 하나의 패드;를 더 포함하고,
   상기 패드는 BGA(Ball Grid Array), LGA(Land Grid Array) 및 QFN(Quad Flat No Lead) 중 어느 하나의 구조를 갖는 센서.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 OP-AMP는 상기 제 1 포토다이오드 및 상기 제 2 포토다이오드와 연결되고, 상기 제 1 포토다이오드가 생성한 전류 및 상기 제 2 포토다이오드가 생성한 전류를 각각 전압으로 변환하는 센서.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 검출된 베타선 또는 상기 검출된 감마선이 소정의 수치를 초과하는지 여부를 판단하는 프로세서;를 더 포함하는 센서.
8. 삭제
9. 삭제
10. 복수의 센서들을 포함하는 패키지에 있어서,
    방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 제 1 센서;
    상기 제 1 센서 상에 위치하는 인터포저(interposer); 및
    상기 인터포저 상에 위치하는 제 2 센서;를 포함하고,
    상기 제 1 센서는,
    적어도 하나의 OP-AMP가 실장되는 제 1 센서 기판;
    상기 베타선의 투과를 차단하는 제 1 차단층 및 제 2 차단층;
    상기 제 1 차단층 및 제 2 차단층 사이에 위치하고, 상기 감마선을 검출하는 제 1 포토다이오드(photodiode); 및
    상기 제 1 차단층 상에 위치하고, 상기 베타선 및 상기 감마선을 검출하는 제 2 포토다이오드;를 포함하는, 패키지.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 인터포저는 전자기파(EM wave)의 투과를 차단하는 층을 포함하는 패키지.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 인터포저는 다이 본딩(die bonding) 또는 와이어 본딩(wire bonding)을 위한 적어도 하나의 패드 및 재배선 패턴을 포함하는 패키지.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 인터포저는 RF 신호 또는 전자기파를 수신하는 안테나 패턴(antenna pattern)을 포함하는 패키지.
14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 센서, 상기 인터포저 및 상기 제 2 센서와 연결되는 기판;을 더 포함하고,
    상기 기판은 PCB(Printed Circuit Board), LTCC(Low Temperature Co-fired Ceramics) 및 HTCC(High Temperature Co-fired Ceramics) 중 어느 하나를 포함하는 패키지.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판은 상기 베타선의 투과를 차단하는 금속 층(layer)을 포함하는 패키지.
16. 제 10 항에 있어서,
    상기 패키지와 연결된 적어도 하나의 패드;를 포함하고,
    상기 패드는 BGA(Ball Grid Array), LGA(Land Grid Array) 및 QFN(Quad Flat No Lead) 중 어느 하나의 구조를 갖는 패키지.
17. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 자외선을 검출하는 센서를 포함하고,
    상기 패키지의 몰딩에 이용되는 물질(material)은 상기 자외선에 대응하는 광 대역에서 투명하게 변하는 물질을 포함하는 패키지.
18. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 2 센서는 자외선을 검출하는 센서를 포함하고,
    상기 패키지의 몰딩에 이용되는 물질은 상기 자외선의 양에 기초하여 컬러가 변하는 물질을 포함하는 패키지.
19. 제 10 항에 있어서,
    상기 패키지의 적어도 일 측면에 코팅되고, 전자기파의 투과를 차단하는 층;을 더 포함하는 패키지.
20. 모바일 디바이스에 있어서,
    방사선을 검출하는 센서;를 포함하고,
    상기 센서는
    적어도 하나의 OP-AMP가 실장되는 기판;
    상기 방사선에 포함된 베타선의 투과를 차단하는 제 1 차단층 및 제 2 차단층;
    상기 제 1 차단층 및 제 2 차단층 사이에 위치하고, 상기 방사선에 포함된 감마선을 검출하는 제 1 포토다이오드(photodiode); 및
    상기 제 1 차단층 상에 위치하고, 상기 베타선 및 상기 감마선을 검출하는 제 2 포토다이오드;를 포함하는 모바일 디바이스.
21. 제 20 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 검출된 베타선 또는 상기 검출된 감마선이 소정의 수치를 초과하는지 여부를 판단하는 프로세서;를 더 포함하고,
    상기 모바일 디바이스는 상기 검출된 베타선 또는 상기 검출된 감마선이 상기 소정의 수치를 초과하는 경우에 경고 신호를 출력하는 출력부;를 더 포함하는 모바일 디바이스.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 출력부는 상기 방사선에 노출되지 않는 장소에 대한 정보를 출력하는 모바일 디바이스.
23. 제 21 항에 있어서,
    상기 출력부는 소정의 기간 동안 상기 방사선이 검출된 양에 관한 정보를 출력하는 모바일 디바이스.
24. 모바일 디바이스에 있어서,
    복수의 센서들을 포함하는 패키지;를 포함하고,
    상기 패키지는
    방사선에 포함된 베타선과 감마선을 구별하여 검출하는 제 1 센서;
    상기 제 1 센서 상에 위치하는 인터포저(interposer); 및
    상기 인터포저 상에 위치하는 제 2 센서;를 포함하고,
    상기 제 1 센서는,
    적어도 하나의 OP-AMP가 실장되는 제 1 센서 기판;
    상기 베타선의 투과를 차단하는 제 1 차단층 및 제 2 차단층;
    상기 제 1 차단층 및 제 2 차단층 사이에 위치하고, 상기 감마선을 검출하는 제 1 포토다이오드(photodiode); 및
    상기 제 1 차단층 상에 위치하고, 상기 베타선 및 상기 감마선을 검출하는 제 2 포토다이오드;를 포함하는, 모바일 디바이스.

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