KR102352748B1 - 온도 측정 장치 및 이를 포함하는 온도 측정 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 온도 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 안테나 기판; 상기 안테나 기판 상의 SAW 센서 칩; 상기 SAW 센서 칩과 상기 안테나 기판 사이의 신호를 연결하는 신호 연결 부재; 및 상기 SAW 센서 칩과 상기 안테나 기판을 서로 물리적으로 결합시키는 더미 연결 부재를 포함한다. 상기 SAW 센서 칩은 신호 패드 및 제1 더미 패드를 포함하고, 상기 안테나 기판은 안테나 부 및 제2 더미 패드를 포함하며, 상기 신호 연결 부재는 상기 신호 패드와 상기 안테나 부를 서로 연결하고, 상기 더미 연결 부재는 상기 제1 더미 패드와 상기 제2 더미 패드를 서로 연결한다.

Description

온도 측정 장치 및 이를 포함하는 온도 측정 시스템{Temperature measuring device and temperature measuring system including the same}
본 발명은 온도 측정 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신뢰성이 향상된 온도 측정 장치에 관한 것이다.
산업 전반에 정확한 온도 측정 관리는 필수적이며, 온도 센서는 전자레인지, 냉장고, 프린터 등의 가전 제품 그리고 로봇, 엔진, 발전소 터빈 및 생산 프로세스 등의 산업전반에 이용되고 있다. 반도체의 열처리 공정, 평판형 디스플레이의 열처리 공정 및 발전소 터빈의 온도 관리는 매우 중요한 공정 포인트 중에 하나이다.
반도체의 열처리 공정, 평판형 디스플레이의 열처리 공정 및 엔진 룸의 모니터링 등에서 온도 관리를 위해 온도센서를 사용하며, 주로 유선 온도센서(예를 들어, thermocouple)를 적용해서 장비 내의 온도를 계측하고 있다. 그러나 온도계측을 위해 선을 연결해야 하므로 공정 중 이동하는 환경 및 밀폐된 환경에서의 온도 계측이 어렵고, 해당 공정에서 온도계측 시 매번 온도센서의 선을 다시 연결해줘야 하므로 작업 소요시간이 길어져 생산성이 낮아진다는 단점이 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 신뢰성이 향상된 온도 측정 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 개념에 따른, 온도 측정 장치는, 안테나 기판; 상기 안테나 기판 상의 SAW 센서 칩; 상기 SAW 센서 칩과 상기 안테나 기판 사이의 신호를 연결하는 신호 연결 부재; 및 상기 SAW 센서 칩과 상기 안테나 기판을 서로 물리적으로 결합시키는 더미 연결 부재를 포함할 수 있다. 상기 SAW 센서 칩은 신호 패드 및 제1 더미 패드를 포함하고, 상기 안테나 기판은 안테나 부 및 제2 더미 패드를 포함하며, 상기 신호 연결 부재는 상기 신호 패드와 상기 안테나 부를 서로 연결하고, 상기 더미 연결 부재는 상기 제1 더미 패드와 상기 제2 더미 패드를 서로 연결할 수 있다.
본 발명의 다른 개념에 따른, 온도 측정 시스템은, 상기 온도 측정 장치; 및 상기 온도 측정 장치와 무선으로 신호를 교환하는 측정부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 금속 기반의 더미 연결 부재를 이용하여 고온의 환경에서도 안테나 기판과 SAW 센서 칩이 안정적으로 결합될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 온도 측정 장치의 신뢰성이 개선될 수 있다. 나아가 더미 연결 부재는 신호 연결 부재와 함께 형성될 수 있으므로, 온도 측정 장치의 제조 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 시스템을 나타낸 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치를 나타낸 평면도이다.
도 3a는 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 3b는 도 2의 B-B'선에 따른 단면도이다.
도 3c는 도 2의 M 영역을 나타낸 사시도이다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 온도 측정 장치를 나타낸 평면도이다.
도 5는 도 4의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 온도 측정 장치가 고온의 환경에 노출되었을 때 발생되는 문제를 설명하기 위한 개념도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 측정 장치를 나타낸 평면도이다.
도 8a는 도 7의 A-A'선에 따른 단면도이다.
도 8b는 도 7의 B-B'선에 따른 단면도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 시스템을 나타낸 개략도이다. 도 1을 참조하면, 온도 측정 시스템은 센서부(SSP) 및 측정부(REP)를 포함할 수 있다.
센서부(SSP)는 주위의 온도에 따라 응답신호(RS)를 발생시킬 수 있다. 예를 들어, 센서부(SSP)는 표면 탄성파(Surface Acoustic Wave, SAW) 센서를 포함할 수 있다. SAW 센서로 이루어진 센서부(SSP)는, 제1 기판(SUB1), 전극(IDT), 반사기(reflector, REF), 및 제1 안테나(ANT1)를 포함할 수 있다. 제1 기판(SUB1)은 압전 기판일 수 있다. 전극(IDT) 및 반사기(REF)는 제1 기판(SUB1) 상에 제공될 수 있다.
전극(IDT)은 제1 기판(SUB1)의 중심에 배치될 수 있다. 전극(IDT)은 빗살 형태를 갖는 한 쌍의 전극들을 포함할 수 있다. 한 쌍의 전극들은 서로 맞물릴 수 있다. 예를 들어, 전극(IDT)은 인터 디지털 변환기(Inter Digital Transducer, IDT)일 수 있다.
반사기(REF)는, 제1 기판(SUB1)의 주변에 배치된 한 쌍의 반사기들(REF)을 포함할 수 있다. 한 쌍의 반사기들(REF)은 전극(IDT)의 양 측에 각각 제공될 수 있다. 반사기(REF)는 전극(IDT)에서 발생된 표면 탄성파를 반사시켜, 반사된 표면 탄성파가 다시 전극(IDT)으로 전파되도록 할 수 있다.
SAW 센서는 SAW 디바이스의 하나일 수 있다. SAW 디바이스는, 압전 기판 상의 IDT로 표면 탄성파를 출력하여 이를 반사기에서 반사한 후 전기적 신호로 변환하는 신호 처리용 장치이다. SAW 디바이스는 주변 환경의 변화에 따라 주파수 특성이 변화하는데, 이것을 이용하여 주위의 환경변화에 민감하게 반응하는 초소형 및 초경량의 고성능 센서로 이용할 수 있다.
수동소자인 SAW 디바이스를 이용한 고온 온도 센서는, 무전원 및 무선으로 온도를 계측할 수 있다. 따라서 앞서 설명한 유선 온도 센서의 문제점인 이동성 및 작업 소요시간의 증가와 같은 문제점을 해결할 수 있다.
측정부(REP)는 센서부(SSP)에 구동신호(DS)를 송신하고 응답신호(RS)를 수신할 수 있다. 측정부(REP)는 제2 안테나(ANT2) 및 신호 처리부(SPP)를 포함할 수 있다. 신호 처리부(SPP)는 구동신호(DS) 및 응답신호(RS)를 분석 및 처리할 수 있다.
제1 안테나(ANT1)는 측정부(REP)의 제2 안테나(ANT2)를 통해 발신된 구동신호(DS)를 수신할 수 있다. 제1 안테나(ANT1)를 통해 수신된 구동신호(DS)가 전극(IDT)에 전달될 수 있다. 전극(IDT)은 역 압전 효과에 따라 전달된 구동신호(DS)를 표면 탄성파로 변환할 수 있다. 제1 기판(SUB1)의 표면에 발생된 표면 탄성파는, 전극(IDT)에서 반사기(REF)를 향해 전파될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 반사기(REF)는 표면 탄성파를 전극(IDT)으로 반사시킬 수 있다.
본 실시예에서는 반사기(REF)가 한 쌍의 반사기들(REF)로 제공되어 이들이 전극(IDT)의 양 측에 각각 배치된 구조가 예시되어 있다. 그러나, 본 발명의 센서부(SSP)의 구조가 도 1에 나타난 구조로 한정되는 것은 아니다. 일 예로, 하나의 반사기(REF)만 전극(IDT)의 일 측에 제공될 수 있다. 다른 예로, 복수개의 반사기들(REF)이 전극(IDT)의 일 측에서 일 방향으로 배열될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 처리부(SPP)는 각각 다른 중심주파수(예를 들어, 제1 주파수에서 제2 주파수까지)를 가지는 복수의 구동신호(DS)를 순차적으로 발생시킬 수 있다. 순차적으로 발생된 구동신호(DS)가 제2 안테나(ANT2)를 통해 제1 안테나(ANT1)로 전달될 수 있다.
전극(IDT)에 입력된 구동신호(DS)에 의해 제1 기판(SUB1)이 진동하여, 제1 기판(SUB1)의 표면을 따라 이동하는 표면 탄성파가 발생될 수 있다. 발생된 표면 탄성파의 특성(예를 들어, 공진 주파수, 위상, 전파속도 및 지연시간)은 제1 기판(SUB1)의 온도에 영향을 받을 수 있다. 다시 말하면, 제1 기판(SUB1)의 온도에 따라 발생된 표면 탄성파의 특성이 달라질 수 있다.
표면 탄성파는 반사기(REF)에 의해 반사되어, 전극(IDT)에서 압전 효과에 의해 응답신호(RS)로 변환될 수 있다. 제1 안테나(ANT1)는 변환된 응답신호(RS)를 측정부(REP)의 제2 안테나(ANT2)로 송신할 수 있다. 신호 처리부(SPP)는 제2 안테나(ANT2)를 통해 수신된 응답신호(RS)와 구동신호(DS) 간의 변화를 계산하여, 센서부(SSP) 주위의 온도를 측정할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 온도 측정 장치(도 1의 센서부)를 나타낸 평면도이다. 도 3a는 도 2의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도 3b는 도 2의 B-B'선에 따른 단면도이다. 도 3c는 도 2의 M 영역을 나타낸 사시도이다.
도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 도 1의 센서부(SSP)(이하, 온도 측정 장치)는 안테나 기판(ANS) 및 안테나 기판(ANS) 상의 SAW 센서 칩(SSD)를 포함할 수 있다. 안테나 기판(ANS)은, 제2 기판(SUB2), 제1 안테나(ANT1), 및 적어도 하나의 제2 더미 패드들(DPD2)을 포함할 수 있다.
제1 안테나(ANT1) 및 제2 더미 패드들(DPD2)은 제2 기판(SUB2) 상에 배치될 수 있다. 일 예로, 제1 안테나(ANT1)는 제1 안테나 부(ANP1) 및 제2 안테나 부(ANP2)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2 안테나 부들(ANP1, ANP2)은 SAW 센서 칩(SSD)의 양 측에 각각 제공될 수 있다.
본 발명의 일 실시예로, 제1 및 제2 안테나 부들(ANP1, ANP2) 각각은 평판 형태의 금속 패턴 또는 금속 패치일 수 있다. 제1 안테나(ANT1)는 마이크로스트립 안테나(Microstrip antenna)를 포함한 다양한 형태의 안테나일 수 있다. 도시되진 않았지만, 제2 기판(SUB2) 하부에 마이크로스트립을 구성하는 그라운드 전극이 제공될 수 있다.
제2 더미 패드들(DPD2)이 제1 및 제2 안테나 부들(ANP1, ANP2) 주위에 배치될 수 있다. 제2 더미 패드들(DPD2)은, 온도 측정 장치에 있어서 회로적/전기적으로 아무런 기능도 하지 않을 수 있다. 제2 더미 패드들(DPD2)은 안테나 기판(ANS)의 전기적 특성에 영향을 주지 않도록 형성될 수 있다. 제2 더미 패드들(DPD2)은 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)를 서로 물리적으로 결합시키기 위한 용도로 사용될 수 있다.
예를 들어, 한 쌍의 제2 더미 패드들(DPD2)이 제1 안테나 부(ANP1)의 양 측에 각각 배치될 수 있고, 한 쌍의 제2 더미 패드들(DPD2)이 제2 안테나 부(ANP2)의 양 측에 각각 배치될 수 있다. 제2 더미 패드(DPD2)는 사각 평판 형태의 금속 패턴일 수 있다. 제2 더미 패드들(DPD2)은 제1 및 제2 안테나 부들(ANP1, ANP2)과 동일하거나 다른 금속을 포함할 수 있다.
SAW 센서 칩(SSD)는, 제1 기판(SUB1), 전극(IDT), 반사기(REF), 제1 및 제2 신호 패드들(SPD1, SPD2) 및 적어도 하나의 제1 더미 패드들(DPD1)을 포함할 수 있다. 제1 기판(SUB1)은 압전 기판으로, LiNbO3 기판, LiTaO3 기판, Langasite 기판(예를 들어, Lanthanum gallium silicate) 또는 Quartz 기판을 포함할 수 있다.
전극(IDT) 및 반사기(REF)는 제1 기판(SUB1) 상에 제공될 수 있다. 전극(IDT) 및 반사기(REF)는 금속을 포함할 수 있다. 전극(IDT) 및 반사기(REF)에 관한 구체적인 설명은 앞서 도 1을 참조하여 설명한 것과 동일할 수 있다.
제1 신호 패드(SPD1) 및 제2 신호 패드(SPD2)는 각각 전극(IDT)의 양 측에 배치될 수 있다. 제1 신호 패드(SPD1)는 전극(IDT)의 제1 전극(즉, 입력 단자)에 연결될 수 있고, 제2 신호 패드(SPD2)는 전극(IDT)의 제2 전극(즉, 출력 단자)에 연결될 수 있다.
제1 더미 패드들(DPD1)이 제1 기판(SUB1)의 주변에 배치될 수 있다. 제1 더미 패드들(DPD1)은, 온도 측정 장치에 있어서 회로적/전기적으로 아무런 기능도 하지 않을 수 있다. 제1 더미 패드들(DPD1)은 SAW 센서 칩(SSD)의 전기적 특성에 영향을 주지 않도록 형성될 수 있다. 제1 더미 패드들(DPD1)은 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)를 서로 물리적으로 결합시키기 위한 용도로 사용될 수 있다.
예를 들어, 한 쌍의 제1 더미 패드들(DPD1)이 반사기(REF)의 양 측에 각각 배치될 수 있다. 제1 더미 패드(DPD1)는 사각 평판 형태의 금속 패턴일 수 있다. 제1 더미 패드들(DPD1)은 제1 및 제2 신호 패드들(SPD1, SPD2)과 동일하거나 다른 금속을 포함할 수 있다.
제1 더미 패드들(DPD1)의 개수는 제2 더미 패드들(DPD2)의 개수와 동일할 수 있다. 제1 더미 패드들(DPD1)은, 제2 더미 패드들(DPD2)과 각각 대응되도록 배치될 수 있다. 평면적 관점에서, 도 2를 참조하면, 제1 더미 패드들(DPD1)와 그에 대응하는 제2 더미 패드(DPD2)는 서로 제1 방향(D1)으로 인접할 수 있다.
안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD) 사이를 전기적으로 연결하는 복수개의 신호 연결 부재들(SIN)이 제공될 수 있다. 신호 연결 부재들(SIN) 중 일부는 제1 신호 패드(SPD1)와 제1 안테나 부(ANP1)를 연결할 수 있다. 신호 연결 부재들(SIN) 중 다른 일부는 제2 신호 패드(SPD2)와 제2 안테나 부(ANP2)를 연결할 수 있다. 신호 연결 부재들(SIN)을 통해, 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD) 사이에 신호가 교류될 수 있다. 즉, 신호 연결 부재들(SIN)은 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD) 사이의 신호를 연결할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 신호 연결 부재들(SIN) 각각은 도전성 와이어일 수 있다. 예를 들어, 상기 도전성 와이어는 금(Au), 구리(Cu) 또는 알루미늄(Al)과 같은 금속을 포함할 수 있다. 바람직하기로, 상기 도전성 와이어는 금(Au)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 온도 측정 장치는, 200℃ 내지 800℃의 온도 하에 사용될 수 있다. 알루미늄(Al)은 녹는점이 약 660℃이며, 따라서 660℃보다 높은 고온에 사용되기 위한 온도 측정 장치의 재료로는 적합하지 않을 수 있다. 구리(Cu)는 경도가 작고 부식이 쉽게 발생하기 때문에, 온도 측정 장치의 신뢰성의 문제를 야기할 수 있다.
상기 도전성 와이어는 ball-bonding 방식 또는 wedge-bonding 방식으로 형성될 수 있다. Ball-bonding 방식은 열, 압력 및 초음파 에너지의 조합을 사용하며 모세관 바늘을 통해 와이어를 공급할 수 있다. 고전압을 가해 와이어의 끝을 녹여 용접점을 만든 후, 이를 기판의 패드 상에 볼 모양으로 경화시킬 수 있다. 이로써, 와이어가 기판의 패드와 접합될 수 있다. 이때, 기판은 125℃이상으로 가열됨이 바람직하다. wedge-bonding 방식은 와이어를 30 내지 60˚의 기울기로 공급하는 wedge tool을 사용할 수 있다. 와이어를 기판의 패드와 밀착 시킨 후 초음파 에너지를 인가하여 와이어를 기판의 패드에 접합시킬 수 있다. 금(Au)으로 상기 도전성 와이어를 형성할 경우, Ball-bonding 방식이 보다 바람직할 수 있다.
안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD) 사이를 물리적으로 연결하는 복수개의 더미 연결 부재들(DIN)이 제공될 수 있다. 더미 연결 부재들(DIN)은, 제1 더미 패드(DPD1)와 그에 대응하는 제2 더미 패드(DPD2)를 서로 물리적으로 연결시킬 수 있다.
더미 연결 부재들(DIN)을 통해, 제1 기판(SUB1)의 제1 더미 패드(DPD1)와 제2 기판(SUB2)의 제2 더미 패드(DPD2)가 서로 결합되어 고정될 수 있다. 다시 말하면, 더미 연결 부재들(DIN)은 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)을 물리적으로 결합시킬 수 있다.
본 실시예에 따르면, 더미 연결 부재들(DIN) 각각은 신호 연결 부재(SIN)와 마찬가지로 도전성 와이어일 수 있다. 상기 도전성 와이어에 관한 구체적인 설명은, 앞서 신호 연결 부재(SIN)에서 설명한 것과 실질적으로 동일할 수 있다. 특히, 더미 연결 부재들(DIN)이 금(Au)을 포함할 경우, 고온의 환경(예를 들어, 약 700℃ 이상)에서도 그의 물성이 변하지 않고 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)를 서로 안정적으로 결합시킬 수 있다.
본 발명에 따르면 더미 연결 부재들(DIN)을 통해 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)가 서로 결합(또는 접합)될 수 있다. 따라서, 제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2) 사이에 이들을 결합(또는 접착)시키기 위한 별도의 요소가 필요치 않을 수 있다. 예를 들어, 제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2) 사이에 이들을 서로 접착시키기 위한 접착층은 생략될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 제1 기판(SUB1)의 바닥면과 제2 기판(SUB2)의 상면은 서로 직접 접촉할 수 있다. 그러나, 상기 바닥면과 상기 상면이 서로 접착되어 있지는 않을 수 있다.
도 3c를 참조하면, 제2 안테나 부(ANP2) 및 제2 더미 패드(DPD2)는 서로 실질적으로 동일한 레벨에 제공될 수 있다. 즉, 제2 안테나 부(ANP2) 및 제2 더미 패드(DPD2)는 제2 기판(SUB2)의 상면 상에 나란히 위치할 수 있다. 제2 신호 패드(SPD2) 및 제1 더미 패드(DPD1)는 서로 실질적으로 동일한 레벨에 제공될 수 있다. 즉, 제2 신호 패드(SPD2) 및 제1 더미 패드(DPD1)는 제1 기판(SUB1)의 상면 상에 나란히 위치할 수 있다.
더미 연결 부재들(DIN) 각각의 크기 및 형태는 신호 연결 부재들(SIN) 각각의 크기 및 형태와 동일하거나 유사할 수 있다. 신호 연결 부재들(SIN)의 패턴 밀도는 더미 연결 부재들(DIN)의 패턴 밀도보다 작을 수 있다. 다시 말하면, 단위 면적 당 제공되는 신호 연결 부재들(SIN)의 개수는 상기 단위 면적 당 제공되는 더미 연결 부재들(DIN)의 개수보다 작을 수 있다.
예를 들어, 제2 신호 패드(SPD2)와 제2 안테나 부(ANP2)를 연결하는 신호 연결 부재들(SIN)은, 제1 피치(P1)로 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다. 제1 더미 패드(DPD1)와 제2 더미 패드(DPD2)를 연결하는 더미 연결 부재들(DIN)은, 제2 피치(P2)로 제2 방향(D2)을 따라 배열될 수 있다. 제1 피치(P1)는 제2 피치(P2)보다 클 수 있다.
더미 연결 부재들(DIN)은 상대적으로 작은 피치(P2)로 촘촘하게 배열되기 때문에, 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD) 사이의 물리적 결합 강도를 향상시킬 수 있다.
도 4는 본 발명의 비교예에 따른 온도 측정 장치를 나타낸 평면도이다. 도 5는 도 4의 A-A'선에 따른 단면도이다. 본 비교예에서는, 앞서 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 비교예에 따른 센서부(SSP)(이하, 온도 측정 장치)의 경우, 제1 및 제2 더미 패드들(DPD1, DPD2) 및 이들을 서로 물리적으로 연결하는 더미 연결 부재들(DIN)이 생략될 수 있다. 다시 말하면, 본 비교예의 온도 측정 장치는, 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD) 사이를 전기적으로 연결하는 신호 연결 부재들(SIN)만을 포함할 수 있다.
안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)를 서로 결합시키기 위해서, 제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2) 사이에 접착막(ADL)이 개재될 수 있다. 접착막(ADL) 유기 고분자 물질, 예를 들어, 에폭시를 포함할 수 있다. 접착막(ADL)을 통해 제1 기판(SUB1)과 제2 기판(SUB2)이 서로 접착될 수 있다.
도 6은 본 발명의 비교예에 따른 온도 측정 장치가 고온의 환경에 노출되었을 때 발생되는 문제를 설명하기 위한 개념도이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 온도 측정 장치는 200℃ 내지 800℃의 온도 하에서 사용될 수 있다. 그러나, 200℃보다 높은 온도에서 접착막(ADL)은 물성이 변화될 수 있다. 예를 들어, 유연한 접착막(ADL)이 딱딱해질 수 있다. 또는, 접착막(ADL)이 유기 물질로 구성되어 있으므로, 고온의 환경에서 접착막(ADL)이 타버려 제거될 수도 있다.
도 6에 나타난 바와 같이, 고온의 환경에서 접착막(ADL)이 접착 기능을 발휘하지 못하거나 제거될 수 있다. 이 경우, 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)가 서로 분리되는 문제가 발생될 수 있다. 다시 말하면, 본 비교예와 같이 유기 물질 기반의 접착막(ADL)을 이용하여 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)를 서로 결합시킬 경우, 온도 측정 장치의 신뢰성의 문제를 야기할 수 있다.
반면 앞서 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하여 설명한 본 발명에 따른 온도 측정 장치는, 금속 기반의 더미 연결 부재들(DIN)을 이용하여 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)를 서로 결합시킬 수 있다. 따라서, 고온의 환경 하에서도 더미 연결 부재들(DIN)의 물성이 변화되지 않고 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)를 여전히 안정적으로 결합시킬 수 있다. 따라서 온도 측정 장치의 신뢰성이 개선될 수 있다. 나아가, 더미 연결 부재들(DIN)은 신호 연결 부재들(SIN)이 형성될 때 함께 형성될 수 있어, 온도 측정 장치의 제조 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 온도 측정 장치를 나타낸 평면도이다. 도 8a는 도 7의 A-A'선에 따른 단면도이다. 도 8b는 도 7의 B-B'선에 따른 단면도이다. 본 실시예에서는, 앞서 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하여 설명한 것과 중복되는 기술적 특징에 대한 상세한 설명은 생략하고, 차이점에 대해 상세히 설명한다.
도 7, 도 8a 및 도 8b를 참조하면, 안테나 기판(ANS) 상에 SAW 센서 칩(SSD)가 플립 칩 방식으로 실장될 수 있다. 구체적으로, 제1 기판(SUB1)은 제1 면(SF1) 및 제1 면(SF1)에 대향하는 제2 면(SF2)을 가질 수 있다. 제1 면(SF1)은 전극(IDT) 및 반사기(REF)가 형성된 면일 수 있다. 제2 기판(SUB2)은 제3 면(SF3) 및 제3 면(SF3)에 대향하는 제4 면(SF4)을 가질 수 있다. 제3 면(SF3)은 제1 및 제2 안테나 부들(ANP1, ANP2)이 형성된 면일 수 있다. 여기서, 제1 기판(SUB1)의 제1 면(SF1)이 제2 기판(SUB2)의 제3 면(SF3)을 바라보도록 SAW 센서 칩(SSD)가 안테나 기판(ANS) 상에 실장될 수 있다.
신호 연결 부재들(SIN)이 제1 신호 패드(SPD1)와 제1 안테나 부(ANP1) 사이 및 제2 신호 패드(SPD2)와 제2 안테나 부(ANP2) 사이에 제공될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 신호 연결 부재들(SIN) 각각은 도전성 범프일 수 있다. 상기 도전성 범프는 금속일 수 있으며, 구체적으로 온도 측정 장치가 고온에서도 사용되기 위해서 상대적으로 녹는점이 높은 금속을 사용함이 바람직할 수 있다.
더미 연결 부재들(DIN)이 제1 더미 패드(DPD1)와 제2 더미 패드(DPD2) 사이에 개재될 수 있다. 본 실시예에 따르면, 더미 연결 부재들(DIN) 각각은 신호 연결 부재(SIN)와 마찬가지로 도전성 범프일 수 있다. 더미 연결 부재들(DIN) 각각은, 제1 더미 패드(DPD1)와 제2 더미 패드(DPD2)가 서로 물리적으로 결합되도록 이들을 접착시킬 수 있다.
본 실시예에 따른 온도 측정 장치 역시 앞서 도 2, 도 3a, 도 3b 및 도 3c를 참조하여 설명한 온도 측정 장치와 마찬가지로 금속 기반의 더미 연결 부재들(DIN)을 이용하여 안테나 기판(ANS)과 SAW 센서 칩(SSD)를 서로 결합시킬 수 있다. 따라서, 온도 측정 장치의 신뢰성이 개선될 수 있다.
본 특허는2019년 중소기업 네트워크형 기술개발 사업의 "스마트팩토리용 무선온도 센서 및 모니터링 시스템 개발"을 통한 부산물입니다.

Claims (10)

  1. 안테나 기판;
    상기 안테나 기판 상의 SAW 센서 칩;
    상기 SAW 센서 칩과 상기 안테나 기판 사이의 신호를 연결하는 복수개의 신호 와이어들; 및
    상기 SAW 센서 칩과 상기 안테나 기판을 서로 물리적으로 결합시키는 복수개의 칩 고정 와이어들을 포함하되,
    상기 SAW 센서 칩은 신호 패드 및 제1 칩 고정 패드를 포함하고,
    상기 안테나 기판은 안테나 부 및 제2 칩 고정 패드를 포함하며,
    상기 복수개의 신호 와이어들은 상기 신호 패드와 상기 안테나 부를 서로 연결하고,
    상기 복수개의 칩 고정 와이어들은 상기 제1 칩 고정 패드와 상기 제2 칩 고정 패드를 서로 연결하며,
    상기 복수개의 신호 와이어들 및 상기 복수개의 칩 고정 와이어들 각각은 금(Au)을 포함하며,
    상기 복수개의 신호 와이어들은 제1 피치로 배열되고,
    상기 복수개의 칩 고정 와이어들은 제2 피치로 배열되며,
    상기 제1 피치는 상기 제2 피치보다 크고,
    상기 SAW 센서 칩과 상기 안테나 기판 사이에 접착제가 생략되어, 상기 안테나 기판의 상면과 상기 SAW 센서 칩의 바닥면이 서로 직접 접촉하는,
    200℃ 내지 800℃의 온도 하에서 사용되는 온도 측정 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 SAW 센서 칩은:
    상기 신호 패드와 전기적으로 연결되는 전극; 및
    상기 전극에 인접하는 반사기를 더 포함하는 온도 측정 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 신호 패드 및 상기 제1 칩 고정 패드는 서로 동일한 레벨에 위치하는 온도 측정 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 안테나 부 및 상기 제2 칩 고정 패드는 서로 동일한 레벨에 위치하는 온도 측정 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    평면적 관점에서, 상기 제1 칩 고정 패드와 상기 제2 칩 고정 패드는 일 방향으로 배열되고,
    상기 복수개의 칩 고정 와이어들은 상기 일 방향으로 연장되면서 상기 제1 칩 고정 패드와 상기 제2 칩 고정 패드를 서로 연결하는 온도 측정 장치.
  10. 제1항의 온도 측정 장치; 및
    상기 온도 측정 장치와 무선으로 신호를 교환하는 측정부를 포함하는 온도 측정 시스템.
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JP2005057447A (ja) * 2003-08-01 2005-03-03 Fujitsu Media Device Kk 弾性表面波デバイス
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