KR20000022326A - 프린트 회로 기판의 장착 표면에 장착된 압력 센서 소자 - Google Patents

프린트 회로 기판의 장착 표면에 장착된 압력 센서 소자 Download PDF

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위르겐 빈테러
알베르트 아우부르거
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칼 하인쯔 호르닝어
지멘스 악티엔게젤샤프트
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Abstract

본 발명은 대략 평평한 칩 표면(4)을 가지며 전기 절연 재료로 이루어진 칩 캐리어(5), 및 상기 칩 캐리어(5)를 가로 지르며 반도체 칩(6)에 전기 접속되고 표면 장착 가능한 장치를 가진 전극 단자(7)를 포함하고, 상기 칩 캐리어 표면(4)상에 압력 센서를 가진 반도체 칩(6)이 고정된, 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)에 장착된 압력 센서 소자(1)에 관한 것이다. 칩 캐리어(5)는 반도체 칩(6)을 완전히 커버하는 유동성 충전제(32)로 채워진다.

Description

프린트 회로 기판의 장착 표면에 장착된 압력 센서 소자
SMD-장치(SMD = surface mounted design)에 표면 장착 가능한 반도체 소자 하우징의 사용은 사용자 기판상에서 저렴하고 적은 장소를 필요로 하는 접촉을 가능하게 한다. 이것은 압력 측정에 사용되는 센서 소자에도 적용된다. 이러한 조립 형태에서 소자 단자는 삽입 조립에서와 같이 프린트 회로 기판의 홀내에 삽입되지 않고, 프린트 회로 기판상의 단자점에 놓여 거기서 납땜된다. 표면 조립을 위한 소자는 삽입 조립을 위한 것 보다 작은데, 그 이유는 프린트 회로 기판의 홀직경 및 납땜 랜드 직경이 단자의 크기를 결정하지 않기 때문이다. 또한, 프린트 회로 기판에서 장착을 위해서만 필요한 홀이 생략된다. 접촉을 위해서만 필요한 홀은 기술적으로 가급적 작게 구현될 수 있다. 이것을 위해 프린트 회로 기판의 양면 장착이 가능하기 때문에, 표면 조립에 의해 현저한 장소 절약 및 현저한 비용 절감이 이루어질 수 있다. 칩 캐리어를 가로 지르며 반도체 칩에 전기 접속된 전극 단자가 칩 캐리어의 적어도 2 측면으로부터 나온 단자 레그의 형태로 형성되면, 전자 소자의 높이가 매우 낮아진다. 상기 단자 레그는 짧은 단자 스터브(stub)로 휘어지고 절단된다.
압력의 측정을 위해, 측정될 매체가 센서에 제공되거나 또는 매체내의 압력이 센서로 전달되어야 한다. 이러한 목적을 위해, 압력 센서는 한 측면이 개방된 소자 하우징내에 배치됨으로써, 압력 센서의 감응 칩표면이 측정될 매체와 직접 접촉될 수 있다. 이러한 장치에서는 민감한 칩 센서 및 한 측면이 개방된 압력 센서소자의 다른 부품들이 해로운 주변 영향에 노출됨으로써, 소자 부품의 부식 위험이 있고, 상기 부식은 소자를 파괴시킬 수도 있다는 단점이 있다.
본 발명은 대략 평평한 칩 표면을 가지며 특히, 전기 절연 재료로 이루어진 칩 캐리어, 및 상기 칩 캐리어를 가로 지르며 반도체 칩에 전기 접속되고 표면 장착 가능한 장치를 가진 전극 단자를 포함하고, 상기 칩 캐리어 표면상에 압력 센서를 가진 반도체 칩이 고정된, 프린트 회로 기판의 장착 표면에 장착된 압력 센서 소자에 관한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 소자의 개략적인 측면도이고,
도 2는 상기 실시예에 따른 압력 센서 소자의 칩 캐리어의 사시도이다.
본 발명의 목적은 칩 캐리어를 가진 한 측면으로 개방된 하우징을 포함하며, 주변 영향에 노출된 부품의 부식 및 소자의 파괴 위험이 확실하게 피해질 수 있도록 형성된, 프린트 회로 기판의 장착 표면상에 장착하기 위한 압력 센서 소자를 제공하는 것이다.
상기 목적은 청구범위 제 1항에 따른 압력 센서 소자에 의해 달성된다.
본 발명에 따라 칩 캐리어가 반도체 칩을 완전히 커버하는 유동성 충전제로 채워진다.
본 발명에서는 주변 영향으로부터 보호하기 위해 감응 반도체 칩을 완전히 커버하는 유동성 충전제가 사용된다. 충전제가 유동성이므로 충분한 탄성 및 유연성을 가지므로, 측정 결과에 에러를 야기시키지 않으면서 압력을 압력 센서로 전달한다. 따라서, 최상의 압력 결합 및 측정될 매체의 분리에 대한 2가지 요구가 충족된다.
주변 영향에 대한 보호제로서 유동성 충전제의 사용은 많은 수의 부품으로 제조된 압력 센서의 저렴한 그리고 인-라인(in-line)의 케이싱 가능성을 제공한다. 유동성 충전제를 일정량으로 공급하여 제어된 충전 특성을 얻는 것이 바람직하다. 이러한 목적을 위해, 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서는 프린트 회로 기판의 장착 표면과 반대편에 놓인 칩 캐리어의 측면이 한 측면으로 개방되도록 형성되고, 칩 캐리어의 측벽이 내부면에 배치된 유동 방지 에지를 갖는다. 상기 유동 방지 에지는 접착성 충전제의 모세관 힘을 정지시킴으로써, 하우징의 가장자리 위로 충전제가 상승하는 것을 방지한다. 따라서, 압력 센서 소자의 제조시 다음 단계에서 충전제에 의한 방해 및 제조 공구의 오염 또는 손상이 방지될 수 있다. 본 발명에 따라 유동성 충전제가 정확히 규정된 방식으로 소자의 내부에 위치하며, 한 측면으로 개방된 칩 캐리어를 거꾸로 조립할 때도 충전제의 배출이 확실히 피해질 수 있다. 바람직하게는 상응하게 형성된 장치에서 유동 정지 에지가 유동성 충전제의 유효 두께가 가급적 적게 유지되게 함으로써, 공지된 바와 같이 겔의 두께 증가에 따라 저하되는, 측정될 가속 또는 압력에 대한 압력 센서의 측정 감도가 바람직하지 않은 영향을 받지 않을 수 있다.
본 발명에 따라 유동성 충전제는 압력 센서 소자의 특히 부식되기 쉬운 금속 부품, 특히 접속 와이어, 반도체 칩용 지지 캐리어 등을 둘러싼다. 본 발명의 특히 바람직한 실시예에서, 유동성 충전제는 겔이다.
특히 바람직하게는 본 발명은 프린트 회로 기판의 장착 표면상에 장착하기 위한 압력 센서 소자에 관한 것이다. 따라서, 이러한 의미에서 칩 캐리어를 가로 지르며 반도체 칩에 접속된 전극 단자가 칩 캐리어의 적어도 한 측면으로 나온 단자 레그의 형태로 형성되고, 상기 단자 레그는 짧은 단자 스터브로 휘어지며 절단되는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 실시예는 청구범위 종속항에 제시된다.
특히 바람직하게는 칩 캐리어가 열가소성 플라스틱 재료로 일체로 제조된다.
본 발명의 또다른 특징, 장점 및 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참고로 한 하기 실시예 설명에 나타난다.
도면은 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)상에 장착하기 위한 본 발명에 따른 압력 센서 소자(1)의 실시예를 나타낸다. 압력 센서 소자(1)는 대략 평평한 칩 캐리어 표면(4)을 가진, 전기 절연 플라스틱 재료로 이루어진 칩 캐리어(5)를 포함한다. 칩 캐리어 표면(4)상에는 집적된 압력 센서(도시되지 않음) 및 전자 회로(도시되지 않음)를 가진 반도체 칩(6), 및 칩 캐리어(5)를 가로지르며 반도체 칩(6)에 전기 접속된 전극 단자(7)가 고정된다. 상기 전극 단자(7)의 단부(8)는 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)상의 (도시되지 않은) 단자점에 놓여 거기서 납땜된다. 공지된 플라스틱 주조 방법에 의해 제조된 특히 일체형의 칩 캐리어(5)는 장착 표면(2)에 비해 돌출한 하부(9) 및 상기 하부(9)의 측면에 배치된 측면 부품(10), (10a) 및 (11), (11a)를 포함한다. 상기 하부(9) 상에는 반도체 칩(6)이 지지된다. 상기 측면 부품(10), (10a) 및 (11), (11a)은 압력 센서 하우징의 측벽을 형성한다. 칩 캐리어(5)는 도 1에 척도에 맞게 도시된 방식에 따라 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)을 향한 칩 캐리어(5)의 외측 경계면(12), (13)이 칩 캐리어(5)의 하부 가장자리 영역(14), (15)으로부터 중심 영역으로 점점 커지는 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)에 대한 간격을 갖도록 형성된다. 특히, 칩 캐리어(5)의 외측 경계면(12), (13)은 횡단면으로 볼 때 역 V-형 또는 지붕형 형상을 가지며, 역 V의 꼭지점이 중심에 배치된다. 여기서 프린트 회로 기판에 대한 최대 간격은 약 0.1mm 내지 약 0.5mm이다. 또한, 칩 캐리어(5)를 가로지르며 반도체 칩(6)에 접속된 전극 단자(7)는 칩 캐리어(5)의 적어도 2 측면으로 나온 단자 레그의 형상으로 형성된다. 상기 단자 레그는 짧은 단자 스터브(17)로 휘어지고 절단된다. 이러한 장치는 센서 소자의 가장 낮은 높이를 보장한다. 또한, 단자 레그의 휨부(18)는 칩 캐리어(5)의 측면 부품(10), (11)의 내부에 완전히 수용된다. 이것은 하우징의 용적이 감소되고, 리드 프레임의 크기가 감소되며, 게다가 부식성 매체의 누설 경로가 현저히 연장됨으로써, 화학 약품과의 혼합이 감소된다. 또한, 상기 장치는 부품의 하우징 내부에서 리드 프레임 또는 전극 단자(7)의 기계적 고정을 가능하게 함으로써, 전체적으로 기계적 안정성을 부가로 증가시킨다. 또한, 칩 캐리어(5)의 측면 부품(10), (11)으로부터 돌출한 단자 레그의 단부(8)는 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)에 대해 매우 작은 기울기를 가지므로, 장착 표면(2)을 향한 단자 레그의 단부(8)의 가장 외측 에지(19)가 파선으로 도시된 보조 평면(20)에 대해 약 0.1mm의 간격을 갖는다. 상기 장치에 의해 소자와 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)의 접촉이 단자 레그의 가장 외측 단부(8)에 의해서만 주어지는 것이 보장되고, 이것은 하부가 프린트 회로 기판으로부터 돌출하도록 형성되고 하우징이 도시된 바와 같이 지붕형으로 형성된 도시된 바람직한 하우징 장치와 함께 프린트 회로 기판(3)의 휨을 고려한다. 또한, 프린트 회로 기판(3)상에 소자를 장착할 때 및 프린트 회로 기판(3)을 나중에 삽입할 때의 문제점이 피해진다. 바람직하게는 장착시 지금까지 필요했던, 소위 트리밍 공구에 의한 조정이 생략된다. 동시에, 미리 주어진 지면에 대한 간격의 요구가 고려된다. 장착이 보다 바람직하게 수행되는데, 그 이유는 장착 접착제의 양호한 접착이 보장되고, 휨에 대한 프린트 회로 기판(3)의 허용 오차가 보상되기 때문이며, 또한 열적 및/또는 기계적 변형이 저지되는데, 그 이유는 프린트 회로 기판(3)과의 접촉이 단자 레그에 의해서만 주어지기 때문이다.
반도체 칩(6)상에 집적되어 형성된 압력 센서 또는 이것에 할당된 전자 회로와 전극 단자(7)의 전기 접속을 위해, 도시된 바와 같이 본딩 와이어(21)가 칩상의 금속 칩 단자점(21a)에 고정되고 접속될 전극 레그로 인출되는 와이어 접촉 방법이 사용될 수 있다. 또한, 이러한 전기 접속을 위해, 본딩 와이어 대신에 도전 시스템 캐리어 플레이트 또는 소위 리드 프레임이 사용되는 소위 스파이더-접촉 방법이 사용될 수도 있다.
실리콘 반도체 칩(6)상에 집적된 압력 센서는 소위 피에조 저항 센서이다. 상기 피에조 저항 센서에서는 마이크로매커닉의 방법에 따라 칩의 표면에 제조된 얇은 실리콘 막이 제공된다. 상기 실리콘 막은 압력에 의존하는 저항과 전기적으로 결합된다. 상기 저항은 마찬가지로 실리콘 기판내에 형성되고 공지된 방식으로 브리지 회로로 접속된다. 마찬가지로 반도체 칩(6)내에는 센서에 할당된 회로가 집적된다. 상기 회로는 신호 처리(증폭 및 보정) 및 센서의 보상을 위해 사용된다. 다른 구조적 형상에 비해, 본 발명에 기초가 되는 반도체 압력 센서는 최저 높이를 가져야 하는 용도, 예컨대 자동차 분야에서 압력 측정, 예컨대 브레이크 압력, 타이어 압력, 연소실 압력 등의 측정에 적합하다. 피에조 저항 압력 측정의 원리에 따라 동작하는 반도체 압력 센서와 더불어, 용량성 측정 원리에 따라 동작하는 압력 센서도 사용될 수 있다.
도 1에 도시된 실시예에서, 칩 캐리어(5)는 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)과 반대편에 놓인 그 측면(22)이 한 측면으로 개방되도록 형성되고, 개구(23)을 제한하는 상부 가장자리 영역(24), (25)에 칩 캐리어(5)상에 놓일 수 있는 (도시되지 않은) 단자 부품의 고정 수단과의 유격없는 기계적 포지티브 결합을 위한 지지 수단(26)을 가짐으로써, 칩 캐리어(5)상에 단자 부품을 장착할 때 고정 수단 및 지지 수단(26)이 교대도 결합된다. 이러한 목적을 위해, 칩 캐리어(5)의 지지 수단(26)이 그것의 외주에 단자 부품의 고정 수단을 지지하는 표면(29)을 갖는다. 이것은 도시된 바와 같이, 칩 캐리어(5)의 가장자리 영역에 형성된 홈(30)의 형태로 형성될 수 있다. 단자 부품의 외주에 형성된 스프링이 적어도 부분적으로 상기 홈(30)내로 삽입된다.
칩 캐리어(5)는 반도체 칩(6)을 완전히 커버하는, 유동성 충전제(32)로 채워진다. 상기 충전제는 특히 압력을 거의 지연 없이 그리고 에러 없이 반도체 압력 센서로 전달하는 겔이다. 겔은 한편으로는 민감한 압력 센서 칩(6) 및 전자 소자의 다른, 특히 금속 부품, 특히 본딩 와이어(21), 단자 레그(7) 또는 리드 프레임을 주변 영향 및 측정될 매체(33)와의 접촉으로부터 보호하기 위해 사용된다. 따라서, 매체(33)의 이온 또는 다른 해로운 성분에 의한 부품의 오염, 또는 주변 영향 또는 매체(33)로 인한 부식 위험이 방지된다. 또한, 겔(32)이 충전제로서 사용됨으로써, 센서 소자와 단자 부품 사이의 쓸모없는 공간이 가급적 작게 유지되고, 그 결과 압력의 측정시 에러 또는 시간적 지연이 피해진다. 측정될 매체를 반도체 칩(6) 또는 부식되기 쉬운 전자 소자 부품으로부터 측정될 매체를 더욱 분리하기 위해, 칩 캐리어(5)를 향한 단자 부품의 측면이 탄성 막에 의해 폐쇄된다. 상기 막은 센서로부터 나온 매체의 압력을 에러 또는 시간 지연 없이 전달할 수 있고, 매체의 이온 또는 다른 해로운 성분에 의한 부품의 오염 위험을 방지한다.
한 측면이 개방된 칩 캐리어(5)의 측벽(24), (25)에는 내부면에 배치된 유동 방지 에지(36)가 제공될 수 있다. 이 경우에는, 칩 캐리어(5)의 내부면이 유동 방지 에지(36) 까지만 겔(32)로 채워진다. 상기 유동 방지 에지(36)는 접착성 겔(32)의 모세관 힘을 정지시킬 수 있으므로, 모세관 힘에 의해 하우징 가장자리 위로 겔(32)이 상승하는 것이 방지된다.

Claims (12)

  1. 대략 평평한 칩 표면(4)을 가진 칩 캐리어(5), 및 상기 칩 캐리어(5)를 가로 지르며 반도체 칩(6)에 전기 접속되고 표면 장착 가능한 장치를 가진 전극 단자(7)를 포함하고, 상기 칩 캐리어 표면(4)상에 압력 센서를 가진 반도체 칩(6)이 고정된, 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)에 장착된 압력 센서 소자(1)에 있어서, 칩 캐리어(5)가 반도체 칩(6)을 완전히 커버하는 유동성 충전제(32)로 채워지는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  2. 제 1항에 있어서, 칩 캐리어(5)는 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)과 반대편에 놓인 그 측면(22)이 한 측면으로 개방되도록 형성되고 칩 캐리어(5)의 측벽은 내부면에 배치된 유동 정지 에지(36)를 갖는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  3. 제 1항 또는 2항에 있어서, 유동성 충전제(32)가 압력 센서 소자(1)의 특히 부식되기 쉬운 금속 부품, 특히 접속 와이어, 반도체 칩(6)용 지지 캐리어 등을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  4. 제 1항 내지 3항 중 어느 한 항에 있어서, 유동성 충전제(32)가 겔인 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  5. 제 1항 내지 4항 중 어느 한 항에 있어서, 칩 캐리어(5)를 가로지르며 반도체 칩(6)에 전기 접속된 전극 단자(7)가 칩 캐리어(5)의 적어도 한 측면으로 나온 단자 레그의 형태로 형성되고, 상기 단자 레그는 짧은 단자 스터브(17)로 휘어지고 절단되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  6. 제 1항 내지 5항 중 어느 한 항에 있어서, 도전 물질로 그리고 특히 일체로 제조된 칩 캐리어(5)가 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2) 보다 돌출한 하부(9) 및 상기 하부(9)의 양 측면에 배치된 측면 부품(10, 10a, 11, 11a)을 포함하는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  7. 제 1항 내지 6항 중 어느 한 항에 있어서, 단자 레그의 휨부가 칩 캐리어(5)의 측면 부품(10, 10a, 11, 11a)의 내부에 수용되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  8. 제 6항 또는 7항에 있어서, 칩 캐리어(5)의 측면 부품(10, 10a, 11, 11a)으로부터 돌출한 단자 레그의 단부가 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)에 대해 매우 작은 기울기를 갖는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  9. 제 1항 내지 8항 중 어느 한 항에 있어서, 프린트 회로 기판(3)의 장착 표면(2)을 향한 칩 캐리어(5)의 외측 경계면(12, 13)이 칩 캐리어(5)의 횡단면으로 볼 때 역 V형 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  10. 제 1항 내지 9항 중 어느 한 항에 있어서, 장착 표면(2)을 향한 칩 캐리어(5)의 외측 경계면(12, 13)과 프린트 회로 기판(3)의 최대 간격이 약 0.1 내지 약 0.5mm인 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  11. 제 1항 내지 10항 중 어느 한 항에 있어서, 칩 캐리어(5)가 열가소성 플라스틱 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
  12. 제 1항 내지 11항 중 어느 한 항에 있어서, 압력 센서가 피에조 저항 압력 센서 또는 용량성 압력 센서인 것을 특징으로 하는 압력 센서 소자.
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