KR20080014823A - 디바이스 및 그 제조 방법과, 센서 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
패키지(3)를 구비한 센서 모듈(2)을 포함하는 디바이스(1)는 기능 층(14, 15)을 각각 갖는 2개 이상의 기판(4, 5)과, 적어도 하나의 기능 층(14, 15)에 위치하는 자기계 및/또는 가속도계와 같은 적어도 하나의 센서(24, 25)를 구비한 패키지(3)를 제공함으로써, 또한 기능 층(14, 15)을 정렬시키는 솔더 범프(7-12)를 포함하는 시스템에 패키지(3)를 제공함으로써, 저감된 비용으로 제조된다. 시스템은 제 1 본딩 소자(31)를 통해 기능 층(14, 15)을 전기적 및 기계적으로 서로 연결하는 제 1 다수의 솔더 범프(7, 8)를 포함하거나, 혹은 제 3 기능 층(16)을 구비한 제 3 기판(6)과, 제 2 본딩 소자(32)를 통해 제 1 및 제 3 기능 층(14, 16)을 전기적 및 기계적으로 서로 연결하는 제 2 다수의 솔더 범프(9, 10)와, 제 3 본딩 소자(33)를 통해 제 2 및 제 3 기능 층(15, 16)을 전기적 및 기계적으로 서로 연결하는 제 3 다수의 솔더 범프(11, 12)를 포함한다.
Description
본 발명은 센서 모듈을 포함하는 디바이스에 관한 것이고, 또한 센서 모듈에 관한 것이며, 센서 모듈 및 디바이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
그러한 디바이스의 예로는 휴대형 PC와, 이동 전화기, 개인 휴대 정보 단말, 디지털 카메라 및 위성위치정보시스템과 같은 소형 휴대형 전자 디바이스와, 항공기, 자동차, 보트 모토바이크, 스쿠터, 발동기 및 자전거와 같은 대형 이동 디바이스가 있다. 그러한 센서 모듈의 예로는 자기장, 전기장 및 중력장을 측정하는 센서 모듈이 있다.
종래 기술의 디바이스는 미국 특허 제6,836,971B1호로부터 알려져 있으며, 상기 문헌에는 제 1 센서(기울기 센서) 및 제 2 센서(자화 센서)를 포함하는 센서를 구비한 시스템이 기술되어 있다.
제 1 옵션에 따르면, 제 1 및 제 2 센서는 서로 개별적으로 제조된다. 또한, 제 1 센서를 포함하는 제 1 기능 층을 구비한 제 1 기판은 제 1 패키지에 위치 하고, 제 2 센서를 포함하는 제 2 기능 층을 구비한 제 2 기판은 제 2 패키지에 위치한다. 이후, 양 패키지는, 예를 들어 동일한 인쇄 회로 기판 상에 탑재됨으로써, 서로 연결된다. 이 공정 단계는 양 패키지의 위치지정 및 배향에 소정 공차를 가져온다. 따라서 이 제 1 옵션은 2개의 별도의 센서가 두 가지 기능적으로 상이한 교정(calibrations)을 필요로 할 수도 있다는 사실로 인해 고가의 옵션일 수 있다. 디바이스 비용은 제조비용, 패키징 비용, 테스트 및 교정 비용을 포함한다는 점에 유의해야 한다. 두 가지 별도의 교정에 드는 총 비용은 종래 기술의 디바이스를 비교적 고가가 되게 한다.
제 2 옵션에 따르면, 제 1 및 제 2 센서가 함께 제조된다. 또한, 여러 가지 가능성이 존재한다. 2개의 별도의 센서를 포함하는 2개의 별도의 다이는 공통 리드 프레임 상에서 조합될 수 있는데, 이는 양 다이의 위치지정 및 배향에 공차를 유발한다. 대안으로, CMOS 백엔드 집적 또는 후처리 공정이 사용되어 센서 기능을 조합할 수 있다. CMOS 백엔드 집적은 자기 저항 센서와 같은 소정 유형의 센서의 경우, 예를 들어 재료 또는 공정의 비호환성으로 인해 쉽지 않다. 따라서 이 옵션은 보다 고가의 옵션이다. 후처리( 및 CMOS 백엔드 집적)를 이용한 대안은 일반적으로 보다 더 많이 필요한 기능 면적으로 인해 보다 넓은 초기 기판 면적이 요구된다는 사실로 인해 보다 고가의 옵션이다. 어렵고 복잡한 공정 및 보다 넓은 기능 면적을 구비한 보다 큰 초기 기판 면적으로 인해 종래 기술의 디바이스는 제조하는 동안에 비교적 많은 비용이 들게 된다.
공지된 디바이스는, 그 중에서도 특히 그것이 비교적 고가라는 사실 때문에 불리하다.
본 발명의 목적은 특히 비교적 저가의 센서 모듈을 포함하는 비교적 저 비용의 디바이스를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 특히 비교적 저가의 센서 모듈을 제공하고, 비교적 저가의 센서 모듈 및 비교적 저가의 디바이스를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 디바이스는 센서 모듈을 포함하는 디바이스로서, 상기 센서 모듈은 패키지를 포함하고, 상기 패키지는 제 1 기능 층을 구비한 제 1 기판과, 제 2 기능 층을 구비한 제 2 기판과, 상기 기능 층 중 적어도 하나에 위치하는 적어도 하나의 센서와, 상기 제 1 및 제 2 기능 층을 정렬시키는 솔더 범프를 포함하는 시스템을 포함한다.
본 발명에 따른 디바이스에 자기 자신의 기능 층을 각각 포함하는 2개의 별도의 기판을 포함하는 센서 모듈과 적어도 하나의 기능 층에 위치하는 적어도 하나의 센서를 제공함으로써, 또한 기능 층을 정렬시키는 솔더 범프 시스템을 도입함으로써, 2개의 기판의 조합은 하나의 패키지에 위치하고, 비교적 저가의 센서 모듈을 포함하는 비교적 저가의 디바이스가 생성되었다.
솔더 범프를 제공함으로써, 예를 들어, 그들의 전기적 연결 기능 및/또는 그들의 기계적 연결 기능, 정렬 기능 이외에도, 교정 절차는 디바이스의 교정 절차 중에 단일의 공통 좌표 프레임이 센서 모듈 내의 하나 이상의 센서에 대해 취해질 수 있다는 관점에서 단순화될 수 있다. 정렬 기능은 요즘의 솔더 범프가 작은 공차를 갖도록 제조될 수 있다는 사실에 기초한다.
본 발명에 따른 디바이스는 또한 특히 2개의 별도의 패키지를 사용할 때에 비해 하나의 패키지가 절약되고, 공통 리드 프레임 구조 및 후처리 구조에 비해 비용 효율적인 방안이 획득된다는 점에서 유리하다.
기능 층 중 적어도 하나에 위치하는 적어도 하나의 센서는 제 1 기능 층 내에 전적으로 위치하는 하나의 센서, 제 2 기능 층 내에 전적으로 위치하는 하나의 센서, 제 1 기능 층 내에 부분적으로 위치하고 제 2 기능 층 내에 부분적으로 위치하는 하나의 센서, 기능 층 중 하나 내에 함께 위치하는 2개의 센서, 상이한 기능 층 내에 개별적으로 위치하는 2개의 센서에 대한 옵션을 포함하되, 다른 옵션을 배제하지는 않는다.
본 발명의 범주로부터 벗어나지 않고서, 센서 모듈은 하나 이상의 패키지를 포함할 수도 있고, 패키지는 하나 이상의 다른 기판을 포함할 수도 있으며, 제 1 및 제 2 기판은 각각 다른 기능 층을 포함할 수도 있고, 제 1 및 제 2 기능 층은 각각 다른 센서를 포함할 수도 있으며, 솔더 범프는 제 1 및 제 2 기능 층을 정렬시키는 것 이외의 다른 기능을 가질 수도 있다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 제 1 본딩 소자를 통해 기능 층을 전기적 및 기계적으로 서로 연결하는 제 1 다수의 솔더 범프를 포함하는 시스템에 의해 정의된다. 이 경우, 예를 들어, 제 1 기능 층은 제 1 기판 아래에 배치되고, 제 2 박막은 제 2 기판 상에 배치되며, 솔더 범프 당 한 쌍의 제 1 본딩 소자가 제 1 기능 층 아래 및 제 2 기능 층 상에 배치되며, 솔더 범프는 이 제 1 본딩 소자 쌍에 연결된다.
본 발명에 따른 실시예는 제 1 또는 제 2 기판의 다수의 코너보다 많은 제 1 다수의 솔더 범프에 의해 정의된다. 통상, 제 1 및 제 2 기판은 4개의 코너를 갖는 정사각형 또는 직사각형 기판이다. 따라서 기계적 안정성을 구현하기 위해서는, 제 1 박막과 제 2 박막 사이에 4개의 솔더 범프가 사용될 필요가 있을 것이다. 5개 이상의 제 1 다수의 솔더 범프를 사용함으로써, 다시 말해, 기계적 더미 솔더 범프를 도입함으로써, 기능 층의 보다 양호한 정렬이 달성될 것이다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 제 1 기능 층과 제 2 기능 층 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 1 전기 신호보다 많은 제 1 다수의 솔더 범프에 의해 정의된다. 통상, 제 1 기능 층과 제 2 기능 층 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 1 전기 신호는, 접지 신호, 공급 신호 및 하나 이상의 전기 센서 신호를 포함한다. 따라서 전기적 통신을 구현하기 위해서, 이 다수의 솔더 범프가 제 1 기능 층과 제 2 기능 층 사이에 사용될 필요가 있을 것이다. 그 다수보다 더 많은 제 1 다수의 솔더 범프를 사용함으로써, 다시 말해, 전기적 더미 솔더 범프를 도입함으로써, 기능 층의 보다 양호한 정렬이 달성될 것이다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 제 3 기능 층을 구비한 제 3 기판을 포함하고, 제 2 본딩 소자를 통해 제 1 및 제 3 기능 층을 전기적 및 기계적으로 서로 연결하는 제 2 다수의 솔더 범프와, 제 3 본딩 소자를 통해 제 2 및 제 3 기능 층을 전기적 및 기계적으로 서로 연결하는 제 3 다수의 솔더 범프를 포함하는 시스템에 의해 정의된다. 이 경우, 예를 들어, 제 1 기능 층은 제 2 기능 층 아래에 배치되고, 제 2 기능 층은 제 2 기판 아래에 배치되며, 제 3 기능 층은 제 3 기판 상에 배치되고, 한 쌍의 제 2 본딩 소자는 제 1 기능 층 아래 및 제 3 기능 층 상에 배치되며, 솔더 범프는 그 제 2 본딩 소자 쌍에 연결되고, 한 쌍의 제 3 본딩 소자는 제 2 기능 층 아래 및 제 3 기능 층 상에 배치되며, 솔더 범프는 그 제 3 본딩 소자 쌍에 연결된다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 제 1 기판의 다수의 코너보다 많은 제 2 다수의 솔더 범프 및 제 2 기판의 다수의 코너보다 많은 제 3 다수의 솔더 범프에 의해 정의된다. 더미 솔더 범프를 기계적으로 도입함으로써, 기능 층의 보다 양호한 정렬이 달성될 것이다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 제 1 기능 층과 제 3 기능 층 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 2 전기 신호보다 더 많은 제 2 다수의 솔더 범프 및 제 2 기능 층과 제 3 기능 층 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 3 전기 신호보다 많은 제 3 다수의 솔더 범프에 의해 정의된다. 더미 솔더 범프를 전기적으로 도입함으로써, 기능 층의 보다 양호한 정렬이 달성될 것이다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 자기계를 포함하는 적어도 하나의 센서에 의해 정의된다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 적어도 한 방향에서 필드를 감지하는 최소 1차원인 센서를 포함하는 적어도 하나의 센서에 의해 정의된다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 자기계를 포함하는 제 1 센서와 다른 자기계를 포함하는 제 2 센서를 포함하는 적어도 하나의 센서에 의해 정의된다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 적어도 한 방향에서 필드를 감지하는 최소 1차원인 센서를 포함하는 제 1 센서와 적어도 한 방향에서 필드를 감지하는 최소 1차원 센서를 포함하는 제 2 센서를 포함하는 적어도 하나의 센서에 의해 정의된다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 자기계를 포함하는 제 1 센서와 가속도계를 포함하는 제 2 센서에 의해 정의된다. 센서의 이러한 조합의 경우, 본 발명은 매우 유리하며, 다른 조합을 배제하지는 않는다.
본 발명에 따른 디바이스의 실시예는 적어도 두 방향에서 필드를 감지하는 적어도 2차원인 센서를 포함하는 제 1 센서와 적어도 두 방향에서 필드를 감지하는 최소 2차원인 센서를 포함하는 제 2 센서를 포함하는 적어도 하나의 센서에 의해 정의된다. 센서의 이러한 조합의 경우, 본 발명은 매우 유리하며, 다른 조합을 배제하지는 않는다.
본 발명에 따른 디바이스의 예는 적어도 하나의 센서로부터 발생한 전기 센서 신호를 처리하는 회로기기를 포함하는 적어도 하나의 기능 층에 의해 정의된다. 제 1 기능 층 및/또는 제 2 기능 층 및/또는 제 3 기능 층은 그러한 회로기기를 포함하여 기능 층의 면적 효율성을 증착시킬 수도 있다. 전기 센서 신호의 처리는 아날로그-디지털 변환 및/또는 온도 보상 및/또는 증폭 및/또는 게산을 포함할 수도 있으며, 다른 처리를 배제하지는 않는다.
본 발명에 따른 센서 모듈 및 본 발명에 따른 방법의 실시예는 본 발명에 따른 디바이스의 실시예와 대응한다.
본 발명은 특히 개별적인 교정 및/또는 어렵고 복잡한 공정이 종래 기술의 디바이스를 비교적 고가로 만든다는 관점에 기초하고 있으며, 특히 센서 모듈이 2개 이상의 기판 - 각각의 기판은 기능 층을 구비하고, 적어도 하나의 기능 층은 적어도 하나의 tsp서를 포함함 - 을 구비한 패키지를 포함해야 한다는 기본적인 사상에 기초하여, 솔더 범프가 기능 층을 정렬시키는 데 사용될 수 있다.
본 발명은 특히 비용 효율적이고 콤팩트한 센서 모듈을 포함하는 비용 효율적이고 콤팩트한 디바이스를 제공하여 문제점을 해결하고, 특히 2개의 개별적인 패키지를 사용할 때에 비해 하나의 패키지가 절약되고 공통 리드 프레임 구조 및 후처리 구조에 비해 비용 효율적인 방안이 획득된다는 점에서 더욱 유리하다.
본 발명의 이들 양상 및 그 밖의 양상은 이후에 설명되는 실시예(들)로부터 명백해질 것이고 그러한 실시예를 참조하여 명확히 설명될 것이다.
도 1은 종래 기술에 따른 센서 모듈의 제 1 실시예의 단면도,
도 2는 종래 기술에 따른 센서 모듈의 제 2 실시예의 단면도,
도 3은 본 발명에 따른 센서 모듈의 제 1 실시예의 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 센서 모듈의 제 2 실시예의 단면도,
도 5는 본 발명에 따른 디바이스의 제 1 실시예의 개략도,
도 6은 본 발명에 따른 디바이스의 제 2 실시예의 개략도.
도 1에 단면도를 도시한 종래 기술에 따른 센서 모듈의 제 1 실시예는 제 1 기능 층(60)을 구비한 제 1 기판(50)과 제 2 기능 층(61)을 구비한 제 2 기판(51)을 포함한다. 기능 층(60, 61) 중 적어도 하나는 도시하지 않은 센서를 포함하고 있다. 양 기판은 공통 리드 프레임(52) 상에 배치된다. 기능 층(60, 61) 상의 본딩 소자(62)는 도시하지 않은 다른 회로기기와 통신할 수 있게 하는 와이어(63) 및 기능 층(60, 61) 사이에서 통신할 수 있게 하는 와이어(64)에 연결된다.
도 2에 단면도를 도시한 종래 기술에 따른 센서 모듈의 제 2 실시예는 기능 층(71)을 구비한 기판(70)을 포함한다. 후처리 공정을 통해, 추가 층(72)이 기능 층(71) 상에 배치된다. 도 2에는 추가 층(72) 상에 배치된 센서(73)의 일례가 제공된다. 기능 층(71) 상에서 추가 층(72)을 통과하는 본딩 소자(74)는 제 1 기능 층(71)과 센서(73) 사이에서 통신할 수 있게 하는 센서(73) 및 도시하지 않은 회로기기와 통신할 수 있게 하는 와이어(75)에 연결된다.
도 1 및 도 2에 따라 적어도 하나의 센서를 일렬로 포함하는 센서 모듈을 제조하기 위해서는, 비교적 큰 모듈 중 어느 하나가 획득되거나, 어렵고 복잡한 공정이 사용될 것이다. 후자의 공정은 비교적 고가이며, 그 결과, 종래 기술의 센서 모듈은 비교적 고가의 모듈이 된다.
본 발명에 따르면, 비용 효율적이고 콤팩트한 센서 모듈을 포함하는 비용 효율적이고 콤팩트한 디바이스가 제공된다. 그러한 비용 효율적 센서 모듈의 두 가지 실시예가 도 3 및 도 4에 도시된다.
도 3에 단면도를 도시한 본 발명에 따른 센서 모듈의 제 1 실시예(제 1 옵션)는 패키지(3)를 포함하는 센서 모듈(2)에 대해 기재하고 있다. 패키지(3)는 제 1 기능 층(14)을 구비한 제 1 기판(4)을 포함한다. 패키지(3)는 제 2 기능 층(15)을 구비한 제 2 기판(5)을 포함한다. 기능 층(14, 15) 중 하나는 도시하지 않은 센서를 포함하고, 나머지 하나는 주문형 집적회로(application specific integrated circuit: ASIC) 기능을 제공한다는 관점에서 액티브 실리콘을 포함한다. 제 1 다수의 솔더 범프(7, 8)가 제 1 본딩 소자(31)를 통해 양쪽의 기능 층(14, 15)에 연결된다. 다른 본딩 소자는 도면에 도시하지 않은 회로기기와 통신할 수 있게 하는 와이어(41)에 연결된다.
센서용 신호 조절 및 처리 유닛으로서 기능하는 ASIC을 이용하여 적어도 한 방향에서 필드를 감지하는 최소 1차원인 센서를 포함하는 기능 층의 모놀리식 집적 방법이 개시된다. 센서 기판은 센서 모듈에 대해 비교적 저가의 지지 기판으로서 기능할 수 있다. 저항, 커패시터 또는 인덕터와 같은 간단한 개별 디바이스가 지지 기판 내에 집적될 수 있다. 접근방안은 이상적으로는 자기 저항 효과에 기초하여 집적된 자기 센서, 즉 이방성 자기 저항(anisotropic magneto resistive: AMR) 및 거대 자기 저항(giant magneto resistive: GMR) 센서에 적합하다. 제조 중에는 센서에 대한 여분의 테스트 패드가 테스트 및 자성 초기화(magnetic initialization)를 위해 제공될 수도 있다. ASIC의 기능은 아날로그-디지털 변환을 포함하는 신호 조절(예를 들어, 증폭, 온도 및 필드 보상, 오프셋 상쇄) 및 처리를 포함한다. 필드 보상 및 세트/리세트 조작(set/reset flipping) 기술은 흔히 자기 센서용으로 구현된다.
도 3에 단면도를 도시한 본 발명에 따른 센서 모듈의 제 1 실시예(제 2 옵션)는 패키지(3)를 포함하는 센서 모듈(2)에 대해 개시한다. 패키지(3)는 도 3에는 도시하지 않았지만 도 5 및 도 6에는 도시한 제 1 센서(24)를 포함하는 제 1 기능 층(14)을 구비한 제 1 기판(4)을 포함한다. 패키지(3)는 도 3에는 도시하지 않았지만 도 5 및 도 6에는 도시한 제 2 센서(25)를 포함하는 제 2 기능 층(15)을 구비한 제 2 기판(5)을 포함한다. 제 1 다수의 솔더 범프(7, 8)가 제 1 본딩 소자(31)를 통해 양쪽의 기능 층(14, 15)에 연결된다. 다른 본딩 소자는 도 3에는 도시하지 않았지만 도 5 및 도 6에는 도시한 회로기기와 통신할 수 있게 하는 와이어(41)에 연결된다.
도 4에 단면도를 도시한 본 발명에 따른 센서 모듈의 제 2 실시예는 패키지(3)를 포함하는 센서 모듈(2)에 대해 개시한다. 패키지(3)는 도 3에는 도시하지 않았지만 도 5 및 도 6에는 도시한 제 1 센서(25)를 포함하는 제 2 기능 층(15)을 구비한 제 2 기판(5)을 포함한다. 패키지(3)는 제 3 기능 층(16)을 구비한 제 3 기판(6)을 포함한다. 제 2 다수의 솔더 범프(9, 10)가 제 2 본딩 소자(32)를 통해 제 1 및 제 3 기능 층(14, 16)에 연결된다. 제 3 다수의 솔더 범프(11, 12)가 제 3 본딩 소자(33)를 통해 제 2 및 제 3 기능 층(15, 16)에 연결된다. 다른 본딩 소자는 도 4에는 도시하지 않았지만 도 5 및 도 6에는 도시한 회로기기와 통신할 수 있게 하는 와이어(42)에 연결된다.
솔더 범프(7-12)의 사용은 낮은 복잡도를 가지며 그에 따라 비용 효율적인 기술이다. 더욱이, 그것은 센서 모듈의 추가 소형화를 허용한다. 일반적으로, 솔더 범프(7-12)는 제 1 및 제 2 기능 층(14, 15)을 정렬시킨다. 보다 구체적으로, 솔더 범프(7 ,8)는 제 1 및 제 2 기능 층(14, 15)을 직접 정렬시키고, 솔더 범프(9-12)는 제 3 기능 층(16)을 통해 간접적으로 제 1 및 제 2 기능 층(14, 15)을 정렬시킨다. 이들 솔더 범프(7-12)를 제공함으로써, 예를 들어, 그들의 전기적 연결 기능 및/또는 그들의 기계적 연결 기능, 정렬 기능 이외에도, 2개의 센서를 교정하는 데에는 단 하나의 교정만이 수행될 필요가 있을 것이다. 그 결과, 본 발명에 따른 센서 모듈(2)은 비교적 저가이다. 정렬 기능은 요즘의 솔더 범프가 작은 공차를 갖도록 제조될 수 있다는 사실에 기초한다.
2개의 기판의 경우, 2개의 기능 층에는 대향하는 납땜형 상호접속 패드가 제공된다. 기판 중 하나에는 납땜형 범프가 제공되며, 이러한 범프는 바람직하게는 예를 들어 높은 Sn 함량을 함유하는 솔더와 같은 높은 표면 장력을 갖는 솔더로 이루어진다. 리플로우 공정에서, 초기에 불량하게 정렬되었을 수도 있는 2개의 기판 사이에 접속이 이루어진다. 리플로우 공정에서, 자유 에너지의 최소화로 인해, 범프의 자유 표면이 최소화되고, 적절한 공정 조건이 제공되어 정밀한 기판 정렬을 가져온다. 계산 예는 적절한 다수의 범프를 사용할 때 심지어 서브-미크론의 정밀도도 달성될 수 있다는 것을 보여준다. 정렬은 XY 평면 내의 변위뿐 아니라 XY 평면 내 회전과 평면 외 회전에 도달한다.
제 1 다수의 솔더 범프(7, 8)는 바람직하게는 제 1 또는 제 2 기판(4, 5)의 다수의 코너보다 더 많다. 통상, 제 1 및 제 2 기판(4, 5)은 4개의 코너를 갖는 정사각형 또는 직사각형 기판이다. 따라서 기계적 안정성을 구현하기 위해서는, 제 1 박막과 제 2 박막 사이에 4개의 솔더 범프가 사용될 필요가 있을 것이다. 5개 이상의 제 1 다수의 솔더 범프를 사용함으로써, 다시 말해, 기계적 더미 솔더 범프를 도입함으로써, 기능 층(14, 15)의 보다 양호한 정렬이 달성될 것이다. 솔더 범프의 '대칭' 패턴은 일반적으로 모든 '방향'에서 양호한 정렬을 제공한다. 유사하게, 제 2 다수의 솔더 범프(9, 10)는 바람직하게는 제 1 기판(4)의 다수의 코너보다 많으며, 제 3 다수의 솔더 범프(11, 12)는 바람직하게는 제 2 기판(5)의 다수의 코너보다 많다.
제 1 다수의 솔더 범프(7, 8)는 바람직하게는 제 1 기능 층과 제 2 기능 층(14, 15) 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 1 전기 신호보다 많다. 통상, 제 1 기능 층과 제 2 기능 층(14, 15) 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 1 전기 신호는, 접지 신호, 공급 신호 및 하나 이상의 전기 센서 신호를 포함한다. 따라서 전기적 통신을 구현하기 위해서, 이 다수의 솔더 범프가 제 1 기능 층과 제 2 기능 층(14, 15) 사이에 사용될 필요가 있을 것이다. 그 다수보다 더 많은 제 1 다수의 솔더 범프를 사용함으로써, 다시 말해, 전기적 더미 솔더 범프를 도입함으로써, 기능 층(14, 15)의 보다 양호한 정렬이 달성될 것이다. 유사하게, 제 2 다수의 솔더 범프(9, 10)는 바람직하게는 제 1 기능 층과 제 3 기능 층(14, 16) 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 2 전기 신호보다 더 많으며, 제 3 다수의 솔더 범프(11, 12)는 바람직하게는 제 2 기능 층과 제 3 기능 층(15 ,16) 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 3 전기 신호보다 더 많다.
그래서, 바람직하게는 대칭 패턴으로 솔더 범프의 수를 증가시킴으로써, 기능 층의 정렬은 증가하지만, 효율적인 칩 면적 이용의 효율성은 감소하며 비용이 증가한다. 따라서 최적의 조건을 찾아야 할 것이다. 이 최적의 조건은 정렬 요건 및/또는 효율적인 이용 요건 및/또는 비용에 의존한다.
도 4에서, 제 3 기판(6)은 제 1 및 제 2 기판(4, 5)용 캐리어이다. 도 3에서, 제 1 및 제 2 기판(4, 5) 중 하나는 나머지 기판의 캐리어이다. 2개의 기판(4, 5, 6)은 당업계에 공지된 솔더링 범프 공정에 따라 플립-칩 기술을 이용하여 서로의 위에 탑재된다.
도 5에 개략적으로 도시한 본 발명에 따른 디바이스의 제 1 실시예는 센서 모듈(2)을 포함하는 디바이스(1)에 대해 개시한다. 센서 모듈(2)은, 예를 들어 당업계에 공지된 CMOS 또는 박막 집적 기술을 통해, 예를 들어 제 2 기능 층(15) 내에 구현되는 제 2 센서(25)를 포함하고, 예를 들어 당업계에 공지된 CMOS 또는 박막 집적 기술을 통해, 예를 들어 제 2 기능 층(15) 내에 구현되는 제 2 센서(25)를 포함한다. 제 1 센서(24)는 제 1 처리 회로기기(26)를 통해 제 2 처리 회로기기(27)에 연결되고, 제 2 센서(25)는 제 2 회로기기(27)에 직접 연결된다. 제 2 처리 회로기기(27)는 또한 인간-머신 인터페이스 회로기기(28) 또는 MMI 회로기기(28)에 연결된다. 제 1 처리 회로기기(26)는 예를 들어 증폭 회로기기 및/또는 보상 회로기기 및/또는 변환 회로기기를 포함하고, 제 2 처리 회로기기(27)는 예를 들어 계산 회로기기를 포함하되, 다른 회로기기를 배제하지는 않는다.
도 6에 개략적으로 도시한 본 발명에 따른 디바이스의 제 2 실시예는 센서 모듈(2)이 현재 회로기기(26, 27)를 포함한다는 사실과는 별개로 도 5에 도시한 것과 유사한 센서 모듈(2)을 포함하는 디바이스(1)에 대해 개시한다. 또한, 이 회로기기(26, 27)는 예를 들어, 당업계에 공지된 CMOS 또는 박막 집적 기술을 통해, 예를 들어 제 1 및/또는 제 2 및/또는 제 3 기능 층(14, 15, 16) 내에 구현된다.
센서(24, 25) 중 임의의 것은 자기장 센서, 전기장 센서 또는 중력장 센서를 포함할 수도 있다. 센서는 필드를 감지하는 최소 1차원인 센서를 포함한다. 센서의 예는 자기 저항 센서, 홀 효과(Hall-effect) 센서, 가속도계(accelerometers), 자이로스코프 등을 포함한다.
제 1 센서(24)는 예를 들어 당업계에 공지된 자기 저항 소자를 통해 구현된 제 1 자기계(magnetometer)를 포함하고, 제 2 센서(25)는 예를 들어 당업계에 공지된 자기 저항 소자를 통해 구현된 제 2 자기계를 포함하되, 다른 조합 및 구현을 배제하지는 않는다.
제 1 센서(24)는 예를 들어 적어도 한 방향에서 필드를 감지하며 당업계에 공지된 자기 저항 소자를 통해 구현된 최소 1차원인 센서와, 예를 들어 적어도 한 방향에서 필드를 감지하며 당업계에 공지된 자기 저항 소자를 통해 구현된 최소 1차원인 센서를 포함하되, 다른 조합 및 구현을 배제하지는 않는다. 양측의 센서는 90도 미만으로 서로에 대해 기능적으로 정렬될 수 있다.
양측 센서의 예시적인 0.1도의 탑재 정밀도는 상당히 적은 수의 솔더 범프를 이용하여 획득될 수 있음이 언급된다. 따라서 단지 몇 개의 더미 솔더 범프만이 기계적 또는 전기적으로 활성 상태인 것에 추가될 것이다.
제 1 센서(24)는 예를 들어 당업계에 공지된 자기 저항 소자를 통해 구현된 제 1 자기계를 포함하고, 제 2 센서(25)는 예를 들어 당업계에 공지된 홀 효과 소자를 통해 구현된 제 2 자기계를 포함하되, 다른 조합 및 구현을 배제하지는 않는다.
제 1 센서(24)는 예를 들어 한 방향에서 필드를 감지하고 당업계에 공지된 자기 저항 소자를 통해 구현된 최소 1차원인 센서와, 적어도 한 방향에서 필드를 감지하고 당업계에 공지된 홀 효과 소자를 통해 구현된 최소 1차원인 센서를 포함하되, 다른 조합 및 구현을 배제하지는 않는다. 양측의 센서는 90도 미만으로(평면 외로) 서로에 대해 기능적으로 정렬될 수 있다.
양측 센서의 예시적인 0.1도의 탑재 정밀도는 상당히 적은 수의 솔더 범프를 이용하여 획득될 수 있음이 언급된다. 따라서 단 몇 개의 솔더 범프만이 기계적 또는 전기적으로 활성 상태인 것에 추가될 것이다.
제 1 센서(24)는 예를 들어 당업계에 공지된 자기 저항 소자를 통해 구현된 자기계를 포함하고, 제 2 센서(25)는 예를 들어 당업계에 공지된 MEMS(micro-electromechanical system) 기술을 통해 구현된 가속도계를 포함하되, 다른 조합 및 구현을 배제하지는 않는다.
제 1 센서(24)는 예를 들어 적어도 두 방향에서 필드를 감지하고 당업계에 공지된 자기 저항 소자를 통해 구현된 최소 2차원인 센서와, 예를 들어 적어도 두 방향에서 필드를 감지하고 당업계에 공지된 MEMS 기술을 통해 구현된 최소 2차원인 센서를 포함하되, 다른 조합 및 구현을 배제하지는 않는다.
양측 센서의 예시적인 0.1도의 탑재 정밀도는 상당히 적은 수의 솔더 범프를 이용하여 획득될 수 있음이 언급된다. 따라서 단 몇 개의 솔더 범프만이 기계적 또는 전기적으로 활성 상태인 것에 추가될 것이다. 사실상, 본 발명의 방법의 사용에 기인한 정렬은 양측 센서의 좌표 프레임이 교정 및 적용 목적을 위해 단일의 공통 좌표 프레임으로서 다루어질 수 있을 정도로 충분히 양호할 것이다. 중요한 사실로서, 양측 센서의 좌표 프레임 사이의 오정렬을 교정할 필요가 없다. 따라서 복잡도가 감소하여, 비용 효율적이고 콤팩트한 센서 모듈이 된다.
기능 층은 임의의 전용 센서 기술을 포함할 수도 있고, 비제한적 방식으로 용어 '박막'을 포함할 수도 있다. CMOS 공정으로 제조된 디바이스, 예를 들어 홀 센서가 또한 포함된다. 기능 층은 CMOS 백엔드(예를 들어, 다수의 가속도계가 호환성을 이유로 하여 CMOS 백엔드형 기술로 제조됨) 뿐 아니라 Si 웨이퍼의 활성 부분(CMOS 프론트 엔드 = 트랜지스터)을 포함할 수 있다.
전술한 실시예는 본 발명을 제한하는 것이 아니라 예시하는 것이며, 당업자라면 첨부한 청구범위의 범주로부터 벗어남이 없이 많은 대안의 실시예를 설계할 수 있을 것임에 유의해야 한다. 동사 "포함하다"와 그 파생어의 사용은 청구범위 기술된 소자 또는 단계 이외의 소자 또는 단계가 존재함을 배제하는 것이 아니다. 소자의 단수 표현은 그러한 소자가 복수 개 존재함으로 배제하는 것이 아니다. 여러 수단을 열거한 디바이스 청구항에서, 그러한 수단 중 여러 개는 같은 아이템의 하드웨어에 의해 구현될 수도 있다. 소정의 측정치가 서로 상이한 종속항에 인용된다는 단순한 사실은 그러한 측정치의 조합이 유리하게 사용될 수 없음을 나타내 는 것이 아니다.
Claims (17)
- 센서 모듈(2)을 포함하는 디바이스(1)로서,상기 센서 모듈(2)은 패키지(3)를 포함하고,상기 패키지(3)는제 1 기능 층(14)을 구비한 제 1 기판(4)과,제 2 기능 층(15)을 구비한 제 2 기판(5)과,상기 기능 층(14, 15) 중 적어도 하나에 위치하는 적어도 하나의 센서(24, 25)와,상기 제 1 및 제 2 기능 층(14, 15)을 정렬시키는 솔더 범프(7-12)를 포함하는 시스템을 포함하는디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 시스템은 제 1 본딩 소자(31)를 통해 상기 기능 층(14, 15)을 전기적 및 기계적으로 서로 연결하는 제 1 다수의 솔더 범프(7, 8)를 포함하는디바이스.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 다수의 솔더 범프(7, 8)는 상기 제 1 또는 제 2 기판(4, 5)의 코 너의 수보다 더 많은디바이스.
- 제 2 항에 있어서,상기 제 1 다수의 솔더 범프(7, 8)는 상기 제 1 기능 층(14)과 상기 제 2 기능 층(15) 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 1 전기 신호보다 더 많은디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 시스템은제 3 기능 층(16)을 구비한 제 3 기판(6)과,제 2 본딩 소자(32)를 통해 상기 제 1 및 제 3 기능 층(14, 16)을 전기적 및 기계적으로 서로 연결하는 제 2 다수의 솔더 범프(9, 10)와,제 3 본딩 소자(33)를 통해 상기 제 2 및 제 3 기능 층(15, 16)을 전기적 및 기계적으로 서로 연결하는 제 3 다수의 솔더 범프(11, 12)를 포함하는디바이스.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 2 다수의 솔더 범프(9, 10)는 상기 제 1 기판(4)의 다수의 코너보다 더 많고,상기 제 3 다수의 솔더 범프(11, 12)는 상기 제 2 기판(5)의 다수의 코너보다 더 많은디바이스.
- 제 5 항에 있어서,상기 제 2 다수의 솔더 범프(9, 10)는 상기 제 1 기능 층(14)과 상기 제 3 기능 층(16) 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 2 전기 신호보다 더 많고,상기 제 3 다수의 솔더 범프(11, 12)는 상기 제 2 기능 층(15)과 상기 제 3 기능 층(16) 사이에서 교환될 다수의 상이한 제 3 전기 신호보다 더 많은디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 센서(24, 25)는 자기계(magnetometer)를 포함하는디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 센서(24, 25)는 적어도 한 방향에서 필드를 감지하는 최소 1차원인 센서를 포함하는디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 센서(24, 25)는 자기계를 포함하는 제 1 센서(24)와, 다른 자기계를 포함하는 제 2 센서(25)를 포함하는디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 센서(24 ,25)는 적어도 한 방향에서 필드를 감지하는 최소 1차원인 센서를 포함하는 제 1 센서(24)를 포함하고,제 2 센서(25)는 적어도 한 방향에서 필드를 감지하는 최소 1차원인 센서를 포함하는디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 센서(24, 25)는 자기계를 포함하는 제 1 센서(24)와, 가속도계를 포함하는 제 2 센서(25) 포함하는디바이스.
- 제 1 항에 있어서,상기 적어도 하나의 센서(24, 25)는 적어도 두 방향에서 필드를 감지하는 최 소 2차원인 센서와, 적어도 두 방향에서 필드를 감지하는 적어도 2차원인 센서를 포함하는 제 2 센서(25)를 포함하는디바이스.
- 제 1 항에 있어서,적어도 하나의 기능 층(14, 15, 16)은 적어도 하나의 센서(24, 25)로부터 비롯된 전기 센서 신호를 처리하는 회로기기(26, 27)를 포함하는디바이스.
- 패키지(3)를 포함하는 센서 모듈(2)로서,상기 패키지(3)는제 1 기능 층(14)을 구비한 제 1 기판(4)과,제 2 기능 층(15)을 구비한 제 2 기판(5)과,상기 기능 층(14, 15) 중 적어도 하나에 위치하는 상기 적어도 하나의 센서(24, 25)와,상기 제 1 및 제 2 기능 층(14, 15)을 정렬시키는 솔더 범프(7-12)를 포함하는 시스템을 포함하는센서 모듈.
- 패키지(3)를 포함하는 센서 모듈(2)을 제조하는 방법으로서,솔더 범프(7-12)를 통해서 제 1 기판(4)에서 제 1 기능 층(14)을 정렬시키고 제 2 기판(5)에서 제 2 기능 층(15) - 상기 기능 층(14, 15) 중 적어도 하나는 적어도 하나의 센서(24, 25)를 포함함 - 을 정렬시키는 단계를 포함하는센서 모듈 제조 방법.
- 센서 모듈(2)을 포함하는 디바이스(1)를 제조하는 방법으로서,상기 센서 모듈(2)은 패키지(3)를 포함하고,상기 패키지(3)는제 1 기능 층(14)을 구비한 제 1 기판(4)과,제 2 기능 층(15)을 구비한 제 2 기판(5)과,상기 기능 층(14, 15) 중 적어도 하나에 위치하는 적어도 하나의 센서(24, 25)와,상기 제 1 및 제 2 기능 층(14, 15)을 정렬시키는 솔더 범프(7-12)를 포함하는 시스템을 포함하되,상기 방법은 상기 센서 모듈(3)을 상기 디바이스(1)에 연결하는 단계를 포함하는디바이스 제조 방법.
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