KR20090033184A - 반도체 입력 제어 장치 - Google Patents

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블라디미르 바가노프
니콜라이 벨로프
Original Assignee
블라디미르 바가노프
니콜라이 벨로프
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Abstract

휴대 전화들, 휴대용 게임 장치들 및 다른 휴대용 전자 장치들과 같은 대량 생산 어플리케이션들에 적합한 힘 입력 제어 장치가 개시된다. 장치는, 반도체 기판 내에 형성되고 인가된 외부 힘에 반응하여 전기적 출력 신호를 제공하는 힘 센서 및 플립 칩 실장 또는 와이어 본딩을 위한 연결 요소들을 포함하는 힘 센서 다이를 수용한다. 신호 조정 및 처리 집적 회로는 장치 내에 집적된다. 패키지는 힘 센서 다이의 적어도 일부를 둘러싸고, 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하기 위하여 센서 다이와 커플링된 힘 전달 요소를 포함한다. 버튼은 다중적인 인간환경공학적 설계들을 가지고, 외부 힘과의 인터페이스를 제공하기 위하여 패키지의 힘 전달 요소와 기계적으로 커플링된다.
휴대용 전자 장치, 반도체, 입력 제어 장치, 힘 센서, 인터페이스

Description

반도체 입력 제어 장치{Semiconductor input control device}
본 발명은 반도체 입력 제어 장치들, 마이크로 전자기계 시스템(Micro Electro Mechanical Systems, MEMS), 센서들에 관한 것이고, 보다 상세하게는 여러 가지 응용들, 특히 수요자 및 다른 응용들을 위한 손가락 마우스 및 마이크로 조이스틱들을 위한 1차원(1D), 2차원(2D), 및 3차원(3D) 힘 센서들에 관한 것이다.
(발명자)
블라디미르 바가노프(Vladimir Vaganov), 니콜라이 벨로브(Nickolai Belov)
(관계 출원들과의 상호참조)
본 출원은 2006년 5월 22일 출원된 미국임시특허출원 제60/802,276호의 이익을 주장하며, 상기 출원은 전체적으로 및 모든 목적을 위하여 본 명세서에서 참조로서 결합된다. 본 출원은 또한 2004년 12월 28일 출원된 제11/025,642호에 대한 일부계속출원(Continuation In Part)이다.
유연한 막벽(diaphragm) 상에 응력 감응 구성요소를 가지는 미세 가공된 실리콘 칩들을 기초로 한 3차원(3D) 힘 센서들이 알려져 있다. 종래 기술은 외부 힘의 인가에 대하여 금속 막대(rod) 또는 핀을 가지는 금속 탄성 요소와 본딩된 응력 감응 구성요소들을 가지는 실리콘 칩을 사용한다. 이러한 힘 센서들을 위한 패키 지들은 일반적으로 복잡하고, 크고, 또한 비싸다.
그러나, 가격이 낮고, 작고, 신뢰성있고, 안정적이며, X, Y, Z 감도들 사이에 선택된 비율들, 낮은 교차축 감도, CMOS 크기의 공정 집적, 외부 힘을 인가하기 위한 편리한 방법들, 인가된 힘과 편향의 선택가능한 조합, 및 대량 생산의 어플리케이션들을 위한 제조가능성을 제공하는 3차원 입력 힘 제어 장치들이 요구된다. 이와 같은 예들로는, 사용자 인터페이스의 일부로서 사용자의 촉각적인 힘 입력들을 사용하는, 휴대 전화들, 휴대용 게임기들, 디지털 카메라들 등의 분야에서의 소비자 시장들 및 어플리케이션들이다.
휴대 전화들, 휴대용 게임 장치들 및 다른 휴대용(handheld) 전자 장치들과 같은 대량 생산 어플리케이션들에 적합한 낮은 가격의 힘 입력 제어 장치가 개시된다.
이러한 장치는, 반도체 기판 내에 형성되고 인가된 외부 힘에 반응하여 전기적 출력 신호를 제공하는 힘 센서 및 플립 칩 실장 또는 와이어 본딩을 위한 연결 요소들을 수용하는 힘 센서 다이; 상기 힘 센서로부터 상기 출력 신호들의 조정 및 처리를 제공하는 적어도 하나의 신호 조정 및 처리 집적 회로; 상기 힘 센서 다이의 적어도 일부를 둘러싸고, 상기 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하기 위하여 상기 센서 다이와 커플링된 힘 전달 요소를 포함하는 패키지; 및 상기 외부 힘과의 인터페이스를 제공하기 위하여 상기 패키지의 상기 힘 전달 요소와 기계적으로 커플링된 버튼을 포함한다.
도 1은 기판을 가지지 않고, 플립-칩 힘 센서 다이를 가지고, 직접 버튼 몰딩을 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시한다.
도 2는 기판을 가지지 않고, 플립-칩 힘 센서 다이를 가지고, 패키지의 힘 전달 요소에 부착된 외부 버튼을 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시한다.
도 3은 볼 그리드 어레이(BGA) 기판 상에 실장된 플립-칩 힘 센서 다이를 가지고, 패키지의 힘 전달 요소에 부착된 외부 버튼을 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시한다.
도 4는 랜드 그리드 어레이(LGA) 기판 상에 실장된 플립-칩 힘 센서 다이를 가지고, 패키지의 힘 전달 요소에 부착된 외부 스틱형 버튼을 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시한다.
도 5는 볼 그리드 어레이(BGA) 기판 상에 적층된 플립-칩 힘 센서 다이 및 와이어 본딩된 ASIC을 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시한다.
도 6은 랜드 그리드 어레이(LGA) 기판 상에 적층된 플립-칩 힘 센서 다이 및 와이어 본딩된 ASIC을 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시한다.
도 7은 볼 그리드 어레이(BGA) 기판 상의 일 평면에 위치하는 플립-칩 힘 센서 다이 및 와이어 본딩된 ASIC을 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시한다.
도 8은 랜드 그리드 어레이(LGA) 기판 상의 일 평면에 위치하는 플립-칩 힘 센서 다이 및 와이어 본딩된 ASIC을 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시한다.
도 9는 스루 홀을 가지는 PCB와 같은 기판 상에 실장되고 와이어 본딩된 힘 센서 다이 및 상기 동일한 기판 상의 일 평면 내에 위치하고 와이어 본딩된 ASIC를 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시하고, 상기 장치는 다이들을 덮고 외부 콘택 패드들을 포함하는 덮개와 또한 기계적 및 전기적으로 연결된다.
도 10은 기판과 덮개 사이에 보호 플라스틱 물질을 이용하여 채워진 내부 캐비티를 가지는 도 9의 장치와 유사한 장치를 도시한다.
도 11은 센서 다이의 표면 상에 추가적인 젤 덩어리(gel blob)를 가지는 도 10의 장치와 유사한 장치를 도시한다.
도 12는 PCB와 같은 기판 상에 실장된 ASIC 힘 센서 다이와 집적되고 와어어 본딩된 3차원 입력 제어 장치를 도시하며, 상기 장치는 덮개와 기계적 및 전기적으로 또한 연결되고 플라스틱 물질 및 상기 센서 다이의 표면 상의 추가적인 젤 덩어리로 채워진다.
도 13은 세라믹 패키지 내에 실장된 와이어 본딩된 힘 센서 다이를 가지는 3차원 입력 제어 장치를 도시하며, 상기 다이의 표면 상에 젤 덩어리를 가지며, 상기 패키지의 포팅된(potted) 캐비티를 가진다.
도 14는 스루 홀을 가지는 금속 기판 상에 실장되고 와이어 본딩된 힘 센서 다이, 외부 리드들과 와이어 본딩된 ASIC 다이, 및 상기 다이들을 덮는 덮개를 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 도시한다.
도 15는 기판과 덮개 사이에 보호 플라스틱 물질을 이용하여 채워진 내부 캐비티를 가지는 도 14의 장치와 유사한 장치를 도시한다.
도 16은 센서 다이의 표면 상에 추가적인 젤 덩어리를 가지는 도 15의 장치 와 유사한 장치를 도시한다.
도 17은 스루 홀과 보호 플라스틱으로 채워진 내부 캐비티를 가지는 금속 기판 상에 실장되고, ASIC 힘 센서 다이와 집적되고 와이어 본딩되고, 상기 다이의 표면 상에 젤 덩어리를 가지고, 상기 다이와 전기적으로 연결된 외부 출력 리드들을 가지는 3차원 입력 제어 장치를 도시한다.
도 18는 상부 금속 덮개를 가지지 않고 포팅된 내부 캐비티를 가지는 도 17의 장치와 유사한 장치를 도시한다.
도 19는 스루홀을 가지는 금속 프레임 상에 실장되고 와이어 본딩된 힘 센서 다이와 상기 프레임에 실장되고 외부 리드들과 와이어 본딩된 ASIC를 포함하고, 상기 다이의 표면 상에 젤 덩어리를 가지고, 이들 모두가 플라스틱 패키지 내로 함께 몰딩된 3차원 입력 제어 장치를 도시한다.
도 20은 스루홀을 가지는 금속 프레임 상에 실장된 ASIC 힘 센서 다이와 집적되고, 와아어 본딩되고, 외부 리드들과 와이어 본딩되고, 상기 다이의 표면 상에 젤 덩어리를 가지고, 이들 모두가 플라스틱 패키지 내로 함께 몰딩된 3차원 입력 제어 장치를 도시한다.
도 21은 PCB 상에 앞면 실장된 3차원 입력 제어 장치와 에지 실장된 3차원 입력 제어 장치들을 도시한다.
도 22는 PCB와 패키지의 힘 전달 요소에 부착된 외부 버튼과 기계적으로 커플링되기 위하여 그루브를 가지는 패키지를 포함하는 PCB 상에 에지 실장된 3차원 입력 제어 장치들을 도시한다.
도 23은 PCB에 대하여 3차원 입력 제어 장치의 바람직한 비등방적 위치를 위한 상기 패키지 상에 비등방적 위치의 그루브를 가지는 도 22의 장치와 유사한 장치를 도시한다.
도 24는 일측으로부터 PCB와 기계적 커플링을 위하여 프로화일된 패키지를 가지는 PCB 상에 에지 실장된 3차원 입력 제어 장치들을 도시한다.
도 25는 하나의 층의 플라스틱 물질로 몰딩된 패키지를 포함하는 3차원 입력 제어 장치를 도시한다.
도 26은 두 개의 층의 플라스틱 물질로 몰딩된 패키지를 포함하는 3차원 입력 제어 장치를 도시한다.
도 27은 경도 기울기를 가지는 플라스틱 물질로 몰딩된 패키지를 포함하는 3차원 입력 제어 장치를 도시한다.
도 28은 인쇄 회로 보드(PCB) 상에 실장되고, 상기 패키지와 상기 PCB 사이에 언더필 물질을 가지는 3차원 입력 제어 장치를 도시한다.
도 29는 인쇄 회로 보드(PCB) 상에 실장되고, 상기 패키지의 에지들로부터 접착 물질을 이용하여 PCB에 추가적으로 부착된 3차원 입력 제어 장치를 도시한다.
도 30은 인쇄 회로 보드(PCB) 상에 실장되고, PCB에 솔더된 브라켓(bracket)을 이용하여 PCB에 추가적으로 부착된 3차원 입력 제어 장치를 도시한다.
도 31a는 휴대 전화의 몸체 상에 다른 위치들의 3차원 입력 제어 장치들을 가지는 휴대 전화를 도시한다.
도 31b는 게임 장치의 몸체 상에 다른 위치들의 3차원 입력 제어 장치들을 가지는 게임 장치를 도시한다.
본 발명의 목적은 핸드폰들, 휴대용 게임기들, 원격 제어기들, 개인용 휴대 단말기(PDA), 디키털 카메라 등과 같은 대량 생산되는 소비자 시장들을 위한 3차원 힘 입력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전자적 소비자 장치들 내에 다른 기능들의 3차원 힘 입력 제어의 패키지 방법들을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 낮은 비용의 3차원 힘 입력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 작은 크기의 3차원 힘 입력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 신뢰성을 가지는 3차원 힘 입력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 높은 안정성의 3차원 힘 입력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 축소가능한(scalable) 3차원 힘 입력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 외부 힘을 인가하기 위한 편리한 방법들을 허용하는 3차원 힘 입력 제어 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 인가된 힘과 편향(deflection)의 선택가능한 조합을 허용하는 3차원 힘 입력 제어 장치를 제공하는 것이다.
도 1 내지 도 31은 힘 입력 제어 장치들의 다양한 실시예들, 그들의 패키지의 다른 선택들, 및 그들의 어셈블링 및 실장 방법들을 도시한다. 본 발명에 따른 미세구조들, 장치들, 제조 방법들의 상세한 설명이 12개의 실시예로 하기에 개시된다.
제1 실시예
도 1은 제1 실시예에 따른 입력 장치(1)의 일 예를 도시한다. 입력 장치(1)는 패키지(25), 반도체 힘 센서 다이(10), 및 힘 전달 요소(21)를 수용한다. 상기 힘 센서 다이는 경성(rigid) 힘 전달 요소(15)를 포함한다. 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)는 패키지(25)의 힘 전달 요소(21)와 기계적으로 커플링된다. 요소(21)는 하나 또는 그 이상의 플라스틱 물질들로 형성된다. 예를 들어, 균일한 물질의 하나의 층, 균일한 물질들과 경도(hardness) 기울기를 가지는 비균일한 플라스틱 물질의 적어도 두 개의 층들, 또는 이들의 조합이 힘 전달 요소(21)의 제조에 사용될 수 있다. 상술한 바와 같거나 또는 다른 선택 사양들이 하기에 상세하게 설명되어 있다. 또한, 입력 장치(1)는 전자 시스템에 사용되는 기판, 다른 유형의 보드 또는 구성요소에의 전기적 및 기계적 연결 모두를 위한 연결 요소들(12)을 가진다. 연결 요소들(12)은 솔더 볼들, 솔더 범프들 또는 플립-칩(flip-chip) 실장을 위하여 적절한 범프 아래(under-bump)의 금속 배선으로 덮인 패드들일 수 있다. 연결 요소들(12)은 힘 센서 다이(10) 상에 형성된다. 따라서, 패키지(25) 는 힘 센서 다이(10)의 단지 일부를 수용한다. 센서 다이(10)는 센서 다이(10)에 인가된 힘을 전기적 신호로 변환하는 힘 센서들을 수용한다. 신호 조정 전자 요소들이 힘 센서 다이(10) 상에 집적될 수 있다.
예를 들어 손가락에 의하여, 외부 힘이 패키지(25)의 힘 전달 요소(21)에 인가된다. 상기 인가된 힘은 패키지(25)의 힘 전달 요소(21)를 통하여 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)에 전달된다. 힘 센서 다이(10)는 상기 인가된 힘에 반응하여 출력 신호를 제공한다. 이러한 신호는 전자 시스템 내에서 입력 신호로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 힘 센서 다이(10)의 출력 신호는, 휴대 전화의 화면 상의 커서(cursor) 위치 제어, 게임 장치 내의 캐릭터의 동작 또는 행동들(actions)의 제어, 환자의 모니터링, 스포츠 장비의 제어 등에 사용될 수 있다. 힘 센서 다이(10)의 출력 신호는, 예를 들어 커서 또는 사용자 인터페이스에서의 다른 목적물의 2차원 제어, 3차원 제어 또는 보다 복잡한 제어를 허용하는 정보를 이송할 수 있다.
도 2는 제1 실시예에 따른 입력 장치(1)의 다른 예를 도시한다. 입력 장치(1)는 패키지(25), 반도체 힘 센서 다이(10), 및 버튼(button, 30)을 수용한다. 상기 힘 센서 다이는 패키지(25) 내에 위치한 경성 힘 전달 요소(15)를 포함한다. 패키지(25)는 힘 전달 요소(21)를 포함한다. 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)는 패키지(25)의 힘 전달 요소(21)와 기계적으로 커플링된다. 또한, 입력 장치(1)는 전자 시스템에 사용되는 기판, 또는 다른 유형의 보드 또는 구성요소에의 전기적 및 기계적 연결 모두를 위한 연결 요소들(12)을 가진다. 연결 요소 들(12)은 솔더 볼들, 솔더 범프들 또는 플립-칩 실장을 위하여 적절한 범프 아래의 금속 배선으로 덮인 패드들일 수 있다. 연결 요소들(12)은 힘 센서 다이(10) 상에 형성된다. 따라서, 패키지(25)는 힘 센서 다이(10)의 단지 일부를 수용한다.
버튼(30)은 패키지(25)와 연결된다. 버튼(30)은 플라스틱, 금속, 세라믹, 유리, 폴리머, 보석(gem) 또는 이들의 조합과 같은 다른 물질들로 형성될 수 있다. 버튼(30)은 볼록형(convex), 오목형(concave), 안장형(saddle), 원기둥형(cylinder), 원판형(disk), 돔형(dome), 막대형(stick), 반구형(hemisphere), 원뿔형(cone), 피라미드형(pyramid), 프리즘형(prism), 토어형(tore), 딤플형(dimple), 노치형(notch), 촉각으로 인식가능한 형상, 또는 이들을 조합과 같은 다른 형상들 및 요소들을 가질 수 있다. 패키지(25) 및 버튼(30) 모두는 프로화일된 연결부 요소들(26, 28, 32, 34)을 포함하고, 이에 따라 상기 버튼과 패키지(25) 사이에 신뢰성있는 연결을 제공한다. 특히, 힘 전달 요소(21) 및 버튼(30)은 홀(hole), 캐비티(cavity), 트렌치(trench), 노치(notch), 폴(pole), 핀(pin), 림(rim), 단차(step), 바(bar), 나사(thread), 치아(tooth), 후크(hook), 또는 이들의 조합의 형상을 가지는 표면을 가로질러 커플링될 수 있다. 입력 제어 장치의 예들에 있어서, 버튼(30) 및 힘 전달 요소(21)에 형성된 프로화일된 연결부들은 잠금 메커니즘을 가진다. 또한, 프로화일된 연결부 요소들(26, 28, 32, 34)은 과부하된 힘 및 토오크 모두로부터 힘 센서 다이(10)의 보호를 제공할 수 있다. 버튼(30)은 사용자에게 바람직한 물질, 형상, 크기, 상기 입력 장치를 동작하기 위하여 요구되는 힘의 범위, 강직도(stiffness), 최대 변위, 접촉 느낌, 및 색깔을 제 공하는 최대한의 편의를 제공하기 위하여 인간환경공학적으로(ergonomically) 설계된다. 입력 장치(1)는 키보드, 키매트(key-mat), 제어 패널 또는 제어 표면 영역의 일부일 수 있다. 또한, 버튼들은 교체 및 교환될 수 있다.
예를 들어 손가락에 의하여, 외부 힘이 버튼(30)에 인가되고, 이어서, 패키지(25)의 힘 전달 요소(21) 및 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)를 통하여 상기 힘 센서에 전달된다. 힘 센서 다이(10)는 상기 인가된 힘에 반응하여 출력 신호를 제공한다. 이러한 신호는 전자 시스템 내에서 입력 신호로서 사용될 수 있다. 힘 센서 다이(10)의 출력 신호는 다중 구성요소들을 가지고, 예를 들어 커서의 2차원 제어, 게임 캐릭터 또는 사용자 인터페이스에서의 다른 목적물의 3차원 제어를 허용한다.
상기 입력 제어 장치에 힘 및 토오크와 같은 다른 기계적 파라미터들이 인가될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 명세서에서는 입력 제어를 위하여 상기 장치에 인가된 모든 기계적 파라미터들은 기계적 신호들로서 정의된다.
제2 실시예
도 3 및 도 4는 제2 실시예에 따른 입력 장치(1)의 예들을 도시한다. 입력 장치(1)는 기판(14) 및 반도체 힘 센서 다이(10)를 가지는 패키지(25)와 선택적(optional) 버튼(30)을 수용한다. 경성 힘 전달 요소(15)를 포함하는 힘 센서 다이(10)는 패키지(25)의 내부에 위치한다. 패키지(25)는 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 기계적으로 커플링된 힘 전달 요소(21)를 포함한다. 힘 센 서 다이(10)는 힘 센서 다이(10)와 기판(14)의 전기적 및 기계적 연결 모두를 제공하는 연결 요소들(12)과 함께 기판(14) 상에 실장된 플립-칩이다. 기판(14)은 전자 시스템 내에 사용되는 다른 기판, 보드 또는 구성요소에의 전기적 및 기계적 연결 모두를 위한 연결 요소들(22)을 가진다. 바람직하게는, 자동화된 플립-칩 실장은 입력 장치(1)의 어셈블리 내에 사용되고 및 전자 시스템 내에 실장을 위하여 사용된다. 연결 요소들(12, 22)은 솔더 볼들, 솔더 범프들 또는 플립-칩 실장을 위하여 적절한 범프 아래의 금속 배선으로 덮인 패드들일 수 있다. 도 3에 도시된 입력 장치(1)는 볼 그리드 어레이(ball grid array, BGA)를 형성하는 일군의 연결 요소들(22)을 가질 수 있다. 도 4에 도시된 입력 장치(1)는 랜드 그리드 어레이(land grid array, LGA)를 형성하는 일군의 연결 요소들(22)을 가질 수 있다. 패키지(25)와 버튼(30) 모두는 프로화일된 연결부 부분들(26, 28, 32, 34)을 포함하고, 이에 따라 상기 버튼과 패키지(25) 사이에 신뢰성있는 연결을 제공한다. 프로화일된 연결부 부분들(26, 28, 32, 34)의 설계는 과부하된 힘 및 토오크 모두로부터 힘 센서 다이(10)의 보호를 허용할 수 있다. 버튼(30)은 사용자에게 최대한의 편의를 제공하기 위하여 인간환경공학적으로 설계된다. 버튼(30)은 교환될 수 있는 부분이다. 또한, 입력 제어 장치(1)는 키보드, 키매트, 제어 패널 또는 제어 표면 영역의 일부일 수 있다.
예를 들어 손가락에 의하여 외부 힘이 버튼(30)에 인가되고, 이어서, 패키지(25)의 힘 전달 요소(21) 및 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)를 통하여 상기 힘 센서 다이(10)에 전달된다. 힘 센서 다이(10)는 상기 인가된 힘에 반 응하여 출력 신호를 제공한다. 이러한 신호는 전자 시스템 내에서 입력 신호로서 사용될 수 있다. 힘 센서 다이(10)의 출력 신호는 다중 구성요소들을 가지고, 예를 들어 커서의 2차원 제어, 게임 목적물의 3차원 제어, 스크롤링(scrolling), 줌밍(zooming) 등과 같은 다른 기능들의 제어를 허용한다. 입력 장치(1)는 커서 제어 또는 게임 제어 어플리케이션들에 사용되는 경우에 마이크로 마우스, 및 마이크로 조이스틱 기능을 모두 제공한다.
예를 들어 게임 또는 의학 재활과 같은 일부 어플리케이션들에 있어서, 힘 전달 요소의 상대적으로 큰 편향(deflection)이 요구된다. 이러한 어플리케이션들을 위하여 상술한 입력 힘 제어 장치들을 사용하는 것은 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)의 편향, 패키지(25)의 힘 전달 요소(21)의 편향, 및 이에 따라 버튼(30)의 편향이 무시된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 고안된 실시예는 제2 실시예에 따라 도 4에 도시되어 있다. 버튼(30)은 스프링 가요성(flexible) 요소(33)와 결합하고, 이에 따라 인가된 힘에 반응하여 동작의 범위를 증가시키고, 입력 제어의 품질을 향상시킨다. 다른 잇점으로서, 스프링 요소(33)는 또한 다양한 강직도, 신뢰성 및 비용에 대하여 더 우수한 특성을 제공하기 위한 상기 센서 다이의 미세구조를 설계함에 있어서 가능성의 범위를 증가시킨다. 상기 해결책의 단점은 마이크로 조이스틱의 높이가 크다는 것이다.
도 4는 도 2 및 도 3과 비교하여 버튼(30)의 다른 연결부 부분의 일예를 도시한다. 패키지(25) 및 버튼(30) 모두는 프로화일된 연결부 부분들(26, 27, 28, 29, 31, 32, 34)을 가지며, 이에 따라 상기 버튼과 패키지(25) 사이에 신뢰성있는 연결을 제공한다. 본 실시예에 있어서, 상기 연결부는 버튼(30)과 패키지(25)의 힘 전달 요소(21) 사이에 자기 잠금 메커니즘을 제공할 수 있다. 또한, 프로화일된 연결부 부분들(26, 27, 28, 29, 31, 32, 34)의 설계는 과부하된 힘 및 토오크 모두로부터 힘 센서 다이(10)의 보호를 제공할 수 있다.
제3 실시예
도 5 및 도 6은 제3 실시예에 따른 입력 장치(1)의 예들을 도시한다. 입력 장치(1)는 기판(14), 힘 센서 다이(10), ASIC 다이(16)를 가지는 패키지(25), 및 버튼(30)을 수용한다. 상기 패키지는 상기 센서 다이의 경성 힘 전달 요소(15)와 커플링된 힘 전달 요소(21)를 포함한다. 힘 센서 다이(10)는, 힘 센서 다이(10)와 ASIC 다이(16)의 전기적 및 기계적 연결 모두를 제공하는 연결 요소들(12)를 이용하여 ASIC 다이(16) 상에 플립-칩 실장된다. ASIC 다이(16)는 기판(14)과 기계적 및 전기적으로 연결된다. 상기 ASIC 다이와 기판(14)의 기계적 연결은 접착제 또는 다른 구조 층을 이용하여 제공될 수 있다. ASIC 다이(16)와 기판(14)의 전기적 연결은 와이어 본딩을 이용하여 구현될 수 있다. 와이어들(20)은 ASIC 다이(16) 상에 위치한 본드 패드들(18)을 기판(14) 상에 위치한 본드 패드들(13)에 연결한다. 기판(14)은 전자 시스템에 사용되는 다른 기판, 보드 또는 구성요소에의 전기적 및 기계적 연결 모두를 위한 연결 요소들(22)을 가진다. ASIC 다이(16)의 상부 상에 힘 센서 다이(10)의 플립-칩 실장을 위한 연결 요소들(12)과 전자 시스템 내 에 입력 장치(1)의 실장을 위한 연결 요소들(22) 모두는 솔더 볼들, 솔더 범프들 또는 플립-칩 실장을 위하여 적절한 범프 아래의 금속 배선으로 덮인 패드들일 수 있다. 도 5에 도시된 입력 장치(1)는 볼 그리드 어레이(BGA)를 형성하는 일군의 연결 요소들(22)을 가진다. 도 6에 도시된 입력 장치(1)는 랜드 그리드 어레이(LGA)를 형성하는 일군의 연결 요소들(22)을 가진다.
패키지(25) 및 버튼(30) 모두는 프로화일된 연결부 부분들(26, 28, 32, 34)을 가지고, 이에 따라 상술한 실시예들에 개시된 바와 유사하게 버튼(30)과 패키지(25) 사이에 신뢰성있는 연결을 제공한다.
제4 실시예
도 7 및 도 8은 제4 실시예에 따른 입력 장치(1)의 예들을 도시한다. 입력 장치(1)는 기판(14), ASIC 다이(16) 및 반도체 힘 센서 다이(10)를 가지는 패키지(25) 및 버튼(30)을 수용한다. 패키지(25)는 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 커플링된 힘 전달 요소(21)를 포함한다. 힘 센서 다이(10)는, 연결 요소들(12)를 이용하여 기판(14) 상에 플립-칩 실장된다. 또한, ASIC 다이(16)는 기판(14)과 기계적 및 전기적으로 연결된다. ASIC 다이(16)과 기판(14) 사이의 전기적 연결은 와이어 본딩을 이용하여 제공된다. 와이어들(20)은 ASIC 다이(16) 상에 위치한 본드 패드들(18)을 기판(14) 상에 위치한 본드 패드들(13)과 연결한다. 기판(14)은 전자 시스템에 사용되는 다른 기판, 보드 또는 구성요소에의 전기적 및 기계적 연결 모두를 위한 연결 요소들(22)을 가진다. 도 7에 도시된 입력 장치(1) 는 볼 그리드 어레이(BGA)를 형성하는 일군의 연결 요소들(22)을 가진다.
도 8에 도시된 입력 장치(1)는 랜드 그리드 어레이(LGA)를 형성하는 일군의 연결 요소들(22)을 가진다. 패키지(25) 및 버튼(30) 모두는 프로화일된 연결부 부분들(26, 28, 32, 34)을 가지고, 이에 따라 상술한 실시예들에 개시된 바와 같이 상기 버튼과 패키지(25) 사이에 신뢰성있는 연결을 제공한다.
제4 실시예에 있어서, ASIC 다이(16)는 기판(14) 상에 실장된 플립-칩일 수 있다. 이 경우에 있어서, ASIC 다이(16)는 플립-칩 실장을 허용하는 솔더 볼들, 솔더 범프들 또는 금속 배선을 가질 수 있다.
제5 실시예
도 9, 도 10, 도 11, 및 도 12는 제5 실시예에 따른 입력 장치(1)의 예들을 도시한다. 도 9a는 입력 장치(1)의 전개도를 도시한다. 도 9a에 도시된 입력 장치(1)는 다이 실장 보드(37), 덮개(35), 경성 힘 전달 요소(15)를 가지는 힘 센서 다이(10), 및 ASIC 다이(16)를 포함한다. 다이 실장 보드(37)는 개구부(39) 및 본드 패드들(46)을 포함한다. 다이 실장 보드(37)는, 예를 들어, 인쇄 회로 보드일 수 있다. 덮개(35)는 전도 패드들(52) 및 다이 실장 보드(37)에 대면하는 연결 요소들(48)을 포함할 수 있다. 전도 패드들(52) 및 연결 요소들(48)은 전도체(50)에 의하여 전기적으로 연결된다. 전도체(50)는 금속 재질의 비아들 또는 본 기술분야에 알려진 다른 유형의 연결부들일 수 있다. 힘 센서 다이(10) 및 ASIC 다이(16)는 다이 실장 보드(37)와 덮개(35)에 의하여 한정된 부피 내에 위치한다. 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)는 다이 실장 보드(37) 내의 개구부(39)와 대면한다. 힘 센서 다이(10)는 덮개(35)와 대면하는 일측 상에 위치한 본드 패드들(41, 44)을 포함한다. ASIC 다이(16)는 덮개(35)와 대면하는 일측 상에 본드 패드들(18)을 가진다.
도 9b는 어셈블링된 입력 장치(1)를 도시한다. 패키지(25)는 다이 실장 보드(37), 덮개(35), 및 힘 전달 요소(21)의 기계적 및 전기적 연결에 의하여 형성된다. 보드(37)와 덮개(35) 사이의 기계적 연결은 접착제, 솔더, 융해 유리(frit glass) 또는 다른 구조 물질을 이용하여 제공된다. 제5 실시예에 있어서, 다이 실장 보드(37)와 덮개(35) 사이의 기계적 연결은 다이 실장 보드(37) 또는 덮개(35) 상에 추가적인 물질을 증착하지 않고, 예를 들어 열압착 또는 용접에 의하여 구현될 수 있다. 다이 실장 보드(37)와 덮개(35) 사이의 전기적 연결은 다이 실장 보드(37)의 패드들(46)과 덮개(35)의 연결 요소들(48) 사이의 전기적 접촉을 달성하여 구현할 수 있다. 힘 센서 다이(10)와 ASIC 다이(16)는 패키지(25) 내에 위치한다. 덮개(35)는 힘 센서 다이(10) 및 ASIC 다이(16) 상의 와이어들(20, 40, 42) 및 금속 배선(41, 44, 18)의 기계적 및 환경적 보호를 제공할 수 있다. 어셈블링 공정을 수행한 후, 덮개(35)와 힘 센서 다이(10)를 가지는 다이 실장 보드(37)는 내부 캐비티(49)를 형성한다.
힘 센서 다이(10)는 다이 실장 보드(37)와 기계적 및 전기적으로 연결된다. 전기적 연결은 와이어 본딩을 이용하여 제공될 수 있다. 힘 센서 다이(10)의 본드 패드들(44)은 와이어들(42)을 이용하여 다이 실장 보드(37)의 패드들(46)과 연결된 다. 힘 센서 다이(10)와 다이 실장 보드(37)의 기계적 연결은 연결층(38)을 이용하여 제공된다. 연결 물질은 접착제 또는 다른 구조 물질, 예를 들어, 융해 유리일 수 있다. 연결 영역은 힘 센서 다이(10)의 측벽들 상에 위치하거나, 또는 개구부(39)와 대면하는 상기 다이의 일측 상에 위치하거나, 또는 양쪽 영역 모두에 위치할 수 있다. 또한, ASIC 다이(16)는 다이 실장 보드(37)와 기계적 및 전기적으로 연결된다. 상기 ASIC 다이와 다이 실장 보드(37)의 기계적 연결은 접착제를 이용하거나 또는 다른 구조 층에 의하여 제공된다. ASIC 다이(16)와 다이 실장 보드(37)의 전기적 연결은 와이어 본딩을 이용하여 제공된다. 와이어들(20)은 ASIC 본드 패드들(18)을 다이 실장 보드(37) 상에 위치한 본드 패드들(46)와 연결한다. 본 실시예에 있어서, 또한 ASIC 다이(16)는, ASIC 본드 패드들(18)을 힘 센서 다이(10) 상에 위치한 본드 패드들(41)과 연결하는 와이어들(40)에 의하여 힘 센서 다이(10)와 직접적으로 전기적으로 연결된다.
패키지(25)는 도 9b에 도시된 바와 같이 힘 전달 요소(21) 및 선택적인(optional) 덮개층(27)을 더 포함한다. 힘 전달 요소(21) 및 덮개층(27) 모두는 다이 실장 보드(37)의 외부 표면과 연결된다. 또한, 힘 전달 요소(21)는 개구부(39)를 통하여 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 커플링된다. 힘 전달 요소(21) 및 덮개층(27) 모두는 몰딩 공정을 이용하여 형성된다. 본 기술분야에 공지된 다른 기술들이 또한 사용될 수 있다. 전도 패드들(52)은 입력 장치(1)를 전자 시스템 내에 사용되는 다른 기판, 보드 또는 구성요소에의 전기적 및 기계적 연결을 위하여 사용될 수 있다. 전도 패드들(52)은 솔더 볼들, 솔더 범프들 또 는 플립-칩 실장을 위하여 적절한 범프 아래의 금속 배선으로 덮인 패드들일 수 있다
도 10에 도시된 바와 같이, 내부 캐비티(49)는 물질(55)로 채워질 수 있다. 또한, 힘 센서 다이(10)의 상기 본드 패드들을 가지는 일측은 채워진 상기 물질과는 다른 물질에 의하여 보호될 수 있다. 예를 들어, 도 11은 젤 덩어리(60)에 의하여 보호되는 힘 센서 다이(10)를 도시한다.
상기 힘 센서들의 신호를 조정 및 처리하기 위하여 요구되는 전자 회로들이 힘 센서 다이(10) 상에 집적될 수 있다. 이에 따라 ASIC 다이는 제거될 수 있다. 도 12에 도시된 제5 실시예에 따른 입력 장치(1)는 분리된 ASIC 다이를 수용하지 않는다.
제6 실시예
도 13은 제6 실시예에 따른 입력 장치(1)의 일 예를 도시한다. 도 13에 도시된 입력 장치(1)의 패키지(25)는 몸체(59)를 포함한다. 패키지(25)의 몸체(59)는 개구부(39)를 가지는 하측부(65), 측벽들(67), 본드 패드들(66) 및 외부 연결 요소들(70)을 포함한다. 패키지(25)의 측벽들(67)과 하측부(65)는 캐비티(71)를 형성한다. 외부 연결 요소들(70)은 측벽들(67)의 상측부에 위치한다. 본드 패드들(66)은 몸체(65)의 하측부 상에 위치한다. 이들은 전도체(68)를 이용하여 외부 연결 요소들(70)과 전기적으로 연결된다. 전도체(68)는 패키지(25)의 몸체(59) 내부에 매립될 수 있다. 전도체(68)는 패턴된 금속 층들, 금속 비아들 또는 본 기술 분야에 알려진 다른 유형의 연결부들일 수 있다. 힘 센서 다이(10)는 패키지(25)의 내부에 위치한다. 힘 센서 다이(10)는 경성 힘 전달 요소(15) 및 본드 패드들(61, 64)를 포함한다. 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)는 패키지의 몸체(59) 내에서 개구부(39)와 대면하는 힘 센서 다이(10)의 일측 상에 위치한다. 본드 패드들(61, 64)는 개구부(39)와 대향하는 힘 센서 다이(10)의 일측 상에 위치한다
도 13c는 패키지 몸체(59)의 하측부(65)의 외측에 연결된 힘 전달 요소(21) 및 덮개층(27) 모두를 더 도시한다. 도 13c에 도시된 바와 같이 힘 전달 요소(21)는 버튼과 연결되기 위하여 프로화일된 구조(26, 28)를 포함한다.
힘 센서 다이(10)는 패키지 몸체(59)의 하측부(65)에 기계적 및 전기적으로 연결된다. 전기적 연결은 와이어 본딩을 이용하여 제공될 수 있다. 상기 힘 센서 다이의 본드 패드들(61, 64)은 와이어들(62, 63)을 이용하여 패키지 몸체(59)의 하측부(65) 상에 위치한 패드들(66)과 연결된다. 힘 센서 다이(10)는 연결층(38)을 이용하여 패키지(25)의 몸체(59)와 기계적으로 연결된다. 연결 물질은 접착제 또는 예를 들어, 융해 유리와 같은 다른 구조 물질이다. 상기 연결 영역은 힘 센서 다이(10)의 측벽들 상에 위치하거나 또는 개구부(39)와 대면하는 다이의 일측 상에 위치하거나 또는 이들 모두의 영역 내에 위치할 수 있다. 또한, 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)는 패키지(25)의 힘 전달 요소(21)와 커플링된다. 상기 힘 센서들의 신호의 조정 및 처리에 요구되는 전자 회로들이 힘 센서 다이(10) 상에 집적될 수 있다.
도 13b 및 13c에 도시된 바와 같이, 패키지(25)의 캐비티(71)는 포 팅(potting) 물질(75)을 이용하여 충진될 수 있다. 포팅(potting) 물질(75)은 와이어들(62, 63), 힘 센서 다이(10) 상에 위치한 본드 패드들(61, 64), 및 패키지 몸체(59)의 하측부(65) 상에 위치한 본드 패드들(66)의 기계적 및 환경적 보호를 제공한다. 힘 센서 다이(10)의 적어도 일부는 포팅되기 전에 젤 덩어리(60)에 의하여 보호될 수 있다. 포팅은 힘 센서 다이(10) 내에 원하지 않는 응력을 야기할 수 있다. 젤은 포팅에 의하여 야기된 응력을 감소시킬 수 있다.
외부 연결 요소들(70)은 입력 장치(1)와 전자 시스템 내에 사용되는 다른 기판, 보드 또는 구성 요소를 전기적 및 기계적 연결 모두를 하기 위하여 사용될 수 있다.
패키지(25)의 몸체(59)는 본 기술 분야에서 알려진 대량 생산 제품을 위하여 적절한 다른 방법들을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어 패키지(25)는 플라스틱으로 몰딩된 몸체 또는 세라믹 몸체를 가진다.
도 13에 도시된 입력 장치(1)의 실시예는 분리된 ASIC 다이를 수용하지 않는다. 그러나, 제6 실시예에 있어서, 입력 장치(1)는 힘 센서 다이(10)와 동일한 패키지(25) 내에 위치한 ASIC 다이를 수용할 수 있다. 상기 ASIC 다이와 패키지(25)와의 전기적 및 기계적 연결 및 힘 센서 다이(10)와의 전기적 연결은 상술한 실시예들에 개시된 바와 유사할 수 있다.
제7 실시예
도 14, 도 15, 도 16, 도 17, 및 도 18은 제7 실시예에 따른 입력 장치(1)를 도시한다. 도 14에 도시된 입력 장치(1)의 패키지(25)는 다이 실장 플레이트(72), 몸체(74), 일군의 전도 핀들(80), 및 덮개(78)를 포함한다. 다이 실장 플레이트(72), 몸체(74), 및 덮개(78)는 내부 캐비티(79)를 한정한다. 각각의 핀(80)은 캐비티(79) 내에 위치한 부분(66), 패키지 몸체(74) 내에 삽입된 부분, 및 외부 부분을 포함한다. 다이 실장 플레이트(72)는 개구부(73)를 포함한다.
경성 힘 전달 요소(15)를 가지는 반도체 힘 센서 다이(10) 및 ASIC 다이(16)는 패키지(25)의 내부 캐비티(79) 내에 위치한다. 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)는 다이 실장 플레이트(72) 내의 개구부(73)와 대면한다. 힘 센서 다이(10)는 덮개(78)와 대면하는 일측 상에 위치한 본드 패드들(41, 44)를 포함한다. ASIC 다이(16)는 덮개(78) 와 대면하는 일측 상에 본드 패드들(18)를 포함한다. 상기 힘 센서 다이는 힘 센서들을 수용한다. 상기 힘 센서들은 힘 센서 다이(10)에 인가된 힘에 반응하여 출력 신호를 제공한다. ASIC 다이(16)는 상기 힘 센서들의 상기 출력 신호의 조정 및 처리를 위한 전자 회로의 일부를 수용한다. 상기 힘 센서들의 상기 출력 신호의 조정 및 처리를 위한 전자 회로의 적어도 일부는 힘 센서 다이(10) 내에 집적될 수 있다. 힘 센서 다이(10)는 연결층(76)을 이용하여 다이 실장 플레이트(72)와 기계적으로 연결될 수 있다. 연결 물질은 접착제 또는 다른 구조 물질, 예를 들어, 융해 유리 또는 솔더일 수 있다. 연결 영역은 힘 센서 다이(10)의 측벽들 상에 위치하거나, 개구부(73)와 대면하는 다이의 일측 상에 위치하거나, 또는 이들 모두의 영역 내에 위치할 수 있다. 힘 센서 다이(10)의 본드 패드들(44)은 와이어들(42)을 이용하여 핀들(80)의 부분들(66)과 연결될 수 있다. ASIC 다이(16)은 접착제를 이용하여 또는 다른 구조층에 의하여 다이 실장 보드(72) 상에 실장된다. 와이어 본딩은 ASIC 다이(16) 및 핀들(80) 사이에 전기적 연결을 제공할 수 있다. 와이어들(20)은 ASIC 본드 패드들(18)과 캐비티(79) 내에 위치한 핀들(80)의 부분들(66)을 연결한다. 본 실시예의 다른 예에 있어서, 또한 ASIC 본드 패드들(18)와 힘 센서 다이(10) 상에 위치한 본드 패드들(41)를 연결하는 와이어들(40)에 의하여, ASIC 다이(16)는 힘 센서 다이(10)와 직접적으로 전기적으로 연결될 수 있다.
패키지(25) 내에 힘 센서 다이(10)와 ASIC 다이(16)를 실장하고 와이어 본딩한 후에, 덮개(78)는 패키지(25)의 몸체(74)와 연결된다. 상기 연결은 접착제, 솔더, 융해 유리 또는 다른 구조 물질에 의하여 제공된다. 제7 실시예에 있어서, 패키지 몸체(74)와 덮개(78) 사이의 기계적 연결은 용접 또는 열압착에 의하여 구현된다.
패키지(25)는 힘 전달 요소(21) 및 선택적인(optional) 덮개층(27)을 더 포함한다. 힘 전달 요소(21) 및 덮개층(27) 모두는 다이 실장 플레이트(72)의 외부 표면과 연결된다. 힘 전달 요소(21)는 개구부(73)를 통하여 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 커플링된다. 힘 전달 요소(21) 및 덮개층(27) 모두는 몰딩 공정을 이용하여 형성된다. 도 14c에 도시된 바와 같이, 버튼과 연결되기 위하여 힘 전달 요소(21)는 프로화일된 구조(26, 28)를 가질 수 있다.
도 15에 도시된 바와 같이, 내부 캐비티(79)는 물질(55)에 의하여 충진될 수 있다. 또한, 본드 패드들을 가지는 힘 센서 다이(10)의 일측은 충진된 물질과는 다른 물질에 의하여 보호될 수 있다. 예를 들어, 도 16은 젤 덩어리(60)에 의하여 보호되는 힘 센서 다이(10)를 도시한다.
상기 힘 센서들의 신호를 조정 및 처리하기 위하여 요구되는 전자 회로들이 힘 센서 다이(10) 상에 집적될 수 있다. 힘 센서 다이(10) 상에 이용가능한 영역이 있으므로, 상기 신호를 조정 및 처리하는 전자 회로들의 집적은 상기 센서 다이의 크기와 비용을 증가시키지 않으며, 이에 따라 분리된 ASIC 다이를 제거할 수 있다. 결과적으로, 상기 입력 제어 장치의 전체 크기 및 비용이 감소된다. 상기 센서 다이 상에 집적된 신호를 조정 및 처리하는 전자 회로들을 가지는 입력장치의 일 예가 도 17에 도시되어 있다.
도 18에 도시된 제7 실시예에 따른 입력 제어 장치(1)의 일 예에 있어서, 상기 내부 캐비티는 포팅 물질(75)을 이용하여 포팅된다. 상기 포팅 물질은 와이어들(62, 63) 및 힘 센서 다이(10) 상에 위치한 본드 패드들(61, 64)의 기계적 및 환경적 보호를 제공한다. 포팅 물질(75)을 이용하는 것은 상기 덮개를 제거할 수 있고, 이에 따라 비용을 감소시킬 수 있다.
제8 실시예
도 19 및 도 20은 제8 실시예에 따른 입력 장치(1)의 예들을 도시한다. 도 19에 도시된 입력 장치(1)의 패키지(25)는 금속 리드 프레임(82), 플라스틱 몸체(90), 및 힘 전달 요소(21)를 포함한다. 플라스틱 몸체(90)는 몰딩되어 있다. 금속 리드 프레임(82)은 힘 센서 다이(10) 및 ASIC(16)를 위한 실장 표면을 제공한 다. 힘 센서 다이(10)를 위한 상기 실장 표면은 개구부(81)를 포함한다. 금속 리드 프레임(82)의 일부는 플라스틱 몸체(90) 내에 위치하고, 상기 리드들의 부분들(84, 86)은 플라스틱 몸체(90)의 외부에 위치한다. 상기 리드들의 부분들(84, 86)은 입력 장치(1)를 전자 시스템 내에 사용되는 다른 기판, 보드 또는 구성요소에의 전기적 및 기계적 연결 모두를 위하여 사용될 수 있다.
경성 힘 전달 요소(15)를 가지는 반도체 힘 센서 다이(10) 및 ASIC 다이(16)는 패키지(25)의 플라스틱 몸체(90) 내에 위치한다. 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)는 금속 리드 프레임(82) 내의 개구부(81)와 대면한다. 힘 센서 다이(10)는 금속 리드 프레임(82)과 대향하는 일측 상에 위치한 본드 패드들(41, 44)을 포함한다. 힘 센서 다이(10)는 힘 센서들을 수용한다. 상기 힘 센서들은 힘 센서 다이(10)에 인가된 힘에 반응하여 출력 신호를 제공한다. ASIC 다이(16)는 금속 리드 프레임(82)에 대향하는 일측 상에 본드 패드들(18)을 포함한다. ASIC 다이(16)는 상기 힘 센서들의 출력 신호를 조정 및 처리하기 위한 전자 회로의 적어도 일부를 수용한다. 상기 힘 센서들의 출력 신호를 조정 및 처리하기 위한 전자 회로의 적어도 일부는 힘 센서 다이(10) 내에 집적될 수 있다. 힘 센서 다이(10)는 연결층(88)에 의하여 금속 리드 프레임(82)과 기계적으로 연결된다. 힘 센서 다이(10)의 본드 패드들(44)은 와이어들(42)에 의하여 금속 리드 프레임(82)의 리드들과 연결된다. ASIC 다이(16)는 금속 리드 프레임(82) 상에 실장된다. ASIC 다이(16)와 금속 리드 프레임(82) 사이의 전기적 연결은 와이어 본딩에 의하여 제공된다. 와이어들(20)은 ASIC 본드 패드들(18)을 금속 리드 프레임(82)의 일 부들과 연결한다. 또한, 본 실시예의 일 예에 있어서, ASIC 본드 패드들(18)을 힘 센서 다이(10) 상에 위치한 본드 패드들(41)과 연결하는 와이어들(40)에 의하여, ASIC 다이(16)는 힘 센서 다이(10)와 전기적으로 직접 연결될 수 있다.
금속 리드 프레임(82) 상에 힘 센서 다이(10) 및 ASIC 다이(16)를 실장하고 와이어 본딩을 수행한 후에, 플라스틱 몰딩이 수행된다. 플라스틱 몸체(90)는 힘 센서 다이(10), ASIC 다이(16), 및 모든 내부 연결들의 기계적 및 환경적 보호 모두를 제공한다.
제8 실시예의 일 예에 있어서, 힘 전달 요소(21)는 패키지(25)의 플라스틱 몸체(90)와 함께 몰딩될 수 있다. 본 실시예의 다른 예에 있어서, 힘 전달 요소(21)는 다른 단계에서 형성될 수 있다. 힘 전달 요소(21)는 개구부(81)를 통하여 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 커플링될 수 있다. 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 버튼과의 연결을 위하여 힘 전달 요소(21)는 프로화일된 구조(26, 28)를 가질 수 있다.
도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 힘 센서 다이(10)는 젤 덩어리(60)와 같은 탄성 물질에 의하여 더 보호될 수 있다.
상기 힘 센서들의 신호를 조정 및 처리하기 위하여 요구되는 전자 회로들이 힘 센서 다이(10) 상에 집적될 수 있다. 이에 따라 ASIC 다이가 제거될 수 있다. 이러한 경우에 있어서, 제8 실시예에 따른 일 예의 입력 장치(1)가 도 20에 도시되어 있다.
제9 실시예
도 21은 본 발명의 실시예에 따라 상기 입력 제어 장치를 PC 보드(102) 상에 실장하기 위한 세 개의 방위들을 도시한다. 입력 장치(104)는 PC 보드(102)의 앞면 상에 실장된다. 입력 장치(106)는 PC 보드(102)의 우측 에지(107) 상에 실장되고, 입력 장치(108)는 PC 보드(102)의 좌측 에지(109) 상에 실장된다. 상기 입력 장치들에의 전기적 연결들은 PC 보드(102)의 앞면 또는 후면 상에 제공될 수 있다. PCB 상의 직접 에지 실장은, 입력 장치(106, 108)와 PC 보드(102)의 신뢰성있는 기계적 및 전기적 연결 모두를 제공하기 위하여, 특정한 패키지를 요구한다. 버튼(30)은 실장 유형과는 무관하게 상기 입력 장치와 커플링될 수 있다. 그러나, 사용자에게 최대한의 편의를 제공하기 위하여, 버튼(30)의 설계는 각각의 유형의 입력 장치 실장(104, 106, 108)에 적합하도록 조정되는 것이 바람직하다,
도 22, 도 23, 및 도 24는 제9 실시예에 따라 PC 보드들 상의 에지 실장을 위하여 적합한 입력 장치(1)의 예들을 도시한다. 도 22 내지 도 24에 도시된 입력 장치(111)의 패키지는 몸체(114), 힘 전달 요소(21), 및 버튼(30)을 포함한다. 도 22에 도시된 상기 입력 장치의 몸체(114)는 전도 부분들(120)을 가지는 다이 실장 플레이트(113), 슬로트(slot, 115), 캐비티(117), 및 일군의 전도체(116, 118)를 포함한다. 전도체들(116, 118)은 다이 실장 플레이트(113)의 전도 부분들(120)과 연결된다. 전도체들(116, 118)은 슬로트(115) 내에서 개구되어 있다. 힘 센서 다이(10)는 캐비티(117)의 내부에 위치한다. 힘 센서 다이(10)는 경성 힘 전달 요소(15) 및 연결 요소들(122)을 포함한다. 힘 센서 다이(10)는 다이 실장 플레이 트(113) 상에 실장되고, 연결 요소들(122)은 다이 실장 플레이트(113)의 전도 부분들(120)과 연결된다. 상기 패키지의 힘 전달 요소(21)는 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 커플링된다. 상기 패키지의 힘 전달 요소(21)는 버튼(30)과의 연결을 위하여 프로화일된 구조(26, 28)를 가진다.
패키지(111)는 PC 보드(102)의 에지 상에 실장된다. 전기적 연결부들(110, 112)은 상기 PC 보드의 서로 대향하는 일측들에 위치한다. 상기 PC 보드의 에지는 슬로트(115) 내에 삽입된다. 패키지(111)와 PC 보드(102) 사이의 기계적 연결은 슬로트(115) 내에 제공된다. 패키지(111)와 PC 보드(102) 사이의 전기적 연결은 패키지(111)의 전도체들(116, 118)과 PC 보드(102)의 전기적 연결부들(110, 112) 사이에 제공된다.
패키지(111)의 다른 예들이 도 22, 도 23, 및 도 24에 도시되어 있다. 도 22에 도시된 입력 장치(1)의 패키지(111)는 몸체(114)의 중앙 부분에 위치한 슬로트(115)를 포함한다. 도 23에 도시된 입력 장치(1)의 패키지(111)는 비등방적으로 위치한 슬로트(115)를 포함한다. 결과적으로, 패키지 크기의 대부분은 상기 PC 보드의 일측에 주로 위치한다. 도 24에 도시된 입력 장치(1)의 패키지(111)는 상기 슬로트를 대신하여 단차(117)를 포함하며, 이는 슬로트가 몸체(114)의 에지를 향하여 상승한 것으로 고려될 수 있다. 어플리케이션의 요구에 따라, 이러한 예들은 PC 보드의 표면들 중에 완전히 평평한 표면을 제공할 수 있다.
제10 실시예
상술한 실시예들에서 개시된 입력 장치들은 다른 유형의 힘 전달 요소(21)를 포함할 수 있다. 본 실시예에서는 여러 가지 유형들의 힘 전달 요소(21)가 개시된다.
도 25는 제10 실시예에 따른 입력 장치의 예를 도시한다. 입력 장치(1)는 힘 전달 요소(21)와 경성 힘 전달 요소(15)를 가지는 반도체 힘 센서 다이(10)를 가지는 패키지(25)를 수용한다. 힘 전달 요소(21)는 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 기계적으로 커플링된다. 패키지(25)의 힘 전달 요소(21)는 플라스틱 물질의 하나의 층으로 형성된다. 도 25에 도시된 바와 같이, 상기 플라스틱 물질의 층은 균일한 층일 수 있다. 또는, 상기 플라스틱 물질의 층은 인간의 손가락과 접촉하거나, 다른 힘의 원천과 접촉하거나, 또는 버튼과 접촉하는 외부 부분으로부터 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 접촉하는 내부 층으로 변화하는 물성들을 가질 수 있다.
도 26은 제10 실시예에 따른 입력 장치(1)의 다른 예를 도시한다. 입력 장치(1)는 기판(14)과 함께 패키지(25)를 수용한다. 경성 힘 전달 요소(15)를 가지는 반도체 힘 센서 다이(10) 및 ASIC 다이(16)는 패키지(25)의 내부에 위치한다. 패키지(25)는 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 기계적으로 커플링되는 힘 전달 요소(21)를 포함한다. 힘 센서 다이(10)는 기판(14) 상에 실장된 플립-칩이다. 기판(14)은 전자 시스템 내에 사용되는 다른 기판, 보드 또는 구성요소에의 전기적 및 기계적 연결 모두를 위한 연결 요소들(22)을 포함한다. 도 26에 도시된 입력 장치(1)는 볼 그리드 어레이(BGA)로 형성된 일군의 연결 요소들(22)을 가진 다. 패키지(25)는 두 개의 플라스틱층들(124, 126)로 형성된다. 하부 플라스틱층(124)은 기판(14)과 접촉하고 ASIC 다이(16)를 완전히 둘러싸고, 센서 다이(10)의 일부를 수용할 수 있다. 상부 플라스틱층(126)은 하부층(124)의 적어도 일부를 덮고, 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 커플링을 제공하는 힘 전달 요소(21)를 수용한다. 플라스틱 물질들의 층들(124, 126)은 서로 다른 물성들을 가진다. 예를 들어, 하부층(124)은 상부층(126)에 비하여 더 단단한 물질일 수 있다. 제10 실시예에 따른 입력 장치(1)의 패키지(25)는 플라스틱 물질의 두 개 이상의 층들을 이용할 수 있다. 예를 들어, 패키지(25)의 힘 전달 요소(21)는 플라스틱 물질들의 여러 층들로 형성될 수 있다.
도 27은 제10 실시예에 따른 입력 장치의 다른 예를 도시한다. 입력 장치(1)는 힘 전달 요소(21), 기판(14), 경성 힘 전달 요소(15)를 가지는 반도체 힘 센서 다이(10)를 포함하는 패키지(25)를 수용한다. 상기 힘 센서 다이는 기판(14) 상에 실장된 플립-칩이다. 힘 전달 요소(21)는 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 기계적으로 커플링된다. 패키지(25)의 힘 전달 요소(21)는 기계적 물성, 열적 물성, 및 다른 물리적 물성들의 기울기(132)를 가지는 플라스틱 물질(128)로 형성된다. 기판(14)과 접촉하는 플라스틱 물질의 내부층은 외부층(130)과 비교하여 더 경성일 수 있다. 상기 내부층은 더 단단할 수 있고, 패키지(25)에 강도를 제공하고, 반면, 상기 외부층은 상기 내부층에 비하여 부드러울 수 있고, 외부 힘의 원천에 요구되는 인터페이스를 제공할 수 있다. 예를 들어 경도와 같이 상기 플라스틱 물질의 물성들의 요구되는 변형들은, 물질의 변화, 조성의 변화, 예 를 들어 열처리 또는 방사능 처리에 의한 상기 외부층의 물성들의 화학적 또는 물리적 변화들을 포함하는 본 기술분야에 알려진 다른 방법들에 의하여 구현될 수 있다.
상술한 바와 같이 입력 장치(1)에 대하여 설명되었다고 하여도, 유사한 시도가 본 발명의 다른 실시예들에 개시된 입력 장치의 다른 설계들에 적용될 수 있다.
제11 실시예
본 발명에 개시된 상기 입력 장치들은 기계적 힘의 연속적인 변화 하에서 전자 시스템들 내에서 동작되어야 하므로, 신뢰성있는 기계적 커플링을 요구한다. 도 28, 도 29 및 도 30에 도시된 바와 같이, 제11 실시예에서는, 전자 시스템들 내의 입력 장치들의 기계적으로 강한 신뢰성있는 커플링을 제공하는 여러 가지 선택사양들이 설명된다.
도 28은 제11 실시예에 따른 입력 장치(1)의 일 예를 도시한다. 입력 장치(1)는 패키지(25) 및 기판(14)을 수용한다. ASIC 다이(16) 및 경성 힘 전달 요소(15)를 가지는 반도체 힘 센서 다이(10)가 패키지(25)의 내부에 위치한다. 패키지(25)는 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 커플링된 힘 전달 요소(21)를 포함한다. 힘 센서 다이(10)와 기판(14)의 전기적 및 기계적 연결 모두를 제공하는 연결 요소들(12)을 이용하여, 힘 센서 다이(10)는 기판(14) 상에 플립-칩 실장된다. 또한, ASIC 다이(16)는 기판(14)과 기계적 및 전기적으로 연결된다. 입력 장치(1)는 전자 시스템의 보드(102) 상에 실장된다. 입력 장치(1)와 보드(102) 의 기계적 및 전기적 연결 모두는 연결 요소들(22) (도 28에는 솔더 볼들로 도시됨)과 보드(102)의 연결에 의하여 구현된다. 더 강한 기계적 연결을 제공하고, 환경으로부터 입력 장치(1)와 보드(102) 사이의 전기적 연결들을 보호하기 위하여 언더필(underfill)층(134)이 기판(14)과 보드(102) 사이에 사용된다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 입력 장치(1)가 기판을 사용하지 않는 경우에 있어서, 힘 센서 다이(10)와 입력 제어의 일부로서 상기 다이가 실장되는 인쇄 회로 보드 사이에 언더필 물질이 사용된다. 이러한 경우에 있어서, 상기 언더필 물질은 또한 기계적 충격을 방지하거나 또는 기계적 감쇄기(damper)로서 부차적인 기능을 수행한다. 본 실시예의 상기 언더필 물질은 탄성이 있고, 힘 센서 다이(10)의 실리콘 서스펜션(suspension)의 스프링 상수에 영향을 미치지 않는다.
도 29는 제11 실시예에 따른 입력 장치(1)의 일 예를 도시한다. 입력 장치(1)는 패키지(25) 및 기판(14)을 수용한다. 경성 힘 전달 요소(15)를 가지는 반도체 힘 센서 다이(10)가 패키지(25)의 내부에 위치한다. 패키지(25)는 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 기계적으로 커플링된 힘 전달 요소(21)를 포함한다. 힘 센서 다이(10)는 기판(14) 상에 실장된 플립-칩이다. 기판(14)은 다른 기판 또는 보드와의 전기적 및 기계적 연결 모두를 위한 연결 요소들(22)을 포함한다. 연결 요소들(22)은 솔더 볼들, 솔더 범프들 또는 플립-칩 실장을 위하여 적절한 범프 아래의 금속 배선으로 덮인 패드들일 수 있다. 도 29에 도시된 입력 장치(1)는 랜드 그리드 어레이(LGA)로 형성된 일 군의 연결 요소들(22)을 포함한다. 입력 장치(1)는 보드(102) 상에 실장된다. 입력 장치(1)와 보드(102)의 기계적 및 전기적 연결 모두는 랜드 그리드 어레이 패드들(22)과 보드(102)의 연결에 의하여 구현된다. 입력 장치(1)와 보드(102) 사이에 더 우수한 기계적 연결을 제공하고 환경으로부터 전기적 연결들을 보호하기 위하여, 입력 장치(1)의 기판(14)과 보드(102) 사이 및 패키지(25)의 측벽들을 따라서 접착층(138)이 사용될 수 있다.
도 30은 제11 실시예에 따른 입력 장치(1)의 일 예를 도시한다. 입력 장치(1)는 힘 전달 요소(21) 및 경성 힘 전달 요소(15)를 가지는 반도체 힘 센서 다이(10)를 가지는 패키지(25)를 수용한다. 힘 전달 요소(21)는 힘 센서 다이(10)의 경성 힘 전달 요소(15)와 기계적으로 커플링된다. 도 30에 도시된 입력 장치(1)는 일 군의 연결 요소들(22)을 포함한다. 입력 장치(1)는 보드(102) 상에 실장된다. 입력 장치(1)와 보드(102)의 기계적 및 전기적 연결 모두는 연결 요소들(22)과 보드(102)의 연결에 의하여 구현된다. 패키지(25)와 보드(102)를 안전하게 하는 적어도 하나의 브라켓(140, bracket)이 제공되고, 이에 따라 입력 장치(1)와 보드(102) 사이의 더 강한 기계적 연결을 제공한다. 본 실시예의 일 예로서, 도 30에 도시된 바와 같이 물질(142)을 이용하여 브라켓(140)은 보드(102)에 솔더링될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예들에서 개시된 입력 장치들의 실장을 위하여 동일한 시도들이 사용될 수 있음은 명백하다.
제12 실시예
본 발명에 따른 입력 장치의 가장 큰 장점은 매우 작은 크기를 가지는 것이 다. 이는 휴대용(handheld) 장치의 표면 상에 실질적으로 어떤 위치에서도 최소한의 공간을 할당할 수 있다. 예를 들어, 상기 입력 장치는 많은 경우에 있어서의 휴대용 장치의 앞면 패널 상에 위치시킬 수 있고, 또한, 도 31a 및 도 31b에 도시된 바와 같이 휴대용 장치의 측면에 위치시킬 수 있다. 에지 실장된 입력 제어 장치의 적어도 두 개의 기본적인 선택 사양들, 즉, 오른손잡이 사람들을 위하여 휴대용 장치의 우측 측면 상에 위치하거나 왼손잡이 사람들을 위하여 휴대용 장치의 좌측 측면 상에 위치하는 선택 사양들을 가질 필요가 있다. 이러한 선택 사양들 모두가 도 31a 및 도 31b에 도시되어 있다.
도 31a는 휴대용 장치의 일 예로서 본 발명에서 개시된 힘 제어된 2차원 또는 3차원 입력 제어 장치들로부터 잇점을 가지는 휴대 전화(92)를 도시한다. 손가락 제어용 마이크로 마우스 또는 마이크로 조이스틱(98)이 휴대 전화(92)의 앞면 패널 상에 도시되어 있다. 유사한 힘 제어용 마이크로 마우스 또는 마이크로 조이스틱은 휴대 전화의 측면 상에 또한 설치된다. 특히, 마이크로 마우스 또는 마이크로 조이스틱(97, 95)은 좌측 및 우측의 휴대 전화(92)의 상측 부분에 각각 설치된다. 도 31a에 도시된 바와 같이, 마이크로 마우스 또는 마이크로 조이스틱이 휴대 전화(92)의 측벽들의 다른 부분들 상에 설치될 수 있고, 이에 따라 마이크로 마우스 또는 마이크로 조이스틱 장치(100, 103)이 손가락들(99, 101)에 의하여 제어될 수 있다.
도 31b는 본 발명에서 개시된 바와 같은 힘 제어된 2차원 또는 3차원 입력 제어 장치들의 사용으로부터 잇점을 가질 수 있는 휴대용 장치의 다른 예로서 게임 장치(200)를 도시한다. 특히, 적어도 하나의 힘 센서는 게임 장치(200)의 앞면 패널 상에 설치된다. 두 개의 손가락 제어용 마이크로 조이스틱 장치들(207, 209)이 게임 장치(200)의 앞면 패널 상에 도시되어 있다. 또한, 유사한 힘 제어용 마이크로 조이스틱들이 게임 장치(200)의 측벽 상에 설치된다. 도 31b는 게임 장치(200)의 측벽의 상측 부분에 설치된 마이크로 조이스틱들(210, 212)을 도시한다. 마이크로 조이스틱들(214, 216)은 게임 장치(200)의 좌측 및 우측 측벽들 상에 각각 설치된다. 마이크로 조이스틱 제어 장치들은 게임 장치(200)의 앞면 패널, 후면 패널, 및 측벽들 의 다른 부분들에 설치될 수 있다.
제1 실시예에서 개시된 바와 같이, 상기 버튼들은 바람직한 물질, 형상, 크기, 입력 장치를 동작하기에 필요한 힘의 범위, 강직도(stiffness), 최대 변형, 접촉 느낌, 색깔을 제공함에 있어서 사용자에게 최대한의 편의를 제공하도록 인간환경공학적으로 설계된다.
휴대용 장치, 예를 들어, 휴대 전화 또는 게임 장치는 복수의 마이크로 마우스 또는 마이크로 조이스틱 장치들 또는 이러한 장치들의 복수의 군들을 포함할 수 있다.
휴대용 장치는 손가락 제어용 마이크로 조이스틱 장치들을 위한 복수의 소켓들을 가질 수 있고, 이러한 장치들은 다른 소켓들 내에 실장되거나 재실장될 수 있다.
또한, 마이크로 마우스 및 마이크로 조이스틱 장치들은 프로그램 가능한 기능성과 선택 가능한 감도를 가질 수 있다. 예를 들어, 두 개의 3차원 마이크로 조 이스틱들을 가지는 게임 장치는 여섯 개의 독립적인 파라미터들의 제어를 허용한다.
사용된 다이의 미세 구조들, 패키지들의 구조들, 버튼들, 실장 방법들, 물질들은 본 발명을 한정하는 것이 아니라, 본 발명에 의하여 제공되는 다양한 기술적 해결책들의 일부를 예시적으로 나타냄을 이해하여야 한다. 본 발명이 바람직한 실시예들을 참조하여 상세하게 설명되었다고 하여도, 본 발명의 기술적 사상을 벗어남이 없이 이들의 변화들 및 변형들이 가능하다는 것을 이해할 수 있다.
상술한 손가락 제어용 마이크로 마우스 및 마이크로 조이스틱 장치들은 휴대 전화, 게임 장치 또는 다른 휴대용 장치의 화면 상의 목표물을 인가된 힘에 비례하는 동작 속도로서 어떠한 방향으로 움직이는 가능성을 제공한다. Z-힘(Z-force)에 민감하므로, 그들은 실행 버튼으로 또한 기능할 수 있다. 손가락 제어용 마이크로 마우스 또는 마이크로 조이스틱 장치들의 이러한 잇점들은 4 방향 버튼에 비하여 우수한 기능성을 제공할 수 있다. 또한, 상기 마이크로 마우스 또는 마이크로 조이스틱 제어 장치들의 상술한 바와 같은 위치의 선택 사양과 할당 및 프로그램 기능성에 있어서의 유연성은 이러한 유형의 제어 장치들을 이용하는 전자 시스템들에 추가적인 가치를 제공한다.

Claims (35)

  1. 인가된 외부 힘에 반응하여 전기적 출력 신호를 제공하는 힘 센서; 및 전자 시스템 내에서 전기적 및 기계적 연결을 위한 연결 요소들;을 수용하고, 반도체 기판 내에 형성되는 힘 센서 다이; 및
    상기 센서 다이와 커플링되고 상기 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하는 힘 전달 요소를 포함하고, 상기 힘 센서 다이의 일부를 둘러싸는 패키지;를 포함하고,
    상기 힘 센서 다이의 상기 연결 요소들은 전자 시스템 내에서 반도체 입력 제어 장치의 직접적인 실장을 위하여 노출된 것을 특징으로 하는 전자 시스템 내로 기계적 신호들을 입력하기 위한 반도체 입력 제어 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 패키지의 상기 힘 전달 요소에 외부 힘이 직접적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 힘 센서 다이는, 상기 장치의 더 우수하고 다중 축 감도(multi-axis sensitivity)를 위하여, 상기 패키지의 상기 힘 전달 요소에 커플링된 경성(rigid) 힘 전달 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 다이에 커플링된 상기 힘 전달 요소는, 균일한 물질의 하나의 층, 균일한 물질들과 경도 기울기를 가지는 비균일한 플라스틱 물질의 적어도 두 개의 층들, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 플라스틱 물질들로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  5. 인가된 외부 힘에 반응하여 전기적 출력 신호를 제공하는 힘 센서; 및 플립-칩(flip chip) 실장을 위한 연결 요소들;을 수용하고, 반도체 기판 내에 형성되는 힘 센서 다이; 및
    기판; 및 상기 센서 다이와 커플링되고 상기 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하는 힘 전달 요소;를 포함하는 패키지;를 포함하고,
    상기 힘 센서 다이는 상기 기판 상에 실장된 플립-칩인 것을 특징으로 하는 전자 시스템 내로 기계적 신호들을 입력하기 위한 반도체 입력 제어 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 패키지의 상기 힘 전달 요소에 외부 힘이 직접적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 힘 센서로부터 나오는 상기 출력 신호들의 조정(conditioning) 및 처 리(processing)를 제공하는 적어도 하나의 신호 조정 및 처리 집적 회로 다이를 더 포함하고,
    상기 힘 센서 다이 및 상기 적어도 하나의 신호 조정 및 처리 집적 회로 다이는 상기 기판 상에 실장되는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 힘 센서 다이는, 추가적인 집적 회로 다이 상에 실장된 플립-칩인 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 힘 센서 다이는, 상기 장치의 더 우수하고 다중 축 감도를 위하여, 상기 패키지의 상기 힘 전달 요소에 커플링된 경성 힘 전달 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 센서 다이에 커플링된 상기 힘 전달 요소는, 균일한 물질의 하나의 층, 균일한 물질들과 경도 기울기를 가지는 비균일한 플라스틱 물질의 적어도 두 개의 층들, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 플라스틱 물질들로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  11. 적어도 두 개의 콘택 패드들을 가지는 평면 측; 상기 평면 측에 대향하는 힘 인가 다이 측; 및 인가된 외부 힘에 반응하여 전기적 출력 신호를 제공하는 힘 센서;를 포함하고, 반도체 기판 내에 형성되는 힘 센서 다이; 및
    개구부를 가지는 다이 실장 요소; 상기 센서 다이와 커플링되고, 상기 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하는 힘 전달 요소; 및 상기 센서 다이의 콘택 패드들로의 전기적 연결을 위한 적어도 두 개의 출력 리드들;을 포함하고, 상기 힘 센서 다이를 수용하는 패키지;를 포함하고,
    상기 힘 인가 다이 측은 상기 개구부와 대면하고, 상기 다이의 평면 측은 상기 개구부와 이격하여 대면하고 상기 힘 전달 요소와 이격하여 대면하고, 상기 패키지의 상기 힘 전달 요소는 상기 개구부를 통하여 상기 힘 센서 다이와 커플링되도록, 상기 힘 센서 다이는 상기 다이 실장 요소에 부착되는 것을 특징으로 하는 전자 시스템 내로 기계적 신호들을 입력하기 위한 반도체 입력 제어 장치.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 힘 전달 요소에 외부 힘이 직접적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 힘 센서로부터 나오는 상기 출력 신호들의 조정 및 처리를 제공하는 적어도 하나의 신호 조정 및 처리 집적 회로 다이를 더 포함하고,
    상기 힘 센서 다이 및 상기 적어도 하나의 신호 조정 및 처리 집적 회로 다이는 상기 기판 상에 실장되는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 힘 센서 다이의 상기 평면 측 상에 있는 상기 콘택 패드들로의 전기적 연결은 와이어 본딩을 통하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  15. 제 11 항에 있어서,
    상기 패키지는 덮개(cap)를 더 포함하고,
    상기 덮개는, 상기 힘 센서 다이의 상기 평면 측이 상기 덮개와 대면하도록, 상기 패키지 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 덮개 상에 상기 패키지의 출력 리드들이 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  17. 제 11 항에 있어서,
    상기 다이 실장 요소의 표면 및 상기 힘 센서 다이는, 몰딩 물질들, 포팅(potting) 물질들, 젤들(gels), 고무 유사(rubber-like) 물질들 및 이들의 조합 으로 구성된 군으로부터 선택된 플라스틱 물질로 적어도 부분적으로 덮인 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  18. 제 11 항에 있어서,
    상기 패키지는 캐비티를 포함하고,
    상기 다이 실장 요소는 상기 캐비티 내에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  19. 제 11 항에 있어서,
    상기 다이 실장 요소는, 플라스틱, 금속, 세라믹, 유리, 반도체, 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  20. 평면 측, 상기 평면 측에 반대인 힘 인가 다이 측, 및 인가된 외부 힘에 반응하여 전기적 출력 신호를 제공하는 힘 센서, 및 플립-칩 실장을 위한 연결 요소들을 포함하고, 반도체 기판 내에 형성되는 힘 센서 다이; 및
    상기 힘 센서 다이의 상기 평면 측과 평행하지 않은 외부 실장 표면을 가지는 패키지 몸체; 다이 실장 요소; 상기 힘 센서 다이와 커플링되고, 상기 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하는 힘 전달 요소; 및 상기 외부 실장 표면 상에 위치하는 적어도 두 개의 출력 리드들;을 포함하고, 상기 힘 센서 다이를 수용하는 패키지; 를 포함하고,
    상기 반도체 입력 제어 장치는, 상기 힘 센서 다이의 상기 평면 측이 상기 PCB와 평행하지 않고, 상기 외부 실장 표면은 상기 PCB와 대면하도록, 상기 PCB 상에 실장되는 것을 특징으로 하는 디지털 시스템 내로 기계적 신호들을 입력하기 위한 반도체 입력 제어 장치.
  21. 제 20 항에 있어서,
    상기 힘 전달 요소에 외부 힘이 직접적으로 인가되는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 패키지는 그루브(groove)를 포함하고,
    상기 외부 실장 표면은 상기 그루브의 적어도 하나의 측벽 상에 위치하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  23. 제 20 항에 있어서,
    상기 장치는, 상기 힘 센서 다이의 상기 평면 측이 상기 PCB에 대하여 수직이 되도록, 상기 PCB의 에지 상에 실장되는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  24. 힘 감지, 신호 조정 및 신호 처리의 기능들을 제공하는 적어도 하나의 다이; 및
    힘을 감지하는 기능을 적어도 제공하는 다이를 수용하고, 상기 힘 센서 다이와 커플링되고 상기 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하는 힘 전달 요소를 포함하는 패키지;를 포함하고,
    힘 감지, 신호 조정, 및 신호 처리 기능들 사이의 분할은:
    하나의 힘 센서 다이 내에서 힘 감지, 신호 조정 및 신호 처리 기능들의 통합; 하나의 다이 내에서 힘 감지 및 적어도 일부의 신호 조정, 및 다른 다이 내에서 적어도 신호 처리의 통합; 하나의 다이 내에서 힘 감지 및 다른 다이 내에서 신호 조정의 통합; 및 하나의 다이 내에서 힘 감지 및 적어도 하나의 다른 다이 내에서 신호 조정 및 신호 처리의 통합;으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 디지털 시스템 내로 기계적 신호들을 입력하기 위한 반도체 입력 제어 장치.
  25. 반도체 기판 내에 형성되고 인가된 외부 힘에 반응하여 전기적 출력 신호를 제공하는 힘 센서 다이;
    상기 힘 센서 다이와 커플링되고 상기 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하는 힘 전달 요소를 포함하고, 힘 센서 다이를 수용하는 패키지; 및
    상기 패키지의 상기 힘 전달 요소와 기계적으로 커플링된 버튼;을 포함하고,
    상기 버튼은 상기 외부 힘과 인터페이스를 제공하고, 또한 상기 힘 센서 다이에 힘을 전달하는 상기 힘 전달 요소에 상기 외부 힘을 전달하는 것을 특징으로 하는 디지털 시스템 내로 기계적 신호들을 입력하기 위한 반도체 입력 제어 장치.
  26. 제 25 항에 있어서,
    상기 힘 전달 요소와 상기 상기 버튼은, 홀(hole), 캐비티(cavity), 트렌치(trench), 노치(notch), 폴(pole), 핀(pin), 림(rim), 단차(step), 바(bar), 나사(thread), 치아(tooth), 후크(hook), 잠금 메커니즘(locking mechanism) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 형상의 적어도 하나의 추가적인 요소를 가지는 표면을 가로질러 커플링된 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  27. 제 25 항에 있어서,
    상기 버튼은 상기 힘 전달 요소에의 연결부를 가지고,
    상기 연결부는 상기 버튼들을 교체(replacing)하거나 교환(interchanging)하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  28. 제 25 항에 있어서,
    상기 버튼은 상기 힘 전달 요소에 대한 프로화일된 연결부를 포함하고,
    상기 연결부는 그 표면에 과부하된 기계적 힘과 토오크로부터 상기 반도체 입력 제어 장치를 보호하는 적어도 하나의 추가적인 기계적 요소를 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  29. 제 25 항에 있어서,
    상기 버튼은 키보드, 키매트(key-mat), 제어 표면 영역 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 제어 패널 내에 집적된 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  30. 제 25 항에 있어서,
    상기 버튼은 플라스틱, 금속, 세라믹, 유리, 폴리머, 보석(gem), 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 물질로 형성된 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  31. 제 25 항에 있어서,
    상기 버튼은 적색(red), 오렌지색(orange), 황색(yellow), 녹색(green), 청색(blue), 마젠타색(magenta), 보라색(violet), 흑색(black), 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 색깔을 가지는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  32. 제 25 항에 있어서,
    상기 버튼(button)은 볼록형(convex), 오목형(concave), 안장형(saddle), 원기둥형(cylinder), 원판형(disk), 돔형(dome), 막대형(stick), 반구형(hemisphere), 원뿔형(cone), 피라미드형(pyramid), 프리즘형(prism), 토어 형(tore), 딤플형(dimple), 노치형(notch), 촉각으로 인식가능한 형상, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 형상 요소들을 포함하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  33. 반도체 기판 내에 형성되고 인가된 외부 힘에 반응하여 전기적 출력 신호를 제공하는 힘 센서 다이; 및
    상기 힘 센서 다이와 커플링되고 상기 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하는 힘 전달 요소를 포함하고, 힘 센서 다이를 수용하는 패키지;를 포함하고,
    상기 패키지는 PCB 상에 실장되고,
    상기 PCB와의 기계적인 커플링은, 솔더링, 언더필 접착제, 상기 패키지의 측벽들과 상기 PCB의 표면의 주위에 인가된 접착제, 금속 브라켓(bracket) 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 디지털 시스템 내로 기계적 신호들을 입력하기 위한 반도체 입력 제어 장치.
  34. 제 33 항에 있어서,
    상기 언더필 접착제는 탄성을 가지고, 기계적 충격과 상기 장치에 인가된 과부하된 힘에 대한 보호를 제공하는 것을 특징으로 하는 반도체 입력 제어 장치.
  35. 반도체 입력 제어 장치로서,
    반도체 기판 내에 형성되고 인가된 외부 힘에 반응하여 전기적 출력 신호를 제공하는 힘 센서 다이; 및
    상기 힘 센서 다이와 커플링되고 상기 힘 센서 다이에 외부 힘을 전달하는 힘 전달 요소를 포함하고, 힘 센서 다이를 수용하는 패키지;를 포함하고,
    상기 장치는 목적물 상에 앞면, 후면, 상면, 하면, 좌측, 우측, 앞면 패널, 에지, 제어 패널, 제어 영역, 측벽, 핸들, 스티어링 휠(steering wheel), 외부 표면, 목적물(object)의 내부, 또는 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된 위치에 실장되는 것을 특징으로 하는 디지털 시스템 내로 기계적 신호들을 입력하기 위한 반도체 입력 제어 장치.
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