KR20100053140A - 맥파를 측정하기 위한 압력센서 어레이 및 그 제조방법 - Google Patents

맥파를 측정하기 위한 압력센서 어레이 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

압력센서 어레이 및 그 제조방법이 개시된다. 본 발명에 따른 압력센서 어레이는, 칩 본딩 기판; 상기 칩 본딩 기판 상에 일정한 간격으로 배치된 복수의 압력센서 칩; 상기 칩 본딩 기판에 접착되며, 상기 복수의 압력센서 칩의 주위에 상기 복수의 압력센서 칩과 같은 높이로 형성된 인쇄회로기판; 및 상기 복수의 압력센서 칩의 상면에서 상기 인쇄회로기판의 상면으로 본딩된 와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
압력센서, 어레이, 인쇄회로기판, 와이어 본딩, 맥파

Description

맥파를 측정하기 위한 압력센서 어레이 및 그 제조방법{Pressure sensor array for measuring pulse wave and manufacturing method thereof}
본 발명은 압력센서 어레이 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 내구성을 향상시키고 제조 단가를 절감시킬 수 있는 맥파를 측정하기 위한 압력센서 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.
맥파란 맥박이 말초 신경까지 전하여지면서 이루는 파동을 말하는 것으로서, 일반적으로 맥파는 의학/한의학에서 진단의 기초자료로 활용되고 있으며, 맥파의 모양에 따른 부ㅇ침, 허ㅇ실, 대ㅇ소 등의 유형은 개인의 건강상태를 반영하고 있는 것으로 알려져 있다. 이에 따라, 의학/한의학 분야에서는 측정된 맥파를 활용하여 피검자의 정확한 건강정보를 분석할 목적으로 맥파를 정량적으로 정확히 측정할 수 있는 수단이 요청되어 왔다.
맥파는 압력 센서를 이용하여 말초 동맥의 압력을 측정하여 이루어지는 것이 일반적이다. 맥파를 측정하기 위한 압력 센서 어레이의 형태는 다양한 방식으로 개발되고 있으며, 주로 이용되는 것이 와이어 본딩 방식 및 플립 칩 본딩 방식이다.
와이어 본딩 방식은 도 1에 도시된 바와 같이, PCB(Printed Circuit Board)(12)에 의료용 및 산업용으로 반도체 공정을 통하여 상용화된 단일 압력센서 칩(14)을 탑재하고 금속 와이어(16)를 본딩 과정을 통하여 패키징한 후 실리콘(18)을 증착함으로써 이루어진다.
그런데, 이와 같은 와이어 본딩 방식은 가격이 낮으며 소량의 수동 공정이 가능하고 작업시간이 짧다는 장점이 있으나, 패키징된 센서 모듈에 가해지는 압력에 따라서 와이어링이 끊어질 가능성이 많고, 작업자의 숙련도에 따라서 내구성에 큰 차이를 갖는다는 문제점이 있다.
플립 칩 본딩 방식(패이스 다운 본딩 방식이라고도 한다)은 도 2a에 도시한 바와 같이, 와이어링을 통하지 않고 반도체 칩(22)에 붙어있는 패드를 접착제(24)를 이용하여 PCB(26)의 패드에 직접 접속하는 방식으로서, 와이어링에 의한 불량을 최소화할 수 있으나, 칩(22)의 가장자리에 위치한 패드 부분만이 칩을 지탱하고 있기 때문에 내구성의 문제가 발생할 수 있으며, 도 2b와 같이 장착될 경우 수직으로 압력이 전달되는데 문제가 발생하고, 접착제(24)의 두께에 따라 센서 간의 미세한 높이 차이가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 내구성을 향상시키고 제조 단가를 절감시킬 수 있는 맥파를 측정하기 위한 압력센서 어레 이 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압력센서 어레이의 제1 실시 예는, 칩 본딩 기판; 상기 칩 본딩 기판 상에 일정한 간격으로 배치된 복수의 압력센서 칩; 상기 칩 본딩 기판에 접착되며, 상기 복수의 압력센서 칩의 주위에 상기 복수의 압력센서 칩과 같은 높이로 형성된 인쇄회로기판; 및 상기 복수의 압력센서 칩의 상면에서 상기 인쇄회로기판의 상면으로 본딩된 와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기의 압력센서 어레이는 상기 복수의 압력센서 칩 및 상기 인쇄회로기판 위에 장착된 실리콘을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 와이어는 상기 복수의 압력센서 칩의 패드에서 상기 인쇄회로기판의 패드로 직선으로 본딩되는 것이 바람직하다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압력센서 어레이의 제2 실시 예는, 상면에 일정한 간격으로 복수의 홀이 형성된 인쇄회로기판; 상기 복수의 홀의 각각에 상면이 상기 인쇄회로기판의 상면과 일치되도록 삽입된 복수의 압력센서 칩; 및 각각의 상기 압력센서 칩의 상면에서 상기 인쇄회로기판의 상면으로 본딩된 와이어를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기의 압력센서 어레이는 상기 복수의 압력센서 칩 및 상기 인쇄회로기판 위에 장착된 실리콘을 더 포함하는 것이 바람직하다.
또한, 상기의 압력센서 어레이는 각각의 상기 압력센서 칩의 저면에 형성된 실리콘을 더 포함할 수도 있다.
한편, 상기의 제1 실시 예에 따른 압력센서 어레이는, 칩 본딩 기판의 상면에, 일정한 간격으로 홀이 형성된 인쇄회로기판을 접착하는 단계; 상기 인쇄회로기판의 홀에 압력센서 칩을 삽입하여 장착하는 단계; 및 상기 압력센서 칩의 상면에서 상기 인쇄회로기판의 상면으로 와이어를 본딩하는 단계를 포함하며, 상기 압력센서 칩의 상면이 상기 인쇄회로기판의 상면의 높이와 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기의 압력센서 어레이 제조방법은, 상기 압력센서 칩 및 상기 인쇄회로기판 위에 실리콘을 장착하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
이때, 상기 와이어는 상기 압력센서 칩의 상면에 형성된 패드에서 상기 인쇄회로기판의 상면에 형성된 패드로 직선으로 본딩되는 것이 바람직하다.
한편, 상기의 제2 실시 예에 따른 압력센서 어레이는, 인쇄회로기판의 일정한 간격으로 형성된 홀에 압력센서 칩을 삽입하여 장착하는 단계; 및 상기 압력센서 칩의 상면에서 상기 인쇄회로기판의 상면으로 와이어를 본딩하는 단계를 포함하며, 상기 압력센서 칩의 상면이 상기 인쇄회로기판의 상면의 높이와 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이 제조방법을 제공한다.
바람직하게는, 상기의 압력센서 어레이 제조방법은, 상기 인쇄회로기판의 홀 의 저면에 실리콘을 장착하는 단계를 더 포함한다.
또한, 상기의 압력센서 어레이 제조방법은, 상기 압력센서 칩 및 상기 인쇄회로기판 위에 실리콘을 장착하는 단계를 더 포함할 수도 있다.
또한, 상기 와이어는 상기 압력센서 칩의 상면에 형성된 패드에서 상기 인쇄회로기판의 상면에 형성된 패드로 직선으로 본딩되는 것이 바람직하다.
이로써, 본 발명에 따른 압력센서 어레이는, 내구성이 향상되며 제조단가를 절감시킬 수 있게 된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 압력센서 어레이 및 그 제조방법을 상세하게 설명한다.
본 발명에 따른 압력센서 어레이는 토노메트리 원리(Principle of Tonometry)를 이용한다. 도 3에 도시한 바와 같이, 혈관이 접촉점에서 평평한 면을 가진 Arterial Rider와 만나게 되면 평평하게 눌린 면에서는 혈관의 장력(T)은 수직방향의 힘 평형 방정식에는 영향을 미치지 않게 된다. 따라서 Arterial Rider의 접촉면적을 일정하게 유지하면 혈관내의 압력은 전달되는 힘 Fa를 면적 A로 나눈 값이 된다.
말초 동맥의 혈관의 직경은 사람마다 다르지만 대략 평균적으로 2mm 정도이며, 맥파 측정을 용이하게 하기 위해서는 압력센서 셀의 위치가 동맥 부위에 정확히 위치되어야 하므로, 어레이 형태의 압력센서가 배치되어야 한다.
도 4는 본 발명에 따른 압력센서 어레이의 제1 실시 예를 나타낸 횡단면도이다. 도면을 참조하면 본 발명에 따른 압력센서 어레이는, 칩 본딩 기판(32), 칩 본딩 기판(32) 상에 일정한 간격으로 배치된 복수의 압력센서 칩(34), 칩 본딩 기판(32)에 접착되며 복수의 압력센서 칩(34)의 주위에 복수의 압력센서 칩(34)과 같은 높이로 형성된 인쇄회로기판(36), 및 복수의 압력센서 칩(34)의 상면에서 인쇄회로기판(36)의 상면으로 본딩된 와이어(38)를 포함한다. 이때, 와이어(38)는 도 4의 압력센서 어레이의 평면도를 나타낸 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 압력센서 칩(34)의 상면에 형성된 패드(35)로부터 인쇄회로기판(36)의 상면에 형성된 패드(37)로 직선으로 본딩되는 것이 바람직하다. 또한, 압력센서 어레이는 압력센서 칩(34)의 표면을 보호하기 위하여 복수의 압력센서 칩(34) 및 인쇄회로기판(36)의 위에 장착된 실리콘(39) 또는 그 등가물을 더 포함하는 것이 바람직하다.
도 6은 도 4의 압력센서 어레이의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 4의 압력센서 어레이는, 압력센서 칩(34)을 일정한 간격으로 장착하기 위한 칩 본딩 기판(32)의 상면에, 일정한 간격으로 홀이 형성된 인쇄회로기판(36)을 접착시킨다(S101). 이때, 인쇄회로기판(36)에 형성된 홀은 상측과 하측이 관통되어 있으며, 홀의 형상은 상측면에서 바라본 압력센서 칩(34)의 형상과 동일한 모양으로 형성되는 것이 바람직하다.
칩 본딩 기판(32)에 인쇄회로기판(36)이 접착되면, 인쇄회로기판(36)의 홀에 압력센서 칩(34)을 삽입하여 장착한다(S103). 이때, 압력센서 칩(34)의 상면의 높이는 인쇄회로기판(36)의 상면의 높이와 일치시키는 것이 바람직하다. 여기서, 압력센서 칩(34)의 장착은 인쇄회로기판(36)이 칩 본딩 기판(32)에 접착된 후에 이루어지는 것으로 설명하였지만 이에 한정된 것은 아니며, 압력센서 칩(34)을 칩 본딩 기판(32)에 먼저 장착한 후, 인쇄회로기판(36)의 홀에 압력센서 칩(34)을 끼어 맞추고 인쇄회로기판(36)과 칩 본딩 기판(32)을 서로 접착시킬 수도 있다.
압력센서 칩(34)의 상면의 높이가 인쇄회로기판(36)의 상면의 높이와 일치하면, 압력센서 칩(34)의 상면에 형성된 패드와 인쇄회로기판(36)의 상면에 형성된 패드에 와이어(38)를 직선으로 본딩하여 연결시킨다(S105). 또한, 압력센서 칩(34)과 인쇄회로기판(36)의 상면에는 압력센서 칩(34)의 표면을 보호하기 위한 실리콘(39) 또는 그 등가물을 장착한다(S107).
이로써, 압력센서 칩(34)과 인쇄회로기판(36) 사이의 와이어(38)는 도 7의 종단면도에 도시한 바와 같이, 떠있지 않고 압력센서 칩(34)의 높이와 같은 인쇄회로기판(36)을 따라서 직선으로 본딩되기 때문에, 와이어(38)의 길이를 짧게 할 수 있으며, 누르는 압력에 따른 와이어(38)의 끊김 현상을 방지할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명에 따른 압력센서 어레이의 제2 실시 예를 나타낸 횡단면도이 다. 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 압력센서 어레이는 상면에 일정한 간격으로 복수의 홀이 형성된 인쇄회로기판(36), 인쇄회로기판(36)의 복수의 홀의 각각에 상면이 인쇄회로기판(36)의 상면과 일치되도록 삽입된 복수의 압력센서 칩(34), 및 각각의 압력센서 칩(34)의 상면에서 인쇄회로기판(36)의 상면으로 본딩된 와이어(38)를 포함한다. 이때, 압력센서 칩(34)의 저면 즉, 인쇄회로기판(36)의 홀의 바닥에는 압력센서 칩(34)의 상면의 높이와 인쇄회로기판(36)의 상면의 높이를 일치시키기 위한 실리콘(39)이 형성될 수 있다. 또한, 복수의 압력센서 칩(34)과 인쇄회로기판(36) 위에는 압력센서 칩(34)의 표면을 보호하기 위한 실리콘(39)이 장착될 수도 있다.
도 9는 도 8의 압력센서 어레이의 제조방법을 나타낸 흐름도이다. 도 8의 압력센서 어레이는, 인쇄회로기판(36)에 일정한 간격으로 홀이 형성되어 있으며, 그 홀은 상방향이 개구되고 하방향은 막혀있다. 이때, 인쇄회로기판(36)에 형성된 홀의 형상은 상측면에서 바라본 압력센서 칩(34)의 형상과 동일한 모양으로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 인쇄회로기판(36)에 형성된 홀의 깊이는 압력센서 칩(34)의 두께와 동일한 것이 바람직하다. 또는, 인쇄회로기판(36)의 홀에 삽입된 압력센서 칩(34)의 상면과 인쇄회로기판(36)의 상면의 높이를 일치시키기 위하여, 인쇄회로기판(36)의 홀의 바닥에는 실리콘(39)이 장착될 수도 있다(S201).
인쇄회로기판(36)에 일정한 간격으로 형성된 복수의 홀에는 각각 압력센서 칩(34)이 삽입되어 장착된다(S203). 이때, 인쇄회로기판(36)의 각각의 홀에 삽입된 압력센서 칩(34)의 상면의 높이와 인쇄회로기판(36)의 상면의 높이는 상술한 방법에 의하여 서로 일치한다.
압력센서 칩(34)이 인쇄회로기판(36)의 각각의 홀에 삽입되면, 압력센서 칩(34)의 상면에 형성된 패드와 인쇄회로기판(36)의 상면에 형성된 패드에 와이어(38)를 직선으로 본딩하여 연결시킨다(S205). 또한, 압력센서 칩(34)과 인쇄회로기판(36)의 상면에는 압력센서 칩(34)의 표면을 보호하기 위한 실리콘(39) 또는 그 등가물을 장착한다(S207).
이로써, 압력센서 칩(34)과 인쇄회로기판(36) 사이의 와이어(38)는 도 10의 종단면도에 도시한 바와 같이, 떠있지 않고 압력센서 칩(34)의 높이와 같은 인쇄회로기판(36)을 따라서 직선으로 본딩되기 때문에, 와이어(38)의 길이를 짧게 할 수 있으며, 누르는 압력에 따른 와이어(38)의 끊김 현상을 방지할 수 있게 된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해서 도시하고 설명하였으나,본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
도 1은 일반적인 와이어 본딩 방식에 의한 압력센서 어레이를 나타낸 도면이다.
도 2a는 플립 칩 본딩 방식을 나타낸 도면이며, 도 2b는 도 2a에 의한 플립 칩 본딩 방식의 문제점을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 토노메트리의 원리를 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 압력센서 어레이의 제1 실시 예를 나타낸 횡단면도이다.
도 5는 도 4의 압력센서 어레이의 평면도이다.
도 6은 도 4의 압력센서 어레이의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 7은 도 4의 압력센서 어레이의 종단면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 압력센서 어레이의 제2 실시 예를 나타낸 횡단면도이다.
도 9는 도 8의 압력센서 어레이의 제조방법을 나타낸 흐름도이다.
도 10은 도 8의 압력센서 어레이의 종단면도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
32 : 칩 본딩 기판
34 : 압력센서 칩
35 : 압력센서 칩 패드
36 : 인쇄회로기판
37 : 인쇄회로기판 패드
38 : 와이어
39 : 실리콘

Claims (13)

  1. 칩 본딩 기판;
    상기 칩 본딩 기판 상에 일정한 간격으로 배치된 복수의 압력센서 칩;
    상기 칩 본딩 기판에 접착되며, 상기 복수의 압력센서 칩의 주위에 상기 복수의 압력센서 칩과 같은 높이로 형성된 인쇄회로기판; 및
    상기 복수의 압력센서 칩의 상면에서 상기 인쇄회로기판의 상면으로 본딩된 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 압력센서 칩 및 상기 인쇄회로기판 위에 장착된 실리콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 복수의 압력센서 칩의 패드에서 상기 인쇄회로기판의 패드로 직선으로 본딩되는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이.
  4. 상면에 일정한 간격으로 복수의 홀이 형성된 인쇄회로기판;
    상기 복수의 홀의 각각에 상면이 상기 인쇄회로기판의 상면과 일치되도록 삽입된 복수의 압력센서 칩; 및
    각각의 상기 압력센서 칩의 상면에서 상기 인쇄회로기판의 상면으로 본딩된 와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 복수의 압력센서 칩 및 상기 인쇄회로기판 위에 장착된 실리콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이.
  6. 제 4항에 있어서,
    각각의 상기 압력센서 칩의 저면에 형성된 실리콘을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이.
  7. 칩 본딩 기판의 상면에, 일정한 간격으로 홀이 형성된 인쇄회로기판을 접착하는 단계;
    상기 인쇄회로기판의 홀에 압력센서 칩을 삽입하여 장착하는 단계; 및
    상기 압력센서 칩의 상면에서 상기 인쇄회로기판의 상면으로 와이어를 본딩하는 단계를 포함하며,
    상기 압력센서 칩의 상면이 상기 인쇄회로기판의 상면의 높이와 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 압력센서 칩 및 상기 인쇄회로기판 위에 실리콘을 장착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이 제조방법.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 압력센서 칩의 상면에 형성된 패드에서 상기 인쇄회로기판의 상면에 형성된 패드로 직선으로 본딩되는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이 제조방법.
  10. 인쇄회로기판의 일정한 간격으로 형성된 홀에 압력센서 칩을 삽입하여 장착하는 단계; 및
    상기 압력센서 칩의 상면에서 상기 인쇄회로기판의 상면으로 와이어를 본딩 하는 단계를 포함하며,
    상기 압력센서 칩의 상면이 상기 인쇄회로기판의 상면의 높이와 일치하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 인쇄회로기판의 홀 저면에 실리콘을 장착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이 제조방법.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 압력센서 칩 및 상기 인쇄회로기판 위에 실리콘을 장착하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이 제조방법.
  13. 제 10항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 압력센서 칩의 상면에 형성된 패드에서 상기 인쇄회로기판의 상면에 형성된 패드로 직선으로 본딩되는 것을 특징으로 하는 압력센서 어레이 제조방법.
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