KR20130046470A - 압력센서용 멤스 디바이스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압력센서용 멤스 디바이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 칩탑재판의 저면이 외부로 노출되는 구조의 반도체 패키지에 공기 압력을 감지할 수 있는 에어경로를 형성시킨 새로운 구조의 압력센서용 멤스 디바이스에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 칩탑재판 및 리드의 저면이 동일 평면을 이루면서 외부로 노출되는 마이크로 리드프레임을 이용하여 멤스 디바이스를 구축하되, 칩탑재판의 저면에 공기 흐름을 위한 에어경로를 형성시킨 구조로 구축하여 공기압을 용이하게 감지할 수 있고, 에어경로를 갖는 칩탑재판이 공기압력센서용 메인보드에 접하면서 탑재되므로 멤스 칩의 공기압 감지홀이 외부로 노출되지 않아 이물질 침투를 용이하게 방지할 수 있는 압력센서용 멤스 디바이스를 제공하고자 한 것이다.

Description

압력센서용 멤스 디바이스{MEMS device for pressure sensor}

본 발명은 압력센서용 멤스 디바이스에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 칩탑재판의 저면이 외부로 노출되는 구조의 반도체 패키지에 공기 압력을 감지할 수 있는 에어경로를 형성시킨 새로운 구조의 압력센서용 멤스 디바이스에 관한 것이다.

일반적으로, 압력, 가속도, 소리 또는 광과 같은 물리적 현상을 전기적 신호로 변환하는 마이크로-전자 기계적 시스템(MEMS) 디바이스가 공지되어 있으며, 여기에는 멤스(MEMS) 칩과 에이직(ASIC) 칩이 포함되어 있다.

일종의 반도체 패키지인 마이크로-전자 기계적 시스템 디바이스는 멤스 칩과 에이직 칩이 각종 기판(인쇄회로기판, 리드프레임, LCC 등)에 상하로 적층 부착되거나, 측방향으로 배열되는 구조로 제조되고 있다.

이러한 멤스 디바이스가 탑재되는 압력센서는 액체 또는 기체의 압력을 검출하고, 검출된 신호를 제어에 사용하기 쉬운 전기신호로 변환하여 전송하는 장치로서, 흡입공기유량센서, 오일압력센서, 공기압력센서 등을 들 수 있다.

특히, 공기압력센서는 공기 유동, 그 밖에 가스 또는 액체의 변수를 측정하는데 사용될 수 있는 센서를 말한다.

여기서, 종래의 공기압력센서에 탑재되는 압력센서용 멤스 디바이스를 첨부한 도 5를 참조로 살펴보면 다음과 같다.

종래의 압력센서용 멤스 디바이스는 리드프레임의 칩탑재판(10)에 탑재되는 압력감지용 멤스 칩(12) 및 멤스 칩의 신호처리소자인 에이직 칩(14)과, 멤스 칩(12)과 에이직 칩(14) 간에 연결되는 동시에 에이직 칩(14)과 리드(11) 간에 연결되어 전기적 신호 전달을 하는 도전성 와이어(16)와, 멤스 칩(12) 및 에이직 칩(14)을 비롯하여 도전성 와이어(16) 등을 봉지시키는 몰딩 컴파운드 수지(18)를 포함하여 구성되고, 칩탑재판(10)의 저면은 외부로 노출되는 상태가 된다.

특히, 상기 칩 탑재판(10)에는 멤스 칩(12)에 형성된 공기압 감지홀(20)과 일치되는 공기유도홀(22)이 관통 형성되고, 멤스 칩(12)의 상단부에는 공기압 감지홀(20)의 일끝을 마감시키는 동시에 공기압에 따라 변형되는 일종 멤브레인으로서의 캡(24)이 부착된다.

위와 같이 구성된 종래의 압력센서용 멤스 디바이스를 공기압력센서용 메인보드(40)에 실장시킬 때, 칩탑재판(10)이 위쪽으로 향하게 실장시키게 된다.

따라서, 칩탑재판(10)에 형성된 공기유도홀(22)을 통하여 유입되는 공기가 멤스 칩(12)의 공기압 감지홀(20)내로 들어와 멤브레인 역할을 하는 캡(24)에 작용하게 되면, 공기의 압력 크기에 따라 캡(24) 부분이 변형되는 동시에 그 변형량을 멤스 칩(12)에서 감지하여 에이직 칩(14)으로 보내고, 에이직 칩(14)에서 전기적 신호로 변환하여 리드(11)를 통하여 출력하게 된다.

그러나, 상기한 종래의 멤스 디바이스는 리드를 포밍하여 공기유도홀(22)을 갖는 칩탑재판(10)이 위쪽으로 향하게 탑재할 수 있지만, 칩탑재판 및 리드의 저면이 동일 평면을 이루면서 외부로 노출되는 마이크로 리드프레임을 이용하는 경우에는 압력센서용 멤스 디바이스를 구축할 수 없는 문제점이 있다.

또한, 종래의 멤스 디바이스는 칩탑재판이 위쪽을 향하여 노출됨에 따라, 칩탑재판(10)에 형성된 공기유도홀(22) 및 멤스 칩(12)의 공기압 감지홀(20)내에 먼지와 같은 이물질이 유입될 가능성이 높아 센싱 민감도를 떨어뜨리는 원인이 될 수 있다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로서, 칩탑재판 및 리드의 저면이 동일 평면을 이루며 외부로 노출되는 마이크로 리드프레임을 이용하여 멤스 디바이스를 구축하되, 칩탑재판의 저면에 공기 흐름을 위한 에어경로를 형성시킨 구조로 구축하여 공기압을 용이하게 감지할 수 있고, 에어경로를 갖는 칩탑재판이 공기압력센서용 메인보드에 접하면서 탑재되므로 멤스 칩의 공기압 감지홀이 외부로 노출되지 않아 이물질 침투를 용이하게 방지할 수 있는 압력센서용 멤스 디바이스를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은: 동일 평면을 이루는 칩탑재판 및 다수의 리드와, 칩탑재판에 탑재되는 압력감지용 멤스 칩 및 멤스 칩의 신호처리소자인 에이직 칩과, 멤스 칩과 에이직 칩 간에 연결되는 동시에 에이직 칩과 리드 간에 연결되어 전기적 신호 전달을 하는 도전성 와이어와, 멤스 칩 및 에이직 칩을 비롯하여 도전성 와이어를 봉지시키되 칩탑재판 및 리드의 저면을 외부로 노출시키며 봉지하는 몰딩 컴파운드 수지를 포함하되, 상기 멤스 칩에 형성된 공기압 감지홀과 일치되는 공기유도홀을 칩탑재판에 형성하고, 이 공기유도홀을 중심으로 대기와 연통되는 소정 깊이의 에어경로를 칩탑재판에 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 압력센서용 멤스 디바이스를 제공한다.

본 발명의 바람직한 구현예로서, 상기 에어경로는 화학적 하프 에칭 처리에 의하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 리드와 인접하는 칩탑재판의 폭방향 양측면 소정 위치에는 에어경로 형성을 위하여 리드와 함께 배열되는 연장단이 일체로 더 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 구현예에 따른 에어경로는 공기유도홀을 중심으로 칩탑재판의 길이방향을 따라 일자형 배열로 형성되고, 칩탑재판에 형성된 에어경로의 양쪽 위치에는 보드 접합을 위한 솔더 페이스트의 오버 플로우량을 수용하는 수용홈이 더 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 구현예에 따른 에어경로는 공기유도홀을 중심으로 칩탑재판의 길이방향 및 연장단쪽으로 분기되는 십자형 배열로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 구현예에 따른 에어경로는 칩탑재판의 저면 전체가 소정 깊이로 형성된 것임을 특징으로 한다.

상기한 과제 해결 수단을 통하여, 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

본 발명에 따르면, 칩탑재판 및 리드의 저면이 동일 평면을 이루며 외부로 노출되는 마이크로 리드프레임을 이용하여 멤스 디바이스를 구축하고자, 칩탑재판의 저면에 공기 흐름을 위한 에어경로를 형성함으로써, 공기의 흐름이 에어경로를 통하여 칩탑재판의 공기유도홀 및 멤스 칩의 공기압 감지홀로 용이하게 흐르게 되므로, 멤스 칩에 의한 공기압 감지가 용이하게 이루어질 수 있다.

또한, 에어경로를 갖는 칩탑재판 저면이 공기압력센서용 메인보드에 접하면서 탑재되므로, 멤스 칩의 공기압 감지홀이 외부로 노출되지 않아 먼지와 같은 이물질이 침투하는 현상을 방지할 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명에 따른 압력센서용 멤스 디바이스의 일 실시예를 나타내는 도면,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 압력센서용 멤스 디바이스의 다른 실시예를 나타내는 도면,
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 압력센서용 멤스 디바이스의 또 다른 실시예를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명에 따른 압력센서용 멤스 디바이스의 내부에 몰딩된 멤스 칩 및 에이직 칩의 전기적 연결 관계를 보여주는 사시도,
도 5는 종래의 압력센서용 멤스 디바이스를 나타내는 개략도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 칩탑재판 및 리드의 저면이 동일 평면을 이루며 외부로 노출되는 마이크로 리드프레임을 이용하여, 압력센서용 멤스 디바이스를 제작할 수 있도록 한 것이다.

상기 마이크로 리드프레임은 단위 생산성을 높이고 경박단소화를 실현하기 위하여 칩 스케일 크기로 제조되는 반도체 패키지에 사용되는 일종의 기판으로서, 반도체 칩이 부착되는 칩탑재판(10)과, 칩탑재판(10)의 사방에 인접 배열되는 각 리드(11)가 동일 평면을 이루는 점에 특징이 있다.

이러한 구조의 마이크로 리드프레임을 이용하여 압력센서용 멤스 디바이스를 제작하고자, 도 4에서 보는 바와 같이 칩탑재판(10)에 압력감지용 멤스 칩(12)과 멤스 칩(12)의 신호 처리소자인 에이직 칩(14)이 나란히 부착된다.

다음으로, 칩탑재판(10)에 부착된 압력감지용 멤스 칩(12)과 에이직 칩(14)이 도전성 와이어(16)에 의하여 전기적 신호 전달 가능하게 연결되고, 또한 에이직 칩(14)과 각 리드(11) 간이 도전성 와이어(16)에 의하여 전기적 신호 전달 가능하게 연결된다.

이어서, 상기 멤스 칩(12) 및 에이직 칩(14)을 비롯하여 도전성 와이어(16)를 몰딩 컴파운드 수지(18)로 봉지시키는 몰딩 단계가 진행되며, 몰딩 단계후 칩탑재판(10) 및 리드(11)의 저면은 외부로 노출되는 상태가 된다.

특히, 상기 멤스 칩(12)에는 공기압 감지홀(20)이 관통 형성되고, 공기압 잠지홀(20)의 상단은 일종의 멤브레인인 캡(24)에 의하여 밀폐되는 상태가 되며, 멤스 칩의 공기압 감지홀(20)과 일치되는 칩탑재판(10) 위치에는 공기유도홀(22)이 관통 형성된다.

본 발명에 따르면, 상기 칩탑재판(10)의 저면에는 공기유도홀(22)을 중심으로 대기와 연통되는 소정 깊이의 에어경로(30)가 형성되며, 이 에어경로(30)를 통하여 공기의 흐름이 유도되는 동시에 칩탑재판(10)에 형성된 공기유도홀(22)을 통과한 후, 멤스 칩(12)의 공기압 감지홀(20)내로 공기가 들어가서 멤브레인 역할을 하는 캡(24)에 작용하여 공기압 감지가 이루어지게 된다.

이때, 상기 에어경로(30)는 화학적 하프 에칭 처리에 의하여 형성되며, 그 밖에 기계적 가공을 통해서도 형성 가능하다.

여기서, 본 발명에 따른 압력센서용 멤스 디바이스에 형성된 에어 경로의 일 실시예를 첨부한 도 1a 내지 도 1c를 참조로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 에어경로(30)는 칩탑재판(10)의 공기유도홀(22)을 중심으로 칩탑재판(10)의 길이방향을 따라 일자형 배열로 형성되며, 바람직하게는 화학적 하프 에칭에 의하여 칩탑재판(10)의 전체 두께중 절반 두께에 해당하는 깊이로 형성된다.

이때, 압력센서용 멤스 디바이스를 공기압력센서용 메인보드에 탑재시키는 바, 칩탑재판(10)과 동일 평면을 이루며 노출된 각 리드(11)를 공기압력센서용 메인보드(40)의 접속부분에 솔더 페이스트를 매개로 접착시킴으로써, 공기압력센서용 메인보드에 대한 압력센서용 멤스 디바이스의 전기적 연결이 이루어진다.

따라서, 대기와 연통되어 있는 일자형 에어경로(30)를 통하여 공기의 흐름이 유도되는 동시에 칩탑재판(10)에 형성된 공기유도홀(22)을 통과한 후, 멤스 칩(12)의 공기압 감지홀(20)내로 공기가 들어가서 멤브레인 역할을 하는 캡(24)에 작용하면, 공기의 압력 크기에 따라 캡(24) 부분이 변형되는 동시에 그 변형량을 멤스 칩(12)에서 감지하여 도전성 와이어(16)를 통하여 에이직 칩(14)으로 보내고, 에이직 칩(14)에서 전기적 신호로 변환하여 리드(11)를 통하여 출력하게 된다.

이때, 에어경로(10)가 형성된 칩탑재판(10) 저면이 공기압력센서용 메인보드(40)에 접하면서 탑재되므로, 칩탑재판(10)의 공기유도홀(22) 및 멤스 칩(12)의 공기압 감지홀(20)이 외부로 노출되지 않아 먼지와 같은 이물질이 침투하는 현상을 방지할 수 있다.

한편, 상기 칩탑재판(10)에 형성된 에어경로(30)의 양쪽 위치에는 보드 접합을 위한 솔더 페이스트의 오버 플로우량을 수용하는 수용홈(32)이 더 형성되며, 이에 솔더 페이스트가 에어경로(10)로 흐르지 않고, 수용홈(32)에 갇히도록 함으로써, 에어경로(10)쪽으로 솔더 페이스트가 번지는 현상을 방지할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 압력센서용 멤스 디바이스에 형성된 에어 경로의 다른 실시예를 첨부한 도 2a 내지 도 2c를 참조로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 리드(11)와 인접하는 칩탑재판(10)의 폭방향 양측면 소정 위치에는 에어경로 형성을 위하여 리드(11)와 함께 배열되는 연장단(34)이 일체로 더 형성된다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 에어경로(30)는 칩탑재판(10)에 형성된 공기유도홀(22)을 중심으로 칩탑재판(10)의 길이방향 및 폭방향인 연장단(34)쪽으로 분기되는 십자형 배열로 형성된다.

따라서, 대기와 연통되어 있는 십자형 에어경로(30)를 통하여 공기의 흐름이 유도되는 동시에 칩탑재판(10)에 형성된 공기유도홀(22)을 통과한 후, 멤스 칩(12)의 공기압 감지홀(20)내로 공기가 들어가서 멤브레인 역할을 하는 캡(24)에 작용하면, 일실시예와 마찬가지로 공기의 압력 크기에 따라 캡(24) 부분이 변형되는 동시에 그 변형량을 멤스 칩(12)에서 감지하여 도전성 와이어(16)를 통하여 에이직 칩(14)으로 보내고, 에이직 칩(14)에서 전기적 신호로 변환하여 리드(11)를 통하여 출력하게 된다.

물론, 십자형 에어경로(10)가 형성된 칩탑재판(10) 저면이 공기압력센서용 메인보드(40)에 접하면서 탑재되므로, 일 실시예와 같이 칩탑재판(10)의 공기유도홀(22) 및 멤스 칩(12)의 공기압 감지홀(20)이 외부로 노출되지 않아 먼지와 같은 이물질이 침투하는 현상을 방지할 수 있다.

여기서, 본 발명에 따른 압력센서용 멤스 디바이스에 형성된 에어 경로의 일 실시예를 첨부한 도 3a 내지 도 3c를 참조로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 에어경로(30)는 칩탑재판(10)에 형성된 공기유도홀(22)을 중심으로 칩탑재판(10)의 저면 전체에 걸쳐 대면적을 이루며 소정 깊이로 형성된다.

즉, 칩탑재판(10)의 저면 전체에 걸쳐 하프 에칭이 이루어짐에 따라, 에어경로(30)가 칩탑재판(10)의 저면 전체에 걸쳐 칩탑재판(10)의 총두께의 절반에 해당하는 깊이로 형성된다.

따라서, 대기와 연통되어 있는 대면적의 에어경로(30)를 통하여 공기의 흐름이 보다 원할하게 유도되는 동시에 칩탑재판(10)에 형성된 공기유도홀(22)을 통과한 후, 멤스 칩(12)의 공기압 감지홀(20)내로 공기가 들어가서 멤브레인 역할을 하는 캡(24)에 작용하면, 일 실시예와 마찬가지로 공기의 압력 크기에 따라 캡(24) 부분이 변형되는 동시에 그 변형량을 멤스 칩(12)에서 감지하여 도전성 와이어(16)를 통하여 에이직 칩(14)으로 보내고, 에이직 칩(14)에서 전기적 신호로 변환하여 리드(11)를 통하여 출력하게 된다.

10 : 칩탑재판
11 : 리드
12 : 멤스 칩
14 : 에이직 칩
16 : 도전성 와이어
18 : 몰딩 컴파운드 수지
20 : 공기압 감지홀
22 : 공기유도홀
24 : 캡
30 : 에어경로
32 : 수용홈
34 : 연장단
40 : 공기압력센서용 메인보드

Claims (7)

1. 동일 평면을 이루는 칩탑재판(10) 및 다수의 리드(11)와, 칩탑재판(10)에 탑재되는 압력감지용 멤스 칩(12) 및 멤스 칩(12)의 신호처리소자인 에이직 칩(14)과, 멤스 칩(12)과 에이직 칩(14) 간에 연결되는 동시에 에이직 칩(14)과 리드(11) 간에 연결되어 전기적 신호 전달을 하는 도전성 와이어(16)와, 멤스 칩(12) 및 에이직 칩(14)을 비롯하여 도전성 와이어(16)를 봉지시키되 칩탑재판(10) 및 리드(11)의 저면을 외부로 노출시키며 봉지하는 몰딩 컴파운드 수지(18)를 포함하되,
   상기 멤스 칩(12)에 형성된 공기압 감지홀(20)과 일치되는 공기유도홀(22)을 칩탑재판(10)에 형성하고, 공기유도홀(22)을 중심으로 대기와 연통되는 소정 깊이의 에어경로(30)를 칩탑재판(10)에 형성하여서 된 것을 특징으로 하는 압력센서용 멤스 디바이스.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 에어경로(30)는 화학적 하프 에칭 처리에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 압력센서용 멤스 디바이스.
   
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 리드(11)와 인접하는 칩탑재판(10)의 폭방향 양측면 소정 위치에는 에어경로 형성을 위하여 리드(11)와 함께 배열되는 연장단(34)이 일체로 더 형성된 것을 특징으로 하는 압력센서용 멤스 디바이스.
   
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 에어경로(30)는 공기유도홀(22)을 중심으로 칩탑재판(10)의 길이방향을 따라 일자형 배열로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력센서용 멤스 디바이스.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 칩탑재판(10)에 형성된 에어경로(30)의 양쪽 위치에는 보드 접합을 위한 솔더 페이스트의 오버 플로우량을 수용하는 수용홈(32)이 더 형성된 것을 특징으로 하는 압력센서용 멤스 디바이스.
   
6. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서,
   상기 에어경로(30)는 공기유도홀(22)을 중심으로 칩탑재판의 길이방향 및 연장단쪽으로 분기되는 십자형 배열로 형성되는 것을 특징으로 하는 압력센서용 멤스 디바이스.
   
7. 청구항 1에 있어서,
   상기 에어경로(30)는 칩탑재판(10)의 저면 전체에 걸쳐 소정 깊이로 형성된 것임을 특징으로 하는 압력센서용 멤스 디바이스.

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