KR20130055819A - 테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법 - Google Patents

테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법 Download PDF

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최낙진
전영득
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Abstract

본 발명은　테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법은 집적회로 칩 상의 일부에 금속 패드가 형성된 전극 구조물을 마련하는 전극 구조물 마련 단계; 인쇄용 기판 상에 금속 박막을 도포하여 금속 필름막을 마련하는 금속 필름막 마련 단계; 상기 금속 필름막 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계; 상기 패턴이 형성된 금속 박막 상에 감습막을 도포하는 감습막 도포 단계; 상기 인쇄용 기판과 상기 금속 필름막을 분리하는 분리 단계; 및 상기 전극 구조물 상에 상기 분리된 상기 금속 필름막을 본딩 프루빙으로 연결하는 본딩 프루빙 단계를 포함하여, 대기에 개방된 습도 센서를 완성한다.　　　　　　

Description

테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법{METHOD FOR MANUFACTURING HUMIDITY SENSOR USING TAPE AUTOMATED BONDING}
본 발명은 테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법에 관한 것으로, 더 구체적으로 두 전극 사이에 채워진 폴리머가 대기 중 수분의 흡 탈착에 따라 유전율 변화에 따른 두 전극간의 정전용량 값이 변하는 원리를 이용한 센서 구조물로서, 이 센서 구조물을 특정 패턴의 필름 형태로 제작하여 집적회로에 본딩함으로써 센서구조물과 집적회로를 일체화시키는 테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법에 관한 것이다.　　　
습도 센서는 대기중의 습도를 측정하는 소자로써 실내환경, 의료시설, 플랜트시설, 물류 창고 등 다양한 분야에서 폭넓게 사용된다.
습도 센서는 통상 두 전극 사이에 채워진 유기 폴리머, 무기 폴리머 또는 도전성 고분자 재료에 의해 수분의 흡착과 탈착에 따른 두 전극간의 정전 용량 또는 전기 전도 등의 변화량을 전기적 신호크기로 읽어내는 원리를 이용하는 것으로 통상 전기적 신호를 처리하는 집적회로 칩과 세라믹 또는 유리기판상에 형성된 메탈/폴리머의 센싱 구조체가 형성된 칩을　따로 제작하여 이를 전기적 배선공정 방법으로 결합시켜 제작하거나 또는 신호처리용 반도체회로 칩 제작 시 회로소자 공정과 함께 습도 센싱 구조체를 동일 기판의 칩 상에 구현하여 원 칩(One-Chip) 형태로 제작한 후 최종 패키징시 습도 센싱 구조체 부위를 개방시키는 형태로 제작한다.
습도 센서 제작 방법에서 두 개의 칩 즉, 센싱 구조체가 형성된 칩과 신호처리 집적회로 칩으로 이루어진 습도 센서는 두 칩을 연결하기 위한 추가적 배선 공정이 필요함으로 면적과 제조 단가 측면에서 경쟁력이 떨어지고, 센싱 구조체와 집적 회로가 동시에 제작되는 원 칩 형태의 습도 센서는 칩 평면상에 집적회로 구역 외 센싱 구역을 별도로 설정해야 하기 때문에 칩 면적증가와 집적회로 소자 공정 이후 추가되는 습도 센싱 부위의 추가 공정이 발생하게 된다.　　　　　
상술한 바와 습도 센서는 대기 노출형 센서로 종래의 센서가 센싱 구조체 칩 과 신호처리용 집적회로 칩으로써 두 개의 칩으로 구성되는 것과 하나의 실리콘　칩 상에 평면적으로 신호 처리 소자와 센싱 구조물을 동시에 형성하는 원 칩 형태의 제작 방법에 따르는 센서칩 면적 축소와 생산비용에 대한 개선이 요구된다.
습도 센서와 같이 대기에 개방된 구조로써 공중에 부양된 센서구조물을 원 칩 형태의 집적회로 IC로 구현 할 경우 I-MEMS공정을 도입해야 하는 어려움과 센싱 패턴의 한 면을 이루는 하부면은 IC기판에 부착됨으로써 상부 패턴만 개방된 상태로 습도 센싱 감응력을 떨어뜨리는 단점을 가진다.
본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 패턴이 개방된 상태의 습도 센서를 테이브자동본딩 방법에 의해 집적 회로에 본딩하는 습도 센서 제작 방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 습도 센서칩을 이루는 면적 축소와 아울러 제작 공정의 방법을 간소화시키고 생산성을 높이는 습도 센서 제작 방법을 제공하는 데 있다.
이를 위하여, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 본 발명에 따른 테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법은, 집적회로 칩 상의 일부에 금속 패드가 형성된 전극 구조물을 마련하는 전극 구조물 마련 단계; 인쇄용 기판 상에 금속 박막을 도포하여 금속 필름막을 마련하는 금속 필름막 마련 단계; 상기 금속 필름막 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계; 상기 패턴이 형성된 금속 박막 상에 감습막을 도포하는 감습막 도포 단계; 상기 인쇄용 기판과 상기 금속 필름막을 분리하는 분리 단계; 및 상기 전극 구조물 상에 상기 분리된 상기 금속 필름막을 본딩 프루빙으로 연결하는 본딩 프루빙 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 박막 필름구조의 습도 센서는 인쇄 프린팅 방법으로 상기 제작 공정기술 상의 단점들을 해소함으로써 센서/회로의 집적화기술과, 대량 생산의 효율성을 높이는 효과가 있다.
도 1은　본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 TAB 본딩 방법을 이용한 습도 센서를 나타낸 개념의 구조도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 박막형 습도 센싱 구조물을 제작하기 위한 인쇄용 기판을 도시한 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 측면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 인쇄용 기판에 형성된 연속된 필름형태의 금속 패턴을 도시한 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 측면도이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 인쇄용 기판과 금속 박막의 박리 단계를 나타내는 도면으로, (a)는 평면도이고, (b)는 측면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 단위 습도 센싱 구조물의 금속 패턴 구조를 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 단위 습도 센서구조물을 개방된 전극 구조물에 본딩하는 단계를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 습도 센서는 전기적 신호처리를 위한 패드가 개방된 형태로, 집적회로와 금속박막으로 이루어진 한 쌍의 전극구조를 포함하고, 두 전극구조에 일정면적의 감습 폴리머가 채워진 형태의 습도 센싱 구조물을 박막 필름형태로 제작하여 신호처리용 집적회로의 개방된 금속 패드에 직접 TAB(Tape Automated Bonding)방법으로 금속 전극을 본딩한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 습도 센서는 일정 두께를 가지는 두 금속 전극 사이에 대기 중 습도를 흡착할 수 있는 다공질 폴리머가 채워져 있어서, 전압 인가시 두 전극 사이에 발생하는 정전용량은 아래 수학식 1과 같이 나타낼 수 있고, 대기 중 수분을 흡착할 경우 폴리머의 유전율 변화로 두 전극간의 정전용량 값의 변화를 통해 습도를 감지할 수 있다.
Figure pat00001
여기서, εo = 8.854 X 10-12 F/m(자유공간에서의 유전율), εr = 감습막 폴리머 유전율, A = 측 방향 전극두께의 단면적, d = 두 전극간 거리 (측 방향 폴리머 두께) 이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 구성 및 그에 따른 작용 효과는 이하의 상세한 설명을 통해 명확하게 이해될 것이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 동일한 구성요소에 대해서는 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 동일한 부호로 표시하며, 공지된 구성에 대해서는 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 구체적인 설명은 생략하기로 함에 유의한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 형태에 따른 TAB 본딩 방법을 이용한 습도 센서를 나타낸 개념의 구조도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 습도 센서는 전극 구조물(100)과 박막형 습도 센싱 구조물(200)의 본딩 결합으로 구성되어 있다. 이때 본딩 결합을 위해 TAB 본딩 방법이 이용된다.
참고로, TAB(Tape Automated Bonding)이란, 반도체 칩에서 패키지 외부단자로 접속하는 와이어레스 본딩(Wireless Bonding)의 일종으로, 사진의 필름과 같은 부분 보내기식의 긴 필름을 붙여 조합한 얇은 동박의 핑거 리드를 반도체 칩의 전극 상에 형성한 볼록부에 열압착시켜 접합, 외부단자로 하는 방법이다.
도 1을 참조하면, 전극 구조물(100)은 일반적인 정전용량 신호처리용 회로가 형성된 집적회로 칩(110)에 절연막(102)이　도포되어 있으며, 이 절연막(102)의 일부에 집적회로 금속 패드(103)가 마련되어 있다.
박막형 습도 센싱 구조물(200)은 상기 전극 구조물(100)과는 독립되어 형성되며, 상기 박막형 습도 센싱 구조물(200)은 전극 구조물(100)의 집적회로 금속 패드(103)에 테이프자동본딩 방식으로 연결되어 있다.
상기 전극 구조물(100)과 본딩되는 박막형 습도 센싱 구조물(200)을 제작 방법은 아래의 도 2 내지 도 6을 참조하여 기술한다.
먼저, 도 2의 (a)는 박막형 습도 센싱 구조물(200)의 평면 구조를 도 2의 (b)는 박막형 습도 센싱 구조물(200)의 측면 구조를 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 박막형 습도 센싱 구조물(200)을 제작하기 위한 인쇄용 기판(210)을 마련한다. 인쇄용 기판(210)은 내열성을 가지는 폴리이미드(polyimid) 필름, 유리 또는 금속판일 수 있으며, 인쇄용 기판(210) 위에 접합되는 이종 박막의 박리를 쉽게 하기 위한 수단으로써 저온 산화막 등의 박리용 층간막(215)을 증착시킬 수 있다.　
　도 3의 (a)는 인쇄용 기판(210)에 센싱 구조물 패턴이 새겨진 연속된 필름형태의 금속 패턴의 평면도를 나타내고, 도 3의 (b)는 인쇄용 기판(210) 및 금속 박막(220)의 측면도를 나타낸다.
다음, 도 3에 도시한 바와 같이, 박리용 층간막(215)이 증착된 인쇄용 기판(210)이 마련되면 마련된 인쇄용 기판(210) 상에 알루미늄 등의 금속 박막(220)을 증착시킨 후 통상의 포토리소그라피 방법으로 식각하여 패턴을 형성하거나, 옵셋 인쇄, 또는 금속박판의 펀칭 방법을 이용하여 패턴을 형성한다.
상기 패턴은 감습 폴리머 박막이 도포될 영역을 다수의 이격된 금속 전극이 인터디지터형(interdigitated), 또는 미앤더형(meander)으로 구성토록 하고, 전극 구조물에 마련된 금속 패드와의 결선을 위한 한 쌍의 금속 본딩 라인(240)을 가지며, 금속 박막(220)의 가장자리에 필름 이송 홈(250) 구조를　동일 금속 박판에 형성한다.
금속 패턴의 양단에 형성된 금속 본딩 라인(240)은, 금속 전극의 연장선 상에서 개방된 집적회로 금속 패드(103)와의 본딩을 위하여 금속박막의 길이와 폭을 감습막이 도포된 구역과는 달리하여 형성된다.
필름 이송 홈(250)은 집적회로 금속 패드(130)와 테이프자동본딩(TAB)을 위해 센싱 구조물(200)을 이루는 박막 필름의 이송 및 정열을 위하여 금속 박막(220)의 가장자리에 마련되고, 절취가 될 수 있도록 센싱 전극 구조체(230) 영역 외 금속 패턴 둘레가 공간적으로 비워져 있는 형태이다.
도 4는 인쇄용 기판(210) 상의　인터디지터형 또는 미앤더형으로 이루어진 센싱 전극 구조체(230)에　감습막으로 작용하는 폴리머를 도포하여 폴리머 감습막(260)을 형성한 후, 인쇄용 기판(210)과 금속 박막(220)을 분리하는 단계를 나타낸다.
도 4에 나타낸 바와 같이, 일정 모양의 센싱 전극 구조체(230)와 필름 이송 홈(250)의 패턴형성이 끝난 인쇄용 기판(210)은 다시, 감습 폴리머 재료를 인터디지터(interdigitated)형, 또는 미앤더형(meander)의 전극 구조 사이에 메우는 단계로써 일정 습도감지 영역에 감습 폴리머를 스프레이 방법으로 도포하거나 롤형(Roll type), 평판형(Plate type)의 그라비야(Gravure)의 프링팅 방법으로 형성시킨다.
필요시 열처리를 한 다음 인쇄용 기판(210)과 센싱 구조물 필름 즉, 금속 박막(220)을 박리 공정을 통해 최종 TAB공정을 위한 필름형태로 유리시킨다.
통상 인쇄용 기판(210)과 센싱 구조물 필름을 분리시키기 위해, 하부의 인쇄용 기판(210)의 표면개질 방법을 이용하여 상부의 금속 박막(220)을 박리시키는 방법과, 상기 인쇄용 기판(210)에 저온 산화막 등의 박리용 층간막(215)을 형성한 후, 금속 박막(220)을 형성시키고, 이후 층간막(215) 제거 공정을 통하여 상부 금속 박막(220)인 센싱 구조물 필름을 박리시킬 수 있다.
금속 박막(220)과 인쇄용 기판(210)이 박리시킨 후에, 도 5에 도시한 바와 같이, 금속 박막(220)을 단위 습도 센싱 구조체로 분리하기 위하여 도 5의(a)에서와 같이 A-A', B-B'를 전단함으로써 두 금속 박막의 전극(230) 사이에 감습 폴리머(220)가 채워지고 집적회로 금속 패드와 본딩을 할 수 있는 금속 본딩 라인(240)이 완성된다.
도 6은 단위 습도 센싱 구조물의 금속 패턴 구조를 도시한 도이며, 도 6의(a)는 단위 습도 센싱 구조물의 인터디지터형 금속 패턴이고, 도 6의(b)는 단위 습도 센싱 구조물의 미앤더형 구조를 갖는 금속 패턴이다.
도 6에 도시한 바와 같이, 단위 습도 센싱 구조물은 일정 두께를 가지는 금속박막 패턴이 일정간격으로 다수의 마주보는 라인 형태의 인터디지터형과, 미앤더형의 두 전극 구조로 이루어지고 두 전극은 각각 금속 결선라인(bonding)　용도의 패턴을 동시에 갖는 구조이다.
도 7의 (a)는 단위　습도 센싱 구조물을 개략적으로 나타낸 도면이고 도 7의 (b)는 전극 구조물과 습도 센싱 구조물의 결선을 위한 본선 프루빙 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 상기와 같이 제작된 단위 습도 센서 구조물을 개방된 전극 구조물(100)에 본딩함으로써 습도 센서의 제작이 완료된다. 상기 본딩을 위해 전극 구조물(100)의 집적회로 금속 패드(130)와 습도 센싱 구조체(200)의 금속 본딩 라인(240)이 본딩 프루브(300)로 연결함으로써, 공간적으로 공중에 부양된 원 칩(One-Chip)화 개념의 센서를 구현할 수 있다.
설명은 본 발명을 예시적으로 설명한 것에 불과하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 명세서에 개시된 실시 예들은 본 발명을 한정하는 것이 아니다. 본 발명에 따른 상기 제시된 금속 박막 패턴형태의 금속 박막과 도포된 감습 폴리머로 구성되는 필름 형태의 센싱 구조물이 집적회로소자와의 TAB 방법에 의한 센서 제작 방법은, 금속 패턴의 전극 구조, 전극간의 도포재료를 달리하여 저항방식의 습도 센서 또는 가스 센서 등을 제작하는 방법을 포함하며 미세구조의 센싱 구조물이 전기 신호적으로는 집적회로 칩과 연결되고 센싱 구조물이 공간적으로 부유한 상태로 집적회로 칩 외부에 연결되는 센서패턴 구조 및 생산 제작방법을 포함한다.　
본 발명의 범위는 아래의 특허청구범위에 의해 해석되어야 하며, 그와 균등한 범위 내에 있는 모든 기술도 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석해야 할 것이다. 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
100: 집적 회로칩　　　　　　　　　　　　　 120: 집적회로 절연막(passivation layer)
130: 집적회로 금속 패드　　　　　 　　200: 박막형 습도 센싱 구조체
210: 인쇄용 기판　　　　　　　　　　　　 　　　220: 금속 박막
215: 박리용 층간막
230: 센싱 전극구조체　　　　　　　　 　　　240: 금속 본딩 라인
250: 필름 이송 홈 　260: 폴리머 감습막
300: 본딩 프루브　　

Claims (1)

  1. 집적회로 칩 상의 일부에 금속 패드가 형성된 전극 구조물을 마련하는 전극 구조물 마련 단계;
    인쇄용 기판 상에 금속 박막을 도포하여 금속 필름막을 마련하는 금속 필름막 마련 단계;
    상기 금속 필름막 상에 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계;
    상기 패턴이 형성된 금속 박막 상에 감습막을 도포하는 감습막 도포 단계;
    상기 인쇄용 기판과 상기 금속 필름막을 분리하는 분리 단계; 및
    상기 전극 구조물 상에 상기 분리된 상기 금속 필름막을 본딩 프루빙으로 연결하는 본딩 프루빙 단계
    를 포함하는 테이프자동본딩 방법을 이용한 습도 센서 제작 방법.
    　　　
    　　　　
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106093141A (zh) * 2016-07-29 2016-11-09 广州奥松电子有限公司 一种基于5730封装的湿敏电阻

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