KR20140006470U

KR20140006470U - 센서 모듈

Info

Publication number: KR20140006470U
Application number: KR2020140004612U
Authority: KR
Inventors: 스테판 브라운; 베르너 헌지커; 마르쿠스 그라프; 울리흐 바르츠흐
Original assignee: 센시리온 에이지
Priority date: 2013-06-19
Filing date: 2014-06-18
Publication date: 2014-12-30
Also published as: JP3193497U; KR200489765Y1; DE202013102632U1; CN203929747U

Abstract

본 발명은 직육면체 형상의 센서 모듈에 관한 것으로서, 상기 센서 모듈은 센서칩(2)의 상측(26)에서 측정 소자(21)와 전기 전도성 구조들을 가지는 센서칩(2)을 포함한다. 하나 또는 복수의 연결 지점들(24)은 센서칩(2)의 하측(27)에 배치되어 있다. 연결 지점들(24)은 센서칩(2)을 관통하는 하나 또는 복수의 전기 바이어들(23)에 의해 센서칩의 상측(26)에 있는 전도성 구조들과 연결되어 있다. 센서칩(2)의 상측(26)에 커버(3)가 기판의 형태로 부착되어 있으며, 커버는 센서칩(2)의 측정 소자(21)에 대한 액세스부를 갖는다.

Description

센서 모듈{SENSOR MODULE}

본 발명은 센서 모듈에 관한 것이다.

오늘날 센서 모듈들은 자주 센서칩을 포함하며, 센서칩의 기판에 원 센서 기능부가 측정 감응 소자의 형태로 부착되어 있거나 그 안에 통합되어 있다. 이 경우, 기판은 예컨대 실리콘으로 이루어지는 반도체 기판일 수 있으며, 상기 반도체 기판 내에 예컨대 전자 분석 회로와 같은 회로 기능부도 통합되어 있다.

이와 같은 센서칩에 대한 예는 본 출원인의 유럽 특허 EP 1 236 038 B1호에 근거한다.

보호받지 못하는 센서칩은 후속 처리 공정에서 손상을 입을 수도 있다. 또한, 센서칩의 전기 연결 구조들이, 예컨대 종래의 인쇄 회로 기판과 같은 회로 캐리어와 직접 연결되기에는 전반적으로 부적절하다.

본 발명은 제1항의 특징들에 따른 센서 모듈에 관한 것이다. 센서 모듈은 센서칩의 상측에 측정 소자 및 전기 전도성 구조부들을 갖는 센서칩을 포함한다. 센서칩의 하측에 하나 또는 복수의 연결 지점들이 제공되며, 이들은 센서칩을 관통하는 하나 또는 복수의 전기 바이어(via)에 의해 센서칩의 상측에 있는 전도성 구조들과 연결되어 있다. 센서칩의 상측에 커버가 기판의 형태로 부착되어 있으며, 커버는 센서칩의 측정 소자에 대한 액세스부(access)를 갖는다. 센서 모듈은 직육면체 형태로 형성되어 있다.

이와 같은 센서 모듈은 용이하게 회로 캐리어에 배치될 수 있으며, 회로 캐리어는 예컨대 센서칩의 연결 지점들에 대한 펜던트로서 금속화된 영역들을 갖는다. 이때, 회로 캐리어 측 영역들은 전도성 수단, 예컨대 솔더 페이스트 또는 솔더 볼에 의해 센서 모듈의 연결 지점들과 연결될 수 있다. 즉, 바이어들 때문에 센서 모듈을 위한 연결 지점들은 센서칩의 뒷쪽에 배치되므로, 본딩 와이어도 그리고 이러한 본딩 와이어를 위한 캐스팅도 필요하지 않으며, 그럼에도 센서 모듈은 측정 소자를 가지는 센서 모듈의 상측을 이용해 외부 주변에 향해 있으며 예컨대 플립칩(Flip-Chip) 기술의 적용에서처럼 회로 캐리어에 향해 있지 않다.

센서 모듈의 하측에서 이런 연결 지점들의 기하구조는 유리하게 작은 치수를 갖는 콤팩트한 구조를 달성하는 데 유리하며 동시에 연결 지점들의 우수한 전기적 분리를 가능하게 한다. 또한, 센서 모듈의 상측에서 바람직하게는 중앙 액세스부가 센서칩의 측정 소자에 대한 센서 모듈의 외부 주변의 가능한 한 최단 연결을 제공한다. 또한, 매우 콤팩트하고 민감하지 않은 센서 모듈이 제공되며, 이 센서 모듈은 후속 처리 시에 커버를 통해 손상으로부터 보호된다. 회로 캐리어에 배치할 때 센서 모듈의 정확한 정렬을 보조하기 위해, 광학적 또는 기계적인 정렬 보조가 유리한 개선예들에 제공될 수 있다.

바람직하게는 센서 모듈은 자신의 폭보다 더 큰 길이를 가지므로, 센서 모듈이 직사각형의 기본 표면을 갖는다. 이 경우, 유리하게 커버 내 액세스부는 길이와 폭으로 이루어진 직사각형의 대각선들의 교점에, 즉 중앙에 배치될 수 있다. 바람직하게는 센서 모듈은 1.5mm보다 짧고 1mm보다 좁다. 바람직하게는 센서 모듈은 0.7mm보다 더 낮다.

바람직하게는 센서칩의 하측에 4개 이상의 연결 지점들이 제공되어 있으며, 센서칩의 하측의 각 사분면(quadrant)은 하나 이상의 연결 지점을 갖는다. 이는 최선의 표면 이용을 가능하게 한다. 바람직하게는 4개 이상의 바이어 역시 제공되어 있으며, 센서칩의 하측의 각 사분면은 하나 이상의 바이어를 가지며, 유리한 일 개선예에서 바이어들은 관련 연결 지점들 근처에서, 바람직하게는 0.2mm미만의 거리에서 종료되므로, 바이어의 단부와 연결 지점 간 연결이 가능한 한 짧게 책정된다. 바람직하게는 연결 지점에 대한 바이어의 일대일 할당이 제공되는, 즉 각 바이어는 정확하게 단일 연결 지점과 연결되어 있다. 그렇게 되면 유리한 일 개선예에서 바이어들의 수는 연결 지점들의 수에 상응할 수 있다.

본 발명의 유리한 개선예들은 종속항들을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예들, 장점들 및 적용예들은 종속항들 및 도면에 의한 하기 설명에서 알 수 있다.

도 1a은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈의 사시도, 도 1b는 이의 상측 평면도, 도 1c는 이의 하측 평면도, 도 1d는 종단면도, 및 도 1e는 횡단면도이다.
도 2a는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 센서 모듈의 사시도, 도 2b는 이의 상측 평면도, 도 2c는 이의 하측 평면도, 도 2d는 종단면도 및 도 2e는 횡단면도이다.

동일 소자들은 도면 전체에서 동일한 도면 부호로 표시된다.

도 1a는 위에서 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 모듈(1)을 본 사시도이다. 센서 모듈(1)은 원칙적으로 직육면체 형상을 갖는다. 센서 모듈(1)은 커버(3)를 포함하며, 커버는 접착층(4)에 의해 센서칩(2)과 연결되어 있다. 커버(3)는 이 실시예에서 기판이며 특히 반도체 기판, 예컨대 센서칩(2)의 보호에 이용되는 실리콘 기판이다. 바람직하게는 커버(3)는 센서칩의 상측에서 측정 소자가 배치되어 있는 영역을 제외하고 센서칩(2)의 전체 표면을 덮고 있다. 이 영역은 커버(3) 내 액세스부를 통해 접근될 수 있으며, 이 액세스부는 본 실시예에서 원통형 개구(31)로서 커버(3) 안에 형성되어 있으며 개구(31)는 측정 소자 바로 위에 배치되어 있으므로, 측정 소자가 개구(31)를 통해 외부로의 액세스부를 가지며 특히 센서 모듈 주변의 파라미터들을 측정할 수 있다. 측정 소자는 예컨대 측정층일 수 있으며, 이 측정층은 습도 센서인 경우에 바람직하게는 폴리머층 또는 세라믹층으로서 형성되어 센서 모듈의 주변으로부터 물 분자를 흡수할 수 있다. 그런 점에서 바람직하게는 커버(3) 내 액세스부를 통해 측정 소자가 센서 모듈의 주변과 연결될 수 있으므로, 센서 모듈을 둘러싸는 유체, 예컨대 기체 또는 액체가 센서칩(2)의 표면 영역에 도달할 수 있다. 개구(31)는 이 실시예에서 원형의 횡단면과 원통 형상을 가지지만, 다른 실시예에서 예컨대 센서칩(2)의 방향으로 가늘어질 수도 있는, 즉 원추 형상을 가질 수 있다. 이와 같은 홈은 커버(3)의 기판 안에 미리 만들어질 수도 있다. 센서 모듈의 측면들(7)에서 센서칩(2)과 커버(3)가 노출되어 있다.

도 1b에는 도 1a에 따른 센서 모듈의 상측에 대한 평면도가 도시되어 있다. 즉, 여기에서도 특히 중앙 개구(31)를 포함하는 커버(3)를 볼 수 있다. 길이(L)가 센서 모듈(1)의 폭(B)보다 더 큰 경우, 개구(31)는 중앙에 이미 명시한 직사각형의 대각선들의 교점에 배치되어 있다. 이 경우, 예컨대 길이 L = 1.31mm이고 폭 B = 0.74mm이다. 개구(31)를 통해, 예컨대 감지층이 될 수도 있는, 이 실시예에서는 원형인 측정 소자(21)를 자유롭게 볼 수 있다. 이때, 커버에서 역시 원형인 개구(31)가 측정 소자(21)보다 더 큰 직경을 가지므로, 커버(3)가 측정 소자(21)를 둘러싸고 있지만, 측정 소자(21)와 커버(3) 간 거리가 유지된다. 이런 사이 공간에서 센서칩(2)의 기판(22) 또는 기판(22)을 덮는 층이 노출되어 있다.

도 1d에는 도 1b의 수직 방향 파선을 따라 절개한 도 1a에 따른 센서 모듈의 종단면도가 도시되어 있다. 이 경우, 커버(3)의 개구(31)가 측정 소자(21) 위에 배치되어 측정소자로의 접근을 가능하게 해주는 것을 알 수 있다. 커버(3)는 접착층(4)에 의해 센서칩(2)에 접착되어 있으며 특히 이의 상측(26)에 접착되어 있다. 이 경우, 측정 소자(21)는 접착층(4)에 의해 덮이지 않으므로, 이의 측정 특성들이 악화되지 않는다. 즉 측정 소자(21) 역시 센서칩(2)의 상측(26)에 부착되어 있으며, 상측(26)에는 전기 전도성 구조들 역시 제공되어 있다. 센서칩(2)이 바람직하게는 반도체 기판, 예컨대 바람직하게는 전자 회로(28) 역시 측정 소자(21)의 신호들을 예비 처리 및/또는 분석하기 위해 통합되어 있는 실리콘 기판이기 때문에, 도면들에서 명시적으로 표시되어 있지 않은 전기 전도성 구조들은 예컨대 CMOS 프로세스의 금속층들에 의해 대표되고, CMOS 프로세스는 센서칩(2)의 상측(26)에 집적 회로(28)를 제조하는 데에도 이용된다. 이 경우, 집적 회로(28)는 반도체 기판 내 한 지점에 통합될 수 있으며, 거기에서 이 집적 회로는 광 비투과성 커버(3)에 의해 보호된다. 전도성 구조들은 측정 소자(21)를 집적 회로(28)와 연결할 수 있고, 또한 집적 회로(28) 및/또는 측정 소자(21)를 센서칩(2)의 상측(26)과 이의 하측(27) 사이의 바이어들(23)과 전기적으로 연결할 수 있다. 예컨대 이와 같은 2개의 바이어(23)가 도 1d에 도시되어 있다. 이와 같이 센서 모듈의 전기 연결이 센서칩(2)의 상측(26)에 의해 이루어질 필요가 없으므로, 본딩 와이어가 제거될 수 있다. 그 대신에, 센서칩(2)의 하측(27)은 전기 전도성 연결 지점들(24)을 가지며, 이들은 다시 전기 전도성 연결부들(25)에 의해 바이어(23)와 연결되어 있는데, 도 1c의 하측(27)을 참고하기 바란다. 각 연결 지점은 바람직하게는 솔더 볼(5)을 가지며, 이것에 의해 센서 모듈은 회로 캐리어와 전기 전도적으로 그리고 기계적으로 연결될 수 있다. 전기 전도적 연결부들(25) 및 센서칩(2)의 하측(27)을 위한 그외 전도성 구조들은 바람직하게 보호를 위해 래커(lacquer)로 코팅되어 있지만, 래커는 적어도 솔더 볼(5)을 코팅하지는 않는다. 이 실시예에서 6개의 연결 지점들(24)이 센서 모듈의 종방향 연장부를 따라 한 줄당 3개씩 제공되어 있다. 센서칩(2)의 코너들에서 4개의 바이어(23)를 볼 수 있으며, 이들은 짧은 전도성 연결부들(25)을 통해 각각 관련 연결 지점(24)에 전기적으로 연결되어 있다. 이 연결 지점들(24) 중 2개가 이 경우에 센서 모듈에 전기 에너지를 공급하기 위해 제공되어 있는 반면, 연결 지점들(24) 중 그외 2개에 의해 집적 회로(28) 및/또는 측정 소자(21)로부터 및/또는 이들에게 신호가 전송된다.

솔더 볼(5)이 없는 경우 센서 모듈의 높이(H)는 - 도 1d 참고 - 바람직하게는 0.425mm이고, 커버(3)의 높이(H3)는 예컨대 0.3mm이며, 센서칩의 높이는 약 0.1mm이다. 개구(31)의 직경(D)은 약 0.30mm일 수 있거나, 바람직하게는 0.25mm와 0.55mm 사이에 있다. 접착층(4) 역시 대략 원형인 리세스를 갖는다. 개구(31)의 영역에서 이 리세스의 직경은 바람직하게는 개구(31)의 직경(D)보다 더 크고, 예컨대 0.30mm의 개구의 상기 직경(D)에 대해 0.31mm이고, 도 1d를 참고한다. 인접 솔더 볼들(5)의 (중심간) 거리는 바람직하게는 0.4mm이다.

바람직하게는 복수의 센서 모듈이 동시에 공동의 제조 공정에서 제조된다. 이를 위해, 센서 모듈용 반도체 웨이퍼는 커버 웨이퍼와 연결될 수 있으며, 예컨대 접착될 수 있으며, 끝으로 그와 같이 연결된 웨이퍼 어셈블리는 톱으로 개별 센서 모듈로 분리되어, 개별 센서 모듈의 측벽들(7)에서 각각의 경우에 커버(3)와 센서칩(2)이 노출되며, 도 1a를 참고한다.

도 2a에는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 센서 모듈의 사시도, 도 2b에는 이의 상측 평면도, 도 2c에는 이의 하측 평면도, 도 2d에는 종단면도 및 도 2e는 횡단면도가 도시되어 있다. 도 2의 센서 모듈은 도 1에 따른 센서 모듈과 중요한 한 점에서만 다르다. 커버(3)와 센서칩(2) 사이에 보호층(6)이 제공되어 있다. 보호층(6)은 센서칩(2)에 커버(3)를 본딩할 때 센서칩(2)의 보호에 이용된다. 보호층(6)은 예컨대 라미네이트된 광패턴 래커(드라이 레지스트)일 수 있으며 바람직하게는 센서칩(2)의 전체 상측(26)이 측정 소자(21)와 측정 소자 둘레 영역을 제외하고 보호층으로 커버되도록 구조화되어 있다. 즉, 보호층(6)은 측정 소자(21)를 에워싸며, - 둥근 구조라면 - 바람직하게는 보호층(6) 내 리세스의 직경이 측정 소자(21)의 직경보다 더 크다. 바람직하게는 다시 보호층(6) 내 리세스의 직경이 커버(3) 내 개구(31)의 직경보다 더 작으므로, 도 2b에 따른 센서 모듈의 상측(26)을 볼 때 보호층(6)의 링이 커버(3) 내 개구(31)를 통해 볼 수 있다. 이는, 보호층(6)을 가지는 센서칩(2)과 함께 커버(3)가 접착되면 과잉의 접착제가 직접 측정 소자(21)로 확산되지 않는 장점을 갖는다. 접착제의 확산이 저절로 멈추지 않으면, 이 확산은 접착제의 표면 장력 때문에 늦어도 반도체 기판 쪽으로 경사진 보호층(6)의 에지에서 멈춘다. 그럼에도 접착제가 기판(22)으로 흐르면, 접착제가 보호층(6)의 수직 방향 상승 에지와 수평 방향 기판(22) 사이 모세관력에 의해 저지된다. 접착층은 도 2에서 이해의 편의상 도시되어 있지 않지만, 커버(3)와 센서칩(2) 사이의 연결이 분리될 수 없도록 커버(3)와 보호층(6) 사이에 배치되어 있다.

본 출원에서 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며 하기 청구항들의 범위 내에서 다른 방식으로도 실시될 수 있음을 분명히 지적한다.

Claims

센서 모듈로서,
- 센서칩(2)의 상측(26)에 측정 소자(21)와 전기 전도성 구조들을 가지는 센서칩(2)과,
- 센서칩(2)의 하측(27)에 하나 또는 복수의 연결 지점들(24)과,
- 상측(25)의 전도성 구조들과 하측(27)의 하나 또는 복수의 연결 지점들(24)을 전기적으로 연결하기 위해 센서칩(2)을 관통하는 하나 또는 복수의 전기 바이어들(23)과,
- 기판의 형태로 센서칩(2)의 상측(26)에 부착된 커버(3)와,
- 센서칩(2)의 측정 소자(21)를 위한 커버(3) 내 액세스부를 포함하는 센서 모듈이며, 센서 모듈은 직육면체 형상을 가지는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 액세스부는 커버(3) 내 개구(31)로서 형성되어 있으며, 개구(31)는 원통형으로 측정 소자(21) 위에서 커버(3)를 통해 연장되는 센서 모듈.
제2항에 있어서, 개구(31)의 횡단면은 측정 소자(21)의 횡단면보다 더 큰 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서 모듈은 자신의 폭(B)보다 더 큰 길이(L)를 가지며, 액세스부는 길이(L)와 폭(B)으로 이루어진 직사각형의 대각선의 교점에 배치되어 있는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서 모듈은 1.5mm보다 작은 길이(L)와 1mm보다 작은 폭(B)을 가지는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서 모듈은 0.7mm보다 낮은 높이(H)를 가지는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서칩(2)과 커버(3) 사이에 접착층(4)을 가지는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서칩(2)과 커버(3) 사이에 보호층(6)을 가지는 센서 모듈.
제8항과 연관되어 제7항에 있어서, 보호층(6)은 센서칩(2)과 접착층(4) 사이에 배치되어 있는 센서 모듈.
제8항 또는 제9항에 있어서, 측정 소자(21)는 보호층(6)에 의해 덮이지 않고, 보호층(6)은 측정 소자(21)를 감싸며 측정 소자로부터 이격되어 있는 센서 모듈.
제10항에 있어서, 측정 소자(21)는 센서칩(2)의 나머지 표면으로부터 솟아 있으며, 측정 소자(21)와 상기 측정 소자(21)를 감싸는 보호층(6) 사이에 트렌치가 형성되어 있는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서칩(2)은 전자 회로(28)가 내부에 통합되어 있는 실리콘 기판을 포함하며, 전자 회로(28) 및/또는 측정 소자(21)는 전도성 구조들에 의해 하나 또는 복수의 바이어들(23)과 전기적으로 연결되어 있는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 커버(3)는 실리콘 기판을 포함하는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 각 연결 지점(24)은 전도성 수단을 가지는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서 모듈은 4개 이상의 연결 지점들(24)을 포함하며, 센서칩(2)의 하측(27)의 각 사분면이 하나 이상의 연결 지점(24)을 가지는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서 모듈은 4개 이상의 바이어들(23)을 포함하며, 센서칩(2)의 하측(27)의 각 사분면이 하나 이상의 바이어(23)를 가지는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 바이어들(23)의 수가 연결 지점들(24)의 수에 상응하는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 각 바이어(23)가 정확하게 하나의 연결 지점(24)과 전기 전도적으로 연결되어 있는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서 모듈은 6개의 연결 지점들(24)을 가지며, 상기 연결 지점들(24)은 센서칩(2)의 하측(27)의 종방향 연장부를 따라서 나란히 2개의 3-열로 배치되어 있는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서 모듈은 정확하게 4개의 바이어(23)를 가지며, 센서칩(2)의 하측(27)의 각 사분면은 하나 이상의 바이어(23)를 가지는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 바이어들(23)과 연결 지점들(24)을 전기적으로 연결하기 위해 센서칩(2)의 하측(27)에 전기 전도성 구조들(25)을 포함하는 센서 모듈.
제21항에 있어서, 전도성 구조들(25)은 센서칩(2)의 하측(27)에서 래커로 코팅되어 있는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 직육면체 센서 모듈은 4개의 평면 측벽들(7)을 가지며, 각 측벽(7)에는 커버(3)의 하나 이상의 영역 및 센서칩(2)의 영역이 노출되어 있는 센서 모듈.
제1항에 있어서, 센서 모듈은 습도 센서인 센서 모듈.