KR20150031710A

KR20150031710A - 가스센서패키지 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR20150031710A
Application number: KR20130111261A
Authority: KR
Inventors: 백지흠
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2013-09-16
Filing date: 2013-09-16
Publication date: 2015-03-25
Also published as: KR102152716B1

Abstract

본 발명은 가스센서패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 가스센서를 실장하는 기판 상부 전체를 커버하여 밀폐하는 커버모듈을 모듈화하여, 다수의 가스센서가 패키징되어 어레인된 기판에 일시에 상기 커버모듈을 씌운후 절단하여 가스센서패키지를 구현하여 제조공정을 단축하며, 가스가 센싱부에 접촉할 수 있는 공간을 확보하면서도 밀폐효율이 높은 가스센서패키지를 구현할 수 있게 된다.

Description

가스센서패키지 및 그 제조방법{PACKAGE FOR GAS SENSOR AND FABRICATING METHOD OF THE SAME}

본 발명은 가스센서패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.

가스센서가 가져야 하는 조건으로는 얼마나 빨리 반응을 할 수 있는지를 보여주는 신속성, 얼마나 미세한 양이 검출이 되어도 반응할 수 있는지를 보여주는 민감성, 얼마나 오랫동안 동작을 할 수 있는지를 보여주는 내구성, 그리고 소비자가 얼마나 부담 없이 센서를 사용할 수 있는지를 보여주는 경제성 등의 특성을 요구하고 있다. 또 기존의 반도체 공정 기술과 결합하기 위해서는 집적화, 나열화 하기 쉬운 특성을 갖고 있어야 한다. 실용적인 가스센서로는 산화주석(SnO₂)을 재료로 해서 만들어진 가정용 가스 누출 경보기 등이 폭넓게 보급되어 있다. 동작원리로는 가스양의 변화에 따라서 저항 값이 변화하는 것을 이용한 반도체형과 일정 주파수를 갖고 진동하고 있는 진동자에 가스가 흡착되면 진동수가 바뀌는 것을 이용한 진동자형이 있다. 대부분의 가스센서는 회로가 간단하고 상온에서 안정적인 열 적인 특성을 보이는 반도체형을 이용하고 있다.

일반적으로 가스센서는 가스센싱물질이나 센싱칩을 실장하는 구조의 패키지 구조를 가지고 있으며, 종래에는 가스센싱물질이나 센싱칩의 상면 보호를 위한 별도의 캡부재를 구비하여야 하며, 이러한 캡부재 상면에는 미세한 망으로 형성되어 있는 메쉬형상의 부재를 마련하여 가스통기가 가능하도록 형성하고 있다.

가스센싱을 위한 센싱패키지는 이러한 캡부재 및 메쉬형부재로 인해 상부 구조의 높이가 커지고, 센서칩과 전극부와의 연결에 있어서, 와이어본딩을 사용하게 되어 센서칩보다 전체 패키지 사이즈가 수배~수십배 커지게 되며, 이러한 문제로 가스센서의 소형화가 구현되지 못하는 한계로 작용하고 있다. 즉, 기존 가스센서 패키지에 사용되는 금속 메쉬구조물 형태에 캡부재를 씌우거나 가스센싱부를 오픈하는 구조에서는 소형화가 요구되는 가스센서 패키지의 구현이 어려운 실정이다.

본 발명의 실시예 들은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 가스센서를 실장하는 기판 상부 전체를 커버하여 밀폐하는 커버모듈을 모듈화하여, 다수의 가스센서가 패키징되어 어레인된 기판에 일시에 상기 커버모듈을 씌운후 절단하여 가스센서패키지를 구현하여 제조공정을 단축하며, 가스가 센싱부에 접촉할 수 있는 공간을 확보하면서도 밀폐효율이 높은 가스센서패키지를 제공할 수 있도록 한다.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는, 다수의 금속패턴을 포함하는 기판; 상기 기판에 실장되는 가스센싱소자; 및 상기 기판 및 상기 가스센싱소자를 포위하여 밀폐수용하며, 내부의 수용공간과 연통하는 가스이동홀을 포함하는 커버모듈;을 포함하는 가스센서패키지를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 가스센서를 실장하는 기판 상부 전체를 커버하여 밀폐하는 커버모듈을 모듈화하여, 다수의 가스센서가 패키징되어 어레인된 기판에 일시에 상기 커버모듈을 씌운후 절단하여 가스센서패키지를 구현하여 제조공정을 단축하며, 가스가 센싱부에 접촉할 수 있는 공간을 확보하면서도 밀폐효율이 높은 가스센서패키지를 구현할 수 있는 효과가 있다

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 가스센서 패키지의 구현 단면개념도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 가스센싱소자의 개념도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 가스센싱소자의 커버모듈의 예시도이며, 도 4는 도 3의 커버모듈을 적용한 가스센싱패키지의 제조공정개념도를 도시한 것이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)" 에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접 (directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 가스센서 패키지의 구현 단면개념도를 도시한 것이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스센서 패키지는 다수의 금속패턴(220)을 포함하는 기판(210)과, 상기 기판에 실장되는 가스센싱소자(100) 및 상기 기판(210) 및 상기 가스센싱소자(100)를 포위하여 밀폐수용하며, 내부의 수용공간(320)과 연통하는 가스이동홀(310)을 포함하는 커버모듈(300)을 포함하여 구성된다.

도 1에 도시된 것과 같이, 상기 제1기판(210)은 절연물질로 형성되는 기판표면에 금속물질로 전극패턴(회로패턴)이 패터닝된 금속패턴(220)을 다수 포함하는 구조로 형성되며, 상기 금속패턴(220) 상에는 상기 가스센싱소자(100)가 실장되며, 주변 전극과 와이어(112)로 본딩된다. 와이어(112) 본딩 구조는 가스센싱소자(100)와 전기적 연결을 예시한 것으로, 와이어 본딩외에도 다양한 접속방식, 이를테면 플립칩 본딩 등의 방식이 채용될 수 있음은 자명하다 할 것이다.

특히, 도 1의 구조에서 본 발명의 특징적인 요소로는 상기 기판(210)과 가스센싱소자(100)의 상부 전체를 밀폐수용하는 구조로 덮여지는 구조로 배치되는 커버모듈(300)이 구비되는 것이다. 상기 커버모듈(300)은 도시된 것과 같이, 상기 기판(210)의 테두리부와 커버모듈(300)의 말단부가 밀착하여 결합되는 구조이며, 상부에는 가스 연통을 위한 가스이동홀(310, 320)이 구비된다. 종래의 가스센싱패키지에서 사용되는 메쉬형태의 캡부재의 구조물은 상술한 바와 같이 소형화가 어려운 문제가 발생하나, 본 발명의 실시형태에서는 일체형으로 형성되는 커버모듈의 상면에 가스이동홀(310, 320)을 형성하여 통기를 확보하는 한편, 내부에는 수용공간을 확보하여 충분한 가스접촉공간을 마련할 수 있도록 하여 가스센싱효율을 높일 수 있도록 할 수 있다. 이를 위해 상기 가스이동홀(310, 320)은, 상기 가스센싱부와 대응되는 위치에 배치되는 제1이동홀(310)과 상기 제1이동홀과 이격되며, 상기 커버모듈의 내부와 연통하는 제2이동홀(320)를 포함하여 구성되도록 하며, 상기 제1이동홀은 가스센싱부(110)과 대응되는 위치에 배치되어 인입되는 가스와의 접촉율을 더욱 높일 수 있도록 함이 바람직하다.

상기 커버모듈(300)은 도시된 것과 같이, 측벽과 상기 측벽의 상부를 덮은 상부면으로 구성되며, 하부는 개구된 구조물의 형태를 구현하게 된다. 이 경우 상기 측벽의 말단부는 바깥쪽으로 절곡되는 절곡부를 구비하게 되며, 상기 커버모듈 말단의 절곡부와 상기 기판(210)의 표면이 밀착하는 부분(이하, '결합부(P)')의 구조로 형성되어 밀폐효율을 높일 수 있도록 함이 더욱 바람직하다. 즉, 상기 결합부(P)의 구조는 기판표면 부분(P2)와 커버모듈의 절곡부(P2)와의 접촉면적을 넓힐 수 있어서 커버모듈의 형성하는 가스 수용공간에 가스가 머무는 시간을 확보할 수 있도록 밀폐율을 높일 수 있게 한다.

특히, 본 발명의 실시형태에 따른 가스센서패키지는 상기 기판(210)의 폭과 상기 커버모듈(300)의 폭이 동일하게 형성되는 것을 특징으로 한다. 통상 종래의 가스센서패키지의 메쉬형태의 캡부재는 기판의 크기보다 작은 것이 일반적이나, 본 발명의 실시형태의 경우 상기 기판(210)의 폭과 상기 커버모듈(300)의 폭이 동일하게 형성되어 패키지 구조의 일체성을 높이며 상술한 결합부(P) 구조를 통해 결합력을 높일 수 있어 공정 및 사후 디바이스에 장착이 이탈이 발생하는 위험성을 낮출 수 있게 하는 장점이 구현되게 된다. 즉, 상기 커버모듈의 수평폭과 상기 기판의 수평폭이 동일한 구조로 형성되며, 이는 도 1에 도시된 것과 같이, 상기 커버모듈의 말단의 절곡부의 측절단면과 상기 기판의 외각부의 측면이 동일수직평면 상에 배치되는 구조로 측면에서 바라보았을 때, 결합부(P)의 측면이 매끄러운 구조로 단차가 없이 형성되도록 함이 바람직하다. 이러한 구조는 패키지 구조의 일체성을 높이며 상술한 결합부(P) 구조를 통해 결합력을 높일 수 있어 공정 및 사후 디바이스에 장착이 이탈이 발생하는 위험성을 낮출 수 있게 하는 장점이 구현됨은 상술한바와 동일한 효과가 구현될 수 있게 된다.

도 2는 본 발명의 실시형태에 따른 가스센싱소자(300)의 구성의 일 실시예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, (a)는 본 발명의 실시예에 따른 가스센싱소자의 사시도로서, 몸체(120) 표면에 센싱물질 또는 센싱칩을 통해 가스를 검출하는 가스센싱부(110)가 배치되며, 인접 표면에 외부 단자와 접속할 수 있는 전극패턴(130)을 구비하며, 가스센싱부(110)와 전극패턴(130)은 상호 전기적으로 연결될 수 있도록 한다. 도 2의 (b)는 (a)에서 도시한 가스센싱소자(100)의 하부면을 도시한 것으로, 몸체(120)의 내부에 일정한 공동부(140)이 형성되는 구조로 형성되어, 가스체류시간을 확보할 수 있도록 할 수 있도록 함이 더욱 바람직하다. 도 2의 (c)는 가스센싱소자의 단면도를 도시한 것이다. 도 2의 구조와 같은 가스센싱소자(100)은 도 1 에서의 제1기판(210)의 표면에 실장되어 상기 커버모듈 내의 수용공간에 체류되는 가스, 특히 제1기판(210)의 가스이동홀(310,320)을 통해 유입되는 가스를 검출할 수 있도록 한다.

아우러 도시하지는 않았으나, 본 발명의 가스센싱 패키지의 경우, 고정저항 또는 NTC(negative temperature coefficient thermistor) 소자 등의 수동소자를 실장하여 저항출력에서 전압출력방식으로 가스센싱소자의 출력 변경을 구현하도록 할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시형태에 따른 가스센서패키지의 제조공정을 설명하기위해, 커버모듈의 구현예를 도시한 것이며, 도 4는 도 3의 커버모듈을 이용하여 가스센서패키지를 구현하는 공정 개념도를 도시한 것이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시형태에 따른 커버모듈은 폴리머 계열 예를 들면 PC(polycabonate), PE, PEEK 등의 재료로 형성되는 원판 시트 구조물(A)에 금형을 통해 몰드를 형성하여 내부에 수용공간이 형성되는 단위 커버모듈(300)이 다수 마련된 구조로 미리 형성한다. 원판 시트 구조물(A)은 도 3에 도시된 것과 같이 단위 커버모듈 상에 2개의 가스이동홀(310)이 형성된 구조가 다수 마련되게 되는 구조로 형성될 수 있다.

특히, 도 4에서와 같이 사전에 마련된 원판 시트 구조물(A)은, 다수의 가스센싱소자가 기판상에 실장된 구조물 상부에서 상기 원판 시트 구조물(A) 전체를 어라인하여 기판 상에 한번에 접착하게 된다. 이 경우 기판상에 가스센싱소자가 실장된 구조물(200) 상에 가스이동홀(a1)과 가스센싱소자(100)를 어라인하여 한번에 접착하고, 큐어링(curing) 등의 과정을 거친후, 도시된 절단면(X1, X2, X3)를 기준으로 절단하여 도 1에서 상술한 단품 형태의 가스센서패키지로 구현하게 된다.

이러한 제조공정에 의해 본 발명의 실시형태의 가스센서패키지가 구현되며, 종래의 가스센서패키지가 가스센서칩을 실장한 후, 에폭시계열로 몰딩을 구현하여 댐(DAM) 등의 구조물을 개별 몰딩을 통해 구현하고, 메쉬형태의 캡부재를 장착하는 공정으로 구현하는 점에서 구조성의 차이가 있으며, 제조시간이 많이 소요되는 문제가 있었으나, 본 발명의 실시예에 따른 제조공정은 한번의 접착공정으로 패키징을 구현하고, 절단을 하여 단위 패키지를 구현하게 되어 도 1의 실시형태에 따른 구조물을 완성할 수 있게 되는바, 소형화를 위핸 가스센서패키지를 최소한의 공정 및 비용으로 신속하고 대량화하여 제조할 수 있는 장점이 구현되게 된다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100: 가스센싱소자
110: 가스센싱부
112: 와이어
120: 몸체
130: 전극패턴
140: 공동부
210: 기판
220: 금속패턴
230: 접착물질층
300: 커버모듈
310, 320: 가스이동홀
330: 수용공간

Claims

다수의 금속패턴을 포함하는 기판;
상기 기판에 실장되는 가스센싱소자; 및
상기 기판 및 상기 가스센싱소자를 포위하여 밀폐수용하며, 내부의 수용공간과 연통하는 가스이동홀을 포함하는 커버모듈;
을 포함하는 가스센서패키지.
청구항 1에 있어서,
상기 커버모듈과 상기 기판의 결합부는,
상기 커버모듈의 말단의 절곡부와 상기 기판의 표면이 결착하는 가스센서패키지.
청구항 2에 있어서,
상기 커버모듈의 수평폭과 상기 기판의 수평폭이 동일한 가스센서패키지.
청구항 3에 있어서,
상기 커버모듈의 말단의 절곡부의 측절단면과 상기 기판의 외각부의 측면이 동일수직평면 상에 배치되는 가스센서패키지.
청구항 2에 있어서,
상기 가스이동홀은,
상기 가스센싱소자의 상부의 가스센싱부와 대응되도록 어라인 되는 가스센서패키지.
청구항 3에 있어서,
상기 가스이동홀은,
상기 가스센싱부와 대응되는 위치에 배치되는 제1이동홀;
상기 제1이동홀과 이격되며, 상기 커버모듈의 내부와 연통하는 제2이동홀;
을 포함하는 가스센서패키지.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 커버모듈의 말단의 절곡면과 상기 제1기판 표면이 결착하는 결합부에 접착물질층을 더 포함하는 가스센서패키지.
기판상에 다수의 가스센싱소자를 실장하고,
상기 다수의 가스센싱소자에 대응되는 위치에 수용공간을 형성한 커버모듈부재를 어라인하고,
상기 커버모듈부재를 상기 기판상에 부착하여 동시에 다수의 가스센싱소자를 상기 수용공간의 각각에 밀폐수용하는 가스센서패키지의 제조방법.