KR20150083566A

KR20150083566A - Package for gas sensor

Info

Publication number: KR20150083566A
Application number: KR1020140003257A
Authority: KR
Inventors: 백지흠; 황지훈
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2014-01-10
Filing date: 2014-01-10
Publication date: 2015-07-20

Abstract

According to an embodiment of the present invention, the present invention relates to a package for a gas sensor having high sensing efficiency and the high connection reliability. A gas sensing device is mounted on a substrate by a flip chip bonding method, and a gas movement spacing portion is provided between the substrate and the gas sensing device to induce smooth gas movement to maximize the sensing efficiency of a gas.

Description

Gas sensor package {PACKAGE FOR GAS SENSOR}

본 발명의 실시예들은 센싱효율 및 접속신뢰도가 높은 가스센서패키지에 관한 것이다.Embodiments of the present invention relate to gas sensor packages having high sensing efficiency and high connection reliability.

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.The conditions that a gas sensor must have include the speed to show how quickly it can react, the sensitivity to show how small quantities can be detected when it reacts, the durability of how long you can operate, And economics that show whether the sensor can be used without it. In addition, to combine with existing semiconductor processing technology, it should have characteristics that are easy to integrate and sequence. As a practical gas sensor, household gas leak alarms made of tin oxide (SnO ₂ ) are widely used. The principle of operation is a semiconductor type using that the resistance value changes according to the change of the gas quantity, and a vibrating type using the change of the frequency when the gas is adsorbed to the vibrator vibrating with a certain frequency. Most gas sensors use a semiconductor type which is simple in circuit and has stable thermal characteristics at room temperature.

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.In general, the gas sensor has a package structure of a structure for mounting a gas sensing material or a sensing chip. Conventionally, a gas sensing material or a separate cap member for protecting the upper surface of the sensing chip must be provided. A mesh-like member formed of a mesh is provided so as to allow gas communication.

이러한 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.Such a sensing package for gas sensing has a height of the upper structure due to the cap member and the mesh-like member, and wire bonding is used in connection between the sensor chip and the electrode unit, And the size of the gas sensor can not be reduced due to such a problem.

본 발명의 실시예 들은 상술한 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 가스센싱소자는 가스센싱효율을 높이기 위해 가스센싱소자와 기판 사이에 가스이동통로를 형성하여 가스의 감지율을 높일 수 있도록 하며, 가스센싱소자몸체의 상부에 커버부재를 구현하되 가스센싱소자 주변의 인접 소자와 함께 고정될 수 있도록 해 고정신뢰성을 높일 수 있도록 한다.In order to improve the gas sensing efficiency, the gas sensing device according to the embodiment of the present invention forms a gas moving path between the gas sensing device and the substrate, So that the cover member can be mounted on the upper part of the gas sensing element body, and can be fixed together with the adjacent elements around the gas sensing element, thereby enhancing the fixing reliability.

상술한 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 본 발명의 실시예에서는 금속패턴을 포함하는 제1기판; 상기 제1기판의 표면과 마주하도록 배치되는 가스센싱부를 포함하는 가스센싱소자;를 포함하며, 상기 가스센싱소자와 상기 제1기판 사이에 가스이동이격부;를 포함하는 가스센서패키지를 제공할 수 있도록 한다. 나아가 상기 공동부의 상부면을 밀폐하는 커버부재;를 더 포함하되, 특히 상기 가스센싱소자에 인접하는 적어도 1 이상의 인접 소자의 상부에 밀착하도록 구현한다.As a means for solving the above-mentioned problems, in an embodiment of the present invention, a first substrate including a metal pattern; And a gas sensing element disposed on the first substrate, the gas sensing element being disposed to face a surface of the first substrate, wherein the gas sensing element includes a gas movement spacing between the gas sensing element and the first substrate . Further comprising a cover member for sealing the upper surface of the cavity portion, and in particular, the upper surface of at least one adjacent element adjacent to the gas sensing element.

본 발명의 실시예예 따르면, 가스센싱소자가 플립칩 본딩(Flip chip bonding) 방식으로 기판상에 실장되는 구조에서 기판과 가스센싱소자 사이에 가스이동이격부를 마련하여 원활한 가스이동을 유도하여 가스감지 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.According to an embodiment of the present invention, in a structure in which a gas sensing element is mounted on a substrate by a flip chip bonding method, a gas movement spacing portion is provided between the substrate and the gas sensing element to induce smooth gas movement, Can be maximized.

특히, 가스센싱소자에 공동부를 형성할 수 있도록 소자 몸체의 상면에 커버부재를 구현하여 가스센싱부를 포함하는 소자를 보호하는 한편, 가스센싱소자의 주변의 인접한 소자의 상부까지 상기 커버부재가 고정할 수 있도록 해, 소자와 기판의 접속신뢰성을 강화할 수 있는 효과도 있다.Particularly, in order to form a cavity in the gas sensing element, a cover member is formed on the upper surface of the element body to protect the element including the gas sensing portion, and the cover member is fixed to the upper portion of the adjacent element of the gas sensing element So that the connection reliability between the device and the substrate can be enhanced.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 가스센싱소자를 적용하여 가스센싱을 하는 경우, 공동부 상에 가스가 체류할 수 있도록 해 센싱효율을 높이는 한편, 패키지로 결합하는 제1기판에 관통홀을 마련하여, 상기 관통홀을 통해 가스의 인입이 가능하도록 하여 가스 센싱할 수 있도록 하여 센싱효율을 높이며, 매우 박형화(Slim)한 구조의 가스센서를 형성할 수 있는 효과가 있다.In addition, when the gas sensing device according to the embodiment of the present invention is used for gas sensing, gas can be retained on the cavity to increase sensing efficiency, and a through hole is formed in the first substrate Thus, it is possible to introduce a gas through the through-hole to perform gas sensing, thereby enhancing sensing efficiency and forming an extremely thin (slim) gas sensor.

특히, 가스센싱소자가 기판의 금속전극에 직접 실장되는 바 와이어 본딩이 불필요하여 패키지 면적이 줄어들며, 패키지 전체 높이를 줄일 수 있는 장점이 구현된다.Particularly, since the gas sensing element is directly mounted on the metal electrode of the substrate, wire bonding is unnecessary, thereby reducing the package area and reducing the overall height of the package.

또한, 기존 가스센싱패키지에 필수적인 센서칩 상부의 센싱부를 보호하기 위한 별도의 캡이 불필요하여 제조원가를 더욱 절감하는 한편, 패키지를 더욱 소형화할 수 있게 된다.In addition, since a separate cap for protecting the sensing portion on the sensor chip, which is essential to the existing gas sensing package, is not required, the manufacturing cost can be further reduced and the package can be further downsized.

아울러, 센싱을 위한 가스의 통로를 기판의 가스인입홀을 통한 1차 가스유입외에도 칩의 측면의 이격부를 통해 가스유입이 이루어져 효율적인 센싱이 구현될 수 있는 장점도 있다.Further, in addition to the first gas inflow through the gas inlet hole of the substrate for the sensing gas, the gas can be introduced through the separation portion on the side of the chip, thereby realizing efficient sensing.

본 발명의 다양한 실시예의 가스센서패키지는 상술한 슬림화와 다기능화를 통해 전제 패키지의 사이즈의 축소 및 원가절감이 반영된 IT 기기 전반에 적용될 수 있다.The gas sensor package according to various embodiments of the present invention can be applied to all IT devices that are reduced in the size of the pre-package and cost reduction through the slimming and multi-functionalization described above.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스센서패키지의 요부 단면 개념도를 도시한 것이다.
도 3은 도 1 및 도 2에서 상술한 가스센서패키지에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 가스센싱소자의 구조를 도시한 요부 개념도이다.
도 4는 도 3에서 상술한 가스센싱소자의 구조에서 특히 상기 공동부의 상부면을 밀폐하는 커버부재를 구현하는 것을 도시한 것이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서패키지의 구조를 도시한 개념도이다.
도 6은 도 5에서 상술한 패키지 구조의 상부 평면도를 예시한 것이다.
도 7은 도 5 및 도 6에서의 패키지를 상부에서 바라본 평면 개념도이다.FIG. 1 and FIG. 2 show a schematic cross-sectional schematic view of a gas sensor package according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a conceptual diagram showing a structure of a gas sensing device according to an embodiment of the present invention applied to the gas sensor package described above with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.
Fig. 4 illustrates the construction of the gas sensing element described above with reference to Fig. 3, particularly embodying a cover member for sealing the upper surface of the cavity.
5 is a conceptual diagram showing the structure of a gas sensor package according to another embodiment of the present invention.
Figure 6 illustrates a top plan view of the package structure described above in Figure 5;
FIG. 7 is a plan view of the package in FIGS. 5 and 6 viewed from above. FIG.

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.Hereinafter, the configuration and operation according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the following description with reference to the accompanying drawings, the same reference numerals denote the same elements regardless of the reference numerals, and redundant description thereof will be omitted. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

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.
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: FIG. In the description of the embodiments, it is to be understood that each layer (film), region, pattern or structure is formed "on" or "under" a substrate, each layer The terms " on "and " under " encompass both being formed" directly "or" indirectly " The thickness and size of each layer in the drawings are exaggerated, omitted, or schematically shown for convenience and clarity of explanation. Also, the size of each component does not entirely reflect the actual size. Hereinafter, embodiments will be described with reference to the accompanying drawings.

도 1 및 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 가스센서패키지의 요부 단면 개념도를 도시한 것이다. (도 1은 점도가 상대적으로 높은 물질을 커버 부재로 구현하는 경우, 도 2는 점도가 낮은 물질을 커버 부재로 구현하는 경우, 각각의 커버부재의 형상의 차이를 나타낸 것이다.)FIG. 1 and FIG. 2 show a schematic cross-sectional schematic view of a gas sensor package according to an embodiment of the present invention. (FIG. 1 shows a case where a material having a relatively high viscosity is implemented as a cover member, and FIG. 2 shows a difference in shape of each cover member when a low viscosity material is implemented as a cover member.)

도시된 도면을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스센서패키지는, 금속패턴(220)을 포함하는 제1기판(210)과 상기 제1기판(210)의 표면과 마주하도록 배치되는 가스센싱부(110)를 포함하는 가스센싱소자(100)를 포함하며, 상기 가스센싱소자(100)와 상기 제1기판)210) 사이에 가스이동이격부(G1, G2)를 포함하여 구성될 수 있도록 한다.A gas sensor package according to an embodiment of the present invention includes a first substrate 210 including a metal pattern 220 and a gas sensor 220 disposed to face the surface of the first substrate 210. [ (G1, G2) between the gas sensing element (100) and the first substrate) 210. The gas sensing element (100) includes a gas sensing element (100) do.

도 1에 도시된 것과 같이, 상기 제1기판(210)은 절연물질로 형성되는 기판표면에 금속물질로 전극패턴(회로패턴)이 패터닝된 금속패턴(220)을 다수 포함하는 구조로 형성되며, 특히 기판의 상하부를 관통하는 구조의 제1관통홀(211)을 포함한다. 상기 제1관통홀(211)은 후술하는 가스센싱소자(100)의 가스센싱부(110)가 노출되어 가스와 접할 수 있는 통로역할을 수행하게 된다. 특히, 상기 금속패턴(220)과 가스센싱소자의 접합패드부(130)의 결합을 통해 실장되는 가스센싱소자는 상기 제1기판과 이격되는 구조, 즉 가스이동통로가 되는 가스이동이격부(G1, G2)를 형성하게 되며, 상기 가스이동이격부를 통해 유입되는 가스로 인해 가스센싱부(110)에서 보다 용이하게 가스의 감지가 이루어질 수 있게 된다.1, the first substrate 210 has a structure including a plurality of metal patterns 220 on which an electrode pattern (circuit pattern) is patterned by a metal material on a surface of a substrate formed of an insulating material, And a first through hole 211 having a structure penetrating the upper and lower portions of the substrate. The first through hole 211 serves as a passage through which the gas sensing unit 110 of the gas sensing device 100 described below is exposed and in contact with the gas. Particularly, the gas sensing element mounted through the combination of the metal pattern 220 and the bonding pad portion 130 of the gas sensing element has a structure that is separated from the first substrate, that is, a gas movement spacing G1 And G2. The gas sensing unit 110 can more easily detect the gas due to the gas flowing through the gas moving spacers.

아울러, 상기 제1기판(210)은 상기 제1관통홀(211)외에 상기 제1기판(210)과 외부의 기판이나 대상물과의 결합을 위한 제2관통홀(230)이 다수 구비되며, 특히 상기 제2관통홀(230)은 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이 금속물질로 충진(이하, 금속충진부; 240)되며, 상기 금속충진부(240)는 도시된 것과 같이 일정부분 상기 제1기판(210)의 하부로 돌출되는 구조로 형성된다. 이렇게 돌출되는 구조로 형성됨은 후술하는 제2기판 등의 인쇄회로기판과 같은 대상체와 상기 금속충진부(240)이 전기적으로 결합되는 것과 동시에 가스이동통로를 마련하는 역할을 하게 된다. 이러한 가스이동통로 또한 가스의 유입을 용이하게 하여 가스 감지 효율을 높일 수 있도록 하는 기능을 수행할 수 있게 된다(도 5에서 후술).The first substrate 210 includes a plurality of second through holes 230 for coupling the first substrate 210 to an external substrate or an object in addition to the first through holes 211, The second through hole 230 is filled with a metal material (hereinafter, referred to as a metal filler) 240 as shown in FIGS. 1 and 2, and the metal filler 240, 1 substrate 210 as shown in FIG. The protruding structure serves to electrically connect the object such as a printed circuit board such as a second substrate, which will be described later, and the metal filler 240, and to provide a gas transfer path. This gas transfer path also facilitates the inflow of the gas, thereby enhancing the gas detection efficiency (described later in FIG. 5).

특히, 상기 가스이동이격부(G1, G2)는 도 1 및 도 2에서는 가스센싱부(110)으로 진행하는 통로가 막힌 것처럼 보이나, 이는 일단면도를 도시한 것으로, 접합패드부(130)와 금속패턴(220)의 접합부위는 매우 일부분에 해당하는 것인바, 가스센싱소자(100)의 테두리를 따라서 접합패드부(130)와 금속패턴(220)가 만들어 내는 이격공간이 고르게 형성되게 된다. 구체적으로, 상기 제1기판(210)의 상부면의 금속패턴(220)은 상기 가스센싱소자(100)의 접합패드부(220) 또는 금속전극과 직접 접합되게 되며, 일반적으로 Cu 층에 Ag, Au, Sn 등의 표면처리 도금층을 포함하는 구조로 형성되어 상기 금속전극과 접합성을 향상시킬 수 있도록 함이 바람직하다. 특히, 상기 금속패턴(211, 212)의 두께를 조절하여 1㎛~수백㎛의 범위로 형성하여 가스센싱소자(100)의 측면부로 가스의 통기가 가능하도록 하는 가스이동통로부를 구현하는 역할을 수행하도록 할 수 있다.1 and 2, the gas passage spacers G1 and G2 may be blocked from the gas sensing unit 110. However, The bonding portion of the pattern 220 corresponds to a very small portion and the spacing space formed by the bonding pad portion 130 and the metal pattern 220 along the edge of the gas sensing element 100 is uniformly formed. The metal pattern 220 on the upper surface of the first substrate 210 is directly bonded to the bonding pad 220 or the metal electrode of the gas sensing device 100 and is generally formed of Ag, Au, Sn, or the like, so as to improve the bonding property with the metal electrode. Particularly, the thickness of the metal patterns 211 and 212 is adjusted to be in the range of 1 μm to several hundreds of micrometers, thereby realizing a gas transfer path for allowing gas to pass through the side surface of the gas sensing element 100 .

상기 가스센싱소자(100)는 가스센싱이 가능한 센싱물질을 포함하는 기능부로, 통상 상용화된 모든 가스센싱방식의 구조물을 통칭하여 적용할 수 있는 것으로, 산화물반도체를 이용한 센싱소자, 탄소나노튜브를 이용한 센싱소자, 기타 다양한 센싱반도체 칩 등을 모두 적용할 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 특징적으로 이러한 가스센싱소자(100)를 실장되는 제1기판(100)의 표면에 마주하도록 실장한다. 즉, 상기 가스센싱소자(100)의 패드부와 상기 제1기판의 금속패턴(220)이 플립칩 본딩(Flip chip bonding) 방식으로 직접 결착하도록 하여, 본딩 와이어를 제거할 수 있도록 함으로써, 패키지 면적이 줄어들고, 별도의 가스센싱부 상부에 캡부재나 메쉬부재등의 기구물이 불필요한바, 패키지를 더욱 소형화할 수 있으며 제조원가를 절감할 수 있게 된다.The gas sensing device 100 is a functional part including a sensing material capable of gas sensing, and can be generally applied to all gas sensing structures that are commonly used. The sensing device includes a sensing device using an oxide semiconductor, Sensing devices, and various other sensing semiconductor chips. In the embodiment of the present invention, the gas sensing element 100 is mounted so as to face the surface of the first substrate 100 to be mounted. That is, the pad portion of the gas sensing element 100 and the metal pattern 220 of the first substrate are directly bonded by a flip chip bonding method so that the bonding wire can be removed, And a mechanism such as a cap member or a mesh member is unnecessary on the upper part of the gas sensing part, so that the package can be further downsized and the manufacturing cost can be reduced.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 상기 가스센싱소자(100)의 가스센싱부(110)는 외부의 가스가 이동하여 가스와 접촉할 수 있는 제1기판(100)의 제1관통홀(220)과 대응되도록 어라인 됨이 바람직하다. 이는 가스와 접촉효율을 높일 수 있도록 가스인입홀을 통해 상기 가스센싱부(110)가 노출되는 구조, 즉 가스센싱부(110)와 가스인입홀(211)의 중심부가 어라인되도록 배치하는 것이 센싱효율면에서 가장 효율적이다. 물론, 이에 한정되는 것은 아니며, 어라인 구성이 일정 범위에서 어긋나도록 배치하는 것도 가능하며, 이 경우 본 발명이 실시예에서 가스센싱소자의 측면에서 가스이동이격부(G1, G2) 등을 통해 가스검출을 보완할 수 있는바, 센싱효율의 향상의 효과를 동일하게 구현될 수 있게 된다. 1 and 2, the gas sensing unit 110 of the gas sensing device 100 includes a first through hole (not shown) of the first substrate 100, 220). &Lt; / RTI > In order to increase the contact efficiency with the gas, it is preferable that the structure in which the gas sensing part 110 is exposed through the gas inlet hole, that is, the center part of the gas sensing part 110 and the gas inlet hole 211, It is the most efficient in terms of efficiency. However, the present invention is not limited thereto, and it is possible to arrange the components in a certain range. In this case, the present invention can be applied to the gas sensing device through the gas movement spacers G1, G2, The detection can be complemented, and the effect of improving the sensing efficiency can be realized in the same manner.

아울러, 본 발명의 실시예에서는 상기 제1기판상에 실장되는 하나 또는 그 이상의 다수의 인접 소자(300)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 인접소자는 능동소자 또는 수동소자를 모두 포함하는 개념이며, 일 예로 고정저항 또는 NTC(negative temperature coefficient thermistor) 소자를 더 포함할 수 있다. 이러한 고정저항 또는 NTC(negative temperature coefficient thermistor) 소자의 경우 저항방식을 전압방식 출력으로 전환하며, 특히 NTC의 경우 온도에 따른 초기 센싱물질에 저항변화값을 보상하여 일정한 초기 전압값을 가질 수 있도록 할 수도 있다.In addition, the embodiment of the present invention may further include one or more adjacent elements 300 mounted on the first substrate. Such a neighboring element is a concept including both an active element and a passive element, and may further include, for example, a fixed resistor or a negative temperature coefficient thermistor (NTC) element. In the case of such a fixed resistance or negative temperature coefficient thermistor (NTC) element, the resistance method is switched to the voltage type output. In particular, in the case of NTC, the resistance value of the initial sensing material according to the temperature is compensated to have a constant initial voltage value It is possible.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 가스센싱소자(100)과 인접 소자(300)의 상부를 동시에 덮는 구조의 커버부재(150)을 구비하는 것이 더욱 바람직하다. 이는 상기 커버부재(150)의 구성은 본 발명의 특유의 구조로서 가스센싱소자(100)의 내부에 가스체류영역을 형성하는 공동부(140)을 마련하고, 그 상부를 밀폐하여 내부를 보호하는 한편, 방열을 제어할 수 있도록 하기 위함이다. 나아가, 인접소자(300)의 상부면과 함께 커버부재(150)가 고정을 하게 되는 경우, 가스센싱소자의 보호 외에 인접소자와 함께 고정되어 가스센싱소자 자체의 접합 신뢰성(bondability)을 향상시킬 수 있게 된다. 본 발명의 실시예에서는 인접소자와 함께 커버부재가 고정을 수행하는 것으로 설명하나, 이러한 인접소자에는 능동소자나 수동소자 등의 칩 구조물 외에도 다수의 칩 패키지의 구조물(가스센싱소자 이외의 돌출 구조물)에 함께 고정시킬 수 있음을 포함하는 개념이다.Particularly, in the embodiment of the present invention, it is more preferable that the cover member 150 has a structure for simultaneously covering the upper portion of the gas sensing element 100 and the adjacent element 300. The structure of the cover member 150 is the unique structure of the present invention, in which the cavity 140 forming the gas retention area is provided inside the gas sensing element 100, On the other hand, it is intended to control the heat radiation. Further, when the cover member 150 is fixed together with the upper surface of the adjacent element 300, it can be fixed together with the adjacent element in addition to the protection of the gas sensing element to improve the bondability of the gas sensing element itself . In the embodiment of the present invention, it is described that the cover member performs the fixation together with the adjacent element. However, in addition to the chip structure such as the active element and the passive element, the structure of the chip package (the protruding structure other than the gas sensing element) In the second embodiment.

상기 커버부재(150)은 절연특성을 가지는 다양한 소재의 물질이 적용될 수 있으며, 예를 들어 특히, 합성수지재료로 에폭시, 우레탄, Si를 포함하는 물질 등 실링재로 사용되는 물질을 모두 적용할 수 있으며, 이러한 합성수지재료는 공동부 내부로 흘러들지 않도록 일정한 점도를 가지는 물질을 적용하는 것이 바람직하다. 도 1은 점도가 상대적으로 높은 물질을 커버 부재로 구현하는 경우, 도 2는 점도가 낮은 물질을 커버 부재로 구현하는 경우, 각각의 커버부재의 형상의 차이를 나타낸 것으로, 도 1의 경우 커버부재의 재료를 에폭시로 하는 경우 도 2보다 고점도의 것을 사용하여 상부가 곡률이 형성되며, 하부 역시 곡률이 형성되는 구조의 커버부재를 구현할 수 있으며, 필요에 따라 도 2와 같이 도 1보다 저점도의 에폭시를 적용하여 상부가 평평한 구조로 구현하여 박형화를 구현하는 것도 가능하다.
The cover member 150 may be made of various materials having an insulating property. For example, the cover member 150 may be a synthetic resin material, and may be any material used as a sealing material such as epoxy, urethane, and Si. It is preferable that such a synthetic resin material is applied to a material having a certain viscosity so as not to flow into the cavity portion. FIG. 1 shows a case where a material having a relatively high viscosity is implemented by a cover member. FIG. 2 shows a difference in shape of each cover member when a low viscosity material is realized by a cover member. It is possible to realize a cover member having a structure in which a curvature is formed at an upper portion and a curvature is formed at an upper portion by using a material having a higher viscosity than that in Fig. 2, and as shown in Fig. 2, It is also possible to realize thinness by implementing a structure with a flat top by applying epoxy.

도 3은 도 1 및 도 2에서 상술한 가스센서패키지에 적용되는 본 발명의 실시예에 따른 가스센싱소자(100)의 구조를 도시한 요부 개념도이다.FIG. 3 is a conceptual view showing a configuration of a gas sensing device 100 according to an embodiment of the present invention applied to the gas sensor package described above with reference to FIGS. 1 and 2. FIG.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 패키지에 적용되는 가스센싱소자는 하면(121) 및 측벽(122)을 포함하여 내측에 공동부(140)를 마련하는 소자몸체(120)와, 상기 측벽(122) 상부에 배치되어 상기 공동부(140) 상면을 밀폐하는 커버부재(150) 및 상기 하면의 외부표면에 배치되는 가스센싱부(110)를 포함하여 구성될 수 있다.3, a gas sensing device applied to a package according to an embodiment of the present invention includes a device body 120 including a bottom 121 and a side wall 122 and having a cavity 140 inside, A cover member 150 disposed above the side wall 122 to seal the upper surface of the cavity 140 and a gas sensing unit 110 disposed on the outer surface of the lower surface.

구체적으로, 도3의 (a)는 본 발명의 가스센싱소자의 하부방향(A)과 상부방향(B)을 정의하고, 상부방향(A)에서 바라본 요부 개념도이고, 도 3(b)는 하부방향(A)에서의 요부 개념도, 도 3(c)는 측면 단면 개념도이다. 3 (a) is a conceptual view of the essential part as viewed from the upper direction (A), defining the lower direction (A) and the upper direction (B) of the gas sensing element of the present invention, FIG. 3C is a conceptual view of a side sectional view in the direction A; FIG.

이를 참조하면, 도 3의 (a)와 같이 상부방향(B)에서 소자몸체(120) 하면의 외표면에 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 있는 구조가 구현된다.3 (a), a gas sensing unit 110 for detecting a gas through a sensing material or a sensing chip is disposed on an outer surface of a lower surface of the element body 120 in an upper direction (B) And an electrode pattern 130 which can be connected to an external terminal on the surface of the electrode pattern 130. The gas sensing unit 110 and the electrode pattern 130 can be electrically connected to each other.

도 3의 (b)와 같이 소자의 하부방향(B)에서 바라보면, 본 발명의 실시예에 따른 가스센싱소자는 내부에 공동부(140)이 마련되는 구조로 측벽(122)과 하면(121)이 구현되는 구조이며, 상부 방향으로는 개구되는 영역이 구현되는 구조로 마련된다.3 (b), the gas sensing device according to the embodiment of the present invention has a cavity portion 140 inside and has a side wall 122 and a bottom surface 121 ) Is implemented, and a structure in which a region to be opened in an upper direction is realized is provided.

도 3의 (c)와 같이 측 단면도에서 바라보면, 내부의 공동부(140)을 마련하는 소자몸체의 하면(121)의 반대면에 가스센싱부(110)이 배치되며, 가스센싱부주변에는 전극패턴(130)이 마련되어, 추후 기판등에 실장될 수 있도록 한다.3 (c), a gas sensing unit 110 is disposed on the opposite side of the lower surface 121 of the element body, which is provided with an internal hollow portion 140, Electrode patterns 130 are provided so that they can be mounted later on a substrate or the like.

도 4는 도 3에서 상술한 가스센싱소자의 구조에서 특히 상기 공동부의 상부면을 밀폐하는 커버부재(150)를 구현하는 것을 도시한 것이다. Figure 4 illustrates the implementation of the cover member 150 in the structure of the gas sensing element described above in Figure 3, in particular to seal the upper surface of the cavity.

상기 커버부재(150)는 상기 소자몸체의 측벽부(122)의 상부면과 공동부의 상부면을 덮는 구조로 배치될 수 있으며, 별도의 구조물로 가공하여 폴리이미드 등의 합성수지필름을 접착하는 구조로 구현될 수도 있으나, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 일정한 점도를 가지는 합성수지재료를 디스펜싱 방식으로 공동부의 상부면에 떨어뜨려 밀봉하는 구조로 구현함으로써, 공동부 내측 및 가스센싱부를 보호하고, 가스센싱부에서 가스센싱을 위해 가스가 체류하는 공간을 확보하는 한편, 방열을 방지하는 기능을 구현할 수 있도록 한다. 특히, 본 발명의 실시예에서는 상기 커버부재(150)을 가스센싱소자의 상부면 만을 덮는 것이 아니라 인접소자까지 확장하여 동시에 고정하도록 하여 가스센싱소자의 접합신뢰성을 높일 수 있도록 함은 상술한 바와 같다.The cover member 150 may be disposed to cover the upper surface of the sidewall 122 of the element body and the upper surface of the hollow portion of the element body. Alternatively, the cover member 150 may be formed as a separate structure to bond a synthetic resin film such as polyimide However, in the preferred embodiment of the present invention, the synthetic resin material having a predetermined viscosity is dispensed on the upper surface of the cavity portion to seal the cavity portion, thereby protecting the inside of the cavity portion and the gas sensing portion, A space in which the gas stays for gas sensing is secured, and a function of preventing heat radiation can be realized. Particularly, in the embodiment of the present invention, the cover member 150 is extended not only to the upper surface of the gas sensing element but also to the adjacent elements, thereby fixing the cover member 150 at the same time so as to improve the reliability of bonding of the gas sensing element. .

상기 커버부재(150)을 구성함에 있어서, 가스센싱소자의 상부면과 인접소자의 상면에 포팅(potting)물질을 디스펜싱 등의 방식을 통해서 떨어 뜨려 커버하도록 한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 커버부재의 하부면(P2)은 소자몸체(120)의 측벽부(122)의 상부 말단면이 형성하는 가상의 수평면(P1) 이하로 형성되는 구조를 가지게 된다. 이는 일정한 점도를 가지는 합성수지재의 중력에 의한 처짐이나 표면 장력에 따른 곡률을 가지도록 커버부재의 하부면이 구현되며, 이러한 구조는 공동부의 상부면이 곡률을 가지도록 하여 가스의 체류 및 순환을 더욱 용이하게 하는 기능이 구현되어 센싱감도를 높일 수 있도록 하는 보완적인 기능도 구현되게 된다. 센싱효율을 높이기 위해 소자몸체의 하면에는 미세 가스이동홀이 형성될 수 있으며, 상기 커버부재의 일부에도 미세 가스이동홀이 추가로 구현될 수도 있다. 나아가 상기 커버부재는 상기 제1기판의 표면과 접촉하지 않는 구조로 구현되거나 일부만이 접촉하도록 하여, 가스센싱소자의 측면부분에 형성되는 가스이동이격부를 막지 않도록 구현됨이 바람직하다.
In forming the cover member 150, a potting material is dropped and covered on the upper surface of the gas sensing element and the upper surface of the adjacent element through a method such as dispensing. Accordingly, the lower surface P2 of the cover member according to the embodiment of the present invention has a structure formed below the imaginary horizontal surface P1 formed by the upper end surface of the side wall portion 122 of the element body 120 . This realizes the lower surface of the cover member so that the synthetic resin material having a constant viscosity has a curvature due to gravity deflection or surface tension, and this structure makes the upper surface of the cavity have a curvature, And a complementary function for enhancing the sensing sensitivity is implemented. In order to increase the sensing efficiency, a fine gas transfer hole may be formed on the bottom surface of the device body, and a fine gas transfer hole may be further formed in a part of the cover member. Furthermore, it is preferable that the cover member is formed so as not to contact with the surface of the first substrate or only a part of the cover member comes in contact with the gas sensing device so as not to block the gas moving spacers formed on the side surface of the gas sensing device.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가스센서패키지의 구조를 도시한 개념도이다.5 is a conceptual diagram showing the structure of a gas sensor package according to another embodiment of the present invention.

도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 가스센싱소자(100)와 제1기판(210)이 결합하는 구조의 패키지는 별도의 인쇄회로기판 등의 제2기판(400) 상에 실장되는 구조로 구현될 수 있다. 5, a package having a structure in which a gas sensing element 100 and a first substrate 210 are coupled to each other is mounted on a second substrate 400, such as a separate printed circuit board, according to an embodiment of the present invention . &Lt; / RTI >

상기 제2기판(400)은 인쇄회로기판을 적용할 수 있다. 특히 인쇄회로기판은 플렉시블(flexible)한 재료를 적용할 수 있으며, 도시된 것과 같이 본 발명의 실시예에 따른 제1기판(210)의 금속충진부(240)과 인쇄회로기판인 제2기판(400)과 전기적으로 접속이 이루어지도록 한다. 특히 이 경우 상기 금속충진부(240)는 상기 제1기판(210)의 하부면 방향으로 일정 부분 돌출되는 구조를 가지는 바, 제2기판(400)과 접속후에도 일정한 이격부를 가지게 되며, 이 이격부는 도시된 것과 같이 가스의 이동통로(G3, G4)를 형성하게 된다(이하, '제2가스이동이격부'라 한다.).The second substrate 400 may be a printed circuit board. In particular, a flexible printed circuit board can be used. As shown in the figure, the metal filling part 240 of the first substrate 210 and the second substrate 400 are electrically connected to each other. Particularly, in this case, the metal filling part 240 has a structure in which the metal filling part 240 protrudes a certain part in the direction of the lower surface of the first substrate 210, and the metal filling part 240 has a constant spacing after connection with the second substrate 400, Thereby forming gas transfer passages G3 and G4 (hereinafter, referred to as 'second gas transfer spacers').

상기 제2가스이동이격부(410)은 본 발명의 실시예에 따른 패키지에서 제1기판에 마련되는 제1관통홀(211)을 통해 직접적으로 가스와 가스센싱부(110)가 접촉하는 것 이외에도, 가스센싱소자의 측면부에서 접근하는 가스를 가스센싱부와 접촉하게 할 수 있어 센싱효율의 증가를 보장할 수 있다.The second gas movement spacing portion 410 may be formed in the package according to the embodiment of the present invention such that the gas and gas sensing portion 110 are directly contacted through the first through hole 211 provided in the first substrate , The gas approaching from the side surface of the gas sensing element can be brought into contact with the gas sensing portion, thereby increasing the sensing efficiency.

종래의 가스센서들이 기판의 상부면을 바라보도록 가스센싱부를 배치하는 방식으로 구현되는 데에는 가스와의 접촉효율을 확보하기 위함이었으며, 이에 필연적으로 가스센싱부를 상부를 바라보도록 하는 동시에 메쉬구조의 보호망 등을 필요로 하여 패키지의 크기가 커질 수 밖에 없었으나, 본 발명의 실시예에 따른 패키지의 경우에는 가스센싱부가 마련된 부분이 제1기판의 표면에 접하도록 실장을 구현하여 별도의 캡을 설치하지 않아 패키지를 소형화할 수 있음은 물론, 제조원가를 절감할 수 있게 하며, 소자 내부의 공동부를 이용한 가스체류와 제1기판의 제1관통홀 및 측면으로부터 가스센싱부로 가스를 유도하는 이격부를 구현하여 센싱효율 역시 확보할 수 있게 된다.In order to ensure the contact efficiency with the gas in order to realize the conventional gas sensor in such a manner that the gas sensing part is disposed so as to face the upper surface of the substrate, the gas sensing part is inevitably viewed at the upper part, However, in the case of the package according to the embodiment of the present invention, the mounting portion is implemented so that the portion provided with the gas sensing portion is in contact with the surface of the first substrate, so that no separate cap is provided The package can be miniaturized and the manufacturing cost can be reduced. The gas retention using the hollow portion inside the device and the spacing portion for guiding the gas from the first through hole and the side surface of the first substrate to the gas sensing portion are realized, Can also be secured.

도 6은 도 5에서 상술한 패키지 구조의 상부 평면도를 예시한 것이다.Figure 6 illustrates a top plan view of the package structure described above in Figure 5;

도시된 것과 같이, 제1기판(100)의 표면에 가스센싱소자의 가스센싱부가 마주하도록 플립칩 방식으로 본딩하며, 금속충진부(240)는 하부에 배치되며, 고정저항 또는 NTC(negative temperature coefficient thermistor) 소자(300)가 추가될 수 있다. (간략한 도시를 위해 커버부재의 구성은 도시를 생략하였다.)As shown in the figure, the surface of the first substrate 100 is flip-chip bonded to face the gas sensing part of the gas sensing element. The metal filling part 240 is disposed at the bottom, and a fixed resistance or a negative temperature coefficient thermistor element 300 may be added. (The structure of the cover member is omitted for the sake of simplicity).

도 7은 도 5 및 도 6에서의 패키지를 상부에서 바라본 평면 개념도로, 하부 PCB와 제1기판(210)이 결합한 이후, 제2가스이동이격부를 통한 가스이동의 경로(G3, G4)를 도시한 것이다. 도시된 것과 같이, 가스센싱소자(100)의 측면에서 이동하는 가스는 가스이동이격부(G1, G2)를 통해 전달되며, 좌우 측면부에서 제1기판과 제2기판 사이의 제2가스이동이격부(G3, G4)를 통해 원활한 가스의 통기가 이루어져 가스센싱부에 가스가 전달될 수 있게 된다.
Fig. 7 is a plan view schematically showing the package of Figs. 5 and 6 from above. Fig. 7 is a plan view of the package of Fig. 5 and Fig. 6, showing the paths G3 and G4 of gas movement through the second gas movement separator after the lower PCB and the first substrate 210 are joined. It is. As shown, the gas moving on the side of the gas sensing element 100 is transmitted through the gas transfer spacers G1 and G2, and the second gas transfer spacing between the first substrate and the second substrate, The gas can be smoothly passed through the gates G3 and G4 and the gas can be delivered to the gas sensing unit.

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.
In the foregoing detailed description of the present invention, specific examples have been described. However, various modifications are possible within the scope of the present invention. The technical spirit of the present invention should not be limited to the above-described embodiments of the present invention, but should be determined by the claims and equivalents thereof.

100: 가스센싱소자
110: 가스센싱부
120: 소자몸체
130: 접합패턴부
140: 공동부
210: 제1기판
211: 제1관통홀
G1, G2: 가스이동이격부
220: 금속패턴
230: 제2관통홀
240: 금속충진부
300: 인접소자(고정저항 또는 NTC)
400: 제2기판(인쇄회로기판)
410: 제2가스이동이격부100: gas sensing element
110: gas sensing unit
120: element body
130:
140: Cavity
210: a first substrate
211: first through hole
G1, G2: gas moving separation part
220: metal pattern
230: second through hole
240: metal filling part
300: Adjacent element (fixed resistor or NTC)
400: second substrate (printed circuit board)
410: second gas moving separation part

Claims

A first substrate including a metal pattern;
And a gas sensing element arranged to face the surface of the first substrate,
And a gas movement spacing between the gas sensing element and the first substrate.

The method according to claim 1,
The gas sensing element comprises:
An element body including a bottom and an inner wall including the side wall;
A gas sensing unit disposed on an outer surface of the lower surface;
And a bonding pattern portion joining the conductive pattern to an outer surface of the lower surface.

The method of claim 2,
The gas sensor package includes:
And a cover member for sealing the upper surface of the cavity portion.

The method of claim 3,
The cover member
Wherein the gas sensing element is in close contact with an upper portion of at least one adjacent element adjacent to the gas sensing element.

The method of claim 4,
Wherein the adjacent element comprises:
And a negative resistance temperature sensor (NTC) element electrically connected to the gas sensing element.

The method of claim 4,
The cover member
And does not contact the surface of the first substrate.

The method according to any one of claims 1 to 4,
Wherein the first substrate comprises:
And at least one first through-hole in an area of the first substrate corresponding to the width of the gas sensing part.

The method of claim 7,
Wherein the first substrate comprises:
And a second through hole passing through the first substrate at a lower portion where the metal pattern is disposed.

The method of claim 8,
Wherein the first substrate comprises:
And a metal filling portion filling the second through hole.

The method of claim 9,
The metal-
And protruding from the lower surface of the first substrate.