KR20150132611A - Wafer level packaging device for controlling field of view - Google Patents

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KR20150132611A
KR20150132611A KR1020140058096A KR20140058096A KR20150132611A KR 20150132611 A KR20150132611 A KR 20150132611A KR 1020140058096 A KR1020140058096 A KR 1020140058096A KR 20140058096 A KR20140058096 A KR 20140058096A KR 20150132611 A KR20150132611 A KR 20150132611A
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송준규
안미숙
김형원
백종빈
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(주)유우일렉트로닉스
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Abstract

Provided is a wafer level packaging device for controlling a field of view. The packaging device of the present invention includes a lower sensor substrate having a sensor; an upper cap substrate which is provided on the lower sensor substrate and has a cavity on a side thereof to accommodate the sensor; a metal solder layer which bonds the lower sensor substrate to the upper cap substrate; and an IR blocking layer which is formed on the upper end part of the upper cap substrate.

Description

화각을 제어할 수 있는 웨이퍼레벨 패키징 소자{Wafer level packaging device for controlling field of view} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a wafer level packaging device,

본 발명은 화각을 제어할 수 있는 웨이퍼레벨 패키징 소자에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 웨이퍼레벨 패키징 소자를 이루는 상부 캡기판의 상면 단부 또는 캐비티의 내면 단부에 IR 차단막을 형성함으로써 화각을 제어할 수 있는 웨이퍼레벨 패키징 소자에 관한 것이다.
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a wafer level packaging device capable of controlling the angle of view, and more particularly, to an apparatus and a method for controlling an angle of view by forming an IR blocking film at an upper end of an upper cap substrate or an inner end of a cavity, To a wafer level packaging device.

일반적으로 적외선 센서는 물체가 방사하는 적외선을 감지하고 그 적외선이 갖는 열에너지의 크기를 이용하여 물체의 유무 등을 측정하는 센서이다. 이러한 적외선 센서는 다양한 분야에 응용되고 있다. 예컨대 자동문에서 사람의 유무를 감지하여 문을 자동으로 개폐하거나 조명등을 자동으로 온/오프할 수 있고, 한밤중에 건물 내에 외부인의 침입을 확인하는 보안장치나 인체의 유무 및 위치를 감지하여 풍향과 풍속을 조절하도록 하는 에어컨디셔너 등에 응용될 수 있다.In general, an infrared sensor is a sensor that detects infrared rays emitted by an object and measures the presence or absence of an object by using the magnitude of thermal energy of the infrared ray. Such an infrared sensor is applied to various fields. For example, it is possible to detect the presence of a person in the automatic door, automatically open / close the door, automatically turn on / off the light, and detect security devices or the presence of a human body in the middle of the night, An air conditioner or the like for controlling the air conditioner.

종래에 이러한 적외선 센서에 통상적으로 사용되는 적외선 감지소자로는 파이로일렉트릭(pyroelectric), 써모파일(thermopile), 볼로메터(bolometer) 등의 열 흡수형 감지소자가 있다. 이들 적외선 감지소자들 중 성능이 가장 뛰어나고 제작이 쉬우며 부피가 작은 것이 볼로메터(bolometer)이다. 이러한 볼로메터는 인체에서 방사되는 적외선을 흡수할 때 그로 인한 온도상승으로 전기저항이 변화하는 것을 측정하여 적외선을 검출한다. 다른 감지소자들은 107-108㎝㎐1/2W-1 정도의 낮은 적외선 감지도를 나타내는 반면에, 볼로메터의 적외선 감지도는 108~109㎝㎐1/2W- 1정도이다. 볼로메터 물질은 높은 TCR(Temperature Coefficient of Resistance)값, 낮은 소자저항, IC공정과의 연계성 등이 요구된다.2. Description of the Related Art [0002] Conventionally, infrared sensing devices commonly used in such infrared sensors include heat absorbing sensing devices such as pyroelectric, thermopile, and bolometer. Among these infrared sensing devices, the bolometer is the best performing, easy to manufacture, and small volume. Such a bolometer detects an infrared ray by measuring a change in electric resistance due to a rise in temperature when the infrared ray is absorbed from the human body. Other sensing devices 10 7 -10 8 ㎝㎐ 1/2 W, while showing a low infrared sensitivity of -1 degree, the infrared sensitivity of the meter is a ball 10 8 ~ 10 9 ㎝㎐ 1/2 W - 1 is about . Bromomer materials require high TCR (Temperature Coefficient of Resistance) values, low device resistance, and interconnection with IC processes.

그런데, 일번적으로 볼로메터형 적외선 센서는 적외선 감지소자가 웨이퍼에서 칩으로 제작되어 다이싱을 통해 개별 칩으로 분리한 후 진공챔버 내에서 개별적으로 패키징한다. 이때, 진공 패키징 공정은 적외선 센서의 성능유지를 위해 필요한 공정이지만, MEMS 소자의 전체 비용 중 상당 부분을 차지할 정도로 많은 비용이 요구되는 문제점이 있다. 또한 상기 적외선 센서에 사용되는 캡 등은 그 자체가 차지하는 크기로 인해 적외선 센서를 소형화하는데 상당한 걸림돌이 되는 문제가 있다.
However, the infrared sensor, which is a one-time infrared sensor, is fabricated from a wafer to a chip, separated into individual chips by dicing, and individually packaged in a vacuum chamber. At this time, although the vacuum packaging process is a process necessary for maintaining the performance of the infrared sensor, there is a problem that a large amount of cost is required to occupy a large part of the total cost of the MEMS device. In addition, the size of the cap and the like used in the infrared sensor itself is a serious obstacle to miniaturization of the infrared sensor.

따라서 상기 종래기술을 해결하기 위한 발명으로서 웨이퍼레벨 패키징 기술을 이용하여 MEMS 센서를 제조하는 기술이 제시되어 있다. 도 1에 나타난 바와 같이, 상기 종래기술은 센서(20)가 형성되어 있는 하부 센서 기판(10); 상기 하부 센서 기판상에 제공되고, 상기 센서가 수용될 수 있도록 그 일면에 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 상부 캡(Cap) 기판(50); 및 상기 하부 센서 기판과 상기 상부 캡 기판을 접착하는 금속솔더층(30);을 포함하여 구성되어 있다. 또한 상기 하부 센서 기판의 상면에는 외부의 신호 전극과 전기적으로 연결된 전극패드(25)를 포함할 수도 있다. Accordingly, a technique for manufacturing a MEMS sensor using wafer-level packaging technology has been proposed as an invention for solving the above-mentioned prior art. As shown in FIG. 1, the prior art includes a lower sensor substrate 10 on which a sensor 20 is formed; An upper cap substrate 50 provided on the lower sensor substrate and having a cavity formed on one surface thereof so that the sensor can be received; And a metal solder layer (30) for bonding the lower sensor substrate and the upper cap substrate. The upper sensor substrate may include an electrode pad 25 electrically connected to an external signal electrode.

그런데 도 1과 같이, 종래의 웨이퍼레벨 패키징 소자는 그 화각(field of view) FOV= 2θ로 정의되고, 이러한 화각의 크기는 상기 패키징 소자의 센서(20)의 감도에 영향을 미친다. 즉, 각 소자의 센서가 감지하는 공간분해능은 차이가 있지만, 만일 상술한 화각이 커지면 공간분해능이 떨어져 센서의 감지는 또한 나빠진다는 것이 일반적인 사실이다. 1, a conventional wafer level packaging device is defined by its field of view FOV = 2?, And the magnitude of this angle of view affects the sensitivity of the sensor 20 of the packaging device. That is, although the spatial resolution that the sensor of each device senses is different, it is common that if the above-described angle of view increases, the spatial resolution deteriorates and the sensor detection also deteriorates.

그러므로 웨이퍼레벨 패키징을 이용한 MEMS 센서소자의 제조에 있어서, 상술한 센서의 공간분해능 저감이라는 현실적인 문제를 해결할 수 있는 대안이 대두되고 있다.
Therefore, in the fabrication of MEMS sensor devices using wafer level packaging, there has been a proposal for solving the real problem of the spatial resolution reduction of the sensor described above.

따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 웨이퍼레벨 패키징을 이용하여 소자를 제조함에 있어서, 상부 캡 기판의 상면 단부 또는 캐비티의 내면 단부에 IR 차단막을 형성함으로써 센서의 공간분해능을 개선할 수 있는 웨이퍼레벨 패키징 소자를 제공함에 있다. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made keeping in mind the above problems occurring in the prior art, and an object of the present invention is to provide a method of manufacturing a device using wafer level packaging, which comprises forming an IR shielding film on an upper end of an upper cap substrate or an inner surface of a cavity, The present invention provides a wafer level packaging device capable of improving the reliability of a wafer.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들에 한정되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The technical objects to be achieved by the present invention are not limited to the above-mentioned technical problems, and other technical subjects which are not mentioned can be clearly understood by those skilled in the art from the following description It will be possible.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은,According to an aspect of the present invention,

센서가 형성되어 있는 하부 센서 기판; A lower sensor substrate on which a sensor is formed;

상기 하부 센서 기판상에 제공되고, 상기 센서가 수용될 수 있도록 그 일면에 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 상부 캡(Cap) 기판; An upper cap substrate provided on the lower sensor substrate and having a cavity formed on one surface thereof so that the sensor can be received;

상기 하부 센서 기판과 상기 상부 캡 기판을 접착하는 금속솔더층; 및 A metal solder layer for bonding the lower sensor substrate and the upper cap substrate; And

상기 상부 캡 기판의 상면 단부에 형성된 IR 차단막;을 포함하는 웨이퍼레벨 패키징 소자에 관한 것이다.
And an IR shielding film formed on an upper end of the upper cap substrate.

또한 본 발명은,Further, according to the present invention,

센서가 형성되어 있는 하부 센서 기판; A lower sensor substrate on which a sensor is formed;

상기 하부 센서 기판상에 제공되고, 상기 센서가 수용될 수 있도록 그 일면에 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 상부 캡(Cap) 기판; An upper cap substrate provided on the lower sensor substrate and having a cavity formed on one surface thereof so that the sensor can be received;

상기 하부 센서 기판과 상기 상부 캡 기판을 접착하는 금속솔더층; 및 A metal solder layer for bonding the lower sensor substrate and the upper cap substrate; And

상기 상부 캡 기판의 캐비티의 내면 단부에 하방으로 형성된 IR 차단막;을 포함하는 웨이퍼레벨 패키징 소자에 관한 것이다.
And an IR blocking film formed below the inner surface of the cavity of the upper cap substrate.

상기 하부 센서 기판상에는 외부의 신호 전극과 전기적으로 연결된 전극패드를 포함할 수 있다. And an electrode pad electrically connected to an external signal electrode on the lower sensor substrate.

또한 상기 센서는 MEMS 적외선 감지센서일 수 있다.The sensor may also be a MEMS infrared sensor.

또한 상기 상부 캡 기판의 캐비티 내에는 게터를 형성할 수도 있다.A getter may be formed in the cavity of the upper cap substrate.

또한 상기 상부 캡 기판의 적어도 일면에 적외선 필터를 형성할 수도 있다.Further, an infrared filter may be formed on at least one surface of the upper cap substrate.

또한 상기 금속솔더층은 Au, AuSn, Sn, Cu, Ag 중 선택된 1종 이상의 물질로 조성됨이 바람직하다Further, the metal solder layer is preferably composed of at least one material selected from Au, AuSn, Sn, Cu and Ag

또한 상기 IR 차단막은 Au, Al, Ti, Ag, Pt 중 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어질 수 있다. The IR blocking layer may be made of at least one metal selected from Au, Al, Ti, Ag, and Pt.

또한 상기 웨이퍼레벨 패키징 소자는 상기 IR 차단막이 형성된 상부 캡 기판상에 본딩 접착된 적외선렌즈기판을 추가로 포함할 수 있다. The wafer level packaging device may further include an infrared lens substrate bonded and bonded on the upper cap substrate on which the IR blocking film is formed.

또한 상기 상부 캡 기판은 Si 웨이퍼일 수가 있다. The upper cap substrate may also be a Si wafer.

또한 상기 센서는 MEMS 센서일 수가 있다. The sensor may be a MEMS sensor.

또한 상기 MEMS 센서는 적외선 감지센서일 수가 있다. The MEMS sensor may be an infrared sensor.

또한 상기 적외선 감지센서는,In addition,

상기 하부 웨이퍼상에 형성된 반사층; 상기 반사층 상부의 공간상에 형성된 감지층; 상기 감지층을 지지하도록 상기 감지층하면에 형성된 지지층; 상기 감지층 상면에 형성된 보호층; 및 상기 감지층이 상기 공간상에 부양된 구조를 갖도록 상기 감지층을 지지하는 지지부;를 포함하여 구성될 수가 있다.
A reflective layer formed on the lower wafer; A sensing layer formed on a space above the reflective layer; A supporting layer formed on the lower surface of the sensing layer to support the sensing layer; A protective layer formed on the upper surface of the sensing layer; And a support for supporting the sensing layer such that the sensing layer has a floating structure on the space.

상술한 바와 같은 구성의 본 발명은 아래와 같은 효과가 있다.The present invention having the above-described configuration has the following effects.

먼저, 본 발명은 웨이퍼레벨 패키징을 이용하여 소자를 제조함에 있어서, 상부 캡 기판의 상면 단부 또는 캐비티의 내면 단부에 IR 차단막을 형성함으로써 하부 센서기판의 센서의 공간분해능을 높일 수 있다. First, the present invention can increase the spatial resolution of the sensor of the lower sensor substrate by forming an IR shielding film on the upper end of the upper cap substrate or the inner end of the cavity in manufacturing devices using wafer level packaging.

또한 화각의 크기를 실질적으로 조절할 수 있게 됨으로써 센서가 바라보는 영역을 손쉽게 조절할 수 있으며, FOV를 좁힐 경우 감지영역은 좁아지지만 동일한 센서성능으로 감지도를 높이는 유용한 효과가 있다.
Also, since the size of the angle of view can be substantially controlled, the area of the sensor can be easily adjusted. If the FOV is narrowed, the sensing area narrows, but there is a useful effect of increasing the sensitivity with the same sensor performance.

도 1은 종래의 웨이퍼레벨 패키징을 이용하여 제조된 적외선 감지센서의 개략 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼레벨 패키징 소자의 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼레벨 패키징 소자의 개략 단면도이다.
도 4는 도 2의 소자의 화각 형성을 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명의 또다른 실시예에 따른 웨이퍼레벨 패키징 소자의 개략 단면도이다.
도 6은 본 발명의 또다른 실시예에 따른 웨이퍼레벨 패키징 소자의 개략 단면도이다.
도 7은 이러한 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 감지센서(230)의 기본적인 구조를 나타내는 단면도이다.1 is a schematic cross-sectional view of an infrared sensing sensor manufactured using a conventional wafer level packaging.
2 is a schematic cross-sectional view of a wafer level packaging device according to an embodiment of the invention.
3 is a schematic cross-sectional view of a wafer level packaging device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view showing the angle of view of the device of FIG. 2. FIG.
5 is a schematic cross-sectional view of a wafer level packaging device according to another embodiment of the present invention.
6 is a schematic cross-sectional view of a wafer level packaging device according to another embodiment of the present invention.
FIG. 7 is a cross-sectional view showing the basic structure of the infrared sensor 230 according to an embodiment of the present invention.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 웨이퍼레벨 패키징 소자의 개략 단면도이다.2 is a schematic cross-sectional view of a wafer level packaging device according to an embodiment of the invention.

도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명의 패키징 소자는 대략 센서(130)가 형성되어 있는 하부 센서 기판(110); 상기 하부 센서 기판상에 제공되고, 상기 센서가 수용될 수 있도록 그 일면에 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 상부 캡(Cap) 기판(170); 및 상기 하부 센서 기판과 상기 상부 캡 기판을 접착하는 금속솔더층(150)을 포함하여 구성된다. 그리고 상기 상부 캡 기판(170)의 상면 단부에 IR 차단막(180)이 형성되어 상기 센서(130)의 공간분해능을 제고하도록 구성되어 있다.
As shown in FIG. 2, the packaging device of the present invention includes a lower sensor substrate 110 on which a sensor 130 is formed; An upper cap substrate 170 provided on the lower sensor substrate and having a cavity formed on one side thereof so that the sensor can be received; And a metal solder layer 150 for bonding the lower sensor substrate and the upper cap substrate. An IR blocking layer 180 is formed on an upper surface of the upper cap substrate 170 to improve spatial resolution of the sensor 130.

먼저 본 발명의 패키징 소자는 센서가 형성되어 있는 하부 센서 기판(110)을 포함한다. 본 발명에서는 상기 하부 센서 기판(110)으로서 실리콘 웨이퍼를 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 하부 센서 기판(110)의 내부에는 도시되지 않은 신호처리부가 집적되어 있을 수 있으며, 이러한 신호처리부는 상기 센서(130)와 전기적으로 연결되도록 할 수 있다. 그리고 상기 신호처리부는 그 일례로 반도체 제조기술인 CMOS공정을 통하여 상기 하부 기판(110)에 집적될 수 있다. 또한 상기 센서(130)는 신호처리부가 집적된 하부 기판(110)과 모놀리식(monolithic)하게 MEMS 기술로 제조될 수 있다. 여기서 상기 신호처리부와 센서(130)는 하부 기판(110)에서 SoC(System on a Chip)으로 구현될 수 있다.
First, the packaging device of the present invention includes a lower sensor substrate 110 on which a sensor is formed. In the present invention, a silicon wafer may be used as the lower sensor substrate 110, but the present invention is not limited thereto. In addition, a signal processing unit (not shown) may be integrated in the lower sensor substrate 110, and the signal processing unit may be electrically connected to the sensor 130. The signal processing unit may be integrated on the lower substrate 110 through a CMOS process, for example, a semiconductor manufacturing technology. Also, the sensor 130 may be manufactured by MEMS technology monolithically with the lower substrate 110 on which the signal processing unit is integrated. Here, the signal processing unit and the sensor 130 may be implemented as SoC (System on a Chip) in the lower substrate 110.

또한 본 발명의 패키징 소자에 있어서, 상기 하부 센서 기판(110)상에는 외부의 신호전극(미도시)와 전기적으로 연결된 전극패드(160)을 포함할 수 있다. 이러한 전극패드(160)는 상기 신호처리부를 외부의 신호전극과 전기적으로 연결하는 역할을 하는 것으로, 금속박막의 형태로서 상기 신호처리부와 연결되어 신호처리부에서 처리된 신호를 외부의 신호전극에 전달하는 역할을 한다. 본 발명의 일실시예에서는 이러한 전극패드(160)는 와이어 본딩을 통해 외부의 신호전극과 연결될 수 있다. In the packaging device of the present invention, the lower sensor substrate 110 may include an electrode pad 160 electrically connected to an external signal electrode (not shown). The electrode pad 160 electrically connects the signal processing unit to an external signal electrode. The electrode pad 160 is connected to the signal processing unit in the form of a metal thin film and transmits a signal processed in the signal processing unit to an external signal electrode It plays a role. In an embodiment of the present invention, the electrode pad 160 may be connected to an external signal electrode through wire bonding.

본 발명은 상기 센서(130)의 종류에 제한되지 않으며, 상기 센서는 MEMS 센서일 수도 있으며, 그 일예로 적외선 감지센서일 수도 있다. The present invention is not limited to the type of the sensor 130, and the sensor may be a MEMS sensor, for example, an infrared sensor.

도 7은 이러한 본 발명의 일실시예에 따른 적외선 감지센서(230)의 기본적인 구조를 나타내는 단면도이다. 도 7에 나타난 바와 같이, 본 발명의 적외선 감지센서(230)는, 하부 기판(210) 상에 형성된 반사층(211); 상기 반사층(211) 상부의 공간상에 형성된 감지층(213); 상기 감지층(213)을 상부의 공간상에서 지지하는 지지부(215);를 포함하여 구성된다. 상기 지지부(215)는 상기 반사층(211)의 상부공간(212)상에 감지층(213)을 지지하는 역할을 함과 동시에, 감지층(213)과 신호처리부(217)를 전기적으로 연결하는 역할을 수행한다. 상기 지지부(215)는 도전성 물질을 이용함이 바람직하다. FIG. 7 is a cross-sectional view showing the basic structure of the infrared sensor 230 according to an embodiment of the present invention. 7, the infrared sensor 230 of the present invention includes a reflection layer 211 formed on a lower substrate 210; A sensing layer 213 formed on the space above the reflective layer 211; And a support 215 for supporting the sensing layer 213 in an upper space. The supporting part 215 supports the sensing layer 213 on the upper space 212 of the reflective layer 211 and electrically connects the sensing layer 213 and the signal processing part 217 . The supporting part 215 is preferably made of a conductive material.

상기 감지층(213)은 적외선을 감지하는 역할을 하며, 상기 반사층(211)의 상부 공간(212)상에 떠 있는 부양구조를 갖는다. 이러한 감지층(213)은 바람직하게는 마이크로머시닝(Micromachining)기술을 이용하여 신호처리부(217)와 모놀리식하게 제조된다. 감지층(217)의 감지물질로는 VOx, a-Si, V-W-OX 등의 물질을 이용함이 바람직하다. 또한 상기 반사층(211)은 하부 웨이퍼(210) 상에서 적외선 반사에 의한 공진 효과를 도모하기 위한 것으로서 금속 박막으로 형성될 수 있다. 예컨대, 대략 2000~3000Å 두께로 증착된 알루미늄 또는 크롬/금으로 형성됨이 바람직하다.The sensing layer 213 senses infrared rays and has a floating structure floating on the upper space 212 of the reflective layer 211. This sensing layer 213 is preferably monolithically fabricated with the signal processing section 217 using a micromachining technique. As the sensing material of the sensing layer 217, a material such as VOx, a-Si, V-W-OX is preferably used. The reflection layer 211 is formed on the lower wafer 210 to provide a resonance effect by infrared reflection, and may be formed of a metal thin film. For example, it is preferably formed of aluminum or chromium / gold deposited to a thickness of approximately 2000 to 3000 ANGSTROM.

한편 본 발명에서는 선택적으로 상기 감지층(213)의 하부에 상기 감지층(213)을 공중에 지지하는 지지층(218a)과, 감지층(213)의 상부에 적외선 감지소자를 전체적으로 보호하는 보호층(218b)을 추가로 포함할 수 있다. 그리고 상기 감지층(213)과 지지부(215)는 서로 직접 연결될 수도 있고 다른 도전성 물질을 통해 연결될 수도 있다.
In the present invention, a supporting layer 218a selectively supporting the sensing layer 213 in the lower portion of the sensing layer 213, and a protective layer 218a for protecting the infrared sensing element entirely on the sensing layer 213 218b. ≪ / RTI > The sensing layer 213 and the supporting portion 215 may be directly connected to each other or may be connected to each other through another conductive material.

또한 본 발명의 패키징 소자는, 상기 하부 센서 기판(110)상에 제공되고, 상기 센서(130)가 수용될 수 있도록 그 일면에 캐비티(cavity:140)가 형성되어 있는 상부 캡(Cap) 기판(170)을 포함한다. The packaging device of the present invention may further include an upper cap substrate (not shown) provided on the lower sensor substrate 110 and having a cavity 140 formed on one surface thereof to receive the sensor 130 170).

본 발명에서 상기 상부 기판(170)은 그 일례로서 실리콘 웨이퍼를 이용할 수 있으며, 다른 일예로 SOI 웨이퍼를 이용할 수도 있다. 그리고 상기 캐비티(140)는 상기 상부 기판(170)의 일부를 벌크 에칭함으로써 쉽게 형성할 수 있다. In the present invention, the upper substrate 170 may be a silicon wafer as an example, or an SOI wafer may be used as another example. The cavity 140 can be easily formed by bulk etching a part of the upper substrate 170.

또한 상기 캐비티(140)는 웨이퍼레벨 패키징으로 상술한 센서(130)가 수용될 것이 요구되므로 소정의 높이와 길이를 가질 것이 요구된다. 본 발명의 일실시예에서 상기 캐비티(140)는 수십~수백 ㎛의 높이로 형성함이 바람직하며, 공지의 사진식각 공정 후 KOH 또는 ICP-RIE(Reactive Ion Etching) 등으로 에칭하여 형성할 수 있다.Also, the cavity 140 is required to have a predetermined height and length since the sensor 130 described above is required to be accommodated in the wafer level packaging. In an embodiment of the present invention, the cavity 140 may be formed to have a height of several tens to several hundreds of micrometers, and may be formed by a known photolithography process followed by etching with KOH or ICP-RIE (Reactive Ion Etching) .

또한 본 발명에서는 상기 상부 캡 기판(170)의 내면 및 외면 중 적어도 일면에는 적외선 필터(145)를 형성할 수도 있다. 이러한 적외선 필터는 감지하고자 하는 인체에서 방출되는 파장을 필터링하여 투과시키는 역할을 한다. In the present invention, an infrared filter 145 may be formed on at least one of the inner and outer surfaces of the upper cap substrate 170. Such an infrared filter filters and transmits the wavelength emitted from the human body to be sensed.

그리고 상기 캐비티(140)가 형성된 상부 기판(170)의 내면에 하나 이상의 게터(getter):147)를 형성할 수도 있다. 이러한 게터는 상기 하부 센서 기판(110)과 상부 캡 기판(170)을 웨이퍼 레벨에서 접합하여 패키징하는 과정에서 발생되는 가스를 흡수함으로써 패키지 내부의 진공도를 높이는 기능을 한다.
One or more getters 147 may be formed on the inner surface of the upper substrate 170 on which the cavity 140 is formed. The getter functions to increase the degree of vacuum in the package by absorbing gas generated in the process of bonding the lower sensor substrate 110 and the upper cap substrate 170 at the wafer level.

또한 본 발명의 패키징 소자(100)는 상기 하부 센서 기판(110)과 상기 상부 캡 기판(170)을 접착하는 금속솔더층(150)을 포함한다. 이러한 금속솔더층(150)은 하부 센서 기판(110)과 상부 캡 기판(170)을 웨이퍼레벨에서 접합하여 패키징하기 위하여 lift-off 공정등을 이용하여 패턴으로 형성될 수 있으며, 상기 하부 기판(110)과 상부 기판(170)중 하나 이상에 형성할 수 있다. The packaging device 100 of the present invention includes a metal solder layer 150 for bonding the lower sensor substrate 110 and the upper cap substrate 170. The metal solder layer 150 may be formed in a pattern using a lift-off process or the like to package the lower sensor substrate 110 and the upper cap substrate 170 at the wafer level. And the upper substrate 170, as shown in FIG.

본 발명에서는 상기 금속솔더층(150)은 Au, AuSn, Sn, Cu, Ag 등의 물질로 조성됨이 바람직하다. 보다 바람직하게는 Au 및 Sn을 포함하는 물질을 사용함이 좋다. 본 발명의 일실시예에서 이러한 금속솔더층(150)은 Au 80wt% + Sn 20wt%을 포함할 수 있고, 다른 예로서 Au 10wt% + Sn 90wt%를 들 수 있다. 여기서, Au와 Sn을 다층 박막 형태로 증착할 수도 있고, Au와 Sn의 합금을 박막 형태로 증착할 수도 있다. In the present invention, the metal solder layer 150 may be formed of a material such as Au, AuSn, Sn, Cu, and Ag. More preferably, a material containing Au and Sn is used. In one embodiment of the present invention, the metal solder layer 150 may include 80 wt% of Au + 20 wt% of Sn, and another example may be 10 wt% of Au + 90 wt% of Sn. Here, Au and Sn may be deposited in the form of a multilayer thin film, or an alloy of Au and Sn may be deposited in the form of a thin film.

본 발명에서는 상기 금속솔더층(150)을 이용한 구체적인 접합방법에 제한되지 않으며, 다양한 접합방법을 이용할 수 있다. 그 일례로 이러한 금속 접합법으로 열압착 본딩, 유테틱 본딩 등을 이용할 수 있다. 예컨대 금속솔더층(150)의 종류에 따라 Au-Au 열압착 본딩(Au-Authermocompression bonding)과 Au-Sn 유테닉 본딩(Gold-Tin eutectic bonding) 등을 이용하여 본딩할 수 있다.
The present invention is not limited to the specific bonding method using the metal solder layer 150, and various bonding methods can be used. For example, thermocompression bonding, eutectic bonding, or the like can be used as the metal bonding method. For example, Au-Au thermocompression bonding and Au-Sn eutectic bonding may be used depending on the type of the metal solder layer 150.

또한 본 발명의 웨이퍼레벨 패키징 소자는 상기 상부 캡 기판(170)의 상면 단부에 형성된 IR 차단막(180)을 포함한다. The wafer level packaging device of the present invention also includes an IR blocking layer 180 formed on an upper end of the upper cap substrate 170.

본 발명에서 상기 IR 차단막(180)은 적외선을 차단할 수 있는 일반 금속재료를 제한 없이 이용할 수 있으며, 특정한 금속종류에 제한되는 것은 아니다. 다만 그 바람직한 일예를 들자면, 상기 IR 차단막은 Au, Al, Ti, Ag, Pt 중 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어지는 것이다. In the present invention, the IR shielding film 180 may use a general metal material capable of blocking infrared rays without limitation, and is not limited to a specific metal type. However, as a preferable example, the IR blocking film is made of one or more metals selected from Au, Al, Ti, Ag, and Pt.

본 발명에서 상기 IR 차단막(180)은 공지의 사진식각공정인 lift-off 공정을 이용하여 손쉽게 제조할 수 있으며, 본 발명은 이러한 구체적인 제조공정에 제한되는 것은 아니다.
In the present invention, the IR blocking layer 180 can be easily manufactured using a lift-off process, which is a known photolithography process, and the present invention is not limited to such a specific manufacturing process.

한편 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 웨이퍼레벨 패키징 소자의 개략 단면도이다. 본 실시예에 있어서 웨이퍼레벨 패키징 소자는, 센서가 형성되어 있는 하부 센서 기판(110); 상기 하부 센서 기판상에 제공되고, 상기 센서가 수용될 수 있도록 그 일면에 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 상부 캡(Cap) 기판(170); 상기 하부 센서 기판과 상기 상부 캡 기판을 접착하는 금속솔더층(150); 및 상기 상부 캡 기판의 캐비티의 내면 단부에 하방으로 형성된 IR 차단막(180')을 포함하여 구성된다. 3 is a schematic cross-sectional view of a wafer level packaging device according to another embodiment of the present invention. In this embodiment, the wafer level packaging device comprises a lower sensor substrate 110 on which a sensor is formed; An upper cap substrate 170 provided on the lower sensor substrate and having a cavity formed on one side thereof so that the sensor can be received; A metal solder layer 150 for bonding the lower sensor substrate and the upper cap substrate; And an IR blocking layer 180 'formed downward on the inner surface of the cavity of the upper cap substrate.

본 실시예에 있어서는 상기 상부 캡 기판(170)의 캐비티(140)의 내면 단부에 하방으로 형성된 IR 차단막(180')을 포함한다. 상기 IR 차단막(180')은 공지의 사진식각공정인 lift-off 공정을 이용하여 손쉽게 제조할 수 있으며, 상술한 바와 같은 금속재료를 이용하여 용이하게 제조될 수 있다. In this embodiment, the upper cap substrate 170 includes an IR blocking layer 180 'formed on the inner surface of the cavity 140 downward. The IR blocking layer 180 'can be easily manufactured using a lift-off process, which is a known photolithography process, and can be easily manufactured using the metal material as described above.

그리고 본 실시예에서 있어서, 하부 센서 기판(110), 상부 캡(Cap) 기판(170), 금속솔더층(150) 및 IR 차단막(180') 등에 관한 설명은 앞선 실시예에서 있어서의 설명을 그대로 적용할 수 있다.
The description of the lower sensor substrate 110, the upper cap substrate 170, the metal solder layer 150, the IR shielding film 180 ', and the like in the present embodiment is the same as that in the above embodiment, Can be applied.

도 4은 도 2의 소자의 화각 형성을 보여주는 그림이다. FIG. 4 is a view showing the angle of view of the device of FIG. 2; FIG.

도 4에 나타난 바와 같이, tanθ= (ℓ/2)/t이며, 이에 따라 θ= tan-1([ℓ/2]/t)이 되고, 그리고 도면에서 정의되는 화각 FOV=2θ가 된다.As shown in FIG. 4, tan? = (? / 2) / t, which results in? = Tan -1 ([? / 2] / t) and the angle of view FOV = 2?

따라서 웨이퍼레벨 패키징 소자의 화각을 조절하기 위해서는 상기 2가지 파라메터, t와 ℓ을 조절해야 한다. 그런데 상기 파라메타 t는 상부 캡 기판의 두께에 의해 결정되므로, 실질적으로 상기 기판의 두께를 크게 하든지 아니면 상기 ℓ크기를 줄여야 한다. 그러나 기판의 두께를 크게 하는 것은 비용과 제품의 박형화 등의 측면에서 바람직하지 못하며, 상기 파라메터 ℓ크기를 조절하는 것이 보다 바람직하다.Therefore, in order to control the angle of view of the wafer level packaging device, the above two parameters, t and l, must be adjusted. However, since the parameter t is determined by the thickness of the upper cap substrate, it is necessary to substantially increase the thickness of the substrate or reduce the size of the ℓ. However, increasing the thickness of the substrate is not preferable from the viewpoints of cost and thinning of the product, and it is more preferable to adjust the parameter l size.

상술한 바와 같이, 상기 화각(2θ)의 크기는 상기 패키징 소자의 센서의 감도에 영향을 미친다. 즉, 각 소자의 센서가 감지하는 공간분해능은 차이가 있지만, 만일 상술한 화각이 커지면 공간분해능이 떨어져 센서 감지능은 나빠지게 되므로 감지하고자 하는 영역을 줄이고 공간분해능을 높이고자 할때 가급적 상기 ℓ 크기를 줄이는 것이 소망스럽다.As described above, the size of the angle of view (2 [theta]) affects the sensitivity of the sensor of the packaging element. That is, although the spatial resolution that the sensor of each device senses is different, if the above-described angle of view increases, the spatial resolution deteriorates and the sensor sensing ability deteriorates. Therefore, when the area to be sensed is reduced and the spatial resolution is increased, Is desirable.

본 발명에서는 이를 고려하여 상기 상부 캡 기판(170)의 상면 단부에 IR 차단막(180)을 형성한다. 이러한 차단막(180)의 형성으로 상술한 파라메터 ℓ 크기를 줄여 화각을 작게 할 수 있으므로 하부 센서기판 센서의 공간분해능을 개선시킬 수 있는 것이다.
In the present invention, an IR blocking layer 180 is formed on the upper surface of the upper cap substrate 170 in consideration of this. Since the angle of view can be reduced by reducing the size of the parameter L by forming the blocking film 180, the spatial resolution of the lower sensor substrate sensor can be improved.

또한 본 발명의 웨이퍼레벨 패키징 소자는, 도 5에 나타난 바와 같이, 상기 IR 차단막(180)이 형성된 상부 캡 기판(170)상에 접착된 적외선렌즈기판(190)을 추가로 포함할 수 있다. 이러한 적외선렌즈기판(190)은 입사되는 광을 집광시키는 역할을 하므로, 전반적으로 상술한 센서(130)의 감지도를 개선시키고 공간분해능을 확장시키는 역할을 할 수 있다. 5, the wafer level packaging device of the present invention may further include an infrared lens substrate 190 bonded on the upper cap substrate 170 on which the IR blocking layer 180 is formed. Since the infrared lens substrate 190 serves to focus incident light, it can improve the sensitivity of the sensor 130 and extend spatial resolution.

본 발명에서는 상기 적외선렌즈기판(190)은 웨이퍼레벨에서 렌즈로 제작될 수 있으므로 칩의 크기와 동일한 크기로 렌즈가 제작될 수 있다. 따라서 광학계까지 포함한 초소형 웨이퍼레벨 소자를 제작할 수 있다. In the present invention, since the infrared lens substrate 190 can be manufactured as a lens at the wafer level, the lens can be manufactured to have the same size as the chip. Therefore, it is possible to manufacture ultra-small wafer level devices including optical systems.

아울러, 상기 적외선렌즈기판(190)은, 도 6과 같이, 상술한 상부 캡기판의 캐비티(140) 내면 단부에 하방으로 형성된 IR 차단막(180')을 갖는 웨이퍼레벨 패키징 소자의 경우에도 그대로 적용할 수 있다.
6, the infrared lens substrate 190 may be applied to a wafer level packaging device having an IR shielding film 180 'formed downward on the inner surface of the cavity 140 of the upper cap substrate .

상술한 바와 같이, 본 발명은 웨이퍼레벨 패킹징 소자에 있어서, 상부 캡 기판의 상면 단부 또는 캐비티의 내면 단부에 IR 차단막을 형성함으로써 감지센서의 공간분해능을 개선시켜 전반적인 감지 해상도를 제고할 수 있는 것이다.
As described above, according to the present invention, in the wafer level packing element, by forming the IR blocking film at the upper end of the upper cap substrate or the inner end of the cavity, the spatial resolution of the sensing sensor can be improved to improve the overall sensing resolution .

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 관하여 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 따라서 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 청구범위뿐만 아니라, 이와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, Of course, this is possible. Therefore, the scope of the present invention should not be limited to the described embodiments, but should be defined by the equivalents as well as the claims that follow.

110........하부 센서 기판 130........센서
140...........캐비티 150........금속솔더층
160...........전극패드 170........상부 캡 기판
180, 180'.....IR 차단막 190........적외선렌즈기판110: lower sensor substrate 130: sensor
140: Cavity 150: Metal solder layer
160: electrode pad 170: upper cap substrate
180, 180 '..... IR blocking film 190 .......... Infrared lens substrate

Claims (12)

센서가 형성되어 있는 하부 센서 기판;
상기 하부 센서 기판상에 제공되고, 상기 센서가 수용될 수 있도록 그 일면에 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 상부 캡(Cap) 기판;
상기 하부 센서 기판과 상기 상부 캡 기판을 접착하는 금속솔더층; 및
상기 상부 캡 기판의 상면 단부에 형성된 IR 차단막;을 포함하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
A lower sensor substrate on which a sensor is formed;
An upper cap substrate provided on the lower sensor substrate and having a cavity formed on one surface thereof so that the sensor can be received;
A metal solder layer for bonding the lower sensor substrate and the upper cap substrate; And
And an IR blocking film formed on an upper end of the upper cap substrate.
센서가 형성되어 있는 하부 센서 기판;
상기 하부 센서 기판상에 제공되고, 상기 센서가 수용될 수 있도록 그 일면에 캐비티(cavity)가 형성되어 있는 상부 캡(Cap) 기판;
상기 하부 센서 기판과 상기 상부 캡 기판을 접착하는 금속솔더층; 및
상기 상부 캡 기판의 캐비티의 내면 단부에 하방으로 형성된 IR 차단막;을 포함하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
A lower sensor substrate on which a sensor is formed;
An upper cap substrate provided on the lower sensor substrate and having a cavity formed on one surface thereof so that the sensor can be received;
A metal solder layer for bonding the lower sensor substrate and the upper cap substrate; And
And an IR blocking film formed below the inner surface of the cavity of the upper cap substrate.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 하부 센서 기판상에는 외부의 신호 전극과 전기적으로 연결된 전극패드를 형성되어 있음을 특징으로 하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
The wafer level packaging device of claim 1 or 2, wherein an electrode pad electrically connected to an external signal electrode is formed on the lower sensor substrate.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 상부 캡 기판의 적어도 일면에 적외선 필터가 형성되어 있음을 특징으로 하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
The wafer level packaging device according to claim 1 or 2, wherein an infrared filter is formed on at least one surface of the upper cap substrate.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 상부 캡 기판의 캐비티 내에 게터가 형성되어 있음을 특징으로 하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
The wafer level packaging device of claim 1 or 2, wherein a getter is formed in the cavity of the upper cap substrate.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 금속솔더층은 Au, AuSn, Sn, Cu, Ag 중 선택된 1종 이상의 물질로 조성됨을 특징으로 하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
The wafer level packaging device according to claim 1 or 2, wherein the metal solder layer is formed of at least one selected from the group consisting of Au, AuSn, Sn, Cu and Ag.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 IR 차단막은 Au, Al, Ti, Ag, Pt 중 선택된 1종 이상의 금속으로 이루어짐을 특징으로 하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
The wafer level packaging device of claim 1 or 2, wherein the IR blocking layer is formed of at least one selected from the group consisting of Au, Al, Ti, Ag, and Pt.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 IR 차단막이 형성된 상부 캡 기판상에 접착된 적외선렌즈기판을 추가로 포함하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
The wafer level packaging device of claim 1 or 2, further comprising an infrared lens substrate bonded onto the top cap substrate on which the IR blocking film is formed.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 상부 캡 기판은 Si 웨이퍼인 것을 특징으로 하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
The wafer level packaging device of claim 1 or 2, wherein the upper cap substrate is a Si wafer.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 센서는 MEMS 센서인 것을 특징으로 하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
The wafer level packaging device of claim 1 or 2, wherein the sensor is a MEMS sensor.
제 10항에 있어서, 상기 MEMS 센서는 적외선 감지센서인 것을 특징으로 하는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
11. The wafer level packaging device of claim 10, wherein the MEMS sensor is an infrared sensor.
제 11항에 있어서,
상기 적외선 감지센서는,
상기 하부 웨이퍼상에 형성된 반사층; 상기 반사층 상부의 공간상에 형성된 감지층; 상기 감지층을 지지하도록 상기 감지층하면에 형성된 지지층; 상기 감지층 상면에 형성된 보호층; 및 상기 감지층이 상기 공간상에 부양된 구조를 갖도록 상기 감지층을 지지하는 지지부;를 포함하여 구성되는 웨이퍼레벨 패키징 소자.
12. The method of claim 11,
The infrared sensor includes:
A reflective layer formed on the lower wafer; A sensing layer formed on a space above the reflective layer; A supporting layer formed on the lower surface of the sensing layer to support the sensing layer; A protective layer formed on the upper surface of the sensing layer; And a support for supporting the sensing layer such that the sensing layer has a floating structure on the space.
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