KR20160024331A - 다축센서 및 그의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일실시예에 따른 다축센서 및 제조방법은, 기판 상에 실장되어 관성력을 검출하는 제1 센서; 및 상기 기판 상에 실장 되어 위치 및 모션을 검출하는 제2 센서; 를 포함하며, 상기 제1 센서와 기판은 외부의 침투를 막아주도록 실링(Seal)이 형성되고, 상기 제1 센서와 기판은 서로 전기적으로 연결된 다축센서를 제공한다.
Description
본 발명은 다축센서 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
휴대폰, 태블릿 PC 등 모바일 기기 (Mobile Electronics)에 포함된 전자부품들은 두 가지 중요한 지표(경쟁목표)가 있다. 하나는 동일성능 혹은 더 뛰어난 성능을 가지면서 그 크기가 더 작은 소형화 경쟁이다. 그리고 다른 하나는 최소한의 소비 전력이다.
전자부품들 중 특히, 각속도센서, 가속도센서, 지자계센서, 압력센서 등의 각종센서는, 하기의 대한민국 특허 10-0855471호에 기재된 특허문헌과 같이, 각 해당 정보를 계측하여 정보를 제공한다.
상술한 바와 같이, 각종센서의 각각의 정보가 모바일 기기의 기능에 필요로 하는 정보로서도 활용할 수 있지만, 모바일 기기의 사용자들에게 더 다양하고 복잡한 기능들을 제공하기 위해서 각종센서들의 정보를 종합적으로 계산하여야 모바일 기기의 기능에 필요로 하는 정보로서 활용할 수 있기 때문에, 최근에는 각종 센서를 통합한 다축센서의 사용이 점점 증가 되고 있는 추세이다.
또한, 최근에는 각종센서들을 하나의 통합 정보처리 기기로 판단을 하고 필요한 시기에 필요한 센서만을 구동하여 정보를 얻는 등의 방식으로 소비 전력을 줄일 수 있는 다축센서의 적절한 설계 및 제작방법이 요구되는 추세이다.
본 발명은 다축센서의 구조 및 제조방법을 개선하여 소형화를 이룰 수 있고, 소비 전력을 줄일 수 있는 다축센서 및 그의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 다축센서는, 기판의 일정영역에 직접 형성되어 관성력을 검출하는 제1 센서; 및 기판상에 실장 되어 위치 및 모션을 검출하는 제2 센서; 를 포함하며, 제1 센서와 기판은 외부의 침투를 막아주도록 실링(Seal) 되도록 형성되고, 제1 센서와 기판은 서로 전기적으로 연결된 다축센서를 제공한다.
또한, 다축센서는 사이즈를 콤팩트(Compact)하게 제작하며, 콤팩트한 다축센서는 전기적 효율이 개선된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다축센서를 나타낸 평면도,
도 2는 도 1에 대한 A 측면도,
도 3은 도 1에 대한 B 측면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 센서의 형성방법을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 센서의 지자계센서 형성방법을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 센서의 압력센서의 형성방법을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1 센서와 지자계센서가 기판에 실장된 평면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 센서의 형성방법을 나타낸 측면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다축센서의 제조공정도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서는 기판상에 제1 센서와 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다축센서는, 집적회로 상에 제1 센서 및 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도, 및
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다축센서는, 저온 동시소성세라믹 상에 제1 센서 및 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도이다.
도 2는 도 1에 대한 A 측면도,
도 3은 도 1에 대한 B 측면도,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 센서의 형성방법을 나타낸 도면,
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 센서의 지자계센서 형성방법을 나타낸 도면,
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 센서의 압력센서의 형성방법을 나타낸 도면,
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1 센서와 지자계센서가 기판에 실장된 평면도,
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 센서의 형성방법을 나타낸 측면도,
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다축센서의 제조공정도,
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서는 기판상에 제1 센서와 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도,
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다축센서는, 집적회로 상에 제1 센서 및 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도, 및
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다축센서는, 저온 동시소성세라믹 상에 제1 센서 및 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시 예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "일면", "타면", "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 다축센서를 나타낸 평면도, 도 2는 도 1에 대한 A 측면도, 도 3은 도 1에 대한 B 측면도, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 제1 센서의 형성방법을 나타낸 도면, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 제2 센서의 지자계센서 형성방법을 나타낸 도면, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 제2 센서의 압력센서의 형성방법을 나타낸 도면, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 제1 센서와 지자계센서가 기판에 실장된 평면도, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 제2 센서의 형성방법을 나타낸 측면도, 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 다축센서의 제조공정도, 도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서는 기판상에 제1 센서와 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도, 도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다축센서는, 집적회로 상에 제1 센서 및 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도, 및 도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다축센서는, 저온 동시소성세라믹 상에 제1 센서 및 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 제1 센서와 제2 센서 및 기판을 자세히 설명한다. 도1 내지 3을 참조하여 설명하면, 제1 센서(100)는 가속도센서(130)와 각속도센서(150)를 구비하여 6축 관성센서로 형성된다. 제1 센서(100)는 기판(10)에 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 형성된다. 제1 센서(100)는 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식을 이용하여 기판(10)과 후술할 캡(Cap:30)을 이용하여 형성된다.
제1 센서(100)는 미세먼지, 분진, 및 습기 등의 유입을 차단하기 위한 실링 공간이 형성된다. 제1 센서(100)는 기판(10)과 캡(Cap:30)을 각각 실링 하도록 형성된다. 즉, 제1 센서(100)의 하면은 기판(10)과 실링하고, 제1 센서(100)의 상면은 캡(Cap:30)과 실링 한다(도 2를 참조).
제1 센서(100)의 6축 관성센서는 기판(10)과 캡(Cap:30)의 실링 공간으로 인해 공기, 먼지, 입자, 수분 등이 내부로 침투하는 것을 방지한다. 제1 센서(100)의 실링 공간은 허메틱 실 공간으로 형성되는 것이 적절하다. 이는, 제1 센서(100)의 실링 공간은 허메틱 실링으로 한정하기 위함은 아니다.
가속도센서(130)는 X축, Y축 및 Z축의 가속도를 측정하는 3축 센서로서, 직선 움직임을 감지한다. 가속도센서(130)는 미세한 가속도를 검출하기 위해서 고 분해능이면서, 소형센서를 사용한다. 가속도센서(130)는 질량체부(131) 및 질량체부(131)와 연결한 가요성 빔부(133)를 포함한다(도 1을 참조).
가속도센서(130)는 질량체부(131)나 가요성 빔부(133)의 움직임을 전기 신호로 변환한다. 가속도센서(130)는 외력에 의해 가속도가 가해지면, 가속도센서(130)는 질량체부(131)가 변위하고 가요성 빔부(133)의 저항신호가 변형된다. 이때, 가요성 빔부(133)의 피에조 저항소자(미도시)는 전기적 저항신호가 변화한다.즉, 저항 변화량 차이에 의해 생기는 전위차를 추출하여 가속도 값으로서 감지한다.
질량체부(131)는 가속도를 검지하기 위한 4개의 피에조 저항소자를 구비한다. 질량체부(131)의 피에조 저항소자(미도시)는 저항신호의 변화량 차이에 의해 생긴 전위차를 추출하여 가속도 값을 감지한다. 가속도센서(130)는 가요성 빔부(133)와 피에조 저항소자를 전기적으로 연결하기 위한 배선이 형성된다.
가요성 빔부(133)는 질량체부(131)를 지지하기 위한 것으로서, 제1 가요성 빔부 내지 제4 가요성 빔부는 각각이 질량체부(131) 주위에 형성된다. 예를 들면, 제1 가요성 빔부의 끝에는 X축 가속도 검지용 반도체 피에조 저항소자가 형성되고, 제2 가요성 빔부의 끝에는 Z축 가속도 검지용 반도체 피에조 저항소자가 형성되어, 제1 가요성 빔부와 제2 가요성 빔부는 X축과 Z축 방향의 가속도를 검지할 수 있다. 또한, 제1 가요성 빔부와 제2 가요성 빔부에 수직으로 배치된 제3 가요성 빔부와 제4 가요성 빔부는 각각의 Y축 가속도 검지용 반도체 피에조 저항소자가 형성되어, Y축 방향의 가속도를 검지할 수 있다.
각속도센서(150)는 기판(10)의 상면에 형성된다. 각속도센서(150)는 X, Y, Z축의 각속도를 측정하는 3축 센서이다. 즉, X, Y, Z축 각각의 움직임을 감지한다. 각속도센서(150)는 미세한 각속도를 검출하기 위해서 고분해능이며, 소형이어야 한다.
각속도센서(150)는 센서질량체(153), 프레임(155) 및 가요부(157)를 포함한다(도 1 및 2를 참조). 센서질량체(153)는 코리올리힘에 의해서 변위가 발생한다. 센서질량체(153)는 동일한 크기 및 형상으로 이루어진 제1 질량체와 제2 질량체를 구비한다. 제1 질량체와 제2 질량체는 전체적으로 사각기둥 형상으로 형성된다. 제1 질량체와 제2 질량체의 형태는 이에 한정되는 것은 아니고, 당 업계에 공지된 모든 형상으로 형성될 수 있다. 제1 질량체와 제2 질량체에 각각 가요부가 연결된다. 제1 질량체와 제2 질량체는 프레임(155)에 지지 되도록 형성된다.
프레임(155)은 센서질량체(153)가 내재 될 수 있고, 가요부(157)에 의해 센서질량체(153)와 연결된다. 프레임(155)은 가요부(157)에 의해 연결된 제1 질량체와 제2 질량체가 각각 변위를 일으킬 수 있는 공간을 확보한다. 프레임(155)은 가요부(157)와 동일한 두께로 형성될 수 있다. 또한, 프레임(155)은 센서질량체(153)의 일부만을 커버하도록 형성된다. 프레임(155)의 중심에는 공동(空洞)이 형성된 사각기둥 형태로 형성된다. 이는, 프레임(155)의 형태를 한정하기 위함은 아니다.
가요부(157)는 센서질량체(153) 각의 변위를 감지하는 감지수단이 구비될 수 있다. 가요부(157)는 센서질량체(153)의 진동 변위를 측정한다. 가요부(157)는 센서질량체(153)의 중심에서 일정 거리가 떨어진 위치에 서로 분리 배치될 수 있다. 가요부(157)의 감지수단은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 압전 방식, 압 저항 방식, 정전용량 방식, 광학 방식 등을 이용할 수도 있다.
캡(30)은 각속도센서(150) 및 가속도센서(130)에 접하여 상단부에 형성된다. 캡(30)은 외부의 충격으로 부터 내부를 보호한다. 캡(30)은 밀폐력을 갖도록 LTCC, 유리, 인터포져 및 관통홀이 형성된 실리콘으로 형성될 수 있다.
제2 센서(300)는 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 각각 형성된 지자계센서(330)와 압력센서(350)를 포함한다.
지자계센서(330)는 3축센서로 지구의 자기장세기를 측정 및 감지한다. 지자계센서(330)는 미세전자 기계시스템(MEMS) 기술을 이용하여 1개의 칩으로 구성될 수 있다. 지자계센서(330)는 3축의 센서를 구현하기 위해서, 홀(hall)센서,자기저항(MR:Magneto-Resistance)센서, 자기임피던스(MI:Magneto-Impedance)센서 등의 각각 독립된 3개의 센서를 사용할 수도 있다.
압력센서(350)는, 외부의 압력에 따라 전기 신호를 발생시키기 위한 기압을 측정하여 현재의 고도를 알아낸다. 압력센서(350)는 표면을 가진 단결정 실리콘(353)의 하부를 에칭하여 형성된 센싱부(355)를 포함한다. 압력센서(350)는 단결정 실리콘(353) 상부에 압전저항(piezoresistor)이 형성될 수도 있다. 또한, 압력센서(350)는 몰딩에 Open Hole이 구성될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서는, 기판상에 제1 센서와 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서는 기판 상에 제1센서와 제2 센서의 전기적으로 연결되는 구조를 자세히 설명한다.
기판(10)은 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 지지한다. 기판(10)은 제1 센서(100)와 제2 센서(300)가 실장 영역을 제공한다. 이때, 기판(10)은 제1 센서(100)와 제2 센서(300)가 형성된 영역의 크기가 동일하거나 다르게 형성된다. 기판(10)은 솔더볼 패드(15) 및 솔더볼(17)을 이용하여 다른 기판에 고정되거나 전기적으로 연결될 수도 있다.
기판(10)은 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 전기적으로 연결한다. 기판(10)은 온동시 소성세라믹(LTCC: Low temperature co-fired ceramic), 유리(Glass), 인터포저(Interposer), 집적 회로(ASIC: application specific integrated circuit) 및 실리콘(Silicon) 등을 사용하여 형성될 수도 있다.
기판(10)의 표면에는 배선이 일정한 패턴으로 형성된다. 즉, 기판(10)의 패턴은 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 수직과 수평으로 전기적으로 연결해준다. 기판(10)은 실리콘 인터포저 기판으로 형성될 수도 있다. 기판(10)은 후술할 집적회로(200) 및 저온 동시소성세라믹(210) 등과 병행 및 단독으로 사용할 수 있다.
기판(10)의 상면은 제1 센서(100)가 실장 되도록 형성되는 것이 적절하다. 기판(10) 상면은 제1 센서(100)가 실링(sealing) 하면서 전기적으로 실장 된다. 기판(10)의 상면과 제1 센서(100)가 실링 하면, 다축센서의 높이가 줄어드는 효과가 있다.
기판(10)은 제1 센서(100)가 표면에 실장 됨으로써, 제1 센서(100)는 웨이퍼 레벨패키지(WLP)로 가공하기 위하여 상하에 형성된 2개의 캡(Cap:30)이 1개로 줄어들게 된다. 캡(Cap:30)이 하나로 형성됨으로써, 공정 시에 발생하는 재료원가 및 공정원가를 낮추는 효과가 있다. 또한, 캡(Cap:30)이 하나로 형성됨으로써, 기판(10)과 제1 센서(100)을 전기적으로 연결하도록 형성된다. 기판(10)과 제1 센서(100)의 전체 높이를 낮추는 효과가 있다. 즉, 다축센서의 높이 및 면적이 작아지면서, 다축센서의 전력소모를 줄이는 효과가 있다.
기판(10)의 상면과 제1 센서(100)의 실링은 허메틱 실 본딩(Hermetic Seal Bonding)을 하는 것이 적절하다. 이는, 기판(10)의 상면과 제1 센서(100)의 실링 방법을 허메틱 실 본딩(Hermetic Seal Bonding)으로 한정하기 위함은 아니다.
도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 다축센서는, 기판상에 집적회로가 형성되고, 제1 센서와 제2 센서가 전기적으로 연결된 개략적 단면도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 다축센서는, 집적회로 상에 제1센서 및 제2 센서가 전기적으로 연결된 구조를 자세히 설명한다.
집적회로(200:ASIC)는 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 지지한다. 집적회로(200)는 제1 센서(100)와 제2 센서(300)가 실장 영역을 제공한다. 이때, 집적회로(200)는 제1 센서(100)와 제2 센서(300)가 형성된 영역의 크기가 동일하거나 다르게 형성된다. 집적회로(200)는 솔더볼 패드(15) 및 솔더볼(17)을 이용하여 다른 기판에 고정되거나 전기적으로 연결될 수도 있다.
집적회로(200:ASIC)는 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 전기적으로 연결한다. 집적회로(200)는 제1 센서(100)와 제2 센서(300)의 하면을 일체로 연결하도록 형성된다. 또한, 집적회로(200)는 기판(100)의 상면 또는 내부에 삽입되어 형성될 수도 있다. 집적회로(200)는 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 전기적으로 연결한다.
또한, 집적회로(200)는 전기적 신호를 기판(10)을 통하여 제1 센서(100)와 제2 센서(300)로 통전 시킬 수도 있다. 집적회로(200)는 기판(10)과 연결되어 제1센서(100)와 제2 센서(300)를 전기적으로 연결할 수도 있다.
집적회로(200)는 다양한 형태로 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 전기적으로 연결한다. 집적회로(200)는 기판(10)과 연결시에 비아(via) 및 스루홀(through-hole) 등을 이용할 수도 있다.
집적회로(200)는 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 동시 또는 개별적으로 실링 한다. 집적회로(200)는 제1 센서(100) 및 제2 센서(300)를 실링 시에는 허메틱 실 본딩(Hermetic Seal Bonding)이 적절하다. 이는, 실링 방법을 허메틱 실 본딩(Hermetic Seal Bonding)으로 한정하기 위함은 아니다.
제2 센서(300)는 집적회로(200)을 이용하여 압력센서(350)와 지자계센서(330)를 전기적으로 연결할 수도 있다. 집적회로(200)은 기판(10)의 상면에 접하여 형성된다. 집적회로(200)은 주문형 반도체 및 기판이다. 즉, 집적회로(200)은 사용자가 특정 용도의 반도체를 주문하면 반도체 업체가 이에 맞춰 설계와 제작을 해주는 주문형 반도체 및 기판이다. 따라서, 집적회로(200)은 일정한 패턴이 형성되거나 사용자의 요구에 따라 다양한 패턴으로 변경되어 형성된다. 최근, 집적회로(200)은 사용자의 다양한 욕구를 충족시켜 주기 때문에 최근 반도체 산업에서 이 기술의 비중이 급속도로 확대되고 있다.
도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 다축센서는, 기판상에 저온 동시소성세라믹이 형성되고, 제1 센서와 제2 센서가 전기적으로 연결되는 개략적 단면도이다. 도면을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 다축센서는 기판, 집적회로, 제1센서 및 제2 센서가 전기적으로 연결되는 구조를 자세히 설명한다.
저온 동시소성세라믹(210:LTCC:Low Temperature Co-fired Ceramic)은 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 전기적으로 연결한다. 저온 동시소성세라믹(210)은 제1 센서(100)와 제2 센서(300)의 하면을 일체로 연결하도록 형성된다. 저온 동시소성세라믹(210)은 여러장의 세라믹을 적층 하여 형성된다. 이때, 저온 동시소성세라믹(210)은 적층 된 기판 내부에 관통배선을 제작하고, 저온 동시소성세라믹(210)은 세라믹 자체가 허메틱 재질이므로 허메틱 실링이 가능하다. 즉, 저온 동시소성세라믹(210)은 수직과 수평 관통배선 형성하면서 실리콘 양극 접합이 가능하여 허메틱 실링이 가능하기 때문이다.
저온 동시소성세라믹(210)은 제1 센서(100)의 하면에서 캡(CAP) 역할을 하면서 수직으로 전기가 통전 되도록 배선 역할을 한다(도 12를 참조). 즉, 저온 동시소성세라믹(210)은 실리콘 인터포저(Silicon Interposer)와 같은 역할을 한다.
저온 동시소성세라믹(210)은 기판(100)의 상면 또는 내부에 삽입되어 형성될 수도 있다. 저온 동시소성세라믹(210)은 제1 센서(100)와 제2 센서(300)의 하면을 일체로 연결하며, 저온 동시소성세라믹(210)은 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 전기적으로 연결한다.
저온 동시소성세라믹(210)은 제1 센서(100)와 제2 센서(300) 중에 하나만 형성되고, 저온 동시소성세라믹(210)은 기판(10)과 연결되어 제1센서(100)와 제2 센서(300)를 전기적으로 연결할 수도 있다. 또한, 저온 동시소성세라믹(210)은 상부에 집적회로(200)을 별도로 형성하여, 제1 센서(100)와 제2 센서(300)로 통전 시킬 수도 있다. 이는, 저온 동시소성세라믹(210)은 다양한 형태로 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 전기적으로 연결할 수 있음을 밝혀 둔다.
저온 동시소성세라믹(210)의 표면에 형성되고, 집적회로(210)가 제2 센서(300)의 하면에 형성되는 것이 적절하다. 이때, 집적회로(210)는 제1 센서(100) 밑에 캡(CAP)으로 사용하여 허메틱 실 접합을 하면, 집적접회로(210)에 비아(via) 및 스루홀(through-hole) 등을 통하여 관통 배선을 형성시에 제작단가가 상승 된다.
또한, 집적회로(210)는 관통배선과 내부를 이미 허메틱 실링(Hermetic Seal)이 형성되어 있다. 그러므로, 저온 동시소성세라믹(210)을 사용하여 허메틱 실링(Hermetic Seal)을 다시 제작할 필요가 없다. 즉, 허메틱 실링(Hermetic Seal)을 2중으로 제작할 필요가 없다.
저온 동시소성세라믹(210)은 제1 센서(100)를 실링 한다. 저온 동시소성세라믹(210)은 제1 센서(100)의 실링을 허메틱 실 본딩(Hermetic Seal Bonding)을 사용한다. 이는, 실링 방법을 허메틱 실 본딩(Hermetic Seal Bonding)으로 한정하기 위함은 아니다.
저온 동시소성세라믹(LTCC)은 집적회로(200)에 전기적으로 연결될 수도 있다. 저온 동시소성세라믹(LTCC)은 기판(10)과 연결시에 비아(via) 및 스루홀(through-hole) 등을 이용한다.
이하, 실시예에 따른 다축센서의 제조방법에 대해 보다 상세히 설명할 것이다.
도 4 내지 9을 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서의 제조방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 제1 센서를 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 형성하는 단계; 상기 제1 센서와 상기 기판의 형성시 실링 공간이 형성되는 단계; 및 상기 기판에 제2 센서를 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성하는 단계를 포함한다.
기판(10)을 준비한다. 기판(10)은 저온 동시소성세라믹(LTCC: Low temperature co-fired ceramic), 유리(Glass), 인터포져(Interposer), 집적회로(ASIC: application specific integrated circuit) 및 실리콘(Silicon)이 중 어느 하나를 사용한다. 기판(10)은 집적회로, 저온 동시소성세라믹, 유리, 등을 사용하는 것이 적절하다. 또한, 기판(10)은 전술한 집적회로(ASIC) 및 저온 동시소성세라믹(LTCC)의 전기적 배선을 위해 하면에 사용할 수도 있다.
제1 센서(100)는 가속도센서(130)와 각속도센서(150)로 이루어진 6축 관성센를 준비한다. 제1 센서(100)는 기판(10)에 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 형성한다.
제1 센서(100)는 캡(CAP:30)에 일정거리를 유지하여 배치된다(도 9에 a 참조). 이때, 제1 센서(100)의 하단은 기판(10)과 결합하여 형성된다. 제1 센서(100)와 캡(CAP:30)은 실링 공간을 형성한다. 실링 공간은 가속도센서(130)와 각속도센서(150)를 6축 관성센서로 만드는데 사용한다.
제1 센서(100)와 기판(10)이 접착시 실링 공간을 형성한다(도 9에 b 참조). 실링 공간은 가속도센서(130)와 각속도센서(150)를 6축 관성센서로 만드는데 사용한다. 또한, 실링 공간은 제1 센서(100)를 각각 절단하기 위한 기준선으로도 사용할 수도 있다. 제1 센서(100)와 기판(10)은 전기적으로 연결된다.
제1 센서(100)는 기판(10)의 면적에 대하여 약 40~60%로 범위에 형성되는 것이 적절하다. 6축 관성센서는 제2 센서(300)에 비해 일반적으로 넓은 면적을 형성한다. 그러므로, 6축 관성센서와 제2 센서(300)는 서로 다른 면적을 갖는다. 이는, 제1 센서(100)와 제2 센서(300)의 면적(사이즈)을 한정하기 위함은 아니다.
제1 센서(100)와 캡(CAP:30)의 접착부위 이외 부위는 캡(CAP:30)을 제거한다(도 9에 c 및 d 참조). 제거된 공간에는 제2 센서가 기판과 결합하기 위함이다.
제1 센서와 캡(CAP:30)은 실링 공간을 갖도록 형성된다. 제1 센서를 기준으로 캡(CAP:30)을 절단한다. 제1 기판(10)은 제1 센서(100)를 기준으로 절단한다(도 9에 d 참조). 다축센서의 제조방법은 제1 센서(100)의 배치형태에 따라 기판(10)을 먼저 형성할 수도 있다. 즉, 제1 센서(100)에 제1 기판(10)과 캡(CAP:30)이 형성되는 순서가 바뀌어도 상관 없음을 밝혀 둔다.
3축의 지자계센서(330)를 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성한다(도 5를 참조), 1축의 압력센서(350)를 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성한다(도 6를 참조). 제2 센서(300)는 기판(10)에 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성한다(도 7를 참조). 제2 센서는 지자계센서(330) 및 압력센서(350)로 이루어진다. 지자계센서(330)와 압력센서(350)는 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 기판(10)에 각각 실장 한다(도 8을 참조).
기판(10)에 실장된 지자계센서(330) 및 압력센서(350)는 각각 전기적으로 연결되도록 한다. 즉, 지자계센서(330) 및 압력센서(350)는 서로 전기적으로 연결하기 위하여 금속 와이어를 이용하여 연결해준다. 이는, 기판과 지자계센서(330) 및 압력센서(350)의 연결방법을 한정하기 위함은 아니다. 전기적 연결 이후 후속공정인, 금속 캔(Metal Can) 혹은 에폭시(Epoxy) 등으로 몰딩(Molding) 하는 플라스틱 패키지(Plastic PKG) 공정을 진행한다. 또한, 기판(10)의 하단부에 접속을 위한 솔더볼 패드(15) 및 솔더볼(17)을 형성할 수도 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 다축센서의 제조방법은 허메틱 실을 가지는 6축 관성센서로 이루어진 제1 센서(100)를 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 기판에 직접 형성한 후, 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성된 3축 지자계센서(330)와 1축 압력센서(350)로 이루어진 제2 센서(300)를 제1 센서(100) 일측의 기판(10)상에 실장 시킴으로써, 소형화를 이룰 수 있고, 소비 전력을 줄일 수 있다.
즉, 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서의 제조방법은 제1 센서(100)를 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 기판에 직접 형성함으로써, 제1 센서(100)의 소요 면적을 줄일 수 있기 때문에, 제1 센서(100)와 제2 센서(300) 모두를 각각의 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성한 후, 기판(10)상에 각각 실장 시켜 이루어진 다축센서 보다 사이즈를 감소시켜 소형화를 달성함과 동시에 공간 활용도를 향상시킬 수 있다.
여기서, 제1 센서(100)와 제2 센서(300) 모두를 각각의 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성하는 방법으로 이루어진 다축센서는 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성된 각 센서마다의 소요 면적 등에 의해 그 크기를 작게 하는 것에 한계가 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서의 제조방법은 허메틱 실을 가지며 6축 관성센서인 제1 센서(100)를 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 기판에 직접 형성함으로써, 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성한 후 기판(10)에 실장 시켜 이루어진 6축 관성센서보다 제조공정수를 단축 시킬 수 있어 저비용으로 생산할 수 있고, 대량으로 일괄 생산하여 생산성을 향상시킬 수 있다. 여기서, 제1 센서(100)와 제2 센서(300) 모두를 각각의 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성하는 방법으로 이루어진 다축센서는 하나하나 제작된 센서를 다이본딩 등을 이용하여 PCB 등의 기판에 실장하고 이를 와이어본딩으로 전기적 연결을 한 후 최종적으로 메탈 캔 또는 플라스틱 패키지로 하나의 모듈로 제작을 한다. 이러한, 다축센서는 하나하나 개별 패키지의 작업이 필요함으로써 패키지 비용이 증가하는 등 각각의 센서를 실장하고 연결하는 패키지 공정의 제작 단가가 높고 또한 패키지공정의 스루풋(Through put)이 느려 대량생산이 어렵다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서의 제조방법은 집적회로(200)에 제1 센서(100)를 직접 형성할 수 있다. 집적회로(200)는 제1 센서(100)와 제2 센서(300)를 직접 실장 함으로써, 제1 센서(100)와 제2 센서(300)가 집적회로(200)에 서로 근접하게 배치할 수 있기 때문에, 소형화를 이룰 수 있고, 소비 전력을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서의 제조방법은, 허메틱 실을 가지는 제1 센서(100)를 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 기판에 직접 형성함으로써, 제1 센서(100)를 저비용으로 대량생산할 수 있고, 제1 센서(100)를 소형화시킬 수 있으며, 허메틱 실의 성능에 대한 신뢰성 및 성능이 향상될 수 있다.
또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다축센서의 제조방법은 기판을 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 공정을 적용한 공통기판으로 사용하면서도 기판의 일부영역 예를 들면, 절반영역에만 6축 관성센서를 형성할 수 있는 비대칭 면적 비(배수면적)의 구조를 가질 수 있는 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 공정에 적용이 가능하다.
이상 본 발명을 구체적인 실시 예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 다축센서 및 그의 제조방법은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
10 : 기판
13 : 관통홀
15 : 솔더볼 패드 17 : 솔더볼
30 : 캡(CAP) 100 : 제1 센서
130 : 가속도센서 131 : 질량체부
133 : 가요성 빔부 150 : 각속도센서
153 : 센서질량체 155 : 프레임
157 : 가요부 300 : 제2 센서
330 : 지자계센서 350 : 압력센서
353 : 단결정 실리콘 355 : 센싱부
15 : 솔더볼 패드 17 : 솔더볼
30 : 캡(CAP) 100 : 제1 센서
130 : 가속도센서 131 : 질량체부
133 : 가요성 빔부 150 : 각속도센서
153 : 센서질량체 155 : 프레임
157 : 가요부 300 : 제2 센서
330 : 지자계센서 350 : 압력센서
353 : 단결정 실리콘 355 : 센싱부
Claims (19)
- 기판 상에 실장되어 관성력을 검출하는 제1 센서; 및
상기 기판 상에 실장 되어 위치 및 모션을 검출하는 제2 센서; 를 포함하며,
상기 제1 센서와 기판은 외부의 침투를 막아주도록 실링(Seal)이 형성되고, 상기 제1 센서와 기판은 서로 전기적으로 연결된 다축센서.
- 청구항 1에 있어서,
상기 실링은 허메틱 실 본딩(Hermetic Seal Bonding)으로 형성되고,
상기 제1 센서와 제2 센서가 서로 전기적으로 연결된 다축센서.
- 청구항 2에 있어서,
상기 제1 센서의 상부에는 캡(CAP)을 사용하여 실링(Seal)이 형성된 다축센서.
- 청구항 3에 있어서,
상기 제1 센서와 캡(CAP)은 허메틱 실 본딩(Hermetic Seal Bonding)으로 형성된 다축센서.
- 청구항 3에 있어서,
상기 기판은 저온 동시소성세라믹(LTCC: Low temperature co-fired ceramic), 유리(Glass), 인터포져(Interposer), 집적회로(ASIC: application specific integrated circuit) 및 실리콘(Silicon)이 중 어느 하나를 이용하여 전기적 통전을 하도록 형성된 다축센서.
- 청구항 3에 있어서,
상기 제1 센서는 상기 기판에 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 결합되고,
상기 제2 센서는 상기 기판에 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 결합되도록 형성된 다축센서.
- 청구항 6에 있어서,
상기 제1 센서는 가속도센서와 각속도센서를 구비한 관성센서로 이루어진 다축센서.
- 청구항 7에 있어서,
상기 제1 센서는 적어도 1개 이상의 허메틱 실링이 형성된 다축센서.
- 청구항 8에 있어서,
상기 제2 센서는 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 상기 기판에 각각 지자계센서와 압력센서를 포함하는 다축센서.
- 청구항 9에 있어서,
상기 제1 센서와 제2 센서의 하단부에 일체로 집적회로가 형성되고, 상기 집적회로는 상기 제1 센서와 제2 센서를 전기적으로 연결되도록 형성된 다축센서.
- 청구항 9에 있어서,
상기 제1 센서 또는 제2 센서의 하단부에 집적회로가 형성되고, 집적회로는 상기 제1 센서와 제2 센서를 전기적으로 연결되도록 상기 기판과 전기적으로 연결된 다축센서.
- 청구항 9에 있어서,
상기 제1 센서와 제2 센서의 하단부에 일체로 저온 동시소성세라믹(LTCC)가 형성되고, 상기 저온 동시소성세라믹(LTCC)은 상기 제1 센서와 제2 센서를 전기적으로 연결되도록 형성된 다축센서.
- 청구항 12에 있어서,
상기 저온 동시소성세라믹(LTCC)은 양극접합이 가능한 재질을 사용하여 형성되고, 저온 동시소성세라믹(LTCC)은 상기 제1 센서와 허메틱 실링(Hermeic Seal)을 하도록 형성된 다축센서.
- 기판을 준비하는 단계;
상기 기판에 제1 센서를 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 형성하는 단계;
상기 제1 센서와 상기 기판의 형성시 실링 공간이 형성되는 단계; 및
상기 기판에 제2 센서를 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성하는 단계를 포함하는 다축센서의 제조방법.
- 청구항 14에 있어서,
상기 제1 센서와 상기 기판의 형성시 실링 공간이 형성되는 단계에서,
상기 실링 공간은 허메틱 실 공간이 형성되고, 상기 제1 센서와 상기 기판이 전기적으로 연결된 다축센서의 제조방법.
- 청구항 14에 있어서,
기판을 준비하는 단계에서,
상기 기판은 기판은 저온 동시소성세라믹(LTCC: Low temperature co-fired ceramic), 유리(Glass), 인터포져(Interposer), 집적회로(ASIC: application specific integrated circuit) 및 실리콘(Silicon)이 중 어느 하나를 준비하는 다축센서의 제조방법.
- 청구항 14에 있어서,
상기 기판에 제1 센서를 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 형성하는 단계에서;
상기 제1 센서는 상기 기판의 면적대비 40%~60%에 형성된 다축센서의 제조방법.
- 청구항 17에 있어서,
상기 기판에 제1 센서를 웨이퍼 레벨패키지(WLP) 방식으로 형성하는 단계에서;
상기 제1 센서는 각속도센서와 가속도센서를 구비하여 관성센서로 이루어진 다축센서의 제조방법.
- 청구항 14에 있어서,
상기 기판에 제2 센서를 시스템 인패키지(SIP) 방식으로 형성하는 단계에서,
상기 제2 센서는 지자계센서와 압력센서를 구비하도록 형성된 다축센서의 제조방법.
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