KR20170124926A - 지문센서 모듈 및 그의 제조방법 - Google Patents

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KR20170124926A
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손동남
이명희
박영문
윤동재
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크루셜텍 (주)
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Abstract

본 발명의 일실시예는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 마련되며, 상기 베이스 기판과 전기적으로 연결되는 주변소자; 상기 주변소자를 선택적으로 덮으며 상기 베이스 기판 상에 결합되는 매립형 접착부; 상기 매립형 접착부의 상면에 결합되며, 상기 베이스 기판과 전기적으로 연결되는 센서부; 및 상기 베이스 기판 상에 마련되며 상기 센서부를 덮는 봉지부를 포함하는 지문센서 모듈 그의 제조방법을 제공한다.

Description

지문센서 모듈 및 그의 제조방법{FINGERPRINT SENSOR MODULE AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 지문센서 모듈 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 베이스 기판 상에 센서부와 주변소자가 함께 마련된 센서 패키지를 갖는 지문센서 모듈 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
최근 스마트폰(Smartphone)이나 태블릿 피씨(Tablet PC)를 비롯한 휴대용 전자기기에 대하여 대중들의 관심이 집중되면서, 관련 기술분야에 대한 연구개발이 활발히 진행되고 있다.
휴대용 전자기기는, 사용자로부터 특정한 명령을 입력받기 위한 입력장치의 하나로서, 표시장치인 디스플레이와 일체화된 터치스크린(Touch Screen)을 내장하는 경우가 많다. 또한, 휴대용 전자기기는 터치스크린 이외의 입력장치로서 각종 기능키(Function Key)나 소프트키(Soft Key)를 구비하기도 한다.
이러한 기능키나 소프트키는 홈 키로서 동작할 수 있는데, 예를 들면, 실행 중인 애플리케이션을 빠져 나와 초기 화면으로 돌아가는 기능을 수행하거나, 유저 인터페이스를 한 계층 전으로 돌아가게 하는 백(BACK)키 또는 자주 쓰는 메뉴를 호출하는 메뉴키로서 동작할 수 있다. 이러한 기능키나 소프트키는 물리적 버튼으로 구현될 수 있다. 또한, 이러한 기능키나 소프트키는 도전체의 정전 용량을 감지하는 방식, 또는 전자기펜의 전자기파를 감지하는 방식 또는 이 두 가지 방식이 모두 구현된 복합 방식으로 구현될 수 있다.
한편, 최근 휴대용 전자기기의 용도가 보안이 필요한 서비스로 급격히 확장됨에 따라, 높은 보안성의 이유로 생체정보를 측정하는 기능을 갖는 생체인식 센서(Biometric Sensor)를 휴대용 전자기기에 장착하려는 추세가 늘고 있다. 생체정보로는 지문, 손등의 혈관, 목소리, 홍채 등이 있으며, 생체인식 센서로는 지문센서가 많이 사용되고 있다.
지문센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서로서, 지문센서를 통해 사용자등록이나 인증 절차를 거치도록 함으로써, 휴대용 전자기기에 저장된 데이터를 보호하고, 보안사고를 미연에 방지할 수 있다.
지문센서는 주변 부품이나 구조를 포함하는 모듈의 형태로 제조될 수 있고, 물리적인 기능키에 일체화되어 구현될 수 있기 때문에, 각종 전자기기에 효과적으로 장착될 수 있다. 또한, 지문센서에는 커서와 같은 포인터의 조작을 수행하는 내비게이션 기능을 통합하기도 하는 등 그 활용 정도가 더욱 넓어지고 있는데, 이러한 형태의 지문센서를 바이오매트릭 트랙패드(BTP: Biometric Track Pad)라 한다.
도 1은 종래의 센서 패키지가 구비된 전자기기를 개략적으로 나타낸 예시도이고, 도 2는 종래의 센서 패키지와 메인 보드의 결합 구조를 보여주는 개략적인 사시도이며, 도 3은 종래의 센서 패키지를 나타낸 단면 예시도이다.
도 1 내지 도 3에서 보는 바와 같이, 센서 패키지(10)는 전자기기(30)에서 디스플레이부(20)가 구비되는 영역 외의 일부분에 배치된다.
센서 패키지(10)는 베이스 기판(11) 상에 마련되는 센서부(12)와, 베이스 기판(11)과 센서부(12)의 표면을 덮도록 형성되는 봉지부(13)를 포함할 수 있다. 그리고 센서부(12)와 베이스 기판(11)은 본딩 와이어(14)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
센서부(12)가 사용자 손가락의 접근 여부나 움직임에 따른 전기적 특성 변화를 감지하는 지문센서인 경우, 센서부(12)에 포함되는 센싱부(15)는 사용자 손가락의 골(Valley) 및 융선(Ridge)에 따른 높이 차에 의한 정전용량의 차이를 찾을 수 있으며, 이를 통해, 지문 이미지를 생성할 수 있다.
지문센서는 사용자 손가락과 센서부(12) 사이의 전계(Electric Field)의 세기를 형상화하여 지문을 인식하기 때문에 전계의 세기는 지문센서의 성능에 큰 영향을 줄 수 밖에 없다. 따라서, 사용자 손가락의 지문과 정전용량을 감지하는 센싱부(15) 사이의 간격, 즉 센싱 클리어런스(Sensing Clearance)는 센싱 성능을 결정하는 중요한 요소로 작용할 수 있다.
이러한 센서 패키지(10)에 구비되는 베이스 기판(11)은 모듈 기판(40)과 결합될 수 있다. 이와 같은, 모듈 기판(40)은 메인 기판(41)과 유연 기판(42)을 포함할 수 있다. 여기서 메인 기판(41)은 베이스 기판(11)의 하면과 결합되고, 유연 기판(42)은 메인 기판(41)과 연결되도록 이루어진다. 이러한 유연 기판(42)의 단부 하면에는 커넥터(43)가 구비되어, 커넥터(43)는 메인 보드(1)에 구비된 접속부(2)와 결합될 수 있다. 따라서, 센서 패키지(10)와 메인 보드(1)는 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 유연 기판(42) 상에는 구동IC(50), 수동소자(60) 및 능동소자(70) 등의 주변소자(80)가 구비된다. 즉, 유연 기판(42)에는 센서 패키지(10)의 구동신호를 송출하여 사용자의 지문을 센싱하도록 이루어진 구동IC(50)와, 전하를 충전하거나 방전하며 전압을 일정하게 유지해주는 커패시터(capacitor)의 수동소자(60) 및 정전기 방전(ESD : Electro Static Discharge) 보호소자로 사용될 수 있는 과전압 억제소자(TVS : Transient Voltage Suppressor)의 능동소자(70)가 구비될 수 있다.
그러나 종래의 지문센서 모듈(90)은 구동IC(50), 수동소자(60) 및 능동소자(70)의 주변소자(80)가 유연 기판(42)에 장착되어야 하기에 유연 기판(42)의 제조시 형상에 제약이 따르게 된다. 즉, 유연 기판(42)에는 구동IC(50), 수동소자(60) 및 능동소자(70)를 장착하기 위한 별도의 장착 공간부(44)를 마련해야되기에 유연 기판(42)의 제조 단가가 높아짐은 물론 유연 기판(42)의 형상적인 제약이 따르게 된다. 따라서, 고객이 요구하는 지문센서 모듈(90)의 다양한 구조 및 형상을 만족시키지 못하는 문제가 있다.
이와 같이, 지문센서 모듈(90)은 센서 패키지(10)와 주변소자(80)들이 분리 배치됨에 따라 지문센서 모듈(90)의 제조과정이 복잡할 뿐만 아니라 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 기술적 과제는, 베이스 기판 상에 센서부와 주변소자가 함께 마련된 센서 패키지를 갖는 지문센서 모듈 및 그의 제조방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 베이스 기판; 상기 베이스 기판 상에 마련되며, 상기 베이스 기판과 전기적으로 연결되는 주변소자; 상기 주변소자를 선택적으로 덮으며 상기 베이스 기판 상에 결합되는 매립형 접착부; 상기 매립형 접착부의 상면에 결합되며, 상기 베이스 기판과 전기적으로 연결되는 센서부; 및 상기 베이스 기판 상에 마련되며 상기 센서부를 덮는 봉지부를 포함하는 지문센서 모듈을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 주변소자는 구동IC, 수동소자 및 능동소자 중 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 매립형 접착부는 상기 주변소자의 두께보다 더 두꺼울 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 주변소자가 상기 수동소자인 경우, 상기 수동소자는 커패시터(capacitor)이고, 상기 주변소자가 상기 능동소자인 경우, 상기 능동소자는 과전압 억제소자(TVS : Transient Voltage Suppressor)일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 매립형 접착부의 두께는 70 ~ 150㎛로 이루어지고, 상기 구동IC의 두께는 40 ~ 100㎛로 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 매립형 접착부는 상기 주변소자를 일부 또는 전체적으로 덮도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 매립형 접착부와 센서부의 접착면적은 대응되는 크기를 갖도록 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 베이스 기판에는 상기 주변소자 및 센서부와 전기적으로 연결되는 솔더 페이스트가 각각 구비될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 매립형 접착부는 히트 블럭에 의해 미리 정해진 온도 범위로 가열된 상태의 상기 베이스 기판과 접합이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 베이스 기판의 하부와 결합되는 모듈 기판을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 베이스 기판의 하부와 결합되는 커넥터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예는 a) 베이스 기판 상에 주변소자를 결합하는 단계; b) 상기 베이스 기판을 미리 정해진 온도 범위로 가열하는 단계; c) 가열된 상기 베이스 기판 상에 매립형 접착부가 부착된 센서부를 결합하는 단계; 및 d) 상기 센서부 및 베이스 기판을 봉지부로 덮는 단계를 포함하는 지문센서 모듈의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 a) 단계에서, 상기 주변소자는 구동IC, 수동소자 및 능동소자 중 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서, 상기 매립형 접착부는 상기 주변소자를 덮으며 상기 베이스 기판과 접합될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 a) 단계 이전에, 상기 베이스 기판 상에 상기 주변소자 및 센서부와 전기적으로 연결되는 솔더 페이스트를 각각 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 c) 단계에서, 레벨러는 상기 센서부의 상부를 가압하며 상기 센서부의 하부에 구비된 상기 매립형 접착부와 베이스 기판을 결합하되, 상기 베이스 기판과 수평하게 상기 센서부를 결합할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 있어서, 상기 b) 단계에서, 상기 베이스 기판은 히트 블록에 의해 105 ~ 115℃ 온도 범위로 가열될 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명에 따른 지문센서 모듈 및 그의 제조방법의 효과를 설명하면 다음과 같다.
본 발명에 따르면, 지문센서 모듈은 베이스 기판 상에 센서부와 주변소자를 통합화함으로써, 지문센서 모듈의 구조를 단순화할 수 있다.
다시 말해서, 종래의 지문센서 모듈은 유연 기판 상에 구동IC를 비롯한 수동소자 및 능동소자 등의 주변소자가 결합된 반면에 본 발명의 지문센서 모듈은 베이스 기판 상에 구동IC, 수동소자 및 능동소자의 주변소자가 함께 구비되도록 이루어짐에 따라 지문센서 모듈의 구조는 단순화될 수 있다.
따라서 센서부를 비롯한 주변소자가 베이스 기판 상에 집약적으로 탑재된 지문센서 모듈을 모바일 기기 등에 사용할 경우, 모바일 기기의 제조 과정이 수월함은 물론 제조되는 완성 제품(모바일 기기 등)의 소형화를 이룰 수 있다.
본 발명의 지문센서 모듈은 유연 기판에 구동IC, 수동소자 및 능동소자를 장착하는 과정이 불필요하다. 즉, 구동IC, 수동소자 및 능동소자는 센서 패키지에 함께 구비되도록 이루어짐 따라 지문센서 모듈의 제조 공정이 단축될 수 있다. 이에, 지문센서 모듈의 제조 비용을 낮출 수 있다.
또한, 지문센서 모듈의 유연 기판에는 구동IC, 수동소자 및 능동소자를 장착하기 위한 별도의 장착 공간부가 마련되지 않아도 되기에, 유연 기판의 크기를 최소화할 수 있으며, 이에 따른 유연 기판의 제조 비용을 낮출 수 있다. 그리고 이와 같은, 지문센서 모듈은 고객이 요구하는 다양한 형상의 지문센서 모듈로 제조될 수 있다.
한편, 지문센서 모듈은 베이스 기판에 구동IC, 수동소자 및 능동소자가 함께 구비됨에 따라 지문센서 모듈은 유연 기판 없이 베이스 기판의 하부에 커넥터를 결합한 상태로 커넥터와 메인 보드를 직접 결합할 수도 있다. 이와 같이, 지문센서 모듈은 다양한 디자인 형태로 구성될 수 있다.
본 발명에 따르면, 매립형 접착부는 구동IC, 수동소자 및 능동소자의 주변소자보다 두껍게 이루어진다. 따라서, 매립형 접착부의 상면에 결합되는 센서부와 베이스 기판에 결합된 주변소자 간의 설치 공간상에 문제가 없다. 이에, 센서부는 주변소자의 배치 구조와 상관없이 베이스 기판의 어느 위치에서라도 결합될 수 있다.
본 발명에 따르면, 구동IC, 수동소자 및 능동소자의 주변소자는 매립형 접착부 및 봉지부에 의해 2중으로 덮혀질 수도 있다. 따라서, 구동IC, 수동소자 및 능동소자의 주변소자는 외부 충격으로부터 안전하게 보호될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래의 센서 패키지가 구비된 전자기기를 개략적으로 나타낸 예시도이다.
도 2는 종래의 센서 패키지와 메인 보드의 결합 구조를 보여주는 개략적인 사시도이다.
도 3은 종래의 센서 패키지를 나타낸 단면 예시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문센서 모듈의 사시도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문센서 모듈의 결합 과정을 보여주는 예시도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 패키지의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문센서 모듈의 결합 과정을 보여주는 순서도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지문센서 모듈의 분해 사시도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문센서 모듈의 사시도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문센서 모듈의 결합 과정을 보여주는 예시도이며, 도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 센서 패키지의 단면도이다.
도 4 내지 도 6에서 보는 바와 같이, 지문센서 모듈(1000)은 센서부(140)와 주변소자(170)를 갖는 센서 패키지(100)를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 센서 패키지(100)는 휴대폰, 스마트폰, PDA, 태블릿 PC, 노트북 컴퓨터, 휴대용 음원재생기(MP3 플레이어) 등의 전자기기에 구비될 수 있다. 센서 패키지(100)는 생체 정보(Biometric Information)를 측정하는 기능을 갖는 생체인식 센서(Biometric Sensor) 패키지일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이와는 다른 기능을 갖는 패키지일 수도 있다. 이하에서는 편의상 지문센서 패키지로 설명한다.
이러한 센서 패키지(100)의 구성을 도 6을 통해 살펴보면, 센서 패키지(100)는 베이스 기판(110), 구동IC(120), 매립형 접착부(130), 센서부(140) 및 봉지부(150)를 포함할 수 있다.
구동IC(120)는 베이스 기판(110) 상에 마련되며, 베이스 기판(110)과 전기적으로 연결된다. 이러한 구동IC(120)는 제1 본딩 와이어(121)에 의해 베이스 기판(110)에 구비된 솔더 페이스트(111)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 구동IC(120)는 베이스 기판(110)에 표면실장기술(SMT: Surface Mounting Technology)에 의해 부착될 수도 있다. 본 발명의 일실시예에서는 제1 본딩 와이어(121)에 의해 구동IC(120)와 베이스 기판(110)이 연결된 형태로 설명하기로 한다.
예를 들어, 센서 패키지(100)가 지문센서인 경우, 구동IC(120)는 사용자의 손가락을 향하여 구동신호를 송출하도록 이루어진다. 즉, 구동IC(120)로부터 송출된 구동신호는 사용자의 손가락(대상물)을 경유한 후, 센서부(140)로 신호정보가 전달되어 센서부(140)는 사용자의 손가락 지문 정보를 파악하게 된다.
이러한 구동IC(120)가 센서 패키지(100)에 구비된 경우, 센서 패키지(100)는 베젤(미도시) 없이도 구동IC(120)로부터 송출되는 구동신호에 의해 사용자의 지문을 센싱할 수 있다. 즉, 지문센서 모듈(1000)에는 구동IC(120)가 구비됨에 따라 베젤은 선택적으로 사용될 수 있다. 다시 말해서, 구동IC(120)가 구비된 지문센서 모듈(1000)이 전자기기에 사용된 경우에는 베젤은 디자인적인 요소로 사용된다.
이러한 구동IC(120)는 베이스 기판(110) 상에 마련됨에 따라 종래와 같이, 유연 기판(192) 상에는 구동IC(120)가 구비되지 않아도 된다.
따라서, 지문센서 모듈(1000)의 제조시, 지문센서 모듈(1000)은 센서 패키지(100)와 모듈 기판(190)만을 결합하면 된다. 즉, 유연 기판(192)에 구동IC(120)를 결합하는 공정이 생략됨에 따라 지문센서 모듈(1000)의 제조 공정은 단순화될 수 있다.
이러한 구동IC(120)는 매립형 접착부(130)의 두께보다 얇도록 이루어진다. 즉, 구동IC(120)가 베이스 기판(110)과 전기적으로 연결된 상태에서 매립형 접착부(130)는 구동IC(120)를 덮을 수 있도록 이루어진다. 따라서, 구동IC(120)는 매립형 접착부(130)의 상부에 구비된 센서부(140)와의 배치로 인한 문제가 발생되지 않는다. 즉, 구동IC(120)는 센서부(140)와 상관없이 베이스 기판(110)의 어느 위치라도 배치될 수 있다.
이와 같은 구동IC(120)의 두께는 40 ~ 100㎛로 이루어질 수 있으며, 보다 바람직하게는 구동IC(120)의 두께는 대략 50㎛로 이루어짐이 바람직하다. 이러한 구동IC(120)는 반드시 40 ~ 100㎛의 두께로 한정되지 않으며, 다양한 두께로 이루어질 수 있음은 물론이다.
한편, 매립형 접착부(130)는 베이스 기판(110)과 센서부(140)를 결합하도록 이루어진다. 이러한 매립형 접착부(130)는 에폭시 수지, DAF(Die Attach Film) 등으로 이루어진 FOD(Film Over Die)일 수 있으며, 매립형 접착부(130)의 하면은 베이스 기판(110)과 접합되고, 매립형 접착부(130)의 상면은 센서부(140)와 접착되어, 센서부(140)는 베이스 기판(110)에 마련될 수 있다.
여기서 매립형 접착부(130)는 센서부(140)와 대응되는 접착면적을 가지며, 센서부(140)와 접착이 이루어진다. 따라서, 매립형 접착부(130)와 센서부(140)는 견고한 접착이 이루어질 수 있다.
매립형 접착부(130)는 베이스 기판(110)에 구비되는 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)의 주변소자(170)에 비해 두께가 두껍도록 이루어진다. 따라서, 매립형 접착부(130)가 베이스 기판(110)에 결합됨에 있어, 매립형 접착부(130)는 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)를 모두 덮을 수도 있다. 이러한 매립형 접착부(130)는 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162) 등의 주변소자(170)의 보호층을 이룰 수도 있다.
이와 같은, 매립형 접착부(130)의 두께는 센서 패키지(100)의 두께와 밀접한 관련이 있다. 즉, 매립형 접착부(130)는 베이스 기판(110)과 센서부(140)를 접합함은 물론 베이스 기판(110)과 센서부(140) 사이의 간격을 조절하는 것으로, 매립형 접착부(130)의 두께에 따라 센서 패키지(100)의 두께는 달라질 수 있다.
이러한 매립형 접착부(130)의 두께는 70 ~ 150㎛로 이루어질 수 있으며, 보다 바람직하게는 매립형 접착부(130)의 두께는 대략 110㎛로 이루어짐이 바람직하다. 여기서 매립형 접착부(130)는 반드시 70 ~ 150㎛의 두께로 한정되지 않으며, 다양한 두께로 이루어질 수 있음은 물론이다.
매립형 접착부(130)의 하면은 베이스 기판(110)이 히트 블럭(미도시)에 의해 미리 정해진 온도 범위로 가열된 상태에서 베이스 기판(110)과 접합되도록 이루어진다.
이러한 매립형 접착부(130)는 미리 정해진 온도 가열된 베이스 기판(110)에 의해 상태변화가 일어나며, 베이스 기판(110)을 비롯한 베이스 기판(110)의 상면에 구비된 다양한 주변소자(170)의 굴곡에 대응하며 접합이 이루어진다. 이때, 히트 블록에 의해 가열되는 베이스 기판(110)의 온도 범위는 105 ~ 115℃로 이루어질 수 있다.
예로, 매립형 접착부(130)가 접합되는 위치에 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)의 부품이 배치되지 않는 경우에는 매립형 접착부(130)는 베이스 기판(110)과만 접합이 이루어지게 되고, 매립형 접착부(130)가 접합되는 위치에 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)의 부품이 배치되는 경우에는 베이스 기판(110)을 비롯한 가열된 상태의 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)의 부품과도 접합이 이루어질 수 있다.
이와 같이, 베이스 기판(110) 상에 결합된 주변소자(170)와 센서부(140)의 결합위치에 따라 매립형 접착부(130)는 주변소자(170)를 선택적으로 덮을 수 있다. 즉, 센서부(140)가 결합된 상태에서의 센서 패키지(100)를 평면에서 바라보았을 때, 센서부(140)는 베이스 기판(110)에 결합된 주변소자(170)의 일부를 가릴 수도 있고, 주변소자(170)를 전체적으로 가릴 수도 있으며, 주변소자(170)를 가리지 않을 수도 있다.
본 발명의 제1 실시예에서는 매립형 접착부(130)가 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)의 주변소자(170)를 모두 덮은 형태로 설명하기로 한다.
이와 같이, 매립형 접착부(130)가 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)의 주변소자(170)를 전체적으로 덮도록 이루어질 경우에는 베이스 기판(110) 상에는 센서부(140) 및 주변소자(170) 등이 집약적으로 탑재될 수 있어, 지문센서 모듈(1000)의 소형화를 이룰 수 있다. 이는 최종적으로 제조되는 제품의 소형화를 이룸은 물론 최종적으로 제조되는 제품의 제조 공정을 단순화시킬 수 있다.
한편, 센서부(140)는 베이스 기판(110) 상에 마련될 수 있으며, 센서부(140)의 상부에는 센싱부(141)가 구비될 수 있다.
센싱부(141)는 생체 정보, 예를 들면, 지문정보를 감지할 수 있다.
센싱부(141)는 센싱 픽셀을 가질 수 있으며, 센싱 픽셀은 다양한 형태로 이루어질 수 있는데, 예를 들면, 센싱 픽셀은 어레이(Array) 형태로 배치되는 센싱 영역을 가질 수 있다.
또한, 센서부(140)는 정전용량 방식의 지문센서일 수 있으며, 센싱부(141)는 사용자 손가락과 정전용량을 형성할 수 있다. 이 경우, 센싱부(141)의 각각의 픽셀은 사용자 손가락과의 관계에서 정전용량을 형성할 수 있다. 센싱부(141)는 정전용량의 크기를 측정함으로써, 해당 픽셀 상부에서의 사용자 손가락의 지문에 따른 정전용량의 차이를 찾을 수 있다.
이를 통해, 센서부(140)는 사용자의 손가락의 접근 여부나 그 움직임에 따른 정전용량의 변화를 감지할 수 있으며, 접촉되거나 또는 근접하게 이격된 사용자 손가락의 지문을 감지할 수 있다.
또한, 센서부(140)는 지문을 감지하는 지문 감지 기능과 포인터 조작 기능을 가지는 바이오매트릭 트랙패드(BTP)일 수 있다. 더하여, 센서부(140)는 사용자의 손가락의 접근 여부나 그 움직임에 따른 입력정보나 정전용량을 감지하고, 그 움직임을 기초로 커서와 같은 포인터를 움직이는 포인터 조작 기능을 가질 수 있다.
전술한 센싱부(141)의 구성은 예시적인 것으로, 센싱부(141)는 전술한 센싱 픽셀을 가지는 형태로 한정됨이 없이 다른 형태로 이루어질 수도 있다.
이러한 센서부(140)는 베이스 기판(110)과 전기적으로 연결될 수 있다. 이와 같은, 센서부(140) 및 베이스 기판(110)의 전기적 연결은 다양한 방법으로 이루어질 수 있는데, 이하에서는 센서부(140)와 베이스 기판(110)은 제2 본딩 와이어(142)에 의해 전기적으로 연결되는 것으로 설명한다.
센서부(140) 및 베이스 기판(110)은 제2 본딩 와이어(142)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 여기서, 제2 본딩 와이어(142)는 센서부(140)의 전극과 베이스 기판(110)에 구비된 솔더 페이스트(111)를 전기적으로 연결하게 된다. 이러한 제2 본딩 와이어(142)는 봉지부(150)에 의해 덮일 수 있다.
한편, 센서 패키지(100)에는 수동소자(161)와 능동소자(162)가 더 포함될 수 있다. 즉, 베이스 기판(110)에는 수동소자(161)와 능동소자(162)와 전기적으로 연결될 수 있는 솔더 페이스트(111)가 구비되어 수동소자(161)와 능동소자(162)는 베이스 기판(110)에 표면실장기술에 의해 부착될 수 있다.
여기서 수동소자(161)는 전하를 충전하거나 방전하며 전압을 일정하게 유지해주는 커패시터가 될 수 있다. 이때, 수동소자(161)는 커패시터로 한정되지 않으며, 전기회로에서 전기적 에너지를 전달 또는 흡수할 뿐 전기 에너지의 능동적 기능을 가지지 않는 다양한 소자가 될 수도 있음은 물론이다.
그리고 능동소자(162)는 정전기 방전(ESD) 보호소자로 사용될 수 있는 과전압 억제소자(TVS)가 될 수 있다. 이러한 과전압 억제소자는 사용자의 지문을 인식하기 위해 사용자의 손가락이 접촉되는 과정 또는 다양한 소재(옷감)들과의 접촉 과정에서 순간적으로 발생되는 정전기(static electricity)에 의해 센서부(140)가 손상되는 것을 방지하도록 이루어진다. 이와 같은, 능동소자(162)는 과전압 억제소자로 한정되지 않으며, 전기회로에서 전기적 에너지를 발생시킬 수 있는 다양한 소자가 될 수도 있음은 물론이다.
이와 같은, 수동소자(161) 및 능동소자(162)는 매립형 접착부(130)의 두께보다 얇도록 이루어져 매립형 접착부(130)에 의해 덮힐 수 있다. 따라서, 베이스 기판(110) 상에 수동소자(161) 및 능동소자(162)를 결합함에 있어, 매립형 접착부(130)의 상부에 구비된 센서부(140)와의 배치로 인한 문제가 발생되지 않는다. 즉, 수동소자(161) 및 능동소자(162)는 센서부(140)와 상관없이 베이스 기판(110) 상의 어느 위치라도 배치될 수 있다.
한편, 봉지부(150)는 베이스 기판(110) 상에 마련되며 센서부(140)를 덮도록 이루어진다. 즉, 봉지부(150)는 베이스 기판(110) 및 센서부(140)를 덮음으로써, 각종 전기적 부품들을 보호하게 된다. 다시 말해서, 봉지부(150)는 센서부(140)를 비롯한 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)를 모두 덮음으로써, 센서 패키지(100)를 구성하는 다양한 전기적 부품들을 보호하게 된다.
이러한 봉지부(150)는 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound)로 이루어질 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 센서 패키지(100)에는 커버부(180)가 더 포함될 수도 있다.
여기서 커버부(180)는 센서 패키지(100)에 컬러를 구현하거나 센서 패키지(100)의 강도를 보강하는 등의 다양한 기능을 하게 된다. 이러한 커버부(180)는 봉지부(150)의 상부에 마련될 수 있다.
커버부(180)는 내구성과 외관이 우수한 소재로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 커버부(180)는 글라스, 사파이어, 지르코늄 및 투명 수지 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 커버부(180)가 글라스로 이루어지는 경우, 소다라임 글라스기판, 무알칼리 글라스기판, 강화글라스기판 등 각종 글라스기판이 포함될 수 있다. 그리고 투명 수지로는 아크릴 등이 포함될 수도 있다.
예로, 이러한 커버부(180)는 프라이머층(181), 컬러도료층(182) 및 보호막층(183)을 포함할 수 있으며, 커버부(180)는 프라이머층(181), 컬러도료층(182) 그리고 보호막층(183)의 순서로 형성될 수 있다.
프라이머층(181)은 컬러도료층(182)을 연결하게 되며, 컬러도료층(182)은 컬러 구현 기능을 수행할 수 있다.
보호막층(183)은 유브이(UV) 보호막 또는 세라믹을 포함하는 세라믹 코팅층일 수 있다. 이러한 커버부(180)는 프라이머층(181), 컬러도료층(182) 및 보호막층(183)의 구성으로만 한정되지 않고, 다양한 구성으로 이루어질 수도 있음은 물론이다.
한편, 지문센서 모듈(1000)은 모듈 기판(190)과 커넥터(195)를 더 포함할 수 있다.
모듈 기판(190)은 메인 기판(191)과 유연 기판(192)을 포함할 수 있다. 여기서 메인 기판(191)은 베이스 기판(110)의 하면과 결합되고, 메인 기판(191)과 연결된 유연 기판(192)은 메인 보드(1)와 결합되도록 이루어진다.
커넥터(195)는 유연 기판(192)의 단부 하면에는 구비되어, 메인 보드(1)에 구비된 접속부(2)와 결합되도록 이루어진다. 이러한 커넥터(195)와 접속부(2)는 암, 수 형태의 한 쌍을 이루는 구성으로, 커넥터(195)와 접속부(2)의 결합을 통해 센서 패키지(100)와 메인 보드(1)는 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같은, 지문센서 모듈(1000)은 센서 패키지(100)에 센서부(140) 이외에 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)의 주변소자(170)가 함께 구비됨에 따라 지문센서 모듈(1000)은 심플한 구조를 가질 수 있다.
이러한 지문센서 모듈(1000)은 종래의 지문센서 모듈과 달리 유연 기판(192) 상에 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)를 장착하는 과정이 불필요하여 구조가 심플하며, 지문센서 모듈(1000)의 제조 과정이 단순화될 수 있다. 또한, 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)는 외부로 노출되지 않기에 안전하게 보호될 수 있다.
그리고 지문센서 모듈(1000)은 유연 기판(192) 상에 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162)를 장착하기 위한 별도의 장착 공간부를 확보하지 않아도 되기에 유연 기판(192)의 크기를 최소화할 수 있다. 이에 지문센서 모듈(1000)의 제조 비용을 줄일 수 있다.
더불어, 이와 같은 지문센서 모듈(1000)에 구비되는 유연 기판(192)은 다양한 형상으로 제조 가능하여, 고객이 요구하는 형상에 따른 다양한 지문센서 모듈(1000)을 제조할 수 있다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 지문센서 모듈의 결합 과정을 보여주는 순서도이다.
도 7을 참고하며, 지문센서 모듈(1000)의 제조방법의 살펴보면, 먼저 베이스 기판(110) 상에 구비되는 센서부(140)와 주변소자(170)를 전기적 연결을 위해 베이스 기판(110)에는 각각의 솔더 페이스트(111)를 형성하게 된다. (S100)
다음으로, 복수개의 주변소자(170)들을 베이스 기판(110)에 결합하게 된다. (S200)
즉, 수동소자(161)와 능동소자(162)를 베이스 기판(110)과 전기적으로 연결하게 된다. 이때, 수동소자(161)와 능동소자(162)는 베이스 기판(110)에 형성된 해당 솔더 페이스트(111)와 표면실장기술에 의해 부착될 수 있다.
여기서 수동소자(161)는 전하를 충전하거나 방전하는 역할을 하며 전압을 일정하게 유지해주는 커패시터가 될 수 있고, 능동소자(162)는 정전기 방전 보호소자로 사용될 수 있는 과전압 억제소자가 될 수 있다. 이러한 수동소자(161)와 능동소자(162)는 커패시터와 과전압 억제소자 이외의 다양한 소자가 될 수도 있음은 물론이다.
그리고 베이스 기판(110) 상에 구동IC(120)를 결합하게 된다.
이러한 구동IC(120)는 복수개의 구동IC(120)가 칩으로 이루어진 웨이퍼(미도시)에 구비된 구동IC(120) 중 하나가 될 수 있다. 이와 같은 복수개의 구동IC(120)가 구비된 웨이퍼의 하면은 그라인딩 과정을 거쳐 미리 정해진 두께 범위로 제조하게 된다. 이때, 복수개의 구동IC(120)가 구비된 웨이퍼의 두께는 40 ~ 100㎛로 이루어질 수 있으며, 보다 바람직한 두께는 대략 50㎛로 이루어짐이 바람직하다.
다음으로, 그라인딩 과정을 거친 구동IC(120)가 구비된 웨이퍼의 하면에는 베이스 기판(110)과의 접착을 위한 접착 필름(DAF)을 부착하게 된다.
이후, 웨이퍼에 구비된 복수개의 구동IC(120)는 절단 작업을 통해 각각 구동IC(120)로 분리하게 된다. 그리고 분리된 각각의 구동IC(120)들은 검사 과정을 거쳐 베이스 기판(110)과 접착될 수 있다.
다음으로, 베이스 기판(110)에 결합된 접착 필름의 경화 과정이 이루어진 후, 세정 작업을 진행하게 된다. 이때, 세정 작업은 플라즈마 클리닝(plasma cleaning) 작업으로 이루어질 수 있다. 그리고 베이스 기판(110)에 접착된 구동IC(120)는 제1 본딩 와이어(121) 결합을 통해 베이스 기판(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로, 베이스 기판(110) 상에 센서부(140)를 결합하게 된다. (S300, S400)
이러한 센서부(140)는 구동IC(120)와 같이, 복수개의 센서부(140)가 칩으로 이루어진 웨어퍼에 구비된 센서부(140) 중 하나가 될 수 있다. 이와 같은 복수개의 센서부(140)가 구비된 웨이퍼의 하면은 그라인딩 과정을 거쳐 미리 정해진 두께 범위로 제조하게 된다.
다음으로, 그라인딩 과정을 거친 센서부(140)가 구비된 웨이퍼의 하면에는 베이스 기판(110)과의 접착을 위한 매립형 접착부(130)가 부착된다. 이때, 매립형 접착부(130)의 상면과 센서부(140)가 구비된 웨어퍼의 하면은 70 ~ 80℃의 온도 분위기에서 접착이 이루어진다.
이후, 웨이퍼에 구비된 복수개의 센서부(140)는 절단 작업을 통해 각각 센서부(140)로 분리하게 된다. 그리고 분리된 각각의 센서부(140)들은 검사 과정을 거쳐 베이스 기판(110)과 접착될 수 있다.
이때, 매립형 접착부(130)는 베이스 기판(110)이 미리 정해진 온도 범위로 가열된 상태에서 베이스 기판(110)과 접합이 이루어진다. 여기서 히트 블럭에 의해 가열되는 베이스 기판(110)의 온도 범위는 105 ~ 115℃로 이루어짐이 바람직하다.
이와 같이, 매립형 접착부(130)는 미리 정해진 온도 가열된 베이스 기판(110)에 의해 상태변화가 일어나며, 베이스 기판(110)을 비롯한 베이스 기판(110)의 상면에 구비된 다양한 주변소자(170)들과 접합이 이루어진다.
한편, 레벨러(미도시)는 센서부(140)의 상부를 가압하며 매립형 접착부(130)와 가열된 베이스 기판(110)을 결합하게 된다. 이러한 레벨러는 매립형 접착부(130)를 베이스 기판(110)에 접합함에 있어, 베이스 기판(110)의 상면을 기준으로 센서부(140)가 수평하게 유지되도록 매립형 접착부(130)를 베이스 기판(110)에 접합하게 된다.
다음으로, 베이스 기판(110)에 결합된 매립형 접착부(130)의 경화 과정이 이루어진 후, 세정 작업을 진행하게 된다. 이때, 세정 작업은 플라즈마 클리닝 작업으로 이루어질 수 있다. 그리고 베이스 기판(110) 상에 접착된 센서부(140)는 제2 본딩 와이어(142) 결합을 통해 베이스 기판(110)과 전기적으로 연결될 수 있다.
다음으로, 베이스 기판(110) 상에 센서부(140), 구동IC(120), 수동소자(161) 및 능동소자(162) 등이 결합된 상태에서 전기적 성능시험 및 세정 작업이 이루어진 후, 봉지부(150)는 센서부(140) 및 베이스 기판(110)을 덮게 된다. (S500)
다음으로, 봉지부(150)의 경화 작업이 이루어진 후, 최종 육안 검사(FVI : Final Visual Inspection)를 통해 센서 패키지(100)의 표면처리 마킹 등의 외관 검사를 진행하게 된다.
이와 같이, 제조된 센서 패키지(100)는 모듈 기판(190)과 결합되어 메인 보드(1)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 지문센서 모듈의 분해 사시도로, 도 4 내지 도 7에 도시된 도면부호와 동일한 도면부호에 의해 지칭되는 구성들은 동일한 기능을 가지는 것으로서, 그들 각각에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 8의 지문센서 모듈(1100)은 제1 실시예에 따른 지문센서 모듈(1000)과 달리 모듈 기판(190)의 구성 없이도 메인 보드(1)와 결합 가능하도록 이루어진 구조이다.
이러한 지문센서 모듈(1100)은 베이스 기판(110)의 하부에 커넥터(195)가 결합될 수 있다. 이때, 커넥터(195)는 베이스 기판(110)의 하부에 표면실장기술에 의해 부착될 수도 ACF(Anisotropic Conductive Film bonding) 본딩을 통해 결합될 수도 있다. 이와 같이, 커넥터(195)는 다양한 방식에 의해 베이스 기판(110)과 전기적 연결이 연결될 수 있다.
이러한 커넥터(195)는 메인 보드(1)에 구비된 접속부(2)와 결합되어 센서 패키지(100)와 메인 보드(1)는 전기적인 연결이 이루어질 수 있다.
이와 같은, 지문센서 모듈(1100)은 모듈 기판(190)의 구성 없이도 메인 보드(1)와 결합 가능하도록 이루어짐에 따라 지문센서 모듈(1100)의 구조를 단순함은 물론 제조 비용을 낮출 수도 있다.
다만, 이는 본 발명의 바람직한 일실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 권리 범위가 이러한 실시예의 기재 범위에 의하여 제한되는 것은 아니다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 센서 패키지 110: 베이스 기판
111: 솔더 페이스트 120: 구동IC
130: 매립형 접착부 140: 센서부
150: 봉지부 161: 수동소자
162: 능동소자 170: 주변소자
180: 커버부 190: 모듈 기판
195: 커넥터 1000, 1100: 지문센서 모듈

Claims (17)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 마련되며, 상기 베이스 기판과 전기적으로 연결되는 주변소자;
    상기 주변소자를 선택적으로 덮으며 상기 베이스 기판 상에 결합되는 매립형 접착부;
    상기 매립형 접착부의 상면에 결합되며, 상기 베이스 기판과 전기적으로 연결되는 센서부; 및
    상기 베이스 기판 상에 마련되며 상기 센서부를 덮는 봉지부를 포함하는 지문센서 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 주변소자는 구동IC, 수동소자 및 능동소자 중 하나 이상인 것인 지문센서 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 매립형 접착부는 상기 주변소자의 두께보다 더 두꺼운 것인 지문센서 모듈.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 주변소자가 상기 수동소자인 경우, 상기 수동소자는 커패시터(capacitor)이고, 상기 주변소자가 상기 능동소자인 경우, 상기 능동소자는 과전압 억제소자(TVS : Transient Voltage Suppressor)인 것인 지문센서 모듈.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 매립형 접착부의 두께는 70 ~ 150㎛로 이루어지고, 상기 구동IC의 두께는 40 ~ 100㎛로 이루어진 것인 지문센서 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 매립형 접착부는 상기 주변소자를 일부 또는 전체적으로 덮도록 이루어진 것인 지문센서 모듈.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 매립형 접착부와 센서부의 접착면적은 대응되는 크기를 갖는 것인 지문센서 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판에는 상기 주변소자 및 센서부와 전기적으로 연결되는 솔더 페이스트가 각각 구비되는 것인 지문센서 모듈.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 매립형 접착부는 히트 블럭에 의해 미리 정해진 온도 범위로 가열된 상태의 상기 베이스 기판과 접합이 이루어지는 것인 지문센서 모듈.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 하부와 결합되는 모듈 기판을 더 포함하는 것인 지문센서 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 하부와 결합되는 커넥터를 더 포함하는 것인 지문센서 모듈.
  12. a) 베이스 기판 상에 주변소자를 결합하는 단계;
    b) 상기 베이스 기판을 미리 정해진 온도 범위로 가열하는 단계;
    c) 가열된 상기 베이스 기판 상에 매립형 접착부가 부착된 센서부를 결합하는 단계; 및
    d) 상기 센서부 및 베이스 기판을 봉지부로 덮는 단계를 포함하는 지문센서 모듈의 제조방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 a) 단계에서, 상기 주변소자는 구동IC, 수동소자 및 능동소자 중 하나 이상인 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 상기 매립형 접착부는 상기 주변소자를 덮으며 상기 베이스 기판과 접합되는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 a) 단계 이전에, 상기 베이스 기판 상에 상기 주변소자 및 센서부와 전기적으로 연결되는 솔더 페이스트를 각각 형성하는 단계를 더 포함하는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
  16. 제12항에 있어서,
    상기 c) 단계에서, 레벨러는 상기 센서부의 상부를 가압하며 상기 센서부의 하부에 구비된 상기 매립형 접착부와 베이스 기판을 결합하되, 상기 베이스 기판과 수평하게 상기 센서부를 결합하는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 b) 단계에서, 상기 베이스 기판은 히트 블록에 의해 105 ~ 115℃ 온도 범위로 가열되는 것인 지문센서 모듈의 제조방법.
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CN113425269A (zh) * 2021-07-16 2021-09-24 维沃移动通信有限公司 生物特征信息的测量方法、装置和电子设备

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