KR20170126330A - 연성회로기판을 포함하는 지문인식센서 패키지 - Google Patents

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KR20170126330A
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Abstract

본 발명의 기술적 사상에 의한 지문인식센서 패키지는 중심부 및 중심부 주변의 주변부를 구비하는 연성회로기판, 연성회로기판의 중심부에 탑재되는 지문인식센서, 연성회로기판의 주변부에 탑재되는 수동 소자, 메모리 소자 및 컨트롤러, 지문인식센서 및 연성회로기판을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어, 지문인식센서, 수동 소자, 메모리 소자, 컨트롤러 및 본딩 와이어를 덮는 몰딩 부재 및 몰딩 부재의 상면에 형성되는 보호층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

연성회로기판을 포함하는 지문인식센서 패키지{Fingerprint recognition sensor package comprising flexible printed circuit board}
본 발명의 기술적 사상은 연성회로기판을 포함하는 지문인식센서 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 연성회로기판 상에 지문인식센서를 직접적으로 탑재하는 패키지 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
지문인식센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서로서, 최근에는 스마트폰이나 태블릿 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기에서 보안성을 강화하기 위한 수단으로 널리 사용되고 있다. 즉, 지문인식센서를 통해 사용자 등록이나 보안 인증 절차를 거치도록 함으로써, 휴대용 전자기기에 저장된 데이터를 보호하고, 보안 사고를 미연에 방지할 수 있다. 일반적으로 스마트폰의 전면 하단에는 홈 키가 마련되어 있다. 홈 키는 스마트폰의 다양한 기능을 원터치 방식으로 구현하여, 사용 편의성을 향상시킨다. 한편, 태블릿 컴퓨터는 전술한 스마트폰과 유사하게 본체의 전면 하단에 홈 키가 마련되어 있다. 이와 같이, 스마트폰 및 태블릿 컴퓨터에서 홈 키는 휴대용 전자기기를 통해 설정된 동작을 구현하도록 해주는데, 일 예로 휴대용 전자기기의 사용 중 홈 키를 누르거나 터치하면 초기 화면으로 복귀하는 것과 같은 편의적인 기능을 제공한다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 연성회로기판을 포함하는 지문인식센서 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 연성회로기판을 포함하는 지문인식센서 패키지의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 사상이 해결하고자 하는 과제는, 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 지문인식센서 패키지는, 중심부 및 상기 중심부 주변의 주변부를 구비하는 연성회로기판; 상기 연성회로기판의 중심부에 탑재되는 지문인식센서; 상기 연성회로기판의 주변부에 탑재되는 수동 소자, 메모리 소자 및 컨트롤러; 상기 지문인식센서 및 상기 연성회로기판을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 상기 지문인식센서, 상기 수동 소자, 상기 메모리 소자, 상기 컨트롤러 및 상기 본딩 와이어를 덮는 몰딩 부재; 및 상기 몰딩 부재의 상면에 형성되는 보호층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 연성회로기판은 접속 패드를 포함하고, 상기 지문인식센서는 상면에 본딩 패드를 구비하는 웨이퍼 레벨 칩으로 구성되며, 상기 웨이퍼 레벨 칩의 하면은 직접적으로 상기 연성회로기판과 접착 부재로 고정되며, 상기 웨이퍼 레벨 칩의 본딩 패드는 상기 본딩 와이어를 통하여 상기 연성회로기판의 접속 패드와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 연성회로기판은 상기 중심부 및 상기 주변부가 위치하는 메인 프레임; 및 상기 메인 프레임에 연결되는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 한다.
예시적인 실시예들에서, 상기 몰딩 부재는 소정의 연성을 가지는 물질로 구성되고, 상기 보호층은 컬러도료층 및 보호필름층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일 실시예에 따른 지문인식센서 패키지는, 중심부 및 상기 중심부 주변의 주변부가 위치하는 메인 프레임 및 커넥터를 포함하고, 상기 메인 프레임에 접속 패드가 위치하는 연성회로기판; 상기 연성회로기판의 중심부에 탑재되고, 본딩 패드를 구비하는 지문인식센서; 상기 연성회로기판의 주변부에 탑재되는 수동 소자, 메모리 소자 및 컨트롤러; 상기 지문인식센서의 본딩 패드 및 상기 연성회로기판의 접속 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 상기 본딩 패드 및 상기 지문인식센서 상면의 가장자리 사이에 제1 폭 및 제1 높이로 형성되어 상기 본딩 와이어의 처짐을 방지하는 와이어 처짐 방지 부재; 상기 지문인식센서, 상기 수동 소자, 상기 메모리 소자, 상기 컨트롤러 및 상기 본딩 와이어를 덮는 몰딩 부재; 및 상기 몰딩 부재의 상면에 형성되는 보호층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 기술적 사상에 따르면, 지문인식센서를 탑재하는 하부 기판으로 연성회로기판을 사용함으로써, 패키지 자체가 연성을 가지고, 패키지의 전체 두께가 줄어들고, 패키지 내부의 전기적 유실이 최소화되는 지문인식센서 패키지를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 2는 비교예에 따른 지문인식센서 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 지문인식센서 패키지를 나타내는 단면도이다.
도 4b는 도 4a의 X-X'선에 대응하는 일부 구성의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지의 제조 방법을 나타내는 순서 흐름도이다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지가 적용된 휴대용 전자기기를 나타내는 사시도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
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 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
달리 정의되지 않는 한, 여기에 사용되는 모든 용어들은 기술 용어와 과학 용어를 포함하여 본 발명 개념이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 공통적으로 이해하고 있는 바와 동일한 의미를 지닌다. 또한, 통상적으로 사용되는, 사전에 정의된 바와 같은 용어들은 관련되는 기술의 맥락에서 이들이 의미하는 바와 일관되는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 여기에 명시적으로 정의하지 않는 한 과도하게 형식적인 의미로 해석되어서는 아니 될 것임은 이해될 것이다.
본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 수직 방향 또는 수평 방향이란 반도체 패키지의 기판의 주면에 대한 수직 방향과 수평 방향을 의미한다. 또한, 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한, 패키지의 기판 상에 적층된 구성 요소의 상면이라는 것은 패키지의 기판에 대한 반대 면을 의미하고, 하면이라는 것은 패키지의 기판을 향하는 면을 의미한다.
여기에서 사용된 '및/또는' 용어는 언급된 부재들의 각각 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.
이하에서는 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지를 나타내는 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지(10)는 연성회로기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)(100), 지문인식센서(210), 수동 소자(310), 메모리 소자(330), 컨트롤러(350), 본딩 와이어(410), 몰딩 부재(510) 및 보호층(520)을 포함한다. 각각의 구성을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
연성회로기판(100)은 메인 프레임(110), 연결부(120) 및 커넥터(130)를 포함한다. 연성회로기판(100)은 절연성과 내열성이 뛰어난 폴리이미드 필름과 커버레이(Coverlay) 사이에 연성동박적층판(Flexible Copper Clad Laminate, FCCL)을 패터닝하여 각종 모듈 간의 연결 부위에서 유연성을 발휘하는 기판이다. 이러한 연성회로기판(100)을 기능 및 위치별로 나누어 메인 프레임(110), 연결부(120) 및 커넥터(130)라 지칭하기로 한다. 상기 메인 프레임(110)은 지문인식센서(210), 수동 소자(310), 메모리 소자(330) 및 컨트롤러(350) 등이 배치되는 연성회로기판(100)의 핵심부에 해당된다. 상기 메인 프레임(110)은 지문인식센서(210)가 탑재되는 중심부, 상기 중심부의 주변에 위치하며 각종 소자(310, 330, 350)가 탑재되는 주변부 및 접속 패드(150)를 포함한다. 상기 메인 프레임(110)의 길이 방향을 따라 일측으로 일정한 간격을 두고 커넥터(130)가 형성된다. 다만, 도시된 커넥터(130)의 형상 및 구조는 하나의 예시적인 형태로서 이러한 형태에 제한되는 것은 아니고, 다양한 형상 및 구조로 변경될 수 있다. 상기 커넥터(130)는 다른 기기, 예를 들어, 마더 보드와 전기적으로 상호 연결될 수 있는 종단 패드(160)를 포함한다. 상기 연결부(120)는 상기 메인 프레임(110) 및 상기 커넥터(130) 사이에서 길이가 연장된 형태로 연결되는 부분이다.
지문인식센서(210)는 지문인식 반도체 칩일 수 있다. 상기 지문인식센서(210)는 웨이퍼 레벨 칩의 형태일 수 있다. 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서(210)는 하부에 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)을 포함하지 않고, 웨이퍼 레벨 칩 상태에서 직접적으로 상기 연성회로기판(100)의 메인 프레임(110) 상에 탑재될 수 있다. 상기 지문인식센서(210)는 일정한 평면적을 갖고, 상기 지문인식센서(210)의 상면 가장자리 부근에는 복수 개의 본딩 패드(220)가 배치될 수 있다. 상기 본딩 패드(220)는 지문인식센서(210)의 상면 양쪽 가장자리 부근에 각각 일렬로 배치될 수 있다.
수동 소자(310)는 캐패시터(capacitor), 인덕턴스(inductance) 및/또는 저항(resister)으로 구성될 수 있다. 지문인식센서 패키지(10) 내로 원활한 신호 전달을 위하여, 수동 소자(310)를 필요로 할 수 있다. 상기 저항은 신호파에 대한 노이즈를 감소시키는 역할을 하며, 상기 캐패시터는 디커플링(decoupling) 캐패시터로서 작용할 수 있다.
메모리 소자(330)는 예를 들어, 디램(DRAM), 에스램(SRAM), 플래시(flash) 메모리, 이이피롬(EEPROM), 피램(PRAM), 엠램(MRAM), 알램(RRAM)과 같은 기억 소자 또는 이와 유사한 소자일 수 있다. 상기 메모리 소자(330)는 지문 등록 정보 등의 각종 정보를 저장하는 역할을 수행할 수 있다.
컨트롤러(350)는 예를 들어, 광전자 소자, 통신 소자, 마이크로프로세서(microprocessor), 디지털 신호 처리기(digital signal processor), 마이크로컨트롤러(microcontroller), 시스템-온-칩(system-on-chip)과 같은 로직 소자 또는 이와 유사한 소자일 수 있다.
상기 수동 소자(310), 상기 메모리 소자(330) 및 상기 컨트롤러(350) 각각은 복수로 탑재될 수 있으며, 경우에 따라 이 중 일부 또는 전체가 탑재되지 않을 수도 있다. 즉, 상기 수동 소자(310), 상기 메모리 소자(330) 및 상기 컨트롤러(350)의 개수는 제한되지 않는다.
본딩 와이어(410)는 일반적으로 금(Au) 와이어를 사용하지만 통전성이 우수하고 비용이 저렴한 구리(Cu) 와이어 또는 은(Ag) 와이어를 사용하기도 한다. 상기 본딩 와이어(410)는 상기 지문인식센서(210)의 본딩 패드(220) 및 상기 본딩 패드(220)에 대응하는 상기 연성회로기판(100)의 접속 패드(150)를 전기적으로 연결한다. 상기 본딩 와이어(410)는 상기 본딩 패드(220)에 볼 형태를 형성하여 연결될 수 있다. 도면에서 본딩 와이어(410)는 지문인식센서(210) 및 연성회로기판(100)을 전기적으로 연결하는 것으로만 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 상기 메모리 소자(330) 및/또는 상기 컨트롤러(350)를 상기 연성회로기판(100)과 전기적으로 연결할 수 있다.
몰딩 부재(510)는 상기 연성회로기판(100)의 메인 프레임(110), 상기 지문인식센서(210), 상기 수동 소자(310), 상기 메모리 소자(330), 상기 컨트롤러(350) 및 상기 본딩 와이어(410)를 덮어 외부의 충격이나 자극으로부터 앞서 나열된 구성 요소들을 보호할 수 있다. 외부의 충격이나 자극으로부터 구성 요소를 보호하기 위해서는 상기 몰딩 부재(510)를 가능한 범위에서 두껍게 형성하는 것이 효과적일 수 있으나, 지문인식센서 패키지(10)의 소형화 및 경량화를 위하여 상기 몰딩 부재(510)를 일정 범위 이상으로 두껍게 형성하지 않는다. 또한, 상기 지문인식센서(210)의 지문 인식률을 높이기 위하여, 상기 몰딩 부재(510)의 두께를 가능한 범위에서 작게 형성할 수 있다. 상기 몰딩 부재(510)는 열경화성 수지가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 에폭시(epoxy) 수지 계열의 에폭시 몰딩 컴파운드(Epoxy Molding Compound, EMC)가 사용될 수 있다. 또는 상기 몰딩 부재(510)는 실리콘(silicone)과 같이 실리콘 계열의 연성을 가진 물질이 사용될 수 있다. 또는 상기 몰딩 부재(510)는 액상의 폴리머가 사용될 수 있다. 다만, 상기 몰딩 부재(510)가 이에 한정되는 것은 아니다.
보호층(520)은 지문인식센서 패키지(10)에 색상을 구현하거나 지문인식센서(210)의 상면 강도를 보강하는 등의 다양한 기능을 하게 된다. 상기 보호층(520)은 프라이머층, 컬러도료층 및 보호필름층을 포함하여 구성될 수 있으며, 상기 몰딩 부재(510)의 상면에 프라이머층, 컬러도료층 및 보호필름층의 순서로 형성될 수 있다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지(10)는 인쇄회로기판을 포함하지 않기 때문에 다음과 같은 장점을 가질 수 있다.
첫째, 인쇄회로기판을 포함하지 않으므로, 전체적인 지문인식센서 패키지(10)의 두께를 감소시킬 수 있다. 둘째, 인쇄회로기판을 통하지 않고, 지문인식센서(210)에서 연성회로기판(100)으로 전기적 신호가 직접적으로 전달되기 때문에, 전기적 신호의 전달이 빠르고, 전기적 신호의 유실이 적다. 셋째, 인쇄회로기판의 강성은 연성회로기판의 강성에 비하여 높기 때문에, 인쇄회로기판을 포함하지 않는 지문인식센서 패키지(10)는 더 높은 연성을 가질 수 있다. 상기 장점들의 자세한 내용은 후술하기로 한다.
도 2는 비교예에 따른 지문인식센서 패키지를 나타내는 단면도이고, 도 3은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지를 나타내는 단면도이다. 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대하여는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 2를 참조하면, 비교예에 따른 지문인식센서 패키지(10R)는 연성회로기판(100R), 인쇄회로기판(610R), 지문인식센서(210R), 본딩 와이어(410R) 및 몰딩 부재(510R)를 포함한다. 각각의 구성을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
인쇄회로기판(610R)은, 예를 들어, 플레이트 형상을 갖는 인쇄회로기판일 수 있다. 상기 인쇄회로기판(610R)의 상면 가장자리 부근에는 복수 개의 상부 접속 단자(620R)가 배치된다. 상기 상부 접속 단자(620R)는 인쇄회로기판(610R)의 상면 양쪽 가장자리 부근에 각각 일렬로 배치될 수 있다.
연성회로기판(100R)은 각종 모듈 간의 연결 부위에서 유연성을 발휘하는 기판이다.
지문인식센서(210R)는 상기 인쇄회로기판(610R)의 상면 중앙 부분의 지문인식센서 탑재 영역에 배치되며, 상기 지문인식센서(210R)의 바닥면 및 상기 인쇄회로기판(610R)의 상면 사이에는 접착 부재(230R)가 형성되어 상기 지문인식센서(210R)를 상기 인쇄회로기판(610R) 상에 고정한다. 상기 지문인식센서(210R)의 상면 가장자리 부근에는 복수 개의 본딩 패드(220R)가 배치된다. 상기 본딩 패드(220R)는 지문인식센서(210R)의 상면 양쪽 가장자리 부근에 각각 일렬로 배치될 수 있다.
본딩 와이어(410R)는 상기 지문인식센서(210R)의 본딩 패드(220R) 및 상기 본딩 패드(220R)에 대응하는 상기 인쇄회로기판(610R)의 상부 접속 단자(620R)를 전기적으로 연결한다.
몰딩 부재(510R) 및 보호층(520R)은 외부의 충격이나 자극으로부터 지문인식센서(210R)를 보호하는 역할을 수행한다.
솔더 페이스트(630R)는 상기 인쇄회로기판(610R)의 하부 접속 단자(미도시) 및 상기 연성회로기판(100R) 상의 접속 패드(150R)를 전기적으로 연결한다.
언더 필(640R)은 상기 인쇄회로기판(610R)과 상기 연성회로기판(100R) 사이에 형성되는 틈을 채워 접속을 보강하는 역할을 한다.
이와 같이, 비교예에 따른 지문인식센서 패키지(10R)는 지문인식센서(210R)만을 포함할 수 있으며, 수동 소자, 메모리 소자 및 컨트롤러는 별개의 영역에 존재할 수 있다. 또한, 연성회로기판(100R)의 상면으로부터 보호층(520R)의 상면까지의 두께(HR)는 인쇄회로기판(610R) 및 솔더 페이스트(630R)를 포함하므로 상대적으로 두꺼울 수 있다.
상기 지문인식센서(210R)에서 생성된 전기적 신호는 본딩 와이어(410R), 인쇄회로기판(610R) 및 솔더 페이스트(630R)를 순차적으로 거쳐 연성회로기판(100R)으로 전달된다. 따라서, 전기적 신호가 여러 단계의 신호 전달 수단을 거치면서 상대적으로 느릴 수 있고, 각각의 전달 과정을 거치면서 전기적 신호의 유실이 발생할 확률이 상대적으로 높다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지(10)는 연성회로기판(100), 지문인식센서(210), 수동 소자(미도시), 메모리 소자(미도시), 컨트롤러(350), 본딩 와이어(410), 접착 부재(230, 360), 몰딩 부재(510) 및 보호층(520)을 포함한다. 각각의 구성을 자세히 살펴보면 다음과 같다.
접착 부재(230, 360)는 지문인식센서(210) 및 연성회로기판(100) 사이 및 컨트롤러(350) 및 연성회로기판(100) 사이에 존재할 수 있다. 상기 접착 부재(230, 360)는 테이프 형태이거나 또는 점성을 가진 액체 형태일 수 있다. 도시되지 않았지만, 상기 접착 부재(230, 360)는 연성회로기판(100) 상에 메모리 소자(330, 도 1 참조)를 고정시키는 역할을 수행할 수 있다.
도 2 및 도 3을 같이 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지(10)는 비교예에 따른 지문인식센서 패키지(10R)와 아래와 같은 차이점을 가진다.
본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지(10)는 인쇄회로기판(610R) 및 이의 접속 부재인 솔더 페이스트(630R)를 포함하지 않는다. 이를 통해 다음과 같은 특징을 가질 수 있다.
첫째, 연성회로기판(100)의 상면부터 보호층(520)의 상면까지의 두께(HA)는 비교예에 따른 지문인식센서 패키지(10R)의 두께(HR)보다 작다. 최근 휴대용 전자기기가 경박단소화는 경향에 따라, 지문인식센서 패키지의 두께 또한 작은 것을 요구하는 실정이다. 이를 위하여, 지문인식센서 자체의 두께를 줄이거나, 본딩 와이어의 루프 높이(loop height)를 줄이는 등의 많은 노력이 있다. 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지(10)는 연성회로기판(100) 상에 직접적으로 지문인식센서(210)를 탑재하여, 상당한 두께 감소의 효과를 얻을 수 있다.
둘째, 지문인식센서(210)에서 생성된 전기적 신호는 본딩 와이어(410)만을 거쳐 연성회로기판(100)으로 전달된다. 따라서, 전기적 신호의 딜레이가 없어 상대적으로 빠르고, 전기적 신호의 유실이 발생할 확률이 상대적으로 적다. 즉, 인쇄회로기판(610R)을 통하지 않고 지문인식센서(210)에서 연성회로기판(100)으로 직접적으로 전기적 신호가 전달되어 지문인식센서 패키지의 전체적인 전기적 특성이 향상된다. 최근 휴대용 전자기기에서 지문 인식은 휴대용 전자기기의 구동을 위한 초기 단계를 구성하므로, 지문 인식의 속도 및 신뢰성을 높이는 것이 중요하고, 본 발명에 따른 지문인식센서 패키지(10)는 향상된 전기적 특성을 제공할 수 있다.
셋째, 인쇄회로기판의 강성은 연성회로기판에 비하여 높기 때문에, 인쇄회로기판을 포함하지 않는 지문인식센서 패키지(10)는 더 높은 연성을 가질 수 있다. 최근 휴대용 전자기기가 곡면을 가지는 디자인으로 개발되고 있는 경향에 따라, 휴대용 전자기기를 구성하는 각각의 부품들 또한 일정 수준의 연성을 가질 것을 요구하는 실정이다. 이에 따라, 본 발명에 따른 지문인식센서 패키지(10)는 연성회로기판을 사용하고, 소정의 연성을 가지는 몰딩 부재를 사용하여 패키지 자체의 연성을 확보할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 지문인식센서 패키지(10)는 지문인식센서(210), 수동 소자(미도시), 메모리 소자(미도시) 및 컨트롤러(350)를 동일한 몰딩 부재(510) 내에 포함하고 있다. 이를 통해 다음과 같은 특징을 가질 수 있다.
첫째, 전기적 신호의 패스가 상대적으로 짧기 때문에, 지문인식센서(210)에서 메모리 소자(미도시) 및/또는 컨트롤러(350)로 전기적 신호의 전달을 빠르게 수행할 수 있다. 즉, 데이터의 처리 속도를 높여 지문 인식의 속도를 증가시킬 수 있다.
둘째, 한 번의 몰딩 부재 형성 공정으로 다수의 소자 및 센서를 외부의 충격이나 자극으로부터 보호할 수 있다. 즉, 공정을 단순화하여 제조 효율을 높여 공정 단가를 줄일 수 있다.
도 4a는 본 발명의 기술적 사상의 다른 실시예에 따른 지문인식센서 패키지를 나타내는 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 X-X'선에 대응하는 일부 구성의 상면도이다. 앞서 설명한 내용과 중복되는 내용에 대하여는 상세한 설명을 생략하도록 한다.
도 4a 및 도 4b를 같이 참조하면, 본 발명의 기술적 사상의 또 다른 실시예에 따른 지문인식센서 패키지(20)로, 연성회로기판(100), 접속 패드(150), 지문인식센서(210), 본딩 패드(220), 본딩 와이어(410) 및 와이어 처짐 방지 부재(250)의 상대적 배열 위치를 나타낸다.
특히, 와이어 처짐 방지 부재(250)에 대하여 살펴보면, 상기 와이어 처짐 방지 부재(250)는 제1 폭(W1) 및 제1 길이(L1)를 갖도록 형성될 수 있다. 상기 와이어 처짐 방지 부재(250)는 상기 본딩 패드(220) 및 상기 지문인식센서(210) 상면의 가장자리 사이에 배치될 수 있도록 형성될 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 상기 지문인식센서(210)의 가장자리를 감싸도록 상기 와이어 처짐 방지 부재(250)를 형성할 수도 있다.
상기 와이어 처짐 방지 부재(250)의 제1 길이(L1)는 상기 지문인식센서(210)의 상면 가장자리 부근에 배치되는 복수 개의 본딩 패드(220)를 모두 지나는 길이일 수 있다. 도면에는 상기 와이어 처짐 방지 부재(250)의 제1 길이(L1)가 양 끝쪽에 배치되는 본딩 패드(220)를 지나고 지문인식센서(210)의 가장자리와 이격되도록 형성되어 있는 모습을 나타내고 있으나 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어, 상기 지문인식센서(210)의 가장자리를 감싸도록 상기 와이어 처짐 방지 부재(250)를 형성할 수도 있다.
외부의 충격이나 자극으로부터 지문인식센서(210) 등을 보호하기 위해서는 몰딩 부재(510)를 가능한 범위에서 두껍게 형성하는 것이 효과적일 수 있으나, 지문인식센서 패키지의 소형화 및 경량화를 위하여 상기 몰딩 부재(510)를 일정 범위 이상으로 두껍게 형성하기는 어렵다. 또한, 상기 지문인식센서(210)의 지문 인식률을 높이기 위하여 상기 몰딩 부재(510)의 두께를 가능한 범위에서 작게 형성할 수 있다.
따라서, 상기 몰딩 부재(510)의 두께를 가능한 범위에서 작게 형성하기 위해서는, 본딩 와이어(410)의 루프 높이 또한 작게 형성될 수 있다. 또한, 본딩 패드(220)와 먼 거리의 접속 패드(150)에 본딩 와이어(410)를 형성할 시, 상기 본딩 와이어(410)의 길이는 길게 형성되고, 그에 따라 상기 본딩 와이어(410)의 자체 하중에 의하여 상기 본딩 와이어(410)의 처짐 현상으로 인한 지문인식센서(210)와의 쇼트 현상은 더욱 문제될 수 있으며, 상기 와이어 처짐 방지 부재(250)는 이러한 문제를 해결할 수 있다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지의 제조 방법을 나타내는 순서 흐름도이다.
도 5를 참조하면, 상기 순서 흐름도는 연성회로기판을 준비하는 단계(S10), 연성회로기판의 주변부에 수동 소자를 탑재하는 단계(S20), 연성회로기판의 중심부에 지문인식센서를 접착 부재를 사용하여 탑재하는 단계(S30), 연성회로기판의 주변부에 메모리 소자 및 컨트롤러를 탑재하는 단계(S40), 지문인식센서의 본딩 패드 및 연성회로기판의 접속 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 형성하는 단계(S50), 지문인식센서, 수동 소자, 메모리 소자, 컨트롤러 및 본딩 와이어를 덮는 몰딩 부재를 형성하는 단계(S60) 및 몰딩 부재의 상면에 보호층을 형성하는 단계(S70)를 포함한다.
제1 단계(S10)는 센서가 탑재되는 중심부, 상기 중심부의 주변에 위치하며 소자가 탑재되는 주변부 및 접속 패드가 위치하는 메인 프레임 및 커넥터를 포함하는 연성회로기판을 준비한다. 상기 메인 프레임 및 상기 커넥터는 연결부를 통해 연결될 수 있고, 상기 커넥터에는 종단 패드가 위치할 수 있다.
제2 단계(S20)는 상기 연성회로기판의 주변부에 수동 소자를 탑재한다. 상기 수동 소자의 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
제3 단계(S30)는 상기 연성회로기판의 중심부에 본딩 패드를 구비하는 지문인식센서를 접착 부재를 사용하여 탑재한다. 일부 실시예에서, 상기 접착 부재를 대신하여 언더 필이 형성될 수 있다.
제4 단계(S40)는 상기 연성회로기판의 주변부에 메모리 소자 및 컨트롤러를 탑재한다. 상기 메모리 소자 및 상기 컨트롤러의 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
제5 단계(S50)는 상기 지문인식센서의 본딩 패드 및 상기 연성회로기판의 접속 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 형성한다. 일부 실시예에서, 상기 메모리 소자 및/또는 상기 컨트롤러와 연성회로기판의 접속 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어를 형성한다.
제6 단계(S60)는 상기 지문인식센서, 상기 수동 소자, 상기 메모리 소자, 상기 컨트롤러 및 상기 본딩 와이어를 덮는 몰딩 부재를 형성한다. 몰딩 부재는 열경화성 수지가 사용될 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 수지 계열의 에폭시 몰딩 컴파운드가 사용될 수 있다. 또는 상기 몰딩 부재는 실리콘과 같이 실리콘 계열의 연성을 가진 물질이 사용될 수 있다. 또는 상기 몰딩 부재는 액상의 폴리머가 사용될 수 있다. 다만, 상기 몰딩 부재가 이에 한정되는 것은 아니다. 일부 실시예에서, 몰딩 부재를 연성회로기판에 형성 후, 몰딩 부재 경화 공정(curing)을 거친다. 이 때, 상기 몰딩 부재가 소정의 연성을 가질 수 있도록 몰딩 부재 경화 공정의 시간, 온도 및 분위기를 조정한다.
제7 단계(S70)는 경화된 몰딩 부재의 상면에 보호층을 형성한다. 보호층은 상기 몰딩 부재의 상면에 프라이머층, 컬러도료층 및 보호필름층의 순서로 형성될 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 보호층은 형성되지 않거나 일부가 형성될 수 있다.
도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 6a를 참조하면, 센서가 탑재되는 중심부, 상기 중심부의 주변에 위치하며 소자가 탑재되는 주변부 및 접속 패드가 위치하는 메인 프레임 및 커넥터를 포함하는 연성회로기판(100)을 준비한다. 상기 연성회로기판(100)의 중심부에 본딩 패드(220)를 구비하는 지문인식센서(210)를 접착 부재(230)를 사용하여 탑재한다. 상기 연성회로기판(100)의 주변부에 수동 소자(미도시), 메모리 소자(미도시) 및 컨트롤러(350)를 탑재한다. 일부 실시예에서, 상기 수동 소자(미도시)는 연성회로기판(100)에 미리 탑재되어 있을 수 있다. 탑재 순서는 예시된 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 수동 소자(미도시), 메모리 소자(미도시) 및 컨트롤러(350)의 개수는 실시예에 따라 달라질 수 있다.
도 6b를 참조하면, 상기 지문인식센서(210)의 본딩 패드(220) 및 상기 연성회로기판(100)의 접속 패드(150)를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(410)를 형성한다. 일부 실시예에서, 상기 본딩 와이어(410)는 와이어 처짐 방지 부재와 맞닿도록 형성될 수 있다. 도면에서 본딩 와이어(410)는 지문인식센서(210) 및 연성회로기판(100)을 전기적으로 연결하는 것으로만 도시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 필요에 따라 메모리 소자(미도시) 및/또는 컨트롤러(350)를 상기 연성회로기판(100)과 전기적으로 연결할 수 있다.
일반적으로 와이어 본딩 공정은 본딩 와이어(410)의 공급 경로가 되는 미세한 직경의 관통 홀이 형성된 캐필러리(capillary)를 이용하여 이루어지는데, 캐필러리가 지문인식센서(210)의 본딩 패드(220)와 연성회로기판(100)의 본딩 영역인 접속 패드(150) 간을 왕복 운동하면서 지문인식센서(210)의 본딩 패드(220)와 연성회로기판(100)의 접속 패드(150)를 본딩 와이어(410)로 연결하게 된다. 즉, 상기 캐필러리에 의한 와이어 본딩은 지문인식센서(210)의 본딩 패드(220)에 행하는 볼 본딩(ball bonding)과, 연성회로기판(100)의 접속 패드(150)에 행하는 스티치 본딩(stitch bonding)이 연속 구분 동작으로 이루어진다.
더욱 상세하게는, 상기 볼 본딩은 캐필러리의 끝단으로 인출된 본딩 와이어(410)를 방전에 의한 열을 가하면서 볼 형태로 만들어주는 동시에 볼 형태로 만들어진 부분을 지문인식센서(210)의 본딩 패드(220)에 본딩하여 이루어지고, 상기 스티치 본딩은 볼 본딩을 마친 캐필러리가 와이어 루프를 형성하면서 연성회로기판(100)의 접속 패드(150)로 이동하는 동시에 연성회로기판(100)의 접속 패드(150)에 본딩 와이어(410)를 부착시키면서 끊어주는 동작으로 이루어진다.
와이어 루프는 볼 본딩 위치에서 스티치 본딩 위치까지 캐필러리의 이송 경로에 따라 본딩 와이어(410)가 만곡선을 그리며 연장되는 것을 의미하며, 일반적으로 볼 본딩 위치에서 최대 설정 높이까지 수직으로 올라간 루프 높이 부분과 최대 설정 높이에서 하향 경사지면서 스티치 본딩까지 연장되는 루프 연장 부분으로 구분할 수 있다.
도 6c를 참조하면, 지문인식센서(210), 수동 소자(미도시), 메모리 소자(미도시), 컨트롤러(350) 및 본딩 와이어(410)를 덮는 몰딩 부재(510)를 형성한다. 상기 몰딩 부재(510)는 구성하는 물질의 종류에 따라 경화 후 각기 다른 연성을 가질 수 있다. 또한, 동일한 물질이더라도, 경화 공정의 시간, 온도 및 분위기에 따라 경화 후 연성이 달라질 수 있다. 상기 몰딩 부재(510)의 연성이란 상기 연성회로기판이 가지는 정도의 연성을 의미하지는 않는다. 따라서, 일반적인 지문인식센서 패키지에서 사용되는 몰딩 부재(510)의 연성 범위이거나 이보다 큰 연성의 범위를 만족하는 것으로 특별히 한정된 영역으로 제한되지 않는다. 예를 들어, 상기 몰딩 부재(510)의 연성을 연신율로 표현하면 약 1% 내지 약 200%일 수 있다. 다만, 이러한 수치에 한정되는 것은 아니며, 지문인식센서 패키지에서 필요로 하는 정도에 따라 상기 연신율의 범위는 변할 수 있다.
상기 몰딩 부재(510) 상면에 보호층(미도시)을 형성하여 도 3 및/또는 도 4에 도시된 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지(10, 20)를 제조할 수 있다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지가 적용된 휴대용 전자기기를 나타내는 사시도이다.
도 7을 참조하면, 휴대용 전자기기(1000)의 일반적인 형상이 도시되어 있다. 예를 들어, 상기 휴대용 전자기기(1000)는 스마트폰일 수 있다. 휴대용 전자기기(1000)의 전면에는 디스플레이가 설치된다. 디스플레이는 정전용량 방식의 터치 스크린을 포함할 수 있고, 손가락 등과 같은 사용자의 신체가 디스플레이에 접촉하면, 내장된 커패시터의 정전 용량의 변화를 감지하여 터치 여부를 감지할 수 있다.
디스플레이에 설치된 터치 스크린 외에도 휴대용 전자기기(1000)는 기능키(1100)를 더 포함시켜 부가적인 입력 기능을 수행할 수 있다. 여기서, 기능키(1100)는 홈 키로써 동작하여 실행 중인 애플리케이션을 빠져나와 초기 화면으로 돌아가는 기능을 수행할 수 있다. 그리고 기능키(1100)는 유저 인터페이스를 한 단계 전으로 돌아가게 하는 용도 또는 자주 쓰는 메뉴를 호출하는 용도로써 동작할 수 있다. 상기 기능키(1100)는 물리적 버튼으로 구현될 수 있다. 상기 기능키(1100)는 물리적 압력을 감지하는 방식, 도전체의 정전 용량을 감지하는 방식, 또는 전자기 펜의 전자기파를 감지하는 방식 또는 이들 방식이 모두 구현된 복합 방식으로 구현될 수 있으며, 이에 한정되는 것은 아니다.
최근 휴대용 전자기기(1000)의 용도가 보안이 필요한 서비스로 급격히 확장됨에 따라, 지문인식센서를 포함하는 기능키(1100)를 휴대용 전자기기(1000)에 장착하려는 추세가 늘고 있다. 지문인식센서는 기능키(1100)에 일체화되어 구현될 수 있다. 상기 기능키(1100)는 본 발명의 기술적 사상의 실시예에 따른 지문인식센서 패키지를 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 기능키(1100)는 도 3 및/또는 도 4에 예시한 지문인식센서 패키지(10, 20)를 포함할 수 있다. 따라서, 두께가 얇으면서도 연성을 가지는 지문인식센서 패키지(10, 20)를 포함하는 기능키(1100)를 포함하는 휴대용 전자기기(1000)가 제공된다.
지금까지의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 20: 지문인식센서 패키지
100: 연성회로기판, 150: 접속 패드
210: 지문인식센서, 220: 본딩 패드
310: 수동 소자, 330: 메모리 소자, 350: 컨트롤러
410: 본딩 와이어
510: 몰딩 부재, 520: 보호층
1000: 휴대용 전자기기, 1100: 기능키

Claims (5)

  1. 중심부 및 상기 중심부 주변의 주변부를 구비하는 연성회로기판;
    상기 연성회로기판의 중심부에 탑재되는 지문인식센서;
    상기 연성회로기판의 주변부에 탑재되는 수동 소자, 메모리 소자 및 컨트롤러;
    상기 지문인식센서 및 상기 연성회로기판을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어;
    상기 지문인식센서, 상기 수동 소자, 상기 메모리 소자, 상기 컨트롤러 및 상기 본딩 와이어를 덮는 몰딩 부재; 및
    상기 몰딩 부재의 상면에 형성되는 보호층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식센서 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 연성회로기판은 접속 패드를 포함하고,
    상기 지문인식센서는 상면에 본딩 패드를 구비하는 웨이퍼 레벨 칩으로 구성되며,
    상기 웨이퍼 레벨 칩의 하면은 직접적으로 상기 연성회로기판과 접착 부재로 고정되며,
    상기 웨이퍼 레벨 칩의 본딩 패드는 상기 본딩 와이어를 통하여 상기 연성회로기판의 접속 패드와 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 지문인식센서 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 연성회로기판은
    상기 중심부 및 상기 주변부가 위치하는 메인 프레임; 및
    상기 메인 프레임에 연결되는 커넥터를 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식센서 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 몰딩 부재는 소정의 연성을 가지는 물질로 구성되고,
    상기 보호층은 컬러도료층 및 보호필름층을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식센서 패키지.
  5. 중심부 및 상기 중심부 주변의 주변부가 위치하는 메인 프레임 및 커넥터를 포함하고, 상기 메인 프레임에 접속 패드가 위치하는 연성회로기판;
    상기 연성회로기판의 중심부에 탑재되고, 본딩 패드를 구비하는 지문인식센서;
    상기 연성회로기판의 주변부에 탑재되는 수동 소자, 메모리 소자 및 컨트롤러;
    상기 지문인식센서의 본딩 패드 및 상기 연성회로기판의 접속 패드를 전기적으로 연결하는 본딩 와이어;
    상기 본딩 패드 및 상기 지문인식센서 상면의 가장자리 사이에 제1 폭 및 제1 높이로 형성되어 상기 본딩 와이어의 처짐을 방지하는 와이어 처짐 방지 부재;
    상기 지문인식센서, 상기 수동 소자, 상기 메모리 소자, 상기 컨트롤러 및 상기 본딩 와이어를 덮는 몰딩 부재; 및
    상기 몰딩 부재의 상면에 형성되는 보호층;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문인식센서 패키지.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN110059535A (zh) * 2018-01-11 2019-07-26 三星电子株式会社 指纹传感器封装件和包括指纹传感器封装件的显示装置
US11900709B2 (en) 2021-03-09 2024-02-13 Samsung Electronics Co., Ltd. Fingerprint sensor package and smart card including the same

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