KR20170139275A - 압력센서 및 그 제조 방법 - Google Patents

압력센서 및 그 제조 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20170139275A
KR20170139275A KR1020160071579A KR20160071579A KR20170139275A KR 20170139275 A KR20170139275 A KR 20170139275A KR 1020160071579 A KR1020160071579 A KR 1020160071579A KR 20160071579 A KR20160071579 A KR 20160071579A KR 20170139275 A KR20170139275 A KR 20170139275A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
resistor
insulating material
signal processing
processing chip
wiring
Prior art date
Application number
KR1020160071579A
Other languages
English (en)
Inventor
현종성
이현정
Original Assignee
(주)코어어드밴텍
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)코어어드밴텍 filed Critical (주)코어어드밴텍
Priority to KR1020160071579A priority Critical patent/KR20170139275A/ko
Publication of KR20170139275A publication Critical patent/KR20170139275A/ko

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0008—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations
    • G01L9/0016—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using vibrations of a diaphragm
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B41—PRINTING; LINING MACHINES; TYPEWRITERS; STAMPS
    • B41M—PRINTING, DUPLICATING, MARKING, OR COPYING PROCESSES; COLOUR PRINTING
    • B41M1/00—Inking and printing with a printer's forme
    • B41M1/12—Stencil printing; Silk-screen printing
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L9/00—Measuring steady of quasi-steady pressure of fluid or fluent solid material by electric or magnetic pressure-sensitive elements; Transmitting or indicating the displacement of mechanical pressure-sensitive elements, used to measure the steady or quasi-steady pressure of a fluid or fluent solid material, by electric or magnetic means
    • G01L9/0001—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means
    • G01L9/0002—Transmitting or indicating the displacement of elastically deformable gauges by electric, electro-mechanical, magnetic or electro-magnetic means using variations in ohmic resistance
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/14—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material
    • H01B1/16—Conductive material dispersed in non-conductive inorganic material the conductive material comprising metals or alloys
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/44—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process
    • H01L24/45—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors prior to the connecting process of an individual wire connector
    • H01L41/113—
    • H01L41/22—
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/42—Wire connectors; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/47—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process
    • H01L2224/48—Structure, shape, material or disposition of the wire connectors after the connecting process of an individual wire connector
    • H01L2224/4805—Shape
    • H01L2224/4809—Loop shape
    • H01L2224/48091—Arched
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation
    • H01L2924/1815—Shape

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Pressure Sensors (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

본 발명은 신호처리칩과 수동소자가 집적된 형태의 압력센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 압력센서 제조 방법은 메탈 다이어프램을 준비하는 단계; 상기 메탈다이어프램 상에 하부 절연물질을 형성하는 단계; 상기 하부 절연물질의 표면에 복수의 배선을 매몰시키는 단계; 상기 배선들 중 일부 배선의 노출된 상부 표면 상에 저항체를 형성하는 단계; 상기 저항체로부터 이격되도록 하여 상기 하부 절연물질 상에 신호처리칩을 형성하는 단계; 상기 신호처리칩과 배선을 접속시키기 위한 와이어본딩을 수행하는 단계; 및 상기 와이어본딩된 신호처리칩과 저항체를 덮는 상부 절연물질을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

압력센서 및 그 제조 방법{PRESSURE SENSOR AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 압력센서에 관한 것으로, 보다 상세하게는 메탈 다이어프램 타입의 압력센서에 관한 것이다.
압력센서는 압력을 측정하는 센서로 절대압과 게이지압으로 나눌수 있다. 압력센서의 종류는 실리콘을 기판으로 이용하는 반도체형 압력센서, 세라믹을 기판으로 이용하는 세라믹 압력센서, 금속을 기판으로 이용하는 금속 압력센서로 나눌 수 있다. 각각 다이어프램의 멤버레인(memebrane) 위에 생성된 압저항의 변화를 휘트스톤 브릿지로 측정하여 변화량을 감지한다. 정전용량 방식은 상부전극과 하부전극이 형성되어 있고, 압력이 인가되는 기판의 변위가 변함에 따라 상부전극과 하부전극 사이 거리(gap) 변화에 따른 정전용량 변화를 감지하여 압력을 측정한다.
이러한 압력센서의 출력의 변화를 감지하기 위해 압저항 방식의 경우에는 휘트스톤브릿지회로에 전압값으로 출력되는데, 이 출력값은 온도보정이 되지 않아 온도변화에 따른 출력값의 변화가 나타날 수 있다. 따라서, 온도보정을 위해서는 신호처리칩이나 회로를 구성하여 휘트스톤브릿지회로와 연결하여 증폭된 전압 또는 전류 측정값으로 나타내는 것이 중요하다.
본 발명은 신호처리칩과 수동소자가 집적된 형태의 압력센서 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 실시예에 따른 압력센서는 메탈 다이어프램, 상기 메탈 다이어프램 상에 형성된 하부 절연물질, 상기 하부 절연물질의 상부 표면에 매몰된 복수의 배선, 상기 배선들 중 일부에 연결된 저항체, 상기 배선들 중 다른 부분에 연결되고 상기 저항체 외측의 수평 방향에 위치하는 신호처리칩, 상기 신호처리칩 및 저항체를 덮는 상부 절연물질을 포함할 수 있다. 상기 저항체는, 루테늄함유물질을 포함할 수 있다. 상기 저항체는, 루테늄산화물을 포함할 수 있다. 상기 저항체는, 화학양론적 루테늄산화물보다 루테늄 함량이 적거나 많게 조정된 루테늄산화물을 포함할 수 있다. 상기 하부 절연물질, 배선, 저항체는 스크린프린팅에 의해 인쇄된 물질일 수 있다. 상기 신호처리칩과 배선은 와이어본딩을 통해 접속될 수 있다. 상기 배선들 중 또다른 부분에 연결된 수동소자를 더 포함할 수 있다. 상기 수동소자는 와이어본딩없이 배선과 직접 접속될 수 있다. 상기 상부 절연물질은 저온 경화 물질 또는 광반응성 경화물질을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 압력센서 제조 방법은 메탈 다이어프램을 준비하는 단계; 상기 메탈다이어프램 상에 하부 절연물질을 형성하는 단계; 상기 하부 절연물질의 표면에 복수의 배선을 매몰시키는 단계; 상기 배선들 중 일부 배선의 노출된 상부 표면 상에 저항체를 형성하는 단계; 상기 저항체로부터 수평방향으로 이격되도록 하여 상기 하부 절연물질 상에 신호처리칩을 형성하는 단계; 상기 신호처리칩과 배선을 접속시키기 위한 와이어본딩을 수행하는 단계; 및 상기 와이어본딩된 신호처리칩과 저항체를 덮는 상부 절연물질을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 와이어본딩을 수행하는 단계 이전에, 상기 저항체 및 신호처리칩으로부터 이격되도록 하여 상기 하부 절연물질 상에 수동소자를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 상기 수동소자를 형성하는 단계에서, 상기 수동소자는 와이어본딩없이 상기 배선과 직접 접속되도록 형성할 수 있다. 상기 하부 절연물질, 배선 및 저항체는 각각 스크린프린팅에 의해 인쇄될 수 있다. 상기 저항체를 형성하는 단계는, 루테늄산화물을 스크린프린팅에 의해 인쇄하여 형성할 수 있다. 상기 저항체는, 화학양론적 루테늄산화물보다 루테늄 함량이 적거나 많게 조정된 루테늄산화물을 포함할 수 있다. 상기 상부 절연물질은 저온 경화 물질 또는 광반응성 경화물질을 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 압력센서 제조 방법은 메탈 다이어프램을 준비하는 단계; 상기 메탈다이어프램 상에 하부 절연물질을 형성하는 단계; 상기 하부 절연물질의 표면에 복수의 배선을 매몰시키는 단계; 상기 배선들 중 일부 배선의 노출된 상부 표면 상에 첨가제를 함유하는 루테늄산화물 저항체를 형성하는 단계; 상기 루테늄산화물 저항체로부터 수평방향으로 이격되도록 하여 상기 하부 절연물질 상에 신호처리칩을 형성하는 단계; 상기 신호처리칩과 배선을 접속시키기 위한 와이어본딩을 수행하는 단계; 및 상기 와이어본딩된 신호처리칩과 저항체를 덮는 상부 절연물질을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 실시예에 따른 압력센서는 메탈 다이어프램; 상기 메탈 다이어프램 상에 형성된 하부 절연물질; 상기 하부 절연물질의 상부 표면에 매몰된 복수의 배선; 상기 배선들 중 일부에 연결되고 첨가제를 함유하는 루테늄산화물 저항체; 상기 배선들 중 다른 부분에 연결되고, 상기 저항체 외측의 수평 방향에 위치하는 신호처리칩; 및 상기 신호처리칩 및 저항체를 덮는 상부 절연물질을 포함할 수 있다. 상기 루테늄산화물저항체에서, 상기 첨가제는 은(Ag) 나노파우더를 포함하는 포함할 수 있다.
본 발명은 메탈 다이어프램에 압저항이 생성된 형태의 압력센서로서, 신호처리칩과 수동소자가 집적된 형태의 압력센서를 제조할 수 있다.
본 발명은 저항체와 수평 방향으로 신호처리칩 및 수동소자를 배치하므로써 전기적 신호 연결을 위해 소요되는 공간을 줄여 제조 비용을 절감하고 압력센서의 구조를 단순화시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 제조하는 방법의 일예를 도시한 도면이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 단면도, 평면도 및 블록도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
본 발명의 실시예에서 제안하는 방식은 메탈 다이어프램에 압저항이 생성된 형태의 압력센서로서, 신호처리칩(실리콘 다이 또는 패키징된 SMD 타입)과 수동소자(저항 및 컨덴서)가 집적된 형태의 압력센서에 관한 것이다.
이하 실시예의 압력센서는 신호처리칩이 집적된 스크린프린팅 타입 메탈 다이어프램 압력센서에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 압력센서(100)는 메탈 다이어프램(metal diaphragm, 101), 메탈 다이어프램 (101) 상에 형성된 하부 절연물질(102), 하부 절연물질(102)의 상부 표면에 매몰된 복수의 배선(103), 배선들(103) 중 일부에 연결된 저항체(104), 배선들(103) 중 다른 부분에 연결된 신호처리칩(105), 신호처리칩(105) 및 저항체(104)를 덮는 상부 절연물질(108)을 포함할 수 있다.
저항체(104)는, 루테늄함유물질을 포함할 수 있다. 저항체(104)는, 루테늄산화물을 포함할 수 있다. 저항체(104)는, 화학양론적 루테늄산화물보다 루테늄 함량이 적거나 많게 조정된 루테늄산화물을 포함할 수 있다.
하부 절연물질(102), 배선(103), 저항체(104)는 스크린프린팅(screen printing)에 의해 인쇄된 물질일 수 있다.
신호처리칩(105)과 배선(103)은 와이어본딩(107)을 통해 접속될 수 있다.
배선(103) 중 또다른 부분에 연결된 수동소자(105)를 더 포함할 수 있다. 수동소자(105)는 와이어본딩없이 배선(103)과 직접 접속될 수 있다.
상부 절연물질(108)은 저온 경화 물질 또는 광반응성 경화물질을 포함할 수 있다.
저항체(104)에 연결된 배선(103)의 일부는 패드오픈(109)에 의해 노출될 수 있다. 패드오픈(109)은 상부 절연물질(108)에 형성될 수 있다.
도 2a 내지 도 2g는 본 발명의 실시예에 따른 압력센서를 제조하는 방법의 일예를 도시한 도면이다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 메탈 다이어프램(101)이 준비될 수 있다. 메탈 다이어프램(101)은 압력에 따라 각각의 요구되는 두께로 제작될 수 있다. 메탈 다이어프램(101)은 수압부(101P)를 구비한 원통체 형상을 가질 수 있다. 메탈 다이어프램(101)의 천장부, 즉 상면부는 폴리싱 등에 의해 표면 조도가 조절될 수 있다. 메탈 다이어프램(101)은 스테인레스(SUS) 재질일 수 있다. 메탈 다이어프램(101)은 다른 금속물질일 수도 있다. 메탈 다이어프램(101)은 내식성이 높고 내열도가 높은 스테인레스를 이용하여 제작할 수 있다.
도 2b에 도시된 바와 같이, 메탈 다이어프램(101) 상면부 상에 하부 절연물질(102)이 형성될 수 있다. 하부 절연물질(102)은 메탈 다이어프램(101)과의 전기적 절연을 위해 형성될 수 있다. 하부 절연물질(102)은 스크린프린팅을 이용하여 형성될 수 있다. 이때, 하부 절연물질(102)은 메탈 다이어프램(101)과의 접착성이 매우 중요하다. 외부 압력에 의해 수μm ∼수십μm 의 다이어프램 멤버레인이 변화될 때, 기계적인 스트레스로 접착부위가 들뜨거나 해서는 안되기 때문에 소재 선정이 매우 중요하다. 하부 절연물질(102)은 실리콘산화물, 실리콘산화질화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
도 2c에 도시된 바와 같이, 하부 절연물질(102) 위에 복수의 배선(103)이 형성될 수 있다. 배선(103)은 전극이라고 지칭될 수 있다. 배선(103)은 스크린프린팅을 이용하여 형성될 수 있다. 배선(103)은 패턴간의 저항연결을 위해 형성된다. 스크린프린팅에 의해 형성된 배선(103)은 하부 절연물질(102) 표면에 매몰된 형상을 가질 수 있다. 즉, 배선(103)은 하부 절연물질(102)의 상부 표면으로부터 돌출되어 형성되지 않을 수 있다. 배선(103)의 상부 표면은 외부로 노출되어 있을 수 있고, 배선(103)의 측벽들 및 저면은 하부 절연물질(102) 내에 위치할 수 있다. 배선(103)의 상부표면과 하부 절연물질(102)의 상부표면은 공면(Coplanar)일 수 있다. 즉, 배선(103)의 상부표면과 하부 절연물질(102)의 상부표면 사이에 단차가 존재하지 않을 수 있다. 이와 같이, 배선(103)이 하부 절연물질(102) 내에 매몰된 형상을 가지므로, 후속 저항체(104)를 안정적으로 배선(103) 상에 접촉시킬 수 있다. 또한, 배선(103)이 매몰된 형상을 가지므로, 후속 공정에서 최종 절연체를 얇게 형성할 수 있다. 배선(103)의 두께는 하부 절연물질(102)의 두께보다 얇을 수 있다. 배선(103)은 비저항이 낮은 금속물질일 수 있다. 예를 들어, 배선(103)은 알루미늄(Al), 금(Au) 또는 이들의 조합일 수 있다. 배선(103)은 서로 연결된 형상일 수 있다.
도 2d에 도시된 바와 같이, 복수의 배선(103) 중 일부분 상에 저항체(104)가 형성될 수 있다. 저항체(104)는 스트린프린팅에 의해 형성될 수 있다. 압력에 의해 가장 많은 변위변화가 일어나는 멤버레인에 게이지팩터(gauge factor)가 큰 저항체(104)를 스크린프린팅으로 인쇄한다. 저항체(104)는 금속함유물질을 포함할 수 있다. 저항체(104)는 루테늄함유물질일 수 있다. 저항체(104)는 루테늄산화물(RuOx)을 포함할 수 있다. 루테늄산화물은 루테늄의 함유량에 따라 저항특성이 달라지게 된다. 본 실시예에서, 저항체(104)로 사용되는 루테늄산화물은 화학양론적 루테늄산화물보다 루테늄 함량이 적거나 많게 조정된 루테늄산화물일 수 있다. 화학양론적 루테늄산화물은 "RuO2"를 지칭할 수 있다. 결국, 저항체(104)로 사용되는 루테늄산화물(RuOx)은 RuO2 보다 루테늄 함량이 적거나 많을 수 있다. 사용하고자 하는 압력센서의 압력대에 맞춰 제조시 루테늄의 함유량을 조정하여 저항의 민감도를 맞출 수 있으며, 설계되는 메탈 다이어프램(101)의 멤버레인 두께를 고려하여 선택하여야 한다. 루테늄산화물은 일반적인 금속에 비해 높은 게이지팩터를 가질 수 있다. 저항체(104)로서 루테늄산화물을 사용함에 따라, 높은 압력감도를 얻을 수 있다. 저항체(104)는 휘트스톤브릿지 구조를 가지도록 인쇄될 수 있다.
다른 실시예에서, 저항체(104)는 첨가제(Additive)가 함유된 루테늄산화물을 포함할 수 있다. 여기서, 루테늄산화물은 화학양론적 루테늄산화물(RuO2)이거나, 또는 화학양론적 루테늄산화물보다 루테늄 함량이 적거나 많게 조정된 루테늄산화물(RuOx)일 수 있다. 첨가제 및 루테늄 함량 조절에 의해 저항 감도를 향상시킬 수 있다. 예를 들어, 저항체(104)는 루테늄산화물(RuO2)과 은(Ag) 나노파우더가 혼합된 물질일 수 있다. 은 나노파우더는 플레이크 타입의 100∼200nm 크기를 가질 수 있다. 혼합비율은 제작하고자 하는 저항체(104)의 저항과 작업성에 따라 다를 수 있다. 은(Ag) 나노파우더의 함유량으로 점도를 어느 정도 조절할 수 있다. 은(Ag) 나노파우더의 함유량이 80% 이상인 경우, 그 점도가 기하급수적으로 높아질 수 있다. 일반적으로 10∼20% 수준으로 적용하고, 필요에 따라 30∼40% 정도의 은(Ag) 나노파우더를 혼합하여 고르게 분산하여 적용할 수 있다. 이때, 은(Ag) 나노파우더 이외에 각종 바인딩 물질과 분산제들이 소량 혼합되어 전체적인 저항체(104)의 점도 및 공정성 개선을 수행할 수 있다.
이와 같은 작은 입자의 은(Ag) 나노파우더를 사용하는 이유는 루테늄산화물의 페이스트 기반에 잘섞여 분산되어 고른 저항을 가지게 함이 우선이고, 낮은 온도에서의 열처리를 짧게 진행하여도 목표로 하는 저항을 제작할 수 있다는 장점을 가진다.
결국, 본 실시예는, 루테늄산화물(RuO2)와 은(Ag)의 장점을 조합하여 전기적인 특성 및 저항특성을 개선하여 기존 스크린프린팅 타입보다 우수한 전기적 저항 특성을 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 첨가제 및/또는 루테늄 함량 조절에 의해 저항 감도를 향상시키므로, 저항감도 개선을 위한 튜닝 공정, 예컨대, 레이저트리밍 등이 필요없다. 또한, 스크린프린팅에 의해 형성하므로, 별도의 스퍼터링을 위한 장비없이도 간편하게 원하는 형상의 저항체(104)를 구현할 수 있다.
도 2e에 도시된 바와 같이, 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)가 형성될 수 있다. 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)는 저항체(104)로부터 이격되어 형성될 수 있다. 신호처리칩(105), 수동소자(106) 및 저항체(104)는 동일 평면 상에 배치될 수 있다. 즉, 신호처리칩(105), 수동소자(106)는 저항체(104) 외측의 수평 방향에 위치할 수 있다. 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)는 메탈 다이어프램(101)의 수압부(101P)를 벗어난 영역에 위치할 수 있다. 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)는 각각 배선(103)과 접속될 수 있다. 신호처리칩(105)은 이웃하는 배선(103)들과 동시에 중첩되도록 하부 절연물질(102) 상에 위치할 수 있다. 수동소자(106)는 하나의 배선(103) 상에 중첩되어 위치할 수 있다. 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)는 납땜에 의해 복수의 배선(103) 중 다른 부분 상에 고정될 수 있다. 다른 실시예에서, 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)는 전기적 접점을 잘 나타낼수 있는 접착제를 이용하여 고정될 수 있다. 신호처리칩(105)은 패키징이 되지 않은 실리콘 상태의 SoC(System On Chip) 칩을 사용할 수 있다. 수동소자(106)는 압력에 따른 브릿지전압의 편차를 줄이기 위해 사용될 수 있다. 신호처리칩(105)은 실리콘 다이(silicon die) 또는 패키징된 SMD(Surface Mount Device) 타입일 수 있다. 수동소자(106)는 저항 및 컨덴서를 포함할 수 있다.
도 2f에 도시된 바와 같이, 배선(103)과 신호처리칩(105) 간의 전기적인 접점을 형성할 수 있다. 일반적으로 신호출력을 위해서 플립칩본딩과 같은 방식을 적용할 수도 있으나, 전기적인 접점 형성을 위하여 와이어본딩(Wire bonding, 107)을 수행한다. 신호처리칩은 루테늄산화물로 구성된 휘트스톤 브릿지의 출력을 AD 컨버터와 내부 신호처리회로를 이용하여 증폭하여 원하는 전압출력값으로 온도보정을 하는 역할을 수행한다. 온도보정은 해당하는 온도범위에서 온도변화에 따라 변화는 저항값의 편차를 줄여 온도에 상관없이 일정한 출력값을 나타내도록 하는 작업으로 압력센서와 같이 측정하고자 하는 매질이 가스나 액상의 물질에서는 매우 중요하다.
위와 같이, 신호처리칩(105)은 와이어본딩(107)을 통해 배선(103)과 접속될 수 있고, 수동소자(106)는 와이어본딩(107) 없이(wireless) 배선(103)과 직접 접속될 수 있다. 신호처리칩(105)과 배선(103)이 근접하므로, 와이어본딩(107)의 와이어의 길이가 짧아지게 된다. 이로써 압력센서의 구조적 안정성이 개선된다. 한편, 신호처리칩(105)과 배선(103)이 수직 방향으로 위치하도록 이격시키는 경우에는, 와이어본딩시 본딩조건을 설정하는 것이 어려우며, 와이어의 길이가 길어짐으로 인해 작은 진동에도 쉽게 흔들릴 수 있다. 결국, 본 실시예는 신호처리칩(105)과 배선(103)간의 이격거리를 최소화하므로써 와이어본딩(107)의 신뢰성이 높다.
신호처리칩(105)이 와이어 본딩(107)된 후에, 도 2g에 도시된 바와 같이, 저항체(104), 신호처리칩(105), 수동소자(106) 상에 상부 절연물질(108)을 도포하여 전체적인 압력센서 공정을 마감한다. 이때 상부 절연물질(108)은 낮은 온도에서 경화될 수 있는 저온 경화 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 상부 절연물질(108)은 극자외선(UV)과 같은 광에 의한 경화가 일어나는 온도 안정성이 뛰어난 광반응성 경화 물질로 형성될 수 있다. 이와 같이, 상부 절연물질(108)을 형성하므로써, 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)가 고온에 노출되어 특성이 변하거나 동작을 하지 않는 현상을 미연에 방지하는 것이 중요하다.
상술한 바에 따르면, 본 실시예는, 신호처리칩(105)과 수동소자(106)가 집적화된 압력센서를 형성할 수 있다. 즉, 신호처리칩(105)과 수동소자(106)가 일괄적으로 패키징된 압력센서가 제공된다. 따라서, 압력센서와 신호처리칩(105)을 별도로 패키징하지 않을 수 있다. 예컨대, 비교예로서, 상부 절연물질까지 형성된 압력센서를 제조한 후에, 신호처리칩과의 연결을 위해 별도의 패키징 공정을 수행할 수 있다.
결국, 본 실시예는, 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)가 패키징된 압력센서를 형성할 수 있다. 또한, 신호처리칩(105), 수동소자(106) 및 저항체(104)가 메탈 다이어프램(101) 상부, 즉 동일 평면 상에 위치하므로, 저항체(104)와 신호처리칩(105)의 전기적 연결을 위해 소요되는 공간 및 저항체(104)와 수동소자(106)의 전기적 연결을 위해 소요되는 공간을 줄여 단순한 구조로 고집적화된 압력센서를 제조할 수 있다. 또한, 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)가 상부 절연물질(108)에 의해 덮혀있으므로, 신호처리칩(105) 및 수동소자(106)를 안정적으로 보호할 수 있다.
다음으로, 패드 오픈(109) 공정이 수행될 수 있다. 패드 오픈(109) 공정은 상부 절연물질(108)의 일부를 식각하여 배선(103)을 노출시킬 수 있다. 패드 오픈(109)에 의해 저항체(104)와 연결된 배선(103)이 노출될 수 있다. 도시하지 않았으나, 후속하여 패드오픈(109) 내에는 도전성 물질의 패드가 형성될 수 있다.
전술한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
101 : 메탈 다이어프램
102 : 하부 절연물질
103 : 배선
104 : 저항체
105 : 신호처리칩
106 : 수동소자
107 : 와이어본딩
108 : 상부 절연물질

Claims (27)

  1. 메탈 다이어프램;
    상기 메탈 다이어프램 상에 형성된 하부 절연물질;
    상기 하부 절연물질의 상부 표면에 매몰된 복수의 배선;
    상기 배선들 중 일부에 연결된 저항체;
    상기 배선들 중 다른 부분에 연결되며, 상기 저항체 외측의 수평 방향에 위치하는 신호처리칩; 및
    상기 신호처리칩 및 저항체를 덮는 상부 절연물질
    를 포함하는 압력센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 저항체는, 루테늄함유물질을 포함하는 압력센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저항체는, 루테늄산화물을 포함하는 압력센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 저항체는, 화학양론적 루테늄산화물보다 루테늄 함량이 적거나 많게 조정된 루테늄산화물을 포함하는 압력센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배선 및 저항체는 스크린프린팅에 의해 인쇄된 물질을 포함하는 압력센서.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 신호처리칩과 배선은 와이어본딩을 통해 접속된 압력센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 배선들 중 또다른 부분에 연결된 수동소자를 더 포함하는 압력센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 배선과 수동소자는 와이어본딩없이 직접 접속된 압력센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 상부 절연물질은 저온 경화 물질 또는 광반응성 경화물질을 포함하는 압력센서.
  10. 메탈 다이어프램을 준비하는 단계;
    상기 메탈다이어프램 상에 하부 절연물질을 형성하는 단계;
    상기 하부 절연물질의 표면에 복수의 배선을 매몰시키는 단계;
    상기 배선들 중 일부 배선의 노출된 상부 표면 상에 저항체를 형성하는 단계;
    상기 저항체로부터 수평방향으로 이격되도록 하여 상기 하부 절연물질 상에 신호처리칩을 형성하는 단계;
    상기 신호처리칩과 배선을 접속시키기 위한 와이어본딩을 수행하는 단계; 및
    상기 와이어본딩된 신호처리칩과 저항체를 덮는 상부 절연물질을 형성하는 단계
    를 포함하는 압력센서 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 와이어본딩을 수행하는 단계 이전에,
    상기 저항체 및 신호처리칩으로부터 이격되도록 하여 상기 하부 절연물질 상에 수동소자를 형성하는 단계를 더 포함하는 압력센서 제조 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 수동소자를 형성하는 단계에서,
    상기 수동소자는 와이어본딩없이 상기 배선과 직접 접속되도록 형성하는 압력센서 제조 방법.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 하부 절연물질, 배선 및 저항체는 각각 스크린프린팅에 의해 인쇄되는 압력센서 제조 방법.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 저항체를 형성하는 단계는, 루테늄산화물을 스크린프린팅에 의해 인쇄하여 형성하는 압력센서 제조 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 저항체는, 화학양론적 루테늄산화물보다 루테늄 함량이 적거나 많게 조정된 루테늄산화물을 포함하는 압력센서 제조 방법.
  16. 제10항에 있어서,
    상기 상부 절연물질은 저온 경화 물질 또는 광반응성 경화물질을 포함하는 압력센서 제조 방법.
  17. 메탈 다이어프램을 준비하는 단계;
    상기 메탈다이어프램 상에 하부 절연물질을 형성하는 단계;
    상기 하부 절연물질의 표면에 복수의 배선을 매몰시키는 단계;
    상기 배선들 중 일부 배선의 노출된 상부 표면 상에 첨가제를 함유하는 루테늄산화물 저항체를 형성하는 단계;
    상기 루테늄산화물 저항체로부터 수평방향으로 이격되도록 하여 상기 하부 절연물질 상에 신호처리칩을 형성하는 단계;
    상기 신호처리칩과 배선을 접속시키기 위한 와이어본딩을 수행하는 단계; 및
    상기 와이어본딩된 신호처리칩과 저항체를 덮는 상부 절연물질을 형성하는 단계
    를 포함하는 압력센서 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 하부 절연물질, 배선 및 루테늄산화물저항체는 각각 스크린프린팅에 의해 인쇄되는 압력센서 제조 방법.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 루테늄산화물저항체를 형성하는 단계는, 스크린프린팅에 의해 인쇄하여 형성하는 압력센서 제조 방법.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 루테늄산화물저항체를 형성하는 단계에서, 상기 첨가제는 은나노파우더를 포함하는 압력센서 제조 방법.
  21. 메탈 다이어프램;
    상기 메탈 다이어프램 상에 형성된 하부 절연물질;
    상기 하부 절연물질의 상부 표면에 매몰된 복수의 배선;
    상기 배선들 중 일부에 연결되고 첨가제를 함유하는 루테늄산화물 저항체;
    상기 배선들 중 다른 부분에 연결되고, 상기 저항체 외측의 수평 방향에 위치하는 신호처리칩; 및
    상기 신호처리칩 및 저항체를 덮는 상부 절연물질
    를 포함하는 압력센서.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 루테늄산화물저항체에서, 상기 첨가제는 은(Ag) 나노파우더를 포함하는 포함하는 압력센서.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 배선 및 루테늄산화물저항체는 스크린프린팅에 의해 인쇄된 물질을 포함하는 압력센서.
  24. 제21항에 있어서,
    상기 신호처리칩과 배선은 와이어본딩을 통해 접속된 압력센서.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 배선들 중 또다른 부분에 연결된 수동소자를 더 포함하는 압력센서.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 배선과 수동소자는 와이어본딩없이 직접 접속된 압력센서.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 상부 절연물질은 저온 경화 물질 또는 광반응성 경화물질을 포함하는 압력센서.


KR1020160071579A 2016-06-09 2016-06-09 압력센서 및 그 제조 방법 KR20170139275A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160071579A KR20170139275A (ko) 2016-06-09 2016-06-09 압력센서 및 그 제조 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160071579A KR20170139275A (ko) 2016-06-09 2016-06-09 압력센서 및 그 제조 방법

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20170139275A true KR20170139275A (ko) 2017-12-19

Family

ID=60924067

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160071579A KR20170139275A (ko) 2016-06-09 2016-06-09 압력센서 및 그 제조 방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20170139275A (ko)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2012007922A1 (en) Sensor and method of manufacture thereof
CN108362408B (zh) 压力传感器及其制造方法
US8122768B2 (en) Pressure sensor module and electronic component
US20160209344A1 (en) Complex sensor and method of manufacturing the same
EP3239681A1 (en) Sensor device including a pressure sensor and a humidity sensor
EP2759832B1 (en) Electrochemical sensor device
WO2022019167A1 (ja) 圧力センサ構造、圧力センサ装置および圧力センサ構造の製造方法
US20160313375A1 (en) Chip scale current sensor package and method of producing a current sensor package
JP2018059925A (ja) 磁気センサ
US10705064B2 (en) Micro sensor package
US6924537B2 (en) Semiconductor device including a potential drawing portion formed at a corner
KR20170139275A (ko) 압력센서 및 그 제조 방법
CN107490337B (zh) 应变检测器及其制造方法
JP2006084231A (ja) 容量式湿度センサ及びその製造方法
US11156520B2 (en) Physical quantity sensor having a wall including first and second protrusion arrangements
US8471573B2 (en) Dynamic quantity sensor and manufacturing method thereof
US10260974B2 (en) Electronic part with sensor exposed to ambient air
TWI628137B (zh) 微機電系統裝置
TWI247102B (en) Semiconductor pressure sensor and method of making the same
CN110352339A (zh) 物理量传感器
JP2022091071A (ja) 電流検出器及びパワーモジュール
JP2003014569A (ja) 圧力検出装置用パッケージ
JP2002323394A (ja) 圧力検出装置用パッケージ
JP2002350265A (ja) 圧力検出装置用パッケージ
JP2002350264A (ja) 圧力検出装置用パッケージ