KR20180029692A - 마이크로 센서 패키지 및 마이크로 센서 패키지 제조방법 - Google Patents

마이크로 센서 패키지 및 마이크로 센서 패키지 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 마이크로 센서 패키지에 관한 것으로써, 특히, 상하방향으로 적층된 피씨비를 이용하여 센싱칩을 패키징하여 패키지의 두께를 얇게 유지할 수 있는 동시에 비교적 저렴한 비용으로 제조할 수 있으며, 용이하게 제조할 수 있는 마이크로 센서 패키지에 관한 것이다.

Description

마이크로 센서 패키지 및 마이크로 센서 패키지 제조방법{Micro sensor package and manufacturing method of micro sensor package}
본 발명은 마이크로 센서 패키지에 관한 것으로써, 특히, 상하방향으로 적층된 피씨비를 이용하여 센싱칩을 패키징하는 마이크로 센서 패키지에 관한 것이다.
가스의 양을 감지할 수 있는 종래의 가스센서용 초소형 패키지가 도 1에 도시되어 있는 바, 이를 간단히 설명하면 다음과 같다.
절연성 재질로된 사각 판체상의 몸체부(1) 중앙부에 소정깊이로 칩안착부(2)가 형성되어 있고, 그 칩안착부(2)의 저면에는 에폭시(3)로 센서 칩(4)이 부착되어 있다.
상기 몸체부(1)의 내부에는 다수개의 회로선(5)들이 형성되어 있고, 상기 칩안착부(2)의 내측면 가장자리에는 내주면을 따라 소정높이의 단차부(6)가 형성되어 있다.
상기 단차부(6)에는 상기 회로선(5)의 일단부가 연장된 내측단자(5a)가 형성되어 있고, 상기 몸체부(1)의 하면 가장자리에는 타단부가 연장된 외측단자(5b)가 형성되어 있다.
상기 센서 칩(4)의 상면 중앙부에는 가스를 감지하는 감지막(16)이 형성되어 있고, 가장자리에는 감지막(16)에서 감지된 저항변화를 외부로 전달하는 복수개의 센서측 단자(11)들이 형성되어 있고, 그 센서측 단자(11)와 상기 회로선(5)의 내측단자(5a)는 실버 페이스트(12)에 의해 각각 전기적인 연결이 이루어져 있다.
상기 몸체부(1)의 상측에는 상기 칩안착부(2)가 복개되도록 캡(13)이 접착제(14)로 부착되어 있고, 그와 같이 결합된 캡(13)에는 가스가 칩안착부(2)의 내측으로 유입될 수 있도록 복수개의 가스홀(15)들이 형성되어 있다.
상기와 같이 구성된 가스센서용 초소형 패키지는 가스가 캡(13)의 가스홀(15)을 통하여 칩안착부(2)의 내측으로 유입되면, 그 유입된 가스에 의해 센서 칩(4)의 상면에 형성된 감지막(16)의 저항값이 변화하며, 그와 같이 변화하는 저항값이 회로선(5)을 통하여 제어부(미도시)에 전달되어 가스의 양을 검출하게 된다.
그러나, 상기와 같은 종래 가스센서용 초소형 패키지는 단자들을 전기적으로 연결하는 실버 페이스트의 높이로 인하여 패키지의 전체 높이가 높아지게 되어 소형의 전자기기에 장착될 수 있는 경박단소화된 초소형의 패키지를 제작하는데 한계가 있는 문제점이 있었다.
또한, 각 단자들을 각각 전기적으로 연결하는 연결작업을 반드시 실시하여야 하므로 제조공수의 절감 및 그로인한 제조원가의 절감에 한계가 있는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 한국등록특허공보 제652571호에 몸체부에 칩안착부와 칩안착부에 연통되는 가스홀을 형성하고, 회로선을 몸체 내부에 형성한 것이 나타나 있으나, 회로선에 직각으로 연결된 내측단자를 몸체부 내부에 형성하여야 하여 제조가 용이하지 않은 문제점이 있다.
한국등록특허공보 제652571호 일본등록특허공보 제5403695호 일본등록특허공보 제5595230호 일본등록특허공보 제5483443호
본 발명은 전술한 문제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 패키지의 두께를 얇게 유지할 수 있는 동시에 비교적 저렴한 비용으로 제조할 수 있으며, 용이하게 제조할 수 있는 마이크로 센서 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서 패키지는, 센싱칩과, 하면에 제1전극층이 패터닝되어 있으며, 하면에 제1전극층이 패터닝되어 있으며, 상부가 개방된 제1공간이 형성되는 제1피씨비와, 상기 제1피씨비의 상부에 배치되고, 하면에 제2전극층이 패터닝되어 있으며, 상기 제1공간과 단차지게 연통되는 제2공간이 상하방향으로 관통되게 형성되는 제2피씨비를 포함하며, 상기 제1전극층과 상기 제2전극층은 전기적으로 연결되며, 상기 센싱칩은 상기 제1공간 내부에 배치되며, 상기 센싱칩은 상기 제2전극층에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 제1피씨비와 상기 제2피씨비는 접착층에 의해 접착될 수 있다.
상기 제2공간의 상부는 AAO필터에 의해 덮일 수 있다.
상기 AAO필터에는 소수성 표면처리가 될 수 있다.
상기 제1피씨비에는 상하방향으로 관통하는 제3공간이 형성되며, 상기 제3공간의 내부에는 상기 제1전극층과 상기 제2전극층을 전기적으로 연결하는 연결부가 형성될 수 있다.
상기 제3공간은 외측이 개방되도록 형성될 수 있다.
상기 제2피씨비는 플렉서블 피씨비로 구비될 수 있다.
상기 센싱칩과 상기 제2전극층은 은 에폭시 또는 솔더를 통해 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 제1공간은 상기 제1피씨비에 상하방향으로 관통되게 형성될 수 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 마이크로 센서 패키지 제조방법은, 하면에 제1전극층이 패터닝되고 상하방향으로 관통된 제1공간이 형성된 제1피씨비와, 하면에 제2전극층이 패터닝되고 상하방향으로 관통된 제2공간이 형성된 제2피씨비를 준비하는 준비단계와, 상기 제1공간과 상기 제2공간이 단차지게 연통되도록 상기 제1피씨비의 상부에 상기 제2피씨비를 접합시키는 접합단계와, 상기 제1공간 내부에 센싱칩을 배치시키고 상기 제2전극층에 상기 센싱칩을 전기적으로 연결하는 칩연결단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 접합단계 이후에, 상기 제1전극층과 상기 제2전극층을 연결시키는 전극연결단계를 포함할 수 있다.
상기 연결단계는 상기 제1피씨비에 상하방향으로 관통하는 제3공간을 형성하고, 상기 제1전극층과 상기 제2전극층을 연결시키는 연결부를 상기 제3공간의 내부에 형성할 수 있다.
상기 제3공간은 상기 제1피씨비와 상기 제2피씨비를 관통하도록 형성되며, 상기 연결단계에서 상기 연결부는 상기 제3공간의 내벽을 따라 속이 빈 기둥형상으로 형성하며, 상기 제1피씨비에는 상기 제1공간이 다수개 형성되고, 상기 제2피씨비에는 상기 제2공간이 다수개 형성되며, 상기 제2피씨비에 다수개의 상기 센싱칩이 연결되며, 상기 제3공간은 두개의 상기 센싱칩 사이에 배치되고, 상기 칩연결단계 이후에, 상기 제3공간을 따라 상기 제1피씨비 및 상기 제2피씨비를 절단하는 절단단계를 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 마이크로 센서 패키지에 따르면, 다음과 같은 효과가 있다.
상하방향으로 적층된 피씨비를 이용하여 센싱칩을 패키징하여 패키지의 두께를 얇게 유지할 수 있는 동시에 비교적 저렴한 비용으로 제조할 수 있으며, 용이하게 제조할 수 있다.
제1공간은 제1피씨비에 상하방향으로 관통되게 형성되어, 상기 제1피씨비와 제2피씨비를 접합한 후에 상기 제1공간을 통해 상기 센싱칩을 삽입하여 상기 센싱칩을 상기 제2피씨비에 연결할 수 있어서 제조공정이 단순해진다.
제2공간의 상부는 AAO필터에 의해 덮여서 가스를 감지하는 부분으로 이물질이 유입되는 것을 효과적으로 막을 수 있다.
상기 AAO필터에는 소수성 표면처리가 되어, 가스를 감지하는 부분으로 수분이 침투하는 것이 방지된다.
상기 제1피씨비 및 상기 제2피씨비에는 상하방향으로 관통하는 제3공간이 형성되며, 상기 제3공간의 내부에는 상기 제1전극층과 상기 제2전극층을 전기적으로 연결하는 연결부가 형성되어, 상기 제1전극층과 상기 제2전극층을 단순한 공정을 통해 연결할 수 있다.
상기 제2피씨비는 플렉서블 피씨비로 구비되어, 패키지의 두께를 감소시킬 수 있다.
상기 센싱칩과 상기 제2전극층은 은 에폭시 또는 솔더를 통해 연결되어, 패키지를 대상 피씨비에 접합할 때 센싱칩과 제2전극층을 접합한 접합재료가 리멜팅되어 접합이 떨어지는 것이 방지되며, 전도성이 우수하다.
상기 연결부는 상기 제3공간의 내벽을 따라 형성되어 속이 빈 기둥형상으로 형성되어, 간단한 브레이킹 또는 커팅 과정만으로 여러개의 단위 패키지를 한꺼번에 제조할 수 있고, 절단과정에서 상기 제3공간을 따라 절단하게 되면 한번의 공정으로 두개의 단위 패키지의 연결부를 형성할 수 있으며, 절단도 신속하게 될 수 있다.
도 1은 종래의 가스센서용 초소형 패키지의 종단면도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 마이크로 센서 패키지 단면도.
도 3은 도 2의 마이크로 센서 패키지의 센싱칩 평면도.
도 4는 도 3의 A부분 확대도.
도 5는 도 3의 B-B부분 확대도.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 다수개의 마이크로 센서 패키지를 한꺼번에 제조하는 방법을 보여주는 개략도.
이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
참고적으로, 이하에서 설명될 본 발명의 구성들 중 종래기술과 동일한 구성에 대해서는 전술한 종래기술을 참조하기로 하고 별도의 상세한 설명은 생략한다.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 개재되지 않는다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
"아래", "위" 등의 상대적인 공간을 나타내는 용어는 도면에서 도시된 한 부분의 다른 부분에 대한 관계를 좀더 쉽게 설명하기 위해 사용될 수 있다. 이러한 용어들은 도면에서 의도한 의미와 함께 사용중인 장치의 다른 의미나 동작을 포함하도록 의도된다. 예를 들면, 도면중의 장치를 뒤집으면, 다른 부분들의 "아래"에 있는 것으로 설명된 어느 부분들은 다른 부분들의 "위"에 있는 것으로 설명된다. 따라서 "아래"라는 예시적인 용어는 위와 아래 방향을 전부 포함한다. 장치는 90도회전 또는 다른 각도로 회전할 수 있고, 상대적인 공간을 나타내는 용어도 이에 따라서 해석된다.
도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 마이크로 센서 패키지는, 센싱칩(1000)과, 하면에 제1전극층(2110)이 패터닝되어 있으며, 상부가 개방된 제1공간(2120)이 형성되는 제1피씨비(2100)와, 상기 제1피씨비(2100)의 상부에 배치되고, 하면에 제2전극층(2210)이 패터닝되어 있으며, 상기 제1공간(2120)과 단차지게 연통되는 제2공간(2220)이 상하방향으로 관통되게 형성되는 제2피씨비(2200)를 포함하며, 상기 제1전극층(2110)과 상기 제2전극층(2210)은 전기적으로 연결되며, 상기 센싱칩(1000)은 상기 제1공간(2120) 내부에 배치되며, 상기 센싱칩(1000)은 상기 제2전극층(2210)에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.
센싱칩(1000)은 기판(100)과, 기판(100) 상에 형성된 센서전극(300)과, 기판(100) 상에 형성된 히터전극(200)을 포함한다.
금속재질의 모재에 양극산화처리(anodizing)를 하면, 표면에 뚫린 구멍(Pore)을 다수 가지는 다공층과 다공층 하부에 존재하는 베리어층으로 이루어진 양극산화 피막이 형성된다. 여기서의 금속재질의 모재는 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 아연(Zn) 등일 수 있으나, 경량이고, 가공이 용이하고, 열전도성이 우수하며, 중금속 오염의 우려가 없는 알루미늄 또는 알루미늄 합금 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
일례로 알루미늄의 표면에 양극산화처리를 행하는 것에 의해 표면에 뚫린 포어(Pore)(102)을 다수 가지는 산화알루미늄 다공층과 산화알루미늄 다공층 하부에 존재하는 베리어층으로 이루어진 산화알루미늄 피막이 형성된다. 본 발명의 바람직한 실시예에서의 기판(100)은 일례로, 알루미늄이 제거된 산화알루미늄 피막만으로 구성될 수 있다. 또한 산화알루미늄 피막의 산화알루미늄 다공층 상에 전극이 형성될 수 있고, 반대로 베리어층 상에 전극이 형성될 수 있다. 또한 산화알루미늄 피막의 베리어층을 제거하여 포어(102)가 상, 하로 관통되는 산화알루미늄 다공층만으로 구성될 수 있다.
이하에는 상기 알루미늄과 상기 베리어층이 모두 제거된 기판(100)을 기준으로 설명하도록 한다.
양극산화된 알루미늄(AAO)에서 상기 알루미늄과 상기 베리어층이 제거되어 기판(100)의 포어(102)는 상하방향으로 관통된다. 기판(100)이 산화알루미늄 다공층으로 형성되므로 단열성능이 향상된다.
포어(102)는 나노 크기로 형성된다.
기판(100)은 평면형상이 사각형인 판재로 형성될 수 있다.
기판(100)은 기판(100)의 중심에 형성된 제1지지부(110)와, 제1지지부(110)와 이격되어 외측에 형성된 제2지지부(120)와, 제1지지부(110) 및 제2지지부(120)를 연결하는 브리지부를 포함하여 이루어진다.
제1지지부(110)는 전체적으로 원통 형상이고, 그 외주에 복수 개의 상기 브리지부가 연결된다.
또한, 기판(100)에는 제1지지부(110)의 주변, 즉 제1지지부(110)와 제2지지부(120) 사이에 다수 개의 에어갭(101)이 형성된다.
에어갭(101)은 상하방향으로 관통되어 형성된다. 즉, 에어갭(101)은 기판(100)의 상면에서 하면까지 관통되어 형성된 공간이다.
에어갭(101)의 최대폭(좌우폭)은 포어(102) 및 이하 서술되는 상기 센서배선 또는 발열배선(210)의 최대폭보다 넓게 형성된다. 에어갭(101)은 원호형상으로 형성되어, 4개 형성된다. 복수 개의 에어갭(101)은 원주방향으로 이격되게 배치된다.
에어갭(101)은 복수 개가 불연속적으로 형성될 수 있다. 제1지지부(110)의 주변을 둘러, 에어갭(101) 및 상기 브리지부가 교대로 배치된다. 따라서, 제1지지부(110)와 제2지지부(120)는 상기 브리지부 이외의 부분에서 에어갭(101)으로 인해 서로 이격된다. 이러한 상기 브리지부는 제1지지부(110) 주변을 에칭에 의해 불연속으로 에어갭(101)을 형성함으로써, 형성되는 것이다. 그래서 복수 개의 상기 브리지부의 일단은 제1지지부(110)에 연결되고, 타단은 제2지지부(120)에 연결된다. 제1지지부(110)와 제2지지부(120)는 네 개의 상기 브리지부에 의해 네 지점에서 서로 연결된다.
센서전극(300)은 기판(100)의 상면에 형성된다.
이러한 센서전극(300)은 감지물질(600)에 가스가 흡착되었을 때의 전기적 특성 변화를 감지한다.
센서전극(300)은 제1센서전극(300a)과, 제1센서전극(300a)과 이격되게 배치되는 제2센서전극(300b)을 포함한다. 제1센서전극(300a)과 제2센서전극(300b)은 이격되게 배치되며, 평면상에서 수직하게 배치되는 중심선을 기준으로 대칭되게 형성된다.
각각의 제1,2센서전극(300a,300b)은 제1지지부(110)에 형성되는 상기 센서배선과, 상기 센서배선에 연결되어 상기 브리지부 및 제2지지부(120)에 형성되는 센서전극 패드를 포함한다.
제1센서전극(300a)은 제1지지부(110) 상면에 형성되는 제1센서배선(310a)과, 제1센서배선(310a)에 연결되는 제1센서전극 패드(320a)를 포함한다.
제2센서전극(300b)은 제1지지부(110) 상면에 형성되는 제2센서배선(310b)과, 제2센서배선(310b)에 연결되는 제2센서전극 패드(320b)를 포함한다.
상기 센서배선은 제1센서배선(310a)과 제2센서배선(310b)을 포함한다. 상기 센서전극 패드는 상기 제1센서전극 패드(320a)와 상기 제2센서전극 패드(320b)를 포함한다. 상기 센서배선의 폭은 일정하게 형성된다. 상기 센서전극 패드는 상기 브리지부 및 제2지지부(120)의 상면에 위치하고, 제1센서배선(310a) 및 제2센서배선(310b)보다 큰 폭을 갖도록 형성된다. 제1,2센서전극(300a, 300b)의 상기 센서전극 패드는 단부로 향할수록 폭이 넓어지도록 형성된다. 즉, 상기 센서전극 패드는 제1센서배선(310a) 및 제2센서배선(310b)을 향할수록 폭이 좁아지도록 형성된다.
센서전극(300)은 Pt와 W와 Co와 Ni과 Au과 Cu 중 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 혼합물로 형성된다.
히터전극(200)은 기판(100)의 상면에 형성된다.
히터전극(200) 및 센서전극(300) 하부에 위치하는 포어(102)는 히터전극(200) 및 센서전극(300)에 의해 상부가 막히고 하부는 개방된다.
히터전극(200)은 상기 센서전극 패드보다 상기 센서배선에 근접하도록 제1지지부(110)에 형성되는 발열배선(210)과, 발열배선(210)에 연결되어 제2지지부(120) 및 상기 브리지부에 형성되는 상기 히터전극 패드를 포함하여 이루어진다.
발열배선(210)은 제1지지부(110)의 상면에 형성되며, 제1센서배선(310a) 및 제2센서배선(310b)의 적어도 일부를 그 외측에서 감싸면서 형성된다. 그리고 상기 히터전극 패드는 발열배선(210)의 양단에 각각 연결되어 서로 이격된 제1히터전극 패드(220a) 및 제2히터전극 패드(220b)를 포함한다.
평면상에서 볼 때, 발열배선(210)은 제1지지부(110)의 수직중심선에 대해 대칭을 이루도록 형성되되, 원호 형상으로 형성된 복수 개의 호부와, 호부를 연결하는 복수 개의 연결부를 포함한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 발열배선(210)은 에어갭(101)에 인접하여 원호 형상으로 형성된 제1호부(211a)와, 제1호부(211a)의 일단에서 제1지지부(110)의 내측을 향해 절곡 연장된 제1연결부(212a)와, 제1연결부(212a)의 단부에서 원호 형상으로 연장 형성되어 제1호부(211a)의 내측으로 이격 배치된 제2호부(211b)와, 제2호부(211b)의 단부에서 제1지지부(110)의 내측을 향해 연장 형성된 제2연결부(212b)… 제3호부(211c)와 같은 방식으로 복수 개의 호부 및 연결부가 반복적으로 연결되어 형성된다.
발열배선(210)은 제1호부(211a)에서 제3호부(211c)까지 연결되어 일체를 이룬다.
발열배선(210)의 복수 개의 호부는 각각 대략 반원호 형상으로 형성되어, 전체적으로 원형을 이룬다. 이로 인해 제1지지부(110) 및 감지물질(600)의 온도 균일성이 향상된다.
발열배선(210)의 중심부는 양쪽의 호부가 서로 만나는 지점으로서, 두 개의 원호 형상의 호부가 합쳐져 일측이 개방된 원형을 이룬다. 그리고 그 내측에 이격공간부(214)가 형성된다. 이격공간부(214)는 제1지지부(110) 및 발열배선(210)의 중심부에서 제1지지부(110) 및 발열배선(210)의 최외측까지 연장되어 형성된다. 이격공간부(214)에는 상기 센서배선이 배치된다. 또한, 제1호부(211a)의 타단부에는 제1히터전극 패드(220a)가 연결되고, 제3호부(211c)의 일단부에는 제2히터전극 패드(220b)가 연결된다.
히터전극(200)은 Pt와 W와 Co와 Ni과 Au과 Cu 중 하나 또는 적어도 하나를 포함하는 혼합물로 형성된다.
한편, 발열배선(210)의 양단, 즉 제1히터전극 패드(220a) 및 제2히터전극 패드(220b)가 각각 연결되는 제1호부(211a) 및 제3호부(211c)의 단부 사이에는 더미금속(500)이 형성된다. 더미금속(500)은 제1지지부(110)의 상면에 형성된다.
더미금속(500)은 히터전극(200)의 발열배선(210)과 에어갭(101) 사이에 원호 형상으로 배치된다. 더미금속(500)은 인접하는 발열배선(210)과는 이격된 채로 형성된다.
더미금속(500)은 발열배선(210)의 외측에 형성되며, 금속인 것이 바람직하다. 더미금속(500)의 재질은 전극 재질과 동일할 수 있고, 여기서의 전극재질은 백금, 알루미늄, 구리 등의 금속일 수 있다.
제1호부(211a) 및 제3호부(211c)는 그 내측의 나머지 호부들에 비해 중심각이 작게 형성된다. 발열배선(210)의 외주 중에서, 제1호부(211a) 및 제3호부(211c)의 단부 사이에는 공간(510)이 형성되고, 이 공간(510)에 더미금속(500)이 위치한다.
더미금속(500)의 형성 면적만큼 발열배선(210)의 외주의 공간(510)이 부분적으로 메워진다. 이로 인해 평면에서 봤을 때, 발열배선(210) 및 더미금속(500)의 외주가 실질적으로 원형을 이룸으로써, 제1지지부(110)의 온도 균일성이 향상되어, 저전력으로 승온된 제1지지부(110) 상의 발열배선(210)의 온도 분포가 보다 균일해 진다.
상기 히터전극 패드는 발열배선(210)의 양단에 각각 연결되는 제1, 2히터전극 패드(220a,220b)를 포함한다. 이와 같이, 상기 히터전극 패드는 적어도 2개 이상으로 형성된다. 상기 히터전극 패드는 외측으로 향할수록 폭이 넓어지도록 형성된다. 즉, 상기 히터전극 패드는 발열배선(210)을 향할수록 폭이 좁아지도록 형성된다. 상기 히터전극 패드는 발열배선(210)보다 큰 폭을 갖도록 형성된다.
상기 히터전극 패드와 상기 센서전극 패드는 제1지지부(110)를 중심으로 방사상으로 배치된다. 상기 히터전극 패드와 상기 센서전극 패드의 끝단은 기판(100)의 각 모서리에 근접하도록 각각 배치되어 서로 이격되게 배치된다.
즉, 발열배선(210)의 좌측과 우측에 상기 히터전극 패드가 각각 배치되고, 상기 센서배선의 좌측과 우측에 상기 센서전극 패드가 각각 배치된다.
히터전극(200) 및 센서전극(300) 상부 일부에 변색방지 보호층(미도시)이 형성된다. 상기 변색방지 보호층은 옥사이드 계열의 재질로 형성될 수 있다. 나아가, 상기 변색방지 보호층은 탄탈룸 산화물(TaOx)과 티타늄 산화물(TiO2)과 실리콘 산화물(SiO2)과 알루미늄 산화물(Al2O3) 중 적어도 하나로 형성된다.
발열배선(210) 및 제1,2센서배선(310a, 310b)은 에어갭(101)에 의해 둘러싸인다. 즉 발열배선(210) 및 제1,2센서배선(310a, 310b) 둘레에 에어갭(101)이 배치된다. 에어갭(101)은 발열배선(210) 및 제1,2센서배선(310a, 310b)의 측부에 배치된다.
상세하게는, 에어갭(101)은 제1센서전극(300a)의 제1센서전극 패드(320a)와 제1히터전극 패드(220a) 사이와, 제1히터전극 패드(220a)와 제2히터전극 패드(220b) 사이와, 제2히터전극 패드(220b)와 제2센서전극(300b)의 제2센서전극 패드(320b) 사이와, 제2센서전극(300b)의 제2센서전극 패드(320b)와 제1센서전극(300a)의 제1센서전극 패드(320a) 사이에 배치된다. 즉, 에어갭(101)은 히터전극(200) 및 센서전극(300)을 지지하는 부분을 제외한 영역에 형성된다.
에어갭(101)으로 인해, 기판(100)에는 발열배선(210) 및 상기 센서배선을 공통으로 지지하는 제1지지부(110)와, 상기 히터전극 패드 및 상기 센서전극 패드를 지지하는 제2지지부(120) 및 상기 브리지부가 형성된다.
제1지지부(110)는 발열배선(210) 및 상기 센서배선의 면적보다 넓게 형성된다.
제1지지부(110)에는 발열배선(210) 및 상기 센서배선을 덮는 감지물질(600)이 형성된다. 즉, 감지물질(600)은 제1지지부(110)에 대응되는 위치에 형성된다. 감지물질(600)은 프린팅되어 형성된다. 이와 같이 감지물질(600)이 프린팅되어 형성되면, 감지물질(600)을 형성한 이후에 감지물질(600)의 표면에 메쉬망 형태의 자국이 남는다.
제1피씨비(2100)는 판형상으로 형성된다. 하면에 제1전극층(2110)이 패터닝되어 있다. 제1전극층(2110)은 상기 센서전극 패드와 상기 히터전극 패드의 위치에 대응되도록 형성될 수 있다. 제1전극층(2110)은 좌우방향으로 배치된다.
제1피씨비(2100)는 경성PCB(Rigid PCB)로 구비될 수 있다.
제1피씨비(2100)에는 상부가 개방되도록 제1공간(2120)이 형성된다. 본 실시예에서 제1공간(2120)은 상하방향으로 관통되도록 형성된다. 전술한 바와 다르게, 제1공간은 상부는 개방되고 하부는 막히도록 형성될 수도 있다.
제1공간(2120)의 좌우폭은 센싱칩(1000)의 좌우폭보다 넓게 형성되며, 제1공간(2120)의 상하폭은 센싱칩(1000)의 상하폭보다 넓게 형성된다. 따라서, 센싱칩(1000)의 하단은 마이크로 센서 패키지가 실장되는 피씨비로부터 상부로 이격되게 배치된다. 이로 인해, 센싱칩(1000)의 단열성능이 향상될 수 있다.
제1전극층(2110)은 제1공간(2120) 둘레에 배치된다. 제1전극층(2110)은 제1공간(2120)의 좌측과 우측에 각각 배치된다. 또한, 제1전극층(2110)의 내외측 측부는 제1공간(2120)과 마이크로 센서 패키지의 외측을 통해 노출된다.
제2피씨비(2200)는 판형상으로 형성되며, 제1피씨비(2100)의 상부에 배치된다. 제2피씨비(2200)의 하부는 제1피씨비(2100)의 상면에 접착층(3000)을 통해 접착된다. 제2피씨비(2200)와 제1피씨비(2100)는 얼라인되어 접합된다.
나아가, 제2피씨비(2200)는 플렉서블 피씨비로 구비되어, 패키지의 두께를 감소시킬 수 있다. 제2피씨비(2200)의 상하두께는 제1피씨비(2100)의 상하두께보다 얇게 형성될 수 있다.
제2피씨비(2200)는 제1피씨비(2100)와 동일하게 하면에 제2전극층(2210)이 패터닝되어 있다. 제2전극층(2210)도 상기 센서전극 패드와 상기 히터전극 패드의 위치에 대응되도록 형성될 수 있다. 제2전극층(2210)은 좌우방향으로 배치된다.
따라서, 제2전극층(2210)은 제1피씨비(2100)와 제2피씨비(2200) 사이에 배치된다.
제2피씨비(2200)에는 제2공간(2220)이 상하방향으로 관통되게 형성된다.
제2전극층(2210)은 제2공간(2220) 둘레에 배치된다. 제2전극층(2210)은 제2공간(2220)의 좌측과 우측에 각각 배치된다.
제2공간(2220)은 제1공간(2120)과 단차지고 연통되게 형성된다. 제2공간(2220)의 좌우폭은 제1공간(2120)의 좌우폭보다 작도록 형성되어, 단차지게 된다.
따라서, 제2피씨비(2200)에는 제1피씨비(2100)의 내벽보다 내측으로 돌출된 단차부(2201)가 형성된다.
단차부(2201)의 하부에 배치되는 제2전극층(2210)의 하부는 제1공간(2120)을 통해 노출되게 된다. 즉, 단차부(2201)의 하부에 형성되는 제2전극층(2210)은 제1공간(2120)의 상부에 배치된다.
제2전극층(2210)의 내외측 측부는 제2공간(2220)과 마이크로 센서 패키지의 외측을 통해 노출된다.
센싱칩(1000)은 제1공간(2120) 내부에 배치되며, 센싱칩(1000)의 상기 센서전극 패드 및 상기 히터전극 패드는 제2전극층(2210)에서 하부가 노출된 부분에 각각 전기적으로 연결된다. 즉, 센싱칩(1000)은 단차부(2201)의 하부에 연결된다.
센싱칩(1000)의 에어갭(101) 및 포어(102)는 제1,2공간(2120, 2220)에 연통된다.
센싱칩(1000)의 상기 센서전극 패드 및 상기 히터전극 패드와 제2전극층(2210)은 칩접합층(5000)을 통해 연결된다. 칩접합층(5000)에는 열경화성 재료인 에폭시(Ag Epoxy) 또는 마이크로 센서 패키지를 대상 피씨비에 접합할 때 사용하는 솔더와 서로 다른 용융온도를 갖는 솔더(Solder)가 적용된다.
이로 인해, 마이크로 센서 패키지를 대상 피씨비에 접합할 때 칩접합층(5000)이 리멜팅되어 접합이 떨어지는 것을 방지할 수 있고, 전도성이 우수하다.
제2피씨비(2200)의 상면에는 평판형상의 AAO필터(4000)가 필터접착층(4100)을 통해 접착되어 설치된다.
따라서, 제2공간(2220)의 상부는 AAO필터(4000)에 의해 덮인다. 따라서, 가스는 AAO필터(4000)를 통과한 후에 제2공간(2220)으로 공급되어, 센싱칩(1000)에 공급된다.
AAO필터(4000)에는 상하방향으로 관통되는 다수개의 나노 크기의 포어가 형성된다. AAO필터(4000)의 상기 포어는 제2공간(2220)에 연통된다. 따라서, 가스를 감지하는 부분으로 이물질이 유입되는 것을 효과적으로 막을 수 있다.
나아가, AAO필터(4000)의 포어 내부에는 소수성 표면처리가 되어, 가스를 감지하는 부분으로 수분이 침투하는 것이 방지된다.
제1,2피씨비(2100, 2200)에는 상하방향으로 관통하는 제3공간(2001)이 형성된다. 따라서, 제3공간(2001)의 상부 및 하부는 개방된다. 전술한 바와 다르게, 제3공간은 제1전극층과 제2전극층을 연결하도록 제1피씨비에만 상하방향으로 관통되게 형성될 수도 있다. 이러한 경우에는 상기 제3공간의 상부는 제2피씨비에 의해 막히게 된다.
제3공간(2001)은 제1,2공간(2120, 2220)의 양측에 각각 형성된다. 즉, 제3공간(2001)은 제1,2공간(2120, 2220)의 외측에 배치된다.
제3공간(2001)은 외측 측부가 개방되도록 형성된다. 평면에서 보았을 때 제3공간(2001)은 내측으로 오목하게 형성된다.
제3공간(2001)의 내부에는 제1전극층(2110)과 제2전극층(2210)을 전기적으로 연결하는 연결부(2002)가 상하방향으로 형성된다. 연결부(2002)는 제1피씨비(2100) 및 접착층(3000) 및 제2피씨비(2200)의 외측 측부에 형성된다. 연결부(2002)는 제3공간(2001)의 측부의 개방된 부분을 통해 제1피씨비(2100) 및 접착층(3000) 및 제2피씨비(2200)의 외측 측부로 노출된다. 전술한 바와 다르게, 제3공간의 측부가 노출되지 않게 형성될 경우에는 연결부도 제1,2피씨비 및 접착층의 외측 측부로 노출되지 않게 된다.
연결부(2002)가 제3공간(2001)의 내부에 형성되어 연결부(2002)가 보호될 수 있다.
연결부(2002)는 제3공간(2001)의 내벽을 따라 형성된다. 따라서, 평면에서 보았을 때 연결부(2002)는 내측으로 오목하게 형성된다.
이하, 전술한 구성을 갖는 본 실시예의 작용을 설명한다.
가스 농도를 측정하기 위해서 먼저 히터전극(200)의 2 개의 히터전극 패드(220)에 일정한 전력을 인가하여 감지물질(600)을 일정한 온도로 가열한다.
승온된 감지물질(600)에는 제2공간(2220) 내부의 가스가 흡착 또는 탈착된다.
이로 인해 제1센서배선(310a)과 제2센서배선(310b) 사이의 전기전도도가 변화하게 되어, 가스를 감지한다.
또한, 더욱 정밀한 측정을 위해서는 감지물질(600)에 기존 흡착되어 있는 여타 가스종이나 수분들을 히터전극(200)으로 고온 가열하여 강제적으로 제거하여 감지물질(600)을 초기 상태로 복구시킨 후 관심 가스의 농도를 측정한다.
본 실시예의 마이크로 센서 패키지 제조방법은 다음과 같다.
도 6에 도시된 바와 같이, 하면에 제1전극층(2110)이 패터닝되고 상하방향으로 관통된 제1공간(2120)이 형성된 제1피씨비(2100)와, 하면에 제2전극층(2210)이 패터닝되고 상하방향으로 관통된 제2공간(2220)이 형성된 제2피씨비(2200)를 준비하는 준비단계와, 상기 제1공간(2120)과 상기 제2공간(2220)이 단차지게 연통되도록 상기 제1피씨비(2100)의 상부에 상기 제2피씨비(2200)를 접합시키는 접합단계와, 상기 제1공간(2120) 내부에 센싱칩(1000)을 배치시키고 상기 제2전극층(2210)에 상기 센싱칩(1000)을 전기적으로 연결하는 칩연결단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 여러개의 마이크로 센서 패키지를 한번에 생산하는 것을 예로 들어 설명한다.
제1피씨비(2100)와 제2피씨비(2200)는 평면형상이 유사한 모양으로 구비된다.
제1피씨비(2100)에는 제1공간(2120)이 좌우방향으로 이격되게 다수개 형성되고, 제2피씨비(2200)에는 제2공간(2220)이 좌우방향으로 이격되게 다수개 형성된다.
제1공간(2120)은 제2공간(2220)보다 좌우폭이 넓게 형성된다.
상기 접합단계는 제1피씨비(2100) 위에 제2피씨비(2200)를 배치시키고, 제1피씨비(2100)와 제2피씨비(2200) 사이에 접착층(3000)을 배치시켜서 제1피씨비(2100)와 제2피씨비(2200)를 접합시킨다.
접합시 제1공간(2120)과 제2공간(2220)이 단차지게 연통되도록 얼라인시킨다.
상기 접합단계 이후에, 제1전극층(2110)과 제2전극층(2210)을 연결시킨다.
상기 연결단계는 먼저, 제1피씨비(2100)와 제2피씨비(2200)에 상하방향으로 관통하는 제3공간(2001)을 형성한다. 따라서, 제3공간(2001)은 제1전극층(2110)과 제2전극층(2210)도 관통한다. 이로 인해, 제1전극층(2110)과 제2전극층(2210)의 측부가 제3공간(2001)을 통해 노출된다.
제3공간(2001)은 제1,2공간(2120, 2220)의 양측에 각각 형성한다. 본 실시예에서와 같이 제1,2공간(2120, 2220)이 다수개 형성될 경우에는 제3공간(2001)은 두개의 제1,2공간(2120, 2220) 사이에 배치된다.
이어서, 제3공간(2001)의 내부에 연결부(2002)를 도금 등을 통해 형성한다. 연결부(2002)는 제3공간(2001)의 내벽을 따라 형성되어, 속이 빈 기둥형상으로 형성된다. 즉, 연결부(2002)는 제3공간(2001)의 온 둘레를 따라 형성된다. 제3공간(2001)을 통해 노출되었던 제1전극층(2110)과 제2전극층(2210)의 측부는 연결부(2002)를 통해 연결되게 된다.
다음으로 제1공간(2120) 하부를 통해 센싱칩(1000)을 삽입하여, 제1공간(2120) 내부에 센싱칩(1000)을 배치시킨다. 이로 인해, 감지물질(600)은 제2공간(2220)을 통해 노출된다. 즉, 센싱칩(1000)에서 가스를 감지하는 부분인 감지물질(600)은 제2공간(2220)의 내부에 배치된다.
제2전극층(2210)에 센싱칩(1000)을 칩접합층(5000)을 통해 전기적으로 연결한다. 이로 인해 제1공간(2120)은 센싱칩(1000)이 안착되는 공간이 되고, 제2공간(2220)은 가스가 유입되는 통로가 된다.
전술한 바와 다르게, 제1공간이 상부만 개방되고 하부는 막히게 형성될 경우에는 센싱칩을 제2공간이 형성된 제2피씨비의 제2전극층에 전기적으로 연결한 후에 제1피씨비 위에 상기 제2피씨비를 접착시키고 이후에 연결부를 형성하여 마이크로 센서 패키지를 형성할 수도 있다.
각각의 제1,2공간(2120, 2220)에 전술한 바와 같이 센싱칩(1000)이 배치되므로, 제2피씨비(2200)에는 다수개의 센싱칩(1000)이 전기적으로 연결된다.
제3공간(2001)은 인접하게 배치되는 두개의 센싱칩(1000) 사이에 배치된다.
상기 칩연결단계 이후에, 제2피씨비(2200) 상부에 AAO필터(4000)와 같은 필터를 접합시키는 단계를 더 포함한다. 상기 필터는 제2공간(2220)을 막도록 설치된다. 상기 필터는 센싱칩(1000)의 양측에 배치되는 두개의 제3공간(2001) 사이거리보다 좌우길이가 짧도록 형성될 수도 있고, 제2피씨비(2200)의 상면 전체를 덮도록 대면적으로 형성될 수도 있다. 상기 필터가 대면적으로 구비될 경우에는 상기 필터를 부착한 후에 이하 서술되는 절단라인(d)에 에칭을 하여 개별화하는 것도 가능하다.
절단라인(d)이 연결부(2002)의 내부의 빈 공간을 통과하도록, 제3공간(2001)을 따라 제1피씨비(2100) 및 제2피씨비(2200)를 절단한다. 예를 들어, 절단라인(d)은 평면상에서 수직하게 배치되는 연결부(2002) 및 제3공간(2001)의 중심선을 따라 형성된다. 즉, 절단라인(d)은 연결부(2002)의 좌측단과 우측단 사이에 배치된다.
이러한 절단단계를 통해 하나의 연결부(2002)는 두개로 분할되게 되고, 인접한 두개의 센싱칩(1000)이 분리된다.
이와 같이 간단한 브레이킹 또는 커팅 과정만으로 여러개의 단위 패키지를 한꺼번에 제조할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당기술분야의 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있다.
** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **
1000 : 센싱칩
100: 기판 101: 에어갭
102: 포어 110: 제1지지부
120: 제2지지부
200: 히터전극
210: 발열배선 211a: 제1호부
211b: 제2호부 211c: 제3호부
212a: 제1연결부 212b: 제2연결부
214: 이격공간부 220a: 제1히터전극 패드
220b: 제2히터전극 패드
300: 센서전극 300a: 제1센서전극
300b: 제2센서전극 310a: 제1센서배선
310b: 제2센서배선 320a: 제1센서전극 패드
320b: 제2센서전극 패드 330 : 본딩부
340 : 연결부 500: 더미금속
510: 공간 600 : 감지물질
2001 : 제3공간 2002 : 연결부
2100 : 제1피씨비 2110 : 제1전극층
2120 : 제1공간 2200 : 제2피씨비
2210 : 제2전극층 2220 : 제2공간
3000 : 접착층 4000 : AAO필터

Claims (13)

  1. 센싱칩;
    하면에 제1전극층이 패터닝되어 있으며, 상부가 개방된 제1공간이 형성되는 제1피씨비;
    상기 제1피씨비의 상부에 배치되고, 하면에 제2전극층이 패터닝되어 있으며, 상기 제1공간과 단차지게 연통되는 제2공간이 상하방향으로 관통되게 형성되는 제2피씨비를 포함하며,
    상기 제1전극층과 상기 제2전극층은 전기적으로 연결되며,
    상기 센싱칩은 상기 제1공간 내부에 배치되며, 상기 센싱칩은 상기 제2전극층에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제1피씨비와 상기 제2피씨비는 접착층에 의해 접착되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제2공간의 상부는 AAO필터에 의해 덮이는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 AAO필터에는 소수성 표면처리가 된 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1피씨비에는 상하방향으로 관통하는 제3공간이 형성되며,
    상기 제3공간의 내부에는 상기 제1전극층과 상기 제2전극층을 전기적으로 연결하는 연결부가 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제3공간은 외측이 개방되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제2피씨비는 플렉서블 피씨비로 구비되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지.
  8. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 센싱칩과 상기 제2전극층은 은 에폭시 또는 솔더를 통해 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지.
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 제1공간은 상기 제1피씨비에 상하방향으로 관통되게 형성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지.
  10. 하면에 제1전극층이 패터닝되고 상하방향으로 관통된 제1공간이 형성된 제1피씨비와, 하면에 제2전극층이 패터닝되고 상하방향으로 관통된 제2공간이 형성된 제2피씨비를 준비하는 준비단계;
    상기 제1공간과 상기 제2공간이 단차지게 연통되도록 상기 제1피씨비의 상부에 상기 제2피씨비를 접합시키는 접합단계;
    상기 제1공간 내부에 센싱칩을 배치시키고 상기 제2전극층에 상기 센싱칩을 전기적으로 연결하는 칩연결단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지 제조방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 접합단계 이후에,
    상기 제1전극층과 상기 제2전극층을 연결시키는 전극연결단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 연결단계는 상기 제1피씨비에 상하방향으로 관통하는 제3공간을 형성하고,
    상기 제1전극층과 상기 제2전극층을 연결시키는 연결부를 상기 제3공간의 내부에 형성하는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지 제조방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제3공간은 상기 제1피씨비와 상기 제2피씨비를 관통하도록 형성되며,
    상기 연결단계에서 상기 연결부는 상기 제3공간의 내벽을 따라 속이 빈 기둥형상으로 형성하며,
    상기 제1피씨비에는 상기 제1공간이 다수개 형성되고,
    상기 제2피씨비에는 상기 제2공간이 다수개 형성되며,
    상기 제2피씨비에 다수개의 상기 센싱칩이 연결되며,
    상기 제3공간은 두개의 상기 센싱칩 사이에 배치되고,
    상기 칩연결단계 이후에,
    상기 제3공간을 따라 상기 제1피씨비 및 상기 제2피씨비를 절단하는 절단단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마이크로 센서 패키지 제조방법.
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