KR20180031264A - 가스 센싱 모듈, 가스 센싱 장치 및 이의 제조 방법 - Google Patents
가스 센싱 모듈, 가스 센싱 장치 및 이의 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈은 기판; 상기 기판 위에 배치되는 감지 전극 및 히터 전극; 상기 감지 전극 및 상기 히터 전극 상에 배치되는 감지물; 상기 기판 아래에 배치되는 하부 패드; 및, 상기 기판 위에 배치되며 상기 감지전극 및 히터 전극과 전기적으로 연결되는 복수 개의 상부 패드; 상기 상부 패드와 상기 하부 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는, 상기 기판의 외측에 노출되어 있다.
Description
본 발명은 가스 센싱 모듈에 관한 것으로, 특히 기판을 관통하는 연결부의 일부가 상기 기판의 외측을 통해 노출되어 있는 가스 센싱 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
가스센서는 아래와 같은 다양한 조건을 만족해야 하며, 상기 만족해야 하는 조건에는 얼마나 빨리 반응을 할 수 있는지를 보여주는 신속성, 얼마나 미세한 양이 검출이 되어도 반응할 수 있는지를 보여주는 민감성, 얼마나 오랫동안 동작을 할 수 있는지를 보여주는 내구성, 그리고 소비자가 얼마나 부담 없이 센서를 사용할 수 있는지를 보여주는 경제성 등이 포함된다.
또한, 기존의 반도체 공정 기술과 결합하기 위해서는 집적화, 나열화 하기 쉬운 특성을 갖고 있어야 한다. 실용적인 가스센서로는 산화주석(SnO2)을 재료로 해서 만들어진 가정용 가스 누출 경보기 등이 폭넓게 보급되어 있다. 동작원리로는 가스양의 변화에 따라서 저항 값이 변화하는 것을 이용한 반도체형과 일정 주파수를 갖고 진동하고 있는 진동자에 가스가 흡착되면 진동수가 바뀌는 것을 이용한 진동자형이 있다. 대부분의 가스센서는 회로가 간단하고 상온에서 안정적인 열 적인 특성을 보이는 반도체형을 이용하고 있다.
선행문헌 1에 의하면, 일반적으로 가스센서는 가스 센싱 물질이나 센싱 칩을 실장하는 구조의 패키지 구조를 가지고 있으며, 종래에는 가스 센싱 물질이나 센싱 칩의 상면 보호를 위한 별도의 캡부재를 구비하여야 하며, 이러한 캡부재 상면에는 미세한 망으로 형성되어 있는 메쉬 형상의 부재를 마련하여 가스통기가 가능하도록 형성하고 있다.
이러한 가스센싱을 위한 센싱패키지는 이러한 캡부재 및 메쉬형부재로 인해 상부 구조의 높이가 커지고, 센서칩과 전극부와의 연결에 있어서, 와이어본딩을 사용하게 되어 센서칩보다 전체 패키지 사이즈가 수배~수십 배 커지게 되며, 이러한 문제로 가스센서의 소형화가 구현되지 못하는 한계로 작용하고 있다.
또한, 선행문헌 2에 의하면, 멤브레인 구조의 기판 위에 마이크로 히터와 전극을 형성하고, 상기 형성된 전극 위에 감지물을 코팅하여 가스 센서를 제작하게 된다. 상기와 같이 제작된 가스 센서는 감지물과 가스 종류에 따라 구동 온도가 비교적 고온(250~300±100)에서 동작하게 되며, 이에 따라 감지물 주변의 온도 유지가 중요한 변수가 된다. 그러나, 상기와 같은 가스 센서에 따르면 외부에서 발생하는 열이 감지물로 그대로 전달되며, 그에 따라 상기 감지물에 공급되는 열이 외부로 방출됨에 따라 상기 감지물의 온도가 변화하게 되며, 이는 센서의 감지 성능에 큰 영향을 미치게 된다.
[선행문헌 1] 국내 등록실용신안 20-0196605호
[선행문헌 2] 국내 등록특허공보 10-0914938호
본 발명에 따른 실시 예에서는, 새로운 구조의 가스 센싱 모듈 및 이의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 칩 스케일 패키지(CSP) 방식을 이용하여 웨이퍼 상태의 가스 센싱 모듈 상부에 바로 EMC 몰딩(MOLDING)이나 캡핑(CAPPING) 통해 칩 크기의 가스센서 패키지 구조가 가능한 가스 센싱 모듈의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 기판의 외곽부에 연결부를 배치하여 전체 전극의 수 및 면적을 감소시킬 수 있는 구조의 가스 센싱 모듈 및 이의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는 감지물의 온도 유지를 위한 히터 구동 전력을 최소화할 수 있는 가스 센싱 모듈 및 이의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 외부에서 감지물로 전달되는 열을 차단하면서, 상기 감지물에 공급되는 열이 외부로 방출됨에 따라 나타나는 문제를 해결할 수 있는 가스 센싱 모듈 및 이의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 감지물과 전극 사이에 에어 공극을 형성하여, 상기 감지물과 상기 전극 사이에서의 열 전달을 차단할 수 있는 가스 센싱 모듈 및 이의 제조 방법을 제공한다.
제안되는 실시 예에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 제안되는 실시 예가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈은 기판; 상기 기판 위에 배치되는 감지 전극 및 히터 전극; 상기 감지 전극 및 상기 히터 전극 상에 배치되는 감지물; 상기 기판 아래에 배치되는 하부 패드; 및, 상기 기판 위에 배치되며 상기 감지전극 및 히터 전극과 전기적으로 연결되는 복수 개의 상부 패드; 상기 상부 패드와 상기 하부 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는, 상기 기판의 외측에 노출되어 있다.
또한, 상기 연결부는, 상기 기판의 모서리 부분에 배치되어, 측면이 상기 기판의 외부로 노출된다.
또한, 상기 상부 패드와 연결되는 상기 연결부의 상면은, 삼각형, 사각형, 다각형 및 곡률을 가지는 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는다.
또한, 상기 기판은, 상기 감지물 주변에 인접하여 형성되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역을 제외한 제 2 영역으로 구분하는 공극을 포함한다.
또한, 상기 기판의 상기 제 1 영역은, 상기 감지물 주변에 인접하여 형성되는 제 1 공극을 포함하고, 상기 기판의 상기 제 2 영역은, 상기 제 1 공극으로부터 소정 간격 이격된 제 2 공극을 포함한다.
또한, 상기 감지 전극은, 백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함하는 전도성 물질로 구성된다.
또한, 상기 기판은, 세라믹 기판을 포함한다.
또한, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함한다.
또한, 상기 상부 패드의 상면의 형상은, 상기 연결부의 상면의 형상과 상이하다.
또한, 상기 상부 패드의 상면의 면적은, 상기 연결부의 상면의 면적보다 크다.
또한, 상기 기판과 상기 감지물 사이에 배치되는 단열부를 더 포함하며, 상기 감지 전극 및 상기 히터 전극의 적어도 일부는, 상기 단열부 위에 배치된다.
또한, 상기 기판 상에 배치되며, 적어도 하나 이상의 홀을 가지는 커버를 더 포함한다.
또한, 실시 예에 따른 가스 센싱 장치는 인쇄회로기판; 및 상기 인쇄회로기판에 부착되는 가스 센싱 모듈을 포함하며, 상기 가스 센싱 모듈은, 기판과, 상기 기판 위에 배치되는 감지 전극 및 히터 전극과, 상기 감지 전극 및 상기 히터 전극 상에 배치되는 감지물과, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 감지 전극 및 상기 히터 전극과 연결되는 상부패드와, 상기 기판 아래에 배치되는 하부 패드와, 상기 기판 위에 배치되고, 적어도 하나 이상의 홀을 가지는 커버를 포함하고, 상기 상부 패드와 상기 하부 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하고, 상기 연결부는, 상기 기판의 외측에 노출되어 있다.
또한, 상기 연결부는, 상기 기판의 모서리 부분에 배치되어, 측면이 상기 기판의 외부로 노출된다.
또한, 상기 기판은, 상기 감지물 주변에 이웃하여 형성되며, 상기 기판의 상부 영역을 상기 감지물을 포함하는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역을 제외한 제 2 영역으로 구분하는 공극이 형성되고, 상기 제 1 영역은, 상기 감지물에 인접하여 형성된 제 1 공극을 포함하고, 상기 제 2 영역은, 상기 제 1 공극에서 소정 간격 이격된 제 2 공극을 포함한다.
또한, 상기 감지 전극은, 백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함하는 전도성 물질로 구성된다.
또한, 상기 기판은, 세라믹 기판을 포함한다.
또한, 상기 기판 위에 배치되며, 상기 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함한다.
또한, 상기 가스 센싱 모듈은, 상기 기판과 상기 감지물 사이에 배치되는 단열부를 더 포함한다.
또한, 실시 예에 따른 가스 센싱 장치의 제조 방법은 제 1 기판를 준비하는 단계; 상기 준비된 제 1 기판위에, 서로 이웃하는 가스 센싱 모듈에 공통으로 사용되는 공통 연결부를 전도성 물질로 충진하는 단계; 상기 준비된 제 1 기판 위에 다수 개의 가스 센싱 모듈을 형성하는 단계; 표면에 소정 간격 이격되는 다수 개의 커버가 배치된 제 2 기판를 준비하는 단계; 상기 제 2 기판를 상기 다수 개의 가스 센싱 모듈이 형성된 제 1 기판에 접합하는 단계; 및, 상기 공통 연결부를 상기 각각의 단위 모듈에 배치되는 복수의 단위 연결부로 절단하여 상기 연결부가 기판의 외측으로 노출되는 개별의 가스센싱 모듈로 분리하는 단계를 포함한다.
또한, 상기 제1기판 및 제 2 기판은 다이싱 라인을 포함하며, 상기 공통 연결부는, 상기 제1기판의 다이싱 라인 위에 배치되며, 상기 단위 연결부는, 상기 접합된 상기 제1기판 및 상기 제2 기판을 상기 다이싱 라인을 따라 개별의 모듈로 분리하여 기판의 외측으로 노출된다.
또한, 상기 가스센싱 모듈을 형성하는 단계는, 기판 위에 감지 전극과 히터 전극을 형성하는 단계와, 상기 기판의 상기 공통 연결부 상에 상기 감지 전극 및 상기 히터 전극과 연결되는 상부 패드를 형성하는 단계와, 상기 기판 아래에 상기 상부 패드와 전기적으로 연결되는 하부 패드를 형성하는 단계를 포함하고, 상기 단위 연결부는, 상기 기판의 외측에 노출되어 있다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 세라믹 기판에 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극(연결부)을 형성한 가스 센싱 모듈을 제공함으로써, 와이어 본딩과 같은 공정을 제거하여 센싱 모듈 및 센싱 장치의 소형화나 슬림화를 달성할 수 있으며, 이에 따른 다양한 제품에 적용할 수 있는 센싱 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 관통 전극을 기판의 외곽부에 배치하여 상기 관통 전극의 일부가 외부로 노출되도록 함으로써, 전체 관통 전극의 면적 비율을 감소할 수 있으며, 이에 따라 상기 관통 전극을 구성하는 전도성 물질이나 전도성 페이스트의 사용량을 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 하나의 관통 전극을 복수의 센싱 모듈에서 공동으로 사용할 수 있도록 함으로써, 웨이퍼 상에서의 전체 관통 전극의 수를 감소함에 따른 공정 수율을 향상시킬 수 있으며, 제품 제작 후의 관리 포인트를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 칩 스케일 방식으로 가스 센싱 모듈을 제조함으로써, 칩 크기의 가스 센서 패키지가 가능하며, 제조 공정을 간소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 전극 패드와 관통 전극 사이에 단차를 형성함으로써, 전극 패드와 관통 전극 사이의 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 상기 공극에 의해 상기 감지물의 열이 외부로 방출되지 않음으로써, 상기 감지물이 항상 고온을 유지할 수 있도록 하며, 상기 감지물을 일정 온도로 유지시키기 위한 소비 전력을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 센싱 모듈의 평면도이다.
도 3은 도 1의 가스 센싱 모듈의 변형 예이다.
도 4는 도 1의 가스 센싱 모듈의 변형 예이다.
도 5은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(300)의 공극(360)의 형상을 보여주는 도면이다.
도 13는 도 6에 도시된 가스 센싱 모듈의 변형 예이다.
도 14는 도 6에 도시된 가스 센싱 모듈의 다른 변형 예이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치를 나타낸 도면이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 도 1의 가스 센싱 모듈의 평면도이다.
도 3은 도 1의 가스 센싱 모듈의 변형 예이다.
도 4는 도 1의 가스 센싱 모듈의 변형 예이다.
도 5은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 도 6의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(300)의 공극(360)의 형상을 보여주는 도면이다.
도 13는 도 6에 도시된 가스 센싱 모듈의 변형 예이다.
도 14는 도 6에 도시된 가스 센싱 모듈의 다른 변형 예이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치를 나타낸 도면이다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 구성 및 작용을 구체적으로 설명한다. 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성요소는 동일한 참조부여를 부여하고, 이에 대한 중복설명은 생략하기로 한다. 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 사용된다.
이하, 실시 예들은 첨부된 도면 및 실시 예들에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다. 실시 예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 "위(on)"에 또는 "아래(under)"에 형성되는 것으로 기재되는 경우에 있어, "위(on)"와 "아래(under)"는 "직접(directly)" 또는 "다른 층을 개재하여 (indirectly)" 형성되는 것을 모두 포함한다. 도면에서 각층의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다. 또한 각 구성요소의 크기는 실제크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시 예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1의 가스 센싱 모듈의 평면도이다.
도 1 및 2를 참조하면, 가스 센싱 모듈(100)은 기판(110), 상부 패드(120), 하부 패드(125), 금속층(130), 히터 전극(135), 감지 전극(140), 감지물(145), 보호층(150) 및 연결부(155)를 포함한다.
또한, 상기 가스 센싱 모듈(100)은 상기 기판(110)과 히터 전극(135), 감지 전극(140) 및 감지물(145) 사이에 중간층(115)이 추가로 배치될 수 있다. 상기 중간층(115)은 단열 재료에 의해 구성되며, 상기 히터 전극(135)에서 발생한 열이 외부로 전달되지 않도록 한다. 따라서, 상기 중간층(115)은 온도 유지를 유지 부가적으로 상기 기판(110) 위에 배치될 수 있다.
기판(110)은 전극 패드가 형성되는 가스 센싱 모듈(100)의 지지 기판이다. 상기 기판(110)은 절연 플레이트를 형성하며, 세라믹 기판일 수 있다.
바람직하게, 상기 기판(110)은 알루미나(Alumina), 산화 실리콘 또는 질화 실리콘(SiN)를 포함하는 세라믹 기판일 수 있다.
기판(110) 위에는 상부 패드(120)가 배치된다.
상기 상부 패드(120)는 통상적인 인쇄회로기판의 제조 공정인 어디티브 공법(Additive process), 서브트렉티브 공법(Subtractive Process), MSAP(Modified Semi Additive Process) 및 SAP(Semi Additive Process) 공법 등으로 형성 가능하며, 여기에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 상부 패드(120)는 상기 기판(110) 위에 소정 간격을 두고 복수 개 배치된다. 이때, 상기 상부 패드(120)의 수평 단면은 다양한 형상을 가질 수 있다. 여기에서, 상기 수평 단면의 형상은 상기 상부 패드(120)의 상면이 가지는 형상일 수 있다.
즉, 상기 상부 패드(120)의 수평 단면의 형상은 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 이와 다르게 곡면을 가지는 부채꼴의 형태 및 반원이나 타원을 포함하는 원의 형태로 변형할 수도 있다.
바람직하게, 상부 패드(120)는 제 1 상부 전극 패드(121), 제 2 상부 전극 패드(122), 제 3 상부 전극 패드(123) 및 제 4 상부 전극 패드(124)를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 내지 4 상부 패드(121, 122, 123, 124) 중 2개의 상부 패드는, 히터 전극(135)과 연결되고, 나머지 2개의 상부 패드는 감지 전극(140)과 연결된다. 다시 말해서, 상기 제 1 상부 패드(121) 및 제 2 상부 패드(122)는 감지 전극(140)과 연결되는 감지 전극 패드이고, 제 3 상부 패드(123) 및 제 4 상부 패드(124)는 히터 전극(135)과 연결되는 히터 전극 패드이다.
이때, 상기 제 1 내지 4 상부 패드(121, 122, 123, 124)는 판 형상을 갖는 상기 기판(110)의 4개의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 내지 4 상부 패드(121, 122, 123, 124)은 상기 기판(110)의 상부 영역의 외곽부에 배치된다. 이에 따라, 상기 제 1 내지 4 상부 패드(121, 122, 123, 124)의 측면은 기판(110)의 외측으로 노출될 수 있다.
한편, 상기 기판(110) 아래에는 하부 패드(125)가 배치된다.
다시 말해서, 기판(110)의 상면에는 상부 패드(120)가 배치되고, 상기 기판(110)의 하면에는 하부 패드(125)가 배치된다.
이때, 상기 하부 패드(125)의 수평 단면의 형상은 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 이와 다르게 곡면을 가지는 부채꼴의 형태 및 반원이나 타원을 포함하는 원의 형태로 변형할 수도 있다.
상기 하부 패드(125)는 상기 가스 센싱 모듈(100)을 외부 기판(도시하지 않음)에 부착시키기 위한 부착 패드이다. 상기 하부 패드(125)는 금속 또는 금속 페이스트로 형성될 수 있다.
다시 말해서, 상기 하부 패드(125)는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(C) 및 아연(Zn) 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 물질로 형성될 수 있다. 또한 상기 하부 패드(125)는 본딩력이 우수한 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(C), 아연(Zn) 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 물질을 포함하는 페이스트 또는 솔더 페이스트로 형성될 수 있다.
상기 하부 패드(125)의 표면에는 금속층(130)이 배치된다. 상기 금속층(130)은 상기 하부 패드(125)의 표면을 보호하면서, 상기 하부 패드(125)의 본딩력을 높일 수 있는 금속물질로 형성된다. 금속층(130)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(C), 아연(Zn) 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
바람직하게, 상기 금속층(130)은 금(Au) 또는 은(Ag)을 포함하는 금속물질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 하부 패드(125)는 상기 기판(110)의 하면에 소정 간격을 두고 복수 개 배치된다.
즉, 하부 패드(125)는 제 1 하부 패드 내지 제 4 하부 패드(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
그리고, 제 1 하부 패드는 상기 제 1 상부 패드(121)와 전기적으로 연결되고, 제 2 하부 패드는 상기 제 2 상부 패드(122)와 전기적으로 연결되며, 제 3 하부 패드는 상기 제 3 상부 패드(123)와 전기적으로 연결되고, 제 4 하부 패드는 상기 제 4 상부 패드(124)와 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 하부 패드(125)도 상기 상부 패드(120)와 동일하게 상기 기판(110)의 하면의 모서리에 각각 배치될 수 있다.
또한, 상기 금속층(130)은 상기 제 1 내지 4 하부 패드의 표면에 각각 배치된다.
연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하며, 일단이 상기 상부 패드(120)과 연결되고, 타단이 상기 하부 패드(125)와 연결된다.
다시 말해서, 연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하며 배치되고, 그에 따라 상기 상부 패드(120)와 하부 패드(125)를 상호 전기적으로 연결한다.
상기 연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하는 관통 홀(도시하지 않음) 내부를 금속 물질로 충진하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하며 형성되며, 이에 따라 수직 단면은 기둥 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 연결부(155)의 수평 단면은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 연결부(155)의 수평 단면의 형상은 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 이와 다르게 곡면을 가지는 부채꼴의 형태 및 반원이나 타원을 포함하는 원의 형태로 변형할 수도 있다.
또한, 상기 연결부(155)와 상기 상부 패드(120)는 터미널 전극을 구성한다. 즉, 상기 상부 패드(120)는 상기 연결부(155) 상에 위치한다. 그리고, 상기 연결부(155)와 상기 상부 패드(120)가 상호 연결된 상태를 터미널 전극으로 칭할 수 있다. 이때, 도면 상에서는 상기 연결부(155)와 상기 상부 패드(120)가 서로 별개의 구성인 것으로 도시하였지만, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 연결부(155)와 상기 상부 패드(120)는 서로 일체로 형성될 수 있다.
다시 말해서, 상기 관통 홀을 채우면서 상기 기판(110) 위로 돌출되는 도금층을 형성하고, 상기 형성된 도금층을 상기 상부 패드(120)에 대응하게 식각을 진행하여, 상기 상부 패드(120)와 상기 연결부(155)가 일체로 구성된 터미널 전극을 형성할 수도 있다.
한편, 상기 관통 홀은 기계, 레이저 및 화학 가공 중 어느 하나의 가공 방식에 의해 형성될 수 있다.
상기 관통 홀이 기계 가공에 의해 형성되는 경우에는 밀링(Milling), 드릴(Drill) 및 라우팅(Routing) 등의 방식을 사용할 수 있고, 레이저 가공에 의해 형성되는 경우에는 UV나 CO2 레이저 방식을 사용할 수 있으며, 화학 가공에 의해 형성되는 경우에는 아미노실란, 케톤류 등을 포함하는 약품을 이용하여 상기 기판(110)을 개방할 수 있다.
한편, 상기 레이저에 의한 가공은 광학 에너지를 표면에 집중시켜 재료의 일부를 녹이고 증발시켜, 원하는 형태를 취하는 절단 방법으로, 컴퓨터 프로그램에 의한 복잡한 형성도 쉽게 가공할 수 있고, 다른 방법으로는 절단하기 어려운 복합 재료도 가공할 수 있다.
또한, 상기 레이저에 의한 가공은 절단 직경이 최소 0.005mm까지 가능하며, 가공 가능한 두께 범위로 넓은 장점이 있다.
상기 레이저 가공 드릴로, YAG(Yttrium Aluminum Garnet)레이저나 CO2 레이저나 자외선(UV) 레이저를 이용하는 것이 바람직하다. YAG 레이저는 동박층 및 절연층 모두를 가공할 수 있는 레이저이고, CO2 레이저는 절연층만 가공할 수 있는 레이저이다.
상기 관통 홀이 형성되면, 상기 관통 홀 내부를 금속 물질로 충진하여 상기 연결부(155)를 형성한다. 상기 연결부(155)는 상기 상부 패드(120)와 하부 패드(125)를 상호 전기적으로 도통시키기 위해 형성된다. 상기 연결부(155)를 형성하는 금속 물질은 구리(Cu), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni) 및 팔라듐(Pd) 중에서 선택되는 어느 하나의 물질일 수 있으며, 상기 금속 물질 충진은 무전해 도금, 전해 도금, 스크린 인쇄(Screen Printing), 스퍼터링(Sputtering), 증발법(Evaporation), 잉크젯팅 및 디스펜싱 중 어느 하나 또는 이들의 조합된 방식을 이용할 수 있다.
이때, 상기 관통 홀은 상기 기판(110)의 외곽부에 형성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 관통 홀은 상기 기판(110)의 모서리 영역에 각각 형성될 수 있다. 따라서, 상기 관통 홀은 상기 기판(110)의 외곽에 형성되어 상기 기판(110)의 외측으로 노출된다.
따라서, 상기 연결부(155)는 상기 기판(110)의 외곽부에 형성되며, 바람직하게 상기 기판(110)의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 연결부(155)의 일부는 상기 기판(110)의 외측으로 노출된다. 이때, 상기 노출되는 부분은 상기 연결부(155)의 상면 또는 하면이 아닌 측면이다.
상기 기판(110) 위에는, 상기 상부 패드(120)과 연결되는 히터 전극(135) 및 감지 전극(140)이 각각 배치된다.
상기 히터 전극(135)은 상기 기판(110) 위에 배치되어 열을 발생하는 저항체이며, 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 팔라듐(Pd), 실리콘(Si), 실리콘 합금 또는 전도성 금속 산화물 중 적어도 어느 하나로 형성될 수 있으며, 상기 금속 중에서 백금(Pt)으로 형성되는 것이 바람직하다. 상기 가스 센싱 모듈(100)은 고온(예를 들어, 250~300℃)에서 동작하기 때문에 온도를 상승시키기 위한 구성이 필요하며, 이에 따라 상기 히터 전극(135)은 외부에서 인가되는 전원에 의해 주울 열(Joule Heat)을 발생하여 상기 가스 센싱 모듈(100)의 온도를 상승시킨다.
이때, 상기 가스 센싱 모듈(100)은 다양한 종류의 가스를 센싱하는 가스 센싱 모듈일 수 있으며, 상기 센싱되는 가스의 종류에 따라 상기 가스 센싱 모듈이 최적의 감도를 나타낼 수 있는 온도도 상이하다.
따라서, 본 발명에서는 상기 센싱 되는 가스의 종류에 따라 상기 히터 전극(135)의 온도를 제어할 수 있으며, 이에 따라 상기 가스 센싱 모듈(100)이 최적의 감도를 나타낼 수 있는 특정 온도까지 상승되도록 한다. 이때, 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 온도는 상기 인가되는 전원(Power)의 크기에 따라 조절될 수 있다. 또한, 상기 히터 전극(135)의 폭이나 길이 등의 변화를 통해 조절할 수도 있을 것이다.
한편, 상기 기판(110) 위에는 중간층(115)이 배치될 수 있다. 즉, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135)의 온도의 유지성을 향상시키기 위해 선택적으로 상기 기판(110) 위에 배치될 수 있다.
상기 중간층(115)은 열 전도율이 낮은 물질로 형성되며, 그에 따라 상기 히터 전극(135)에 의해 발생한 열이 외부로 방출되지 않도록 한다. 다시 말해서, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135)에서 발생한 열이 외부로 방출되지 않도록 하는 단열부로 기능한다.
이를 위해, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135) 아래에 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 중간층(115)은 상기 기판(110)의 상부 영역 중 감지 영역(감지물(145)이 올라가는 영역)에 배치될 수 있다.
그리고, 상기 히터 전극(135)은 상기 기판(110)의 감지 영역에 배치된 중간층(115) 위에 배치된다. 즉, 상기 기판(110)의 상부 영역 중 상기 중간층(115)이 배치된 영역이 감지 영역일 수 있고, 상기 중간층(115)이 배치된 영역을 제외한 영역(다시 말해서, 상부 패드(120)가 배치된 영역)이 주변 영역일 수 있다. 또한, 상기 중간층(115)이 구비되지 않은 센서 모듈의 경우, 상기 감지 영역은 추후 설명할 감지물(145)이 배치된 영역이고, 상기 주변 영역은 상기 감지물(145)이 배치된 영역을 제외한 영역일 수 있다.
이때, 상기 히터 전극(135)은 상기 중간층(115)에 배치된 히터 전극과 상기 상부 패드(120)를 상호 전기적으로 연결한다. 이때, 상기 히터 전극(135) 중 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분의 두께는 상기 상부 패드(120)와 연결되는 부분의 두께보다 얇다. 즉, 상기 히터 전극(135)은 상기 기판(110) 위에 배치된 부분과 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분의 두께가 서로 다르다. 이에 따라,
상기 히터 전극(135)은 상기 감지물(145)이 배치된 위치로 갈수록 두께가 점차 얇아지며, 그에 따라 상기 감지물(145)이 배치된 부분의 히터 전극(135)은 다른 부분에 배치된 부분의 히터 전극이 가지는 저항보다 낮게 설정된다.
따라서, 상기 중간층(115) 위에 배치된 히터 전극(135)은 다른 부분의 히터 전극보다 높은 온도를 발생하여 상기 감지물(145)을 가열한다.
한편, 상기 중간층(115)은 글래스 또는 산화물로 형성된 층일 수 있으며, 바람직하게 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 막기 위하여 낮은 열 전도율(Low Thermal Conductivity)을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
또한, 감지 전극(140)은 소정 간격으로 상호 이격되는 제 1 감지 전극(140A) 및 제 2 감지 전극(140B)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 감지 전극(140A)은 네거티브(-) 특성을 갖는 전극일 수 있고, 제 2 감지 전극(140B)은 포지티브(+) 특성을 갖는 전극일 수 있다.
감지물(145)은 상기 감지 전극(140) 상부에 금속 산화물로 구성될 수 있으며, 그에 따라 가스와 흡착되어 상기 금속 산화물의 저항 변화가 발생할 수 있다. 또한, 상기 감지물(145)은 상기 감지 전극(140)뿐 아니라, 상기 히터 전극(135) 위에도 배치될 수 있다.
그리고, 상기 감지 전극(140)은 상기 감지물(145)에 흡착되는 상기 가스에 의한 저항 변화를 측정한다.
상기 감지 전극(140)은 금(Au) 또는 백금(Pt)으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 감지 전극(140)도 상기 히터 전극(135)과 마찬가지로 상기 중간층(115) 위에 배치된다.
이를 위해, 상기 중간층(115)은 상기 히터 전극(135)뿐 아니라 상기 감지 전극(140) 아래에도 배치될 수 있다.
그리고, 상기 감지 전극(140)은 상기 기판(110)의 감지 영역에 배치된 중간층(115) 위에 배치될 수 있다. 한편, 상기 중간층(115)이 구비되지 않는다면, 상기 감지 전극(140)은 상기 기판(110) 위에 바로 배치될 수 있다.
이때, 상기 감지 전극(140)은 상기 상부 패드(120)와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 중간층(115)에 배치된 부분에서 히터 전극(135)에 의해 기화된 가스를 감지한다.
즉, 상기 감지 전극(140) 중 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분은 상기 감지물(145)에 의해 덮이며, 이에 따라 상기 히터 전극(135)에 의해 기화된 가스를 감지한다.
한편, 상기 감지물(145)은 금속 산화물(MxOy), 금 나노입자, 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(Carbon nanoTube), 풀러렌(fullerene) 및 이황화 몰리브덴(MoS2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 금속 산화물(MxOy)은 텅스텐 산화물(WOx), 주석 산화물(SnOx), 아연 산화물(ZnOx), 인듐 산화물(InOx), 티타늄 산화물(TiOx), 갈륨 산화물(GaOx) 및 코발트 산화물(CoOx) 중 둘 이상이 일정한 비율로 결합될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 다른 실시예에 있어서, 상기 금속 산화물(MxOy)은 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나의 금속 또는 산화 알루미늄(Al2O3)과 같은 금속 산화물(MxOy)을 보조 입자로 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속 산화물(MxOy)은 평균 직경의 크기가 1nm 내지 500nm 수준의 나노 입자일 수 있다. 또한 상기 금속 산화물(MxOy)은 나노 기둥으로 형성된 주상 구조를 가지는 박막일 수 있다.
상기 나노 입자는 상기 감지 전극(140)과의 접촉력이 크게 향상될 수 있어 상기 감지물(145)에 접촉된 가스에 의한 전기저항의 변화가 보다 민감하게 체크될 수 있다. 또한 상기 나노 입자는 표면적이 크고, 가스 센싱 모듈(100)의 작동온도를 크게 낮출 수 있다.
상기 기판(110) 위에는 보호층(150)이 형성된다.
상기 보호층(150)은 상기 기판(110) 위에 배치된 상부 패드(120), 히터 전극(135) 및 감지 전극(140)을 덮으며 형성된다.
바람직하게, 상기 보호층(150)은 상기 감지 전극(140) 위에 배치된 감지물(145)을 제외한 영역, 다시 말해서, 상기 감지물(145)에 의해 덮이지 않은 감지 전극(140)의 일부분, 상기 히터 전극(135), 상기 상부 패드(120) 및 상기 기판(110)의 상면을 덮으며 형성된다.
이때, 상기 보호층(150)은 글래스 또는 산화물로 형성된 층일 수 있으며, 바람직하게 상기 히터 전극(135)에서 발생하는 열이 외부로 방출되는 것을 막기 위해 낮은 열 전도율(Low Thermal Conductivity)을 갖는 물질로 형성될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 센싱 모듈(100)은 세라믹 기판에 상기 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극(연결부)을 형성한 센싱 모듈을 제공함으로써, 와이어 본딩과 같은 공정을 제거하여 센싱 모듈 및 센싱 장치의 소형화나 슬림화를 달성할 수 있으며, 이에 따른 다양한 제품에 적용할 수 있는 센싱 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 관통 전극을 기판의 외곽부에 배치하여 상기 관통 전극의 일부가 외부로 노출되도록 함으로써, 전체 관통 전극의 면적 비율을 감소할 수 있으며, 이에 따라 상기 관통 전극을 구성하는 금속 물질이나 금속 페이스트의 사용량을 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 하나의 관통 전극을 복수의 센싱 모듈에서 공동으로 사용할 수 있도록 함으로써, 웨이퍼 상에서의 전체 관통 전극의 수를 감소함에 따른 공정 수율을 향상시킬 수 있으며, 제품 제작 후의 관리 포인트를 감소시킬 수 있다.
도 3은 도 1의 가스 센싱 모듈의 변형 예이다.
도 3을 참조하면, 기판(110) 위에는 연결부(155)와 연결되는 상부 패드(120)가 형성된다. 이때, 상기 상부 패드(120)의 수평 단면은 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 상부 패드(120)의 수평 단면은 삼각형, 사각형, 육각형 등의 다각형의 형상을 가질 수 있으며, 이와 다르게 곡면을 가지는 부채꼴의 형태 및 반원이나 타원을 포함하는 원의 형태로 변형할 수도 있다.
이때, 도 1 및 2에서의 상부 패드(120)의 단면이 사각 형상을 가지는 것으로 도시하였다. 그러나, 도 3에 도시된 변형 예에서는, 상기 상부 패드(120)의 단면은 부채꼴 형상을 가질 수 있다.
즉, 상부 패드(120)는 부채꼴 형상을 가진 제 1 상부 전극 패드(121A), 제 2 상부 전극 패드(121B), 제 3 상부 전극 패드(121C) 및 제 4 상부 전극 패드(121D)를 포함한다.
이때, 상기 상부 패드(120)의 상면의 형상은, 상기 연결부(155)의 상면의 형상과 다를 수 있다. 보다 바람직하게, 상기 상부 패드(120)의 상면이 가지는 면적은 상기 연결부(155)의 상면이 가지는 면적과 다를 수 있다. 바람직하게, 상기 상부 패드(120)는 상기 연결부(155)의 상면을 모두 덮으며, 그에 따라 기판(110)의 길이 방향으로 연장되는 형상을 가지며 상기 연결부(155) 위에 배치된다.
또한, 상기 연결부(155)의 상면은 상기 상부 패드(120)의 상면과 동일한 형상을 가질 수 있으며, 이때 상기 상부 패드(!20)의 형상이 부채꼴인 경우, 상기 상부 패드(120)의 형상에 따라 상기 연결부(155)도 부채꼴 형상의 단면을 가진다.
즉, 하나의 웨이퍼 상에 형성된 하나의 상부 패드나 하나의 연결부는, 하나의 가스 센싱 모듈에서만 사용하는 것이 아니라, 복수의 가스 센싱 모듈에서 공동으로 사용한다.
이에 따라, 상기 공동으로 사용되는 상부 패드나 연결부가 사각 형상을 가지는 경우, 상기 복수의 가스 센싱 모듈에 각각 구비되는 상부 패드나 연결부도 사각 형상을 가진다.
또한, 상기 공동으로 사용되는 상부 패드나 연결부가 원 형상을 가지는 경우, 상기 복수의 가스 센싱 모듈에 각각 구비되는 상부 패드나 연결부는 반원 형상(2개의 가스 센싱 모듈에서 사용되는 경우) 또는 부채꼴 형상(4개의 가스 센싱 모듈에서 사용되는 경우)을 가지게 된다.
도 4는 도 1의 가스 센싱 모듈의 변형 예이다.
도 4를 참조하면, 가스 센싱 모듈(100B)의 기판(110) 위에는 연결부(155)와 연결되는 상부 패드(120)가 형성된다.
이때, 도 1 및 2에서, 상기 기판(110) 위에 배치된 상부 패드(120)의 수는 4개였다.
그러나, 이의 변형 예에서의 상부 패드는 3개의 상부 전극 패드로 구성될 수 있다.
즉, 상부 패드(120)는 제 1 상부 전극 패드(121B), 제 2 상부 전극 패드(122B) 및 제3 상부 전극 패드(123B)를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 상부 전극 패드(121B)는 제 1 감지 전극(140A) 및 히터 전극(135)과 공통 연결되고, 제 2 상부 전극 패드(122B)는 제 2 감지 전극(140B)과 연결되고, 제 3 상부 전극 패드(123B)은 히터 전극(135)과 연결된다. 즉, 도 1 및 2에서는 감지 전극(140) 및 히터 전극(135)이 서로 개별적으로 상부 전극 패드와 연결되었으나, 도 4에 따르면, 하나의 상부 전극 패드를 감지 전극과 히터 전극의 공용 전극 패드로 사용한다.
도 5은 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면, 가스 센싱 모듈(200)은 기판(210), 중간층(215), 상부 패드(220), 하부 패드(225), 금속층(230), 히터 전극(235), 감지 전극(240), 감지물(245), 보호층(250) 및 연결부(255)를 포함한다. 한편, 상기 설명한 바와 같이, 상기 중간층(215)은 선택적으로 상기 기판(210) 위에 배치될 수 있다.
도 5에 도시된 가스 센싱 모듈(200)은 도 1에 도시된 가스 센싱 모듈(100)과 상부 패드(220)를 제외한 다른 구성은 동일하다. 이에 따라, 상기 상부 패드(220)를 제외한 다른 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 상부 패드(220)는 상기 기판(210) 위에 소정 간격을 두고 복수 개 배치된다.
바람직하게, 상부 패드(220)는 제 1 상부 전극 패드, 제 2 상부 전극 패드, 제 3 상부 전극 패드를 포함할 수 있고, 여기에 제 4 상부 전극 패드를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 상부 패드(220)은 단차를 가질 수 있다. 다시 말해서, 상기 상부 패드(220)는 제 1 폭(A)을 가지는 제 1 부분과, 상기 제 1 폭(A)과는 다른 제 2 폭을 가지는 제 2 부분을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 부분은 상기 기판(210) 내에 배치될 수 있고, 상기 제 2 부분은 상기 기판(210)의 상면 방향으로 돌출될 수 있다. 그리고, 상기 제 1 부분이 가지는 제 1 폭(A)은 상기 제 2 부분이 가지는 제 2 폭(B)보다 좁을 수 있다.
연결부(255)는 상기 기판(210)을 관통하며, 일단이 상기 상부 패드(220)과 연결되고, 타단이 상기 하부 패드(225)와 연결된다.
다시 말해서, 연결부(255)는 상기 기판(210)을 관통하며 배치되고, 그에 따라 상기 상부 패드(220)와 하부 패드(225)를 상호 전기적으로 연결한다.
상기 연결부(255)는 상기 기판(210)을 관통하는 관통 홀(도시하지 않음) 내부를 전도성 물질로 충진하여 형성할 수 있다.
이때, 상기 관통 홀은 상부와 하부가 동일한 폭을 가지는 것이 아니라, 상부의 폭과 하부의 폭이 서로 다를 수 있다. 다시 말해서, 상기 관통 홀은 단차를 가지며 계단형 구조로 형성될 수 있다.
즉, 상기 관통 홀은 연결부(255)가 형성되는 1 홀과, 상기 제 1 홀의 상부 영역에 위치하여 상기 상부 패드(220)의 제 1 부분이 형성되는 제 2 홀로 구분될 수 있으며, 상기 제 1 홀과 제 2 홀의 폭은 서로 다를 수 있다.
상기 관통 홀은, 상기 기판(210)의 상면 및 하면을 관통하도록 상기 제 1 홀에 대응하는 폭의 제 1 관통 홀을 형성하고, 상기 형성된 제 1 관통 홀의 상부 영역에만 상기 제 2 홀에 대응하는 폭의 제 2 관통 홀을 형성하는 공정에 의해 완성될 수 있다.
상기와 같이, 본 발명에 따른 실시 의하면, 전극 패드와 관통 전극 사이에 단차를 형성함으로써, 전극 패드와 관통 전극 사이의 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 7은 도 6의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 가스 센싱 모듈(300)은 기판(310), 중간층(315), 상부 패드(320), 하부 패드(325), 금속층(330), 히터 전극(335), 감지 전극(340), 감지물(345), 보호층(350) 및 연결부(355)를 포함한다. 여기에서, 상기 설명한 바와 같이, 중간층(315)은 선택적으로 생략될 수 있다.
도 6에 도시된 가스 센싱 모듈(300)은 도 1에 도시된 가스 센싱 모듈(100)과 기판에 형성된 공극(360)을 제외한 다른 구성은 동일하다. 이에 따라, 상기 기판에 형성되는 공극을 제외한 다른 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 기판(310)에는 공극(360)이 형성된다. 상기 공극(360)은 상기 기판(310)의 상부 영역 중 감지 영역의 주위를 둘러싸며 배치된다.
바람직하게, 상기 공극(360)은 상기 보호층(350)의 상면에서부터 상기 기판(310)의 하면까지 관통하며 형성된다. 그리고, 상기 공극(360)은 상기 감지 영역을 둘러싸며 배치되어, 상기 감지 영역과 상기 주변 영역 사이에 열 전달이 이루어지지 않도록 한다.
여기에서, 상기 감지 영역은 상기 중간층(315)이 배치된 영역일 수 있다. 따라서, 상기 공극(360)은 상기 중간층(315)의 주변 영역에 배치된다. 또한, 상기 중간층(315)을 포함하지 않는 가스 센싱 모듈의 경우에, 상기 공극(360)은 상기 감지물(345)의 주변 영역에 배치될 수 있다. 즉, 상기 설명한 바와 같이, 상기 중간층(315)이 구비되는 경우, 상기 감지 영역은 상기 중간층(325)의 주변 영역으로 정의되지만, 상기 중간층이 구비되지 않은 경우에는 상기 감지 영역이 상기 감지물(345)의 주변 영역으로 정의된다. 이하에서는, 상기 중간층(315)이 형성된 경우에 대해 설명하기로 한다.
따라서, 상기 공극(360)은 상기 중간층(315)과 소정 간격 이격된 둘레 영역을 둘러싸며 배치되는 복수의 단위 공극을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 기판(310) 중 상기 복수의 단위 공극 사이의 부분은 제거되지 않고 남아있게 되며, 그에 따라 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결 강도를 향상시키도록 한다.
상기 복수의 단위 공극은, 도 7에 도시된 바와 같이 "ㄷ" 형상을 가질 수 있으며, 상기 중간층(315)의 상하 중심선을 기준으로 대칭 형상을 가지며 각각 배치될 수 있다.
상기 공극(360)은 도 6 및 7에 도시된 기판(310)만을 관통하며 형성되는 것이 아니라, 상기 기판(310)과 함께 상기 기판(310) 위에 배치된 보호층(350)도 관통하며 형성된다. 따라서, 상기 공극(360)에 의해, 상기 보호층(350) 영역에서부터 상기 기판(310)의 영역까지 열 차단 영역이 형성된다.
상기 공극(360)은 기계, 레이저 및 화학 가공 중 어느 하나의 가공 방식에 의해 상기 기판(310) 및 상기 보호층(350)을 개방하며 형성될 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 상기 공극에 의해 상기 감지물의 열이 외부로 방출되지 않음으로써, 상기 감지물이 항상 고온을 유지할 수 있도록 하며, 상기 감지물을 일정 온도로 유지시키기 위한 소비 전력을 최소화할 수 있다.
한편, 상기 공극(360)은 복수 개로 형성될 수 있다.
다시 말해서, 상기 중간층(315)을 포함하지 않는 모듈의 경우, 상기 공극(360)은 상기 감지물(345)과 소정 간격 이격되어 상기 감지물(345) 의 주변 영역에 배치되는 제 1 공극(도시하지 않음)과, 상기 제 1 공극과 소정 간격 이격되어 상기 제 1 공극의 주변 영역에 배치되는 제 2 공극을 포함할 수 있다.
상기 제 1 공극은 감지물(345)의 주위를 둘러싸며 배치되고, 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 1 단위 공극을 포함한다. 상기 복수의 제 1 단위 공극 사이에는 상기 기판(310)이나 상기 보호층(350)이 그대로 남아있게 되며, 그에 따라 상기 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결 강도를 상승시킨다.
제 2 공극은 상기 제 1 공극과 소정 간격 이격된 위치에 형성되고, 그에 따라 상기 제 1 공극의 주위를 둘러싸며 배치될 수 있다. 또한, 상기 제 2 공극은 상기 제 1 공극과 마찬가지로 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 2 단위 공극으로 구성된다.
상기와 같은, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물 주변에 소정 간격 이격된 복수의 공극을 형성함으로써, 외부에서 발생한 충격 에너지가 내부로 전달되어 크랙이 발생하는 것을 방지하며, 그에 따라 센싱 모듈의 파손 문제를 해결할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 8의 (a)는 종래 기술에 따른 센싱 모듈의 시간에 따른 측정 온도의 변화를 보여주고, (b)는 본 발명에 따른 센싱 모듈의 시간에 따른 측정 온도의 변화를 보여준다.
종래에는 상기와 같은 공극(360)이 기판(310)에 형성되어 있지 않음에 따라 감지 영역의 온도가 외부 온도에 영향을 많이 받았으며, 그에 따라 시간에 따른 측정 온도의 변화량은 큰 것을 확인할 수 있다. 따라서, 종래에서는 기판 상의 감지부의 온도를 일정하게 유지하기 위해 상기 히터 전극에 지속적인 전원을 공급해야 했으며, 이에 따른 소비 전력이 증가하였다.
그러나, 본 발명에 따르면, 상기 공극(360)이 기판(310)에 형성되어 있음에 따라 상기 감지 영역의 온도가 외부 온도에 영향을 받지 않고 일정하게 유지될 수 있도록 하며, 그에 따라 종래에 대비하여 시간에 따른 측정 온도의 변화량은 미세한 것을 확인할 수 있다. 따라서, 본 발명에서는 상기 공극(360)에 의해 상기 기판의 감지 영역의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 히터 전극에 공급되는 전원을 감소시켜 전력 소모를 획기적으로 절감할 수 있다.
도 9 내지 도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(300)의 공극(360)의 형상을 보여주는 도면이다. 이때, 이하에서의 형상은 상기 공극(360)의 형상이라고 하였지만, 상기 연결부(155, 355)을 형성하기 위한 관통 홀도 상기 공극(360)의 형상과 동일하게 형성할 수 있다.
도 9 내지 도 11은 공극(360)의 수직 단면의 형상을 보여주고, 도 12는 공극(360)의 수평 단면의 형상을 보여준다.
상기 공극(360)의 형상은 상기 공극(360)의 형성 방법에 의해 결정될 수 있다. 상기 공극(360)은 식각 공정에 의해 형성될 수 있으며, 이와 다르게 샌드 블러스트나 레이저 가공과 같은 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.
도 9를 참조하면, 상기 공극(360)은 습식 식각(wet etching)에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 상기 공극(360)은 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(310)의 하부를 과에칭함에 따라 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수 있으며, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이 기판(310)의 상부를 과에칭함에 따라 하부에서 상부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수도 있다.
도 10을 참조하면, 상기 공극(360)은 드라이 식각(dry etching)에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 상기 공극(360)은 도 10의 (a)와 같이 일반적인 드라이 식각에 따라 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 감소하는 형상을 가질 수 있고, (b)에 도시된 바와 같이, 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수 있다.
또한, 상기 드라이 에칭으로 DRIE(Deep reactive-ion etching)이 이용될 수 있으며, 이에 따라 상기 공극(360)은 곡면 형상을 가질 수 있다.
즉, 상기 공극(360)은 도 10의 (c)와 같이 기판의 내부 방향으로 오목한 곡면 형상을 가질 수 있고, (d)에 도시된 바와 같이, 기판의 외부 방향으로 볼록한 곡면 형상을 가질 수 있으며, (e)에 도시된 바와 같이 내부 방향으로 오목하면서 하부로 갈수록 폭이 점차 감소하는 곡면 형상을 가질 수도 있을 것이다.
또한, 도 11을 참조하면, 상기 공극(360)은 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.
즉, 공극(360)은 도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 샌드 블러스트 가공에 의해 형성될 수 있으며, 이에 따라 상부에서 하부로 갈수록 불규칙한 폭 변화를 갖는 형상을 가질 수 있다. 또한, 공극(360)은 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 레이저 가공에 의해 형성될 수 있으며, 이에 따라 상부에서 하부로 갈수폭 불규칙한 폭 변화를 가지는 형상을 가질 수 있다.
한편, 상기 공극(360)은 다양한 수평 단면을 가질 수 있다.
즉, 도 12의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(360)은 감지물(345)의 주변을 둘러싸는 원형 도넛 형상의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
또한, 도 12의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(360)은 감지물(345)의 주변을 둘러싸며 원형의 내부 형상 및 사각의 외곽 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
또한, 도 12의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(360)은 감지물(345)의 주변을 둘러싸며 삼각 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
또한, 도 12의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(360)은 감지물(345)의 주변을 둘러싸며, 직선의 사각 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
도 13는 도 6에 도시된 가스 센싱 모듈의 변형 예이다.
도 13을 참조하면, 센싱 모듈(300A)은 기판(310), 중간층(315), 상부 패드(320), 하부 패드(325), 금속층(330), 히터 전극(335), 감지 전극(340), 감지물(345), 보호층(350), 연결부(355)를 포함한다.
여기에서, 상기 센싱 모듈(300)은 공극을 제외한 다른 부분의 구조는 도 6 에서 설명한 센싱 모듈(300)의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 상기 기판(310)에는 공극(360A)이 형성된다. 상기 공극(360A)은 상기 감지 영역의 주위를 둘러싸며 배치된다.
바람직하게, 상기 공극(360A)은 상기 보호층(350) 및 기판(310)에 형성되며, 이때 상기 보호층(350)을 관통하면서 상기 기판(310)을 비관통하며 형성된다.
즉, 본 발명의 제 3실시 예에서의 공극(360)은 홀 형상을 가졌지만, 이의 변형 예에서의 상기 공극(360A)은 비관통의 홈 형상을 갖는다.
도 14는 도 6에 도시된 가스 센싱 모듈의 다른 변형 예이다.
도 14를 참조하면, 센싱 모듈(300B)은 기판(310), 중간층(315), 상부 패드(320), 하부 패드(325), 금속층(330), 히터 전극(335), 감지 전극(340), 감지물(345), 보호층(350), 연결부(355)를 포함한다.
여기에서, 상기 센싱 모듈(300B)은 공극을 제외한 다른 부분의 구조는 도 6에서 설명한 센싱 모듈(300)의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 상기 기판(310)에는 공극이 형성되며, 상기 공극(360)은 열 차단을 위한 단열 재료로 충진된 열 차단부(370)를 형성한다.
이때, 상기 열 차단부(370)는 도 6에 도시된 바와 같이 관통 형상을 가지는 공극을 단열재료로 충진함에 따라 형성될 수 있으며, 이와 다르게 도 13에 도시된 바와 같이 비관통 형상의 공극을 단열 재료로 충진함에 따라 형성될 수 있다.
그리고, 상기 공극 내에 충진되는 단열 재료는 내부 진공형 세라믹 입자와 유기 재료를 포함할 수 있다. 이때, 상기 열이 상기 세라믹 입자의 중공부의 진공 부분을 통과하지 못하고, 입자 계면과 입자 커버 부분을 지나가야 하므로, 열 전도 계수가 상대적으로 낮아지며, 이에 따라 열 차단부(370)는 단열 효과(열 차단 효과)를 가지게 된다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈은 칩 스케일 패키지 방식에 의해 제조될 수 있다.
이에 따라, 하나의 웨이퍼(400) 상에는 복수의 가스 센싱 모듈이 형성될 수 있다.
도 15의 (a)는 상기 웨이퍼(400)의 수직 단면도이고, (b)은 상기 웨이퍼(400)의 일부 영역의 평면도이다.
도 15의 (a)를 참조하면, 웨이퍼(400) 상에는 복수의 가스 센싱 모듈이 각각 형성된다. 상기 가스 센싱 모듈은 가로 방향으로 서로 이웃하는 제 1 가스 센싱 모듈(410), 제 2 가스 센싱 모듈(420), 제 3 가스 센싱 모듈(430) 및 제 4 가스 센싱 모듈(440)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410)과 제 2 가스 센싱 모듈(420) 사이에는 하나의 연결부(411)만이 형성된다. 그리고, 상기 하나의 연결부는 추후 다이싱 공정에서 복수의 연결부로 절단되며, 그에 따라 상기 연결부의 일부는 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410)의 연결부로 사용되고, 다른 일부는 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)의 연결부로 사용될 수 있다.
또한, 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)과 제 3 가스 센싱 모듈(430) 사이에는 하나의 연결부(421)만이 형성된다. 그리고, 상기 하나의 연결부는 추후 다이싱 공정에서 복수의 연결부로 절단되며, 그에 따라 상기 연결부의 일부는 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)의 연결부로 사용되고, 다른 일부는 상기 제 3 가스 센싱 모듈(430)의 연결부로 사용될 수 있다.
또한, 상기 제 3 가스 센싱 모듈(430)과 제 4 가스 센싱 모듈(440) 사이에는 하나의 연결부(431)만이 형성된다. 그리고, 상기 하나의 연결부는 추후 다이싱 공정에서 복수의 연결부로 절단되며, 그에 따라 상기 연결부의 일부는 상기 제 3 가스 센싱 모듈(430)의 연결부로 사용되고, 다른 일부는 상기 제 4 가스 센싱 모듈(440)의 연결부로 사용될 수 있다.
또한, 상기 연결부와 동일하게 상부 패드, 하부 패드 및 금속층도 공동으로 사용될 수 있다.
즉, 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410)과 제 2 가스 센싱 모듈(420) 사이에는 하나의 상부 패드(412), 제2 전극 패드(413) 및 금속층(414)이 형성된다. 그리고, 상기 하나의 상부 패드(412), 제2 전극 패드(413) 및 금속층(414) 각각은, 추후 다이싱 공정에서 복수 개로 절단되어, 이의 일부는 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410)에서 사용되고, 다른 일부는 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)에서 사용될 수 있다.
또한, 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)과 제 3 가스 센싱 모듈(430) 사이에는 하나의 상부 패드(422), 제2 전극 패드(423) 및 금속층(424)이 형성된다. 그리고, 상기 하나의 상부 패드(422), 제2 전극 패드(423) 및 금속층(424) 각각은, 추후 다이싱 공정에서 복수 개로 절단되어, 이의 일부는 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)에서 사용되고, 다른 일부는 상기 제 3 가스 센싱 모듈(430)에서 사용될 수 있다.
또한, 상기 제 3 가스 센싱 모듈(430)과 제 4 가스 센싱 모듈(440) 사이에는 하나의 상부 패드(432), 제2 전극 패드(433) 및 금속층(434)이 형성된다. 그리고, 상기 하나의 상부 패드(432), 제2 전극 패드(433) 및 금속층(434) 각각은, 추후 다이싱 공정에서 복수 개로 절단되어, 이의 일부는 상기 제 3 가스 센싱 모듈(430)에서 사용되고, 다른 일부는 상기 제 4 가스 센싱 모듈(440)에서 사용될 수 있다.
도 15의 (b)를 보면, 제 1 가스 센싱 모듈(410)의 우측에는 제 2 가스 센싱 모듈(420)이 배치될 수 있고, 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410)의 하측에는 제 5 가스 센싱 모듈(450)이 배치될 수 있고, 제 5 가스 센싱 모듈(450)의 우측 및 제 2 가스 센싱 모듈(420)의 하측에는 제 6 가스 센싱 모듈(460)이 배치될 수 있다.
그리고, 제 1 가스 센싱 모듈(410)과 제 2 가스 센싱 모듈(420) 사이에는 공통으로 사용되는 제 1 전극(471)이 배치될 수 있다. 그리고, 제 1 가스 센싱 모듈(410)과 제 5 가스 센싱 모듈 사이에는 공통으로 사용되는 제 2 전극(472)이 배치될 수 있다.
그리고, 제 1 가스 센싱 모듈(410), 제 2 가스 센싱 모듈(420), 제 5 가스 센싱 모듈(450) 및 제 6 가스 센싱 모듈(460)의 중앙에는 공통으로 사용되는 제 3 전극(473)이 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)과 상기 제 6 가스 센싱 모듈(460) 사이에는 공통으로 사용되는 제 4 전극(474)이 배치될 수 있다. 그리고, 상기 제 5 가스 센싱 모듈(450)과 상기 제 6 가스 센싱 모듈(460) 사이에는 공통으로 사용되는 제 5 전극(475)이 배치될 수 있다.
여기에서, 상기 제 1 내지 5 전극(471, 472, 473, 474, 475)는 상기 설명한 상부 패드일 수 있고, 이와 다르게 연결부일 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 내지 5 전극(471, 472, 473, 474, 475)는 상기 설명한 바와 같은 터미널 전극일 수 있다. 더욱 바람직하게, 상기 제 1 내지 5 전극(471, 472, 473, 474, 475)은 상기 터미널 전극 중 상기 기판 위로 돌출되는 부분일 수 있다.
이하에서는 상기 제 1 내지 5 전극이 상부 패드임을 가정하여 설명하기로 한다.
도 16을 참조하면, 상기와 같이 웨이퍼 상에 복수의 가스 센싱 모듈이 형성되며, 이를 각각의 단위 모듈로 분리하는 다이싱 공정을 진행한다.
이때, 상기 다이싱 공정은 상기 제 1 내지 5 전극(471, 472, 473, 474, 475) 상에서 진행된다.
즉, 상기 다이싱 공정은 제 1 전극(471), 제 3 전극(473) 및 제 5 전극(475)을 연결하는 선상, 다시 말해서 도 16에서의 A, C 및 E를 연결하는 선상에서 1차적으로 수행되고, 제 2 전극(472), 제 3 전극(473) 및 제 4 전극(474)을 연결하는 선상, 다시 말해서 도 16에서의 B, C 및 D를 연결하는 선상에서 2차적으로 수행된다.
상기와 같은 다이싱 공정에 의해, 상기 웨이퍼 상에 형성된 가스 센싱 모듈은 각각의 단위 모듈로 분리된다.
도 17은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 모듈의 단위 모듈을 보여주는 도면이다.
도 17을 참조하면, 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410), 제 2 가스 센싱 모듈(420), 제 5 가스 센싱 모듈(450) 및 제 6 가스 센싱 모듈(460)을 포함하는 웨이퍼 상에서 상기 제 1 내지 5 전극(471, 472, 473, 474, 475)을 기준으로 다이싱 공정을 진행함에 따라 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410), 제 2 가스 센싱 모듈(420), 제 5 가스 센싱 모듈(450) 및 제 6 가스 센싱 모듈(460)에 대한 단위 모듈이 각각 형성된다.
이때, 상기 제 1 전극(471)은 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410)에 배치되는 제 1-1 전극(471-1)과 제 2 가스 센싱 모듈(420)에 배치되는 제 1-2 전극(471-2)으로 분리된다.
보다 구체적으로는, 상기 제 1 전극(471)은 제 1 가스 센싱 모듈(410)의 제 2 상부 전극 패드에 대응하는 제 1-1 전극(471-1)과, 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)의 제 1 상부 전극 패드에 대응하는 제 1-2 전극(471-2)으로 분리된다.
그리고, 상기 제 2 전극(472)은 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410)에 배치되는 제 2-1 전극(472-1)과 제 5 가스 센싱 모듈(450)에 배치되는 제 2-2 전극(472-2)으로 분리된다.
보다 구체적으로는, 상기 제 2 전극(472)은 제 1 가스 센싱 모듈(410)의 제 3 상부 전극 패드에 대응하는 제 2-1 전극(472-1)과, 상기 제 5 가스 센싱 모듈(450)의 제 1 상부 전극 패드에 대응하는 제 2-2 전극(472-2)으로 분리된다.
그리고, 상기 제 3 전극(473)은 상기 제 1 가스 센싱 모듈(410)에 배치되는 제 3-1 전극(473-1)과, 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)에 배치되는 제 3-2 전극(473-2)과, 상기 제 5 가스 센싱 모듈(450)에 배치되는 제 3-3 전극(473-2)과, 상기 제 6 가스 센싱 모듈(460)에 배치되는 제 3-4 전극(473-4)으로 분리된다.
보다 구체적으로는, 상기 제 3 전극(473)은 제 1 가스 센싱 모듈(410)의 제 4 상부 전극 패드에 대응하는 제 3-1 전극(473-1)과, 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)의 제 3 상부 전극 패드에 대응하는 제 3-2 전극(473-2)와, 상기 제 5 가스 센싱 모듈(450)의 제 2 상부 전극 패드에 대응하는 제 3-3 전극(473-3)과, 상기 제 6 가스 센싱 모듈(460)의 제 1 상부 전극 패드에 대응하는 제 3-4 전극(473-4)으로 분리된다.
그리고, 상기 제 4 전극(474)은 상기 제 2 가스 센싱 모듈(420)에 배치되는 제 4-1 전극(474-1)과 제 6 가스 센싱 모듈(460)에 배치되는 제 4-2 전극(474-2)으로 분리된다.
보다 구체적으로는, 상기 제 4 전극(474)은 제 2 가스 센싱 모듈(420)의 제 4 상부 전극 패드에 대응하는 제 4-1 전극(474-1)과, 상기 제 6 가스 센싱 모듈(460)의 제 2 상부 전극 패드에 대응하는 제 4-2 전극(474-2)으로 분리된다.
그리고, 상기 제 5 전극(475)은 상기 제 5 가스 센싱 모듈(450)에 배치되는 제 5-1 전극(475-1)과 제 6 가스 센싱 모듈(460)에 배치되는 제 5-2 전극(475-2)으로 분리된다.
보다 구체적으로는, 상기 제 5 전극(475)은 제 5 가스 센싱 모듈(450)의 제 4 상부 전극 패드에 대응하는 제 5-1 전극(475-1)과, 상기 제 6 가스 센싱 모듈(460)의 제 3 상부 전극 패드에 대응하는 제 5-2 전극(475-2)으로 분리된다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 하나의 관통 전극을 복수의 센싱 모듈에서 공동으로 사용할 수 있도록 함으로써, 웨이퍼 상에서의 전체 관통 전극의 수를 감소함에 따른 공정 수율을 향상시킬 수 있으며, 제품 제작 후의 관리 포인트를 감소시킬 수 있다.
즉, 상기와 같이 본 발명에서는 하나의 전극을 복수의 센싱 모듈에서 공통으로 사용하기 때문에 상기 가스 센싱 모듈의 제조 공정 상에서 형성되는 내부 관통 전극의 수를 최대 4배 감소시킬 수 있다.
다시 말해서, 종래 기술에서는, 4 전극 구조를 가지는 4개의 센싱 모듈을 제조하는 경우, 16개의 관통 전극이 필요하였다.
그러나, 본 발명에서는 상기 4 전극 구조를 가지는 4개의 센싱 모듈을 제조하는 경우, 9개의 관통 전극만이 필요하게 된다. 그리고, 상기 관통 전극의 수는 하나의 웨이퍼 상에서 제조되는 센싱 모듈의 수가 증가할 수록 더욱 감소하게 된다.
아래의 표 1은 하나의 웨이퍼 상에서 16개의 가스 센싱 모듈을 제조하는 경우에 나타나는 관통 전극의 개수를 보여준다.
| 구분 | 모듈 개수 | 관통 전극 개수 |
| 종래기술 | 16 | 64 |
| 본 발명 | 16 | 25 |
즉, 종래에는 모듈 개수가 16개인 경우, 각각의 모듈에 대한 관통 전극이 필요하였다. 다시 말해서, 4전극 구조의 경우, 하나의 모듈에는 4개의 관통 전극이 필수로 필요하다. 따라서, 종래기술의 경우에는, 16개의 모듈을 제조하는 경우에 각각의 모듈에 4개의 관통 전극을 형성해야 하며, 그에 따라 총 64개의 관통 전극이 필요하였다.
그러나, 본 발명에서는 상기와 같이 서로 이웃하는 영역에 대해서는 하나의 관통 전극을 서로 공통으로 사용하게 되며, 그에 따라 상기와 같이 16개의 모듈을 제조하는 경우, 25개의 관통 전극만이 필요하게 된다.
상기와 같이 본 발명에서는 하나의 관통 전극을 복수의 센싱 모듈에서 공통으로 사용하도록 제조함으로써, 관통 전극의 개수를 획기적으로 줄일 수 있으며, 이에 따른 소재 사용량을 감소시키면서 수율을 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 칩 스케일 방식으로 가스 센싱 모듈을 제조함으로써, 칩 크기의 가스 센서 패키지가 가능하며, 제조 공정을 간소화할 수 있다.
또한, 상기에서는 상부 패드에 대응하는 상부 전극 패드에 대해 공통 전극을 사용하여 다이싱하는 내용에 대해서만 설명하였지만, 상기 설명한 바와 같이 상기 상부 패드뿐 아니라, 상기 상부 패드와 함께 상기 상부 패드 아래에 배치되는 관통 전극도 공통 전극으로 형성되어 분리된다.
도 18은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 장치를 나타낸 도면이다.
도 18을 참조하면, 가스 센싱 장치(500)는 기판(510), 중간층(515), 상부 패드(520), 하부 패드(525), 금속층(530), 히터 전극(535), 감지 전극(540), 감지물(545), 보호층(550) 및 연결부(555)를 포함하는 가스 센싱 모듈을 포함한다.
그리고, 상기 가스 센싱 모듈의 외곽에는 내부에 상기 가스 센싱 모듈을 수용하는 수용 공간을 가지며, 상기 수용 공간 내부로 가스가 유입되도록 하는 홀(575)이 형성된 커버(570)가 배치된다.
이때, 상기 가스 센싱 모듈을 구성하는 기판에 상기 설명한 바와 같은 공극이 형성되는 경우, 상기 커버(570)에는 상기 홀(575)이 필수적으로 형성되어야만 했으며, 상기 홀(575)의 위치도 상부 측으로 한정되었다.
그러나, 상기 기판에 공극이 형성된 경우, 상기 공극을 통해 외부의 가스가 상기 커버(570) 내부로 유입될 수 있으며, 이에 따라 상기 커버(570)에는 홀이 형성되지 않을 수 있으며, 상기 홀이 형성된다 하더라도 기존과 같이 한정된 위치가 아닌 다양한 위치(예를 들어, 좌측 또는 우측)에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 가스 센싱 모듈 아래에는 외부 기판(580)이 배치된다.
상기 가스 센싱 모듈은 상기 외부 기판(580) 위에 직접 부착될 수 있으며, 바람직하게 상기 하부 패드(525) 및 금속층(530)이 상기 외부 기판(580) 위의 패드(도시하지 않음)와 직접 연결될 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 외부 기판(580)과 상기 센싱 모듈을 별도의 와이어 본딩 공정 없이 직접 연결할 수 있으며, 이에 따라 제품 부피를 소형화할 수 있을 뿐 아니라, 제품 단가를 낮출 수 있다.
도 19 내지 도 21은 본 발명의 실시 예에 따른 가스 센싱 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19를 참조하면, 우선적으로 제 1 웨이퍼(600)를 준비하고, 상기 제 1 웨이퍼(600) 상에 복수의 가스 센싱 모듈을 각각 형성한다.
이때, 상기 가스 센싱 모듈은 상기와 같이 기판(510), 중간층(515), 상부 패드(520), 하부 패드(525), 금속층(530), 히터 전극(535), 감지 전극(540), 감지물(545), 보호층(550) 및 연결부(555)를 포함하는 구조를 가진다.
이때, 상기 제 1 웨이퍼(600) 상에서 서로 이웃하는 가스 센싱 모듈의 연결부(555)는 서로 연결되어 있으며, 보다 명확하게는 상기 서로 이웃하는 가스 센싱 모듈 사이에는 하나의 공통 연결부만이 형성된다.
즉, 상기 제 1 웨이퍼(600)에는 상면에 다수 개의 모듈이 배치되며, 상기 다수 개의 모듈을 각각 구분하는 다이싱 라인이 형성될 수 있다. 이때, 일반적으로 상기 다이싱 라인은 노출된다, 그러나 본 발명에서는 상기 다이싱 라인에 서로 이웃하는 단위 모듈들의 공통 연결부를 형성하고, 그에 따라 추후 상기 공통 연결부를 중심으로 다이싱을 수행하여, 상기 공통 연결부를 각각의 단위 모듈에 대응하는 단위 연결부로 분리한다. 이때, 상기 공통 연결부는 상기 다이싱 라인을 모두 덮으며 배치되는 것이 아니라, 각 단위 모듈의 모서리 지점이 만나는 부분에만 배치되기 때문에, 추후 상기 다이싱 라인의 구분이 가능하며, 이를 토대로 다이싱 공정을 용이하게 수행할 수 있다.
다시 말해서, 제 1 가스 센싱 모듈과 제 2 가스 센싱 모듈 사이에는 서로 공통으로 사용하는 하나의 제 1 연결부(610)가 형성되고, 상기 제 2 가스 센싱 모듈과 제 3 가스 센싱 모듈 사이에는 서로 공통으로 사용하는 하나의 제 2 연결부(620)가 배치되고, 상기 제 3 가스 센싱 모듈과 제 4 가스 센싱 모듈 사이에는 서로 공통으로 사용하는 하나의 제 3 연결부(630)만이 배치된다.
다음으로, 도 20을 참조하면 제 2 웨이퍼(700)를 준비하고, 상기 제 2 웨이퍼(700) 상에 상기 가스 센싱 모듈의 상부를 각각 덮는 커버를 형성한다.
즉, 상기 제 2 웨이퍼 상에는 제 1 가스 센싱 모듈의 상부를 덮는 제 1 커버(710)와, 상기 제 2 가스 센싱 모듈의 상부를 덮는 제2 커버와, 제 3 가스 센싱 모듈의 상부를 덮는 제 3 커버와, 제 4 가스 센싱 모듈의 상부를 덮는 제 4 커버와, 제 5 가스 센싱 모듈의 상부를 덮는 제 5 커버를 포함한다. 한편, 상기 커버는 EMC 몰딩 후에 상기 제 1 웨이퍼 상에 접합할 수도 있다.
다음으로, 도 21을 참조하면 상기 제 1 웨이퍼(600) 상에 제 2 웨이퍼(700)를 정렬시키고, 상기와 같은 커버가 부착된 상태에서 다이싱 공정을 진행한다. 즉, 상기 제 1 웨이퍼 상에 상기 제 2 웨이퍼가 접합된 상태에서, 상기 제 1 웨이퍼 상의 공통 연결부의 위치를 기준으로 상기 제 1 웨이퍼와 제 2 웨이퍼의 다이싱 공정을 진행한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 세라믹 기판에 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극(연결부)을 형성한 가스 센싱 모듈을 제공함으로써, 와이어 본딩과 같은 공정을 제거하여 센싱 모듈 및 센싱 장치의 소형화나 슬림화를 달성할 수 있으며, 이에 따른 다양한 제품에 적용할 수 있는 센싱 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 관통 전극을 기판의 외곽부에 배치하여 상기 관통 전극의 일부가 외부로 노출되도록 함으로써, 전체 관통 전극의 면적 비율을 감소할 수 있으며, 이에 따라 상기 관통 전극을 구성하는 금속 물질이나 금속 페이스트의 사용량을 감소할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 하나의 관통 전극을 복수의 센싱 모듈에서 공동으로 사용할 수 있도록 함으로써, 웨이퍼 상에서의 전체 관통 전극의 수를 감소함에 따른 공정 수율을 향상시킬 수 있으며, 제품 제작 후의 관리 포인트를 감소시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면 칩 스케일 방식으로 가스 센싱 모듈을 제조함으로써, 칩 크기의 가스 센서 패키지가 가능하며, 제조 공정을 간소화할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 전극 패드와 관통 전극 사이에 단차를 형성함으로써, 전극 패드와 관통 전극 사이의 전기적 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물의 주변에 복수의 공극을 형성함으로써, 상기 감지물로 전달되는 외부 열을 차단할 수 있으며, 이에 따라 상기 외부의 열이 상기 감지물로 전달됨에 따라 나타나는 가스 감지 오류 현상을 제거하여 센서의 동작 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 의하면, 상기 공극에 의해 상기 감지물의 열이 외부로 방출되지 않음으로써, 상기 감지물이 항상 고온을 유지할 수 있도록 하며, 상기 감지물을 일정 온도로 유지시키기 위한 소비 전력을 최소화할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 실시예를 한정하는 것이 아니며, 실시예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 설정하는 실시예의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110, 210, 310, 410, 510: 기판
115, 215, 315, 415, 515: 중간층
120, 220, 320, 420, 520: 상부 패드
125, 225, 325, 425, 525: 하부 패드
130, 230, 330, 430, 530: 금속층
135, 235, 335, 435, 535: 히터 전극
140, 240, 340, 440, 540: 감지 전극
145, 245, 345, 445, 545: 감지물
150, 250, 350, 450, 550: 보호층
155, 255, 355, 455, 555: 연결부
115, 215, 315, 415, 515: 중간층
120, 220, 320, 420, 520: 상부 패드
125, 225, 325, 425, 525: 하부 패드
130, 230, 330, 430, 530: 금속층
135, 235, 335, 435, 535: 히터 전극
140, 240, 340, 440, 540: 감지 전극
145, 245, 345, 445, 545: 감지물
150, 250, 350, 450, 550: 보호층
155, 255, 355, 455, 555: 연결부
Claims (22)
- 기판;
상기 기판 위에 배치되는 감지 전극 및 히터 전극;
상기 감지 전극 및 상기 히터 전극 상에 배치되는 감지물;
상기 기판 아래에 배치되는 하부 패드; 및,
상기 기판 위에 배치되며 상기 감지전극 및 히터 전극과 전기적으로 연결되는 복수 개의 상부 패드;
상기 상부 패드와 상기 하부 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하고,
상기 연결부는,
상기 기판의 외측에 노출되어 있는
가스 센싱 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 연결부는,
상기 기판의 모서리 부분에 배치되어, 측면이 상기 기판의 외부로 노출되는
가스 센싱 모듈. - 제 2항에 있어서,
상기 상부 패드와 연결되는 상기 연결부의 상면은,
삼각형, 사각형, 다각형 및 곡률을 가지는 형상 중 어느 하나의 형상을 갖는
가스 센싱 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 기판은,
상기 감지물 주변에 인접하여 형성되는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역을 제외한 제 2 영역으로 구분하는 공극을 포함하는
가스 센싱 모듈. - 제 4항에 있어서,
상기 기판의 상기 제 1 영역은,
상기 감지물 주변에 인접하여 형성되는 제 1 공극을 포함하고,
상기 기판의 상기 제 2 영역은,
상기 제 1 공극으로부터 소정 간격 이격된 제 2 공극을 포함하는
가스 센싱 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 감지 전극은,
백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함하는 전도성 물질로 구성되는
가스 센싱 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 기판은,
세라믹 기판을 포함하는
가스 센싱 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 기판 위에 배치되며, 상기 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함하는
가스 센싱 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 상부 패드의 상면의 형상은,
상기 연결부의 상면의 형상과 상이한
가스 센싱 모듈. - 제 9항에 있어서,
상기 상부 패드의 상면의 면적은,
상기 연결부의 상면의 면적보다 큰
가스 센싱 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 기판과 상기 감지물 사이에 배치되는 단열부를 더 포함하며,
상기 감지 전극 및 상기 히터 전극의 적어도 일부는,
상기 단열부 위에 배치되는
가스 센싱 모듈. - 제 1항에 있어서,
상기 기판 상에 배치되며, 적어도 하나 이상의 홀을 가지는 커버를 더 포함하는
가스 센싱 모듈. - 인쇄회로기판; 및
상기 인쇄회로기판에 부착되는 가스 센싱 모듈을 포함하며,
상기 가스 센싱 모듈은,
기판과,
상기 기판 위에 배치되는 감지 전극 및 히터 전극과,
상기 감지 전극 및 상기 히터 전극 상에 배치되는 감지물과,
상기 기판 위에 배치되며, 상기 감지 전극 및 상기 히터 전극과 연결되는 상부패드와,
상기 기판 아래에 배치되는 하부 패드와,
상기 기판 위에 배치되고, 적어도 하나 이상의 홀을 가지는 커버를 포함하고,
상기 상부 패드와 상기 하부 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 포함하고,
상기 연결부는,
상기 기판의 외측에 노출되어 있는
가스 센싱 장치. - 제 13항에 있어서,
상기 연결부는,
상기 기판의 모서리 부분에 배치되어, 측면이 상기 기판의 외부로 노출되는
가스 센싱 장치. - 제 13항에 있어서,
상기 기판은,
상기 감지물 주변에 이웃하여 형성되며, 상기 기판의 상부 영역을 상기 감지물을 포함하는 제 1 영역과, 상기 제 1 영역을 제외한 제 2 영역으로 구분하는 공극이 형성되고,
상기 제 1 영역은,
상기 감지물에 인접하여 형성된 제 1 공극을 포함하고,
상기 제 2 영역은,
상기 제 1 공극에서 소정 간격 이격된 제 2 공극을 포함하는
가스 센싱 장치. - 제 13항에 있어서,
상기 감지 전극은,
백금(Pt) 또는 금(Au)을 포함하는 전도성 물질로 구성되는
가스 센싱 장치. - 제 13항에 있어서,
상기 기판은,
세라믹 기판을 포함하는
가스 센싱 장치. - 제 13항에 있어서,
상기 기판 위에 배치되며, 상기 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함하는
가스 센싱 장치. - 제 13항에 있어서,
상기 가스 센싱 모듈은,
상기 기판과 상기 감지물 사이에 배치되는 단열부를 더 포함하는
가스 센싱 장치. - 제 1 기판를 준비하는 단계;
상기 준비된 제 1 기판위에, 서로 이웃하는 가스 센싱 모듈에 공통으로 사용되는 공통 연결부를 전도성 물질로 충진하는 단계;
상기 준비된 제 1 기판 위에 다수 개의 가스 센싱 모듈을 형성하는 단계;
표면에 소정 간격 이격되는 다수 개의 커버가 배치된 제 2 기판를 준비하는 단계;
상기 제 2 기판를 상기 다수 개의 가스 센싱 모듈이 형성된 제 1 기판에 접합하는 단계; 및,
상기 공통 연결부를 상기 각각의 단위 모듈에 배치되는 복수의 단위 연결부로 절단하여 상기 연결부가 기판의 외측으로 노출되는 개별의 가스센싱 모듈로 분리하는 단계를 포함하는
가스 센싱 장치의 제조 방법. - 제 20항에 있어서,
상기 제1기판 및 제 2 기판은 다이싱 라인을 포함하며,
상기 공통 연결부는, 상기 제1기판의 다이싱 라인 위에 배치되며,
상기 단위 연결부는,
상기 접합된 상기 제1기판 및 상기 제2 기판을 상기 다이싱 라인을 따라 개별의 모듈로 분리하여 기판의 외측으로 노출되는
가스센싱 장치의 제조 방법. - 제 20항에 있어서,
상기 가스센싱 모듈을 형성하는 단계는,
기판 위에 감지 전극과 히터 전극을 형성하는 단계와,
상기 기판의 상기 공통 연결부 상에 상기 감지 전극 및 상기 히터 전극과 연결되는 상부 패드를 형성하는 단계와,
상기 기판 아래에 상기 상부 패드와 전기적으로 연결되는 하부 패드를 형성하는 단계를 포함하고,
상기 단위 연결부는,
상기 기판의 외측에 노출되어 있는
가스 센싱 장치의 제조 방법.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160119486A KR102627436B1 (ko) | 2016-09-19 | 2016-09-19 | 가스 센싱 모듈, 가스 센싱 장치 및 이의 제조 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160119486A KR102627436B1 (ko) | 2016-09-19 | 2016-09-19 | 가스 센싱 모듈, 가스 센싱 장치 및 이의 제조 방법 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180031264A true KR20180031264A (ko) | 2018-03-28 |
| KR102627436B1 KR102627436B1 (ko) | 2024-01-22 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160119486A KR102627436B1 (ko) | 2016-09-19 | 2016-09-19 | 가스 센싱 모듈, 가스 센싱 장치 및 이의 제조 방법 |
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|---|---|
| KR (1) | KR102627436B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2019240413A1 (ko) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | 하나마이크론(주) | 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20110126466A (ko) * | 2010-05-17 | 2011-11-23 | (주)미코엠에스티 | 히터와 판독 회로 소자가 내장된 습도 센서 |
| KR20150010473A (ko) * | 2013-07-19 | 2015-01-28 | 한국전자통신연구원 | 저전력 구동을 위한 마이크로 반도체식 가스 센서 및 그 제조 방법 |
| KR20160032672A (ko) * | 2014-09-16 | 2016-03-24 | 야마하 파인 테크 가부시키가이샤 | 접촉 연소식 가스센서 |
| CN205506741U (zh) * | 2016-03-16 | 2016-08-24 | 哈尔滨理工大学 | 一种AlN热隔离双面结构微热板气体传感器 |
-
2016
- 2016-09-19 KR KR1020160119486A patent/KR102627436B1/ko active IP Right Grant
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| WO2019240413A1 (ko) * | 2018-06-11 | 2019-12-19 | 하나마이크론(주) | 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법 |
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|---|---|
| KR102627436B1 (ko) | 2024-01-22 |
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