KR20180057152A - 인쇄회로기판, 이를 포함하는 패키지 기판 - Google Patents

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KR20180057152A
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Abstract

실시 예에 따른 인쇄회로기판은 절연 기판; 상기 절연 기판 위에 배치된 전극; 상기 절연 기판 위에 배치되며, 내부에 상면 및 하면을 관통하는 관통 홀이 형성된 패드; 및 상기 패드의 관통 홀 내에 배치되는 접착부재를 포함하며, 상기 패드는, 칩의 실장 영역에 배치되어, 상기 접착 부재의 주위를 둘러싼다.

Description

인쇄회로기판, 이를 포함하는 패키지 기판{PRINTED CIRCUIT BOARD AND PACKAGE SUBSTRATE}
본 발명은 인쇄회로기판에 관한 것으로, 특히 댐 형상을 가지는 패드를 이용하여 접착제를 도포하고, 상기 도포된 접착제를 이용하여 칩을 실장시킬 수 있는 인쇄회로기판, 이를 포함하는 패키지 기판 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
현재 널리 사용되는 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 스마트폰과 같은 이동 단말기, 통신 장비 및 각종 미디어 플레이어 등에는 각종 칩이 내장되어 기능되고, 이들 칩은 PCB(Printed Circuit Board) 상에서 집적 모듈을 이루어 구성되는 것이 일반적이다.
한편, 일반적으로 PCB 위에 칩 다이 본딩(Chip die bonding) 및 플립 칩 본딩(Flip chip bonding)을 진행할 때, 기판 위에 패드를 형성하고, 상기 형성된 패드 위에 접착제(adhesive)를 도포하며, 상기 도포된 접착제를 이용하여 상기 칩을 부착하게 된다.
하지만, 종래에는 상기와 같이 편평한 상면을 갖는 패드 위에 상기 접착제를 바로 도포하며, 이에 따라 접착제의 점도나 접촉각(contact angle)에 따라 상기 부착되는 칩의 신뢰성 문제가 발생하게 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 칩 실장 기판을 나타낸 도면이다.
도 1의 (a)를 참조하면, 일반적으로 기판(1) 위에 복수의 패드(2)를 형성하고, 상기 형성된 복수의 패드(2) 위에 접착제(3)를 각각 도포한다.
그리고, 상기 도포된 접착제(3) 위에 칩(4)을 안착시키고, 상기 접착제(3)의 접착력을 이용하여 상기 칩(4)을 상기 기판(1) 위에 부착시킨다.
그러나, 도 1의 (a)에서와 같이, 복수의 패드(2) 위에 동일한 양의 접착제가 도포되지 않은 경우, 상기 부착되는 칩(4)의 좌우 높이차가 발생하며, 이에 따라 상기 칩(4)이 기울어지는 현상이 발생한다.
또한, 상기와 같이 상기 칩(4)이 기울어져 부착됨에 따라, 와이어 본딩 시에 동일 압력으로 와이어 본딩이 이루어질 수 없으며, 이에 따른 와이어 본딩력이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 도 1의 (b)를 참조하면, 복수의 패드(2) 위에 동일한 양이 접착제가 도포되었다고 하더라도, 적정량보다 많은 접착제가 도포되면, 상기 접착제가 칩 내부로 침투하여 상기 칩의 성능이 저하되는 문제가 발생한다.
또한, 종래 기술에 따르면, 점도가 떨어지는 접착제의 경우, 다이 본딩 또는 플립칩 본딩을 할 때, 상기 접착제를 정확한 위치에 도포하기 어려운 문제점이 있다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 패드의 중앙 부분을 노출하는 개구부 내에 접착제를 도포하여, 상기 접착제의 넘침을 방지하면서 각각의 패드에 동일한 접착제가 도포될 수 있도록 한 인쇄회로기판, 이를 포함하는 패키지 기판 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.
실시 예에 따른 인쇄회로기판은 절연 기판; 상기 절연 기판 위에 배치된 전극; 상기 절연 기판 위에 배치되며, 내부에 상면 및 하면을 관통하는 관통 홀이 형성된 패드; 및 상기 패드의 관통 홀 내에 배치되는 접착부재를 포함하며, 상기 패드는, 칩의 실장 영역에 배치되어, 상기 접착 부재의 주위를 둘러싼다.
또한, 상기 패드는, 상기 내부에 관통 홀이 형성된 단일폐곡선 형상을 갖는다.
또한, 상기 전극은, 상기 패드와 일정 간격 이격되며, 상기 접착부재는, 전도성 접착제 및 비전도성 접착제 중 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 전극과 상기 패드 사이를 전기적으로 연결하는 연결 패턴을 더 포함하며, 상기 접착부재는, 전도성 접착제를 포함한다.
또한, 상기 전극, 상기 패드 및 상기 연결 패턴은, 일체로 형성된다.
또한, 상기 패드는, 상기 절연 기판 위에 상기 칩의 모서리 영역에 대응하여 복수 개 배치된다.
한편, 실시 예에 따른 패키지 기판은, 인쇄회로기판; 및 상기 인쇄회로기판 위에 부착되는 칩을 포함하며, 상기 인쇄회로기판은, 절연 기판과, 상기 절연 기판 위에 배치된 제 1 전극과, 상기 절연 기판 위에 배치되며, 내부에 상면 및 하면을 관통하는 관통 홀이 형성된 제 1 패드와, 상기 제 1 패드의 관통 홀 내에 배치되는 접착부재를 포함하며, 상기 제 1 패드는, 상기 칩의 실장 영역에 배치되어, 상기 접착 부재의 주위를 둘러싸는 단일폐곡선 형상을 갖는다.
또한, 상기 제 1 전극은, 상기 제 1 패드와 일정 간격 이격되며, 상기 접착부재는, 전도성 접착제 및 비전도성 접착제 중 어느 하나를 포함한다.
또한, 상기 칩은, 제 2 전극이 상부 방향으로 향하도록 상기 인쇄회로기판 위에 부착되며, 상기 제 2 전극과 상기 제 1 전극을 전기적으로 연결하는 연결 부재를 더 포함한다.
또한, 상기 제 1 전극과 상기 제 1 패드 사이를 전기적으로 연결하며, 상기 전극 및 상기 패드와 일체로 형성된 연결 패턴을 더 포함하며, 상기 접착부재는, 전도성 접착제를 포함한다.
또한, 상기 칩은, 제 2 전극이 하부 방향으로 향하도록 상기 인쇄회로기판 위에 부착되며, 상기 칩의 상기 제 2 전극은, 상기 접착부재를 통해 상기 제 1 패드와 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 제 1 패드는, 상기 절연 기판 위에 상기 칩의 모서리 영역에 대응하여 복수 개 배치된다.
또한, 상기 칩은, 가스 센싱 모듈을 포함한다.
또한, 상기 가스 센싱 모듈은, 제 1 기판과, 상기 제 1 기판 위에 배치되며, 감지 전극, 히팅 전극 및 감지물을 포함하는 감지부와, 상기 감지부와 전기적으로 연결되는 상기 제 1 기판 위에 배치되는 상부 전극 패드를 포함하며, 상기 제 1 기판은, 상기 감지부 주변에 형성되며, 상호 소정의 간격으로 이격되는 복수의 공극을 포함한다.
또한, 상기 제 1 기판과 상기 감지부 사이에 배치되는 단열부를 더 포함한다.
또한, 상기 복수의 공극은, 상기 감지부의 주변에 인접하여 형성된 제 1 공극과, 상기 제 1 공극 주변에 인접하여 형성된 제 2 공극을 포함하며, 상기 제 1 공극 및 상기 제 2 공극은, 서로 소정 간격 이격되는 복수의 단위 공극으로 구성된다.
또한, 상기 감지부는, 상기 상부 전극 패드와 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 감지 전극과, 상기 상부 전극 패드와 전기적으로 연결되는 히터 전극과, 상기 제 1 및 제 2 감지 전극을 덮는 감지물을 포함한다.
또한, 상기 제 1 기판 위에 배치되며, 상기 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 공극은, 상기 보호층을 관통한다.
또한, 상기 제 1 기판에 형성된 상기 복수의 공극 내에 단열 재료로 충진된 열 차단부를 더 포함한다.
또한, 상기 가스 센싱 모듈은, 상기 제 1 기판 아래에 배치되는 하부 전극 패드와, 상기 제 1 기판 내에 배치되며, 상기 상부 전극 패드와 상기 하부 전극 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 더 포함한다.
또한, 상기 연결부는 상기 제 1 기판의 외측에 배치되어, 측면이 외부로 노출된다.
또한, 상기 제 1 기판은, 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중 적어도 하나를 포함하는 멤브레인을 포함하며, 상기 복수의 공극은, 상기 멤브레인을 관통한다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일폐곡선 형상을 갖는 패드의 내부에 접착제를 도포함으로써, 상기 접착제가 외부로 흘러나오는 현상을 사전에 방지할 수 있으며, 상기 패드 내부에 정확한 양의 접착제를 도포할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일폐곡선 형상의 패드 내부에 도전성 접착제 또는 비도전성 접착제를 선택적으로 도포함으로써, 플립 칩 본딩 및 와이어 본딩 방식에 모두 적용할 수 있는 기판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일폐곡선 형상의 패드 내부에 도포된 접착제를 이용하여 칩을 부착함으로써, 상기 칩이 부착되는 정확한 위치에 상기 접착제를 도포할 수 있으며, 이에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래 기술에 따른 칩 실장 기판을 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 2b는 도 2a의 인쇄회로기판의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2a 및 도 2b의 인쇄회로기판의 평면도이다.
도 4a는 도 2a의 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 도시한 단면도이다.
도 4b는 도 2b의 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 도시한 단면도이다.
도 5a는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 5b는 도 5a에 도시된 인쇄회로기판의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 인쇄회로기판의 평면도이다.
도 7a는 도 5a의 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 도시한 단면도이다.
도 7b는 도 5b의 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 도시한 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 패드의 형상의 변형 예이다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 패키지 기판의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9의 패키지 기판의 평면도이다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 패키지 기판의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 12는 도 11a 및 도 11b의 패키지 기판의 평면도이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 패키지 기판의 구현 예이다.
도 15a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 15b는 도 15a에 도시된 센싱 모듈의 변형 예를 나타낸 도면이다.
도 16a는 도 15a의 센싱 모듈의 평면도이다.
도 16b는 도 15b의 센싱 모듈의 평면도이다.
도 17은 도 15a 또는 도 15b의 센싱 모듈의 공극이 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.
도 18은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 19는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 20은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 21은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 충격 특징을 보여주는 도면이다.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 24 내지 도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(100)의 공극(160)의 형상을 보여주는 도면이다.
도 28은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 29는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 단면 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 2a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 2b는 도 2a의 인쇄회로기판의 변형 예를 나타낸 도면이며, 도 3은 도 2a 및 도 2b의 인쇄회로기판의 평면도이며, 도 4a는 도 2a의 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 도시한 단면도이고, 도 4b는 도 2b의 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 도시한 단면도이다.
이하에서는, 도 2 내지 4를 참조하여, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 인쇄회로기판에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 2 내지 4에 도시된 제 1 실시 예에 따른 인쇄회로기판은, 칩이 부착되는 지지 기판이며, 보다 구체적으로는, 와이어 본딩 방식에 의해 상기 칩이 부착되는 지지 기판이다.
도 2a를 참조하면, 인쇄회로기판(10)은, 절연기판(11), 전극(12), 패드(13) 및 접착부재(14)를 포함한다.
절연기판(11)은 평판 구조를 가질 수 있다. 이때, 상기 절연기판(11)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)일 수 있다. 여기에서, 상기 절연기판(11)은 단일 기판으로 구현될 수 있으며, 이와 다르게 다수 개의 기판들이 연속적으로 적층된 다층 기판으로 구현될 수 있다.
즉, 절연기판(11)은 단일 패턴이 형성되며, 칩이 장착되는 장치의 지지 기판이다. 보다 바람직하게, 상기 칩은 가스 센서 칩일 수 있으며, 이에 따라 상기 절연기판(11)은 상기 가스 센서 칩이 장착되는 가스 센싱 장치의 지지 기판일 수 있다.
상기 절연기판(11)은 복수의 적층 구조를 가지는 다층 기판 중 어느 하나의 회로 패턴이 형성되는 일 절연층을 의미할 수 있다.
상기 절연기판(11)은 열경화성 또는 열가소성 고분자 기판, 세라믹 기판, 유-무기 복합 소재 기판, 또는 유리 섬유 함침 기판일 수 있으며, 고분자 수지를 포함하는 경우, 에폭시계 절연 수지를 포함할 수 있으며, 이와 달리 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.
즉, 상기 절연기판(11)은 배선을 변경할 수 있는 전기 회로가 편성되어 있는 판으로, 절연기판 표면에 도체 패턴을 형성할 수 있는 절연 재료로 만들어진, 프린트, 배선판 및 절연기판을 모두 포함할 수 있다.
상기 절연기판(11)은 리지드(rigid)하거나 또는 플렉서블(flexible)할 수 있다. 예를 들어, 상기 절연기판(11)은 유리 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 자세하게, 상기 절연기판(11)은 소다라임유리(soda lime glass) 또는 알루미노실리케이트유리 등의 화학 강화/반강화유리를 포함하거나, 폴리이미드(Polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 프로필렌 글리콜(propylene glycol, PPG) 폴리 카보네이트(PC) 등의 강화 혹은 연성 플라스틱을 포함하거나 사파이어를 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연기판(11)은 광등방성 필름을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 절연기판(11)은 COC(Cyclic Olefin Copolymer), COP(Cyclic Olefin Polymer), 광등방 폴리카보네이트(polycarbonate, PC) 또는 광등방 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 포함할 수 있다.
또한, 상기 절연기판(11)은 부분적으로 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 즉, 절연기판(11)은 부분적으로는 평면을 가지고, 부분적으로는 곡면을 가지면서 휘어질 수 있다. 자세하게, 상기 절연기판(11)의 끝단이 곡면을 가지면서 휘어지거나 랜덤한 곡률을 포함한 표면을 가지며 휘어지거나 구부러질 수 있다.
또한, 상기 절연기판(11)은 유연한 특성을 가지는 플렉서블(flexible) 기판일 수 있다. 또한, 상기 절연기판(11)은 커브드(curved) 또는 벤디드(bended) 기판일 수 있다. 이 때, 절연기판(11)은, 회로 설계를 근거로 회로부품을 접속하는 전기배선을 배선 도형으로 표현하며, 절연물 상에 전기도체를 재현할 수 있다. 또한 전기부품을 탑재하고 이들을 회로적으로 연결하는 배선을 형성할 수 있으며, 부품의 전기적 연결기능 외의 부품들을 기계적으로 고정시켜줄 수 있다.
절연기판(11)의 표면에는 전극(12) 및 패드(13)가 형성된다. 또한, 도면에 도시되어 있지는 않지만, 상기 절연기판(11)의 표면에는 상기 전극(12)이나 패드(13), 그리고 기타 단자 등과 같은 구성요소와 전기적으로 연결되는 다수의 회로패턴(도시하지 않음)이 배치되며, 그에 따라 전기적 신호를 전달할 수 있다.
상기 전극(12) 및 패드(13)는 상기 절연기판(11) 위에 장착되는 칩(추후 설명)과 전기적으로 연결된다. 여기에서, 상기 칩은 소자와 같은 전자제품을 포함할 수 있다. 상기 소자는 능동 소자와 수동 소자로 구분될 수 있으며, 상기 능동 소자는 비선형 부분을 적극적으로 이용한 소자이고, 수동 소자는 선형 및 비선형 특성이 모두 존재하여도 비선형 특성은 이용하지 않는 소자를 의미한다.
그리고, 상기 수동 소자에는 트랜지스터, IC 반도체 칩 등이 포함될 수 있으며, 상기 수동 소자에는 콘덴서, 저항 및 인덕터 등을 포함할 수 있다. 상기 수동 소자는 능동 소자인 반도체 칩의 신호 처리 속도를 높이거나, 필터링 기능 등을 수행하기 위해, 통상의 반도체 패키지와 함께 기판 위에 실장된다.
이에 따라, 상기 전극(12) 및 패드(13)는 상기와 같은 칩이 실장되는 실장부의 기능과, 상기 칩과 전기적으로 연결되는 단자부의 기능을 수행한다.
이때, 상기 인쇄회로기판(10)은 와이어 본딩 방식으로 칩이 실장될 수 있도록 하며, 이에 따라 상기 전극(12)과 상기 패드(13)는 서로 분리되어 있다. 다시 말해서, 상기 전극(12)과 상기 패드(13)는 전기적으로 연결되지 않는다.
그리고, 상기 패드(13)는 상기 칩이 실장되는 영역에 배치되어, 상기 칩이 안착될 수 있도록 하는 실장 패드이다. 이때, 상기 패드(13)는 상기 칩과 전기적으로 연결되지 않는다.
상기 전극(12)은 상기 절연기판(11) 위에 상기 패드(13)와 일정 간격 이격되어 배치되며, 그에 따라 상기 패드(13) 위에 부착된 칩과 전기적으로 연결된다. 상기 전극(12)은 와이어와 같은 결합 부재를 통해 상기 칩과 전기적으로 연결되는 와이어 본딩부이다.
상기 패드(13)의 내부에는 접착부재(14)가 배치된다. 바람직하게, 상기 패드(13)는 중앙 부분이 개방된 단일폐곡선 형상을 갖는다. 그리고, 상기 접착부재(14)는 상기 개방된 패드(13)의 중앙 부분에 배치된다.
상기 패드(13)는 일정 높이를 가지며, 상기 패드(13)의 높이는 상기 패드(13)의 중앙 부분 내에 배치되는 접착부재(14)의 도포량에 의해 결정될 수 있다. 상기 패드(13)는 상기 접착부재(14)의 주위를 둘러싸며 배치되고, 그에 따라 상기 접착부재(14)가 다른 영역으로 흘러 넘치는 것을 방지하는 댐 역할을 한다.
즉, 상기 절연기판(11)에는 상부에 배치되는 칩과 수직으로 중첩되는 영역에 공극(도시하지 않음)이 형성될 수 있다. 상기 공극은 상기 칩에서 발생하는 열이 상기 절연기판(11)에 배치된 다른 구성요소에 영향을 주지 않기 위함이다. 그러나, 상기와 같은 구조를 가지는 패드(13)가 존재하지 않는 경우, 상기 접착부재(14)가 넘쳐 흐를 수 있으며, 이에 따라 상기 접착부재(14)에 의해 상기 절연기판(11)의 공극이 막히는 상황이 발생할 수 있다.
그러나, 본 발명에서는 상기와 같은 단일 폐곡선 형상을 갖는 댐 기능을 하는 패드(13)를 형성하고, 상기 패드(13)의 내부에 상기 접착부재(14)를 형성한다. 이에 따라, 상기 접착부재(14)가 상기 패드(13)의 댐에 의해 막혀 외부로 흘러나오지 않으며, 이에 따라 상기 절연기판(11)의 공극이 막히는 상황을 사전에 방지할 수 있다.
상기 패드(13) 및 전극(12)은 전도성이 있는 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 전극(12)은 전도성이 있는 금속 물질로 형성될 수 있다. 또한, 제 1 실시 예에서의 패드(13)는 전도성 또는 비전도성 물질로 형성될 수 있으며, 바람직하게 상기 접착부재(14)를 안정적으로 둘러쌓을 수 있는 물질로 형성될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 예에서는, 상기 패드(13)와 전극(12)을 동일한 금속으로 형성하도록 하여, 상기 패드(13)와 상기 전극(12)을 한번의 공정에 의해 동시에 형성할 수 있도록 한다.
상기 패드(13) 및 전극(12)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 물질로 형성될 수 있다. 또한 상기 패드(13) 및 전극(12)은 본딩력이 우수한 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn) 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 물질을 포함하는 페이스트 또는 솔더 페이스트로 형성될 수 있다. 또한, 상기 전극(12)의 표면에는 금속층(도시하지 않음)이 배치될 수 있으며, 상기 금속층은, 상기 전극(12)의 표면을 보호하면서, 상기 전극(12)의 본딩력을 높일 수 있는 금속물질로 형성된다. 바람직하게, 상기 금속층은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn) 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속을 포함하는 금속물질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 전극(12) 및 패드(13)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 가능하며 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
도 3을 참조하면, 상기 패드(13)와 전극(12) 각각은 상기 절연기판(11) 위에 일정 간격 이격되어 복수 개로 배치될 수 있다.
바람직하게, 상기 패드(13)는 상기 절연기판(11) 위에 배치되는 제 1 패드, 제 2 패드, 제 3 패드 및 제 4 패드를 포함할 수 있다.
상기 패드(13)는 상기 절연기판(11)의 표면 중 칩이 실장될 실장 영역 위에 배치된다. 바람직하게, 상기 패드(13)는 상기 실장 영역의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다.
상기 패드(13)는 도 3에 도시된 바와 같이, 단일폐곡선의 링(ring) 형상을 가질 수 있다. 즉, 상기 패드(13)는 중앙 영역에 상기 절연기판(11)의 표면을 노출하는 개구부를 갖는다.
그리고, 상기 패드(13)의 개구부(또는 단일폐곡선의 내부) 내에는 접착부재(14)가 배치된다. 상기 접착부재(14)는 상기 패드(13)가 가지는 높이에 대응하는 중량을 가지며 상기 패드(13) 내에 도포된다. 바람직하게, 상기 접착부재(14)는 상기 패드(13)의 상면 위로 일정 높이를 가지고 돌출될 수 있다. 즉, 상기 칩은 상기 패드(13)에 의해 지지되면서, 상기 패드(13)의 상부 영역 위에 부착되어야 한다. 그러나, 상기 접착부재(14)가 상기 패드(13)와 동일 높이를 가지며 상기 패드(13)의 내부에만 도포되는 경우, 상기 칩이 안정적으로 상기 패드(13) 위에 부착될 수 없다. 따라서, 본 발명에서는 상기 접착부재(14)가 일정 높이를 가지고 상기 패드(13)의 표면 위로 돌출되도록 한다. 그리고, 상기 표면 위로 돌출된 접착부재(14)는 상기 칩의 부착 공정에서 상기 패드(13)의 표면 위로 이동하며, 그에 따라 상기 패드(13) 위에 상기 칩이 안정적으로 부착될 수 있도록 하여 접착력을 향상시킨다.
상기 전극(12)은 상기 절연기판(11) 위에 복수 개 배치된다. 상기 전극(12)의 수는 상기 절연기판(11) 위에 부착되는 칩의 종류나 타입에 의해 결정될 수 있다. 바람직하게, 상기 전극(12)은 4전극 구조로 배치될 수 있으며, 그에 따라 제 1 전극, 제 2 전극, 제 3 전극 및 제 4 전극을 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 제 1 실시 예에서의 접착부재(14)는 액상 접착제일 수 있다. 즉, 상기 액상 접착제는 접착력이나 구성 성분은 맞으나, 점도가 낮기 때문에 도포 위치나 도포량을 컨트롤 하기가 매우 어렵다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기와 같은 댐 구조의 패드(13)를 형성하고, 상기 액상형 접착제를 포함하는 접착부재(14)를 상기 패드(13)의 내부에 도포함으로써, 상기 도포되는 접착부재(14)의 위치나 양을 정확히 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시 예에서의 상기 접착부재(14)는 전도성 접착제일 수 있으며, 이와 다르게 비전도성 접착제일 수 있다. 즉, 상기 인쇄회로기판(10)은 와이어 본딩 방식의 기판이며, 이에 따라 상기 패드(13)와 상기 칩은 상호 전기적으로 연결되지 않는다. 따라서, 상기 패드(13) 내에 도포되는 접착부재(14)도 상기 칩과 전기적으로 연결되지 않아도 되며, 이에 따라 상기 접착부재(14)는 비전도성 접착제를 사용할 수 있으며, 이와 다르게 전도성 접착제를 사용할 수도 있다.
상기 전도성 접착제는, 크게 이방성 도전 접착제(anisotropic conductive adhesive)와 등방성 도전 접착제(isotropic conductive adhesive)로 구분되며, 기본적으로 Ni, Au/고분자, 또는 Ag 등의 도전성 입자들과, 열경화성, 열가소성, 또는 이 둘의 특성을 혼합한 혼합형 절연수지(blend type insulating resin)로 구성된다.
또한, 비전도성 접착제는 폴리머 접착제일 수 있으며, 바람직하게, 열경화성수지, 열가소성수지, 충전제, 경화제, 및 경화촉진제를 포함하는 비전도 폴리머 접착제일 수 있다.
본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일폐곡선 형상을 갖는 패드의 내부에 접착제를 도포함으로써, 상기 접착제가 외부로 흘러나오는 현상을 사전에 방지할 수 있으며, 상기 패드 내부에 정확한 양의 접착제를 도포할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일폐곡선 형상의 패드 내부에 도전성 접착제 또는 비도전성 접착제를 선택적으로 도포함으로써, 플립 칩 본딩 및 와이어 본딩 방식에 모두 적용할 수 있는 기판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일폐곡선 형상의 패드 내부에 도포된 접착제를 이용하여 칩을 부착함으로써, 상기 칩이 부착되는 정확한 위치에 상기 접착제를 도포할 수 있으며, 이에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에서는, 칩 실장 시에 접착제가 흘러 나오지 않을 정도의 작은 단부를 구비할 수도 있다. 즉, 도 2a에서는, 상기 패드(13)에는 상기 패드의 중앙 부분에 상기 패드의 상면 및 하면을 관통하는 관통 홀이 형성되었으며, 상기 형성된 관통 홀 내에 상기 접착부재(14)가 도포되었다.
이와 다르게, 도 2b에서와 같이, 상기 패드(13)에는 상면의 중앙 부분에 내부 방향으로 일정 깊이 함몰된 오목부가 형성될 수 있으며, 상기 형성된 오목부 내에 상기 접착제가 도포될 수 있다.
다시 말해서, 상기 패드(13)는 도 2a에서와 같은 관통 홀이 아닌 홈 형상을 갖는 오목부가 형성될 수 있으며, 그에 따라 상기 오목부 내에 상기 접착부재(14)가 도포될 수 있다.
또한, 이와 다르게 상기 접착부재가 패드 외부로 흘러 넘치는 것을 방지할 수 있는 형상이면, 본 실시 예가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자가 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변경과 응용이 가능하다.
이하에서는, 도 4를 참조하여 도 2 및 3에 도시된 인쇄회로기판(10)의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 4a의 (A)에서와 같이 절연기판(11)을 준비하고, 상기 준비된 절연기판(11) 위에 금속층(11A)을 형성한다.
이때, 상기 금속층(11A)은 상기 절연기판(11) 위에 구리를 포함하는 금속을 무전해 도금하여 형성할 수 있다.
상기 절연기판(11)은 열경화성 또는 열가소성 고분자 기판, 세라믹 기판, 유-무기 복합 소재 기판, 또는 유리 섬유 함침 기판일 수 있으며, 고분자 수지를 포함하는 경우, 에폭시계 절연 수지를 포함할 수 있으며, 이와 달리 폴리 이미드계 수지를 포함할 수도 있다.
상기 금속층(11A)은 상기 절연기판(11)의 표면에 무전해 도금하여 형성하는 것과는 달리 일반적인 CCL(Copper Clad Laminate)을 사용할 수 있다.
이때, 상기 금속층(11A)을 무전해 도금하여 형성하는 경우, 상기 절연기판(11)의 상면에 조도를 부여하여 도금이 원활히 진행되도록 할 수 있다.
무전해 도금 방식은 탈지과정, 소프트 부식과정, 예비 촉매 처리 과정, 촉매 처리 과정, 활성화 과정, 무전해 도금 과정 및 산화 방지 처리 과정의 순서로 처리하여 진행할 수 있다. 또한, 상기 금속층(11A)은 도금이 아닌 플라즈마를 이용하여 금속 입자를 스퍼터링함으로써 형성할 수도 있을 것이다.
이때, 상기 금속층(11A)을 도금하기 이전에 상기 절연기판(11)의 표면의 스미어를 제거하는 디스미어 공정을 추가로 수행할 수 있다. 상기 디스미어 공정은 상기 절연기판(11)의 표면에 조도를 부여하여, 상기 금속층(11A)의 형성에 대한 도금력을 높이기 위해 수행된다.
다음으로, 도 4a의 (B)에서와 같이, 상기 금속층(11A)을 선택적으로 제거하여, 상기 절연기판(11) 위에 일정 간격을 두고 서로 이격된 복수의 패드(13) 및 복수의 전극(12)을 형성한다. 이때, 상기 패드(13) 및 전극(12)은 상기 동일한 금속층(11A)을 이용하여 형성되기 때문에, 동일한 물질로 동시에 형성될 수 있다.
이를 위해, 상기 금속층(11A) 위에 상기 패드(13) 및 전극(12)의 형성 위치를 덮는 드라이 필름(도시하지 않음)을 형성한다. 상기 드라이 필름은, 상기 금속층(11A)의 표면 중 제거될 부분이 개방된 개구부를 갖는다.
이때, 상기 패드(13) 및 전극(12)을 형성하기 위한 상기 금속층(11A)의 제거 공정에서, 상기 패드(13)의 중앙 부분도 함께 제거하여, 상기 개구부(13A)를 포함하는 상기 패드(13)를 형성한다.
이때, 상기 도면에서와 같이, 상기 개구부(13A)의 깊이는 상기 패드(13)의 높이와 동일하며, 이에 따라 상기 개구부(13A)는 관통 홀로 형성될 수 있다.
이때, 상기 전극(12)은 상기 절연기판(11) 위에 상기 패드(13)와 일정 간격 이격되어 배치되며, 그에 따라 상기 패드(13) 위에 부착된 칩과 전기적으로 연결된다. 상기 전극(12)은 와이어와 같은 결합 부재를 통해 상기 칩과 전기적으로 연결되는 와이어 본딩부이다.
다음으로, 도 4a의 (C)와 같이, 상기 패드(13)의 개구부(13A) 내에 접착부재(14)를 도포한다. 바람직하게, 상기 패드(13)는 중앙 부분이 개방된 단일폐곡선 형상을 갖는다. 그리고, 상기 접착부재(14)는 상기 개방된 패드(13)의 중앙 부분에 배치된다.
이때, 상기 패드(13)는 일정 높이를 가지며, 상기 패드(13)의 높이는 상기 패드(13)의 중앙 부분 내에 배치되는 접착부재(14)의 도포량에 의해 결정될 수 있다. 상기 패드(13)는 상기 접착부재(14)의 주위를 둘러싸며 배치되고, 그에 따라 상기 접착부재(14)가 다른 영역으로 흘러 넘치는 것을 방지하는 댐 역할을 한다.
접착부재(14)는 액상 접착제일 수 있다. 즉, 상기 액상 접착제는 접착력이나 구성 성분은 맞으나, 점도가 낮기 때문에 도포 위치나 도포량을 컨트롤 하기가 매우 어렵다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기와 같은 댐 구조의 패드(13)를 형성하고, 상기 액상형 접착제를 포함하는 접착부재(14)를 상기 패드(13)의 내부에 도포함으로써, 상기 도포되는 접착부재(14)의 위치나 양을 정확히 조절할 수 있다.
또한, 본 발명의 제 1 실시 예에서의 상기 접착부재(14)는 전도성 접착제일 수 있으며, 이와 다르게 비전도성 접착제일 수 있다. 즉, 상기 인쇄회로기판(10)은 와이어 본딩 방식의 기판이며, 이에 따라 상기 패드(13)와 상기 칩은 상호 전기적으로 연결되지 않는다. 따라서, 상기 패드(13) 내에 도포되는 접착부재(14)도 상기 칩과 전기적으로 연결되지 않아도 되며, 이에 따라 상기 접착부재(14)는 비전도성 접착제를 사용할 수 있으며, 이와 다르게 전도성 접착제를 사용할 수도 있다.
한편, 도 4b에 도시된 바와 같은 공정을 통해 도 2b에 도시된 인쇄회로기판(10)을 제조할 수 있다.
먼저, 도 4b의 (A)에서와 같이 절연기판(11)을 준비하고, 상기 준비된 절연기판(11) 위에 금속층(11A)을 형성한다.
다음으로, 도 4b의 (B)에서와 같이, 상기 금속층(11A)을 선택적으로 제거하여, 상기 절연기판(11) 위에 일정 간격을 두고 서로 이격된 복수의 패드(13) 및 복수의 전극(12)을 형성한다.
다음으로, 도 4b의 (C)에서와 같이, 상기 절연기판(11), 상기 패드(13) 및 상기 전극(12) 위에 개구부(13A)를 형성하기 위한 마스크(도시하지 않음)를 배치하고, 상기 형성된 마스크를 이용하여 상기 패드(13)의 일부를 제거한다.
즉, 상기 마스크는, 상기 상기 절연기판(11), 상기 패드(13) 및 상기 전극(12) 위에 배치되면서, 제거될 상기 패드(13)의 표면을 노출하는 개구부를 갖는다. 이때, 상기 개구부(13A)의 깊이는 상기 패드(13)의 높이보다 작을 수 있다. 다시 말해서, 상기 개구부(13A)는 도 4b의 (C)에서와 같은 홈(groove) 형상을 가질 수 있다.
여기에서, 상기 개구부(13A)가 홈(groove) 형상을 가지는 경우, 상기 도 4a의 (B) 공정이, 상기 패드(13) 및 전극(12)을 형성하는 제 1 공정과, 상기 개구부(13A)를 형성하는 제 2 공정으로 구분되어 각각 각각 진행될 수 있다.
다음으로, 도 4b의 (D)와 같이, 상기 패드(13)의 개구부(13A) 내에 접착부재(14)를 도포한다
도 5a는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 인쇄회로기판의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 5b는 도 5a에 도시된 인쇄회로기판의 변형 예를 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5의 인쇄회로기판의 평면도이며, 도 7a는 도 5a의 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 도시한 단면도이고, 도 7b는 도 5b의 인쇄회로기판의 제조 방법을 공정 순으로 도시한 단면도이다.
이하에서는, 도 5 내지 7을 참조하여, 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 인쇄회로기판에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 도 5 내지 7에 도시된 제 2 실시 예에 따른 인쇄회로기판은, 칩이 부착되는 지지 기판이며, 보다 구체적으로는 플립 칩 본딩에 의해 상기 칩이 부착되는 지지 기판이다. 상기 플립 칩 본딩 방식은, 상기 칩의 전극과 상기 인쇄회로기판의 전극이 별도의 연결 부재 없이 직접 연결되는 방식이며, 구체적으로 상기 인쇄회로기판이 전극 위에 상기 칩이 전극을 바로 부착시키는 방식이다.
한편, 도 5a에 도시된 인쇄회로기판(20)은 도 2a에 도시된 인쇄회로기판(10)과 전극의 구조만 다를 뿐, 다른 부분의 구조는 서로 동일하다. 이에 따라, 이하에서는, 상기 인쇄회로기판(20)의 전극의 구조에 대해서만 설명하기로 한다.
도 2a에서의 인쇄회로기판(10)은 상기 절연기판(11) 위에 배치된 전극(12)과 패드(13)는 서로 전기적으로 분리되어 있었다. 다시 말해서, 상기 전극(12)과 상기 패드(13)는 상호 일정 간격 이격되어 있었다.
그러나, 도 5a에 도시된 제 2 실시 예에서의 인쇄회로기판(20)은, 절연기판(21) 위에 전극(22) 및 패드(23)가 배치되는데, 이때 상기 전극(22)과 패드(23)는 서로 전기적으로 연결되어 있다.
다시 말해서, 인쇄회로기판(10)은 상기 절연기판(21) 위에 배치되며, 상기 전극(22)과 패드(23) 사이에 배치되며, 상기 전극(22)과 패드(23)를 상호 전기적으로 연결하는 연결패턴(25)을 더 포함한다.
상기 연결패턴(25)의 일단은 상기 전극(22)과 연결되고, 상기 연결패턴(25)의 타단은 상기 패드(23)와 연결된다.
연결패턴(25)은 상기 전극(22) 및 패드(23)와 마찬가지로, 전도성이 있는 금속 물질로 형성될 수 있다. 바람직하게, 상기 연결패턴(25)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu) 및 아연(Zn) 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 물질로 형성될 수 있다. 또한 상기 패드(13) 및 전극(12)은 본딩력이 우수한 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn) 중에서 선택되는 적어도 하나의 금속 물질을 포함하는 페이스트 또는 솔더 페이스트로 형성될 수 있다.
한편, 도 5a에서는 설명의 편의를 위해 상기 절연기판(21) 위에 상기 전극(22), 연결패턴(25) 및 패드(23)가 상호 구분되는 것으로 도시하였지만, 실질적으로 상기 전극(22), 연결패턴(25) 및 패드(23)는 일체로 형성된 구조를 갖는다. 다시 말해서, 상기 전극(22), 상기 패드(23) 및 상기 연결패턴(25)은 하나의 금속층을 에칭하거나, 동일한 금속물질을 도금하여 형성되며, 그에 따라 실질적으로 상기 전극(22), 패드(23) 및 상기 연결패턴(25)은 서로 연결된 일체 구조를 갖는다.
이때, 상기 전극(22), 상기 패드(23) 및 상기 연결패턴(25)을 포함하는 회로 패턴은, 통상적인 인쇄회로기판의 제조 공정인 어디티브 공법(Additive process), 서브트렉티브 공법(Subtractive Process), MSAP(Modified Semi Additive Process) 및 SAP(Semi Additive Process) 공법 등으로 가능하며 여기에서는 상세한 설명은 생략한다.
한편, 상기 패드(23)의 개구부(또는 단일폐곡선의 내부) 내에는 접착부재(24)가 배치된다. 상기 접착부재(24)는 상기 패드(13)가 가지는 높이에 대응하는 중량을 가지며 상기 패드(23) 내에 도포된다. 바람직하게, 상기 접착부재(24)는 상기 패드(23)의 상면 위로 일정 높이를 가지고 돌출될 수 있다.
또한, 본 발명의 제 2 실시 예에서의 상기 접착부재(24)는 전도성 접착제임이 바람직하다. 즉, 상기 인쇄회로기판(20)은 플립 칩 본딩 방식의 기판이며, 이에 따라 상기 패드(23)와 상기 칩은 상호 전기적으로 연결되어야 한다. 따라서, 상기 패드(23) 내에 도포되는 접착부재(24)도 상기 칩과 전기적으로 연결되어야 하며, 이에 따라 상기 접착부재(24)는 전도성 접착제를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 전도성 접착제는, 크게 이방성 도전 접착제(anisotropic conductive adhesive)와 등방성 도전 접착제(isotropic conductive adhesive)로 구분되며, 기본적으로 Ni, Au/고분자, 또는 Ag 등의 도전성 입자들과, 열경화성, 열가소성, 또는 이 둘의 특성을 혼합한 혼합형 절연수지(blend type insulatingresin)로 구성된다. 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일폐곡선 형상을 갖는 패드의 내부에 접착제를 도포함으로써, 상기 접착제가 외부로 흘러나오는 현상을 사전에 방지할 수 있으며, 상기 패드 내부에 정확한 양의 접착제를 도포할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일폐곡선 형상의 패드 내부에 도전성 접착제 또는 비도전성 접착제를 선택적으로 도포함으로써, 플립 칩 본딩 및 와이어 본딩 방식에 모두 적용할 수 있는 기판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 단일폐곡선 형상의 패드 내부에 도포된 접착제를 이용하여 칩을 부착함으로써, 상기 칩이 부착되는 정확한 위치에 상기 접착제를 도포할 수 있으며, 이에 따른 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
또한, 도 5 b에서와 같이, 상기 패드(23)에는 상면의 중앙 부분에 내부 방향으로 일정 깊이 함몰된 오목부가 형성될 수 있으며, 상기 형성된 오목부 내에 상기 접착제가 도포될 수 있다. 다시 말해서, 상기 패드(23)는 도 5a에서와 같은 관통 홀이 아닌 홈 형상을 갖는 오목부가 형성될 수 있으며, 그에 따라 상기 오목부 내에 상기 접착부재(24)가 도포될 수 있다.
이하에서는, 도 7를 참조하여 도 5 및 6에 도시된 인쇄회로기판(20)의 제조 방법에 대해 설명하기로 한다.
도 7a는 도 5a에 도시된 인쇄회로기판(20)의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 것이고, 도 7b는 도 5b에 도시된 인쇄회로기판(20)의 제조 방법을 공정 순으로 나타낸 것이다.
먼저, 도 7a의 (A)에서와 같이 절연기판(21)을 준비하고, 상기 준비된 절연기판(21) 위에 금속층(21A)을 형성한다.
이때, 상기 금속층(21A)은 상기 절연기판(21) 위에 구리를 포함하는 금속을 무전해 도금하여 형성할 수 있다.
다음으로, 도 7a의 (B)에서와 같이, 상기 금속층(21A)을 선택적으로 제거하여, 상기 절연기판(21) 위에 일정 간격을 두고 서로 이격된 복수의 패드(23), 복수의 전극(22), 그리고, 상기 복수의 패드(23)와 복수의 전극(22) 각각을 연결하는 연결패턴(25)을 형성한다.
다시 말해서, 도 7a의 (B)에서와 같이, 상기 절연기판(21) 위에 배치된 금속층을 선택적으로 제거하여, 상기 절연기판(21) 위에 회로 패턴을 형성한다. 이때, 상기 회로 패턴은 상기 설명한 바와 같이, 패드(23), 전극(22) 및 연결패턴(25)을 포함할 수 있다.
이때, 상기 패드(23) 및 전극(22)을 형성하기 위한 상기 금속층(21A)의 제거 공정에서, 상기 패드(23)의 중앙 부분도 함께 제거하여, 상기 개구부(23A)를 포함하는 상기 패드(23)를 형성한다.
이때, 상기 도면에서와 같이, 상기 개구부(23A)의 깊이는 상기 패드(23)의 높이와 동일하며, 이에 따라 상기 개구부(23A)는 관통 홀로 형성될 수 있다.
이때, 상기 도면에서는 상기 개구부(23A)의 깊이가 상기 패드(23)의 높이와 동일한 것으로 도시하였지만, 상기 개구부(23A)의 깊이는 상기 패드(23)의 높이보다 작을 수 있다. 다시 말해서, 상기 개구부(23A)는 도 7a의 (C)에서와 같은 관통 홀이 아닌 홈(groove) 형상을 가질 수 있다. 여기에서, 상기 개구부(23A)가 홈(groove) 형상을 가지는 경우, 상기 도 7a의 (B) 및 (C)에서와 같이, 상기 패드(23) 및 전극(22)을 형성하는 제 1 공정과, 상기 개구부(23A)를 형성하는 제 2 공정이 별개의 공정으로 각각 진행될 수 있다.
다음으로, 도 7a의 (D)와 같이, 상기 패드(23)의 개구부(23A) 내에 접착부재(24)를 도포한다. 바람직하게, 상기 패드(23)는 중앙 부분이 개방된 단일폐곡선 형상을 갖는다. 그리고, 상기 접착부재(24)는 상기 개방된 패드(23)의 중앙 부분에 배치된다.
이때, 상기 패드(23)는 일정 높이를 가지며, 상기 패드(23)의 높이는 상기 패드(23)의 중앙 부분 내에 배치되는 접착부재(24)의 도포량에 의해 결정될 수 있다. 상기 패드(23)는 상기 접착부재(24)의 주위를 둘러싸며 배치되고, 그에 따라 상기 접착부재(24)가 다른 영역으로 흘러 넘치는 것을 방지하는 댐 역할을 한다.
접착부재(24)는 액상 접착제일 수 있다. 즉, 상기 액상 접착제는 접착력이나 구성 성분은 맞으나, 점도가 낮기 때문에 도포 위치나 도포량을 컨트롤 하기가 매우 어렵다.
이에 따라, 본 발명에서는 상기와 같은 댐 구조의 패드(23)를 형성하고, 상기 액상형 접착제를 포함하는 접착부재(24)를 상기 패드(23)의 내부에 도포함으로써, 상기 도포되는 접착부재(24)의 위치나 양을 정확히 조절할 수 있다.
한편, 도 7b에 도시된 바와 같은 공정을 통해 도 5b에 도시된 인쇄회로기판(10)을 제조할 수 있다.
먼저, 도 7b의 (A)에서와 같이 절연기판(21)을 준비하고, 상기 준비된 절연기판(21) 위에 금속층(21A)을 형성한다.
다음으로, 도 7b의 (B)에서와 같이, 상기 금속층(21A)을 선택적으로 제거하여, 상기 절연기판(21) 위에 일정 간격을 두고 서로 이격된 복수의 패드(23) 및 복수의 전극(22)을 형성한다.
다음으로, 도 7b의 (C)에서와 같이, 상기 절연기판(21), 상기 패드(23) 및 상기 전극(22) 위에 개구부(23A)를 형성하기 위한 마스크(도시하지 않음)를 배치하고, 상기 형성된 마스크를 이용하여 상기 패드(23)의 일부를 제거한다.
즉, 상기 마스크는, 상기 상기 절연기판(21), 상기 패드(23) 및 상기 전극(22) 위에 배치되면서, 제거될 상기 패드(23)의 표면을 노출하는 개구부를 갖는다. 이때, 상기 개구부(23A)의 깊이는 상기 패드(23)의 높이보다 작을 수 있다. 다시 말해서, 상기 개구부(12A)는 도 7b의 (C)에서와 같은 홈(groove) 형상을 가질 수 있다.
여기에서, 상기 개구부(23A)가 홈(groove) 형상을 가지는 경우, 상기 도 7a의 (B) 공정이, 도 7b에서와 같이 상기 패드(23) 및 전극(22)을 형성하는 제 1 공정과, 상기 개구부(23A)를 형성하는 제 2 공정으로 구분되어 각각 각각 진행될 수 있다.
다음으로, 도 7b의 (D)와 같이, 상기 패드(23)의 개구부(23A) 내에 접착부재(24)를 도포한다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 패드의 형상의 변형 예이다.
도 2 내지 도 7에서는, 상기 패드가 링 형상을 가지는 단일폐곡선 형상을 갖는 것으로 도시하였다. 그러나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 패드는 상기 링 형상 이외에도 댐 기능을 하는 다른 형상의 단일폐곡선으로 형성될 수 있다.
뿐만 아니라, 상기 패드는 접착제가 상기 패드의 내부에서 다른 곳으로 흘러 넘치지 않는 구조로 상기 단일폐곡선이 아닌 약간의 간격을 가지는 형상으로 형성될 수도 있다.
즉, 도 8의 (A)에서와 같이, 상기 패드(23)는 삼각 형상을 가질 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 패드(23)는 사각 형상을 가질 수 있다. 또한, 이와 다르게 상기 패드(23)는 다각 형상을 가질수 있다.
또한, 도면에 도시된 형상 이외에도 상기 패드(23)는 타원 형상, 부채꼴 형상, 별 형상 등 다양한 형상으로도 변형 가능하다.
도 9는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 패키지 기판의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9의 패키지 기판의 평면도이다.
도 9를 참조하면, 패키지 기판은, 인쇄회로기판(10) 및 상기 인쇄회로기판(10) 위에 배치되는 칩(30)을 포함한다.
이때, 상기 인쇄회로기판(10)은 도 2 내지 4에서 이미 설명하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 인쇄회로기판(10) 위에는 칩(30)이 부착된다. 이때, 상기 칩(30)은 상기 설명한 바와 같이, 다양한 전자 부품 중 어느 하나일 수 있으며, 능동 소자 및 수동 소자 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 칩(30)은 전극(40)을 포함하며, 상기 칩(30)의 전극(40)은 상기 절연기판(11) 상에서 상부 방향으로 향하도록 배치된다. 바람직하게, 상기 칩(30)은 상기 전극(40)이 상부 방향으로 향하도록 상기 절연기판(11) 위에 부착될 수 있다.
그리고, 상기 패드(13) 내에는 접착부재(14)가 배치되며, 상기 칩(30)은 상기 접착부재(14)의 접착력에 의해 상기 패드(23) 위에 부착될 수 있다. 상기 접착부재(14)는 상기 패드(23)의 내부에 도포된 상태에서, 상기 칩(30)이 안착됨에 따라 상기 패드(23)의 표면 위로 일정 양이 이동한다. 따라서, 상기 칩(30)은 상기 접착부재(14)에 의해 상기 패드(13) 위에 안정적으로 부착될 수 있다.
또한, 상기 패드(13)는 상기 칩(30)의 4개의 모서리 부분이 위치하는 영역에 각각 배치되며, 그에 따라 상기 칩(30)의 모서리 영역을 각각 안정적으로 지지하게 된다.
또한, 상기 연결 부재(50)는 상기 인쇄회로기판(10)의 전극(12)과 상기 칩(30)의 전극(40)을 서로 전기적으로 연결한다. 바람직하게, 상기 연결 부재(50)는 일단이 상기 인쇄회로기판(10)의 전극(12)과 연결되고, 타단이 상기 칩(30)의 전극(40)과 연결된다. 상기 연결 부재(50)는 일반적인 와이어를 이용할 수 있다.
도 11a 및 도 11b는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 패키지 기판의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 12는 도 11a 및 도 11b의 패키지 기판의 평면도이다.
도 11a를 참조하면, 패키지 기판은, 인쇄회로기판(20) 및 상기 인쇄회로기판(20) 위에 배치되는 칩(30)을 포함한다.
이때, 상기 인쇄회로기판(20)은 도 5 내지 7에서 이미 설명하였으므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 인쇄회로기판(20) 위에는 칩(30)이 부착된다. 이때, 상기 칩(30)은 상기 설명한 바와 같이, 다양한 전자 부품 중 어느 하나일 수 있으며, 능동 소자 및 수동 소자 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
이때, 상기 칩(30)은 전극(40)을 포함하며, 상기 칩(30)의 전극(40)은 상기 절연기판(21) 상에서 하부 방향으로 향하도록 배치된다. 바람직하게, 상기 칩(30)은 상기 전극(40)이 상기 절연기판(21)의 상면과 마주보도록 배치된 상태에서 상기 절연기판(21) 위에 부착될 수 있다.
그리고, 상기 패드(23) 내에는 접착부재(24)가 배치되며, 상기 칩(30)은 상기 접착부재(24)의 접착력에 의해 상기 패드(23) 위에 부착될 수 있다. 상기 접착부재(24)는 상기 패드(23)의 내부에 도포된 상태에서, 상기 칩(30)이 안착됨에 따라 상기 패드(23)의 표면 위로 일정 양이 이동한다. 따라서, 상기 칩(30)은 상기 접착부재(24)에 의해 상기 패드(23) 위에 안정적으로 부착될 수 있다.
이때, 상기 패드(23)에 형성된 개구부의 폭은 상기 칩(30)의 전극(40)의 폭보다 클 수 있다. 이에 따라, 상기 칩(30)의 전극(40)은 상기 패드(23)의 개구부 내로 삽입될 수 있으며, 그에 따라 상기 접착부재(24) 내에 매립될 수 있다.
또한, 상기 패드(23)는 상기 칩(30)의 4개의 모서리 부분이 위치하는 영역에 각각 배치되며, 그에 따라 상기 칩(30)의 모서리 영역을 각각 안정적으로 지지하게 된다.
또한, 상기 연결패턴(25)은 상기 인쇄회로기판(20)의 전극(22)과 상기 칩(30)의 전극(40)을 서로 전기적으로 연결한다. 바람직하게, 상기 연결패턴(25)은 상기 패드(23)와 전극(22) 사이에 배치되어, 그에 따라 상기 패드(23) 및 상기 접착부재(24) 내에 매립된 상기 칩(30)의 전극(40)과 상기 인쇄회로기판(20)의 전극(22)을 전기적으로 연결한다.
또한, 상기 연결패턴(25)은 상기 전극(22) 또는 상기 패드(23)의 폭보다 작을 수 있으며, 이에 따라 인쇄회로기판의 전체 크기를 줄일 수 있다.
또한, 도 11b를 참조하면, 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 패키지 기판은, 인쇄회로기판(20) 및 상기 인쇄회로기판(20) 위에 배치되는 칩(30)을 포함한다.
이때, 상기 패드(23)에 형성된 개구부의 폭은 상기 칩(30)의 전극(40)의 폭보다 작을 수 있다. 이에 따라, 상기 칩(30)의 전극(40)은 상기 패드(23)의 개구부 내로 삽입되지 않고, 상기 패드(23)의 표면 위에 안착될 수 있다.
또한, 도 11b에서는, 상기 접착부재(24)가 상기 칩(30)의 전극(40)의 일부만을 감싸며 형성되는 것으로 도시하였지만, 이와 다르게 상기 전극(40)의 전체를 감싸도록 상기 접착부재(24)가 형성될 수도 있을 것이다.
도 13 및 도 14는 본 발명의 실시 예에 따른 패키지 기판의 구현 예이다.
도 13을 참조하면, 절연기판(11) 위에는 다수의 칩(30)이 부착될 수 있다. 바람직하게, 상기 절연기판(11)의 상부 영역은 복수의 영역으로 구분될 수 있다. 그리고, 상기 각각의 영역에는 각각 칩(30)이 부착될 수 있다.
이를 위해, 상기 각각의 영역에는, 상기 설명한 바와 같은 패드, 전극 및 접착 부재가 배치되며, 그에 따라 칩(30)은 연결 부재를 통해 상기 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
도면 상에는 상기 절연기판(11)의 상부 영역이 6개의 영역으로 구분되고, 그에 따라 6개의 칩(30)이 상기 절연기판(11) 위에 부착되는 것으로 도시하였으나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 구분되는 영역의 수나 상기 부착되는 칩의 수는 감소하거나 더 증가할 수도 있을 것이다.
도 14를 참조하면, 절연기판(21) 위에는 다수의 칩(30)이 부착될 수 있다. 바람직하게, 상기 절연기판(21)의 상부 영역은 복수의 영역으로 구분될 수 있다. 그리고, 상기 각각의 영역에는 각각 칩(30)이 부착될 수 있다.
이를 위해, 상기 각각의 영역에는, 상기 설명한 바와 같은 패드, 전극 및 접착 부재가 배치되며, 그에 따라 칩(30)은 연결 패턴을 통해 상기 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
도면 상에는 상기 절연기판(21)의 상부 영역이 6개의 영역으로 구분되고, 그에 따라 6개의 칩(30)이 상기 절연기판(21) 위에 부착되는 것으로 도시하였으나, 이는 일 실시 예에 불과할 뿐, 상기 구분되는 영역의 수나 상기 부착되는 칩의 수는 감소하거나 더 증가할 수도 있을 것이다.
한편, 본 발명에서의 상기 칩(30)은 센싱 모듈일 수 있다. 이하에서는, 상기 인쇄회로기판(10) 위에 부착되는 센싱 모듈에 대해 구체적으로 설명하기로 한다. 이하에서의 센싱 모듈은 플립 칩 본딩 방식에 의해 상기 기판 위에 부착될 수 있으며, 이와 다르게 와이어 본딩 방식에 의해 상기 기판 위에 부착될 수 있다.
도 15a는 본 발명의 제 1 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이고, 도 15b는 도 15a에 도시된 센싱 모듈의 변형 예를 나타낸 도면이며, 도 16a는 도 15a의 센싱 모듈의 평면도이고, 도 16b는 도 15b의 센싱 모듈의 평면도이며, 도 17은 도 15a 또는 도 15b의 센싱 모듈의 공극이 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.
도 15a 및 16a를 참조하면, 센싱 모듈(100A)은 기판(110), 중간층(115), 제 1 전극 패드(120), 제 2 전극 패드(125), 금속층(130), 히터 전극(135), 감지 전극(140), 감지물(145), 보호층(150), 연결부(155)를 포함한다.
기판(110)은 전극 패드가 형성되는 센싱 모듈(100A)의 지지 기판이다. 상기 기판(110)은 절연 플레이트를 형성하며, 세라믹 기판일 수 있다.
바람직하게, 상기 기판(110)은 알루미나(Alumina) 또는 질화 실리콘(SiN)를 포함하는 세라믹 기판일 수 있다.
기판(110) 위에는 제 1 전극 패드(120)가 배치된다.
상기 제 1 전극 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 제 1 전극 패드(120)는 상기 기판(110) 위에 소정 간격을 두고 복수 개 배치된다.
바람직하게, 제 1 전극 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 전극 패드(121, 122, 123, 124) 중 2개의 상부 전극 패드는, 히터 전극(135)가 연결되고, 나머지 2개의 상부 전극 패드는 감지 전극(140)과 연결된다. 다시 말해서, 상기 제 1 상부 전극 패드(121) 및 제 2 상부 전극 패드(122)는 감지 전극(140)과 연결되는 감지 전극 패드이고, 제 3 상부 전극 패드(123) 및 제 4 상부 전극 패드(124)는 히터 전극(135)과 연결되는 히터 전극 패드이다.
이때, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121, 122, 123, 124)는 판 형상을 갖는 상기 기판(110)의 4개의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다.
한편, 상기 기판(110) 아래에는 제 2 전극 패드(125)가 배치된다.
다시 말해서, 기판(110)의 상면에는 제 1 전극 패드(120)가 배치되고, 상기 기판(110)의 하면에는 제 2 전극 패드(125)가 배치된다.
상기 제 2 전극 패드(125)는 상기 센싱 모듈(100A)을 인쇄회로기판(10, 20)에 부착시키기 위한 부착 패드이다. 이를 위해, 상기 제 2 전극 패드(125)는 페이스트로 형성될 수 있다. 다시 말해서, 상기 제 2 전극 패드(125)는 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn)의 금속 물질로 형성될 수 있다. 또한 상기 제 2 전극 패드(125)는 본딩력이 우수한 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn)의 금속 물질을 포함하는 페이스트 또는 솔더 페이스트로 형성될 수 있다.
상기 제 2 전극 패드(125)의 표면에는 금속층(130)이 배치된다. 상기 금속층(130)은 상기 제 2 전극 패드(125)의 표면을 보호하면서, 상기 제 2 전극 패드(125)의 본딩력을 높일 수 있는 금속물질로 형성된다. 바람직하게, 상기 금속층(130)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 티타늄(Ti), 주석(Sn), 구리(Cu), 아연(Zn)의 금속을 포함하는 물질로 형성될 수 있다.
한편, 상기 제 2 전극 패드(125)는 상기 기판(110)의 하면에 소정 간격을 두고 복수 개 배치된다.
즉, 제 2 전극 패드(125)는 제 1 하부 전극 패드 내지 제 4 하부 전극 패드(도시하지 않음)를 포함할 수 있다.
그리고, 제 1 하부 전극 패드는 상기 제 1 상부 전극 패드(121)와 전기적으로 연결되고, 제 2 하부 전극 패드는 상기 제 2 상부 전극 패드(122)와 전기적으로 연결되며, 제 3 하부 전극 패드는 상기 제 3 상부 전극 패드(123)와 전기적으로 연결되고, 제 4 하부 전극 패드는 상기 제 4 상부 전극 패드(124)와 전기적으로 연결된다.
또한, 상기 금속층(130)은 상기 제 1 내지 4 하부 전극 패드의 표면에 각각 배치된다.
연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하며, 일단이 상기 제 1 전극 패드(120)과 연결되고, 타단이 상기 제 2 전극 패드(125)와 연결된다.
다시 말해서, 연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하며 배치되고, 그에 따라 상기 제 1 전극 패드(120)와 제 2 전극 패드(125)를 상호 전기적으로 연결한다.
상기 연결부(155)는 상기 기판(110)을 관통하는 관통 홀(도시하지 않음) 내부를 전도성 물질로 충진하여 형성할 수 있다.
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 전도성 물질로 충진하여 상기 연결부(155)를 형성한다. 상기 연결부(155)는 상기 제 1 전극 패드(120)와 제 2 전극 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 전도성 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.
상기 기판(110) 위에는, 상기 제 1 전극 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 센싱 모듈(100A)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 센싱 모듈(100A)의 온도를 상승시킨다.
이때, 상기 센싱 모듈(100A)은 다양한 종류의 가스를 센싱하는 가스 센싱 모듈일 수 있으며, 상기 센싱되는 가스의 종류에 따라 상기 센싱 모듈이 최적의 감도를 나타낼 수 있는 온도도 상이하다.
따라서, 본 발명에서는 상기 센싱되는 가스의 종류에 따라 상기 히터 전극(135)의 온도를 제어할 수 있으며, 이에 따라 상기 센싱 모듈(100A)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)에서 발생하는 온도는 상기 히터 전극(135)의 폭이나 길이 등의 변화를 통해 조절할 수도 있을 것이다.
한편, 상기 기판(110) 위에는 중간층(115)이 배치된다.
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, 제 1 전극 패드(120)가 배치된 영역)이 주변 영역일 수 있다.
이때, 상기 히터 전극(135)은 상기 중간층(115)에 배치된 히터 전극과 상기 제 1 전극 패드(120)를 상호 전기적으로 연결한다. 이때, 상기 히터 전극(135) 중 상기 중간층(115) 위에 배치된 부분의 두께는 상기 제 1 전극 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.
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 위해 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(141) 및 제 2 감지 전극(142)을 포함할 수 있다. 바람직하게, 상기 제 1 감지 전극(141)은 네거티브(-) 특성을 갖는 전극일 수 있고, 제 2 감지 전극(142)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. 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 배치될 수 있다.
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 배치된다.
이때, 상기 감지 전극(140)은 상기 제 1 전극 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, 금 나노입자, 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(Carbon nanoTube), 풀러렌(fullerene) 및 이황화 몰리브덴(MoS2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 일 예로, 상기 금속 산화물은 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 산화물은 백금(Pt), 금(Au), 텅스텐(W), 로듐(Rh) 및 팔라듐(Pd) 중 적어도 하나의 금속 또는 산화 알루미늄(Al2O3)과 같은 금속 산화물을 보조 입자로 더 포함할 수 있다. 이때, 상기 금속 산화물은 평균 직경의 크기가 1nm 내지 500nm 수준의 나노 입자일 수 있다. 또한 상기 금속 산화물은 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, 외부 영향에 의한 전기적인 변화가 크므로 센싱 모듈(100A)의 작동온도를 크게 낮출 수 있다.
상기 기판(110) 위에는 보호층(150)이 형성된다.
상기 보호층(150)은 상기 기판(110) 위에 배치된 제 1 전극 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 제 1 전극 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(100A)은 세라믹 기판에 상기 감지 전극 및 히터 전극과 연결되는 관통 전극을 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.
한편, 상기 기판(110)에는 공극(160)이 형성된다. 상기 공극(160)은 상기 감지 영역의 주위를 둘러싸며 배치된다.
바람직하게, 상기 공극(160)은 상기 보호층(150)의 상면에서부터 상기 기판(110)의 하면까지 관통하며 형성된다. 그리고, 상기 공극(160)은 상기 감지 영역을 둘러싸며 배치되어, 상기 감지 영역과 상기 주변 영역 사이에 열 전달이 이루어지지 않도록 한다.
여기에서, 상기 감지 영역은 상기 중간층(115)이 배치된 영역일 수 있다. 따라서, 상기 공극(160)은 상기 중간층(115)의 주변 영역에 배치된다. 이때, 상기 공극(160)이 상기 기판(110) 및 상기 보호층(150)의 전체 영역에 걸쳐 형성되게 되면, 상기 중간층(115)을 포함하는 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결 강도가 약해질 수 있다.
따라서, 상기 공극(160)은 상기 중간층(115)과 소정 간격 이격된 둘레 영역을 둘러싸며 배치되는 복수의 단위 공극을 포함할 수 있다. 그리고, 상기 기판(110) 중 상기 복수의 단위 공극 사이의 부분은 제거되지 않고 남아 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결을 지지하여, 연결부의 강도를 향상시키도록 한다.
상기 복수의 단위 공극은, 도 16a에 도시된 바와 같이 "ㄷ" 형상을 가질 수 있으며, 상기 중간층(115)의 상하 중심선을 기준으로 대칭 형상을 가지며 각각 배치될 수 있다.
상기 공극(160)은 도 16a에 도시된 기판(110)만을 관통하며 형성되는 것이 아니라, 상기 기판(110)과 함께 상기 기판(110) 위에 배치된 보호층(150)도 관통하며 형성된다. 따라서, 상기 공극(160)에 의해, 상기 보호층(150) 영역에서부터 상기 기판(110)의 영역까지 열 차단 영역이 형성된다.
상기 공극(160)은 기계, 레이저 및 화학 가공 중 어느 하나의 가공 방식에 의해 상기 기판(110) 및 상기 보호층(150)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, 도 15b 및 도 16b에 도시된 바와 같이, 센싱 모듈(100B)은, 기판(110), 중간층(115), 제 1 전극 패드(120), 제 2 전극 패드(125), 금속층(130), 히터 전극(135), 감지 전극(140), 감지물(145), 보호층(150), 연결부(155A)를 포함한다.
도 15b 및 도 16b에 도시된 가스 센싱 모듈(100B)은 도 15a 및 도 16a에 도시된 가스 센싱 모듈(100A)과 제 1 전극 패드(120) 및 연결부(155A)를 제외한 다른 구성은 동일하다. 이에 따라, 상기 제 1 전극 패드(120) 및 연결부(155A)를 제외한 다른 구성에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 연결부(155A)는 상기 기판(110)을 관통하며, 일단이 상기 제 1 전극 패드(120)과 연결되고, 타단이 상기 제 2 전극 패드(125)와 연결된다.
다시 말해서, 연결부(155A)는 상기 기판(110)을 관통하며 배치되고, 그에 따라 상기 제 1 전극 패드(120)와 제 2 전극 패드(125)를 상호 전기적으로 연결한다.
상기 연결부(155A)는 상기 기판(110)을 관통하는 관통 홀(도시하지 않음) 내부를 금속 물질로 충진하여 형성할 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(155A)는 상기 기판(110)의 외곽부에 형성되며, 바람직하게 상기 기판(110)의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다. 이에 따라, 상기 연결부(155A)의 일부는 상기 기판(110)의 외측으로 노출된다. 이때, 상기 노출되는 부분은 상기 연결부(155A)의 상면 또는 하면이 아닌 측면이다.
또한, 제 1 전극 패드(120)는 제 1 상부 전극 패드(121A), 제 2 상부 전극 패드(122A), 제 3 상부 전극 패드(123A) 및 제 4 상부 전극 패드(124A)를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A) 중 2개의 상부 전극 패드는, 히터 전극(135)가 연결되고, 나머지 2개의 상부 전극 패드는 감지 전극(140)과 연결된다. 다시 말해서, 상기 제 1 상부 전극 패드(121A) 및 제 2 상부 전극 패드(122A)는 감지 전극(140)과 연결되는 감지 전극 패드이고, 제 3 상부 전극 패드(123A) 및 제 4 상부 전극 패드(124A)는 히터 전극(135)과 연결되는 히터 전극 패드이다.
이때, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A)는 판 형상을 갖는 상기 기판(110)의 4개의 모서리 영역에 각각 배치될 수 있다. 즉, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A)은 상기 기판(110)의 상부 영역의 외곽부에 배치된다. 이에 따라, 상기 제 1 내지 4 상부 전극 패드(121A, 122A, 123A, 124A)의 측면은 기판(110)의 외측으로 노출될 수 있다.
상기와 같이, 연결부(155A)와 같은 관통 전극를 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.
한편, 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 복수 개로 형성될 수 있다.
다시 말해서, 도 17은 도 16a 또는 도 16b에 도시된 공극(160)인 늘어난 일 실시 예의 평면도이다.
이하에서의 센싱 모듈(100)은 상기 도 15a에 도시된 센싱 모듈(100A) 및 도 15b에 도시된 센싱 모듈(100B) 중 어느 하나를 의미할 수 있다.
도 17을 참조하면, 상기 공극(160)은 상기 중간층(115)과 소정 간격 이격되어 상기 중간층(115)의 주변 영역에 배치되는 제 1 공극(161)과, 상기 제 1 공극(161)과 소정 간격 이격되어 상기 제 1 공극(161)의 주변 영역에 배치되는 제 2 공극(162)과, 상기 제 2 공극(162)과 소정 간격 이격되어 상기 제 2 공극(162)의 주변 영역에 배치되는 제 3 공극(163)을 포함한다.
상기 제 1 공극(161)은 중간층(115)의 주위를 둘러싸며 배치되고, 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 1 단위 공극을 포함한다. 상기 복수의 제 1 단위 공극 사이에는 상기 기판(110)이나 상기 보호층(150)이 그대로 남아있게 되며, 그에 따라 상기 감지 영역과 상기 주변 영역 사이의 연결 강도를 상승시킨다.
제 2 공극(162)은 상기 제 1 공극(161)과 소정 간격 이격된 위치에 형성되고, 그에 따라 상기 제 1 공극(161)의 주위를 둘러싸며 배치된다. 또한, 상기 제 2 공극(162)은 상기 제 1 공극(161)과 마찬가지로 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 2 단위 공극으로 구성된다.
제 3 공극(163)은 상기 제 2 공극(162)과 소정 간격 이격된 위치에 형성되고, 그에 따라 상기 제 2 공극(162)의 주위를 둘러싸며 배치된다. 또한, 상기 제 3 공극(163)은 상기 제 1 및 2 공극(161, 162)과 마찬가지로 상호 소정 간격 이격된 복수의 제 3 단위 공극으로 구성된다.
상기와 같은, 본 발명에 따른 실시 예에 의하면, 감지물 주변에 소정 간격 이격된 복수의 공극을 형성함으로써, 외부에서 발생한 충격 에너지가 내부 전달되어 크랙이 발생하는 것을 방지하며, 그에 따라 센싱 모듈의 파손 문제를 해결할 수 있다.
한편, 센싱 모듈은 도 15a 또는 도 15b에 도시된 바와 같은 일체형 기판 구조가 아닌 멤브레인 구조 또는 브리지 구조를 가질 수 있으며, 상기 멤브레인 구조 또는 브리지 구조에 도 17에 설명한 바와 같은 복수의 공극(160)이 형성될 수 있다.
도 18은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 18은 일반적인 1층 멤브레인 구조를 가지며, 기판에 공극(260)이 형성된 것을 특징으로 한다.
도 18을 참조하면, 센싱 모듈(200)은 기판(210), 전극 패드(220), 히터 전극(235), 감지 전극(240) 및 감지물(245)을 포함한다.
기판(210)은 절연 플레이트(211), 제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(213)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
절연 플레이트(211)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 이용할 수도 있다.
한편, 히터 전극(235) 및 감지 전극(240)이 배치되는 영역에 대응하는 상기 절연 플레이트(211)의 하부 영역은 식각되어 제거된다.
이때, 상기 절연 플레이트(211)를 식각함에 있어서는 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.
제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(214)은 멤브레인(membrane)을 형성하며, 절연 플레이트(211) 상에 순차적으로 적층된다.
상기 멤브레인은 절연 플레이트(211)의 하부 영역 식각 시에 식각 방지층의 역할을 하며, 또한 상기 감지 전극(240)이나 히터 전극(235)의 지지대 역할을 한다. 또한, 상기 멤브레인은 히터 전극(235)의 가열 시에 발열에 의한 소자의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로서, 산화 실리콘 박막 또는 질화 실리콘 박막으로 형성되거나, 산화 실리콘 박막 및 질화 실리콘 박막의 적층 구조로 형성될 수 있다.
본 도면에서는 멤브레인이 제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(214)의 적층 구조로 형성된 경우에 대해 도시하고 있는데, 이와 같이 멤브레인은 압축 응력을 갖는 산화 실리콘 박막과 신장 응력을 갖는 질화 실리콘 박막을 도 18과 같은 구조로 형성하는 것이 바람직하다. 물론, 멤브레인은 이들 중 어느 하나의 박막으로만 이루어질 수도 있다.
상기 멤브레인은 열산화법, 스퍼터링법 또는 화학 기상 증착법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다
상기 제 2 산화 실리콘 박막(214) 위에는 전극 패드(220)가 배치된다. 상기 전극 패드(220)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 전극 패드로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 4개의 전극 패드로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(214) 위에는 히터 전극(235) 및 감지 전극(240)이 각각 배치된다.
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(214) 위에는 상기 감지 전극(240)을 덮으며 감지물(245)이 배치된다.
그리고, 상기 기판(210)에는 상기 감지물(245)의 주변에 상기 감지물(245)을 둘러싸며 배치되는 공극(260)이 형성된다.
바람직하게, 상기 절연 플레이트(211)의 하부 영역은 상기 설명한 바와 같은 식각에 의해 제거되며, 그에 따라 상기 공극(260)은 상기 제 1 산화 실리콘 박막(212), 질화 실리콘 박막(213) 및 제 2 산화 실리콘 박막(214)을 관통하며 형성되어 상기 제거된 절연 플레이트(211)의 하부 영역과 연결된다.
상기 공극(260)은 상기 설명한 바와 같은 복수의 공극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 공극 각각은, 소정 간격 이격된 복수의 단위 공극으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 센싱 모듈(200)은 1층 구조의 센싱 모듈이며, 바람직하게 동일한 층에 감지 전극(240)과 히터 전극(235)이 각각 배치되는 구조를 갖는다.
도 19는 본 발명의 제3 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 19는 일반적인 2층 멤브레인 구조를 가지며, 기판에 공극(360)이 형성된 것을 특징으로 한다.
도 19를 참조하면, 센싱 모듈(300)은 기판(310), 보호층(315), 전극 패드(320), 히터 전극(335), 감지 전극(340) 및 감지물(345)을 포함한다.
기판(310)은 절연 플레이트(311), 제 1 산화 실리콘 박막(312), 질화 실리콘 박막(313) 및 제 2 산화 실리콘 박막(313)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
절연 플레이트(311)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 이용할 수도 있다.
한편, 히터 전극(335) 및 감지 전극(340)이 배치되는 영역에 대응하는 상기 절연 플레이트(211)의 하부 영역은 식각되어 제거된다.
이때, 상기 절연 플레이트(311)를 식각함에 있어서는 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.
제 1 산화 실리콘 박막(312), 질화 실리콘 박막(313) 및 제 2 산화 실리콘 박막(314)은 멤브레인(membrane)을 형성하며, 절연 플레이트(311) 상에 순차적으로 적층된다.
상기 멤브레인은 절연 플레이트(311)의 하부 영역 식각 시에 식각 방지층의 역할을 하며, 또한 상기 감지 전극(340)이나 히터 전극(335)의 지지대 역할을 한다. 또한, 상기 멤브레인은 히터 전극(335)의 가열 시에 발열에 의한 소자의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로서, 산화 실리콘 박막 또는 질화 실리콘 박막으로 형성되거나, 산화 실리콘 박막 및 질화 실리콘 박막의 적층 구조로 형성될 수 있다.
상기 멤브레인은 열산화법, 스퍼터링법 또는 화학 기상 증착법 등의 방법을 이용하여 형성할 수 있다
상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에는 전극 패드(320)가 배치된다.
상기 전극 패드(220)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 전극 패드로 구성될 수 있다. 이때, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에 배치되는 전극 패드(320)는 히터 전극(335)과 연결되는 전극 패드이다.
또한, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에는 히터 전극(335)이 각각 배치된다.
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(314) 위에는 상기 히터 전극(335)을 덮으며 보호층(315)이 배치된다.
그리고, 상기 보호층(315) 위에는 감지 전극(340), 그리고 상기 감지 전극(340)과 전기적으로 연결되는 전극 패드(320)가 배치된다.
그리고, 상기 보호층(315) 위에는 상기 감지 전극(340)을 덮으며 감지물(335)이 배치된다.
그리고, 상기 기판(310) 및 상기 보호층(315)에는 상기 감지물(345)의 주변에 상기 감지물(345)을 둘러싸며 배치되는 공극(360)이 형성된다.
바람직하게, 상기 절연 플레이트(311)의 하부 영역은 상기 설명한 바와 같은 식각에 의해 제거되며, 그에 따라 상기 공극(360)은 상기 보호층(315), 상기 제 1 산화 실리콘 박막(312), 질화 실리콘 박막(313) 및 제 2 산화 실리콘 박막(314)을 관통하며 형성되어 상기 제거된 절연 플레이트(311)의 하부 영역과 연결된다.
상기 공극(360)은 상기 설명한 바와 같은 복수의 공극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 공극 각각은, 소정 간격 이격된 복수의 단위 공극으로 구성될 수 있다.
상기와 같은 센싱 모듈(300)은 2층 구조의 센싱 모듈이며, 바람직하게 제 1 층에는 히터 전극(335)이 배치되고, 상기 제 1 층 위의 제 2 층에 감지 전극(340)이 배치되는 구조를 갖는다.
상기와 같은, 멤브레인 구조는 기판의 지지대 역할이 가능하며, 도 5에서와 같은 2 layer 구조에서는 공정상 가이드 역할이 가능하므로 감지물을 디스펜싱 하거나 스크린 프린팅이 가능하도록 마크 얼라인에 유리하다
도 20은 본 발명의 제4 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 나타낸 도면이다.
도 20은 일반적인 브리지 구조를 가지며, 기판에 공극(460)이 형성된 것을 특징으로 한다.
도 20을 참조하면, 센싱 모듈(400)은 기판(410), 전극 패드(420), 히터 전극(435), 감지 전극(440), 보호층(415), 브리지부(470) 및 감지물(445)을 포함한다.
기판(410)은 절연 플레이트(411), 제 1 산화 실리콘 박막(412), 질화 실리콘 박막(413) 및 제 2 산화 실리콘 박막(413)이 순차적으로 적층된 구조를 갖는다.
절연 플레이트(411)는 일반적인 반도체 공정에서 사용되는 실리콘 기판을 이용할 수 있으며, 산화 알루미늄(Al2O3), 산화 마그네슘(MgO), 석영(quartz), 갈륨-질소(GaN) 또는 갈륨-비소(GaAs)가 도핑된 기판을 이용할 수도 있다.
한편, 히터 전극(435) 및 감지 전극(440)이 배치되는 영역에 대응하는 상기 절연 플레이트(411)의 상부 영역은 식각되어 제거된다.
이때, 상기 절연 플레이트(411)를 식각함에 있어서는 포토레지스트 패턴을 이용한 건식 식각 공정을 이용할 수 있다.
제 1 산화 실리콘 박막(412), 질화 실리콘 박막(413) 및 제 2 산화 실리콘 박막(414)은 멤브레인(membrane)을 형성하며, 절연 플레이트(411) 상에 순차적으로 적층된다.
상기 멤브레인은 감지 전극(440)이나 히터 전극(435)의 지지대 역할을 한다. 또한, 상기 멤브레인은 히터 전극(435)의 가열 시에 발열에 의한 소자의 변형이 일어나는 것을 방지하기 위한 것으로서, 산화 실리콘 박막 또는 질화 실리콘 박막으로 형성되거나, 산화 실리콘 박막 및 질화 실리콘 박막의 적층 구조로 형성될 수 있다.
상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 전극 패드(420)가 배치된다. 상기 전극 패드(420)는 상기 설명한 바와 같이, 복수의 전극 패드로 구성될 수 있으며, 바람직하게는 4개의 전극 패드로 구성될 수 있다.
또한, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 히터 전극(435) 및 감지 전극(440)이 각각 배치된다.
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 상기 히터 전극(435)을 덮으며 보호층(415)이 형성된다.
그리고, 상기 제 2 산화 실리콘 박막(414) 위에는 상기 보호층(415) 및 상기 감지 전극(440)을 덮으며 감지물(445)이 배치된다.
그리고, 상기 기판(410)에는 상기 감지물(445)의 주변에 상기 감지물(445) 주변을 둘러싸며 배치되는 공극(460)이 형성된다.
바람직하게, 상기 절연 플레이트(411)의 상부 영역은 상기 설명한 바와 같은 식각에 의해 제거되며, 그에 따라 상기 공극(460)은 상기 제 1 산화 실리콘 박막(412), 질화 실리콘 박막(413) 및 제 2 산화 실리콘 박막(414)을 관통하며 형성되어 상기 제거된 절연 플레이트(411)의 상부 영역과 연결된다.
상기 공극(460)은 상기 설명한 바와 같은 복수의 공극을 포함할 수 있으며, 상기 복수의 공극 각각은, 소정 간격 이격된 복수의 단위 공극으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 기판(410)에는 상기 감지물(445)이 형성된 영역을 플로팅(floating) 시키기 위한 브리지를 포함하는 브리지부(470)가 형성된다. 이에 따라, 상기 공극(460)은 상기 브리지부(470)와 상기 감지물(445) 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
상기와 같은 센싱 모듈(400)은 브리지 구조의 센싱 모듈이며, 상기와 같이 기판에 공극이 형성되어 상기 감지 영역 내의 온도가 일정하게 유지될 수 있도록 한다.
도 21은 본 발명의 제5 실시 예에 따른 센싱 모듈의 평면도이다.
도 16a에서는, 기판(110)의 상면에 복수의 제 1 전극 패드(120)가 배치되는데, 상기 복수의 제 1 전극 패드(120)는 4개로 형성되는 것을 확인할 수 있었다.
도 21을 참조하면, 기판(510) 위에는 복수의 제 1 전극 패드(520)가 배치되며, 상기 복수의 제 1 전극 패드(520)는 도 2a와는 다르게, 제 1 상부 전극 패드(521), 제 2 상부 전극 패드(522) 및 제 3 상부 전극 패드(523)를 포함한다.
그리고, 상기 제 1 상부 전극 패드(521)는 제 1 감지 전극(541) 및 히터 전극(535)과 공통 연결되고, 제 2 상부 전극 패드(522)는 제 2 감지 전극(542)과 연결되고, 제 3 상부 전극 패드(523)은 히터 전극(535)과 연결된다. 즉, 도 16a에서는 감지 전극(140) 및 히터 전극(135)이 서로 개별적으로 전극 패드와 연결되었으나, 도 21에 따르면, 하나의 전극 패드를 감지 전극과 히터 전극의 공용 전극 패드로 사용한다.
따라서, 도 21에 따르면 기판 위에 배치되는 전극 패드를 4개의 전극 패드에서 3 개의 전극 패드 구조로 줄일 수 있다.
도 22는 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 충격 특징을 보여주는 도면이다.
도 22의 (a)를 참조하면, 센싱 모듈은 중간층(115)의 주변에 하나의 공극(160)만이 형성되어 있으며, 도 22의 (b)를 참조하면 중간층(115)의 주변에 복수의 공극이 소정 간격 이격되어 배치되어 있다.
도 22의 (a)에 따른 구조를 보면, 일반적으로 취성이 강한 세라믹 기판은 외부 충격에 따른 크랙이 내부에 발생하여 파손 가능성이 있다. 이때, 제 1 전극 패드(120)의 일부에서 크랙이 발생함에 따라 상기 크랙은 기판(110)의 상부 영역의 전체 영역으로 전파되며, 그에 따른 세라믹 기판의 파손 가능성이 높아진다.
그러나, 도 22의 (b)에 따른 본 발명의 센싱 모듈의 구조를 보면, 기판(110)은 서로 소정 간격 이격되는 복수의 공극이 형성된 브리지 구조를 가짐으로써, 외부에서 발생된 충격에 따른 에너지를 상쇄시킬 수 있다.
다시 말해서, 본 발명에 따른 센싱 모듈의 구조는, 세라믹 기판의 취성은 같으나, 복수의 공극 사이의 세라믹 기판의 브리지(복수의 공극 사이에 배치되는 기판 영역) 선폭이 길이 대비 상대적으로 작기 때문에 외부 충격에서 발생되어 전파되는 충격 에너지는 외팔보(single beam) 또는 양팔보(양쪽 고정 beam)와 같이 보(beam)의 상/하/좌/우 운동으로 발산/소멸되며, 그에 따라 내부로 크랙이 전파되는 것을 방해함에 따라 세라믹 기판의 파손 확률을 감소시킬 수 있다.
도 23은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.
도 23의 (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(160)이 기판(110)에 형성되어 있지 않음에 따라 감지 영역의 온도는 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(160)이 기판(110)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(160)에 의해 상기 기판의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있으며, 이에 따라 상기 히터 전극에 공급되는 전원을 감소시켜 전력 소모를 획기적으로 절감할 수 있다.
도 24 내지 도 27은 본 발명의 실시 예에 따른 센싱 모듈(100)의 공극(160)의 형상을 보여주는 도면이다.
도 24 내지 도 26은 공극(160)의 수직 단면의 형상을 보여주고, 도 27은 공극(160)의 수평 단면의 형상을 보여준다.
상기 공극(160)의 형상은 상기 공극(160)의 형성 방법에 의해 결정될 수 있다. 상기 공극(160)은 식각 공정에 의해 형성될 수 있으며, 이와 다르게 샌드 블러스트나 레이저 가공과 같은 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.
도 24를 참조하면, 상기 공극(160)은 습식 식각(wet etching)에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 상기 공극(160)은 도 24의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(110)의 하부를 과에칭함에 따라 상부에서 하부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수 있으며, 도 24의 (b)에 도시된 바와 같이 기판(110)의 상부를 과에칭함에 따라 하부에서 상부로 갈수록 폭이 점차 증가하는 형상을 가질 수도 있다.
도 25를 참조하면, 상기 공극(160)은 드라이 식각(dry etching)에 의해 형성될 수 있다.
따라서, 상기 공극(160)은 도 25의 (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(160)은 곡면 형상을 가질 수 있다.
즉, 상기 공극(160)은 도 25의 (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 26을 참조하면, 상기 공극(160)은 기계 가공에 의해 형성될 수 있다.
즉, 공극(160)은 도 26의 (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(160)은 도 26의 (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(160)은 다양한 수평 단면을 가질 수 있다.
즉, 도 27의 (a)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸는 원형 도넛 형상의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
또한, 도 27의 (b)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸며 원형의 내부 형상 및 사각의 외곽 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
또한, 도 27의 (c)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸며 삼각 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
또한, 도 27의 (d)에 도시된 바와 같이, 상기 공극(160)은 감지물(145)의 주변을 둘러싸며, 직선의 사각 형상을 갖는 복수의 단위 공극들을 포함할 수 있다.
도 28은 본 발명의 제6 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 도면이다.
도 28을 참조하면, 센싱 모듈(600)은 기판(610), 중간층(615), 제 1 전극 패드(620), 제 2 전극 패드(625), 금속층(630), 히터 전극(635), 감지 전극(640), 감지물(645), 보호층(650), 연결부(655)를 포함한다.
여기에서, 상기 센싱 모듈(600)은 공극을 제외한 다른 부분의 구조는 도 15 내지 도 17에서 설명한 센싱 모듈(100)의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 상기 기판(610)에는 공극(660)이 형성된다. 상기 공극(660)은 상기 감지 영역의 주위를 둘러싸며 배치된다.
바람직하게, 상기 공극(660)은 상기 보호층(650) 및 기판(610)에 형성되며, 이때 상기 보호층(65)을 관통하면서 상기 기판(610)을 비관통하며 형성된다.
즉, 본 발명의 제 1 실시 예에서의 공극(160)은 홀 형상을 가졌지만, 제 6 실시 예에서의 상기 공극(660)은 비관통의 홈 형상을 갖는다.
도 29는 본 발명의 제7 실시 예에 따른 센싱 모듈의 단면 구조를 보여주는 단면 도면이다.
도 29를 참조하면, 센싱 모듈(700)은 기판(710), 중간층(715), 제 1 전극 패드(720), 제 2 전극 패드(725), 금속층(730), 히터 전극(735), 감지 전극(740), 감지물(745), 보호층(750), 연결부(755)를 포함한다.
여기에서, 상기 센싱 모듈(700)은 공극을 제외한 다른 부분의 구조는 도 15 내지 17에서 설명한 센싱 모듈(100)의 구조와 동일하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
한편, 상기 기판(710)에는 공극이 형성되며, 상기 공극은 열 차단을 위한 단열 재료로 충진된 열 차단부(760)를 형성한다.
이때, 상기 열 차단부(760)는 도 15 내지 17에 도시된 바와 같이 관통 형상을 가질 수 있으며, 이와 다르게 도 28에 도시된 바와 같이 비관통 형상을 가질 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(760)는 단열 효과(열 차단 효과)를 가지게 된다.
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.
10, 20: 인쇄회로기판
11, 21: 절연기판
12, 22: 전극
13, 23: 패드
14, 24: 접착부재
30: 칩

Claims (22)

  1. 절연 기판;
    상기 절연 기판 위에 배치된 전극;
    상기 절연 기판 위에 배치되며, 상면에 내부 방향으로 오목한 수용부가 형성된 패드; 및
    상기 패드의 수용부 내에 배치되는 접착부재를 포함하며,
    상기 패드는,
    칩의 실장 영역에 배치되는
    인쇄회로기판.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 수용부는,
    상기 패드의 상면 및 하면을 관통하는 관통 홀이며,
    상기 패드는,
    상기 내부에 관통 홀이 형성된 단일폐곡선 형상을 갖는
    인쇄회로기판.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전극은,
    상기 패드와 일정 간격 이격되며,
    상기 접착부재는,
    전도성 접착제 및 비전도성 접착제 중 어느 하나를 포함하는
    인쇄회로기판.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전극과 상기 패드 사이를 전기적으로 연결하는 연결 패턴을 더 포함하며,
    상기 접착부재는,
    전도성 접착제를 포함하는
    인쇄회로기판.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 전극, 상기 패드 및 상기 연결 패턴은,
    일체로 형성된
    인쇄회로기판.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 패드는,
    상기 절연 기판 위에 상기 칩의 모서리 영역에 대응하여 복수 개 배치되는
    인쇄회로기판.
  7. 인쇄회로기판; 및
    상기 인쇄회로기판 위에 부착되는 칩을 포함하며,
    상기 인쇄회로기판은,
    절연 기판과,
    상기 절연 기판 위에 배치된 제 1 전극과,
    상기 절연 기판 위에 배치되며, 상면에 내부 방향으로 오목한 수용부가 형성된 제 1 패드와,
    상기 제 1 패드의 상기 수용부 내에 배치되는 접착부재를 포함하며,
    상기 제 1 패드는,
    상기 칩의 실장 영역에 배치되는
    패키지 기판.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 전극은,
    상기 제 1 패드와 일정 간격 이격되며,
    상기 접착부재는,
    전도성 접착제 및 비전도성 접착제 중 어느 하나를 포함하는
    패키지 기판.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 칩은,
    제 2 전극이 상부 방향으로 향하도록 상기 인쇄회로기판 위에 부착되며,
    상기 제 2 전극과 상기 제 1 전극을 전기적으로 연결하는 연결 부재를 더 포함하는
    패키지 기판.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 1 패드 사이를 전기적으로 연결하며, 상기 전극 및 상기 패드와 일체로 형성된 연결 패턴을 더 포함하며,
    상기 접착부재는,
    전도성 접착제를 포함하는
    패키지 기판.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 칩은,
    제 2 전극이 하부 방향으로 향하도록 상기 인쇄회로기판 위에 부착되며,
    상기 칩의 상기 제 2 전극은,
    상기 접착부재를 통해 상기 제 1 패드와 전기적으로 연결되는
    패키지 기판.
  12. 제 7항에 있어서,
    상기 제 1 패드는,
    상기 절연 기판 위에 상기 칩의 모서리 영역에 대응하여 복수 개 배치되는
    패키지 기판.
  13. 제 7항에 있어서,
    상기 칩은,
    가스 센싱 모듈을 포함하는
    패키지 기판.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 가스 센싱 모듈은,
    제 1 기판과,
    상기 제 1 기판 위에 배치되며, 감지 전극, 히팅 전극 및 감지물을 포함하는 감지부와,
    상기 감지부와 전기적으로 연결되는 상기 제 1 기판 위에 배치되는 상부 전극 패드를 포함하며,
    상기 제 1 기판은,
    상기 감지부 주변에 형성되며, 상호 소정의 간격으로 이격되는 복수의 공극을 포함하는
    패키지 기판.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 상기 감지부 사이에 배치되는 단열부를 더 포함하는
    패키지 기판.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 복수의 공극은,
    상기 감지부의 주변에 인접하여 형성된 제 1 공극과,
    상기 제 1 공극 주변에 인접하여 형성된 제 2 공극을 포함하며,
    상기 제 1 공극 및 상기 제 2 공극은,
    서로 소정 간격 이격되는 복수의 단위 공극으로 구성되는
    패키지 기판.
  17. 제 14항에 있어서,
    상기 감지부는,
    상기 상부 전극 패드와 전기적으로 연결되는 제 1 및 제 2 감지 전극과,
    상기 상부 전극 패드와 전기적으로 연결되는 히터 전극과,
    상기 제 1 및 제 2 감지 전극을 덮는 감지물을 포함하는
    패키지 기판.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 기판 위에 배치되며, 상기 감지물을 제외한 영역을 덮는 보호층을 더 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 공극은, 상기 보호층을 관통하는
    패키지 기판.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에 형성된 상기 복수의 공극 내에 단열 재료로 충진된 열 차단부를 더 포함하는
    패키지 기판.
  20. 제 14항에 있어서,
    상기 가스 센싱 모듈은,
    상기 제 1 기판 아래에 배치되는 하부 전극 패드와,
    상기 제 1 기판 내에 배치되며, 상기 상부 전극 패드와 상기 하부 전극 패드를 전기적으로 연결하는 연결부를 더 포함하는
    패키지 기판.
  21. 제 20항에 있어서,
    상기 연결부는 상기 제 1 기판의 외측에 배치되어, 측면이 외부로 노출되는
    패키지 기판.
  22. 제 14 항에 있어서,
    상기 제 1 기판은,
    실리콘 산화막 및 실리콘 질화막 중 적어도 하나를 포함하는 멤브레인을 포함하며,
    상기 복수의 공극은,
    상기 멤브레인을 관통하는
    패키지 기판.
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