KR20190009954A - 센서 패키지 - Google Patents

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KR20190009954A
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Abstract

실시예는, 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 수광 소자; 및 상기 기판 상에 배치되는 발광 소자;을 포함하고, 상기 기판은; 상기 수광 소자와 연결된 제어 유닛; 및 상기 제어 유닛과 연결된 회로부;를 포함하고, 상기 기판은, 상기 수광소자, 상기 제어 유닛 및 상기 회로부가 배치되는 제1 영역과 상기 제1 영역 이외의 영역인 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 면적과 상기 제2 영역의 면적은 면적비가 1:3 내지 1:20인 센서 패키지를 개시한다.

Description

센서 패키지{SENSOR PACKAGE}
실시예는 센서 패키지 및 이를 포함하는 전자 제품에 관한 것이다.
일반적으로,　미생물 감지 장치는 대상물에 자외선을 조사함으로써 대상물에 존재하는 미생물이 발생하는 형광을 통해 미생물의 존재 유무 및 존재량을 처리하는 장치로 이용될 수 있다. 대상물은 음료, 식수, 공기 등의 유체나 식기 등의 용기 등을 포함하는 다양한 종류로 이루어질 수 있다. 그리고 미생물은 곰팡이, 세균, 박테리아 등을 포함하는 생물학적 입자일 수 있다.
미생물 감지 장치는 사용자에게 대상물에 미생물이 얼마나 존재하는지에 대한 정보를 제공할 수 있다.
그러나　미생물이 발생하는 형광은 굉장히 미소한 양이며, 이에 따라 미생물 감지 장치에 사용되는　수광 소자는 미소한 전기적 신호를 출력할 수 있다. 이에, 미생물 감지 장치 내에 형성된 회로 패턴에서 흐르는 전기적 신호는 상기 미소한 전기적 신호에 노이즈로 작용할 수 있다. 이에, 미생물 감지 장치에서 미생물 감지 신호로 출력되는 전기 신호의 정확도에 문제점이 존재한다.
즉, 미생물 감지에서 발생하는 미생물에 의한 형광에 대한 정확한 측정이 이루어지지 않는 한계가 존재한다.
실시예는 미생물을 감지하는 센서 패키지를 제공한다.
또한, 노이즈가 저감된 센서 패키지를 제공한다.
또한, 수광 소자 및 발광 소자를 모두 포함하는 센서 패키지를 제공한다.
또한, 수광 소자로부터 출력된 전류 신호 신호를 안정적으로 증폭하는 센서 패키지를 제공한다.
실시예에서 해결하고자 하는 과제는 이에 한정되는 것은 아니며, 아래에서 설명하는 과제의 해결수단이나 실시 형태로부터 파악될 수 있는 목적이나 효과도 포함된다고 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 센서 패키지는 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 수광 소자; 및 상기 기판 상에 배치되는 발광 소자;을 포함하고, 상기 기판은; 상기 수광 소자와 연결된 제어 유닛; 및 상기 제어 유닛과 연결된 회로부;를 포함하고, 상기 기판은, 상기 수광소자, 상기 제어 유닛 및 상기 회로부가 배치되는 제1 영역과 상기 제1 영역 이외의 영역인 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 면적과 상기 제2 영역의 면적은 면적비가 1:3 내지 1:20이다.
상기 제어 유닛은, 상기 수광 소자로부터 출력된 제1 신호를 수신하는 제1 핀; 및 상기 제1 핀과 전기적으로 연결되는 제2 핀;을 포함하고, 상기 회로부는 상기 제2 핀과 상기 제1 핀 사이에 배치될 수 있다.
상기 회로부는 전치 증폭기를 포함하고, 상기 전치 증폭기는 상기 제1 신호의 크기를 조절하고 상기 제1 신호를 전류에서 전압으로 변경할 수 있다.
상기 회로부는 저항 및 커패시터를 포함하고, 상기 저항 및 상기 커패시터는 병렬로 연결될 수 있다.
상기 제2 영역은, 상기 기판 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치되는 그라운드 층을 포함할 수 있다.
상기 제어 유닛은, 상기 그라운드 층과 상기 제어 유닛 사이에 배치되는 그라운드 배선과 연결된 제3 핀을 더 포함하며, 상기 제2 핀은 출력 배선과 전기적을 연결되고, 상기 출력 배선은 상기 회로부와 전기적으로 연결되며, 상기 그라운드 배선과 평행하게 배치될 수 있다.
상기 그라운드 배선은, 상기 제2 핀과 연결된 회로부의 일단과 상기 제1 핀과 연결된 회로부의 타단과의 거리가 동일하도록 배치될 수 있다.
실시예에 따른 전자 제품은 케이스; 상기 케이스 내에 배치되는 센서 패키지; 및 상기 센서 패키지와 통신하는 제어부를 포함하고, 상기 센서 패키지는, 하우징; 상기 하우징 내에 배치되는 기판; 상기 기판 상에 배치되는 수광 소자; 및 상기 기판 상에 배치되는 발광 소자;을 포함하고, 상기 기판은; 상기 수광 소자와 연결된 제어 유닛; 및 상기 제어 유닛과 연결된 회로부;를 포함하고, 상기 기판은, 상기 수광소자, 상기 제어 유닛 및 상기 회로부가 배치되는 제1 영역과 상기 제1 영역 이외의 영역인 제2 영역을 포함하고, 상기 제1 영역의 면적과 상기 제2 영역의 면적은 면적비가 1:3 내지 1:20일 수 있다.
실시예에 따르면, 미생물을 감지하는 센서 패키지를 구현할 수 있다.
또한, 노이즈가 저감된 센서 패키지를 제작할 수 있다.
또한, 수광 소자 및 발광 소자를 모두 포함하고, 수광 소자의 출력 신호를 안정적으로 증폭하는 센서 패키지를 제작할 수 있다.
본 발명의 다양하면서도 유익한 장점과 효과는 상술한 내용에 한정되지 않으며, 본 발명의 구체적인 실시형태를 설명하는 과정에서 보다 쉽게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 실시예에 따른 센서 패키지의 사시도이고,
도 2는 도 1에서 AA'의 단면도이고,
도 3은 실시예에 따른 센서 패키지의 분해 사시도이고,
도 4는 실시예에 따른 센서 패키지의 기판의 평면도이고,
도 5는 실시예에 따른 센서 패키지의 기판의 회로 패턴을 도시한 평면도이고,
도 6은 도 5에서 BB'의 단면도이고,
도 7은 도 5에서 CC'의 단면도이다.
도 8는 실시예에 따른 센서 패키지의 기판의 회로도를 도시한 도면이고,
도 9은 실시예에 따른 전자 제품의 개념도이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제2, 제1 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제1 구성요소도 제2 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 실시예에 따른 센서 패키지의 사시도이고, 도 2는 도 1에서 AA'의 단면도이며, 도 3은 실시예에 따른 센서 패키지의 분해 사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 실시예에 따른 센서 패키지는 상부 하우징(10), 하부 하우징(20), 제1 렌즈(31), 제2 렌즈(32), 발광 패키지(100), 수광 패키지(200) 및 기판을 포함할 수 있다.
도 1을 참조하면, 상부 하우징(10) 및 하부 하우징(20)은 센서 패키지의 외면에 배치될 수 있다. 상부 하우징(10) 및 하부 하우징(20)은 내부에 배치되는 발광 패키지, 수광 패키지 및 기판을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 상부 하우징(10) 및 하부 하우징(20)은 외력으로부터 내부의 발광 패키지, 수광 패키지 및 기판을 보호할 수 있다.
또한, 상부 하우징(10)은 센서 패키지의 상부에 배치되고, 하부 하우징(20)은 센서 패키지의 하부에 배치될 수 있다.
상부 하우징(10)은 상부에 형성된 소정의 홈(11)을 포함할 수 있다. 발광 패키지의 상면과 수광 패키지의 상면은 홈(11)에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 발광 패키지는 센서 패키지의 상면을 향해 광을 방출하고, 수광 패키지는 상면으로 들어오는 광을 수광할 수 있다. 다만, 이러한 배치에 한정되는 것은 아니다.
소정의 홈(11) 하부에 제1 렌즈(31) 및 제2 렌즈(32) 각각 이격되어 배치될 수 있다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 센서 패키지는 발광 패키지 내의 발광 소자(100)를 통해 광(L1)을 방출할 수 있다. 센서 패키지 외부 공기 중에 다양한 미생물(microorganisms, 1)이 존재할 수 있다. 미생물(1)은 곰팡이, 세균, 박테리아 등을 포함하는 생물학적 입자일 수 있다. 즉, 미생물(1)은 먼지와 같은 비생물 입자와 구분될 수 있다. 미생물(1)은 강한 에너지를 흡수할 경우 특유의 형광을 발생한다.
예컨대, 미생물(1)은 소정의 파장 대역의 광을 흡수하여 소정의 파장 대역의 형광 스펙트럼을 방출할 수 있다. 즉, 미생물(1)은 흡수한 광의 일부를 소모하고 일정 파장대의 형광 스펙트럼을 방출할 수 있다.
미생물(1)은 발광 패키지내 발광 소자(100)로부터 발생한 광(L1)에 의해 형광(L2)을 방출할 수 있다.
이에, 수광 패키지 내의 수광 소자(200)는 미생물(1)이 방출한 형광(L2) 스펙트럼을 검출한다. 미생물(1)은 각자 방출하는 형광(L2) 스펙트럼이 상이하므로, 미생물(1)이 방출하는 형광 스펙트럼을 조사하면 미생물(1)의 존재 및 종류를 알 수 있다.
발광 소자(100)는 UV 발광다이오드일 수 있고, 수광 소자(200)는 상기 설명한 실시예에 따른 수광 패키지로 UV 포토다이오드 일 수 있다.
도 3을 참조하면, 발광 패키지(50)와 수광 패키지(60)는 기판(40) 상에 배치될 수 있다. 또한, 기판(40)은 하부 하우징(20)의 상면 상에 배치될 수 있다. 하부 하우징(20)은 돌출 형성된 지지부(21)와 결합부(22)를 포함할 수 있다.
지지부(21)는 상부에 배치되는 기판(40)을 지지할 수 있다. 지지부(21)는 하부 하우징(20)의 외벽으로부터 일부 돌출된 형태일 수 있다.
결합부(22)는 하부 하우징(20)의 외면으로부터 하부 하우징(20)의 내면으로 연장된 부분에 배치될 수 있다. 결합부(22)는 소정의 홈 형태일 수 있다. 결합부(22)는 하부 하우징(20), 기판(40) 및 상부 하우징(10)을 결합할 수 있다. 결합부(22)는 나사 결합 등의 다양한 체결 방식에 의해 기판(40) 및 상부 하우징(10)과 결합할 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 기판(40) 상의 발광 패키지(50)와 수광 패키지(60)는 상부 하우징(10) 내에 배치될 수 있다. 이로써, 발광 패키지(50)로부터 광이 상부 하우징(10)을 통해 방출되고, 미생물로부터 방출되는 형광이 상부 하우징(10)을 통해 수광 패키지(60)로 수광될 수 있다. 이를 위해, 상부 하우징(10) 상면에 형성된 홈(11)은 발광 패키지(50)와 수광 패키지(60)가 배치되는 영역에 위치할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 발광 패키지(50)와 상부 하우징(10)의 홈(11) 사이에 제1 렌즈(31)가 배치될 수 있다. 제1 렌즈(31)는 볼록 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제1 렌즈(31)는 발광 패키지(50)로부터 방출된 광을 보다 넓은 범위로 확대할 수 있다.
수광 패키지(60)와 상부 하우징(10)의 홈(11) 사이에 제2 렌즈(32)가 배치될 수 있다. 제2 렌즈(32)는 오목 렌즈를 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제2 렌즈(32)는 수광 패키지(6)로 수광되는 광을 보다 좁은 범위로 집광할 수 있다. 이로써, 수광 패키지(60)의 수광 소자는 제2 렌즈(32)에 의해 향상된 크기의 전류를 출력할 수 있다.
기판(40)은 상부 하우징(10) 및 하부 하우징(20) 내에 배치될 수 있다. 기판(40)은 자외선 발광 패키지(50) 및 수광 패키지(60)와 전기적으로 연결되는 회로패턴(미도시)을 포함할 수 있다. 기판(40)은 외부 전원과 소자를 전기적으로 연결하는 구성이면 특별히 제한되지 않는다.
기판(40)은 내부에 제어모듈(미도시됨) 및/또는 통신모듈(미도시됨)을 포함할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 센서의 사이즈를 소형화할 수 있다. 제어모듈은 자외선 발광 패키지(50)와 수광 패키지(60)에 전원을 인가하거나, 수광 패키지(60)가 검출한 신호를 증폭하거나, 검출한 신호를 외부로 전송할 수 있다. 제어모듈은 FPGA 또는 ASIC일 수 있으나. 이에 한정되는 것은 아니다. 제어모듈에 대해서는 도 4 이하에서 자세히 설명한다.
발광 패키지(50)는 내부에 배치된 발광 소자(100)를 포함할 수 있다. 이로써, 발광 패키지(50)는 상부 하우징(10) 외부로 자외선 파장대의 광을 출력할 수 있다. 발광 소자(100)는 근자외선 파장대의 광(UV-A)을 출력할 수도 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)을 출력할 수도 있고, 심자외선 파장대의 광(UV-C)을 방출할 수 있다. 자외선 파장대는 발광 패키지(1000)의 Al의 조성비에 의해 결정될 수 있다. 예시적으로, 근자외선 파장대의 광(UV-A)는 320nm 내지 420nm 범위의 파장을 가질 수 있고, 원자외선 파장대의 광(UV-B)은 280nm 내지 320nm 범위의 파장을 가질 수 있으며, 심자외선 파장대의 광(UV-C)은 100nm 내지 280nm 범위의 파장을 가질 수 있다.
수광 패키지(60)는 내부에 배치된 수광 소자(200)를 포함할 수 있다. 이로써, 수광 패키지(60)는 상부 하우징(10) 외부에 존재하는 미생물이 방출하는 형광을 수광할 수 있다.
수광 소자(200)는 미생물(1)로부터 방출되는 형광 스펙트럼의 광을 수광하기 위해 소정의 파장 대역의 광을 필터링하는 필터층을 포함할 수 있다. 또한, 필터층은 Al을 포함할 수 있으며, 미생물(1)로부터 방출되는 광의 파장대역에 따라 Al 조성이 다양할 수 있다. 예컨대, 실시예에 따른 수광 소자(200)의 필터층은 Al 조성이 20%로 320nm 이하의 광은 흡수할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 320nm보다 큰 파장의 광은 필터층)을 통과하여, 수광 소자(200)는 미생물(1)로부터 방출된 광을 수광하여 전류를 생성할 수 있다.
커넥터부(70)는 하부 하우징(20) 내에 배치될 수 있다. 커넥터부(70)는 기판(40) 하부에 배치되고, 기판(40)과 전기적으로 연결될 수 있다. 하부 하우징(20)은 커넥터부(70)와 외부 소자와 연결하기 위하여, 커넥터부(70)가 배치된 영역에 형성된 관통홀을 포함할 수 있다. 다만, 이러한 구성에 한정되는 것은 아니며, 전기적 연결을 위한 패턴이 하부 하우징(20)에 형성될 수도 있다.
도 4는 실시예에 따른 센서 패키지의 기판의 평면도이다.
도 4를 참조하면, 기판(40)은 회로 기판(40)으로 사각형 형상일 수 있다. 다만, 이러한 형상에 한정되는 것은 아니다.
기판(40)은 유전체를 포함한 회로 기판(40)으로, 인쇄회로기판(40)(Printed Circuit Board, PCB)일 수 있다. 예컨대, 기판(40)은 상부에 구리 등의 금속을 포함하는 회로 패턴이 형성될 수 있다. 이러한 회로 패턴은 습식 식각 등에 의해 형성될 수 있다. 또한, 기판(40)은 상부 또는 하부에 그라운드 패턴이 형성될 수 있다. 또한, 기판(40)에 다양한 회로 소자가 실장될 수 있다.
기판(40)은 제1 방향(X1 또는 X2 축 방향)으로 길이(L1)가 30mm 내지 40mm일 수 있다. 다만, 이러한 길이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 제1 방향(X1 또는 X2 축 방향)이 기판(40)에서 가로방향일 수 있다.
기판(40)은 제2 방향(Y1 또는 Y2 축 방향)으로 길이(L2)가 35mm 내지 45mm일 수 있다. 다만, 이러한 길이에 한정되는 것은 아니다. 여기서, 제2 방향(Y1 또는 Y2 축 방향)이 기판(40)에서 세로방향일 수 있다. 그리고 기판(40)은 가로방향 길이(L1)가 세로방향 길이(L2) 보다 작을 수 있다.
기판(40)은 코프래너 도파관(CoPlanar Waveguide, CPW), 코프래너 그라운드 도파관(CPWG, CoPlanar Waveguide Groud)을 포함할 수 있다.
예컨대, 기판(40)은 상면 및 하면 중 어느 하나에 배선 또는 그라운드가 배치될 수 있다. 기판(40)은 상면과 하면 사이에 절연의 유전층을 포함할 수 있다.
기판(40)은 제1 면, 제2 면, 제3 면 및 제4 면을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 면 내지 제4 면은 기판(40)의 가장자리일 수 있다. 그리고 제1 면은 기판(40)에서 제1-2 방향(X2축 방향)의 최외곽에 배치된 면일 수 있다. 제2 면은 기판(40)에서 제2-2 방향(Y2축 방향)의 최외곽에 배치된 면일 수 있다. 제3 면은 기판(40)에서 제1-1 축방향(X1축 방향)의 최외곽에 배치된 면일 수 있다. 제4 면은 기판(40)에서 제2-1 방향(Y1축 방향)의 최외곽에 배치된 면일 수 있다.
기판(40)은 제1 중심선(C1)과 제2 중심선(C2)에 의해 제1 기판영역, 제2 기판영역, 제3 기판영역 및 제4 기판영역을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 중심선(C1)은 기판(40)에서 제1 방향(X축 방향)으로 길이(L1)를 양분하는 선일 수 있다. 이에, 제1 중심선(C1)을 중심으로 기판(40)에서 제2 면(S2) 및 제4면(S4)의 길이는 2등분될 수 있다. 그리고 제2 중심선(C2)은 기판(40)에서 제2 방향(Y축 방향)으로 길이(L2)를 양분하는 선일 수 있다. 이에, 제2 중심선(C2)을 중심으로 기판(40)에서 제1 면(S1) 및 제3 면(S3)의 길이는 이등분될 수 있다.
제1 기판영역은 제1 중심선(C1), 제1 면(S1), 제2 중심선(C2) 및 제2 면(S2)이 형성하는 영역일 수 있다. 제2 기판영역은 제1 중심선(C1), 제2 중심선(C2), 제2 면(S2), 제3 면(S3)이 형성하는 영역일 수 있다. 제3 기판영역은 제1 중심선(C1), 제2 중심선(C2), 제1 면(S1) 및 제4 면(S4)가 형성하는 영역일 수 있다. 제4 기판영역은 제1 중심선(C1), 제2 중심선(C2), 제3 면(S3) 및 제4 면(S4)가 형성하는 영역일 수 있다.
발광 패키지는 제3 영역(R3) 상에 배치될 수 있다. 제3 영역은 제1 기판영역에서 제2 중심선(C2)에 인접한 영역, 제3 기판영역에서 제2 중심선(C2)에 인접한 영역과 중첩될 수 있다. 또한, 발광 패키지는 제2 중심선(C2) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 발광 소자는 제2 중심선(C2) 상에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 발광 소자가 방출하는 광은 센서 패키지 상부를 향해 고르게 방사될 수 있다.
수광 패키지는 제1 영역(R1) 상에 배치될 수 있다. 수광 패키지는 제1 기판영역 상에 배치될 수 있다. 제1 영역(R1)은 기판(40)에서 제1-2 방향(X2축 방향) 및 제2-2 방향(Y2축 방향)에 형성된 영역일 수 있다.
제1 영역(R1)은 기판(40)의 하부에 그라운드 층이 배치되지 않을 수 있다. 또한, 제1 영역(R1)은 상부에 신호 라인 및 접지 라인이 배치될 뿐, 그라운드 층은 배치되지 않을 수 있다.
수광 패키지는 제1 영역(R1)에 배치되어 기판(40) 상부 및 하부에 그라운드 층이 배치되지 않을 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 수광 패키지의 수광 소자(200)가 출력한 전류는 그라운드 층에 의한 영역이 제거될 수 있다. 수광 소자(200)는 수 pA의 전류를 출력할 수 있다. 이에, 수광 패키지가 배치되는 제1 영역(R1)에 그라운드 층이 배치되면, 그라운드 층에 의한 전자장으로 수광 소자(200)로부터 출력된 전류 신호에 노이즈가 발생할 수 있다. 실시예에 따른 기판(40)은 제1 영역(R1)에 그라운드 층이 배치되지 않으므로, 그라운드 층에 의한 수광 소자(200)의 출력 신호는 노이즈 발생이 저감될 수 있다.
제1 영역(R1)은 제1 방향(X1축 또는 X2축 방향)으로 길이(L3)가 12mm 내지 16mm일 수 있다. 또한, 제1 영역(R1)은 제2 방향(Y1축 또는 Y2축 방향)으로 길이(L4)가 10mm 내지 14mm일 수 있다. 제1 영역(R1)은 제1 방향(X1축 또는 X2축 방향)으로 길이(L3)가 제2 방향(Y1축 또는 Y2축 방향)으로 길이(L4)보다 클 수 있다.
또한, 기판(40)은 제2 영역(R2)을 포함할 수 있다. 제2 영역(R2)은 기판(40)에서 제1 영역(R1) 이외의 영역일 수 있다. 제2 영역(R2)은 제3 영역(R3)을 포함할 수 있다. 제2 영역(R2)은 제1 기준선(C1) 및 제2 기준선(C2)이 모두 지나가는 영역일 수 있다.
제1 영역(R1)의 면적은 제 7영역(R2)의 면적과 면적비가 1:3 내지 1:20일 수 있다.
제1 영역(R1)의 면적은 제 7영역(R2)의 면적과 면적비가 1:3보다 작은 경우에 기판(40)에 형성된 그라운드 층이 적어져 기판(40) 상 배선에 흐르는 신호에 노이즈가 생기는 문제가 존재할 수 있다. 또한, 제1 영역(R1)의 면적은 제 7영역(R2)의 면적과 면적비가 1:20보다 큰 경우, 수광 패키지 면적이 작아져 수광 소자(200)로부터 출력된 전류 신호에 노이즈가 커지는 한계개 존재한다.
이러한 구성에 의하여, 수광 패키지의 수광 소자(200)로부터 출력된 전류에 노이즈 발생을 차단하기 위해 제1 영역(R1)의 면적은 제2 영역(R2)의 면적과 면적비가 1:3 내지 1:20일 수 있다.
또한, 제1 영역(R1)은 수광 패키지가 배치되고, 제어 유닛(41)이 실장될 수 있다. 제어 유닛(41)은 수광 패키지의 수광 소자(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 제어 유닛(41)은 수광 소자(200)와 인접하게 제1 영역(R1)에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 수광 소자(200)로부터 출력된 신호는 외부 노이즈로부터 영향이 저감되어 출력 신호를 안정적으로 송신할 수 있다.
제2 영역(R2)은 앞서 설명한 바와 같이 CPW, CPWG의 형태로 배선이 형성될 수 있다. 이로써, 수광 패키지 이외의 영역에서 기판(40) 하부에 배치된 그라운드층을 통해 차폐효과를 제공할 수 있다.
도 5는 실시예에 따른 센서 패키지의 기판(40)의 회로 패턴을 도시한 평면도이고, 도 6은 도 5에서 BB'의 단면도이고, 도 7은 도 5에서 CC'의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 제1 영역(R1)은 수광 소자(200), 제어 유닛(41) 및 전치증폭기가 배치될 수 있다.
제1 영역(R1)은 수광 소자(200)와 연결되는 제1 핀(P1) 및 제2 핀(P2)을 포함할 수 있다. 제1 핀(P1)은 제2 핀(P2)보다 제2-2 방향(Y2축 방향)에 배치될 수 있다. 제1 핀(P1)은 수광 소자(200)의 출력인 전류에 대한 신호가 흐를 수 있다. 이에, 제1 핀(P1)은 제어 유닛(41)에서 수광 소자(200)의 출력을 수신하는 제3 핀(P3)과 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고 제2 핀(P2)은 그라운드 배선 및 음 전원(V-)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 핀(P2)은 제2 출력 배선(O2)와 전기적으로 연결되어 그라운드 배선 및 음 전원(V-)과 전기적으로 연결될 수 있다.
제1 영역(R1)은 제어 유닛(41)이 배치될 수 있다. 제어 유닛(41)은 제3 핀(P3) 내지 제8 핀(P8)을 포함할 수 있다. 제3 핀(P3)은 앞서 설명한 바와 같이 제1 핀(P1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 그리고 제4 핀(P4)은 제어 유닛(41) 내에서 제1 핀(P1)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 제3 핀(P3)과 제4 핀(P4) 사이에 회로부(42)가 제1핀과 제4핀 사이에서 병렬로 연결될 수 있다. 제4 핀(P4)은 회로부(42)를 지나 제3 출력 배선(O3)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 출력 배선은 커넥터부(70)와 전기적으로 연결될 수 있다.
회로부(42)는 전치 증폭기일 수 있다. 예컨대, 회로부(42)는 트랜스 임피던스 전치 증폭기(Trans Impedance amplifier, TIA)일 수 있다. 회로부(42)은 커패시터(C1) 및 저항(R3) 소자를 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 커패시터(C1) 및 저항(R3)과 동일한 기능을 하는 소자로 대체될 수 있다.
예를 들어, 커패시터는 피드백 커패시터로 제3 핀(P3)으로부터 전달된 수광 소자(200)의 출력 신호(전류)를 안정화할 수 있다. 즉, 저주파수대역의 신호가 저항(R3)을 통해 증폭할 수 있다. 저항(R3)은 신호를 증폭할 수 있다. 예컨대, 저항(R3)은 109Ω인 경우, 1㎁의 전류를 1V로 증폭할 수 있다.
이러한 구성에 의하여, 회로부(42)는 높은 이득 및 저 잡음을 제공할 수 있다. 또한, 회로부(42)는 전류 신호를 전압 신호로 변경할 수 있다.
제4 핀(P4)은 제3 출력 배선(O3)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제3 출력 배선(O3)은 회로부(42)를 통해 커넥터부(70)와 전기적으로 연결될 수 있다.
제5 핀(P5) 및 제6 핀(P6)은 하나의 공통 노드를 형성할 수 있다. 제5 핀(P5) 및 제6 핀(P6)이 형성한 공통 노드는 각각 제1 그라운드 배선(G1)과 제2 그라운드 배선(G2)으로 분기될 수 있다.
제1 그라운드 배선(G1)은 제2-1 방향(Y1축 방향)으로 분기된 배선이고, 제2 그라운드 배선(G2)은 제2-2 방향(Y2축 방향)으로 분기된 배선일 수 있다.
제 7핀 및 제8 핀(P8)은 하나의 공통 노드를 형성할 수 있다. 제7 핀 및 제8핀이 형성한 공통 노드는 제1 출력 배선과 전기적으로 연결될 수 있다. 제1 출력 배선은 커넥터부(70)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 출력 배선은 양 전원과 전기적으로 연결될 수 있다.
그리고 앞서 설명한 바와 같이 저항(R3)과 커패시터(C1)은 제3 핀(P3)와 제4 핀(P4) 사이에 병렬로 배치될 수 있다. 이에, 저항(R3)과 커패시터(C1)은 위치가 바뀌어도 무방하다. 이 때, 제2 그라운드 배선(G2)은 제5 및 제6 핀(P6)과 연결된 그라운드 배선 중 제2-2 방향으로 분기된 제2 그라운드 배선(G2)이 제3 출력 배선에 연결된 저항(R3)과 커패시터(C1)을 양분하게 지나갈 수 있다.
저항(R3)과 커패시터(C1)은 제2 방향(Y1 또는 Y2축 방향)으로 길게 배치될 수 있다. 이 때, 제2 그라운드 배선은 저항(R3)과 커패시터(C1) 사이를 이등분하도록 제3 그라운드 배선(G3)과 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 회로부(42)에서 발생하는 전기장에 의한 영향이 감소하여 제3 출력 배선(O3)을 통해 제공되는 신호에 노이즈가 감소할 수 있다.
예컨대, 제2 그라운드 배선(G2)과 제3 출력 배선(O3) 사이에 이격된 거리는 0.5mm 내지 0.6mm일 수 있다. 다만, 이는 제2 그라운드 배선(G2)과 제3 출력 배선(O3) 사이의 이격된 거리에 따라 변경될 수 있다.
또한, 제2 그라운드 배선(G2)과 제3 출력 배선(O3)은 제어 유닛(41) 에서 제2 영역(R2)까지 평행하게 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 선간 임피던스가 동일하여 미소 신호에 대한 신호 전달에 노이즈가 감소할 수 있다.
그리고 제3 출력 배선(O3) 외에 제1 영역(R1)에서 전원 배선 및 그라운드 배선을 제외하고 다른 신호가 제공되는 배선은 배치되지 않을 수 있다. 이로써, 배선에 의해 발생하는 기생 커패시턴스 또는 기생 인덕턴스에 의한 영향을 저감할 수 있다.
또한, 수광 소자(200)와 연결되는 제1, 제2 핀(P2)과 제어 유닛(41)의 제3 핀(P3) 사이는 2mm 이내로 할 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제어 유닛(41)과 수광 소자(200) 사이에서 발생하는 외부 노이즈를 최소화할 수 있다.
그리고 제1 영역(R1)은 제1-1 방향(X1축 방향)으로 최외곽면이 회로부(42)에서 제1-1 방향(X1축 방향)으로 최외곽면과 동일할 수 있다. 즉, 제1 영역(R1)은 적어도 회로부(42)를 통해 신호가 출력되는 지점까지 포함할 수 있다.
제2 영역(R2)은 수광 소자(200) 및 제어 유닛(41)으로부터 이격 배치될 수 있다. 이에, 제2 영역(R2)은 발광 패키지, 커넥터부(70)가 배치될 수 있으며, 발광 패키지 및 커넥터부(70)와 연결된 배선들이 형성될 수 있다.
또한, 제2 영역(R2)은 기판(40)의 상부 및 하부에 그라운드 층이 배치될 수 있다. 제1 영역(R1)의 제1 그라운드 배선(G1)과 제2 그라운드 배선(G2)은 제 7영역(R2)의 기판(40) 상부에 배치된 그라운드 층(G0')과 연결될 수 있다. 그라운드 층(G0')은 신호 배선(O0)으로부터 일정 거리 이격되어 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제2 영역(R2)에서 발광 패키지, 커넥터부(70)와 연결된 신호 배선(O0)에서 흐르는 신호는 그라운드 층(G0)의 에해 전기장 등의 차폐효과를 제공받을 수 있다.
도 6을 참조하면, 기판(40)의 제1 영역(R1) 상에 제1 출력 배선(O1), 제1 그라운드 배선(G1), 제2 출력 배선(O2), 제2 그라운드 배선(G2) 및 제3 출력 배선(O3)가 배치될 수 있다.
제1 출력 배선(O1)은 제2-1 축 방향으로 제1 그라운드 배선(G1)보다 길게 연장되고, 제1-1 축 방향(X1축 방향)으로 연장될 수 있다. 또한, 제1 출력 배선(O1)과 제1 그라운드 배선(G1)도 평행하게 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 선로 임피던스가 동일해져 노이즈가 저감될 수 있다.
제1 출력 배선(O1), 제1 그라운드 배선(G1), 제2 출력 배선(G2), 제2 그라운드 배선(G2) 및 제3 출력 배선(O3)은 순서대로 기판(40) 상에 배치될 수 있다. 이와 같이, 기판(40) 상에 회로부(42)를 통해 증폭된 신호가 흐르는 제3 출력 배선은 제2 그라운드 배선(G2)과 인접하게 배치될 수 있다. 또한, 제1 영역(R1)에서 기판(40) 상에 양/음 전원과 연결되는 제1 출력배선(O1)/제2 출력배선(O2) 및 제1 내지 제2 그라운드 배선(G1, G2)이 배치될 수 있다. 이로써, 기판(40) 상에 제3 출력 배선(O3)을 제외하고 신호 배선이 배치되지 않으므로, 주변 배선에 의한 기생 성분이 제거될 수 있다.
도 7을 참조하면, 기판(40) 상부 및 하부 중 적어도 하나에 그라운드 층이 배치될 수 있다. 이하에서 기판(40) 상부에 배치된 그라운드 층을 제1 그라운드 층(G0')이라 하고, 기판(40) 하부에 배치된 그라운드 층을 제2 그라운드 층(G0)이라 한다.
제2 출력 배선(O2)은 제2 영역(R2)에서 제4 출력배선(O0)과 연결될 수 있다. 제4 출력 배선(O0)은 제1 그라운드 층(G0') 사이에 배치될 수 있다. 또한, 제4 출력 배선(O0)은 제1 그라운드 층(G0')과 이격 배치될 수 있다.
또한, 기판(40)은 제2 영역(R2)에서 하부에 배치된 제2 그라운드 층(G0)이 존재 하지 않는 CPW 형태일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 8과 같이 기판(40)은 제2 영역(R2)에서 하부에 제2 그라운드층(G0)이 형성된 CPWG 형태일 수도 있다.
도 8은 다른 실시예에 따른 센서 패키지의 기판의 단면도이다.
도 8을 참조하면, 제1 그라운드 배선(G1')은 기판(40)을 관통하여 기판(40)의 하부에 배치될 수 있다. 이러한 구성에 의하여, 제5 영역에서 제3 출력 배선(O3)에 인접하게 신호 배선은 여전히 존재하지 않아, 노이즈 저감을 제공할 수 있다. 뿐만 아니라, 제1 그라운드 배선(G1')이 기판(40)을 관통하여 하부로 연결된 만큼 기판(40) 상부에 배치된 제1 출력 배선(O1), 제2 출력 배선(O2), 제2 그라운드 배선(G2) 및 제3 출력 배선(O3) 사이의 간격이 더 커질 수 있다. 이로써, 패턴 설계가 용이하게 이루어질 수 있다.
그리고 앞서 설명한 바와 같이, 제1 출력 배선(O1), 제2 출력 배선(O2), 제2 그라운드 배선(G2) 및 제3 출력 배선(O3)에 대한 설명은 동일하게 적용될 수 있다.
도 9은 실시예에 따른 전자 제품의 개념도이다.
도 9를 참조하면, 실시예에 따른 전자 제품은, 케이스(2), 케이스(2) 내에 배치되는 센서 패키지(1000), 제품의 기능을 수행하는 기능부(4000) 및 제어부(2000)를 포함한다.
전자 제품은 다양한 가전 기기 등을 포함하는 개념일 수 있다. 예시적으로, 전자 제품은 냉장고, 공기 청정기, 에어컨, 정수기, 가습기 등과 같이 전원을 공급받아 소정의 역할을 수행하는 가전 가기일 수 있다.
그러나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 전자 제품은 자동차와 같이 소정의 밀폐 공간을 갖는 제품을 포함할 수도 있다. 즉, 전자 제품은 미생물(1)의 존재를 확인할 필요가 있는 다양한 제품을 모두 포함하는 개념일 수 있다.
기능부(4000)는 전자 제품의 주기능을 수행할 수 있다. 예시적으로, 전자 부품이 에어컨인 경우, 기능부(4000)는 공기의 온도를 제어하는 부분일 수 있다. 또한, 전자 부품이 정수기인 경우, 기능부(4000)는 물을 정수하는 부분일 수 있다.
제어부(2000)는 기능부(4000) 및 센서 패키지(1000)와 통신할 수 있다. 제어부(2000)는 케이스(2) 내부로 유입된 미생물의 존재 및 종류를 탐지하기 위해 센서 패키지(1000)를 동작시킬 수 있다. 전술한 바와 같이 실시예에 따른 센서 패키지(1000)는 모듈 형태로 소형화가 가능하므로 다양한 사이즈의 전자 제품에 장착될 수 있다.
제어부(2000)는 센서 패키지(1000)에서 검출된 신호를 미리 저장된 데이터와 비교하여 미생물의 농도 및 종류를 검출할 수 있다. 미리 저장된 데이터는 룩-업 테이블 형식으로 메모리에 저장될 수 있으며, 주기적으로 갱신될 수 있다.
제어부(2000)는 검출 결과, 미생물의 농도 등이 미리 설정된 기준값 이상인 경우 세척 시스템을 구동시키거나, 디스플레이부(3000)에 경고 신호를 출력할 수 있다.
이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 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 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 수광 소자; 및
    상기 기판 상에 배치되는 발광 소자;을 포함하고,
    상기 기판은,
    상기 수광 소자와 연결된 제어 유닛; 및
    상기 제어 유닛과 연결된 회로부;를 포함하고,
    상기 기판은,
    상기 수광 소자, 상기 제어 유닛 및 상기 회로부가 배치되는 제1 영역과
    상기 제1 영역 이외의 영역인 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역의 면적과 상기 제2 영역의 면적은 면적비가 1:3 내지 1:20인 센서 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 수광 소자로부터 출력된 제1 신호를 수신하는 제1 핀; 및
    상기 제1 핀과 전기적으로 연결되는 제2 핀;을 포함하고,
    상기 회로부는 상기 제2 핀과 상기 제1 핀 사이에 배치되는 센서 패키지.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 회로부는 전치 증폭기를 포함하고,
    상기 전치 증폭기는 상기 제1 신호의 크기를 조절하고 상기 제1 신호를 전류에서 전압으로 변경하는 센서 패키지.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회로부는 저항 및 커패시터를 포함하고,
    상기 저항 및 상기 커패시터는 병렬로 연결된 센서 패키지.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 제2 영역은,
    상기 기판 상부 및 하부 중 적어도 하나에 배치되는 그라운드 층을 포함하는 센서 패키지.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제어 유닛은,
    상기 그라운드 층과 상기 제어 유닛 사이에 배치되는 그라운드 배선과 연결된 제3 핀을 더 포함하며,
    상기 제2 핀은 출력 배선과 전기적을 연결되고,
    상기 출력 배선은 상기 회로부와 전기적으로 연결되며, 상기 그라운드 배선과 평행하게 배치되는 센서 패키지.
    .
  7. 제6항에 있어서,
    상기 그라운드 배선은,
    상기 제2 핀과 연결된 회로부의 일단과 상기 제1 핀과 연결된 회로부의 타단과의 거리가 동일하도록 배치되는 센서 패키지.
  8. 케이스;
    상기 케이스 내에 배치되는 센서 패키지; 및
    상기 센서 패키지와 통신하는 제어부를 포함하고,
    상기 센서 패키지는,
    하우징;
    상기 하우징 내에 배치되는 기판;
    상기 기판 상에 배치되는 수광 소자; 및
    상기 기판 상에 배치되는 발광 소자;을 포함하고,
    상기 기판은;
    상기 수광 소자와 연결된 제어 유닛; 및
    상기 제어 유닛과 연결된 회로부;를 포함하고,
    상기 기판은,
    상기 수광 소자, 상기 제어 유닛 및 상기 회로부가 배치되는 제1 영역과
    상기 제1 영역 이외의 영역인 제2 영역을 포함하고,
    상기 제1 영역의 면적과 상기 제2 영역의 면적은 면적비가 1:3 내지 1:20인 전자 제품.
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