KR20190025126A

KR20190025126A - 반도체공정 조건 감지용 무선온도센서 시스템

Info

Publication number: KR20190025126A
Application number: KR1020170109621A
Authority: KR
Inventors: 유원식; 홍제관
Original assignee: 주식회사 에이엠티솔루션
Priority date: 2017-08-29
Filing date: 2017-08-29
Publication date: 2019-03-11
Also published as: KR102064901B1

Abstract

본 발명은 머시닝 프로세스에 의해 가공되는 디스플레이 패널의 실온을 모니터링하기 위해, 표면 탄성파 고온센서를 구비하여 글라스 패널 수준으로 패키징된 온도측정용 패널에 관한 것으로, 본 발명은 압전기판을 구성하는 압전패널과; 상기 압전패널 상에 구비되어, 온도변화에 따라 표면탄성파를 발생시키는 온도센서와; 상기 온도센서 상면을 차폐하는 커버패널; 그리고 상기 압전패널과 상기 커버패널을 결합하는 접착부를 포함하여 구성되고: 상기 온도센서는, 상기 압전패널과 커버패널 사이에 PLP(Panel Level Package) 방식으로 패키징 된다. 이와 같은 본 발명에 의하면, 본 발명에서는 패널상에 표면탄성파를 이용한 온도센서(SAW 센서)를 설치하여, 실시간으로 패널 상의 온도를 무선으로 모니터링 할 수 있는 효과가 있다.

Description

수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널{ PASSIVE AND WIRELESS TC GLASS USING WLP SURFACE ACOUSTIC WAVE }

본 발명은 머시닝 프로세스에 의해 가공되는 디스플레이 패널의 실온을 모니터링하기 위해, 표면 탄성파 고온센서를 구비하여 글라스 패널 수준으로 패키징된 온도측정용 패널에 관한 것이다.

디스플레이 패널 제조공정에서 투명 패널은 머시닝 장비 내에서 가열조건에 따라 열을 전달받아 가열된 상태에서 제조 공정이 수행된다. 이때 머시닝 장비의 챔버에서 패널로 열이 전도되는 과정에서 열 손실이 발생되므로 머시닝 챔버와 패널 사이에 온도차이가 발생되고, 이에 따라 머시닝 장비의 설정온도와 실제 디스플레이 패널의 온도 사이에는 차이가 발생하게 된다.

따라서 디스플레이 패널의 실제 온도를 정확히 파악하기 위해 머시닝 장비 내의 온도가 아닌 디스플레이 패널 상의 온도를 측정할 필요가 있다. 또한, 한 장의 디스플레이 패널 내에서도 위치에 따라 온도의 변화가 다르게 나타날 수 있고, 이 경우, 디스플레이 패널의 부분별로 공정의 환경 조건이 달라져 신뢰도가 저하될 수 있으므로, 디스플레이 패널 전 면적에 대한 온도 균일도를 파악할 필요성이 있다.

이와 같은 기술적 필요성에 의해, 최근에는 머시닝 챔버 내에 구비되어 온도를 측정할 수 있도록 구성된 온도측정 패널이 개발되어 사용되고 있다.

그 일 예가 대한민국 공개특허 제10-2008-0049884호에 개시되어 있다.

도 1에 도시된 바와 같은 종래기술에 의한 온도측정 패널은 열기전력을 통해 온도를 측정하는 열전대를 기판의 다양한 위치에 구비하고, 상기 열전대로부터 측정된 온도를 유선 또는 무선통신모듈을 통해 외부 리시버로 전송하도록 구성된다.

이와 같은 종래의 온도측정용 패널에 있어, 열전대에서 측정한 온도를 유선통신으로 통해 외부 리시버에 전달하는 경우, 케이블의 연결에 따른 머시닝(챔버) 장비의 구조가 복잡해지고, 온도측정용 패널의 설치로 인하여, 밀폐성이 저하되는 문제점이 있었다.

또한, 열전대에서 측정한 온도를 BT, RF, IR 등의 무선통신으로 통해 외부 리시버에 전달하는 경우, 이와 같은 능동형 소자의 경우, 배터리의 과열로 인하여 2차 피해가 발생될 우려가 있어, 초고온 챔버와 같은 설비에는 적용할 수 없는 문제점이 있었다.

(001) 대한민국 공개특허 제10-2008-0049884호

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명은 투명 패널 상에 표면탄성파를 이용한 온도센서(SAW 센서)를 설치하여, 실시간으로 투명 패널상의 온도를 무선으로 모니터링 할 수 있는 TC 글라스를 제공하고자 하는 것이다.

또한, 본 발명은 투명 패널 상에 SAW 센서를 다수 개로 분산 배치하여, 패널부분별로 온도의 균일성 여부를 측정할 수 있는 TC 글라스를 제공하고자 하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 압전기판을 구성하는 압전패널과; 상기 압전패널 상에 구비되어, 온도변화에 따라 표면탄성파를 발생시키는 온도센서와; 상기 온도센서 상면을 차폐하는 커버패널; 그리고 상기 압전패널과 상기 커버패널을 결합하는 접착부를 포함하여 구성되고: 상기 온도센서는, 상기 압전패널과 커버패널 사이에 PLP(Panel Level Package) 방식으로 패키징된다.

이때, 상기 압전패널 및 커버패널은, 글라스 패널일 수도 있다.

그리고 상기 압전패널 및 커버패널은 합성수지재 투명 패널일 수도 있다.

또한, 상기 온도센서는, 상기 압전패널에 부착되는 탄성파 생성부와; 상기 탄성파 생성부 상부를 형성하는 절연부; 그리고 상기 절연부 상면에 형성되는 평면 안테나를 포함하여 구성될 수도 있다.

그리고 상기 압전패널과 상기 평면 안테나는 금속암으로 연결될 수도 있다.

또한, 상기 평면 안테나는 평면상에서 굴곡된 패턴으로 형성될 수도 있다.

그리고 상기 평면안테나는, 금(AU) 코팅 처리될 수도 있다.

이때, 상기 탄성파 발생부는, IDT(Inter digital Transducer) 금속막 상에 반사부를 포함하여, 압전패널의 온도에 따라 서로 다른 표면탄성파를 생성할 수도 있다.

그리고 상기 IDT 금속막은, 알루미늄(AL) 코팅 처리될 수도 있다.

또한, 상기 접착부는, 금(AU) 모재를 이용한 본딩부일 수도 있다.

그리고 상기 온도센서는, 상기 압전패널 상에 다수 개가 분산 배치될 수도 있다.

또한, 상기 다수의 온도센서는, 상기 압전패널 상에 매트릭스 형태로 분산 배치될 수도 있다.

그리고 상기 다수의 온도센서들은, 각각 서로 다른 패턴의 반사부가 구비되어, 서로 다른 중심 주파수의 표면탄성파가 발생되도록 구성될 수도 있다.

한편, 상기 압전패널 또는 상기 커버패널에는 상기 온도센서가 안착되는 홈이 형성되고, 상기 홈은 물리적인 그라인딩 또는 화학적인 식각(CMP, Chemical mechanical polishing)에 의해 형성될 수도 있다.

그리고 상기 압전패널과 상기 커버 패널은 얇은 금속 박막층을 형성한 후, 원자의 자기확산 속도에 따라 상온에서 본딩될 수도 있다.

위에서 살핀 바와 같은 본 발명에 의한 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널에서는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

즉, 본 발명에서는 패널상에 표면탄성파를 이용한 온도센서(SAW 센서)를 설치하여, 실시간으로 패널 상의 온도를 무선으로 모니터링 할 수 있는 효과가 있다.

그리고 본 발명에서는 패널 상에 SAW 센서를 다수 개로 분산 배치하여, 패널의 부분별로 온도의 균일성 여부를 측정할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래기술에 따른 온도측정 패널의 일 예를 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 의한 온도측정 패널의 구체적인 실시예를 도시한 단면도.
도 3은 본 발명에 의한 온도측정 패널의 온도센서부분을 확대하여 도시한 예시도.
도 4는 본 발명에 의한 온도측정 패널의 온도센서를 구성하는 탄성파 발생부의 구체적인 실시예를 도시한 예시도.
도 5는 본 발명에 의한 온도측정 패널의 온도센서 배치 구조의 일 실시예를 도시한 예시도.
도 6은 본 발명에 의한 온도측정 패널의 온도센서 배치 구조의 다른 실시예를 도시한 예시도.
도 7은 본 발명에 의한 온도센서들을 구성하는 탄성파 생성부의 다양한 예를 도시한 예시도.

이하에서는 상기한 바와 같은 본 발명에 의한 온도측정 패널을 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2는 본 발명에 의한 온도측정 패널의 구체적인 실시예를 도시한 단면도이고, 도 4는 본 발명에 의한 온도측정 패널의 온도센서를 구성하는 탄성파 발 생부의 구체적인 실시예를 도시한 예시도이며, 도 5는 본 발명에 의한 온도측정 패널의 온도센서 배치 구조의 일 실시예를 도시한 예시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 온도측정 패널의 온도센서 배치 구조의 다른 실시예를 도시한 예시도이며, 도 7은 본 발명에 의한 온도센서들을 구성하는 탄성파 생성부의 다양한 예를 도시한 예시도이다.

먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 온도측정 패널은 압전패널(100) 및 커버패널(200), 두 개의 패널 사이에 온도센서(300)를 구비하고, 이들 패널을 접착(본딩)하여 구성한다.

이때, 상기 온도센서(300)는 도 3에 도시된 바와 같이, 탄성파 생성부(310), 절연부(320) 및 평면 안테나(330)를 포함하여 구성된다.

상기 탄성파 생성부(310)는 구동신호에 따라 표면탄성파를 생성하는 구성으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 트랜듀서를 포함하여 구성되는 IDT(Inter digital Transducer) 금속막(311)에 반사부(313)를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 압전 패널(100)은 온도센서(300)의 압전기판 역할을 수행하는 것으로, 주위의 온도에 따라 지연선(delay line)이 팽창하거나 수축할 뿐만 아니라 압전기판의 물성에도 영향을 주어 표면 탄성파의 전파시간이 변하거나 공진 주파수가 변하게 된다.

그리고 상기 ITD 금속막(311)에 포함된 트랜듀서는 빗살전극으로 인터디지털 트랜듀서(Inter-digital Transducer)가 이용될 수 있고, 수신된 구동신호에 의해 표면탄성파를 발생하게 한다.

또한, 상기 반사부(313)는 상기 IDT 금속막(311)에서 생성된 표면탄성파가 지연선을 통과하여 지연선의 끝 부분에서 표면탄성파를 반사시켜 IDT 금속막(311)으로 다시 전파시키는 역할을 한다.

이에 따라, 머시닝 챔버 외부에 구비된 리더기를 통해, 상기 표면탄성파를 수신하여 분석하면, 상기 온도센서(300)의 표면온도를 측정할 수 있다.

이때, 상기 IDT 금속막(311)은 알루미늄(AL) 코팅 처리될 수 있다.

그리고 상기 절연부(320)는 상기 표면탄성파 생성부를 압전 패널 상에 고정하는 구성으로 절연물질로 형성된다.

이때, 상기 절연부(320)의 두께는 안테나의 성능에 따라 선택되며 두께가 안테나의 복사 필드에 영향이 있기 때문에 두꺼운 것이 바람직하나, 전체 온도측정 패널의 두께를 고려하여 적정한 두께로 설계된다.

한편, 상기 평면 안테나(330)는 절연부(320) 상에 부착편 형태의 납작한 평면으로 구성된다. 상기 평면 안테나(330)는 휩 안테나 또는 나선형 안테나에 비하여 높이가 낮고 부피가 작은 소자를 구현할 수 있다. 또한, 평면 안테나(330)는 접지선과 피드선 자체가 연통되어 있고, 바람직하게는 상기 금(AU)으로 코팅 처리되어, 높은 전압과 강한 전장 환경에서 동전위를 가지도록 하여, 강성이 높고, 정전 저항 능력이 강해 신뢰도가 높고 내구성이 향상되도록 할 수 있다.

상기 평면안테나(330, 330')는 도 5에 도시된 바와 같이, 일자형으로 형성될 수도 있으나, 바람직하게는, 도 6에 도시된 바와 같이, 굴곡된 패턴으로 형성되어, 수신 감도를 높이도록 구성되어 있다.

이때, 상기 평면 안테나(330, 330')는 피드점 및 접지점을 포함하여 형성될 수 있다.

한편, 도시되지는 않았으나, 본 발명에 의한 온도센서는 에너지 축전부를 더 포함하여 구성될 수 있다.

상기 에너지 축전부는 리더기로부터 수신된 신호의 전력을 증가시켜, 상기 탄성파 생성부(310)에 제공하여, 상기 탄성파 생성부(310)로부터 생성되는 표면 탄성파의 세기를 강하게 증폭할 수 있다.

즉, 상기 에너지 축전부는 상기 탄성파 생성부(310)의 표면 탄성파 강도를 증가시키기 위한 구성으로, 상기 온도센서(300)와 리더기의 거리가 상대적으로 먼 경우에 적용될 수 있다.

이를 위해 상기 에너지 축전부는 충전 펌프, 부스터 및 캐패시터 등을 포함하여 구성할 수 있다.

한편, 본 발명은 기본적으로 압전패널과 커버패널 사이에 온도센서를 PLP(Panel Level Package) 방식으로 구성하는 것으로, 상기 압전패널(100)과 상기 커버패널(200)의 접착방식을 살피면, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 압전패널(100)과 상기 커버패널(200)은 접착부(400)에 의해 본딩 처리되는데, 이때, 본딩은 금(Gold, Au) Bump 방식이 적용될 수 있다.

이때, 패널 레벨의 패키징(PLP, Panel Level Package)이란, 패키징 스케일을 나타내는 것으로, 기판으로 패널이 적용되는 스케일로 구성되는 것을 말한다.

상기 Gold Bump는 물리적, 화학적 특성이 뛰어나고, 전기 및 열 전도성 우수하며, 화학적 안정성이 확보될 뿐만 아니라, 산도(산/알칼리)에 영향을 받지 아니하고, 고온 가열에도 산화가 없는 특징을 갖는다.

한편, 본 발명에 의한 상기 압전패널(100)과 상기 커버 패널(200)의 접착은 직접 체결방식(Direct Bonding) 또는 확산 체결방식(Atomic diffusion Bonding)이 적용될 수 있다.

상기 직접 체결방식(Wafer Direct Bonding)은 패널의 전체 적층 높이를 낮추기 위하여, 상기 압전패널 및/또는 상기 커버 패널에 홈을 형성고, 상기 홈에 온도센서를 안착하도록 구성하는 접합방식으로, 상기 홈은 물리적인 그라인딩 또는 화학적인 식각(CMP, Chemical mechanical polishing)에 의해 형성될 수 있다.

한편, 확산 체결방식(Atomic diffusion Bonding)은 얇은 금속 박막층을 형성한 후, 원자의 높은 자기확산 속도를 이용하여 상온에서 상기 압전패널과 상기 커버 패널을 본딩하는 것을 말한다.

그리고 도시되지는 않았으나, 상기 압전패널(100)과 상기 평면 안테나(330)는 금속암으로 연결되어, 표면탄성파 발생 효율을 증가시키는 것도 가능하다.

이하에서는 상기 온도측정 패널 상의 온도센서의 다양한 배열구성을 상세히 설명하기로 한다.

도 5는 본 발명에 의한 온도측정 패널의 온도센서 배치 구조의 일 실시예를 도시한 예시도이고, 도 6은 본 발명에 의한 온도측정 패널의 온도센서 배치 구조의 다른 실시예를 도시한 예시도이며, 도 7은 본 발명에 의한 온도센서들을 구성하는 탄성파 생성부의 다양한 예를 도시한 예시도이다.

본 발명에 의한 온도측정 패널은, 패널 자체의 온도를 정확히 측정하는 것 뿐만 아니라, 패널 상의 위치별 온도의 편차를 판단할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이를 위해 본 발명에 의한 온도측정 패널에는 도 5에 도시된 바와 같이, 다수개의 온도센서(300)들이 분산 배치된다.

이때, 상기 온도센서(300)는 상기 압전패널(100) 상에 상하 및 좌우 대칭형으로 전체 영역에 대하여 고르게 분산 배치되어, 패널 전체 영역의 온도를 고르게 측정할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

이에 따라 수신기는 상기 각 온도센서(300)들로부터 출력되는 표면탄성파를 분석하여, 오차범위를 벗어나는 온도 편차가 패널 상에 발생되는 지 여부를 판별할 수 있게 된다.

또한, 온도센서(300)의 평면안테나(330)는 도 5에 도시된 바와 같이, 선형의 형태로 형성될 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 같이, 굴곡된 형태로 형성되어 표면탄성파의 송신효율을 증가시킬 수도 있다.

한편, 본 발명에 의한 온도측정 패널 상에 다수개의 온도센서(300)들이 분산 배치됨에 있어, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 온도센서들이 서로 다른 반사부(313A, 313B, 313C, …)의 패턴을 갖도록 형성될 수 있다.

이에 따라 각 온도센서들(310A, 310B, 310C, …)은 서로 다른 중심 주파수의 표면탄성파를 발생시키고, 이에 따라 수신기는 패널 상의 각 지점의 온도를 개별적으로 파악할 수 있다.

이 경우, 패널 상의 온도 일치 여부를 판별할 수 있을 뿐만 아니라, 패널의 어느 위치의 온도가 불일치 하는지 위치 정보까지 파악할 수 있다.

이하에서는 상기한 바와 같은 표면탄성파를 이용한 수동형 무선 온도 측정 패널의 작동 기전을 설명한다.

본 발명에 의한 온도측정 패널은 온도를 측정하고자 하는 피측정 설비(머시닝 챔버) 내에 삽입한다. 그리고 상기 피측정 설비를 가동하면서, 상기 피측정 설비 외부에 구비된 리더기를 통해 구동신호를 송출한다.

상기 구동신호를 상기 피측정 설비 내의 온도측정 패널이 수신하면, 구동신호는 온도센서(300)의 IDT 금속막(311) 내의 트랜듀서에 입력되고 압전 패널(100)의 표면을 따라 전파하는 표면탄성파가 발생되어 지연선을 따라 전파되어, 상기 반사부(313)로 전파된다. 전파된 표면탄성파는 상기 반사부(313)에서 반사되어 지연선과 트랜듀서를 거쳐 평면 안테나(330)의 의해 다시 송신된다.

물론, 상기 온도센서(300)에 에너지 축전부가 형성된 경우, 상기 구동신호는 상기 에너지 축전부에 의해 증폭되어 상기 트랜듀서에 전달될 수 있다,

한편, 리더기는 신호를 수신하여 주파수의 진폭이나 진동수와 같은 주파수 특성을 분석함으로써 피측정 설비 내의 패널 온도를 계산할 수 있다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

본 발명은 디스플레이 패널의 머시닝 프로세스에 의해 가공되는 투명 패널의 실온을 모니터링하기 위해, 표면 탄성파 고온센서가 구비된 온도 측정용 패널에 관한 것으로, 본 발명에 의하면, 본 발명은 패널 상에 표면탄성파를 이용한 온도센서(SAW 센서)를 설치하여, 실시간으로 패널 상의 온도를 무선으로 모니터링 할 수 있는 효과가 있다.

100 : 압전 패널 200 : 커버 패널
300 : 온도센서 310 : 탄성파 생성부
311 : IDT 금속막 313 : 반사부
320 : 절연부 330 : 평면 안테나
400 : 접착부

Claims

압전기판을 구성하는 압전패널과;
상기 압전패널 상에 구비되어, 온도변화에 따라 표면탄성파를 발생시키는 온도센서와;
상기 온도센서 상면을 차폐하는 커버패널; 그리고
상기 압전패널과 상기 커버패널을 결합하는 접착부를 포함하여 구성되고:
상기 온도센서는,
상기 압전패널과 커버 패널 사이에 PLP(Panel Level Package) 방식으로 패키징됨을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.
제1항에 있어서,
상기 압전패널 및 커버패널은,
글라스 패널임을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.
제1항에 있어서,
상기 압전패널 및 커버패널은,
합성수지재 투명 패널임을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 온도센서는,
상기 압전패널에 부착되는 탄성파 생성부와;
상기 탄성파 생성부 상부를 형성하는 절연부; 그리고
상기 절연부 상면에 형성되는 평면 안테나를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.
제4항에 있어서,
상기 압전패널과 상기 평면 안테나는 금속암으로 연결됨을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.
제4항에 있어서,
상기 평면 안테나는 평면상에서 굴곡된 패턴으로 형성됨을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.
제4항에 있어서,
상기 평면안테나는,
금(AU) 코팅 처리됨을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.
제4항에 있어서,
상기 탄성파 발생부는,
IDT(Inter digital Transducer) 금속막 상에 반사부를 포함하여, 압전패널의 온도에 따라 서로 다른 표면탄성파를 생성함을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.
제8항에 있어서,
상기 IDT 금속막은,
알루미늄(AL) 코팅 처리됨을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.
제4항에 있어서,
상기 접착부는,
금(AU) 모재를 이용한 본딩부임을 특징으로 하는 수동형 표면탄성파를 이용한 디스플레이 패널 가공 챔버용 온도 측정 패널.