KR20190140258A - 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 가스 센서 패키지로서, 반도체 기판; 반도체 기판 상에 마련되며, 감지층에 전기적으로 연결되어 가스 감지 신호를 전달하는 재배선층; 재배선층을 덮도록 마련된 패시베이션층; 패시베이션층 상에 노출되도록 마련되어 가스를 감지하는 감지층; 및 재배선층에 전기적으로 연결되며, 외부 단자와 연결 가능하도록 패시베이션층 상에 노출되도록 마련된 복수의 접속 전극;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법{gas sensor package, gas sensor wafer level package, and the method for manufacturing the same}
본 발명은 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 감지층에 대한 보호 기능이 향상되면서 간편한 제조가 가능한 구조를 가진 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
가스를 감지하는 가스 센서는 그 작동 원리에 따라 반도체형, 진동자형, 고체전해질형, 접촉연소형 등으로 분류된다. 그 중에서 반도체형 가스 센서가 일반적으로 사용되는데, 반도체형 가스 센서는 특정 가스가 감지층에 접촉하는 경우에 전기 저항, 전류, 일함수 등의 변화가 발생하는 원리를 이용하여 해당 가스를 검출한다. 이러한 반도체형 가스 센서는 패키지 형태로 제작(이하, 반도체형 가스 센서 패키지를 “가스 센서 패키지”라 지칭함)되는데, 구성이 간단하여 제작이 용이하고, 다양한 가스를 감지할 수 있으며, 상온에서 안정적인 특성을 나타내는 등 여러 장점이 있다.
도 1은 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 종래의 제1 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
한편, 종래의 제1 가스 센서 패키지는, 도 1에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(S), 감지층(MR), 상부/하부 패시베이션층(PT, PB), 재배선층(RDL), 본딩 와이어(BW), 접속 전극(CE) 및 몰딩 부재(MO)를 포함한다.
이때, 하부 패시베이션층(PB)은 반도체 기판(S)의 하부를 덮도록 마련되고, 감지층(MR)은 반도체 기판(S) 상에서 외부로 노출되게 마련되어 가스와 접촉함으로써 감스를 감지하며, 재배선층(RDL)은 반도체 기판(S) 상에서 상부 패시베이션층(PT)에 의해 덮어지되 감지층(MR)과 전기적으로 연결되게 마련되어 가스 감지 신호를 전달한다. 또한, 접속 전극(CE)은 인쇄회로기판(PCB) 등과 같은 외부 단자에 연결되기 위해 외부로 노출되게 마련된 전극으로서, 본딩 와이어(BW)에 의해 재배선층(RDL)과 전기적으로 연결되며, 몰딩 부재(MO)는 상술한 구성들이 외부에 드러나지 않도록 에폭시 몰드 컴파운드(epoxy mold compound, EMC) 등으로 상술한 구성들을 상부에서 덮도록 마련된다.
하지만, 종래의 제1 가스 센서 패키지는 본딩 와이어(BW) 및 몰딩 부재(MO)를 구비함에 따라 제조 공정 효율이 떨어지고 패키지 전체의 두께가 증가하는 문제점이 있다.
도 2는 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 종래의 제2 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 종래의 제2 가스 센서 패키지는, 도 2에 도시된 바와 같이, 본딩 와이어(BW) 및 몰딩 부재(MO)를 대체한 관통 전극(TSV) 및 캡(CAP)을 더 포함한다. 이때, 관통 전극(TSV)는 반도체 기판(S)을 관통하도록 마련되어 재배선층(RDL)과 접속 전극(CE)의 사이를 전기적으로 연결하며, 캡(CAP)은 상부 패시베이션층(PT) 상에 접합(이하, “캐핑 공정”이라 지칭함)되어 패키지의 나머지 구성들을 보호한다.
하지만, 종래의 제2 가스 센서 패키지는 가스가 유입되는 관통부(CV)를 캡(CAP)에 형성해야 하고 캡(CAP)의 접합 공정을 별도로 수행해야 하므로 제조 공정의 시간 및 비용이 증가할 뿐 아니라, 감지층(MR)을 형성한 후에 캡(CAP)의 접합 공정을 진행해야 하므로 캡(CAP)의 접합 공정 중에 감지층(MR)이 손상될 수 있는 문제점이 있다. 또한, 종래의 제2 가스 센서 패키지는 인쇄회로기판(PCB) 등에 장착 시 감지층(MR)이 외부로 그대로 노출되는 구조를 가지므로, 외부 환경에 의해 감지층(MR)이 쉽게 손상될 수 있는 문제점이 있다. 아울러, 이러한 문제점들은 종래의 제1 가스 센서 패키지에서도 발생한다.
상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 감지층에 대한 보호 기능이 향상되면서 간편한 제조가 가능한 구조를 가진 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
다만, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 가스 센서 패키지로서, (1) 반도체 기판, (2) 반도체 기판 상에 마련되며, 감지층에 전기적으로 연결되어 가스 감지 신호를 전달하는 재배선층, (3) 재배선층을 덮도록 마련된 패시베이션층, (4) 패시베이션층 상에 노출되도록 마련되어 가스를 감지하는 감지층, (5) 재배선층에 전기적으로 연결되며, 외부 단자와 연결 가능하도록 패시베이션층 상에 노출되도록 마련된 복수의 접속 전극을 포함한다.
상기 패시베이션층은 단차 형상으로 형성된 단차부를 구비할 수 있으며, 상기 감지층은 단차부 내에 마련될 수 있다.
상기 각 접속 전극은 단차부 주변 패시베이션층 영역 상에 구비될 수 있으며, 상기 단차부는 접속 전극들 사이에 구비될 수 있다.
상기 접속 전극은, (1) 재배선층에 전기적으로 연결되며, 패시베이션층 상에 노출된 언더범프금속층, (2) 언더범프금속층에 전기적으로 연결되며, 언더범프금속층 상에 마련된 범프를 포함할 수 있다.
상기 접속 전극은, (1) 재배선층에 전기적으로 연결되며, 패시베이션층 상에 노출되되 일정 높이를 가지는 Cu 포스트, (2) Cu 포스트에 전기적으로 연결되며, Cu 포스트 상에 마련된 솔더 캡을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 상기 반도체 기판, 상기 재배선층, 상기 패시베이션층, 상기 감지층 및 상기 접속 전극을 각각 구비하되 서로 다른 감지층을 구비하고 서로 적층되게 배열된 복수의 가스 센서 패키지를 포함할 수 있으며, 제2 가스 센서 패키지의 상부에 적층된 제1 가스 센서 패키지는 자신의 반도체 기판을 관통하며, 자신의 재배선층 및 제2 가스 센서 구조체의 접속 전극에 전기적으로 연결되는 관통 전극을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 상기 재배선층, 상기 패시베이션층, 상기 감지층 및 상기 접속 전극을 각각 구비하되 서로 다른 감지층을 구비하고 서로 나란하게 배열된 복수의 가스 센서 구조체를 포함할 수 있으며, 각 가스 센서 구조체는 서로 공통으로 사용하는 상기 반도체 기판을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지는, (1) 반도체 웨이퍼, (2) 반도체 웨이퍼 상에 마련되며, 감지층에 전기적으로 연결되어 가스 감지 신호를 전달하는 재배선층, (3) 재배선층을 덮도록 마련된 패시베이션층, (4) 패시베이션층 상에 노출되도록 마련되어 가스를 감지하는 감지층, (5) 재배선층에 전기적으로 연결되며, 외부 단자와 연결 가능하도록 패시베이션층 상에 노출되도록 마련된 복수의 접속 전극을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 제조 방법은, (a) 반도체 웨이퍼를 준비하는 단계, (b) 반도체 웨이퍼 상에 마련되어 가스 감지 신호를 전달하는 재배선층과, 재배선층을 덮도록 마련된 패시베이션층과, 재배선층에 전기적으로 연결되며 외부 단자와 연결 가능하도록 패시베이션층 상에 노출되도록 마련되는 복수의 접속 전극을 각각 형성하는 단계, (c) 재배선층에 전기적으로 연결되고 패시베이션층 상에 노출되도록 마련되는 가스를 감지하는 감지층을 형성하는 단계, (d) 반도체 기판, 재배선층, 패시베이션층, 감지층 및 접속 전극을 포함하는 각 가스 센서 패키지를 절단하는 단계를 포함한다.
상기 (b) 단계는 단차 형상의 단차부를 구비한 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 (c) 단계는 단차부 내에 감지층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계는 접속 전극들 사이에 단차부를 형성하되 단차부 주변 패시베이션층 영역 상에 각 접속 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 제조 방법은, (e) 서로 다른 감지층을 구비한 복수의 가스 센서 패키지를 서로 적층시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (b) 단계는 반도체 기판을 관통하며 재배선층에 전기적으로 연결되는 관통 전극을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 (e) 단계는 제2 가스 센서 패키지의 상부에 적층된 제1 가스 센서 패키지의 관통 전극을 제2 가스 센서 패키지의 접속 전극에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계는 각 가스 센서 패키지의 영역 내에서 서로 다른 복수의 감지층을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 (d) 단계는 서로 나란하게 배열되고 서로 다른 감지층을 구비하되 공통의 반도체 기판을 사용하는 복수의 가스 센서 구조체가 각 가스 센서 패키지에 포함되도록 각 가스 센서 패키지를 절단하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 각 가스 센서 구조체는 공통의 반도체 기반, 재배선층, 패시베이션층, 감지층 및 접속 전극을 각각 포함할 수 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법은 가스 센서 패키지가 인쇄회로기판(PCB) 등에 장착될 경우, 반도체 기판이 외부에 노출되며, 동시에 감지층이 반도체 기판의 내측에 위치하게 되면서, 반도체 기판이 자연스럽게 외부 충격, 외부 접촉 등으로부터 감지층을 보호할 수 있는 보호 기능의 구조를 가지는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법은 패시베이션층에 단차부가 형성됨에 따라 단차부 외의 주변 패시베이션층 영역이 감지층을 둘러싸도록 배치되어, 감지층에 대한 보호 기능이 더욱 강화될 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법은 패시베이션층의 단차부 내에 감지층이 구비되는 구조이므로, 기본 구조인 재배선층, 전극 패드, 패시베이션층 및 접속 전극을 각각 형성한 후에 감지층을 형성할 수 있어, 기본 구조 형성 중에 발생할 수 있는 감지층의 손상을 미연에 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지, 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 및 그 제조 방법은 웨이퍼 레벨 패키징 공정을 통해 제조되므로, 몰딩 공정, 캐핑 공정, 캐핑 공정 시의 관통부 형성 공정 등의 공정을 생략할 수 있어, 원가 절감이 가능하고 프로세스를 간소화할 수 있는 이점이 있다.
도 1는 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 종래의 제1 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 2는 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 종래의 제2 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 3 내지 도 9는 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 본 발명의 제1 실시예 내지 제7 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지 제조 방법의 공정 순서도를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지 제조 방법의 준비 단계(S10)를 나타낸다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지 제조 방법의 기본 구조 형성 단계(S20)를 나타낸다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지 제조 방법의 감지층 형성 단계(S30)를 나타낸다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지 제조 방법의 절단 단계(S40)를 나타낸다.
본 발명의 상기 목적과 수단 및 그에 따른 효과는 첨부된 도면과 관련한 다음의 상세한 설명을 통하여 보다 분명해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.
또한, 본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며, 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 경우에 따라 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하다", “구비하다”, “마련하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 언급된 구성요소 외의 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서, “또는”, “적어도 하나” 등의 표현은 함께 나열된 단어들 중 하나를 나타내거나, 또는 둘 이상의 조합을 나타낼 수 있다. 예를 들어, “또는 B”“및 B 중 적어도 하나”는 A 또는 B 중 하나만을 포함할 수 있고, A와 B를 모두 포함할 수도 있다.
본 명세서에서, “예를 들어”와 같은 표현에 따르는 설명은 인용된 특성, 변수, 또는 값과 같이 제시한 정보들이 정확하게 일치하지 않을 수 있고, 허용 오차, 측정 오차, 측정 정확도의 한계와 통상적으로 알려진 기타 요인을 비롯한 변형과 같은 효과로 본 발명의 다양한 실시 예에 따른 발명의 실시 형태를 한정하지 않아야 할 것이다.
본 명세서에서, 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 구성 요소에 '직접 연결되어' 있다거나 '직접 접속되어' 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있어야 할 것이다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 다만, 설명의 편의를 위해, 도면에 도시된 상부와 하부를 서로 바꿔서 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 센서 패키지에 대해서 설명하도록 한다.
도 3은 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 가스 센서 패키지로서, 도 3에 도시된 바와 같이, 반도체 기판(1), 재배선층(2), 전극 패드(3), 패시베이션층(4), 감지층(5) 및 접속 전극(6)을 포함한다.
반도체 기판(1)은 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 가스 센서 패키지가 인쇄회로기판(PCB) 등에 장착될 경우, 반도체 기판(1)이 외부에 노출되며, 동시에 감지층(5)이 반도체 기판(1)의 내측에 위치하게 된다. 이에 따라, 반도체 기판(1)은 자연스럽게 외부 충격, 외부 접촉 등으로부터 감지층(5)을 보호(이하, “보호 기능”이라 지칭함)할 수 있다.
한편, 반도체 기판(1)은 집적회로를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 반도체 기판(1)은 반도체 메모리 소자(DRAM, SRAM, Flash 메모리 등), 프로세서 소자(CPU, DSP 등), ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 소자, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 소자, 광전 소자, 발광 소자, 각종 필터 소자 등을 이루기 위한 다양한 집적회로를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
재배선층(2)(Redistribution Layer; RDL)은 반도체 기판(1) 상에 마련되되 패시베이션층(4)의 내부에 마련되는 것으로서, 감지층(5)에 전기적으로 연결되어 감지층(5)에서 발생된 가스 감지 신호를 전달한다.
전극 패드(3)는 반도체 기판(1) 상에 마련되며, 전기적으로 연결됨으로써 가스 감지 신호가 출력되는 부분이다. 예를 들어, 전극 패드(3)는 알루미늄(Al), 구리(Cu), 백금(Pt) 등과 같은 낮은 비저항의 금속으로 이루어질 수 있다. 도 3에서 전극 패드(3)는 2개인 것으로 도시되었으나, 전극 패드(3)의 개수가 이에 한정되는 것은 아니며, 다수 개가 구비될 수 있다.
패시베이션층(4)(Passivation Layer)은 재배선층(2)을 덮도록 마련되며, 반도체 기판(1), 재배선층(2), 전극 패드(3), 감지층(5) 및 접속 전극(6) 사이에 불필요한 전기적 단락을 방지하며, 이들 구성에 대한 외부로부터의 물리적/화학적 손상을 방지한다.
또한, 패시베이션층(4)은 다수의 층(41, 42, 43, 44)을 포함할 수 있다. 이때, 제1 패시베이션층(41)은 반도체 기판(1)의 상면에 적층되며, 제2 패시베이션층(42)은 제1 패시베이션층(41)의 상면에 적층된다. 마찬가지로, 제3 패시베이션층(43)은 제2 패시베이션층(42)의 상면에 적층되며, 제4 패시베이션층(44)은 제3 패시베이션층(43)의 상면에 적층된다. 재배선층(2)은 제1 패시베이션층(41) 내지 제3패시베이션층(43)의 사이에 마련될 수 있고, 전극 패드(3)는 제3 패시베이션층(43)에서 노출되게 마련될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 패시베이션층(4)은 절연 재질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 패시베이션층(4)은 폴리머 재질로 이루어질 수 있다. 즉, 패시베이션층(4)은 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Polystylene), PBO(Polybenzoxzaoles) 등과 같은 일반 범용고분자, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계고분자, p-자일렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 페놀계 그룹을 갖는 고분자 유도체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 제1 패시베이션층(41)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막 등과 같은 무기 절연물로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
감지층(5)(Membrane)은 가스를 감지하는 층으로서, 패시베이션층(4) 상에 노출되도록 마련된다. 이때, 감지층(5)은 가스가 흡착되는 경우에 전기 저항, 전류, 일함수 등의 변화가 발생하는 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 감지층(5)은 금속 산화물(MxOy), 금 나노입자, 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 풀러렌(fullerene), 이황화 몰리브덴(MoS2) 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이때, 금속 산화물(MxOy)은 코발트 산화물(CoOx), 갈륨 산화물(GaOx), 인듐 산화물(InOx), 주석 산화물(SnOx), 티타늄 산화물(TiOx), 텅스텐 산화물(WOx), 아연 산화물(ZnOx) 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 감지층(5)은 가스 흡착에 따른 전기 저항, 전류, 일함수 등의 변화 신호, 즉 가스 감지 신호를 발생시키는 감지 전극을 포함할 수 있다. 이 경우, 감지 전극은 재배선층(2)에 전기적으로 연결될 수 있다. 다만, 감지 전극이 없는 경우, 재배선층(2)이 감지 전극의 역할을 대신하도록 마련될 수 있다.
특히, 감지층(5)은 패시베이션층(4)의 단차부(40) 내에 마련되는 것이 바람직하다. 즉, 패시베이션층(4)은 단차 형상의 단차부(40)를 포함할 수 있으며, 이 경우, 단차부(40) 내에 감지층(5)이 마련됨으로써 단차부(40) 외의 주변 패시베이션층(4) 영역이 감지층(5)을 둘러싸도록 배치될 수 있다. 이에 따라, 감지층(5)에 대한 보호 기능은 더욱 강화될 수 있는 이점이 생긴다.
예를 들어, 제3 패시베이션층(43)과 제4 패시베이션층(44)은 각각 홈을 구비할 수 있으며, 제3 패시베이션층(43)의 홈이 제4 패시베이션층(44)의 홈 보다 너비가 작게 형성됨으로써 단차부(40)가 마련될 수 있다. 물론, 제2 패시베이션층(42)에도 홈이 마련될 수 있으며, 이 경우에 제2 패시베이션층(42)의 홈은 제3 패시베이션층(43) 또는 제4 패시베이션층(44)의 홈 보다 너비가 작게 형성될 수 있다. 이때, 감지층(5)은 단차부(40)의 하부, 즉 가장 넓은 홈의 밑면에 접촉하도록 마련될 수 있다.
접속 전극(6)은 인쇄회로기판(PCB) 등의 외부 단자와 연결 가능하도록 패시베이션층(4) 상에 노출되도록 복수 개가 마련된다. 이때, 접속 전극(6)은 전극 패드(3), 즉 재배선층(2)에 전기적으로 연결되어 가스 감지 신호를 외부 단자로 전달한다.
특히, 각 전속 전극(6)은 단차부(40) 외의 단차부(40) 주변 패시베이션층(4) 영역, 즉 최상단의 패시베이션층(4)인 제4 패시베이션층(44) 상에 마련되는 것이 바람직하다. 이 경우, 단차부(40)가 접속 전극(6)들 사이에 배치되므로, 가스 센서 패키지가 인쇄회기판(PCB) 등의 외부 장치에 장착될 경우, 단차부(40) 내에 구비된 감지층(5)은 외부 장치와 마주보게 배치되며, 이에 따라, 감지층(5)의 보호 기능이 강화될 수 있다.
예를 들어, 접속 전극은 언더범프금속층(61) 및 범프(62)를 포함할 수 있다.
언더범프금속층(61)(Under Bump Metallurgy)은 범프(61)의 접속 신뢰성을 향상시키기 위한 구성으로서, 패시베이션층(4), 즉 최상단의 패시베이션층(4)인 제4 패시베이션층(44) 상에 노출되게 마련되되 전극 패드(3) 상에 마련되며, 재배선층(2)에 전기적으로 연결된다. 즉, 언더범프금속층(61)은 범프(62)의 접착이 원활하도록 웨팅층(wetting layer)을 제공하면서 동시에 범프(62)의 침투를 방지한다.
언더범프금속층(61)은 공지의 금속을 이용하여 메탈화(Metallization) 방법으로 형성될 수 있으며, 다양한 형태의 구성이 가능하다. 예를 들어, 언더범프금속층(61)은 Cu, Cu/Ni, Cu/Ni/Au, Cr/Cr-Cu/Cu, TiW/Cu, Al/NiV/Cu 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
범프(62)(Bump)는 인쇄회로기판(PCB) 등의 외부 단자에 직접 접촉하기 위한 전도성 돌기로서, 언더범프금속층(61) 상에 마련되며, 언더범프금속층(61)에 전기적으로 연결된다. 범프(62)는 언더범프금속층(61) 없이 최상단의 패시베이션층(4) 상에 노출되게 마련되되 전극 패드(3) 상에 마련되며, 재배선층(2)에 전기적으로 연결될 수도 있다. 범프(62)는 솔더 볼(Solder Ball) 형태, 메탈 코어 볼(Metal Core Ball) 형태 또는 플라스틱 코어 볼(Plastic Core Ball) 형태로서, 구 형상, 달걀 형상, 또는 규빅 형상일 수 있으며, 스터드 범프(Stud Bump) 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
솔더 볼은 녹는점이 비교적 낮은 솔더 재질로 형성된 범프로서, 언더범프금속층(61)과 솔더 볼의 사이에는 리플로우(Reflow) 공정 시에 형성된 합금층이 마련될 수 있다. 예를 들어, 솔더 볼은 Sn, Sn/Ag, Sn/Bi, Sn/Cu, Sn/Au, Sn/Ag/Cu, SnNiAgCu, SnNiAg 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
메탈 코어 볼은 중심의 메탈 코어(metal core) 및 메탈 코어 주변의 솔더 버퍼(solder buffer)를 포함하는 이중 구조의 범프이다. 이때, 메탈 코어는 Cu 단독으로 구성되거나, 중심의 Cu와 그 외곽의 Ag의 조합으로 구성되거나, Ag 외곽의 기타 금속이 더 포함되는 3중 조합으로 구성될 수 있다. 솔더 버퍼는 녹는점이 비교적 낮은 Pb이나 Sn 등의 솔더 재질을 포함할 수 있으며, 솔더 외에 Ni의 합금이거나 Ag의 합금으로 구성될 수 있다. 이러한 메탈 코어 볼은 소정 메뉴얼에 따라 도전 볼을 드롭(drop)하는 방식으로 형성될 수 있다. 특히, 메탈 코어 볼은 이중 구조를 가지므로, 후술할 본 발명의 제6 실시예 및 제7 실시예에 따른 가스 센서 패키지와 같이, 상하부 패키지가 상호 연결되는 POP(Package on Package) 형태의 패키지에 사용될 경우, 멀티 리플로우(multi reflow) 공정의 가능, 도전 특성의 개선, 스탠오프(standoff)의 안정적 유지 등의 효과로 인해, 패키지 전체의 신뢰성을 향상시킬 수 있고 가스 유입을 보다 안정적으로 유지시킬 수 있다.
플라스틱 코어 볼은 중심의 플라스틱 코어(Plastic core) 및 플라스틱 코어 주변의 솔더 버퍼(solder buffer)를 포함하는 이중 구조의 범프이다. 이때, 플라스틱 코어는 중심의 고분자 재질의 플라스틱과 그 외곽의 Ag의 조합으로 구성되거나, Ag 외곽의 기타 금속이 더 포함되는 3중 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 고분자 재질로는 PMMA(Polymethylmethacrylate), PS(Polystylene), PBO(Polybenzoxzaoles) 등과 같은 일반 범용고분자, 아크릴계 고분자, 이미드계 고분자, 아릴에테르계 고분자, 아마이드계 고분자, 불소계고분자, p-자일렌계 고분자, 비닐알콜계 고분자, 페놀계 그룹을 갖는 고분자 유도체 등을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 솔더 버퍼는 녹는점이 비교적 낮은 Pb이나 Sn 등의 솔더 재질을 포함할 수 있으며, 솔더 외에 Ni의 합금이거나 Ag의 합금으로 구성될 수 있다. 특히, 플라스틱 코어 볼은 이중 구조를 가지므로, 후술할 본 발명의 제6 실시예 및 제7 실시예에 따른 가스 센서 패키지와 같이, 상하부 패키지가 상호 연결되는 POP(Package on Package) 형태의 패키지에 사용될 경우, 멀티 리플로우(multi reflow) 공정의 가능, 도전 특성의 개선, 스탠오프(standoff)의 안정적 유지 등의 효과로 인해, 패키지 전체의 신뢰성을 향상시킬 수 있고 가스 유입을 보다 안정적으로 유지시킬 수 있다.
스터드 범프는 스터드(Stud) 형상의 범프이다. 예를 들어, 스터드 범프는 Au, Ag, Al, Cu 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 도 6을 참조하면, 접속 전극(6)은 Cu 포스트(63)를 포함할 수 있다.
Cu 포스트(63)는 가스 센서 패키지에 일정 높이가 필요할 경우에 구비되는 일정 높이의 전도성 기둥으로서, 감지층(5)이 가스에 충분히 노출될 수 있을 만큼의 간격을 형성할 수 있다. Cu 포스트(63)는 패시베이션층(4), 즉 최상단의 패시베이션층(4)인 제4 패시베이션층(44) 상에 노출되게 마련되되 전극 패드(3) 상에 마련되며, 재배선층(2)에 전기적으로 연결된다. 물론, 언더범프금속층(61)도 구비될 수 있으며, 이 경우, 언더범프금속층(61) 상에 Cu 포스트(63)가 구비된다.
이때, Cu 포스트(63)를 포함하는 경우, 접속 전극(6)은 Cu 포스트(63) 상에 마련되되 Cu 포스트 (63)에 전기적으로 연결되는 솔더 캡(64)을 더 포함할 수 있다. 이때, 솔더 캡(64)은 녹는점이 비교적 낮은 솔더 재질로서, Ag, Pb, Sn 등의 솔더 재질을 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 제2 실시예 내지 제7 실시예에 따른 가스 센서 패키지에 대하여 설명하도록 한다. 다만, 본 발명의 제2 실시예 내지 제7 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지와 몇 가지 차이점 외에는 그 구성이 동일하다. 따라서, 이하에서는 이러한 차이점에 대해서만 설명하도록 한다.
도 4는 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 가스 센서 패키지로서, 도 4에 도시된 바와 같이, 재배선층(2) 및 패시베이션층(4) 외에는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 구성과 동일하다.
패시베이션층(4)은 제5 패시베이션층(45)을 더 포함한다.
제5 패시베이션층(45)은 최상위 패시베이션층(4)으로서, 제4 패시베이션층(44) 상에 적층된다. 특히, 제5 패시베이션층(45)은 홈을 구비하여, 제4 패시베이션층(44)의 홈, 또는 제3 패시베이션층(43) 및 제4 패시베이션층(44)의 홈과 함께 단차부(40)를 형성한다. 이때, 제5 패시베이션층(45)의 홈은 제4 패시베이션층(44)의 홈과 너비가 더 크거나 같게 형성될 수 있다.
재배선층(2)은 제1 재배선층(21) 및 제2 재배선층(22)을 포함한다.
제1 재배선층(21)은 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지에 포함된 재배선층(2)과 동일한 것으로서, 제2 패시베이션층(42) 내지 제3 배시베이션층(43)의 내부에 마련될 수 있다.
제2 재배선층(22)은 제5 패시베이션층(45)이 추가됨에 따라 추가되는 재배선층(2)으로서, 전극 패드(3) 또는 제1 재배선층(21)과 접속 전극(6)의 사이를 전기적으로 연결한다. 이때, 제2 재배선층(22)은 제4 패시베이션층(44) 및 제5 패시베이션층(45)의 내부에 마련될 수 있다.
한편, 전극 패드(3)는 제1 재배선층(21)과 제2 재배선층(22)의 사이에 마련되어 이들을 전기적으로 연결할 수 있으나, 이들 사이에 전극 패드(3) 없이 제1 재배선층(21)과 제2 재배선층(22)가 직접 연결될 수도 있다. 또한, 전극 패드(3)는 제2 재배선층(22)과 접속 전극(6)의 사이에 마련되어 이들을 전기적으로 연결할 수도 있다.
즉, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 제5 패시베이션층(45)을 구비함에 따라 감지층(5)을 둘러싸는 단차부(40) 주변의 패시베이션층(4) 영역을 더 두껍게 할 수 있으므로, 감지층(5)의 보호 기능을 더 강화할 수 있다. 또한, 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 제2 재배선층(22)의 배치를 조절함으로써 접속 전극(6)의 위치를 조절할 수도 있다.
도 5는 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 가스 센서 패키지로서, 도 5에 도시된 바와 같이, 관통 전극(7) 및 범프 금속층(8)의 구성이 추가되는 것 외에는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 구성과 동일하다. 즉, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 센서 패키지는, 도 8에 도시된 바와 같이, 복수 개의 가스 센서 패키지가 서로 적층 가능하도록 마련된 가스 센서 패키지이다.
관통 전극(7)은 반도체 기판(1)을 관통하는 전극으로서, 재배선층(2)에 전기적으로 연결된다.
범프 금속층(8)은 자신이 속한 가스 센서 패키지에 타 가스 센서 패키지가 적층될 때에 타 가스 센서 패키지의 범프(62) 접속 신뢰성을 향상시키기 위한 구성으로서, 언더범프금속층(61)과 동일한 역할을 한다. 이때, 범프 금속층(8)은 반도체 기판(1)의 하부에 노출되도록 마련되며, 관통 전극(7)과 전기적으로 연결된다. 즉, 범프 금속층(8)은 타 가스 센서 패키지의 범프(62)의 접착이 원활하도록 웨팅층(wetting layer)을 제공하면서 동시에 해당 범프(62)의 침투를 방지한다.
범프 금속층(8)은 공지의 금속을 이용하여 메탈화(Metallization) 방법으로 형성될 수 있으며, 다양한 형태의 구성이 가능하다. 예를 들어, 범프 금속층(8)은 Cu, Cu/Ni, Cu/Ni/Au, Cr/Cr-Cu/Cu, TiW/Cu, Al/NiV/Cu 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 상술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 추가 구성도 더 포함할 수 있다.
도 6은 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 가스 센서 패키지로서, 도 6에 도시된 바와 같이, 접촉 전극(6)이 Cu 포스트(63)와 솔더 캡(64)을 포함하는 것 외에는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 구성과 동일하다.
Cu 포스트 (63)는 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지에서 이미 설명하였으므로, 이하 이에 대한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 본 발명의 제4 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 상술한 본 발명의 제2 실시예 또는 제3 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 추가 구성도 더 포함할 수 있다.
도 7은 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 가스 센서 패키지로서, 도 7에 도시된 바와 같이, 서로 나란하게 배열된 복수의 가스 센서 구조체를 포함하는 것 외에는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 구성과 동일하다.
즉, 각 가스 센서 구조체는 재배선층(2), 금속 패드(3), 패시베이션층(4), 감지층(5) 및 접속 전극(6)을 각각 포함하되 서로 다른 종류의 가스를 감지하기 위해 서로 다른 감지층(5)을 포함한다.
예를 들어, 제1 가스 센서 구조체는 재배선층(2HA), 금속 패드(3HA), 패시베이션층(4HA), 감지층(5HA) 및 접속 전극(6HA)을 포함한다. 또한, 제2 가스 센서 구조체는 재배선층(2HB), 금속 패드(3HB), 패시베이션층(4HB), 감지층(5HB) 및 접속 전극(6HB)을 포함한다. 이때, 제1 가스 센서 구조체와 제2 가스 센서 구조체는 서로 나란하게 배열되며, 제1 가스 센서 구조체의 감지층(5HA)과, 제2 가스 센서 구조체의 감지층(5HB)은 서로 다른 종류의 가스에 반응하는 물질로 이루어질 수 있다
특히, 각 가스 센서 구조체는 반도체 기판(1)을 서로 공통으로 사용한다. 물론, 각 가스 센서 구조체는 패시베이션층(4)도 서로 공통으로 사용한다. 다만, 각 가스 센서 구조체의 패시베이션층(4)은 서로 별도의 단차부(40)를 각각 포함한다.
한편, 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 상술한 본 발명의 제2 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 추가 구성도 더 포함할 수 있다.
본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 복수의 가스 센서 구조체를 포함함에 따라 복수의 가스에 대한 센싱이 가능한 이점이 있다.
도 8은 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 센서 패키지는, 도 8에 도시된 바와 같이, 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 가스 센서 패키지가 서로 적층되게 마련되는 것 외에는 상술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 구성과 동일하다.
즉, 본 발명의 제1 실시예에 따른 가스 센서 패키지 하나가 가스 센서 패키지를 이루며, 이러한 가스 센서 패키지가 복수 개 적층됨으로써 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 센서 패키지를 이룬다.
각 가스 센서 패키지는 반도체 기판(1), 재배선층(2), 금속 패드(3), 패시베이션층(4), 감지층(5) 및 접속 전극(6)을 각각 포함하되 서로 다른 종류의 가스를 감지하기 위해 서로 다른 감지층(5)을 포함할 수 있다
예를 들어, 제1 가스 패키지는 반도체 기판(1VA), 재배선층(2VA), 전극 패드(3VA), 패시베이션층(4VA), 감지층(5VA) 및 접속 전극(6VA)을 각각 포함한다. 또한, 제2 가스 패키지는 반도체 기판(1VB), 재배선층(2VB), 전극 패드(3VB), 패시베이션층(4VB), 감지층(5VB) 및 접속 전극(6VB)을 각각 포함한다. 이때, 제2 가스 센서 패키지의 상부에 제1 가스 센서 패키지가 배치되며, 제1 가스 센서 패키지의 감지층(5VA)과, 제2 가스 센서 패키지의 감지층(5VB)은 서로 다른 종류의 가스에 반응하는 물질로 이루어질 수 있다
특히, 최상부 및 중간(3개 이상의 가스 센서 패키지가 적층될 경우, 최하부 및 최상부를 제외한 나머지를 지칭함)에 배치되는 제1 가스 센서 패키지는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 센서 패키지로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, 최상부 및 중간에 배치되는 제 가스 센서 패키지는 관통 전극(7VA) 및 범프 금속층(8VA)을 더 포함한다.
이때, 제1 가스 센서 패키지의 관통 전극(7VA)은 제1 가스 센서 패키지의 재배선층(2VA)에 전기적으로 연결된다. 또한, 제1 가스 센서 패키지의 관통 전극(7VA)은 제1 가스 센서 구조체의 범프 금속층(8VA)을 통해 제2 가스 센서 구조체의 접속 전극(6VB)에 전기적으로 연결된다.
한편, 최상부 및 중간에 배치되는 제1 가스 센서 패키지는 상술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 추가 구성도 더 포함할 수 있다.
또한, 최하부에 배치되는 제2 가스 센서 패키지는 관통 전극(7VB) 및 범프 금속층(8VB)을 포함할 수 있으나, 이들 구성 없이 본 발명의 제1 실시예 내지 제4 실시예 중 어느 하나의 실시예에 따른 가스 센서 패키지로 이루어질 수도 있다.
본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 복수의 가스 센서 패키지를 포함함에 따라 복수의 가스에 대한 센싱이 가능한 이점이 있다.
도 9는 인쇄회로기판(PCB)에 장착된 본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 단면도를 나타낸다.
본 발명의 제7 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 웨이퍼 레벨 패키지 공정을 이용한 가스 센서 패키지가 서로 적층되게 마련되는 것으로서, 도 9에 도시된 바와 같이, 접촉 전극(6)이 Cu 포스트(63)를 포함하는 것 외에는 상술한 본 발명의 제6 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 구성과 동일하다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지에 대해서 설명하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지는, 도 13에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예 중 어느 한 실시예에 따른 가스 센서 패키지에서 반도체 기판(1)을 반도체 웨이퍼(10)로 대체한 것 외에는 동일하다. 즉, 본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예에 따른 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지 각각은 본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예에 따른 가스 센서 패키지와 각각 대응하되 반도체 기판(1)만이 반도체 웨이퍼(10)로 대체된다.
한편, 반도체 웨이퍼(10)는 절삭되지 않는 다수의 가스 센서 패키지를 포함한다. 즉, 반도체 웨이퍼(10)는 각 가스 센서 패키지들 사이의 절단 영역(점선으로 표시)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(10)는 n형 또는 p형으로 도핑될 수 있으며, 단결정 실리콘 또는 다결정 실리콘으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
가스 센서 패키지에서 반도체 기판(1)을 제외한 나머지 구성인 재배선층(2), 전극 패드(3), 패시베이션층(4), 감지층(5), 접속 전극(6), 관통 전극(7) 및 범프 금속층(8)은 본 발명의 제1 실시예 내지 제5 실시예에 따른 가스 센서 패키지에서 상술한 바와 동일하므로, 이하 이들에 대한 설명은 생략하도록 한다.
다음으로, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 제조 방법에 대해서 설명하도록 한다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지 제조 방법의 공정 순서도를 나타낸다. 또한, 도 11 내지 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지 제조 방법의 S10 내지 S40를 각각 나타낸다. 도 11 내지 도 14에서 점선은 절단 영역, 즉 각 가스 센서 패키지의 사이 영역을 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 제조 방법은 가스 센서 웨이퍼 패키지를 형성한 후 가스 센서 웨이퍼 패키지에 포함된 다수의 가스 센서 패키지를 절단함으로써 각 가스 센서 패키지를 제조하는 공정을 포함한다. 이를 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 제조 방법은, 도 10에 도시된 바와 같이, S10 내지 S40을 포함한다.
S10은 준비 단계로서, 도 11에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10)를 준비한다.
S20은 기본 구조를 형성하는 단계로서, 도 12에 도시된 바와 같이, 반도체 웨이퍼(10) 상에 기본 구조인 재배선층(2), 전극 패드(3), 패시베이션층(4) 및 접속 전극(6)을 각각 형성한다. 이때, 재배선층(2), 전극 패드(3), 패시베이션층(4) 및 접속 전극(6)의 순서로 각각을 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
S30은 감지층(5) 형성 단계로서, 도 13에 도시된 바와 같이, 재배선층(2)에 전기적으로 연결되고 패시베이션층(4) 상에 노출되도록 마련되는 감지층(5)을 형성한다.
S20 이후에 S30를 수행하므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 제조 방법은 S20 중에 발생할 수 있는 감지층(5)의 손상을 방지할 수 있는 이점이 있다. 이와 같이 S20 이후에 S30를 수행할 수 있는 것은 패시베이션층(4)의 단차부(40) 내에 의해 감지층(5)이 구비되는 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 구조적인 특징에 따른 이점이다.
S40은 절단 단계로서, 도 14에 도시된 바와 같이, 절단 영역을 따라 각 가스 센서 패키지를 절단한다. 이때, 절단된 각 가스 센서 패키지는 반도체 기판(1), 재배선층(2), 전극 패드(3), 패시베이션층(4), 감지층(5) 및 접속 전극(6)을 각각 포함한다.
S10 내지 S40을 수행하는 경우, 상술한 본 발명의 제1 실시예 내지 제4 실시예에 따른 가스 센서 패키지를 제조할 수 있다. 이때, 반도체 기판(1), 재배선층(2), 전극 패드(3), 패시베이션층(4) 및 접속 전극(6)의 구성은 가스 센서 패키지 및 가스 센서 웨이퍼 패키지에서 상술한 바와 같으므로, 이하 이들에 대한 설명은 생략하도록 한다.
다만, 감지층(5)의 보호 기능 강화를 위해, S20은 단차 형상의 단차부(40)를 구비한 패시베이션층(4)을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, S30은 단차부(40) 내에 감지층(5)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 이때, S20은 접속 전극(6)들 사이에 단차부(40)를 형성하되 단차부(40) 외의 단차부(40) 주변 패시베이션층(4) 영역 상에 각 접속 전극(6)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
한편, 상술한 본 발명의 제5 실시예에 따른 가스 센서 패키지를 제조하려는 경우, S30은 각 가스 센서 패키지의 영역 내에서 서로 다른 복수의 감지층(5)을 형성하는 단계를 포함한다. 또한, S40은 서로 나란하게 배열되고 서로 다른 감지층(5)을 구비하되 공통의 반도체 기판(1)을 사용하는 복수의 가스 센서 구조체가 각 가스 센서 패키지에 포함되도록 각 가스 센서 패키지를 절단하는 단계를 포함한다. 이때, 각 가스 센서 구조체는 공통의 반도체 기판(1), 재배선층(2), 전극 패드(3), 패시베이션층(4), 감지층(5) 및 접속 전극(6)을 각각 포함한다.
또한, POP(Package on Package) 형태의 패키지, 즉 상술한 본 발명의 제6 실시예 또는 제7 실시예에 따른 가스 센서 패키지를 제조하려는 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 가스 센서 패키지의 제조 방법은 S40 이후에 수행되는 적층 단계를 더 포함한다.
즉, 적층 단계는 S40에 의해 절단된 복수의 가스 센서 패키지를 서로 적층시키는 단계이다. 이때, 적층된 각 가스 센서 패키지는 서로 다른 감지층(5)을 포함하는 것이 바람직하다
특히, 적층 단계에 따른 각 가스 패키지의 적층을 위해, 최상부 및 중간에 배치되는 가스 센서 패키지는 본 발명의 제3 실시예에 따른 가스 센서 패키지로 이루어지는 것이 바람직하다. 즉, S20는 최상부 및 중간에 배치되는 가스 센서 패키지에 대해서 관통 전극(7VA) 및 범프 금속층(8VA)을 더 형성하는 단계를 포함한다. 이에 따라, 적층 단계는 제2 가스 센서 패키지의 상부에 마련된 제1 가스 센서 패키지의 관통 전극(7VA)을 제1 가스 센서 구조체의 범프 금속층(8VA)을 통해 제2 가스 센서 구조체의 제2 접속 전극(6VB)에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관하여 설명하였으나 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되지 않으며, 후술되는 특허청구의 범위 및 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: 반도체 기판 2, 21, 22: 재배선층
3: 전극 패드 4, 41, 42, 43, 44, 45: 패시베이션층
5: 감지층 6: 접속 전극
7: 관통 전극 8: 범프 금속층
10: 반도체 웨이퍼 40: 단차부
61: 언더범프금속층 62: 범프
63: Cu 포스트 64: 솔더 캡

Claims (14)

  1. 가스 센서 패키지로서,
    반도체 기판;
    반도체 기판 상에 마련되며, 감지층에 전기적으로 연결되어 가스 감지 신호를 전달하는 재배선층;
    재배선층을 덮도록 마련된 패시베이션층;
    패시베이션층 상에 노출되도록 마련되어 가스를 감지하는 감지층; 및
    재배선층에 전기적으로 연결되며, 외부 단자와 연결 가능하도록 패시베이션층 상에 노출되도록 마련된 복수의 접속 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패시베이션층은 단차 형상으로 형성된 단차부를 구비하며,
    상기 감지층은 단차부 내에 마련되는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 각 접속 전극은 단차부 주변 패시베이션층 영역 상에 구비되며,
    상기 단차부는 접속 전극들 사이에 구비되는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 접속 전극은,
    재배선층에 전기적으로 연결되며, 패시베이션층 상에 노출된 언더범프금속층; 및
    언더범프금속층에 전기적으로 연결되며, 언더범프금속층 상에 마련된 범프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접속 전극은,
    재배선층에 전기적으로 연결되며, 패시베이션층 상에 노출되되 일정 높이를 가지는 Cu 포스트; 및
    Cu 포스트와 전기적으로 연결되며 Cu 포스트 상에 구비된 솔더 캡;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 반도체 기판, 상기 재배선층, 상기 패시베이션층, 상기 감지층 및 상기 접속 전극을 각각 구비하되 서로 다른 감지층을 구비하고 서로 적층되게 배열된 복수의 가스 센서 패키지를 포함하며,
    제2 가스 센서 패키지의 상부에 적층된 제1 가스 센서 패키지는 자신의 반도체 기판을 관통하며, 자신의 재배선층 및 제2 가스 센서 구조체의 접속 전극에 전기적으로 연결되는 관통 전극을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 재배선층, 상기 패시베이션층, 상기 감지층 및 상기 접속 전극을 각각 구비하되 서로 다른 감지층을 구비하고 서로 나란하게 배열된 복수의 가스 센서 구조체를 포함하며,
    각 가스 센서 구조체는 서로 공통으로 사용하는 상기 반도체 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지.
  8. 반도체 웨이퍼;
    반도체 웨이퍼 상에 마련되며, 감지층에 전기적으로 연결되어 가스 감지 신호를 전달하는 재배선층;
    재배선층을 덮도록 마련된 패시베이션층;
    패시베이션층 상에 노출되도록 마련되어 가스를 감지하는 감지층; 및
    재배선층에 전기적으로 연결되며, 외부 단자와 연결 가능하도록 패시베이션층 상에 노출되도록 마련된 복수의 접속 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 웨이퍼 레벨 패키지.
  9. (a) 반도체 웨이퍼를 준비하는 단계;
    (b) 반도체 웨이퍼 상에 마련되어 가스 감지 신호를 전달하는 재배선층과, 재배선층을 덮도록 마련된 패시베이션층과, 재배선층에 전기적으로 연결되며 외부 단자와 연결 가능하도록 패시베이션층 상에 노출되도록 마련되는 복수의 접속 전극을 각각 형성하는 단계;
    (c) 재배선층에 전기적으로 연결되고 패시베이션층 상에 노출되도록 마련되는 가스를 감지하는 감지층을 형성하는 단계; 및
    (d) 반도체 기판, 재배선층, 패시베이션층, 감지층 및 접속 전극을 포함하는 각 가스 센서 패키지를 절단하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지의 제조 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 단차 형상의 단차부를 구비한 패시베이션층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 (c) 단계는 단차부 내에 감지층을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지의 제조 방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 접속 전극들 사이에 단차부를 형성하되 단차부 주변 패시베이션층 영역 상에 각 접속 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지의 제조 방법.
  12. 제9항에 있어서,
    (e) 서로 다른 감지층을 구비한 복수의 가스 센서 패키지를 서로 적층시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 반도체 기판을 관통하며 재배선층에 전기적으로 연결되는 관통 전극을 형성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 (e) 단계는 제2 가스 센서 패키지의 상부에 적층된 제1 가스 센서 패키지의 관통 전극을 제2 가스 센서 패키지의 접속 전극에 전기적으로 연결하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지의 제조 방법.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 각 가스 센서 패키지의 영역 내에서 서로 다른 복수의 감지층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 (d) 단계는 서로 나란하게 배열되고 서로 다른 감지층을 구비하되 공통의 반도체 기판을 사용하는 복수의 가스 센서 구조체가 각 가스 센서 패키지에 포함되도록 각 가스 센서 패키지를 절단하는 단계를 포함하며,
    상기 각 가스 센서 구조체는 공통의 반도체 기반, 재배선층, 패시베이션층, 감지층 및 접속 전극을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는 가스 센서 패키지.
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