KR20200119464A - 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이 및 이의 패키징 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이에 있어서, 수평 방향 및/또는 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 배열되는 복수개의 압력 센서; 와 상기 복수개의 압력 센서 하부에 형성되는 압력 전달층; 및 상기 복수개의 압력 센서와 상기 압력 전달층 사이에 형성되는 감지막을 포함하되, 상기 복수개의 압력 센서 각각은, 상기 감지막에 인접하여 실리콘 나노와이어가 형성되고, 상기 압력 전달층을 통해 외부로부터 진동이 상기 감지막에 전달되면, 상기 진동에 의해 상기 실리콘 나노와이어의 저항이 변화된다.

Description

맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이 및 이의 패키징 방법{PRESSURE SENSOR ARRAY FOR MEASURING A PULSE WAVE AND PACKAGING METHOD OF THEREOF}

본 발명은 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이 및 이의 패키징 방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로 정확하게 맥파를 측정할 수 있고 공정 과정과 비용을 줄일 수 있는 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이 및 이의 패키징 방법에 관한 것이다.

한의학에서는 환자를 진맥하고, 진맥 결과에 기초하여 건강상태를 진단한다. 기존에는 한의사가 직접 환자의 손목을 진맥하였다. 이 경우, 한의사는 환자의 손목에 손가락을 접촉하여 맥이 뛰는 지점을 찾아내고, 해당 지점의 맥의 세기를 판단한다. 그러나, 이러한 측정방법은 한의사의 주관에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 최근에는 객관적이고 정확한 진맥 결과를 도출하기 위해 진맥기를 이용하여 환자를 진맥하고 있다. 진맥기는 맥파 측정용 압력 센서를 통해 환자의 맥파와 맥압을 측정한다.

도 1a 내지 도 1c는 일반적인 맥파 측정용 압력 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.

구체적으로, 도 1a는 압력 센서의 외관을 도시하고, 도 1b는 압력 센서의 연결 구조를 정면에서 바라본 도면이고, 도 1c는 압력 센서의 패키징 구조를 측면에서 바라본 도면이다.

도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 일반적인 맥파 측정용 압력 센서(100)는 와이어 본딩 공정에 의해 패키징된다. 이 경우, 센서의 전극 패드 (105)와 PCB 전극(120)을 와이어(110)로 연결한다.

도 1c에 도시된 바와 같이, 와이어 본딩 후에는 압력 센서(100) 상단에 압력 전달 물질(140)을 도포한다. 압력 전달 물질(140)은 부드러운 재질로 구성되며, 맥파에 의한 기계적인 진동을 압력 센서(100)의 감지막(sensing membrane)(130)으로 전달한다.

도 2는 일반적인 맥파 측정용 압력 센서를 이용하여 맥파를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

맥파 측정용 압력 센서(100)를 이용하여 요골동맥에서 맥파를 측정할 수 있다. 손목의 요골 동맥에서의 혈류의 흐름에 의한 맥파를 용이하게 측정하기 위해서는, 압력 센서(100)를 가능한 한 요골 동맥 근처에 위치시키는 것이 좋다. 그러나, 한 개의 압력 센서(100)를 이용할 경우, 압력 센서(100)를 배치하고 정렬시키는 과정에 상당한 시간이 소요되어 효율적이지 못하다. 따라서, 복수개의 압력 센서(100)가 배열되는 센서 어레이를 사용하는 것이 효과적이다.

도 3은 일반적인 압력 센서 어레이의 전극 연결 구조를 도시한 도면이다.

만일 도 1b에 도시된 바와 같이 한 개의 압력 센서(100)를 연결하는 경우, 전극의 개수가 많지 않기 때문에 와이어 본딩이 어렵지 않다.

그러나, MХN matrix의 형태로 압력 센서 어레이를 구성할 경우, matrix의 수가 증가함에 따라 연결해야 하는 전극의 수는 기하급수적으로 증가하게 되어 와이어 본딩에 의해 전극을 연결하는 것이 매우 어렵게 된다.

도 3을 참조하면, 개별 압력 센서(100)의 전극 패드(105)의 수가 4개인 3Х3 압력 센서 어레이(300)에 대한 와이어 본딩 구조가 도시되어 있다. 이 경우, 압력 센서(100)의 개수는 9개에 불과하지만, 전극 패드(105)의 수는 36개나 되기 때문에, 와이어들 간에 간섭 없이 와이어 본딩 공정을 수행하는 것은 불가능하다.

본 발명은 압력 센서의 개수 및 간격에 제한 없이 압력 센서 어레이를 구성할 수 있는 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이 및 이의 패키징 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 고감도의 실리콘 나노와이어 압저항 소자를 이용한 압력 센서로 구성되는 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이 및 이의 패키징 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

나아가, 본 발명은 제작된 압력 센서 어레이를 효과적으로 PCB 기판에 패키징할 수 있는 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이 및 이의 패키징 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재에 의해 제안되는 실시 예들이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이는, 수평 방향 및/또는 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 배열되는 복수개의 압력 센서; 와 상기 복수개의 압력 센서 하부에 형성되는 압력 전달층; 및 상기 복수개의 압력 센서와 상기 압력 전달층 사이에 형성되는 감지막을 포함하되, 상기 복수개의 압력 센서 각각은, 상기 감지막에 인접하여 실리콘 나노와이어가 형성되고, 상기 압력 전달층을 통해 외부로부터 진동이 상기 감지막에 전달되면, 상기 진동에 의해 상기 실리콘 나노와이어의 저항이 변화된다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이의 패키징 방법은, 제1기판 표면에 감지막을 형성하는 단계; 와 상기 제1기판 내부에 실리콘 나노와이어를 형성하는 단계; 와 상기 제1기판을 뒤집어 식각하여, 복수개의 압력 센서를 구성하는 단계; 및 상기 제1기판의 표면에 센서 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 실시 예들에 의하면, 압력 센서의 개수 및 간격에 제한 없이 맥파 측정용 압력 센서 어레이를 구성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 실시 예들에 의하면, 기존의 불순물 확산에 의한 압저항 소자 대신 고감도의 실리콘 나노와이어 압저항 소자를 이용함으로써 맥파 측정 성능을 극대화할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 실시 예들에 의하면, 와이어 본딩 대신 플립 칩 본딩을 이용함으로써 패키징 시간 및 공정 비용을 크게 줄일 수 있다.

도 1a 내지 도 1c는 일반적인 맥파 측정용 압력 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 일반적인 맥파 측정용 압력 센서를 이용하여 맥파를 측정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 일반적인 압력 센서 어레이의 전극 연결 구조를 도시한 도면이다.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 6a와 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 구조를 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8m은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 방법에 의해 제작된 압력 센서의 측면 사시도를 도시한다.
도 10은 도 9에 의해 제작된 실리콘 나노와이어 압력 센서를 이용하여 맥파를 감지하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 과정을 도시한 도면이다.

이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나 본 발명의 기술적 사상이 이하에서 기술되는 실시예들에 의하여 제한되는 것은 아니며, 또 다른 구성요소의 추가, 변경 및 삭제 등에 의해서 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예들을 용이하게 제안할 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 해당 기술과 관련하여 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특별한 경우에는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 상세히 기재하였다. 그러므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 함을 미리 밝혀둔다. 이하에서 기술하는 설명에 있어서, 단어 '포함하는'은 열거된 것과 다른 구성요소들 또는 단계들의 존재를 배제하지 않는다.

도 4a와 도 4b는 본 발명의 일 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 구조를 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 압력 센서 어레이(400)는, 해당 압력 센서 어레이(400)의 외곽에 개별 센서의 전극 패드(105)가 배치되고, 전극 패드(105) 로부터 개별 압력 센서까지는 내부 전극 라인을 통해 연결될 수 있다.

이 경우, 외곽에 배치된 전극 패드(105)는 PCB 전극(120)과 와이어 본딩에 의해 연결될 수 있다.

도 4a를 참조하면, 개별 센서를 구성하는 전극 패드(105)들은 균등 간격으로 배열되지 않고, 압력 센서 어레이(400)의 외곽에 배치된다. 도시된 점선 라인은, 전극 패드(105)로부터 압력 센서까지 연결되는 내부 전극 라인이다.

이후, 도 4b에 도시된 바와 같이, 각각의 전극 패드(105)는 대응하는 PCB 전극(120)과 와이어(110)에 의해 연결된다.

이에 의하면, 압력 센서 어레이(400)의 최외곽에 배치된 PCB 전극(120)과 이에 근접한 외곽에 배치된 전극 패드(105) 간에 와이어 본딩이 수행되게 되어, 전극 연결 구조가 단순화된다. 따라서, 압력 센서 어레이(400)를 구성하는 압력 센서(100)의 수가 증가함에 따라 와이어 본딩에 의한 전극 연결이 어려워지는 문제점을 해결할 수 있다.

도 5는 본 발명의 일 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 방법을 설명하기 위한 도면이다.

압력 센서 어레이(500)의 상단은 압력 전달 물질로 코팅될 수 있다. 여기서, 압력 전달 물질은 부드러운 재질로 구성되며, 맥파에 의한 기계적인 진동을 압력 센서(100)의 감지막으로 전달할 수 있다.

압력 센서 어레이(500)는 복수개의 압력 센서(100)로 구성된다. 이 경우, 각각의 압력 센서(100)를 포함하는 영역은 셀로 정의될 수 있다. 도 5의 상단에 도시된 (a)를 참조하면, 압력 센서 어레이(500)는 3개의 셀로 구성된다.

압력 센서 어레이(500)의 압력 전달 물질은 셀 단위로 분리될 수 있다. 압력 센서 어레이(500)를 사용하여 맥파 측정 센서를 구성하는 경우, 요골 동맥으로부터 발생된 맥파가 압력 센서 어레이(500)로 전달될 때 셀 간에는 간섭(crosstalk)이 발생하게 된다. 따라서, 도 5의 하단에 도시된 (b)와 같이, 압력 전달 물질을 셀 단위로 분리하게 되면, 맥파 전달 시 발생하는 셀 간의 간섭을 최소화할 수 있다. 나아가, 압력 센서 어레이(500)는 셀 단위로 분리될 수도 있다. 구체적으로, 압력 센서 어레이(500)의 기판과 압력 전달 물질 모두가 셀 단위로 분리되어 소정 간격만큼 이격될 수도 있다.

도 6a와 도 6b는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 구조를 도시한 도면이다.

개별 압력 센서(100)를 포함하는 셀 간의 간섭을 방지하기 위하여, 패키징된 센서 어레이 상부에 형성된 압력 전달 물질을 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이 셀 단위로 분리할 수 있다. 이 경우, 다이싱(dicing) 장비 등을 이용하여 압력 전달 물질을 절단할 수 있다.

그러나, 도 4a에 도시된 바와 같이 센서 어레이 내부에 외부의 전극 패드(105)와 개별 센서를 연결하는 내부 전극 라인이 형성되어 있는 경우, 다이싱 장비로 압력 전달 물질을 절단할 경우 내부 전극 라인이 끊어지게 되는 문제점이 있다. 따라서, 이 경우 압력 센서 어레이의 구조는 도 4a와 다르게 구성되어야 한다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이(600)는, 개별 압력 센서(100)가 균일 간격으로 배치되고, 개별 압력 센서(100) 각각의 좌우측면에 PCB 전극(120)이 배치될 수 있다.

이 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이, 개별 압력 센서(100)의 전극 패드 (105)는 인접한 PCB 전극(120)과 와이어(110)에 의해 연결될 수 있다.

도 6a와 같이 개별 압력 센서(100)를 와이어 본딩하여 압력 센서 어레이 (600)를 형성하면, 도 6b와 같이 압력 전달 물질을 코팅한 후 다이싱함으로써 셀 단위로 분리할 수 있다.

개별 압력 센서(100)를 와이어 본딩해야 하기 때문에, 셀 사이의 간격은 넓어진다. 이 경우, 촘촘한 간격으로 맥파를 측정하는 것이 어렵다. 따라서, 센서 간의 간격(S)은 임계값 미만이 되도록 설정될 수 있다. 임계값은 측정 방법, 측정 대상 및 측정 환경 등에 대응하여 다르게 설정되는 실험값이다.

와이어 본딩을 이용하는 패키징 방법에서는 본딩된 와이어를 충분히 덮을 수 있는 두께(T)로 압력 전달 물질을 코팅하여야 한다. 압력 전달 물질이 두꺼울수록 맥파는 센서에 잘 전달되지 않는다. 따라서, 압력 전달 물질의 두께(T)는 본딩 와이어의 높이와 맥파 전달 정도를 고려하여 최적화된 값으로 설정될 수 있다. 이 경우, 맥파 전달 정도는 측정 방법, 측정 대상 및 측정 환경 등에 대응하여 달라질 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이(700)의 패키징 방법에 의하면, 플립칩 본딩에 의해 압력 센서 어레이(700)를 패키징할 수 있다.

플립칩 본딩은 반도체 칩을 기판에 부착할 때, 와이어를 사용하지 않고 전기적으로 연결되게 하는 방식이다. 이 경우, 반도체 칩의 표면에 전극이 되는 땜납 범프(bump)를 형성하여, 리드선을 사용하지 않고 범프를 매개로 하여 반도체 칩과 기판 상의 도체 단자를 접속하게 한다. 범프는 기판 상의 도체 단자에 위치를 맞춘 후 다시 녹여 직접 접속한다.

구체적으로, 압력 센서 어레이의 패키징 방법은, 제1기판 내부에 실리콘 나노와이어를 형성하는 단계; 제1기판과 제2기판을 본딩한 후 제1기판을 소정 두께로 연마하는 단계; 연마된 제1기판 표면에 센서 전극을 형성하는 단계; 본딩된 제2기판의 하부를 일정 깊이로 식각하여 일정 두께의 감지막을 형성하여, 복수개의 압력 센서를 구성하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 실리콘 나노와이어는 제1기판을 이방성 식각하여 소정 형상으로 형성한 면에 습식 산화막 형성 공정을 함으로써 형성될 수 있다.

이 경우, 상기 패키징 방법은, 제1기판에 대응하는 제2기판의 각 도체 단자에 솔더를 형성시키는 단계; 와 센서 전극이 각 도체 단자와 마주보도록 제1기판과 상기 제2기판을 정렬한 후 열을 가함으로써 제1기판과 제2기판을 본딩하는 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 패키징 방법은, 제1기판의 영역들 중 복수개의 압력 센서가 형성된 영역과 반대쪽에 위치한 영역에 압력 전달층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.

나아가, 상기 패키징 방법은, 압력 전달층을 복수개의 압력 센서 각각에 대응하여 분리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 도 7a 내지 도 7c를 이용하여 상세하게 설명한다.

도 7a를 참조하면, 압력 센서 어레이(700)를 제작한 후, 와이어 본딩 공정 대신 플립 칩 본딩(flip chip bonding) 공정을 이용하여 센서 어레이 전극(705)과 PCB 기판(710)의 전극(715)을 연결한다. 이 경우, 플립 칩 본딩 공정을 이용하므로, 본딩 패드가 PCB 기판(710) 쪽을 향하게 되고, 다이아프램은 상부를 향하게 된다.

압력 센서 어레이(700)와 PCB 기판(710)을 연결한 후, 도 7b에 도시된 바와 같이, 그 위에 압력 전달 물질을 형성한다. 이 경우, 본딩 와이어가 없기 때문이 압력 전달 물질을 얇게 형성할 수 있다. 또한, 본딩 와이어가 차지하는 평면 공간이 사라짐으로써, 압력 센서의 간격을 촘촘하게 배치할 수 있다.

도 7c에 도시된 바와 같이, 다이싱 공정을 이용하여 압력 전달 물질과 압력 센서를 셀 단위로 분리한다. 이 경우, 셀 간의 간섭을 방지할 수 있어, 압력 센서의 개수를 늘리거나 간격을 촘촘하게 배치할 수 있다. 또한, 본딩 와이어가 없기 때문에, 다이싱 공정을 이용하여 압력 전달 물질을 셀 단위로 분리하는 것이 용이해진다.

도 8a 내지 도 8m은 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 방법을 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이는 실리콘 나노와이어 기반의 압력 센서가 배열되는 형태일 수 있다. 여기서, 실리콘 나노와이어 기반의 압력 센서는, 실리콘 나노와이어 압저항 소자로 구성될 수 있다.

센서 어레이를 구성하는 개별 압력 센서는 종래의 확산에 의한 압력 센서 대신 고감도의 실리콘 나노와이어 압저항 소자를 이용함으로써, 맥파 감지 성능을 극대화할 수 있다.

구체적으로, 도 8a 내지 도 8f에는 기판에 실리콘 나노와이어를 제조하는 단계들이 도시된다.

도 8a는 기판을 준비하는 단계이다. 이 경우, 실리콘 기판은 소정 방향으로의 방향성(orientation)을 가진다.

도 8b는 도 8a의 기판 위에 실리콘 산화막 및 실리콘 질화막을 순차적으로 증착하는 단계이다. 이 경우 실리콘 산화막은 dry oxidation을 이용하여 증착한다. 실리콘 질화막은 감압 화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition: LPCVD)를 이용하여 증착한다.

도 8c는 실리콘 질화막과 실리콘 산화막을 순차적으로 식각하여 실리콘을 드러나게 하는 단계이다. 이를 위해, 도 8b의 기판 위에 감광막(photoresist)을 도포한 후, 사진식각공정(photolithography)을 통해 소정의 패턴을 형성한다. 이후 드러난 기판의 표면을 건식 식각(dry etch)하여 실리콘 질화막과 실리콘 산화막을 순차적으로 식각함으로써 실리콘을 드러나게 한다.

도 8d는 도 8c의 단계에 의해 표면으로 드러난 실리콘을 건식 식각 공정을 통해 일정 깊이로 식각하는 단계이다. 식각 공정이 끝난 후, 감광막은 제거한다.

도 8e는 실리콘 기판을 이방성 식각(anisotropic etch)하는 단계이다. 도 8d의 단계 이후, KOH 용액(또는 TMAH 용액)을 이용하여 실리콘 기판을 이방성 식각하여 모래시계 형상을 형성시킨다.

도 8f는 실리콘 나노와이어를 형성하는 단계이다. 도 8e의 단계에서 형성된 모래시계 모양의 구조물에 습식 산화막 형성 공정을 통해 실리콘 나노와이어를 형성한다.

도 8g는 도 8f의 기판을 측면에서 바라본 단면도이다. 이를 참조하면, 기판에 실리콘 나노와이어가 형성되어 있다.

도 8h와 도 8i는 캐리어 기판과 도 8g의 기판을 본딩하는 단계이다.

도 8h에 도시된 바와 같이, 별도로 준비한 캐리어 기판을 도 8g의 실리콘 나노와이어 기판 상단에 위치시키고, 두 기판 사이에 본딩 에폭시를 삽입하여 본딩한다. 이 경우, 본딩 에폭시를 삽입한 후 열과 압력을 가함으로써, 두 기판을 본딩할 수 있다.

실시 예에 따라, 이러한 방법 대신 웨이퍼 본딩은 fusion 본딩 공정을 이용할 수 있다. 또한, 두 기판 사이에 적절한 본딩용 재료를 형성함으로써 glass frit bonding, eutectic bonding 등을 이용할 수도 있다.

도 8i는 본딩 후 기판을 플립하는 단계이다. 도 8h 단계에 의해 두 기판이 본딩되면, 플립 칩 본딩을 위해 실리콘 나노와이어가 형성된 기판 측이 위로 오도록 본딩된 기판의 상하를 뒤집는다.

도 8j는 실리콘 나노와이어 형성 기판 측을 연마하는 단계이다. CMP(chemical mechanical polishing) 공정과 같은 표면연마 과정을 통해 실리콘 나노와이어 형성 기판 측을 일정 두께(d)로 연마한다.

도 8k는 기판의 표면에 전극을 형성하는 단계이다. 이 경우, 알루미늄 등과 같은 금속을 증착, 패터닝, ohmic contact 형성을 위해 전극 형성 부위에 고농도 이온 주입, 실리사이드 형성, 열처리 등을 수행한다.

한편, 플립 칩 본딩을 수행하는 경우, 센서 전극 패드와 PCB 전극 간의 본딩이 솔더 볼의 용융에 의해 이루어진다. Al 전극은 이 과정에서 consumption이 심해 본래의 전극 패드의 모양을 유지하기 어렵다. 따라서 Al 전극 상부에 Ni과 같이 consumption이 심하지 않은 메탈을 형성시키는 단계를 더 수행할 수 있다.

도 8l은 본딩 기판 상부의 실리콘을 건식 식각하여 상부 다이아프램 및 실리콘 나노와이어 압저항 소자를 형성하는 단계이다.

도 8m은 본딩 기판 하부의 실리콘을 건식 식각하여 하부 다이아프램을 형성하는 단계이다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 방법에 의해 제작된 압력 센서의 측면 사시도를 도시한다.

앞서 설명한 도 8a 내지 도 8m에 의한 패키징 과정에 의해, 실리콘 나노와이어 기반의 압력 센서가 제작될 수 있다. 이 경우, 실리콘 나노와이어 기반의 압력 센서는 실리콘 나노와이어 압저항 소자로 구성될 수 있다.

도 9를 참조하면, 압력 센서의 내부에는 실리콘 나노와이어가 형성되며, 외부에는 전극 패드가 형성된다. 이에 의하면, 압력 센서는 고감도의 실리콘 나노와이어 압저항 소자를 이용함으로써 맥파 감지 성능을 극대화할 수 있다.

도 9에 도시된 압력 센서는 압력 센서 어레이를 구성할 수 있다. 이 경우, 압력 센서 어레이는, 복수개의 압력 센서와 압력 전달층 및 감지막을 포함할 수 있다.

복수개의 압력 센서는 수평 방향 및/또는 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 배열될 수 있다.

이 경우, 복수개의 압력 센서 각각은 감지막에 인접하여 실리콘 나노와이어가 형성될 수 있다. 이 경우, 압력 전달층을 통해 외부로부터 진동이 감지막에 전달되면, 진동에 의해 실리콘 나노와이어의 저항이 변화될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 복수개의 압력 센서 각각은 제1기판 상에 배치되고, 제1기판은 복수개의 압력 센서 각각에 대응하여 복수개의 영역으로 분리될 수 있다. 이 경우, 복수개의 영역은 각각은 소정 간격으로 이격될 수 있다.

압력 전달층은 복수개의 압력 센서 하부에 형성될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 압력 전달층은 복수개의 압력 센서 각각에 대응하여 분리될 수 있다.

감지막은 복수개의 압력 센서와 압력 전달층 사이에 형성될 수 있다.

압력 센서 어레이는 플립 칩 본딩에 의해 연결될 수 있다.

이 경우, 복수개의 압력 센서 각각에는 센서 전극이 형성되고, 센서 전극은 압력 센서 어레이와 대응되는 PCB 기판의 도체 단자와 와이어 없이 플립 칩 본딩에 의해 연결될 수 있다.

도 10은 도 9에 의해 제작된 실리콘 나노와이어 압력 센서를 이용하여 맥파를 감지하는 원리를 설명하기 위한 도면이다.

실리콘 나노와이어 압력 센서의 하부에는 도 10에 도시된 바와 같이 압력 전달 물질이 형성되어 있다. 요골동맥에서의 혈액의 흐름에 의한 맥압에 의해 진동이 압력 전달 물질을 매개로 하여 압력 센서(1000)의 감지막(sensing membrane)에 전달된다. 전달된 진동은 감지막에 밀착되어 부착된 실리콘 나노와이어에 기계적인 응력(mechanical stress)을 발생시켜 저항의 변화를 가져오게 된다. 이 경우, 실리콘 나노와이어의 저항 변화를 전기신호로 변환함으로써 맥파를 감지할 수 있게 된다.

도 11a 내지 도 11f는 본 발명의 또 다른 실시 예에 의한 압력 센서 어레이의 패키징 과정을 도시한 도면이다.

도 11a는 실리콘 나노와이어 압력 센서 어레이 기판(1100)을 도시한다. 이로부터 소정 개수의 압력 센서를 포함하는 기판 영역이 다이싱된다.

도 11b는 기판으로부터 다이싱 공정으로 분리된 실리콘 나노와이어 압력 센서 어레이(1100) 소자를 도시한다. 실리콘 나노와이어 압력 센서 어레이(1100) 소자가 준비되면, 플립 칩 본딩을 위해 상하를 뒤집는다. 이에 의해, 기판 영역은 수직 평면 상에서 위쪽에 위치하고, 압력 센서 영역은 아래쪽에 위치하게 된다.

도 11c 내지 도 11f는 도 11b에 의해 준비된 소자를 이용한 패키징 과정을 도시한다.

도 11c는 실리콘 나노와이어 압력 센서와 PCB 기판을 본딩하는 단계이다.

상단에 도시된 도면과 같이, 플립 칩 본딩을 위해 PCB 기판의 각 전극에 솔더(solder)를 형성시킨다. 이후, 실리콘 나노와이어 압력 센서 어레이(1100)와 PCB 기판을 정렬하고 열을 가함으로써, 하단에 도시된 도면과 같이 두 기판을 본딩한다.

압력 센서 어레이(1100)의 최외곽에는. 센서 어레이와 PCB 기판의 결합력을 높일 수 있도록 별도의 더미 전극(Dummy electrodes)을 형성할 수 있다.

도 11d는 압력 전달 물질을 형성하는 과정이다.

실리콘 나노와이어 압력 센서 어레이(1100)와 PCB 기판이 본딩되면, 도 11d에 도시된 바와 같이 센서 어레이의 뒷면에 압력 전달 물질을 형성한다.

도 11e는 압력 전달 물질을 분리하는 과정이다. 맥파 측정 시 압력 센서 셀들 간의 간섭을 최소화하기 위하여, 도 11e에 도시된 바와 같이 다이싱 공정을 이용하여 압력 전달 물질을 분리한다.

도 11f는 보호 물질을 코팅하는 단계이다. 압력 센서 어레이의 표면 보호를 위하여, 보호 물질을 코팅할 수 있다. 이 경우, 보호 물질은 압력 전달 물질의 경도보다 낮은 것을 사용할 수 있다.

이와 같이, 플립 칩 본딩을 사용하는 패키징 방법에 의하면, 복수개의 압력 센서를 동시에 PCB 기판에 본딩하는 것이 가능하다. 또한, 본딩 시 와이어를 사용하지 않음으로써, 와이어 본딩에 의한 패키징 방법의 단점을 극복할 수 있다.

한편, 전술한 방법은 컴퓨터에서 실행될 수 있는 프로그램으로 작성 가능하고, 컴퓨터 판독 가능 매체를 이용하여 상기 프로그램을 동작시키는 범용 디지털 컴퓨터에서 구현될 수 있다. 또한, 상술한 방법에서 사용된 데이터의 구조는 컴퓨터 판독 가능 매체에 여러 수단을 통하여 기록될 수 있다. 본 발명의 다양한 방법들을 수행하기 위한 실행 가능한 컴퓨터 프로그램이나 코드를 기록하는 기록 매체는, 반송파(carrier waves)나 신호들과 같이 일시적인 대상들은 포함하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드 디스크 등), 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디 롬, DVD 등)와 같은 저장 매체를 포함할 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 범위 내에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100, 1000: 압력 센서 105: 전극 패드
110: 와이어 120: PCB 전극
300, 400, 500, 600, 700, 1100: 압력 센서 어레이

Claims (9)

1. 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이에 있어서,
   수평 방향 및/또는 수직 방향 중 적어도 하나의 방향으로 배열되는 복수개의 압력 센서;
   상기 복수개의 압력 센서 하부에 형성되는 압력 전달층; 및
   상기 복수개의 압력 센서와 상기 압력 전달층 사이에 형성되는 감지막을 포함하되,
   상기 복수개의 압력 센서 각각은,
   상기 감지막에 인접하여 실리콘 나노와이어가 형성되고, 상기 압력 전달층을 통해 외부로부터 진동이 상기 감지막에 전달되면, 상기 진동에 의해 상기 실리콘 나노와이어의 저항이 변화되는, 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압력 전달층은,
   상기 복수개의 압력 센서 각각에 대응하여 분리되는, 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이.
3. 상기 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 압력 센서 각각은 제1기판 상에 배치되고,
   상기 제1기판은 상기 복수개의 압력 센서 각각에 대응하여 복수개의 영역으로 분리되고, 상기 복수개의 영역은 각각 소정 간격으로 이격되는, 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이.
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수개의 압력 센서 각각에는 센서 전극이 형성되고,
   상기 센서 전극은 상기 압력 센서 어레이와 대응되는 제2기판의 도체 단자와 플립 칩 본딩에 의해 연결되는 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이.
5. 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이의 패키징 방법에 있어서,
   제1기판 내부에 실리콘 나노와이어를 형성하는 단계;
   상기 제1기판과 제2기판을 본딩한 후 상기 제1기판을 소정 두께로 연마하는 단계;
   연마된 상기 제1기판 표면에 센서 전극을 형성하는 단계; 및
   본딩된 상기 제2기판의 하부를 일정 깊이로 식각하여 일정 두께의 감지막을 형성함으로써, 복수개의 압력 센서를 구성하는 단계를 포함하는 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이의 패키징 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 제1기판에 대응하는 제2기판의 각 도체 단자에 솔더를 형성시키는 단계;
   상기 센서 전극이 상기 각 도체 단자와 마주보도록 상기 제1기판과 상기 제2기판을 정렬한 후 열을 가함으로써 상기 제1기판과 상기 제2기판을 본딩하는 단계를 더 포함하는 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이의 패키징 방법.
7. 제6항에 있어서,
   제1기판의 영역들 중 상기 복수개의 압력 센서가 형성된 영역과 반대쪽에 위치한 영역에 압력 전달층을 형성하는 단계를 더 포함하는 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이의 패키징 방법.
8. 제7항에 있어서,
   상기 압력 전달층을 상기 복수개의 압력 센서 각각에 대응하여 분리하는 단계를 더 포함하는 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이의 패키징 방법.
9. 제5항에 있어서,
   상기 제1기판을 이방성 식각하여 소정 형상으로 형성한 면에 습식 산화막 형성 공정을 하여 상기 실리콘 나노와이어를 형성하는, 맥파 측정을 위한 압력 센서 어레이의 패키징 방법.

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