KR20210143717A - Mems 가스센서 실장체 - Google Patents
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Abstract
MEMS 가스 센서칩을 보호하는 캡 등이 불필요하고, 용이하게 박형화를 할 수 있는 MEMS 가스센서 실장체를 제공한다. 캐비티를 갖는 베이스와 캐비티를 덮도록 베이스 상에 설치된 캐비티에 연결되는 개구부를 갖는 절연막과, 절연막의 캐비티 상방의 영역 상에 설치된 감응 가스부와, 절연막의 캐비티의 상방을 제외한 영역 상에 설치된 감응 가스부에 접속된 복수의 패드를 갖는 MEMS 가스 센서칩과, 가스 도입로와, 복수의 접속단자를 갖는 프린트 기판을 구비하고, 캐비티와 가스 도입로가 평면으로 보면 겹치고, 복수의 패드와 복수의 접속단자가 전기적으로 접속되도록 MEMS 가스 센서칩이 프린트 기판에 실장된다.
Description
본 발명은 MEMS 가스센서 실장체에 관한 것이다.
MEMS 가스 센서칩을 실장 기판에 실장하는 형태로서, 예를 들어, 특허문헌 1에 개시되는 형태가 있다(도 7 참조). 이 MEMS 가스 센서칩 실장체(100)는 개구부(320)가 설치된 실장 기판(300)에 MEMS 가스 센서칩(200)이 실장되고, 캡(400)으로 사방을 덮은 형태이다(도 7의 (b) 참조). MEMS 가스 센서칩(200)은, 관통공(211)을 갖는 베이스(210)와, 관통공을 덮도록 형성된 절연막(220)과, 절연막 상이며 관통공의 상방에 위치하는 감응 가스재(230)와, 절연막 상이며 관통공의 상방을 제외한 영역에 위치하여 감응 가스재에 접속된 복수의 패드(240)를 구비하고 있다(도 7의 (a) 참조). 실장 기판의 개구부(320)에 감응 가스재(230)가 위치하도록, 패드(240)와 실장 기판에 설치된 접속단자(310)가 전기적으로 접속되어 있다. 이러한 MEMS 가스센서 실장체는 캡으로 덮여 있으므로, 감응 가스재에 먼지나 유분이 부착되는 것을 방지할 수 있다.
그러나, 종래와 같은 MEMS 가스센서 실장체는 베이스의 관통공을 덮도록 절연막이 형성되어 있기 때문에, 감응 가스재가 설치된 영역의 절연막이 매우 두께가 작다. 절연막의 파손 등을 방지하기 위해서 캡은 필수이고, 따라서, MEMS 가스센서 실장체의 박형화에 한계가 있다는 문제가 있었다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로, MEMS 가스 센서칩을 보호하는 캡 등이 불필요하고, 용이하게 박형화를 할 수 있는 MEMS 가스센서 실장체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
이하, 과제를 해결하기 위한 수단으로서 복수의 태양을 설명한다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체는, 캐비티를 갖는 베이스와, 캐비티를 덮도록 설치되어 캐비티에 연결되는 개구부를 갖는 절연막과, 캐비티의 상방에 위치하는 감응 가스부와, 절연막 상이며 캐비티의 상방을 제외한 영역에 위치하여 감응 가스부에 접속된 복수의 패드를 구비한 MEMS 가스 센서칩과,
복수의 접속단자와, 복수의 미세공을 갖는 실장 기판을 포함하고,
미세공이 형성된 영역에 감응 가스부가 위치하도록 패드와 접속단자가 전기적으로 접속되어 있는 것이다.
실장 기판의 미세공이 형성된 영역의 두께는 미세공이 형성된 영역 이외의 두께보다 작아도 좋다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체는,
캐비티를 갖는 베이스와, 캐비티를 덮도록 설치되어 캐비티에 연결되는 개구부를 갖는 절연막과, 캐비티의 상방에 위치하는 감응 가스부와, 절연막 상이며 캐비티의 상방을 제외한 영역에 위치하여 감응 가스부에 접속된 복수의 패드를 구비한 MEMS 가스 센서칩과,
관통공을 갖는 베이스 필름과, 베이스 필름 상에 설치된 복수의 접속단자와, 관통공을 덮도록 베이스 필름 상에 설치되어 접속단자로부터 절연된 금속 메쉬부를 구비한 플렉시블 프린트 배선판을 포함하고,
금속 메쉬부가 형성된 영역에 감응 가스부가 위치하도록, 패드와 접속단자가 전기적으로 접속되어 있는 것이다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체는,
캐비티를 갖는 베이스와, 캐비티를 덮도록 설치되어 캐비티에 연결되는 개구부를 갖는 절연막과, 캐비티의 상방에 위치하는 감응 가스부와, 절연막 상이며 캐비티의 상방을 제외한 영역에 위치하여 감응 가스부에 접속된 복수의 패드를 구비한 MEMS 가스 센서칩과,
복수의 접속단자와 적어도 1개의 홈을 갖는 실장 기판을 포함하고,
캐비티와 홈이 평면으로 보면(平面視) 겹치도록, 패드와 접속단자가 전기적으로 접속되어 있는 것이다.
실장 기판은 감응 가스부가 위치하는 영역에 더 오목부를 갖고, 오목부는 홈과 연결되어 있는 것이라도 좋다.
패드와 접속단자와의 접속부분의 주위는 수지로 봉지되어 있어도 좋다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체는,
캐비티를 갖는 베이스와, 캐비티를 덮도록 베이스 상에 설치된, 캐비티에 연결되는 개구부를 갖는 절연막과, 절연막의 캐비티의 상방의 영역 상에 설치된 감응 가스부와, 절연막의 캐비티의 상방을 제외한 영역 상에 설치된 감응 가스부에 접속된 복수의 패드를 갖는 MEMS 가스 센서칩과,
가스 도입로와, 복수의 접속단자를 갖는 프린트 기판을 구비하고,
캐비티와 가스 도입로가 평면으로 보면 겹치고, 복수의 패드와 복수의 접속단자가 전기적으로 접속되도록 MEMS 가스 센서칩이 프린트 기판에 실장된 것이다.
프린트 기판은 복수의 접속단자로부터 절연되고, 프린트 기판 상에 설치된 복수의 금속선으로 구성된 금속 메쉬부를 더 구비하고, 복수의 금속선이 복수의 미세공을 부분적으로 덮는 것이라도 좋다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체는 MEMS 가스 센서칩을 보호하는 캡 등이 불필요하고, 용이하게 박형화를 할 수 있다.
도 1의 (a)는, MEMS 가스 센서칩의 일례를 나타내는 모식적인 단면도, (b)는, MEMS 가스센서 실장체의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 2의 (a)는, MEMS 가스 센서칩의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도, (b) 내지 (d)는, MEMS 가스 센서칩의 캐비티의 형상의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 3은, MEMS 가스 센서칩의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 4는, 실장 기판의 미세공 형성영역이 나타내는 형상의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 5는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 6은, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 7은, 종래의 MEMS 가스센서 실장체를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 8의 (a)는, MEMS 가스 센서칩의 일례를 나타내는 모식적인 단면도(도 3의 A-A 단면), (b)는, MEMS 가스센서 실장체의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 9는, 플렉시블 프린트 배선판의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 10은, 플렉시블 프린트 배선판에 형성된 관통공의 형상의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 11은, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 12는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 13은, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 14는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 15는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 16은, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 17의 (a)는, MEMS 가스 센서칩의 일례를 나타내는 모식적인 단면도(도 3의 A-A 단면), (b)는, MEMS 가스센서 실장체의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이다(도 18의 (a)의 A-A 단면도).
도 18의 (a)는, MEMS 가스센서 실장체의 일례를 나타내는 모식적인 평면도, (b)는, (a)의 B-B 단면도이다.
도 19는, 실장 기판에 형성된 홈의 형상의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 20은, 실장 기판에 형성된 홈의 형상의 다른 예를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 21은, 실장 기판에 형성된 홈의 형상의 다른 예를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 22는, 실장 기판에 형성된 홈의 형상의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 23의 (a)는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 평면도, (b)는, (a)의 A-A 단면도이다.
도 24는, 실장 기판에 형성된 홈과 오목부의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 25의 (a)는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 평면도, (b)는, (a)의 A-A 단면도이다.
도 26의 (a)는, MEMS 가스센서 실장체의 일례를 나타내는 모식적인 단면도(도 26의 (b)의 A-A 단면도), (b)는, 프린트 기판의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 2의 (a)는, MEMS 가스 센서칩의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도, (b) 내지 (d)는, MEMS 가스 센서칩의 캐비티의 형상의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 3은, MEMS 가스 센서칩의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 4는, 실장 기판의 미세공 형성영역이 나타내는 형상의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 5는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 6은, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 7은, 종래의 MEMS 가스센서 실장체를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 8의 (a)는, MEMS 가스 센서칩의 일례를 나타내는 모식적인 단면도(도 3의 A-A 단면), (b)는, MEMS 가스센서 실장체의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 9는, 플렉시블 프린트 배선판의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 10은, 플렉시블 프린트 배선판에 형성된 관통공의 형상의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 11은, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 12는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 13은, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 14는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 15는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 16은, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 17의 (a)는, MEMS 가스 센서칩의 일례를 나타내는 모식적인 단면도(도 3의 A-A 단면), (b)는, MEMS 가스센서 실장체의 일례를 나타내는 모식적인 단면도이다(도 18의 (a)의 A-A 단면도).
도 18의 (a)는, MEMS 가스센서 실장체의 일례를 나타내는 모식적인 평면도, (b)는, (a)의 B-B 단면도이다.
도 19는, 실장 기판에 형성된 홈의 형상의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 20은, 실장 기판에 형성된 홈의 형상의 다른 예를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 21은, 실장 기판에 형성된 홈의 형상의 다른 예를 나타내는 모식적인 평면도이다.
도 22는, 실장 기판에 형성된 홈의 형상의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 23의 (a)는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 평면도, (b)는, (a)의 A-A 단면도이다.
도 24는, 실장 기판에 형성된 홈과 오목부의 다른 예를 나타내는 모식적인 단면도이다.
도 25의 (a)는, MEMS 가스센서 실장체의 다른 예를 나타내는 모식적인 평면도, (b)는, (a)의 A-A 단면도이다.
도 26의 (a)는, MEMS 가스센서 실장체의 일례를 나타내는 모식적인 단면도(도 26의 (b)의 A-A 단면도), (b)는, 프린트 기판의 일례를 나타내는 모식적인 평면도이다.
이하, 본 발명의 MEMS 가스센서 실장체에 대해서 도면을 참조하면서 실시형태의 일례를 설명한다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체(1)는, 캐비티(21a)를 갖는 베이스(21)와, 캐비티를 덮도록 설치되어 캐비티에 연결되는 개구부(22a)를 갖는 절연막(22)과, 캐비티의 상방에 위치하는 감응 가스부(23)와, 절연막 상이며 캐비티의 상방을 제외한 영역(2b)에 위치하여 감응 가스부에 접속된 복수의 패드(24)를 구비한 MEMS 가스 센서칩(2)과, 복수의 접속단자(31)와 복수의 미세공(32)을 갖는 실장 기판(3)을 포함하고, 미세공이 형성된 영역(3a)에 감응 가스부가 위치하도록, 패드(24)와 접속단자(31)가 전기적으로 접속되어 있는 것이다(도 1 참조).
MEMS 가스 센서칩(2)은, 캐비티(21a)를 갖는 베이스(21)와, 캐비티를 덮도록 설치되어 캐비티에 연결되는 개구부(22a)를 갖는 절연막(22)과, 캐비티의 상방에 위치하는 감응 가스부(23)와, 절연막 상이며 캐비티의 상방을 제외한 영역(2b)에 위치하여 감응 가스부에 접속된 복수의 패드(24)를 구비하고 있다(도 1의 (a) 참조).
베이스(21)는 절연체이고, 재료로는 예를 들어, 실리콘, 사파이어 유리, 석영 유리, 세라믹 웨이퍼, 탄화규소(SiC) 등을 이용할 수 있다. 베이스(21)의 두께는, 예를 들어, 100~800μm로 할 수 있다. 베이스(21)는 캐비티(21a)를 가지고 있다. 캐비티(21a)는 베이스의 일방의 면에서 타방의 면을 향함에 따라 횡단면적이 작아지는 사각뿔(四角錐)형상이다. 다만, 캐비티(21a)의 형상은 수직 홀이라도 좋고(도 2의 (a) 참조), 평면형상은 정방형, 장방형, 동그라미라도 좋다(도 2의 (b)~(d) 참조).
절연막(22)은 베이스(21)의 캐비티(21a)를 덮도록 형성한다. 따라서, 캐비티 상방의 영역(2a)의 절연막은 박막형상이 된다. 또한, 절연막은 캐비티(21a)에 연결되는 개구부(22a)를 갖는다. 개구부(22a)는, 예를 들어, 평면으로 보면 도 3과 같은 형상을 하고 있고, 캐비티 상방의 영역(2a)에 형성한 절연막에 설치한다. 절연막의 두께는, 예를 들어, 0.1~10μm로 할 수 있다. 절연막(22)의 재료로는, 예를 들어, SiO2, Si3N4, SiNxOy, SiC, TiN, Ta205, Al2O3, MgO, 폴리이미드, 에폭시계 수지, 이들을 조합한 다층막 등을 이용할 수 있다.
감응 가스부(23)는 캐비티 상방의 영역(2a)에 위치한다. 감응 가스부(23)는, 캐비티 상방의 영역(2a)에 형성된 절연막(22)과, 절연막(22)의 내부에 적층된 검출용 전극부 및 히터부(도시하지 않음)와, 검출용 전극부를 덮는 감응 가스재(23a)를 갖는다. 검출용 전극부는 감응 가스재(23a)에 검출대상의 가스가 부착했을 때, MEMS 가스 센서칩(2) 내의 저항값 변화를 검출하는 기능을 갖는다. 히터부는 감응 가스재(23a)를 가열하여 검출대상의 가스와 감응 가스재(23a)의 반응을 촉진시키고, 반응 후는 흡수한 가스 및 수분을 신속하게 발산시키는 기능을 갖는다. 감응 가스재(23a)는 검출대상의 가스에 감응(반응)하는 성질을 갖는다. 구체적으로는, 감응 가스재(23a)는 검출대상의 가스의 농도변화에 따라 저항값이 변화한다. 감응 가스재(23a)의 두께는, 예를 들어, 0.1~100μm로 할 수 있다. 감응 가스재(23a)의 재료로는, 예를 들어, SnO2, WO3, ZnO, NiO, CuO, FeO, In2O3 등을 이용할 수 있다. 감응 가스재(23a)의 형성방법은, 예를 들어, 스크린 인쇄, 디스펜서나 잉크젯에 의한 도포, 스퍼터링 등을 이용할 수 있다.
패드(24)는 절연막(22) 상이며 캐비티의 상방을 제외한 영역(2b)에 위치한다. 패드(24)는, 도 3에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 4개 형성한다. 4개의 패드 중 2개는 전극 배선 패턴(25)에 접속되고, 나머지 2개는 히터 배선 패턴(26)에 접속되어 있다. 전극 배선 패턴(25)은 감응 가스부(23)의 검출용 전극부에 접속하고, 히터 배선 패턴(26)은 감응 가스부(23)의 히터부에 접속한다.
실장 기판(3)은 복수의 접속단자(31)와 복수의 미세공(32)을 갖는다(도 1의 (b) 참조). 실장 기판(3)으로는, 예를 들어, 프린트 기판을 이용할 수 있다. 프린트 기판의 종류로는, 예를 들어, 종이 페놀 기판, 에폭시 기판, 유리 콤퍼짓 기판, 유리 에폭시 기판, 유리 폴리이미드 기판, 불소 기판, 유리 PPO 기판, 금속 기판, 세라믹 기판 등을 이용할 수 있다. 접속단자(31)는 MEMS 가스 센서칩(2)을 실장하는 경우, 패드(24)와 전기적으로 접속할 필요가 있으므로, 적어도 패드와 같은 수이다. 복수의 미세공(32)은, 예를 들어, 드릴로 형성할 수 있다. 미세공(32)의 직경은, 예를 들어, 200μm 이하로 할 수 있다. 미세공 형성영역(3a)의 크기는 평면으로 보면 캐비티(21a)의 크기와 같거나, 또는 그보다 큰 것이라도 좋고 작은 것이라도 좋다. 복수의 미세공(32)이 나타내는 형상은, 예를 들어, 동그라미, 다각형, 십자형 등으로 할 수 있다(도 4의 (a)~(d) 참조). 또한, 도 4의 (e)와 같이, 예를 들어 동그라미형상의 미세공 형성영역(3a) 중에, 동그라미형상으로 배열된 미세공(32)이 형성되어도 좋다. 또한, 도 4의 (f)와 같이, 미세공 형성영역(3a)의 중앙에는 미세공(32)이 형성되지 않아도 좋다. 이 경우, 미세공이 형성되지 않은 영역에는 MEMS 가스 센서칩(2)의 감응 가스부(23)가 대응된다.
MEMS 가스 센서칩(2)을 실장 기판(3)에 실장할 때는, 실장 기판(3)의 미세공(32)이 형성된 영역(3a)에 MEMS 가스 센서칩(2)의 감응 가스부(23)가 위치하도록 배치한다(도 1의 (b) 참조). 그리고, 패드(24)와 접속단자(31)를 전기적으로 접속한다. 접속방법으로는, 공지의 방법을 이용할 수 있다. 예를 들어, 금 범프를 이용한 압접법 및 초음파 접합법, 금 범프와 이방성 도전 접착제를 이용한 이방성 접착법, 납땜 범프를 이용한 납땜 범프 접합법 등이 있다.
종래의 MEMS 가스센서 실장체(100)에서, MEMS 가스 센서칩(200)의 감응 가스재(230)가 설치된 절연막(220)의 상방에는 베이스(210)의 관통공(211)이 위치한다(도 7의 (b) 참조). 즉, 절연막(220)은 노출되어 있다. 박막형상의 절연막(220)을 보호하기 위해서 캡(400)이 필수이고, 이 때문에 MEMS 가스센서 실장체(100)의 두께가 커져 버린다. 한편, 본 발명의 MEMS 가스센서 실장체(1)는 종래의 실장체와 마찬가지로, 이른바 플립칩 실장법에 의해서 MEMS 가스 센서칩(2)을 실장 기판(3)에 실장하고 있다. 실장된 MEMS 가스 센서칩(2)은 감응 가스재(23a)가 설치된 박막형상의 절연막(22)의 상방에 베이스(21)가 위치한다(도 1의 (b) 참조). 박막 상태의 절연막(22)은 그 상방에 위치하는 베이스(21)에 의해 보호되므로, 종래와 같은 캡은 불필요하게 된다. 따라서, MEMS 가스센서 실장체(1)를 용이하게 박형화 할 수 있다. 또한, 실장 기판(3)에 형성된 복수의 미세공(32)에 의해 먼지나 유분 등이 감응 가스재(23a)에 부착되는 것을 방지할 수 있다.
상기 실시형태에서는 실장 기판(3)의 두께는 일정하나, 이에 한정되지 않는다. 구체적으로는, 실장 기판(3)의 미세공(32)이 형성된 영역(3a)의 두께는 미세공 형성영역(3a) 이외의 두께보다 작은 것이라도 좋다(도 5 참조). 미세공 형성영역(3a)의 두께를 작게 하는 방법으로는, 예를 들어, 엔드밀을 이용한 스폿 페이싱 가공 등을 이용할 수 있다. 이러한 형태에서는 감응 가스부(23) 주위의 공간이 확장되므로, 검출대상의 가스가 보다 통과하기 쉬워진다. 즉, 검출감도를 올릴 수 있다.
또한, MEMS 가스 센서칩(2)의 패드(24)와 실장 기판(3)의 접속단자(31)의 접속부분 주위는 수지(4)로 봉지되어 있어도 좋다(도 6 참조). 수지(4)로는 액상 경화성 수지가 바람직하다. 수지(4)는 MEMS 가스 센서칩(2)의 외주부와 실장 기판(3) 상에 밀착되어 있다. 이러한 형태에서는, MEMS 가스 센서칩(2)을 실장 기판(3)에 의해 강고하게 고정할 수 있다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체(1)는, 캐비티(21a)를 갖는 베이스(21)와, 캐비티를 덮도록 설치되어 캐비티에 연결되는 개구부(22a)를 갖는 절연막(22)과, 캐비티의 상방에 위치하는 감응 가스부(23)와, 절연막 상이며 캐비티의 상방을 제외한 영역(2b)에 위치하여 감응 가스부에 접속된 복수의 패드(24)를 구비한 MEMS 가스 센서칩(2)과, 관통공(51a)을 갖는 베이스 필름(51)과, 베이스 필름 상에 설치된 복수의 접속단자(52)와, 관통공을 덮도록 베이스 필름 상에 설치되어 접속단자로부터 절연된 금속 메쉬부(53)를 구비한 플렉시블 프린트 배선판(5)을 포함하고, 금속 메쉬부가 형성된 영역(5a)에 감응 가스부(23)가 위치하도록 패드(24)와 접속단자(52)가 전기적으로 접속되어 있는 것이다 (도 8 참조).
플렉시블 프린트 배선판(5)은, 베이스 필름(51)과, 복수의 접속단자(52)와, 금속 메쉬부(53)를 구비한다(도 8의 (b), 도 9참조). 베이스 필름(51)의 재료는, 예를 들어, 폴리이미드, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 액정 폴리머(LCP), 시클로올레핀 폴리머(COP), 에폭시 수지, 테프론(등록상표) 등을 이용할 수 있다. 베이스 필름(51)은 관통공(51a)을 가지고 있다. 관통공(51a)의 형성은, 예를 들어, 포토리소그래피, 레이저 등에 의한 제거, 드라이 에칭, 웨트 에칭 등의 방법을 이용할 수 있다. 특히, 베이스 필름(51)에 감광성 폴리이미드 수지를 이용하여 포토리소그래피법에 따라 관통공(51a)을 형성하는 방법이 바람직하다. 다수의 홀을 한 번에, 고정밀도로 형성하는 것이 가능하기 때문이다. 베이스 필름(51)의 두께는, 예를 들어, 5~500μm로 할 수 있다. 관통공(51a)은 하나여도 좋고, 복수 있어도 좋다. 관통공(51a)이 하나인 경우, 관통공의 평면으로 본 형상은, 예를 들어, 동그라미, 다각형, 십자형 등으로 할 수 있다(도 10 참조). 관통공(51a)의 크기는 평면으로 보면 캐비티(21a)의 크기와 동일하거나, 또는 그보다 크거나 혹은 작은 것이라도 좋다.
금속 메쉬부(53)는 관통공(51a)을 덮도록 베이스 필름(51) 상에 설치되어 있다(도 9 참조). 따라서, 평면으로 보면, 금속 메쉬 형성영역(5a)은 관통공(51a)보다 크다. 또한, 금속 메쉬부(53)는 접속단자(52)로부터 전기적으로 절연되어 있다(도 9 참조). 금속 메쉬부(53)의 재료로는, 예를 들어, 동, 금, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 니켈, 티탄늄, 스테인레스강(SUS) 등을 이용할 수 있다. 금속 메쉬부(53)의 형성은, 예를 들어, 에칭, 포토리소그래피 및 도금, 리프트 오프, 금속 페이스트 인쇄 등의 방법을 이용할 수 있다. 금속 메쉬부(53)의 선 굵기(w)(도 9 참조)는, 예를 들어, 5~100μm로 할 수 있다. 금속 메쉬부(53)의 선끼리의 간격(s)(도 9 참조)은, 예를 들어, 5~100μm로 할 수 있다. 금속 메쉬부(53)의 두께는, 예를 들어, 0.5~50μm로 할 수 있다. 또한, 금속 메쉬부(53)의 형성과 베이스 필름(51)으로의 관통공(51a)의 형성은 어느 하나를 먼저 수행해도 좋다.
접속단자(52)의 재료로는 금속 메쉬부(53)의 재료와 동일한 것을 이용하면, 접속단자(52)와 금속 메쉬부(53)를 동시에 형성할 수 있으므로 바람직하다. 덧붙여, 금속 메쉬부(53)와 상이한 재료여도 좋다.
MEMS 가스 센서칩(2)을 플렉시블 프린트 배선판(5)에 실장할 때는 플렉시블 프린트 배선판(5)의 금속 메쉬 형성영역(5a)에, MEMS 가스 센서칩(2)의 감응 가스부(23)가 위치하도록 배치한다(도 8의 (b) 참조). 그리고, 패드(24)와 접속단자(52)를 전기적으로 접속한다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체(1)는 플렉시블 프린트 배선판(5)에 형성된 금속 메쉬부(53)에 의해서 먼지나 유분 등이 감응 가스재(23a)에 부착하는 것을 방지할 수 있다.
상기의 실시형태에서는, 플렉시블 프린트 배선판(5)의 베이스 필름(51)은 1층이나 2층이라도 좋다. 예를 들어, 도 11에서는, 2장의 베이스 필름(51, 51)이 부착되고, 2장의 베이스 필름(51, 51)을 관통하는 관통공(51a)이 1개 형성되어 있다. 상측의 베이스 필름(51)에 접속단자(52)가 형성되고, 하측의 베이스 필름(51)에 금속 메쉬부(53)가 형성되어 있다. 도 11과 같은 형태에서는, 금속 메쉬부(53)의 위치는 도 8의 (b)의 형태에서의 금속 메쉬부(53)의 위치보다 하방이 된다.
또한, 금속 메쉬부(53)의 위치는 도 10의 위치보다 더 하방이라도 좋다(도 12 참조). 이 경우, 상측의 베이스 필름(51)에 접속단자(52)를 형성하고, 하측의 베이스 필름(51)에 금속 메쉬부(53)를 형성한다. 베이스 필름(51)이 1층인 경우도, 예를 들어 도 14와 같이, 베이스 필름(51)의 MEMS 가스 센서칩(2)을 실장하는 면과 반대면에 금속 메쉬부(53)를 형성해도 좋다.
베이스 필름을 2장 붙인 형태(도 11, 도 12)에서, 금속 메쉬부(53)의 한 면에, 관통공(51a)을 막지 않도록 하여 베이스 필름(51)이 있어도 좋다(도 13, 도 14 참조). 도 13에서는, 금속 메쉬부(53) 상에 관통공(51a)을 막지 않도록 하여 상측의 베이스 필름(51)이 있다. 하측의 베이스 필름(51)은 관통공(51a)의 형상으로 제거된다. 즉, 상측의 베이스 필름(51)은 관통공(51a)이 형성되어 있는 영역에서, 금속 메쉬부(53)와 동일한 형상으로 형성되어 있다. 도 14에서는, 금속 메쉬부(53) 상에 관통공(51a)을 막지 않도록 하여 하측의 베이스 필름(51)이 있다. 상측의 베이스 필름(51)은 관통공(51a)의 형상으로 제거된다. 즉, 하측의 베이스 필름(51)은 관통공(51a)이 형성되어 있는 영역에서, 금속 메쉬부(53)와 동일한 형상으로 형성되어 있다. 이러한 형태에서는, 금속 메쉬부(53)의 강도를, 그 한 면에 있는 베이스 필름(51)에 의해 향상할 수 있다. 그리고, 도 13에서는 상측의 베이스 필름(51)이 금속 메쉬부(53)와 동일한 형상으로 형성되어 있으나, 이를 대신하여 하측의 베이스 필름(51)이 금속 메쉬부(53)와 동일한 형상으로 형성되어 있어도 좋다.
도 11~도 15과 같은 형태에서는, 감응 가스부(23)의 주위의 공간이 확장되므로, 검출대상 가스가 보다 통과하기 쉬워진다. 즉, 검출감도를 올릴 수 있다.
MEMS 가스 센서칩(2)의 패드(24)와 플렉시블 프린트 배선판(5)의 접속단자(52)의 접속부분 주위는 수지(4)로 봉지되어 있어도 좋다(도 16 참조). 이러한 형태에서는, MEMS 가스 센서칩(2)을 플렉시블 프린트 배선판(5)에 의해 강고하게 고정할 수 있다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체(1)는, 캐비티(21a)를 갖는 베이스(21)와, 캐비티를 덮도록 설치되어 캐비티에 연결되는 개구부(22a)를 갖는 절연막(22)과, 캐비티의 상방에 위치하는 감응 가스부(23)와, 절연막 상이며 캐비티의 상방을 제외한 영역(2b)에 위치하여 감응 가스부에 접속된 복수의 패드(24)를 구비한 MEMS 가스 센서칩(2)과, 복수의 접속단자(31)와 적어도 1개의 홈(62)을 갖는 실장 기판(3)을 포함하고, 캐비티(21a)와 홈(62)이 평면으로 보면 겹치도록, 패드(24)와 접속단자(31)가 전기적으로 접속되어 있는 것이다(도 17 참조).
실장 기판(3)은 복수의 접속단자(31)와 적어도 1개의 홈(62)을 갖는다(도 17의 (b), 도 18 참조). 실장 기판(3)으로는, 예를 들어, 프린트 기판을 이용할 수 있다. 프린트 기판의 종류로는, 예를 들어, 종이 페놀 기판, 에폭시 기판, 유리 콤퍼짓 기판, 유리 에폭시 기판, 유리 폴리이미드 기판, 불소 기판, 유리 PPO 기판, 금속기판, 세라믹 기판 등을 이용할 수 있다. 홈(62)은, 예를 들어, 엔드밀을 이용하여 형성할 수 있다. 홈(62)은 하나라도 좋고, 복수라도 좋다. 홈이 1개인 경우, 홈의 평면으로 본 형상은, 예를 들어, 직선형상(도 19의 (a)~(c) 참조), L자형상(도 19의 (d) 참조), 곡선형상(도 19의 (e) 참조), 물결형상(도 19의 (f) 참조) 등으로 할 수 있다. 홈이 복수인 경우, 홈의 평면으로 본 배치는, 예를 들어, 직선형상의 복수의 홈이 평행하게 배치된 형태(도 20의 (a) 참조), 직선형상의 2개 이상의 홈이, 예를 들어 감응 가스부가 위치하는 영역(6a)을 중심으로 하여 배치된 형태(도 20의 (b)~(e)) 등으로 할 수 있다. 덧붙여, 도 19의 (a)~(f)에서는 홈(62)의 양단이 MEMS 가스 센서칩(2)의 외주로부터 비어져 나와있으나, 적어도 홈의 일단이 비어져 나와 있는 형태로 해도 좋고, 양단이 비어져 나와있지 않은 형태로 해도 좋다. 도 20의 (a)에서는 모든 홈의 양단이 MEMS 가스 센서칩(2)의 외주로부터 비어져 나와있으나, 적어도 1개의 홈의 양단 또는 일단이 비어져 나와 있는 형태로 해도 좋다. 또한, 도 20의 (b)~(e)에서는 모든 홈의 일단이 MEMS 가스 센서칩(2)의 외주로부터 비어져 나와있으나, 적어도 1개의 홈의 일단이 비어져 나와있는 형태로 해도 좋다.
홈의 폭은 임의의 길이로 할 수 있고, 예를 들어 10~500μm로 할 수 있다. 홈이 1개인 경우, 그 폭은 홈 전장(全長)에 걸쳐서 동일해도 좋고(도 19 참조), 상이해도 좋다(도 21 참조). 홈이 복수인 경우, 모든 홈은 전장에 걸쳐서 동일한 폭이라도 좋고, 상이해도 좋다. 또한, 전장에 걸쳐서 폭이 굵은 홈과, 전장에 걸쳐서 가는 홈이 혼재해도 좋다. 또한, 전장에 걸쳐서 동일한 폭의 홈과 전장에 걸쳐서 상이한 폭의 홈이 혼재해도 좋다. 홈의 깊이는 임의의 길이로 할 수 있고, 예를 들어 5~200μm로 할 수 있다. 홈이 1개인 경우, 그 깊이는 홈의 전장에 걸쳐서 동일해도 좋고, 상이해도 좋다(도 22 참조). 도 22의 (a)~(c)와 같이, 테이퍼가 붙어 있는 것이라도 좋다. 도 22의 (d)와 같이, 홈의 바닥에 요철이 있어도 좋다. 도 22의 (e)와 같이, 계단 모양으로 깊이가 상이한 것이라도 좋다. 또한, 홈이 복수인 경우, 모든 홈은 전장에 걸쳐서 동일한 깊이라도 좋고, 상이해도 좋다. 또한, 전장에 걸쳐서 깊이가 큰 홈과, 전장에 걸쳐서 깊이가 작은 홈이 혼재해도 좋다. 또한, 전장에 걸쳐서 동일한 깊이의 홈과, 전장에 걸쳐서 상이한 깊이의 홈이 혼재해도 좋다.
MEMS 가스 센서칩(2)을 실장 기판(3)에 실장할 때는, 캐비티(21a)와 홈(62)이 평면으로 보면 겹치도록, MEMS 가스 센서칩(2)을 배치한다(도 18의 (a) 참조). 바꾸어 말하면, 도 18의 (a)와 같은 평면도에서 보았을 때, 캐비티 상방 영역(2a) 내에 홈(62)의 일부가 포함되도록, MEMS 가스 센서칩(2)을 실장 기판(3)에 배치한다. 또한, MEMS 가스 센서칩(2)을 실장 기판(3)에 배치했을 때, 감응 가스재(23a)는 홈(62)의 상방에 위치해도 좋고(도 19 참조), 감응 가스재(23a)는 홈(62)의 상방에 위치하지 않아도 좋다(도 20 참조). 그리고, 패드(24)와 접속단자(31)를 전기적으로 접속한다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체(1)는 MEMS 가스 센서칩(2)과 실장 기판(3)의 간극이 작은 경우라도, 홈(62)이 있음으로써 검출대상의 가스가 감응 가스부(23)로 도입되기 쉬워진다.
상기의 실시형태에서는, 실장 기판(3)은 복수의 접속단자(31)와 적어도 1개의 홈(62)을 가지고 있으나, 감응 가스부(23)가 위치하는 영역(6a)에 더 홈(62)과 연결되어 있는 오목부(63)를 갖는 것이라도 좋다(도 23 참조). 도 23의 (a)는 MEMS 가스센서 실장체(1)의 모식적인 평면도이다. 편의상, MEMS 가스 센서칩(2)은 파선으로 나타내고 있다. 도 23의 (b)는, 도 23의 (a)의 A-A 단면도이다. 오목부(63)는 MEMS 가스 센서칩(2)의 감응 가스부(23)가 위치하는 영역(6a)에 형성되어 있다. 즉, 감응 가스부(23)를 오목부(63)를 마주보게 하여, MEMS 가스 센서칩(2)을 실장한다. 오목부(63)의 크기는 감응 가스부(23)와 동일해도 좋고, 도 23과 같이 상이해도 좋다. 오목부(63)는 홈(62)과 연결되어 있으므로, MEMS 가스 센서칩(2)의 외주에서 홈(62)을 통해 감응 가스부(23)의 하방에 있는 오목부(63)로 보다 효율적으로 검출대상의 가스를 도입할 수 있다. 오목부(63)의 평면으로 본 형상은, 예를 들어, 도 23의 (a)와 같은 타원형상, 원형상, 다각형상 등으로 할 수 있다. 오목부(63)와 홈(62)의 깊이는 동일해도 좋고(도 24의 (a), (b) 참조), 상이해도 좋다(도 23의 (b), 도 24의 (c)~(e) 참조). 이러한 형태의 MEMS 가스센서 실장체(1)에서는, 오목부(63)에 의해 감응 가스부(23)의 하방의 공간이 확장되므로, 보다 많은 검출대상 가스를 감응 가스부(23)의 근처로 도입할 수 있다.
그리고, 도 23의 (a)에서는 모든 홈의 일단이 MEMS 가스 센서칩(2)의 외주로부터 비어져 나오고 있으나, 적어도 1개의 홈의 일단이 비어져 나와있는 형태로 해도 좋다.
MEMS 가스 센서칩(2)의 패드(24)와 실장 기판(3)의 접속단자(31)의 접속부분 주위는 수지(4)로 봉지되어 있어도 좋다(도 25 참조). 단, 도 25의 (a)와 같이, 홈(62)은 수지(4)로 막지 않도록 한다. 그리고, 모든 홈의 일단이 MEMS 가스 센서칩(2)의 외주에서 비어져 나오지 않은 형태의 경우도, 도 25의 (a)와 같이 하여 수지(4)로 봉지한다. 이러한 형태에서는, 홈(62)을 통해서 검출대상 가스를 오목부(63)로 도입할 수 있다.
본 발명의 MEMS 가스센서 실장체(1)는, 캐비티(21a)를 갖는 베이스(21)와, 캐비티(21a)를 덮도록 베이스(21) 상에 설치된 캐비티(21a)에 연결되는 개구부(22a)를 갖는 절연막(22)과, 절연막(22)의 캐비티 상방의 영역(2a) 상에 설치된 감응 가스부(23a)와, 절연막(22)의 캐비티 상방을 제외한 영역(2b) 상에 설치된 감응 가스부(23a)에 접속된 복수의 패드(24)를 갖는 MEMS 가스 센서칩(2)과, 가스 도입로와, 복수의 접속단자(31)를 갖는 프린트 기판을 구비하고, 캐비티(21a)와 가스 도입로가 평면으로 보면 겹치고, 복수의 패드(24)와 복수의 접속단자(31)가 전기적으로 접속되도록 MEMS 가스 센서칩이 프린트 기판에 실장된 것이다.
프린트 기판은, 실장 기판(3) 및 플렉시블 프린트 배선판(5)을 포함한다. 1개의 실시형태에 있어서, 가스 도입로는 프린트 기판(3)에 형성된 관통하는 복수의 미세공(32)이다(예를 들어, 도 1의 (b) 참조). 다른 실시형태에서는, 가스 도입로는 관통공(51a)을 갖는 베이스 필름(51)의 관통공이 형성된 영역에 있는 금속 메쉬부(53)의 개구(53a)이다(예를 들어, 도 8의 (b) 참조). 또 다른 실시형태에서는, 가스 도입로는 프린트 기판(3)에 형성되어 적어도 일방의 단부가 베이스(21)의 외주에서 비어져 나온, 적어도 1개의 홈(62)이다(예를 들어, 도 18의 (a) 참조).
도 26을 참조하여, 프린트 기판(3)은 복수의 접속단자(31)로부터 절연되고, 프린트 기판(3) 상에 설치된 복수의 금속선으로 구성된 금속 메쉬부(53)를 더 구비하고, 복수의 금속선이 복수의 미세공(32)을 부분적으로 덮는 것이라도 좋다. 도 26의 (a)는 도 26의 (b)의 A-A 단면도이다. 단, 도 26의 (b)에서는 보기 쉽게 MEMS 가스 센서칩(2)을 생략하고 있다. 도 26의 (b)을 참조하여, 프린트 기판(3)에 형성된 복수의 미세공(32)은 Y 방향을 따라 연장되고, X 방향에 나란한 복수의 금속선만으로 부분적으로 덮여 있다.
금속선으로 부분적으로 덮여 있는 미세공(32)에서는 금속선으로 덮이지 않은 경우와 비교하여 미세공(32)의 크기가 작아지므로, 가스가 통과하기 어렵게 된다. 이로 인해, 가스 선택성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 예를 들어, 피부 가스에 포함되는 아세톤을 검지하고 싶은 경우, 미세공이 부분적으로 덮여 있어도 아세톤은 휘발성이 높아 확산되기 쉬우므로, 피부 가스에 포함되는 잡 가스보다 비교적 빠르게 감응 가스부에 도달한다.
또한, 도 26에서는 프린트 기판(3)의 MEMS 가스 센서칩(2)이 실장된 면과 동일한 면에 금속 메쉬부(53)를 구비하고 있으나, MEMS 가스 센서칩(2)의 실장면과 반대면에 구비해도 좋다. 또한, 복수의 미세공(32)은 X 방향을 따라 연장되어 Y 방향에 나란한 복수의 금속선만으로 부분적으로 덮여 있어도 좋다. 복수의 미세공(32)은 X 방향을 따라 연장되어 Y방향에 나란한 금속선과, Y 방향을 따라 연장되어 X방향에 나란한 금속선으로 부분적으로 덮여 있어도 좋다. 또한, 복수의 미세공(32) 중 일부가 부분적으로 덮이는 형태라도 좋다. 다시 말하면, 복수의 미세공(32) 중 일부 미세공이 금속선으로 전혀 덮이지 않아도 좋고, 금속선으로 완전히 덮여 있어도 좋다.
1： MEMS 가스센서 실장체
2： MEMS 가스 센서칩
2a： 캐비티 상방의 영역
2b： 캐비티의 상방을 제외한 영역
21： 베이스
21a：캐비티
22： 절연막
22a：개구부
23： 감응 가스부
23a：감응 가스재
24： 패드
25： 전극 배선 패턴
26： 히터 배선 패턴
3： 실장 기판
3a： 미세공 형성영역
31： 접속단자
32： 미세공
33： 오목부
4： 수지
5： 플렉시블 프린트 배선판
5a： 금속 메쉬 형성영역
51： 베이스 필름
51a：관통공
53： 금속 메쉬부
53a：개구
6a： 감응 가스부가 위치하는 영역
62： 홈
100：MEMS 가스센서 실장체
200：MEMS 가스 센서칩
210：베이스
211：관통공
220：절연막
230：감응 가스재
240：패드
300：실장 기판
310：접속단자
320：개구부
400：캡
2： MEMS 가스 센서칩
2a： 캐비티 상방의 영역
2b： 캐비티의 상방을 제외한 영역
21： 베이스
21a：캐비티
22： 절연막
22a：개구부
23： 감응 가스부
23a：감응 가스재
24： 패드
25： 전극 배선 패턴
26： 히터 배선 패턴
3： 실장 기판
3a： 미세공 형성영역
31： 접속단자
32： 미세공
33： 오목부
4： 수지
5： 플렉시블 프린트 배선판
5a： 금속 메쉬 형성영역
51： 베이스 필름
51a：관통공
53： 금속 메쉬부
53a：개구
6a： 감응 가스부가 위치하는 영역
62： 홈
100：MEMS 가스센서 실장체
200：MEMS 가스 센서칩
210：베이스
211：관통공
220：절연막
230：감응 가스재
240：패드
300：실장 기판
310：접속단자
320：개구부
400：캡
Claims (8)
- 캐비티를 갖는 베이스와, 상기 캐비티를 덮도록 상기 베이스 상에 설치된 상기 캐비티에 연결되는 개구부를 갖는 절연막과, 상기 절연막의 상기 캐비티의 상방 영역 상에 설치된 감응 가스부와, 상기 절연막의 상기 캐비티의 상방을 제외한 영역 상에 설치된 상기 감응 가스부에 접속된 복수의 패드를 갖는 MEMS 가스 센서칩과,
가스 도입로와, 복수의 접속단자를 갖는 프린트 기판을 구비하고,
상기 캐비티와 상기 가스 도입로가 평면으로 보면 겹치고, 상기 복수의 패드와 상기 복수의 접속단자가 전기적으로 접속되도록 상기 MEMS 가스 센서칩이 상기 프린트 기판에 실장된, MEMS 가스센서 실장체.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 도입로는 상기 프린트 기판에 형성된 관통하는 복수의 미세공인, MEMS 가스센서 실장체.
- 제2항에 있어서,
상기 프린트 기판은 상기 복수의 미세공이 형성된 영역의 두께가 그 영역 이외의 두께보다 작은, MEMS 가스센서 실장체.
- 제1항에 있어서,
상기 프린트 기판은, 관통공을 갖는 베이스 필름과, 상기 복수의 접속단자에서 절연되어 상기 관통공을 덮도록 상기 베이스 필름 상에 설치된 금속 메쉬부를 포함하고,
상기 가스 도입로는 상기 관통공이 형성된 영역에 있는 상기 금속 메쉬부의 개구인, MEMS 가스센서 실장체.
- 제1항에 있어서,
상기 가스 도입로는 상기 프린트 기판에 형성되고, 적어도 일방의 단부가 상기 베이스의 외주에서 비어져 나온 적어도 1개의 홈인, MEMS 가스센서 실장체.
- 제5항에 있어서,
상기 프린트 기판은 상기 감응 가스부가 위치하는 영역에 오목부를 포함하고, 상기 홈의 타방의 단부가 상기 오목부와 연결되어 있는, MEMS 가스센서 실장체.
- 제2항에 있어서,
상기 프린트 기판은 상기 복수의 접속단자로부터 절연되고, 상기 프린트 기판 상에 설치된 복수의 금속선으로 구성된 금속 메쉬부를 더 구비하며, 상기 복수의 금속선이 상기 복수의 미세공을 부분적으로 덮는, MEMS 가스센서 실장체.
- 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 패드와 상기 복수의 접속단자의 접속부분의 주위는 수지로 봉지되어 있는, MEMS 가스센서 실장체.
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| JP2019059563 | 2019-03-27 | ||
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