KR20220146838A - 지문인식 센서 패키지 - Google Patents

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KR20220146838A
KR20220146838A KR1020210053591A KR20210053591A KR20220146838A KR 20220146838 A KR20220146838 A KR 20220146838A KR 1020210053591 A KR1020210053591 A KR 1020210053591A KR 20210053591 A KR20210053591 A KR 20210053591A KR 20220146838 A KR20220146838 A KR 20220146838A
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Abstract

본 발명은 지문인식 센서 패키지에 관한 것으로서, 상기 지문인식 센서 패키지는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 위치하는 지문인식 센서, 상기 베이스 기판과 상기 지문인식 센서의 상부면에 위치하여 상기 지문인식 센서를 봉지하고, 단차 구조의 상부면을 갖는 몰딩부, 상기 몰딩부의 상기 상부면에 위치하는 유색층 및 상기 유색층의 상부면에 위치하고, 에폭시 실록산 수지 또는 에폭시실록산수지와 (3,4-에폭시시클로헥실)메틸3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트의 혼합물을 함유하는 코팅층을 포함한다.

Description

지문인식 센서 패키지{FINGERPRINT RECOGNITION SENSOR PACKAGE}
본 발명은 지문인식 센서 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
기술 보호나 업무상의 비밀을 보호하기 위한 보안 장치가 널리 사용되고 있다. 보안 장치는 미리 정해진 사람만이 사용되는 패스워드(password)를 설정하게 되는데, 패스워드는 단순한 문자나 숫자를 이용하는 것에서 최근에는 지문이나 홍채와 같은 사람의 신체 정보를 이용하여 보안성을 향상시키고 있다.
지문을 이용하여 패스워드를 설정하는 지문인식 센서 패키지는 지문을 검출하기 위해, 손가락의 접촉 여부에 따른 커패시턴스(capacitance)를 이용하는 용량성 센서, 빛을 이용한 광학 센서 또는 초음파를 이용한 초음파 센서를 이용한다.
이러한 지문인식 센서 패키지는 출입문이나 보관함뿐만 아니라 스마트폰(smart phone)이나 웨어러블 기기(wearable device) 등과 같은 휴대 기기 및 각종 제품의 구동 스위치와 같이 다양한 분야와 장치에 사용된다.
하지만, 지문 인식의 부정확성으로 인해, 사용자의 사용에 불편함이 발생하고, 지문 등록이 이루어지지 않는 타인에 의해 보안이 해제되는 문제가 발생한다.
대한민국 공개특허 제10-2010-0099062(공개일자:10-2010-0099062, 발명의 명칭: 지문 감지 장치) 대한민국 공개특허 제10-2017-0104314(공개일자: 2017년 09월 15일, 발명의 명칭: 지문 감지 센서)
본 발명이 해결하려는 과제는 센서 패키지의 크기를 줄이기 위한 것이다.
본 발명의 해결하려는 다른 과제는 센서 패키지의 제조 공정을 단순화하기 위한 것이다.
본 발명의 한 특징에 따른 지문인식 센서 패키지는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 위치하는 지문인식 센서, 상기 베이스 기판과 상기 지문인식 센서의 상부면에 위치하여 상기 지문인식 센서를 봉지하고, 단차 구조의 상부면을 갖는 몰딩부, 상기 몰딩부의 상기 상부면에 위치하는 유색층 및 상기 유색층의 상부면에 위치하고, 에폭시 실록산 수지 또는 에폭시실록산수지와 (3,4-에폭시시클로헥실)메틸3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트의 혼합물을 함유하는 코팅층을 포함한다.
상기 몰딩부의 상부면은 상기 지문인식 센서와 대면하고 있는 몰딩부 상부면 부분의 높이가 다른 몰딩부 상부면 부분의 높이보다 높을 수 있다.
상기 몰딩부의 상부면은 상기 지문인식 센서와 대면하고 있는 몰딩부 상부면 부분의 높이가 다른 몰딩부 상부면 부분의 높이보다 낮을 수 있다.
상기 유색층의 상부면은 단차 구조를 가질 수 있다.
상기 유색층의 상부면 단차 크기는 상기 몰딩부의 상부면 단차 크기보다 작을 수 있다.
상기 코팅층은 4H~9H의 연필 경도를 가질 수 있다.
상기 코팅층은 100도~120도의 물 접촉각을 가질 수 있다.
상기 코팅층은 5㎛~50㎛의 두께를 가질 수 있다.
이러한 특징에 따르면, 지문인식 센서 패키지에 사용되는 코팅제는 실록산 코팅제를 이용하므로 하부층과의 결합력을 증가시킬 수 있다.
이러한 결합력의 증가로 인해, 프라이머(primer)와 같은 부착성을 높이기 위해 추가적으로 사용되는 보조층의 사용이 생략되므로, 지문인식 센서 패키지의 총 두께가 줄어들고 제조 공정이 간소화되는 효과가 발휘될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 지문인식 센서 패키지의 개략적인 단면도이다.
도 2 내지 도 4는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 지문인식 센서 패키지의 다른 예에 대한 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 명세서에 개시된 실시 예를 상세히 설명하되, 도면 부호에 관계없이 동일하거나 유사한 구성요소는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 또한, 본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
제1, 제2 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.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, 설명되는 각 단계들은 특별한 인과관계에 의해 나열된 순서에 따라 수행되어야 하는 경우를 제외하고, 나열된 순서와 상관없이 수행될 수 있다.
본 출원에서, "포함한다" 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.
아울러, 이하에서 어떤 구성 요소의 두께나 폭 또는 길이가 동일하다는 의미는 공정 상의 오차를 고려하여, 어떤 제1 구성 요소의 두께나 폭 또는 길이가 다른 제2 구성 요소의 두께나 폭 또는 길이와 비교하여 10%의 오차 범위에 있는 경우를 의미한다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 지문인식 센서 패키지에 대하여 설명한다.
도 1에 도시한 것처럼, 본 예의 지문인식 센서 패키지(1)는 베이스 기판(10), 베이스 기판(10)의 상면에 결합된 지문인식 센서(20), 베이스 기판(10)의 상면에 결합되고 지문인식 센서(20)를 봉지(封紙)하도록 형성되는 몰딩부(30), 몰딩부(30)의 상면에 위치하는 유색층(40), 및 유색층(40)의 상면에 위치하는 코팅층(50)을 구비할 수 있다.
베이스 기판(10)은 본 예의 지문센서 패키지(1)의 바닥면을 이루는 부분일 수 있고, 경성 인쇄회로기판(HPCB)와 같은 인쇄회로기판(PCB), 세라믹 기판 또는 금속 기판 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 베이스 기판(10)은 그 위에 실장되어 있는 지문인식 센서(20)와 같은 전기전자 소자 등의 전기적 및 물리적인 연결을 위해 절연층, 신호선 등을 위한 도체 패턴 및 패드(pad) 등을 구비할 수 있다.
예를 들어, 베이스 기판(10)의 상면에는 패드가 마련되어, 베이스 기판(10)은 지문인식 센서(20)와 LGA(land grid array) 방식으로 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 베이스 기판(10)의 하면 즉, 지문인식 센서(20)가 실장되어 있는 상면의 반대편에서 위치하여 상면과 마주보고 있는 면에도 적어도 하나의 전기전자 소자의 실장이 이루어지거나, 적어도 하나의 패드(미도시)가 마련되어 본 예의 지문인식 센서(20)에 전기 신호를 전달하거나 전력을 공급할 수 있다.
지문인식 센서(20)는 지문인식 센서 패키지(1)의 상면 위에 위치한 접촉 대상물, 예를 들어, 손가락의 지문을 감지하기 위한 것으로서, 칩(chip) 형태의 지문인식 센서칩일 수 있다.
본 예에서, 지문인식 센서(20)는 손가락의 위치 여부에 따라 변하는 커패시턴스를 이용하여 지문을 감지하는 용량성 센서일 수 있다.
하지만, 이와 달리, 지문인식 센서(20)는 초음파 송신기와 초음파 수신기를 구비하여 수신된 초음파를 이용하여 지문을 감지하는 지문인식 센서일 수 있다.
이러한 지문인식 센서(20)는 칩 다이(chip die)로서, 베이스 기판(10)에 바로 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
몰딩부(30)는 베이스 기판(10) 위에 위치하여 지문인식 센서(20) 등과 같은 베이스 기판(10) 위에 위치하는 전기전자 소자와 집적 회로 등을 덮어 보호할 수 있다.
따라서, 도 1에서, 몰딩부(30)는 노출된 베이스 기판(10) 위, 지문인식 센서(20)의 측면과 상면을 덮을 수 있다.
이로 인해, 지문인식 센서(20)를 포함한 베이스 기판(10) 위에 위치한 전기전자 소자와 집적 회로는 몰딩부(30) 속에 봉지되어 외부 충격이나 수분 등의 이물질로부터 보호될 수 있다.
몰딩부(30)는 투명한 재료로 이루어질 수 있고, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC, epoxy molding compound)와 같은 투명한 수지 등으로 이루어질 수 있다.
이러한 몰딩부(30)는 열처리 공정을 거쳐 완성될 수 있고, 몰딩부(30)를 위한 몰딩부 재료는 열처리 공정 중에 인가되는 열에 의해 수축이 이루어질 수 있다.
하지만, 몰딩부 재료의 수축율은 조건에 상이할 수 있어, 예를 들어, 지문인식 센서(20)와 같이 구성요소가 위치하는 부분의 몰딩부 재료의 수축율과 구성요소가 위치하지 않는 부분의 몰딩부 재료의 수축율은 서로 상이할 수 있다.
따라서, 이러한 위치에 따른 몰딩부 재료의 수축율의 차이로 인해, 완성된 몰딩부(30)의 표면, 즉, 상부면은 위치에 무관하게 동일한 높이를 갖는 평탄면이 아닌 위치에 따라 높이가 상이한 단차면을 가질 수 있다.
이로 인해, 도 1에 도시한 것처럼, 몰딩부(30)의 상부면은 지문인식 센서(20) 위에 위치하여 지문인식 센서(20)가 대면하고 있는 부분(예, 제1 몰딩부 상부면 부분)(31)의 높이(H11)와 지문인식 센서(20)와 대면하고 있지 않고 제1 몰딩부 상부면 부분(31) 주변에 위치하여 제1 몰딩부 상부면 부분(31)과 다른 상부면 부분(예, 제2 몰딩부 상부면 부분)(32)의 높이(H121)는 서로 상이할 수 있다.
따라서, 도 1에 도시한 것처럼, 제1 몰딩부 상부면 부분(31)의 높이(H11)가 제2 몰딩부 상부면 부분(32)의 높이(H12)보다 높을 수 있지만, 반대로 도 2에 도시한 것처럼, 제1 몰딩부 상부면 부분(31)의 높이(H11)가 제2 몰딩부 상부면 부분(32)의 높이(H12)보다 낮을 수 있다.
유색층(40)은 정해진 색상을 띄고 있는 층으로서, 하부에 위치한 지문인식 센서(20) 및 몰딩부(30)를 외부 빛으로부터 보호하기 위한 것이다.
이러한 유색층(40)에 의해 빛 차단 효과로 인해, 지문 센서(20)의 오동작이나 빛에 의해 손상이 방지되고 몰딩부(30)의 황변 현상 등이 방지될 수 있다.
본 예의 유색층(40)은, 이미 기술한 것처럼, 단차면을 갖는 몰딩층(30)의 상부면에 위치할 수 있다.
이로 인해, 유색층(40)의 상부면 역시 몰딩층(30)의 상부면과 동일하게 단차면을 가질 수 있어, 제1 몰딩부 상부면 부분(31) 위에 위치하는 유색층(40)의 상부면 부분(예, 제1 유색층 상부면 부분)(41)의 높이(H21)와 몰딩층(30)의 제2 몰딩부 상부면 부분(32) 위에 위치하는 유색층(40)의 상부면 부분(예, 제2 유색층 상부면 부분)(42)의 높이(H22)는 서로 상이할 수 있다.
이러한 제1 및 제2 유색층 상부면 부분(41, 42)의 높이(H21, H22)는 그 하부에 위치한 제1 및 제2 몰딩부 상부면 부분(31, 32)의 높이(H11, H12)에 따라 정해질 수 있다.
즉, 제1 몰딩부 상부면 부분(31)의 높이(H11)가 제2 몰딩부 상부면 부분(32)의 높이(H12)보다 높으면, 제1 유색층 상부면 부분(41)의 높이(H21) 역시 제2 유색층 상부면 부분(42)의 높이(H22)보다 높을 수 있다(예, 도 1 참고). 하지만, 반대로 제2 몰딩부 상부면 부분(32)의 높이(H12)가 제1 몰딩부 상부면 부분(31)의 높이(H11)보다 높으면, 제2 유색층 상부면 부분(42)의 높이(H22) 역시 제1 유색층 상부면 부분(41)의 높이(H21)보다 높을 수 있다(예, 도 3 참고).
이때, 유색층(40)이 몰딩층(30) 위에 위치하므로, 제1 유색층 상부면 부분(41)의 높이(H21)와 제2 유색층 상부면 부분(42)의 높이(H22)의 차이값, 즉, 높이(H21)-높이(H22)의 절대값(이하, 이 절대값은 '유색층(40)의 상부면 단차 크기'라 함)은 제1 몰딩부 상부면 부분(31)의 높이(H11)와 제2 몰딩부 상부면 부분(32)의 높이(H12)의 차이값, 즉 높이(H11)-높이(H12)의 절대값(이하, 이 절대값은 '몰딩층(30)의 상부면 단차 크기'라 함)보다 작을 수 있다.
하지만, 하부에 발생하는 몰딩층(30)의 상부면 단차 크기에 따라 몰딩층(30) 위에 위치한 유색층(40)의 상부면은 단차 발생이 없는 평탄면일 수 있다(도 2 및 도 4 고).
지문인식 센서(20)와 측정하려는 지문 사이에서 전달되는 신호는 그 사이의 거리 및 매질의 종류에 따라 특성이 달라질 수 있다. 구체적으로, 측정하려는 지문이 지문인식 센서(20)의 중심부분의 상부에 위치하는 경우와 지문인식 센서(20)의 주변부분의 상부에 위치하는 경우는 지문인식 센서(20)와 측정하려는 지문 사이의 거리가 달라지게 된다. 그리고 지문인식 센서(20)와 측정하려는 지문 사이의 매질 중 몰딩부(30), 유색층(40) 및 코팅층(50)의 비율에 따라 매질의 비유전율이 달라지게 된다. 이에 따라 지문인식 센서(20)와 측정하려는 지문 사이의 신호에 영향을 줄 수 있다. 이러한 영향에 따라 신호의 왜곡 또는 측정 오류가 발생할 경우에는 지문인식 센서(20)와 측정하려는 지문 사이의 매질 중 몰딩부(30), 유색층(40) 및 코팅층(50)의 비율을 조정하여 보정할 수 있다. 상술한 단차는 이러한 보정을 위해 의도적으로 형성될 수 있다.
코팅층(50)은 하부에 위치하는 층(40, 30)들을 외부 충격으로부터 보호하여, 파손이나 흠집(scratch)의 발생을 방지하기 위한 것이다.
따라서, 본 예의 코팅층(50)은 강한 강도를 가지는 것이 좋다.
또한, 코팅층(50)는 지문인식 센서 패키지(1)의 최외각층을 구성하므로, 실질적으로 지문 인식을 위한 사용자의 손가락과 직접 접하는 부분이다.
따라서, 지문 인식을 위해 코팅층(50)의 해당 부분에 사용자의 손가락이 접촉될 때, 코팅층(50)의 접촉면에는 가능하면 지문이 남지 않는 것이 좋다. 이를 위해, 본 예의 코팅층(50)은 물 접촉각(water contact angle)의 크기가 클수록 좋아, 소수성의 특성을 가지는 것이 좋다.
이에 따라, 본 예의 코팅층(50)은 4H~9H의 연필 경도(pencil hardness)를 가질 수 있고, 100도~120도의 물 접촉각을 가질 수 있어 양호한 내지문(anti finger print) 특성을 가질 수 있다. 이때, 코팅층(50)의 경도는 코팅층(50)의 두께에 따라 바뀔 수 있고, 두께가 증가할수록 경도 역시 증가할 수 있다.
또한, 본 예의 코팅층(50)은 5㎛~50㎛의 두께를 가질 수 있다.
코팅층(50)의 두께가 5㎛이상이면, 하부에 위치한 유색층(40)과의 원활한 부착성을 확보하여 코팅층(50)과 안전하고 견고한 접착이 이루어질 수 있고,
코팅층(50)의 두께가 50㎛이하이면, 코팅층(50)의 과도한 두께 증가가 방지되며 안정적인 코팅층(50)의 형성이 가능할 수 있다.
본 예의 코팅층(50)은 자외선 조사로 인해 경화되는 UV 코팅제를 함유할 수 있고, 양이온 중합성 수지일 수 있다.
양이온 중합성 수지의 예는 에폭시 실록산 수지를 함유하거나, 에폭시실록산수지와 (3,4-에폭시시클로헥실)메틸3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트의 혼합물을 함유할 수 있다.
코팅층(50)이 에폭시실록산수지와 (3,4-에폭시시클로헥실)메틸3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트의 혼합물인 경우, 에폭시실록산수지와 (3,4-에폭시시클로헥실)메틸3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트의 혼합비는 에폭시실록산수지가 많을 수록 유기무의 비율이 적어지므로 에폭시실록산수지 비율이 높은 것이 바람직할 수 있으며, 특히 7:3~5:5인 것이 바람직할 수 있다.
한 예로서, 코팅층(50)은 광이온중합성수지와 광안정성양이온중합개시제를 혼합하여 혼합물을 만들고, 혼합물에 광조사 또는 열처리하여 양이온중합반응을 개시하고, 60℃ 내지 150℃의 온도에서 30분 내지 120분간 열처리를 실시하여 몰딩부(30) 위에 형성될 수 있다.
이와 같이, 본 예의 코팅층(50)이 코팅 강도가 높은 에폭시 실록산 수지나 에폭시 실록산 수지 혼합물을 이용함에 따라 부착성이 크게 향상되고, 이로 인해, 하부층에 위치한 유색층(40)과의 결합력 역시 크게 향상될 수 있다.
비교예의 경우, 유색층(40)과 코팅층(50)과의 부착성을 높이기 위해, 유색층(40) 위에 프라이머층을 형성한 후 그 위에 코팅층을 형성했다. 특히, 유색층(40)의 상부면이 단착면을 갖는 경우, 단차 발생으로 인해 코팅층과의 부착성이 약화되어 프라이머층의 형성을 거의 필수적이었다.
하지만, 본 예의 경우, 부착성이 우수한 에폭시 실록산 수지나 에폭시 실록산 수지 혼합물을 이용하여 코팅층(50)이 형성되므로, 코팅층(50)과 유색층(40) 사이에 부착성을 높이기 위한 프라이머층과 같은 별도의 층이 불필요할 수 있다.
특히, 코팅층(50)과 직접 접하는 유색층(40)의 상부면이 단차면을 갖는 경우에도 본 예의 코팅층(50)은 프라이머층 없이도 단차면인 유색층(40)의 상부면에 견고하게 부착될 수 있다.
따라서, 에폭시 실록산 수지나 에폭시 실록산 수지 혼합물을 이용한 본 예의 코팅층(50)에 의한 프라이머층의 제거로 인해, 프라이머층을 구비한 비교예에 비해 본 예의 지문인식 센서 패키지(1)의 두께가 감소하며 제조 공정이 줄어들어 제조 시간 및 제조 비용이 감소하는 효과가 발휘될 수 있다.
본 발명의 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 해당 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 각 실시예에 개시된 기술적 특징들은 서로 다른 실시예에 병합되어 적용될 수 있다.
따라서, 각 실시예에서는 각각의 기술적 특징을 위주로 설명하지만, 각 기술적 특징이 서로 양립 불가능하지 않은 이상, 서로 병합되어 적용될 수 있다.
본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: 지문인식 센서 패키지 10: 베이스 기판
20: 지문인식 센서 30: 몰딩부
40: 유색층 50: 코팅층

Claims (8)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 위치하는 지문인식 센서;
    상기 베이스 기판과 상기 지문인식 센서의 상부면에 위치하여 상기 지문인식 센서를 봉지하고, 단차 구조의 상부면을 갖는 몰딩부;
    상기 몰딩부의 상기 상부면에 위치하는 유색층; 및
    상기 유색층의 상부면에 위치하고, 에폭시 실록산 수지 또는 에폭시실록산수지와 (3,4-에폭시시클로헥실)메틸3,4-에폭시시클로헥실카르복실레이트의 혼합물을 함유하는 코팅층
    을 포함하는 지문인식 센서 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 몰딩부의 상부면은 상기 지문인식 센서와 대면하고 있는 몰딩부 상부면 부분의 높이가 다른 몰딩부 상부면 부분의 높이보다 높은 지문인식 센서 패키지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 몰딩부의 상부면은 상기 지문인식 센서와 대면하고 있는 몰딩부 상부면 부분의 높이가 다른 몰딩부 상부면 부분의 높이보다 낮은 지문인식 센서 패키지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 유색층의 상부면은 단차 구조를 갖는 지문인식 센서 패키지.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 유색층의 상부면 단차 크기는 상기 몰딩부의 상부면 단차 크기보다 작은 지문인식 센서 패키지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 4H~9H의 연필 경도를 갖는 지문인식 센서 패키지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 100도~120도의 물 접촉각을 갖는 지문인식 센서 패키지.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 코팅층은 5㎛~50㎛의 두께를 갖는 지문인식 센서 패키지.
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