WO2017142198A1 - 스마트 기기의 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

스마트 기기의 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지 및 그 제조 방법 Download PDF

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WO2017142198A1
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flexible
sensor
sensor die
flexible sensor
conductive wire
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PCT/KR2017/000295
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임재성
김진천
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하나마이크론(주)
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    • H01L2224/8592—Applying permanent coating, e.g. protective coating

Definitions

  • the present invention relates to a flexible sensor semiconductor package for fingerprint recognition used in a smart device and a manufacturing method thereof. More specifically, a smart device having a fingerprint recognition function has been developed while an unlocking fingerprint recognition function is rapidly emerging as a new trend of smart devices. Flexibility to fit the body, to be portable and to ensure mobility, applied to a curved-rigid module that is not flexible but is rounded to a constant radius, or flexibly flexible as a band.
  • the present invention relates to a flexible sensor semiconductor package for fingerprint recognition and a method of manufacturing the same, which is used in a flexible (flexible) bendable module.
  • the present invention provides an adhesive stress compensation layer (CAL) for adjusting the neutral plane or the radius of curvature, in case the original recovery is impossible after excessive bending or bending even when curved or flexing properties are required.
  • CAL adhesive stress compensation layer
  • the fingerprint sensor is a sensor for detecting a human finger fingerprint, and has recently been widely used as a means for enhancing security in portable electronic devices such as mobile phones and tablet PCs. That is, by performing a user registration or authentication process through the fingerprint sensor, it is possible to protect data stored in the portable electronic device and to prevent security incidents.
  • a sensor for fingerprint recognition is gradually required as a general input means.
  • a smart device integrates a navigation function for performing a manipulation of a pointer such as a cursor into a sensor for fingerprint recognition.
  • a switching function that receives information from a user may be integrated into a fingerprint sensor. If so, the fingerprint sensor may be regarded as including various sensor functions without being limited to the fingerprint recognition range.
  • a flat-rigid trackpad package 10 is a trackpad element 16 stacked on the PCB 12 and the PCB 12 by using an adhesive 14.
  • It includes a glass assay 30 is attached to the adhesive tape 30c, the color coating film 30b is formed on the cover glass (30a).
  • the package 10 described above is suitable for a flat-rigid module and cannot be applied to a curved-rigid module that is not flexible but is rounded with a constant radius of curvature. In particular, it can not be used in a bendable module that is flexible and flexible in both directions, such as a band.
  • the present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, the object of the present invention is to be flexible and flexible, such as a curved-rigid module (curved-rigid module) or band that is rounded to a certain radius of curvature
  • the present invention provides a flexible sensor semiconductor package for fingerprint recognition and a method of manufacturing the same, which can be applied to a bidirectional bendable module.
  • Another object of the present invention is to provide a flexible sensor semiconductor package for fingerprint recognition to control the neutral plane and the radius of curvature, and a method of manufacturing the same, in order to solve the problem that the original surface is not recovered after excessive bending or bending in both directions.
  • the flexible sensor semiconductor package for fingerprint recognition of the present invention a flexible strip PCB, at least one flexible sensor die stacked on the flexible strip PCB, the flexible strip PCB And a conductive wire electrically connecting the flexible sensor die, and a flexible encapsulation protecting at least the flexible sensor die and the conductive wire, thereby being used in a module that is not flexible but curved to a constant radius, Or it can be used for modules that are flexible and flex freely.
  • the manufacturing method of the flexible sensor semiconductor package for fingerprint recognition of the present invention the step of preparing a flexible sensor die and passive elements, the adhesive stress compensation layer is attached to the bottom, the above on the flexible strip PCB Mounting a flexible sensor die and said passive element, bonding a conductive wire electrically connecting said flexible sensor die and said flexible strip PCB, forming a flexible bag on said flexible sensor die, and on said flexible bag Attaching and laminating the compliant glass.
  • the flexible sensor semiconductor package for fingerprint recognition of the present invention a flexible strip PCB, a flexible sensor die on the flexible strip PCB, a conductive wire bonded on the flexible strip PCB and the flexible sensor die, A flexible encapsulation formed in a first region in which the conductive wire is bonded on the flexible sensor, and a flexible glass attached to a second region in which the conductive wire is not bonded on the flexible sensor.
  • flexible active and non-flexible passive components can be mounted on a single PCB to meet the consumer's desire to commercialize a variety of functional components in one package.
  • the curvature radius of the package can be controlled by using an adhesive stress compensation layer (CAL) to compensate for the disadvantages of the package being excessively bent in both directions, and it is very convenient to handle the ultra-thin package in the process.
  • CAL adhesive stress compensation layer
  • Fig. 1 is a cross-sectional view showing a structure of a sensor semiconductor package for flat rigid fingerprint recognition according to the prior art.
  • Figure 2 is a perspective view showing the configuration of a sensor module for fingerprint recognition rigid fingerprint type in the smart device of the present invention.
  • 3 to 6 are cross-sectional views illustrating structures of a flexible fingerprint recognition sensor semiconductor package according to various embodiments of the present disclosure.
  • 7A to 7E are cross-sectional views illustrating manufacturing processes of the sensor semiconductor package for flexible fingerprint recognition of FIG. 3, respectively.
  • Embodiments described herein will be described with reference to plan and cross-sectional views, which are ideal schematic diagrams of the invention. Therefore, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing techniques and / or tolerances. Accordingly, the embodiments of the present invention are not limited to the specific forms shown, but also include changes in forms generated according to manufacturing processes. Thus, the regions illustrated in the figures have schematic attributes, and the shape of the regions illustrated in the figures is intended to illustrate a particular form of region of the device and is not intended to limit the scope of the invention.
  • FIG. 2 is a plan view of a fingerprint sensor module of the curved smart device of the present invention
  • Figure 3 is a configuration of a flexible sensor semiconductor package applied to the fingerprint module of Figure 2 is shown in cross-sectional view.
  • a fingerprint sensor sensor F may be mounted on a lower button on the front of the smart device S.
  • the sensor module F for fingerprint recognition is a flexible sensor semiconductor package 100 for fingerprint recognition, and a connection means (eg, a flexible PCB cable) that supports the package 100 and electrically connects the main body of the smart device (S). It may include.
  • a home dome button may be installed at a lower portion of the sensor package 100 for fingerprint recognition.
  • Such a smart device may include any type of electronic device that can be carried as a smart device, a smart phone, a personal digital assistant (PDA), a handheld PC, a mobile phone or similar smart device. have.
  • PDA personal digital assistant
  • the smart device S is not flexible, but may be used in a module that is curved or rounded to a certain radius.
  • the sensor module F for fingerprint recognition may also be rounded.
  • the smart device S itself is flat, but only the button area where the finger touches can be designed to be curved.
  • the flexible sensor semiconductor package 100 for fingerprint recognition of the present invention may be used in a flex module.
  • a smart watch may be equipped with a fingerprint recognition function, but the fingerprint recognition device may be installed in a band having a relatively large effective area while the main body has a limited function and capacity.
  • the flexible sensor semiconductor package 100 for fingerprint recognition in the band bent freely up and down, flexibility must be premised.
  • the flexible sensor semiconductor package 100 for fingerprint recognition may include a flexible strip PCB 110 and an adhesive film 112 including a flexible wiring pattern therein. At least one ultra-thin flexible sensor die 120 stacked on the substrate, a conductive wire 130 that electrically connects the flexible strip PCB 110 and the flexible sensor die 120 using wire bonding, at least ultra-thin Flexible encapsulation 140 to protect flexible sensor die 120 and conductive wire 130, and flexible glass 150 attached to flexible sensor 140 or attached to flexible sensor die 120. ).
  • the flexible strip PCB 110 may be curved in one direction or bent in both directions.
  • the flexible strip PCB 110 may be formed of a polymer material.
  • it may include polyimide (PI), polyester, polyester, polyethylene napthalate (PEN), Teflon, or polyethylene terephthalate (PET).
  • the flexible sensor die 120 may include a sensor that generates a sensor signal and a readout integrated circuit (ROIC) or an application specific integrated circuit (ASIC) that processes the sensor signal.
  • the sensor may include a transmitting module for transmitting the RF sensor signal, and a receiving module for receiving the sensor signal. Therefore, although the ROIC may be formed inside the flexible sensor die 120, a sensor may be formed on the flexible sensor die 120.
  • the flexible sensor die 120 is not particularly limited as a semiconductor element for fingerprint recognition.
  • the static electricity according to the shape of the fingerprint of the finger may be sensed and fingerprint authentication may be performed using the input signal.
  • a finger has a fingerprint that is a combination of a hill and a valley, and the shape information of the hill and the valley is output by using the capacitance difference due to the curve (mount and hill height difference), and imaged or compared with the reference information to perform fingerprint authentication. It can be done.
  • the flexible sensor die 120 may have a structure in which one or more chips are stacked using the adhesive film 112. According to an embodiment of the present invention, in order to ensure the flexibility of the package 100, the thickness of the chip and the compensation layer, which will be described later, may not exceed 80 micrometers.
  • the adhesive film 112 may include a non-conductive adhesive (NCA) or an anisotropic conductive adhesive (ACA).
  • NCA non-conductive adhesive
  • ACA anisotropic conductive adhesive
  • NCA or NCF non-conductive film
  • an anisotropic conductive film or adhesive may be used.
  • the flexible sensor die 120 may be connected by a non-conductive film NCA or NCF when the flexible sensor die 120 is electrically connected by wire bonding.
  • the adhesive film 112 may include a polymer material having excellent adhesion. That is, even if the flexible strip PCB 110 is bent or curved, the peeling phenomenon should not occur between the flexible strip PCB 110 and the flexible sensor die 120. Therefore, in order to achieve a stable bonding, a material having excellent adhesive strength is required as compared with an adhesive used in a conventional PCB substrate.
  • the adhesive stress compensation layer 160 may include a PI compensation film 160a for adjusting the neutral plane and an adhesive film 160b for integrating the compensation film with the flexible sensor die 120.
  • the PI compensation film 160a having a predetermined thickness adjusts the neutral plane up or down.
  • the neutral plane is increased while the stress is zero.
  • the compensation film 160a uses a polyimide (PI) film, so that a hard material having a larger elastic modulus than the flex encapsulation 140 is used.
  • the neutral plane is determined by the geometric shape of the package. Accordingly, the height of the flexible sensor die 120 is increased from the flexible strip PCB 110.
  • various semiconductor devices and passive devices 170 supporting the flexible sensor die 120 may be further installed on the flexible strip PCB 110.
  • the active device all devices other than the fingerprint sensor for constituting the flexible package are referred to as resistors, capacitors, diodes, and passive devices for convenience.
  • the passive element 170 may include a power management integrated circuit (PMIC) for supplying power to the flexible sensor semiconductor package 100 for fingerprint recognition, as well as a resistor, a capacitor, and a diode, and a power inductor for stabilizing a current change. It may include various modules such as a power inductor or a controller.
  • PMIC power management integrated circuit
  • the conductive wire 130 electrically connects a substrate pad on the upper surface of the flexible strip PCB 110 and a chip pad on the flexible sensor die 120.
  • the flexible bag 140 may be formed of a flexible material that is bent or curved freely.
  • the flexible bag 140 may include a material capable of providing stress. It may include a polymer, a rubber, or an elastomer. Or polyimide.
  • the flexible sensor semiconductor package 100 may be stretched, and damage caused by stress should be prevented even if stress caused by stretching occurs.
  • the flexible wiring pattern formed on the flexible strip PCB 110 is cut or the flexible sensor die 120 is separated from the flexible strip PCB 110 when it is bent, it may no longer function due to a contact fail. none.
  • the flexible bag 140 may include a primary flexible bag 140a that specifically protects the conductive wire 130 and a secondary flexible bag 140b on the primary flexible bag.
  • the primary flexible bag 140a is softer than the secondary flexible bag 140b.
  • the primary flexible bag 140a has a first hardness and the secondary flexible bag 140b has a second hardness, and the second hardness is greater than the first hardness, so that the primary flexible bag 140a is a secondary flexible bag. It is more flexible than 140b.
  • the flexible glass 150 includes a color coating film 150b coated on one surface of the cover glass 150a.
  • the adhesive tape 150c described above is formed on the back surface of the color coating film 150b.
  • the color coating film 150b may include a color film and a protective film. This color film may be attached with a color film or printed with color ink. As the color film is formed as described above, various colors can be realized.
  • the cover glass I50a may include sapphire or tempered glass. It does not necessarily have to be glass. However, for flexibility, the thickness can be designed to be several hundred micrometers or less.
  • the flexible bag 140 does not directly contact the flexible glass 150, and is formed between the sensor of the flexible sensor die 120 and the color coating film 140b. Since no encapsulation is provided, the sensing sensitivity of the sensor can be increased. This is because the flexible glass 150 may be directly coupled with the flexible sensor die 120 by avoiding the conductive wire 130.
  • a first region in which the conductive wire 130 is bonded and the flexible bag 140 is formed on the flexible sensor die 120 and a second region in which the flexible glass 150 is attached without the bonding of the conductive wire 130 are attached. It may include.
  • the flexible sensor die is formed on one side of the flexible sensor die 120 and the conductive wire 130 is bonded to the stepped portion (not shown) by the trench to avoid the conductive wire 130.
  • the flexible glass 150 may be directly attached to the upper surface of the 120.
  • the conductive wire 130 may be omitted, and the flexible strip PCB 110 and the flexible sensor die 120 may be electrically connected to each other by using a through electrode (TSV) 130 ′. If the conductive wire 130 is omitted, the sensing glass may be increased by attaching the flexible glass 150 directly to the upper surface of the flexible sensor die 120.
  • TSV through electrode
  • an active device and a passive device are mounted on the flexible strip PCB 110.
  • the flexible sensor die 120 and the passive element 170 are attached to the upper surface of the flexible strip PCB 110 using the adhesive film 112.
  • An adhesive stress compensation layer 160 may be mounted on one surface of the flexible sensor die 120 and the passive element 170 in advance. However, in order to bond the conductive wires 130, the flexible sensor die 120 places the adhesive stress compensation layer 160 on the bottom in the form of face up, and the passive element 170 faces down. ) Can be placed on the top surface.
  • one end of the conductive wire 130 is bonded onto a chip pad on one side of the upper surface of the flexible sensor die 120.
  • the other end of the conductive wire 130 is bonded onto a substrate pad of the flexible strip PCB 110.
  • a primary flexible bag 140a that protects the conductive wire 130 is formed.
  • the reason why the flexible bag 140 is divided into primary and secondary processes is that the bonding portion of the conductive wire 130 is most likely to be peeled off when the package 100 is bent or bent, and an epoxy resin is formed on the conductive wire 130. To prevent the phenomenon that the conductive wire 130 is separated by the grinding (grinding) process when applying and planarization process.
  • the second flexible bag 140b is coated on the first flexible bag 140a, and the flexible bag 140 is completed through a planarization process. As described above, the hardness of the primary flexible bag 140a is lower than that of the secondary flexible bag 140b.
  • the flexible glass 150 is attached onto the flexible bag 140.
  • a laminating process is performed using a soft roll (not shown) so that the flexible bag 140 and the adhesive tape 150c of the flexible glass 150 are adhered well.
  • the present invention is not flexible in the module having a fingerprint recognition function, but if it needs to be constantly bent, an ultra-thin flexible semiconductor die is laminated on a strip-type flexible PCB and covered using a flexible bag, ultra-thin flexible glass It is a technical idea to provide flexibility to the product firstly, and to solve the bidirectional excessive warpage phenomenon in the second direction through the stress compensation layer controlling the neutral plane between the flexible PCB and the flexible semiconductor die. It can be seen that. Within the scope of the basic technical idea of the present invention, many other modifications will be possible to those skilled in the art.

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Abstract

본 발명의 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지는, 유연 스트립 PCB, 상기 유연 스트립 PCB 상에 적층되는 하나 이상의 유연 센서 다이, 상기 유연 스트립 PCB와 상기 유연 센서 다이를 전기적으로 연결하는 도전 와이어, 및 적어도 상기 유연 센서 다이와 상기 도전 와이어를 보호하는 유연 봉지를 포함하여 구성됨으로써, 유연하지 않지만 일정한 반경으로 커브드(curved) 되는 모듈에 사용되거나, 혹은 유연하여 자유자재로 플렉스(flex) 되는 모듈에 사용될 수 있다.

Description

스마트 기기의 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지 및 그 제조 방법
본 발명은, 스마트 기기에 사용되는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 잠금 해제용 지문 인식 기능이 스마트 기기의 새로운 트렌드로 급부상하면서 지문 인식 기능을 가지는 스마트 기기가 신체에 적합하고 휴대가 간편하며 이동성을 보장하기 위하여 유연성을 요구함으로써, 유연하지 않지만 일정한 반경으로 라운드 되는 커브드 리지드 모듈(curved-rigid module)에 적용되거나, 혹은 밴드와 같이 유연하여 자유자재로 플렉스(flex) 되는 밴더블 모듈(bendable module)에 사용되는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 커브드(curved) 되거나 휘어지는(flex) 특성이 요구되면서도 과도하게 휘거나 휘어진 후에 원상회복이 불가능한 경우에 대비하여, 중립면이나 곡률반경을 조절하는 접착형 응력 보상층(CAL)을 제공하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 지문 인식용 센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서로서, 최근에는 휴대폰이나 태블릿 PC 등의 휴대용 전자기기에서 보안성을 강화하기 위한 수단으로 널리 사용되고 있다. 즉, 지문 인식용 센서를 통해 사용자 등록이나 인증 절차를 거치도록 함으로써, 휴대용 전자기기에 저장된 데이터를 보호하고, 보안 사고를 미연에 방지할 수 있다.
최근에는 지문 인식용 센서가 일반적인 입력 수단으로 점차 요구되고 있는 추세에 있으며, 그 예로써 스마트 기기에서는 커서와 같은 포인터의 조작을 수행하는 내비게이션 기능을 지문 인식용 센서에 통합하기도 한다. 그 외에도, 사용자로부터 정보를 입력받는 스위칭 기능을 지문 인식용 센서에 통합하기도 한다. 그렇다면, 지문 인식용 센서는 지문 인식 범위에 제한되지 않고 다양한 센서 기능을 포함하는 것으로 볼 수 있다.
도 1을 참조하면, 종래 기술에 의한 플래트 리지드(flat-rigid) 트랙패드 패키지(10)는, PCB(12), PCB(12) 상에 접착제(14)를 이용하여 적층되는 트랙패드 소자(16), PCB(12)와 트랙패드 소자(16)를 전기적으로 연결하는 도전 와이어(18), 트랙패드 소자(16)와 도전 와이어(18)를 보호하는 EMC 몰드(20), EMC 몰드(20)에 접착테이프(30c)를 이용하여 부착되고, 커버 글라스(30a)에 컬러 코팅막(30b)이 형성되는 글라스 아세이(30)를 포함한다.
그러나 전술한 패키지(10)는 플래트 리지드 모듈(flat-rigid module)에 적합한 것으로, 유연하지 않지만 일정한 곡률반경으로 라운드 되는 커브드 리지드 모듈(curved-rigid module)에 적용될 수 없다. 특히 밴드와 같이 유연하여 자유자재로 양 방향 플렉스(flex) 되는 밴더블 모듈(bendable module)에는 더더욱 사용될 수 없다.
최근 스마트 워치와 같이 전자 제품의 이동성에 대한 요구가 증대됨에 따라 구부리거나 휠 수 있는 패키지 구조에 대한 관심이 증대되는 시점에서 제품의 플렉시블 특성이 절실히 요구된다.
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 일정한 곡률반경으로 라운드 되는 커브드 리지드 모듈(curved-rigid module)이나 밴드와 같이 유연하여 자유자재로 양 방향 플렉스(flex) 되는 밴더블 모듈(bendable module)에 적용될 수 있는 지문 인식을 위한 유연 센서 반도체 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 양 방향 과도하게 휘어지거나 휘어진 후에는 원상회복이 되지 않는 문제점을 해결하기 위하여 중립면 및 곡률반경을 제어하는 지문 인식을 위한 유연 센서 반도체 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지는, 유연 스트립 PCB, 상기 유연 스트립 PCB 상에 적층되는 하나 이상의 유연 센서 다이, 상기 유연 스트립 PCB와 상기 유연 센서 다이를 전기적으로 연결하는 도전 와이어, 및 적어도 상기 유연 센서 다이와 상기 도전 와이어를 보호하는 유연 봉지를 포함하여 구성됨으로써, 유연하지 않지만 일정한 반경으로 커브드(curved) 되는 모듈에 사용되거나, 혹은 유연하여 자유자재로 플렉스(flex) 되는 모듈에 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지의 제조 방법은, 접착형 응력 보상층이 저면에 부착되는 유연 센서 다이 및 수동 소자를 준비하는 단계, 유연 스트립 PCB 상에 상기 유연 센서 다이와 상기 수동 소자를 탑재하는 단계, 상기 유연 센서 다이와 상기 유연 스트립 PCB를 전기적으로 연결하는 도전 와이어를 본딩하는 단계, 상기 유연 센서 다이 상에 유연 봉지를 형성하는 단계, 및 상기 유연 봉지 상에 유연 글라스를 부착하고 라미네이팅 하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 의하면, 본 발명의 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지는, 유연 스트립 PCB, 상기 유연 스트립 PCB 상의 유연 센서 다이, 상기 유연 스트립 PCB와 상기 유연 센서 다이 상에 본딩되는 도전 와이어, 상기 유연 센서 상에 상기 도전 와이어가 본딩되는 제1영역에 형성되는 유연 봉지, 및 상기 유연 센서 상에 상기 도전 와이어가 본딩되지 않는 제2영역에 부착되는 유연 글라스를 포함할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 플래트 리지드 모듈이나 커브드 플렉스 모듈에 모두 적용할 수 있어 신체에 휴대성을 요구하는 트렌드에 부응할 수 있다.
둘째, 유연한 능동 소자와 유연하지 않는 수동 소자를 하나의 PCB 상에 탑재할 수 있어 다양한 기능의 부품을 실질적으로 하나의 패키지로 제품화를 원하는 소비자의 욕구를 충족한다.
셋째, 접착형 응력 보상층(CAL)을 이용하여 패키지의 곡률반경을 제어할 수 있어 양 방향으로 과도하게 휘어지는 패키지의 단점을 보완할 수 있고, 공정에서 초박형 패키지를 다루기 매우 편리하다.
도 1은 종래 기술에 의한 플래트 리지드 타입 지문 인식용 센서 반도체 패키지의 구성을 나타내는 단면도.
도 2는 본 발명의 스마트 기기에 있어서 리지드 커브드 타입 지문 인식용 센서 모듈의 구성을 나타내는 사시도.
도 3 내지 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 유연 지문 인식용 센서 반도체 패키지의 구성을 각각 나타내는 단면도들.
도 7a 내지 도 7e는 도 3의 유연 지문 인식용 센서 반도체 패키지의 제조 공정을 각각 나타내는 단면도들.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해 질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 2는 본 발명의 커브드 스마트 기기의 지문 인식용 센서 모듈이 평면도로 도시되고, 도 3은 도 2의 지문 인식용 센서 모듈에 적용되는 유연 센서 반도체 패키지의 구성이 단면도로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 스마트 기기(S)의 전면 하부 버튼에는 지문 인식용 센서 모듈(F)이 탑재될 수 있다. 지문 인식용 센서 모듈(F)은 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지(100)와, 패키지(100)를 지지하고 스마트 기기(S) 본체와 전기적으로 연결시켜 주는 연결수단(가령, 연성 PCB 케이블) 등을 포함할 수 있다. 특히 스마트 기기(S)의 사양에 따라 지문 인식용 센서 패키지(100)의 하부에는 홈 돔 버튼(Home Dome Button)이 설치될 수 있다.
이러한 스마트 기기(S)는, 스마트폰(smart phone), PDA(personal digital assistant), 핸드헬드(handheld) PC, 핸드폰 기타 이와 유사한 기능의 스마트 기기로서 휴대가 가능한 모든 형태의 전자 기기를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명의 경우 스마트 기기(S)는 유연하지 않지만, 일정한 반경으로 커브드(curved) 되거나 혹은 라운드(rounded) 되는 모듈에 사용될 수 있다. 스마트 기기(S) 자체가 신체에 적합하게 상하로 라운드(rounded) 되는 경우 지문 인식용 센서 모듈(F) 또한 라운드(rounded) 될 수 있다. 다른 경우 스마트 기기(S) 자체는 플래트(flat) 하지만, 핑거가 접촉하는 버튼 영역만 커브드(curved) 하게 설계할 수 있다.
또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 본 발명의 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지(100)는 플렉스(flex) 모듈에 사용될 수 있다. 가령, 스마트 워치(Smart Watch)에 지문 인식 기능을 탑재하되, 본체가 수용할 수 있는 기능과 용량에 한계가 있으면서 지문 인식 장치를 유효 면적이 상대적으로 넓은 밴드에 설치할 수 있다. 이때, 위아래로 자유자재로 휘어지는 밴드에 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지(100)를 설치하려면, 유연성이 전제되어야 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 지문 인식을 위한 유연 센서 반도체 패키지(100)는, 내부에 유연 배선 패턴을 포함하는 유연 스트립 PCB(110), 접착 필름(112)을 이용하여 유연 스트립 PCB(110) 상에 적층되는 하나 이상의 초박형 유연 센서 다이(120), 유연 스트립 PCB(110)와 유연 센서 다이(120)를 와이어 본딩(wire bonding)을 이용하여 전기적으로 연결하는 도전 와이어(130), 적어도 초박형 유연 센서 다이(120)와 도전 와이어(130)를 보호하는 유연 봉지(flex encapsulation)(140), 및 유연 봉지(140) 상에 부착되거나 혹은 유연 센서 다이(120) 상에 부착되는 유연 글라스(150)를 포함한다.
유연 스트립 PCB(110)는 일 방향으로 굴곡(curved)되거나 양 방향으로 구부려(bended)질 수 있다. 이를 위하여 유연 스트립 PCB(110)는 폴리머 재질로 형성될 수 있다. 예컨대, 폴리이미드(polyimide : PI), 폴리에스터(polyester), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene napthalate: PEN), 테플론(Teflon), 혹은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET)를 포함할 수 있다.
유연 센서 다이(120)는, 도면에는 도시되어 있지 않지만 센서 신호를 생성하는 센서(Sensor)와 센서 신호를 처리하는 ROIC(Readout integrated circuit) 혹은 ASIC(Application specific integrated circuit)를 포함할 수 있다. 센서는 RF 센서 신호를 송신하는 송신 모듈, 및 센서 신호를 수신하는 수신 모듈을 포함할 수 있다. 따라서 ROIC는 유연 센서 다이(120) 내부에 형성 되어도 상관없지만, 센서(Sensor)는 유연 센서 다이(120)의 상부에 형성되는 것이 바람직하다. 이러한 유연 센서 다이(120)는 지문 인식용 반도체 소자로서 특별히 제한되지 않는다.
본 발명의 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지(100)에 의하면, 핑거의 지문 형상에 따른 정전기를 감지하고, 이를 입력 신호로 지문 인증을 실시할 수 있다. 가령, 핑거에는 산과 골의 조합으로 되는 지문이 있고, 그 굴곡(산과 골의 높이차)으로 인한 정전 용량 차이를 이용하여 산과 골의 형상 정보를 출력하고 이를 이미지화 하거나 기준 정보와 비교하여 지문 인증을 실시 할 수 있다.
이와 같은 소자들은 실리콘(Si) 웨이퍼 상에 집적되되, 휘어질 수 있도록 웨이퍼의 두께는 수십 마이크로미터를 넘지 않는 것으로 한다. 유연 센서 다이(120)는 접착 필름(112)을 이용하여 하나 이상의 칩이 스택(stack) 되는 구조를 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 의하면 패키지(100)의 유연성을 보장하기 위하여 전술한 칩과 후술할 보상층의 두께를 합하여 80 마이크로미터를 넘지 않을 수 있다.
이때 접착 필름(112)은, 비전도성 접착제(NCA)이거나 이방성 전도성 접착제(anisotropic conductive adhesive: ACA)를 포함할 수 있다. 혹은 비전도성 필름(NCA or NCF)이 사용될 수 있다. 가령, 유연 센서 다이(120)는 유연 스트립 PCB(110) 상에 플립 칩 본딩에 의하여 전기적으로 연결되는 경우 이방성 전도성 필름 혹은 접착제가 사용될 수 있다. 다른 경우 유연 센서 다이(120)는 와이어 본딩에 의하여 전기적으로 연결되는 경우에는 비전도성 필름(NCA or NCF)에 의하여 연결될 수 있다.
다만, 접착 필름(112)은, 접착력이 우수한 고분자 물질을 포함할 수 있다. 즉, 유연 스트립 PCB(110)가 굽어지거나 휘어지더라도, 유연 스트립 PCB(110)와 유연 센서 다이(120) 사이에 박리 현상이 발생되지 않아야 하기 때문이다. 따라서 안정적인 결합을 위하여 통상의 PCB 기판에 사용되는 접착제와 비교하여 접착력이 우수한 물질이 요구된다.
한편, 유연 스트립 PCB(110)와 유연 센서 다이(120) 사이에는 두께 혹은 재질을 이용하여 중립면을 유지하는 접착형 응력 보상층(compensation adhesive layer: CAL)(160)을 더 포함할 수 있다. 접착형 응력 보상층(160)은, 중립면을 조절을 위한 PI 보상 필름(160a)과, 보상 필름을 유연 센서 다이(120)와 일체화하는 점착 필름(160b)으로 구성될 수 있다.
예컨대, 유연 센서 반도체 패키지(100)가 위 혹은 아래로 휘어지면 단면의 일부는 인장 응력이 가해지면서 늘어나고, 나머지 일부는 압축 응력이 작용하면서 압축된다. 따라서 단면에는 응력이 인장에서 압축으로 바뀌는 응력이 제로(zero)가 되는 특정 영역이 존재하는데, 이 영역을 중립면이라고 한다. 따라서 소정 두께의 PI 보상 필름(160a)은 이러한 중립면을 위 혹은 아래로 조절하게 된다. 본 발명의 경우 PI 보상 필름(160a)으로 인하여 중립면이 높이지면서 응력이 제로가 된다.
이러한 중립면은 재료의 탄성계수에 의해 변경되는데, 보상 필름(160a)은 폴리이미드(PI) 필름을 사용함으로써, 유연 봉지(flex encapsulation)(140)의 탄성계수보다 큰 경질의 재료가 사용된다. 또한, 중립면은 패키지의 기하학적인 형상에 의하여 결정된다. 따라서 유연 스트립 PCB(110)로부터 유연 센서 다이(120)의 높이를 높여주게 된다.
유연 스트립 PCB(110) 상에는 초박형 유연 센서 다이(120) 말고도, 유연 센서 다이(120)를 지원하는 여러 가지 반도체 소자 및 수동 소자(170)가 더 설치될 수 있다. 이하 능동 소자라고 하더라도 유연 패키지를 구성하는 지문 인식용 유연 센서 이외의 모든 소자를 편의상 저항, 콘덴서, 다이오드 기타 수동 소자라 칭한다.
가령, 스마트 기기(S)가 소형화되고 고성능화되면서 요구되는 소비 전력이 증가하고 공급 전원을 특별히 관리할 필요가 높아지면서 여러 가지 소자가 함께 패키지 되기도 한다. 따라서 수동 소자(170)는 저항, 콘덴서, 다이오드뿐만 아니라 지문 인식을 위한 유연 센서 반도체 패키지(100)의 전원 공급을 위한 전력 관리 반도체 칩(Power Management Integrated Circuit: PMIC), 전류 변화를 안정화시키는 파워 인덕터(Power Inductor) 혹은 콘트롤러(Controller) 등의 각종 모듈을 포함할 수 있다.
도전 와이어(130)는, 도면에 도시되어 있지 않지만 유연 스트립 PCB(110) 상부 표면의 기판 패드(substrate pad)와 유연 센서 다이(120) 상의 칩 패드(chip pad)를 전기적으로 연결한다.
유연 봉지(140)는 자유자재로 굽어지거나 휘어지는 연성 재질로 형성될 수 있다. 유연 봉지(140)는 응력(stress)을 제공할 수 있는 물질을 포함할 수 있다. 폴리머(polymer)나 고무(rubber) 또는 탄성중합체(elastomer)를 포함할 수 있다. 또는 폴리이미드(poly imide)를 포함할 수 있다.
예컨대, 유연 센서 반도체 패키지(100)를 굴곡지게 하거나 휘더라도 신축 가능하고, 신축에 따른 응력이 발생하더라도 응력에 의한 손상이 방지되어야 한다. 특히 휘어질 때 유연 스트립 PCB(110) 상에 형성되는 유연 배선 패턴이 절단되거나 유연 센서 다이(120)가 유연 스트립 PCB(110)로부터 분리되면 콘택 패일(contact fail)로 인하여 더 이상 기능을 할 수 없다.
유연 봉지(140)는 도전 와이어(130)를 특히 보호하는 1차 유연 봉지(140a)와 1차 유연 봉지 상의 2차 유연 봉지(140b)를 포함할 수 있다. 1차 유연 봉지(140a)는 2차 유연 봉지(140b)보다 연성이다. 예컨대, 1차 유연 봉지(140a)는 제1경도를 가지고 2차 유연 봉지(140b)는 제2경도를 가지며, 제2경도는 제1경도보다 커서 1차 유연 봉지(140a)는 2차 유연 봉지(140b)보다 유연하다.
유연 글라스(150)는, 커버 글라스(150a)의 일면에 컬러 코팅되는 컬러 코팅막(150b)을 포함한다. 컬러 코팅막(150b)의 이면에는 전술한 접착테이프(150c)가 형성된다. 컬러 코팅막(150b)은, 컬러막, 및 보호막을 포함할 수 있다. 이러한 컬러막은 컬러 필름이 부착되거나 컬러 잉크가 인쇄될 수 있다. 이와 같이 컬러막이 형성됨으로써, 다양한 색상 구현이 가능하다.
커버 글라스(I50a)는 사파이어 혹은 강화 글라스를 포함할 수 있다. 반드시 글라스가 아니어도 된다. 다만 유연성을 위하여 그 두께를 수백마이크로미터 이하로 설계 할 수 있다.
도 4 내지 도 6은 유연 센서 다이와 유연 글라스 사이의 간격(clearance)을 저감하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 의한 유연 패키지의 구성을 나타낸다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 유연 봉지(140)가 유연 글라스(150)와 직접 접촉하지 않고, 유연 센서 다이(120)의 센서(Sensor)와 컬러 코팅막(140b) 사이에는 어떠한 봉지(flex encapsulation)도 제공되지 않음으로써, 센서(Sensor)의 센싱 감도를 높일 수 있다. 이는 유연 글라스(150)가 도전 와이어(130)를 피해서 유연 센서 다이(120)와 직접 결합할 수 있기 때문이다.
가령, 유연 센서 다이(120) 상에는 도전 와이어(130)가 본딩되고 유연 봉지(140)가 형성되는 제1영역과 도전 와이어(130)가 본딩되지 않고 유연 글라스(150)가 부착되는 제2영역을 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 유연 센서 다이(120)의 일측에 트렌치를 형성하고 트렌치에 의한 단차부(도면부호 없음)에 도전 와이어(130)를 본딩하여 도전 와이어(130)를 피하지 않고도 유연 센서 다이(120) 상면에 직접 유연 글라스(150)를 부착할 수 있다.
도 6을 참조하면, 아예 도전 와이어(130)를 생략하고 관통 전극(TSV)(130′)을 이용하여 유연 스트립 PCB(110)와 유연 센서 다이(120)를 전기적으로 연결할 수 있다. 도전 와이어(130)를 생략하면 유연 센서 다이(120) 상면에 직접 유연 글라스(150)를 부착하여 센싱 감도를 높일 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지의 제조 방법을 설명한다.
도 7a를 참조하면, 유연 스트립 PCB(110) 상에 능동 소자와 수동 소자를 탑재한다. 접착 필름(112)을 이용하여 유연 스트립 PCB(110) 상면에 유연 센서 다이(120) 및 수동 소자(170)를 부착한다. 유연 센서 다이(120)와 수동 소자(170)의 일면에는 미리 접착형 응력 보상층(160)이 탑재될 수 있다. 다만, 유연 센서 다이(120)는 도전 와이어(130)를 본딩하기 위하여 페이스 업(face up) 형태로 접착형 응력 보상층(160)을 저면에 배치하고 수동 소자(170)는 페이스 다운(face down) 형태로 상면에 배치할 수 있다.
도 7b를 참조하면, 유연 센서 다이(120)의 상면 일측의 칩 패드(chip pad) 상에 도전 와이어(130)의 일단을 본딩한다. 도전 와이어(130)의 타단은 유연 스트립 PCB(110)의 기판 패드(substrate pad) 상에 본딩한다.
도 7c를 참조하면, 도전 와이어(130)를 보호하는 1차 유연 봉지(140a)를 형성한다. 여기서 유연 봉지(140)를 1차/2차로 나누어 진행하는 이유는 패키지(100)가 휘거나 구부려질 때 도전 와이어(130)의 본딩 부분이 가장 박리되기 쉽고, 도전 와이어(130) 상에 에폭시 수지를 도포하고 평면화 공정을 실시할 때 도전 와이어(130)가 그라인딩(grinding) 공정에 의하여 분리되는 현상을 방지하기 위한 것이다.
도 7d를 참조하면, 1차 유연 봉지(140a) 상에 2차 유연 봉지(140b)를 도포하고 평면화 공정을 통하여 유연 봉지(140)를 완성한다. 전술한 바와 같이 1차 유연 봉지(140a)의 경도는 2차 유연 봉지(140b)의 경도보다 낮다.
도 7e를 참조하면, 유연 봉지(140) 상에 유연 글라스(150)를 부착한다. 이때 유연 봉지(140)와 유연 글라스(150)의 접착테이프(150c)가 잘 부착되도록 소프트 롤(soft roll)(도면부호 없음)을 이용하여 라미네이팅(laminating) 공정을 실시한다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 지문 인식 기능을 가지는 모듈에서 유연하지 않지만 일정하게 휘어지는 것을 요구하는 경우 스트립 타입 유연 PCB 상에 초박형 유연 반도체 다이를 적층하고 유연 봉지를 이용하여 커버하며, 초박형 유연 글라스를 부착함으로써, 1차로 제품에 유연성을 제공하며, 중립면을 조절하는 응력 보상층을 유연 PCB와 유연 반도체 다이 사이에 개재하여 2차로 양방향 과도한 휨(warpage) 현상을 해결하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.

Claims (11)

  1. 유연 스트립 PCB;
    상기 유연 스트립 PCB 상에 적층되는 하나 이상의 유연 센서 다이;
    상기 유연 스트립 PCB와 상기 유연 센서 다이를 전기적으로 연결하는 도전 와이어; 및
    적어도 상기 유연 센서 다이와 상기 도전 와이어를 보호하는 유연 봉지를 포함하여 구성됨으로써,
    유연하지 않지만 일정한 반경으로 커브드(curved) 되는 모듈에 사용되거나, 혹은 유연하여 자유자재로 플렉스(flex) 되는 모듈에 사용되는 것을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연 봉지 상에 부착되는 유연 글라스를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연 센서 다이는, 지문 인식을 위한 센서 신호를 생성하는 센서(Sensor)와, 상기 센서 신호를 처리하는 ROIC를 포함하며, 상기 센서는 상기 센서 신호를 송신하는 송신 모듈, 및 상기 센서 신호를 수신하는 수신 모듈을 포함하며, 상기 ROIC는 상기 유연 센서 다이 내부 일측에 형성되고, 상기 센서는 상부 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연 스트립 PCB와 상기 유연 센서 다이 사이에 두께를 이용하여 중립면을 위아래로 조정하는 접착형 응력 보상층을 더 포함하고,
    상기 접착형 응력 보상층은 상기 유연 봉지보다 경질의 보상 필름과, 상기 보상 필름을 상기 유연 센서 다이와 일체화하는 점착 필름을 포함하는 것을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연 봉지는,
    상기 도전 와이어를 직접 보호하는 제1경도의 1차 유연 봉지; 및
    상기 1차 유연 봉지 상의 제2경도의 2차 유연 봉지를 포함하고,
    상기 제1경도는 상기 제2경도보다 낮은 것을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 유연 스트립 PCB 상에 접착 필름을 이용하여 탑재되는 수동 소자를 더 포함하고, 상기 수동 소자는, 저항, 콘덴서, 다이오드, 상기 유연 센서 다이의 전원 공급을 위한 전력 관리 반도체 칩(PMIC), 전류 변화를 안정화시키는 파워 인덕터, 혹은 콘트롤러를 포함하며, 상기 수동 소자는 봉지 처리되지 않은 것을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지.
  7. 접착형 응력 보상층이 저면에 부착되는 유연 센서 다이 및 수동 소자를 준비하는 단계;
    유연 스트립 PCB 상에 상기 유연 센서 다이와 상기 수동 소자를 탑재하는 단계;
    상기 유연 센서 다이와 상기 유연 스트립 PCB를 전기적으로 연결하는 도전 와이어를 본딩하는 단계;
    상기 유연 센서 다이 상에 유연 봉지를 형성하는 단계; 및
    상기 유연 봉지 상에 유연 글라스를 부착하고 라미네이팅 하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 유연 센서 다이는 상기 접착형 응력 보상층이 아래를 향하도록 접착 필름을 이용하여 상기 유연 스트립 PCB 상에 부착되고,
    상기 수동 소자는 상기 접착형 응력 보상층이 위를 향하도록 상기 접착 필름을 이용하여 상기 유연 스트립 PCB 상에 부착되는 것을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지 제조 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 유연 봉지를 형성하는 단계는,
    상기 도전 와이어를 보호하는 1차 유연 봉지를 도포하는 단계; 및
    상기 1차 유연 봉지 상에 2차 유연 봉지를 도포하고 평면화 하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지 제조 방법.
  10. 유연 스트립 PCB;
    상기 유연 스트립 PCB 상의 유연 센서 다이;
    상기 유연 스트립 PCB와 상기 유연 센서 다이 상에 본딩되는 도전 와이어;
    상기 유연 센서 상에 상기 도전 와이어가 본딩되는 제1영역에 형성되는 유연 봉지; 및
    상기 유연 센서 상에 상기 도전 와이어가 본딩되지 않는 제2영역에 부착되는 유연 글라스를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1영역 중 상기 유연 센서 다이의 측면 일측에 트렌치가 형성되고, 상기 트렌치에 의한 단차부에 상기 도전 와이어가 본딩되는 것을 특징으로 하는 지문 인식용 유연 센서 반도체 패키지.
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