WO2019027305A1 - 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법 - Google Patents

나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
WO2019027305A1
WO2019027305A1 PCT/KR2018/008914 KR2018008914W WO2019027305A1 WO 2019027305 A1 WO2019027305 A1 WO 2019027305A1 KR 2018008914 W KR2018008914 W KR 2018008914W WO 2019027305 A1 WO2019027305 A1 WO 2019027305A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
nano
rod
conductive
side electrode
generating
Prior art date
Application number
PCT/KR2018/008914
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
김경국
Original Assignee
한국산업기술대학교산학협력단
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 한국산업기술대학교산학협력단 filed Critical 한국산업기술대학교산학협력단
Priority to JP2020506190A priority Critical patent/JP6941398B2/ja
Publication of WO2019027305A1 publication Critical patent/WO2019027305A1/ko
Priority to US16/781,543 priority patent/US11696505B2/en

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/06—Forming electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06V—IMAGE OR VIDEO RECOGNITION OR UNDERSTANDING
    • G06V40/00—Recognition of biometric, human-related or animal-related patterns in image or video data
    • G06V40/10—Human or animal bodies, e.g. vehicle occupants or pedestrians; Body parts, e.g. hands
    • G06V40/12—Fingerprints or palmprints
    • G06V40/13—Sensors therefor
    • G06V40/1306—Sensors therefor non-optical, e.g. ultrasonic or capacitive sensing
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
    • H01L21/28—Manufacture of electrodes on semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/268
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
    • H01L21/02—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof
    • H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
    • H01L21/50—Assembly of semiconductor devices using processes or apparatus not provided for in a single one of the subgroups H01L21/06 - H01L21/326, e.g. sealing of a cap to a base of a container
    • H01L21/56—Encapsulations, e.g. encapsulation layers, coatings
    • H01L21/563—Encapsulation of active face of flip-chip device, e.g. underfilling or underencapsulation of flip-chip, encapsulation preform on chip or mounting substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L29/00—Semiconductor devices specially adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching and having potential barriers; Capacitors or resistors having potential barriers, e.g. a PN-junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/02—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor
    • H01L29/06—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions
    • H01L29/0657—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body
    • H01L29/0665—Semiconductor bodies ; Multistep manufacturing processes therefor characterised by their shape; characterised by the shapes, relative sizes, or dispositions of the semiconductor regions ; characterised by the concentration or distribution of impurities within semiconductor regions characterised by the shape of the body the shape of the body defining a nanostructure
    • H01L29/0669—Nanowires or nanotubes
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/07—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base
    • H10N30/074—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing
    • H10N30/077—Forming of piezoelectric or electrostrictive parts or bodies on an electrical element or another base by depositing piezoelectric or electrostrictive layers, e.g. aerosol or screen printing by liquid phase deposition
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/082—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by etching, e.g. lithography
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/01—Manufacture or treatment
    • H10N30/08—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies
    • H10N30/084—Shaping or machining of piezoelectric or electrostrictive bodies by moulding or extrusion
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/875—Further connection or lead arrangements, e.g. flexible wiring boards, terminal pins
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/87—Electrodes or interconnections, e.g. leads or terminals
    • H10N30/877—Conductive materials
    • H10N30/878—Conductive materials the principal material being non-metallic, e.g. oxide or carbon based
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one piezoelectric, electrostrictive or magnetostrictive element covered by groups H10N30/00 – H10N35/00
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/80—Constructional details
    • H10N30/85—Piezoelectric or electrostrictive active materials
    • H10N30/853—Ceramic compositions
    • H10N30/8548—Lead-based oxides
    • H10N30/8554—Lead-zirconium titanate [PZT] based

Definitions

  • the present invention relates to a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure, and more particularly, to a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-
  • the present invention relates to a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure manufactured by a flip chip structure capable of packaging an electrical signal without wires.
  • the structure For ultrasound fingerprint recognition, the structure must be made using a material called titanate zirconate titanate (PZT, lead zirconate titanate). These materials are known as piezoelectric materials and have the characteristic of converting mechanical forces into electrical signals. Therefore, if mechanical force is applied to the nano-structured PZT structure, the fingerprint is recognized at the moment of applying force. Since the ultrasonic fingerprint sensor using PZT is measured in three dimensions, it has characteristics that fingerprint duplication is not performed.
  • PZT titanate zirconate titanate
  • the present fingerprint recognition method has a limitation in security because it can read fingerprints of other people's fingerprints using a tape or the like in a two-dimensionally read pattern only manner.
  • MEMS Ultrasonic Fibers
  • a process with a height difference of more than 100 ⁇ m should be carried out.
  • the conventional thin film process can not overcome the step difference of 100um or more, and a new structure new process is required.
  • the device and the PCB board must be electrically connected to each other. There are a wiper bonding method and a flip chip bonding method.
  • the flip chip bonding method is optimal when considering the use environment, but due to the thickness of the device, it is difficult to connect the upper electrode to the lower part through the thickness of 100 ⁇ m or more. Therefore, various techniques for implementing the flip-chip structure have been proposed so far, but there is no report on the ultrasonic fingerprint sensor technology which is fabricated by the stable flip chip structure method.
  • a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure comprising: a conductive mold generating step of etching a conductive substrate to generate a plurality of rod- Generating nano-rods by filling the plurality of rod-generating holes with nano-piezoelectric materials; A side electrode generating portion marking step of marking the side electrode generating portion on the conductive mold rim portion on one side of the rod generating hole; A conductive mold etching step of forming a nano rod and a side electrode by first etching the remaining conductive molds except for the nano rod, the marked side electrode generating part, and the conductive substrate base connecting them; Filling the insulating material with the insulating material by etching the conductive mold; Forming a lower electrode at one end of the exposed nano rod and the side electrode by performing a secondary etching so that the nano rod surrounded by the insulating material and one end of the side electrode are exposed by filling the insul
  • the conductive substrate, and side electrode may be formed of Si, GaAs, InAs, GaN, InN, Ge, ZnO and Ga 2 O 3 and the conductive substrate side electrode comprises a material selected from the group consisting of.
  • the conductive substrate and the side electrode may be made of a material having a sheet resistance of 100? / Sq or less.
  • the conductive substrate and the side electrode may be made of a material having a shrinkage ratio of 3 to 5% at a sintering temperature of 800 to 1300 ° C.
  • the nano-rod generating step may include a nano-piezoelectric material filling step of injecting powdered nano-piezoelectric material into the conductive mold to fill the nano-piezoelectric material into the rod-generating hole, a step of injecting an adhesive solution into the conductive mold filled with the nano- A nano-piezoelectric material pressing step of pressing the rod-generating hole portion of the conductive mold into which the adhesive solution is sprayed to densify the filled nano-piezoelectric material, and a step of sintering the conductive mold through the nano-piezoelectric material pressing step And sintering the nano-piezoelectric material to sinter the nano-piezoelectric material.
  • the filling of the nano-piezoelectric material may be performed by mixing the nano-piezoelectric substance in a liquid state and the nano-piezoelectric substance in a gaseous state together with the powdered nano-piezoelectric material and filling the nano-piezoelectric material in the rod-producing hole.
  • the nano-piezoelectric material may be at least one selected from the group consisting of PZT (PbZrO 3 ) based compound, PST (Pb (Sc, Ta) O 3 based compound, quartz, Pb, Sm TiO 3 based compound, PMN (Pb (MgNb) O 3 -PT 3 ) -based compound, a poly (vinylidene fluoride) -based compound, and a PVDF-TrFe-based compound.
  • the present invention provides a nano-rod structure manufactured by the method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using the nano-rod structure, wherein a side electrode connecting the upper electrode and the lower electrode of the sensor array is a conductive substrate- And provides an ultrasonic fingerprint sensor.
  • a silicon or ceramic nano rod having conductivity which can be connected to the upper metal electrode, It is advantageous to apply it to the ultrasonic fingerprint sensor most advantageously because it has the advantage of stable device operation and extended life.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a process of fabricating a sensor package using a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a schematic view showing a sensor array manufactured through a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a schematic view showing a planar view of a sensor array manufactured through a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state of a piezoelectric rod formed between mold substrates in a conventional method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor.
  • SEM Sccanning Electron Microscope
  • FIG. 5 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state of a nano-rod formed between conductive substrates in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the shape of a nano rod formed between conductive substrates in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention and a piezoelectric rod formed between the mold substrate and a conventional method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor. (Scanning Electron Microscope) image.
  • FIG. 7 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state of a piezoelectric rod formed between mold substrates in a conventional method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor.
  • FIG. 8 is a schematic view illustrating a method of fabricating nano-rods by filling nano-piezoelectric materials in rod-forming holes of a conductive substrate in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a schematic view showing a state where nano rods are formed by filling piezoelectric material in rod-generating holes of a mold substrate in a conventional method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor.
  • FIG. 10 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state of a piezoelectric rod formed between mold substrates in a conventional method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor.
  • FIG. 11 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state of a nano-rod formed between conductive substrates in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state in which nano rods are formed by filling piezoelectric material in rod-generating holes of a mold substrate in a manufacturing method of a conventional ultrasonic fingerprint sensor and a state of a piezoelectric rod formed between the mold substrate .
  • SEM Sccanning Electron Microscope
  • FIG. 13 is a schematic view illustrating a process of forming nano-rods by filling nano-piezoelectric materials in rod-generating holes of a conductive substrate in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • SEM Sccanning Electron Microscope
  • SEM Sccanning Electron Microscope
  • a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure comprising: a conductive mold generating step of etching a conductive substrate to generate a plurality of rod- Generating nano-rods by filling the plurality of rod-generating holes with nano-piezoelectric materials; A side electrode generating portion marking step of marking the side electrode generating portion on the conductive mold rim portion on one side of the rod generating hole; A conductive mold etching step of forming a nano rod and a side electrode by first etching the remaining conductive molds except for the nano rod, the marked side electrode generating part, and the conductive substrate base connecting them; Filling the insulating material with the insulating material by etching the conductive mold; Forming a lower electrode at one end of the exposed nano rod and the side electrode by performing a secondary etching so that the nano rod surrounded by the insulating material and one end of the side electrode are exposed by filling the insul
  • the conductive substrate, and side electrode may be formed of Si, GaAs, InAs, GaN, InN, Ge, ZnO and Ga 2 O 3 and the conductive substrate side electrode comprises a material selected from the group consisting of.
  • the conductive substrate and the side electrode may be made of a material having a sheet resistance of 100? / Sq or less.
  • the conductive substrate and the side electrode may be made of a material having a shrinkage ratio of 3 to 5% at a sintering temperature of 800 to 1300 ° C.
  • the nano-rod generating step may include a nano-piezoelectric material filling step of injecting powdered nano-piezoelectric material into the conductive mold to fill the nano-piezoelectric material into the rod-generating hole, a step of injecting an adhesive solution into the conductive mold filled with the nano- A nano-piezoelectric material pressing step of pressing the rod-generating hole portion of the conductive mold into which the adhesive solution is sprayed to densify the filled nano-piezoelectric material, and a step of sintering the conductive mold through the nano-piezoelectric material pressing step And sintering the nano-piezoelectric material to sinter the nano-piezoelectric material.
  • the filling of the nano-piezoelectric material may be performed by mixing the nano-piezoelectric substance in a liquid state and the nano-piezoelectric substance in a gaseous state together with the powdered nano-piezoelectric material and filling the nano-piezoelectric material in the rod-producing hole.
  • the nano-piezoelectric material may be at least one selected from the group consisting of PZT (PbZrO 3 ) based compound, PST (Pb (Sc, Ta) O 3 based compound, quartz, Pb, Sm TiO 3 based compound, PMN (Pb (MgNb) O 3 -PT 3 ) -based compound, a poly (vinylidene fluoride) -based compound, and a PVDF-TrFe-based compound.
  • the present invention provides a nano-rod structure manufactured by the method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using the nano-rod structure, wherein a side electrode connecting the upper electrode and the lower electrode of the sensor array is a conductive substrate- And provides an ultrasonic fingerprint sensor.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a process of manufacturing a sensor package using a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. FIG. 2b is a schematic view illustrating a sensor array fabricated by a manufacturing method of an ultrasonic fingerprint sensor using a nano rod structure.
  • FIG. 2b illustrates a method of fabricating an ultrasonic fingerprint sensor using a nano rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state of a piezoelectric rod formed between mold substrates in a conventional method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor.
  • 5 is an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state of a piezoelectric rod.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a nano-rod formed between conductive substrates in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention. (Scanning Electron Microscope) image is disclosed.
  • FIG. 6 is a view showing a shape of a nano rod formed between conductive substrates in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention and a piezoelectric rod formed between the mold substrate and a conventional method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor. (Scanning Electron Microscope) image, which is a comparison between a mold substrate and a mold substrate, is disclosed.
  • FIG. 1 Sanning Electron Microscope
  • FIG. 7 shows an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a piezoelectric rod formed between mold substrates in a conventional method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor
  • 8 is a schematic view illustrating a method of manufacturing nano-rods by filling nano-piezoelectric materials in rod-forming holes of a conductive substrate in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention .
  • FIG. 9 is a schematic view showing a state where nano rods are formed by filling a piezoelectric material into rod-forming holes of a mold substrate in a conventional method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor.
  • 11 shows an SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state of a piezoelectric rod formed between substrates.
  • SEM Sccanning Electron Microscope
  • FIG. 11 in the method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention, An SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state of a nano rod is disclosed.
  • FIG. 12 shows a conventional SEM (Scanning Electron Microscope) image showing a state in which nano rods are formed by filling piezoelectric material in rod-generating holes of a mold substrate and a piezoelectric rod formed between the mold substrate in the method of manufacturing a conventional ultrasonic fingerprint sensor
  • FIG. 13 is a schematic view illustrating a process of generating nano-rods by filling nano-piezoelectric materials in rod-generating holes of a conductive substrate in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 discloses SEM (Scanning Electron Microscope) images showing a state of a nano-rod formed between conductive substrates in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention .
  • FIG. 15 illustrates SEM (Scanning Electron Microscope) images showing a state of a nano-rod formed between conductive substrates in a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure according to an embodiment of the present invention.
  • a method of fabricating an ultrasonic fingerprint sensor using a nano-rod structure includes: a conductive mold generating step of etching a conductive substrate to generate a plurality of rod generating holes spaced at a predetermined interval; Generating nano-rods by filling the plurality of rod-generating holes with nano-piezoelectric materials; A side electrode generating portion marking step of marking the side electrode generating portion on the conductive mold rim portion on one side of the rod generating hole; A conductive mold etching step of forming a nano rod and a side electrode by first etching the remaining conductive molds except for the nano rod, the marked side electrode generating part, and the conductive substrate base connecting them; Filling the insulating material with the insulating material by etching the conductive mold; Forming a lower electrode at one end of the exposed nano rod and the side electrode by performing a secondary etching so that the nano rod surrounded by the insulating material and one end of the side electrode are exposed by
  • a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using the nano-rod structure according to the present invention includes forming a side electrode for connecting an upper electrode to a lower electrode or a lower PCB in a sensor array of a fingerprint sensor,
  • a mold substrate used for producing a rod is constituted by a conductive mold substrate and a part of the conductive mold substrate is constituted by a side electrode so that the mold substrate Since the process of filling the via hole with a conductive filler can be omitted, it is possible to shorten the fabrication process of the flip chip structure, improve the productivity, and improve the yield .
  • the ultrasonic fingerprint sensor thus manufactured is manufactured through a sensor array having a stable flip chip structure, stable device driving can be ensured and the life of the device can be prolonged.
  • the step of etching the conductive substrate to form the conductive mold including the rod-generating holes may be performed by etching the substrate through, for example, a photolithography method.
  • Photolithography is a method of copying a desired circuit design onto a substrate by transferring a shadow generated by irradiating light onto an original plate called a mask formed of a metal pattern on a glass plate, and forming a designed pattern on the substrate Method.
  • the etching processes such as the primary etching and the secondary etching can be performed by a general wet etching method, a dry etching method, or the like.
  • wet etching can form a groove on a substrate by causing a chemical reaction with a surface of a portion of the substrate on which the photoresist is removed by using a chemical solution. Since such a wet etching method is generally isotropic etching, undercut occurs and it is difficult to form an accurate pattern. In addition, it has a disadvantage that it is difficult to control the process, the line width to be etched is limited, and the additional etching solution is difficult to be processed.
  • the dry etching method used to compensate for the drawbacks of the wet etching method can form a plasma by injecting a reactive gas into a vacuum chamber and then applying electric power. Thereby chemically or physically reacting with the surface of the substrate so as to etch away portions of the substrate on which the photoresist is removed.
  • the dry etching method can perform anisotropic etching, can easily control the process, and can form an accurate pattern. Therefore, the present invention can perform the etching process by dry etching.
  • the nano-rods included in the fingerprint sensor may include a piezoelectric material to generate and receive ultrasonic waves when a voltage is applied.
  • the piezoelectric rods in the piezoelectric sensor may be vibrated up and down and right and left. It is possible to generate an ultrasonic signal having a predetermined frequency.
  • the conductive substrate, and side electrode may be formed of Si, GaAs, InAs, GaN, InN, Ge, ZnO and Ga 2 O 3 and the conductive substrate side electrode comprises a material selected from the group consisting of. That is, the material of the conductive substrate remaining as the side electrode of the fingerprint sensor may be a semiconductor substrate such as a Si substrate, and may be formed of an Si-doped N type Si wafer, a P type Si wafer, or the like so as to improve the conductivity of the substrate. And can consist of Si wafers uniformly doped throughout the wafer.
  • the conductive substrate and the side electrodes may be made of a material having a sheet resistance of 100 OMEGA / sq or less.
  • the conductive substrate and the side electrodes may be made of carbon, that is, graphite, Mg, Ti, Ni, or the like.
  • the conductive substrate and the side electrode may be made of a material having a sheet resistance of 100 ⁇ / sq or less and the semiconductor material, or a combination of these elements or compounds.
  • the sintering temperature is preferably 800 to 1300 ° C., May be 3 to 5% or less. Therefore, in the case of the ultrasonic fingerprint sensor manufactured by the manufacturing method of the ultrasonic fingerprint sensor using the nano-rod structure, the shrinkage occurring in the heat treatment is minimized compared with the conventional electrode such as the conductive filler electrode, metal or silver epoxy electrode, Is 5% to 3% or less.
  • the nano-rod generating step may include filling the nano-piezoelectric material with the nano-piezoelectric material by injecting powdered nano-piezoelectric material into the conductive mold.
  • a bonding solution injection step of injecting an adhesive solution into a conductive mold filled with the nano-piezoelectric material;
  • a nano-piezoelectric material pressing step of pressing the rod-generating hole portion of the conductive mold into which the adhesive solution is sprayed to densify the filled nano-piezoelectric material;
  • the powdered nano-piezoelectric material is injected and filled in the rod-generating hole during the filling of the nano-piezoelectric material,
  • the filling uniformity of the piezoelectric material with respect to the mold can be improved compared with the method of simply pressing and filling the sensor array with the pressure pad, thereby remarkably improving the performance and appearance of the nano rod of the sensor array produced through the sintering and etching processes.
  • the step of filling the nano-piezoelectric material may be performed by mixing the nano-piezoelectric substance in a liquid state and the nano-piezoelectric substance in a gaseous state together with the powdered nano-piezoelectric material and filling the nano-piezoelectric material in the rod-
  • the filling uniformity of the battery can be further maximized.
  • the nano-piezoelectric material is PZT (PbZrO 3) based compound, PST (Pb (Sc, Ta ) O 3 based compound, silica, (Pb, Sm) TiO 3 based compound, PMN (Pb (MgNb) O 3 -PT (PbTiO 3 ) -based compound, a poly (vinylidene fluoride) -based compound, and a PVDF-TrFe-based compound may be used.
  • the present invention also provides a method of manufacturing an ultrasonic fingerprint sensor using the nano-rod structure, wherein the side electrode connecting the upper electrode and the lower electrode of the sensor array is an ultrasonic fingerprint sensor using a nano- Lt; / RTI >
  • the ultrasonic fingerprint sensor using the nano-rod structure includes a side electrode for connecting the upper electrode to the lower electrode or the lower PCB in the sensor array, and the side electrode is used to generate a nano rod (piezoelectric rod)
  • a part of the conductive mold substrate is configured as a side electrode so that a separate via hole etching process for the mold substrate performed to form the side electrode in the process of fabricating the sensor array, The filling process of the conductive filler can be omitted. Therefore, the manufacturing process of the fingerprint sensor of the flip chip structure can be shortened, the productivity can be improved, and the yield can be improved.
  • the device is fabricated through a sensor array having a stable flip chip structure, stable device driving can be ensured and the life of the device can be prolonged.
  • the ultrasonic fingerprint sensor using the nano-rod structure may further include an upper electrode and a side electrode in the structure of the sensor array, and an additional metal electrode connected to the upper electrode by connecting the side electrode and the nano rod made of a piezoelectric material .
  • Such an additional electrode acts to promote the signal generated from the nano-rod to flow more smoothly to the side electrode through the upper electrode.
  • the additional metal electrode may include a first additional metal electrode and a second additional metal electrode, and may be implemented as an emitter electrode and a receiver electrode of the signal for the nano-rod, respectively.
  • the nano-rod is not directly connected to the dummy substrate or the PCB substrate in the flip-chip structure, but is configured to transmit a signal by a separate electrode such as a side electrode.
  • the nano-rod has the same width or height as the side electrodes, the sensor array including the upper electrode and the lower electrode can be more stably realized.
  • the ultrasonic fingerprint sensor having a flip chip structure fused with the semiconductor nanorod structure according to the present invention may have a structure in which a semiconductor material electrode and a metal electrode sequentially flow in an element circuit in which a signal of a sensor element flows.
  • the semiconductor material may be a material having semiconductor characteristics selected from the group consisting of Si, Ge, GaAs, InP, InAs, GaN, InGaN, AlGaN, ZnO, ITO, SnO, In2O3 and Ga2O3.
  • the semiconductor material may be made of one or more materials selected from the group consisting of Ti, Au, Ag, Pt, Al, In, Sn, Zn, Cu and Mg.
  • the semiconductor material electrode structure may have a straight structure.
  • a semiconductor substrate such as a Si wafer is used as a mold.
  • a PZT-based fingerprint sensor is fabricated by such a mold method, there is a process of etching a semiconductor wafer. In this process, The semiconductor wafer connected to the metal electrode portion is etched so as to be formed into a nano-rod shape.
  • the electrodes of the PZT-based fingerprint sensor having a thickness of 100 .mu.m or more and the height of the nano-rods using the semiconductor substrate can be made almost the same, and the upper metal electrode can be connected to the PCB.
  • a semiconductor wafer is selectively etched by a thickness of the sensor so as to be integrated with the upper electrode.
  • the wafer that can be used is made of Si, GaAs, Ceramic semiconductor wafers having conductivity such as InAs, GaN, InN, Ge, ZnO and Ga2O3 or metal wafers having excellent conductivity can also be used. It is also possible to use a material having a sheet resistance of 100 ⁇ / sq or less as a mold.
  • the electrode structure for connecting the upper electrode of the PZT to the lower PCB is formed by using the PZT electrode And a semiconductor wafer nano rod connected to the electrode is fabricated and connected to the lower PCB electrode.
  • the signal generated from the upper PZT electrode can be transmitted to the lower PCB through the semiconductor nano-rod. Since the sensor device manufactured in this way has no wire connected to the electrode during the manufacture of the flip chip structure sensor, There is no connection phenomenon and it is the most optimized structure for the operating environment. Therefore, it can be realized as a sensor structure suitable for a magnetic field in an ultrasonic fingerprint sensor because it has advantages of stable device operation and extended life.
  • the present invention provides a method of manufacturing a semiconductor device, comprising: a conductive mold generating step of etching a conductive substrate to generate a plurality of rod generating holes spaced apart at regular intervals; a nano rod generating step of filling the plurality of rod generating holes with nano- A side electrode generating step of marking the side electrode generating part on the conductive mold rim part on one side of the rod generating hole, a step of forming a side surface electrode forming part on the side surface of the conductive mold part except for the nano rod and the marked side electrode generating part, A conductive mold etching step of forming a nano-rod and a side electrode by first-etching the insulating substrate, a step of filling an insulating material into the portion etched through the conductive mold etching step, a step of filling the insulating substrate with the insulating material, A second etching is performed so that one end of the side electrode is exposed, and the exposed nanorod and side A dummy substrate adhering step

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Multimedia (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Nanotechnology (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Transducers For Ultrasonic Waves (AREA)
  • Image Input (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

본 발명은 전도성 기판을 식각하여 일정 간격으로 이격된 복수의 로드 생성홀들을 생성하는 전도성 몰드 생성단계, 상기 복수의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 나노로드 생성단계, 상기 로드 생성홀 일측의 상기 전도성 몰드 테두리부에 측면전극 생성부를 마킹하는 측면전극 생성부 표시단계, 상기 나노로드와 상기 마킹된 측면전극 생성부 및 이들을 연결하는 전도성 기판 베이스를 제외하고, 나머지 전도성 몰드를 1차 식각하여 나노로드와 측면전극을 생성하는 전도성 몰드 식각단계, 상기 전도성 몰드 식각단계를 통해 식각된 부분에 절연재를 충진하는 절연재 충진단계, 상기 절연재의 충진에 의해 절연재로 둘러싸인 상기 나노로드 및 측면전극의 일단부가 노출되도록 2차 식각하고, 노출된 나노로드 및 측면전극의 일단부에 하부전극을 형성하는 하부전극 형성단계, 상기 하부전극이 형성된 표면에 더미기판(dummy substrate)을 접착하는 더미기판 접착단계 및 상기 나노로드와 측면전극을 연결하는 상기 전도성 기판 베이스를 제거하여 노출된 상기 나노로드와 측면전극의 타단부에 상부전극을 형성하는 상부전극 형성단계를 포함하는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에 관한 것이다.

Description

나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법
본 발명은 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실리콘 나노로드 구조와 금속 전극 구조를 일체형 구조로 제작하여 압전소재 (PZT)를 이용한 초음파지문센서에서 측정되는 다양한 전기적 신호를 와이어 없이 패키지 할 수 있는 플립칩 구조로 제작된 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에 관한 것이다.
보안에 대한 중요성이 강조되면서 다양한 보안 방법이 제시되고 있다. 그 중에서 지문인식 방식은 본인을 확인할 수 있는 가장 효과적인 방법 중의 하나이기 때문에 많은 분야에서 채용하고 있다.
그러나 지문을 인식하는 방식은 여러 가지가 있으며 현재까지 휴대폰에서 사용하고 있는 정전방식이 가장 일반적으로 사용하고 있으나 이러한 방식은 지문을 복사해서 사용할 수 있는 단점을 가지고 있다. 따라서 기존의 지문인식방식이 아닌 복사가 불가능한 새로운 방법의 지문 인식 방식의 필요성이 증가하고 있으며 이에 제시되고 있는 방식이 초음파지문인식 방식이다.
초음파 지문인식을 하기 위해서는 티탄산 지르콘산 연(타이타늄산 지르콘산 연) [PZT, lead zirconate titanate ]이라는 소재를 사용해서 구조를 제작해야 한다. 이러한 물질은 흔희 압전소재로 알려져 있는 물질로 기계적인 힘을 전기적인 신호로 바꾸어주는 역할을 하는 특징을 가지고 있다. 따라서 나노급으로 구성된 PZT구조에 3차원적 지문 행태가 기계적인 힘이 가해진다면 힘을 가하는 순간에 지문을 인식하게 된다. 이러한 PZT를 이용한 초음파 지문센서는 3차원으로 측정되기 때문에 지문복제가 되지 않은 특징을 가지고 있다.
이에 비해서 현재의 지문 인식방식은 2차원적으로 무늬만을 읽는 방식으로 타인의 지문을 테이프 등을 이용해서 지문 복사가 가능하기 때문에 보안에 한계가 있다.
현재 초음파지문인식 센서를 위해서는 멤스(MEMS)공정을 적용해야 한다. 이 경우 100um이상의 높이차이가 나는 공정을 진행해야 한다. 이 경우 일반 박막 공정으로 100um 이상의 단차를 극복할 수 없는 단점이 있어 새로운 구조 새로운 공정이 필요하다. 또한 제작된 초음파 지문센서를 PCB보드에 장착하는 과정에서 소자와 PCB보드 사이를 전기적으로 연결해야 하는데 크게 와이버 본딩 방식과 플립칩 본딩 방식이 있다.
초음파 지문센서의 경우 플립칩 본딩 방식이 사용환경을 고려할 때 최적이지만 소자 두께로 인해서 상부의 전극을 100um이상의 두께는 통과하여 하부로 연결하는데 어려움을 겪고 있다. 따라서 현재까지 플립칩 구조를 구현하기 위한 다양한 기술이 제시되고 있으나 아직까지 안정적인 플립칩 구조 방식으로 제작되는 초음파지문센서 기술에 대해서는 보고가 되지 않고 있다.
본 발명의 목적은 종래 초음파 지문센서의 문제점을 해결하기 위해서 플립칩 구조 구현에 어려움을 겪고 있는 상부전극의 연결을 실리콘 나노로드를 금속전극과 연결하는 플립칩 구조를 구현한 반도체 나노로드 구조를 융합한 플립칩 구조의 초음파 지문센서를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명은 상부 전극을 하부의 PCB로 연결하기 위해서 상부의 금속 전극과 연결할 수 있는 전도성을 갖는 실리콘 또는 세라믹 나노로드를 일체형으로 제작하여 플립칩 구조를 구현할 수 있도록 하는 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법은 전도성 기판을 식각하여 일정 간격으로 이격된 복수의 로드 생성홀들을 생성하는 전도성 몰드 생성단계; 상기 복수의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 나노로드 생성단계; 상기 로드 생성홀 일측의 상기 전도성 몰드 테두리부에 측면전극 생성부를 마킹하는 측면전극 생성부 표시단계; 상기 나노로드와 상기 마킹된 측면전극 생성부 및 이들을 연결하는 전도성 기판 베이스를 제외하고, 나머지 전도성 몰드를 1차 식각하여 나노로드와 측면전극을 생성하는 전도성 몰드 식각단계; 상기 전도성 몰드 식각단계를 통해 식각된 부분에 절연재를 충진하는 절연재 충진단계; 상기 절연재의 충진에 의해 절연재로 둘러싸인 상기 나노로드 및 측면전극의 일단부가 노출되도록 2차 식각하고, 노출된 나노로드 및 측면전극의 일단부에 하부전극을 형성하는 하부전극 형성단계; 상기 하부전극이 형성된 표면에 더미기판(dummy substrate)을 접착하는 더미기판 접착단계; 및 상기 나노로드와 측면전극을 연결하는 상기 전도성 기판 베이스를 제거하여 노출된 상기 나노로드와 측면전극의 타단부에 상부전극을 형성하는 상부전극 형성단계를 포함하는 것으로 구성된다.
상기 전도성 기판 및 측면전극은 Si, GaAs, InAs, GaN, InN, Ge, ZnO 및 Ga2O3 로 이루어진 군에서 선택된 물질이 포함된 전도성 기판 및 측면전극으로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 기판 및 측면전극은 면저항이 100 Ω/sq 이하인 소재로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 기판 및 측면전극은 800 내지 1300℃의 소결 온도에서 수축률이 3 내지 5% 이하인 소재로 이루어질 수 있다.
상기 나노로드 생성단계는 상기 전도성 몰드에 분말화된 나노 압전물질을 분사하여 상기 로드 생성홀에 나노 압전물질을 충진하는 나노 압전물질 충진단계, 상기 나노 압전물질이 충진된 전도성 몰드에 접착용액을 분사하는 접착용액 분사단계, 상기 접착용액이 분사된 전도성 몰드의 로드 생성홀 부분을 가압하여 충진된 나노 압전물질을 밀집시키는 나노 압전물질 가압단계 및 상기 나노 압전물질 가압단계를 거친 상기 전도성 몰드를 소결하여 상기 나노 압전물질을 소결시키는 나노 압전물질 소결단계를 포함하는 것으로 이루어질 수 있다.
상기 나노 압전물질 충진단계는 상기 분말화된 나노 압전물질에 액체 상태의 나노 압전물질 및 기체 상태의 나노 압전물질을 함께 혼합하여 상기 로드 생성홀에 충진하는 것으로 수행될 수 있다.
상기 나노 압전물질은 PZT(PbZrO3)계 화합물, PST(Pb(Sc, Ta)O3계 화합물, 석영, (Pb, Sm)TiO3계 화합물, PMN(Pb(MgNb)O3-PT(PbTiO3)계 화합물, PVDF(Poly(vinylidene fluoride))계 화합물 및 PVDF-TrFe계 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물일 수 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 상기 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에 의해 제조되고, 센서 어레이의 상부전극 및 하부전극을 연결하는 측면전극이 전도성 기판 몰드 전극으로 이루어지는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서를 제공한다.
본 발명에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법은 상부 전극을 하부의 PCB로 연결하기 위해서 상부의 금속 전극과 연결할 수 있는 전도성을 갖는 실리콘 또는 세라믹 나노로드를 일체형으로 제작하여 플립칩 구조를 구현함으로써, 안정적인 소자 구동과 수명까지 연장되는 장점을 가지고 있어 초음파 지문센서에 가장 적합하게 적용될 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법을 통해 센서 패키지를 제조하는 과정을 나타낸 블록도이다.
도 2a는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법을 통해 제조된 센서 어레이의 모습을 나타낸 모식도이다.
도 2b는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법을 통해 제조된 센서 어레이의 평면 모습을 나타낸 모식도이다.
도 3은 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이다.
도 4는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습과 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 비교하여 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이다.
도 7는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 9는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판의 로드 생성홀들에 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 모습을 나타낸 모식도이다.
도 10은 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이다.
도 11은 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이다.
도 12는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판의 로드 생성홀들에 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 모습과 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 14는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지들이다.
도 15은 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지들이다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법은 전도성 기판을 식각하여 일정 간격으로 이격된 복수의 로드 생성홀들을 생성하는 전도성 몰드 생성단계; 상기 복수의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 나노로드 생성단계; 상기 로드 생성홀 일측의 상기 전도성 몰드 테두리부에 측면전극 생성부를 마킹하는 측면전극 생성부 표시단계; 상기 나노로드와 상기 마킹된 측면전극 생성부 및 이들을 연결하는 전도성 기판 베이스를 제외하고, 나머지 전도성 몰드를 1차 식각하여 나노로드와 측면전극을 생성하는 전도성 몰드 식각단계; 상기 전도성 몰드 식각단계를 통해 식각된 부분에 절연재를 충진하는 절연재 충진단계; 상기 절연재의 충진에 의해 절연재로 둘러싸인 상기 나노로드 및 측면전극의 일단부가 노출되도록 2차 식각하고, 노출된 나노로드 및 측면전극의 일단부에 하부전극을 형성하는 하부전극 형성단계; 상기 하부전극이 형성된 표면에 더미기판(dummy substrate)을 접착하는 더미기판 접착단계; 및 상기 나노로드와 측면전극을 연결하는 상기 전도성 기판 베이스를 제거하여 노출된 상기 나노로드와 측면전극의 타단부에 상부전극을 형성하는 상부전극 형성단계를 포함하는 것으로 구성된다.
상기 전도성 기판 및 측면전극은 Si, GaAs, InAs, GaN, InN, Ge, ZnO 및 Ga2O3 로 이루어진 군에서 선택된 물질이 포함된 전도성 기판 및 측면전극으로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 기판 및 측면전극은 면저항이 100 Ω/sq 이하인 소재로 이루어질 수 있다.
상기 전도성 기판 및 측면전극은 800 내지 1300℃의 소결 온도에서 수축률이 3 내지 5% 이하인 소재로 이루어질 수 있다.
상기 나노로드 생성단계는 상기 전도성 몰드에 분말화된 나노 압전물질을 분사하여 상기 로드 생성홀에 나노 압전물질을 충진하는 나노 압전물질 충진단계, 상기 나노 압전물질이 충진된 전도성 몰드에 접착용액을 분사하는 접착용액 분사단계, 상기 접착용액이 분사된 전도성 몰드의 로드 생성홀 부분을 가압하여 충진된 나노 압전물질을 밀집시키는 나노 압전물질 가압단계 및 상기 나노 압전물질 가압단계를 거친 상기 전도성 몰드를 소결하여 상기 나노 압전물질을 소결시키는 나노 압전물질 소결단계를 포함하는 것으로 이루어질 수 있다.
상기 나노 압전물질 충진단계는 상기 분말화된 나노 압전물질에 액체 상태의 나노 압전물질 및 기체 상태의 나노 압전물질을 함께 혼합하여 상기 로드 생성홀에 충진하는 것으로 수행될 수 있다.
상기 나노 압전물질은 PZT(PbZrO3)계 화합물, PST(Pb(Sc, Ta)O3계 화합물, 석영, (Pb, Sm)TiO3계 화합물, PMN(Pb(MgNb)O3-PT(PbTiO3)계 화합물, PVDF(Poly(vinylidene fluoride))계 화합물 및 PVDF-TrFe계 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물일 수 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위해 상기 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에 의해 제조되고, 센서 어레이의 상부전극 및 하부전극을 연결하는 측면전극이 전도성 기판 몰드 전극으로 이루어지는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서를 제공한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어 구체적인 수치는 실시예에 불과하다.
도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법을 통해 센서 패키지를 제조하는 과정을 나타낸 블록도가 개시되어 있고, 도 2a에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법을 통해 제조된 센서 어레이의 모습을 나타낸 모식도가 개시되어 있으며, 도 2b에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법을 통해 제조된 센서 어레이의 평면 모습을 나타낸 모식도가 개시되어 있다.
도 3에는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지가 개시되어 있고, 도 4에는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지이며, 도 5에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지가 개시되어 있다.
도 6에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습과 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 비교하여 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지가 개시되어 있고, 도 7에는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지가 개시되어 있으며, 도 8에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 모습을 나타낸 모식도가 도시되어 있다.
도 9에는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판의 로드 생성홀들에 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 모습을 나타낸 모식도가 개시되어 있고, 도 10에는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지가 개시되어 있으며, 도 11에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지가 개시되어 있다.
도 12에는 종래 초음파 지문센서의 제조방법에서 몰드 기판의 로드 생성홀들에 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 모습과 몰드 기판 사이에 형성된 압전로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지가 개시되어 있고, 도 13에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 과정을 나타낸 모식도가 개시되어 있으며, 도 14에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지들이 개시되어 있다.
도 15에는 본 발명의 일실시예에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에서 전도성 기판 사이에 형성된 나노로드의 모습을 나타낸 SEM(Scanning Electron Microscope)이미지들이 개시되어 있다.
이들 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법은 전도성 기판을 식각하여 일정 간격으로 이격된 복수의 로드 생성홀들을 생성하는 전도성 몰드 생성단계; 상기 복수의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 나노로드 생성단계; 상기 로드 생성홀 일측의 상기 전도성 몰드 테두리부에 측면전극 생성부를 마킹하는 측면전극 생성부 표시단계; 상기 나노로드와 상기 마킹된 측면전극 생성부 및 이들을 연결하는 전도성 기판 베이스를 제외하고, 나머지 전도성 몰드를 1차 식각하여 나노로드와 측면전극을 생성하는 전도성 몰드 식각단계; 상기 전도성 몰드 식각단계를 통해 식각된 부분에 절연재를 충진하는 절연재 충진단계; 상기 절연재의 충진에 의해 절연재로 둘러싸인 상기 나노로드 및 측면전극의 일단부가 노출되도록 2차 식각하고, 노출된 나노로드 및 측면전극의 일단부에 하부전극을 형성하는 하부전극 형성단계; 상기 하부전극이 형성된 표면에 더미기판(dummy substrate)을 접착하는 더미기판 접착단계; 및 상기 나노로드와 측면전극을 연결하는 상기 전도성 기판 베이스를 제거하여 노출된 상기 나노로드와 측면전극의 타단부에 상부전극을 형성하는 상부전극 형성단계를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
즉 본 발명에 따른 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법은 지문센서의 센서 어레이에서 상부전극을 하부전극 또는 하부의 PCB로 연결하기 위한 측면전극을 형성하되, 이러한 측면전극을 센서 어레이의 나노로드(압전로드)를 생성하기 위해 사용되는 몰드 기판을 전도성 몰드기판으로 구성하여 전도성 몰드기판의 일부가 측면전극이 되도록 구성함으로써, 센서 어레의 제작과정에서 측면 전극을 형성하기 위해 수행되는 몰드 기판에 대한 별도의 비아홀 식각과정 및 비아홀에 대한 전도성 필러의 충진 과정 등의 공정을 생략할 수 있으므로, 플립칩 구조의 지문센서 제작 공정을 단축시키고, 생산성을 향상시키며, 수율을 개선할 수 있는 장점이 있다.
또한, 이와 같이 제조된 초음파 지문센서는 안정적인 플립칩 구조의 센서 어레이를 통해 제조되므로, 안정적인 소자 구동을 담보할 수 있고, 소자의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 전도성 기판을 식각하여 로드 생성홀들을 포함하는 전도성 몰드를 형성하는 단계는 예를 들어, 포토리소그래피(Photolithography) 방법을 통해 기판을 식각하여 몰드를 형성할 수 있다. 포토리소그래피는 원하는 회로설계를 유리판 위에 금속 패턴으로 형성된 마스크(mask)라는 원판에 빛을 조사하여 생기는 그림자를 기판 상에 전사시겨 복사하는 방법으로, 설계된 소정의 형태의 패턴을 기판 상에 형성하는 방법 중 하나이다.
한편, 상기 1차 식각 및 2차 식각 등의 식각 과정은 일반적인 습식 식각법과 건식 식각법 등을 통해 수행될 수 있다.
일반적으로 습식 식각법은 화학용액을 이용해 상기 기판 상의 포토레지스트가 제거된 부분의 표면과 화학 반응을 일으킴으로써, 기판 상에 홈을 형성할 수 있다. 이러한 습식 식각법은 일반적으로 등방성 식각(Isotropic etching)이기 때문에 언더컷이 발생하며, 정확한 패턴 형성이 어렵다. 또한 공정 제어가 어렵고, 식각할 수 있는 선폭이 제한적이며, 부가적으로 생성되는 식각 용액의 처리가 어렵다는 단점이 있다.
한편, 습식 식각법의 단점을 보완하기 위해 사용되는 건식 식각법은 반응가스를 진공 챔버에 주입시킨 후, 전력을 인가하여 플라즈마를 형성시킬 수 있다. 이를 통해 기판의 표면과 화학적 또는 물리적으로 반응시켜 기판 상의 포토레지스트가 제거된 부분을 식각할 수 있다. 상기 건식 식각법은 이방성 식각(Antisotropic etching)이 가능하며, 공정 제어가 용이하고, 정확한 패턴을 형성할 수 있다는 장점이 있기 때문에, 본 발명에서는 건식 식각법을 통해 식각공정을 수행할 수 있다.
상기 지문센서 내 포함되는 상기 나노로드는 압전 물질을 포함함으로써, 전압이 인가되면 초음파를 발생 및 수신할 수 있다.
구체적으로 상기 압전 물질이 진동할 수 있는 초음파 대역의 공진 주파수를 갖는 교류 전압이 상기 압전 센서 내 압전 로드에 인가되면 압전 로드가 상하, 좌우로 진동될 수 있으며, 이와 같이 상기 압전 로드가 상하, 좌우로 진동하게 되면 소정의 주파수를 갖는 초음파 신호를 생성할 수 있다.
상기 전도성 기판 및 측면전극은 Si, GaAs, InAs, GaN, InN, Ge, ZnO 및 Ga2O3 로 이루어진 군에서 선택된 물질이 포함된 전도성 기판 및 측면전극으로 이루어질 수 있다. 즉, 상기 지문센서의 측면전극으로 남게 되는 전도성 기판의 소재는 Si 기판 등의 반도체 기판으로 이루어질 수 있으며, 기판의 전도성을 향상시킬 수 있도록, Si 도핑된 N형 Si 웨이퍼, P형 Si 웨이퍼 등으로 구성될 수 있으며, 웨이퍼 전체적으로 doping이 균일하게 잘 이루어진 Si 웨이퍼로 구성될 수 있다.
또한, 상기 전도성 기판 및 측면전극은 면저항이 100 Ω/sq 이하인 소재로 이루어질 수 있으며, 이때 상기 전도성 기판 및 측면전극의 소재는 상기 원소들 이외에 탄소계열 즉 흑연(graphite)으로 이루어질 수 있으며, Al, Mg, Ti, Ni 등으로 이루어진 금속으로 구성될 수도 있다.
또한, 상기 전도성 기판 및 측면전극은 상기 반도체 소재와 면저항이 100 Ω/sq 이하인 소재로 등에서 선택되거나 이들 원소나 화합물을 조합하여 구성될 수 있으며, 이때 바람직하게는 800 내지 1300℃의 소결 온도에서 수축률이 3 내지 5% 이하인 소재로 이루어질 수 있다. 따라서, 상기 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에 의해 제조된 초음파 지문센서의 경우, 전도성 필러 전극, 금속 또는 실버에폭시 전극 등과 같은 종래의 전극에 비해 열처리시 발생하는 수축을 최소화 하여, 수축율이 5% 내지 3% 이하인 전극으로 구현되는 장점이 있다.
한편, 상기 나노로드 생성단계는 상기 전도성 몰드에 분말화된 나노 압전물질을 분사하여 상기 로드 생성홀에 나노 압전물질을 충진하는 나노 압전물질 충진단계; 상기 나노 압전물질이 충진된 전도성 몰드에 접착용액을 분사하는 접착용액 분사단계; 상기 접착용액이 분사된 전도성 몰드의 로드 생성홀 부분을 가압하여 충진된 나노 압전물질을 밀집시키는 나노 압전물질 가압단계; 및 상기 나노 압전물질 가압단계를 거친 상기 전도성 몰드를 소결하여 상기 나노 압전물질을 소결시키는 나노 압전물질 소결단계를 포함하는 것으로 구성될 수 있다.
즉, 상기 나노로드 생성단계는 상기 로드 생성홀에 나노 압전물질을 충진하는 과정에서 분말화된 나노 압전물질을 분사하여 충진함으로써, 종래의 센서 어레이 제조과정에서 벌크(bulk) 상태의 압전물질을 몰드에 단순 가압하여 충진하는 방법에 비해 몰드에 대한 압전물질의 충진 균일도를 향상시켜 소결 및 식각과정 등을 통해 생성되는 센서 어레이의 나노로드의 성능과 외형을 현저하게 개선할 수 있다.
여기서, 상기 나노 압전물질 충진단계는 상기 분말화된 나노 압전물질에 액체 상태의 나노 압전물질 및 기체 상태의 나노 압전물질을 함께 혼합하여 상기 로드 생성홀에 충진하는 것으로 수행됨으로써, 몰드에 대한 압전물질의 충진 균일도를 더욱 극대화할 수 있다.
한편, 상기 나노 압전물질은 PZT(PbZrO3)계 화합물, PST(Pb(Sc, Ta)O3계 화합물, 석영, (Pb, Sm)TiO3계 화합물, PMN(Pb(MgNb)O3-PT(PbTiO3)계 화합물, PVDF(Poly(vinylidene fluoride))계 화합물 및 PVDF-TrFe계 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 적어도 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에 의해 제조되고, 센서 어레이의 상부전극 및 하부전극을 연결하는 측면전극이 전도성 기판 몰드 전극으로 이루어지는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서를 제공한다.
즉, 상기 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서는 센서 어레이에서 상부전극을 하부전극 또는 하부의 PCB로 연결하기 위한 측면전극을 형성하되, 이러한 측면전극을 센서 어레이의 나노로드(압전로드)를 생성하기 위해 사용되는 몰드 기판을 전도성 몰드기판으로 구성하여 전도성 몰드기판의 일부가 측면전극이 되도록 구성됨으로써, 센서 어레의 제작과정에서 측면 전극을 형성하기 위해 수행되는 몰드 기판에 대한 별도의 비아홀 식각과정 및 비아홀에 대한 전도성 필러의 충진 과정 등의 공정을 생략할 수 있으므로, 플립칩 구조의 지문센서 제작 공정을 단축시키고, 생산성을 향상시키며, 수율을 개선할 수 있는 장점이 있다. 또한, 안정적인 플립칩 구조의 센서 어레이를 통해 제조되므로, 안정적인 소자 구동을 담보할 수 있고, 소자의 수명을 연장시킬 수 있는 장점이 있다.
상기 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서는 센서 어레이의 구조에서 상부전극 및 측면전극과 함께, 상기 측면전극과 압전물질로 이루어진 나노로드를 연결하여 상부전극과 연결하는 추가 금속전극을 더 포함할 수 있다. 이러한 추가전극은 상기 나노로드로부터 발생하는 신호가 상부전극을 통해 측면전극으로 더욱 원활하게 흐를 수 있도록 촉진하는 작용을 한다. 여기서, 상기 추가 금속전극은 제1 추가 금속전극과 제2 추가 금속전극으로 구성되어 상기 나노로드에 대한 신호의 발신자(emitter) 전극과 수신자 (receiver) 전극으로 각각 구현될 수 도 있다.
또한, 상기 나노로드는 플립칩 구조에서 더미기판이나 PCB 기판과 직접적으로 연결되지 않고, 측면전극 등의 별도의 전극에 의해 신호를 전송하도록 구성된다.
또한, 상기 나노로드는 상기 측면전극에 대해 폭과 높이가 동일하거나 작은 것으로 구성됨으로써, 상부전극과 하부전극 등을 포함하는 센서 어레이를 더욱 안정적으로 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 반도체 나노로드 구조를 융합한 플립칩 구조의 초음파 지문센서는 센서 소자의 신호가 흐르는 소자내 회로에서 반도체 소재 전극과 금속 전극이 순차적으로 흐르는 구조를 갖는 것으로 구성될 수 있다.
상기 반도체 소재는 Si, Ge, GaAs, InP, InAs, GaN, InGaN, AlGaN, ZnO, ITO, SnO, In2O3, Ga2O3 로 이루어진 군에서 선택된 반도체 특성을 갖는 소재를 사용할 수 있다.
상기 반도체 소재는 Ti, Au, Ag, Pt, Al, In, Sn, Zn, Cu, Mg로 이루어진 군에서 선택된 금속 중에서 하나 또는 두 개 이상의 혼합물로 이루어진 소재를 사용할 수 있다.
상기 반도체 소재 전극 구조는 직선형 구조를 가질 수 있다.
PZT를 이용한 지문센서를 제작할 때 Si 웨이퍼와 같은 반도체 기판을 몰드로 사용하며 이러한 몰드 방식으로 PZT기반 지문센서를 제작할 경우 반도체 웨이퍼를 식각하는 과정이 있으며 이러한 과정에서 상부 전극과 연결된 부분을 제외하고 식각하는 선택적 식각을 통해서 금속 전극 부분과 연결된 반도체 웨이퍼를 나노로드 형태로 제작되도록 식각한다.
이 경우에 100um 이상의 두께를 갖는 PZT기반 지문센서의 전극과 반도체 기판을 사용한 나노로드 높이를 거의 동일하게 제작할 수 있어 상부 금속전극을 PCB까지 연결할 수 있어 플립칩 구조로 센서 제작이 가능하다.
따라서 반도체 웨이퍼를 이용하여 PZT 센서를 제작하는 과정에서 센서 두께 만큼 반도체 웨이퍼를 선택적으로 식각해서 상부전극과 일체형이 되도록 제작하며, 이 경우 사용될 수 있는 웨이퍼는 전도성을 갖는 것을 특징으로 한 Si, GaAs, InAs, GaN, InN, Ge, ZnO, Ga2O3 등 전도성을 갖는 세라믹계열 반도체형 웨이퍼 또는 전도성이 우수한 금속 웨이퍼도 사용 가능하다. 면저항 100 Ω/sq 이하의 소재를 몰드로 사용하는 경우에도 가능하다.
상기 반도체 특성을 갖는 웨이퍼를 이용해서 몰드를 제작하고 그 몰드 형태로 PZT를 장입하여 성형과 소결을 진행한 후에 PZT상부의 전극을 하부의 PCB에 연결하기 위한 전극 구조를 몰드 제작에 사용된 PZT 전극을 증착하고 그 전극과 연결된 반도체 웨이퍼 나노로드를 제작하여 하부의 PCB전극에 연결한다.
이 경우 상부 PZT전극에서 발생한 신호는 반도체 나노로드를 통해서 하부 PCB에 전달될 수 있으며, 이렇게 제작된 센서소자는 플립칩 구조 센서를 제조하는 과정에서 전극과 연결된 와이어가 없기 때문에 와이어 오픈 또는 와이어끼리 서로 연결되는 현상이 없어 작동 환경에 가장 최적화된 구조이다. 따라서 안정적인 소자 구동과 수명까지 연장되는 장점을 가지고 있어 초음파 지문센서에 자장 적합한 센서 구조로 구현될 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
본 발명은 전도성 기판을 식각하여 일정 간격으로 이격된 복수의 로드 생성홀들을 생성하는 전도성 몰드 생성단계, 상기 복수의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 나노로드 생성단계, 상기 로드 생성홀 일측의 상기 전도성 몰드 테두리부에 측면전극 생성부를 마킹하는 측면전극 생성부 표시단계, 상기 나노로드와 상기 마킹된 측면전극 생성부 및 이들을 연결하는 전도성 기판 베이스를 제외하고, 나머지 전도성 몰드를 1차 식각하여 나노로드와 측면전극을 생성하는 전도성 몰드 식각단계, 상기 전도성 몰드 식각단계를 통해 식각된 부분에 절연재를 충진하는 절연재 충진단계, 상기 절연재의 충진에 의해 절연재로 둘러싸인 상기 나노로드 및 측면전극의 일단부가 노출되도록 2차 식각하고, 노출된 나노로드 및 측면전극의 일단부에 하부전극을 형성하는 하부전극 형성단계, 상기 하부전극이 형성된 표면에 더미기판(dummy substrate)을 접착하는 더미기판 접착단계 및 상기 나노로드와 측면전극을 연결하는 상기 전도성 기판 베이스를 제거하여 노출된 상기 나노로드와 측면전극의 타단부에 상부전극을 형성하는 상부전극 형성단계를 포함하는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에 관한 것이다.

Claims (8)

  1. 전도성 기판을 식각하여 일정 간격으로 이격된 복수의 로드 생성홀들을 생성하는 전도성 몰드 생성단계;
    상기 복수의 로드 생성홀들에 나노 압전물질을 충진하여 나노로드들을 생성하는 나노로드 생성단계;
    상기 로드 생성홀 일측의 상기 전도성 몰드 테두리부에 측면전극 생성부를 마킹하는 측면전극 생성부 표시단계;
    상기 나노로드와 상기 마킹된 측면전극 생성부 및 이들을 연결하는 전도성 기판 베이스를 제외하고, 나머지 전도성 몰드를 1차 식각하여 나노로드와 측면전극을 생성하는 전도성 몰드 식각단계;
    상기 전도성 몰드 식각단계를 통해 식각된 부분에 절연재를 충진하는 절연재 충진단계;
    상기 절연재의 충진에 의해 절연재로 둘러싸인 상기 나노로드 및 측면전극의 일단부가 노출되도록 2차 식각하고, 노출된 나노로드 및 측면전극의 일단부에 하부전극을 형성하는 하부전극 형성단계;
    상기 하부전극이 형성된 표면에 더미기판(dummy substrate)을 접착하는 더미기판 접착단계; 및
    상기 나노로드와 측면전극을 연결하는 상기 전도성 기판 베이스를 제거하여 노출된 상기 나노로드와 측면전극의 타단부에 상부전극을 형성하는 상부전극 형성단계;
    를 포함하는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 기판 및 측면전극은 Si, GaAs, InAs, GaN, InN, Ge, ZnO 및 Ga2O3 로 이루어진 군에서 선택된 물질이 포함된 전도성 기판 및 측면전극으로 이루어지는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 기판 및 측면전극은 면저항이 100 Ω/sq 이하인 소재로 이루어진 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전도성 기판 및 측면전극은 800 내지 1300℃의 소결 온도에서 수축률이 3 내지 5% 이하인 소재로 이루어진 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 나노로드 생성단계는
    상기 전도성 몰드에 분말화된 나노 압전물질을 분사하여 상기 로드 생성홀에 나노 압전물질을 충진하는 나노 압전물질 충진단계;
    상기 나노 압전물질이 충진된 전도성 몰드에 접착용액을 분사하는 접착용액 분사단계;
    상기 접착용액이 분사된 전도성 몰드의 로드 생성홀 부분을 가압하여 충진된 나노 압전물질을 밀집시키는 나노 압전물질 가압단계; 및
    상기 나노 압전물질 가압단계를 거친 상기 전도성 몰드를 소결하여 상기 나노 압전물질을 소결시키는 나노 압전물질 소결단계;
    를 포함하는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 나노 압전물질 충진단계는 상기 분말화된 나노 압전물질에 액체 상태의 나노 압전물질 및 기체 상태의 나노 압전물질을 함께 혼합하여 상기 로드 생성홀에 충진하는 것으로 수행되는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 나노 압전물질은 PZT(PbZrO3)계 화합물, PST(Pb(Sc, Ta)O3계 화합물, 석영, (Pb, Sm)TiO3계 화합물, PMN(Pb(MgNb)O3-PT(PbTiO3)계 화합물, PVDF(Poly(vinylidene fluoride))계 화합물 및 PVDF-TrFe계 화합물로 이루어진 군 중에서 선택된 화합물인 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항의 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법에 의해 제조되고, 센서 어레이의 상부전극 및 하부전극을 연결하는 측면전극이 전도성 기판 몰드 전극으로 이루어지는 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서.
PCT/KR2018/008914 2017-08-04 2018-08-06 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법 WO2019027305A1 (ko)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2020506190A JP6941398B2 (ja) 2017-08-04 2018-08-06 ナノロッド構造を用いた超音波指紋センサーの製造方法
US16/781,543 US11696505B2 (en) 2017-08-04 2020-02-04 Method for manufacturing ultrasonic fingerprint sensor by using nanorod structure

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR20170099202 2017-08-04
KR10-2017-0099202 2017-08-04
KR10-2018-0091377 2018-08-06
KR1020180091377A KR102070851B1 (ko) 2017-08-04 2018-08-06 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
US16/781,543 Continuation US11696505B2 (en) 2017-08-04 2020-02-04 Method for manufacturing ultrasonic fingerprint sensor by using nanorod structure

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2019027305A1 true WO2019027305A1 (ko) 2019-02-07

Family

ID=65233026

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/KR2018/008914 WO2019027305A1 (ko) 2017-08-04 2018-08-06 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법

Country Status (4)

Country Link
US (1) US11696505B2 (ko)
JP (1) JP6941398B2 (ko)
KR (1) KR102070851B1 (ko)
WO (1) WO2019027305A1 (ko)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20210018680A (ko) 2019-08-08 2021-02-18 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
WO2022065881A1 (ko) * 2020-09-28 2022-03-31 한국산업기술대학교 산학협력단 3차원의 지문정보를 구축하는 초음파 센서
KR102445831B1 (ko) * 2020-09-28 2022-09-28 한국공학대학교 산학협력단 3차원의 지문정보를 구축하는 초음파 센서 및 초음파 센서 기판
KR20220042681A (ko) 2020-09-28 2022-04-05 한국공학대학교산학협력단 플립칩 방식의 패키징이 가능한 초음파 센서 다이

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090003889A (ko) * 2007-07-05 2009-01-12 삼성전자주식회사 압전액츄에이터의 제조방법
KR20130096992A (ko) * 2012-02-23 2013-09-02 삼성전자주식회사 나노 압전 발전 소자 및 그 제조방법
KR20150110590A (ko) * 2013-01-11 2015-10-02 베이징 인스티튜트 오브 나노에너지 앤드 나노시스템즈 트랜지스터 어레이 및 그 제조 방법
KR20160079434A (ko) * 2014-12-26 2016-07-06 한국세라믹기술원 압전 소자 및 압전 스피커
KR20160117793A (ko) * 2015-03-31 2016-10-11 한국과학기술원 압전 나노 자가발전 소자 및 그 제조 방법

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4065049B2 (ja) * 1998-03-19 2008-03-19 オリンパス株式会社 圧電セラミクス構造体の製造方法及び複合圧電振動子の製造方法
JP2000028595A (ja) * 1998-07-10 2000-01-28 Olympus Optical Co Ltd 圧電構造体の製造方法および複合圧電振動子
JP2001277523A (ja) * 2000-03-31 2001-10-09 Hitachi Koki Co Ltd インクジェットプリントヘッドの製造方法
US8003982B2 (en) * 2005-12-20 2011-08-23 Georgia Tech Research Corporation Stacked mechanical nanogenerator comprising piezoelectric semiconducting nanostructures and Schottky conductive contacts
JP5408937B2 (ja) * 2007-09-25 2014-02-05 キヤノン株式会社 電気機械変換素子及びその製造方法
KR101400287B1 (ko) * 2008-06-17 2014-05-30 삼성전자주식회사 나노 와이어를 이용한 터치 패널
JP2010013326A (ja) * 2008-07-04 2010-01-21 Fujifilm Corp 微細酸化物構造体及びその製造方法、複合圧電材料、積層型圧電振動子、超音波探触子、並びに、超音波診断装置
US8354776B2 (en) * 2008-12-22 2013-01-15 Samsung Electronics Co., Ltd. Apparatus for generating electrical energy and method for manufacturing the same
US8508103B2 (en) * 2009-03-23 2013-08-13 Sonavation, Inc. Piezoelectric identification device and applications thereof
KR20120020422A (ko) * 2010-08-30 2012-03-08 삼성전자주식회사 나노 포어를 이용한 압전 소자 및 그 제조 방법
KR101624430B1 (ko) * 2011-10-28 2016-05-25 시안 지아오통 유니버시티 나노-압전 센서들의 어레이에 동작가능하게 커플링된 플렉서블 마이크로 범프들
JP5954871B2 (ja) * 2012-09-04 2016-07-20 Ｓｈマテリアル株式会社 半導体装置の製造方法並びにそれに用いられる半導体素子搭載用基板とその製造方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20090003889A (ko) * 2007-07-05 2009-01-12 삼성전자주식회사 압전액츄에이터의 제조방법
KR20130096992A (ko) * 2012-02-23 2013-09-02 삼성전자주식회사 나노 압전 발전 소자 및 그 제조방법
KR20150110590A (ko) * 2013-01-11 2015-10-02 베이징 인스티튜트 오브 나노에너지 앤드 나노시스템즈 트랜지스터 어레이 및 그 제조 방법
KR20160079434A (ko) * 2014-12-26 2016-07-06 한국세라믹기술원 압전 소자 및 압전 스피커
KR20160117793A (ko) * 2015-03-31 2016-10-11 한국과학기술원 압전 나노 자가발전 소자 및 그 제조 방법

Also Published As

Publication number Publication date
US11696505B2 (en) 2023-07-04
JP6941398B2 (ja) 2021-09-29
US20200176669A1 (en) 2020-06-04
KR20190015155A (ko) 2019-02-13
KR102070851B1 (ko) 2020-01-29
JP2020530940A (ja) 2020-10-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2019027305A1 (ko) 나노로드 구조를 이용한 초음파 지문센서의 제조방법
CN1795699A (zh) 声音检测机构
US20140001581A1 (en) Mems microphone and forming method therefor
WO2011068282A1 (ko) 멤스 마이크로폰 및 그 제조방법
WO2011081288A2 (ko) 멤스 마이크로폰 및 그 제조방법
EP2789099A1 (en) Bulk acoustic wave resonator and manufacturing method thereof, and radio frequency device using bulk acoustic wave resonator
CN1387741A (zh) 基于硅的传感器系统
CN1823551A (zh) 声音检测机构
WO2011142637A2 (ko) 그라핀 맴브레인을 이용한 mems 마이크로폰과 그 제조방법
CN109119410B (zh) 发光装置的制造方法
JP4539155B2 (ja) センサシステムの製造方法
CN1795700A (zh) 声音检测机构及其制造方法
WO2022142507A1 (zh) Mems麦克风及其振膜结构
WO2017200219A1 (ko) 피에조 멤스 마이크로폰 및 그 제조방법
US20230223908A1 (en) Single crystal film bulk acoustic resonator, manufacturing method for single crystal film bulk acoustic resonator, and filter
CN111830295B (zh) 一种测试微元件电气性能的装置
JP4419551B2 (ja) エレクトレットコンデンサー及びその製造方法
US10448168B2 (en) MEMS microphone having reduced leakage current and method of manufacturing the same
CN110459672A (zh) 一种压电陶瓷传感器及其制备方法
KR20070105579A (ko) 촉각센서 어레이 및 그 제조방법
WO2020040376A1 (en) Method of manufacturing ultrasonic sensors
TWM622683U (zh) 分隔式微機電系統麥克風結構
US11557712B2 (en) Vibration generating device and electronic equipment
WO2018199601A1 (ko) 센서 탑재 웨이퍼
CN106301276A (zh) 水晶器件

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 18842123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2020506190

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 18842123

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1