KR100273126B1 - Method for fabricating pressure sensor package - Google Patents
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Abstract
공정 신뢰성과 생산성을 향상시킬 수 있도록 한 압력 센서 패키지 제조방법이 개시된다. 실리콘 웨이퍼의 백면에 "내화성 금속막/우수한 전도성 및 유테틱 조성의 금속막에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막/유테틱 조성의 금속막"의 적층 구조를 갖는 제 1 금속막(또는 "내화성 금속막/우수한 전도성 및 솔더에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막/산화방지용 금속막"의 적층 구조를 갖는 제 1 금속막)이 구비된 압력 센서를 형성한 뒤, 소잉 공정을 이용하여 이를 각각의 단위 센서들로 분리한다. 글래스의 프론트면에 "내화성 금속막/우수한 전도성 및 유테틱 조성의 금속막에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막/유테틱 조성의 금속막"의 적층 구조를 갖는 제 2 금속막(또는 "내화성 금속막/우수한 전도성 및 솔더에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막/산화방지용 금속막"의 적층 구조를 갖는 제 2 금속막)을 형성한 뒤, 이를 소잉 공정을 이용하여 상기 단위 센서의 크기로 분리한다. 글래스의 백면을 메탈 캔의 본체에 솔더링한 후, 실리콘 웨이퍼의 백면에 형성된 제 1 금속막과 글래스의 프론트면에 형성된 제 2 금속막이 접촉되도록(또는 솔더를 사이에 두고 접촉되도록) 상기 웨이퍼와 글래스를 위치 정렬하고, 유테틱 조성의 금속막이 용융되는 온도(또는 솔더의 융점 이상의 온도)에서 이들을 접착시켜 준다.Disclosed is a method of manufacturing a pressure sensor package that can improve process reliability and productivity. A first metal film (or "refractory metal") having a lamination structure of "a metal film / metal composition having excellent wettability to a metal film of excellent conductivity and eutectic composition" on a back surface of a silicon wafer. Film / excellent conductivity and a good wettability to solder (first metal film having a laminated structure of metal film / anti-oxidation metal film)) was formed, and then each unit was formed using a sawing process. Separate with sensors. A second metal film (or "refractory metal") having a laminated structure of "a fireproof metal film / a metal film having a good wettability to a metal film of excellent conductivity and a eutectic composition" on the front surface of the glass. A second metal film having a laminated structure of a metal film / anti-oxidation metal film having excellent conductivity and good wettability to the film / solder) is formed and then separated into the size of the unit sensor using a sawing process. . After soldering the back surface of the glass to the body of the metal can, the wafer and the glass are brought into contact with the first metal film formed on the back surface of the silicon wafer and the second metal film formed on the front surface of the glass. Are aligned and bonded at a temperature (or a temperature above the melting point of the solder) at which the metal film of the eutectic composition is melted.
Description
본 발명은 양극산화 접합(anodic bonding) 방식을 이용하여 압력 센서 패키지를 제조할 때 야기되는 접합 불량 문제와 공수 및 공정수 증가에 따른 생산성 감소 등과 같은 문제를 해결하여 공정 신뢰성을 증대시키고 생산성 향상을 이룰 수 있도록 한 압력 센서 패키지 제조방법에 관한 것이다.The present invention solves problems such as poor bonding caused by the manufacture of pressure sensor packages using anodizing and reduced productivity due to the increase in the number of processes and processes, thereby increasing process reliability and improving productivity. The present invention relates to a pressure sensor package manufacturing method.
실리콘을 재료로 한 센서는 종래의 기계식 센서에 비해 소형이고 저가격이며, 정확도 및 신뢰도가 우수하다는 장점을 지녀 최근 그 적용 범위가 확대되고 있는데, 그 대표적인 종류로는 압저항형 센서, 온도 센서, 가습/습도 센서, 홀 센서, 광전도 센서 등을 들 수 있다.Silicon-based sensors have recently been expanded in application due to the advantages of small size, low cost, and high accuracy and reliability compared to conventional mechanical sensors. Typical examples include piezoresistive sensors, temperature sensors, and humidification. Humidity sensor, hall sensor, photoelectric sensor, and the like.
이중 압저항형 센서는 실리콘 기판에 확산저항을 형성하여 압력, 힘, 진동 그리고 가속도 등 기계적 특성을 감지하는 센서가 주류를 이루고 있으며, 현재 압력 센서가 가장 먼저 실용화되어 자동차용 MAP(Manifold Absolute Pressure)(엔진제어, 브레이크압, 에어콘압, 에어백 공기압, 타이어압 그리고 오일압) 센서, 산업용(유량, 공기량, 진공압) 압력 측정, 혈압계 및 가전기기 등에 활용되고 있다.The dual piezoresistive sensor forms a diffusion resistor on a silicon substrate, and a sensor that detects mechanical characteristics such as pressure, force, vibration, and acceleration is the mainstream.At present, the pressure sensor is the first to be practically used. It is used for engine control, brake pressure, air conditioner pressure, airbag air pressure, tire pressure and oil pressure sensor, industrial (flow, air volume, vacuum pressure) pressure measurement, blood pressure monitor and home appliance.
상기 압력 센서는 실리콘 웨이퍼의 다이어프램 위에 브리지 형태로 형성되어 있는 압저항을 이용하여 저항 성분의 변화량을 감지한 뒤, 이 저항 성분의 변화량을 신호 검출부를 통해 검출해 주는 방식으로 압력 측정이 이루어지는 센서로서, 도 1a 내지 도 1c에는 상기 압력 센서가 내장된 메탈 캔 패키지(이하, 압력 센서 패키지라 한다)의 제조방법을 도시한 공정수순도가 제시되어 있다. 상기 공정수순도를 참조하여 그 제조방법을 제 3 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.The pressure sensor is a sensor in which a pressure measurement is performed by detecting a change amount of a resistance component using a piezoresistive resistor formed in a bridge shape on a diaphragm of a silicon wafer, and then detecting the change amount of the resistance component through a signal detector. 1A to 1C show a process flow diagram illustrating a method of manufacturing a metal can package (hereinafter, referred to as a pressure sensor package) in which the pressure sensor is incorporated. Referring to the process flow chart and looking at the manufacturing method divided into three steps as follows.
제 1 단계로서, 도 1a에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(10)의 프론트면(front side)에 집적회로를 설계한 후 그 백면을 그라인딩(grinding)한다. 이와 같이 웨이퍼(10) 백면의 그라인딩 공정을 실시한 것은 웨이퍼 백면의 표면을 매끄럽게 만들어 주어 이후 양극산화 접합시 밀착성을 좋게 하기 위함이다. 이어, 실리콘 웨이퍼(10)의 백면 중앙부가 노출되도록 상기 웨이퍼(10)의 백면에 포토레지스터 재질의 마스크 패턴(12)을 형성하고, 상기 마스크 패턴(12)에 의해 보호되지 못한 부분의 실리콘 웨이퍼(10)를 소정 두께 선택식각하여 다이어프램(10a)을 제작한 뒤, 마스크 패턴(12)을 제거하여 압력 센서를 완성한다. 이때, 실리콘 웨이퍼(10)의 식각 공정은 다이어프램(10a)이 약 10 ~ 30㎛의 두께(d)를 가지도록 진행된다. 바람직한 두께(d)는 20㎛이다.As a first step, an integrated circuit is designed on the front side of the silicon wafer 10 as shown in FIG. 1A and then the back side is ground. The grinding process of the back surface of the wafer 10 is performed in order to smooth the surface of the back surface of the wafer 10 so as to improve adhesion after anodizing. Subsequently, a photoresist mask pattern 12 is formed on the back surface of the wafer 10 so that the center of the back surface of the silicon wafer 10 is exposed, and the silicon wafer of the portion not protected by the mask pattern 12 ( 10) to select a predetermined thickness to produce a diaphragm (10a), and then remove the mask pattern 12 to complete the pressure sensor. In this case, the etching process of the silicon wafer 10 is performed such that the diaphragm 10a has a thickness d of about 10 to 30 μm. Preferred thickness d is 20 mu m.
제 2 단계로서, 도 1b에 도시된 바와 같이 백면에는 금속막(미 도시)이 도포되고 그 내부에는 복수의 관통 홀이 구비되도록 설계된 글래스(14)를 준비한 다음, 압력 센서로 사용되는 실리콘 웨이퍼(10)의 백면과 글래스(14)의 프론트면이 상·하부에서 서로 마주본 상태로 접촉되도록 위치 정렬한다. 이어, 양극산화 접합 기술을 이용하여 실리콘 웨이퍼(10)의 백면과 글래스(14)의 프론트면 간을 접합(bonding)한 후, 소잉(sawing) 공정을 실시하여 이들을 각 단위 센서들로 구분해 준다.As a second step, as shown in FIG. 1B, a glass 14 designed to be coated with a metal film (not shown) on the back surface and a plurality of through holes therein is prepared, and then a silicon wafer used as a pressure sensor ( The back surface of 10) and the front surface of the glass 14 are aligned so as to be in contact with each other at the upper and lower sides. Subsequently, after bonding between the back surface of the silicon wafer 10 and the front surface of the glass 14 by using anodizing technique, a sawing process is performed to classify them into unit sensors. .
제 3 단계로서, 도 1c에 도시된 바와 같이 복수의 리드(16)가 구비된 메탈 캔의 본체(20)에 글래스(14) 백면의 금속막이 접촉되도록 글래스(14)와 메탈 캔 본체(20) 간을 솔더링(soldering)한다. 이때, 상기 리드(16)는 절연체(18)를 사이에 두고 메탈 캔 본체(20)에 삽입되어져 있어, 참조부호 16a로 표시된 부분은 내부리드로 사용되고, 참조부호 16b로 표시된 부분은 외부리드로 사용된다. 이어, 실리콘 웨이퍼(10)의 프론트면에 형성된 본딩 패드(미 도시)와 내부 리드(16a) 간을 금속 와이어(22)를 이용하여 본딩처리하고, 본딩 처리된 부분을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 상기 본체(20)에 메탈 캔의 뚜껑(24)을 덮고 진공압착한 후 아크(ARC) 용접을 실시하여 메탈 캔의 본체(20)와 뚜껑(24)을 부착해 주므로써, 본 공정 진행을 완료한다.As a third step, as shown in FIG. 1C, the glass 14 and the metal can main body 20 are brought into contact with the metal film on the back surface of the glass 14 to the main body 20 of the metal can including the plurality of leads 16. Solder the liver. At this time, the lead 16 is inserted into the metal can body 20 with the insulator 18 interposed therebetween, so that the portion indicated by reference numeral 16a is used as the inner lead and the portion indicated by reference numeral 16b is used as the outer lead. do. Subsequently, a bonding process is performed between the bonding pad (not shown) formed on the front surface of the silicon wafer 10 and the inner lead 16a by using the metal wire 22, and the bonding process is protected to protect the external environment from the external environment. The main body 20 is covered with a lid of the metal can 24 and vacuum-compressed, followed by arc welding to attach the main body 20 and the lid 24 of the metal can to complete the process. .
그러나, 상기 공정을 거쳐 압력 센서 패키지를 제조할 경우에는 온도, 전압, 전류 등과 같은 공정 변수 조절을 통하여 압력 센서로 사용되는 실리콘 웨이퍼와 글래스 간의 접합이 직접적으로 이루어지게 되므로, 양산을 목적으로 적용할 경우 다음과 같은 몇가지의 문제가 발생된다.However, in the case of manufacturing the pressure sensor package through the above process, since the bonding between the silicon wafer and the glass used as the pressure sensor is made directly by adjusting process variables such as temperature, voltage, current, etc., it is applicable to mass production purposes. In this case, several problems occur.
첫째, 실리콘 웨이퍼(10)의 백면과 글래스(14)의 프론트면이 상·하부에서 서로 마주보도록 위치 정렬되기 위해서는 웨이퍼(10)의 백면과 글래스(14)의 프론트면에 각각 얼라인 키(align key)를 제작해 주어야 하므로 공정 진행상의 어려움이 뒤따르게 되고 둘째, 실리콘 웨이퍼(10)와 글래스(14)를 위치 정렬한 후 양극산화 접합 공정을 실시하기 위하여 위치 정렬된 제품을 운송하는 과정에서 미스얼라인(misalign)이 빈번하게 야기되므로 후속 공정 진행시 접합 불량이 발생될 가능성이 있으며 셋째, 양극산화 접합을 실시할 때 안정된 공정 진행을 위하여 400℃ 내외의 고온 공정이 요구될 뿐 아니라 이로 인해 온도 하강시 긴 공정시간이 소요되므로 공수 증가에 따른 생산성 감소가 이루어지게 되고 넷째, 양극산화 접합된 글래스(14)와 실리콘 웨이퍼(10)를 소잉할 때 글래스의 두께가 실리콘 웨이퍼 자체의 두께에 비교하여 약 6 ~ 7배 가량 두껍기 때문에 소잉 블레드(blade) 폭 증가에 의해 칩 이용율이 떨어지게 되며 다섯째, 실리콘 웨이퍼(10)와 글래스(14)가 직접(direct) 접합되므로 양극산화 접합시 열팽창 계수 차이에 따른 스트레스(stress)가 발생하게 되어 공정 신뢰성이 저하되는 문제가 발생하게 된다.First, in order to align the back surface of the silicon wafer 10 and the front surface of the glass 14 so as to face each other at the upper and lower sides, the alignment keys are respectively aligned with the back surface of the wafer 10 and the front surface of the glass 14. key) must be fabricated, which leads to difficulties in the process progress. Secondly, the silicon wafer 10 and the glass 14 are aligned, and there is a miss in the process of transporting the aligned product for anodizing. Due to the frequent misalignment, there is a possibility of poor bonding in the subsequent process. Third, high temperature process around 400 ℃ is required for stable process when performing anodization. Since it takes a long process time when descending, productivity is reduced by increasing the number of times. Fourth, the anodized glass 14 and the silicon wafer 10 are sawed Since the thickness of the glass is about 6 to 7 times thicker than the thickness of the silicon wafer itself, the chip utilization is reduced by the sawing blade width.Fifth, the silicon wafer 10 and the glass 14 are directly Because of the direct bonding, stress occurs due to a difference in thermal expansion coefficient during anodizing, resulting in a problem of deterioration of process reliability.
이에 본 발명의 제 1 목적은, 압력 센서 패키지 제조시 실리콘 웨이퍼와 글래스가 유테틱(eutectic) 다이 본딩 방식에 의해 접착되도록 공정을 변경해 주므로써, 접합 불량 문제와 공수 및 공정수 증가에 따른 생산성 감소 등과 같은 문제가 발생되는 것을 막을 수 있도록 하여 공정 신뢰성을 증대시키고 생산성 향상을 이룰 수 있도록 한 압력 센서 패키지 제조방법을 제공함에 있다.Accordingly, the first object of the present invention is to change the process so that the silicon wafer and glass are bonded by eutectic die bonding method in the manufacture of the pressure sensor package, thereby reducing the problem of poor bonding and productivity due to the increase of labor and process number. The present invention provides a method of manufacturing a pressure sensor package that can prevent a problem such as occurrence from occurring, thereby increasing process reliability and improving productivity.
본 발명의 제 2 목적은, 압력 센서 패키지 제조시 실리콘 웨이퍼와 글래스가 솔더 다이 본딩 방식에 의해 접착되도록 공정을 변경해 주므로써, 접합 불량 문제와 공수 및 공정수 증가에 따른 생산성 감소 등과 같은 문제가 발생되는 것을 막을 수 있도록 하여 공정 신뢰성을 증대시키고 생산성 향상을 이룰 수 있도록 한 압력 센서 패키지 제조방법을 제공함에 있다.The second object of the present invention is to change the process so that the silicon wafer and glass are bonded by the solder die bonding method in the manufacture of the pressure sensor package, so problems such as poor bonding and productivity decrease due to the increase in the number of processes and the number of processes are generated. The present invention provides a method of manufacturing a pressure sensor package, which can prevent the process from occurring, thereby increasing process reliability and improving productivity.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 압력 센서 패키지 제조방법을 도시한 공정수순도,1a to 1c is a process flowchart showing a conventional pressure sensor package manufacturing method,
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에 의한 압력 센서 패키지 제조방법을 도시한 공정수순도,2a to 2e is a process flowchart showing a pressure sensor package manufacturing method according to a first embodiment of the present invention,
도 3a 내지 도 3f는 본 발명의 제 2 실시예에 의한 압력 센서 패키지 제조방법을 도시한 공정수순도이다.3A to 3F are process flowcharts illustrating a method of manufacturing a pressure sensor package according to a second embodiment of the present invention.
상기 제 1 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 실리콘 웨이퍼의 백면에 "내화성 금속막/우수한 전도성 및 유테틱 조성의 금속막에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막/유테틱 조성의 금속막"의 적층 구조를 갖는 제 1 금속막을 형성하는 단계와; 다이어프램 형성부를 한정하는 마스크 패턴을 이용하여 상기 제 1 금속막과 상기 실리콘 웨이퍼의 일부를 선택식각하여 압력 센서를 제조하는 단계와; 소잉 공정을 이용하여 상기 압력 센서를 각각의 단위 센서들로 분리하는 단계와; 백면에는 금속막이 형성되고, 그 내부에는 복수의 관통 홀이 구비된 글래스의 프론트면에 "내화성 금속막/우수한 전도성 및 유테틱 조성의 금속막에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막/유테틱 조성의 금속막"의 적층 구조를 갖는 제 2 금속막을 형성하는 단계와; 소잉 공정을 이용하여 상기 글래스를 상기 단위 센서 크기로 분리하는 단계와; 분리된 상기 글래스의 백면을 상기 메틸 캔의 본체에 부착하는 단계와; 상기 글래스의 프론트면에 형성된 상기 제 2 금속막에 상기 압력 센서를 이루는 상기 제 1 금속막이 접촉되도록, 상기 글래스 상에 상기 압력 센서를 위치 정렬하는 단계; 및 유테틱 조성의 금속막이 용융되는 온도에서 상기 압력 센서와 상기 글래스를 접합하는 단계로 이루어진 압력 센서 패키지 제조방법이 제공된다.In order to achieve the above first object, in the present invention, a stack of " a metal film / metal composition having excellent wettability to a metal film of a refractory metal film / excellent conductivity and eutectic composition " Forming a first metal film having a structure; Fabricating a pressure sensor by selectively etching a portion of the first metal film and the silicon wafer using a mask pattern defining a diaphragm forming portion; Separating the pressure sensor into individual unit sensors using a sawing process; A metal film is formed on the back surface, and the inside of the glass having a plurality of through holes is formed on the back surface of the metal film / eutectic composition having a good wettability property to the metal film of the refractory metal film / excellent conductivity and the eutectic composition. Forming a second metal film having a lamination structure of " metal film "; Separating the glass into the unit sensor size using a sawing process; Attaching the separated back surface of the glass to the body of the methyl can; Positioning the pressure sensor on the glass such that the first metal film forming the pressure sensor contacts the second metal film formed on the front surface of the glass; And bonding the pressure sensor and the glass at a temperature at which the metal film of the eutectic composition is melted.
상기 제 2 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 실리콘 웨이퍼의 백면에 "내화성 금속막/우수한 전도성 및 솔더에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막/산화방지용 금속막"의 적층 구조를 갖는 제 1 금속막을 형성하는 단계와; 다이어프램 형성부를 한정하는 마스크 패턴을 이용하여 상기 제 1 금속막과 상기 실리콘 웨이퍼의 일부를 선택식각하여 압력 센서를 제조하는 단계와; 소잉 공정을 이용하여 상기 압력 센서를 각각의 단위 센서들로 분리하는 단계와; 백면에는 금속막이 형성되고, 그 내부에는 복수의 관통 홀이 구비된 글래스의 프론트면에 "내화성 금속막/우수한 전도성 및 솔더에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막/산화방지용 금속막"의 적층 구조를 갖는 제 2 금속막을 형성하는 단계와; 소잉 공정을 이용하여 상기 글래스를 상기 단위 센서 크기로 분리하는 단계와; 분리된 상기 글래스의 백면을 상기 메틸 캔의 본체에 부착하는 단계와; 솔더를 사이에 두고 상기 글래스의 프론트면에 형성된 상기 제 2 금속막과 상기 압력 센서를 이루는 상기 제 1 금속막이 접촉되도록, 상기 글래스 상에 상기 압력 센서를 위치 정렬하는 단계; 및 솔더의 융점 이상의 온도에서 상기 압력 센서와 상기 글래스를 접합하는 단계로 이루어진 압력 센서 패키지 제조방법이 제공된다.In order to achieve the second object, in the present invention, a first metal film having a laminated structure of "a metal film / anti-oxidation metal film having excellent properties of refractory metal film / excellent conductivity and solder wettability" is formed on the back surface of a silicon wafer. Forming; Fabricating a pressure sensor by selectively etching a portion of the first metal film and the silicon wafer using a mask pattern defining a diaphragm forming portion; Separating the pressure sensor into individual unit sensors using a sawing process; A metal film is formed on the back surface, and inside the glass surface having a plurality of through-holes, a laminated structure of "a metal film / anti-oxidation metal film having excellent conductivity and excellent wettability to solder" is formed on the front surface of the glass. Forming a second metal film having; Separating the glass into the unit sensor size using a sawing process; Attaching the separated back surface of the glass to the body of the methyl can; Positioning the pressure sensor on the glass such that the first metal film forming the pressure sensor contacts the second metal film formed on the front surface of the glass with solder therebetween; And bonding the pressure sensor and the glass at a temperature equal to or higher than the melting point of the solder.
상기 공정 결과, 실리콘 웨이퍼의 소잉과 글래스의 소잉이 개별적으로 이루어지므로 소잉 블레드 폭 증가에 의한 칩 이용율 저하를 막을 수 있게 되고, 실리콘 웨이퍼 백면의 그라인딩이 없이 유테틱 다이 본딩이나 혹은 솔더 다이 본딩 방식에 의해 압력 센서로 사용되는 실리콘 웨이퍼와 글래스 간이 접합되므로 생산성 향상과 공정 신뢰성 향상을 동시에 이룰 수 있게 된다.As a result of the above process, the sawing of the silicon wafer and the sawing of the glass are performed separately, so that the chip utilization rate can be prevented by increasing the sawing width of the blade. By bonding between the silicon wafer and the glass used as the pressure sensor, it is possible to improve productivity and process reliability at the same time.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the present invention.
본 발명은 압력 센서 패키지 제조시 유테틱 다이 본딩 방식이나 혹은 솔더 다이 본딩 방식으로 실리콘 웨이퍼와 글래스 간을 접합시켜 주므로써, 생산성 향상과 공정 신뢰성 향상을 동시에 이룰 수 있도록 하는데 주안점을 둔 기술로서, 이를 도 2a 내지 도 2e 그리고 도 3a 내지 도 3f에 제시된 도면을 참조하여 살펴보면 다음과 같다.The present invention is a technology that focuses on improving the productivity and process reliability at the same time by bonding the silicon wafer and glass by the eutectic die bonding method or solder die bonding method when manufacturing the pressure sensor package. Referring to the drawings shown in Figures 2a to 2e and 3a to 3f as follows.
여기서, 도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 제 1 실시예에서 제시된 압력 센서 패키지 제조방법을 도시한 공정수순도를 나타내고, 도 3a 내지 도 3e는 본 발명의 제 2 실시예에서 제시된 압력 센서 패키지 제조방법을 도시한 공정수순도를 나타낸다.2A to 2E show a process flowchart showing the pressure sensor package manufacturing method presented in the first embodiment of the present invention, and FIGS. 3A to 3E show the pressure sensor package manufacturing shown in the second embodiment of the present invention. The process purity which shows the method is shown.
먼저, 제 1 실시예부터 살펴본다.First, the first embodiment will be described.
제 1 실시예는 유테틱 다이 본딩 방식을 적용하여 압력 센서 패키지를 제조하는 기술을 나타낸 것으로 이를 제 5 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.The first embodiment illustrates a technique of manufacturing a pressure sensor package by applying a eutectic die bonding method, which is divided into a fifth step as follows.
제 1 단계로서, 도 2a에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(100)의 프론트면에 집적회로를 설계한 후 기상증착법(evaporation)이나 스퍼터링법(sputtering)을 이용하여 그 백면에 "내화성 금속막(102)/우수한 전도성 및 유테틱 조성의 금속막에 젖음성(wetability)이 좋은 특성을 갖는 금속막(104)/유테틱 조성의 금속막(106)"의 3층 적층 구조를 갖는 제 1 금속막을 형성한다. 이때, 상기 내화성 금속막(102)으로는 Ti, Cr, W, Ti/W 합금 등이 사용되고, 우수한 전도성과 유테틱 조성의 금속막에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막(104)으로는 Ni, Cu, Pt 등이 사용되며, 유테틱 조성의 금속막(106)으로는 AuSn, AuGeSb, AuSi 등이 사용된다. 이어, 제 1 금속막의 중앙부가 소정 부분 노출되도록 유테틱 조성의 금속막(106) 상에 포토레지스트 재질의 제 1 마스크 패턴(108)을 형성하고, 상기 마스크 패턴(108)에 의해 보호되지 못한 부분의 제 1 금속막을 식각하여 실리콘 웨이퍼(100)의 표면이 소정 부분 노출되도록 한다.As a first step, as shown in FIG. 2A, an integrated circuit is designed on the front surface of the silicon wafer 100, and then a "fire resistant metal film 102 is formed on the back surface by using evaporation or sputtering. A first metal film having a three-layer lamination structure of a metal film 104 having a good wettability / a metal film 106 having a good wettability to a metal film having excellent conductivity and a eutectic composition. . At this time, Ti, Cr, W, Ti / W alloy and the like is used as the refractory metal film 102, Ni, as a metal film 104 having a good wettability characteristics of the metal film of excellent conductivity and eutectic composition Cu, Pt, and the like are used, and AuSn, AuGeSb, AuSi, and the like are used as the metal film 106 having the eutectic composition. Subsequently, a first mask pattern 108 made of a photoresist material is formed on the metal film 106 of the eutectic composition so that the central portion of the first metal film is partially exposed, and the portion that is not protected by the mask pattern 108 is formed. The first metal film is etched to expose a portion of the surface of the silicon wafer 100.
제 2 단계로서, 도 2b에 도시된 바와 같이 제 1 마스크 패턴(108)을 제거하고, 제 1 마스크 패턴(108)이 제거된 부분에만 선택적으로 질화막 재질의 제 2 마스크 패턴(110)을 형성한다.As a second step, as shown in FIG. 2B, the first mask pattern 108 is removed, and a second mask pattern 110 made of a nitride film material is selectively formed only in a portion where the first mask pattern 108 is removed. .
제 3 단계로서, 도 2c에 도시된 바와 같이 제 2 마스크 패턴(110)에 의해 보호되지 못한 부분의 실리콘 웨이퍼(100) 백면을 소정 두께 선택식각하여 다이어프램(100a)을 제작한 뒤 제 2 마스크 패턴(110)을 제거하여 압력 센서를 제조하고, 소잉 공정을 이용하여 상기 압력 센서를 각각의 단위 센서들로 분리시켜 준다.As a third step, as shown in FIG. 2C, the diaphragm 100a is fabricated by selectively etching a predetermined thickness of the back surface of the silicon wafer 100, which is not protected by the second mask pattern 110, and then the second mask pattern. The pressure sensor 110 is removed to manufacture a pressure sensor, and the pressure sensor is separated into individual unit sensors using a sawing process.
제 4 단계로서, 도 2d에 도시된 바와 같이 백면에는 금속막(미 도시)이 형성되고 그 내부에는 복수의 관통 홀이 구비되도록 설계된 글래스(112)를 준비한 다음, 상기 글래스(112)의 프론트면에 "내화성 금속막(114)/우수한 전도성 및 유테틱 조성의 금속막에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막(116)/유테틱 조성의 금속막(118)"의 3층 적층 구조를 갖는 제 2 금속막을 형성한다. 이 경우 역시, 내화성 금속막(114)으로는 Ti, Cr, W, Ti/W 합금 등이 사용되고, 우수한 전도성과 유테틱 조성의 금속막에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막(116)으로는 Ni, Cu, Pt 등이 사용되며, 유테틱 조성의 금속막(118)으로는 AuSn, AuGeSb, AuSi 등이 사용된다. 이어, 소잉 공정을 이용하여 상기 글래스(112)를 상기 단위 센서의 크기로 분리시킨 다음, 복수의 리드(120)가 구비된 메탈 캔 본체(124)에 글래스(112) 백면의 금속막이 접촉되도록 글래스(112)와 메탈 캔 본체(124) 간을 솔더링한다. 이때, 상기 리드(120)는 절연체(122)를 사이에 두고 메탈 캔 본체(124)에 삽입되어져 있어, 참조부호 120a로 표시된 부분은 내부리드로 사용되고, 참조부호 120b로 표시된 부분은 외부리드로 사용된다.As a fourth step, as shown in FIG. 2D, a glass film designed to form a metal film (not shown) on the back surface and a plurality of through holes is prepared therein, and then the front surface of the glass 112 is prepared. A second layer having a three-layer lamination structure of " refractory metal film 114 / metal film 116 having excellent wettability to metal film of excellent conductivity and eutectic composition / metal film 118 of eutectic composition " A metal film is formed. In this case, too, Ti, Cr, W, Ti / W alloy, etc. are used as the refractory metal film 114, and Ni is a metal film 116 having excellent wettability to the metal film having excellent conductivity and eutectic composition. , Cu, Pt, and the like are used, and AuSn, AuGeSb, AuSi, and the like are used as the metal film 118 having the eutectic composition. Subsequently, the glass 112 is separated into a size of the unit sensor by using a sawing process, and then the metal film on the back surface of the glass 112 is in contact with the metal can body 124 provided with a plurality of leads 120. Between 112 and the metal can body 124 is soldered. At this time, the lead 120 is inserted into the metal can body 124 with the insulator 122 interposed therebetween, so that the portion indicated by reference numeral 120a is used as the inner lead and the portion indicated by reference numeral 120b is used as the outer lead. do.
제 5 단계로서, 도 2e에 도시된 바와 같이 압력 센서로 사용되는 실리콘 웨이퍼(100) 백면의 제 1 금속막과 글래스(112)의 프론트면에 형성된 제 2 금속막이 상·하부에서 서로 마주본 상태로 접촉되도록 위치 정렬한 다음, 이를 유테틱 조성의 금속막이 용융되는 온도(예컨대, 400±40℃)에서 가열한다. 이 과정에서 실리콘 웨이퍼(100)의 백면에 형성된 유테틱 재질의 금속막(106)과 글래스(112)의 프론트면에 형성된 유테틱 재질의 금속막(118)이 용용되어져, 압력 센서로 사용되는 실리콘 웨이퍼(100)와 글래스(112)가 접합되게 된다. 이어, 실리콘 웨이퍼(100)의 프론트면에 형성된 본딩 패드(미 도시)와 내부 리드(120a) 간을 금속 와이어(126)를 이용하여 본딩처리하고, 본딩 처리된 부분을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 상기 본체(124)에 메탈 캔의 뚜껑(128)을 덮고 진공압착한 후 아크 용접을 실시하여 메탈 캔의 본체(124)와 뚜껑(128)을 부착해 주므로써, 본 공정 진행을 완료한다.As a fifth step, as shown in FIG. 2E, the first metal film on the back surface of the silicon wafer 100 used as the pressure sensor and the second metal film formed on the front surface of the glass 112 face each other from above and below. And then heated at a temperature (eg 400 ± 40 ° C.) at which the metal film of the eutectic composition melts. In this process, the eutectic metal film 106 formed on the back surface of the silicon wafer 100 and the eutectic metal film 118 formed on the front surface of the glass 112 are melted to be used as a pressure sensor. The wafer 100 and the glass 112 are bonded to each other. Subsequently, a bonding process is performed between the bonding pad (not shown) formed on the front surface of the silicon wafer 100 and the internal lead 120a using the metal wire 126, and the bonding process is protected to protect the external environment from the external environment. The main body 124 is covered with the lid 128 of the metal can and vacuum pressed, and arc welding is performed to attach the main body 124 and the lid 128 of the metal can, thereby completing the present process.
다음으로, 제 2 실시예를 살펴본다.Next, a second embodiment will be described.
제 2 실시예는 솔더 다이 본딩 방식을 적용하여 압력 센서 패키지를 제조하는 기술을 나타낸 것으로, 이를 제 6 단계로 구분하여 살펴보면 다음과 같다.The second embodiment illustrates a technique of manufacturing a pressure sensor package by applying a solder die bonding method, which is divided into six stages.
제 1 단계로서, 도 3a에 도시된 바와 같이 실리콘 웨이퍼(200)의 프론트면에 집적회로를 설계한 후 기상증착법이나 스퍼터링법을 이용하여 그 백면에 "내화성 금속막(202)/우수한 전도성 및 솔더에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막(204)/산화방지용 금속막(206)"의 3층 적층 구조를 갖는 제 1 금속막을 형성한다. 이때, 상기 내화성 금속막(202)으로는 Ti, Cr, W, Ti/W 합금 등이 사용되고, 우수한 전도성과 솔더에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막(204)으로는 Ni, Cu, Pt 등이 사용되며, 산화방지용 금속막(206)으로는 Au, Ag 등이 사용된다. 이어, 제 1 금속막의 중앙부가 소정 부분 노출되도록 산화방지용 금속막(206) 상에 포토레지스트 재질의 제 1 마스크 패턴(208)을 형성하고, 상기 마스크 패턴(208)에 의해 보호되지 못한 부분의 제 1 금속막을 식각하여 실리콘 웨이퍼(200)의 표면이 소정 부분 노출되도록 한다.As a first step, as shown in FIG. 3A, an integrated circuit is designed on the front surface of the silicon wafer 200, and then a "fire resistant metal film 202 / excellent conductivity and solder is formed on the back surface by using vapor deposition or sputtering. A first metal film having a three-layer laminated structure of a metal film 204 / antioxidation metal film 206 " At this time, Ti, Cr, W, Ti / W alloy and the like is used as the refractory metal film 202, Ni, Cu, Pt and the like as the metal film 204 having excellent conductivity and good wettability to the solder As the anti-oxidation metal film 206, Au, Ag, or the like is used. Subsequently, a first mask pattern 208 of photoresist material is formed on the anti-oxidation metal film 206 so that the central portion of the first metal film is exposed to a predetermined portion, and the first mask pattern 208 of the portion not protected by the mask pattern 208 is formed. The metal film is etched to expose a portion of the surface of the silicon wafer 200.
제 2 단계로서, 도 3b에 도시된 바와 같이 제 1 마스크 패턴(208)을 제거하고, 제 1 마스크 패턴(208)이 제거된 부분에만 선택적으로 질화막 재질의 제 2 마스크 패턴(210)을 형성한다.As a second step, as shown in FIG. 3B, the first mask pattern 208 is removed, and a second mask pattern 210 of a nitride film material is selectively formed only at a portion where the first mask pattern 208 is removed. .
제 3 단계로서, 도 3c에 도시된 바와 같이 제 2 마스크 패턴(210)에 의해 보호되지 못한 부분의 실리콘 웨이퍼(100) 백면을 소정 두께 선택식각하여 다이어프램(200a)을 제작한 뒤 제 2 마스크 패턴(210)을 제거하여 압력 센서를 제조하고, 소잉 공정을 이용하여 상기 압력 센서를 각각의 단위 센서들로 분리시켜 준다.As a third step, as shown in FIG. 3C, the diaphragm 200a is fabricated by selectively etching the back surface of the silicon wafer 100 of a portion not protected by the second mask pattern 210 to form a second mask pattern. The 210 is removed to produce a pressure sensor, and the pressure sensor is separated into individual unit sensors using a sawing process.
제 4 단계로서, 도 3d에 도시된 바와 같이 백면에는 금속막(미 도시)이 형성되고 그 내부에는 복수의 관통 홀이 구비되도록 설계된 글래스(212)를 준비한 다음, 상기 글래스(212)의 프론트면에 "내화성 금속막(214)/우수한 전도성 및 솔더에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막(216)/산화방지용 금속막(218)"의 3층 적층 구조를 갖는 제 2 금속막을 형성한다. 이 경우 역시, 내화성 금속막(214)으로는 Ti, Cr, W, Ti/W 합금 등이 사용되고, 우수한 전도성 및 솔더에 젖음성이 좋은 특성을 갖는 금속막(216)으로는 Ni, Cu, Pt 등이 사용되며, 산화방지용 금속막(218)으로는 Au, Ag 등이 사용된다. 이어, 소잉 공정을 이용하여 상기 글래스(212)를 상기 단위 센서의 크기로 분리시킨 다음, 복수의 리드(222)가 구비된 메탈 캔 본체(224)에 글래스(212) 백면의 금속막이 접촉되도록 글래스(212)와 메탈 캔 본체(224) 간을 솔더링한다. 이때, 상기 리드(220)는 절연체(222)를 사이에 두고 메탈 캔 본체(224)에 삽입되어져 있어, 참조부호 220a로 표시된 부분은 내부리드로 사용되고, 참조부호 220b로 표시된 부분은 외부리드로 사용된다.As a fourth step, as shown in FIG. 3D, a glass film 212 is designed to have a metal film (not shown) formed on the back surface and a plurality of through holes therein, and then the front surface of the glass 212 is prepared. A second metal film having a three-layer lamination structure of " refractory metal film 214 / metal film 216 / antioxidation metal film 218 having excellent conductivity and good wettability to solder " is formed. In this case, as the refractory metal film 214, Ti, Cr, W, Ti / W alloy, etc. are used, and as the metal film 216 having excellent conductivity and good wettability to solder, Ni, Cu, Pt, etc. As the anti-oxidation metal film 218, Au, Ag, or the like is used. Subsequently, the glass 212 is separated into a size of the unit sensor by using a sawing process, and then the glass 212 is in contact with the metal film on the back surface of the metal can body 224 provided with a plurality of leads 222. 212 and the metal can main body 224 are soldered. In this case, the lead 220 is inserted into the metal can body 224 with the insulator 222 interposed therebetween, so that the portion indicated by reference numeral 220a is used as the inner lead and the portion indicated by reference numeral 220b is used as the outer lead. do.
제 5 단계로서, 도 3e에 도시된 바와 같이 솔더(226)를 사이에 두고 실리콘 웨이퍼(200) 백면의 제 1 금속막과 글래스(212)의 프론트면에 형성된 제 2 금속막이 상·하부에서 서로 마주본 상태로 접촉되도록 압력 센서와 글래스를 위치 정렬한다.As a fifth step, as shown in FIG. 3E, the first metal film on the back surface of the silicon wafer 200 and the second metal film formed on the front surface of the glass 212 are disposed at the upper and lower sides with the solder 226 interposed therebetween. Position the pressure sensor and the glass so that they face in contact.
제 6 단계로서, 도 3f에 도시된 바와 같이 위치 정렬된 상기 결과물을 솔더의 융점 이상의 온도에서 가열하여 압력센서로 사용되는 실리콘 웨이퍼(200)와 글래스(212)를 솔더(226)를 매개체로하여 접합시켜 준다. 상기 접합 과정에서 실리콘 웨이퍼(200)의 백면에 형성된 산화방지용 금속막(206)과 글래스(212)의 프론트면에 형성된 산화방지용 금속막(218)이 솔더(226) 내부로 용해되어 들어오므로 접합 공정이 완료되면 상기 결과물이 도 3f에 도시된 형태의 접합 상태를 가지게 된다. 이어, 실리콘 웨이퍼(200)의 프론트면에 형성된 본딩 패드(미 도시)와 내부 리드(220a) 간을 금속 와이어(228)를 이용하여 본딩처리하고, 본딩 처리된 부분을 외부 환경으로부터 보호하기 위하여 메탈 캔의 본체(224)에 뚜껑(230)을 덮고 진공압착한 후 아크 용접을 실시하여 메탈 캔의 본체(224)와 뚜껑(230)을 부착해 주므로써, 본 공정 진행을 완료한다.As a sixth step, the resultant, aligned as shown in FIG. 3F, is heated at a temperature above the melting point of the solder, so that the silicon wafer 200 and the glass 212 used as the pressure sensor are solder 226 as a medium. Bond them. In the bonding process, the anti-oxidation metal film 206 formed on the back surface of the silicon wafer 200 and the anti-oxidation metal film 218 formed on the front surface of the glass 212 are dissolved into the solder 226 and thus bonded. When the process is complete, the result is in the bonding state of the type shown in Figure 3f. Subsequently, a bonding process is performed between the bonding pad (not shown) formed on the front surface of the silicon wafer 200 and the internal lead 220a using the metal wire 228, and the metal is bonded to protect the bonded portion from the external environment. Covering the lid 230 to the body of the can 230 and vacuum compression, and then arc welding to attach the body of the metal can 224 and the lid 230, thereby completing the process.
상기 공정을 거쳐 압력 센서 패키지를 제조할 경우, 압력 센서로 사용되는 실리콘 웨이퍼(100),(200)의 소잉과 글래스(112),(212)의 소잉이 별도의 공정 단계를 거쳐 진행되므로 소잉 블레드 폭 증가에 의한 칩 이용율 저하를 막을 수 있게 되고, 실리콘 웨이퍼(100),(200)와 글래스(112),(212)가 단위 센서 사이즈로 커팅(cutting)된 상태에서 유테틱 다이 본딩이나 솔더 다이 본딩 방식에 의해 접합되므로 미스얼라인에 기인한 접합 불량 문제가 발생되는 것을 막을 수 있을 뿐 아니라 웨이퍼(100),(200)의 백면과 글래스(112),(212)의 프론트면에 별도의 얼라인 키를 제작할 필요가 없어 공정 진행 자체를 단순화할 수 있게 된다.When the pressure sensor package is manufactured through the above process, the sawing of the silicon wafers 100 and 200 used as the pressure sensor and the sawing of the glasses 112 and 212 are performed through separate process steps. It is possible to prevent the chip utilization decrease due to the increase in the red width, and the eutectic die bonding or soldering is performed while the silicon wafers 100, 200, glass 112, and 212 are cut to the unit sensor size. Since the bonding is performed by the die bonding method, it is possible not only to prevent the problem of poor bonding due to misalignment, but also to separate the back surfaces of the wafers 100 and 200 and the front surfaces of the glasses 112 and 212. There is no need to create an align key, which simplifies the process itself.
또한, 이 경우에는 실리콘 웨이퍼(100),(200)와 글래스(112),(212)를 접합한 후 온도 하강을 위한 긴 공정시간이 요구되지 않으므로 공수 증가에 의한 생산성 감소를 막을 수 있어 양산성 확보가 가능하게 된다.In this case, since the long process time for temperature reduction after joining the silicon wafers 100, 200, and the glass 112, 212 is not required, productivity decrease due to the increase in the number of man-hours can be prevented. It can be secured.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 압력 센서 패키지 제조시 압력 센서로 사용되는 실리콘 웨이퍼와 글래스를 소잉 공정을 적용하여 개별적으로 커팅한 뒤 이들을 유테틱 다이 본딩이나 솔더 다이 본딩을 이용하여 접착시켜 주는 방식으로 공정을 변경해 주므로써, 1) 실리콘 웨이퍼의 백면과 글래스를 위치 정렬하기 위한 별도의 얼라인 키 제작이 필요없게 되므로 공정 진행을 단순화할 수 있게 되고, 2) 개별적인 소잉 공정에 의해 실리콘 웨이퍼와 글래스가 커팅되므로 미스얼라인에 기인한 접합 불량 발생과 소잉 블레드 폭 증가에 의한 칩 이용율 저하를 막을 수 있게 되며, 3) 실리콘 웨이퍼와 글래스 접합후 온도 하강을 위한 긴 공정시간이 요구되지 않으므로 공수 감소에 따른 샌산성 향상을 이룰 수 있게 되고, 4) 실리콘 웨이퍼와 글래스가 유테틱 조성의 금속막이나 솔더를 매개체로 이용하여 접합되므로 열팽창 계수 차이에 따른 스트레스 발생을 막을 수 있게 되어 공정 신뢰성이 저하되는 것을 막을 수 있게 된다.As described above, according to the present invention, the silicon wafer and the glass used as the pressure sensor when the pressure sensor package is manufactured are individually cut by applying a sawing process, and then bonded to each other using eutectic die bonding or solder die bonding. By changing the process in such a manner, 1) it is possible to simplify the process by eliminating the need for a separate alignment key for aligning the back surface and the glass of the silicon wafer, and 2) the individual sawing process. As the glass is cut, it is possible to prevent defects caused by misalignment and lower chip utilization due to increased saw blade width, and 3) long processing time for temperature reduction after silicon wafer and glass bonding is not required. It is possible to achieve the improvement of acidity by decreasing 4) silicon wafer and glass Since the bonding with the metal film and the solder of eutectic composition as a vehicle is able to prevent the occurrence of stress due to thermal expansion coefficient differences it is possible to prevent that the process reliability is lowered.
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