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KR101482720B1 - 실리콘 압력센서의 패키지구조 - Google Patents

실리콘 압력센서의 패키지구조 Download PDF

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KR101482720B1 KR1020127029137A KR20127029137A KR101482720B1 KR 101482720 B1 KR101482720 B1 KR 101482720B1 KR 1020127029137 A KR1020127029137 A KR 1020127029137A KR 20127029137 A KR20127029137 A KR 20127029137A KR 101482720 B1 KR101482720 B1 KR 101482720B1
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Abstract

일종의 실리콘 압력센서의 패키지구조에 있어서, 덮개기판과 기저기판을 포함하고, 이 둘을 상호 연결하여 중앙 챔버를 형성하고, 상기 중앙 챔버 내부에는 밀봉패드와 압력센서 실리콘 웨어퍼를 설치하고, 밀봉패드는 압력센서 실리콘 웨이퍼 하부에 배열하고(lining), 압력센서 실리콘 웨이퍼의 랜드는 덮개기판을 통해 외부 전기회로와 연결한다. 본 발명은 패키지구조 및 생산공정을 단순화하고, 재료 및 공정 원가를 모두 대폭 낮추었으며, 그리고 과부하 방지능력을 구비한다.

Description

실리콘 압력센서의 패키지구조{PACKAGE STRUCTURE FOR SILICON PRESSURE SENSOR}
본 발명은 압력센서에 관한 것이며, 특히 실리콘 압력센서의 패키지구조에 관한 것이다.
압력센서는 통상적으로 압력변화에 대해 검출과 대응이 필요한 곳에 배치되어 사용한다. 예를 들어, 자동차, 항공우주, 상업, 공업 등 다양한 응용방면에 사용한다.
실리콘 MEMS(마이크로 전자기계 시스템)기술로 제작한 민감 소자는 압력센서의 핵심소자이고, 핵심소자의 패키지구조는 압력센서 성능에 대해 중요한 영향을 끼친다. 종래의 부식성 기체 또는 액체 매질에 대한 민감 소자의 패키지구조는 도1에 도시한 바와 같으며, 우선 MEMS 기술로 가공한 실리콘 웨이퍼(107)(즉 민감 소자)와 유리 기저기판(108)을 함께 결합한 후 케이스(109) 내부 챔버에 접착하고, 이어서 관통적극(102)을 유리분말(103)로 케이스(109)의 리드선 구멍에 소결하고, 금선(104)으로 실리콘 웨이퍼(107)상의 랜드와 관통전극(102)의 일단을 납땜하고, 관통적극(102)의 타 단은 PCB보드(101)에 연결하고, 케이스(109) 내부 챔버에는 실리콘 오일(105)을 충진하고, 마지막에 물결막(106)과 납땜한다.
이러한 패키지구조를 사용하여, 일단 부식성 매질이 물결막(106)에 접촉하면, 실리콘 오일(015)을 통해 실리콘 웨이퍼(107)에 압력이 전달되고, 이로서 압력전달과 동시에 부식방지의 목적을 구현한다. 그러나 상기 패키지의 구조와 생산 공정이 복잡하여, 원가가 비교적 높아, 실리콘 압력센서의 대량생산과 응용에 만족하기 어렵다.
종래의 복잡한 패키지구조와 생산공정, 비교적 높은 원가 등 결점에 대해, 본 출원인은 연구를 통해 개선하여, 구조 및 생산공정을 단순화 하고, 재료 및 공정 원가를 모두 대폭 낮추고, 그리고 과부하 방지기능을 지닌 하나의 새로운 실리콘 압력센서의 패키지구조를 제공한다.
본 발명의 기술 방안을 다음과 같다:
일종의 실리콘 압력센서의 패키지구조에 있어서, 덮개기판과 기저기판을 포함하고, 이 둘을 상호 연결하여 중앙 챔버를 형성하고, 상기 중앙 챔버 내부에는 밀봉패드와 압력센서 실리콘 웨어퍼를 설치하고, 밀봉패드는 압력센서 웨이퍼 하부에 배열하고(lining), 압력센서 실리콘 웨이퍼의 랜드는 덮개기판을 통해 외부 전기회로와 연결한다.
바람직한 기술방안1: 상기 덮개기판은 압력센서 실리콘 웨이퍼의 랜드와 대응하는 위치에 관통구멍을 구비하고, 상기 관통구멍에 전도성 접착제를 충진한다.
바람직한 기술방안2: 상기 덮개기판은 압력센서 실리콘 웨이퍼의 랜드와 대응하는 위치에 관통구멍을 구비하고, 상기 관통구멍의 구멍벽면 및 위아래 가장자리에 전도층을 설치한다.
바람직한 기술방안3: 상기 덮개기판은 압력센서 실리콘 웨이퍼의 랜드와 대응하는 위치에 관통구멍을 구비하고, 상기 관통구멍의 구멍벽면 및 위아래 가장자리에 전도층을 설치하고, 상기 관통구멍에 전도성 접착제를 충진한다.
바람직한 기술방안4: 상기 덮개기판 안에 관통하는 도선을 설치하고, 압력센서 실리콘 웨이퍼의 랜드와 상기 도선을 연결한다.
더 나아간 기술방안은: 상기 덮개기판 상층에 전기회로를 제작하고, 상기 전기회로와 신호조정 칩을 전기적으로 연결한다.
그리고, 더 나아간 기술방안은: 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼 상부와 덮개기판 하부 사이에 지지 패드를 설치하고, 상기 지지 패드는 압력센서 실리콘 웨이퍼 상부 또는 덮개기판 하부에 설치하고, 그리고 압력센서 실리콘 웨이퍼의 중심 변형구역 주변에 설치한다.
그리고, 더 나아간 기술방안은: 상기 밀봉 패드는 연질 재료로 작성된다.
본 발명의 유익한 기술 효과는 다음과 같다:
(1) 본 발명은 결합공정을 취소하고, 또한 실리콘 오일을 충진하고 물결 막으로 격리할 필요가 없으므로, 패키지구조 및 생산공정을 단순화하고, 재료 및 공정 원가를 모두 대폭 낮추었다.
(2) 본 발명의 덮개기판 상층에 전기회로를 제작하여, 동시에 PCB기판 기능을 구비하고 신호조정 칩과 전기적으로 연결하여, 표준 신호 출력을 지닌 압력변화 송출모듈을 편리하게 제작하였다.
(3) 본 발명은 연질의 밀봉패드를 사용하여, 압력센서 실리콘 웨이퍼가 세라믹 챔버 내부에서 부동 상태에 놓이도록 하였으므로, 하드 패키지에서 초래되는 패키지 응력을 받지 않는다.
(4) 압력센서 실리콘 웨이퍼 상부 주변 또는 덮개기판 하부에 일정 두께의 지지 패드를 구비함으로써, 압력센서 실리콘 웨이퍼의 손상방지의 목적을 충분히 달성하고, 그리고 열 배 이상의 압력 과부하를 저항할 수 있어, 과부하 방지능력을 구비한다.
도1은 종래의 실리콘 압력센서의 패키지구조의 단면도이다.
도2는 본 발명의 실시예1의 단면도이다.
도3은 본 발명의 실시예2의 단면도이다.
도4는 본 발명의 실시예3의 단면도이다.
도5는 본 발명의 실시예4의 단면도이다.
도6은 본 발명의 실시예5의 단면도이다.
도7은 본 발명의 실시예6의 단면도이다.
도8은 지지패드의 형상과 위치의 확대 설명도이며, 압력센서 실리콘 웨이퍼의 상부에서 내려다 본 것이다.
주석: 도2내지 도7은 도8의 A-A방향의 단면도이다.
이하에서 도면을 참조하여, 실시예를 통해 본발명에 대해 구체적으로 설명한다.
실시예1:
도2는 본 발명의 실시예1의 설명도이다. 도2에서 도시한 바와 같이, 덮개기판(201)과 기저기판(202)을 함께 접착 결합하여 운반체를 만들고, 그리고 중앙 챔버를 형성하고, 챔버 내부에 밀봉패드(203)와 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)를 장착하고, 밀봉패드(203)는 압력센서 실리콘 웨이퍼(204) 하부에 배열한다(lining). 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드는 덮개기판(201)을 통해 외부 전기회로와 연결하고자 한다. 그 바람직한 실시 방식은, 덮개기판(201)은 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드와 대응하는 위치에 미리 제작한 관통구멍이 있고, 전도성 접착제(205)로 구멍을 충진하고, 그러므로 랜드의 신호를 덮개기판(201) 상층까지 인출하고, 이어서 외부 전기회로와 연결한다. 본 발명의 밀봉패드(203)는 연질재료(예, 고무)로 작성되며, 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)가 챔버 내부에서 부동 상태에 놓이도록 하여, 하드 패키지에서 초래되는 패키지 응력을 받지 않는다.
실시예2:
도3에서 도시한 바와 같이, 그 바람직한 실시 방식은, 덮개기판(201)은 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드와 대응하는 위치에 미리 제작한 관통구멍이 있고, 구멍의 벽면 및 위아래 가장자리에 전도층(206)을 설치한다. 전도층(206)을 통해 랜드의 신호를 덮개기판(201)의 상층까지 인출하고, 이어서 외부 전기회로와 연결한다.
실시예3:
도4에서 도시한 바와 같이, 그 바람직한 실시 방식은, 덮개기판(201)은 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드와 대응하는 위치에 미리 제작한 관통구멍이 있고, 구멍의 벽면 및 위아래 가장자리에 전도층(206)을 설치한고, 그리고 관통구멍 내부에 전도성 접착제(205)를 충진한다. 전도층(206)과 전도성 접착제(205)을 통해 랜드의 신호를 덮개기판(201)의 상층까지 인출하고, 이어서 외부 전기회로와 연결한다.
실시예4:
도5에서 도시한 바와 같이, 그 바람직한 실시 방식은, 덮개기판(201) 안에 관통하는 도선(207)을 설치하고, 도선(207) 양단에 전도편을 연결하고, 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드와 도선(207) 일단의 전도편과 연결하고, 전도편 및 도선(207)을 통해 랜드의 신호를 덮개기판(201)의 상층까지 인출하고, 이어서 외부 전기회로와 연결한다.
위에서 서술한 4가지 실시예에 기초하여, 다음과 같이 더 나아간 실시방안이 있을 수 있다.
실시예5:
도6에서 도시한 바와 같이, 그 더 나아간 바람직한 실시 방식은, 덮개기판(201) 상층에 후막 또는 박막 공정으로 전기회로를 작성하고, 동시에 PCB기판 기능을 구비하고, 신호조정 칩(208)과 전기적으로 연결을 구현하여, 이와 같이 표준 신호 출력은 구비한 실리콘 압력센서의 패키지구조를 작성한다.
실시예6:
도7과 도8에서 도시한 바와 같이, 그 더 나아간 바람직한 실시 방식은, 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204) 상부와 덮개기판(201) 사이에 지지패드(209)를 설치하고, 지지패드(209)는 압력센서 실리콘 웨이퍼(204) 상부에 설치할 수 있고, 또는 덮개기판(201) 하부에 설치할 수도 있고, 그리고 압력센서 실리콘 웨이퍼(204) 상부 및 덮개기판(201) 하부 모두 지지패드(209)를 설치할 수도 있으며, 지지패드(209)는 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 중심 변형구역(210) 이외의 구역에 설치한다. 지지패드(209)의 형상과 위치는 지지효과를 보증한다는 전제하에 설계요구에 따라 선택할 수 있으며, 예로 지지패드(209)는 압력센서 실리콘 웨이퍼(204) 상부 4각에 설치할 수 있고, 동시에 지지패드(209)는 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드일 수도 있다. 지지패드(209)는 종래의 후막 또는 박막 공정으로 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 상부 또는 덮개기판(201)의 하부에 직접 부착할 수 있다. 여기에서, 지지패드(209)를 설치하였기 때문에, 도7의 덮개기판(201)은 도2내지 도6처럼 압력센서 실리콘 웨이퍼(204) 상부의 상응하는 부위에 개구할 필요가 없다.
지지패드(209)는 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 중심 변형구역(210)과 덮개기판(201) 하부 평면 사이의 일정 틈새를 형성하도록 하여, 상기 틈새는 등급 압력보다 클 때 압력센서 실리콘 웨이퍼의 수직방향 변형량이며, 압력이 과부하일 때 상기 틈새는 사라지고, 민감한 실리콘 웨이퍼(204)의 변형구역(210)의 계속적인 변형을 제한하여, 손상 방지를 달성하며, 열 배 이상의 압력 과부하를 저항할 수 있다.
이상 설명은 본 발명에 대한 해석이고, 본 발명에 대한 제한이 아니며, 본 발명에서 한정하는 범위는 권리요구를 참조하고, 본 발명의 사상을 벗어나지 않은 상황에서, 본 발명의 어떤 형식의 수정도 실시할 수 있다.

Claims (8)

  1. 실리콘 압력센서의 패키지구조에 있어서,
    덮개기판(201)과 기저기판(202)을 포함하고, 이 둘을 상호 연결하여 중앙 챔버를 형성하고, 상기 중앙 챔버 내부에는 밀봉패드(203)와 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)를 설치하고, 상기 밀봉패드(203)는 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204) 하부에 배열하고(lining), 상기 기저기판(202) 상에 통로를 형성하고, 상기 밀봉패드(203) 상에 제1 관통구멍을 형성하며, 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드는 상기 덮개기판(201)에 관통된 제2 관통구멍의 전도편을 외부 전기회로와 연결하는 것을 특징으로 하는 실리콘 압력센서의 패키지구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 덮개기판(201)은 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드와 대응하는 위치에 상기 제2 관통구멍을 구비하고, 상기 제2 관통구멍에 전도성 접착제(205)를 충진하는 것을 특징으로 하는 실리콘 압력센서의 패키지구조.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 덮개기판(201)은 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드와 대응하는 위치에 상기 제2 관통구멍을 구비하고, 상기 제2 관통구멍의 구멍 벽면 및 위아래 가장자리에 전도층(206)을 설치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 압력센서의 패키지구조.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 덮개기판(201)은 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드와 대응하는 위치에 상기 제2 관통구멍을 구비하고, 상기 제2 관통구멍의 구멍 벽면 및 위아래 가장자리에 전도층(206)을 설치하고, 상기 제2 관통구멍에 전도성 접착제(205)를 충진하는 것을 특징으로 하는 실리콘 압력센서의 패키지구조.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 덮개기판(201) 안에 관통하는 도선(207)을 설치하고, 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 랜드와 상기 도선(207)을 연결하는 것을 특징으로 하는 실리콘 압력센서의 패키지구조.
  6. 제1항내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 덮개기판(201) 상층에 전기회로를 제작하고, 상기 전기회로와 신호조정 칩(208)을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 실리콘 압력센서의 패키지구조.
  7. 제1항내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204) 상부와 상기 덮개기판(201) 하부 사이에 지지 패드(209)를 설치하고, 상기 지지 패드(209)는 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204) 상부 또는 상기 덮개기판(201) 하부에 설치하고, 그리고 상기 압력센서 실리콘 웨이퍼(204)의 중심 변형구역(210) 주변에 설치하는 것을 특징으로 하는 실리콘 압력센서의 패키지구조.
  8. 제1항내지 제5항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 밀봉 패드(203)는 연질 재료로 제조되는 것을 특징으로 하는 실리콘 압력센서의 패키지구조.
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