마이크로, TAS, 패키지, 범프, 관통홀 명세서 도면의 간단한 설명 도 1은 종래 기술에 따른 외부의 압력을 센싱하는 압력센서 패키지의 단면도 도 2a와 2b는 본 발명에 따라 마이크로 타스(TAS, Total Analysis System)칩이 실장된 패키지 단면도

(51) Int. Cl. 7 H01L 21/60 (19)대한민국특허청(KR) (12) 등록특허공보(B1) (45) 공고일자 (11) 등록번호 (24) 등록일자 2005년10월07일 10-0519222 2005년09월28일 (21) 출원번호 10-2003-0085619 (65) 공개번호 10-2005-0051933 (22) 출원일자 2003년11월28일 (43) 공개일자 2005년06월02일 (73) 특허권자 전자부품연구원 경기도 성남시 분당구 야탑동 68번지 (72) 발명자 신규식 경기도평택시이충동부영아파트103동1203호 박준식 경기도군포시산본동1119-7동성백두아파트952동903호 박광범 경기도평택시지산동1029삼익1차APT108-104 박효덕 경기도성남시분당구서현2동310번지대우아파트612동203호 (74) 대리인 정종옥 조담 심사관 : 이강하 (54) 마이크로 타스칩이 실장된 패키지 요약 본 발명은 마이크로 타스칩이 실장된 패키지에 관한 것으로, 상부에서 하부까지 관통된 입구(Inlet)가 형성되어 있고, 상 부면에 금속 패턴이 형성되어 있는 기판과; 상기 기판의 금속 패턴 상부에 적어도 2개 이상의 영역에 형성된 UBM(Under Bump Metallurgy)층과; 상기 UBM층의 상부에 본딩된 범프와; 상기 범프의 상부에 구동을 위한 전극패드가 본딩되어 고 정된 마이크로 타스칩으로 구성된다. 따라서, 본 발명은 MEMS 공정을 수행하여 제조된 마이크로 타스칩을 와이어를 사용하지 않고, 범프를 이용하여 전기적 으로 연결 및 고정시켜 패키지를 형성함으로써, 종래 기술과 대비하여 패키지의 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있다. 대표도 도 2a 색인어 - 1 -

마이크로, TAS, 패키지, 범프, 관통홀 명세서 도면의 간단한 설명 도 1은 종래 기술에 따른 외부의 압력을 센싱하는 압력센서 패키지의 단면도 도 2a와 2b는 본 발명에 따라 마이크로 타스(TAS, Total Analysis System)칩이 실장된 패키지 단면도 도 3은 본 발명에 따른 패키지에 실장되는 마이크로 타스칩의 일종인 PCM(Piezoelectric Cantilever Microbalance)의 요부 단면도 도 4는 본 발명에 따른 패키지에 실장되는 마이크로 타스칩의 일종인 PCM(Piezoelectric Cantilever Microbalance)의 사시도 도 5는 본 발명에 따른 패키지에 실장되는 마이크로 타스칩의 일종인 가스센서의 단면도 도 6은 도 5에 도시된 가스센서의 개략적인 사시도 도 7은 본 발명에 따른 마이크로 타스(TAS, Total Analysis System)칩이 적층되어 실장된 MCM(Multi Chip Module) 의 단면도 도 8은 도 7의 'A' 확대도 <도면의 주요부분에 대한 부호의 설명> 100 : 기판 101 : 입구 110,111,112,113 : UBM(Under Bump Metallurgy) 120,128 : 범프 200,201 : 마이크로 타스(TAS, Total Analysis System) 칩 210 : PCM(Piezoelectric Cantilever Microbalance) 211,221,231 : 지지부 212 : 캔틸레버부 213 : 하부전극 214 : PZT막 215 : 상부전극 220 : 압전 캐패시터 221a,222a : 전극라인 221b,222b,236a,236b,271a,271b,272a,272b : 전극패드 230 : 가스센서 232 : 막 233 : 전극패턴 271 : 히터 275 : 히터 272 : 온도센서 - 2 -

280 : 금속라인 발명의 상세한 설명 발명의 목적 발명이 속하는 기술 및 그 분야의 종래기술 본 발명은 마이크로 타스칩이 실장된 패키지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정을 수행하여 제조된 마이크로 타스칩을 와이어를 사용하지 않고, 범프를 이용하여 전기적으로 연결 및 고정 시켜 패키지를 형성함으로써, 종래 기술과 대비하여 패키지의 사이즈를 줄일 수 있는 마이크로 타스칩이 실장된 패키지에 관한 것이다. 최근, 전자제품의 소형 및 경량화 추세에 따라 대부분의 마이크로 칩들은 소형 및 경량화에 대한 연구가 진행되고 있다. 특히, IC 칩 패키징의 경우, 플립 칩(Flip chip) 패키지 및 MCM(Multi Chip Module)등으로 칩 패키징의 부피를 줄이고 있으나, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 기술로 제작된 칩의 경우 기계적 구조물의 구조적인 문제점으로 인 하여 일반적인 플립 칩 패키지 및 MCM 등을 이용할 수 없기 때문에 패키지의 크기를 줄일 수가 없었다. 도 1은 종래 기술에 따른 외부의 압력을 센싱하는 압력센서 패키지의 단면도로서, 홈(11)이 형성되어 있고, 이 홈(11)의 바닥면에 외부와 연통되는 관통홀(12)이 형성되어 있는 플라스틱 케이스(10)와; 상기 플라스틱 케이스(10)의 측면을 관통 되어 홈(11)의 내부까지 위치된 리드프레임(30)과; 상기 홈(11)의 바닥면에 페이스트(21)에 의해 본딩되어 있고, 상기 리 드프레임(30)과 와이어(31)본딩되어 있으며, 상기 관통홀(12)을 통하여 다이어프램에 전달되는 압력을 참조하여 외부 압 력을 센싱하는 압력센서 칩(20)과; 상기 플라스틱 케이스(10)의 상부에 고정되며, 상기 홈(11)의 내부와 외부를 연통시키 는 관통홀(41)이 형성된 캡(40)으로 구성된다. 이렇게 구성된 종래 기술의 압력센서, 즉, 마이크로 타스(TAS, Total Analysis System)는 와이어 본딩을 수행하여 패키 지를 형성하기 때문에, 패키지의 크기가 칩 크기의 2~3배 정도가 되어 패키지의 크기를 줄일 수 없게 되는 문제점이 발생 되었다. 따라서, 패키지의 크기가 줄이는데 한계가 있어, 마이크로 타스 소자를 실장한 전자제품의 사이즈를 줄일 수 없는 이차적 인 문제가 발생한다. 발명이 이루고자 하는 기술적 과제 이에 본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, MEMS(Micro Electro Mechanical System) 공정을 수행하여 제조된 마이크로 타스칩을 와이어를 사용하지 않고, 범프를 이용하여 전기적으로 연결 및 고정 시켜 패키지를 형성함으로써, 종래 기술과 대비하여 패키지의 사이즈를 줄일 수 있는 마이크로 타스칩이 실장된 패키지를 제공하는 데 그 목적이 있다. 상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태( 樣態 )는, 상부에서 하부까지 관통된 입구(Inlet)가 형성되어 있 고, 상부면에 금속 패턴이 형성되어 있는 기판과; 상기 기판의 금속 패턴 상부에 적어도 2개 이상의 영역에 형성된 UBM(Under Bump Metallurgy)층과; 상기 UBM층의 상부에 본딩된 범프와; 상기 범프의 상부에 구동을 위한 전극패드가 본딩되어 고정된 마이크로 타스칩으로 구성된 마이크로 타스칩이 실장된 패 키지가 제공된다. 상기한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 바람직한 양태( 樣態 )는, 상부에서 하부까지 관통된 입구(Inlet)가 형성되어 있 고, 상부면에 금속 패턴이 형성되어 있는 기판과; - 3 -

상기 기판의 금속 패턴 상부에 범프를 통하여 본딩되어 있는 제 1 마이크로 타스칩과; 상기 제 1 마이크로 타스칩의 상부에 범프를 통하여 본딩되어 있는 제 2 마이크로 타스칩으로 구성되며, 상기 제 1 마이크로 타스칩에는 상기 기판의 입구를 통하여 주입되는 분석 대상의 가스, 증기(Vapor), 입자 또는 액체 등 이 상기 제 2 마이크로 타스칩으로 공급될 수 있는 관통홀이 형성되어 있고, 상기 제 2 마이크로 타스칩과 기판의 금속 패턴과 전기적인 통전을 위하여 제 1 마이크로 타스칩 상부에 본딩된 범프는 상기 제 1 마이크로 타스칩의 상부, 관통홀의 내측면과 하부에 형성된 금속라인을 통하여 기판 상부에 본딩된 범프와 전기 적으로 연결되게 구성되는 것을 특징으로 하는 마이크로 타스칩이 실장된 패키지가 제공된다. 발명의 구성 및 작용 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하면 다음과 같다. 도 2a와 2b는 본 발명에 따라 마이크로 타스(TAS, Total Analysis System)칩이 실장된 패키지 단면도로서, 도 2a는 도 3과 같은 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, SiNx, SiO 2 와 SiON x 중 어느 하나의 재질로 이루어진 멤브레인(Membrane)을 갖는 마이크로 타스칩이 실장된 패키지이고, 도 2b는 도 4와 같은 캔틸레버(Cantilever)를 갖는 마이크로 타스칩이 실장 된 패키지를 도시한 것이다. 즉, 본 발명의 패키지에 실장되는 마이크로 타스칩은 MEMS 소자이고, 패키지 외부의 분석 대상의 가스, 증기(Vapor), 입자 또는 액체 등을 감지하게 된다. 도 2a와 2b와 같이, 마이크로 타스칩이 실장된 패키지는, 상부에서 하부까지 관통된 입구(Inlet)(101)가 형성되어 있고, 상부면에 금속 패턴이 형성되어 있는 기판(100)과; 상기 기판(100)의 금속 패턴 상부에 적어도 2개 이상의 영역에 형성된 UBM(Under Bump Metallurgy)층(110)과; 상기 UBM층(110)의 상부에 본딩된 범프(120)와; 상기 범프(120)의 상부에 구동을 위한 전극패드가 본딩되어 고정된 마이크로 타스칩(200)으로 구성된다. 여기서, 상기 기판(100)의 입구(101)와 상기 마이크로 타스칩(200)의 하부 내측 공간을 제외하고, 상기 마이크로 타스칩 (200)의 내, 외측면과 범프(120)를 감싸며 기판(100)에 접착된 봉지부(300)가 패키지에 더 형성되면, 외부의 충격으로부 터 마이크로 타스칩(200)을 보호할 수 있게 된다. 이러한 봉지부(300)는 언더필(Underfill) 물질로 봉지를 하는데, 상기 마이크로 타스칩(200) 내측에 공간을 형성하는 것 은 언더필 물질의 표면 접착력을 이용한 현재의 봉지기술로 가능하다. 그러므로, 본 발명은 기판(100)의 입구(101)를 통하여 외부에서 주입되는 분석 대상의 가스, 증기(Vapor), 입자 또는 액 체 등이 마이크로 타스칩(200)의 고분자, 금속, 무기물 또는 이들의 혼합물로 구성된 감지막(250)에 흡착됨으로써, 마이크 로 타스칩(200)은 분석 대상의 가스, 증기(Vapor), 입자 또는 액체를 검출할 수 있게 된다. 도 3은 본 발명에 따른 패키지에 실장되는 마이크로 타스칩의 일종인 PCM(Piezoelectric Cantilever Microbalance)의 요부 단면도로서, PCM(210)은 전술된 캔틸레버를 갖는 마이크로 타스칩이다. 이 PCM(210)은 지지부(211)와; 상기 지지부(211) 상부에서 연장되어, 하부로부터 부상된 캔틸레버부(212)와; 상기 캔 틸레버부(212) 상부에 형성된 하부전극(213), PZT막(214)과 상부전극(215)으로 이루어진 압전 캐패시터(220)와; 상기 압전 캐패시터(220)의 상부전극(215) 상부에 고분자, 금속, 무기물 또는 이들의 혼합물로 형성된 감지막(251)으로 구성된 다. 한편, PCM(210)은 통상, 도 4에 도시된 바와 같이, 캔틸레버부(212)가 하부로부터 부상되도록 지지하는 지지부(211)는 캔틸레버부(212)와 이격되어 캔틸레버부(212)의 측면을 둘러싸여 캔틸레버부(212)와 만나게 되는 구조로 제조된다. - 4 -

이렇게 구성된 PCM(210)을 본 발명에서는 상기 캔틸레버부(212)에 형성된 압전 캐패시터(220)를 구동시키기 위한 전 극라인(221a,222a)을 지지부(211) 상부에 배치시키고, 상기 전극라인(221a,222a)에 각각 연결된 전극패드(221b,222b) 도 지지부(221) 상부에 형성하여, 전술된 바와 같이, 전극패드(221b,222b)들 각각에 범프가 본딩되어 기판 상부에 실장된 다. 또한, 마이크로 타스칩이 기판에 더욱 견고히 본딩되도록, 전기적으로 연결되지 않은 복수개의 더미(Dummy) 범프(도 4 의 '223'영역에 더미 범프가 본딩됨)가 마이크로 타스칩과 기판 사이에 더 본딩되어 있는 것이 바람직하다. 도 5는 본 발명에 따른 패키지에 실장되는 마이크로 타스칩의 일종인 가스센서의 단면도로서, 이 가스센서는 단결정 실 리콘, 다결정 실리콘, SiNx, SiO 2 와 SiON x 중 어느 하나의 재질로 이루어진 멤브레인을 갖는 마이크로 타스칩이며, 중앙 부분이 개방된 지지부(231)와; 상기 지지부(231)의 상부에 형성되어 상기 지지부(231)의 개방된 중앙부분에 하부로부터 부상되며, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, SiNx, SiO 2 와 SiON x 중 어느 하나의 재질로 이루어진 멤브레인을 형성하는 막 (232)과; 상기 멤브레인 영역을 포함한 막(232) 상부에 형성된 히터(Heater), 온도 센서 및 감지용 전극패턴(233)들과; 상 기 멤브레인 영역에 형성된 감지용 전극패턴(233)을 감싸며 형성된 감지막(252)으로 구성된다. 상기 감지막(252)은 고분자, 금속, 무기물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것이 바람직하다. 도 6은 도 5에 도시된 가스센서의 개략적인 사시도로서, 가스센서(230)의 막(232)의 상부에 있는 감지막(252) 내부에는 도 5에 도시된 바와 같이, 전극패턴(233)이 형성되어 있고, 이 전극패턴(233)은 감지막(252) 외부의 막(232) 상부에 형성 된 전극패드들(236a,236b)과 연결되어 있다. 그러므로, 상기 전극패드들 각각에 범프가 본딩되어 기판 상부에 실장된다. 그리고, 도 6에 도시된 바와 같이, 가스센서(230)의 막(232), 즉, 멤브레인 영역을 포함한 막 상부에 히터(Heater)(271) 와 온도 센서(272)용 전극패턴들이 형성되어 있으며, 이 히터(271)도 전극패드들(271a,271b)과 연결되어 있고, 그리고, 온도센서(272)도 전극패드들(272a,272b)과 연결되어 있다. 한편, 상기 감지막(252)은 감지용 전극패턴만을 감싸게 된다. 도 7은 본 발명에 따른 마이크로 타스(TAS, Total Analysis System)칩이 적층되어 실장된 MCM(Multi Chip Module) 의 단면도로서, 이 MCM은 기판 상부에 적어도 2개 이상의 마이크로 타스칩을 적층한 것이고, 도 7 및 8을 참조하면, 최상 부의 마이크로 타스칩(201)을 제외한 나머지 마이크로 타스칩(200)에는 적층된 마이크로 타스칩으로 외부의 가스, 입자 및 유체 등이 공급될 수 있는 관통홀(275)이 형성되어 있다. 이 관통홀(275)의 내측면에는 기판(100)의 금속 패턴과 전기적으로 연결되는 전도성 메탈이 형성되어 있다. 즉, 본 발명에 따른 마이크로 타스칩이 적층되어 실장된 MCM은 상부에서 하부까지 관통된 입구(Inlet)(101)가 형성되어 있고, 상부면에 금속 패턴이 형성되어 있는 기판(100)과; 상기 기판(100)의 금속 패턴 상부에 범프(120)를 통하여 본딩되 어 있는 제 1 마이크로 타스칩(200)과; 상기 제 1 마이크로 타스칩(200)의 상부에 범프(128)를 통하여 본딩되어 있는 제 2 마이크로 타스칩(201)으로 구성되며, 상기 제 1 마이크로 타스칩(200)에는 상기 기판(100)의 입구(101)를 통하여 주입되 는 분석 대상의 가스, 증기(Vapor), 입자 또는 액체 등이 상기 제 2 마이크로 타스칩(201)으로 공급될 수 있는 관통홀 (275)이 형성되어 있고, 상기 제 2 마이크로 타스칩(201)과 기판(100)의 금속 패턴과 전기적인 통전을 위하여 제 1 마이크 로 타스칩(200) 상부에 본딩된 범프(128)는 상기 제 1 마이크로 타스칩(200)의 상부, 관통홀(275)의 내측면과 하부에 형 성된 금속라인(280)을 통하여 기판(100) 상부에 본딩된 범프(120)와 전기적으로 연결되게 구성된다. 여기서, 상기 제 1 마이크로 타스칩(200)과 제 2 마이크로 타스칩(201)의 사이에는 복수개의 마이크로 타스칩이 순차적 으로 범프에 의해서 더 적층되어 있고, 더 적층된 각각의 마이크로 타스칩들은 관통홀이 구비되어 있고, 각각의 마이크로 타스칩들의 상부, 관통홀의 내측면과 하부에 형성된 금속라인을 통하여 기판의 금속패턴과 전기적으로 연결된다. 그리고, 상기 범프는 솔더볼이 바람직하다. - 5 -

이와 같이, 본 발명에 따른 마이크로 타스칩이 적층되어 실장된 MCM은 기판과 직접적으로 본딩되지 않고 적층된 마이크 로 타스칩들은 관통홀 내측면에 형성된 금속라인과 전기적으로 연결되면서, 기판의 금속패턴과 연결되어 동작되게 된다. 그리고, 본 발명에 따른 MCM은 범프가 본딩되는 기판과 마이크로 타스칩의 면에 도 8에 도시된 바와 같이, UBM(Under Bump Metallurgy)층(110,111,112,113)이 더 형성되어 있는 것이 바람직하다. 발명의 효과 이상 상술한 바와 같이, 본 발명은 MEMS 공정을 수행하여 제조된 마이크로 타스칩을 와이어를 사용하지 않고, 범프를 이용하여 전기적인 연결 및 고정시켜 패키지를 형성함으로써, 종래 기술과 대비하여 패키지의 사이즈를 줄일 수 있는 효과 가 있다. 더불어, 패키지의 크기가 줄일 수 있으므로, 마이크로 타스 소자를 실장한 전자제품의 사이즈를 줄일 수 있는 효과도 발 생한다. 본 발명은 구체적인 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함 은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다. (57) 청구의 범위 청구항 1. 상부에서 하부까지 관통된 입구(Inlet)가 형성되어 있고, 상부면에 금속 패턴이 형성되어 있는 기판과; 상기 기판의 금속 패턴 상부에 적어도 2개 이상의 영역에 형성된 UBM(Under Bump Metallurgy)층과; 상기 UBM층의 상부에 본딩된 범프와; 상기 범프의 상부에 구동을 위한 전극패드가 본딩되어 고정된 마이크로 타스칩으로 구성된 마이크로 타스칩이 실장된 패 키지. 청구항 2. 제 1 항에 있어서, 상기 기판의 입구와 상기 마이크로 타스칩의 하부 내측 공간을 제외하고, 상기 마이크로 타스칩의 내, 외측면과 범프를 감싸며 기판에 접착된 봉지부가 더 구비된 것을 특징으로 하는 마이크로 타스칩이 실장된 패키지. 청구항 3. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 타스칩은, 상기 기판의 입구를 통하여 주입되는 분석 대상의 가스, 증기(Vapor), 입자 또는 액체 등을 감지하는 마이크로 타스칩인 것을 특징으로 하는 마이크로 타스칩이 실장된 패키지. 청구항 4. - 6 -

제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 타스칩은, 지지부와; 상기 지지부 상부에서 연장되어, 하부로부터 부상된 캔틸레버부와; 상기 캔틸레버부 상부에 형성된 하부전극, PZT막과 상부전극으로 이루어진 압전 캐패시터와; 상기 압전 캐패시터의 상부전극 상부에 형성된 감지막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 타스칩이 실장된 패키지. 청구항 5. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 타스칩은, 중앙부분이 개방된 지지부와; 상기 지지부의 상부에 형성되어 상기 지지부의 개방된 중앙부분에 하부로부터 부상된 멤브 레인을 형성하는 막과; 상기 멤브레인 영역을 포함한 막 상부에 형성된 히터(Heater), 온도 센서 및 감지용 전극패턴들과; 상기 멤브레인 영역에 형성된 감지용 전극패턴을 감싸며 형성된 감지막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 타스 칩이 실장된 패키지. 청구항 6. 제 5 항에 있어서, 상기 멤브레인을 형성하는 막은, 단결정 실리콘, 다결정 실리콘, SiNx, SiO 2 와 SiON x 중 어느 하나의 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 타스 칩이 실장된 패키지. 청구항 7. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 감지막은, 고분자, 금속, 무기물 또는 이들의 혼합물로 이루어진 것을 특징으로 하는 마이크로 타스칩이 실장된 패키지. 청구항 8. 제 1 항에 있어서, 상기 마이크로 타스칩이 기판에 더욱 견고히 본딩되도록, 전기적으로 연결되지 않은 복수개의 더미(Dummy) 범프가 마 이크로 타스칩과 기판 사이에 더 본딩되어 있는 것을 특징으로 하는 마이크로 타스칩이 실장된 패키지. 청구항 9. 상부에서 하부까지 관통된 입구(Inlet)가 형성되어 있고, 상부면에 금속 패턴이 형성되어 있는 기판과; - 7 -

도면2a 도면2b 도면3 도면4 도면5-9 -

도면6 도면7 도면8-10 -