KR100243357B1 - Infrared sensor array and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명의 적외선 센서 어레이는 복수개의 홀을 갖고, 상기 홀마다 대응하여 도전성 페이스트가 채워진 마이크로 홀을 갖는 상부 그린 쉬트와, 상기 상부 그린 쉬트의 하부에 상기 홀에 대응하여 표면에 상부 전극이 형성되어 있고, 배면에는 하부 전극이 형성되어 있고, 상기 상부 전극은 상기 마이크로 홀에 연결되는 중간 그린 쉬트와, 상기 중간 그린 쉬트의 하부에 상기 중간 그린 쉬트에 대향하여 형성되고, 상기 하부 전극에 대향한 복수개의 홀을 갖고, 상기 홀마다 상기 하부 전극과 연결되고 도전성 페이스트가 채워진 마이크로 홀을 갖는 하부 그린 쉬트와, 상기 상부 그린 쉬트의 상부에 형성되는 필터를 포함한다. 본 발명의 적외선 센서 어레이는 테이프 캐스팅 방법을 이용하여 배선층이 포함된 세라믹 소자 및 필터를 직접 적층하는 일체형이기 때문에 세라믹 소자의 불필요한 배선에 의해 발생되는 기생 임피던스 성분을 최소화할 수 있고 PCB기판에 실장이 용이하다.The infrared sensor array of the present invention has a plurality of holes, an upper green sheet having a micro hole filled with a conductive paste corresponding to each hole, and an upper electrode formed on a surface of the lower green sheet corresponding to the hole. The lower electrode is formed on the rear surface, and the upper electrode is formed to face the middle green sheet connected to the micro holes and the middle green sheet under the middle green sheet, and the plurality of opposite to the lower electrode. A lower green sheet having two holes, each of the holes having micro holes connected to the lower electrode and filled with a conductive paste, and a filter formed on the upper green sheet. Since the infrared sensor array of the present invention is an integral type of directly stacking a ceramic element including a wiring layer and a filter by using a tape casting method, parasitic impedance components generated by unnecessary wiring of the ceramic element can be minimized, and the mounting on the PCB substrate can be minimized. It is easy.
Description
본 발명은 적외선 센서에 관한 것으로, 특히 적외선 센서 어레이 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared sensor, and more particularly, to an infrared sensor array and a method of manufacturing the same.
일반적으로, 적외선 센서 또는 적외선 센서 어레이는 적외선을 감지하는 센서이다. 상기 적외선 센서 또는 적외선 센서 어레이는 크게 적외선을 감지하는 세라믹 소자, 감지된 신호를 증폭시키기 위한 전자부품들 및 외형 패키지로 구성된다. 이중에서 가장 중요한 적외선 센서 또는 적외선 센서 어레이의 세라믹 소자를 설명한다.In general, an infrared sensor or infrared sensor array is a sensor that detects infrared light. The infrared sensor or the infrared sensor array is mainly composed of a ceramic device for detecting infrared rays, electronic components for amplifying the detected signal, and an external package. The ceramic elements of the most important infrared sensor or infrared sensor array are described.
도 1은 종래의 적외선 센서 어레이의 세라믹 소자를 설명하기 위한 평면도이다.1 is a plan view illustrating a ceramic device of a conventional infrared sensor array.
구체적으로, 종래의 적외선 센서 어레이의 세라믹 소자는 초전체 기판(1)의 표면에 형성된 복수의 상부 전극(3)과, 상기 초전체 기판의 배면에 형성된 공통으로 형성된 하부 전극(도시 안됨)으로 구성된다. 그리고, 상기 세라믹 소자는 PCB 기판(5)에 적층된 후 상기 PCB 기판(5)과 상기 세라믹 소자의 상부 전극(3)을 도선(7) 및 도전성 페이스트(9)를 이용하여 본딩한다. 이렇게 마련된 세라믹 소자에 적외선이 입사되면 세라믹 소자에 초전류가 발생하게 되고, 이를 증폭회로를 이용하여 증폭시켜 오실로스코프와 같은 검출수단으로 적외선의 입사를 확인할 수 있다.Specifically, the ceramic element of the conventional infrared sensor array includes a plurality of
그런데, 상술한 바와 같은 종래의 적외선 센서 어레이의 세라믹 소자는 PCB 기판(5)과 분리되어 제조된 후 결합되기 때문에 적외선 센서 어레이의 부피가 커지게 되는 단점이 있다.However, since the ceramic elements of the conventional infrared sensor array as described above are manufactured after being separated from the PCB substrate 5, the ceramic elements have a disadvantage that the volume of the infrared sensor array becomes large.
또한, 후막 또는 박막 형태로 제조된 상부 전극(3)을 포함하는 세라믹 소자의 경우 PCB 기판(5)에 실장할 때 상기 초전체 기판(1)의 가장자리에서 도선(7)을 뽑아내고 도전성 페이스트를 이용하여 본딩을 한다. 이렇게 되면, 적외선 센서 어레이는 불필요한 커패시턴스나 예상하지 못한 임피던스가 발생하게 되어 정전기에 의한 노이즈나 오동작의 원인이 되는 문제점이 있다. 특히, 적외선 센서 어레이의 경우 세라믹 소자가 다수의 전극이 형성되어 있어 이에 따른 복합화된 문제가 발생한다.In addition, in the case of the ceramic device including the
또한, 상기 종래의 적외선 센서 어레이는 대부분 박막 공정을 이용하기 때문에 제조비용이 비싸고, 제조공정이 어렵고 수율이 낮은 단점이 있다.In addition, since the conventional infrared sensor array uses a thin film process, the manufacturing cost is high, and the manufacturing process is difficult and the yield is low.
따라서, 본 발명의 기술적 과제는 상술한 문제점을 해결할 수 있는 적외선 센서 어레이를 제공하는 데 있다.Therefore, the technical problem of the present invention is to provide an infrared sensor array that can solve the above problems.
또한, 본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 적외선 센서 어레이를 제조하는 데 적합한 제조방법을 제공하는 데 있다.In addition, another technical problem of the present invention is to provide a manufacturing method suitable for manufacturing the infrared sensor array.
도 1은 종래의 적외선 센서 어레이의 세라믹 소자를 설명하기 위한 평면도이다.1 is a plan view illustrating a ceramic device of a conventional infrared sensor array.
도 2는 본 발명에 의한 세라믹 소자를 포함하는 적외선 센서 어레이의 사시도이다.2 is a perspective view of an infrared sensor array including a ceramic device according to the present invention.
도 3은 본 발명에 의한 세라믹 소자를 포함하는 적외선 센서 어레이의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an infrared sensor array including a ceramic device according to the present invention.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 적외선 센서 어레이는 복수개의 홀을 갖고, 상기 홀마다 대응하여 도전성 페이스트가 채워진 마이크로 홀을 갖는 상부 그린 쉬트와, 상기 상부 그린 쉬트의 하부에 상기 홀에 대응하여 표면에 상부 전극이 형성되어 있고, 배면에는 하부 전극이 형성되어 있고, 상기 상부 전극은 상기 마이크로 홀에 연결되는 중간 그린 쉬트와, 상기 중간 그린 쉬트의 하부에 상기 중간 그린 쉬트에 대향하여 형성되고, 상기 하부 전극에 대향한 복수개의 홀을 갖고, 상기 홀마다 상기 하부 전극과 연결되고 도전성 페이스트가 채워진 마이크로 홀을 갖는 하부 그린 쉬트와, 상기 상부 그린 쉬트의 상부에 형성되는 필터를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the infrared sensor array of the present invention has a plurality of holes, the upper green sheet having a micro-hole filled with a conductive paste corresponding to each hole, and the lower green sheet corresponding to the hole below the upper green sheet The upper electrode is formed on the surface, the lower electrode is formed on the back, the upper electrode is formed to face the middle green sheet connected to the micro hole, and the middle green sheet below the middle green sheet And a lower green sheet having a plurality of holes opposing the lower electrode, each lower hole having a micro hole connected to the lower electrode and filled with a conductive paste, and a filter formed on the upper green sheet.
상기 상부 그린 쉬트 및 하부 그린 쉬트의 모서리에 그라운드를 위한 마이크로 홀이 더 형성되어 있고, 상기 상부 그린 쉬트 및 하부 그린 쉬트의 두께는 200∼500㎛이며, 상기 중간 그린 쉬트의 두께는 30∼80㎛로 구성한다. 상기 상부 그린 쉬트 및 하부 그린 쉬트의 홀은 중앙부에 위치하는 사각형의 홀이다.A micro hole for ground is further formed at the corners of the upper green sheet and the lower green sheet, the thickness of the upper green sheet and the lower green sheet is 200 to 500 µm, and the thickness of the intermediate green sheet is 30 to 80 µm. It consists of. The holes of the upper green sheet and the lower green sheet are rectangular holes located at the center portion.
상기 다른 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 적외선 센서 어레이는 초전체 원료를 준비하는 단계와, 상기 초전체 원료를 혼합하는 단계와, 상기 혼합된 초전체 원료를 테이프 캐스팅(tape casting)방법을 이용하여 하부 그린 쉬트, 중간 그린 쉬트 및 상부 그린 쉬트를 형성하는 단계와, 상기 중간 그린 쉬트의 표면 및 배면에 상부 전극 및 하부 전극을 형성하는 단계와, 상기 상부 그린 쉬트 및 하부 그린 쉬트에 복수개의 구멍 및 마이크로 홀을 형성하는 단계와, 상기 마이크로 홀에 도전성 페이스트를 채워 넣는 단계와, 상기 하부 그린 쉬트, 중간 그린 쉬트 및 상부 그린 쉬트를 순차적으로 적층한 후 소결하는 단계와, 상기 상부 그린 쉬트, 중간 그린 쉬트 및 하부 그린 쉬트에 초전체 특성을 부가하기 위해 폴링(polling) 공정을 진행하는 단계와, 상기 상부 그린 쉬트 상에 필터를 본딩한 후 열처리하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above technical problem, the infrared sensor array of the present invention comprises the steps of preparing a pyroelectric material, mixing the pyroelectric material, and the tape casting method of the mixed pyroelectric material Forming a lower green sheet, an intermediate green sheet, and an upper green sheet by using the same; forming an upper electrode and a lower electrode on a surface and a rear surface of the intermediate green sheet; and forming a plurality of upper and lower green sheets on the upper green sheet and the lower green sheet. Forming holes and micro holes, filling conductive paste into the micro holes, sequentially laminating and sintering the lower green sheet, the middle green sheet and the upper green sheet, and the upper green sheet, Performing a polling process to add pyroelectric characteristics to the intermediate green sheet and the lower green sheet, Group after bonding and the filter in the upper green sheet comprising the step of heat treatment.
상기 도전성 페이스트는 Pt, Pd, Pt-Pd, Ag-Pd, Ag-Pt, Au-Pd, Au-Pt 및 Ni중에서 선택된 어느 하나를 이용하며, 상기 소결은 700∼1200℃에서 수행한다.The conductive paste may use any one selected from Pt, Pd, Pt-Pd, Ag-Pd, Ag-Pt, Au-Pd, Au-Pt, and Ni, and the sintering may be performed at 700 to 1200 ° C.
본 발명의 적외선 센서 어레이는 테이프 캐스팅 방법을 이용하여 배선층이 포함된 세라믹 소자 및 필터를 직접 적층하는 일체형이기 때문에 세라믹 소자의 불필요한 배선에 의해 발생되는 기생 임피던스 성분을 최소화할 수 있고 PCB기판에 실장이 용이하다.Since the infrared sensor array of the present invention is an integral type of directly stacking a ceramic element including a wiring layer and a filter by using a tape casting method, parasitic impedance components generated by unnecessary wiring of the ceramic element can be minimized, and the mounting on the PCB substrate can be minimized. It is easy.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 본 발명에 의한 세라믹 소자를 포함하는 적외선 센서 어레이의 사시도이다.2 is a perspective view of an infrared sensor array including a ceramic device according to the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명의 적외선 센서 어레이의 세라믹 소자는 모두 초전체로 이루어진 상부 그린 쉬트(11), 중간 그린 쉬트(13) 및 하부 그린 쉬트(15)를 순차적으로 결합되어 일체형으로 구성되어 있다. 여기서, 상기 상부 그린 쉬트(11) 및 하부 그린 쉬트(15)의 두께는 200∼500㎛이며, 상기 중간 그린 쉬트(13)의 두께는 30∼80㎛로 구성한다.Referring to FIG. 2, the ceramic elements of the infrared sensor array of the present invention are integrally formed by sequentially combining the upper
구체적으로 살펴보면, 상기 상부 그린 쉬트(11)는 복수개의 홀, 예컨대 사각 홀이 형성되어 있고, 도전성 페이스트가 채워진 복수개의 마이크로 홀(17a, 17b)을 구비하고 있다. 상기 복수개의 마이크로 홀(17a, 17b) 중에서 마이크로 홀(17a)은 그라운드용으로 이용되며, 마이크로 홀(17b)는 상기 사각홀마다 형성되며 하부의 중간 그린 쉬트(13)의 표면의 상부 전극과 연결된다. 상기 상부 그린 쉬트(11)는 적외선 센서 어레이가 기계적으로 안정되게 해주며, 상기 복수개의 사각홀로 인하여 입사하는 적외선의 각도를 조절할 수 있다.Specifically, the upper
그리고, 상기 상부 그린 쉬트(11)의 하부에 상기 상부 그린 쉬트(11)에 대응하여 중간 그린 쉬트(13)가 형성되어 있는데, 상기 중간 그린 쉬트(13)는 편의상 표면에 형성된 복수개의 상부 전극(19a, 공통 전극임)과 상기 상부 전극(19a)에 대향하여 배면에 형성된 복수개의 하부 전극(19b)을 따로 도시하였다. 상기 상부 전극(19a)과 하부 전극(19b)은 초전체를 사이에 둔 커패시터를 구성하며, 상기 상부 전극(19a)과 하부 전극(19b)은 서로 연결되지 않는다. 여기서, 하부 전극(19b)의 한쪽 부분은 제1 단자이고, 다른 쪽 부분은 제2 단자이며, 상기 상부 전극(19a)은 공통 단자이다. 또한, 상기 하부 전극(19b)은 하부에 위치하는 하부 그린 쉬트(15)와 연결된다.In addition, an intermediate
그리고, 상기 중간 그린 쉬트(13)의 하부에 상기 중간 그린 쉬트(13)에 대응되게 하부 그린 쉬트(15)가 형성되어 있으며, 상기 하부 그린 쉬트(15)는 상기 상부 그린 쉬트(11)와 동일하게 복수개의 홀, 예컨대 사각 홀이 형성되어 있으며, 도전성 페이스트가 채워진 복수개의 마이크로 홀(21a, 21b)을 구비하고 있다. 상기 복수개의 마이크로 홀(21a, 21b) 중에서 마이크로 홀(21a)는 그라운드되는데 이용되며, 상기 마이크로 홀(21b)는 상기 사각홀마다 형성되며 중간 그린 쉬트(13)의 표면의 하부 전극과 연결된다.A lower
한편, 상기 상부 그린 쉬트(11)의 상부에는 원하는 파장만을 검출하기 위하여 필터(23), 예컨대 실리콘 필터를 부착할 수 있는데, 상기 필터에서 발생되는 노이즈를 제거하기 위하여 상기 하부 그린 쉬트(15)의 모서리에 형성된 마이크로 홀(21a)에 채워진 도전성 페이스트를 그라운드에 연결한다.On the other hand, a
이렇게 상부 그린 쉬트(11), 중간 그린 쉬트(13) 및 하부 그린 쉬트(15)가 결합되어 제조된 세라믹 소자에 필터(23)를 통하여 적외선이 입사되면 세라믹 소자에 초전류가 발생하게 되고, 이를 증폭회로를 이용하여 증폭시켜 오실로스코프와 같은 검출수단으로 적외선의 입사를 확인할 수 있다.When an infrared ray is incident on the ceramic device manufactured by combining the upper
도 3은 본 발명에 의한 세라믹 소자를 포함하는 적외선 센서 어레이의 제조방법을 설명하기 위한 흐름도이다.3 is a flowchart illustrating a method of manufacturing an infrared sensor array including a ceramic device according to the present invention.
먼저, PZT[Pb(Zr,Ti)O3], LiTaO3, PZ, PST 또는 LiNO3와 같은 초전체 원료를 준비한다(스텝 40). 이어서, 상기 초전체 원료를 혼합한다 (스텝 50). 이어서, 상기 혼합된 초전체 원료를 테이프 캐스팅(tape casting)방법을 이용하여 3장의 그린 쉬트, 하부 그린 쉬트, 중간 그린 쉬트 및 상부 그린 쉬트를를 제조한다 (스텝 60). 상기 중간 그린 쉬트는 30∼80㎛의 두께로 제조하며, 상기 하부 그린 쉬트 및 상부 그린 쉬트는 200∼500㎛의 두께로 제조한다.First, a pyroelectric raw material such as PZT [Pb (Zr, Ti) O 3 ], LiTaO 3 , PZ, PST or LiNO 3 is prepared (step 40). Next, the pyroelectric raw material is mixed (step 50). Subsequently, three green sheets, a lower green sheet, an intermediate green sheet, and an upper green sheet are prepared using the mixed pyroelectric raw material using a tape casting method (step 60). The middle green sheet is manufactured to a thickness of 30 to 80㎛, the lower green sheet and the upper green sheet is manufactured to a thickness of 200 to 500㎛.
다음에, 상기 중간 그린 쉬트의 표면 및 배면에 상부 전극 및 하부 전극을 형성한다(스텝 70). 또한, 상기 상부 그린 쉬트 및 하부 그린 쉬트에는 복수개의 사각형의 구멍 및 마이크로 홀을 형성한다(스텝 80). 이어서, 상기 마이크로 홀에 도전성 페이스트를 채워 넣는다, 상기 도전성 페이스트는 Pt, Pd, Pt-Pd, Ag-Pd, Ag-Pt, Au-Pd, Au-Pt 및 Ni중에서 선택된 어느 하나를 이용한다(스텝 90).Next, upper and lower electrodes are formed on the surface and the back of the intermediate green sheet (step 70). Further, a plurality of rectangular holes and micro holes are formed in the upper green sheet and the lower green sheet (step 80). Subsequently, a conductive paste is filled in the micro holes, and the conductive paste uses any one selected from Pt, Pd, Pt-Pd, Ag-Pd, Ag-Pt, Au-Pd, Au-Pt, and Ni (step 90). ).
계속하여, 상기 하부 그린 쉬트, 중간 그린 쉬트 및 상부 그린 쉬트를 순차적으로 적층한 후 600∼1200℃에서 소결한다(스텝 100). 다음에, 상기 적층 및 소결된 상부 그린 쉬트 및 하부 그린 쉬트의 도전성 페이스트가 채워진 마이크로 홀에 적외선 센서용 초전체 특성을 부가하기 위해 120∼300℃ 및 2∼5KV/mm에서 10∼30분간 폴링 공정을 진행하여 세라믹 소자를 완성한다(스텝 110).Subsequently, the lower green sheet, the middle green sheet, and the upper green sheet are sequentially stacked, and then sintered at 600 to 1200 ° C (step 100). Next, a polling process for 10 to 30 minutes at 120 to 300 ° C. and 2 to 5 KV / mm to add the pyroelectric properties for infrared sensors to the micro holes filled with the conductive pastes of the laminated and sintered upper and lower green sheets. Proceed to complete the ceramic element (step 110).
다음에, 필요에 따라 상기 상부 그린 쉬트 상에 100∼500㎛의 실리콘 필터를 도전성 에폭시, 예컨대 은 또는 금으로 본딩한 후 100∼120℃에서 열처리한다. 계속하여, 상기 실리콘 필터가 부착된 세라믹 소자를 PCB 기판 상에 직접 실장함으로써 적외선 센서 어레이를 완성한다.Next, if necessary, a 100-500 μm silicon filter is bonded on the upper green sheet with a conductive epoxy such as silver or gold, and then heat-treated at 100-120 ° C. Subsequently, the infrared sensor array is completed by directly mounting the ceramic element with the silicon filter on the PCB substrate.
상술한 바와 같이 본 발명의 적외선 센서 어레이는 테이프 캐스팅 방법을 이용하여 배선층이 포함된 세라믹 소자 및 필터를 직접 적층하는 일체형이기 때문에 세라믹 소자의 불필요한 배선에 의해 발생되는 기생 임피던스 성분을 최소화할 수 있고 PCB기판에 실장이 용이하다.As described above, since the infrared sensor array of the present invention is an integral type of directly stacking a ceramic element including a wiring layer and a filter by using a tape casting method, parasitic impedance components generated by unnecessary wiring of the ceramic element can be minimized, and the PCB can be minimized. It is easy to mount on a board.
또한, 본 발명의 적외선 센서 어레이는 테이프 캐스팅의 후막공정을 이용하기 때문에 기존의 박막 공정을 이용하여 제조하는 방법에 비해 수율이 높고 제조비용이 낮은 장점이 있다.In addition, since the infrared sensor array of the present invention uses a thick film process of tape casting, there is an advantage in that the yield is higher and the manufacturing cost is lower than that of the conventional thin film process.
또한, 이와 같은 1차원 구조를 확장한 2차원 구조의 적외선 이메져(IR imager)의 제조가 가능하다.In addition, it is possible to manufacture an infrared imager (IR imager) having a two-dimensional structure that extends such a one-dimensional structure.
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|---|---|---|---|---|
| KR101049736B1 (en) * | 2009-06-04 | 2011-07-19 | 전자부품연구원 | Array structure of pyroelectric infrared sensor and its manufacturing method |
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1997
- 1997-09-30 KR KR1019970050372A patent/KR100243357B1/en not_active IP Right Cessation
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