KR20150112224A - 가스 센서 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가스 센서 패키지에 관한 것으로 기판; 상기 기판 상의 가스 센싱 소자; 및 상기 기판 상에 형성되어 상기 가스 센싱 소자의 출력 방식을 변경하며, 면적이 좁은 면이 기판을 향하여 배치되는 출력 변경부;를 포함한다.

Description

가스 센서 패키지{GAS SENSOR PACKAGE}

본 발명의 실시예는 가스 센서 패키지에 관한 것이다.

가스 센서는 얼마나 빨리 반응을 할 수 있는지를 보여주는 신속성, 얼마나 미세한 양이 검출이 되어도 반응할 수 있는지를 보여주는 민감성, 얼마나 오랫동안 동작을 할 수 있는지를 보여주는 내구성, 그리고 소비자가 얼마나 부담 없이 센서를 사용할 수 있는지를 보여주는 경제성 등의 특성을 필요로 한다.

또 기존의 반도체 공정 기술과 결합하기 위해서는 집적화, 나열화 하기 쉬운 특성을 갖고 있어야 한다. 실용적인 가스 센서로는 산화주석(SnO2)을 재료로 해서 만들어진 가정용 가스 누출 경보기 등이 폭넓게 보급되어 있다.

가스 센서는 가스양의 변화에 따라서 저항 값이 변화하는 것을 이용한 반도체형과 일정 주파수를 갖고 진동하고 있는 진동자에 가스가 흡착되면 진동수가 바뀌는 것을 이용한 진동자형이 있다. 대부분의 가스 센서는 회로가 간단하고 상온에서 안정적인 열 적인 특성을 보이는 반도체 형의 가스 센서 소자를 이용하고 있다.

일반적으로 기판 상에 가스 센서는 가스 센싱 물질이나 센싱 칩을 실장하는 구조의 패키지 구조를 가지고 있으며, 저항 방식의 출력을 전압 방식의 출력으로 전환하기 위한 출력 변경부를 포함하는 경우도 있다.

그러나, 종래에는 가스 센서와 출력 변경부의 크기로 인하여 패키지 구조의 소형화가 어려웠으며, 보다 소형화된 소자의 개발시에는 제조 비용이 상승하는 문제점이 있었다.

본 발명은 가스 센싱 소자의 출력 방식을 변경하는 출력 변경부의 폭이 좁은 면을 기판에 접하여 세워지는 형태로 실장하여, 별도의 소형화된 출력 변경부를 사용하지 않고도 가스 센서 패키지를 소형화하고자 한다.

전술한 문제를 해결하기 위한 본 실시예에 따른 가스 센서 패키지는 기판; 상기 기판 상의 가스 센싱 소자; 및 상기 기판 상에 형성되어 상기 가스 센싱 소자의 출력 방식을 변경하며, 면적이 좁은 면이 기판을 향하여 배치되는 출력 변경부;를 포함한다.

또한 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 출력 변경부는 상기 기판을 향하는 면에 대한 높이가, 상기 기판을 향하는 면의 가로와 세로 길이 중에서 짧은 길이인 가로의 길이 보다 길게 형성될 수 있다.

또한 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 높이는 0.4 내지 0.6 mm 이고, 상기 가로 길이는 0.25 내지 0.35 mm 이고, 상기 세로 길이는 0.7 내지 1.5 mm일 수 있다.

또한 본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 가스 센서 패키지는 상기 가스 센싱 소자와 상기 출력 변경부가 실장된 영역의 가로는 1.5 내지 1.7 mm이고, 세로는 0.9 내지 1.1 mm일 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 출력 변경부는 NTC 서미스터(negative temperature coefficient thermistor) 또는 저항 소자일 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 가스 센싱 소자는 몸체부; 상기 몸체부 상에 배치되는 가스 센싱부; 및 상기 가스 센싱부와 연결되는 전극;을 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 일실시예에 따르면, 상기 가스 센싱부는 상기 출력 변경부의 온도별 저항 변화 비율과 동일한 센싱 물질로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면 가스 센싱 소자의 출력 방식을 변경하는 출력 변경부의 폭이 좁은 면을 기판에 접하여 세워지는 형태로 실장하여, 별도의 소형화된 출력 변경부를 사용하지 않고도 가스 센서 패키지를 소형화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서 패키지의 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서 패키지의 상면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센싱 소자의 하면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센싱 소자의 상면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센싱 소자의 단면도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 바람직한 본 발명의 일실시예에 대해서 상세히 설명한다. 다만, 실시형태를 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그에 대한 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도면에서의 각 구성요소들의 크기는 설명을 위하여 과장될 수 있으며, 실제로 적용되는 크기를 의미하는 것은 아니다.

도 1 내지 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서 패키지를 설명하기 위한 도면으로서, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서 패키지의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서 패키지의 상면도이다.

도 1 내지 도 2를 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센서 패키지의 구성을 설명하기로 한다.

가스 센싱 소자(120)는 기판(110) 상에 형성되어 가스(gas)를 감지한다.

상기 가스 센싱 소자(120)는 가스 센싱(sensing)이 가능한 센싱 물질을 포함하며, 통상 상용화된 모든 가스 센싱 방식의 구조물을 통칭하여 적용할 수 있는 것으로서, 산화물반도체를 이용한 센싱소자, 탄소나노튜브를 이용한 센싱 소자, 기타 다양한 센싱 반도체 칩 등이 적용할 수 있다.

또한, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 상기 가스 센싱 소자(120)는 기판 상에 플립 칩 본딩(Flip chip bonding) 방식으로 실장 될 수 있으며, 본 발명의 다른 일실시예에 따르면 상기 가스 센싱 소자(120)는 기판 상에 와이어 본딩(Wire bonding) 방식으로 실장 될 수도 있다.

이때, 도 1 및 도 2에서와 같이 가스 센싱 소자(120)를 상기 기판(110)에 플립 칩 본딩(Flip chip bonding) 방식으로 직접 결착되도록 하여 본딩 와이어를 제거하는 경우에는 가스 센서 패키지를 더욱 소형화하고 제조원가를 절감할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 기판(110) 상에 출력 변경부(125)가 실장된다.

상기 출력 변경부(125)는 플립 칩 본딩(Flip chip bonding) 방식으로 실장 될 수 있으며, 이때 상기 출력 변경부(125)는 면적이 좁은 면이 기판을 향하여 배치된다.

보다 상세하게 설명하면, 도 1에서와 같이 상기 출력 변경부(125)는 기판(110)을 향하는 면에 대한 높이(R2)가 기판(110)을 향하는 면의 가로 길이(R1) 보다 길게 형성되도록 배치되며, 이때, 도 2에서와 같이 상기 가로 길이(R1)는 기판(110)을 향하는 면의 가로 길이(R1)와 세로 길이(R2) 중에서 짧은 길이이다. 한편, 상기 출력 변경부(125)의 높이(R2)는 0.4 내지 0.6 mm 이고, 상기 출력 변경부(125)의 가로 길이(R1)는 0.25 내지 0.35 mm 이고, 출력 변경부(125)의 세로 길이(R2)는 0.7 내지 1.5 mm로 구성될 수 있다.

즉, 종래에는 도 1에 도시된 바와 같이 출력 변경부(126)의 보다 폭이 넓은 면이 기판(110) 상에 접하여 눕혀지는 형태로 실장 되었으므로 가스 센서 패키지의 크기가 커지는 단점이 있었으나, 본 발명의 일실시예에 따르면 출력 변경부(125)의 보다 폭이 좁은 면이 기판(110)에 접하여 세워지는 형태로 실장되므로 가스 센서 패키지를 보다 소형화 할 수 있다.

따라서, 본 발명의 일실시예에 따르면 도 1 및 도 2에서와 같이 출력 변경부(125)의 여러 면 중에서 면적이 적은 면이 기판을 향하도록 상기 출력 변경부(125)를 세워서 배치함으로써, 상기 가스 센싱 소자(120)와 상기 출력 변경부(125)가 실장된 영역의 내경의 길이(W1, W3)을 줄여 가스 센서 패키지의 크기를 결정하는 외경의 길이(W2, W4)를 줄일 수 있으므로, 보다 소형화된 출력 변경부(125)를 별도로 개발하지 않고도 가스 센서 패키지의 크기를 줄일 수 있다. 한편, 상기 가스 센싱 소자(120)와 상기 출력 변경부(125)가 실장된 영역인 내경의 가로 길이(W1)는 1.5 내지 1.7 mm이고, 세로 길이(W3)는 0.9 내지 1.1 mm로 형성될 수 있다.

예를 들어, 종래에는 출력 변경부(126)의 보다 폭이 넓은 면이 기판(110) 상에 접하여 눕혀지는 형태로 실장되어 내경의 가로 길이(W1)가 1.8mm로 구성되는 경우에는 외경의 가로 길이(W2)이 2.2mm로 구성되었으나, 본 발명의 일실시예와 같이 출력 변경부(125)의 보다 폭이 좁은 면이 기판(110)에 접하여 세워지는 형태로 실장하면 내경의 가로 길이(W1)을 1.6mm으로 줄인 경우에는, 가스 센서 패키지의 크기에 해당하는 외경의 길이(W2)를 2mm로 줄일 수 있다.

한편, 상기 출력 변경부(125)는 상기 가스 센싱 소자(120)와 전기적으로 연결되어, 상기 가스 센싱 소자(120)의 출력 방식을 변경한다.

상기 출력 변경부(125)는 저항 방식의 출력을 전압 방식의 출력으로 전환하기 위한 수동 소자로 구성될 수 있으며, 상기 수동 소자로는 금속패턴 및 상기 가스 센싱 소자와 전기적으로 연결되는 고정 저항 또는 NTC 서미스터(negative temperature coefficient thermistor)가 사용될 수 있다.

상기 출력 변경부(125)는 가스 센싱 소자(120)에 저항 출력 방식을 전압 출력 방식으로 패키징하여 다양한 IT 기기(스마트 폰 외)에 적용할 수 있도록 한다. 즉, 가스 센싱 소자(120) 단 옆에 고정 저항이나 NTC 서미스터를 달아 저항 방식을 전압 방식 출력으로 전환 할 수 있도록 한다.

이 경우, 만일 가스 센싱 소자 단 옆에 NTC 서미스터(negative temperature coefficient thermistor)를 연결할 시에는 온도에 따른 초기 센싱 물질에 저항 변화 값을 보상하여 일정한 초기 전압 값을 가질 수 있는 장점도 구현될 수 있게 된다.

즉, PCB 외부에 저항이나 NTC 서미스터를 이용 시는 전체 모듈에 크기가 커지고 따로 회로 설계를 하여야 하는 문제가 발생하였으나, 가스센서의 출력을 전압으로 변환할 수 있는 출력 변경부를 패키지 내부에 포함시키면 소형화한 가스센서를 제공할 수 있으며, NTC 서미스터에 온도 별 저항 변화 치를 센싱 물질에 저항 곡선과 같은 비율의 NTC 서미스터의 채택 시 온도 보상을 할 수 있어, 센싱 물질에 온도 변화에 따른 초기 저항도 보상할 수 있도록 할 수 있다.

도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센싱 소자를 도시한 도면이다.

보다 상세하게 설명하면, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센싱 소자의 상면도이고, 도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센싱 소자의 하면도이며, 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 가스 센싱 소자의 단면도로서, 도 5는 도 3 및 도 4의 A - A' 단면을 도시하고 있다.

본 발명의 일실시예에 따른 가스 센싱 소자는 몸체부(122), 가스 센싱부(121) 및 전극(123)을 포함한다.

도 3에 도시된 바와 같이 몸체부(122)의 내부에는 공동부(124)가 형성되어 가스의 체류시간을 확보할 수 있다.

또한, 도 4와 같이 몸체부(122)에는 센싱 물질 또는 센싱 칩을 통해 가스를 검출하는 가스 센싱부(121)가 배치되며, 인접 표면에 외부 단자와 접속할 수 있는 전극(123)을 구비하며, 가스 센싱부(121)와 전극(123)은 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 상기 가스 센싱부(121)는 출력 변경부(125)의 온도별 저항 변화 비율과 동일한 센싱 물질로 형성될 수 있다.

도 5에서와 같이 몸체부(122)의 내부에는 공동부(124)가 형성되어 가스의 체류시간을 확보할 수 있도록 하며, 가스 센싱부(121)는 가스 센서 패키지 내로 유입된 가스를 검출할 수 있다.

전술한 바와 같은 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해 설명하였다. 그러나 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능하다. 본 발명의 기술적 사상은 본 발명의 전술한 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

110: 기판
120: 가스 센싱 소자
121: 가스 센싱부
122: 몸체부
123: 전극
124: 공동부
125: 출력 변경부

Claims (7)

1. 기판;
   상기 기판 상의 가스 센싱 소자; 및
   상기 기판 상에 형성되어 상기 가스 센싱 소자의 출력 방식을 변경하며, 면적이 좁은 면이 기판을 향하여 배치되는 출력 변경부;
   를 포함하는 가스 센서 패키지.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 출력 변경부는,
   상기 기판을 향하는 면에 대한 높이가, 상기 기판을 향하는 면의 가로와 세로 길이 중에서 짧은 길이인 가로의 길이 보다 길게 형성되는 가스 센서 패키지.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 높이는 0.4 내지 0.6 mm 이고,
   상기 가로 길이는 0.25 내지 0.35 mm 이고,
   상기 세로 길이는 0.7 내지 1.5 mm인 가스 센서 패키지.
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 가스 센서 패키지는,
   상기 가스 센싱 소자와 상기 출력 변경부가 실장된 영역의 가로는 1.5 내지 1.7 mm이고, 세로는 0.9 내지 1.1 mm 인 가스 센서 패키지.
5. 청구항 1에 있어서,
   상기 출력 변경부는,
   NTC 서미스터(negative temperature coefficient thermistor) 또는 저항 소자인 가스 센서 패키지.
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 가스 센싱 소자는,
   몸체부;
   상기 몸체부 상에 배치되는 가스 센싱부; 및
   상기 가스 센싱부와 연결되는 전극;
   을 포함하는 가스 센서 패키지.
7. 청구항 7에 있어서,
   상기 가스 센싱부는,
   상기 출력 변경부의 온도별 저항 변화 비율과 동일한 센싱 물질로 형성되는 가스 센서 패키지.

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