KR101572118B1 - 접촉 조건에서 사용되는 플립칩 본딩 소자 - Google Patents
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Abstract
접촉조건에서 사용되는 플립칩 본딩소자가 개시된다. 개시된 접촉조건에서 사용되는 플립칩 본딩소자는 대상물로부터의 접촉힘(contact force)에 의해 변형되는 변형부를구비한 소자와, 상기 소자의 상기 변형부와 전기적으로 연결되며 상기 소자의 제1면 상에 형성된 복수의 전극패드와, 상기 전극패드와 전기적으로 연결된 인쇄된 배선을 구비한 플렉서블 회로기판과, 상기 플렉서블 인쇄회로기판 및 상기 소자 사이에서 상기 플렉서블 인쇄회로기판 및 상기 소자를 결합하는 접착층을 구비한다. 상기 플렉서블 회로기판은 상기 전극패드 부근과 상기 제1면과 마주보는 상기 소자의 제2면을 덮도록 상기 소자를 감싼다.
Description
접촉 조건에서 사용되는, 플립칩 본딩구조를 가지는 소자에 관한 것이다.
맥박 및 혈압과 같은 생체 신호를 측정하기 위해 접촉힘 센서 어레이(contact force sensor array)를 이용한다. 보통 접촉힘 센서에서 외부 접촉력에 의한 변형 요소와 외부와의 전기적 신호 연결을 위한 패드부가 같은 면상에 위치하게 되므로, 신호전달을 위한 유연한 인쇄회로기판(flexible printed circuit board: FPCB)은 접촉힘 센서 어레이와 플립칩 본딩을 한다. 유연한 인쇄회로기판 및 접촉힘 센서는 플립칩 본딩이 되며, 이에 따라 인쇄회로기판 및 접촉힘 센서 사이의 연결부위가 이들 사이의 전기적 연결을 하면서도 이들을 지지하는 기계적 지지부위가 된다.
한편, 접촉힘 센서 어레이를 손목에 가압하여 사용시 에어백을 사용하여 접촉힘 센서 어레이를 손목으로 가압하여 사용할 수 있다. 이때, 에어백 및 피부 접촉부위의 신축으로 상기 전기적 연결부위에 전단응력(shear stress)이 발생하면서 상기 전기적 연결부위가 단락되는 현상이 발생될 수 있다.
플렉서블 회로기판과 플립칩 본딩되는 접촉힘에 의해 변형되는 변형부를 포함하는 소자와의 전기적 연결부위인 전극패드부의 내구성(durability) 문제를 개선한 접촉 조건에서 사용되는 플립칩 본딩 소자를 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 조건에서 사용되는 플립칩 본딩소자는:
대상물로부터의 접촉힘(contact force)에 의해 변형되는 변형부를 구비한 소자;
상기 소자의 상기 변형부와 전기적으로 연결되며 상기 소자의 제1면 상에 형성된 복수의 전극패드;
상기 전극패드와 전기적으로 연결된 인쇄된 배선을 구비한 플렉서블 회로기판; 및
상기 플렉서블 인쇄회로기판 및 상기 소자 사이에서 상기 플렉서블 인쇄회로기판 및 상기 소자를 결합하는 접착층;을 구비하며,
상기 플렉서블 회로기판은 상기 전극패드 부근과 상기 제1면과 마주보는 상기 소자의 제2면을 덮도록 상기 소자를 감싼다.
상기 접착층은 열경화성 수지 또는 양면 테이프일 수 있다.
본 발명의 일 국면에 따르면, 상기 플립칩 본딩 소자는 혈압측정에 사용되는 접촉힘 센서와 같은 센싱 소자이거나 초음파 이미징 기법을 위한 초음파 구동기와 같은 구동기 소자일 수 있다.
상기 센싱 소자는 접촉힘에 의해 변형되는 부유체(외팔보(cantilever beam), 브릿지(bridge), 박막 (membrane), 혹은 진동자(resonator))와 상기 부유체의 변형 정도에 따른 전기 신호를 생성하는 변형 감지 요소를 구비한다.
상기 센싱소자에는 실리콘 수지(silicone) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane)와 같은 보호층이 상기 제1면에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 국면에 따르면, 상기 플립칩 본딩소자는 초음파 트랜스듀서이며, 상기 변형부는, 상기 소자의 제1면에 형성된 복수의 캐버티와, 상기 캐버티의 바닥에 형성된 하부전극과, 상기 캐버티의 다른 일 부분에 형성된 상부전극을 구비하며, 상기 변형부는 수십 kHz에서 수십 MHz에 이르는 일부 영역에서 기계적 진동을 생성하고 기계적 진동을 감지한다.
상기 초음파 구동기 소자의 경우에는 제1면 영역에 음파정합층(acoustic matching layer)이 부가적으로 설치될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 접촉 상태에서 사용되는 플립칩 본딩소자는 접촉부위와의 전단응력이 플립칩 본딩 전극패드에 집중되지 않으므로, 전극패드의 내구성(durability)이 향상된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 첩촉 상태에서 사용되는 플립칩 본딩 소자를 상세하게 설명한다.
도 1은 일반적인 혈압측정장치(1)의 개략적 단면도이다. 도 1을 참조하면, 혈압측정센서(10) 및 손목(30) 사이에 플렉서블 인쇄회로기판(20)이 배치되며, 혈압측정센서(10)의 상부에 에어백(40)이 배치된다. 에어백(40)으로부터의 가압으로 혈압측정센서(10)는 손목(30)에 압착된다.
혈압측정센서(10)는 손목으로부터의 펄싱 압력에 의해 탄성적으로 변형되는 외팔보(12)와 외팔보(12)의 변형에 따라 저항이 변하는 저항소자(14)를 구비한다. 저항소자(14)는 전극패드(16) 및 배선(26)을 통해서 전기적 신호를 미도시된 제어부로 전송한다.
이 때 에어백의 팽창과 피부의 변형으로 인하여 플렉서블 인쇄회로기판(20)과 센서(10) 사이의 전극패드(16)에 외부의 스트레스가 모두 집중되게 된다. 이와 같이 사용 중 발생되는 전기적 연결부위인 전극패드(16)에서의 스트레스의 집중으로 인해 전기적 단락 현상이 발생할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 첩촉 상태에서 사용되는 플립칩 본딩 소자의 개략적 단면도이다. 도 3은 도 2의 III-III 선단면도이다.
도 2 및 도 3을 함께 참조하면, 손목에 장착하는 휴대용 혈압 측정계(미도시)에 구비되는 첩촉 상태에서 사용되는 플립칩 본딩 혈압측정 센서(100)는 요골 동맥이 통과하는 손목(130)에 접촉하여 맥파(sphygmus wave)를 감지한다. 혈압측정 센서(100)는 접촉힘을 이용하여 요골동맥의 펄싱 압력을 측정하는 센싱부(160)가 결합된 소자(110)과, 센싱부(160)와 전기적으로 연결되며 소자(110)의 제1면(110a) 상에 형성된 전극패드들(116)과, 전극패드들(116)과 연결되는 인쇄된 배선(126)이 형성된 플렉서블 회로기판(120)을 구비한다. 소자(110)는 실리콘 칩일 수 있다. 또한, 소자(110)는 GaAs 칩일 수도 있다.
전극패드(116)는 소자(110)의 미도시된 제1전극패드와 플렉서블 회로기판(120)의 미도시된 제2전극패드 사이에 솔더볼(미도시)을 더 배치하고 압착하여 접합되어 형성될 수 있다. 도 2 및 도 3에서는 제1전극패드, 제2전극패드 및 솔더볼은 편의상 도시되지 않았다.
인쇄된 배선(126)은 미도시된 휴대용 혈압 측정계의 제어부, 표시부 등과 전기적으로 연결된다.
플립칩 본딩 혈압측정센서(100)는 일렬로 배열된 복수의 소자(110)과 각 소자(110)에 부착된 플렉서블 회로기판(120)을 구비할 수 있으며, 편의상 도 3에는 두개의 소자(110)과 두개의 플렉서블 회로기판(120)을 도시하였다.
플렉서블 회로기판(120)은 소자(110)의 제1면(110a)의 전극패드(116) 부근으로부터 소자(110)의 제2면(110b)을 감싸도록 배치된다. 소자(110) 및 플렉서블 회로기판(120) 사이에는 접착층(128)이 형성되어서 소자(110)을 플렉서블 회로기판(120)에 고정시킬 수 있다. 접착층(128)은 열경화성 수지 또는 양면 테이프일 수 있다. 접착층(128)은 전극패드(116) 주위에는 부드러운 재료를 사용하고, 나머지 영역에서는 단단한 재료를 사용할 수도 있다.
소자(110)에서 손목의 피부와 접촉하는 영역에는 보호층(150)이 더 형성된다. 보호층(150)은 실리콘 수지 또는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 이루어진 필름(film)일 수 있다. 보호층(150)은 외부의 오염으로부터 소자를 보호한다. 또한, 보호층(150)은 탄성부재로서 접촉력을 향상시키는 역할도 한다.
센싱부(160)는 탄성부재(150)로부터의 펄싱 압력을 전달받아서 탄성 변형되는 외팔보(cantilever beam)(112)와, 외팔보(112)에서 고정단에 가깝게 형성된 변형감지요소인 압저항층(piezoresistor layer)(114)을 구비한다. 외팔보 형태는 부유체의 일 예이며 양단이 고정된 브릿지(bridge) 형태이거나, 일 부분이나 혹은 외곽이 모두 고정된 면이 모두 막힌 박막 혹은 일부 구멍이 있는 박막의 멤브레인이거나, 외부로부터 전달되는 힘에 의해 진동 주파수가 변하는 진동자 (resonator) 등이 모두 부유체의 일 예가 될 수 있다.
외팔보(112)의 고정단부에 형성되어 외팔보(112)에 전달되는 접촉힘에 의하여 외팔보(112)가 진동하면 압저항층의 전기 저항값이 외팔보(112)의 변형 정도에 따라 변화하게 된다. 따라서, 압저항층에 기지(旣知)의 전류를 인가하여 전압 변화를 감지하거나, 기지의 전압을 인가하여 전류 변화를 감지함으로써 피검자의 맥파를 측정할 수 있다. 이상에서 변형 감지 요소는 압저항층을 가진 예에 대해서만 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 변형 감지 요소는 외팔보(112)의 변형에 따라 변화되는 압전하(piezoelectricity) 또는 정전용량(capacitance)의 변화를 감지하는 구성을 구비할 수도 있다.
에어백(140)은 플렉서블 회로기판(120)과 미도시된 손목에 장착하는 휴대용 혈압 측정계 사이에서 플렉서블 회로기판(120) 및 탄성부재(150)를 손목에 더 가압하여 요골동맥으로부터의 펄싱 진동을 더 잘 측정하게 할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 첩촉 상태에서 사용되는 플립칩 본딩 소자(100) 는 플립칩 본딩되는 전극패드(116)와 접착층(128)을 구비함으로써, 플렉서블 회로기판을 통하여 플립칭 본딩 전극패드에 전달되는 힘을 접착층(128)이 중간에 차단함으써, 전단응력에 의한 전극패드(116)의 단락을 방지할 수 있다.
전극패드(116)를 통해 연결된 전기적 신호는 인쇄된 배선(126)을 타고 전달되어 연결단(170)을 통하여 제어부(미도시)와 전기적으로 소통한다. 일 예로 도 2에서 도시되어 있듯이 연결단(170)은 소자(110)와 접촉되지 않은 플렉서블 회로기판(120)에 존재한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 첩촉 상태에서 사용되는 플립칩 본딩 소자의 단면도이다. 플립칩 본딩 소자는 힘, 압력, 음파, 빛, 혹은 전자기파 등을 발산하는 구동기능을 지닌 소자일 수 있다.
도 4를 참조하면, 피부 내의 장기를 관찰하기 위한 초음파 트랜스듀서(200)는 첩촉 상태에서 사용된다. 초음파 트랜스듀서(200)는 접촉되는 피부 내로 초음파를 발생하여 전송하며, 피부내 장기로부터 반사된 초음파를 검지하는 센싱부(260)를 구비한다. 센싱부(260)는 소자(210)에서 어레이 형태로 배열될 수 있으며, 도 4에서는 두개의 센싱부(260)만 도시하였다. 플립칩 본딩된 소자(210)에는 복수의 캐버티(211)가 형성되며, 캐버티(211)의 바닥에는 하부전극(212)이 배치되며, 캐버티(211)를 횡단하는 상부전극(214)이 하부전극(212)과 이격되어 배치된다. 하부전극(212)과 상부전극(214)은 서로 교차되게 배치된다. 소자(210)에서 상부전극(214)이 배치되는 제1면(210a)에는 상부전극(214) 및 하부전극(212)과 전기적으로 연결되는 전극패드들(216)이 배치된다. 플렉서블 회로기판(220)에는 전극패드(216)와 대응되게 연결된 인쇄된 배선(226)이 형성된다.
전극패드(216)는 소자(210)의 미도시된 제1전극패드와 플렉서블 회로기판(220)의 미도시된 제2전극패드 사이에 솔더볼(미도시)을 더 배치하고 압착하여 접합되어 형성될 수 있다. 도 4에서는 제1전극패드, 제2전극패드 및 솔더볼은 편의상 도시되지 않았다.
인쇄된 배선(226)의 단부에는 연결단(270)이 형성되며, 연결단(270)은 미도시된 초음파 트랜스듀서(200)의 제어부, 표시부 등과 전기적으로 연결된다.
플렉서블 회로기판(220)은 소자(210)의 제1면(210a)의 전극패드(216) 부근으로부터 소자(210)의 제2면(210b)을 감싸도록 배치된다. 소자(210) 및 플렉서블 회로기판(220) 사이에는 접착층(228)이 형성되어서 소자(210)을 플렉서블 회로기판(220)에 고정시킬 수 있다. 접착층(228)은 열경화성 수지 또는 양면 테이프일 수 있다. 접착층(228)은 전극패드(216) 주위에는 부드러운 재료를 사용하고, 나머지 영역에서는 단단한 재료를 사용할 수도 있다.
소자(210)에서 피부(230)와 접촉하는 영역에는 음향매칭부재(acoustic matching member)(250)가 더 배치될 수 있다. 음향매칭부재는 결합층이라고도 하며 피부와의 음향 임피던스차를 감소시키는 역할로 조직내에서의 음파의 투과를 향상시키고 감도를 높혀준다. 조직내에서 에너지 전달효율이 최대가 되기 위해서는 결합층의 전달 파장의 1/4 정도가 되어야 하는 것으로 알려져 있다. 유리나 에폭시 수지 종류등의 물질을 이용할 수 있으며 단계적 매칭을 위해 다층의 구성을 할 수 도 있다.
센싱부(260)는 하부전극(212)에 인가된 전압에 의해서 상부전극(214)가 소정 주기로 하부전극(212)을 향해서 소정 주기로 진동하여 음향매칭부재(250)를 통해서 초음파를 피부(230) 내로 발생하기도 하고, 피부(230) 내로부터 반사된 초음파를 음향매칭부재(250)를 통해서 수신한다. 수신된 전기적 신호들은 전극패드(216), 인쇄된 배선(226)을 통해서 미도시된 제어부로 전송되어서 피부(230) 내의 장기의 형상을 영상화하는 데 사용될 수 있다. 상기 센싱부(260)는 수십 kHz에서 수십 MHz에 이르는 일부 영역에서 기계적 진동을 생성하고 기계적 진동을 감지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 첩촉 상태에서 사용되는 초음파 트랜스듀서(200)는 플립칩 본딩되는 전극패드(216)와 접착층(228)을 구비함으로써 전기적 연결부와 기계적 연결부가 분리되며, 따라서, 전극패드(216)에 인가될 수 있는 전단응력(shear stress)을 접착층(228)이 차단하므로, 전단응력에 의한 전극패드(216)의 단락을 방지할 수 있다.
이상에서 첨부된 도면을 참조하여 설명된 본 발명의 실시예들은 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
도 1은 일반적인 혈압측정장치의 개략적 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 첩촉 상태에서 사용되는 플립칩 본딩 소자의 개략적 단면도이다.
도 3은 도 2의 III-III 선단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 첩촉 상태에서 사용되는 플립칩 본딩 소자의 단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
100 ...혈압측정센서 110 ...소자
112 ...부유체 (외팔보) 114 ... 압저항층
116 ...전극패드 120 ... 플렉서블 회로기판
126 ...인쇄된 배선 128 ... 접착층
130 ...손목 140 ... 에어백
150 ...보호층 160 ... 변형부(센싱부)
170… 연결단
Claims (11)
- 제1면에 일부분 혹은 전부분이 변형되는 변형부를 구비한 소자;상기 소자의 상기 제1면 상에 형성된 복수의 전극패드;상기 전극패드와 전기적으로 연결된 인쇄된 배선을 구비한 플렉서블 인쇄회로기판; 및상기 플렉서블 인쇄회로기판 및 상기 소자 사이에서 상기 플렉서블 인쇄회로기판 및 상기 소자를 결합하는 접착층;을 구비하며,상기 제1면이 대상물과 접촉 상태에서 사용되는 플립칩 본딩 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 플렉서블 인쇄회로기판은 상기 전극패드 부근과 상기 제1면과 마주보는 상기 소자의 제2면을 덮도록 상기 소자를 감싸는 플립칩 본딩 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 플렉서블 인쇄회로기판은 외부로의 전기적 연결을 위한 연결단을 포함하며, 상기 연결단은 상기 접착층으로 상기 소자에 결합되지 아니하는 상기 플렉서블 인쇄회로기판의 일부분에 위치하는 플립칩 본딩 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 접착층은 열경화성 수지 또는 양면 테이프인 플립칩 본딩 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 플립칩 본딩소자는 접촉힘 센서 혹은 접촉 압력 센서이며,상기 제1면 상에는 외부로부터의 오염을 방지하기 위한 보호층이 더 배치된 플립칩 본딩 소자.
- 제 5 항에 있어서,상기 센서는 상기 보호층에 접촉되어 외부로부터 전달되는 접촉힘에 의해 변형되는 부유체와, 상기 부유체의 변형 정도에 따른 전기 신호를 생성하는 변형 감지 요소를 구비하며,상기 부유체는 캔티레버, 브리지, 멤브레인, 진동자 중 어느 하나인 플립칩 본딩 소자.
- 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,상기 보호층은 실리콘 수지(silicone) 또는 PDMS(polydimethylsiloxane)로 형성된 플립칩 본딩 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 플립칩 본딩소자는 접촉 대상물에 대하여 힘, 압력, 음파, 빛, 전자기파 중 선택된 적어도 하나를 발산하는 구동기인 플립칩 본딩 소자.
- 제 1 항에 있어서,상기 플립칩 본딩소자는 초음파 트랜스듀서이며,상기 변형부는, 상기 소자의 제1면에 형성된 복수의 캐버티와, 상기 캐버티의 바닥에 형성된 하부전극과, 상기 캐버티의 다른 일 부분에 형성된 상부전극을 구비하며,상기 변형부는 기계적 진동을 생성하고 상기 기계적 진동을 감지하는 플립칩 본딩 소자.
- 제 9 항에 있어서,상기 기계적 진동의 주파수는 수십 kHz 내지 수십 MHz 인 일부를 플립칩 본딩 소자.
- 제 10 항에 있어서,상기 상부전극 상에는 음향 매칭 부재(acoustic matching member)가 더 배치된 플립칩 본딩 소자.
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