KR100530686B1 - 플립 칩을 이용한 포인팅 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 플립 칩을 이용한 포인팅 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 휴대폰, PDA 또는 스마트폰과 같은 극소형의 포인팅 장치를 필요로 하는 기기에 적용할 수 있는 초소형 포인팅 장치에 관한 것이다.

본 발명의 플립 칩을 이용한 포인팅 장치는 피사체에 빛을 조사하는 광원; 상기 빛을 받아 반사하며, 소정의 면적을 갖는 영상취득면; 상기 영상취득면으로부터의 영상을 모으는 결상렌즈; 상기 광원과 플립 칩이 장착되고 회로 구성을 위한 부품을 실장하며 상기 결상렌즈로부터의 영상을 통과시키는 개구부가 형성된 인쇄회로기판; 상기 결상렌즈로부터의 영상을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서와 신호처리를 위한 회로를 내장하며 상기 인쇄회로기판을 기준으로 상기 결상렌즈와 서로 반대편에 위치하는 플립 칩 및 상기 플립 칩을 인쇄회로기판에 전기적으로 접합시키는 솔더 범프로 이루어짐에 기술적 특징이 있다.

따라서, 본 발명의 플립 칩을 이용한 포인팅 장치는 와이어 본딩 대신에 솔더 범프를 이용함으로써 포인팅 장치를 박형 또는 소형화한 장점이 있고, 휴대기기와 같은 장치에 적용함에 있어서 초소형으로 제작할 수 있는 효과가 있다.

Description

플립 칩을 이용한 포인팅 장치{Pointing device using flip chip}

본 발명은 플립 칩을 이용한 포인팅 장치에 관한 것으로, 보다 자세하게는 휴대폰, PDA 또는 스마트폰과 같은 극소형의 포인팅 장치를 필요로 하는 기기에 적용할 수 있는 초소형 포인팅 장치에 관한 것이다.

최근에 많이 사용하는 포인팅 장치는 씨모스(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 이하 CMOS) 이미지 센서(Image Sensor)로 구성된 2차원 광센서 어레이를 가지고 있으며 이에 광학장치를 부가하여 마우스가 움직이는 표면의 영상을 취득한다. 마우스가 움직이지 않는 경우에는 취득된 영상이 변화하지 않지만 마우스가 움직이는 경우에는 취득된 영상이 변화하게 된다. 상기 취득된 영상의 변화를 이용하여 마우스의 이동량을 계산하기 위해서는 이때 영상으로부터 움직임의 정도를 파악할 수 있는 움직임 추정 방식을 사용한다. 마우스가 움직이는 표면의 조명을 위하여 LED를 광원으로 주로 사용하고 있으며 표면으로부터 직접 거울반사된 빛(Specular Light)으로부터 유발되는 오류를 최소화하기 위한 구조를 채택하고 있다.

도 1은 종래에 사용되는 포인팅 장치의 기본 구조도이다. 도 1을 살펴보면, 발광소자(Light-Emitting Diode, 이하 LED)(10)에서 발생한 빛은 물체의 면을 비추고 물체에서 반사된 빛은 결상용의 렌즈(20)에 의하여 영상센서(30)에 결상되며 상기 영상센서(30)는 결상된 영상을 전기신호로 변환하여 데이터 처리부로 넘겨준다. 상기 데이터 처리부는 물체의 움직임에 의하여 시간적으로 변화되는 영상을 분석하여 물체의 움직임에 관한 방향 및 움직임의 양을 2차원 데이터로 변환하는 역할을 한다.

일반적으로 CMOS 이미지 센서와 상기 CMOS 이미지 센서에서 발생되는 데이터 처리를 위한 연산구조는 한 개의 반도체 칩으로 구성되며, 상기 반도체 칩은 IC(Integrated Circuit) 패키지(Package) 방식으로서 DIP(Dual Inline Package)를 사용한다.

상기 DIP 방식은 웨이퍼를 와이어 본딩(Wire Bonding)을 통하여 리드프레임에 접합하고 이를 수지로 감싸며 촬상면에 빛이 들어갈 수 있도록 뚜껑 상부에 구멍을 뚫어 놓은 형태를 가진다. 그러나 상기 DIP 방식은 리드프레임의 크기와 와이어 본딩을 위하여 필요한 추가 공간 등의 이유로 휴대폰과 같은 매우 소형의 광마우스를 요하는 부문에 적용이 어려운 문제점이 있었다.

도 2는 일반적인 포인팅 장치의 웨이퍼 구조를 나타내는 단면도이다. 도 2와 같이, 영상 결상을 위한 CMOS 이미지 센서(40)와 여기서 나오는 신호를 처리하여 2차원 움직임 데이터로의 변환을 위한 연산장치(50)가 단일의 칩에 구성되어 있으며, 패키징시 이를 패키지에 접속하기 위한 본딩 패드(Bonding Pad)(60)가 칩 주변에 배치되어 있다. 상기 본딩 패드(60)는 상기 칩을 이용한 시스템의 구성을 위한 패드 영역으로 외부 회로와의 연결을 위한 것이다.

소형 및 박형화의 목적으로 웨이퍼를 직접 회로 기판 위에 실장하기 위하여 본딩 패드(60)에 솔더 범프(Solder Bump)를 구성하고 이들 솔더 범프를 회로 기판에 융착함으로써 회로를 구성하는 방식인 COB(Chip on Board)를 많이 사용한다. 이러한 방식은 칩 위에 구성되는 회로물은 반도체 칩의 상면부에 위치하고, CMOS 이미지 센서 부위로 빛을 보내기 위한 광로가 차단되어 사용할 수 없게 된다.

종래기술인 대한민국 등록실용신안 제315274호는 모바일 단말기의 배면으로 빛의 반사량을 이용해 이동 상태를 감지하는 광학식 센서를 내장하고 전면으로 손가락에 의해 눌림 선택되는 버튼부를 구비시켜 사용자가 단말기의 배면을 바닥에 올려 놓은 상태에서 단말기를 위치 이동시켜 모바일 단말기의 액정 화면에 표시되는 커서의 움직임을 제어함으로써 커서를 통한 메뉴 선택, 액정 화면의 이동 및 전환을 사용자가 할 수 있도록 하는 마우스 기능을 갖춘 모바일 단말기에 관한 것이다.

그러나 상기 종래기술은 외부에 광센서부가 형성되어 파손의 우려가 있고 소형화를 위한 플립 칩을 이용하지 않은 측면에서 광마우스의 센서부가 커서 휴대기기에 실장하기가 힘든 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 제반 단점과 문제점을 해결하기 위한 것으로, 종래의 PC에서 사용하던 광마우스 기능과 같은 포인팅 장치를 휴대기기에 적용하여 상기 휴대기기의 사용환경에 커다란 변화를 창출하고, 상기 포인팅 장치를 박형 또는 소형화 수단으로 제공하기 위한 플립 칩을 이용한 포인팅 장치를 제공함에 본 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은 피사체에 빛을 조사하는 광원; 상기 빛을 받아 반사하며, 소정의 면적을 갖는 영상취득면; 상기 영상취득면으로부터의 영상을 모으는 결상렌즈; 상기 광원과 플립 칩이 장착되고 회로 구성을 위한 부품을 실장하며 상기 결상렌즈로부터의 영상을 통과시키는 개구부가 형성된 인쇄회로기판; 상기 결상렌즈로부터의 영상을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서와 신호처리를 위한 회로를 내장하며 상기 인쇄회로기판을 기준으로 상기 결상렌즈와 서로 반대편에 위치하는 플립 칩 및 상기 플립 칩을 인쇄회로기판에 전기적으로 접합시키는 솔더 범프를 포함하여 구성된 플립 칩을 이용한 포인팅 장치에 의해 달성된다.

본 발명은 휴대폰과 같이 극소형의 포인팅 장치 기기를 필요로 하는 기기에 적용하는 것으로 그 크기가 사방 1 cm를 넘지 않는 포인팅 장치에 관한 것이다.

또한, 박형 또는 소형화를 위해 종래의 와이어 본딩 대신에 플립(Flip) 칩을 이용하여 광마우스를 제작하여 본딩 패드 상부에 솔더 범프를 구성한 플립 칩을 이용한 것이다.

본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 포인팅 장치를 나타내는 단면도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 플립 칩(140)은 포인팅 장치용 칩으로서 영상센서(110)와 신호처리를 위한 회로를 내장하고 있는 반도체 칩을 나타내고, 솔더 범프(120)는 상기 플립 칩(140)을 소형 회로기판에 장착하고 전기적인 접합을 위해 구성한 것이며, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)(150)은 여타의 회로 구성을 위한 부품을 실장하는 것이다.

상기 플립 칩(140)을 기판상에 직접 장착을 위한 솔더 범프(120)를 구성하고, 상기 솔더 범프(120)들을 기판의 납땜면에 직접 융착하여 상기 인쇄회로기판(150)에 접합하는 것이다. 상기 인쇄회로기판(150)의 하부에는 플립 칩(140)이 장착되어 있고, 상부에는 피사체의 영상을 취득하기 위한 결상렌즈(100)가 장착되어 있다. 즉 플립 칩(140)의 장착면과 결상렌즈(100)가 인쇄회로기판(150)을 기준으로 서로 반대면에 위치해 있다. 상기 결상렌즈(100)는 볼록렌즈 또는 비구면렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.

상기 플립 칩(140)은 영상센서(110)를 내장하고 있고, 그 상부에 개구부(170)를 가진 인쇄회로기판(150)이 있다. 상기 인쇄회로기판(150)에 광원(130)과 저항을 장착하여 일체화하는데, 상기 광원(130)은 LED, 레이저 다이오드(Laser Diode), 유기 EL(Electroluminiscence) 등을 사용하고, 상기 저항은 1개 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 영상센서(110)는 CMOS 이미지 센서 또는 CCD(Charge-coupled Device) 이미지 센서를 사용하는 것이 바람직하다.

인쇄회로기판(150)의 개구부(170)는 투명재질로 구성하고, 상기 개구부(170)는 불필요한 빛을 차단하기 위해 광학 필터를 사용하는 것이 바람직하다.

더욱 상세히 살펴보면, 광원(130)으로부터 발생한 빛이 피사체가 놓인 영상취득면(160)에 균일한 광량으로 비춰지면 상기 빛은 영상취득면(160)의 광학적 패턴에 따라 반사가 된다. 상기 피사체가 놓인 영상취득면(160)에서 반사된 빛은 결상렌즈(100)를 통과한 후 인쇄회로기판(150)의 개구부(170)를 통해 영상센서(110)의 표면에 상을 형성한다. 상기 영상센서(110)의 구조는 피조사되는 면이 소정의 면적을 갖게 되며, 상기 면적은 1내지 100㎜²가 바람직하다. 상기 영상센서(110)에 형성된 상은 영상센서(110)에 의하여 전기적인 신호로 바뀌어 신호처리부에 입력되며 처리 가능한 디지털 이미지로 변환된다.

플립 칩(140)을 인쇄회로기판(150)의 하부에 장착하고, 상기 플립 칩(140)과 일체화된 영상센서(110)의 상부에 개구부(170)를 형성한다. 상기 개구부(170)는 플립 칩(140)을 먼지나 다른 오염물질로부터 보호하기 위한 투명재질의 광학물로 구성할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 포인팅 장치의 영상 취득은 시간축 상에서 매우 빠른 속도로 진행되고, 움직임 추정 방식은 인접한 시간 사이에 형성된 영상을 비교함으로써 영상간의 움직임 정도를 검출한다. 상기 검출된 움직임은 피사체가 놓인 영상취득면의 영상을 취득하고 상기 취득한 영상의 시간적인 변화를 분석함으로써, PC의 마우스와 같은 포인팅 장치를 구현할 수 있다.

본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명의 플립 칩을 이용한 포인팅 장치는 와이어 본딩 대신에 솔더 범프를 이용함으로써 포인팅 장치를 박형 또는 소형화한 장점이 있고, 휴대기기와 같은 장치에 적용함에 있어서 초소형으로 제작할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래에 사용되는 포인팅 장치의 기본 구조도이다.

도 2는 일반적인 포인팅 장치의 웨이퍼 구조를 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 발명에 따른 포인팅 장치를 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

100. 결상렌즈 110. 영상센서

120. 솔더 범프 130. 광원

140. 반도체 칩 150. 인쇄회로기판

160. 영상취득면 170. 개구부

Claims (7)

1. 플립 칩을 이용한 포인팅 장치에 있어서,

   피사체에 빛을 조사하는 광원;

   상기 빛을 받아 반사하며, 소정의 면적을 갖는 영상취득면;

   상기 영상취득면으로부터의 영상을 모으는 결상렌즈;

   상기 광원과 플립 칩이 장착되고 회로 구성을 위한 부품을 실장하며 상기 결상렌즈로부터의 영상을 통과시키는 개구부가 형성된 인쇄회로기판;

   상기 결상렌즈로부터의 영상을 받아 전기적 신호로 변환하는 영상센서와 신호처리를 위한 회로를 내장하며 상기 인쇄회로기판을 기준으로 상기 결상렌즈와 서로 반대편에 위치하는 플립 칩; 및

   상기 플립 칩을 인쇄회로기판에 전기적으로 접합시키는 솔더 범프

   를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 플립 칩을 이용한 포인팅 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 영상취득면의 소정의 면적은 1 내지 100 제곱 밀리미터임을 특징으로 하는 플립 칩을 이용한 포인팅 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 개구부는 투명한 재질로 구성된 것을 특징으로 하는 플립 칩을 이용한 포인팅 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 개구부에 불필요한 빛을 차단하기 위한 광학 필터를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 플립 칩을 이용한 포인팅 장치.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 결상렌즈는 볼록렌즈 또는 비구면렌즈임을 특징으로 하는 플립 칩을 이용한 포인팅 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 광원은 LED, 레이저 다이오드 또는 유기 EL 중 하나임을 특징으로 하는 플립 칩을 이용한 포인팅 장치.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 영상센서는 CMOS 이미지 센서 또는 CCD 이미지 센서임을 특징으로 하는 플립 칩을 이용한 포인팅 장치.