KR100538145B1 - 이종 기판으로 이루어진 모듈 및 이의 조립 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이종 기판으로 이루어진 모듈 및 이의 조립 방법에 관한 것으로, 경성기판에 동일한 패턴의 외부전극을 n 개 형성하고, 상기 외부전극 상에 제1 접착부재인 솔더 페이스트를 이용하여 솔더 돌기를 형성한 후, 상기 경성기판에서 상기 제1 접착부재인 솔더 돌기가 형성된 면의 반대면에 소정의 전자기능을 위한 부품을 실장하고, 경성기판을 커팅하여 n 개의 하이브리드 부품을 마련한다. 또한, 상기 경성기판의 상기 외부전극 패턴에 대응하는 형태로 연성기판에 외부전극을 형성하고 상기 연성기판의 상기 외부전극 상에 제2 접착부재인 솔더 페이스트를 인쇄하여 형성한 후 상기에서 마련한 하이브리드 부품중 하나를 상기 연성기판으로 이동시켜 상기 제1 접착부재와 상기 제2 접착부재가 일치하도록 리플로우 솔더링을 통하여 용융 접착시킨다.

Description

이종 기판으로 이루어진 모듈 및 이의 조립 방법{Module with different boards and method for assembly the module}

본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로, 특히, 경성기판(rigid board)과 연성기판(flexible board)으로 이루어지는 모듈을 자동공정으로 조립할 수 있게 하는 이종 기판으로 이루어진 모듈 및 이의 조립 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 카메라 모듈은 피시비(PCB: Printed Circuit Board)라는 경성기판 상에 반도체 칩 또는 반도체 소자를 패키징한 형태로 실장하거나, 또는 반도체 소자의 전극 패턴과 기판의 전극 패턴을 와이어 본딩(wire bonding) 방법으로 연결한 형태의 것으로 구성되며, 모바일용 단말 통신장비의 경우 장치의 힌지 부분과 같이 감기거나 비틀어지는 등의 기판의 형상이 변형이 발생해야할 부분에 카메라 모듈이 장착되어야 할 필요성이 대두되면서, 경성기판과 연성기판이 일체화된 카메라 모듈이 개발되고 있다.

상기와 같이 경성기판과 연성기판이 일체화된 카메라 모듈은 일 예로 카메라 기능을 가진 휴대폰에서 찾아볼 수 있다.

일반적으로 카메라 모듈에서 렌즈가 장착된 부분은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display)가 장착된 폴더 즉, 덮개 폴더에 장착되거나, 덮개 폴더와 본체(주요 부품이 내장된 메인기기)가 체결된 힌지 부분에 장착되어 촬영 정보를 본체 폴더에 제공한다. 그러므로, 카메라 기능을 가진 휴대폰은 폴더를 닫거나 비틀 경우에 대비하여 힌지 부분에 채용될 연성기판을 필요로 한다.

카메라 기능을 가진 휴대폰에 채용되는 카메라 모듈의 일 예가 도 1에 도시되어 있다. 도 1에서 (a) 내지 (c)는 종래의 실시예에 따른 휴대폰용 카메라 모듈(module)의 배면도(a), 측면도(b)와, 평면도(c)이다.

카메라 모듈은 4개의 경성기판(1, 1', 2, 2')과 하나의 연성기판(3)을 가진다. 제2 경성기판(1')에는 카메라 기능을 위한 각종 부품 즉, 렌즈 홀더(4), 렌즈(5), 이미지 센서(미도시), 이미지 신호 프로세서(미도시), 수동소자(미도시) 등이 실장되고, 제4 경성기판(2')에는 본체와의 전기적 연결을 위한 커넥터(6)가 실장된다. 그리고, 연성기판(3)은 일단이 제1 및 제2 경성기판(1, 1')로 이루어진 쌍에 끼워지고, 타단이 제3 및 제4 경성기판(2, 2')에 끼워진다.

여기서, 도 1에 도시된 카메라 모듈의 조립 과정을 도 2를 참조로 하여 설명한다.

작업자는 먼저 쌍을 이루는 2개의 경성기판(1과 1', 2와 2')에 동일한 배선 패턴을 형성시키고, 경성기판(1, 1')으로부터 제공되는 데이터가 휴대폰의 본체에 전송될 수 있도록 연성기판(3)에도 배선을 형성한다. 이때, 연성기판(3)의 각 단부에는 끼워질 경성기판의 배선 패턴과 동일한 형태로 형성한다.

이러한 상태에서 작업자는 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이 쌍을 이루는 2개의 경성기판(1, 1') 사이에 연성기판(3)의 일단을 끼운 후에, 배선 패턴이 일치하도록 조립한다. 그리고, 이와 같은 행위를 2개의 경성기판(2, 2')과 연성기판(3)의 타단에 대해서도 수행한다.

그런 다음, 작업자는 배선 패턴에 일치시킨 상태를 소정 힘을 가하는 장치로 장시간 유지시켜 이종 기판간의 접합이 견고해지도록 한다(미도시). 그리고, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(7)와, 수동소자(8) 및 커넥터(6)를 각각의 경성기판(1', 2') 상에 조립한 후, 도 2의 (c)에 도시된 바와 같이 렌즈 홀더(4)를 조립하고, 도 2d에 도시된 바와 같이 렌즈 홀더(4)에 렌즈(5)를 끼운다.

그런데, 상술한 종래의 반도체 모듈(즉, 카메라 모듈)의 조립 공정에서 보면, 종래에는 경성기판과 연성기판에 형성된 배선 패턴을 서로 일치시키고 경성기판과 연성기판을 일체화시키는 공정을 수작업으로 하고 있다. 이로 인해, 종래에는 대량생산이 어려우며 품질에 있어서 동일한 수준을 기대하기 어렵고, 자동화가 용이하지 않아 제조 비용이 높아지는 문제점이 있다.

또한, 경성기판과 연성기판을 위치 맞춤하여 일체화하는 작업이 용이하지 않을 뿐 아니라, 경성기판과 연성기판의 배선 패턴을 연결하기 위하여 관통 홀(hole)을 뚫어 도금하는 작업을 하여야 하는데 이 작업의 난이도가 높아 수율이 떨어지는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조립의 자동화가 가능하고 조립 작업이 용이한 이종 기판으로 이루어진 모듈 및 이의 조립 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이종 기판으로 이루어진 모듈의 조립 방법은 경성기판에 동일 패턴의 외부전극을 n 개 형성하는 단계, 상기 외부전극 상에 제1 접착부재인 솔더 돌기를 형성하는 단계, 상기 경성기판에서 상기 제1 접착부재가 형성된 면의 반대면에 소정의 전자기능을 위한 부품을 실장하는 단계, 상기 경성기판을 n 개의 하이브리드 부품이 되도록 커팅하는 단계, 상기 경성기판의 상기 외부전극 패턴에 대응하는 형태로 연성기판에 외부전극을 형성하는 단계, 상기 연성기판의 상기 외부전극 상에 제2 접착부재를 형성하는 단계, 커팅된 하나의 하이브리드 부품을 상기 연성기판으로 이동시켜 상기 제1 접착부재와 상기 제2 접착부재가 일치하도록 접착시키는 단계를 포함한다.

또한, 상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 이종 기판으로 이루어진 모듈은 외부전극이 형성된 경성기판, 상기 외부전극의 패턴에 따라 실장된 전자부품들로 이루어진 전자부품부, 상기 경성기판의 상기 외부전극 패턴에 대응되는 형태로 외부전극이 일측 단부에 형성되어 있으며, 배선패턴이 타측 단부로 연장되어 있는 연성기판, 및 상기 경성기판과 상기 연성기판에 각각 형성된 외부전극 상에 형성되어 상기 경성기판과 상기 연성기판을 접합시키는 접합부를 포함한다.

이하, 첨부한 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예에 따른 이종 기판으로 이루어진 모듈 및 이의 조립 방법을 설명한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이종 기판으로 이루어진 모듈의 측면도(a)와 평면도(b)이다.

도 3의 (a)와 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 모듈은 하나의 경성기판(10), 하나의 연성기판(20), 전자부품부(30)와, 접합부(40)로 구성된다.

경성기판(10)은 실장된 전자부품의 수 또는 크기에 따라 그 크기가 결정되며, 도 4의 (a)에 도시된 바와 같은 외부전극 패턴(배선 패턴 미도시)이 형성되어 있다.

연성기판(20)은 채용될 부분의 형태 또는 공간적 제약을 고려하여 제작되어 임의의 길이 및 형태를 가지며, (b)에 도시된 바와 같이 배선 패턴이 형성되어 있다. 그리고, 연성기판(20)의 두 단부 중에서 일측 단부(A)에는 상기 경성기판(10)이 배치되고, 타측 단부(B)에는 커넥터가 형성된다. 여기서, 연성기판(20)의 일측 단부(A)는 도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 경성기판(10)에 형성된 외부전극 패턴에 대응되는 패턴(배선 패턴 미도시)이 형성되어 있다.

전자부품부(30)는 특정 기능을 수행할 목적을 가지는 수동소자 및 칩(chip)으로 이루어져 있으며, 경성기판(10)에 형성된 배선 패턴(미도시)에 따라 실장되어 있다.

접합부(40)는 경성기판(10)과 연성기판(20)을 단단하게 접합시키기 위한 것으로, 제1 외부전극패드(41), 솔더돌기(solder precoating; 42), 제2 외부전극패드(43), 솔더페이스트(solder paste; 44)로 이루어져 있다. 도 3에서는, 이해를 돕기 위해 접합부(40)의 길이를 상당히 크게 도시하였으나, 실제로는 그 길이가 매우 짧다.

제1 외부전극패드(41)는 경성기판(10)의 외부전극 패턴 상에 형성되어 외부전극을 이루고, 솔더돌기(42)는 제1 외부전극패드(41)의 끝단에 형성된다.

상기 솔더돌기(42)와 제1 외부전극패드(41)는 전도성 재질로 형성된다. 제2 외부전극패드(43)는 외부전극 패턴 상에 형성되어 외부전극을 이루고, 솔더페이스트(44)은 제2 외부전극패드(43)의 끝단에 형성되어 있다. 제2 외부전극 패드(43)와 솔더페이스트(44)은 전도성 재질로 형성된다.

여기서, 제1 외부전극패드(41), 제2 외부전극패드(43), 솔더돌기(42)와, 솔더페이스트(44)의 재질은 전도성을 가지는 어떠한 재질을 사용하여도 무방하나, 솔더돌기(42)와 솔더페이스트(44)의 재질은 서로간에 접합이 용이하도록, 열에 의해 쉽게 접합력을 가지게 되고 짧은 시간에 굳어지는 도체인 것이 양호하다. 그리고, 제1 외부전극패드(41)와 제2 외부전극패드(42)는 각각 외부전극 패턴 상에 형성되는 것이 양호하다.

상기 경성기판(10), 전자부품부(30)와, 접합부(40)는 연성기판(20)의 일측 단부(A)에 배치된다. 이때 각 구성(10, 20, 30, 40)의 배치는 전자부품부(30)에서 생성한 신호가 경성기판(10)에 형성된 배선과 접합부(40)를 지나 연성기판(20)에 형성된 배선을 통해 연성기판(20)의 타측 단부(B) 측으로 전송되도록 한다.

상술한 바와 같이, 전자부품부(30)에서 생성된 신호가 연성기판(20)의 타측 단부(B)로 전달되므로, 연성기판(20)의 타측 단부(B)는 본체와의 연결을 담당하는 커넥터 부분으로 활용될 수 있다.

연성기판(20)의 타측 단부(B)는 본 발명의 모듈이 접속하고자 하는 연결부품과의 연결 구조에 따라 달라진다. 예를 들면, 상기 연결부품의 커넥터가 배선 패턴만 형성된 형태를 수용할 수 있는 것이라면 커넥터 부분(B)은 도 3과 같은 형태로 제작된다. 또한, 연결부품의 커넥터가 소켓(socket) 형태를 수용하는 것이라면 커넥터 부분(B)은 소켓이 연결되는 형태로 제작될 것이고, 칩 커넥터를 수용하는 형태라면 도 1의 (c)에 도시된 우측 부분과 같이 칩 커넥터가 실장된 형태가 될 것이다. 그러나, 커넥터 부분(B)은 도 3의 (b)에 도시된 배선 패턴을 기본으로 별도의 구성이 추가되어, 추가된 구성과의 연결을 위해 변형될 수 있다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이종 기판으로 이루어진 모듈의 조립 과정도로서, 카메라 모듈을 일 예로 한 경우에 대한 것이다.

본 발명은 우선 서브스트레이트(substrate)로 사용될 경성기판(이하 '베이스 경성기판'이라 함, 11)을 구비한다. 상기 베이스 경성기판(11)은 목표로 하는 경성기판(10)을 n개 만들 수 있는 크기를 가지며, 소정의 배선 패턴과 외부전극 패턴이 n 개 형성되어 있다.

상기 베이스 경성기판(11)이 구비되면, (a)에 도시된 바와 같이 베이스 경성기판(11)의 하면에 외부전극 패드(41)를 형성시켜 외부 전극을 만든다. 이때, 외부전극 패드(41)는 베이스 경성기판(11)에 형성된 외부전극 패턴 상에 형성된다.

베이스 경성기판(11)에 외부전극 패드(41)를 형성하면, (b)에 도시된 바와 같이 각 외부전극 패드(41)상에 솔더페이스트(solder paste; 42)을 인쇄한 후, (c)에 도시된 바와 같이 리플로우 솔더링(re-flow soldering)을 하여 솔더 돌기(42)를 형성한다.

그리고, (d)에 도시된 바와 같이 베이스 경성기판(11)의 상면(솔더 돌기의 반대면)에 카메라 성능을 가지도록 하는 다수의 구성부품 즉, 이미지 센서, 렌즈 홀더, 수동소자, 이미지 신호 프로세서 등을 마운팅(mounting)을 통해 표면실장한다. 상기와 같이 실장을 하게 되면, 베이스 경성기판(11)은 카메라 기능을 가진 n 개의 하이브리드(hybrid) 부품들이 결합된 형태가 된다.

본 발명은 (e)에 도시된 바와 같이 베이스 경성기판(11)을 목표하는 경성기판(10)으로 균일하게 커팅(cutting)하여 n 개의 하이브리드 부품을 만든다.

한편, 본 발명은 도 1에 도시된 연성기판(3)을 본 발명에 그대로 적용하여 사용하게 되는데, 이때 사용되는 본 발명의 연성기판(20)은 도 4에 도시된 바와 같이 상기 하나의 하이브리드 부품의 경성기판(10)에 형성된 외부전극 패턴에 대응되는 외부전극 패턴이 형성되어 있다.

본 발명은 외부전극 패턴이 형성된 연성기판을 구비하면, (f)에 도시된 바와 같이 연성기판(20)에 형성된 외부전극 패턴상에 외부전극 패드(43)를 형성한 후 외부전극 패드에 솔더페이스트(44)을 인쇄한다.

따라서, 상기 경성기판에 형성된 외부전극 패턴과 상기 연성기판에 형성된 외부전극 패턴이 서로 대응되므로 하나의 하이브리드 부품에 형성된 솔더 돌기와 연성기판에 형성된 솔더페이스트의 위치는 일치하게 된다.

그러므로, 본 발명은 (g)에 도시된 바와 같이 표면실장장치(미도시)를 이용하여 하나의 하이브리드 부품을 솔더페이스트(44)이 인쇄된 연성기판(20)에 상에 이동시킨 후에, 형성된 배선 패턴이 일치하도록 접합시키고, (h)에 도시된 바와 같이 연성기판(20)측으로 리플로우 솔더링(reflow soldering)한다.

도 5의 (f) 내지 (h)를 보면, 본 발명의 실시예에서는 커넥터 부분(B)을 표면실장형 커넥터로 형성하는 일 예를 보이고 있다. 커넥터 부분(B)을 표면실장형 커넥터로 형성할 경우에, 도시된 바와 같이 (g)의 과정을 수행하기 전에 별도의 베이스 경성기판(미도시)에 (a) 내지 (e)의 과정을 수행하여 표면실장형 커넥터용 하이브리드 부품을 n개 만든다. 상기 과정으로 만들어진 하나의 표면실장형 커넥터용 하이브리드 부품은 (g)의 커넥터 부분(B)에 도시되어 있다.

상술한 바와 같은 공정을 통해 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈에 대한 조립을 완료하게 된다. 이후 본 발명의 실시예에 따라 조립된 카메라 모듈을 추가적인 공정을 통해 완성된 제품으로 출시된다.

이상에서 본 발명에 대한 기술사상을 첨부도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 본 발명의 기술사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방이 가능함은 명백한 사실이다.

본 발명은 연성기판과 경성기판을 일체화시킨 리지드-플렉스(rigid-flex) 기판을 사용하여 카메라 모듈을 제작하였던 종래의 방법에서 카메라 모듈 헤드 부분을 경성기판을 사용한 하나의 하이브리드 부품화하여 제작한 후 이를 연성기판에 단순히 표면실장하여 접합하는 방법을 사용함으로써, 리지드-플렉스 기판을 사용하지 않고 단순한 각각의 경성기판과 연성기판만을 사용함으로써 제조공정을 대폭 단축시키고, 비용이 절감되며, 대량 생산이 가능한 효과가 있다.

또한, 본 발명은 연성기판과 경성기판을 일체화한 리지드-플렉스 기판 각각의 기판재질이 달라서 수축율의 편차가 크게 차이가 나고 그에 따라 수율이 저하되는 것을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 종래의 실시예에 따른 휴대폰용 카메라 모듈(module)의 배면도(a), 측면도(b)와, 평면도(c)이고,

도 2는 종래의 휴대폰용 카메라 모듈의 조립 공정도이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이종 기판으로 이루어진 카메라 모듈의 조립 과정도이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 경성기판에 형성된 외부전극의 패턴 배치도(a)와, 연성기판에 형성된 외부전극의 패턴 배치도(b)이고,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 이종 기판으로 이루어진 모듈의 조립 공정도이다.

Claims (8)

1. 경성기판에 동일 패턴의 외부전극을 n 개 형성하는 단계;

   상기 외부전극 상에 솔더페이스트를 인쇄한 후 상기 솔더페이스트를 리플로우 솔더링하여 솔더 돌기를 형성하는 단계;

   상기 경성기판에서 상기 솔더 돌기가 형성된 면의 반대면에 소정의 전자기능을 위한 부품을 실장하는 단계;

   상기 경성기판을 n 개의 하이브리드 부품이 되도록 커팅하는 단계;

   상기 하이드리드 부품의 상기 외부전극 패턴에 대응하는 형태로 연성기판에 외부전극을 형성하는 단계;및

   커팅된 하나의 상기 하이브리드 부품을 상기 연성기판으로 이동시켜 상기 솔더 돌기와 상기 연성기판의 외부전극이 일치하도록 접착시키는 단계를 포함하는 이종 기판으로 이루어진 모듈의 조립 방법.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 연성기판의 상기 외부전극 상에 솔더 페이스트를 이용 접착부재를 형성하는 단계를 더 포함하며, 상기 하이브리드 부품의 솔더 돌기와 상기 연성기판의 접착부재인 솔더 페이스트가 접착되는 것을 특징으로 하는 이종 기판으로 이루어진 모듈의 조립 방법.
3. 청구항 2에 있어서,

   상기 접착부재는 상기 연성기판의 상기 외부전극 상에 인쇄된 솔더페이스트인 것을 특징으로 하는 이종 기판으로 이루어진 모듈의 조립 방법.
4. 외부전극이 형성된 경성기판;

   상기 경성기판의 외부전극이 형성된 면과 대향하는 면에 상기 경성기판의 외부전극의 패턴에 따라 실장된 전자부품들로 이루어진 전자부품부;

   일측 단부에 상기 경성기판의 상기 외부전극 패턴에 대응되는 형태로 외부전극이 형성되어 있는 외부전극부와, 이 외부전극부로부터 배선패턴이 그 타측 단부로 연장되어 있는 배선부를 구비하는 연성기판; 및

   상기 경성기판과 상기 연성기판에 각각 형성된 외부전극 상에 마련되어 상기 경성기판과 상기 연성기판을 접합시키는 접합부를 포함하는 이종 기판으로 이루어진 모듈.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 접합부는 상기 경성기판의 상기 외부전극 상에 솔더페이스트를 인쇄한 후 상기 솔더페이스트를 리플로우 솔더링하여 형성된 솔더 돌기인 것을 특징으로 하는 이종 기판으로 이루어진 모듈.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 연성기판의 외부전극 상에 형성되어 있으며 상기 솔더 돌기의 단부에 그 단부가 접촉되어 있는 복수의 접착부재를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이종 기판으로 이루어진 모듈.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 접착부재는 상기 연성기판의 외부전극 상에 인쇄된 솔더페이스트인 것을 특징으로 하는 이종 기판으로 이루어진 모듈.
8. 청구항 4에 있어서,

   상기 연성기판의 타측 단부에는 연결하고자 하는 장치와 전기적 연결을 위해 커넥터가 형성되는 것을 특징으로 하는 이종기판으로 이루어진 모듈.