KR100652955B1 - 이미지 센서 패키지 제조방법 - Google Patents
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Abstract
이미지 센서 패키지 제조방법이 개시된다. 개시된 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지 제조방법은, a) 일측면에 복수의 이미지 센서 및 연결패드가 구비된 웨이퍼를 준비하는 단계, b) 이미지 센서가 형성된 웨이퍼 일측면에 투명판을 부착하는 단계, c) 투명판을 패터닝하는 단계, d) 웨이퍼에 비아홀을 형성하는 단계, e) 비아홀에 금속의 전도물질을 충진하는 단계, f) 웨이퍼 타측면을 식각하여 범프를 형성하는 단계 및 g) 웨이퍼를 소잉하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이미지 센서, 패키지, 비아홀, 식각, 범프,
Description
도 1 및 도 2는 종래 기술에 의한 이미지 센서 패키지의 구성도,
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서 패키지의 구성도,
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 실시예에 의한 이미지 센서 패키지 제조공정도이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 설명 >
100. 이미지 센서 패키지 110. 이미지 센서 칩
112. 반도체 웨이퍼 114. 이미지 센서
117. 비아홀 118. 전도물질
120. 투명판 200. 마더보드
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이미지 센서 패키지 제조방법에 관한 것이다.
웨이퍼상에서 제작된 반도체 소자(칩)는 전기소자로서 사용자가 직접 사용할 수 없을 뿐만 아니라, 깨지기 쉽다. 따라서, 반도체 소자를 사용하기 위해, 또한 반도체 소자를 보호하기 위해서는 패키징(packaging)을 수행하여야 한다. 웨이퍼상에서 제작된 반도체 소자는 패키징을 거쳐 반도체 패키지로 완성되는 것이다.
이미지 센서 패키지는 고체 촬상용 반도체 패키지로서 비디오 카메라, 디지털 카메라, 카메라폰, 복사기, 이미지 스캐너 등에 이용된다.
도 1을 참조하면, 일반적인 이미지 센서 패키지(10)는 회로 패턴이 형성된 기판(11)에 이미지 센서 칩(12)이 에폭시와 같은 접착제(13)에 의해 부착되고, 이미지 센서 칩(12)상의 칩패드와 기판(11)은 신호교환하기 위해 와이어(14) 본딩된다. 이미지 센서 칩(12)은 반도체 웨이퍼상에 이미지 센서가 설치된 것이다. 그리고, 이미지 센서 칩(12) 상부에는 이미지 센서 칩(12)과 와이어(14)를 보호하기 위해 투명한 글라스 또는 모듈 형태로 제작된 글라스 모듈(15)이 구비된다. 그리고, 상기 기판(11)의 저면에는 다수의 솔더볼(16)이 부착되며, 이 솔더볼(16)에 의해 이미지 센서 패키지(10)는 고체촬상장치의 마더보드(30)에 실장된다. 한편, 기판(11)에는 상기 솔더볼(16)과 신호교환을 하기 위하여 내부에 비아홀(17)을 형성하고 그 내부에 전도물질이 채워진다. 전도물질과 솔더볼(16)은 메탈라인(18)에 의해 신호연결된다.
이와 같이 구성된 이미지 센서 패키지(10)에는 글라스(15)를 통과한 빛의 영상신호를 이미지 센서 칩(12)에서 전기신호로 변환하고, 이와 같이 변환된 전기신호는 와이어(14)를 통하여 기판(11)에 전달되며, 기판(11)은 솔더볼(16)을 통해 마더보드(30)와 연결되어 신호 교환을 할 수 있게 된다.
그런데, 이와 같은 종래의 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 칩과 기판과의 전기적 연결을 통해 와이어 본딩방식을 사용함에 따라, 와이어의 루프 하이트(loop height)에 의해 패키지 전체의 크기 및 두께가 커질 뿐만 아니라, 제조 공정수가 증가된다. 또한, 글라스 또는 글라스 모듈을 이미지 센서 칩별로 부착(die attach)하기 때문에, 이미지 센서 패키지의 전체 크기가 증가하게 된다. 또한, 이미지 센서 칩(12)과 마더보드(30)간의 신호연결을 위한 인터커넥션(interconnection) 공정이 매우 복잡하다.
따라서, 근래에는 이미지 센서 패키지의 크기 및 두께를 얇게 하기 위해 이미지 센서 칩을 와이어 본딩에 의하지 않고 기판에 직접 부착시키는 다이렉트 칩 어태치(DCA : Direct Chip Attach)를 이용한 칩 사이즈 패키지(CSP : Chip Size Package)에 대한 많은 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이며, 도 2은 그 일 예를 도시한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 이미지 센서 칩(22)은 기판(21)에 접속수단(23)에 의해 신호교환하도록 연결된다. 이미지 센서 칩(22) 상부에는 글라스(25)가 접착제에 의해 부착된다. 한편, 이미지 센서 칩(22)에는 비아홀(24)이 형성되고, 그 내부에는 전도물질이 채워진다. 따라서, 이미지 센서 칩(22)는 상기 기판(21)과 신호교환이 가능하게 된다. 그리고, 기판(21) 하부에는 솔더볼(26)이 형성되어, 고체촬상장치의 마더보드(40)와 신호연결된다. 한편, 기판(21) 내부에도 비아홀(27)이 형성되고, 그 내부에는 전도물질이 채워진다. 이 전도물질과 솔더볼(26)은 메탈라인(28)에 의해 신호연결된다. 이와 같은 구성에 의해 이미지 센서 칩(22)은 고체촬 상장치의 마더보드(40)와 신호연결된다.
이와 같이, 상기 기술은 기존의 와이어 본딩에 의하지 않고 기판에 직접 부착시키는 다이렉트 칩 어태치(DCA : Direct Chip Attach)를 이용함으로써, 이미지 센서 패키지의 크기 및 두께를 얇게 할 수 있었다.
그러나, 이와 같은 이미지 센서 패키지에 있어서도, 이미지 센서 칩(22)과 마더보드(40)와의 신호교환을 하기 위한 인터커넥션 공정이 복잡한 문제점이 있다. 특히, 기판(21) 하부에 솔더볼(26)을 형성하는 과정과, 솔더볼(26)과 비아홀(27) 내부의 전도물질과의 연결을 위해 기판(21) 하면에 메탈금속(28)을 설치해야 하는 등 제작공정이 매우 복잡하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 제조 공정수를 줄이고 이미지 센서 패키지의 크기를 줄이도록 하는 이미지 센서 패키지 제작방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지 제조방법은, a) 일측면에 복수의 이미지 센서 및 연결패드가 구비된 웨이퍼를 준비하는 단계, b) 상기 이미지 센서가 형성된 상기 웨이퍼 일측면에 투명판을 부착하는 단계, c) 상기 투명판을 패터닝하는 단계, d) 상기 웨이퍼에 비아홀을 형성하는 단계, e) 상기 비아홀에 금속의 전도물질을 충진하는 단계, f) 상기 웨이퍼 타측면을 식각하여 범프를 형성하는 단계 및 g) 상기 웨이퍼를 소잉하는 단계;를 포함하는 것을 특징 으로 한다.
여기서, f)단계의 범프형성은 상기 전도물질을 제외한 웨이퍼의 타측면을 식각하여, 전도물질이 웨이퍼 타측면으로 돌출되도록 한다.
또한, 상기 d)단계에서 상기 비아홀은 상기 웨이퍼를 관통하지 않도록 소정 깊이로 형성되는 것이 좋다.
또한, 상기 비아홀의 깊이는 100㎛정도로 형성하며, f)단계에서, 상기 웨이퍼의 두께가 80㎛정도가 되도록 식각하는 것이 좋다.
또한, 상기 f)단계 전, h) 상기 웨이퍼 타측면을 그라인딩(grinding)하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 웨이퍼의 두께가 100㎛정도가 되도록 그라인딩하는 것이 좋다.
또한, g)단계 후, i) 상기 범프에 접속수단을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 패키지 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
도 3을 참조하면, 이미지 센서 패키지(100)는 고체촬상장치의 마더보드(200)에 실장되며, 이미지 센서 칩(110)과 투명판(120) 및 접속수단(140)을 포함한다.
상기 이미지 센서 칩(110)은 반도체 웨이퍼(112)상에 형성된 이미지 센서(114)와 연결패드(116)를 구비한다. 이미지 센서(114)는 포토 다이오드와 같은 광전변환소자가 사용되며, CCD(Charge Coupled Device)형, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 등 여러가지 종류의 이미지 센서를 사용할 수 있다. 이미 지 센서(114)의 활성면에는 연결패드(116)들과 연결되는 금속배선들(미도시)이 형성된다. 연결패드(116)는 전도성이 좋은 금(gold)과 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
반도체 웨이퍼(112)에는 각 연결패드(116)를 수직 관통하는 비아홀(117)이 형성된다. 그리고, 이 비아홀(117)에는 전기가 통하도록 금속의 전도물질(118)이 채워진다. 상기 전도물질(118)은 구리(Cu), 금(Au)등이 사용된다.
투명판(120)은 접착제에 의해 이미지 센서(114) 상부면에 부착된다. 투명판(120)은 투명 유리(glass), 투명 수지 또는 투광성 세라믹(ceramic)등으로 형성할 수 있다. 투명판(120)에 의해 이미지 센서(114)는 외부로부터 보호된다.
한편, 반도체 웨이퍼(112)의 하면에는 이미지 센서 칩(110)과 고체촬상장치의 마더보드(200)를 전기적으로 연결시키는 접속수단(140)이 설치된다. 본 실시예에서는 접속수단(140)으로서 이방성 전도성 필름(ACF : anisotropic conductive film), 이방성 전도성 패이스트(ACF : anisotropic conductive paste), 스크린 프린팅(screen printing)등을 사용할 수 있다. 상기 접속수단(140)은 상기 이미지 센서 칩(110)과 상기 마더보드(200)를 전기적으로 연결할 뿐만 아니라, 상기 이미지 센서 칩(110)과 상기 마더보드(200)의 결합을 견고히 함과 함께 상기 이미지 센서 칩(110)을 외부로부터 보호하는 봉지제(underfill)의 역할을 동시에 수행하게 된다.
상기와 같은 구성에 의하면, 고체촬상장치의 렌즈(미도시)를 거쳐 투명판(120)를 통과한 빛의 영상신호가 이미지 센서 칩(110)에서 전기신호로 변환된다. 이와 같이 변환된 신호는 연결패드(116) 및 비아홀(117)의 전도물질(118)을 통해 접속수단(140)을 거쳐 마더보드(200)에 전달된다.
기존의 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 칩이 별도의 칩기판에 전기적으로 연결되고, 이 칩기판이 솔더볼과 같은 범프에 의해 마더보드에 전기적으로 연결됨으로써 신호전달이 가능하나, 본 발명에 의한 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 칩에 연결되는 별도의 칩기판이 필요없이 곧바로 마더보드에 전기적으로 연결된다. 따라서, 이미지 센서 패키지의 경박화가 가능하다.
이하 도 4a 내지 도 4i를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 패키지 제조방법에 대해 설명하기로 한다. 도시된 바와 같이 본 실시예에 의한 이미지 센서 패키지는 점선과 같이 웨이퍼 레벨로 제조되는 것으로서, 각각의 이미지 센서 칩에 동일한 공정이 수행된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 복수의 이미지 센서(114) 및 연결패드(116)가 형성된 반도체 웨이퍼(112)를 준비한다. 그리고, 상기 이미지 센서(114)가 형성된 웨이퍼(112) 상부면에 접착제를 이용해 투명판(120)를 부착한다.
도 4c와 같이 투명판(120)의 소정 면적(122) 즉, 서로 인접하는 이미지 센서(114) 사이를 습식 에칭(wet etiching)에 의해 식각하여, 투명판(120)을 패터닝(patterning)한다. 상기 패터닝에 의해 연결패드(116)가 외부로 노출된다.
그 후, 4d와 같이 반도체 웨이퍼(112) 내부에 연결패드(116)를 수직 관통하도록 비아홀(117)을 형성한다. 비아홀(117)을 형성하는 방법은 레이저 드릴과 같은 장치를 이용하거나, 기존의 식각기술을 이용하여 형성할 수 있다. 한편, 상기 비아 홀(117)은 그 깊이가 대략 100㎛가 되도록 형성한다. 이와 같이 비아홀(117)의 가공깊이가 깊지 않으므로 가공시간이 짧은 효과가 있다.
비아홀을 형성한 후, 도 4e와 같이 상기 비아홀(117)에 금속성의 전도물질(118)을 충진(filling)한다. 상기 전도물질(118)은 구리(Cu), 금(Au)등이 사용된다.
그 후, 도 4f와 같이 반도체 웨이퍼(112)의 하면을 건식 에칭, 연마에 의해 그라인딩(grinding)하여, 상기 반도체 웨이퍼(112)의 두께가 비아홀(117)의 깊이만큼, 즉 대략 100㎛정도가 되도록 한다. 그리고, 도 4g와 같이, 전도물질(118)을 제외한 반도체 웨이퍼(112) 하면을 습식 식각에 의해 그 두께를 대략 80㎛정도로 형성한다. 이에 의해 상기 전도물질(118)은 외부로 약 20㎛정도 노출하게 되어, 이 노출된 부분(118a)이 범프(bump)역할을 수행하게 된다.
이와 같이 범프형성시 반도체 웨이퍼이 하면을 그라인딩하고 식각공정에 의해 범프가 형성되므로 이미지 센서 패키지의 경박화가 가능하며 또한, 별도의 범프형성 및 인터커넥션을 위한 공정이 생략된다.
그리고, 도 4h와 같이 상기 웨이퍼(112)를 각각의 이미지 센서 칩 단위로 소잉(sawing)하여 개별화 함으로써, 이미지 센서 패키지가 완성된다.
한편, 상기 범프(118a)를 마더보드(200)에 열압착에 의해 직접 연결하는 것도 가능하나, 도 4i와 같이 이미지 센서 칩(110)의 보호를 위해 상기 접속수단(140)을 상기 범프(118a)와 마더보드(200) 사이에 구비하는 것도 좋다.
상기와 같은 이미지 센서 패키지의 제작공정은 기존의 반도체 패키지 공정에 서 사용되는 것을 그대로 이용할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지 제조방법은 비아홀의 가공깊이가 깊지 않으므로 가공시간이 짧다. 또한, 반도체 웨이퍼이 하면을 그라인딩하고 식각공정에 의해 범프가 형성되므로, 별도의 범프형성 및 인터커넥션을 위한 공정이 생략된다. 따라서, 이미지 센서 패키지의 경박화가 가능하며, 특히 인터커넥션 공정수가 현저하게 감소하여 결국 제조단가를 낮추는 효과가 있다.
그리고, 이미지 센서 패키지가 고체촬상장치의 마더보드에 별도의 기판을 통해 전기적으로 연결되지 않고 직접 연결되며, 또한 이미지 센서 칩을 와이어 본딩에 의하지 않고 마더보드에 다이렉트 칩 어태치(DCA)로 함으로써, 이미지 센서 칩과 거의 동일한 칩 사이즈 패키지(CSP)를 구현 가능하다. 특히, 본 발명은 칩 위에 또 칩을 올려 쌓아 올리는 SCSP(Stacked CSP)와 기능이 다른 여러개의 반도체칩을 하나의 패키지 안에 배열하는 MCM(Multi Chip Module)패키지에 매우 유용하다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 하기의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 본 발명의 범위에 속함은 당연하다.
Claims (9)
- a) 일측면에 복수의 이미지 센서 및 연결패드가 구비된 웨이퍼를 준비하는 단계;b) 상기 이미지 센서가 형성된 상기 웨이퍼 일측면에 투명판을 부착하는 단계;c) 상기 투명판을 패터닝하는 단계;d) 상기 웨이퍼를 관통하지 않도록 상기 웨이퍼에 비아홀을 소정 깊이로 형성하는 단계;e) 상기 비아홀에 금속의 전도물질을 충진하는 단계;f) 상기 전도물질을 제외한 상기 웨이퍼의 타측면을 식각하여 범프를 형성하는 단계; 및g) 상기 웨이퍼를 소잉하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,상기 비아홀의 깊이는 100㎛정도로 형성되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
- 제 4 항에 있어서,상기 f)단계에서, 상기 웨이퍼의 두께가 80㎛정도가 되도록 식각하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
- 제 5 항에 있어서,상기 f)단계 전, h) 상기 웨이퍼 타측면을 그라인딩하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
- 제 6 항에 있어서,상기 웨이퍼의 두께가 100㎛정도가 되도록 그라인딩하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,상기 e)단계의 전도성 금속물질은 구리(Cu) 또는 금(Au)인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
- 제 1 항에 있어서,g)단계 후, i) 상기 범프에 접속수단을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
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