KR100673354B1 - 반도체 촬상소자 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 반도체 촬상소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 플립칩 범핑 방식으로 제조된 반도체 촬상소자가 회로가 형성된 투명기판에 실장되고 상기 투명기판에 솔더 범프가 추가 장착되어 있는 반도체 촬상소자 패키지를 제공한다. 상기 패키지는 촬상소자의 크기와 거의 유사하게 축소되어 전자부품의 소형화에 부응할 수 있으며, 촬상소자가 투명기판에 완전 밀봉되어 있어 이물질에 의한 오염이 방지된다. 뿐만 아니라, 전체적인 공정이 간단하여 제조상의 경제성을 얻을 수 있다.
촬상소자, 플립칩 범핑, 솔더볼
Description
도 1은 일반적인 반도체 촬상소자를 보인 평면도.
도 2는 와이어 본딩 방식이 채택된 반도체 촬상소자의 패키지의 단면도.
도 3은 도 2의 반도체 촬상소자 패키지에 렌즈 유닛이 결합된 반도체 이미지 센서 모듈의 단면도.
도 4a 내지 도 4g는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 촬상소자에 범프를 형성하는 공정을 순차적으로 보인 단면도.
도 5a 내지 도 5e는 본 발명의 실시예에 따른 반도체 촬상소자가 실장될 투명기판의 제조 공정을 순차적으로 보인 단면도.
도 6은 투명기판에 범프가 형성되어 있는 다수의 반도체 촬상소자가 실장된 모습을 보인 모식도.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 실시예에 따른 투명기판의 배선 및 범프 형성공정을 보여주는 단면도.
도 8은 본 발명에 따른 반도체 촬상소자 패키지를 보여주는 단면도.
도 9a 및 9b는 본 발명에 따른 반도체 촬상소자 패키지를 인쇄회로기판에 실장하는 어셈블리 공정을 보여주는 모식도.
도 10은 본 발명의 반도체 촬상소자 패키지에 렌즈 유닛이 결합된 반도체 이미지 센서 모듈을 보여주는 단면도.
*** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 ***
310:반도체 촬상소자 311:전극패드
320:절연막 330:기능성 폴리머층
340:금속접착층 350:도금용 금속층
370:범프 400:투명유리기판
410:코팅막 430:제1배선층
500:제1폴리머층 520:제2폴리머층
540:솔더범프 600:인쇄회로기판
610:전극패드 700:렌즈 유닛
710:렌즈홀더
본 발명은 반도체 촬상소자 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플립칩 범핑 공정으로 촬상소자에 범프를 형성하고, 투명기판에 배선을 새롭게 배치한 칩 사이즈 반도체 촬상소자 패키지에 관한 것이다.
일반적으로, 반도체 촬상소자는 이미지 센서 칩 또는 고체 촬상소자로도 지칭되고 있으며, 피사체의 이미지를 전기적인 신호로 변환하는 광전 변환소자 및 그 광전 변환소자에 의해 변환된 전기적인 신호를 전송하는 전하 결합소자를 통해 피사체의 이미지를 촬상하여 전기적인 신호로 출력한다.
반도체 촬상소자를 세라믹 기판에 패키징하기 위해서 와이어 본딩 방식이 채택되고 있다. 도 1은 종래의 반도체 촬상소자의 구성을 보인 평면도로서, 도시한 바와 같이, 반도체 촬상소자(10)는 피사체의 이미지를 전기신호로 변환하며 변환된 전기신호를 전송하는 이미지 센싱부(20)가 중앙에 구비되고, 이미지 센싱부(20)의 전기신호를 인가받는 복수의 전극패드(30)들이 이미지 센싱부(20)의 가장자리를 따라 구비된다.
도 2는 와이어 본딩 방식이 채택된 반도체 촬상소자의 패키지에 대한 단면도로서, 이에 도시한 바와 같이, 제1기판(100)의 중앙 상부에 제1접착층(101)을 통해 부착된 반도체 촬상소자(110)와; 상기 제1기판(100)의 가장자리에 상기 반도체 촬상소자(110)와 일정하게 이격되도록 제1접착층(101) 상에 부착된 제2기판(120)과; 상기 반도체 촬상소자(110)의 가장자리에 구비된 복수의 제1전극패드(111)들과 상기 제2기판(120) 상에 구비된 복수의 제2전극패드(121)들을 전기적으로 접속시키는 복수의 도전성 와이어(130)들과; 상기 제1기판(100)의 배면 양측으로부터 상기 제2기판(120)의 상면 양측까지 연장되는 복수의 리드(140)들과; 상기 제2기판(120)의 상면에 구비된 리드(140)들의 상부에 형성된 지지체(150)와; 상기 지지체(150)의 상부에 제2접착층(102) 상에 부착된 유리판(160)으로 구성된다.
도 3은 상기 도 2에 도시된 반도체 촬상소자 패키지에 렌즈 유닛이 결합된 반도체 이미지 센서(image sensor) 모듈을 보인 단면로서, 이에 도시한 바와 같이, 도 2에 도시된 반도체 촬상소자의 패키지(200)가 모듈기판(210) 상에 구비되고, 상기 반도체 촬상소자의 패키지(200) 상부에 렌즈유닛(220)이 구비된다. 이때, 렌즈유닛(220)은 상기 모듈기판(200)에 의해 지지되는 렌즈홀더(230)에 의해 지지되어 반도체 촬상소자의 패키지(200) 상부에 구비된다.
종래의 반도체 이미지 센서 모듈 크기는 반도체 촬상소자의 패키지 크기에 전적으로 의존되며, 도 2에 도시된 바와 같이 와이어 본딩 방식이 채택된 반도체 촬상소자의 패키지는 도전성 와이어(130)들을 통해 반도체 촬상소자(110)의 제1전극패드(111)들과, 그 반도체 촬상소자(110)와 일정하게 이격되는 제2기판(120)의 제2전극패드(121)들을 전기적으로 접속시킴에 따라 반도체 촬상소자의 패키지 크기가 반도체 촬상소자(110)의 크기에 비해 증가하게 되어 제품의 소형화 추세에 적극적으로 대응할 수 없는 문제점이 있다.
또한, 와이어 본딩 방식을 통해 반도체 촬상소자의 패키지를 제조하기 위해서는 와이어 본딩공정, 플라스틱 몰딩공정 및 세라믹 공정등이 요구됨에 따라 시간이 지체되어 생산성이 저하되는 문제점이 있다.
상기 와이어 본딩 방식의 문제점을 해결하기 위하여 최근에 플립칩 범핑(flip chip bumping) 방식을 이용한 반도체 촬상소자의 패키지 제조방법이 제안되었다.
일반적으로, 플립칩 범핑 방식을 이용한 반도체 소자의 패키지 제조방법은 반도체 소자의 전극패드 상에 박막 공정, 사진 공정, 도금 공정과 식각 공정을 통해 금속 범프를 형성하고 범프가 형성된 반도체 촬상소자를 회로가 구성된 연성기 판에 전도성물질을 사용하여 접착시킨다. 이후 다시 연성기판의 반대편에 밀봉용 유리를 부착한 후 그 상면에 렌즈 부를 장착하여 완성하게 된다.
상기한 플립칩 범핑 방식을 이용한 반도체 촬상소자 패키지는 그 크기를 줄인다는 면에서는 기존의 와이어 본딩 방식에 비해 우수나, 플립칩 범핑 이후에 범프가 형성된 반도체 촬상소자를 연성기판에 부착하는 공정이 매우 고난이의 정밀도를 요구한다. 또한 연성기판에 본딩시 도전성 금속 볼이 함유된 이방전도성 필름의 재료가 필요하며, 이 필름을 연성기판에 접착하는 공정, 반도체 촬상소자를 접착하는 공정 그리고 가압 및 성형하는 공정 등 많은 추가 공정과 고가의 장비가 필요하다.
또한 상기의 플립칩 범핑 방식을 이용한 반도체 촬상소자 패키지는 범프를 형성한 후 기판에 부착시, 촬상소자의 표면이 노출되어 있기 때문에 이물 등에 의한 재오염이 발생하여 불량률의 증가를 유발할 수 있다.
따라서 종래의 기술들은 반도체 촬상소자 패키지의 소형화가 어렵거나, 소형화가 가능한 경우 후속 공정의 복잡성과 관리의 어려움으로 인해 용이한 기술의 제공이 어려웠다.
따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 창안한 것으로, 본 발명의 목적은 플립칩 범핑에 의한 초소형 반도체 촬상소자의 패키지의 장점을 유지하면서, 후속공정에서 발생할 수 있는 반도체 촬상소자의 오염을 방지함과 동시에 실장 공정의 복잡성을 해결하는 칩 크기의 반도체 촬상 패키지를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 중앙에 이미지 센싱부를 구비하며, 외부와의 전기적인 연결을 위하여 표면 가장자리에 다수의 범프가 형성되어 있는 반도체 촬상소자와; 상기 반도체 촬상소자가 장착되도록 단차가 형성되어 있는 투명기판과; 상기 투명기판상에 형성되며 상기 범프와 접촉하는 다수의 제1배선층과; 상기 투명기판상에 형성되어 상기 제1배선층의 일부분을 노출시킨 채로 상기 반도체 촬상소자를 밀봉시키는 제1폴리머층과; 상기 제1배선층과 연결되며 상기 제1폴리머층 상에 연장되어 형성되는 다수의 제2배선층과; 상기 제2배선층의 일부분을 노출시킨 채로 상기 제1폴리머층 상에 형성되는 제2폴리머층; 및 노출된 상기 제2배선층 상에 형성되는 다수의 솔더범프를 포함하여 구성되는 반도체 촬상소자 패키지를 제공한다.
또한, 본 발명은, 투명기판의 일면에는 필터층을 코팅하고; 상기 투명기판의 다른 면의 중앙부에 반도체 촬상소자가 실장되도록 식각하여 단차를 형성하고; 상기 투명기판에서 반도체 촬상소자의 범프들이 접촉되는 영역에 제1배선층을 형성하고; 상기 투명기판의 단차가 형성된 영역에 반도체 촬상소자를 실장하고; 상기 투명기판에 제1폴리머층을 형성하여 상기 반도체 촬상소자를 밀폐시키고; 상기 제1폴리머층의 일부를 식각하여 상기 제1배선층의 일부분을 노출시키고; 노출된 상기 제1배선층 영역으로부터 상기 제1폴리머층 상으로 연장되는 제2배선층을 형성하고; 상기 제1폴리머층 상에 제2폴리머층을 형성하고, 상기 제2폴리머층의 일부를 식각하여 상기 제2배선층의 일부분을 노출시키고; 노출된 상기 제2배선층 영역에 솔더 범프를 형성하는 것을 포함하여 구성되는 반도체 촬상소자 패키지 제조방법을 제공한다.
상기 반도체 촬상소자의 범프는, 반도체 촬상소자의 표면에 절연막을 형성하고, 반도체 촬상소자의 가장자리에 형성된 전극패드들이 노출되도록 상기 절연막을 선택적으로 식각하고, 상기 반도체 촬상소자 중앙의 이미지센싱부 상에 적어도 하나의 기능성 폴리머층을 형성하고, 상기 반도체 촬상소자의 표면에, 온도를 상온 ~ 200℃ 정도로 유지하면서, 적어도 하나의 금속박막층을 형성하고, 상기 반도체 촬상소자의 표면에 감광막을 형성한 다음, 상기 금속박막층이 노출되도록 노광 및 현상하고, 노출된 상기 금속박막층 상에 범프를 형성하는 것을 포함하여 구성되는 단계에 의하여 형성된다.
본 발명에 의한 반도체 촬상소자의 패키지 구조 및 그 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 4a 내지 도 4f는 본 발명의 실시 예에 따른 반도체 촬상소자의 패키지 구조 제조방법을 순차적으로 보인 예시도이다.
먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 가장자리에 전극패드(311)가 형성되어 있는 반도체 촬상소자(310)의 표면상에 절연막(320)을 형성한 다음, 상기 반도체 촬상소자(310)의 가장자리에 형성된 전극패드(311) 및 상기 반도체 촬상소자(310) 중앙의 이미지 센싱영역(310') 노출되도록 절연막(320)을 선택적으로 식각한다.
그 다음, 도 4b에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 촬상소자(310)의 중앙에 노출된 이미지 센싱영역(310') 상에 기능성 폴리머층(330)을 선택적으로 형성한다. 이때, 기능성 폴리머층(330)으로는 평탄화층, 컬러필터층 및 마이크로 렌즈가 적층되어 반도체 촬상소자(310)가 광학적 특성을 갖도록 한다. 마이크로 렌즈는 외부의 빛을 모아서 하부로 전달하며, 칼라 필터는 특정 파장(색)만을 받아들이는 역할을 한다. 형성 방법은 스핀 코팅(spin coating)이나 인쇄(printing)를 이용하며, 적층순서는 아래서부터 평탄화 / 칼라필터 / 마이크로 렌즈 순서로 형성한다. 한편, 평탄화 층은 일부 영역에만 부분적으로 형성시킬 수 있다.
다음으로, 도 4c에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 촬상소자(310)의 상부에 금속접착층(340)과 도금용 금속층(350)을 순차적으로 증착한다.
상기 금속접착층(340)은 상기 절연막(320) 및 전극패드(311)들과의 접착력이 우수한 Ti, Al, Cr 등의 금속 또는 Ti, Al 및 Cr 중에서 적어도 하나를 함유하는 합금이 100Å~5000Å 정도의 두께로 적용될 수 있다. 이때, 상기 금속접착층(340)은 다른 금속들에 비해 접착력이 우수한 Ti 또는 Ti 계 합금이 바람직하다.
상기 도금용 금속층(350)은 전기전도도가 우수한 Au, Cu, Ni 등의 금속 또는 Au, Cu 및 Ni 중에 적어도 하나를 함유하는 합금이 100Å~5000Å 정도의 두께로 적용될 수 있다. 이때, 도금용 금속층(350)은 다른 금속들에 비해 전기전도도 및 내산화성이 우수한 Au 또는 Au계 합금이 바람직하다.
한편, 상기 도금용 금속층(350)은 이후에 촬상소자(310)에 형성되는 범프의 재질이 솔더(solder)인 경우에는 Cu 또는 Ni 재질의 금속이 2층 이상의 구조로 적용될 수 있으며, Cu 또는 Ni 재질의 금속이 적용된 경우에는 범프가 형성되기 직전에 Cu 또는 Ni 또는 그와 유사한 재질의 금속을 1㎛ ~ 15㎛ 정도의 두께로 도금 하여 솔더 재질의 범프의 신뢰성(접착성 내지 내구성)을 향상시킬 수 있다.
상기 금속접착층 및 도금용 금속층을 형성시 반도체 촬상소자의 표면 온도가 상온~200℃ 정도로 유지되도록 하거나, 혹은 응력차단용 폴리머층을 미리 형성한다. 이를 통해 금속접착층 및 도금용금속층을 증착 과정에서 발생하는 응력을 흡수할 수 있어, 반도체 촬상소자의 표면에 형성된 기능성 폴리머층의 특성 저하 및 표면 변형이 방지된다.
상기 도금용 금속층(350)의 상부에는, 도 4d에 도시한 바와 같이, 감광막(360)을 형성한 다음, 상기 반도체 촬상소자(310)의 전극패드(311)들이 형성된 영역의 도금용 금속층(350)이 노출되도록 노광 및 현상한다.
그 다음, 도 4e에 도시한 바와 같이, 상기 반도체 촬상소자(310)의 전극패드(311)들이 형성된 영역에서 노출된 도금용 금속층(350) 상에 범프(370)를 형성한다. 이때, 범프(370)는 Au 재질, 솔더(solder) 재질 또는 Cu 재질 중에 선택된 하나 또는 조합에 의해 적용될 수 있다. 상기 솔더재질로는 Pb, Sn, In, Bi, Zn, Cu, Ag 중에서 선택되는 하나 이상의 물질을 포함한다.
범프(370)를 형성한 후에는, 도 4f에 도시한 바와 같이, 잔류하는 감광막(360)을 제거한 다음, 상기 범프(370)를 마스크로 사용하여 도금용 금속층(350) 및 금속 접착층(340)을 식각한다. 만일, 범프 재질이 솔더인 경우에는, 도4g에 도시한 바와 같이, 리플로우 공정을 통해 범프(370)를 구형화 한다.
다음에는, 도 5a 내지 도 5f를 참고하여, 본 발명에 따른 반도체 촬상소자 패키지에서 회로가 형성된 투명기판을 제작하는 프로세스를 설명한다. 본 실시예에 서는 투명기판으로 유리기판을 사용하여 설명하지만, 빛이 투과될 수 있는 다른 물질도 투명기판으로 사용될 수 있다.
유리기판(400)은 미리 반도체용 웨이퍼와 동일한 원형 또는 사각형 형태로써, 복수의 반도체 촬상소자들이 놓일 수 있는 크기로 가공된다. 또한, 유리기판(400)의 일면에는 외부의 빛이 반도체 촬상소자의 이미지 센싱영역(330)에 도달할 때 특정 파장 범위의 빛이 투과되거나, 투과되지 못하도록 하는 필터 역할을 하는 코팅막(410)이 미리 형성된다.
유리기판(400)에서 반도체 촬상소자가 안착되는 부분은 표면 보다 낮도록 단차(401)를 형성하며, 이러한 단차는, 도 5a 및 5b에 도시한 바와 같이, 건식 또는 습식 식각 공정을 통해 형성된다. 최적의 단차는 범프를 포함하는 반도체 촬상소자의 상부가 유리기판의 표면과 동일하도록 하는 것이다.
단차 형성의 용이성을 위해, 도 5c에 도시한 바와 같이, 동일한 크기의 유리기판과 실리콘 기판(420)을 본딩한 후 실리콘 기판의 중앙 영역을 건식 또는 습식 공정을 통해 제거하여 단차를 형성할 수 있으며, 이때 건식 또는 습식의 공정은 유리기판(400)에는 침해를 주지 않음으로 자연스럽게 원하는 두께만큼만 제거될 수 있다.
단차(401)가 형성된 유리기판(400)에는, 도 5d에 도시한 바와 같이, 반도체 촬상소자(310)의 범프(370)가 접촉될 위치에 복수의 내부 전극패드(432)들이 형성한다. 이때, 복수의 전극패드(432)들은, 반도체 촬상소자가 상기 단차(401) 영역에 본딩되었을 때 범프(370)로부터 외부까지 신호가 전달될 수 있도록, 복수의 연결배 선(430)들을 통해 유리기판 표면의 가장자리 근처에 형성된 외부 전극패드(431)까지 연장된다. 도 5e는 유리기판(400) 상에 형성된 전극패드들(431, 432) 및 연결배선(430)의 모습을 보여주고 있다.
복수의 전극패드(432)들이 형성된 유리기판(420)에는, 도 6에 도시한 바와 같이, 범프(370)가 형성된 개별 반도체 촬상 소자(310)를 본딩한다. 이때 본딩 방법은 범프의 재질에 따라 이방 전도성 폴리머를 사용하여 본딩할 수도 있으며, 융착에 의한 본딩을 할 수도 있다. 상기 이방 전도성 폴리머로는 다양한 형태 및 재질이 적용될 수 있으며, 예를 들어 액상의 이방 전도성 접착제(anisotropic conductive adhesive : ACA)나 준경화되어 일정 형상을 갖는 고상의 이방 전도성 필름(anisotropic conductive film : ACF)이 적용될 수 있다.
다음으로, 도 7a 내지 7d를 참고하여, 촬상소자가 장착된 유리기판의 후속공정, 즉 밀봉 및 솔더범프 형성 과정을 설명한다.
먼저, 도 7a에 도시한 바와 같이, 반도체 촬상소자(310)가 장착된 유리기판(400)의 전면을 감광성 제1폴리머층(500)을 도포한다.
상기 제1폴리머층(500)은 반도체 촬상소자(410)와 유리기판(420) 사이의 틈을 메워 주며 유리기판에 형성된 배선(430)을 보호하는 역할을 한다. 상기 제1폴리머층으로는 실리콘(Silicone) 함유 재료, 에폭시 계열 재료, 폴리이미드 계열, 노보넨 계열 재료 등이 사용될 수 있다. 상기 제1폴리머층는 유리기판에 장착된 반도체 촬상소자를 완전히 밀폐시키므로 외부 물질의 침투가 방지되어 후속적인 공정에서 반도체 촬상소자 표면이 오염되는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 반도체 촬상소 자의 오염을 막기 위한 표면 보호층 형성 등의 별도 프로세스가 필요 없게 된다.
그 다음, 도 7b에 도시한 바와 같이, 사진 공정을 이용하여 제1유전층 폴리머(500)의 일부를 제거하여 반도체 촬상소자 외곽으로 연장된 연결배선(431)을 노출시키며, 필요에 따라 경화 공정을 통해 상기 제1유전층 폴리머의 접착력 및 강도를 향상시킨다.
다음으로, 도 7c에 도시한 바와 같이, 박막 증착 공정과 사진 공정, 도금 공정 및 식각공정을 통해 유리기판(400)의 외부 전극패드(431)로부터 새로운 연결배선(510)을 상기 제1폴리머층(500) 상에서 상기 반도체 촬상소자의 범프(370)로부터 기능성 폴리머층(330) 방향으로 연장한다. 이때, 상기 연결배선(510)은 적어도 반도체 촬상소자(310)의 범프(370)와 수직적으로 동일한 위치에 오도록 연장되는 것이 바람직하다. 이와 같은 연결배선(510)으로 인하여 후속적인 공정으로 형성되는 솔더범프와 상기 범프(370)가 수직적으로 실질적으로 동일한 위치에 놓이게 되며, 따라서 반도체 촬상소자 모듈의 크기를 줄일 수 있게 된다.
다음으로, 도 7d에 예시한 바와 같이, 유리기판(400) 전면에 감광성 제2폴리머층(520)을 형성하고, 사진 공정을 통하여 솔더 범프 용 전극패드(530)가 노출되도록 한다. 상기 제2폴리머층으로는 실리콘(Silicone) 함유 재료, 에폭시 계열 재료, 폴리이미드 계열, 노보넨 계열 재료 등이 사용될 수 있다.
도 8은 상기 전극패드(530)에 솔더범프(540) (혹은 솔더볼)이 장착되어 완성된 모듈을 보여주고 있다. 솔더범프(540)은 노출된 전극패드(530)에 직접 장착될 수도 있으며, 경우에 따라서는 솔더 범핑 공정을 별도로 수행하여 범프를 형성할 수도 있으며, 형성된 솔더 볼 내지 솔더 범프는 융착 공정을 통해 접착력을 갖는다.
솔더범프 장착이 완료된 모듈은 절단 공정을 통해 개별적으로 분리되어 반도체 촬상소자 패키지 공정이 완료된다.
도 9a 및 도 9b는 상기 본 발명에 따라 제조된 반도체 촬상소자 패키지를 인쇄회로기판에 실장하는 어셈블리 공정을 순차적으로 보여준다.
반도체 촬상소자를 실장하기 위한 인쇄회로기판(600)은, 도 9a에 도시한 바와 같이, 가장자리를 따라 복수의 전극패드(620)들이 형성된다. 상기 전극패드(620)들은 인쇄회로기판(600)의 일측 방향으로 연장되는 복수의 회로패턴(630)들을 통해 외부 시스템 접속용 전극패드(640)들과 전기적으로 연결되어 있다.
반도체 촬상소자 패키지의 솔더범프(540)을, 도 9b에 도시한 바와 같이, 인쇄 회로 기판(600)의 전극 패드(620) 에 정렬한 후, 리플로우 공정등을 통해 열을 가하여 솔더범프(540)를 인쇄 회로기판(600)에 융착시킨다.
도 10은 상기 본 발명에 따른 반도체 촬상소자의 패키지에 렌즈 유닛이 결합된 반도체 이미지 센서의 모듈을 보인 단면도이다. 반도체 촬상소자(310)가 장착된 투명기판(400)은 솔더범프(540)이 인쇄회로기판(600) 상에 부착되어 있으며, 투명기판(400) 상부로 렌즈유닛(700)이 설치되어 있다. 상기 렌즈유닛(700)은 상기 인쇄회로기판(600))에 설치되는 렌즈홀더(710)에 의해 지지되어 반도체 촬상소자(310)의 이미지센싱부(330) 상부에 구비된다.
본 발명의 반도체 이미지센서 모듈은 상기 반도체 촬상소자(310)와 거의 동일한 크기로 대폭 축소된다. 또한, 본 발명에 의해 제조된 반도체 이미지센서 모듈은 최종 전극단자가 소자 후면에 구비되고, 그 전극단자가 솔더이기 때문에 후속 카메라 모듈 공정을 더욱 용이하게 한다. 또한, 반도체 촬상소자의 표면이 유리 기판으로 보호됨으로써 후속 공정에서 발생할 수 있는 이물질에 의한 오염이 발생되더라도 간단한 세정으로 쉽게 제거할 수 있다.
이상에서는, 본 발명을 반도체 촬상소자에 관하여만 설명하였으나, 이에 국한되지 않고 표면의 화학적 기계적 보호가 필요한 다양한 반도체소자의 플립칩 범핑 방식을 통한 패키징하는 기술에 매우 효과적으로 적용할 수 있으며, 본 발명의 기술적 사상을 이탈하지 않는 범위 내에서 당업자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 칩 사이즈 반도체 촬상소자 패키지를 제공한다. 따라서, 반도체 이미지 센서 모듈을 반도체 촬상소자와 거의 동일한 크기로 제작할 수 있게 전자제품의 소형화 추세에 매우 효과적으로 대처할 수 있다. 아울러, 와이어 본딩 방식을 적용하는 종래 반도체 촬상소자의 패키지 제조방법에 비해 공정이 간편하고, 시간을 단축시킬 수 있게 되어 생산성을 향상시킬 수 있다.
또한, 유리기판에 플립칩 범핑된 반도체 촬상소자를 실장함과 동시에 소자 주변부를 밀봉함으로써 후속 공정에서 발생할 수 있는 반도체 촬상소장의 표면 오염을 방지할 수 있게 된다.
또한, 완성된 제품의 최종 접속 단자인 솔더 범프이고 반도체 촬상소자의 후면에 배면에 위치함으로 인해서, 인쇄회로기판에 실장 및 정렬이 용이하다.
Claims (26)
- 중앙에 이미지 센싱부를 구비하며, 외부와의 전기적인 연결을 위하여 표면 가장자리에 다수의 범프가 형성되어 있는 반도체 촬상소자와;상기 반도체 촬상소자가 장착되도록 단차가 형성되어 있는 투명기판과;상기 투명기판상에 형성되며 상기 범프와 접촉하는 다수의 전극 패드를 갖는 제1배선층과;상기 투명기판상에 형성되어 상기 제1배선층의 일부분을 노출시킨 채로 상기 반도체 촬상소자를 밀봉시키는 제1폴리머층과;상기 제1배선층과 연결되고, 상기 제1폴리머층 상에 상기 반도체 촬상소자의 범프로부터 상기 이미지 센싱부 방향으로 연장되어 형성되며, 다수의 전극 패드를 갖는 제2배선층과;상기 반도체 촬상소자의 범프의 수직 상부가 노출되도록 상기 제2배선층의 일부분을 노출시킨 채로 상기 제1폴리머층 상에 형성되는 제2폴리머층; 및상기 반도체 촬상소자의 범프와 수직적인 위치가 동일하도록 상기 노출된 상기 제2배선층 상에 형성되는 다수의 솔더범프를 포함하며,상기 투명기판은 반도체 촬상소자가 실장되었을 때 상기 투명기판의 표면이 적어도 촬상소자의 범프 보다 높도록 단차가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 삭제
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- 제1항에 있어서, 상기 제1배선층은 투명기판의 단차가 형성된 영역에서 상기 범프와 접촉되는 내부 전극패드와, 외부와 전기적으로 연결하기 위하여 투명기판의 가장자리에 형성된 외부 전극패드와, 상기 내부 전극패드 및 외부 전극패드를 연결하는 연결배선으로 구성되는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제4항에 있어서, 상기 제2배선층은 상기 외부 전극패드와 연결되는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제1항에 있어서, 상기 이미지 센싱부에는 평탄화층, 컬러필터층 및 마이크로 렌즈가 적층된 기능성 폴리머층이 형성되는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제1항에 있어서, 상기 범프는 반도체 촬상소자의 표면 가장자리에 절연막에 의해 선택적으로 노출되는 전극패드에 위치하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제7항에 있어서, 상기 전극패드 상에는 적어도 하나의 금속박막층이 형성되어 있는 반도체 촬상소자 패키지
- 제8항에 있어서, 상기 금속박막층은 적층된 금속접착층과 도금용 금속층으로 구성되는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제9항에 있어서, 상기 금속접착층은 Ti, Al, Cr, 또는 Ti, Al 및 Cr 중의 적어도 하나를 함유하는 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제9항에 있어서, 상기 금속접착층의 두께는 100Å~5000Å 인 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제9항에 있어서, 상기 도금용 금속층은 Au, Cu, Ni 또는 Au, Cu 및 Ni 중의 적어도 하나를 함유하는 합금인 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제9항에 있어서, 상기 도금용 금속층은 하나 이상의 층으로 구성되며, 각 층의 두께는 100Å~5000Å 인 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제1항에 있어서, 상기 투명기판의 일면에는 일정 파장 영역의 빛을 선택적으로 거르거나 투과시킬 수 있는 코팅막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 범프의 재질은 Au, 솔더(solder), 및 Cu 중에 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제17항에 있어서, 상기 범프의 재질이 Au 인 경우, 투명기판과의 접촉부에는 열경화성 수지, 열경화성 수지 또는 열경화성과 열가소성이 조합된 수지를 주성분으로 하는 이방 전도성 폴리머층이 형성되며, 이때 이방 전도성 폴리머는 액상의 이방 전도성 접착제 또는 준경화되어 일정 형상을 갖는 고상의 이방 전도성 필름인 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제1항에 있어서, 상기 범프는 균일하게 분포된 구형 또는 각형의 도전성 금속 돌기인 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제19항에 있어서, 상기 도전성 금속볼은 Au, Ni, Ag 및 Cu 중에 선택되는 어느 하나 이상으로 구성되는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제20항에 있어서, 상기 도전성 금속볼의 직경은 0.5㎛ ~ 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지.
- 제1항에 따른 반도체 촬상소자 패키지와, 상기 패키지가 실장되는 인쇄회로기판과, 상기 인쇄회로기판 상에 설치되는 렌즈홀더와, 상기 렌즈홀더에 지지되어 상기 반도체 촬상소자 패키지 상부에 구비되는 렌즈유닛을 포함하여 구성되는반도체 이미지 센싱 모듈.
- 투명기판의 일면에는 필터층을 코팅하고,반도체 촬상소자의 높이보다 큰 깊이를 가지도록 상기 투명기판의 다른 면의 중앙부에 반도체 촬상소자가 실장되도록 식각하여 단차를 형성하고,상기 투명기판에서 반도체 촬상소자의 범프들이 접촉되는 영역에 제1배선층을 형성하고,상기 투명기판의 단차가 형성된 영역에 반도체 촬상소자를 실장하고,상기 투명기판에 제1폴리머층을 형성하여 상기 반도체 촬상소자를 밀폐시키고,상기 제1폴리머층의 일부를 식각하여 상기 제1배선층의 일부분을 노출시키고,노출된 상기 제1배선층 영역으로부터 상기 제1폴리머층 상으로 연장되는 제2배선층을 형성하고,상기 제1폴리머층 상에 제2폴리머층을 형성하고,상기 제2폴리머층의 일부를 식각하여 상기 제2배선층의 일부분을 노출시키고,상기 반도체 촬상소자의 범프와 수직한 방향의 위치가 동일하도록 노출된 상기 제2배선층 영역에 솔더 범프를 형성하는 것을 포함하여 구성되는 반도체 촬상소자 패키지 제조방법.
- 제23항에 있어서, 상기 반도체 촬상소자의 범프는반도체 촬상소자의 표면에 절연막을 형성하고, 반도체 촬상소자의 가장자리에 형성된 전극패드들이 노출되도록 상기 절연막을 선택적으로 식각하고,상기 반도체 촬상소자 중앙의 이미지센싱부 상에 적어도 하나의 기능성 폴리머층을 형성하고,상기 반도체 촬상소자의 표면에, 온도를 상온 ~ 200℃ 정도로 유지하면서, 적어도 하나의 금속박막층을 형성하고,상기 반도체 촬상소자의 표면에 감광막을 형성한 다음, 상기 금속박막층이 노출되도록 노광 및 현상하고,노출된 상기 금속박막층 상에 범프를 형성하는 것을 포함하여 구성되는 단계에 의하여 형성되는 것을 특징으로 하는 반도체 촬상소자 패키지 제조방법.
- 제23항에 있어서, 반도체 촬상소자가 실장된 투명기판을 인쇄회로 기판에 정렬하여 부착시키는 단계를 추가로 포함하는 반도체 촬상소자 패키지 제조방법.
- 제23항에 있어서, 제1폴리머층 또는 제2폴리머층을 경화시키는 단계를 추가로 포함하는 반도체 촬상소자 패키지 제조방법.
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