KR100908199B1 - 이미지 센서 칩이 부착된 카메라 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

다양한 크기에 적용가능한 초소형 카메라 모듈이 개시된다. 본 발명에 따른 이미지 센서 칩이 부착된 초소형 카메라 모듈(100)은, 렌즈(10); 렌즈홀더(20); 이미지 센서 칩(30); 상기 이미지 센서 칩을 구동하는 회로가 구현된 모듈기판(40); 상기 모듈기판상으로부터 상기 이미지 센서 칩보다 높은 높이로 돌출되고, 상기 이미지 센서칩이 중앙에 위치하도록 중앙에 개구부가 형성된 프레임형상의 부재로서, 상기 모듈기판상에서 외곽표면을 따라 부착되는 칩 보호 프레임(50); 및 상기 이미지 센서 칩으로 인입하는 빛을 필터링하는 IR 필터(60)를 포함하고, 상기 칩 보호 프레임(50)과 상기 렌즈홀더(20)는 체결장치를 이용하여 탈부착가능하게 체결되며, 상기 IR 필터는 상기 렌즈홀더와 상기 칩 보호 프레임 사이에서 상기 칩 보호 프레임의 상부에 부착되는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 다양한 크기에 대해 렌즈홀더만 바꾸면되기 때문에 제조단가가 감소한다.

카메라 모듈, 이미지 센서, 초소형

Description

이미지 센서 칩이 부착된 카메라 모듈 및 그 제조방법{Camera module using image sensor chip and the method thereof}

도 1은 CLCC에 의해 패키징된 이미지 센서를 나타내는 도면이다.

도 2는 COB,COF 에 의해 패키징된 카메라 모듈을 나타내는 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 카메라 모듈(100)을 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명의 카메라 모듈이 반제품인 상태 즉 렌즈홀더가 체결되기 이전상태를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명의 카메라 모듈이 제품기판에 부착되는 모습을 나타내는 단면도이다.

도 6은 본 발명에 따른 카메라 모듈의 입체도 및 실제품을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따라 다양한 크기의 렌즈홀더를 나타내는 도면이다.

도 8 및 9은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 카메라 모듈의 단면도이다.

도 10은 본 발명에 따른 초소형 카메라 모듈 제조 방법을 나타내는 도면이다.

본 발명은 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor: CIS) 카메라 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 첫째 카메라 모듈의 크기를 자유롭게 변경가능하며 둘째 제조과정에서 파티클의 제거가 용이한 CIS 카메라 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.

휴대전화의 다기능화에 의해 카메라모듈이 탑재된 휴대전화가 대중적이다. 카메라모듈은 이미지 센서를 포함한다. 이미지 센서란 외부로부터의 영상신호를 전기적 신호로 변환하는 소자를 말하며, 이미지 센서는 반도체 웨이퍼의 조각(Die)으로부터 제조되는 것이 일반적이다. 이미지센서는 외부로부터의 충격을 보호하고 외부와 전기적접속을 위해 외부구조물과 결합되어 있으며, 이처럼 이미지 센서등의 반도체재료를 외부구조물과 결합하는 기술을 패키징 기술이라고 한다.

한편, 최근 휴대전화의 슬림화 경향과 함께 함께 카메라 모듈의 소형화가 중요한 이슈로 부각되고 있다. 카메라 모듈의 소형화를 위해서는 보다 적합한 패키징 기술의 선택이 필수적이다. 종래의 패키징 기술로는 CLCC(Ceramic Leaded Chip Carrier), COB(Chip on Board), COF(Chip on Film)가 널리 사용되고 있다.

도 1은 CLCC에 의해 패키징된 이미지 센서를 나타내는 도면이다.

이미지센서는 이미지센서->와이어->리드프레임을 통해 외부와 전기적으로 연결되어 있으며, 리드프레임->본딩->이미지센서->글래스의 순서로 구조적으로 연결되어 있다.

그러나 이러한 CLCC 패키징 기술은 첫째 특정회로없이 이미지센서를 구성하 는 패드(pad)와 패키지사이에 전기적 연결만 형성된 제품이기 때문에 카메라 모듈을 형성하기 위한 구동회로 구현이 제품의 기판 혹은 카메라 모듈의 기판에 별도로 필요하고, 둘째 무엇보다도 리드(lead)가 차지하는 공간 때문에 이미지센서 자체의 크기가 커지기 때문에 카메라모듈의 소형화자체가 불가능하다.

도 2는 COB,COF 에 의해 패키징된 카메라 모듈을 나타내는 도면이다.

카메라를 소형화하기 위해 선택된 패키징 기술로서, COB, COF 가 있다.

COB(Chip On Board) 기술은 칩을 보드(Board)에 직접 부착하는 기술로서, 칩과 같은 크기로 패키징됨으로써 패키지의 크기가 소형화 가능하다. 즉 이미지 센서 기능을 하는 CMOS 칩(15)을 모듈기판(16)에 부착하고, 렌즈홀더(14)를 모듈기판(16)에 부착하는 방식이다. 이때 적외선 필터링기능을 하는 IR 필터(13)는 렌즈홀더(14)에 부착된다. 이러한 공정에 의하면, 칩(15)을 모듈기판(16)에 직접 부착하기 때문에 모듈기판에 칩을 구동하기 위한 회로가 구현되고, 그 결과 칩 단위로 패키징이 수행되기 때문에 소형화에 적합하다. COF 기술은 칩이 보드(Board)대신 구동회로가 구현된 플랙시블한 형태의 필름(flexible printed circuit = film)에 부착된다는 것과 차이가 있고 나머지는 COB 기술과 동일하다.

그러나, 이러한 COB, COF을 이용한 패키징 기술은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

첫째, 카메라 모듈의 크기와 형상 변경에 대응하기가 용이하지 않다.

즉 다양한 크기의 카메라 모듈을 생산하기 위해선 별도의 COB 공정이 행해져야 한다. 카메라모듈은 모듈기판+칩+홀더+렌즈로 이루어지고, 카메라 모듈의 크기 및 형상은 홀더의 크기 및 형상에 의해 결정된다. 제품과 연결되는 부분은 홀더이기 때문에 제품의 규격변동은 홀더의 규격변동을 의미하기 때문이다. 이 경우 종래의 COB 공정에 의해 카메라 모듈을 생산하는 경우에는, 홀더의 형상마다 별도의 COB 공정이 수행되어야한다. 왜냐하면 홀더 형상 및 그에 따라 모듈기판상에서의 홀더부착위치를 변경해야되기 때문에 홀더부품의 변경 및 모듈기판의 설계 및 제작을 변경해야하기 때문이다. 이는 별도의 제조라인 구성이라는 제조단가의 상승을 가져온다.

둘째, 파티클이 증가되고 또한 파티클의 제거가 용이하지 않다.

COB 기술에서는 카메라 모듈의 제조공정 동안 칩의 재료로 사용되는 웨이퍼 조각 즉 다이(die)가 오픈된 상태로 오래 지속된다. 즉 칩을 모듈기판에 부착하는 단계, 렌즈를 홀더에 부착하는 단계, 홀더를 모듈기판에 부착하는 단계, IR 필터를 홀더에 부착하는 단계등이 수행되는 동안 모듈기판에 부착된 칩은 파티클에 노출된 상태로 지속된다. 따라서 칩 상부표면에 파티클이 부착되는 등의 파티클의 증가로 인한 수율감소 문제가 발생한다.

또한 홀더가 모듈기판에 직접 부착되므로 홀더가 모듈기판에 부착되고 나면 파티클을 제거하기가 용이하지 않다. 이는 카메라 모듈 제작과정 전체에서 파티클을 제어할 수 있는 방법이 적다는 것을 의미하고, 이 역시 수율감소의 문제를 야기한다(예를 들면 IR 필터가 홀더내부에 부착되고 홀더에 모듈기판에 바로 부착되므로, 파티클 제거를 위한 블로잉의 공간이 부족하거나 블로잉 단계를 어느 단계에서서 수행해야할지 결정하기가 용이하지 않다).

따라서, 본 발명은 전술한 과제를 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 카메라 모듈 형상 변경에 보다 탄력적으로 대응가능한 구조를 가지는 카메라 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 목적은 제조과정중에서 파티클이 감소되고 파티클의 제거가 용이한 카메라 모듈 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.

전술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 이미지 센서 칩이 부착된 초소형 카메라 모듈(100)에 있어서, 렌즈(10); 렌즈홀더(20); 이미지 센서 칩(30); 상기 이미지 센서 칩을 구동하는 회로가 구현된 모듈기판(40); 상기 모듈기판상으로부터 상기 이미지 센서 칩보다 높은 높이로 돌출되고, 상기 이미지 센서칩이 중앙에 위치하도록 중앙에 개구부가 형성된 프레임형상의 부재로서, 상기 모듈기판상에서 외곽표면을 따라 부착되는 칩 보호 프레임(50); 및 상기 이미지 센서 칩으로 인입하는 빛을 필터링하는 IR 필터(60)를 포함하고, 상기 칩 보호 프레임(50)과 상기 렌즈홀더(20)는 체결장치를 이용하여 탈부착가능하게 체결되며, 상기 IR 필터는 상기 렌즈홀더와 상기 칩 보호 프레임 사이에서 상기 칩 보호 프레임의 상부에 부착되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 칩 보호 프레임(50)의 측면에는 체결홈(52)이 형성되고, 상기 측면에 대응하는 상기 렌즈홀더의 외곽측면에는 상기 홈에 대응하도록 돌출된 형상의 체결부(22)가 형성되고, 상기 체결홈과 상기 체결부가 체결됨으로써 상기 칩 보호 프레임과 상기 렌즈홀더가 체결되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 칩 보호 프레임(50)은 상기 카메라모듈을 제품기판에 부착할 때 SMT(Surface Mount Technlolgy)을 수행할 수 있는 정도의 내열성을 가진 재질로 형성된 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 칩 보호 프레임(50)은 액정 폴리머(LCP, Liquid Crystal Polymer)로 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 체결장치는, 상기 모듈기판에 부착된 상기 이미지 센서 칩의 픽셀 영역의 중심과 상기 렌즈 홀더에 부착된 상기 렌즈의 중심이 일치하도록 하는 위치에서 상기 렌즈홀더와 상기 칩 보호 프레임에 형성되는 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 칩 보호 프레임은, 외부의 빛이 상기 렌즈홀더와 상기 칩 보호 프레임의 결합부분사이를 통과할 수 없도록, 상기 칩 보호 프레임의 상부면이 단턱(56)이 형성된 상태로 상기 렌즈홀더와 체결된 것을 특징으로 한다.

일 실시예에서, 상기 단턱(56)은 상기 칩 보호 프레임의 외곽면에서 하부면으로 경사진 경사면(59)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명은, 이미지 센서칩이 부착된 초소형 카메라 모듈을 제조하는 방법에 있어서, 이미지 센서 칩을 상기 이미지 센서 칩을 구동하는 회로가 구현된 모듈기판에 부착하는 단계; 상기 모듈기판상으로부터 상기 이미지 센서 칩보다 높은 높이로 돌출되고 상기 이미지 센서 칩이 중앙에 위치하도록 중앙에 개구부가 형성된 프레임 형상의 칩 보호 프레임에 IR 필터를 부착하는 단계; 상기 모듈기판에 N2 블로 잉을 실시함으로써 파티클을 제거하는 단계; 상기 칩 보호 프레임을 상기 모듈기판에 부착하는 단계; 렌즈를 상기 칩 보호 프레임과 탈부착가능하게 체결가능한 체결장치를 포함하는 렌즈홀더에 부착하는 단계; 상기 렌즈홀더를 상기 칩 보호 프레임에 체결함으로써 카메라 모듈을 생성하는 단계; 및 상기 카메라 모듈을 제품기판에 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명에 따른 카메라 모듈(100)을 나타내는 도면이다.

본 발명에 따른 카메라 모듈(100)은 렌즈(10), 렌즈홀더(20), 이미지 센서 칩(30), 모듈기판(40), 칩 보호 프레임(50) 및 IR 필터(60)를 포함한다.

렌즈(10)는 카메라 모듈에서 촬상을 위해 피사체를 확대 혹은 축소하기 위한 광학적 구조체이다.

렌즈홀더(20)는 렌즈(10)를 지지하는 부재로서, 카메라 모듈의 형상에 따라 다양한 형상으로 제조가능하다. 즉 렌즈홀더(20)는 카메라모듈(100)이 카메라 모듈이 사용되는 최종 제품 예를 들면 디지털 카메라 혹은 휴대폰등에 부착되기 위한 구조체를 구성하며, 그 결과 렌즈홀더(20)의 형상 및 규격은 최종 제품의 형상 및 규격에 따라 상이해진다.

본 발명에 따른 렌즈홀더(20)는 체결부(22)를 포함한다. 체결부(22)는 렌즈홀더(20)의 하부에 위치하는 말단이 걸쇠형상으로 돌출된 형상의 부재로서, 렌즈홀더(20)를 칩 보호 프레임(50)에 고정시키는 역할을 한다.

이미지 센서 칩(30)은 외부로부터 광신호를 받아 전기신호로 변환하는 전기광학적 소자로서 당업계에 주지되어 있으며, 최근에는 씨모스 이미지 센서(CIS, CMOS Image Sensor)가 널리 사용되고 있다. 씨모스 이미지 센서는 파티클에 취약하기 때문에 파티클의 감소 및 제거가 카메라 모듈의 수율에 큰 영향을 미친다.

모듈기판(40)은 평판형상의 부재로서 이미지 센서 칩(30)을 구동하기 위한 구동회로 및 수동소자를 포함한다. 모듈기판(40)의 중앙부에는 이미지 센서 칩(30)이 부착된다.

칩 보호 프레임(50)은 중앙에 개구부가 형성된 프레임형상의 부재로서, 상기 모듈기판상에서 상기 모듈기판의 외곽표면을 따라 부착되며, 상기 모듈기판상에 부착되었을 때 상기 모듈기판상으로부터 상기 이미지 센서 칩 보다 높은 높이를 가진다. 즉 모듈기판(40)의 상부의 중앙표면에 이미지 센서 칩(30)이 부착되고, 모듈기판의 상부의 외곽표면을 따라 칩 보호 프레임(50)이 부착된다. 칩 보호 프레임(50)의 높이는 이미지 센서 칩(30)의 높이보다 크다.

본 발명에서 칩 보호 프레임(50)은 외곽측면에 체결홈(52)을 포함한다. 체결홈(52)은 상기 렌즈홀더(20)의 체결부(22)에 대응하는 홈 형상으로 형성되어, 체결부(22)가 체결홈(52)에 삽입됨으로써 렌즈홀더(20)가 칩 보호 프레임(50)에 부착되도록 한다. 따라서 칩 보호 프레임(50)의 체결홈(52)과 렌즈홀더(20)의 체결부(22)는 홈과 돌출형상으로 구성되어 칩 보호 프레임과 렌즈홀더를 고정부착하는 체결장치의 기능을 한다. 즉 본 발명에서 칩 보호 프레임(30)과 렌즈홀더(20)는 체결장치(22,52)를 이용하여 탈부착가능한 상태로 고정된다.

일 실시예에서, 체결부(22)는 탄성부재 예를 들면 합성수지로 형성되는 것이 바람직하다. 칩 보호 프레임과 렌즈홀더가 좀 더 용이하게 탈부착가능하게 하기 위함이다.

IR 필터(60)는 평판형상의 반투명 혹은 투명한 부재로서, 적외선등 카메라의 감광기능에 유익하지 않은 광 성분을 필터링하는 기능을 한다. IR 필터(60)는 당업계에 널리 알려져 있으며, 일반적으로 유리(glass)가 사용된다. 본 발명에서 IR 필터(60)는 칩 보호 프레임(50)의 상부에 부착된다.

도 4는 본 발명의 카메라 모듈이 반제품인 상태 즉 렌즈홀더가 체결되기 이전상태를 나타내는 도면이다.

도 4에 나타난 바와 같이, 본 발명의 카메라 모듈의 제조 공정은 ①모듈기판에 이미지센서칩, 칩보호프레임 및 IR 필터를 부착함으로써 칩 어셈블리(70) 생성 -> ②렌즈홀더에 렌즈부착 -> ③렌즈홀더를 칩 어셈블리(70)에 부착의 순서로 진행된다.

도 5는 본 발명의 카메라 모듈이 제품기판에 부착되는 모습을 나타내는 단면도이다.

도 5에 나타난 바와 같이, 본 발명의 카메라 모듈(100)은 제품기판(1)에 부착된다. 제품기판(1)은 카메라 모듈(100)을 최종제품 예를 들면 휴대폰에 설치하기 위해 제품에 형성된 기판으로서, 제품에 바로 설치되거나 제품에 설치된 기판으로부터 연장된 기판으로서, 일반적으로 PCB(Printed Circuit Board) 혹은 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)이다.

이하 본 발명의 효과를 설명한다.

첫째, 본 발명에서, 렌즈홀더(20)는 모듈기판(40) 혹은 제품기판(1)에 부착되는 것이 아니라 칩 보호 프레임(50)에 부착되기 때문에, 다양한 크기의 렌즈홀더에 대해 다양한 모듈기판의 설계가 필요없어 제품 단가가 감소된다.

종래에는 렌즈홀더(20)가 모듈기판 혹은 제품기판에 부착되기 때문에, 렌즈홀더의 크기를 변경하기 위해서는 모듈기판 혹은 제품기판의 전극위치등의 변경이 불가피하였고 이에 따라 렌즈홀더의 다양한 크기에 따라 별도의 기판 설계가 필요하였다. 최종 제품 즉 휴대폰 카메라등에 따라 설치되는 카메라 모듈의 종류가 상이하다. 또한 카메라 모듈이 최종 제품에 부착되는 부분은 렌즈홀더부분이기 때문에 렌즈홀더의 크기 및 형상은 카메라 모듈의 크기 및 형상을 결정한다. 따라서 제조자는 다양한 최종 제품을 설계하기 위해서는 다양한 렌즈홀더의 크기 및 형상을 설계할 수 밖에 없는데, 종래의 도 1 의 COB 기술에 의하면 렌즈홀더가 모듈기판 혹은 제조기판에 직접 부착되므로, 렌즈홀더의 형상 및 크기 변경에 의해 모듈기판 혹은 제조기판의 설계변경이 불가피하다. 이는 기판을 별도 제작하여야 하므로 제품 단가 상승의 원인이 된다.

그러나 본 발명에서는 렌즈홀더(20)가 칩 보호프레임(50)에 부착되고 칩 보호 프레임(50)이 모듈기판(40)상에 부착되고, 모듈기판(40)이 제품기판(1)상에 부착되므로, 렌즈홀더의 크기를 변경하는 경우 렌즈홀더만 교체하면된다. 즉 모듈기판+이미지센서칩+IR필터 로 구성되는 칩 어셈블리(70)를 하나의 규격으로 제조하여두고, 렌즈홀더 및 렌즈를 다양한 규격으로 설계하기만 하면, 다양한 크기 및 형상 의 최종 제품에 적용가능하다. 모듈기판이 하나의 규격이기 때문에 제품기판도 하나의 규격이면 족하기 때문이다. 즉 다양한 크기의 모듈기판을 제조할 필요가 없고, 모듈기판과 제조기판의 규격화 일치는 자동으로 해결된다. 이는 카메라모듈의 규격화를 달성할 수 있어 결국 제조단가의 감소를 가져온다.

둘째, 본 발명에 의하면 파티클에 의한 센서 열화가 감소된다.

종래의 COB 기술을 이용한 카메라 모듈 제조 공정은, IR 필터 및 렌즈를 렌즈홀더에 부착함으로써 렌즈어셈블리 생성 -> COB 공정(이미지 센서 칩을 모듈기판에 부착한후 모듈기판을 제조기판에 부착하거나 혹은 이미지센서칩을 제조기판에 부착한후 와이어본딩) -> 렌즈어셈블리를 모듈기판에 부착 의 순서로 진행된다. 즉, 카메라 모듈이 제품기판에 부착되는 과정에서 이미지 센서 칩은 모듈기판 혹은 제품기판에 부착된 상태에서 렌즈어셈블리를 모듈기판에 부착되는 공정이 진행되고, IR 필터는 렌즈홀더에 부착되어 있으므로, 이미지 센서 칩은 렌즈홀더가 부착되기 이전공정과정에서 이미지 센서 칩은 파티클에 노출된 상태로 계속 유지된다. 이미지 센서 칩은 고순도의 웨이퍼로 형성되기 때문에 파티클은 제품 수율에 치명적이다.

반면 본 발명에서는 칩 어셈블리(70)가 공정 초기에서 미리 만들어지고 칩 어셈블리(이미지 센서+모듈기판+칩 보호 프레임+IR 필터)는 IR 필터에 의해 외부로부터 파티클의 접근이 차단된 상태로 렌즈홀더 부착공정 및 모듈기판과 제품기판의 부착공정이 진행된다. 따라서, 파티클이 이미지 센서 칩에 접근할 수 있는 공정시간이 짧고 공정중 파티클로의 노출이 적고, 결국 이는 높은 수율을 달성할 수 있 다.

셋째 본 발명에서는 칩 보호 프레임에 의해 N2 블로잉을 수행할 수 있는 공간이 제공되므로, 파티클의 제거가 용이하다.

파티클을 제거하기 위한 방법중 하나는 N2 블로잉 (N2 blowing)이 널리 사용된다. N2 블로잉 방법은 화학적으로 안정한 상태의 N2 가스를 파티클이 발생할 여지가 높은 지역에 불어줌으로써(blowing) 파티클을 물리적으로 제거하는 방법인데, 이 방법을 수행하기 위해서는 블로잉할 수 있는 공간 및 파티클이 외부로 방출될 수 있는 공간이 필요하다.

종래에는 IR 필터가 렌즈홀더에 부착되고, 렌즈홀더는 모듈기판 혹은 제품기판에 직접부착되기 때문에 렌즈홀더가 부착되고 나면 N2 블로잉을 실시할 수 있는 공간이 없다. 더욱이 IR 필터가 렌즈홀더에 부착되기 때무에 N2 블로잉을 하기에는 공간이 적절하지 않다. 따라서 렌즈홀더가 부착되기 이전에 N2 블로잉을 수행할 수 밖에 없게 되고 결국 렌즈홀더가 부착되기 이전에 발생한 파티클만 제거가능하게 된다.

본 발명에서는 N2 블로잉공정을 모듈기판에 이미지 센서칩 및 칩 보호 프레임을 부착한후 수행하고, 그 후에는 IR 필터를 칩 보호 프레임에 부착하는 고정만 수행하면 되므로, 파티클의 제거가 용이하다. 보다 상세히, 본 발명에서는 이미지센서칩 및 칩 보호 프레임을 모듈기판에 부착 -> N2 블로잉 -> IR 필터를 칩 보호 프레임에 부착의 순서로 진행되고 IR 필터를 칩 보호 프레임에 부착하고 난후는 이미지 센서칩이 파티클에 노출되지 않기 때문에 그 이전단계에서만 파티클 제거 공 정을 실시하면된다. 그런데 칩 보호 프레임은 높이가 별로 높지 않고 상부가 개방된 형태의 부재이기 때문에 이미지 센서 칩에 대해 N2 블로잉을 하는데 충분한 공간이 확보된다. 즉 종래의 렌즈홀더에 비해 칩 보호 프레임은 그 형상의 특이성에 의해 N2 블로잉 공정을 수행하기가 훨씬 수월하다. 결국 파티클의 제거 자체도 렌즈홀더가 직접 기판에 부착되는 종래경우보다 용이하다.

또한 모듈기판에 이미지센서칩을 부착-> IR 필터를 칩보호프레임에 부착-> IR필터+칩보호프레임을 모듈기판에 부착의 순서로 진행되는 경우에도, IR 필터 + 칩 보호 프레임을 부착하기 전에는 N2 블로잉을 할수 있는 공간이 충분하므로 역시 파티클의 제거가 용이하다.

넷째 렌즈중심과 이미지센서칩의 픽셀영역중심의 일치화가 용이하다.

본 발명의 일 실시예에서, 이미지 센서 칩(30)의 픽셀 영역의 중심과 렌즈(10)의 중심이 일치하는 위치에서 체결되도록 하는 위치에서, 렌즈홀더(20)와 칩 보호 프레임(50)이 체결장치(22,52)에 의해 체결된다.

올바른 카메라 모듈의 성능을 발휘하기 위해, 렌즈의 중심과 이미지 센서 칩 의 픽셀 영역의 중심은 일치해야 한다. 이 2개의 중심을 일치시키는 공정이 얼라이먼트(alignment)공정이다. 도 1의 종래의 경우에는 렌즈홀더가 직접 모듈기판에 부착되기 때문에, 렌즈홀더가 모듈기판에 부착되는 공정을 수행할 때 얼라인먼트를 수행해야 한다. 즉 수천회 부착공정마다 얼라인먼트가 행해져야 한다는 단점이 있다.

그러나 본 발명에서는 칩 보호 프레임(50)에 렌즈홀더(20)가 부착되고, 칩 보호 프레임과 렌즈홀더의 부착위치는 한번 설계되어 정해지면 고정되기 때문에, 부착시마다 매번 얼라인먼트를 수행할 필요가 없다. 즉 최초 설계시에 2개의 중심이 일치하도록 체결홈(52)과 체결부(22)의 위치를 정해놓으면 그 이후의 부착공정에서는 단지 체결홈과 체결부를 맞춰서 끼우기만 하면 자동적으로 얼라인먼트가 수행된다. 따라서 얼라인먼트를 매번 수행할 필요가 없고 반복에 의한 오류가능성이 감소되어 제품 수율이 증가된다. 또한 종래에서는 렌즈홀더를 제품기판에 부착할 때 중심일치여부에 대해 즉시 확인하기가 불가능하지만, 본 발명에서는 체결홈(52)와 체결부(22)의 체결확인으로 중심일치에 대한 확인이 가능하다.

다섯째, 본 발명에서는 모듈기판이 규격화되기 때문에 모듈기판과 부착되는 제품기판(주로 FPCB)의 종류도 간편화시킬 수 있고 따라서 최종 제품의 단가도 직접 절감시킬 수 있다. 모듈기판과 제품기판은 전극위치, 크기면에서 서로 일치하여야 한다. 그러나 종래에는 칩이 직접 제품기판에 부착되기 때문에 제품기판이 이미지 센서칩에 따라 다양하게 재설계되어야 하거나, 칩의 크기에 따라 전극위치 및 레이아웃의 변경이 필요하였으나 본 발명에서는 모듈기판이 규격화되므로 제품기판도 규격화가능하고 그 결과 최종제품의 단가 감소효과도 직접 가져올 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 카메라 모듈의 입체도 및 실제품을 나타내는 도면이고, 도 7은 본 발명에 따라 다양한 크기의 렌즈홀더를 나타내는 도면이다.

도 6에 나타난 바와 같이, 카메라 모듈은 칩 어셈블리(모듈기판+이미지센서칩+칩보호프레임+IR필터) + 렌즈 어셈블리(렌즈+렌즈홀더)로 구성된다. 즉 칩 어셈블리와 렌즈 어셈블리가 제조상 파트상 별도의 개념이기 때문에 첫째 제품 크기 및 형상 변경에 대해 보다 용이하게 적용할 수 있고, 둘째 파티클의 제거 측면에서는 칩 어셈블리의 제조단계에서만 파티클이 문제되기 때문에, 파티클이 감소되고 제거가 용이해진다.

도 7은 동일한 규격(크기,형상)의 칩 어셈블리에 부착할 수 있는 다양한 규격의 렌즈 홀더를 나타내는 도면이다. 본 발명에 의하면 이처럼 칩 어셈블리의 변경없이 렌즈홀더의 변경만으로 최종제품의 규격에 용이하게 적용가능하기 때문에 제품단가의 감소를 달성할 수 있다.

본 발명의 변형된 실시예에서, 칩 보호 프레임(50)은 카메라 모듈(100)을 제품기판(1)에 부착가능한 정도의 열에 강한 재질로 제조되며, 더욱 바람직하게는 액정 폴리머(LCP, Liquid Crystal Polymer)로 제조되는 것이 바람직하다.

카메라 모듈(100)을 제품기판(1)에 부착하는 공정은 ACF방법(Anisotropic Conductive Film method), Hot-Bar방법 및 SMT방법(Surface Mount Technology method)으로 구현가능하다. 이 공정은 모두 당업계에 알려져 있다. ACF 방식 및 Hot-Bar 방식은 SMT에 비해 상대적으로 저온의 열을 사용하기 때문에 일반적으로 열에 약한 합성수지 재질의 렌즈홀더를 기판에 용이하게 부착할 수 있다는 장점이 있으나 공정이 복잡하고 복잡한 공정의 수율감소를 위해 기판 재질을 고가의 Rigid PCB로 선택해야 해야한다는 단점이 있다. 반면 SMT 공정은 상대적으로 간단하고 공정의 수정이 용이하기 때문에 쉽게 부착가능하다는 장점이 있으나, 일반적으로 210도 전후의 고온의 열을 사용해야 한다는 단점이 있다.

즉 도 1의 종래의 카메라 모듈의 경우에는 렌즈홀더를 직접 모듈기판 혹은 제품기판에 부착하는 경우에는 열에 약한 재질인 렌즈홀더가 변형될 위험 때문에 SMT 공정을 적용할 수 없다. 그렇다고 해서, 렌즈홀더를 열에 강한 재질로 제조하는 것은 단가측면에서 바람직하지 않다.

반면 본 발명의 카메라 모듈의 경우에는 렌즈홀더가 직접 모듈기판 혹은 제품기판에 부착되는 것이 아니라 칩 보호 프레임에 체결되고, 칩 보호 프레임이 모듈기판 혹은 제품기판에 부착되므로, 칩 보호 프레임을 열에 강한 재질로 제조한다면 SMT 공정을 적용하여 카메라 모듈을 제품기판에 부착할 수 있다.

특히 칩 보호 프레임은 첫째 렌즈홀더에 비해 부피가 매우 작으므로 열에 강한 재질을 사용한다고 해서 비용이 급격히 증가하지 않으며 둘째 칩 보호 프레임은 하나의 규격으로 통일화되어 있으므로 다양한 규격마다 제조단가가 증가하는 위험을 감수하지 않아도 된다. 따라서 본 발명의 경우 칩 보호 프레임을 SMT가 적용가능한 정도로 열에 강한 재질로 제조하면 SMT의 적용이 가능하고 이로 인해 비용상승, 공정복잡등의 문제점을 해소할 수 있다(아래 표 1 참조). 특히 SMT 적용상의 문제점은 제품기판이 FPCB인 경우 더욱 증대되므로, 본 발명의 효과는 제품기판이 FPCB인 경우 더욱 증가된다.

[표 1]

	ACF, Hot-Bar	SMT
적용온도	저온	고온
공정의 특이성	복잡, 고비용	단순, 저비용
종래의 카메라모듈제조	적용가능, but 복잡, 고비용	"적용불가"
본발명의 카메라모듈제조	적용가능, but 복잡, 고비용	"적용가능"

이 실시예의 바람직한 실시예에서, 칩 보호 프레임의 재질로서 열에 강한 재질은 액정 폴리머(LCP, Liquid Crystal Polymer)가 적합하다. SMT 공정의 적용온도 는 210도 전후인 반면 액정 폴리머의 내열온도는 250도 이상이기 때문이다.

도 8 및 9은 본 발명의 변형된 실시예에 따른 카메라 모듈의 단면도이다.

본 발명의 변형된 실시예에서, 칩 보호 프레임(50)은 외부의 빛이 렌즈홀더(20)와 칩 보호 프레임(50)의 결합부분사이를 통과할 수 없도록, 칩 보호 프레임(50)의 상부면이 단턱이 형성된 상태로 렌즈홀더(20)과 체결된 것을 특징으로 한다.

올바른 카메라 동작을 위해, 이미지 센서 칩(30)에는 렌즈홀더(20) 및 IR 필터(60)를 통과한 빛만이 인입하는 것이 바람직하다. 카메라 모듈의 동작은 렌즈 및 IR 필터를 통과한 빛의 특성을 가정해서 동작 및 기능을 설정하기 때문이다. 만약 그 이외의 빛이 이미지 센서 칩에 도달하면 촬상 화면의 열화가 발생된다.

도 8은 렌즈홀더(20)와 칩 보호 프레임(50)이 체결되는 모습을 나타내는 단면도이다. 칩 보호 프레임(50)의 상부면에는 단턱(56)이 형성되어 있고, 렌즈홀더(20)는 단턱(56)에 대응하는 형상으로 형성된 하부면이 단턱(56)의 상부면에 체결되기 때문에, 외부의 빛이 이미지 센서 칩(30)으로 인입할 수 없다. 즉 렌즈 및 IR 필터를 통과한 빛만이 이미지 센서 칩(30)에 도달할 수 있다.

도 9는 칩 보호 프레임(50)과 렌즈홀더(20)의 결합부위를 확대한 도면이다.

도 9에 나타난 바와 같이, 칩 보호 프레임(50)의 단턱(56)의 외부면(57,58,59)와 렌즈홀더의 내부면(27,28,29)은 서로 동일한 형상으로 요철결합되어 있다. 따라서 직진성을 가지는 외부의 빛이 칩 보호 프레임으로 인입할 수 없다. 특히 빛L 은 굴절성 및 반사성도 동시에 가지고 있으나, 도 10에 나타난 바와 같이, 단턱의 구조에 의해 최소한 2번이상 굴절되게 되어 있으므로, 칩 보호 프레임(50)의 내부로 인입할 수 있는 빛은 거의 차단가능하다.

일 실시예에서, 단턱(56)은 칩 보호 프레임(50)의 외곽면에서 하부면으로 경사진 경사면(59)를 포함한다. 단턱(56)의 상부에 형성된 경사면(59)은 하부방향으로 경사져 있고, 카메라 모듈이 최종제품에 부착되는 구조를 고려하면, 외부의 빛은 더욱 칩 보호 프레임(50)으로 인입할 수 없다.

도 10은 본 발명에 따른 초소형 카메라 모듈 제조 방법을 나타내는 도면이다.

단계 101에서, 모듈기판에 이미지 센서 칩을 부착한다.

단계 102에서, 칩 보호 프레임에 IR 필터를 부착한다.

단계 103에서, 단계 101에서 생성된 모듈기판+이미지센서칩에 N2 블로잉을 실시함으로써 파티클을 제거한다. 렌즈홀더가 없는 상태에서 N2 블로잉이 가능하므로 파티클의 제거가 보다 용이해진다.

단계 104에서, 단계 102에서 생성된 칩 보호 프레임+IR 필터를 단계 103의 모듈기판에 부착한다. 이로서 밀폐된 상태의 이미지센서칩+모듈기판+칩보호프레임+IR필터 = 칩 어셈블리(70)가 생성되었다. 칩보호 프레임+IR 필터에 의해 이미지 센서칩이 밀폐되기 때문에 제조공정중 파티클에 노출되는 시간이 감소된다.

단계 105에서 렌즈를 렌즈홀더에 부착한다.

단계 106에서, 렌즈홀더를 칩보호프레임에 체결함으로써 단계105의 렌즈+렌즈홀더를 단계 104의 칩 어셈블리에 체결한다. 이로서 렌즈+렌즈홀더+이미지센서칩 +모듈기판+칩보호프레임+IR필터 = 카메라 모듈이 생성되었다. 렌즈홀더가 칩 보호 프레임에 체결되기 때문에, 렌즈홀더의 다양한 규격에 용이하게 대응가능하다.

단계 107에서, 단계 106의 카메라 모듈을 제품기판에 부착한다. 이 경우 제품기판이 FPCB이고, 칩보호 프레임이 액정폴리머인 경우 SMT기술을 이용해서 부착가능하다.

변형된 실시예에서, 단계 101 내지 104에서 모듈기판에 이미지센서칩부착-> 모듈기판에 칩보호프레임부착->N2블로잉->칩보호프레임에 IR필터부착의 순서로 진행되는 것도 가능하다. N2 블로잉을 실시하는 단계는 칩보호프레임의 부착여부와는 무관하게 IR 필터가 부착되기 이전상태에서만 수행하면 되기 때문이다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

전술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 렌즈홀더(20)는 모듈기판(40) 혹은 제품기판(1)에 부착되는 것이 아니라 칩 보호 프레임(50)에 부착되기 때문에, 다양한 크기의 렌즈홀더에 대해 다양한 모듈기판의 설계가 필요없어서 제품 단가가 감소된 다.

또한 본 발명에 의하면, 칩 보호 프레임 및 IR 필터의 밀폐구조에 의해 공정중 파티클로의 노출시간이 감소되므로 파티클에 의한 센서 열화가 감소된다.

또한 본 발명에 의하면, 칩 보호 프레임에 의해 N2 블로잉을 수행할 수 있는 공간이 제공되므로, 파티클의 제거가 용이하다.

또한 본 발명에 의하면, 칩 보호 프레임상에 렌즈홀더가 부착되는 위치가 고정되어 있으므로, 렌즈중심과 이미지센서칩의 픽셀영역중심의 일치화가 용이하다.

또한 본 발명에 의하면, 모듈기판이 규격화되기 때문에 모듈기판과 부착되는 제품기판(주로 FPCB)의 종류도 간편화시킬 수 있고 따라서 최종 제품의 단가도 직접 절감시킬 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 칩 보호 프레임의 재질은 열에 강한 재질로 변경함으로써, SMT 기술을 적용할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 단턱(56)에 의해 렌즈 및 IR 필터를 통과하지 않은 빛은 이미지 센서 칩에 도달할 수 없기 때문에 촬상화면의 열화가 방지된다.

또한 본 발명에 의하면, 단턱에 형성된 경사면에 의해 빛의 굴절등에 의한 이미지 센서 칩으로의 인입을 방지함으로써 촬상화면의 열화를 더욱 방지한다.

Claims (8)

1. 이미지 센서 칩이 부착된 초소형 카메라 모듈(100)에 있어서,

   렌즈(10);

   렌즈홀더(20);

   이미지 센서 칩(30);

   상기 이미지 센서 칩을 구동하는 회로가 구현된 모듈기판(40)

   상기 모듈기판상으로부터 상기 이미지 센서 칩보다 높은 높이로 돌출되고, 상기 이미지 센서칩이 중앙에 위치하도록 중앙에 개구부가 형성된 프레임형상의 부재로서, 상기 모듈기판상에서 외곽표면을 따라 부착되는 칩 보호 프레임(50); 및

   상기 이미지 센서 칩으로 인입하는 빛을 필터링하는 IR 필터(60)를 포함하고,

   상기 칩 보호 프레임(50)과 상기 렌즈홀더(20)는 체결장치를 이용하여 탈부착가능하게 체결되며, 상기 IR 필터는 상기 렌즈홀더와 상기 칩 보호 프레임 사이에서 상기 칩 보호 프레임의 상부에 부착되고,

   상기 칩 보호 프레임은, 외부의 빛이 상기 렌즈홀더와 상기 칩 보호 프레임의 결합부분사이를 통과할 수 없도록, 상기 칩 보호 프레임의 상부면에는 단턱(56)이 형성되고, 상기 단턱(56)과 상기 렌즈홀더의 내부면(27,28,29)은 서로 동일한 형상으로 요철결합됨으로써 상기 칩 보호 프레임과 상기 렌즈홀더는 체결되고,

   상기 단턱(56)은 상기 칩 보호 프레임의 외곽면에서 하부면으로 경사진 경사면(59)을 포함하는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라 모듈.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 칩 보호 프레임(50)의 측면에는 체결홈(52)이 형성되고, 상기 측면에 대응하는 상기 렌즈홀더의 외곽측면에는 상기 홈에 대응하도록 돌출된 형상의 체결부(22)가 형성되고, 상기 체결홈과 상기 체결부가 체결됨으로써 상기 칩 보호 프레임과 상기 렌즈홀더가 체결되는 것을 특징으로 하는 초소형 카메 라 모듈.
3. 삭제
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5. 제 1 항에 있어서, 상기 체결장치는, 상기 모듈기판에 부착된 상기 이미지 센서 칩의 픽셀 영역의 중심과 상기 렌즈 홀더에 부착된 상기 렌즈의 중심이 일치하도록 하는 위치에서 상기 렌즈홀더와 상기 칩 보호 프레임에 형성되는 것을 특징으로 하는 초소형 카메라 모듈.
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