KR100990397B1 - 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 및 그 제조방법 및 이를이용한 카메라 모듈 - Google Patents

웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 및 그 제조방법 및 이를이용한 카메라 모듈 Download PDF

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Abstract

본 발명은 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 및 그 제조방법 및 이를 이용한 카메라 모듈에 관한 것으로서, 상면에 수광부 및 패드전극이 구비된 이미지센서 웨이퍼; 상기 패드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 이미지센서 웨이퍼를 수직 관통하도록 형성된 비아전극; 및 상기 비아전극과 전기적으로 연결되고, 상기 이미지센서 웨이퍼의 하면에 형성된 수동소자;를 포함하는 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈을 제공하고, 또한 본 발명은 상기 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 제조방법 및 이를 이용한 카메라 모듈을 제공한다.
웨이퍼레벨, 이미지센서 모듈, 카메라 모듈, 디커플링 커패시터, 수동소자 내장

Description

웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 및 그 제조방법 및 이를 이용한 카메라 모듈{wafer level image sensor module and method of manufacturing the same and camera module using thereof}
본 발명은 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 및 그 제조방법 및 이를 이용한 카메라 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈에 디커플링 커패시터(decoupling capacitor), 저항 및 인덕터와 같은 수동소자를 내장(embedding)시키고, 상기 수동소자가 내장된 상기 이미지센서 모듈 상에 렌즈의 초점 길이를 고려하여 제작된 스페이서 웨이퍼를 이용하여 렌즈 웨이퍼를 장착하는 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 및 그 제조방법 및 이를 이용한 카메라 모듈에 관한 것이다.
현재 이동통신 단말기와 PDA 및 MP3 플레이어 등의 IT 기기를 비롯한 자동차와 내시경 등의 제작시 카메라 모듈이 탑재되고 있으며, 이러한 카메라 모듈은 기존의 30만 화소(VGA급)에서 기술의 발달에 따라 고화소 중심으로 발달됨과 동시에 장착 대상에 따라서 소형화 및 박형화가 진행되고 있으며, 저가의 제작 비용으로 오토포커싱(AF), 광학 줌(OPTICAL ZOOM) 등과 같은 다양한 부가 기능이 구현 가능하도록 변화되고 있다.
또한, 현재 제작되는 카메라 모듈은 와이어 본딩 방식(COB ; Chip Of Board), 플립 칩 방식(COF ; Chip Of Flexible) 및 칩 스케일 패키지 방식(CSP ; Chip Scale Pakage)으로 제작되는 이미지센서 모듈이 탑재되어 제작되고 있으며, 주로 인쇄회로기판(PCB)이나 연성인쇄회로기판(FPCB) 등의 전기적 연결 수단을 통해 메인 기판에 접속되는 형태로 구성된다.
그러나, 최근에 이르러 이동통신 단말기를 비롯한 IT 기기의 슬림화 추세에 따라 그 내부에 장착되는 카메라 모듈도 그 높이를 최대한 줄이고, 제조 공정을 간소화시켜 제작 비용을 절감시킬 수 있는 카메라 모듈이 유저로부터 요구되고 있다.
이와 같은 카메라 모듈은, 주로 CCD나 CMOS 등의 이미지센서가 와이어 본딩 또는 플립 칩 방식에 의해 기판에 부착된 상태로 제작되고 있으며, 상기 이미지센서를 통하여 사물의 이미지를 집광시켜 카메라 모듈 내, 외의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 전기적 신호로 변환되어 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.
하기에서 대표적인 종래의 카메라 모듈 제작 방식인 COF 및 COB 방식의 그 간략한 구조를 살펴보면 다음과 같다.
먼저, COF 방식의 카메라 모듈은, 렌즈를 통해 들어온 영상신호를 전기적 신호로 변환하는 이미지센서가 저면에 지지되는 하우징과, 상기 이미지센서에 피사체 의 영상신호를 모아주는 렌즈군과, 상기 렌즈군이 내부에 적층되는 배럴의 순차적인 결합에 의해서 구성된다.
상기 하우징의 하부에는 이미지센서를 구동하기 위한 전기 부품인 콘덴서와 저항의 칩 부품이 부착된 실장용 기판(FPCB)이 전기적으로 결합된다.
이와 같이 구성된 종래의 카메라 모듈은, 실장용 기판(FPCB)에 다수의 회로 부품이 실장된 상태에서 상기 실장용 기판과 이미지센서 사이에 이방전도성필름(ACF:Anisotropic Conductive Film)을 삽입하고 열과 압력을 가하여 통전되도록 접착 고정하고, 그 반대면에 IR 필터를 부착한다.
또한, 다수의 렌즈군이 내장된 배럴과 하우징이 나사 결합에 의해서 가결합시킨 상태에서 전술한 바와 같이, 기 조립된 실장용 기판이 하우징의 저면에 별도의 접착제에 의해서 접착 고정된다.
상기 이미지센서가 부착된 실장용 기판과 배럴이 결합된 하우징의 접착 고정 후에 상기 배럴의 전방에 피사체(해상도 챠트)를 일정한 거리로 하여 초점 조정이 이루어지게 되는 데, 상기 카메라 모듈의 초점 조정은 하우징에 나사 결합된 배럴의 회전에 의한 수직 이송량이 조절됨에 따라 렌즈군과 이미지센서간의 초점 조절이 이루어지게 된다.
그러나, 상기 이미지센서에 맺히는 상의 초점을 조절하기 위하여 하우징에 나사 결합된 배럴을 좌, 우 회전시켜 수직 이송시킬 때, 상기 배럴이 나사 결합 부위에서 틀어짐이 발생될 수 있으며 이에 따라 광축이 틀어질 수 있는 단점이 있다.
그리고, 종래 COB 방식의 카메라 모듈은, 이미지센서가 와이어 본딩 방식에 의해서 장착된 PCB 기판이 플라스틱 재질의 하우징 하부에 결합되고, 상기 하우징 상부로 연장된 경통에 하부로 원통형 몸체가 연장된 렌즈배럴이 결합됨에 의해서 제작된다.
상기 COB 방식의 카메라 모듈은 경통 내주면에 형성된 암나사부와 원통형 몸체의 외주면에 형성된 숫나사부의 나사 결합으로 하우징과 렌즈배럴이 상호 결합된다.
상기와 같이 조립된 카메라 모듈은, 특정한 사물로부터 유입되는 빛이 렌즈 통과하면서 상이 반전되어 이미지센서의 표면에 포커싱되는 데, 이때 나사 결합에 의해서 하우징 상단에 체결된 렌즈배럴를 회전시키면서 최적의 포커스가 맞춰진 지점에서 하우징과 렌즈배럴의 유격 사이로 접착제를 주입하여 하우징과 렌즈배럴를 접착 고정시켜 최종적인 카메라 모듈 제품이 생산된다.
이와 같은 구조를 가지는 종래 카메라 모듈은, PCB 기판의 기준점에 대하여 센서 및 하우징이 부착된 후, 상기 하우징의 상단부에 렌즈배럴이 결합되어 상기 렌즈배럴의 상, 하 높이 조정에 의해서 초점 조정이 수행된다.
그러나, 상술한 바와 같은 종래 COF 또는 COB 방식의 카메라 모듈은 하우징 공정시 모듈의 렌즈와 이미지센서 상의 초점 거리의 편차가 심하여, 모듈마다 초점 조정이 수행되어야 하기 때문에 제작 공정이 길어지고, 이에 따라 공정 비용이 상승되고 정밀도 및 생산성이 저하되는 단점이 있다.
또한, 종래의 카메라 모듈은 이미지센서의 노이즈를 저감시키기 위하여 디커플링 커패시터(decoupling capacitor)를 외부에 실장하고 있는데, 상기 디커플링 커패시터를 외부에 별도로 실장함으로써, 디바이스 전체의 실장 면적이 증가되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명의 목적은, 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈에 디커플링 커패시터(decoupling capacitor), 저항 및 인덕터와 같은 수동소자를 내장시키고, 상기 디커플링 커패시터 등의 수동소자가 내장된 상기 이미지센서 모듈 상에 렌즈의 초점 길이를 고려하여 제작된 스페이서 웨이퍼를 이용하여 렌즈 웨이퍼를 장착함으로써, 디바이스 전체의 실장 면적을 줄일 수 있고, 별도의 초점 조정없이 조립이 완료되어 공정 수와 제작 단가를 줄일 수 있는 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 및 그 제조방법 및 이를 이용한 카메라 모듈을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈은, 상면에 수광부 및 패드전극이 구비된 이미지센서 웨이퍼; 상기 패드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 이미지센서 웨이퍼를 수직 관통하도록 형성된 비아전극; 및 상기 비아전극과 전기적으로 연결되고, 상기 이미지센서 웨이퍼의 하면에 형성된 수동소자;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 수동소자는, 디커플링 커패시터, 저항 및 인덕터 중 어느 하나 이상일 수 있으며, 상기 디커플링 커패시터는, 하부전극, 유전막 및 상부전극이 차례로 형성되어 구성될 수 있다.
그리고, 상기 하부전극 및 상기 상부전극은 금속 재질일 수 있으며, 상기 하부전극 및 상기 상부전극은 PVD(physical vapor deposition) 또는 CVD(chemical vapor deposition) 방식으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 디커플링 커패시터를 구성하는 상기 하부전극 및 상기 유전막을 감싸면서, 상기 상부전극의 하면을 노출시키도록 상기 이미지센서 웨이퍼의 하면에 형성된 패시베이션막을 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 제조방법은, 상면에 수광부 및 패드전극이 구비되고, 내부에 상기 패드전극과 전기적으로 연결된 비아전극이 형성된 이미지센서 웨이퍼를 제공하는 단계; 상기 이미지센서 웨이퍼의 하면에, 상기 비아전극이 노출되도록 제1 패시베이션막을 형성하는 단계; 상기 제1 패시베이션막이 형성된 상기 이미지센서 웨이퍼의 하면에, 상기 비아전극과 전기적으로 연결되는 하부전극을 형성하는 단계; 상기 하부전극의 사이 공간에 제2 패시베이션막을 형성하는 단계; 상기 하부전극의 하면에 유전막을 형성하는 단계; 상기 유전막의 사이 공간에 제3 패시베이션막을 형성하는 단계; 및 상기 유전막의 하면에 상부전극을 형성하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 비아전극이 형성된 이미지센서 웨이퍼를 제공하는 단계 이후에, 상기 비아전극을 포함한 상기 이미지센서 웨이퍼의 후면을 연마하는 씨닝(thinning) 공정을 수행하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
그리고, 상기 상부전극을 형성하는 단계 이후에, 상기 상부전극의 하면 일부만을 제외한 나머지 부위를 덮는 제4 패시베이션막을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 패시베이션막은 유전체로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 제1, 제2, 제3 및 제4 패시베이션막은 폴리이미드로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 카메라 모듈은, 상면에 수광부 및 패드전극이 구비된 이미지센서 웨이퍼; 상기 패드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 이미지센서 웨이퍼를 수직 관통하도록 형성된 비아전극; 상기 비아전극과 전기적으로 연결되고, 상기 이미지센서 웨이퍼의 하면에 형성된 수동소자; 상기 이미지센서 웨이퍼의 상기 수광부를 노출시키는 윈도우가 구비되어 상기 이미지센서 웨이퍼 상에 접착되는 스페이서 웨이퍼; 및 상기 스페이서 웨이퍼의 윈도우가 복개되도록 상기 스페이서 웨이퍼 상에 접착되는 렌즈 웨이퍼;를 포함할 수 있다.
상기 수동소자의 하면에 접속된 외부연결수단을 더 포함할 수 있고, 상기 외부연결수단은 솔더볼, 범프 및 패드 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 상기 렌즈 웨이퍼는, 아크릴재, COC(Cyclic Olefin Copolymer) 및 파이렉스 글래스(pyrex glass) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 렌즈 웨이퍼는, 상면의 중앙부를 제외한 부분으로 광의 입사가 차단되는 조리개가 코팅될 수 있고, 상기 조리개는, 블랙 계열의 코팅막으로 형성될 수 있다.
또한, 상기 이미지센서 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼의 접착, 및 상기 스페이서 웨이퍼와 상기 렌즈 웨이퍼의 접착은, 플라즈마 활성 저온 본딩(plasma acticated low temperature bonding), 애노딕 본딩(anodic bonding), 울트라소닉 본딩(ultrasonic bonding), 유테틱 본딩(eutectic bonding) 또는 메탈릭 본딩(metallic bonding), 열압착 본딩(thermal compression bonding), 또는 폴리머 본딩 등에 의해 이루어질 수 있다.
또한, 상기 이미지센서 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼 사이에, 상기 이미지센서 웨이퍼의 상기 수광부를 노출시키는 윈도우가 구비되어 상기 이미지센서 웨이퍼 상에 접착되는 제2 스페이서 웨이퍼; 및 상기 제2 스페이서 웨이퍼의 윈도우가 복개되도록 상기 제2 스페이서 웨이퍼 상에 접착되는 투명 부재;를 더 포함할 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 및 그 제조방법 및 이를 이용한 카메라 모듈에 의하면, 하부전극, 유전막 및 상부전극으로 구성된 디커플링 커패시터, 저항 및 인덕터와 같은 수동소자가, 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈을 제작하는 과정에서 웨이퍼레벨로 직접 가공되어 모듈에 내 장(embedding)됨으로써, 디바이스 전체의 실장 면적을 줄일 수 있고, 시그널 라인 등의 기생적인 시그널 패스(path) 등을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 상기 디커플링 커패시터, 저항 및 인덕터와 같은 수동소자가 내장된 이미지센서 모듈 상에 렌즈의 초점 길이를 고려하여 제작된 스페이서 웨이퍼를 이용하여 렌즈 웨이퍼를 장착함으로써, 별도의 초점 조정 없이 모듈의 조립이 완료되어 제조 공정 수와, 카메라 모듈 조립에 필요한 생산 인력 및 제조 원가를 줄일 수 있고, 렌즈 조립시 발생하는 조립 공차의 오차 역시 줄일 수 있는 장점이 있다.
본 발명에 따른 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 및 그 제조방법 및 이를 이용한 카메라 모듈의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.
도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 구조를 나타낸 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈은, 상면에 수광부(12) 및 패드전극(14)이 구비된 이미지센서 웨이퍼(10)와, 상기 패드전극(14)의 하면을 노출시키도록 상기 이미지센서 웨이퍼(10)를 수직 관통하여 형성된 비아(16)와, 상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 상기 비아(16) 내에 도전 물질이 충전되어 상기 패드전극(14)과 전기적으로 연결되는 비아전극(18), 및 상기 비아전극(18)과 전기적으로 연결되도록 상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 하면에 차례로 형성된 하부전극(22a), 유전막(22b) 및 상부전극(22c)으로 구성된 디커플링 커패시터(22) 등과 같은 수동소자 포함한다.
상기 디커플링 커패시터(22)는 이미지센서의 노이즈를 저감시키는 역할 등을 하게 되며, 상기 디커플링 커패시터(22)를 구성하는 상기 하부전극(22a) 및 상기 상부전극(22c)은 금속 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
한편, 상기 수동소자로서, 상기한 디커플링 커패시터(22) 대신에 저항(도면 미도시) 및 인덕터(도면 미도시) 등이 형성될 수 있다. 또한, 상기 디커플링 커패시터(22)와 함께 상기한 저항 및 인덕터 등이 함께 형성될 수도 있다.
상기 디커플링 커패시터(22)를 구성하는 상기 하부 및 상부전극(22a,22c)은, 스퍼터 등과 같은 PVD(physical vapor deposition) 방식으로 형성되거나, 또는 CVD(chemical vapor deposition) 방식 등으로 형성될 수 있다.
상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 하면에는, 상기 디커플링 커패시터(22)를 구성하는 상기 하부전극(22a) 및 상기 유전막(22b)을 감싸면서, 상기 상부전극(22c)의 하면을 노출시키도록 패시베이션막(20a,20b,20c)이 형성되어 있다.
상기 패시베이션막(20a,20b,20c)은 유전체 재료, 예컨대 폴리이미드 등으로 이루어질 수 있다.
상기 패시베이션막(20a,20b,20c)은 도면에 도시된 바와 같이 상기 상부전극(22c)의 하면 전체가 노출되도록 형성될 수도 있지만, 상부전극(22c)의 보호 목적 등을 위하여 상기 상부전극(22c)의 하면 일부만이 노출되도록 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 하부전극(22a), 유전막(22b) 및 상부전극(22c)으로 구성된 디커플링 커패시터(22), 저항 및 인덕터와 같은 수동소자가, 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈을 제작하는 과정에서 웨이퍼레벨로 직접 가공되어 모듈에 내장(embedding)됨으로써, 디바이스 전체의 실장 면적을 줄일 수 있고, 시그널 라인 등의 기생적인 시그널 패스(path) 등을 저감시킬 수 있는 효과가 있다.
이하, 도 2 내지 도 10을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같이, 상면에 수광부(12) 및 패드전극(14)이 구비된 이미지센서 웨이퍼(10)를 제공한다.
그런 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 패드전극(14)의 하면이 노출되도록 상기 이미지센서 웨이퍼(10)를 수직 관통하는 비아(16)를 형성한다.
상기 비아(16)는 플라즈마 에칭(plasma etching)에 의한 건식 식각 또는 화 학 에천트(chemical etchant)를 이용한 습식 식각 등을 통해 다양한 단면 모양을 갖도록 형성할 수 있다. 예를 들면, 상기 비아(16)는, 버티컬 렉탱귤러 모양(vertical rectangular shape), 테이퍼드 모양(tapered shape), 또는 이들이 혼합된 단면 모양 등을 가질 수 있다.
그 다음에, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 비아(16) 내부에 전도성 물질을 충전시켜 상기 패드전극(14)과 전기적으로 연결되는 비아전극(18)을 형성한다.
다음으로, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 비아전극(18)을 포함한 상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 후면을 연마하는 씨닝(thinning) 공정을 수행하여, 상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 두께를 조절한다.
그런 다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 하면에, 상기 비아전극(18)이 노출되도록 제1 패시베이션막(20a)을 형성한다. 상기 제1 패시베이션막(20a)은 폴리이미드 등과 같은 유전체로 이루어질 수 있다.
그런 후에, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 제1 패시베이션막(20a)이 형성된 상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 하면에, 상기 비아전극(18)과 전기적으로 연결되는 하부전극(22a)을 형성한다.
그 다음에, 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 하부전극(22a)의 사이 공간에 제2 패시베이션막(20b)을 형성한다. 이때, 상기 제2 패시베이션막(20b)은 상기 하부전극(22a)의 하면이 노출되도록 형성하는 것이 바람직하다. 상기 제2 패시베이션막(20b)은 상기 제1 패시베이션막(20a)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다.
그런 다음, 상기 하부전극(22a)의 하면에 유전막(22b)을 형성한다.
다음으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 유전막(22b)의 사이 공간에 제3 패시베이션막(20c)을 형성한다. 상기 제3 패시베이션막(20c)은 상기 제1 및 제2 패시베이션막(20a,20b)과 동일하게 폴리이미드 등의 유전체로 이루어질 수 있다.
그런 후에, 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 유전막(22b)의 하면에 상부전극(22c)을 형성하여, 상기 하부전극(22a), 유전막(22b) 및 상부전극(22c)으로 구성된 디커플링 커패시터(22)의 제작을 완성한다.
상기 하부전극(22a) 및 상기 상부전극(22c)은 금속 재질로 이루어질 수 있으며, PVD 또는 CVD 방식 등으로 형성될 수 있다.
이후, 도면에 도시하지는 않았으나, 상기한 바와 같이 상부전극(22c)을 형성한 다음, 상기 상부전극(22c)의 하면 일부만을 제외한 나머지 부위를 덮는 제4 패시베이션막(도면 미도시)을 형성할 수 있다.
상기 제4 패시베이션막은 외부연결수단(도 11의 도면부호 '38'참조)이 형성될 공간만을 오픈시키고, 그 나머지 상부전극(22c) 부위를 보호하기 위한 것으로서 형성되지 않을 수도 있다.
이하, 도 11 및 도 12를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구조에 대하여 상세히 설명한다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구조를 나타낸 단면도이고, 도 12는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 다른 구조를 나타낸 단면도이다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은, 도 11에 도시된 바와 같이, 앞서 설명한 바와 같은 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈 상에 스페이서 웨이퍼(34a) 및 렌즈 웨이퍼(30)가 차례로 적층된 구조를 갖는다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은, 상면에 수광부(12) 및 패드전극(14)이 구비된 이미지센서 웨이퍼(10)와, 상기 패드전극(14)과 전기적으로 연결되고, 상기 이미지센서 웨이퍼(10)를 수직 관통하도록 형성된 비아전극(18), 및 상기 비아전극(18)과 전기적으로 연결되도록 상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 하면에 차례로 형성된 하부전극(22a), 유전막(22b) 및 상부전극(22c)으로 구성된 디커플링 커패시터(22)와 같은 수동소자를 포함하는 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈을 포함한다.
상술한 바와 같이, 상기 수동소자는 상기 디커플링 커패시터, 저항 및 인덕터 중 어느 하나 이상으로 구성될 수 있다.
그리고, 상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 상기 수광부(12)를 노출시키는 윈도우가 구비되어 상기 이미지센서 웨이퍼(10) 상에 접착되는 제1 스페이서 웨이퍼(34a), 및 상기 제1 스페이서 웨이퍼(34a)의 윈도우가 복개되도록 상기 제1 스페이서 웨이퍼(34a) 상에 접착되는 렌즈 웨이퍼(30)를 더 포함한다.
상기 수동소자, 즉 디커플링 커패시터(22)의 상기 상부전극(22c)의 하면에는 외부연결수단(38)이 접속될 수 있다. 이때, 상기 외부연결수단(38)은 솔더볼(solder ball), 범프(bump) 및 패드(pad) 중 어느 하나일 수 있다.
상기 렌즈 웨이퍼(30)는, 렌즈의 특성을 만족할 수 있도록 충분한 강도와 투명도를 갖는 웨이퍼, 예컨대 아크릴재, COC(Cyclic Olefin Copolymer) 및 파이렉스 글래스(pyrex glass) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
상기한 바와 같은 아크릴재, COC 또는 파이렉스 글래스 웨이퍼 상에, 포토리소그래피 공정을 이용하여 포토레지스트 패턴(도시안함)을 형성한 후, 리플로우(reflow) 공정을 통해 상기 포토레지스트 패턴을 렌즈 형상으로 형성하고, 건식 식각 등을 통해 상기 리플로우된 포토레지스트 패턴의 형상에 따라 렌즈(30a)를 가공할 수 있다.
이때, 상기 렌즈 웨이퍼(30)의 양면에 렌즈(30a)를 가공할 경우에는, 웨이퍼의 일면에 렌즈(30a)를 가공한 후, 이미 렌즈(30a)가 형성된 웨이퍼의 면은 포토레지스트 등을 도포하여 평탄도를 유지한 상태에서, 그 반대면에 상술한 바와 같은 포토리소그래피, 리플로우 및 식각 공정을 진행하여 렌즈(30a)를 형성할 수 있다.
또한, 상기 렌즈 웨이퍼(30)는, 상면의 중앙부를 제외한 부분으로 광의 입사가 차단되는 조리개(32)가 코팅될 수 있다.
상기 조리개(32)는 블랙 계열의 코팅막 등으로 형성될 수 있다.
상기 제1 스페이서 웨이퍼(34a)의 높이는, 상기 렌즈 웨이퍼(30)와 이미지센서 모듈의 수광부(12)가 가지는 초점 거리에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈은, 상기 제1 스페이서 웨이퍼(34a)를 이용하여 초점 길이(focal length)를 설계 조건대로 맞출 수 있으므로, 렌즈(30a) 조립시 요구되는 초점 거리를 조정하기 위한 공정을 수행할 필요가 없다는 장점이 있다.
상기 이미지센서 웨이퍼(10)와 상기 제1 스페이서 웨이퍼(34a)의 접착, 및 상기 제1 스페이서 웨이퍼(34a)와 상기 렌즈 웨이퍼(30)의 접착은, 다양한 본딩 방식에 의해 이루어질 수 있다.
예를 들면, 플라즈마 활성 저온 본딩(plasma acticated low temperature bonding), 애노딕 본딩(anodic bonding), 울트라소닉 본딩(ultrasonic bonding), 유테틱 본딩(eutectic bonding) 또는 메탈릭 본딩(metallic bonding), 열압착 본딩(thermal compression bonding), 또는 폴리머 본딩 방식 등을 이용할 수 있다.
상기 플라즈마 활성 저온 본딩 방식은, 폴리머 베이스의 웨이퍼들의 본딩에 적합한 것으로서, 200 ℃ 이하의 저온에서 본딩이 이루어지며, H2 또는 O2 플라즈마 가스를 본딩면에 노출시켜 표면을 활성화시키는 방식이다.
상기 애노딕 본딩 방식은, 200 ℃ 이하의 저온에서 글래스 웨이퍼와 실리콘 웨이퍼 간의 본딩 기술로서, 글래스 웨이퍼를 음극으로 하고, 실리콘 웨이퍼를 양극으로 하여 약 1 kV의 전압을 인가하여 본딩시키는 방식이다.
상기 울트라소닉 본딩 방식은, 200 ℃ 이하의 저온에서 종파 및 횡파의 초음파 영역을 이용하여, 웨이퍼 표면에서의 분자간 확산 결합을 유도하여 본딩시키는 방식이다.
상기 유테틱 또는 메탈릭 본딩 방식은, 서로 다른 이종 금속간의 공융점의 고용온도를 이용하여 본딩시키는 방식이다.
상기 열압착 본딩 방식은, Cu와 같은 동종간 금속막을 본딩재로 사용한 저온 열압착에 의한 본딩 방식이다.
상기 폴리머 본딩 방식은, 저온에서 접합이 가능한 접착(adhesive) 재료, 예컨대 폴리머재를 접착제로 이용하여 웨이퍼간을 본딩시키는 방식이다.
한편, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 이미지센서 웨이퍼(10)와 상기 제1 스페이서 웨이퍼(34a) 사이에는, 상기 이미지센서 웨이퍼(10)의 상기 수광부(12)를 노출시키는 윈도우가 구비되어 상기 이미지센서 웨이퍼(10) 상에 접착되는 제2 스페이서 웨이퍼(34b), 및 상기 제2 스페이서 웨이퍼(34b)의 윈도우가 복개되도록 상기 제2 스페이서 웨이퍼(34b) 상에 접착되는 투명 부재(36)를 더 포함할 수도 있다.
여기서, 상기 제2 스페이서 웨이퍼(34b) 및 상기 투명 부재(36)의 높이는, 상기 제1 스페이서 웨이퍼(34a)와 마찬가지로, 상기 렌즈 웨이퍼(30)와 이미지센서 모듈의 수광부(12)가 가지는 초점 거리에 따라 달라질 수 있다.
상기 투명 부재(36)는 상기 수광부(12)를 밀봉하여 보호할 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명의 실시예에 의한 카메라 모듈은, 디커플링 커패시터(22)가 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈에 내장되어 있어, 디바이스 전체의 실장 면적을 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 디커플링 커패시터(22)가 내장된 이미지센서 모듈 상에 렌즈(30a)의 초점 길이를 고려하여 제작된 스페이서 웨이퍼(34a,34b)를 이용하여 렌즈 웨이퍼(30)를 장착함으로써, 별도의 초점 조정없이 조립이 완료되어 공정 수, 조립에 필요한 생산 인력 및 제조 원가를 줄일 수 있고, 렌즈 조립시 발생하는 조립 공차의 오차 역시 줄일 수 있는 효과가 있다.
이하, 도 13 내지 도 16을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 제조방법에 대하여 설명하기로 한다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도이다.
먼저, 도 13에 도시된 바와 같이, 렌즈 웨이퍼(30)를 준비한다. 상기 렌즈 웨이퍼(30)는, 상술한 바와 같이 아크릴재, COC 또는 파이렉스 글래스 웨이퍼 상에, 포토리소그래피 공정을 이용하여 포토레지스트 패턴(도시안함)을 형성한 후, 리플로우 공정을 통해 상기 포토레지스트 패턴을 렌즈 형상으로 형성하고, 건식 식각을 통해 상기 리플로우된 포토레지스트 패턴의 형상에 따라 렌즈(30a)를 가공할 수 있다.
그런 다음, 상기 렌즈 웨이퍼(30) 상면의 중앙부를 제외한 부분으로 광의 입사가 차단되는 조리개(32)를 코팅할 수 있다.
다음으로, 도 14에 도시된 바와 같이, 상기 렌즈 웨이퍼(30)의 하면에 제1 스페이서 웨이퍼(34a)를 접착시킨다.
그 다음에, 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 제1 스페이서 웨이퍼(34a)의 하면에 투명 부재(36) 및 제2 스페이서 웨이퍼(34b)를 접착시킨다. 여기서, 상기 투명 부재(36) 및 제2 스페이서 웨이퍼(34b)의 접착 공정은 생략될 수도 있다.
그런 후에, 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 제2 스페이서 웨이퍼(34b)의 하면에, 상술한 바와 같은 디커플링 커패시터(22)가 내장된 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 상면, 즉 이미지센서 웨이퍼(10)의 상면을 접착시킨다.
여기서, 상기 렌즈 웨이퍼(30), 제1 스페이서 웨이퍼(34a), 투명 부재(36), 제2 스페이서 웨이퍼(34b) 및 이미지센서 웨이퍼(10)는, 전술한 바와 같이 순차적으로 접착되는 대신에, 그 접착 위치가 미리 정렬된 상태에서 모두 동시에 접착될 수도 있다.
또한, 상기 렌즈 웨이퍼(30), 제1 및 제2 스페이서 웨이퍼(34a,34b), 투명 부재(36), 및 이미지센서 웨이퍼(10) 등은 서로 접착이 완료된 후, 또는 접착시키기 전에, 각각의 웨이퍼 또는 투명 부재에 대하여 전체 카메라 모듈의 두께를 맞추기 위한 씨닝 공정을 수행할 수 있다.
다음으로, 상기 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 최하부에 노출되어 있는 디커플링 커패시터(22)의 상부전극(22c)의 하면에 외부연결수단(38)을 접속시킨다. 이후에, 도면에 도시하지는 않았으나, 다이싱 공정을 통해 단위 카메라 모듈로 개별화한다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 구조를 나타낸 단면도.
도 2 내지 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 웨이퍼레벨 이미지센서 모듈의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 구조를 나타낸 단면도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 다른 구조를 나타낸 단면도.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈의 제조방법을 설명하기 위해 순차적으로 나타낸 공정 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10: 이미지센서 웨이퍼 12: 수광부
14: 패드전극 16: 비아(via)
18: 비아전극 20a: 제1 패시베이션막
20b: 제2 패시베이션막 20c: 제3 패시베이션막
22a: 하부전극 22b: 유전막
22c: 상부전극 22: 디커플링 커패시터
30: 렌즈 웨이퍼 30a: 렌즈
32: 조리개 34a: 제1 스페이서 웨이퍼
34b: 제2 스페이서 웨이퍼 36: 투명 부재
38: 외부연결수단

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  12. 상면에 수광부 및 패드전극이 구비된 이미지센서 웨이퍼;
    상기 패드전극과 전기적으로 연결되고, 상기 이미지센서 웨이퍼를 수직 관통하도록 형성된 비아전극;
    상기 비아전극과 전기적으로 연결되고, 상기 이미지센서 웨이퍼의 하면에 형성된 수동소자;
    상기 이미지센서 웨이퍼의 상기 수광부를 노출시키는 윈도우가 구비되어 상기 이미지센서 웨이퍼 상에 접착되는 스페이서 웨이퍼; 및
    상기 스페이서 웨이퍼의 윈도우가 복개되도록 상기 스페이서 웨이퍼 상에 접착되는 렌즈 웨이퍼;
    를 포함하는 카메라 모듈.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 수동소자는, 디커플링 커패시터, 저항 및 인덕터 중 어느 하나 이상인 카메라 모듈.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 디커플링 커패시터는, 하부전극, 유전막 및 상부전극이 차례로 형성되어 구성된 카메라 모듈.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 수동소자의 하면에 접속된 외부연결수단을 더 포함하는 카메라 모듈.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 외부연결수단은 솔더볼, 범프 및 패드 중 어느 하나인 카메라 모듈.
  17. 제12항에 있어서,
    상기 렌즈 웨이퍼는, 아크릴재, COC(Cyclic Olefin Copolymer) 및 파이렉스 글래스(pyrex glass) 중 어느 하나로 이루어지는 카메라 모듈.
  18. 제12항에 있어서,
    상기 렌즈 웨이퍼는, 상면의 중앙부를 제외한 부분으로 광의 입사가 차단되는 조리개가 코팅된 카메라 모듈.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 조리개는, 블랙 계열의 코팅막으로 형성되는 카메라 모듈.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 이미지센서 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼의 접착, 및 상기 스페이서 웨이퍼와 상기 렌즈 웨이퍼의 접착은, 플라즈마 활성 저온 본딩(plasma acticated low temperature bonding)에 의해 이루어지는 카메라 모듈.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 이미지센서 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼의 접착, 및 상기 스페이서 웨이퍼와 상기 렌즈 웨이퍼의 접착은, 애노딕 본딩(anodic bonding)에 의해 이루어지는 카메라 모듈.
  22. 제12항에 있어서,
    상기 이미지센서 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼의 접착, 및 상기 스페이서 웨이퍼와 상기 렌즈 웨이퍼의 접착은, 울트라소닉 본딩(ultrasonic bonding)에 의해 이루어지는 카메라 모듈.
  23. 제12항에 있어서,
    상기 이미지센서 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼의 접착, 및 상기 스페이서 웨이퍼와 상기 렌즈 웨이퍼의 접착은, 유테틱 본딩(eutectic bonding) 또는 메탈릭 본딩(metallic bonding)에 의해 이루어지는 카메라 모듈.
  24. 제12항에 있어서,
    상기 이미지센서 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼의 접착, 및 상기 스페이서 웨이퍼와 상기 렌즈 웨이퍼의 접착은, 열압착 본딩(thermal compression bonding)에 의해 이루어지는 카메라 모듈.
  25. 제12항에 있어서,
    상기 이미지센서 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼의 접착, 및 상기 스페이서 웨이퍼와 상기 렌즈 웨이퍼의 접착은, 폴리머 본딩에 의해 이루어지는 카메라 모듈.
  26. 제12항에 있어서,
    상기 이미지센서 웨이퍼와 상기 스페이서 웨이퍼 사이에,
    상기 이미지센서 웨이퍼의 상기 수광부를 노출시키는 윈도우가 구비되어 상기 이미지센서 웨이퍼 상에 접착되는 제2 스페이서 웨이퍼; 및
    상기 제2 스페이서 웨이퍼의 윈도우가 복개되도록 상기 제2 스페이서 웨이퍼 상에 접착되는 투명 부재;
    를 더 포함하는 카메라 모듈.
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