KR101003616B1 - 카메라모듈 - Google Patents

Abstract

본 발명은 카메라 모듈의 조립 구조에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 카메라 모듈 패키징 공정시 하우징 접합 후 기판 측면에서 발생하는 이물질이 이미지 센서와 IR 필터 사이에 유입되는 것을 방지할 수 있도록 하는 카메라 모듈에 관한 것이다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 카메라 모듈은, 내부에 적어도 하나 이상의 렌즈가 적층 결합되도록 구성된 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴과 결합하도록 구성되고, 그 내부에 필터 안착부가 형성된 하우징; 상기 필터 안착부에 장착되도록 구성된 IR 필터; 및 상기 하우징의 하단부와 결합하도록 구성되고, 이미지 센서가 와이어 본딩에 의하여 부착된 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 하우징은, 상기 하우징의 외부를 형성하는 외곽 프레임과, 상기 외곽 프레임의 내부에, 상기 이미지 센서의 적어도 픽셀 영역부와 상기 IR 필터 사이에 밀폐 공간을 형성하도록 구성된 내부 프레임을 포함한다.

Description

카메라모듈{Camera module}

본 발명은 카메라 모듈의 조립 구조에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 카메라 모듈 패키징 공정시 하우징 접합 후 기판 측면에서 발생하는 이물질이 이미지 센서와 IR 필터 사이에 유입되는 것을 방지할 수 있도록 하는 카메라 모듈에 관한 것이다.

현재 휴대폰 및 PDA 등과 같은 휴대용 단말기는 최근 그 기술의 발전과 더불어 단순한 전화기능 뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 기능이 구비된 다기능 멀티 기기로 사용되고 있다.

상기 휴대용 단말기의 다기능화를 이끌어 가기 위한 것 중에 대표적으로 카메라 모듈(camera module)을 들 수 있으며, 이러한 카메라 모듈은 기존의 30만 화소(VGA급)에서 현재 800만 화소 이상의 고화소 중심으로 변화됨과 동시에 오토포커싱(AF), 광학 줌(optical zoom) 등과 같은 다양한 부가 기능의 구현으로 변화되고 있다.

일반적으로, 카메라 모듈(CCM:Compact Camera Module)은 소형으로써 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신 기기 등의 다양한 IT 기기에 적용 되고 있는 바, 최근에 이르러서는 소비자의 다양한 취향에 맞추어 소형의 카메라 모듈이 장착된 기기의 출시가 점차 늘어나고 있는 실정이다.

이와 같은 카메라 모듈은, CCD나 CMOS 등의 이미지센서를 주요 부품으로 하여 제작되고 있으며 상기 이미지센서를 통하여 사물의 이미지를 집광시켜 기기내의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.

통상의 카메라 모듈은 대표적으로 COB(Chip On Board), COF(Chip On Flexible) 등의 방식으로 제작되는 바, 아래 도시된 도면을 참조하여 그 간략한 구조를 살펴보면 다음과 같다.

도 1a은 종래 COF 방식의 카메라 모듈 조립 상태를 보인 조립 사시도이고, 도 1b는 종래 COF 방식의 카메라 모듈을 일부 절단한 단면도이다.

도시된 바와 같이, 종래의 카메라 모듈(1)은 렌즈를 통해 들어온 영상신호를 전기적 신호로 변환하는 이미지센서(3)가 저면에 지지되는 하우징(2)과, 상기 이미지센서(3)에 피사체의 영상신호를 모아주는 렌즈군(4)과, 상기 렌즈군(4)이 내부에 다단 적층되는 배럴(5)의 순차적인 결합에 의해서 구성된다.

이때, 상기 하우징(2)의 하부에는 CCD 또는 CMOS로 이루어진 이미지센서(3)를 구동하기 위한 전기 부품인 콘덴서(condensor)와 저항(resistance)의 칩 부품이 부착된 실장용 기판(FPCB)(6)이 전기적으로 결합된다.

이와 같이 구성된 종래의 카메라 모듈(1)은, 실장용 기판(FPCB, 6)에 다수의 회로 부품이 실장된 상태에서 기판(6)과 이미지센서(3) 사이에 이방전도성필름(ACF:Anisotropic Conductive Flim)(8)을 삽입하고 열과 압력을 가하여 통전되도록 접착 고정하고, 그 반대면에 IR 필터(7)를 부착한다.

또한, 다수의 렌즈군(4)이 내장된 렌즈 배럴(5)과 하우징(2)이 나사 결합에 의해서 가결합시킨 상태에서 전술한 바와같이, 기 조립된 실장용 기판(6)이 하우징의 저면에 별도의 접착제에 의해서 접착 고정된다.

한편, 상기 이미지센서(3)가 부착된 실장용 기판(6)과 배럴(5)이 결합된 하우징(2)의 접착 고정 후에 상기 배럴(5)의 전방에 피사체(해상도 챠트)를 일정한 거리로 하여 초점 조정이 이루어지게 되는 데, 상기 카메라 모듈(1)의 초점 조정은 하우징(2)에 나사 결합된 렌즈 배럴(5)의 회전에 의한 수직 이송량이 조절됨에 따라 렌즈군(4)과 이미지센서(3)간의 초점 조정이 이루어지게 된다.

이때, 상기 피사체의 거리는 대략 50㎝에서 무한대의 거리를 두고 초점 조정이 이루어지게 되며, 최종적인 초점이 조정된 후에는 하우징(2)과 배럴(5) 사이에 접착제를 주입하여 초점이 맞춰진 상태로 접착 고정된다.

한편, 도 2a과 도 2b는 COB 방식으로 제작되는 카메라 모듈이 도시된 도면으로써, 도 2a은 종래 COB 방식의 카메라 모듈이 개략적으로 도시된 단면도이고, 도 2b은 종래 COB 방식의 카메라 모듈 분해 사시도로서, 종래 카메라 모듈(10)은 CCD나 CMOS 이미지센서(12)가 와이어 본딩 방식에 의해서 장착된 기판(11)이 플라스틱 재질의 하우징(13) 하부에 결합되고 상기 하우징(13) 상부로 연장된 경통(14)에 하부로 원통형 몸체(15)가 연장된 렌즈배럴(16)이 결합됨에 의해서 제작된다.

상기 카메라 모듈(10)은 경통(14) 내주면에 형성된 암나사부(14a)와 원통형 몸체(15)의 외주면에 형성된 숫나사부(15a)의 나사 결합으로 하우징(13)과 렌즈배럴(16)이 상호 결합된다.

이때, 상기 기판(11)의 상면, 즉 렌즈배럴(16)의 하단부에 장착된 렌즈(L)와 상기 기판(11)의 상면에 부착된 이미지센서(12) 사이에는 IR 필터(18)가 결합됨으로써, 이미지센서(12)로 유입되는 과도한 장파장의 적외선을 차단시키게 된다.

상기와 같이 조립된 카메라 모듈은, 특정한 사물로부터 유입되는 빛이 렌즈(L)를 통과하면서 상이 반전되어 이미지센서(12)의 표면에 초점을 맞추게 되는 데, 이때 나사 결합에 의해서 하우징(13) 상단에 체결된 렌즈배럴(16)를 회전시키면서 최적의 초점이 맞춰진 지점에서 하우징(13)과 렌즈배럴(16)의 유격 사이로 접착제를 주입하여 하우징(13)과 렌즈배럴(16)를 접착 고정시켜 최종적인 카메라 모듈 제품이 생산된다.

이러한 종래기술에 의한 COB 타입의 카메라 모듈의 조립 방식에 있어서, 와이어 본딩 작업 후, 이미지 센서 위의 이물질을 제거한 뒤, 도 3에 도시된 바와 같은 기판의 제 1 접착부(A)에 하우징의 하단부를 서로 접합하게 된다.

그러나, 비록 이미지 센서 위의 이물질 그 자체는 제거될 수 있으나, 이러한 COB 타입의 카메라 모듈 조립 공정시 와이어 본딩 작업에 의한 진동으로 인하여 이미 발생되었던 기판 측면에서의 이물질이 이미지 센서 위 또는 IR 필터로 이동하며, 이러한 이물질로 인하여 이미지 센서에 있어서 색점 또는 흑점 등의 화상 흠결 을 야기하게 된다.

따라서, 본 발명은 종래 COB 타입의 카메라 모듈에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 카메라 모듈 패키징 공정시 하우징 접합 후 기판 측면에서 발생하는 이물질이 이미지 센서와 IR 필터 사이에 유입되는 것을 방지할 수 있도록 하는 카메라 모듈을 제공하는 것을 본 발명의 목적으로 하고 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 카메라 모듈은, 내부에 적어도 하나 이상의 렌즈가 적층 결합되도록 구성된 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴과 결합하도록 구성되고, 그 내부에 필터 안착부가 형성된 하우징; 상기 필터 안착부에 장착되도록 구성된 IR 필터; 및 상기 하우징의 하단부와 결합하도록 구성되고, 이미지 센서가 와이어 본딩에 의하여 부착된 인쇄회로기판을 포함하고, 상기 하우징은, 상기 하우징의 외부를 형성하는 외곽 프레임과, 상기 외곽 프레임의 내부에, 상기 이미지 센서의 적어도 픽셀 영역부와 상기 IR 필터 사이에 밀폐 공간을 형성하도록 구성된 내부 프레임을 포함한다.

바람직하게는, 결합시, 상기 하우징의 상기 외곽 프레임은 상기 인쇄회로기판의 상부에 본드를 통하여 접합되고, 상기 내부 프레임은 상기 인쇄회로기판의 상 부에 본드 사용없이 상기 내부 프레임 재질의 탄성을 이용하여 접촉된다.

또한, 상술한 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 또다른 카메라 모듈은, 내부에 적어도 하나 이상의 렌즈가 적층 결합되도록 구성된 렌즈 배럴; 상기 렌즈 배럴과 결합하도록 구성되고, 그 내부에 필터 안착부가 형성되고 외곽을 형성하는 외부 프레임과 상기 외부 프레임의 내부에 수직 방향으로 연장 형성된 내부 프레임을 포함하는 하우징; 상기 필터 안착부에 장착되도록 구성된 IR 필터; 및 상면에 와이어 본딩에 의하여 부착된 이미지 센서를 포함하고, 상기 하우징의 외부 프레임 하단부와 본드 결합되는 제 1 결합부와, 상기 하우징의 내부 프레임 하단부와 상기 이미지 센서의 적어도 픽셀 영역부 외부를 둘러싸는 방식으로 접촉되는 제 2 결합부를 포함하는 인쇄회로기판을 포함하여 이루어진다.

바람직하게는, 상기 하우징의 내부 프레임과 상기 인쇄회로기판 상의 제 2 결합부 및 상기 IR 필터 사이에 밀폐 공간을 형성한다.

여기서, 결합시, 상기 내부 프레임은 상기 인쇄회로기판의 제 2 결합부에 본드 사용없이 상기 내부 프레임 재질의 탄성을 이용하여 접촉되는 것에 의하여 밀폐 공간이 형성된다.

더욱 바람직하게는, 상기 하우징의 상기 내부 프레임의 경도(stiffness)는 상기 외부 프레임의 경도보다 연성이다.

그리고, 상기 하우징의 내부 프레임과 외부 프레임은 서로 다른 재질로 이루어진 것이 바람직하다.

이하 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 주의해야 할 점은, 본 명세서에 걸쳐서 사용되는 '실질적' 및 '대략' 등의 용어는, 본 발명에 개시된 구성과 완전히 동일한 구성의 경우뿐만 아니라 사전적 의미에서의 문언상 차이가 존재하더라도, 실질적으로 동일한 효과를 얻을 수 있을 정도로 변형 실시가 가능하다면 이는 본 발명의 기술적 범위에 포함됨을 의미하도록 사용되었다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 병기하였다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 카메라 모듈에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 이미지센서 모듈을 포함하는 카메라 모듈 패키지의 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명에 의한 카메라 모듈 패키지에 대한 단면도를 나타내며, 도 6은 본 발명에 의한 카메라 모듈 패키지 중 기판에 대한 평면도이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 카메라 모듈 패키지는, 크게 렌즈배럴(120)와, 상기 렌즈배럴(120)이 그 상부 개방부로부터 삽입되어 장착되는 하우징(110), 및 상기 하우징(110)의 하부 개방부와 결합하는 상기 이미지센 서(131)가 부착된 기판(130)으로 구성된 이미지센서 모듈로 구성된다.

먼저, 하우징(110)은 통상의 지지물로서 그 상부와 하부는 개구부를 형성하여 후술하는 렌즈배럴(120)와 이미지센서 모듈과 각각 결합한다.

상기 하우징(110)의 상부 개구부에 삽입 및 결합되는 렌즈배럴(120)은, 렌즈 홀더(lens holder)의 기능을 하며 통상적으로 폴리카보네이트(polycarbonate) 등과 같은 수지에 의해 형성되고, 하우징(110) 내부에 삽입되는 바닥부측에 어퍼처(aperture) 및 집광렌즈 등이 설치된다. 어퍼처는 집광렌즈를 통과하는 빛의 통로를 규정하고, 집광렌즈는 어퍼처를 통과한 빛을 후술하는 이미지센서 소자의 수광부(픽셀 영역부)에 수광하도록 한다. 상기 렌즈배럴(120)의 상면에는 IR 코팅된 유리(IR coating glass)가 접착될 수도 있으며, 어퍼처나 집광렌즈 측으로 이물질이 침투하는 것을 방지하고 있다. 이와 같이, 렌즈배럴(120)은 촬상렌즈의 장착수단이 되는데, 하우징 본체의 상단부와 결합하는 렌즈배럴(120)의 상단에는 피사체의 이미지를 집속하기 위한 촬상렌즈가 장착된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 의한 카메라 모듈(100)은 내주면과 외주면의 직경이 동일하게 형성된 하우징(110)의 경통(111) 부분과 렌즈배럴(120)이 상호 면접촉을 이루며 슬라이딩 결합됨을 나타내고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 하우징(110)과 렌즈배럴(120)은 나사결합에 의하여 상호 결합될 수도 있다.

또한, 본 실시예에서는 상기 렌즈배럴(120)와 하우징(110)이 서로 별도의 구성으로 형성되어 결합되는 것을 예로 들고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고 별도의 렌즈배럴(120) 대신에 복수의 렌즈로 구성되는 렌즈군 자체가 하우 징(110) 내부에 직접 장착되는 구성일 수도 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의한 하우징(110)은 본체를 형성하는 외곽 프레임(112)과 상기 외곽 프레임(112) 내부에 또하나의 내부 프레임(113)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이러한 하우징(110)은, 하우징의 외부를 형성하는 외곽 프레임(112)과, 상기 외곽 프레임의 내부에, 이미지 센서(131)의 적어도 픽셀 영역부(132; 수광부)와 IR 필터(140) 사이에 밀폐 공간을 형성하도록 구성된 내부 프레임(113)을 포함한다. 즉, 본 발명에 의한 하우징(110)은, 그 내부에 필터 안착부(114)가 형성되고 외곽을 형성하는 외부 프레임(112)과 상기 외부 프레임의 내부에 수직 방향으로 연장 형성된 내부 프레임(113)을 포함하도록 구성된다. 이러한 하우징의 내부 및 외부(외곽) 프레임에 대응하여, 기판(130)에는 상기 하우징의 외부 프레임(112) 하단부와 본드 결합되는 제 1 결합부(A)와, 상기 하우징의 내부 프레임(113) 하단부와 상기 이미지 센서의 적어도 픽셀 영역부(132) 외부를 둘러싸는 방식으로 접촉되는 제 2 결합부(B)를 포함한다.

결합시, 하우징의 외곽 프레임(112)은 인쇄회로기판(130)의 상부에 본드를 통하여 접합되고, 내부 프레임(113)은 인쇄회로기판(130)의 이미지 센서 상부에 본드 사용없이 내부 프레임(113) 재질의 탄성을 이용하여 접촉된다. 이러한 접촉을 통하여, 하우징의 내부 프레임(113)과 인쇄회로기판 상의 제 2 결합부(B) 및 IR 필터(140) 사이에는 밀폐 공간을 형성되어, 카메라 모듈 제조 공정 동안에 기판 주위에 생성되었던 이물질들이 이미지 센서의 수광부(픽셀 영역부)로 이동되는 것을 방 지할 수 있게 된다.

여기서, 밀폐공간은 인쇄회로기판의 제 2 결합부(B)에 별도의 본드 사용없이 내부 프레임 재질의 탄성만을 이용하여 밀착 접촉되는 것에 의하여 형성 가능하다. 이를 위하여는 하우징의 내부 프레임(113)의 경도(stiffness)가 외부 프레임(112)의 경도보다 탄성을 구비한 정도의 연성인 것이 바람직하며, 하우징의 내부 프레임은 일반적으로 (강화) 플라스틱 등으로 구성되는 외부 프레임의 재질과는 다른 고무 등의 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.

상기 하우징(110)의 하부 개구부에 결합되는 이미지센서 모듈은 크게, 이미지센서(131)와, 상기 이미지센서(131)가 부착되는 기판(130), 및 상기 이미지센서(131)와 기판(130)에 각각 형성된 센서측 접속패드와 기판측 접속패드를 연결하는 본딩 와이어(133)로 구성된다.

이미지센서(131)는, 이미지를 촬상하기 위하여 중앙부에 형성되는 픽셀 영역부인 수광부(132)와 상기 수광부(132)에 의하여 발생하는 신호를 외부로 전달하기 위하여 상기 수광부 이외의 영역에 형성된 센서측 접속패드를 포함하는 신호처리 영역부로 이루어진다.

한편, 촬상렌즈를 통해 촬상된 이미지를 인식하는 이미지센서는 기판(130)의 상면에 실장된다. 여기서 이미지센서는 공지된 다이본딩 및 와이어 본딩공법에 의해 기판에 실장된다. 즉, 메탈라이즈 도체가 형성되어 있는 기판 상면에 이미지센서가 도전성 접착제 등에 의해 다이 본딩(die bonding)되어 고정되고, 이미지센서의 전극 패드가 메탈라이즈 도체에 금속선에 의해 와이어 본딩(wire bonding)되어 실장될 수 있다.

기판(130)은, 센서부착과 와이어본딩 영역에는 경성인쇄회로기판이 사용되며 마더보드 등과의 연결을 위한 연결영역에는 연성인쇄회로기판이 사용되어 상기 경성인쇄회로기판의 일단과 결합되는, 경연성인쇄회로기판(RFPCB)인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 이미지센서(131)의 센서측 접속패드와 상기 기판의 기판측 접속패드를 연결하는 본딩 와이어(133)를 포함한다.

이미지센서 모듈의 기판(130) 상에 실장될 수 있는 전자부품은 적층형 세라믹 커패시터(MLCC)를 적어도 하나 이상 포함하며, 그 밖에 저항, 다이오드, 트랜지스터 등의 다른 전자부품도 추가로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 적층형 세라믹 커패시터(MLCC)는 카메라 모듈에서 발생하는 화면 노이즈(noise) 문제를 제거하는 역할을 하며, 그 밖에 사용된 다른 전자부품은 화면 노이즈 문제 이외의 다른 품질 개선을 위하여 사용될 수 있다. 또한, 상기 적층형 세라믹 커패시터(MLCC)는 근래 반도체가 고성능, 고집적, 고속화 방향으로 발전함에 따라 단칩 패키지보다는 다칩 패키지와 다층화의 3차원 적층구조를 접목시킴으로써 경박단소 패키지를 실현할 수 있다.

이상에서 설명된 내용은 본 발명의 바람직한 실시예의 형태로 제공되었으므로, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 권리 범위는 개시된 실시예에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

도 1a 및 도 1b는 COF 방식의 종래 카메라 모듈을 나타낸 도면.

도 2a 및 도 2b는 COB 방식의 종래 카메라 모듈을 나타낸 도면.

도 3은 도 2에 사용되는 기판의 평면도.

도 4는 본 발명에 따른 카메라 모듈의 분해 사시도.

도 5는 본 발명에 따른 카메라 모듈의 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 기판의 평면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

110. 하우징 111. 경통

112. 외부(외곽) 프레임 113. 내부 프레임

114. 필터 안착부 120. 렌즈배럴

130. 인쇄회로기판 131. 이미지센서

132. 수광부(픽셀 영역) 140. IR 필터

Claims (7)

1. 렌즈 배럴;

   상기 렌즈 배럴과 결합하고, 내부에 필터 안착부를 갖는 하우징;

   상기 필터 안착부에 장착된 IR필터; 및

   상기 하우징에 결합되고, 이미지 센서를 구비한 인쇄회로기판을 포함하고,

   상기 하우징은:

   상기 인쇄회로기판에 결합된 외곽 프레임; 및

   상기 이미지 센서에 결합되며, 상기 이미지 센서 및 상기 IR 필터와 함께 밀폐 공간을 제공하는 내부 프레임을 포함하되,

   상기 내부 프레임은 상기 외곽 프레임에 비해 연성인 재질로 이루어져, 본드의 사용 없이, 상기 내부 프레임의 탄성을 이용해 상기 이미지 센서에 밀착 접촉된 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
2. 제1항에 있어서,

   상기 외곽 프레임은 본드를 이용하여 상기 인쇄회로기판과 접합하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 내부 프레임은 고무를 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
4. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 내부 프레임과 상기 외곽 프레임은 서로 상이한 재질을 포함하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈.
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6. 삭제
7. 삭제

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