KR101030377B1 - 카메라 모듈 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 카메라 모듈에 관한 것이다.
본 발명의 카메라 모듈은, 기판; 하부 내측에 이미지센서가 내입되어 상기 기판의 중앙부에 실장되는 이미지센서 일체형 렌즈; 상기 기판의 상면 테두리부에 하단부가 지지되며, 내측면이 상기 이미지센서 일체형 렌즈의 외주면에 밀착되게 결합된 하우징; 및 상기 하우징의 상부에 결합되고, 내부에 하나 이상의 렌즈가 적층 결합된 렌즈배럴;을 포함하며, 이미지센서와 렌즈의 조립 오차를 최소화하여 광축의 틀어짐을 방지할 수 있으며, 전체적인 조립 공정을 단순화할 수 있는 장점이 있다.
카메라 모듈, 이미지센서 일체형 렌즈, 도금선, 광축, 이물

Description

카메라 모듈{Camera module}
본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 이미지센서와 렌즈를 일체화하여 조립된 카메라 모듈에 관한 것이다.
일반적으로, 카메라 모듈(CCM:Compact Camera Module)은 소형으로써 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신기기와 디지털 카메라 등의 다양한 IT 기기에 적용되고 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.
특히, 최근에는 사용자의 다양한 요구에 맞추어 자동초점(AF:Autofocus) 조정이나 줌(Zoom) 조정 등의 기능이 부여된 카메라 모듈이 요구되고 있고, 카메라 모듈 자체 내에서 촬영된 영상에 대한 이미지 효과를 부여할 수 있는 다양한 기능들이 부가되고 있다.
또한, 이미지센서의 제작 기술이 발달되고 카메라 모듈의 요구되는 크기가 점차 소형화됨에 따라 이미지센서를 구성하는 픽셀의 크기가 점차 작아짐과 아울러 요구되는 해상도는 높아지고 있다. 따라서, 최근의 카메라 모듈은 조립 오차를 최소화하고, 이미지센서와 외부 광이 유입되는 렌즈 간에 광축의 일치와 높은 조립 정밀도가 요구되고 있다.
이에 통상적인 카메라 모듈은, 기판과 이미지센서 및 상기 기판 상에 결합되는 광학 유니트로 구성되며, 상기 기판 상면에 이미지센서가 실장된 상태에서 상기 기판의 상부에 하우징과 렌즈배럴로 이루어진 광학 유니트가 결합된다.
이때, 이미지센서는 기판 상면에 형성된 도전 패턴이 이미지센서의 패드와 밀착되면서 전기적으로 결합되는 플립 칩 방식으로 장착되거나 기판 상면에 형성된 패드와 와이어 본딩을 통해 전기적으로 결합되는 와이어 본딩 방식으로 장착될 수 있다.
또한, 종래의 카메라 모듈은 상기 광학 유니트를 구성하는 하우징의 하단부가 기판에 결합될 때, 상기 하우징의 하단부에 형성된 보스가 기판의 모서리부에 형성된 관통홀에 삽입됨에 따라 상기 광학 유니트와 기판의 결합 위치가 결정된다.
한편, 이미지센서가 장착된 기판에 광학 유니트, 즉 하우징과 렌즈배럴이 순차적으로 결합되면, 렌즈가 결합된 렌즈배럴을 하우징 상부에서 일측 방향으로 회전시켜 이미지센서와 렌즈 간의 거리 조절에 의해 초점 조정이 이루어지도록 한다.
이와 같은 구성을 갖는 종래의 카메라 모듈은 기판에 실장된 이미지센서의 수광면 중심과 렌즈배럴에 장착된 렌즈의 광축(X축)이 일치되도록 하여야 하고, 이미지센서의 해상도 향상을 위해서 렌즈와 이미지센서 간의 Y축, Z축 방향, 즉 렌즈와 이미지센서 간에 발생될 수 있는 틸트나 로테이션에 대한 정밀한 조립이 요구된다.
특히, 종래의 카메라 모듈은 기판에 실장되는 이미지센서와, 렌즈배럴 내에 장착되는 렌즈가 단독으로 제작되어 각각 일정 간격을 두고 렌즈배럴의 하우징 결합에 의해서 제작됨으로써, 렌즈와 이미지센서 간의 긴밀한 X, Y, Z축 방향 조정이 이루어져야 하고 정밀한 조립 공차 내에서 제작되어야 한다.
그러나, 종래의 카메라 모듈은 기판 상에 패드나 와이어 본딩을 통해 실장된 이미지센서를 기준으로 하우징의 위치가 결정되고, 상기 하우징 내에 결합된 렌즈배럴에 의해 렌즈의 위치 결정이 이루어지게 됨에 따라 이미지센서와 렌즈간의 광축이 일치하도록 정밀하게 조립하기가 어렵고, 확장되는 조립 공차에 의한 광축의 틀어짐(tilt)이 발생되는 문제점이 지적되고 있다.
따라서, 본 발명은 종래 카메라 모듈에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 이미지센서와 렌즈를 일체화시켜 렌즈의 기판 실장이 가능하도록 함으로써, 조립 공정을 단순화하고 이미지센서와 렌즈의 조립 오차를 최소화함과 아울러 이미지센서 상으로의 이물 유입이 최소화될 수 있도록 한 카메라 모듈이 제공됨에 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은, 평판형의 기판; 하부 내측에 이미지센서가 내입되어 상기 기판의 중앙부에 실장되는 이미지센서 일체형 렌즈; 상기 기판의 상면 테두리부에 하단부가 지지되며, 내측면이 상기 이미지센서 일체형 렌즈의 외주면에 밀착되게 결합된 하우징; 및 상기 하우징의 상부에 결합되고, 내부에 하나 이상의 렌즈가 적층 결합된 렌즈배럴;을 포함하는 카메라 모듈이 제공됨에 의해서 달성된다.
상기 기판은 세라믹 기판 또는 인쇄회로기판으로 구성될 수 있으며, 인쇄회로기판의 경우 단면 또는 양면 인쇄회로기판으로 구성될 수 있다.
상기 기판의 상면에는 중앙부에 이미지센서 일체형 렌즈가 실장되고, 그 주위에 수동소자나 IC 칩 등의 다수의 소자가 배치될 수 있다.
상기 이미지센서 일체형 렌즈는 렌즈의 내부에 이미지센서가 내입된 상태로서, 렌즈부의 테두리에서 하부로 지지부가 하향 연장 형성되고 상기 지지부 내측에 삽입되는 이미지센서로 구성될 수 있다.
상기 이미지센서는 상면에 전기적 연결을 위한 패드가 구비되고, 하면에 상기 기판과 전기적으로 접속되는 접속수단이 형성되며, 상기 패드와 접속수단은 기판의 측면에 형성된 도금선에 의해서 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 접속수단은 솔더볼 또는 범프로 형성될 수 있다.
이때, 바람직하게는 상기 이미지센서가 사각 또는 직사각형의 형태로 구성됨에 따라 상기 렌즈는 렌즈부가 원형의 형태로 구성되고, 렌즈부의 외측에서 하향 연장된 지지부의 내측면은 이미지센서의 측면에 밀착되는 사각틀의 형태로 구성될 수 있다.
여기서, 상기 지지부는 이미지센서의 사방 모서리측에 접촉되는 네 개의 다리 형태로 구성될 수도 있다.
상기 하우징은 내측면이 상기 이미지센서 일체형 렌즈의 외주면과 밀착되게 결합되며, 하우징의 상부 내측에는 이미지센서로 유입되는 광 중에 과도한 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터가 장착될 수 있다.
또한, 상기 하우징의 상단부 내측면에는 암나사부 또는 수나사부가 구비된다.
상기 하우징의 상부에 결합되는 렌즈배럴은 외주면에 수나사부 또는 암나사부가 구비되어 상기 하우징과 나사 결합에 의해서 장착될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 카메라 모듈은 이미지센서가 일체로 결합된 렌즈를 기판 상에 안착시키고 하우징과 다른 렌즈가 적층된 렌즈배럴 조립되도록 함으로써, 이미지센서와 렌즈의 조립 오차를 최소화하여 광축의 틀어짐을 방지할 수 있으며, 전체적인 조립 공정을 단순화할 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 이미지센서의 기판 실장 단계에서 렌즈에 이미지센서가 내입된 상태로 기판에 장착됨에 따라 조립 초기 단계에서 이미지센서가 밀폐되어 조립됨으로써, 이미지센서 상면으로 유입되는 이물을 미연에 차단할 수 있는 작용효과를 발휘할 수 있다.
본 발명에 따른 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.
먼저, 도 1은 본 발명에 따른 카메라 모듈에 채용되는 이미지센서의 상면 및 저면 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 카메라 모듈에 채용되는 이미지센서 일체형 렌즈의 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 카메라 모듈의 조립 단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 카메라 모듈(100)은 기판(110)과, 기판(110) 상면에 장착되는 이미지센서 일체형 렌즈(120)와, 이미지센서 일체형 렌즈(120)를 감싸며 기판(110) 상에 결합되는 하우징(130) 및 하우징(130) 상부에 결 합되는 렌즈배럴(140)로 구성될 수 있다.
상기 기판(110)은 평판형으로 구성되어 상면에 회로 패턴이 형성되고, 회로 패턴과 전기적으로 연결된 패드(111)가 구비된다. 또한, 기판(111)은 세라믹기판 또는 인쇄회로기판으로 구성될 수 있다.
이때, 인쇄회로기판의 경우에는 단면 또는 양면 인쇄회로기판으로 구성될 수 있다.
상기 기판(110)의 상면에는 직상부에서 유입되는 광이 수광되는 이미지센서가 실장되어야 하는데, 이미지센서(121)는 지지부(125b)가 연장 형성된 렌즈부(125a)와 일체화되어 기판(110) 상면에 안착된다.
즉, 기판(110) 상면 중앙부에 도 2와 같은 형태의 이미지센서 일체형 렌즈(120)가 안착되는 바, 이미지센서(121)가 렌즈부(125a)의 하부 내측에 내입된 상태로 기판(110) 상에 실장된다.
이때, 상기 이미지센서 일체형 렌즈(120)는 테두리부에서 하향 연장된 지지부(125b)가 기판(110) 상면에 지지되며, 이미지센서(121)의 하면에 형성된 접속수단(122)이 기판(110) 상면에 접촉되도록 안착된다.
또한, 아래의 도면에 도시되지는 않았으나, 이미지센서 일체형 렌즈(120)의 주위에는 이미지센서의 화상 데이터 변환이 용이하도록 하는 각종 소자와 이미지 효과 기능을 부여할 수 있는 IC 칩 등이 실장될 수 있다.
상기 이미지센서 일체형 렌즈(120)의 외주면에는 하우징(130)이 결합된다. 하우징(130)은 하단부가 기판(110)의 테두리부에 지지되며 상부로 돌출된 하우 징(130)의 내측면이 이미지센서 일체형 렌즈(120)의 외주면을 감싸며 결합될 수 있다.
상기 하우징(130)은 기판(110)에 안착되는 하단면과 테두리부 사이에 접착제가 개재되어 고정될 수 있으며, 하우징(130)의 하단면에 위치결정돌기(도면 미도시)가 형성되어 위치결정돌기의 기판(110) 삽입에 의해서 고정될 수도 있다.
또한, 하우징(130)의 상단부 내측면은 암나사부 또는 수나사부로 구성된 나사부(131)가 구비되고, 하우징(130) 상부 내측의 이미지센서 일체형 렌즈(120)의 상부에는 이미지센서(121)로 유입되는 광 중에 포함된 과도한 적외선을 차단하기 위한 적외선 차단필터(IR 필터,150)가 장착될 수 있다.
이때, 상기 적외선 차단필터(150)는 이미지센서(121)에 입사되는 광이 경유하는 위치에 설치될 수 있으며, 도 3에서와 같이 이미지센서 일체형 렌즈(120) 상부 뿐만 아니라 렌즈배럴(140)에 장착된 렌즈(L) 사이 또는 상단 렌즈(L)의 상부에 설치될 수 있다.
상기 나사부(131)는 하우징(130)의 상단을 통해 삽입되는 렌즈배럴(140)과의 나사 결합을 위하여 형성된 것으로, 상기 하우징(130) 상부에 장착되는 렌즈배럴(140)의 외주면에도 상기 나사부(131)와 대응되게 수나사부 또는 암나사부로 형성된 나사부(141)가 형성된다.
또한, 상기 하우징(130)의 상부에는 나사 결합에 의해 장착되는 캡 형태의 렌즈배럴(140)이 장착되고, 렌즈배럴(140) 내에는 광학계 설계시 필요한 매수로 이미지센서 일체형 렌즈(120) 외에 하나 이상의 다른 렌즈(L)가 장착될 수 있다.
이때, 광학계의 설계 조건에 따라 하우징(130) 내에 장착된 이미지센서 일체형 렌즈(120) 외에 다른 렌즈가 불필요하다면 렌즈배럴(140)은 별도의 렌즈 결합없이 캡 형태로 구성되어 하우징(130) 상단부에 결합될 수 있다.
한편, 상기 기판(110)에 장착되는 이미지센서 일체형 렌즈(120)에 대하여 좀 더 자세하게 살펴보면,
이미지센서 일체형 렌즈(120)는 렌즈부(125a)와 지지부(125b)로 구성되며, 렌즈부(125a)의 하부, 즉 렌즈부(125a)의 하부로 연장된 지지부(125b)의 내측에 이미지센서(121)가 삽입된 상태로 구성될 수 있다.
또한, 이미지센서 일체형 렌즈(120)는 중앙부에 형성된 원형의 렌즈부(125a)의 측부로 지지부(125b)가 하향 연장되며, 지지부(125b)의 내측에는 접속수단(122)이 하면에 형성된 이미지센서(121)가 결합되어 이미지센서(121)가 지지부(125b)에 의해 밀폐된 상태로 구성된다.
이때, 상기 이미지센서(121)는 기판(110)에 실장시 렌즈부(125a)에서 연장된 지지부(125b)에 의한 밀폐 공간에 삽입되기 때문에 기판(110)과 와이어 본딩 등의 결합 방식을 취할 수가 없으므로 이미지센서(121) 하면에 다수의 접속수단(122)을 구비하게 된다.
즉, 상기 이미지센서 일체형 렌즈(120)는 기판(110)의 실장시 이미지센서(121)의 하면에 형성된 접속수단(122)이 앞서 언급된 기판(110)의 상면에 형성되어 있는 패드(111)와 일대일로 접촉하여 전기적 연결이 이루어지게 된다.
또한, 이미지센서(121) 하면에 형성된 접속수단(122)을 통해 이미지센서(121)가 기판(110)과 전기적으로 연결될 때 이미지센서(121)의 자체적인 전원 인가를 위하여 상기 접속수단(122)은 이미지센서(121) 상면에 형성된 패드(123)와 전기적으로 연결되어야 한다.
따라서, 이미지센서(121)는 하면에 형성된 접속수단(122)과 상면에 형성된 패드(123)가 이미지센서(121)의 측면을 따라 형성된 도금선(124)에 의해 전기적으로 연결된다.
이때, 상기 이미지센서(121)에 형성된 접속수단(122)과 패드(123)는 이미지센서(121)의 측부를 관통하여 형성된 비아(도면 미도시)를 통해 전기적으로 연결될 수도 있으며, 이미지센서가 하면에 접속수단을 구비하는 CSP(Chip Scale Package) 타입으로 제작될 수도 있다.
여기서, 상기 이미지센서(121) 하면에 형성된 접속수단(122)은 솔더볼 또는 범프 등으로 형성될 수 있다.
한편, 상기 이미지센서(121)는 사각 또는 직사각의 형태로 구성됨에 따라 이미지센서(121)가 삽입되는 지지부(125b)의 내측면은 이미지센서(121)의 상부를 밀봉할 수 있는 사각틀의 형태로 구성됨이 바람직하다.
여기서, 이미지센서(121)의 상부가 밀봉됨은 카메라 모듈(100)의 조립 초기에 이미지센서(121)가 렌즈(120) 내부에 삽입시켜 일체로 형성함에 있어 이미지센서(121)의 상부로 외부의 이물 유입이 차단되고, 이미지센서 일체형 렌즈(120)를 이용하여 후속 조립 공정이 진행될 때는 그 후속 공정에서 발생되는 이물이 이미지 센서(121) 상면으로 유입되지 않도록 할 수 있을 것이다.
또한, 상기 렌즈(120)는 이미지센서(121)가 내입되는 지지부(125b)를 구성하기가 용이하도록 사출 성형에 의해 제작됨이 바람직하며, 렌즈(120)는 레플리카법에 의해 사출 성형되는 웨이퍼 렌즈가 적용될 수 있다.
이와 더불어, 이미지센서 일체형 렌즈(120)를 구성하는 지지부(125b)는 앞서 언급한 바와 같이 이미지센서(121)를 밀봉하는 지지부(125b)의 형태로 구성될 수 있으나, 지지부(125b)의 하단이 기판(110)의 상면에 안착되는 기능을 우선하여 이미지센서(121)의 각 모서리부를 감싸는 네 개의 다리 형태로 구성될 수도 있다.
한편, 이미지센서 일체형 렌즈(120)의 외주면에 하우징(130) 내측면이 밀착되어 이미지센서 일체형 렌즈(120)가 하우징(130) 내에서 유동되지 않도록 한다.
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 발명에 따른 카메라 모듈에 채용되는 이미지센서의 상면 및 저면 사시도.
도 2는 본 발명에 따른 카메라 모듈에 채용되는 이미지센서 일체형 렌즈의 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 카메라 모듈의 조립 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110. 기판
111. 패드
120. 이미지센서 일체형 렌즈
121. 이미지센서
122. 접속수단
124. 도금선
130. 하우징
140. 렌즈배럴
150. 적외선 차단 필터
L. 렌즈

Claims (11)

  1. 기판;
    상면에 전기적 연결을 위한 패드가 구비되고, 하면에 상기 기판과 전기적으로 접속되는 접속수단이 형성되며, 상기 패드와 접속수단은 상기 기판의 측면에 형성된 도금선에 의해서 전기적으로 연결된 이미지센서가 하부 내측에 내입되어 상기 기판의 중앙부에 실장되는 이미지센서 일체형 렌즈;
    상기 기판의 상면 테두리부에 하단부가 지지되며, 내측면이 상기 이미지센서 일체형 렌즈의 외주면에 밀착되게 결합된 하우징; 및
    상기 하우징의 상부에 결합되고, 내부에 하나 이상의 렌즈가 적층 결합된 렌즈배럴;
    을 포함하는 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기판은, 세라믹 기판 또는 인쇄회로기판으로 구성되어 상면에 다수의 패드가 구비된 카메라 모듈.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이미지센서 일체형 렌즈는, 렌즈부의 테두리에서 하부로 지지부가 하향 연장 형성되고, 상기 지지부 내측에 삽입되는 이미지센서로 구성된 카메라 모듈.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 접속수단은 솔더볼 또는 범프로 형성된 카메라 모듈.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 렌즈부는 원형의 형태로 구성되고, 상기 렌즈부의 외측에서 하향 연장된 상기 지지부의 내측면은 이미지센서의 측면에 밀착되는 사각틀의 형태로 구성된 카메라 모듈.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 지지부는, 상기 이미지센서의 사방 모서리측에 접촉되는 네 개의 다리 형태로 구성된 카메라 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은, 상기 이미지센서 일체형 렌즈의 외주면과 내측면이 밀착되게 결합된 카메라 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 하우징의 상부 내측에는 상기 이미지센서로 유입되는 광 중에 포함된 과도한 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터가 장착된 카메라 모듈.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 하우징은, 상단부 내측면에 암나사부 또는 수나사부의 나사부가 구비된 카메라 모듈.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈배럴은, 외주면에 수나사부 또는 암나사부의 나사부가 구비되어 상 기 하우징과 나사결합되는 카메라 모듈.
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