KR101237872B1 - 핑거 내비게이션 패키지 및 그 패키징 방법 - Google Patents

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Abstract

핑거 내비게이션 패키지 및 그 패키징 방법이 제공된다. 일 실시예에 따른 패키징 방법에 의하면, 기판 상에 광원 및 이면조사형 이미지 센서칩을 실장한다. 상기 광원 또는 상기 이미지 센서칩 상에 수지 액적을 떨어뜨린다. 상기 수지 액적을 리플로우 및 경화시켜, 상기 광원 및 상기 이미지 센서칩을 덮는 몰딩층을 형성한다.

Description

핑거 내비게이션 패키지 및 그 패키징 방법{Finger navigation package and method of packaging the same}
본 발명은 전자 장치 및 그 패키징 방법에 관한 것으로서, 특히 손가락의 변위를 감지할 수 있는 핑거 내비게이션 패키지 및 그 패키징 방법에 관한 것이다.
핑거 내비게이션 장치는 손가락의 지문을 영상 신호로 전송하여 손가락의 변위를 추출함으로써 손가락의 움직임을 통해서 영상 장치의 화면 또는 커서 등의 움직임을 제어하는 장치이다. 이러한 영상 신호의 전송 및 제어를 위해서, 통상적인 핑거 내비게이션 장치는 광학 센서 모듈을 이용한다. 이러한 광학 센서 모듈은 광의 집광 및 전송을 위해서 렌즈, 필터 등의 상당한 부피의 광학계를 필요로 한다.
하지만, 전자 제품의 부피가 점점 소형화되고 있으나, 이러한 광학계의 부피는 핑거 내비게이션 장치의 소형화에 제약이 되고 있다. 나아가, 광 전송 효율을 높이기 위해서는 이러한 장치의 패키지 두께를 최소화할 필요가 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 포함하여 여러 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 소형화 및 고성능화를 위한 핑거 내비게이션 패키지 및 그 패키징 방법을 제공하고자 한다. 하지만, 이러한 과제는 예시적으로 제시되었고, 본 발명의 범위가 이러한 과제에 의해서 제하되는 것은 아니다.
본 발명의 일 관점에 따른 핑거 내비게이션 패키징 방법이 제공된다. 기판 상에 광원 및 이면조사형 이미지 센서칩을 실장한다. 상기 광원 또는 상기 이미지 센서칩 상에 수지 액적을 떨어뜨린다. 상기 수지 액적을 리플로우 및 경화시켜, 상기 광원 및 상기 이미지 센서칩을 덮는 몰딩층을 형성한다.
상기 이미지 센서칩은 포토다이오드 어레이가 형성된 제 1 면 및 상기 제 1 면에 반대되는 제 2 면을 갖고, 상기 이미지 센서칩을 실장하는 단계는 상기 이미지 센서칩의 상기 제 1 면이 상기 기판을 향하도록 상기 이미지 센서칩을 상기 기판 상에 배치시켜 수행할 수 있다.
상기 이미지 센서칩의 상기 제 2 면은 반도체 웨이퍼의 이면으로부터 연마된 면이고, 상기 이미지 센서칩을 실장하는 단계는 상기 반도체 웨이퍼의 상기 제 2 면으로부터 상기 포토다이오드 어레이까지의 두께 부분이 적외선 패스 필터 기능을 수행하도록 상기 제 2 면이 수광 방향이 되도록 배치하여 수행할 수 있다.
상기 몰딩층은 상기 광원 및 상기 이미지 센서칩과 직접 접합될 수 있다.
상기 수지 액적을 떨어뜨리는 단계 전에, 상기 광원 및 상기 이미지 센서칩을 덮는 계면 활성층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 나아가, 상기 몰딩층을 형성하는 단계에서, 상기 수지 액적은 상기 계면 활성층 상으로 한정되어 리플로우 될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 핑거 내비게이션 패키지는 기판을 포함한다. 광원은 상기 기판 상에 제공된다. 이면조사형 이미지 센서칩은 포토다이오드 어레이가 형성된 제 1 면 및 상기 제 1 면에 반대되는 제 2 면을 갖고, 상기 제 1 면이 상기 기판을 향하도록 상기 기판 상에 배치된다. 몰딩층은 상기 광원 및 상기 이미지 센서칩을 덮도록 수지 액적을 리플로우 및 경화시켜 상기 기판 상에 형성된다. 상기 이미지 센서칩은 상기 몰딩층 상의 핑거의 변위를 상기 광원으로부터 방사되어 상기 핑거를 거쳐 방출된 광을 상기 제 2 면을 통해서 상기 포토다이오드 어레이로 인도하여 전기적 신호로 변환한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 핑거 내비게이션 패키지에 의하면, 이면조사형 이미지 센서칩을 이용함으로써 그 부피를 줄일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거 내비게이션 패키징 방법에 의하면, 수지 액적을 리플로우시켜 몰딩층을 형성할 수 있어서 소형 패키지를 경제적으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거 내비게이션 패키지를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 핑거 내비게이션 패키지를 이용한 전자 장치를 보여주는 개략적인 블록도이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거 내비게이션 패키징 방법을 보여주는 개략적인 단면도들이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핑거 내비게이션 패키징 방법을 보여주는 개략적인 단면도들이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세하게 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서, 핑거 내비게이션 패키지(finger navigation package)는 핑거 내비게이션 장치의 패키지 형태를 지칭할 수 있으나, 넓은 의미로는 핑거 내비게이션 장치 또는 핑거 내비게이션 시스템이라고 불릴 수도 있다. 나아가, 이러한 핑거 내비게이션 장치는 영상 장치에서 화면 또는 커서를 움직이는 데 사용될 수 있다는 점에서, 핑거 마우스 장치로 불릴 수도 있다. 따라서 본 발명의 실시예들에 따른 핑거 내비게이션 패키지는 핑거 마우스 패키지라고 불릴 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거 내비게이션 패키지를 보여주는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 광원(120) 및 이미지 센서칩(image sensor chip, 130)이 기판(110) 상에 제공될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 광원(120) 및 이미지 센서칩(130)과 전기적으로 연결되는 회로 배선을 포함할 수 있다. 예컨대, 이러한 회로 배선은 기판(110)의 전면 상에 주요하게 형성될 수 있으나, 외부 장치와 연결을 위해서 기판(110)을 관통하여 배면으로 연결될 수 있다. 기판(110)은 예컨대, 인쇄회로기판으로 불릴 수도 있으나, 이 실시예의 범위가 그 명칭에 제한되지 않는다. 한편, 기판(110)의 배면에는 외부 장치와 연결을 위한 외부 단자, 예컨대 솔더 볼, 솔더 범프 등이 배치될 수 있다.
광원(120)은 기판(110) 상에, 예컨대 기판(110)의 전면 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 광원(120)은 입출력(I/O) 패드들(126)을 통해서 기판(110) 상에 솔더 접합되어, 기판(110) 상의 회로 배선과 전기적으로 연결될 수 있다. 광원(120)은 패키지 상의 손가락(50) 아래로 빛(광)을 제공할 수 있다. 광원(120)은 다양한 파장의 빛을 방사할 수 있고, 예컨대 가시광선에 의한 간섭을 줄이고 광학계의 사용을 최소화하기 위해서 적외선(infra red light)을 방사할 수 있다. 예를 들어, 광원(120)은 적외선(IR) 발광다이오드(light emitting diode; LED)를 포함할 수 있다.
이미지 센서칩(130)은 기판(110) 상에, 예컨대 기판(110)의 전면 상에 실장될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서칩(130)은 입출력(I/O) 패드들(136)을 통해서 기판(110) 상에 솔더 접합되어, 기판(110) 상의 회로 배선과 전기적으로 연결될 수 있다. 광원(120)에서 방사된 광은 패키지 상의 손가락(50)을 거쳐서 이미지 센서칩(130)으로 입사될 수 있다. 이미지 센서칩(130)은 손가락(50)을 거쳐 방출된 광을 통해서 손가락(50)의 지문 영상을 추출할 수 있다. 예를 들어, 손가락(50)으로 흡수된 광은 그 내부에서 산란되어 손가락(50)의 표면을 통해서 방출되고, 패키지 상에 접촉된 부분과 접촉되지 않은 부분의 광학적 경로 차이를 통해서 손가락(50)의 지문 이미지가 이미지 센서칩(130)을 통해서 추출될 수 있다.
이미지 센서칩(130)은 광 신호를 전기 신호로 변환하기 위해서 포토다이오드 어레이(135)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서칩(130)은 전하 결합 소자(charge coupled device) 또는 CMOS 이미지 센서를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 포토다이오드 어레이(135)는 이미지 센서칩(130)의 제 1 면(131)에 형성되고, 이러한 제 1 면(131)이 기판(110)을 향하고 그 반대의 제 2 면(132)이 수광 방향이 되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 포토다이오드 어레이(135)는 반도체 웨이퍼의 전면 쪽에 형성되고, 제 2 면(132)은 이러한 반도체 웨이퍼의 이면으로부터 연마된 면이 될 수 있다. 예컨대, 반도체 웨이퍼는 적절한 반도체 물질, 예컨대 IV족 반도체 또는 III-V족 반도체 물질 등을 포함할 수 있다.
포토다이오드 어레이(135)가 기판(110) 쪽에 배치되기 때문에, 손가락(50)으로부터 반사된 광은 제 2 면(132) 방향으로 입사되어 제 2 면(132)으로부터 포토다이오드 어레이(135)까지의 소정 두께의 웨이퍼를 통과하여 포토다이오드 어레이(135)에 입사될 수 있다. 이와 같이, 광이 이미지 센서칩(130)의 제 2 면(132) 또는 반도체 웨이퍼의 이면 방향으로 입사된다는 점에서, 이러한 이미지 센서칩(130)은 이면조사형(back side illumination; BSI) 또는 배면조사형 이미지 센서칩으로 불릴 수 있다. 이러한 이면조사형 이미지 센서칩(130)은 포토다이오드 어레이(135) 상에 배치된 금속 배선(미도시)에 의한 빛의 간섭을 피할 수 있다는 점에서 금속 배선의 간격이 좁은 고집적 소자에도 적용될 수 있다. 이러한 점에서, 이면조사형은 전면조사형에 비해서 고집적화에 유리할 수 있다.
한편, 반도체 웨이퍼, 예컨대 실리콘 웨이퍼는 가시광선은 거의 투과시키지 못하고 적정 두께까지는 적외선을 잘 통과시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 점에서, 제 2 면(132)으로부터 포토다이오드 어레이(135)까지의 웨이퍼의 두께 부분은 적외선 패스 필터(IR pass filter) 기능을 수행할 수 있다. 따라서 이미지 센서칩(130)을 이면조사형으로 제공하고, 웨이퍼의 이면을 포토다이오드 어레이(135)까지 연마하지 않고 소정 두께로 남김으로써 별도의 적외선 패스 필터를 생략할 수 있어 전체 패키지의 부피를 줄일 수 있다.
몰딩층(140)은 광원(120) 및 이미지 센서칩(130)을 덮도록 기판(110) 상에 제공될 수 있다. 이 실시예에서, 몰딩층(140)은 후술하는 바와 같이, 수지 액적을 리플로우 및 경화시켜 간단한 방법으로 얇게 형성될 수 있다. 이미지 센서칩(130)으로부터 손가락(50) 사이의 몰딩층(140)의 두께가 두꺼워지면 패키지의 부피를 키울 뿐만 아니라 광투과 효율이 낮아져 지문 형상이 뭉개져 나타나 분해능이 떨어질 수 있다. 예를 들어, 몰딩층(140)은 광원(120) 및 이미지 센서칩(130)에 직접 접촉되도록 제공될 수 있고, 이 경우 그들 사이에 별도의 광학계를 생략할 수 있어서 전체 패키지의 두께를 크게 낮출 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예들에 따른 핑거 내비게이션 패키지를 이용한 전자 장치(200)를 보여주는 개략적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 핑거 내비게이션 패키지(100)의 광원(120)으로부터 방사된 광(123)은 패키지(100) 위의 손가락(50)을 거쳐서 이미지 센서칩(130)으로 입사될 수 있다. 이미지 센서칩(130)은 광신호를 전기적인 신호로 변환한 후 이를 다시 영상 신호로 변환함으로써 손가락(50)의 움직임을 변위 벡터로 출력할 수 있다. 이러한 변위 벡터는 디스플레이(210)의 화면 또는 커서를 이동하는 데 이용될 수 있다. 예를 들어, 이러한 전자 장치(200)는 컴퓨터, 노트북, 개인 보조 단말기(PDA), 휴대폰, 내비게이션 장치, 휴대용 미디어 플레이어 등을 포함할 수 있다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 핑거 내비게이션 패키징 방법을 보여주는 개략적인 단면도들이다.
도 3을 참조하면, 기판(110) 상에 광원(120) 및 이면조사형 이미지 센서칩(130)을 실장할 수 있다. 예를 들어, 솔더 접합법을 이용하여 기판(110) 상에 광원(120)의 입출력 패드들(126) 및 이미지 센서칩(130)의 입출력 패드들(136)을 기판(110)의 회로 배선 상에 접속시킬 수 있다. 다른 예로, 적절한 도전성 접합층(미도시)을 개재시켜 광원(120) 및 이미지 센서칩(130)을 기판(110) 상에 접합시킬 수도 있다. 이미지 센서칩(130)은 도 1에서 전술한 바와 같이, 포토다이오드 어레이(135)가 형성된 제 1 면(131)이 기판(110)을 향하고, 제 2 면(132)이 수광 방향을 바라보도록 기판(110) 상에 실장될 수 있다.
이어서, 광원(120) 및/또는 이미지 센서칩(130) 상에 수지 액적(140a)을 떨어드릴 수 있다. 예를 들어, 적절한 튜브(60)를 통해서 수지 액적(140a)을 기판(110) 상에 낙하시킬 수 있다. 수지 액적(140a)은 적절한 고분자 수지의 액체 방울 형상을 지칭할 수 있다. 예를 들어, 수지 액적(140a)은 패키지에서 몰딩재로 이용되는 에폭시 수지를 포함할 수 있다. 수지 액적(140a)은 이후 리플로우 되면 광원(120) 및 이미지 센서칩(130)을 덮을 수 있도록 적절한 부피를 가질 수 있다. 수지 액적(140a)은 하나 또는 복수의 액체 방울들을 지칭할 수 있다.
도 4를 참조하면, 수지 액적(도 3의 140a)을 리플로우 및 경화시켜 몰딩층(140)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 수지 액적(140a)을 녹는 점 근처에서 리플로우 시키고 적절하게 경화시킴으로써 광원(120) 및 이미지 센서칩(130)을 덮는 몰딩층(140)을 형성할 수 있다. 이에 따르면, 몰딩층(140)의 두께를 작게 하면서도 소형의 패키지를 형성할 수 있다. 수지 액적(140a)의 리플로우 온도는 선택된 수지의 녹는점 및 점도 등을 고려하여 적절하게 선택될 수 있다.
이러한 패키징 방법은 통상적인 플라스틱 몰드를 결합하는 방법에 비해서 소형 패키지 형성에 유리하다. 플라스틱 몰드는 소형으로 만들기도 어렵지만, 이를 다시 기판과 결합시키는 것도 쉽지 않다. 하지만, 이 실시예에 따르면, 패키지의 크기에 맞추어 수지 액적(140a)을 분사하고, 이를 리플로우 및 경화시킴으로써 몰딩층(140)을 적절한 크기로 형성할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 핑거 내비게이션 패키징 방법을 보여주는 개략적인 단면도들이다. 이 실시예에 따른 패키징 방법은 도 3 및 도 4의 패키징 방법에 일부 구성을 더 부가한 것이고, 따라서 두 실시예들에서 중복된 설명은 생략된다.
도 5를 참조하면, 수지 액적(140a)을 형성하기 전에, 광원(120) 및 이미지 센서칩(130) 상에 계면 활성층(142)을 형성할 수 있다. 계면 활성층(142)은 적절한 패터닝 방법을 이용하여 전체적인 패키지의 부피를 고려하여, 기판(110) 상에서 적절한 크기로 한정될 수 있다. 이어서, 계면 활성층(142) 상에 수지 액적(140a)을 형성할 수 있다.
계면 활성층(142)은 기판(110), 광원(120) 및 이미지 센서칩(130)의 상면과 수지 액적(140a) 사이의 계면의 경계를 완화시켜 그들 사이에서 수지 액적(140a)의 표면 장력을 약하게 하는 역할을 할 수 있다. 예를 들어, 계면 활성층(142)은 적절한 계면 활성제, 예컨대 음이온계 계면 활성제, 양이온계 계면 활성제, 양성 계면 활성제, 비이온성 계면 활성제 등을 포함할 수 있다.
도 6을 참조하면, 수지 액적(도 3의 140a)을 리플로우 및 경화시켜 몰딩층(140)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 수지 액적(140a)을 녹는 점 근처에서 리플로우 시키고 적절하게 경화시킴으로써 광원(120) 및 이미지 센서칩(130)을 덮는 몰딩층(140)을 형성할 수 있다. 다만, 이 실시예에서, 수지 액적(140a)의 리플로우는 계면 활성층(142) 상으로 한정되고, 이에 따라 몰딩층(140)은 계면 활성층(142) 상으로 한정되어 형성될 수 있다. 즉, 몰딩층(1400은 계면 활성층(142) 위로 정합되어 형성될 수 있다.
계면 활성층(142)은 기판(110), 광원(120) 및 이미지 센서칩(130)의 상면과 수지 액적(140a) 사이의 계면 경계를 완화시켜 그 사이에서 수지 액적(140a)의 표면장력을 약하게 할 수 있다. 이에 따라, 수지 액적(140a)이 계면 활성층(142) 상에서 빠르게 리플로우 되고, 계면 활성층(142) 바깥으로 리플로우는 상대적으로 제한될 수 있다. 이 실시예에 따르면, 수지 액적(140a)의 리플로우 범위를 계면 활성층(142)을 통해서 제어할 수 있어서, 패키지의 크기를 보다 용이하게 조절할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110: 기판 120: 광원
130: 이미지 센서칩 126, 136: 입출력 패드
140: 몰딩층 140a: 수지 액적

Claims (9)

  1. 기판 상에 광원 및 이면조사형 이미지 센서칩을 실장하는 단계;
    상기 광원 또는 상기 이미지 센서칩 상에 수지 액적을 떨어뜨리는 단계; 및
    상기 수지 액적을 리플로우 및 경화시켜, 상기 광원 및 상기 이미지 센서칩을 덮는 몰딩층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 이미지 센서칩은 포토다이오드 어레이가 형성된 제 1 면 및 상기 제 1 면에 반대되는 제 2 면을 갖고,
    상기 이미지 센서칩을 실장하는 단계는 상기 이미지 센서칩의 상기 제 1 면이 상기 기판을 향하도록 상기 이미지 센서칩을 상기 기판 상에 배치시켜 수행하는,
    핑거 내비게이션 패키징 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 이미지 센서칩의 상기 제 2 면은 반도체 웨이퍼의 이면으로부터 연마된 면이고,
    상기 이미지 센서칩을 실장하는 단계는 상기 반도체 웨이퍼의 상기 제 2 면으로부터 상기 포토다이오드 어레이까지의 두께 부분이 적외선 패스 필터 기능을 수행하도록 상기 제 2 면이 수광 방향이 되도록 배치하여 수행하는, 핑거 내비게이션 패키징 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 광원은 적외선 발광다이오드를 포함하는, 핑거 내비게이션 패키징 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 수지 액적은 에폭시 액적을 포함하는, 핑거 내비게이션 패키징 방법.
  6. 제 1 항, 및 제 3 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서, 상기 몰딩층은 상기 광원 및 상기 이미지 센서칩과 직접 접합된, 핑거 내비게이션 패키징 방법.
  7. 제 1 항, 및 제 3 항 내지 제 5 항의 어느 한 항에 있어서, 상기 수지 액적을 떨어뜨리는 단계 전에,
    상기 광원 및 상기 이미지 센서칩을 덮는 계면 활성층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 핑거 내비게이션 패키징 방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 몰딩층을 형성하는 단계에서,
    상기 수지 액적은 상기 계면 활성층 상으로 한정되어 리플로우 되는, 핑거 내비게이션 패키징 방법.
  9. 기판;
    상기 기판 상의 광원;
    포토다이오드 어레이가 형성된 제 1 면 및 상기 제 1 면에 반대되는 제 2 면을 갖고, 상기 제 1 면이 상기 기판을 향하도록 상기 기판 상에 배치된, 이면조사형 이미지 센서칩; 및
    상기 광원 및 상기 이미지 센서칩을 덮도록 수지 액적을 리플로우 및 경화시켜 상기 기판 상에 형성된 몰딩층을 포함하고,
    상기 이미지 센서칩은 상기 몰딩층 상의 핑거의 변위를 상기 광원으로부터 방사되어 상기 핑거를 거쳐 방출된 광을 상기 제 2 면을 통해서 상기 포토다이오드 어레이로 인도하여 전기적 신호로 변환하는, 핑거 내비게이션 패키지.
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