KR101898052B1 - 광학센서 패키지 및 그 제조 방법 - Google Patents

광학센서 패키지 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

광학센서 패키지 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 광학센서 패키지는 피감지체의 표면에서 반사된 빛을 감지하는 수광센서 패키지이다.
본 발명의 광학센서 패키지는, 베이스 기판, 상기 베이스 기판의 상면과 결합되고, 수광면을 포함하는 센서칩, 상기 베이스 기판의 상면 상에서 상기 센서칩의 일부를 덮되, 상기 수광면은 덮지 않도록 형성된 몰딩부, 상기 수광면을 덮는 광학필터 및 상기 베이스 기판의 하면과 결합되는 연성 회로기판을 포함하고, 상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판을 전기적으로 연결하는 솔더는 상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판이 맞닿는 면의 테두리 부분에 형성된다.

Description

광학센서 패키지 및 그 제조 방법{Optical sensor package and method of manufacturing thereof}
본 발명은 광학센서 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피감지체의 표면에서 반사된 빛을 감지하는 수광센서 패키지에 관한 것이다.
스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 웨어러블 디바이스 등 최근의 전자 장치는 다양한 종류의 센서 장치를 포함한다. 예를 들어, 최근의 전자 장치는 근접 센서, 조도 센서, 온도 센서, 심박 센서, 자이로 센서 및 지문인식 센서 등을 포함한다. 이중 다수의 센서들은 빛을 감지하여 센싱하는 광학센서에 해당한다. 지문인식 센서의 경우, 종래에는 센서와 지문 사이의 정전용량을 감지하는 방식이 주로 사용되었지만 최근에는 광학 방식이 검토되고 있다.
광학센서가 탑재되는 전자 장치는 점차 슬림화되는 추세이다. 슬림한 폼팩터는 사용자가 사용하거나 휴대하기 편리할 뿐만 아니라 미감도 우수하여 널리 적용되고 있다. 따라서 이러한 전자 장치 내부에 수용되는 광학센서도 슬림화되고 소형화된 패키지로 형성될 것이 요구되고 있다.
슬림하고 소형인 광학센서 패키지는 구조적인 설계가 난해할 뿐만 아니라 각 구성들을 조립하는 과정에서도 매우 정밀한 공정이 요구된다. 따라서 슬림하고 소형인 광학센서 패키지의 경우에 불량률이 높아질 수 있고, 이에 따라 원가가 상승할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명이 해결하려는 과제는, 패키지의 크기가 슬림하면서 소형이어서 탑재되는 전자 장치의 슬림화에 기여할 수 있는 광학센서 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 광학센서의 수광면의 제조 공정에 따른 공차를 최소화할 수 있는 광학센서 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는, 패키지의 크기가 슬림하고 소형이면서 구조가 간단하여 조립이 용이한 광학센서 패키지 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 광학센서 패키지는, 베이스 기판, 상기 베이스 기판의 상면과 결합되고, 수광면을 포함하는 센서칩, 상기 베이스 기판의 상면 상에서 상기 센서칩의 일부를 덮되, 상기 수광면은 덮지 않도록 형성된 몰딩부, 상기 수광면을 덮는 광학필터 및 상기 베이스 기판의 하면과 결합되는 연성 회로기판을 포함하고, 상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판을 전기적으로 연결하는 솔더는 상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판이 맞닿는 면의 테두리 부분에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판은 레이저 솔더링(laser soldering)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베이스 기판의 테두리 부분에는 홈이 형성되고, 상기 솔더는 상기 홈의 내부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판은 표면실장 방식에 의해 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩과 상기 베이스 기판은 와이어에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩의 상면은 서로 단차지게 형성된 상단면 및 하단면을 포함하고, 상기 하단면에는 상기 와이어가 결합되는 본딩 패드가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수광면은 상기 상단면에 형성되고, 상기 하단면은 상기 몰딩부에 의해 덮일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 와이어는 상기 몰딩부에 의해 봉지될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩은 꺾여서 구분되는 복수의 면을 포함하고, 상기 수광면이 형성된 일 면은 상기 몰딩부에 덮이지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수광면은 상기 센서칩의 상면에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩의 상면은 서로 단차지게 형성된 상단면 및 하단면을 포함하고, 상기 수광면은 상기 상단면에 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상단면은 상기 몰딩부에 덮이지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 하단면은 상기 몰딩부에 의해 덮일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 상단면과 상기 몰딩부의 상면은 동일한 평면에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수광면과 상기 수광면에 인접한 몰딩부는 동일한 평면에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지는 패키지의 크기가 슬림하면서 소형이어서 탑재되는 전자 장치의 슬림화에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지는 광학센서의 수광면의 제조 공정에 따른 공차를 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지는 패키지의 크기가 슬림하고 소형이면서 구조가 간단하여 조립이 용이하다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광센서 패키지의 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 발광센서 패키지를 AA'선으로 절단한 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 발광센서 패키지의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 5 내지 도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 공정 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
이하, 첨부한 도 1 내지 도 3를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지에 대해 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 발광센서 패키지의 사시도이다. 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 발광센서 패키지를 AA'선으로 절단한 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 발광센서 패키지의 분해사시도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 발광센서 패키지는 베이스 기판(100), 센서칩(200), 몰딩부(300), 광학필터(400) 및 연성 회로기판(500)을 포함한다.
베이스 기판(100)은 평판 형태의 기판으로 형성되고, 상면과 하면을 포함한다. 첨부의 도 1에서, 베이스 기판(100)의 상면은 도면의 상측을 바라보는 면이고, 베이스 기판(100)의 하면은 도면의 하측을 바라보는 면에 해당한다. 베이스 기판(100)은 인쇄회로기판, 세라믹 기판, 양극 산화층을 가지는 금속 기판 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
베이스 기판(100)은 절연층, 도체 패턴 및 패드를 포함할 수 있다. 구체적으로, 베이스 기판(100)은 상면에 적어도 하나의 패드(110)를 포함한다. 패드(110)는 후술할 와이어(250)를 통해 센서칩(200)과 전기적으로 연결되게 된다. 베이스 기판(100)은 테두리 부분에 적어도 하나의 패드(120)를 포함한다. 패드(120)는 후술할 연성 회로기판(500)의 패드(510)과 전기적으로 연결되게 된다. 베이스 기판(100)의 상면 및 테두리 부분에 형성된 패드(110, 120)는 베이스 기판(100)에 형성된 도체 패턴(미도시) 또는 비아홀(미도시) 등을 통해 전기적으로 연결된다. 따라서 센서칩(200)이 생성한 신호는 베이스 기판(100)의 상면의 패드(110) 및 베이스 기판(100)의 테두리 부분의 패드(120)를 통해서 연성 회로기판(500)까지 전달될 수 있다. 또한, 연성 회로기판(500)을 통해 입력된 전원은 베이스 기판(100)의 테두리 부분의 패드(120) 및 베이스 기판(100)의 상면의 패드(110)를 통해서 센서칩(200)까지 전달될 수 있다.
베이스 기판(100)의 상면에는 실장 영역이 마련된다. 실장 영역에는 후술할 센서칩(200)이 위치하게 된다. 베이스 기판(100)의 상면의 패드(110)는 실장 영역 주변에 위치할 수 있다. 실장 영역의 주변으로는 후술할 몰딩부(300)가 결합되는 부분이 마련될 수 있다.
센서칩(200)은 수광면(240)을 포함하는 전자부품이다. 센서칩(200)은 수광면(240)을 통해 감지한 빛을 전기적 신호로 변환할 수 있다. 센서칩(200)은 베이스 기판(100)의 상면에 결합된다.
센서칩(200)은 복수의 면을 포함한다. 센서칩(200)의 복수의 면은 서로 꺾여서 구분될 수 있다. 구체적으로, 센서칩(200)은 상면(210), 하면(220) 및 상면(210)과 하면(220)을 연결하는 측면(230)을 포함한다. 센서칩(200)의 하면(220)은 베이스 기판(100)의 상면과 맞닿아 결합된다. 센서칩(200)의 상면(210)은 하면(220)과 대향되는 면에 해당한다. 센서칩(200)의 상면(210)은 서로 단차지게 형성된 상단면(211) 및 하단면(212)을 포함할 수 있다. 상단면(211)과 하단면(212) 사이에는 상하방향으로 연장된 단차면(213)이 형성될 수 있다.
센서칩(200)은 베이스 기판(100)의 실장 영역에 결합된다. 구체적으로, 센서칩(200)의 하면(220)과 베이스 기판(100)의 실장 영역이 서로 마주보게 위치하고, 센서칩(200)의 하면(220)과 베이스 기판(100)의 실장 영역 사이에 접착 필름(260)이 위치할 수 있다. 접착 필름(260)에 의해서 센서칩(200)과 베이스 기판(100)이 결합될 수 있다. 접착 필름(260)은 다이 부착 필름(die attach film)일 수 있다.
접착 필름(260)은 미리 정해진 가공 조건에서는 변형 가능한 물성을 가지고, 경화(cure)된 이후에는 변형되지 않는 형태로 경화될 수 있다. 여기서, 미리 정해진 가공 조건이란 상온은 해당되지 않는다. 미리 정해진 가공 조건은 통상적으로, 상온보다 높은 온도 및/또는 상온보다 높은 압력을 의미한다.
예를 들어, 접착 필름(260)은 에폭시 계열의 다이 부착 필름일 수 있다. 이러한 접착 필름은 가열에 의해 경화(heat cure)되는 성질을 가지고 있으며, 가열에 의해 경화되는 과정에서 형태가 일정 부분이 변화될 수 있다. 구체적으로, 접착 필름은 100℃ 내지 150℃의 온도에서 소정의 시간동안 처리되면 경화될 수 있다. 접착 필름은 고온 처리되면서 그리고 완전히 경화되기 전에는 형태가 일정 부분 변화될 수 있다.
접착 필름(260)은 베이스 기판(100)과 센서칩(200) 사이에 위치한 상태에서 미리 정해진 경화 조건에 노출된다. 노출된 상태에서 접착 필름(260)의 두께(높이) 등이 조절될 수 있다. 이에 따라 베이스 기판(100)에 대한 센서칩(200)의 이격 거리 및 기울기 등이 조절될 수 있다.
센서칩(200)은 베이스 기판(100)과 와이어(250)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어(250)는 금, 은, 구리 등으로 형성된 도전성 와이어(250)일 수 있다. 구체적으로, 와이어(250)는 센서칩(200)의 본딩 패드(251)와 베이스 기판(100)의 상면의 패드(110)와 결합되어 전기적 연결을 달성할 수 있다.
센서칩(200)의 본딩 패드(251)는 센서칩(200)의 상면(210)의 하단면(212)에 형성될 수 있다. 와이어(250)는 센서칩(200)의 본딩 패드(251)에서 상측으로 일부 돌출되었다가 하방으로 완곡되어 베이스 기판(100)의 상면의 패드(110)에 연결된다. 따라서 와이어(250)는 센서칩(200)의 상면의 하단면(212)보다는 상측으로 돌출될 수 있다. 그러나 와이어(250)의 최상단 부분은 센서칩(200)의 상면(210)의 상단면(211)보다는 아래에 위치하는 것이 바람직하다. 이는 후술할 몰딩부(300)가 센서칩(200)의 상면(210)의 상단면(211)과 동일한 평면을 이루도록 형성되는데, 와이어(250)가 몰딩부(300)의 내부에 봉지되는 것이 바람직하기 때문이다.
수광면(240)은 센서칩(200)의 일 면에 형성되고, 센서칩(200)의 외부로 노출되게 형성된다. 구체적으로, 수광면(240)은 센서칩(200)의 상면(210) 중 일부에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 수광면(240)은 센서칩(200)의 상면(210) 중 상단면(211)의 일부에 형성될 수 있다. 상단면(211)에서 수광면(240)은 중심 부분에 위치하고, 테두리 부분은 수광면(240)이 아닌 센서칩(200)의 외부 표면으로 형성되어 수광면(240)을 둘러쌀 수 있다.
수광면(240)은 외부에서 조사된 광을 감지하여 전기신호로 변환하는 수광소자이다. 수광면(240)에는 복수의 수광소자가 집적되어 있을 수 있다. 수광면(240)은 이미지 센서의 액티브 영역(active area)에 해당할 수 있다.
수광면(240)은 미리 정해진 파장대역에 가장 적합하게 동작하도록 정해져 있을 수 있다. 구체적으로, 수광면(240)은 후술할 제1 파장대역에서 가장 적합하게 동작할 수 있다. 그러나 수광면(240)은 제1 파장대역의 광만을 감지하는 것은 아닐 수 있다. 수광면(240)은 제1 파장대역 이외의 광도 감지할 수 있고, 경우에 따라서 이는 센서칩(200)이 노이즈로 인식할 수 있다. 따라서 수광면(240)의 상부에는 후술할 광학필터(400)가 결합될 수 있다. 광학필터(400)에 대해서는 아래에서 상술하도록 한다.
센서칩(200)은 지문의 고유 패턴을 광학적으로 인식하는 지문인식 센서칩(200)일 수 있다. 인식하려는 지문은 수광면(240)의 상부에 위치하게 된다. 구체적으로, 센서칩(200)은 적어도 지문의 고유 패턴을 촬상하는 촬상센서를 포함한다. 또한, 센서칩(200)은 촬상한 지문의 이미지를 처리하여 데이터로 변환하는 신호처리부를 더 포함할 수 있다. 또한, 센서칩(200)은 변환된 데이터를 이미 저장된 데이터와 비교하여 지문의 일치여부를 판단하는 판단부를 더 포함할 수 있다. 만약, 센서칩(200)이 신호처리부 또는 판단부를 포함하지 않을 경우, 이러한 기능을 수행하는 별도의 부품이 마련될 수 있다.
몰딩부(300)는 베이스 기판(100)의 상면 상에서 센서칩(200)의 일부를 봉지한다. 몰딩부(300)는 EMC(Epoxy Molding Compound) 등 전기적으로 안정적인 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 몰딩부(300)는 베이스 기판(100)의 상면에서 센서칩(200)이 실장된 부분을 제외한 부분에 형성될 수 있다. 또한, 베이스 기판(100)의 상면을 초과하지 않도록 형성될 수 있다.
몰딩부(300)는 센서칩(200)에서 수광면(240)이 형성된 일 면은 덮지 않고 노출시키고, 다른 면들은 덮는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 몰딩부(300)는 센서칩(200)의 수광면(240)이 형성된 일 면을 노출시키는 익스포즈 몰딩(expose molding) 방식에 의해서 형성될 수 있다.
상술한 것과 같이, 센서칩(200)에서 수광면(240)에 상면(210)의 상단면(211)에 형성된 경우, 몰딩부(300)는 센서칩(200)의 측면(230), 하단면(212) 및 단차면(213)을 모두 덮도록 형성될 수 있다. 센서칩(200)의 하면(220)은 베이스 기판(100)의 상면과 맞닿아 결합되므로 몰딩부(300)에 의해 덮일 수 없는 구조이다. 따라서 몰딩부(300)는 센서칩(200)에서 수광면(240)이 형성된 면과 베이스 기판(100)과 맞닿는 면을 제외한 모든 면을 덮는 형태로 형성될 수 있다.
몰딩부(300)의 상면(310)은 센서칩(200)의 상단면(211)과 동일한 평면을 이루도록 형성될 수 있다. 따라서 광학센서 패키지의 상면 부분에서 센서칩(200)의 상단면(211)과 몰딩부(300)의 상면(310)은 사이의 이격 없이 거의 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다. 경우에 따라서 몰딩부(300)의 일부가 센서칩(200)의 상단면(211)의 일부를 덮는 플래쉬(flash)가 형성될 수 있으나, 플래쉬는 수광면(240)이 형성된 부분이 아닌 부분의 상단면(211)에만 형성된다. 만약, 몰딩부(300)의 플래쉬가 수광면(240)을 덮도록 형성되는 경우 이를 제거하는 디플래쉬(deflash) 공정이 수행되어야 한다.
광학필터(400)는 수광면(240)을 덮도록 형성된다. 광학필터(400)는 미리 정해진 파장대역을 통과대역으로 가진다. 구체적으로, 광학필터(400)는 제1 파장대역을 통과대역으로 가진다. 여기서, 제1 파장대역은 적외선 파장대역에 해당할 수 있다. 광학필터(400)는 수광면(240)을 덮기 때문에 수광면(240)에는 실질적으로 광학필터(400)를 통과한 광만이 조사될 수 있다. 따라서 수광면(240)에는 실질적으로 적외선 대역의 광만이 조사될 수 있다. 광학필터(400)와 수광면(240) 사이의 공간을 통해 일부의 광이 광학필터(400)를 통과하지 않고 수광면(240)으로 조사될 수 있으나, 이는 상대적으로 미미한 수준일 것이다.
광학필터(400)는 필름을 베이스로 하고, 적어도 한 층 이상의 코팅층 또는 증착층이 형성된 광학소자일 수 있다. 광학필터(400)는 실질적으로 필름 또는 막(layer)으로 형성된다. 광학필터(400)는 수광면(240)과 같거나 수광면(240)보다 큰 넓이로 마련되어 수광면(240)을 덮는다.
광학필터(400)는 다양한 방식으로 수광면(240)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 광학필터(400)는 접착 필름(미도시)에 의해 수광면(240)에 결합될 수 있다. 접착 필름은 광학필터(400)와 수광면(240) 사이에 위치하여 광학필터(400)와 수광면(240)을 결합시킨다. 접착 필름은 수광면(240)을 덮도록 형성될 수 있다. 따라서 광학필터(400)를 통과한 광은 접착 필름 또한 통과해서 수광면(240)에 조사되게 된다. 접착 필름은 다이 부착 필름(die attach film)일 수 있다.
접착 필름은 상술한 접착 필름(260)과 마찬가지로 미리 정해진 가공 조건에서는 변형 가능한 물성을 가지고, 경화(cure)된 이후에는 변형되지 않는 형태로 경화될 수 있다. 여기서, 미리 정해진 가공 조건이란 상온은 해당되지 않는다. 미리 정해진 가공 조건은 통상적으로, 상온보다 높은 온도 및/또는 상온보다 높은 압력을 의미한다.
예를 들어, 접착 필름은 에폭시 계열의 다이 부착 필름일 수 있다. 이러한 접착 필름은 가열에 의해 경화(heat cure)되는 성질을 가지고 있으며, 가열에 의해 경화되는 과정에서 형태가 일정 부분이 변화될 수 있다. 구체적으로, 접착 필름은 100℃ 내지 150℃의 온도에서 소정의 시간동안 처리되면 경화될 수 있다. 접착 필름은 고온 처리되면서 그리고 완전히 경화되기 전에는 형태가 일정 부분 변화될 수 있다.
광학필터(400)를 결합시키는 접착 필름은 센서칩(200)을 결합시키는 접착 필름(260)보다 낮은 온도에서 경화되는 것이 바람직하다. 이는 광학필터(400)가 열에 의해 손상되는 것을 최대한 억제하기 위함이다.
접착 필름은 제1 파장대역에 대해서 투광성이다. 여기서, 제1 파장대역은 적외선 파장대역에 해당할 수 있다. 구체적으로, 접착 필름은 제1 파장대역에 대해서 88% 이상의 투광성을 가질 수 있다. 바람직하게, 접착 필름은 제1 파장대역에 대해서 93% 이상의 투광성을 가질 수 있다. 따라서 광학필터(400)를 통과한 외부의 광은 접착 필름에서 거의 손실되지 않고 수광면(240)에 조사되게 된다. 따라서 수광면(240)은 상대적으로 많은 광을 감지할 수 있고, 이는 센서칩(200)의 센싱 정확도를 향상시키는데 기여한다.
경우에 따라서, 광학필터(400)는 필름 형태가 아니라 센서칩(200)의 수광면(240)에 직접 결합되어 형성된 코팅층일 수 있다. 이러한 경우, 코팅층은 별도의 접착 필름 등을 사이에 두지 않고, 직접 센서칩(200)의 수광면(240)에 결합될 수 있다.
연성 회로기판(FPCB, Flexible Printed Circuit Board)(500)은 외력에 의해 형태가 변형될 수 있는 재질로 형성된 회로기판이다. 연성 회로기판(500)은 연성의 필름, 패드(510), 도체 패턴(520) 및 단자(530)를 포함한다. 연성의 필름에 패드(510), 도체 패턴(520) 및 단자(530)가 형성된다. 연성 회로기판(500)의 패드(510)는 도체 패턴(520)을 통해 단자(530)와 전기적으로 연결된다. 단자(530)는 외부 장치와 결합되어 전기적인 신호를 송수신하거나 전원을 공급받을 수 있다.
연성 회로기판(500)은 베이스 기판(100)의 하면과 결합된다. 구체적으로, 연성 회로기판(500)의 상면에 노출된 패드(510)가 베이스 기판(100)의 패드(120)와 전기적으로 연결된다.
연성 회로기판(500)의 상면에 있어서, 패드(510)는 상면의 테두리 부분에 형성된다. 구체적으로, 패드(510)는 연성 회로기판(500)의 상면에서 측면으로 개방된 홀 형태로 형성될 수 있다. 홀 부분에는 후술할 솔더(550)가 위치할 수 있다. 그리고 이에 대응되는 베이스 기판(100)의 패드(120)도 테두리 부분에 형성된다.
연성 회로기판(500)의 패드(510)와 베이스 기판(100)의 패드(120)는 표면실장 방식에 의해 결합될 수 있다. 구체적으로, 연성 회로기판(500)의 패드(510)와 베이스 기판(100)의 패드(120)는 레이저 솔더링(laser soldering)을 이용한 표면실장 방식에 의해 결합될 수 있다. 레이저 솔더링(laser soldering)을 이용한 표면실장 방식은 통상적인 열풍 등을 이용하여 솔더(땜납)에 열을 가하는 것이 아니라 레이저를 이용하여 솔더에 열을 가하는 방식이다. 통상적인 열풍 등을 이용한 표면실장 방식은 열이 솔더에만 가해지는 것이 아니므로 조립체 전체가 고온에 노출되게 된다. 반면에 레이저를 이용한 표면실장 방식은 솔더 부분에만 국부적으로 열을 가할 수 있으므로, 조립체의 다른 부분은 고온에 노출되지 않는다는 장점이 있다.
본 발명의 광학센서 패키지에서 광학 필터(400)는 고온에 노출될 경우, 광학적 특성이 손상될 가능성이 있는 부품이다. 따라서 연성 회로기판(500)의 패드(510)와 베이스 기판(100)의 패드(120)가 통상적인 열풍 등을 이용한 표면실장 방식에 의해 결합된다면, 광학 필터(400)는 표면실장 이후에 조립되는 것이 바람직하다. 그러나 이러한 경우, 수광면(240)이 광학 필터(400)에 덮이지 않고 노출된 상태가 되므로 수광면(240)을 보호하기 위해 별도의 보호 테이프 부착 작업이 요구된다. 또한, 광학 필터를 결합하기 전에 보호 테이프 제거 작업이 수행되어야 한다. 상술한 것과 같이, 연성 회로기판(500)의 패드(510)와 베이스 기판(100)의 패드(120)가 레이저 솔더링을 이용한 표면실장 방식에 의해 결합된다면 표면실장 이전에 광학필터(400)를 결합하는 것이 가능하다는 장점이 있다. 전체적인 광학센서 패키지의 제조 방법에 대해서는 아래에서 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
레이저 솔더링을 위해서는 솔더(550)가 레이저가 조사 가능한 부분에 위치하여야 한다. 이를 위해서는 솔더(550)가 결합되는 연성 회로기판(500)의 패드(510)와 베이스 기판(100)의 패드(120)가 테두리 부분에 위치하여야 한다. 상술한 것과 같이, 패드(510)는 테두리 부분에 형성된 홈으로 형성되고, 솔더(550)는 홈의 내부에 위치하게 된다. 따라서 레이저는 솔더(550)에 조사될 수 있다.
이하, 도 4 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법에 대해서 설명하도록 한다.
본 발명의 광학센서 패키지의 제조 방법은 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 광학센서 패키지를 제조하는 방법에 해당한다. 따라서 설명의 편의성을 위해서 광학센서 패키지를 설명하면서 이미 설명한 내용의 일부는 생략하도록 한다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 광학센서 패키지의 제조 방법은 베이스 기판을 마련하는 단계(S100), 센서칩을 결합시키는 단계(S200), 몰딩부를 형성하는 단계(S300), 광학필터를 결합시키는 단계(S400) 및 연성 회로기판을 결합시키는 단계(S500)를 포함한다.
이하, 도 5 내지 도 8을 참조하여 상술한 각 단계에 대해서 설명하도록 한다.
도 5는 베이스 기판을 마련하는 단계(S100)와 센서칩을 결합시키는 단계(S200)가 수행된 상태의 공정 단면도이다.
도 5를 참조하면, 베이스 기판을 마련하는 단계(S100)는 센서칩(200)이 결합되는 실장 영역이 마련된 베이스 기판(100)을 마련하는 단계이다. 또한, 센서칩을 결합시키는 단계(S200)는 베이스 기판(100)의 상면에 수광면(240)을 포함하는 센서칩(200)을 결합시키는 단계이다. 구체적으로, 센서칩(200)은 수광면(240)이 센서칩(200)의 상면에 형성되도록 배치된다.
센서칩(200)은 복수의 면을 포함한다. 센서칩(200)의 복수의 면은 서로 꺾여서 구분될 수 있다. 구체적으로, 센서칩(200)은 상면(210), 하면(220) 및 상면(210)과 하면(220)을 연결하는 측면(230)을 포함한다. 센서칩(200)의 하면(220)은 베이스 기판(100)의 상면과 맞닿아 결합된다. 센서칩(200)의 상면(210)은 하면(220)과 대향되는 면에 해당한다. 센서칩(200)의 상면(210)은 서로 단차지게 형성된 상단면(211) 및 하단면(212)을 포함할 수 있다. 상단면(211)과 하단면(212) 사이에는 상하방향으로 연장된 단차면(213)이 형성될 수 있다.
수광면(240)은 센서칩(200)의 일 면에 형성되고, 센서칩(200)의 외부로 노출되게 형성된다. 구체적으로, 수광면(240)은 센서칩(200)의 상면(210) 중 일부에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 수광면(240)은 센서칩(200)의 상면(210) 중 상단면(211)의 일부에 형성될 수 있다. 상단면(211)에서 수광면(240)은 중심 부분에 위치하고, 테두리 부분은 수광면(240)이 아닌 센서칩(200)의 외부 표면으로 형성되어 수광면(240)을 둘러쌀 수 있다.
센서칩(200)은 베이스 기판(100)과 와이어(250)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어(250)는 센서칩(200)의 본딩 패드(251)와 베이스 기판(100)의 상면의 패드(110)와 결합되어 전기적 연결을 달성할 수 있다.
도 6은 몰딩부를 형성하는 단계(S300)가 수행된 상태의 공정 단면도이다.
도 6을 참조하면, 몰딩부(300)는 베이스 기판(100)의 상면 상에서 센서칩(200)의 일부를 봉지한다. 몰딩부(300)는 EMC(Epoxy Molding Compound) 등 전기적으로 안정적인 재질로 형성되는 것이 바람직하다. 몰딩부(300)는 베이스 기판(100)의 상면에서 센서칩(200)이 실장된 부분을 제외한 부분에 형성될 수 있다. 또한, 베이스 기판(100)의 상면을 초과하지 않도록 형성될 수 있다.
몰딩부(300)는 센서칩(200)에서 수광면(240)이 형성된 일 면은 덮지 않고 노출시키고, 다른 면들은 덮는 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 몰딩부(300)는 센서칩(200)의 수광면(240)이 형성된 일 면을 노출시키는 익스포즈 몰딩(expose molding) 방식에 의해서 형성될 수 있다.
익스포즈 몰딩 방식이 수행되는 과정은 다음과 같을 수 있다. 먼저, 베이스 기판(100)과 센서칩(200)의 조립체가 몰딩부(300)를 사출하는 금형 내부에 배치된다. 이 때, 몰딩부(300)에 의해 덮이지 않고 노출되게 되는 센서칩(200)의 일면은 금형의 내부면에 밀착되도록 배치된다. 예를 들어, 센서칩(200)의 상면 중 상단면(211)이 금형의 내부면에 밀착되도록 배치될 수 있다. 그 후, 금형 내부에 몰딩부(300)를 형성하는 수지재가 주입된 후 경화되면, 센서칩(200)의 상단면(211)을 덮지 않고, 다른 면은 덮는 몰딩부(300)가 형성된다.
상술한 것과 같이, 센서칩(200)에서 수광면(240)에 상면(210)의 상단면(211)에 형성된 경우, 몰딩부(300)는 상단면(211)는 덮지 않고 노출시키고, 센서칩(200)의 측면, 하단면(212) 및 단차면(213)은 모두 덮도록 형성될 수 있다. 센서칩(200)의 하면(220)은 베이스 기판(100)의 상면과 맞닿아 결합되므로 몰딩부(300)에 의해 덮일 수 없는 구조이다. 따라서 몰딩부(300)는 센서칩(200)에서 수광면(240)이 형성된 면과 베이스 기판(100)과 맞닿는 면을 제외한 모든 면을 덮는 형태로 형성될 수 있다.
몰딩부(300)의 상면(310)은 센서칩(200)의 상단면(211)과 동일한 평면을 이루도록 형성될 수 있다. 따라서 광학센서 패키지의 상면 부분에서 센서칩(200)의 상단면(211)과 몰딩부(300)의 상면(310)은 사이의 이격 없이 거의 연속적으로 형성되는 것이 바람직하다. 경우에 따라서 몰딩부(300)의 일부가 센서칩(200)의 상단면(211)의 일부를 덮는 플래쉬(flash)가 형성될 수 있으나, 플래쉬는 수광면(240)이 형성된 부분이 아닌 부분의 상단면(211)에만 형성된다. 만약, 몰딩부(300)의 플래쉬가 수광면(240)을 덮도록 형성되는 경우 이를 제거하는 디플래쉬(deflash) 공정이 수행되어야 한다.
도 7 광학필터를 결합시키는 단계(S400)가 수행된 상태의 공정 단면도이다.
광학필터(400)는 수광면(240)을 덮도록 형성된다. 광학필터(400)는 다양한 방식으로 수광면(240)에 결합될 수 있다. 예를 들어, 광학필터(400)는 접착 필름(미도시)에 의해 수광면(240)에 결합될 수 있다. 경우에 따라서, 광학필터(400)는 필름 형태가 아니라 센서칩(200)의 수광면(240)에 직접 결합되어 형성된 코팅층일 수 있다. 이러한 경우, 코팅층은 별도의 접착 필름 등을 사이에 두지 않고, 직접 센서칩(200)의 수광면(240)에 결합될 수 있다.
광학필터를 결합시키는 단계(S400)는 몰딩부를 형성하는 단계(S300)가 수행된 이후에 바로 수행되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 광학필터를 결합시키는 단계(S400)는 몰딩부를 형성하는 단계(S300) 이후에 그리고 연성 회로기판을 결합시키는 단계(S500) 전에 수행되는 것이 바람직하다. 몰딩부를 형성하는 단계(S300)가 수행되고 나면, 센서칩(200)의 수광면(240)이 외부에 노출된 상태가 된다. 수광면(240)의 외부의 충격, 자극 및 이물의 유입에 민감하므로 수광면(240)이 그래도 노출된 상태로 후속 공정이 이루어지는 것은 지양되어야 할 것이다. 따라서 광학필터(400)는 몰딩부를 형성하는 단계(S300)가 수행된 이후에 노출된 수광면(240)에 결합되는 것이 바람직하다. 다만, 광학필터(400)는 고온에 노출될 경우, 광학성능이 손상될 우려가 있다. 따라서 이후에 수행되는 연성 회로기판을 결합시키는 단계(S500)에서 광학필터(400)가 고온에 노출되지 않도록 하는 것이 필요하다.
도 8은 연성 회로기판을 결합시키는 단계(S500)가 수행된 상태의 공정 단면도이다.
연성 회로기판(500)은 연성의 필름, 패드(510), 도체 패턴(520) 및 단자(530)를 포함한다. 연성의 필름에 패드(510), 도체 패턴(520) 및 단자(530)가 형성된다. 연성 회로기판(500)의 패드(510)는 도체 패턴(520)을 통해 단자(530)와 전기적으로 연결된다. 단자(530)는 외부 장치와 결합되어 전기적인 신호를 송수신하거나 전원을 공급받을 수 있다.
연성 회로기판(500)은 베이스 기판(100)의 하면과 결합된다. 구체적으로, 연성 회로기판(500)의 상면에 노출된 패드(510)가 베이스 기판(100)의 패드(120)와 전기적으로 연결된다.
연성 회로기판(500)의 상면에 있어서, 패드(510)는 상면의 테두리 부분에 형성된다. 구체적으로, 패드(510)는 연성 회로기판(500)의 상면에서 측면으로 개방된 홀 형태로 형성될 수 있다. 홀 부분에는 후술할 솔더(550)가 위치할 수 있다. 그리고 이에 대응되는 베이스 기판(100)의 패드(120)도 테두리 부분에 형성된다.
연성 회로기판(500)의 패드(510)와 베이스 기판(100)의 패드(120)는 레이저 솔더링(laser soldering)을 이용한 표면실장 방식에 의해 결합될 수 있다. 이를 위해서, 연성 회로기판(500)의 패드(510)과 베이스 기판(100)의 패드(120) 상에 솔더(550)가 위치하게 된다. 그 후, 솔더(550)에 레이저가 조사되어 연성 회로기판(500)의 패드(510)과 베이스 기판(100)의 패드(120)를 전기적으로 연결하게 된다.
레이저를 이용한 표면실장 방식은 솔더(550) 부분에만 국부적으로 열을 가할 수 있으므로, 조립체의 다른 부분은 고온에 노출되지 않는다는 장점이 있다. 따라서 광학필터(400)는 고온에 노출되지 않을 수 있다.
이상, 본 발명의 광학센서 패키지 및 그 제조 방법의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
100: 베이스 기판 110, 120: 패드
200: 센서칩 210: 상면
211: 상단면 212: 하단면
213: 단차면 220: 하면
230: 측면 240: 수광면
250: 와이어 251: 본딩 패드
260: 접착 필름
300: 몰딩부 310: 상면
400: 광학필터
500: 연성 회로기판 510: 패드
520: 도체 패턴 530: 단자
550: 솔더

Claims (22)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판의 상면과 결합되고, 수광면을 포함하는 센서칩;
    상기 베이스 기판의 상면 상에서 상기 센서칩의 일부를 덮되, 상기 수광면은 덮지 않도록 형성된 몰딩부;
    상기 수광면을 덮는 광학필터; 및
    상기 베이스 기판의 하면과 결합되는 연성 회로기판을 포함하고,
    상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판을 전기적으로 연결하는 솔더는 상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판이 맞닿는 면의 테두리 부분에 형성되고,
    상기 센서칩의 상면은 서로 단차지게 형성된 상단면 및 하단면을 포함하고,
    상기 하단면은 상기 몰딩부에 덮이고, 상기 상단면은 상기 몰딩부에 덮이지 않고,
    상기 수광면은 상기 상단면에 형성되고,
    상기 상단면과 상기 상단면과 인접한 상기 몰딩부의 상면은 동일한 평면에 위치하는 광학센서 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판은 레이저 솔더링(laser soldering)에 의해 전기적으로 연결되는 광학센서 패키지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 테두리 부분에는 홈이 형성되고,
    상기 솔더는 상기 홈의 내부에 위치하는 광학센서 패키지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 하면과 상기 연성 회로기판은 표면실장 방식에 의해 결합되는 광학센서 패키지.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 센서칩과 상기 베이스 기판은 와이어에 의해 전기적으로 연결되는 광학센서 패키지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 센서칩의 상면은 서로 단차지게 형성된 상단면 및 하단면을 포함하고,
    상기 하단면에는 상기 와이어가 결합되는 본딩 패드가 형성되는 광학센서 패키지.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 수광면은 상기 상단면에 형성되고,
    상기 하단면은 상기 몰딩부에 의해 덮이는 광학센서 패키지.
  8. 제5 항에 있어서,
    상기 와이어는 상기 몰딩부에 의해 봉지되는 광학센서 패키지.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 센서칩은 꺾여서 구분되는 복수의 면을 포함하고,
    상기 수광면이 형성된 일 면은 상기 몰딩부에 덮이지 않는 광학센서 패키지.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 수광면은 상기 센서칩의 상면에 형성되는 광학센서 패키지.
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