KR102027522B1 - 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 것이다. 본 발명의 광학센서 패키지는, 베이스 기판, 하면이 상기 베이스 기판에 결합되고, 상면에 수광면을 포함하는 센서칩, 상기 베이스 기판과 상기 센서칩 사이에 위치하여 상기 베이스 기판과 상기 센서칩을 결합시키는 접착 필름 및 하면이 상기 베이스 기판에 결합되고, 상기 센서칩 주변에 위치한 베젤 구조물을 포함하고, 상기 센서칩의 상면과 상기 베젤 구조물의 상면은 동일한 평면에 위치한다.

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, 하면이 상기 베이스 기판에 결합되고, 상면에 수광면을 포함하는 센서칩, 상기 베이스 기판과 상기 센서칩 사이에 위치하여 상기 베이스 기판과 상기 센서칩을 결합시키는 접착 필름 및 하면이 상기 베이스 기판에 결합되고, 상기 센서칩 주변에 위치한 베젤 구조물을 포함하고, 상기 센서칩의 상면과 상기 베젤 구조물의 상면은 동일한 평면에 위치한다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩과 상기 베이스 기판은 와이어에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩은상기 상면에 인접하여 하단으로 단차지게 형성된 하단면을 포함하고, 상기 하단면에는 상기 와이어가 결합되는 본딩 패드가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수광면을 덮는 광학필터를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학필터는 상기 수광면과의 사이에 위치한 접착 필름에 의해서 결합될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학필터는 제1 파장대역을 통과대역으로 가지고, 상기 접착 필름은 상기 제1 파장대역에 대해서 투광성일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수광면과 대향하는 커버 윈도우를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 커버 윈도우는 상기 수광면과 대향하는 부분에 형성된 리세스를 포함하고, 상기 광학필터의 적어도 일부는 상기 리세스의 내부 공간에 수용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 커버 윈도우는 상기 제1 파장대역에 대해서 투광성이고, 가시광선 대역에 대해서는 상기 제1 파장대역보다 투광성이 상대적으로 낮을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 커버 윈도우와 상기 광학필터는 이격되어 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 파장대역의 광을 방출하는 발광부를 더 포함하고, 상기 센서칩은 지문인식용 센서칩일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접착 필름은 에폭시 접착 필름일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접착 필름은 경화되기 전에는 변형이 가능하였다가 경화된 후에는 변형이 되지 않을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접착 필름은 100℃ 내지 150℃의 고온에서 경화될 수 있다.
또한, 상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 광학센서 패키지의 제조 방법은, 베이스 기판, 베젤 구조물 및 수광면을 포함하는 센서칩을 마련하는 단계, 상기 베이스 기판에 베젤 구조물의 하면을 결합시키는 단계 및 접착 필름을 통해 상기 베이스 기판에 상기 센서칩을 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 센서칩을 결합시키는 단계에서 상기 센서칩의 수광면은 상기 베젤 구조물의 상면과 동일한 평면에 위치하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 수광면은 상기 센서칩의 상면에 형성되고, 상기 센서칩을 결합시키는 단계는, 평면부를 포함하는 픽업수단을 이용하여, 상기 평면부의 일부에 상기 센서칩의 상면을 밀착시켜 상기 센서칩을 픽업하는 단계, 상기 평면부의 다른 일부가 상기 베젤 구조물의 상면에 밀착된 상태가 되도록 상기 센서칩을 이송하는 단계, 상기 센서칩의 위치가 고정된 상태에서 상기 접착 필름을 경화시키는 단계 및 상기 센서칩에서 상기 픽업수단을 분리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 평면부는 상기 센서칩의 상면보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩을 이송하는 단계에서, 상기 평면부는 상기 센서칩을 사이에 두고 서로 대향하는 베젤 구조물의 두 부분과 밀착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접착 필름을 경화시키는 단계는 100℃ 내지 150℃의 고온에서 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 접착 필름을 경화시키는 단계에서 상기 센서칩의 위치는 상기 수광면이 상기 베젤 구조물의 상면과 동일한 평면인 상태로 고정될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩을 결합시키는 단계는, 상기 픽업수단을 분리하는 단계 이후에 수행되는 상기 접착필름을 추가 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩을 결합시키는 단계는, 상기 접착 필름을 상기 센서칩의 하면에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 센서칩의 수광면에 광학필터를 결합시키는 단계가 더 포함될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학필터를 결합시키는 단계는 상기 센서칩을 결합시키는 단계 이후에 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 광학필터를 결합시키는 단계는, 상기 광학필터의 하면에 접착 필름을 부착하는 단계, 상기 접착 필름을 사이에 두고 상기 수광면 상부에 상기 광학필터를 위치시키는 단계 및 상기 접착 필름을 경화시키는 단계를 포함할 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 다른 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 공정 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 센서칩을 결합시키는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 공정 단면도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 광학필터를 결합시키는 단계를 설명하기 위한 순서도이다.
도 15 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 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 4를 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), 광학필터(300) 및 베젤 구조물(400)을 포함한다.
베이스 기판(100)은 본 발명의 광학센서 패키지의 바닥면을 이루는 부분일 수 있다. 베이스 기판(100)의 상에는 후술할 요소들이 위치할 수 있다.
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)의 상면에는 적어도 하나의 패드(120)가 마련되어 후술할 센서칩(200)과 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 베이스 기판(100)의 하면에는 적어도 하나의 패드(미도시)가 마련되어 본 발명의 광학센서 패키지에 전기 신호를 전달하거나 전력을 공급할 수 있다. 베이스 기판(100)의 패드는 전자부품, 반도체소자, 각종 수동소자 또는 리드프레임 등과 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
베이스 기판(100)의 상면에는 실장 영역(110)이 마련된다. 실장 영역(110)에는 후술할 센서칩(200)이 위치하게 된다. 베이스 기판(100)의 상면의 패드는 실장 영역(110) 주변에 위치할 수 있다. 실장 영역(110)의 주변으로는 후술할 베젤 구조물(400)이 결합되는 베젤 구조물 결합부가 마련될 수 있다.
센서칩(200)은 수광면(210)을 포함하는 전자부품이다. 센서칩(200)은 베이스 기판(100)과 결합되는 면을 하면으로 정의하면, 상면의 적어도 일부에 수광면(210)이 형성된다. 센서칩(200)의 상면에는 수광면(210)과 적어도 하나의 본딩 패드(220)가 형성될 수 있다.
센서칩(200)은 베이스 기판(100)의 실장 영역(110)에 결합된다. 구체적으로, 센서칩(200)의 하면과 베이스 기판(100)의 실장 영역(110)이 서로 마주보게 위치하고, 센서칩(200)의 하면과 베이스 기판(100)의 실장 영역(110) 사이에 접착 필름(250)이 위치할 수 있다. 접착 필름(250)에 의해서 센서칩(200)과 베이스 기판(100)이 결합될 수 있다. 접착 필름(250)은 다이 부착 필름(die attach film)일 수 있다.
접착 필름(250)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(250)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(250)은 베이스 기판(100)과 센서칩(200) 사이에 위치한 상태에서 미리 정해진 경화 조건에 노출된다. 노출된 상태에서 접착 필름(250)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(230)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다. 와이어(230)는 금, 은, 구리 등으로 형성된 도전성 와이어(230)일 수 있다. 구체적으로, 와이어(230)는 베이스 기판(100)의 본딩 패드(220)와 베이스 기판(100)의 상면의 패드와 결합되어 전기적 연결을 달성할 수 있다.
수광면(210)은 센서칩(200)의 상면에 형성될 수 있다. 수광면(210)은 외부에서 조사된 광을 감지하여 전기신호로 변환하는 수광소자이다. 수광면(210)에는 복수의 수광소자가 집적되어 있을 수 있다. 수광면(210)은 이미지 센서의 액티브 영역(active area)에 해당할 수 있다.
수광면(210)은 미리 정해진 파장대역에 가장 적합하게 동작하도록 정해져 있을 수 있다. 구체적으로, 수광면(210)은 후술할 제1 파장대역에서 가장 적합하게 동작할 수 있다. 그러나 수광면(210)은 제1 파장대역의 광만을 감지하는 것은 아닐 수 있다. 수광면(210)은 제1 파장대역 이외의 광도 감지할 수 있고, 경우에 따라서 이는 센서칩(200)이 노이즈로 인식할 수 있다. 따라서 수광면(210)의 상부에는 후술할 광학필터(300)가 결합될 수 있다. 광학필터(300)에 대해서는 아래에서 상술하도록 한다.
센서칩(200)은 지문의 고유 패턴을 광학적으로 인식하는 지문인식 센서칩(200)일 수 있다. 인식하려는 지문은 수광면(210)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.
광학필터(300)는 수광면(210)을 덮도록 형성된다. 광학필터(300)는 미리 정해진 파장대역을 통과대역으로 가진다. 구체적으로, 광학필터(300)는 제1 파장대역을 통과대역으로 가진다. 여기서, 제1 파장대역은 적외선 파장대역에 해당할 수 있다. 광학필터(300)는 수광면(210)을 덮기 때문에 수광면(210)에는 실질적으로 광학필터(300)를 통과한 광만이 조사될 수 있다. 따라서 수광면(210)에는 실질적으로 적외선 대역의 광만이 조사될 수 있다. 광학필터(300)와 수광면(210) 사이의 공간을 통해 일부의 광이 광학필터(300)를 통과하지 않고 수광면(210)으로 조사될 수 있으나, 이는 상대적으로 미미한 수준일 것이다.
광학필터(300)는 필름을 베이스로 하고, 적어도 한 층 이상의 코팅층 또는 증착층이 형성된 광학소자일 수 있다. 광학필터(300)는 실질적으로 필름 또는 막(layer) 형성된다. 광학필터(300)는 수광면(210)과 같거나 수광면(210)보다 큰 넓이로 마련되어 수광면(210)을 덮는다.
광학필터(300)는 접착 필름(350)에 의해 수광면(210)에 결합된다. 접착 필름(350)은 광학필터(300)와 수광면(210) 사이에 위치하여 광학필터(300)와 수광면(210)을 결합시킨다. 접착 필름(350)은 수광면(210)을 덮도록 형성될 수 있다. 따라서 광학필터(300)를 통과한 광은 접착 필름(350) 또한 통과해서 수광면(210)에 조사되게 된다. 접착 필름(350)은 다이 부착 필름(die attach film)일 수 있다.
접착 필름(350)은 상술한 접착 필름(250)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 필름(150)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.
광학필터(300)를 결합시키는 접착 필름(350)은 센서칩(200)을 결합시키는 접착 필름(250)보다 낮은 온도에서 경화되는 것이 바람직하다. 이는 광학필터(300)가 열에 의해 손상되는 것을 최대한 억제하기 위함이다.
접착 필름(350)은 제1 파장대역에 대해서 투광성이다. 여기서, 제1 파장대역은 적외선 파장대역에 해당할 수 있다. 구체적으로, 접착 필름(350)은 제1 파장대역에 대해서 88% 이상의 투광성을 가질 수 있다. 바람직하게, 접착 필름(350)은 제1 파장대역에 대해서 93% 이상의 투광성을 가질 수 있다. 따라서 광학필터(300)를 통과한 외부의 광은 접착 필름(350)에서 거의 손실되지 않고 수광면(210)에 조사되게 된다. 따라서 수광면(210)은 상대적으로 많은 광을 감지할 수 있고, 이는 센서칩(200)의 센싱 정확도를 향상시키는데 기여한다.
상술한 것과 같이, 접착 필름(350)을 이용하여 광학필터(300)를 수광면(210)에 부착하는 것은 수광면(210)에서 광학필터(300)의 거리를 균일하게 유지할 수 있게 한다. 또한, 접착 필름(350)은 점성이 있는 액상의 에폭시 등의 재질과 달리 상대적으로 고형이기 때문에 광학필터(300)의 상부까지 돌출되도록 형성될 염려가 적다. 또한, 접착 필름(350)은 얇은 두께를 균일하게 유지할 수 있기 때문에, 본 발명의 광학센서 패키지의 높이, 즉, 베이스 기판(100)에서 광학필터(300)까지의 거리를 작게 유지하는데 기여할 수 있다.
베젤 구조물(400)은 베이스 기판(100)에 결합되고, 센서칩(200)의 주변에 위치한다. 구체적으로, 베젤 구조물(400)은 센서칩(200)의 적어도 일부를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 베젤 구조물(400)은 하면이 베이스 기판(100)에 결합되고, 상단은 베이스 기판(100)에서 돌출된 형태로 형성된다. 베젤 구조물(400)에는 평평한 상면이 마련된다. 베젤 구조물(400)의 상면은 센서칩(200)의 수광면(210)과 동일한 평면(P1) 상에 위치할 수 있다. 구체적으로, 베젤 구조물(400)의 상면과 센서칩(200)의 수광면(210)은 베이스 기판(100)을 기준으로 동일한 높이에 위치한다. 더욱 구체적으로, 베젤 구조물(400)의 상면과 센서칩(200)의 수광면(210)에 위치하는 하나의 평면은 베이스 기판(100)과 실질적으로 평행할 수 있다.
베젤 구조물(400)의 상면과 센서칩(200)의 수광면(210) 위치는 센서칩(200)을 결합시키는 접착 필름(250)의 형태 변형을 통해서 조절될 수 있다. 이에 대해서는 아래에서 광학센서 패키지의 제조 방법을 설명하면서 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 4는 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 단면도이다. 도 4에 도시된 광학센서 패키지는 도 1 내지 도 3을 참조하여 상술한 광학센서 패키지에서 커버 윈도우가 부가된 것이다. 따라서 도 4에 도시된 광학센서 패키지를 설명하는데 있어서, 도 1 내지 도 3의 광학센서 패키지와 다른 점을 중심으로 설명하도록 한다.
도 4를 참조하면, 광학센서 패키지는 커버 윈도우(600)를 더 포함할 수 있다. 커버 윈도우(600)는 수광면(210)과 대향하게 위치할 수 있다. 이는 커버 윈도우(600)가 수광면(210)뿐만 아니라 베이스 기판(100)에도 대향하게 위치함을 의미한다.
커버 윈도우(600)는 본 발명의 광학센서 패키지가 탑재되는 전자 장치의 커버 윈도우일 수 있다. 구체적으로, 커버 윈도우(600)는 전자 장치의 전면을 덮는 것일 수 있다. 또한, 커버 윈도우(600)는 적어도 일 부분은 전자 장치의 디스플레이부를 덮는 것일 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 광학센서 패키지는 커버 윈도우(600)의 하부에 위치하게 된다.
커버 윈도우(600)는 제1 파장대역에 대해서 투광성일 수 있다. 상술한 것과 같이, 여기서 제1 파장대역은 적외선 파장대역에 해당할 수 있다. 그러나 커버 윈도우(600)는 가시광선 대역에 대해서는 제1 파장대역보다 투광성이 상대적으로 낮을 수 있다. 따라서 커버 윈도우(600)를 기준으로 광학센서 패키지의 반대측에서는 광학센서 패키지가 시각적으로 보이지 않거나 흐리게 보일 수 있다. 그러나 센서칩(200)이 감지하려는 광은 커버 윈도우(600)를 통과할 수 있다.
커버 윈도우(600)의 광학센서 패키지 측의 면에는 리세스(610)가 형성될 수 있다. 리세스(610)는 광학센서 패키지의 수광면(210)과 대향하는 부분에 형성될 수 있다. 리세스(610)부는 주변의 다른 부분에 비해서 균일한 깊이를 가지도록 형성될 수 있다.
광학필터(300)의 적어도 일부는 리세스(610)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 구체적으로, 광학필터(300)는 센서칩(200)의 수광면(210)이 형성된 면에 대해서 상방으로 돌출되어 있기 때문에 돌출된 부분의 적어도 일부가 리세스(610)의 내부 공간에 수용되는 것이다. 경우에 따라서 광학필터(300)뿐만 아니라 접착 필름(350)의 적어도 일부도 리세스(610)의 내부 공간에 수용될 수 있다. 그러나 이러한 경우에도 광학필터(300)와 커버 윈도우(600)는 이격되어 위치하는 것이 바람직하다.
상술한 구조에 의해서 전자 장치의 슬림화가 달성될 수 있다. 즉, 베이스 기판(100)에서 커버 윈도우(600)까지의 거리를 최대한 작게 형성할 수 있다.
이하, 첨부한 도 5 내지 도 12를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법에 대해 설명한다.
이하에서 설명하는 광학센서 패키지의 제조 방법은 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 광학센서 패키지를 제조하는 방법에 관한 것이다. 따라서 상술한 내용과 중복되는 것 중 일부는 생략하도록 한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 공정 단면도이다. 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 센서칩을 결합시키는 단계(S300)를 설명하기 위한 순서도이다. 도 8 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 공정 단면도이다. 도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 광학필터를 결합시키는 단계(S400)를 설명하기 위한 순서도이다. 도 15 내지 도 17은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학센서 패키지의 제조 방법의 공정 단면도이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 광학센서 패키지의 제조 방법은 베이스 기판, 베젤 구조물 및 센서칩을 마련하는 단계(S100), 베젤 구조물을 결합시키는 단계(S200), 센서칩을 결합시키는 단계(S300) 및 광학필터를 결합시키는 단계(S400)를 포함한다.
먼저, 베이스 기판, 베젤 구조물 및 센서칩을 마련하는 단계(S100)는 광학센서 패키지를 구성하는 베이스 기판(100), 베젤 구조물(400) 및 센서칩(200) 마련하는 단계이다. 베이스 기판(100), 베젤 구조물(400) 및 센서칩(200)에 대한 자세한 설명은 광학센서 패키지에 대해 설명하면서 상술한 것으로 갈음하도록 한다. 이 단계에서, 베이스 기판(100), 베젤 구조물(400) 및 센서칩(200)은 결합되지 않고, 각각 분리된 개별의 상태로 마련된다.
도 6을 참조하여, 베젤 구조물을 결합시키는 단계(S200)에 대해서 설명하도록 한다.
베이스 기판(100)의 상면에는 실장 영역(110)과 베젤 구조물 결합부가 마련될 수 있다. 베젤 구조물 결합부는 실장 영역의 주변에 형성될 수 있다. 베젤 구조물(400)은 베이스 기판(100)의 베젤 구조물(400) 결합부에 맞닿아 결합되게 된다. 구체적으로, 베젤 구조물(400)의 하면이 베이스 기판(100)의 베젤 구조물(400) 결합부에 맞닿아 결합되게 된다. 베젤 구조물(400)과 베이스 기판(100)은 다양한 방식으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 베젤 구조물(400)과 베이스 기판(100)은 에폭시와 같은 수지재 접착제 또한 솔더에 의해서 결합될 수 있다.
베젤 구조물(400)이 베이스 기판(100)에 결합되면, 베젤 구조물(400)은 베이스 기판(100)의 상면에서 상방으로 돌출되는 형태로 형성된다. 베젤 구조물(400)의 상단에는 평평한 상면이 마련된다. 베젤 구조물(400)의 상면은 베이스 기판(100)의 상면과 평행할 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 13을 참조하여 센서칩을 결합시키는 단계(S300)에 대해서 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 센서칩을 결합시키는 단계(S300)는 접착 필름을 부착하는 단계(S310), 센서칩을 픽업하는 단계(S320), 센서칩을 이송하는 단계(S330), 접착 필름을 경화시키는 단계(S340), 픽업수단(700)을 분리하는 단계(S350) 및 접착 필름을 추가 경화시키는 단계(S360)를 포함한다.
먼저, 도 8을 참조하여, 접착 필름을 부착하는 단계(S310)를 설명하도록 한다.
접착 필름을 부착하는 단계(S310)는 접착 필름(250)을 센서칩(200)의 하면에 부착하는 단계이다. 접착 필름을 부착하는 단계(S310)는 후술할 센서칩을 픽업하는 단계(S320)보다 먼저 수행되는 것이 바람직하다.
이 단계(S310)에서 부착되는 접착 필름(250)은 경화되지 않은 상태의 접착 필름(250)인 것이 바람직하다. 도 8에는 접착 필름(250)의 경화되지 않은 상태가 다른 상태와 빗금으로 구별될 수 있도록 표시하였다. 접착 필름(250)은 분리된 개별 센서칩(200)에 각각 부착될 수도 있고, 복수의 센서칩(200)들이 연결된 웨이퍼 상태에서 부착되어 이후에 다이싱 과정을 통해 분리될 수도 있다.
도 9를 참조하여, 센서칩을 픽업하는 단계(S320)를 설명하도록 한다.
센서칩을 픽업하는 단계(S320)는 픽업수단(700)을 이용하여, 센서칩(200)의 상면을 밀착시켜 센서칩(200)을 픽업하는 단계이다.
도 9를 참조하면, 픽업수단(700)은 평면부(710)를 포함한다. 평면부(710)는 평면으로 형성된 부분을 포함하고, 상기 평면으로 형성된 부분은 센서칩(200)의 상면보다 크게 형성된다. 픽업수단(700)은 평면부(710)의 일부에 센서칩(200)의 상면을 밀착시켜 센서칩(200)을 픽업한다. 구체적으로, 픽업수단(700)은 평면부(710)의 중심 부분에 센서칩(200)의 상면을 밀착시킬 수 있다.
평면부(710)에는 센서칩(200)의 상면을 밀착시킬 수 있는 흡착수단(720)이 마련될 수 있다. 예를 들어, 흡착수단(720)은 진공 흡입구가 될 수 있다. 구체적으로, 진공 흡입구(720)가 평면부(710)의 센서칩(200)의 상면이 밀착되는 면에서 다른 면으로 공기를 흡입하여 센서칩(200)의 상면을 평면부(710)에 진공 흡착 시킬 수 있다.
도 10을 참조하여, 센서칩을 이송하는 단계(S330)를 설명하도록 한다.
센서칩을 이송하는 단계(S330)는 평면부(710)의 다른 일부가 베젤 구조물(400)의 상면에 밀착된 상태가 되도록 센서칩(200)을 이송하는 단계이다.
픽업수단(700)은 센서칩(200)을 픽업한 상태로 이동하여 센서칩(200)을 이송할 수 있다. 픽업수단(700)의 평면부(710)의 일부는 센서칩(200)이 밀착되어 있고, 평면부(710)의 다른 일부가 베젤 구조물(400)의 상면에 밀착된 상태가 되도록 이송한다. 여기서, 평면부(710)의 일부는 중심 부분이고, 다른 일부는 테두리 부분인 것이 바람직하다.
센서칩을 이송하는 단계(S330)가 수행되는 도중에도 픽업수단(700)은 센서칩(200)을 흡착한 상태를 유지한다. 따라서 이송된 상태에서는 센서칩(200)의 상면과 베젤 구조물(400)의 상면은 동일한 평면(P1)에 위치하게 된다. 센서칩(200)의 상면과 베젤 구조물(400)의 상면이 위치하는 평면은 픽업수단(700)의 평면부(710)와 맞닿는 평면에 해당한다.
도 11을 참조하여, 접착 필름을 경화시키는 단계(S340)를 설명하도록 한다.
접착 필름을 경화시키는 단계(S340)는 센서칩(200)의 위치가 고정된 상태에서 접착 필름(250)을 경화시키는 단계이다.
접착 필름을 경화시키는 단계(S340)가 수행되는 도중에도 픽업수단(700)은 센서칩(200)을 흡착한 상태를 유지한다. 따라서 이 단계에서도 센서칩(200)의 상면과 베젤 구조물(400)의 상면은 동일한 평면(P1)에 위치하게 된다.
접착 필름을 경화시키는 단계(S340)에서 접착 필름(250)을 미리 정해진 경화 조건에 노출시켜 경화시키게 된다. 여기서, 경화시키는 것은 임시 경화일 수 있다. 여기서, 접착 필름(250)을 임시 경화하는 과정은 접착 필름(250)을 100℃ 내지 150℃의 온도에서 1초 내지 10초간 노출시키는 것일 수 있다. 도 11에는 접착 필름(250)의 임시 경화된 상태가 다른 상태와 빗금으로 구별될 수 있도록 표시하였다.
임시 경화된 접착 필름(250)은 형태가 완전 고정되는 것은 아니지만, 일정 수준 이상으로 고정된다. 즉, 접착 필름(250)에 일정 수준 이상의 외력 또는 압력이 가해지거나, 일정 수준 이상의 온도에 노출되는 것이 아니라면 형태가 유지된다. 따라서 센서칩(200)이 결합된 위치도 유지되게 된다. 접착 필름(250)은 후술할 추가 경화가 수행될 때까지 상술한 일정 수준 이상의 외력 또는 압력이 가해지거나, 일정 수준 이상의 온도에 노출되지 않게 관리된다. 접착 필름(250)은 후술할 접착 필름을 추가 경화시키는 단계(S360)에서 추가로 경화되어 완전 경화될 수 있다.
도 12를 참조하여, 픽업수단을 분리하는 단계(S350)를 설명하도록 한다.
픽업수단을 분리하는 단계(S350)는 센서칩(200)에서 픽업수단(700)을 분리하는 단계이다. 픽업수단(700)의 흡착을 해제하여 센서칩(200)을 픽업수단(700)에서 분리시킬 수 있다. 접착 필름(250)이 경화 또는 가경화되어 있기 때문에, 픽업수단(700)이 분리된 이후에도 센서칩(200)은 픽업수단(700)에 의해 이송된 위치에 위치하게 된다.
도 13을 참조하여, 접착 필름을 추가 경화시키는 단계(S360)를 설명하도록 한다.
접착 필름을 추가 경화시키는 단계(S360)는 접착필름(250)을 추가 경화시키는 단계로 픽업수단을 분리하는 단계(S350) 이후에 수행된다.
픽업수단(700)이 분리된 이후에, 베이스 기판(100), 베젤 구조물(400) 및 센서칩(200)의 조립체는 별도의 오븐으로 이동되어 추가 경화가 수행될 수 있다. 여기서, 추가 경화는 상술한 임시 경화에 대해서 후속적으로 수행되는 것이다. 추가 경화는 100℃ 내지 150℃의 온도에서 10분 내지 3시간 동안 노출시키는 것일 수 있다. 도 13에는 접착 필름(250)의 추가 경화된 상태가 다른 상태와 빗금으로 구별될 수 있도록 표시하였다.
추가 경화가 완료되면, 접착 필름(250)은 형태가 완전히 고정되게 된다. 따라서 센서칩(200)이 결합된 위치도 유지되게 된다. 즉, 센서칩(200)의 상면과 베젤 구조물(400)의 상면은 동일한 평면(P1)에 위치하게 되고, 그 위치가 고정되게 된다.
이하, 도 14 내지 도 17을 참조하여 광학필터를 결합시키는 단계(S400)에 대해서 설명하도록 한다.
도 14를 참조하면, 광학필터를 결합시키는 단계(S400)는 접착 필름을 부착하는 단계(S410), 광학필터를 수광면 상부에 위치시키는 단계(S420) 및 접착 필름을 경화시키는 단계(S430)를 포함한다.
먼저, 도 15를 참조하여, 접착 필름을 부착하는 단계(S410)를 설명하도록 한다.
접착 필름을 부착하는 단계(S410)는 접착 필름(350)을 광학필터(300)의 하면에 부착하는 단계이다. 접착 필름을 부착하는 단계(S410)는 후술할 광학필터를 수광면 상부에 위치시키는 단계(S420)보다 먼저 수행되는 것이 바람직하다.
접착 필름(350)은 분리된 개별 광학필터(300)에 각각 부착될 수도 있고, 복수의 광학필터들이 연결된 원판 상태에서 부착되어 이후에 절단 과정을 통해 분리될 수도 있다.
이 단계(S410)에서 부착되는 접착 필름(350)은 경화되지 않은 상태의 접착 필름(350)인 것이 바람직하다. 도 15에는 접착 필름(350)의 경화되지 않은 상태가 다른 상태와 빗금으로 구별될 수 있도록 표시하였다.
도 16을 참조하여, 광학필터를 수광면 상부에 위치시키는 단계(S420) 및 접착 필름을 경화시키는 단계(S420)를 설명하도록 한다.
광학필터를 수광면 상부에 위치시키는 단계(S420)는 접착 필름(350)을 사이에 두고 수광면(210) 상부에 광학필터(300)를 위치시키는 단계이다. 광학필터(300)는 픽업수단에 의해 픽업되어 수광면(210)의 상부로 이송될 수 있다.
접착 필름을 경화시키는 단계(S420)는 접착 필름(350)을 경화시키는 것과 마찬가지로 임시 경화와 추가 경화로 구분되어 수행될 수 있다.
구체적으로, 픽업수단이 광학필터(300)에 결합된 상태에서 임시 경화가 수행될 수 있다. 여기서, 접착 필름(350)을 임시 경화하는 과정은 접착 필름(350)을 100℃ 내지 150℃의 온도에서 1초 내지 10초간 노출시키는 것일 수 있다.
픽업수단이 분리된 이후에, 베이스 기판(100), 베젤 구조물(400), 센서칩(200) 및 광학필터(300)의 조립체는 별도의 오븐으로 이동되어 추가 경화가 수행될 수 있다. 여기서, 추가 경화는 상술한 임시 경화에 대해서 후속적으로 수행되는 것이다. 추가 경화는 100℃ 내지 150℃의 온도에서 10분 내지 3시간 동안 노출시키는 것일 수 있다.
도 16에는 접착 필름(350)의 완전 경화된 상태가 다른 상태와 빗금으로 구별될 수 있도록 표시하였다.
접착 필름(350)을 경화시키는 과정은 접착 필름(250)을 경화시키는 과정보다 상대적으로 낮은 온도에서 수행될 수 있다. 이는 광학 필터(300)가 고온에 의해 손상되는 것을 최대한 억제하기 위함이다.
도 17을 참조하여, 와이어 본딩 단계를 설명하도록 한다. 와이어 본딩 단계에서는 센서칩(200)이 베이스 기판(100)과 와이어(230)에 의해 전기적으로 연결되는 단계이다. 와이어(230)는 금, 은, 구리 등으로 형성된 도전성 와이어(230)일 수 있다. 구체적으로, 와이어(230)는 베이스 기판(100)의 본딩 패드(220)와 베이스 기판(100)의 상면의 패드와 결합되어 전기적 연결을 달성할 수 있다. 와이어 본딩 단계가 수행되는 순서는 상술한 것에서 변경될 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: 실장 영역
120: 패드 250: 접착필름
200: 센서칩 210: 수광면
220: 본딩 패드 230: 와이어
300: 광학필터 350: 접착필름
500: 베젤부 600: 커버 윈도우
610: 리세스

Claims (25)

  1. 베이스 기판;
    하면이 상기 베이스 기판에 결합되고, 상면에 수광면을 포함하는 센서칩;
    상기 수광면과 대향하는 커버 윈도우;
    상기 수광면을 덮는 광학필터;
    상기 베이스 기판과 상기 센서칩 사이에 위치하여 상기 베이스 기판과 상기 센서칩을 결합시키는 접착 필름; 및
    하면이 상기 베이스 기판에 결합되고, 상기 센서칩 주변에 위치한 베젤 구조물을 포함하고,
    상기 센서칩의 상면과 상기 베젤 구조물의 상면은 동일한 평면에 위치하며,
    상기 커버 윈도우는 상기 수광면과 대향하는 부분에 형성된 리세스를 포함하고,
    상기 광학필터의 적어도 일부는 상기 리세스의 내부 공간에 수용되는 광학센서 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 센서칩과 상기 베이스 기판은 와이어에 의해 전기적으로 연결되는 광학센서 패키지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 센서칩은상기 상면에 인접하여 하단으로 단차지게 형성된 하단면을 포함하고,
    상기 하단면에는 상기 와이어가 결합되는 본딩 패드가 형성되는 광학센서 패키지.
  4. 삭제
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 광학필터는 상기 수광면과의 사이에 위치한 접착 필름에 의해서 결합되는 광학센서 패키지.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 광학필터는 제1 파장대역을 통과대역으로 가지고,
    상기 접착 필름은 상기 제1 파장대역에 대해서 투광성인 광학센서 패키지.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제6 항에 있어서,
    상기 커버 윈도우는 상기 제1 파장대역에 대해서 투광성이고, 가시광선 대역에 대해서는 상기 제1 파장대역보다 투광성이 상대적으로 낮은 광학센서 패키지.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 커버 윈도우와 상기 광학필터는 이격되어 위치하는 광학센서 패키지.
  11. 제6 항에 있어서,
    상기 제1 파장대역의 광을 방출하는 발광부를 더 포함하고,
    상기 센서칩은 지문인식용 센서칩인 광학센서 패키지.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 접착 필름은 에폭시 접착 필름인 광학센서 패키지.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 접착 필름은 경화되기 전에는 변형이 가능하였다가 경화된 후에는 변형이 되지 않는 광학센서 패키지.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 접착 필름은 100℃ 내지 150℃의 고온에서 경화되는 광학센서 패키지.
  15. 베이스 기판, 베젤 구조물 및 수광면을 포함하는 센서칩을 마련하는 단계;
    상기 베이스 기판에 베젤 구조물의 하면을 결합시키는 단계; 및
    평면부를 포함하는 픽업수단을 이용하여, 접착 필름을 통해 상기 베이스 기판에 상기 센서칩을 결합시키는 단계를 포함하고,
    상기 센서칩을 결합시키는 단계에서 상기 센서칩의 수광면은 상기 베젤 구조물의 상면과 동일한 평면에 위치하게 되며,
    상기 센서칩을 이송하는 단계에서, 상기 평면부는 상기 센서칩을 사이에 두고 서로 대향하는 베젤 구조물의 두 부분과 밀착되는 광학센서 패키지의 제조 방법.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 수광면은 상기 센서칩의 상면에 형성되고,
    상기 센서칩을 결합시키는 단계는,
    상기 평면부의 일부에 상기 센서칩의 상면을 밀착시켜 상기 센서칩을 픽업하는 단계;
    상기 평면부의 다른 일부가 상기 베젤 구조물의 상면에 밀착된 상태가 되도록 상기 센서칩을 이송하는 단계;
    상기 센서칩의 위치가 고정된 상태에서 상기 접착 필름을 경화시키는 단계; 및
    상기 센서칩에서 상기 픽업수단을 분리하는 단계를 포함하는 광학센서 패키지의 제조 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 평면부는 상기 센서칩의 상면보다 큰 광학센서 패키지의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 제16 항에 있어서,
    상기 접착 필름을 경화시키는 단계는 100℃ 내지 150℃의 고온에서 수행되는 광학센서 패키지의 제조 방법.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 접착 필름을 경화시키는 단계에서 상기 센서칩의 위치는 상기 수광면이 상기 베젤 구조물의 상면과 동일한 평면인 상태로 고정되는 광학센서 패키지의 제조 방법.
  21. 제16 항에 있어서,
    상기 센서칩을 결합시키는 단계는,
    상기 픽업수단을 분리하는 단계 이후에 수행되는 상기 접착필름을 추가 경화시키는 단계를 더 포함하는 광학센서 패키지의 제조 방법.
  22. 제15 항에 있어서,
    상기 센서칩을 결합시키는 단계는,
    상기 접착 필름을 상기 센서칩의 하면에 부착하는 단계를 더 포함하는 광학센서 패키지의 제조 방법.
  23. 제15 항에 있어서,
    상기 센서칩의 수광면에 광학필터를 결합시키는 단계가 더 포함되는 광학센서 패키지의 제조 방법.
  24. 제23 항에 있어서,
    상기 광학필터를 결합시키는 단계는 상기 센서칩을 결합시키는 단계 이후에 수행되는 광학센서 패키지의 제조 방법.
  25. 제23 항에 있어서,
    상기 광학필터를 결합시키는 단계는,
    상기 광학필터의 하면에 접착 필름을 부착하는 단계;
    상기 접착 필름을 사이에 두고 상기 수광면 상부에 상기 광학필터를 위치시키는 단계; 및
    상기 접착 필름을 경화시키는 단계를 포함하는 광학센서 패키지의 제조 방법.
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