KR102041663B1 - 이미지 센서 장치 및 이를 포함하는 이미지 센서 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 접속패드가 배치된 활성면을 갖는 제1반도체칩과 상기 제1반도체칩의 활성면 상에 배치되며 상기 제1반도체칩의 접속패드와 전기적으로 연결된 재배선층을 포함하는 제1연결부재와 상기 제1연결부재 상에 배치되며 상기 제1반도체칩의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재를 포함하는 팬-아웃 반도체 패키지, 상기 제1연결부재 상에 배치되며 상기 제1연결부재와 전기적으로 연결된 제2반도체칩, 및 상기 제2반도체칩 상에 배치되며 상기 제2반도체칩과 전기적으로 연결된 제3반도체칩을 포함하며, 상기 제2 및 제3반도체칩 중 적어도 하나는 이미지 센서인 이미지 센서 장치, 및 이를 포함하는 이미지 센서 모듈에 관한 것이다.
Description
본 개시는 카메라 모듈 등에 사용될 수 있는 이미지 센서 장치 및 이를 센서 패키지로 이용하는 이미지 센서 모듈에 관한 것이다.
스마트폰이나 태블릿과 같은 모바일 제품에 채용되는 전자부품들은 계속해서 소형화 및 고성능화가 요구되고 있다. 즉, 전자부품을 소형으로 제조함과 동시에 동일한 공간 내에 더 많은 기능을 부가하는 등의 노력들이 전개되고 있다. 특히, 메인 부품이 아닌 부가 기능을 가지는 부품들에서는 소형화에 대한 요구가 더욱 강해지고 있다. 예를 들면, 카메라 모듈 등에 사용되는 이미지 센서 장치 역시 소형화, 고성능화, 및 다기능화에 대한 요구가 강해지고 있다.
본 개시의 여러 목적 중 하나는 소형화, 고성능화, 및 다기능화가 가능한 새로운 구조의 이미지 센서 장치 및 이러한 이미지 센서 장치를 포함하는 이미지 센서 모듈을 제공하는 것이다.
본 개시를 통하여 제안하는 여러 해결 수단 중 하나는 팬-아웃 형태로 패키징한 제1반도체칩을 적어도 하나가 이미지 센서 기능을 수행하며 서로 전기적으로 도통하는 제2반도체칩 및 제3반도체칩에 연결하여, 소형화, 고성능화, 및 다기능화가 가능한 하나의 장치로 구현하는 것이다.
예를 들면, 본 개시를 통하여 제안하는 일례에 따른 이미지 센서 장치는 접속패드가 배치된 활성면을 갖는 제1반도체칩과 상기 제1반도체칩의 활성면 상에 배치되며 상기 제1반도체칩의 접속패드와 전기적으로 연결된 재배선층을 포함하는 제1연결부재와 상기 제1연결부재 상에 배치되며 상기 제1반도체칩의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재를 포함하는 팬-아웃 반도체 패키지, 상기 제1연결부재 상에 배치되며 상기 제1연결부재와 전기적으로 연결된 제2반도체칩, 및 상기 제2반도체칩 상에 배치되며 상기 제2반도체칩과 전기적으로 연결된 제3반도체칩을 포함하며, 상기 제2반도체칩 및 제3반도체칩 중 적어도 하나는 이미지 센서일 수 있다.
예를 들면, 본 개시를 통하여 제안하는 일례에 따른 이미지 센서 모듈은 관통홀을 가지며 회로패턴이 형성된 회로기판, 및 상기 회로기판의 관통홀에 배치되며 상기 회로기판의 회로패턴과 전기적으로 연결된 이미지 센서 장치를 포함하며, 상기 이미지 센서 장치가 상술한 이미지 센서 장치며, 이때 상기 제2 및 제3반도체칩 중 적어도 하나가 이미지 센서인 것일 수 있다.
본 개시의 여러 효과 중 일 효과로서 소형화, 고성능화, 및 다기능화가 가능한 새로운 구조의 이미지 센서 장치 및 이러한 이미지 센서 장치를 포함하는 이미지 센서 모듈을 제공할 수 있다.
도 1은 전자기기 시스템의 예를 개략적으로 나타내는 블록도다.
도 2는 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도다.
도 3은 팬-인 반도체 패키지의 패키징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 4는 팬-인 반도체 패키지의 패키징 과정을 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 5는 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 상에 실장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 6은 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 내에 내장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 7은 팬-아웃 반도체 패키지의 개략적은 모습을 나타낸 단면도다.
도 8은 팬-아웃 반도체 패키지가 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 9는 일례에 따른 이미지 센서 장치를 대략 나타낸 단면도다.
도 10은 도 9의 이미지 센서 장치의 개략적인 Ⅰ-Ⅰ' 절단 평면도다.
도 11a 내지 11c는 도 9의 이미지 센서 장치의 개략적인 제조 일례다.
도 12는 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치를 대략 나타낸 단면도다.
도 13은 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치를 대략 나타낸 단면도다.
도 14는 일례에 따른 이미지 센서 모듈을 대략 나타낸 단면도다.
도 15는 일례에 따른 카메라 모듈을 대략 나타낸 단면도다.
도 2는 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도다.
도 3은 팬-인 반도체 패키지의 패키징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 4는 팬-인 반도체 패키지의 패키징 과정을 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 5는 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 상에 실장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 6은 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 내에 내장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 7은 팬-아웃 반도체 패키지의 개략적은 모습을 나타낸 단면도다.
도 8은 팬-아웃 반도체 패키지가 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 9는 일례에 따른 이미지 센서 장치를 대략 나타낸 단면도다.
도 10은 도 9의 이미지 센서 장치의 개략적인 Ⅰ-Ⅰ' 절단 평면도다.
도 11a 내지 11c는 도 9의 이미지 센서 장치의 개략적인 제조 일례다.
도 12는 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치를 대략 나타낸 단면도다.
도 13은 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치를 대략 나타낸 단면도다.
도 14는 일례에 따른 이미지 센서 모듈을 대략 나타낸 단면도다.
도 15는 일례에 따른 카메라 모듈을 대략 나타낸 단면도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대해 설명한다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 축소될 수 있다.
전자기기
도 1은 전자기기 시스템의 예를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도면을 참조하면, 전자기기(1000)는 메인보드(1010)를 수용한다. 메인보드(1010)에는 칩 관련부품(1020), 네트워크 관련부품(1030), 및 기타부품(1040) 등이 물리적 및/또는 전기적으로 연결되어 있다. 이들은 후술하는 다른 부품과도 결합되어 다양한 신호라인(1090)을 형성한다.
칩 관련부품(1020)으로는 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩; 센트랄 프로세서(예컨대, CPU), 그래픽 프로세서(예컨대, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션 프로세서 칩; 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직 칩 등이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 형태의 칩 관련 부품이 포함될 수 있음은 물론이다. 또한, 이들 부품(1020)이 서로 조합될 수 있음은 물론이다.
네트워크 관련부품(1030)으로는, Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 다수의 무선 또는 유선 표준들이나 프로토콜들 중의 임의의 것이 포함될 수 있다. 또한, 네트워크 관련부품(1030)이 칩 관련 부품(1020)과 더불어 서로 조합될 수 있음은 물론이다.
기타부품(1040)으로는, 고주파 인덕터, 페라이트 인덕터, 파워 인덕터, 페라이트 비즈, LTCC(low Temperature Co-Firing Ceramics), EMI(Electro Magnetic Interference) filter, MLCC(Multi-Layer Ceramic Condenser) 등이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 다양한 용도를 위하여 사용되는 수동부품 등이 포함될 수 있다. 또한, 기타부품(1040)이 칩 관련 부품(1020) 및/또는 네트워크 관련 부품(1030)과 더불어 서로 조합될 수 있음은 물론이다.
전자기기(1000)의 종류에 따라, 전자기기(1000)는 메인보드(1010)에 물리적 및/또는 전기적으로 연결되거나 그렇지 않을 수도 있는 다른 부품을 포함할 수 있다. 다른 부품의 예를 들면, 카메라(1050), 안테나(1060), 디스플레이(1070), 배터리(1080), 오디오 코덱(미도시), 비디오 코덱(미도시), 전력 증폭기(미도시), 나침반(미도시), 가속도계(미도시), 자이로스코프(미도시), 스피커(미도시), 대량 저장 장치(예컨대, 하드디스크 드라이브)(미도시), CD(compact disk)(미도시), 및 DVD(digital versatile disk)(미도시) 등이 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 전자기기(1000)의 종류에 따라 다양한 용도를 위하여 사용되는 기타 부품 등이 포함될 수 있음은 물론이다.
전자기기(1000)는, 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 외에도 데이터를 처리하는 임의의 다른 전자기기일 수 있음은 물론이다.
도 2는 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도다.
도면을 참조하면, 반도체 패키지는 상술한 바와 같은 다양한 전자기기에 다양한 용도로써 적용된다. 예를 들면, 스마트 폰(1100)의 바디(1101) 내부에는 메인보드(1110)가 수용되어 있으며, 메인보드(1110)에는 다양한 부품(1120) 들이 물리적 및/또는 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 카메라(1130)와 같이 메인보드(1110)에 물리적 및/또는 전기적으로 연결되거나 그렇지 않을 수도 있는 다른 부품이 바디(1101) 내에 수용되어 있다. 전자기기는 반드시 스마트 폰(1100)에 한정되는 것은 아니며, 상술한 바와 같이 다른 전자기기일 수도 있음은 물론이다.
반도체 패키지
일반적으로 반도체칩은 수많은 미세 전기 회로가 집적되어 있으나 그 자체로는 반도체 완성품으로서의 역할을 할 수 없으며, 외부의 물리적 또는 화학적 충격에 의해 손상될 가능성이 존재한다. 그래서 반도체칩 자체를 그대로 사용하지 않고 반도체칩을 패키징하여 패키지 상태로 전자기기 등에 사용하고 있다.
반도체 패키징이 필요한 이유는, 전기적인 연결이라는 관점에서 볼 때, 반도체칩과 전자기기의 메인보드의 회로 폭에 차이가 있기 때문이다. 구체적으로, 반도체칩의 경우, 접속패드의 크기와 접속패드간의 간격이 매우 미세한 반면 전자기기에 사용되는 메인보드의 경우, 부품 실장 패드의 크기 및 부품 실장 패드의 간격이 반도체칩의 스케일보다 훨씬 크다. 따라서, 반도체칩을 이러한 메인보드 상에 바로 장착하기 어려우며 상호간의 회로 폭 차이를 완충시켜 줄 수 있는 패키징 기술이 요구되는 것이다. 이러한 패키징 기술에 의하여 제조되는 반도체 패키지는 구조 및 용도에 따라서 팬-인 반도체 패키지(Fan-in semiconductor package)와 팬-아웃 반도체 패키지(Fan-out semiconductor package)로 구분될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 팬-인 반도체 패키지와 팬-아웃 반도체 패키지에 대하여 보다 자세히 알아보도록 한다.
(팬-인 반도체 패키지)
도 3은 팬-인 반도체 패키지의 패키징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 4는 팬-인 반도체 패키지의 패키징 과정을 개략적으로 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 반도체칩(2220)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등을 포함하는 바디(2221), 바디(2221)의 일면 상에 형성된 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질을 포함하는 접속패드(2222), 및 바디(2221)의 일면 상에 형성되며 접속패드(2222)의 적어도 일부를 덮는 산화막 또는 질화막 등의 패시베이션막(2223)을 포함하는, 예를 들면, 베어(Bare) 상태의 집적회로(IC)일 수 있다. 이때, 접속패드(2222)는 매우 작기 때문에, 집적회로(IC)는 전자기기의 메인보드 등은 물론, 중간 레벨의 인쇄회로기판(PCB)에도 실장 되기 어렵다.
이에, 접속패드(2222)를 재배선하기 위하여 반도체칩(2220) 상에 반도체칩(2220)의 사이즈에 맞춰 연결부재(2240)를 형성한다. 연결부재(2240)는 반도체칩(2220) 상에 감광성 절연수지(PID)와 같은 절연물질로 절연층(2241)을 형성하고, 접속패드(2222)를 오픈시키는 비아홀(2243h)을 형성한 후, 배선패턴 (2242) 및 비아(2243)를 형성하여 형성할 수 있다. 그 후, 연결부재(2240)를 보호하는 패시베이션층(2250)을 형성하고, 개구부(2251)를 형성한 후, 언더범프금속층(2260) 등을 형성한다. 즉, 일련의 과정을 통하여, 예를 들면, 반도체칩(2220), 연결부재(2240), 패시베이션층(2250), 및 언더범프금속층(2260)을 포함하는 팬-인 반도체 패키지(2200)가 제조된다.
이와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 반도체칩의 접속패드, 예컨대 I/O (Input/Output) 단자를 모두 소자 안쪽에 배치시킨 패키지형태이며, 팬-인 반도체 패키지는 전기적 특성이 좋으며 저렴하게 생산할 수 있다. 따라서, 스마트폰에 들어가는 많은 소자들이 팬-인 반도체 패키지 형태로 제작되고 있으며, 구체적으로는 소형이면서도 빠른 신호 전달을 구현하는 방향으로 개발이 이루어지고 있다.
다만, 팬-인 반도체 패키지는 I/O 단자를 모두 반도체칩 안쪽에 배치해야 하는바 공간적인 제약이 많다. 따라서, 이러한 구조는 많은 수의 I/O 단자를 갖는 반도체칩이나 크기가 작은 반도체칩에 적용하는데 어려운 점이 있다. 또한, 이러한 취약점으로 인하여 전자기기의 메인보드에 팬-인 반도체 패키지가 직접 실장 되어 사용될 수 없다. 반도체칩의 I/O 단자를 재배선 공정으로 그 크기와 간격을 확대하였다 하더라도, 전자기기 메인보드에 직접 실장 될 수 있을 정도의 크기와 간격을 가지는 것은 아니기 때문이다.
도 5는 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 상에 실장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 6은 팬-인 반도체 패키지가 인터포저 기판 내에 내장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 팬-인 반도체 패키지(2200)는 반도체칩(2220)의 접속패드들(2222), 즉 I/O 단자들이 인터포저 기판(2301)을 통하여 다시 한 번 재배선되며, 최종적으로는 인터포저 기판(2301) 상에 팬-인 반도체 패키지(2200)가 실장된 상태로 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다. 이때, 솔더볼(2270) 등은 언더필 수지(2280) 등으로 고정될 수 있으며, 외측은 몰딩재(2290) 등으로 커버될 수 있다. 또는, 팬-인 반도체 패키지(2200)는 별도의 인터포저 기판(2302) 내에 내장(Embedded) 될 수 도 있으며, 내장된 상태로 인터포저 기판(2302)에 의하여 반도체칩(2220)의 접속패드들(2222), 즉 I/O 단자들이 다시 한 번 재배선되고, 최종적으로 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다.
이와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 전자기기의 메인보드에 직접 실장 되어 사용되기 어렵기 때문에, 별도의 인터포저 기판 상에 실장된 후 다시 패키징 공정을 거쳐 전자기기 메인보드에 실장되거나, 또는 인터포저 기판 내에 내장된 채로 전자기기 메인보드에 실장되어 사용되고 있다.
(팬-아웃 반도체 패키지)
도 7은 팬-아웃 반도체 패키지의 개략적은 모습을 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는, 예를 들면, 반도체칩(2120)의 외측이 봉합재(2130)로 보호되며, 반도체칩(2120)의 접속패드(2122)가 연결부재(2140)에 의하여 반도체칩(2120)의 바깥쪽까지 재배선된다. 이때, 연결부재(2140) 상에는 패시베이션층(2150)이 더 형성될 수 있으며, 패시베이션층(2150)의 개구부에는 언더범프금속층(2160)이 더 형성될 수 있다. 언더범프금속층(2160) 상에는 솔더볼(2170)이 더 형성될 수 있다. 반도체칩(2120)은 바디(2121), 접속패드(2122), 패시베이션막(미도시) 등을 포함하는 집적회로(IC)일 수 있다. 연결부재(2140)는 절연층(2141), 절연층(2241) 상에 형성된 재배선층(2142), 접속패드(2122)와 재배선층(2142) 등을 전기적으로 연결하는 비아(2143)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지는 반도체칩 상에 형성된 연결부재를 통하여 반도체칩의 바깥쪽에 까지 I/O 단자를 재배선하여 배치시킨 형태이다. 상술한 바와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 반도체칩의 I/O 단자를 모두 반도체칩 안쪽에 배치시켜야 하고 이에 소자 사이즈가 작아지면 볼 크기와 피치를 줄여야 하므로 표준화된 볼 레이아웃을 사용할 수 없다. 반면, 팬-아웃 반도체 패키지는 이와 같이 반도체칩 상에 형성된 연결부재를 통하여 반도체칩의 바깥쪽에 까지 I/O 단자를 재배선하여 배치시킨 형태인바 반도체칩의 크기가 작아지더라도 표준화된 볼 레이아웃을 그대로 사용할 수 있는바, 후술하는 바와 같이 전자기기의 메인보드에 별도의 인터포저 기판 없이도 실장될 수 있다.
도 8은 팬-아웃 반도체 패키지가 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는 솔더볼(2170) 등을 통하여 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는 반도체칩(2120) 상에 반도체칩(2120)의 사이즈를 벗어나는 팬-아웃 영역까지 접속패드(2122)를 재배선할 수 있는 연결부재(2140)를 형성하기 때문에, 표준화된 볼 레이아웃을 그대로 사용할 수 있으며, 그 결과 별도의 인터포저 기판 등 없이도 전자기기의 메인보드(2500)에 실장 될 수 있다.
이와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지는 별도의 인터포저 기판 없이도 전자기기의 메인보드에 실장 될 수 있기 때문에, 인터포저 기판을 이용하는 팬-인 반도체 패키지 대비 두께를 얇게 구현할 수 있는바 소형화 및 박형화가 가능하다. 또한, 열 특성과 전기적 특성이 우수하여 모바일 제품에 특히 적합하다. 또한, 인쇄회로기판(PCB)을 이용하는 일반적인 POP(Package on Package) 타입 보다 더 컴팩트하게 구현할 수 있고, 휨 현상 발생으로 인한 문제를 해결할 수 있다.
한편, 팬-아웃 반도체 패키지는 이와 같이 반도체칩을 전자기기의 메인보드 등에 실장하기 위하여, 그리고 외부의 충격으로부터 반도체칩을 보호하기 위한 패키지 기술을 의미하는 것으로, 이와는 스케일, 용도 등이 상이하며, 팬-인 반도체 패키지가 내장되는 인터포저 기판 등의 인쇄회로기판(PCB)과는 다른 개념이다.
이미지 센서 장치
도 9는 일례에 따른 이미지 센서 장치를 대략 나타낸 단면도다.
도 10은 도 9의 이미지 센서 장치의 개략적인 Ⅰ-Ⅰ' 절단 평면도다.
도면을 참조하면, 일례에 따른 이미지 센서 장치(300)는 접속패드(311p)가 배치된 활성면을 갖는 제1반도체칩(311)과 제1반도체칩(311)의 활성면 상에 배치되며 접속패드(311p)와 전기적으로 연결된 재배선층(313b)을 포함하는 연결부재(313)와 연결부재(313) 상에 배치되며 제1반도체칩(311)의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재(312)를 포함하는 팬-아웃 반도체 패키지(310), 연결부재(313) 상에 배치되며 접속부재(350)를 통해 연결부재(313)와 전기적으로 연결된 제2반도체칩(320), 및 제2반도체칩(320) 상에 배치되며 관통전극(360)을 통하여 제2반도체칩(320)과 전기적으로 연결된 제3반도체칩(330)을 포함한다. 이때, 제2반도체칩(320) 및 제3반도체칩(330) 중 적어도 하나는 이미지 센서이다.
최근 스마트폰이나 태블릿과 같은 모바일 제품에 채용되는 전자부품들은 계속해서 소형화 및 고성능화가 요구되고 있으며, 특히 메인 부품이 아닌 부가 기능을 가지는 부품들에서는 소형화에 대한 요구가 더욱 강해지고 있다. 예를 들면, 카메라 모듈 등에 사용되는 이미지 센서 장치 역시 소형화, 고성능화, 및 다기능화에 대한 요구가 강해지고 있다. 이를 만족하기 위한 하나의 방법으로, 복수의 웨이퍼를 스택하는 방법으로 소형화, 고성능화, 및 다기능화를 가지는 이미지 센서 장치를 제조하는 것을 고려해볼 수 있다. 예를 들면, 다수의 센서를 포함하는 제1웨이퍼 상에 다수의 로직을 포함하는 제2웨이퍼를 형성하고, 이러한 2-스택된 웨이퍼 상에 다수의 메모리를 포함하는 제3웨이퍼를 형성한 후, 관통전극으로 이들을 전기적으로 연결하는 것을 고려해볼 수 있다. 다만, 3-스택된 웨이퍼에 관통전극을 형성하는 경우, 관통전극 형성에 불량이 생기면 3-스택된 웨이퍼를 모두 폐기해야 하는바, 수율 저하의 문제가 발생할 수 있다. 또한, 3-스택 웨이퍼의 경우 메모리의 크기를 센서나 로직의 크기에 맞춰서 형성해야 하는바, 웨이퍼 상에 형성할 수 있는 메모리의 수에 한계가 있어, 생산성이 저하될 수 있다.
반면, 일례에 따른 이미지 센서 장치(300)는 메모리 등의 제1반도체칩(311)을 팬-아웃 형태로 패키징하여 팬-아웃 반도체 패키지(310)를 별도로 제조하고, 이를 로직 등의 제2반도체칩(320)과 센서 등의 제3반도체칩(330)을 포함하는 웨이퍼 상에 접속부재(350)를 통하여 연결하는 방법으로 제조될 수 있다. 즉, 2-스택으로 이미지 센서 장치(300)를 제조할 수 있다. 따라서, 관통전극 형성 불량 등에 의한 수율 저하를 최소화할 수 있다. 또한, 일례에 따른 이미지 센서 장치(300)는 제1반도체칩(311)을 팬-아웃 형태로 패키징하기 때문에, 도 10에서와 같은 수평 단면적을 기준으로 제1반도체칩(311)의 크기를 제2반도체칩(320)이나 제3반도체칩(330)의 크기보다 작게 구현할 수 있다. 따라서, 웨이퍼 상에 제2 및 제3반도체칩(320, 330) 대비 보다 많은 수의 제1반도체칩(311)을 형성할 수 있는바, 생산성을 극대화시킬 수 있다. 이를 통하여, 소형화에도 불구하고, 고성능화 및 다기능화를 가지는 이미지 센서 장치(300)를 높은 수율 및 높은 생산성으로 제조할 수 있다.
이하, 일례에 따른 이미지 센서 장치(300)에 포함되는 각각의 구성에 대하여 보다 자세히 설명한다.
팬-아웃 반도체 패키지(310)는 접속패드(311p)가 배치된 활성면 및 활성면의 반대측에 배치된 비활성면을 갖는 제1반도체칩(311), 제1반도체칩(311)의 활성면 상에 배치되며 제1반도체칩(311)의 접속패드(311p)와 전기적으로 연결된 재배선층(311b)을 포함하는 연결부재(313), 및 연결부재(313) 상에 배치되며 제1반도체칩(311)의 비활성면의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재(312)를 포함한다.
제1반도체칩(311)은 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리일 수 있으며, 바람직하게는 디램(DRAM)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1반도체칩(311)은 집적회로(Integrated Circuit: IC) 형태일 수 있으며, 이 경우 제1반도체칩(311)의 바디는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등으로 구성될 수 있다. 접속패드(311p)는 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질로 형성된 접속패드(311p)를 포함한다. 제1반도체칩(311)은 접속패드(311p)가 형성된 면이 활성면이 되며, 활성면과 마주보는 반대면이 비활성면이 된다. 바디 내부에는 다양한 회로가 형성되어 있을 수 있다.
봉합재(312)는 제1반도체칩(311)의 적어도 일부를 봉합한다. 봉합형태는 특별히 제한되지 않으며, 제1반도체칩(311)의 적어도 일부를 감싸는 형태이면 무방하다. 예를 들면, 봉합재(312)는 제1반도체칩(311)의 측면과 비활성면의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 봉합재(312)는 절연물질을 포함한다. 절연물질로는 무기필러 및 절연수지를 포함하는 재료, 예컨대 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들에 무기필러와 같은 보강재가 포함된 수지, 구체적으로 ABF(Ajinomoto Build-up Film) 등이 사용될 수 있다. 필요에 따라서는, 공지의 EMC(Epoxy Molding Compound)를 사용할 수도 있다. 필요에 따라서는, 열경화성 수지나 열가소성 수지가 무기필러 및/또는 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 재료를 사용할 수도 있다.
연결부재(313)는 제1반도체칩(311)의 접속패드(311p)를 재배선한다. 연결부재(313)를 통하여 다양한 기능을 가지는 다수의 접속패드(311p)가 재배선 될 수 있으며, 접속부재(350)를 통하여 그 기능에 맞춰 제2반도체칩(320)과 전기적으로 연결될 수 있다. 제2 및 제3반도체칩(320, 330 각각의 접속패드(320p, 330p) 역시 필요에 따라서는 연결부재(313)에 의하여 재배선될 수 있다. 연결부재(313)는 절연층(313a), 절연층(313a) 상에 형성된 재배선층(313b), 절연층(313a)을 관통하며 재배선층(313a)과 연결된 비아(313c), 절연층(313a) 상에 배치되며 재배선층(313b)의 적어도 일부를 노출시키는 패시베이션층(313d)을 포함한다. 연결부재(313)의 층수는 특별히 한정되지 않으며, 설계 사항에 따라서 다양하게 변할 수 있다.
절연층(313a)의 물질로는 절연물질이 사용될 수 있는데, 이때 절연물질로는 상술한 바와 같은 절연물질 외에도 PID 수지와 같은 감광성 절연물질을 사용할 수도 있다. 즉, 절연층(313a)은 감광성 절연층일 수 있다. 절연층(313a)이 감광성의 성질을 가지는 경우, 절연층(313a)을 보다 얇게 형성할 수 있으며, 보다 용이하게 비아(313c)의 파인 피치를 달성할 수 있다. 절연층(313a)은 절연수지 및 기필러를 포함하는 감광성 절연층일 수 있다. 절연층(313a)이 다층인 경우, 이들의 물질은 서로 동일할 수 있고, 필요에 따라서는 서로 상이할 수도 있다. 절연층(313a)이 다층인 겨우, 이들은 공정에 따라 일체화 되어 경계가 불분명할 수도 있다.
재배선층(313b)은 접속패드(313p) 등을 재배선하는 역할을 수행하며, 형성물질로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질을 사용할 수 있다. 재배선층(313b)은 해당 층의 설계 디자인에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 그라운드(GrouND: GND) 패턴, 파워(PoWeR: PWR) 패턴, 신호(Signal: S) 패턴 등을 포함할 수 있다. 여기서, 신호(S) 패턴은 그라운드(GND) 패턴, 파워(PWR) 패턴 등을 제외한 각종 신호, 예를 들면, 데이터 신호 등을 포함할 수 있다. 또한, 비아 패드, 접속단자 패드 등 각종 패드 패턴을 포함할 수 있다.
비아(313c)는 서로 다른 층에 형성된 재배선층(313b), 접속패드(311p) 등을 전기적으로 연결시킨다. 비아(313c)의 형성 물질로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 주석(Sn), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질을 사용할 수 있다. 비아(313c)는 도전성 물질로 완전히 충전될 수 있으며, 또는 도전성 물질이 비아의 벽을 따라 형성된 것일 수도 있다. 또한, 형상이 테이퍼 형상, 원통형상 등 공지된 모든 형상이 적용될 수 있다.
패시베이션층(313d)은 재배선층(313b) 등을 외부의 물리적 화학적 손상 등으로부터 보호하기 위한 부가적인 구성이다. 패시베이션층(313d)은 재배선층(313b)의 적어도 일부를 노출시키는 개구부를 가질 수 있다. 이러한 개구부는 패시베이션층(313d)에 수십 내지 수천 개 형성될 수 있다. 패시베이션층(313d)의 물질은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 감광성 절연수지와 같은 감광성 절연물질을 사용할 수 있다. 또는, 솔더 레지스트를 사용할 수도 있다. 또는, 심재는 포함하지 않으나, 필러는 포함하는 절연수지, 예를 들면, 무기필러 및 에폭시수지를 포함하는 ABF 등이 사용될 수 있다.
접속부재(350)는 메모리 패키지(310)를 제2반도체칩(320)과 물리적으로 그리고 전기적으로 연결시키기 위한 구성이다. 접속부재(350)는 도전성 물질, 예를 들면, 솔더(solder) 등으로 형성될 수 있다. 즉, 접속부재(350)는 솔더범프일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 접속부재(350)의 개수, 간격, 배치 형태 등은 특별히 한정되지 않으며, 설계 사항에 따라 충분히 변형이 가능하다. 접속부재(350) 중 적어도 하나는 팬-아웃 영역에 배치된다. 팬-아웃 영역이란 제1반도체칩(311)이 배치된 영역을 벗어나는 영역을 의미한다. 즉, 팬-아웃 반도체 패키지(310)는 제1반도체칩(311)을 기준으로 이미지 센서 장치 형태이다.
제2반도체칩(320)은 아날로그-디지털 컨버터, 어플리케이션 스페셔픽 집적회로(Application-Specific Integrated Circuit: ASIC) 등의 로직일 수 있으며, 바람직하게는 어플리케이션 스페셔픽 집적회로(ASIC)일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제2반도체칩(320) 역시 집적회로 형태일 수 있다. 따라서, 제2반도체칩(320)의 바디는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등으로 구성될 수 있다. 제2반도체칩(320)은 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질로 형성된 접속패드(320p)를 포함할 수 있으며, 접속패드(320p)가 형성된 면이 활성면, 그 반대면이 비활성면이 된다. 바디 내부에는 다양한 회로가 형성되어 있을 수 있다. 제2반도체칩(320)의 접속패드(320p)는 접속부재(350)와 연결될 수 있다. 이를 통하여 제2반도체칩(320)은 팬-아웃 반도체 패키지(310)와 물리적 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다.
제3반도체칩(330)은 카메라 모듈 등에 사용되는 CMOS(Completementary Metal-Oxide Semiconductor) 센서, CCD(Charge Coupled Device) 센서 등의 이미지 센서일 수 있으나, 다른 종류의 이미지 센서일 수도 있다. 제3반도체칩(330) 역시 집적회로 형태일 수 있다. 따라서, 제3반도체칩(330)의 바디는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등으로 구성될 수 있다. 제3반도체칩(330)은 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질로 형성된 접속패드(330p)를 포함할 수 있으며, 접속패드(330p)가 형성된 면이 활성면, 그 반대면이 비활성면이 된다. 바디 내부에는 다양한 회로가 형성되어 있을 수 있다. 도면에는 도시하지 않았으나, 제3반도체칩(330)의 활성면 상에는 마이크로 렌즈(미도시)가 배치될 수 있다. 마이크로 렌즈(미도시)는 이미지 센서에 적용되는 공지의 렌즈일 수 있다. 제3반도체칩(330)은 비활성면이 제2반도체칩(320)의 비활성면과 접할 수 있다. 즉, 제2반도체칩(320) 및 제3반도체칩(330)을 웨이퍼 상태에서 일체화 상태로 제조한 후 다이싱 공정 등으로 절단하여 하나의 칩 형태로 형성할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 각각 별도의 웨이퍼 상태에서 제조한 후, 접착부재 등을 이용하여 각각의 비활성면을 부착시키는 방법을 이용할 수도 있다.
관통전극(360)은 적어도 제2반도체칩(320)을 관통한다. 관통전극(360)은 공지의 실리콘 관통전극(TSV: Through Silicon Via)일 수 있다. 관통전극(360)을 통하여 제2반도체칩(320) 및 제3반도체칩(330)이 전기적으로 연결될 수 있다. 관통전극(360)은 제2반도체칩(320)의 접속패드(320p) 및/또는 제3반도체칩(330)의 접속패드(330p)와 물리적으로 및/또는 전기적으로 연결될 수 있다. 관통전극(360)의 개수나 배치 형태, 그리고 관통 형태 등은 특별히 한정되지 않으며, 제2반도체칩(320) 및 제3반도체칩(330)의 설계 사항에 따라서 달라질 수 있다.
도 11a 내지 11c는 도 9의 이미지 센서 장치의 개략적인 제조 일례다.
도 11a 를 참조하면, 먼저 웨이퍼 등을 이용하여 다수의 제1반도체칩(311)을 형성한 후 이를 절단하여 얻어진 각각의 제1반도체칩(311)을 테이프(391) 상에 부착한다. 그 후, 공지의 라미네이션 방법이나 도포 방법 등으로 제1반도체칩(311)의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재(312)를 형성한다. 그 후, 테이프(391)를 분리한다. 그 후, 테이프(391)를 분리한 제1반도체칩(311)의 활성면 상에 절연층(313a)을 형성한다. 절연층(313a)은 공지의 PID 등일 수 있으며, 공지의 라미네이션 방법이나 도포 방법 등으로 형성할 수 있다. 그 후, 절연층(313a)에 노광 및 현상 방법 등으로 비아홀(313v1)을 형성한다. 그 후, 절연층(313a) 상에 스퍼터링 등의 도금 방법으로 시드층(313s)을 형성한다.
도 11b 를 참조하면, 다음으로 포토레지스트(392)를 이용하여 패턴을 형성한다. 그 후, 형성된 패턴에 공지의 전해도금이나 무전해도금 등의 도금 공정을 이용하여 도금층(313m)을 형성한다. 그 후, 포토레지스트(392) 및 시드층(313s)을 에칭 등으로 제거한다. 일련의 과정을 통해서 재배선층(313b) 및 비아(313c)가 형성된다. 그 후, 절연층(313a) 상에 공지의 라미네이션 방법이나 도포 방법 등으로 패시베이션층(313d)을 형성한다. 그 후, 패시베이션층(313d)에 개구부(313v2)를 형성한다. 개구부(313v2)는 패시베이션층(313d)의 재질에 따라서 노광 및 현상 방법이나 레이저 및/또는 기계적 드릴 등을 이용하여 형성할 수 있다. 일련의 과정을 통하여 팬-아웃 반도체 패키지(310)가 제조된다.
도 11c를 참조하면, 다음으로 개구부(313v2)에 솔더범프 등의 접속부재(350)를 형성한다. 그 후, 웨이퍼(380)를 이용하여 형성한 제2반도체칩(320) 및 제3반도체칩(330) 상에 앞서 팬-아웃 반도체 패키지(310)를 접속부재(350)를 이용하여 TC 접합 등으로 부착한다. 한편, 팬-아웃 반도체 패키지(310)는 복수개가 하나의 공정으로 형성된 상태로 일체화된 제2반도체칩(320) 및 제3반도체칩(330)이 복수개 형성된 웨이퍼(380) 상에 부착될 수 있다. 그 후, 소잉 등의 다이싱 공정을 거치면, 이미지 센서 장치(310)를 복수개 얻을 수 있다.
도 12는 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치를 대략 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치(400)는 팬-아웃 반도체 패키지(410)가 관통홀(418H)을 갖는 제1연결부재(418), 관통홀(418H)에 배치되며 접속패드(411p)가 배치된 활성면 및 활성면의 반대측에 배치된 비활성면을 갖는 제1반도체칩(411), 제1연결부재(418) 및 제1반도체칩(411)의 활성면 상에 형성된 제2연결부재(413), 및 제2연결부재(413) 상에 형성되며 제1연결부재(418) 및 제1반도체칩(411)의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재(412)를 포함한다. 제1반도체칩(411)은 메모리일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
제1연결부재(418)는 제1절연층(415a), 제1절연층(415a)에 매립되며 제2연결부재(413)와 접하는 제1재배선층(416a), 제1절연층(415a)의 제1재배선층(416a)이 매립된측의 반대측에 상에 배치된 제2재배선층(416b), 제1절연층(415a) 상에 배치되며 제2재배선층(416b)을 덮는 제2절연층(415b), 및 제2절연층(416b) 상에 배치된 제3재배선층(416c)을 포함한다. 제1 및 제2재배선층(416a, 416b)은 제1절연층(415a)을 관통하는 제1비아(417a)를 통해 연결된다. 제2 및 제3재배선층(416b, 416c)은 제2절연층(415b)을 관통하는 제2비아(417b)를 통해 연결된다. 제1연결부재(418)가 재배선층(416a, 416b, 416c)을 포함하는바, 제1반도체칩(411)의 접속패드(411p)를 재배선시킬 수 있으며, 제2연결부재(413)의 층수를 최소화할 수 있다.
제1재배선층(416a)은 제1절연층(415a) 내부로 리레스될 수 있으며, 따라서 제1절연층(415a)의 하면은 제1재배선층(416a)의 하면과 단차를 가질 수 있다. 이 경우, 봉합재(412) 전구체가 블리딩되어 제1재배선층(417a)을 오염시키는 것을 방지할 수 있다. 제1연결부재(418)의 제2재배선층(416b)은 제1반도체칩(411)의 활성면과 비활성면 사이에 위치할 수 있다. 제1연결부재(418)의 재배선층(416a, 416b, 416c)의 두께는 제2연결부재(413)의 재배선층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
제2 및 제3반도체칩(420, 430)은 관통전극(460)을 통하여 전기적으로 연결되며, 이들은 팬-아웃 반도체 패키지(410)와 접속부재(450)를 통해 물리적, 전기적으로 연결된다. 제2 및 제3반도체칩(420, 430)은 각각 접속패드(420p, 430p)를 가진다. 제2 및 제3반도체칩(420, 430)은 각각 로직 및 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치(400)의 구성에 대한 다른 구체적인 설명은 일례에 따른 이미지 센서 장치(300)에서 설명한 바와 실질적으로 동일한바 생략한다. 또한, 제1연결부재(418)를 도입하는 것 외에는 제조 공정 역시 상술한 바와 실질적으로 동일한바 이에 대한 자세한 설명 역시 생략한다.
도 13은 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치를 대략 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치(500)는 팬-아웃 반도체 패키지(510)가 관통홀(518H)을 갖는 제1연결부재(518), 관통홀(518H)에 배치되며 접속패드(511p)가 배치된 활성면 및 활성면의 반대측에 배치된 비활성면을 갖는 제1반도체칩(511), 제1연결부재(518) 및 제1반도체칩(511)의 활성면 상에 형성된 제2연결부재(513), 및 제2연결부재(513) 상에 형성되며 제1연결부재(518) 및 제1반도체칩(511)의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재(512)를 포함한다.
제1연결부재(518)는 제1절연층(515a), 제1절연층(415a)에 양측에 배치된 제1재배선층(516a) 및 제2재배선층(516b), 제1절연층(515a) 상에 배치되며 제1재배선층(516a)을 덮는 제2절연층(515b), 제2절연층(515b) 상에 배치되며 제2연결부재(513)와 접하는 제3재배선층(516c), 제1절연층(515a) 상에 배치되며 제2재배선층(516b)을 덮는 제3절연층(515c), 제3절연층(515c) 상에 배치된 제4재배선층(516d)을 포함한다. 제1 내지 제4재배선층(516a, 516b, 516c, 516d)은 제1 내지 제3절연층(515a, 515b, 515c)을 각각 관통하는 제1 내지 제3비아(517a, 517b, 517c)를 통하여 연결된다. 제1연결부재(518)는 재배선층(516a, 516b, 516c, 516d)을 포함하는바, 제1반도체칩(511)의 접속패드(511p)를 재배선시킬 수 있으며, 제2연결부재(513)의 층수를 최소화할 수 있다.
제1절연층(515a)은 제2절연층(515b) 및 제3절연층(515c)보다 두께가 두꺼울 수 있다. 제1절연층(515a)은 기본적으로 강성 유지를 위하여 상대적으로 두꺼울 수 있으며, 제2절연층(515b) 및 제3절연층(515c)은 더 많은 수의 재배선층(516c, 516d)을 형성하기 위하여 도입된 것일 수 있다. 즉, 제1절연층(515a)은 제2절연층(515b) 및 제3절연층(515c)과 상이한 절연물질 포함할 수 있다. 예를 들면, 제1절연층(515a)은 유리섬유, 무기필러, 및 절연수지를 포함하는, 예컨대, 프리프레그일 수 있고, 제2절연층(515c) 및 제3절연층(515c)은 무기필러 및 절연수지를 포함하는 ABF 또는 PID 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 제1연결부재(518)의 제1재배선층(516a) 및 제2재배선층(517b)은 제1반도체칩(511)의 활성면과 비활성면 사이에 위치할 수 있다. 제1연결부재(518)의 재배선층(516a, 516b, 516c, 516d)의 두께는 제2연결부재(513)의 재배선층의 두께보다 두꺼울 수 있다.
제2 및 제3반도체칩(520, 530)은 관통전극(560)을 통하여 전기적으로 연결되며, 이들은 팬-아웃 반도체 패키지(510)와 접속부재(550)를 통해 물리적, 전기적으로 연결된다. 제2 및 제3반도체칩(520, 530)은 각각 접속패드(520p, 530p)를 가진다. 제2 및 제3반도체칩(520, 530)은 각각 로직 및 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치(500)의 구성에 대한 다른 구체적인 설명은 일례에 따른 이미지 센서 장치(300)에서 설명한 바와 실질적으로 동일한바 생략한다. 또한, 제1연결부재(518)를 도입하는 것 외에는 제조 공정 역시 상술한 바와 실질적으로 동일한바 이에 대한 자세한 설명 역시 생략한다.
이미지 센서 모듈
도 14는 일례에 따른 이미지 센서 모듈을 대략 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 일례에 따른 이미지 센서 모듈(640)은 관통홀(210)을 가지며 회로패턴이 형성된 회로기판(200) 및 회로기판(200)의 관통홀(210) 내에 배치되며 회로기판(200)의 회로패턴과 전기적으로 연결된 이미지 센서 장치(300')를 포함한다. 필요에 따라서는, 일례에 따른 이미지 센서 모듈(640)은 회로기판(200)의 하측에 배치된 보강판(100)을 더 포함할 수 있다. 이미지 센서 장치(300')는 관통홀(210) 내에서 보강판(100) 상에 부착될 수 있다.
보강판(100)은 회로기판(200)의 하측에 부착될 수 있다. 예컨대, 보강판(100)은 접착제를 매개로 하여 회로기판(200)의 하측에 부착될 수 있다. 보강판(100)은 이미지 센서 장치(300)를 지지할 수 있다. 보강판(100)의 재질에 따라서 관통홀(210)에 이미지 센서 장치(300)를 배치할 때 회로기판(200)이 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 보강판(100)은 스테인레스 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 절연물질로 이루어질 수도 있다. 필요에 따라서는, 관통홀(210)의 형성 방법에 따라 보강판(100)이 생략될 수도 있다. 예컨대, 관통홀(210)을 회로기판(200)의 일부만 관통하도록 리세스 형식으로 형성하는 경우, 별도의 보강판(100)은 생략될 수도 있다.
회로기판(200)은 카메라 모듈 등에 사용되는 공지의 인쇄회로기판일 수 있다. 예를 들면, 회로기판(200)은 리지드 인쇄회로기판(Rigid Printed Circuit Board: RPCB)과 플렉서블 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB)이 결합된 리지드-플렉서블 인쇄회로기판(Rigid-Flexible Printed Circuit Board: RFPCB)일 수 있다. 관통홀(210)은 리지드 인쇄회로기판(RPCB)에 형성될 수 있으며, 보강판(100) 역시 리지드 인쇄회로기판(RPCB)의 하측에 부착될 수 있다.
이미지 센서 장치(300')는 회로기판(200)의 관통홀(210) 내에 배치되어 보강판(100) 상에 부착될 수 있다. 이미지 센서 장치(300')는 회로기판(200)의 회로패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들면, 이미지 센서 장치(300')는 상술한 일례에 따른 이미지 센서 장치(300)일 수 있으며, 이때 이미지 센서일 수 있는 제3반도체칩(330)의 접속패드(330p)를 와이어(370)를 이용하여 회로기판(200)의 회로패턴과 연결하는 방법으로, 이미지 센서 장치(300')를 회로기판(200)의 회로패턴과 전기적으로 연결할 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 회로기판(200) 내에 이미지 센서 장치(300')를 배치하는 방법에 따라서 다른 방법으로 회로기판(200)의 회로패턴과 전기적으로 연결할 수 있다. 한편, 도면에 도시한 바와 달리, 이미지 센서 장치(300')로 상술한 다른 일례에 따른 이미지 센서 장치(400, 500)가 적용될 수도 있음은 물론이다.
카메라 모듈
도 15는 일례에 따른 카메라 모듈을 대략 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 일례에 따른 카메라 모듈(1130')은 렌즈 모듈(620)을 수용하는 하우징(630), 및 하우징(630)에 결합되며 렌즈 모듈(620)을 통과한 광을 전기 신호로 변환하는 이미지 센서 장치(300')를 포함하는 이미지 센서 모듈(640')을 포함한다. 부가적으로, 일례에 따른 카메라 모듈(1130')은 액츄에이터(650), 볼 베어링부(670), 케이스(610), 제어부(660) 등을 포함할 수 있다. 한편, 이미지 센서 모듈(640')은 상술한 일례에 따른 이미지 센서 모듈(640)이 적용될 수 있다. 이하에서는, 이미지 센서 모듈(640')을 제외한 나머지 구성에 대하여 설명한다.
렌즈 모듈(620)은 렌즈 배럴(621)과 렌즈 배럴(621)을 내부에 수용하는 렌즈 홀더(623)를 포함할 수 있다. 렌즈 배럴(621)은 피사체를 촬상하는 복수의 렌즈가 내부에 수용될 수 있도록 중공의 원통 형상일 수 있으며, 복수의 렌즈는 광축을 따라 렌즈 배럴(621)에 구비될 수 있다. 복수의 렌즈는 렌즈 모듈(620)의 설계에 따라 필요한 수만큼 적층될 수 있으며, 각각 동일하거나 상이한 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다. 렌즈 배럴(621)은 렌즈 홀더(623)와 결합할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 배럴(621)은 렌즈 홀더(623)에 구비된 중공에 삽입되며, 렌즈 배럴(621)과 렌즈 홀더(623)는 나사결합 방식으로 결합되거나 접착제를 통해 결합될 수 있다.
렌즈 모듈(620)은 하우징(630)의 내부에 수용되어 자동 초점 조정을 위하여 광축 방향으로 이동될 수 있다. 이를 위하여, 액츄에이터(650)가 제공될 수 있다. 렌즈 모듈(620)을 광축 방향으로 이동시키기 위하여, 액츄에이터(650)는 렌즈 홀더(623)의 일측에 장착된 마그네트(651) 및 마그네트(651)와 마주보도록 배치된 코일(653)을 포함할 수 있다. 코일(653)은 기판(655)에 장착되며, 기판(655)은 코일(653)이 마그네트(651)와 마주보도록 하우징(630)에 장착될 수 있다.
코일(653)은 인접하는 마그네트(651)와의 전자기적 영향력에 의하여 렌즈 모듈(620)을 광축 방향으로 이동시킬 수 있다. 즉, 마그네트(651)는 자기장을 형성하며 코일(653)에 전원이 인가되면, 마그네트(651)와 코일(653) 사이의 전자기적 영향력에 의한 구동력이 발생하고 상기 구동력에 의해 렌즈 모듈(620)이 광축 방향으로 이동될 수 있다.
제어부(660)는 드라이버 IC(Driver IC) 및 위치 센서를 포함할 수 있으며, 액츄에이터(650)의 작동을 제어할 수 있다. 위치 센서는 마그네트(651)의 위치를 검출할 수 있으며, 이에 따라 마그네트(651)가 장착된 렌즈 모듈(620)의 위치를 검출할 수 있다. 위치 센서는 도넛 형상의 코일(653)의 중앙에 배치되거나 코일(653)의 외측에 배치될 수 있다. 드라이버 IC 및 상기 위치 센서는 하나의 소자로 일체로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 드라이버 IC와 위치 센서가 별개의 소자로 제공되는 것도 가능하다.
렌즈 모듈(620)이 하우징(630) 내에서 광축 방향으로 이동될 때, 렌즈 모듈(620)의 이동을 가이드하는 가이드 수단으로 볼 베어링부(670)가 제공될 수 있다. 볼 베어링부(670)는 하나 이상의 볼 베어링을 포함하며, 복수의 볼 베어링이 제공될 경우에는 복수의 볼 베어링은 광축 방향을 따라 배치될 수 있다. 여기서, 복수의 볼 베어링은 마그네트(651)를 기준으로 광축 방향에 수직한 방향으로 이격되어 배치될 수 있다. 볼 베어링부(670)는 렌즈 홀더(623)의 외부면 및 하우징(630)의 내부면과 접촉하여 렌즈 모듈(620)의 광축 방향으로의 이동을 안내할 수 있다. 볼 베어링부(670)는 렌즈 홀더(623)와 하우징(630) 사이에 배치되며, 구름 운동을 통해 렌즈 모듈(620)의 광축 방향으로의 이동을 안내할 수 있다.
하우징(630)에는 스토퍼(미도시)가 장착되어 렌즈 모듈(620)의 이동 거리를 제한할 수 있다. 예컨대, 스토퍼(미도시)는 하우징(630)의 상부에 장착될 수 있으며, 스토퍼(미도시)와 렌즈 모듈(620)은 코일(653)에 전원이 인가되지 않은 경우에 광축 방향으로 이격되게 배치될 수 있다. 코일(653)에 전원이 인가되어 렌즈 모듈(620)이 광축 방향으로 이동될 때, 스토퍼(미도시)에 의하여 렌즈 모듈(620)의 이동 거리가 제한되므로, 렌즈 모듈(620)은 스토퍼(미도시)와의 간격 범위 내에서 이동될 수 있다. 또한, 스토퍼(미도시)와 렌즈 모듈(620)이 서로 충돌할 경우 충격을 완화시키도록 스토퍼(미도시) 는 탄성력을 가진 재질로 제공될 수 있다.
케이스(610)는 하우징(630)의 외부면을 감싸도록 하우징(630)과 결합하며, 카메라 모듈의 구동 중에 발생되는 전자파를 차폐하는 기능을 할 수 있다. 즉, 카메라 모듈은 구동시에 전자파가 발생되고, 이와 같은 전자파가 외부로 방출되는 경우에는 다른 전자부품에 영향을 미쳐 통신 장애나 오작동을 유발시킬 수 있게 된다. 케이스(610)는 금속재질로 제공되어 하우징(630)의 하부에 장착되는 기판의 접지패드에 접지될 수 있으며, 이에 따라 전자파를 차폐할 수 있다. 케이스(610)가 플라스틱 사출물로 제공될 경우에는 케이스(610)의 내부면에 전도성 도료가 도포되어 전자파를 차폐할 수 있다. 전도성 도료로는 전도성 에폭시가 사용될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 전도성을 가진 다양한 재료가 사용될 수 있고, 전도성 필름 또는 전도성 테이프를 케이스(610)의 내부면에 부착하는 방식도 가능하다.
본 개시에서 하측, 하부, 하면 등은 편의상 도면의 단면을 기준으로 반도체 디바이스의 실장 면을 향하는 방향을 의미하는 것으로 사용하였고, 상측, 상부, 상면 등은 그 반대 방향으로 사용하였다. 다만, 이는 설명의 편의상 방향을 정의한 것으로, 특허청구범위의 권리범위가 이러한 방향에 대한 기재에 의하여 특별히 한정되는 것이 아님은 물론이다.
본 개시에서 연결된다는 의미는 직접 연결된 것뿐만 아니라, 접착제 층 등을 통하여 간접적으로 연결된 것을 포함하는 개념이다. 또한, 전기적으로 연결된다는 의미는 물리적으로 연결된 경우와 연결되지 않은 경우를 모두 포함하는 개념이다. 또한, 제1, 제2 등의 표현은 한 구성요소와 다른 구성요소를 구분 짓기 위해 사용되는 것으로, 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 경우에 따라서는 권리범위를 벗어나지 않으면서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수도 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수도 있다.
본 개시에서 사용된 일례 라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그러나, 상기 제시된 일례들은 다른 일례의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 일례에서 설명된 사항이 다른 일례에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 일례에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 일례에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어는 단지 일례를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
1000: 전자기기 1010: 메인보드
1020: 칩 관련 부품 1030: 네트워크 관련 부품
1040: 기타 부품 1050: 카메라
1060: 안테나 1070: 디스플레이
1080: 배터리 1090: 신호 라인
1100: 스마트 폰 1101: 스마트 폰 바디
1110: 스마트 폰 메인보드 1111: 메인보드 절연층
1112: 메인보드 배선 1120: 부품
1130, 1130': 카메라 모듈 610: 케이스
620: 렌즈 모듈 630: 하우징
640, 640': 이미지 센서 모듈 650: 액츄에이터
660: 제어부 100: 보강판
200: 회로기판 300': 이미지 센서 장치
300, 400, 500: 이미지 센서 장치
310, 410, 510: 팬-아웃 반도체 패키지
311, 411, 511: 제1반도체칩
312, 412, 512: 봉합재
313, 413, 513: 제1연결부재
418, 518: 제2연결부재
320, 420, 520: 제2반도체칩
330, 430, 530: 제3반도체칩
350, 450, 550: 접속부재
360, 460, 560: 관통전극
370: 와이어
1020: 칩 관련 부품 1030: 네트워크 관련 부품
1040: 기타 부품 1050: 카메라
1060: 안테나 1070: 디스플레이
1080: 배터리 1090: 신호 라인
1100: 스마트 폰 1101: 스마트 폰 바디
1110: 스마트 폰 메인보드 1111: 메인보드 절연층
1112: 메인보드 배선 1120: 부품
1130, 1130': 카메라 모듈 610: 케이스
620: 렌즈 모듈 630: 하우징
640, 640': 이미지 센서 모듈 650: 액츄에이터
660: 제어부 100: 보강판
200: 회로기판 300': 이미지 센서 장치
300, 400, 500: 이미지 센서 장치
310, 410, 510: 팬-아웃 반도체 패키지
311, 411, 511: 제1반도체칩
312, 412, 512: 봉합재
313, 413, 513: 제1연결부재
418, 518: 제2연결부재
320, 420, 520: 제2반도체칩
330, 430, 530: 제3반도체칩
350, 450, 550: 접속부재
360, 460, 560: 관통전극
370: 와이어
Claims (17)
- 접속패드가 배치된 활성면을 갖는 제1반도체칩, 상기 제1반도체칩의 활성면 상에 배치되며 상기 제1반도체칩의 접속패드와 전기적으로 연결된 재배선층을 포함하는 제1연결부재, 및 상기 제1연결부재 상에 배치되며 상기 제1반도체칩의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재, 를 포함하는 팬-아웃 반도체 패키지;
상기 제1연결부재 상에 배치되며, 상기 제1연결부재와 전기적으로 연결된 제2반도체칩; 및
상기 제2반도체칩 상에 배치되며, 상기 제2반도체칩과 전기적으로 연결된 제3반도체칩; 을 포함하며,
상기 제1반도체칩은 메모리(Memory)이고,
상기 제2반도체칩 및 제3반도체칩 중 적어도 하나는 이미지 센서인,
이미지 센서 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제2반도체칩은 로직(Logic)이며,
상기 제3반도체칩은 이미지 센서(Image sensor)인,
이미지 센서 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1반도체칩은 상기 제2 및 제3반도체칩 보다 수평 단면적이 작은,
이미지 센서 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 제1연결부재 및 상기 제2반도체칩은 상기 제1연결부재 및 상기 제2반도체칩 사이에 배치된 접속부재를 통하여 서로 전기적으로 연결되며,
상기 제2반도체칩 및 상기 제3반도체칩은 상기 제2반도체칩의 적어도 일부를 관통하는 관통전극을 통하여 서로 전기적으로 연결되는,
이미지 센서 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제2반도체칩 및 상기 제3반도체칩은 각각 접속패드가 배치된 활성면 및 상기 활성면의 반대측에 배치된 비활성면을 가지며,
상기 제2반도체칩 및 상기 제3반도체칩은 각각의 비활성면이 서로 접하는,
이미지 센서 장치.
- 제 4 항에 있어서,
상기 제2반도체칩 및 상기 제3반도체칩은 일체화된,
이미지 센서 장치.
- 제 1 항에 있어서,
상기 팬-아웃 반도체 패키지는, 상기 제1연결부재 상에 배치되며 관통홀을 갖는 제2연결부재, 를 더 포함하며,
상기 제1반도체칩은 상기 관통홀에 배치된,
이미지 센서 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제2연결부재는 상기 제1반도체칩의 접속패드와 전기적으로 연결된 재배선층을 포함하는,
이미지 센서 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제2연결부재는, 제1절연층, 상기 제1연결부재와 접하며 상기 제1절연층에 매립된 제1재배선층, 및 상기 제1절연층의 상기 제1재배선층이 매립된측의 반대측 상에 배치된 제2재배선층, 을 포함하는,
이미지 센서 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제2연결부재는, 상기 제1절연층 상에 배치되며 상기 제2재배선층을 덮는 제2절연층, 및 상기 제2절연층 상에 배치된 제3재배선층, 을 더 포함하는,
이미지 센서 장치.
- 제 9 항에 있어서,
상기 제1절연층의 하면은 상기 제1재배선층의 하면과 단차를 갖는,
이미지 센서 장치.
- 제 7 항에 있어서,
상기 제2연결부재는, 제1절연층, 상기 제1절연층의 양면에 배치된 제1재배선층 및 제2재배선층, 상기 제1절연층 상에 배치되며 상기 제1재배선층을 덮는 제2절연층, 및 상기 제2절연층 상에 배치된 제3재배선층, 을 포함하는,
이미지 센서 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제2연결부재는, 상기 제1절연층 상에 배치되어 상기 제2재배선층을 덮는 제3절연층, 및 상기 제3절연층 상에 배치된 제4재배선층, 을 더 포함하는,
이미지 센서 장치.
- 제 12 항에 있어서,
상기 제1절연층은 상기 제2절연층 보다 두께가 두꺼운,
이미지 센서 장치.
- 관통홀을 가지며, 회로패턴이 형성된 회로기판; 및
상기 회로기판의 관통홀에 배치되며, 상기 회로기판의 회로패턴과 전기적으로 연결된 이미지 센서 장치; 를 포함하며,
상기 이미지 센서 장치는,
접속패드가 배치된 활성면을 갖는 제1반도체칩, 상기 제1반도체칩의 활성면 상에 배치되며 상기 제1반도체칩의 접속패드와 전기적으로 연결된 재배선층을 포함하는 제1연결부재, 및 상기 제1연결부재 상에 배치되며 상기 제1반도체칩의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재, 를 포함하는 팬-아웃 반도체 패키지,
상기 제1연결부재 상에 배치되며, 상기 제1연결부재와 전기적으로 연결된 제2반도체칩, 및
상기 제2반도체칩 상에 배치되며, 상기 제2반도체칩과 전기적으로 연결된 제3반도체칩, 을 포함하며,
상기 제1반도체칩은 메모리(Memory)이고,
상기 제2반도체칩 및 제3반도체칩 중 적어도 하나는 이미지 센서인,
이미지 센서 모듈.
- 제 15 항에 있어서,
상기 회로기판의 하측에 배치된 보강판; 을 더 포함하며,
상기 이미지 센서 장치는 상기 관통홀 내에서 상기 보강판 상에 부착된,
이미지 센서 모듈.
- 제 15 항에 있어서,
상기 제2 및 제3반도체칩은 각각 접속패드가 배치된 활성면 및 상기 활성면의 반대측에 배치된 비활성면을 가지며,
상기 제2반도체칩 및 상기 제3반도체칩은 각각의 비활성면이 서로 접하며,
상기 제3반도체칩의 접속패드는 와이어 본딩으로 상기 회로기판의 회로패턴과 전기적으로 연결된,
이미지 센서 모듈.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2017157302A JP2018078274A (ja) | 2016-11-10 | 2017-08-17 | イメージセンサー装置及びそれを含むイメージセンサーモジュール |
| US15/681,839 US10153235B2 (en) | 2016-11-10 | 2017-08-21 | Image sensor device and image sensor module comprising the same |
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160149833 | 2016-11-10 | ||
| KR20160149833 | 2016-11-10 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20180052498A KR20180052498A (ko) | 2018-05-18 |
| KR102041663B1 true KR102041663B1 (ko) | 2019-11-07 |
Family
ID=62453926
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160178488A KR102041663B1 (ko) | 2016-11-10 | 2016-12-23 | 이미지 센서 장치 및 이를 포함하는 이미지 센서 모듈 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR102041663B1 (ko) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20080308928A1 (en) * | 2007-06-13 | 2008-12-18 | Industrial Technology Research Institute | Image sensor module with a three-dimensional die-stacking structure |
| JP2011003961A (ja) * | 2009-06-16 | 2011-01-06 | Dainippon Printing Co Ltd | 撮像素子モジュール |
| JP2013179313A (ja) * | 2005-06-02 | 2013-09-09 | Sony Corp | 半導体イメージセンサ・モジュール |
| JP2015088498A (ja) * | 2013-10-28 | 2015-05-07 | 株式会社ニコン | 固体撮像装置及び電子カメラ |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7498646B2 (en) * | 2006-07-19 | 2009-03-03 | Advanced Chip Engineering Technology Inc. | Structure of image sensor module and a method for manufacturing of wafer level package |
-
2016
- 2016-12-23 KR KR1020160178488A patent/KR102041663B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (4)
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| KR20180052498A (ko) | 2018-05-18 |
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|---|---|---|---|
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
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