KR102055840B1 - 이미지 센서 패키지 - Google Patents

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Abstract

마이크로 렌즈가 구비된 복수의 단위 픽셀을 보호하기 위한 투명 보호 커버를 포함하는 이미지 센서 패키지를 제공한다. 서로 반대되는 제1 면과 제2 면을 가지며, 제1 면에 형성되는 복수의 단위 픽셀을 포함하는 센서 어레이 영역 및 센서 어레이 영역의 주위에 배치되는 패드를 포함하는 패드 영역으로 이루어지는 기판, 복수의 단위 픽셀 상에 각각 형성되는 복수의 마이크로 렌즈, 복수의 마이크로 렌즈를 덮는 적어도 2개의 투명 물질층 및 적어도 2개의 투명 물질층을 사이에 두고 복수의 마이크로 렌즈 상에 부착되는 투명 보호 커버를 포함한다.

Description

이미지 센서 패키지{Image sensor package}
본 발명은 이미지 센서 패키지에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명 보호 커버를 포함하는 이미지 센서 패키지에 관한 것이다.
피사체를 촬영하여 전기적 신호로 변환하는 이미지 센서는 디지털 카메라, 휴대전화용 카메라 및 휴대용 캠코더와 같은 일반 소비자용 전자기기뿐만 아니라, 자동차, 보안장치 및 로봇에 장착되는 카메라에도 사용된다. 이미지 센서는 마이크로 렌즈가 구비된 복수의 단위 픽셀을 포함하며, 이러한 마이크로 렌즈가 구비된 복수의 단위 픽셀를 보호하면서도 복수의 단위 픽셀에 입사광이 왜곡없이 전달될 필요가 있다.
본 발명의 기술적 과제는 상기 문제점을 해결하고자, 마이크로 렌즈가 구비된 복수의 단위 픽셀을 보호하기 위한 투명 보호 커버를 포함하며, 입사광이 왜곡없이 복수의 단위 픽셀에 전달되는 이미지 센서 패키지를 제공하는 데에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 다음과 같은 이미지 센서 패키지를 제공한다. 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지는 서로 반대되는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면에 형성되는 복수의 단위 픽셀을 포함하는 센서 어레이 영역 및 상기 센서 어레이 영역의 주위에 배치되는 패드를 포함하는 패드 영역으로 이루어지는 기판; 상기 복수의 단위 픽셀 상에 각각 형성되는 복수의 마이크로 렌즈; 상기 복수의 마이크로 렌즈를 덮는 적어도 2개의 투명 물질층; 및 적어도 2개의 상기 투명 물질층을 사이에 두고 상기 복수의 마이크로 렌즈 상에 부착되는 투명 보호 커버;를 포함한다.
적어도 2개의 상기 투명 물질층은 상기 기판의 센서 어레이 영역과 상기 투명 보호 커버 사이 공간을 채울 수 있다.
상기 투명 보호 커버는, 상기 기판의 제1 면에 대하여 수직 방향으로, 상기 센서 어레이 영역과 중첩되며, 상기 패드를 노출시킬 수 있다.
적어도 2개의 상기 투명 물질층 중 적어도 하나는 상기 패드를 덮을 수 있다. 적어도 2개의 상기 투명 물질층 중 하나는 상기 기판의 제1 면에 대하여 수직 방향으로 상기 패드의 적어도 일부분을 노출시킬 수 있다.
패키지 베이스 기판;을 더 포함하며, 상기 기판은 상기 패키지 베이스 기판 상에 부착될 수 있다.
상기 패키지 베이스 기판은 리세스를 한정하는 상면을 가지며, 상기 기판은 상기 리세스 내에 부착될 수 있다. ,
상기 기판의 제1 면은 상기 패키지 베이스 기판의 최상면보다 낮은 레벨을 가질 수 있다.
상기 패드와 상기 패키지 베이스 기판을 연결하는 본딩 와이어; 및 상기 본딩 와이어를 감싸며, 상기 기판과 상기 투명 보호 커버의 측면을 덮는 불투명 수지층;을 더 포함할 수 있다.
상기 패드와 전기적으로 연결되며, 상기 기판을 관통하여 상기 기판의 상기 제2 면에 노출되는 관통 전극;을 더 포함하며, 상기 기판과 상기 투명 보호 커버는 동일한 면적을 가지며, 상기 기판의 제1 면에 대하여 수직 방향으로, 상기 투명 보호 커버와 상기 기판은 서로 중첩될 수 있다.
상기 투명 보호 커버의 하면에, 적외선 차단막이 형성될 수 있다.
또한 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지는 패키지 베이스 기판; 서로 반대되는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면에 형성되는 복수의 단위 픽셀을 포함하는 센서 어레이 영역 및 상기 센서 어레이 영역의 주위에 배치되는 패드를 포함하는 패드 영역으로 이루어지며, 상기 제2 면이 상기 패키지 베이스 기판을 향하도록 상기 패키지 베이스 기판 상에 부착되는 기판; 상기 복수의 단위 픽셀 상에 각각 형성되는 복수의 마이크로 렌즈; 상기 기판을 덮되, 상기 패드의 적어도 일부분을 노출시키는 제1 투명 물질층; 상기 제1 투명 물질층 상에 형성되는 제2 투명 물질층; 및 상기 제2 투명 물질층을 사이에 두고 상기 제1 투명 물질층 상에 부착되며, 상기 기판의 제1 면에 대하여 수직 방향으로 상기 센서 어레이 영역을 모두 덮되 상기 패드를 노출시키는 투명 보호 커버;를 포함한다.
상기 제2 투명 물질층은 상기 제1 투명 물질층 및 상기 투명 보호 커버보다 작은 굴절률을 가질 수 있다.
상기 패키지 베이스 기판은 리세스를 한정하는 상면을 가지며, 상기 기판의 상기 제1 면이 상기 리세스 내에 위치하도록, 상기 기판은 상기 리세스 내에 부착될 수 있다.
상기 기판과 상기 투명 보호 커버의 측면을 덮으며, 상기 리세스를 채우는 불투명 수지층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 이미지 센서 패키지는 내부에 공기와 같은 기체로 채워지는 공간이 존재하지 않으므로, 공기와 같은 기체가 열팽창하여 이미지 센서 패키지에 손상이 발생하는 문제가 발생하지 않는다. 이미지 센서 칩과 투명 보호 커버 사이에 공기와 같은 기체보다 큰 굴절률을 가지는 투명 물질층이 채워지고 마이크로 렌즈들이 이루는 상면의 단차를 완화시킬 수 있어서, 난반사의 발생이 억제되어 플레어 현상이 발생하지 않을 수 있고, 감도가 증가할 수 있다. 또한 유동성 파티클이 존재하지 않기 때문에 각 단위 픽셀에 입사되는 광이 왜곡되지 않을 수 있다.
또한 이미지 센서 칩에 투명 보호 커버를 부착하기 위한 별도의 접착 영역이 필요하지 않고, 센서 어레이 영역 전체 면적을 이용하여 투명 보호 커버를 이미지 센서 칩 상에 부착할 수 있기 때문에, 이미지 센서 칩의 크기를 소형화할 수 있어 이미지 센서 패키지의 크기를 소형화할 수 있고, 투명 보호 커버가 이미지 센서 칩 상에 견고하게 접착되어 이미지 센서 패키지의 신뢰성이 향상될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 평면 구성도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 단면 구성도이다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 양상들을 나타내는 단면도들이다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 제조 방법의 일 양상을 단계별로 나타내는 단면도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 제조 방법의 일 양상을 나타내는 단면도이다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 제조 방법의 일 양상을 나타내는 단면도이다.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법을 나타내는 단면도이다.
도 22 내지 도 25는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다.
도 26은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지와 비교 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지에서 입사광의 입사각에 따른 감도를 비교하는 그래프들이다.
도 27은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지와 비교 예에 따른 이미지 센서 패키지에서 조도에 따른 감도를 비교하는 그래프들이다.
도 28은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지를 포함하는 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 29는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시 예들에 대한 설명은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 첨부된 도면에서 구성 요소들은 설명의 편의를 위하여 그 크기를 실제보다 확대하여 도시한 것이며, 각 구성 요소의 비율은 과장되거나 축소될 수 있다.
어떤 구성 요소가 다른 구성 요소에 "상에" 있다거나 "접하여" 있다고 기재된 경우, 다른 구성 요소에 상에 직접 맞닿아 있거나 또는 연결되어 있을 수 있지만, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재할 수 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "바로 위에" 있다거나 "직접 접하여" 있다고 기재된 경우에는, 중간에 또 다른 구성 요소가 존재하지 않는 것으로 이해될 수 있다. 구성 요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 예를 들면, "~사이에"와 "직접 ~사이에" 등도 마찬가지로 해석될 수 있다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 표현하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. "포함한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하기 위한 것으로, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들이 부가될 수 있는 것으로 해석될 수 있다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 평면 구성도이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서 칩(100)은 반도체 기판(110)에 형성된 센서 어레이 영역(SAR, sensor array region), 로직 영역(LR, logic region) 및 패드 영역(PR, pad region)을 포함할 수 있다.
반도체 기판(110)은 예를 들면, 실리콘(Si, silicon)을 포함할 수 있다. 또는 반도체 기판(110)은 게르마늄(Ge, germanium)과 같은 반도체 원소, 또는 SiC (silicon carbide), GaAs(gallium arsenide), InAs (indium arsenide), 및 InP (indium phosphide)와 같은 화합물 반도체를 포함할 수 있다. 또는 반도체 기판(110)은 SOI (silicon on insulator) 구조 또는 BOX 층(buried oxide layer)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(110) 도전 영역, 예를 들면 불순물이 도핑된 웰 (well), 또는 불순물이 도핑된 구조물을 포함할 수 있다. 또한, 반도체 기판(110)은 STI (shallow trench isolation) 구조와 같은 다양한 소자분리 구조를 가질 수 있다.
이미지 센서 칩(100)은 예를 들면, 시모스 이미지 센서(CIS, CMOS Image Sensor) 또는 시시디(CCD, Charge-Coupled Device)일 수 있다.
센서 어레이 영역(SAR)은 매트릭스(matrix) 형태로 배치된 복수의 단위 픽셀(120)을 포함한다. 로직 영역(LR)은 센서 어레이 영역(SAR)의 가장 자리를 따라서 위치할 수 있다. 로직 영역(LR)은 센서 어레이 영역(SAR)의 네 개의 가장자리를 따라서 모두 위치하는 것으로 도시되었으나 이에 한정되지 않으며, 센서 어레이 영역(SAR)의 두 개의 가장자리 또는 세 개의 가장자리를 따라서 위치할 수 있다.
로직 영역(LR)은 복수의 트랜지스터들를 포함하는 전자 소자들로 구성되며, 센서 어레이 영역(SAR)의 각 단위 픽셀(120)에 일정한 신호를 제공하거나 출력 신호를 제어한다. 로직 영역(LR)은 예를 들면, 타이밍 발생기 (timming generator), 행 디코더 (row decoder), 행 드라이버 (row driver), 상관 이중 샘플러 (correlated double sampler: CDS), 아날로그 디지탈 컨버터 (analog to digital converter: ADC), 래치부(latch), 열 디코더(column decoder)(128) 등을 포함할 수 있다.
센서 어레이 영역(SAR)에 있는 복수의 단위 픽셀(120)은 상기 행 드라이버로부터 행 선택 신호, 리셋 신호, 전하 전송 신호 등과 같은 복수의 구동 신호를 수신하여 구동될 수 있다. 또한, 복수의 단위 픽셀(120)에서 광전 변환된 전기적인 출력 신호는 상기 상관 이중 샘플러에 제공될 수 있다. 상기 타이밍 발생기는 상기 행 디코더 및 열 디코더에 타이밍 신호 및 제어 신호를 제공할 수 있다. 상기 행 드라이버는 상기 행 디코더에서 디코딩된 결과에 따라 복수의 단위 픽셀(120)을 구동하기 위한 복수의 구동 신호를 제공하며, 복수의 단위 픽셀(120)이 매트릭스 형태로 배열된 경우에는 매트릭스의 각 행 별로 구동 신호를 제공할 수 있다. 상기 상관 이중 샘플러는 복수의 단위 픽셀(120)로부터의 출력 신호를 수신하여 유지 및 샘플링할 수 있다. 즉, 상기 상관 이중 샘플러는 특정한 노이즈(noise) 레벨과 상기 출력 신호에 의한 신호 레벨을 이중으로 샘플링하여, 노이즈 레벨과 신호 레벨과의 차이에 해당하는 차이 레벨을 출력할 수 있다. 상기 아날로그 디지탈 컨버터는 상기 차이 레벨에 해당하는 아날로그 신호를 디지탈 신호로 변환하여 출력할 수 있다. 상기 래치부는 디지탈 신호를 래치하고, 래치된 신호는 상기 열 디코더에서의 디코딩 결과에 따라 순차적으로 출력될 수 있다.
단위 픽셀(120)은 예를 들면, 수동 픽셀 센서(passive pixel sensor) 또는 능동 픽셀 센서(active pixel sensor)일 수 있다. 단위 픽셀(120)은 예를 들면, 빛을 센싱하는 포토 다이오드, 포토 다이오드에 의해 생성된 전하를 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor), 전달된 전하를 저장하는 플로팅 확산 영역(floating diffusion region)을 주기적으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터 및 플로팅 확산 영역에 충전된 전하에 따른 신호를 버퍼링(buffering)하는 소스 팔로워(source follower)를 포함할 수 있다.
패드 영역(PR, pad region)에는 외부 장치 또는 패키지 베이스 기판과 전기적 신호를 주고받는데 이용되는 복수의 패드(130)를 포함한다. 패드 영역(PR)은 센서 어레이 영역(SAR)의 주위에 배치된다. 패드 영역(PR)에 형성되는 복수의 패드(130)는 단위 픽셀(120)과 전기적으로 연결되며, 센서 어레이 영역(SAR)의 주위를 따라서 배치된다. 복수의 패드(130)는 예를 들면, 금속, 금속 질화물 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 기판(110)에는 복수의 패드(130)와 로직 영역(LR)에 포함되는 전자 소자 및 센서 어레이 영역(SAR)에 포함된는 복수의 단위 픽셀(120)을 전기적으로 연결하는 도전 배선(미도시)과 도전 플러그(미도시)가 형성된다. 상기 도전 배선과 상기 도전 플러그는 예를 들면, 금속, 금속 질화물 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.
센서 어레이 영역(SAR)과 대비하여, 로직 영역(LR)과 패드 영역(PR)을 함께 주변 회로 영역(PCR, peripheral circuit region)이라 호칭할 수 있으며, 주변 회로 영역(PCR)은 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)에서 센서 어레이 영역(SAR) 이외의 영역을 의미한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서의 단면 구성도이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서 칩(100)은 반도체 기판(110)에 형성된 센서 어레이 영역(SAR, sensor array region), 로직 영역(LR, logic region) 및 패드 영역(PR, pad region)을 포함할 수 있다. 반도체 기판(110)은 서로 반대되는 제1 면(110a) 및 제2 면(110b)을 가진다. 반도체 기판(110)의 제1 면(110a) 및 제2 면(110b)은 각각 반도체 기판(110)의 상면(110a) 및 하면(110b)이라 병용될 수 있다.
센서 어레이 영역(SAR)은 매트릭스(matrix) 형태로 배치된 복수의 단위 픽셀(120)을 포함한다. 복수의 단위 픽셀(120) 및 복수의 패드(130)는 반도체 기판(110)의 제1 면(110a)에 형성될 수 있다. 복수의 단위 픽셀(120) 상에는 복수의 칼라 필터(125) 및 복수의 마이크로 렌즈(150)가 차례로 형성되어 있다.
복수의 칼라 필터(125)는 예를 들면, R(red) 필터, B(blue) 필터 및 G(green) 필터를 포함할 수 있다. 또는 복수의 칼라 필터(125)는 C(cyan) 필터, Y(yellow) 필터 및 M(Magenta) 필터를 포함할 수 있다. 각 단위 픽셀(120) 상에는 R 필터, B 필터 및 G 필터 중 하나의 칼라 필터(125), 또는 C 필터, Y 필터 및 M 필터 중 하나의 칼라 필터(125)가 형성되어, 각 단위 픽셀(120)은 분리된 입사광의 성분을 감지하여 하나의 색을 인식할 수 있다.
복수의 마이크로 렌즈(150)는 센서 어레이 영역(SAR)의 입사광을 단위 픽셀(120)에 집광시킬 수 있다. 단위 픽셀(120)이 포토 다이오드를 포함하는 경우, 복수의 마이크로 렌즈(150는 센서 어레이 영역(SAR)의 입사광을 단위 픽셀(120)의 포토 다이오드에 집광시킬 수 있다. 마이크로 렌즈(150)는 예를 들면, TMR 계열의 수지 (Tokyo Ohka Kogyo, Co. 제품) 또는 MFR 계열의 수지 (Japan Synthetic Rubber Corporation 제품)으로 이루어질 수 있다.
도 3 내지 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 양상들을 나타내는 단면도들이다. 이하에서는 도시의 편의를 위하여, 이미지 센서 칩(100)의 구성 요소들을 기판(110), 단위 픽셀(120), 패드(130) 및 마이크로 렌즈(150)만을 도시할 수 있으며, 도 1 및 도 2에서 설명된 구성 요소들 중 생략된 구성 요소도 필요에 따라서 인용하여 설명될 수 있다. 또한 도 1 및 도 2에서 설명한 로직 영역(LR)과 패드 영역(PR)을 포함하는 주변 회로 영역(PCR)은 별도로 표시되지 않았으며, 특별히 언급되지 않은 한, 기판(110)에 패드(130)가 형성되는 영역이 도 1 및 도 2에서 설명한 패드 영역(PR)에 해당할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 일 양상을 나타내는 단면도이다.
도 3을 참조하면, 이미지 센서 패키지(1)는 패키지 베이스 기판(200), 이미지 센서 칩(100), 투명 보호 커버(600)를 포함한다. 이미지 센서 패키지(1)는 패키지 베이스 기판(200) 상에 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)을 부착한 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 투명 보호 커버(600)를 부착하여 형성할 수 있다.
이미지 센서 칩(100)은 다이 접착 필름(300)에 의하여 패키지 베이스 기판(200) 상에 부착될 수 있다. 다이 접착 필름(300)은 비-스테이지(B-stage) 상태로 형성할 수 있다. 여기서 비-스테이지 상태란 열경화성 수지의 초기 반응 단계인 에이-스테이지(A-stage) 상태에서 솔벤트는 제거되었지만, 경화는 진행되지 않은 상태로, 용융하지 않고, 용제에 팽윤하지만, 용해하지 않는 상태를 말한다. 따라서 일반적으로 열처리를 통하여 에이-스테이지 상태에서 비-스테이지 상태를 만들게 된다. 비-스테이지 상태는 접착성을 가질 수 있다. 참고로, 씨-스테이지(C-stage) 상태는 완전 경화가 된 상태를 의미한다.
이미지 센서 칩(100)은 기판(110)의 센서 어레이 영역(SAR)에 복수의 단위 픽셀(120)이 형성되며, 복수의 단위 픽셀(120) 상에 각각 형성되는 복수의 마이크로 렌즈(150)를 포함한다. 복수의 마이크로 렌즈(150) 상에는 복수의 마이크로 렌즈(150)를 덮는 투명 물질층(400)이 형성된다. 투명 보호 커버(600)는 투명 물질층(400)을 사이에 두고 복수의 마이크로 렌즈(150) 상에 부착된다. 투명 물질층(400)은 이미지 센서 칩(100)의 마이크로 렌즈(150) 상에 투명 보호 커버(600)를 부착하기 위한 접착제의 역할을 할 수 있다. 투명 물질층(400)은 적어도 2개의 투명 물질층, 예를 들면 제1 투명 물질층(410)과 제2 투명 물질층(420)을 포함할 수 있다. 투명 물질층(400)은 기판(110)의 센서 어레이 영역(SAR)과 투명 보호 커버(600) 사이 공간을 모두 채울 수 있다. 투명 물질층(400) 중 제1 투명 물질층(410)은 패드(130)의 적어도 일부분을 노출시킬 수 있고, 제2 투명 물질층(420)은 패드(130)의 전부 또는 일부를 덮을 수 있다. 즉, 제1 투명 물질층(410)은 패드(130)의 적어도 일부분을 노출시킬 수 있도록, 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 패드(130)의 일부 또는 전부와 중첩되지 않을 수 있다. 제2 투명 물질층(420)은 패드(130)의 전부 또는 일부를 덮을 수 있도록, 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 패드(130)의 전부 또는 일부와 중첩될 수 있다.
제1 투명 물질층(410)은 예를 들면, 기판(110)의 제1 면(110a)을 덮도록 스핀 코팅 방법으로 투명 물질을 코팅한 후, 패드(130)의 적어도 일부분을 노출시키도록 코팅된 상기 투명 물질 중 패드(130) 상에 형성된 부분을 제거하여 형성할 수 있다. 제1 투명 물질층(410)은 상면에 단차를 가질 수 있다. 즉, 제1 투명 물질층(410)은 복수의 마이크로 렌즈(150)들의 상면 상에 콘포멀(conformal)하여 형성하여, 복수의 마이크로 렌즈(150)들의 상면의 단차가 전사된 단차를 가질 수 있다. 또는 제1 투명 물질층(410)은 상면에 단차를 가지되, 복수의 마이크로 렌즈(150)들의 상면의 단차보다는 상대적으로 낮은 단차를 가질 수 있다. 즉, 제1 투명 물질층(410)은 복수의 마이크로 렌즈(150)들 각각의 사이의 공간을 일부 메워서, 복수의 마이크로 렌즈(150)들로 인한 단차를 완화시킬 수 있다.
제2 투명 물질층(420)은 제1 투명 물질층(410)이 형성된 이미지 센서 칩(100) 상에 분사(dispense) 방법으로 형성할 수 있다. 제2 투명 물질층(420)은 제1 투명 물질층(410) 상에 분사된 후에는 표면 장력에 의하여 둥근 상면을 가질 수 있으나, 이후 투명 보호 커버(600)가 제2 투명 물질층(420) 상에 부착되면서 투명 보호 커버(600)의 하면과 접하는 평평한 상면을 가질 수 있다.
투명 보호 커버(600)는 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 센서 어레이 영역(SAR)과 중첩되며, 패드(130)를 노출시킬 수 있다. 즉, 투명 보호 커버(600)는 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로, 복수의 단위 픽셀(120)과 모두 중첩되도록 센서 어레이 영역(SAR)을 모두 덮으며, 패드(130)와는 중첩되지 않도록하여 패드(130)를 덮지 않을 수 있다. 투명 보호 커버(600)의 하면에는 적외선 차단막(610)이 형성될 수 있다. 적외선 차단막(610)은 예를 들면, 2가지 종류의 얇은 물질층이 각각 반복하여 적층되는 다층 구조일 수 있다. 예를 들면, 적외선 차단막(610)은 SiO2와 TiO2이 각각 수십개층이 반복하여 적층되어 형성될 수 있다. 적외선 차단막(610)은 투명 보호 커버(600)가 이미지 센서 칩(100) 상에 부착되기 전에 미리 형성될 수 있다. 적외선 차단막(610)은 이미지 센서 칩(100)의 복수의 단위 픽셀(120)들로 적외선이 입사하는 것을 방지할 수 있다. 후술하겠으나, 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지(1)는 입사광의 난반사를 방지할 수 있는바, 투명 보호 커버(600)의 상면 또는 하면에 별도의 반사 방지막이 형성되지 않을 수 있어, 투명 보호 커버(600)의 제조 단가를 절감할 수 있다.
패키지 베이스 기판(200)은 기저부(210)와 기저부(210)의 상면(212)과 하면(214)에 각각 형성된 상부 패드(220)와 하부 패드(230)를 포함할 수 있다. 패키지 베이스 기판(200)은 예를 들면, PCB(Printed Circuit Board) 또는 세라믹 기판일 수 있다.
기저부(210)는 에폭시 수지, 폴리이미드 수지, 비스말레마이드 트리아진(BT) 수지, FR-4(Flame Retardant 4), FR-5, 세라믹, 실리콘, 또는 유리를 포함할 수 있으나, 이는 예시적이며, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 기저부(210)은 단일층이거나 또는 그 내부에 배선 패턴들을 포함하는 다층 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 기저부(210)는 하나의 강성(Rigid) 평판이거나, 복수의 강성 평판이 접착되어 형성되거나, 얇은 가요성 인쇄회로기판과 강성 평판이 접착되어 형성될 수 있다. 서로 접착되는 복수의 강성 평판들, 또는 인쇄회로기판들은 배선 패턴을 각각 포함할 수 있다. 또한, 기저부(210)는 LTCC(low temperature co-fired ceramic) 기판일 수 있다. 상기 LTCC 기판은 복수의 세라믹 층이 적층되고, 그 내부에 배선 패턴을 포함할 수 있다. 기저부(210)의 내부에 포함되는 상기 배선 패턴들에 의하여 상부 패드(220)와 하부 패드(230)는 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 배선 패턴, 상부 패드(220) 또는 하부 패드(230)는 예를 들면, 구리(Cu)와 같은 금속 물질로 이루어지거나, 구리와 같은 금속 물질로 이루어진 패턴 상에 니켈(Ni) 또는 금(Au)과 같은 다른 물질을 일부 도금하여 형성할 수 있다.
이미지 센서 패키지(1)는 이미지 센서 칩(100)의 패드(130)와 패키지 베이스 기판(200)의 상면 패드(220)를 연결하는 본딩 와이어(500)를 포함할 수 있다. 본딩 와이어(500)는 이미지 센서 칩(100)과 패키지 베이스 기판(200)을 전기적으로 연결할 수 있다. 패드(130)를 덮는 제2 투명 물질층(420)은 본딩 와이어(500)의 일부, 예를 들면 본딩 와이어(500) 중 패드(130)에 접하는 측의 일부분을 함께 덮을 수 있다.
이미지 센서 패키지(1)는 패키지 베이스 기판(200) 상에 불투명 수지층(700)을 더 포함할 수 있다. 불투명 수지층(700)은 본딩 와이어(500)를 감싸며 기판(110)과 투명 보호 커버(600)의 측면을 덮을 수 있다. 불투명 수지층(700)은 본딩 와이어(500) 중 제2 투명 물질층(420)에 의하여 덮히지 않은 나머지 부분을 모두 덮을 수 있다. 따라서 본딩 와이어(500)는 제2 투명 물질층(420) 및 불투명 수지층(700)에 의하여 모두 감싸질 수 있다. 불투명 수지층(700)은 기판(110)의 측면을 모두 덮을 수 있다. 불투명 수지층(700)은 투명 보호 커버(600)의 측면의 전부 또는 일부를 덮을 수 있으나, 투명 보호 커버(600)의 상면은 전부 노출시킬 수 있다. 도 3에는 불투명 수지층(700)이 투명 보호 커버(600)의 측면의 전부를 덮고 있는 것으로 도시되었으나, 불투명 수지층(700)는 투명 보호 커버(600)의 측면 중 상대적으로 많은 부분을 덮으며, 투명 보호 커버(600)의 측면 중 상측의 상대적으로 작은 부분만을 노출시킬 수 있다. 불투명 수지층(700)은 투명 보호 커버(600)의 측면을 통하여 광이 입사되는 것을 방지할 수 있다.
불투명 수지층(700)은 패키지 베이스 기판(200)의 상면(212) 중 이미지 센서 칩(100) 주위에서 노출되는 상면(212)의 전부 또는 일부를 덮을 수 있으며, 패키지 베이스 기판(200)의 상면 패드(220)와 본딩 와이어(500)를 함께 모두 덮을 수 있다. 불투명 수지층(700)은 예를 들면, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC, Epoxy Molding Compound)로 이루어질 수 있다. 불투명 수지층(700)은 몰드 금형을 이용하여 형성하거나, 투명 보호 커버(600) 및 기판(110)의 측면에 수지 물질을 분사(dispense)하여 형성할 수 있다.
마이크로 렌즈(150)는 예를 들면, 아크릴 계열의 물질로 이루어질 수 있으며, 1.5 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다. 제1 투명 물질층(410)은 예를 들면, 아크릴 계열 또는 실리콘(silicone) 계열의 물질로 이루어질 수 있으며, 마이크로 렌즈(150)와 유사한 1.5 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다. 제2 투명 물질층(420)은 예를 들면, 1.4 내지 1.5의 굴절률을 가질 수 있다. 투명 보호 커버(600)는 예를 들면, 유리, 투명 플라스틱, 쿼츠 등으로 이루어질 수 있으며, 마이크로 렌즈(150)와 유사하거나 약간 작은 1.5 내지 1.6의 굴절률을 가질 수 있다. 제2 투명 물질층(420)은 제1 투명 물질층(410)보다 작은 굴절률을 가질 수 있다. 또한 제2 투명 물질층(420)은 투명 보호 커버(600)보다 작은 굴절률을 가질 수 있다. 제2 투명 물질층(420)은 마이크로 렌즈(150)보다 작은 굴절률을 가질 수 있다.
이미지 센서 패키지(1)에 포함되는 이미지 센서 칩(100)은 투명 물질층(400) 및 불투명 수지층(700)에 의하여 감싸질 수 있다. 특히, 이미지 센서 칩(100), 특히 이미지 센서 칩(100)과 투명 보호 커버(600) 사이 공간은 투명 물질층(400)으로 모두 채우지므로, 이미지 센서 패키지(1) 내부에 공기와 같은 기체로 채워지는 공간이 존재하지 않을 수 있다. 공기와 같은 기체는 열에 의하여 상대적으로 크게 팽창이 될 수 있다. 따라서 공기와 같은 기체가 이미지 센서 칩(100)과 투명 보호 커버(600) 사이의 공간에 채워지는 경우, 이미지 센서 패키지가 동작할 때 발생하는 열 또는 환경에 의한 열에 의하여 공기와 같은 기체가 열팽창하여 이미지 센서 패키지에 손상이 발생할 수 있으나, 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지(1)는 이미지 센서 칩(100)과 투명 보호 커버(600) 사이 공간을 투명 물질층(400)으로 채워, 열팽창 문제가 발생하지 않는다.
본 발명에 따른 이미지 센서 패키지(1)는 이미지 센서 칩(100)과 투명 보호 커버(600) 사이 공간에 공기(예를 들면, 굴절률이 약 1)보다 큰 굴절률을 가지는 투명 물질층(400)으로 채워지므로, 투명 보호 커버(600)로부터 마이크로 렌즈(150)까지의 굴절률의 차이가 적기 때문에 난반사의 발생이 억제되어 플레어(flare) 현상이 발생하지 않을 수 있다.
공기와 같은 기체가 이미지 센서 패키지 내부에 존재하는 경우, 공기와 같은 기체 내에 포함될 수 있는 유동성 파티클에 의하여 각 단위 픽셀에 입사되는 광이 왜곡될 수 있으나, 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지(1)는 투명 물질층(400)으로 채워지므로, 이미지 센서 칩(100)과 투명 보호 커버(600) 사이에 유동성 파티클이 존재하지 않기 때문에 각 단위 픽셀(120)에 입사되는 광이 왜곡되지 않을 수 있다.
제1 투명 물질층(410)은 마이크로 렌즈(150)와 동일하거나 유사한 굴절률을 가지면서, 복수의 마이크로 렌즈(150)들이 이루는 상면의 단차를 완화시킬 수 있다. 따라서 복수의 마이크로 렌즈(150)들이 이루는 상면의 단차로 인하여 발생할 수 있는 입사광의 난반사를 방지할 수 있다.
제2 투명 물질층(420)은 제1 투명 물질층(410) 및 투명 보호 커버(600)보다 작은 굴절률을 가지므로, 상대적으로 제2 투명 물질층(420)에서 제1 투명 물질층(410)으로 입사되는 광이 제1 및 제2 투명 물질층(410, 420)의 경계에서 반사되는 것을 감소시킬 수 있다. 또한, 제1 및 제2 투명 물질층(410, 420)의 경계에서 반사된 광이 제2 투명 물질층(420)과 투명 보호 커버(600)의 경계에서 반사되는 것 또한 감소시킬 수 있으므로, 마이크로 렌즈(150)와 투명 보호 커버(600) 사이에서 광이 반복적으로 반사하는 것을 방지할 수 있다. 따라서, 마이크로 렌즈(150)와 투명 보호 커버(600) 사이에서 광의 난반사를 방지할 수 있으며, 각 단위 픽셀(120)에 전달되는 입사광 또한 증가할 수 있어, 감도가 증가할 수 있다.
또한, 투명 물질층(400)이 투명 보호 커버(600)를 부착하기 위한 접착제의 역할을 할 수 있기 때문에, 센서 어레이 영역(SAR)의 주변에 투명 보호 커버(600)를 부착하기 위한 별도의 접착 영역이 필요하지 않다. 따라서 투명 보호 커버(600)의 크기를 최소화할 수 있으며, 센서 어레이 영역(SAR)과 패드(130) 사이의 거리를 최소화할 수 있어, 이미지 센서 칩(100)의 크기를 소형화할 수 있기 때문에 이미지 센서 패키지(1)의 크기 또한 소형화할 수 있다. 또한 투명 보호 커버(600)를 센서 어레이 영역(SAR) 전체 면적을 이용하여 이미지 센서 칩(100) 상에 부착할 수 있기 때문에 투명 보호 커버(600)가 이미지 센서 칩(100) 상에 견고하게 접착될 수 있다.
투명 물질층(400) 중 적어도 하나, 도 1의 경우 제2 투명 물질층(420)은 패드(130)의 전부 또는 일부를 덮을 수 있다. 따라서 제2 투명 물질층(420)에 의하여 패드(130)에 연결되는 본딩 와이어(500)의 부분이 감싸지므로, 불투명 수지층(700)을 형성하는 과정에서 본딩 와이어(500)와 패드(130)가 단락되는 것을 방지할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 일 양상을 나타내는 단면도이다. 도 4에 대한 설명 중, 도 3에서 설명된 것과 중복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 4를 참조하면, 이미지 센서 패키지(2)는 패키지 베이스 기판(200a), 이미지 센서 칩(100), 투명 보호 커버(600)를 포함한다. 이미지 센서 패키지(2)는 패키지 베이스 기판(200a) 상에 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)을 부착한 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 투명 보호 커버(600)를 부착하여 형성할 수 있다.
도 3에 보인 이미지 센서 패키지(1)의 패키지 베이스 기판(200)의 상면(212)이 평평한 것과 달리, 도 4에 보인 이미지 센서 패키지(2)의 패키지 베이스 기판(200a)은 리세스(250)를 한정하는 상면(212a)을 가지며, 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)은 리세스(250) 내에 부착된다.
여기에서, 도 3에 보인 패키지 베이스 기판(200)의 상면(212)이 평평하다는 것은, 패키지 베이스 기판(200)의 상면(212)이 완전하게 평평하다는 것을 의미하는 것은 아니며, 패키지 베이스 기판(200)을 이루는 기저부(210)가 전체적으로 동일 레벨의 상면을 가진다는 것을 의미한다. 따라서, 패키지 베이스 기판(200)의 상면(212)은 상부 패드(220) 및 상면(212)에 형성된 배선 패턴(미도시)들에 의하여 상대적으로 작은 단차는 존재할 수 있으며, 이러한 상대적으로 작은 단차는 다이 접착 필름(300)에 의하여 상쇄될 수 있다.
도 4에 보인 패키지 베이스 기판(200a)은 기저부(210a)의 상면(212a)이 함몰되어 리세스(250)를 한정한다. 리세스(250)는 다이 접착 필름(300)에 의하여 상쇄되지 않으며, 리세스(250)에 의하여 한정되는 공간에는 이미지 센서 칩(100)의 전부 또는 일부가 수용될 수 있다.
리세스(250) 내에 부착되는 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)의 제1 면(110a)은 패키지 베이스 기판(200a)의 최상면, 즉 패키지 베이스 기판(200a)의 상면(212a) 중 리세스(250) 이외의 부분보다 낮은 레벨을 가질 수 있다. 즉, 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)은 리세스(250) 내, 즉 리세스(250)에 의하여 한정되는 공간에 전부 수용될 수 있다.
도 4에는 투명 물질층(400)의 일부분이 리세스(250) 상으로 돌출된 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않으며 투명 물질층(400)의 전부가 리세스(250) 내에 수용될 수 있다.
이미지 센서 패키지(2)는 패키지 베이스 기판(200a) 상에 불투명 수지층(700a)을 더 포함할 수 있다. 불투명 수지층(700a)은 본딩 와이어(500)를 감싸며 기판(110)과 투명 보호 커버(600)의 측면을 덮을 수 있다. 불투명 수지층(700a)은 리세스(250)를 채울 수 있다. 즉, 불투명 수지층(700a)은 리세스(250)의 내부 공간 중 이미지 센서 칩(100) 및 투명 물질층(400)이 차지하는 부분을 제외한 나머지 공간을 모두 채울 수 있다. 불투명 수지층(700a)은 리세스(250)의 측벽 및 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)에 의하여 노출되는 리세스(250)의 저면을 모두 덮을 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 일 양상을 나타내는 단면도이다. 도 5에 대한 설명 중, 도 3에서 설명된 것과 중복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 5를 참조하면, 이미지 센서 패키지(3)는 패키지 베이스 기판(200), 이미지 센서 칩(100), 투명 보호 커버(600)를 포함한다. 이미지 센서 패키지(3)는 패키지 베이스 기판(200) 상에 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)을 부착한 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 투명 보호 커버(600)를 부착하여 형성할 수 있다.
투명 보호 커버(600)는 투명 물질층(400a)을 사이에 두고 복수의 마이크로 렌즈(150) 상에 부착된다. 투명 물질층(400a)은 적어도 2개의 투명 물질층, 예를 들면 제1 투명 물질층(410a)과 제2 투명 물질층(420)을 포함할 수 있다. 투명 물질층(400a)은 기판(110)의 센서 어레이 영역(SAR)과 투명 보호 커버(600) 사이 공간을 모두 채울 수 있다.
도 3 및 도 4에 보인 제1 투명 물질층(410)과 달리, 도 5에 보인 제1 투명 물질층(410a)은 평평한 상면을 가질 수 있다. 제1 투명 물질층(410a)은 복수의 마이크로 렌즈(150) 사이의 공간을 모두 채울 수 있다. 제1 투명 물질층(410a)은 도 3 및 도 4에 보인 제1 투명 물질층(410)보다 상대적으로 두껍도록 형성할 수 있다. 제1 투명 물질층(410a)은 마이크로 렌즈(150)와 동일하거나 유사한 굴절률을 가지면서, 복수의 마이크로 렌즈(150)들이 이루는 상면의 단차를 없앨 수 있다. 따라서 복수의 마이크로 렌즈(150)들이 이루는 상면의 단차로 인하여 발생할 수 있는 입사광의 난반사를 방지할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 일 양상을 나타내는 단면도이다. 도 6에 대한 설명 중, 도 3 내지 도 5에서 설명된 것과 중복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 6을 참조하면, 이미지 센서 패키지(4)는 패키지 베이스 기판(200a), 이미지 센서 칩(100), 투명 보호 커버(600)를 포함한다. 이미지 센서 패키지(4)는 패키지 베이스 기판(200a) 상에 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)을 부착한 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 투명 보호 커버(600)를 부착하여 형성할 수 있다.
도 5에 보인 이미지 센서 패키지(3)의 패키지 베이스 기판(200)의 상면(212)이 평평한 것과 달리, 도 6에 보인 이미지 센서 패키지(4)의 패키지 베이스 기판(200a)은 도 4에 보인 이미지 센서 패키지(2)의 패키지 베이스 기판(200a)과 마찬가지로, 리세스(250)를 한정하는 상면(212a)을 가지며, 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)은 리세스(250) 내에 부착된다.
도 4에 보인 제1 투명 물질층(410)과 달리, 도 6에 보인 제1 투명 물질층(410a)은 도 5에 보인 제1 투명 물질층(410a)과 마찬가지로, 평평한 상면을 가질 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 일 양상을 나타내는 단면도이다. 도 7에 대한 설명 중, 도 5에서 설명된 것과 중복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 7을 참조하면, 이미지 센서 패키지(5)는 패키지 베이스 기판(200), 이미지 센서 칩(100), 투명 보호 커버(600)를 포함한다. 이미지 센서 패키지(5)는 패키지 베이스 기판(200) 상에 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)을 부착한 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 투명 보호 커버(600)를 부착하여 형성할 수 있다.
투명 보호 커버(600)는 투명 물질층(400b)을 사이에 두고 복수의 마이크로 렌즈(150) 상에 부착된다. 투명 물질층(400b)은 적어도 2개의 투명 물질층, 예를 들면 제1 투명 물질층(410b)과 제2 투명 물질층(420b)을 포함할 수 있다. 투명 물질층(400b)은 기판(110)의 센서 어레이 영역(SAR)과 투명 보호 커버(600) 사이 공간을 모두 채울 수 있다.
도 5에 보인 제1 투명 물질층(410a)과 달리, 도 6에 보인 제1 투명 물질층(410b)은 패드(130)의 전부 또는 일부를 덮을 수 있다. 제1 투명 물질층(410b)은 패드(130)의 전부 또는 일부를 덮을 수 있도록, 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 패드(130)의 전부 또는 일부와 중첩될 수 있다. 제2 투명 물질층(420b)은 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 패드(130)의 일부 또는 전부와 중첩되지 않을 수 있다.
제1 투명 물질층(410b)은 이미지 센서 칩(100) 상에 분사(dispense) 방법으로 형성할 수 있다. 이미지 센서 칩(100) 상에 분사된 후에 제1 투명 물질층(410b)은 표면 장력에 의하여 둥근 상면을 가질 수 있으나, 이후 제1 투명 물질층(410b) 상에 투명 보호 커버(600)가 부착되면서 투명 보호 커버(600)의 하면과 접하는 평평한 상면을 가질 수 있다.
제2 투명 물질층(420b)은 예를 들면, 필름 형태로 제조되어 투명 보호 커버(600)의 하면에 먼저 부착된 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 분사된 제1 투명 물질층(410b) 상에 투명 보호 커버(600)와 함께 부착될 수 있다.
따라서, 투명 보호 커버(600)와 제2 투명 물질층(420b)은 동일한 면적을 가질 수 있다. 즉, 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로, 제2 투명 물질층(420b)과 투명 보호 커버(600)는 서로 중첩될 수 있다. 제2 투명 물질층(420b)은 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 패드(130)의 적어도 일부분을 노출시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 일 양상을 나타내는 단면도이다. 도 8에 대한 설명 중, 도 3 내지 도 7에서 설명된 것과 중복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 8을 참조하면, 이미지 센서 패키지(6)는 패키지 베이스 기판(200a), 이미지 센서 칩(100), 투명 보호 커버(600)를 포함한다. 이미지 센서 패키지(6)는 패키지 베이스 기판(200a) 상에 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)을 부착한 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 투명 보호 커버(600)를 부착하여 형성할 수 있다.
도 7에 보인 이미지 센서 패키지(5)의 패키지 베이스 기판(200)의 상면(212)이 평평한 것과 달리, 도 8에 보인 이미지 센서 패키지(6)의 패키지 베이스 기판(200a)은 도 4 또는 도 6에 보인 이미지 센서 패키지(2, 4)의 패키지 베이스 기판(200a)과 마찬가지로, 리세스(250)를 한정하는 상면(212a)을 가지며, 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)은 리세스(250) 내에 부착된다.
도 7에 보인 제1 투명 물질층(410b)과 마찬가지로, 도 8에 보인 제1 투명 물질층(410b)은 패드(130)의 전부 또는 일부를 덮을 수 있다.
제2 투명 물질층(420b)은 예를 들면, 필름 형태로 제조되어 투명 보호 커버(600)의 하면에 먼저 부착된 후, 제1 투명 물질층(410b) 상에 투명 보호 커버(600)와 함께 부착될 수 있다. 따라서, 투명 보호 커버(600)와 제2 투명 물질층(420b)은 동일한 면적을 가질 수 있다. 제2 투명 물질층(420b)은 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 패드(130)의 적어도 일부분을 노출시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 일 양상을 나타내는 단면도이다. 도 9에 대한 설명 중, 도 3에서 설명된 것과 중복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 9를 참조하면, 이미지 센서 패키지(7)는 이미지 센서 칩(102) 및 투명 보호 커버(602)를 포함한다. 이미지 센서 패키지(7)는 이미지 센서 칩(102) 상에 투명 보호 커버(602)를 부착하여 형성할 수 있다.
이미지 센서 칩(102)은 기판(112)의 상면(112a) 및 하면(112b)에 형성된 제1 패드(132)와 제2 패드(134)를 포함하는 패드(132, 134) 및 제1 패드(132)와 제2 패드(134)를 전기적으로 연결하며, 기판(112)을 관통하여 제2 면(112b)에 노출되는 관통 전극(135)을 포함한다. 관통 전극(135)은 TSV(Through Silicon Via)로 형성될 수 있다. 관통 전극(135)은 배선 금속층(미도시) 및 이를 둘러싸는 장벽 금속층(미도시)을 포함할 수 있다. 상기 배선 금속층은 Cu 또는 W을 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 배선 금속층은 Cu, CuSn, CuMg, CuNi, CuZn, CuPd, CuAu, CuRe, CuW, W, 또는 W 합금으로 이루어질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 상기 배선 금속층은 Al, Au, Be, Bi, Co, Cu, Hf, In, Mn, Mo, Ni, Pb, Pd, Pt, Rh, Re, Ru, Ta, Te, Ti, W, Zn, Zr 중의 하나 또는 그 이상을 포함할 수 있고, 하나 또는 둘 이상의 적층 구조를 포함할 수 있다. 상기 장벽 금속층은 W, WN, WC, Ti, TiN, Ta, TaN, Ru, Co, Mn, WN, Ni, 또는 NiB 중에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있고 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 그러나, 관통 전극(135)의 재질이 상기의 물질에 한정되는 것은 아니다. 상기 장벽 금속층 및 배선 금속층은 PVD(physical vapor deposition) 공정 또는 CVD(chemical vapor deposition) 공정에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 관통 전극(135)과 기판(102) 사이에는 스페이서 절연층(미도시)이 개재될 수 있다. 상기 스페이서 절연층은 기판(102) 내의 전자 소자들과 관통 전극(135)이 직접 접촉되는 것을 막아줄 수 있다. 상기 스페이서 절연층은 산화막, 질화막, 탄화막, 폴리머, 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 스페이서 절연층을 형성하기 위하여 CVD 공정을 이용할 수 있다. 상기 스페이서 절연층은 저압 CVD(sub-atmospheric CVD) 공정에 의해 형성된 O3/TEOS(ozone/tetra-ethyl ortho-silicate) 기반의 HARP(high aspect ratio process) 산화막으로 이루어질 수 있다.
관통 전극(135)은 제1 패드(132)와 제2 패드(134) 사이를 직접 연결하는 것으로 개시되었으나, 이에 한정되지 않으며, 비아-퍼스트(Via-first), 비아-미들(Via-middle) 또는 비아-라스트(Via-last) 구조 중 어느 하나로 형성될 수 있음은 물론이다. 비아-퍼스트, 비아-미들, 또는 비아-라스트 구조 및 제조 방법에 대해서는 Springer에서 2011년 출간된 Three Dimensional System Integration, CRC Press에서 2012년 출간된 3D Integration for VLSI Systems, Springer에서 2013년 출간된 Designing TSVs for 3D Integrated Circuits 등의 도서를 비롯한 다수의 문헌에 개시된 바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
투명 보호 커버(602)는 투명 물질층(402)을 사이에 두고 이미지 센서 칩(102)을 이루는 기판(112) 상에 부착된다. 투명 물질층(402)은 적어도 2개의 투명 물질층, 예를 들면 제1 투명 물질층(412)과 제2 투명 물질층(422)을 포함할 수 있다. 투명 물질층(402)은 기판(112)과 투명 보호 커버(602) 사이 공간을 모두 채울 수 있다. 제1 투명 물질층(412)과 제2 투명 물질층(422)은 제1 패드(132)의 전부를 덮을 수 있도록, 기판(112)의 제1 면(112a)에 대하여 수직 방향으로 제1 패드(132)의 전부와 중첩될 수 있다.
제1 투명 물질층(412)은 예를 들면, 기판(112)의 제1 면(112a)을 덮도록 스핀 코팅 방법으로 투명 물질을 코팅하여 형성할 수 있다. 제1 투명 물질층(412)은 상면에 단차를 가질 수 있다. 즉, 제1 투명 물질층(412)은 제1 패드(132) 및 복수의 마이크로 렌즈(150)들 상에 콘포멀(conformal)하게 형성하여, 제1 패드(132) 및 복수의 마이크로 렌즈(150)들의 상면의 단차가 전사된 단차를 가질 수 있다. 또는 제1 투명 물질층(412)은 상면에 단차를 가지되, 제1 패드(132) 및/또는 복수의 마이크로 렌즈(150)들의 상면의 단차보다는 상대적으로 낮은 단차를 가질 수 있다. 즉, 제1 투명 물질층(412)은 제1 패드(132)의 측면 또는 복수의 마이크로 렌즈(150)들 각각의 사이의 공간을 일부 메워서, 제1 패드(132) 및/또는 복수의 마이크로 렌즈(150)들로 인한 단차를 완화시킬 수 있다.
도 3에 보인 제1 투명 물질층(410)은 기판(110)의 상면(110a)에 형성된 패드(130)의 전부 또는 일부를 노출하나, 도 9에 보인 제1 투명 물질층(412)은 기판(112)의 상면(112a)에 형성된 제1 패드(132)를 전부 덮을 수 있다.
제2 투명 물질층(422)은 제1 투명 물질층(412)이 형성된 이미지 센서 칩(102) 상에 분사(dispense) 방법으로 형성할 수 있다. 제2 투명 물질층(422)은 제1 투명 물질층(412) 상에 분사된 후에는 표면 장력에 의하여 둥근 상면을 가질 수 있으나, 이후 투명 보호 커버(602)가 제2 투명 물질층(422) 상에 부착되면서 투명 보호 커버(602)의 하면과 접하는 평평한 상면을 가질 수 있다.
투명 보호 커버(602), 제1 투명 물질층(412), 제2 투명 물질층(422) 및 기판(112)은 동일한 면적을 가질 수 있다. 기판(112)의 제1 면(112a)에 대하여 수직 방향으로 기판(112)과 투명 보호 커버(602)는 서로 중첩될 수 있으며, 투명 물질층(402)은 기판(112)의 제1 면(112a)과 투명 보호 커버(602) 사이 공간을 모두 채울 수 있다. 기판(112), 투명 물질층(402) 및 투명 보호 커버(602)는 그 측면이 기판(112)의 제1 면(112a)에 대하여 수직 방향으로 서로 연결될 수 있다.
기판(112)의 제2 면(112b) 상에는 제2 패드(134)를 노출시키는 후면 보호층(140)이 형성될 수 있다. 후면 보호층(140)은 산화막 또는 질화막으로 형성될 수 있고, 또는 산화막과 질화막의 이중층으로 형성될 수 있다. 또한, 후면 보호층(140)은 고밀도 플라즈마 화학기상 증착(HDP-CVD) 공정을 이용하여 산화막, 예컨대 실리콘 산화막(SiO2)으로 형성될 수 있다.
제2 패드(134) 상에는 외부 장치와 이미지 센서 패키지(7)를 전기적으로 연결시킬 수 있는 연결 단자(280)가 부착될 수 있다. 연결 단자(280)는 범프 또는 솔더볼일 수 있다. 연결 단자(280)는 주석(Sn)을 포함하는 솔더, 팔라듐(Pd), 니켈, 은(Ag), 납(Pb) 또는 이들의 합금으로 이루어질 수 있다.
도 9에 보인 이미지 센서 패키지(7)는 도 3 내지 도 8에 보인 이미지 센서 패키지(1, 2, 3, 4, 5, 6)와 같은 패키지 베이스 기판(200, 200a)을 포함하지 않는 웨이퍼 레벨 패키지(WLP, Wafer Level Package)일 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 일 양상을 나타내는 단면도이다. 도 9에 대한 설명 중, 도 5 및 도 9에서 설명된 것과 중복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 10을 참조하면, 이미지 센서 패키지(8)는 이미지 센서 칩(102) 및 투명 보호 커버(602)를 포함한다. 이미지 센서 패키지(8)는 이미지 센서 칩(102) 상에 투명 보호 커버(602)를 부착하여 형성할 수 있다.
투명 보호 커버(602)는 투명 물질층(404)을 사이에 두고 이미지 센서 칩(102)을 이루는 기판(112) 상에 부착된다. 투명 물질층(404)은 적어도 2개의 투명 물질층, 예를 들면 제1 투명 물질층(414)과 제2 투명 물질층(424)을 포함할 수 있다. 투명 물질층(404)은 기판(112)과 투명 보호 커버(602) 사이 공간을 모두 채울 수 있다.
도 9에 보인 제1 투명 물질층(412)과 달리, 도 10에 보인 제1 투명 물질층(414)은 평평한 상면을 가질 수 있다. 제1 투명 물질층(414)은 복수의 마이크로 렌즈(150) 사이의 공간을 모두 채울 수 있다. 제1 투명 물질층(414)은 도 9에 보인 제1 투명 물질층(412)보다 상대적으로 두껍게 형성할 수 있다. 제1 투명 물질층(414)은 스핀 코팅 방법 또는 분사 방법으로 형성할 수 있다.
제2 투명 물질층(424)는 예를 들면, 필름 형태로 제조되어 투명 보호 커버(602)의 하면에 먼저 부착된 후, 이미지 센서 칩(102) 상에 형성된 제1 투명 물질층(414) 상에 투명 보호 커버(602)와 함께 부착될 수 있다.
도 11 내지 도 15는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 제조 방법의 일 양상을 단계별로 나타내는 단면도이다. 구체적으로, 도 11 내지 도 15는 도 3에 보인 이미지 센서 패키지(1)의 제조 방법을 단계별로 나타내는 단면도이다.
도 11을 참조하면, 이미지 센서 칩(100) 상에 제1 투명 물질(410-1)을 형성한다. 제1 투명 물질(410-1)은 예를 들면, 스핀 코팅 방법으로 형성할 수 있다. 제1 투명 물질(410-1)은 상면에 단차를 가질 수 있다. 제1 투명 물질(410-1)은 기판(110)의 제1 면(110a)을 모두 덮을 수 있으며, 기판(110)의 제1 면(110a) 상에 형성된 마이크로 렌즈(150) 및 패드(130)를 모두 덮을 수 있다.
제1 투명 물질(410-1)은 스핀 코팅 방법으로 형성된 후, 열처리를 통하여 비-스테이지 상태 또는 씨-스테이지 상태를 가지도록 할 수 있다.
도 12를 참조하면, 도 11에 보인 제1 투명 물질(410-1)의 일부분을 제거하여, 패드(130)의 적어도 일부분을 노출하는 제1 투명 물질층(410)을 형성한다.
도 12에서, 제1 투명 물질층(410)은 패드(130)의 상면을 모두 노출하고, 패드(130)의 측면을 모두 덮는 것으로 도시되었으나, 이에 한정되지 않는다. 제1 투명 물질층(410)은 패드(130)의 상면 중 일부, 특히 패드(130)의 상면 중 가장자리에 접하는 일부분을 덮거나, 패드(130)의 측면의 전부 또는 일부를 노출할 수 있다.
도 12에는 하나의 이미지 센서 칩(100)만이 도시되었으나, 복수의 이미지 센서 칩(100)을 포함하는 웨이퍼 상에 제1 투명 물질층(410)을 형성할 수 있으며, 이 경우 제1 투명 물질층(410)을 형성한 후에, 복수의 이미지 센서 칩(100)을 서로 분리시키는 싱귤레이션 공정을 수행할 수 있다.
도 13을 참조하면, 패키지 베이스 기판(200)의 상면(212) 상에 이미지 센서 칩(100)을 부착한다. 이미지 센서 칩(100)은 다이 접착 필름(300)에 의하여 패키지 베이스 기판(200) 상에 부착될 수 있다. 이후, 패키지 베이스 기판(200)의 상부 패드(220)와 이미지 센서 칩(100)의 패드(130)을 연결시키는 본딩 와이어(500)를 형성한다.
도 14를 참조하면, 이미지 센서 칩(100) 상에 제2 투명 물질(420-1)을 형성한다. 제2 투명 물질(420-1)은 제1 투명 물질층(410)이 형성된 이미지 센서 칩(100) 상에 분사 방법으로 형성할 수 있다. 제2 투명 물질(420-1)은 표면 장력에 의하여 둥근 상면을 가질 수 있다.
제2 투명 물질(420-1)은 분사 방법으로 형성된 후, 에이-스테이지 상태를 가지거나, 열처리를 통하여 비-스테이지 상태를 가지도록 할 수 있다.
도 15를 참조하면, 도 14에 보인 제2 투명 물질(420-1)을 형성한 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 투명 보호 커버(600)를 부착한다. 제2 투명 물질(420-1)은 에이-스테이지 또는 비-스테이지 상태이기 때문에, 투명 보호 커버(600)가 제2 투명 물질(420-1) 상에 부착되면서, 투명 보호 커버(600)의 하면과 접하는 평평한 상면을 가지는 제2 투명 물질층(420)이 형성된다.
투명 보호 커버(600)의 하면에는 선택적으로 적외선 차단막(610)이 형성될 수 있다. 투명 보호 커버(600)를 이미지 센서 칩(100) 상에 형성하기 전에 적외선 차단막(610)을 투명 보호 커버(600)에 형성한 후, 투명 보호 커버(600)를 이미지 센서 칩(100) 상에 부착할 수 있다. 하면에 적외선 차단막(610)이 형성된 투명 보호 커버(600)가 제2 투명 물질(420-1) 상에 부착되면서, 투명 보호 커버(600)의 하면의 적외선 차단막(610)과 접하는 평평한 상면을 가지는 제2 투명 물질층(420)이 형성된다.
투명 보호 커버(600)는 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 센서 어레이 영역(SAR)과 중첩되며, 패드(130)를 노출시키도록 이미지 센서 칩(100) 상에 부착될 수 있다.
이후, 도 3에 보인 것과 같이 본딩 와이어(500)를 감싸며 기판(110)과 투명 보호 커버(600)의 측면을 덮는 불투명 수지층(700)을 형성하여 이미지 센서 패키지(1)를 형성한다. 불투명 수지층(700)은 몰드 금형을 이용하여 형성하거나, 투명 보호 커버(600) 및 기판(110)의 측면에 수지 물질을 분사(dispense)하여 형성할 수 있다.
불투명 수지층(700)을 형성하기 전, 또는 불투명 수지층(700)의 형성과 함께, 제1 투명 물질층(410)과 제2 투명 물질층(420)을 포함하는 투명 물질층(400)을 씨-스테이지로 경화시키기 위한 열처리 공정이 수행될 수 있다.
별도로 도시하지는 않았으나, 도 5에 보인 이미지 센서 패키지(3)는 도 11에 보인 제1 투명 물질(410-1)이 평평한 상면을 가지도록 더 두껍게 형성하면 형성할 수 있는 바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 제조 방법의 일 양상을 나타내는 단면도이다. 구체적으로, 도 16 및 도 17은 도 4에 보인 이미지 센서 패키지(2)의 제조 방법을 단계별로 나타내는 단면도이며, 도 16은 도 12 이후의 단계를 나타낸다.
도 16을 참조하면, 패키지 베이스 기판(200a)의 상면(212a)에 의하여 한정되는 리세스(250) 내에 이미지 센서 칩(100)을 부착한다. 이미지 센서 칩(100)은 다이 접착 필름(300)에 의하여 패키지 베이스 기판(200a)의 상면(212a)에 의하여 한정되는 리세스(250) 내에 부착될 수 있다. 이후, 패키지 베이스 기판(200a)의 상부 패드(220)와 이미지 센서 칩(100)의 패드(130)을 연결시키는 본딩 와이어(500)를 형성한다.
리세스(250) 내에 부착되는 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)의 제1 면(110a)은 패키지 베이스 기판(200a)의 최상면, 즉 패키지 베이스 기판(200a)의 상면(212a) 중 리세스(250) 이외의 부분보다 낮은 레벨을 가질 수 있다. 즉, 이미지 센서 칩(100)을 이루는 기판(110)은 리세스(250) 내에 전부 수용될 수 있다.
도 17을 참조하면, 이미지 센서 칩(100) 상에 제2 투명 물질층(420) 및 투명 보호 커버(600)를 부착한다. 제2 투명 물질층(420) 및 투명 보호 커버(600)를 이미지 센서 칩(100) 상에 부착하는 방법은 도 14 및 도 15에서 설명된 바, 생략하도록 한다.
이후, 도 4에 보인 것과 같이 본딩 와이어(500)를 감싸며 기판(110)과 투명 보호 커버(600)의 측면을 덮는 불투명 수지층(700a)을 형성하여 이미지 센서 패키지(2)를 형성한다. 불투명 수지층(700a)은 투명 보호 커버(600) 및 기판(110)의 측면에 수지 물질을 분사(dispense)하여 형성할 수 있다. 불투명 수지층(700a)은 리세스(250)가 한정하는 공간 중 이미지 센서 칩(100) 및 투명 물질층(400)이 수용된 공간 이외의 공간을 모두 채우도록, 패키지 베이스 기판(200a) 상에 분사할 수 있다.
별도로 도시하지는 않았으나, 도 6에 보인 이미지 센서 패키지(4)는 도 16에 보인 제1 투명 물질층(410)이 평평한 상면을 가지도록 더 두껍게 형성하면 형성할 수 있는 바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 18 내지 도 20은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지의 제조 방법의 일 양상을 나타내는 단면도이다. 구체적으로, 도 18 내지 도 20은 도 7에 보인 이미지 센서 패키지(5)의 제조 방법을 단계별로 나타내는 단면도이다.
도 18을 참조하면, 패키지 베이스 기판(200)의 상면(212) 상에 이미지 센서 칩(100)을 부착한다. 이미지 센서 칩(100)은 다이 접착 필름(300)에 의하여 패키지 베이스 기판(200) 상에 부착될 수 있다. 이후, 패키지 베이스 기판(200)의 상부 패드(220)와 이미지 센서 칩(100)의 패드(130)을 연결시키는 본딩 와이어(500)를 형성한다.
도 13에서는 이미지 센서 칩(100) 상에 제1 투명 물질층(410)을 형성한 후에 패키지 베이스 기판(200) 상에 이미지 센서 칩(100)을 부착하였으나, 도 18에서는 제1 투명 물질층(도 20의 410b)을 형성하기 전에 패키지 베이스 기판(200) 상에 이미지 센서 칩(100)을 부착한다.
도 19를 참조하면, 이미지 센서 칩(100) 상에 제1 투명 물질(410b-1)을 형성한다. 제1 투명 물질(410b-1)은 이미지 센서 칩(100) 상에 분사 방법으로 형성할 수 있다. 제1 투명 물질(410b-1)은 패드(130)의 전부 또는 일부를 덮을 수 있다.
제1 투명 물질(410b-1)은 분사 방법으로 형성된 후, 에이-스테이지 상태를 가지거나, 열처리를 통하여 비-스테이지 상태를 가지도록 할 수 있다.
도 20을 참조하면, 도 19에 보인 제1 투명 물질(410b-1)을 형성한 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 제2 투명 물질층(420b) 및 투명 보호 커버(600)를 부착한다. 제2 투명 물질층(420b)은 예를 들면, 필름 형태로 제조되어 투명 보호 커버(600)의 하면에 먼저 부착된 후, 이미지 센서 칩(100) 상에 분사된 제1 투명 물질(410b-1) 상에 투명 보호 커버(600)와 함께 부착될 수 있다.
투명 보호 커버(600)의 하면에는 선택적으로 적외선 차단막(610)이 형성될 수 있다. 이미지 센서 칩(100) 상에 형성하기 전에 적외선 차단막(610)을 투명 보호 커버(600)의 하면에 형성하고, 적외선 차단막(610)의 하면에 필름 형태의 제2 투명 물질층(420b)을 부착하여, 제1 투명 물질(410b-1)이 분사된 이미지 센서 칩(100) 상에 적외선 차단막(610) 및 제2 투명 물질층(420b)이 형성된 투명 보호 커버(600)를 부착할 수 있다.
도 19에 보인 제1 투명 물질(410b-1)은 에이-스테이지 또는 비-스테이지 상태이기 때문에, 제2 투명 물질층(420b)이 하면에 부착된 투명 보호 커버(600)가 제1 투명 물질(410b-1) 상에 부착되면서, 제2 투명 물질층(420b)의 하면과 접하는 평평한 상면을 가지는 제1 투명 물질층(410b)이 형성된다.
투명 보호 커버(600)는 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 센서 어레이 영역(SAR)과 중첩되며, 패드(130)를 노출시키도록 이미지 센서 칩(100) 상에 부착될 수 있다.
제2 투명 물질층(420b)은 투명 보호 커버(600)와 동일한 면적을 가질 수 있으며, 따라서, 제2 투명 물질층(420b)은 기판(110)의 제1 면(110a)에 대하여 수직 방향으로 패드(130)의 적어도 일부분을 노출시킬 수 있다.
이후, 도 7에 보인 것과 같이 본딩 와이어(500)를 감싸며 기판(110)과 투명 보호 커버(600)의 측면을 덮는 불투명 수지층(700)을 형성하여 이미지 센서 패키지(5)를 형성한다.
도 21은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법을 나타내는 단면도이다. 구체적으로, 도 21은 도 8에 보인 이미지 센서 패키지(6)의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 21을 참조하면, 패키지 베이스 기판(200a)의 상면(212a)에 의하여 한정되는 리세스(250) 내에 이미지 센서 칩(100)을 부착한다. 이미지 센서 칩(100)은 다이 접착 필름(300)에 의하여 패키지 베이스 기판(200a)의 상면(212a)에 의하여 한정되는 리세스(250) 내에 부착될 수 있다. 이후, 패키지 베이스 기판(200a)의 상부 패드(220)와 이미지 센서 칩(100)의 패드(130)을 연결시키는 본딩 와이어(500)를 형성한다.
도 16에서는 이미지 센서 칩(100) 상에 제1 투명 물질층(410)을 형성한 후에 패키지 베이스 기판(200a) 상에 이미지 센서 칩(100)을 부착하였으나, 도 21에서는 제1 투명 물질층(도 8 또는 도 20의 410b)을 형성하기 전에 패키지 베이스 기판(200a)의 상면(212a)에 의하여 한정되는 리세스(250) 내에 이미지 센서 칩(100)을 부착한다.
이후, 도 19 및 도 20에 보인 것과 같이, 이미지 센서 칩(100) 상에 제2 투명 물질층(420b)이 하면에 부착된 투명 보호 커버(600)를 부착하고, 이후, 도 8에 보인 것과 같이 본딩 와이어(500)를 감싸며 기판(110)과 투명 보호 커버(600)의 측면을 덮는 불투명 수지층(700a)을 형성하여 이미지 센서 패키지(6)를 형성한다.
도 22 내지 도 25는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법을 나타내는 단면도들이다. 구체적으로, 도 22 내지 도 25는 도 9에 보인 이미지 센서 패키지(7)의 제조 방법을 단계별로 나타내는 단면도이다. 또한 도 22 내지 도 25에는 1개의 이미지 센서 칩(102)만이 도시되었으나, 복수의 이미지 센서 칩(102)을 포함하는 웨이퍼에서 1개의 이미지 칩(102)만을 도시한 것일 수 있다.
도 22를 참조하면, 기판(112)의 상면(112a)으로부터 기판(112) 내로 매립된 관통 전극(135)이 형성된 이미지 센서 칩(102)을 형성한다. 관통 전극(135)은 기판(112)의 예비 하면(112b-1)에 노출되지 않을 수 있다.
도 23을 참조하면, 이미지 센서 칩(102)을 이루는 기판(112)의 상면(112a)을 덮는 제1 투명 물질층(412)을 형성한다. 제1 투명 물질층(412)은 예를 들면, 기판(112)의 제1 면(112a)을 덮도록 스핀 코팅 방법으로 투명 물질을 코팅하여 형성할 수 있다. 제1 투명 물질층(412)은 상면에 단차를 가질 수 있다. 즉, 제1 투명 물질층(412)은 제1 패드(132) 및 복수의 마이크로 렌즈(150)들 상에 콘포멀(conformal)하여 형성하여, 제1 패드(132) 및 복수의 마이크로 렌즈(150)들의 상면의 단차가 전사된 단차를 가질 수 있다. 또는 제1 투명 물질층(412)은 상면에 단차를 가지되, 제1 패드(132) 및/또는 복수의 마이크로 렌즈(150)들의 상면의 단차보다는 상대적으로 낮은 단차를 가질 수 있다. 즉, 제1 투명 물질층(412)은 제1 패드(132)의 측면 또는 복수의 마이크로 렌즈(150)들 각각의 사이의 공간을 일부 메워서, 제1 패드(132) 및/또는 복수의 마이크로 렌즈(150)들로 인한 단차를 완화시킬 수 있다.
도 24를 참조하면, 제1 투명 물질층(412)이 형성된 이미지 센서 칩(102) 상에 제2 투명 물질층(422) 및 투명 보호 커버(602)을 형성한다.
제2 투명 물질층(422)은 제1 투명 물질층(412)이 형성된 이미지 센서 칩(102) 상에 분사(dispense) 방법으로 형성할 수 있다. 제2 투명 물질층(422)은 제1 투명 물질층(412) 상에 분사된 후에는 표면 장력에 의하여 둥근 상면을 가질 수 있으나, 이후 투명 보호 커버(602)가 제2 투명 물질층(422) 상에 부착되면서 투명 보호 커버(602)의 하면과 접하는 평평한 상면을 가질 수 있다.
투명 보호 커버(602)의 하면에는 선택적으로 적외선 차단막(612)이 형성될 수 있다. 투명 보호 커버(602)를 이미지 센서 칩(102) 상에 형성하기 전에 적외선 차단막(612)을 투명 보호 커버(602)에 형성한 후, 투명 보호 커버(602)를 이미지 센서 칩(102) 상에 부착할 수 있다. 하면에 적외선 차단막(612)이 형성된 투명 보호 커버(602)가 제2 투명 물질(422) 상에 부착되면서, 제2 투명 물질층(422)은 적외선 차단막(612)의 하면과 접하는 평평한 상면을 가질 수 있다.
도 25를 참조하면, 도 24에 보인 이미지 센서 칩(102)을 이루는 기판(112)을 예비 하면(112b-1)으로부터 일부분을 제거하여, 관통 전극(135)을 노출시키는 하면(112b)을 가지도록 한다. 기판(112)을 일부분을 제거하기 위하여, 예를 들면, 백랩핑(back lapping) 및/또는 화학적 기계적 연마(CMP, Chemical Mechanical Polishing) 방법이 사용될 수 있다.
이후, 도 9에 보인 것과 같이, 기판(112)의 하면(112b)에 관통 전극(135)과 전기적으로 연결되는 제2 패드(134)를 형성하고, 기판(112)의 하면(112b)을 덮으며, 제2 패드(134)를 노출시키는 후면 보호층(140)을 형성한다. 제2 패드(134) 상에는 연결 단자(280)를 부착하여 이미지 센서 패키지(7)를 형성할 수 있다.
도 22 내지 도 25 및 도 9를 이용하여 설명한 제조 방법을 복수의 이미지 센서 칩(102)을 포함하는 웨이퍼를 이용하여 수행한 경우, 복수의 이미지 센서 칩(102)을 서로 분리 시키는 싱귤레이션 공정을 통하여 이미지 센서 패키지(7)를 형성할 수 있다.
별도로 도시하지는 않았으나, 도 10에 보인 이미지 센서 패키지(8)는 도 23에 보인 제1 투명 물질층(412)이 평평한 상면을 가지도록 더 두껍게 형성하면 형성할 수 있는 바, 자세한 설명은 생략하도록 한다.
도 26은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지와 내부에 공기로 채워진 이미지 센서 패키지에서 입사광의 입사각에 따른 감도를 비교하는 그래프들이다. 구체적으로, 도 26의 (a)은 내부에 공기로 채워진 이미지 센서 패키지(이하, 비교 예에 따른 이미지 센서 패키지)에서 입사광의 입사각에 따른 감도를 나타내는 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지에서 입사광의 입사각에 따른 감도를 나타내는 그래프이다.
도 26을 참조하면, 비교 예에 따른 이미지 센서 패키지는 약 40도 정도의 입사각을 가지는 입사광이 들어오는 경우, 감도가 변하는 부분이 발생하나(A), 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지는 비슷한 입사각을 가지는 입사광이 들어오는 경우에도 감도가 변하는 부분이 발생하지 않는다(B).
이와 같이 감도가 변하는 부분(A)에 의하여 비교 예에 따른 이미지 센서 패키지에서는 플레어 현상이 발생할 수 있으나, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지는 플레어 현상이 발생하지 않는다.
도 27은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지와 비교 예에 따른 이미지 센서 패키지에서 조도에 따른 감도를 비교하는 그래프들이다. 구체적으로, 도 27의 (a)는 비교 예에 따른 이미지 센서 패키지에서 조도에 따른 감도를 나타내는 그래프이고, (b)는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지에서 조도에 따른 감도를 나타내는 그래프이다.
도 27을 참조하면, 비교 예에 따른 이미지 센서 패키지(a)에 비하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지(b)는 동일한 조도에 대하여 향상된 감도를 나타낸다. 예를 들면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지(b)는 동일한 조도에 대하여, 비교 예에 따른 이미지 센서 패키지(a)에 비하여 약 7% 향상된 감도를 가질 수 있다.
도 28은 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지를 포함하는 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 28을 참조하면, 시스템(1000)은 이미지 데이터를 필요로 하는 컴퓨팅 시스템, 카메라 시스템, 캠코너, 휴대폰, 스캐너, 차량 네비게이션, 비디오 폰, 경비 시스템, 게임 기기, 의료용 마이크로 카메라, 로봇, 또는 움직임 검출 시스템 중 어느 하나 일 수 있다.
시스템(1000)은 중앙처리장치(또는 프로세서)(1100), 비휘발성 메모리(1200), 이미지 센서(1300), 입출력 장치(1400) 및 RAM(1500)을 포함할 수 있다. 중앙처리장치(1100)은 버스(1600)을 통해서 비휘발성 메모리(1200), 이미지 센서(1300), 입출력 장치(1400) 및 RAM(1500)과 통신할 수 있다. 이미지 센서(1300)는 도 3 내지 도 10에 보인 이미지 센서 패키지(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)로 구현될 수도 있고, 중앙처리장치(1100)과 결합하여 하나의 반도체 패키지로 구현될 수도 있다.
도 29는 본 발명의 일 실시 예에 따른 이미지 센서 패키지를 포함하는 전자 시스템 및 인터페이스를 나타낸다.
도 29를 참조하면, 상기 전자시스템(2000)은 mipi 인터페이스를 사용 또는 지원할 수 있는 데이터 처리 장치, 예컨대 이동 전화기, PDA, PMP 또는 스마트 폰으로 구현될 수 있다. 상기 전자 시스템(2000)은 어플리케이션 프로세서(2010), 이미지 센서(2040) 및 디스플레이(2050)를 포함할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(2010)에 구현된 CSI 호스트(2012)는 카메라 시리얼 인터페이스(camera serial interface; CSI)를 통하여 이미지 센서(2040)의 CSI 장치(2041)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, 상기 CSI 호스트(2012)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있고, CSI 장치(2041)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있다. 이미지 센서(2040)는 도 3 내지 도 10에 보인 이미지 센서 패키지(1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8)를 포함할 수 있다.
어플리케이션 프로세서(2010)에 구현된 DSI 호스트(2011)는 디스플레이 시리얼 인터페이스(display serial interface; DSI)를 통하여 디스플레이(2050)의 DSI 장치(2051)와 시리얼 통신할 수 있다. 이때, 예컨대, DSI 호스트(2011)에는 광 시리얼라이저가 구현될 수 있고, DSI 장치(2051)에는 광 디시리얼라이저가 구현될 수 있다.
전자 시스템(2000)은 어플리케이션 프로세서(2010)와 통신할 수 있는 RF 칩(2060)을 더 포함할 수 있다. 전자 시스템(2000)의 PHY(2013)와 RF 칩(2060)의 PHY(2061)는 MIPI DigRF에 따라 데이터를 주고받을 수 있다.
전자 시스템(2000)은 GPS(2020), 스토리지(2070), 마이크(2080), DRAM(2085) 및 스피커(2090)를 더 포함할 수 있으며, 상기 전자 시스템(2000)은 Wimax(2030), WLAN(3100) 및 UWB(3110) 등을 이용하여 통신할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다.
1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8 : 이미지 센서 패키지, 100, 102 : 이미지 센서 칩, 200, 200a : 패키지 베이스 기판, 400, 400a, 400b : 투명 물질층, 500 : 본딩 와이어, 600 : 투명 보호 커버, 700, 700a : 불투명 수지층

Claims (10)

  1. 서로 반대되는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면에 형성되는 복수의 단위 픽셀을 포함하는 센서 어레이 영역 및 상기 센서 어레이 영역의 주위에 배치되는 패드를 포함하는 패드 영역으로 이루어지는 기판;
    상기 복수의 단위 픽셀 상에 각각 형성되는 복수의 마이크로 렌즈;
    상기 복수의 마이크로 렌즈를 덮는 제1 투명 물질층;
    상기 제1 투명 물질층을 덮는 제2 투명 물질층; 및
    상기 제1 및 제2 투명 물질층을 사이에 두고 상기 복수의 마이크로 렌즈 상에 부착되며 상기 제2 투명 물질층의 상면과 접하는 하면을 가지는 투명 보호 커버;를 포함하되,
    상기 제2 투명 물질층은 상기 제1 투명 물질층 및 상기 투명 보호 커버보다 작은 굴절률을 가지는 이미지 센서 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    적어도 2개의 상기 투명 물질층은 상기 기판의 센서 어레이 영역과 상기 투명 보호 커버 사이 공간을 채우는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 투명 보호 커버는,
    상기 기판의 제1 면에 대하여 수직 방향으로, 상기 센서 어레이 영역과 중첩되며, 상기 패드를 노출시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  4. 제1 항에 있어서,
    적어도 2개의 상기 투명 물질층 중 적어도 하나는 상기 패드를 덮는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  5. 제4 항에 있어서,
    적어도 2개의 상기 투명 물질층 중 하나는 상기 기판의 제1 면에 대하여 수직 방향으로 상기 패드의 적어도 일부분을 노출시키는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 패드와 전기적으로 연결되며, 상기 기판을 관통하여 상기 기판의 상기 제2 면에 노출되는 관통 전극;을 더 포함하며,
    상기 기판과 상기 투명 보호 커버는 동일한 면적을 가지며, 상기 기판의 제1 면에 대하여 수직 방향으로, 상기 투명 보호 커버와 상기 기판은 서로 중첩되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 투명 보호 커버의 하면에, 적외선 차단막이 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  8. 패키지 베이스 기판;
    서로 반대되는 제1 면과 제2 면을 가지며, 상기 제1 면에 형성되는 복수의 단위 픽셀을 포함하는 센서 어레이 영역 및 상기 센서 어레이 영역의 주위에 배치되는 패드를 포함하는 패드 영역으로 이루어지며, 상기 제2 면이 상기 패키지 베이스 기판을 향하도록 상기 패키지 베이스 기판 상에 부착되는 기판;
    상기 복수의 단위 픽셀 상에 각각 형성되는 복수의 마이크로 렌즈; 및
    상기 기판을 덮되, 상기 패드의 적어도 일부분을 노출시키는 제1 투명 물질층;
    상기 제1 투명 물질층 상에 형성되는 제2 투명 물질층; 및
    상기 제2 투명 물질층을 사이에 두고 상기 제1 투명 물질층 상에 부착되며, 상기 기판의 제1 면에 대하여 수직 방향으로 상기 센서 어레이 영역을 모두 덮되 상기 패드를 노출시키며 상기 제2 투명 물질층의 상면과 접하는 하면을 가지는 투명 보호 커버;를 포함하되,
    상기 제2 투명 물질층은 상기 제1 투명 물질층 및 상기 투명 보호 커버보다 작은 굴절률을 가지는 이미지 센서 패키지.
  9. 삭제
  10. 제8 항에 있어서,
    상기 패키지 베이스 기판은 리세스를 한정하는 상면을 가지며,
    상기 기판의 상기 제1 면이 상기 리세스 내에 위치하도록, 상기 기판은 상기 리세스 내에 부착되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
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