KR102120759B1

KR102120759B1 - Wlo 조립체

Info

Publication number: KR102120759B1
Application number: KR1020120137553A
Authority: KR
Inventors: 정지영
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2020-06-09
Also published as: KR20140069807A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 WLO 조립체는 웨이퍼; 상기 웨이퍼의 상측면에 형성되는 격자 형태의 제 1 격벽; 상기 웨이퍼의 하측면에 형성되며, 상기 제 1 격벽과 대칭이 되도록 형성되는 격자 형태의 제 2 격벽; 및 상기 제 1 및 제 2 격벽에 의해 형성되며, 그 내부에 렌즈가 사출 성형되는 복수 개의 렌즈 형성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

WLO 조립체{Wafer level optics apparatus}

본 발명은 WLO 조립체에 관한 것이다.

현재 이동통신 단말기와 PDA 및 MP3 플레이어 등의 IT기기를 비롯한 자동차와 내시경 등의 제작 시 카메라 모듈이 탑재되고 있으며, 이러한 카메라 모듈은 기술의 발달에 따라 고화소 중심으로 발달됨과 동시에 소형화 및 박형화가 요구되고 있다.

이에 따라, 최근 개발된 새로운 패키지 유형이 웨이퍼 레벨 칩 사이즈 패키지이다. 이 패키지는 웨이퍼 상태에서 일괄적으로 패키지들을 조립 및 제조한다는 특징이 있다.

이와 같이 카메라 모듈의 자동화를 위하여 WLO(Wafer Level Optics) 타입 렌즈를 이미지 센서 위에 곧바로 에폭시 본딩 하여 실장하는 카메라 모듈의 개발이 활발하게 이루어지고 있다. 이와 관련된 선행기술로 대한민국 등록특허 제10-1161773호에서는 WLO 타입의 렌즈를 사용한 카메라 모듈의 일 예가 개시된 바 있다.

이와 같은 WLO 타입의 렌즈는 금형을 웨이퍼 상측면에 위치 변경하면서 형성하는 몰딩법으로 제조되는데, 이와 같이 몰딩 공정 중에 형성되는 각각의 렌즈의 중심이 공정 중의 오차로 인한 편심 발생의 우려가 있으며, 복수 개의 층을 가지도록 WLO 조립체를 형성할 경우, 각각의 렌즈들 사이의 중심이 편심 될 가능성이 높다. 이와 같이 렌즈들 사이의 편심이 발생하면, WLO 조립체의 구조상 큰 각도로 입사한 빛으로 인한 고스트(ghost) 발생 가능성이 증가하여, 광원의 성능 저하의 한 요인으로 작용할 수 있다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1161773호(2012.06.26.) 대한민국 공개특허 제10-2009-0114083호(2009.11.03.) 대한민국 공개특허 제10-2011-0016903호(2011.02.18.)

본 발명은 복수 개의 층으로 형성되는 어레이 렌즈가 배치될 경우, 서로 마주보는 렌즈들 사이의 편심 발생을 최소화할 수 있도록 구조가 개선된 WLO 조립체를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 WLO 조립체는 웨이퍼; 상기 웨이퍼의 상측면에 형성되는 격자 형태의 제 1 격벽; 상기 웨이퍼의 하측면에 형성되며, 상기 제 1 격벽과 대칭이 되도록 형성되는 격자 형태의 제 2 격벽; 및 상기 제 1 및 제 2 격벽에 의해 형성되며, 그 내부에 렌즈가 사출 성형되는 복수 개의 제 1 및 제 2 렌즈 형성부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 제 1 및 제 2 격벽은 광 차단성 부재로 형성될 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 격벽은 상기 웨이퍼와 동일 재질로 형성되되, 표면에 광 차단성 도장층을 가질 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 격벽은 상기 웨이퍼의 두께보다 크고, 상기 제 1 및 제 2 렌즈 형성부에 사출되는 렌즈 높이보다 큰 높이를 가질 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 격벽은 0.2mm 미만의 높이를 가질 수 있다.

상기 제 1 및 제 2 격벽은 동일 두께를 가질 수 있다.

상기 제 1 격벽에 의해 형성되는 제 1 렌즈 형성부와 상기 제 2 격벽에 의해 형성되는 제 2 격벽에 형성되는 제 2 렌즈 형성부는 동일 면적을 가질 수 있다.

상기 제 1 격벽에 의해 형성된 제 1 렌즈 형성부에 사출되는 렌즈와 상기 제 2 격벽에 의해 형성된 제 2 렌즈 형성부에 사출되는 렌즈는 서로 다른 굴절률을 가질 수 있다.

상기 렌즈는 상기 제 1 및 제 2 격벽에 의해 위치 가이드 되는 금형에 의해 사출될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 WLO 조립체는 상기한 바와 같이 구성되는 상기 제 1 및 제 2 격벽을 가지는 웨이퍼가 복층으로 적층 되고, 상기 제 1 및 제 2 격벽으로 형성된 제 1 및 제 2 렌즈 형성부의 중심은 동축이 되도록 배치되어, 상기 렌즈 형성부에 사출된 렌즈들의 중심이 정렬될 수 있다.

WLO 조립체의 웨이퍼 양면에 렌즈를 성형하기 전 단계에 제 1 및 제 2 격벽을 격자형태로 먼저 형성하면, 렌즈를 형성하는 금형이 제 1 및 제 2 격벽에 의해 가이드 되면서 제 1 및 제 2 격벽에 의해 형성되는 제 1 및 제 2 렌즈 형성부에 진입되므로, 형성된 렌즈들의 동심 조절이 보다 용이해질 수 있다.

또한, 복층으로 WLO 조립체를 형성할 경우, 제 1 및 제 2 격벽이 각 층의 WLO를 지지하는 지지 구조물로 그대로 사용될 수 있기 때문에, 별도의 지지부재를 설치하는 공정을 생략할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 및 제 2 격벽을 가지는 WLO 조립체의 웨이퍼의 사시도,
도 2는 도 1의 I-I'단면도,
도 3은 도 1의 웨이퍼에 렌즈를 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 WLO 조립체를 복층으로 형성한 상태를 도시한 단면도, 그리고,
도 5는 도 4의 사시도 이다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참고하여 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 WLO 조립체는 웨이퍼 레벨 렌즈부(WLO, Wafer level optics)로 부를 수도 있는데, 웨이퍼(10), 제 1 격벽(20), 제 2 격벽(30)으로 구성될 수 있다.

웨이퍼(10)는 광 투과성 재질로 형성될 수 있으며, 상면과 하면에 복수 개의 렌즈(L1, L2)(도 3 참조)가 설치될 수 있다. 상기 웨이퍼(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 일정한 두께로 형성될 수 있다.

제 1 격벽(20) 및 제 2 격벽(30)은 상기 웨이퍼(10)의 상면 및 하면에 설치되는 것으로, 상기 웨이퍼(10)를 중심으로 서로 대칭이 되도록 형성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)은 동일 재질로 형성될 수 있으며, 광 차단성 재질로 형성될 수 있다. 또는, 상기 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)은 광 투광성 재질로 형성하되, 그 표면은 빛이 투과하지 않도록 도장할 수도 있다.

상기 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)의 높이는 상기 웨이퍼(10)의 두께와 대응되도록 형성될 수도 있으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 필요에 따라 그 높이는 증감될 수 있다. 다만, 제 1 격벽(20)에 의해 형성되는 제 1 렌즈 형성부(40)와 제 2 격벽(30)에 의해 형성되는 제 2 렌즈 형성부(50)에 사출되는 렌즈들(L1~L4)(도 3 및 도 4 참조)의 높이보다는 큰 값을 가져 상기 렌즈들(L1~L4)의 상단부가 상기 제 1 및 제 2 렌즈 형성부(40)(50)의 내부에 위치할 수 있다. 일 예로 상기 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)의 높이는 0.2mm 이내가 되도록 형성될 수 있다.

상기 제 1 격벽(20)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 격자 형태로 마련될 수 있는데, 이때, 제 1 격벽(20)으로 인해 형성된 내부 공간부에는 렌즈가 사출 성형되기 위한 제 1 렌즈 형성부(40)가 마련될 수 있다. 상기 제 1 렌즈 형성부(40)는 정사각형의 바닥면을 가질 수 있다. 이때, 상기한 바와 같이 제 1 격벽(20)의 높이는 상기 정사각형의 바닥면의 한 변의 길이보다는 작은 크기를 가질 수 있으며, 그 높이는 2mm를 넘지 않도록 마련될 수 있다. 한편, 상기 제 2 격벽(30)은 상기한 제 1 격벽(20)과 동일한 크기와 높이를 가지도록 구성될 수 있으며, 웨이퍼(10)를 중심으로 서로 대칭이 되도록 배치될 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 WLO 렌즈 조립체의 제조 과정을 개략적으로 도시한 도면이다. 참조부호 100은 제 1 및 제 2 렌즈(L1)(L2)를 형성하기 위한 금형을 개략적으로 도시한 것이다.

도시된 바와 같이, 상기 금형(100)은 상기 제 1 격벽(20)들 사이에 형성된 제 1 렌즈 형성부(40)의 내부에 제 1 렌즈(L1)를 형성할 수 있도록 금형(100)의 양 측벽이 상기 제 1 격벽(20)의 내주면과 밀착될 수 있도록 마련될 수 있다. 이때, 상기 제 1 렌즈(L1)의 재질은 광 투과성 재질로 형성될 수 있으며, 도시하지는 않았으나, 상기 금형(100)에 마련된 수지 주입부를 통해, 상기 금형(100)과 웨이퍼(10) 사이에 형성된 공간부에 수지가 주입되어 제 1 렌즈(L1)를 형성할 수 있다.

이와 같이 제 1 렌즈(L1)를 각각의 제 1 렌즈 형성부(40)에 사출 성형하면, 상기 금형(100)이 제 1 격벽(20)에 의해 위치 가이드 되어 제 1 렌즈(L1)를 형성할 수 있어, 상기 제 1 렌즈(L1)의 중심은 항상 일정하게 정렬될 수 있다.

한편, 제 2 렌즈(L2) 또한 상기 제 1 렌즈(L1)와 동일한 방법으로 상기 웨이퍼(10)의 반대면에 형성될 수 있는데, 제 2 렌즈(L2)를 형성하기 위한 미도시 한 금형은 상기 제 1 렌즈(L1)를 형성하기 위한 금형(100)과 동일 금형을 사용할 수도 있고, 상기 제 1 렌즈(L1)와 다른 굴절률을 가지는 렌즈를 형성할 경우에는 그 형태에 알맞은 금형을 마련하는 것도 가능하다. 다만, 이 금형의 크기는 제 1 렌즈(L1)를 형성하기 위해 마련한 금형(100)과 외곽의 크기는 동일하게 구성하여, 상기 제 2 격벽(30)에 의해 형성되는 제 2 렌즈 형성부(50)의 형상과 대응 되도록 마련될 수 있다.

이와 같이 상기 제 1 및 제 2 렌즈 형성부(40)(50)와 대응되는 크기를 가지는 금형(100)을 이용하여 제 1 및 제 2 렌즈(L1)(L2)를 형성하면, 제 1 및 제 2 렌즈(L1)(L2)의 편심 발생을 최대한 억제할 수 있다. 즉, 금형(100)이 제 1 및 제 2 렌즈 형성부(40)(50)에 삽입되면서, 상기 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)에 의해 물리적으로 가이드 되기 때문에, 렌즈 성형 공정 중에 공차 관리를 보다 정확하게 수행하는 것이 가능하다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 WLO 조립체를 복층으로 형성한 것을 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 도 1 내지 도 3의 과정으로 형성된 양면에 제 1 및 제 2 렌즈(L1)(L2)를 가지는 WLO 조립체는 복층으로 하여 광학 성능을 개선할 수 있다. 이때, 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)은 상기한 바와 같이 제 1 및 제 2 렌즈(L1)(L2) 형성을 위한 가이드로 사용됨과 동시에 다른 층의 WLO 조립체와 상기 제 1 및 제 2 렌즈 형성부(40)(50) 내부에 사출 성형된 제 1 및 제 2 렌즈(L1)(L2)를 지지하는 역할을 수행할 수 있다.

즉, 다른 층의 WLO 조립체 또한 동일하게 웨이퍼(10')의 상부 및 하부면에 제 1 및 제 2 격벽(20')(30')을 마련하고, 이 제 1 및 제 2 격벽(20')(30')에 의해 형성되는 제 1 및 제 2 렌즈 형성부(40')(50')가 마련될 수 있다. 상기한 방식과 동일하게 형성되는 다른 층의 WLO 조립체 역시 동일한 형상으로 마련되되, 제 1 및 제 2 렌즈 형성부(40')(50')에는 상기 제 1 및 제 2 렌즈(L1)(L2)와는 다른 굴절률을 가지는 제 3 및 제 4 렌즈(L3)(L4)가 배치될 수 있다.

이때, 각각의 제 1 및 제 2 격벽(10)(10')(20)(20')들 중 서로 마주보는 위치의 격벽들은 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 웨이퍼(10)(10')들을 일정 거리 이격 시키는 지지 기둥의 역할을 수행할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 상측에 배치된 웨이퍼(10)의 제 2 격벽(30)과 하측에 배치된 웨이퍼(10')의 제 1 격벽(20')이 서로 면 접촉하도록 연결되되, 서로 대응되는 위치에 배치될 수 있도록 하여, 제 1 및 제 2 렌즈 형성부(40)(40')(50)(50')의 중심이 서로 정렬될 수 있다. 이를 위해, 제 1 및 제 2 격벽(20)(20')(30)(30')은 서로 동일한 위치에 대칭이 되도록 배치되며, 다른 층의 WLO 조립체 또한 동일한 형태로 마련되므로, 각각의 제 1 및 제 2 격벽(20)(20')(30)(30')을 동일하게 정렬하면, 상기 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)으로 형성된 렌즈 형성부(40)에 사출 성형된 제 1 내지 제 4 렌즈(L1~L4)의 중심은 편심 되지 않고, 도 4와 같이 중심선(C_L)에 정렬 될 수 있다.

따라서, 도 5에 도시된 바와 같이 복층으로 WLO 조립체를 구성할 때, 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)을 정렬하여 적층 하면, 제 1 내지 제 4 렌즈(L1~L4)의 중심은 자연스럽게 정렬될 수 있다.

한편, 상기한 도 1 내지 도 5에 따른 본 발명의 일 실시예는 웨이퍼(10)에 4X4로 복수 개의 제 1 내지 제 4 렌즈(L1~L4)를 배열한 구성을 도시하였으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 어레이 렌즈의 필요에 따라 3X3 구조, 2X2 구조 등 다양하게 렌즈의 구성은 증감 가능하다.

또한, 제 1 내지 제 4 렌즈(L1~L4)는 모두 볼록 렌즈로 구성한 것을 일례로 도시하였으나, 이를 한정하는 것은 아니며, 모두 오목 렌즈로 구성하거나, 볼록 렌즈와 오목 렌즈를 적절하게 분배하여 광학 시스템을 설정하는 것도 가능하다. 예컨대 제 1 렌즈(L1)는 볼록 렌즈로, 제 2 렌즈(L2)는 오목 렌즈로, 제 3 렌즈(L3)는 오목 렌즈로 제 4 렌즈(L4)는 볼록 렌즈로 형성할 수도 있고, 이들의 조합은 광학계에 따라 얼마든지 가변 될 수 있다.

이상과 같은 본 발명에 따르면, 상기 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)이 빛이 통과할 수 없는 재질 또는 광 차단성 도장층이 마련되어, 상기 제 1 내지 제 4 렌즈(L1~L4)를 통과하는 빛이 상기 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)에 의해 차단되어, 인근 렌즈에 영향을 주는 이른바 고스트 현상의 발생을 방지할 수 있다.

또한, 제 1 내지 제 4 렌즈(L1~L4)를 형성하는 공정에 있어, 상기 제 1 및 제 2 격벽(20)(30)이 금형(100)의 가이드 역할을 수행하므로, 항상 일정한 위치에 렌즈들의 중심이 배치될 수 있어, 복층 또는 양면으로 WLO 조립체를 형성할 때, 각각의 렌즈들(L1~L4)의 중심이 용이하게 정렬되어 편심 발생을 억제할 수 있다.

앞에서 설명되고, 도면에 도시된 본 발명의 실시예는, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 청구범위에 기재된 사항에 의하여만 제한되고, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상을 다양한 형태로 개량 변경하는 것이 가능하다. 따라서 이러한 개량 및 변경은 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속하게 될 것이다.

10, 10'; 웨이퍼 20, 20'; 제 1 격벽
30, 30'; 제 2 격벽 40, 40'; 제 1 렌즈 형성부
50, 50'; 제 2 렌즈 형성부 L1~L4; 제 1 내지 제 4 렌즈
100; 금형

Claims

제1 웨이퍼;
상기 제1 웨이퍼의 상면에 배치되는 격자 배열의 제1 격벽;
상기 제1 격벽의 사이에 형성되는 복수의 제1 렌즈 형성부;
상기 제1 웨이퍼의 하면에 배치되는 제2 격벽;
상기 제2 격벽 사이에 형성되는 복수의 제2 렌즈 형성부;
상기 제1 웨이퍼의 하부에 배치되는 제2 웨이퍼;
상기 제2 웨이퍼의 상면에 배치되는 격자 배열의 제3 격벽;
상기 제3 격벽의 사이에 형성되는 복수의 제3 렌즈 형성부;
상기 제2 웨이퍼의 하면에 배치되는 제4 격벽; 및
상기 제4 격벽 사이에 형성되는 복수의 제4 렌즈 형성부를 포함하고,
상기 제2 격벽의 하면과 상기 제3 격벽의 상면은 면 접촉하고,
상기 제1 내지 제4 격벽은 상하 방향으로 오버랩(overlap)되고,
상기 제1 내지 제4렌즈 형성부는 상하 방향으로 오버랩(overlap)되며,
상기 제1 내지 제4 렌즈 형성부의 중심은 동축이 되도록 배치되어, 상기 제1 내지 제4 렌즈 형성부에서 사출되는 렌즈들의 중심이 정렬되고,
상기 제1 내지 제4렌즈 형성부의 단면적은 동일한 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 격벽은 광 차단성 부재로 형성되는 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 격벽은 상기 제1 및 제2 웨이퍼와 동일 재질로 형성되고, 표면에 광 차단성 도장층을 가지는 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 격벽 각각의 높이는 상기 제1 웨이퍼의 두께보다 크고,
상기 제3 및 제4 격벽 각각의 높이는 상기 제2 웨이퍼의 두께보다 큰 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 렌즈 형성부 각각에서 사출되는 렌즈들의 높이는 상기 제1 내지 제4 격벽 각각의 높이보다 낮게 형성되고,
상기 제2 렌즈 형성부에서 사출되는 렌즈들은 상기 제3 렌즈 형성부에서 사출되는 렌즈들과 수직 방향으로 이격되는 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서, 상기
제1 내지 제4 격벽은 동일한 두께를 가지는 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 제1 내지 제4 렌즈 형성부는 동일 면적을 가지는 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 렌즈 형성부 각각에서 사출되는 렌즈는 서로 다른 굴절률을 가지는 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 렌즈 형성부에 의해 사출 형성되는 렌즈들은 각각 상기 제1 내지 제4 격벽 각각에 의해 위치 가이드 되는 금형에 의해 사출되는 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1렌즈는 볼록 렌즈이고,
상기 제2렌즈는 오목 렌즈이며,
상기 제3렌즈는 오목 렌즈이고,
상기 제4렌즈는 볼록 렌즈인 WLO 조립체.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 내지 제4 렌즈 형성부의 단면은 정사각형인 WLO 조립체.
제11항에 있어서,
상기 제1 내지 4격벽의 높이는 상기 정사각형의 바닥면의 한 변의 길이 보다 작은 크기를 가지는 WLO 조립체.
제1 웨이퍼;
상기 제1 웨이퍼의 상면에 배치되는 격자 배열의 제1 격벽;
상기 제1 격벽의 사이에 형성되는 복수의 제1 렌즈 형성부;
상기 제1 웨이퍼의 하면에 배치되는 제2 격벽;
상기 제2 격벽 사이에 형성되는 복수의 제2 렌즈 형성부;
상기 제1 웨이퍼의 하부에 배치되는 제2 웨이퍼;
상기 제2 웨이퍼의 상면에 배치되는 격자 배열의 제3 격벽;
상기 제3 격벽의 사이에 형성되는 복수의 제3 렌즈 형성부;
상기 제2 웨이퍼의 하면에 배치되는 제4 격벽; 및
상기 제4 격벽 사이에 형성되는 복수의 제4 렌즈 형성부를 포함하고,
상기 제2 격벽의 하면과 상기 제3 격벽의 상면은 면 접촉하고,
상기 제1 내지 제4 격벽은 상하 방향으로 오버랩(overlap)되고,
상기 제1 내지 제4렌즈 형성부는 상하 방향으로 오버랩(overlap)되며,
상기 제1 내지 제4 렌즈 형성부의 중심은 동축이 되도록 배치되어, 상기 제1 내지 제4 렌즈 형성부에서 사출되는 렌즈들의 중심이 정렬되고,
상기 제1 내지 제4렌즈 형성부의 단면적은 동일하며,
상기 제1웨이퍼의 하면으로부터 상기 제2격벽의 하면까지의 높이는 상기 제2렌즈의 높이 보다 크고,
상기 제2웨이퍼의 상면으로부터 상기 제3격벽의 상면까지의 높이는 상기 제3렌즈의 높이 보다 크며,
상기 제2렌즈와 상기 제3렌즈는 상하 방향으로 이격되는 WLO 조립체.