KR102128786B1 - 카메라 모듈의 초음파 접합장치 - Google Patents

Abstract

본 실시예에 의한 카메라 모듈의 초음파 접합장치는 스테이지; 상기 스테이지에 형성되어 접합 대상물이 삽입되는 안착홈부; 상기 스테이지 상측에 승강 가능하게 배치되는 열 압착장치; 및 상기 스테이지의 측면에 일정 거리 이격 배치되어, 상기 스테이지에 초음파를 가진 하는 초음파 가진장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

카메라 모듈의 초음파 접합장치{Ultrasonic bonding apparatus for Camera module}

본 실시예는 카메라 모듈의 초음파 접합장치에 관한 것이다.

카메라 모듈은 이미지 센서와 전기적 신호를 전달하는 이미지 센서가 실장되는 인쇄회로기판과, 상기 이미지 센서에 적외선 영역의 빛을 차단하는 적외선 차단필터 및 상기 이미지 센서에 화상을 전달하는 적어도 한 장 이상의 렌즈들로 구성되는 광학계를 포함할 수 있다. 이때, 상기 광학계에는 오토 포커싱 기능과 손떨림 보정 기능을 수행할 수 있는 액츄에이터 모듈이 설치될 수도 있다.

이와 같이, 이미지 센서를 인쇄회로기판에 실장 하거나, F-PCB와 같은 인쇄회로기판을 고온동시소성 세라믹(HTCC, High Temperature Co-fired Ceramic)과 같은 카메라 모듈 베이스와 통전 가능하게 연결하기 위한 방법은 다양하게 마련될 수 있다. 예컨대, 연결 대상 각각에 마련되는 전극과 패드를 와이어 본딩으로 접합시키는 와이어 본딩방식, 플립 칩 방식으로 접합시키는 플립칩 방식, 접합 대상물의 크기로 패키지를 실시하는 칩 스케일링 패키지 방식 등이 있을 수 있다. 각각의 방식에는 서로의 장/단점이 있으나 최근 메가 픽셀 급 카메라 폰 모듈이 생산됨에 따라 일반적으로 플립 칩 방식이 가장 많이 사용되고 있다.

플립 칩 방식은 와이어 본딩을 사용하지 않고 접합 대상물 각각에 마련되는 전극에 범프를 형성한 후 범프와 대응되는 접합물에 형성된 패드를 접합하는 방식으로 일반적으로 이방전도성 필름(ACF)를 사용하여 접합하는 공정을 많이 사용하고 있다.

예컨대, 범핑 방식으로 카메라 모듈을 제작하는 공정은 우선 전기적 신호를 전달하기 위한 인쇄회로기판(PCB, FPCB)과 이미지 센서를 정렬하여 플립 칩 접합한 후 이미지 센서의 상단부에 IR 필터가 증착 된 커버 글래스를 부착하고 하우징 되어 있는 광학렌즈를 실장하는 공정으로 나누어진다.

이러한 카메라 모듈의 제작 공정 중 사용되는 플랙시블 인쇄회로기판은 이미지센서와 기판 패드를 부착하는 연결부와 이미지센서에서 나오는 신호를 기기에 전달하는 단자부로 구성되어있으며 연결부와 단자부 연결하기 위한 배선부가 있고 이러한 배선부 만큼의 길이로 플랙시블 인쇄회로기판의 형상은 정하여지고 이러한 경우 핸드폰에 실장하는 경우 공간상의 문제가 발생할 수 있다.

이미지 센서의 범프와 플랙시블 인쇄회로기판의 패드를 부착하는 공정으로 기존에 사용하는 이방전도성 필름을 열 압착하여 접합하는 공정은 이미지 센서에 열을 직접 가하여 제작하는 공정으로 열에 의하여 이미지 센서가 충격을 받을 가능성이 있고 이미지 센서의 수광부 만큼은 오픈 공간으로 제작하여 이미지센서 범프와 기판의 패드만 선택적으로 접합을 실시해야 하므로 작업상의 불량이 발생할 가능성이 높다. 또한 이러한 이방전도성 필름을 사용하는 경우 고온 및 고습 등의 환경에 문제가 발생하여 신뢰성이 저하될 가능성이 높다.

한국 등록특허 제10-0653551호(2006.11.28.) 한국 등록특허 제10-0499328호(2005.06.24.)

본 실시예는 카메라 모듈에 가해지는 충격을 최소화할 수 있도록 구조가 개선된 카메라 모듈의 초음파 접합장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 실시예에 의한 카메라 모듈의 초음파 접합장치는 스테이지; 상기 스테이지에 형성되어 접합 대상물이 삽입되는 안착홈부; 상기 스테이지 상측에 승강 가능하게 배치되는 열 압착장치; 및 상기 스테이지의 측면에 일정 거리 이격 배치되어, 상기 스테이지에 초음파를 가진 하는 초음파 가진장치;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 안착홈부는 상기 접합 대상물의 둘레를 모두 지지하는 격벽; 및 상기 격벽들의 상부면에 오픈된 개구부;를 포함할 수 있다.

상기 열 압착장치는 상기 개구부를 마주보도록 배치되며, 가열 가압 시에는 하강하여 상기 안착홈부에 안착되는 접합 대상물에 접착되는 인쇄회로기판을 가열 가압할 수 있다.

상기 접합 대상물과 인쇄회로기판 사이에는 이방전도성 필름이 개재될 수 있다.

이때, 상기 이방전도성 필름은 상기 접합 대상물의 노출면에 도포되되, 상기 안착홈부 내부에 배치될 수 있다.

또한, 상기 이방전도성 필름은 상기 초음파 가진장치의 초음파 가진에 의해 이방전도성 필름 내의 접합입자인 솔더의 산화막을 제거하여 기판 사이 전기적 접속을 형성할 수 있다.

상기 초음파 가진장치는 상기 격벽에 초음파를 가진 할 수 있다.

상기 초음파 가진장치는 상기 접합 대상물의 중심축에 대하여 수직한 방향으로 상기 스테이지에 초음파를 가진 할 수 있다.

상기 스테이지는 금속재질로 형성될 수 있다.

상기 접합 대상물은 카메라 모듈이고, 상기 카메라 모듈은 고온 동시소성 세라믹으로 형성된 베이스부에서 상기 인쇄회로기판과 연결될 수 있다.

본 실시예의 다른 실시예에 따르면, 상기 열 압착장치와 접합 대상물 사이에 개재되는 탄성부재를 더 포함할 수 있는데, 상기 탄성부재는 고무부재(rubber member)로 마련될 수 있다.

스테이지에 카메라 모듈의 사방을 지지할 수 있도록 대응되는 안착홈부를 형성하므로, 초음파를 가진 하는 과정 중에 카메라 모듈이 안정적으로 지지될 수 있어 카메라 모듈과 인쇄회로기판의 본딩 정렬이 일정하게 유지될 수 있다.

또한, 스테이지를 통한 간접 가진 방식으로 동작하므로, 접합대상물이 변경되더라도 동일한 초음파 장치를 사용하는 것이 가능하므로, 대량 생산이 가능한 초음파 장비 제작이 용이하다.

또한, 초음파를 카메라 모듈에 직접 부가하지 않고, 스테이지를 통해 간접적으로 전달하기 때문에, 초음파로 인해 카메라 모듈이 손상되는 것을 방지할 수 있다.

도 1은 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 초음파 접합장치의 개략적인 구성도, 그리고,
도 2는 도 1의 초음파 가진 장치와 스테이지 및 카메라 모듈을 도시한 사시도 이다.

이하, 본 실시예를 도면을 참고하여 설명한다.

도 1은 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 초음파 접합장치의 개략적인 구성도, 그리고, 도 2는 도 1의 초음파 가진 장치와 스테이지 및 카메라 모듈을 도시한 사시도 이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 카메라 모듈의 초음파 접합장치는 스테이지(100), 열 압착장치(110) 및 초음파 가진장치(120)를 포함할 수 있다.

스테이지(100)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 접합 대상물(10)이 삽입되는 안착홈부(102)가 상기 접합 대상물(10)과 대응되는 형상으로 마련될 수 있으며, 상기 안착홈부(102)의 둘레는 격벽(101)이 형성될 수 있다. 상기 격벽(101)에 의해 상기 접합 대상물(10)은 움직이지 않고 접합 공정 중에 위치 고정될 수 있다. 또한, 상기 스테이지(100)는 초음파가 최대한 손실 없이 전달될 수 있도록 금속재질로 형성될 수 있다.

열 압착장치(110)는 상기 스테이지(100)에 안착된 접합 대상물(10)에 도포되는 이방전도성 필름(20)에 고온 고압을 가하는 장치이다. 열 압착장치(110)는 접속 대상인 두 전자부품들을 접속시키기 위하여, 접속 대상물(10)의 전극이 형성된 면 상부로 절연성의 열 경화성 폴리머 수지 및 전도성 금속 입자를 함유하는 이방전도성 필름(20)을 도포하고, 이를 다른 접속 대상 전자부품인 인쇄회로기판(30)의 전극과 정렬 한 후 열과 압력을 가하여 접합하는 역할을 수행한다. 상기 열 압착장치(110)는 도 1에 도시된 바와 같이, 화살표로 도시된 바와 같이, 양끝에 도시된 화살표 방향으로 열과 압력을 가하는 것이 좋으며, 중앙 부분은 접착 부분이 아니므로 아무런 힘과 열이 전달되지 않도록 형성할 수 있다.

초음파 가진장치(120)는 상기 스테이지(100)의 격벽(101)에 초음파를 가진 하여, 상기 스테이지(100)를 통해 간접적으로 상기 이방전도성 필름(20)에 초음파를 가진 하여, 접합 대상물(10)과 인쇄회로기판(30)을 통전 가능하게 접착할 수 있다. 즉, 상기 초음파 가진장치(120)의 초음파 가진에 의해 이방전도성 필름(20) 내의 접합입자인 솔더의 산화막을 제거하여 기판 사이 전기적 접속을 형성하는 것이 가능하다.

본 실시예에 따르면, 상기 초음파 가진장치(120)는 상기 접합 대상물(10)의 중심축에 대해 수직한 방향으로 초음파를 가진 할 수 있다. 예컨대, 상기 접합 대상물(10)이 카메라 모듈일 경우, 상기 카메라 모듈의 광축에 대해 수직한 방향으로 초음파가 가진 될 수 잇다. 이와 같이 초음파 가진 방향을 광축에 수직한 방향으로 하는 것은, 초음파 가진을 통해 카메라 모듈이 받게 되는 손상을 최소화 하기 위함이다.

이하에서는 상기 접합 대상물(10)을 카메라 모듈을 예로 하여 설명한다.

본 실시예는 카메라 모듈을 접합 대상물(10)로 하여, 이방전도성 필름(ACF)(20)의 개재로 인쇄회로기판(30)을 상기 접합 대상물(10)에 초음파 가진장치(120)의 초음파와 열 압착장치(110)의 열과 압력을 통해 접합하는 장치를 제공하는데 그 특징이 있다.

이때, 상기 카메라 모듈에는 고온 동시소성 세라믹(HTCC)로 형성되는 베이스부가 마련되어, 이 베이스부가 상기 인쇄회로기판(30)과 이방전도성 필름(20)의 개재를 통해 통전 가능하게 연결될 수 있다.

이방전도성 필름(20)은 막의 두께 방향으로는 도전성, 면 방향으로는 절연성이라는 전기 이방성 및 접착성을 가지는 고분자막으로, 니켈, 금/폴리머, 은 등의 도전성 입자들과 열경화성 또는 열가소성의 절연수지로 구성되어 있다. 이를 이용한 실장방법으로는 칩 또는 칩이 실장 된 연성회로기판(F-PCB)이나, 글라스 또는 경성 기판(rigid substrate) 사이에서 상부 및 하부 전극 간에 위치하면서 열과 압력을 동시에 받아 ACF 내 분산된 도전입자가 상부 및 하부 전극 사이에 기계적으로 접촉되어 형성된 전기적 연결에 의해 통전이 이루어지는 방식이다. 이 때 가해진 열에 의해 절연수지의 경화가 일어나서 강한 접착력을 갖게 된다.

저가의 접착제 제조공정과 이러한 접착제를 이용한 저가의 플립 칩 공정개발을 위하여 경화가 빠른 열경화성 에폭시 수지 또는 아크릴계 수지를 이용한 ACA(anisotropic conductive adhesive)도 상품화가 되었다. ACA 역시, 필름 형태(Anisotropic Conductive Film; ACF)와 페이스트(Anisotropic Conductive Paste; ACP) 형태로 구분할 수 있으며, 접속공정과 접착제의 제조공정의 간편성을 위해 최근 페이스트 형태의 접착제가 개발되고 있다. 또 초극미세피치 접속 및 저가격화를 위해 도전입자를 제거한 비전도성 필름(Non-conductive Film; NCF)도 있으며, 역시 페이스트 제품인 NCP도 있다.

본 실시예에 따른 이방전도성 필름(20)은 열 경화성 수지로 마련될 수 있으며, 초음파 가진장치(120)의 초음파 가진에 의해 경화가 이루어질 수 있는 스페이서 입자와 접합 입자를 포함할 수 있다. 상기 접합 입자는 무연 솔더 입자(lead free solder particle)이며, Sn, Sn/Bi계, Sn/Zn계, Sn/Ag계, Sn/Ag/Cu계, 또는 이들의 혼합물로 마련될 수 있다. 상기 스페이서 입자가 비 전도성인 경우, 에폭시, 폴리이미드, 실리콘, 아크릴, 폴리에스테르, 폴리술폰, 폴리스티렌, 알루미늄 산화물, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 티타늄 산화물, 다이아몬드, 또는 이들의 혼합물 인 것이 바람직하며, 상기 스페이서 입자가 전도성인 경우, 은, 금, 구리, 니켈, 탄소, 금속이 코팅된 폴리머, 고유 전도성 고분자(intrinsically conductive polymer), 또는 이들의 혼합물로 마련될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 스테이지(100)의 내부에 접합 대상물(10)이 이방전도성 필름(20)의 개재 하에 F-PCB와 같은 인쇄회로기판(30)과 접합될 수 있는데, 이러한 접합은 초음파 가진장치(120)의 초음파 인가와 열 압착장치(110)의 가열 가압을 통해 이루어질 수 있다. 이때, 상기 이방전도성 필름(20)에 초음파가 잘 전달될 수 있도록, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 이방전도성 필름(20)은 상기 접착 대상물(10)과 함께 안착홈부(102)의 내부에 배치되는 것이 좋다.

초음파의 인가란 상기 이방전도성 필름(20)에 초음파 진동이 전달 됨을 의미하며, 상기 초음파 진동은 소정의 압력을 동반한 진동을 포함한다. 이방전도성 필름(20)에 인가되는 초음파는 이방전도성 필름(20)에 폴리머 수지의 소성 변형을 유도하며, 이러한 소성변형에 의해 폴리머 수지는 자체적으로 발열하게 된다. 초음파 인가에 따른 폴리머 수지의 자체 발열에 의해 이방전도성 필름의 온도가 폴리머 수지의 경화 온도 이상으로 온도가 상승 되어 경화될 수 있다. 그러나, 대부분의 열은 상기한 열 압착장치(110)를 통해 전달되는 열과 압력을 이용한다. 또한, 이러한 초음파 가진은 이방전도성 필름(20) 내부에 마련된 솔더의 산화막을 제거하여 기판 사이의 전기적 접속을 가능하게 한다.

한편, 본 실시예에 따르면, 상기 접합 대상물(10)과 열 압착장치(110)의 사이에 탄성부재(40)를 개재하는 것이 좋은데, 상기 탄성부재(40)는 고무부재로 형성될 수 있다. 상기 탄성부재(40)는 상기 열 압착장치(110)에서 가해지는 열과 압력의 평탄도를 유지하기 위해 개재되는 것으로, 이와 같은 탄성부재(40)에 의해 접합 대상물(10)의 손상을 최소화한 상태로 열과 압력을 가할 수 있다.

이때, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 스테이지(100)는 접합 대상물(10)과 대응되는 형상의 안착홈부(102)를 포함하여, 상기 접합 대상물(10)의 둘레를 격벽(101)에 의해 지지할 수 있다. 따라서 초음파 가진 및 열과 압력을 가하는 접합 공정(bonding process) 중에, 접합 대상물(10)이 접합 위치에서 이탈하여 정렬이 틀어지는 것을 방지할 수 있다.

또한, 초음파는 카메라 모듈과 같은 접합 대상물(10)에 직접 전달되는 것이 아니라, 스테이지(100)를 통해 간접적으로 이방전도성 필름(20)에 전달되므로, 초음파가 카메라 모듈을 직접적으로 전달될 때 발생할 수 있는 카메라 모듈의 손상과 같은 불량 발생을 최소화할 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; 접합 대상물 20; 이방전도성 필름
30; 인쇄회로기판 40; 탄성부재
100; 스테이지 101; 격벽
102; 안착홈부 110; 열 압착장치
120; 초음파 가진장치

Claims (12)

1. 카메라 모듈과 인쇄회로기판을 이방전도성 필름을 통해 접착하는 카메라 모듈의 초음파 접합장치로서,
   스테이지;
   상기 스테이지에 형성되어 카메라 모듈이 삽입되는 안착홈부;
   상기 스테이지의 위에 승하강 가능하게 배치되는 열 압착장치; 및
   상기 스테이지의 측방에 배치되고, 상기 스테이지에 초음파를 제공하는 초음파 가진장치를 포함하고,
   상기 스테이지는 상기 초음파 가진장치가 상기 스테이지에 상기 초음파를 제공하는 방향으로 상기 이방전도성 필름과 오버랩되도록 형성되는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 안착홈부는 상기 카메라 모듈의 둘레를 지지하는 격벽과, 상기 격벽의 상부면에 오픈된 개구부를 포함하는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 열 압착장치는 상기 개구부를 마주보도록 배치되며, 가열 가압 시에는 하강하여 상기 인쇄회로기판을 가열 가압하는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 이방전도성 필름과 접착하는 상기 카메라 모듈의 노출면은 상기 스테이지의 상면보다 낮은 위치에 배치되는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 이방전도성 필름은 상기 카메라 모듈의 상기 노출면에 도포되고,
   상기 이방전도성 필름 전체가 상기 안착홈부의 내부에 배치되는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
6. 제4항에 있어서,
   상기 이방전도성 필름은 상기 초음파 가진장치의 초음파 가진에 의해 상기 이방전도성 필름 내의 접합입자인 솔더의 산화막을 제거하여 전기적 접속을 형성하는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
7. 제2항에 있어서,
   상기 초음파 가진장치는 상기 격벽에 초음파를 가진 하는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 초음파 가진장치는 상기 카메라 모듈의 중심축에 대하여 수직한 제1방향으로 상기 스테이지에 초음파를 가진 하고,
   상기 스테이지는 상기 제1방향으로 상기 이방전도성 필름와 오버랩되는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 스테이지는 금속재질로 형성되는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 카메라 모듈은 고온 동시소성 세라믹으로 형성되는 베이스부를 포함하고,
    상기 카메라 모듈의 상기 베이스부는 상기 이방전도성 필름을 통해 상기 인쇄회로기판과 연결되는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
11. 제1항에 있어서,
    상기 열 압착장치와 상기 카메라 모듈 사이에 개재되는 탄성부재를 포함하는 카메라 모듈의 초음파 접합장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 탄성부재는 고무부재(rubber member)인 카메라 모듈의 초음파 접합장치.

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