KR102311872B1 - 솔더젯을 이용한 자동차용 카메라 모듈 조립 구조 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 복수의 렌즈 요소가 렌즈 배럴에 조립된 렌즈; 이미지센서를 포함하는 회로기판; 전방에 렌즈가 조립되고, 후방에 회로기판이 조립되는 전방 하우징; 및 전방 하우징의 후방에 결합되어 렌즈와 회로기판을 밀봉하는 후방 하우징을 포함하되, 전방 하우징은 후방으로 돌출 형성되는 복수의 포스트, 포스트 각각의 종단 면에서 포스트 보다 작은 단면적을 가지고 각각 돌출 형성되는 핀을 포함하고, 회로기판은 핀 각각을 적어도 부분적으로 수용하는 도금관통구멍을 포함하며, 전방 하우징과 회로기판은, 핀과 도금관통구멍이 소정의 조립 틈새를 가지도록 가조립되고, 가조립 상태에서 렌즈와 이미지센서는 광학 정렬이 수행되고, 레이저 솔더젯 본딩 공정으로 조립 틈새를 솔더링 함으로써 고정되는 자동차용 카메라 모듈에 관한 것이다.

Description

솔더젯을 이용한 자동차용 카메라 모듈 조립 구조{Assembly Structure for Vehicle Camera Module Using Solder Jet}
본 발명은 차량에 적용되는 카메라의 조립 구조에 관한 것이다. 보다 상세하게는 솔더젯을 이용한 렌즈와 이미지센서의 광학 정렬 후 조립 구조에 관한 것이다.
이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.
최근 출시되는 자동차는 적어도 하나의 카메라를 포함하고, 고급 차종일수록 다수의 카메라가 사용된다. 예컨대, 주차보조 시스템을 장착한 차량의 경우 차량 주변으로 더 넓은 범위를 촬영하기 위하여 탑재되는 카메라의 개수가 증가하고 있다.
카메라는 ADAS(Advanced Driver Assistance System) 및 자율주행자동차에 필수적인 구성 요소이다. ADAS의 예로는 자동긴급제동(AEB: Autonomous Emergency Braking), 전방충돌방지보조(FCA: Forward Collision Assist), 전방충돌경고(FCW: Forward Collision Warning), 차선이탈방지(LKA: Lane Keep Assist), 차로이탈경고(LDW: Lane Departure Warning), 차로유지보조(LFA: Lane Following Assist), 차선유지지원(LKAS: Lane Keeping Assistant System), 후측방충돌회피(ABSD: Active Blind Spot Detection), 어라운드 뷰 모니터링(AVM: Around View Monitoring), 하향등제어보조(LBA: Low Beam Assist), 운전자주의경고(DAW: Driver Attention Warning), 스마트 크루즈 컨트롤(SCC: Smart Cruise Control) 등이 있다.
미국 도로교통안전국(NHTSA)에 따르면, 주요 완성차 메이커들은 전면충돌 경고 기능 및 자동 브레이크 기능을 2022년부터는 신차 기본사양으로 도입할 예정이다. 카메라는 레이더(radar), 라이다(LiDAR: Light Detection and Ranging)와 더불어 자율주행시스템의 주요 구성요소이다. 장애물, 차선, 도로표지, 교통신호 등은 레이더 또는 라이다보다 카메라에 의해 감지되는 것이 유리한 경우가 많다.
차량용 카메라는 이미지센서와 렌즈 등이 조립된 하나의 모듈 형태로 공급된다. 회로기판에 이미지센서가 부착되는 과정에서, 또는 복수의 렌즈 요소가 렌즈 배럴에 조립되는 과정에서 광축 정렬 상태가 틀어질 수 있다. 틀어진 광축으로 인해 부정확한 영상이 제공되면 주차 가이드나 자동주행의 성능이 저하된다. 따라서, 각각의 카메라 모듈은 광학성능을 보장하기 위해 렌즈와 이미지센서를 서로 고정하기 전에 6축 광학 정렬(6-axis optical alignment)이 수행된다(특허문헌 1, 2 참조).
한편, 정렬 후 고정에는 주로 수지접착제(polymer adhesive)가 사용된다. 수지접착제는 경화과정에서의 치수 변화, 느린 경화 속도, 낮은 유리전이온도(glass transition temperature) 등의 특성을 가진다. 치수 변화와 느린 경화 속도로 인해 품질과 생산성이 저하된다. 카메라의 작동보증 온도(operational temperature)가 수지접착제의 유리전이온도에 근접하면 접착부위가 변형되어 광축 정렬 정밀도가 저하될 수 있다. 따라서, 신뢰도가 높은 고성능 카메라 모듈을 제공하기 위해서는 정확한 광축 정렬상태를 보장할 수 있는 개선된 카메라 조립 구조가 요구되고 있다.
도 1은 종래의 카메라 모듈의 조립 구조를 나타내는 분해사시도이다.
도 1을 참조하면, 자동차용 카메라 모듈(1, 1`)은 촬영 영역과 가까운 전방으로부터 후방으로 배치되는 렌즈(10), 전방 하우징(20), 회로기판(30) 및 후방 하우징(50)을 포함한다.
렌즈(10)는 복수의 렌즈 요소(100)를 렌즈 배럴(lens barrel, 110) 내에 고정하고, 렌즈 배럴(110)의 전방을 리테이너(retainer, 120)로 마감(close)하여 조립된다. 렌즈(10)는 전방 하우징(20)에 사전에 조립되고, 이미지센서(40)는 회로기판(30) 상에 실장된다. 전방 하우징(20)과 회로기판(30)은 렌즈(10)와 이미지센서(40)의 조립 오차가 보정되도록 광학 정렬된(optically aligned) 후에 조립된다. 카메라 모듈(1, 1`)은 렌즈(10) 및 회로기판(30)이 외부 환경에 의해 오염되는 것이 방지되도록 전방 하우징(20) 및 후방 하우징(50) 내에 수용되고 밀봉된다.
고해상도 이미지센서는 픽셀 피치(pixel pitch)가 수 미크론에 불과할 정도로 매우 정밀하다. 반면 복수의 렌즈 요소(100), 렌즈 배럴(110), 전방 하우징(20), 이미지센서(40) 및 회로기판(30)이 서로 조립되는 부분은 이미지센서(40)의 분해능(resolution)에 비해 상대적으로 큰 조립 오차를 포함한다. 통상, 이미지센서(40)는 회로기판(30) 상에 BGA(Ball Grid Array, 미도시)를 형성하고 리플로우(reflow) 공정으로 솔더링(soldering)되는데, 이 과정에서 BGA의 불균일한 변형 등으로 인해 이미지센서(40)의 위치가 틀어질 수 있다. 도전성 접착제(미도시)를 매개로 부착되는 경우에도 마찬가지로 정렬 상태가 변할 수 있다.
렌즈(10)와 이미지센서(40)가 정확히 정렬되지 않으면 카메라 모듈(1, 1`)은 왜곡된 영상을 얻게 된다. 즉, 광학 정렬이 어긋난 카메라 모듈(1, 1`)은 주차 가이드나 자동 주행 기능과 같은 정확성을 요하는 ADAS 기능의 신뢰성을 떨어뜨린다. 정확한 광학 정렬이 렌즈(10)와 이미지센서(40)가 고정되기 전에 수행되는 것이 바람직하다. 정확한 광학 정렬을 위하여, 렌즈(10)의 전방에는 검보정(calibration)을 위한 테스트 패턴을 포함하는 마스터차트(master chart, 미도시)가 배치되고, 이미지센서(40)의 영상을 이용하여 정렬 오차를 파악하여 6축 광학 정렬이 수행될 수 있다.
광학 정렬이 완료된 상태에서 결합 부위에 사전에 도포된 수지접착제(91, 92)를 경화시키면 렌즈(10)와 이미지센서(40)가 최종적으로 고정된다. 도 1의 (a)는 렌즈 배럴(110)과 전방 하우징(20)이 광학 정렬 이전에 조립된 경우를, 도 1의 (b)는 전방 하우징(20)과 회로기판(30)이 광학 정렬 이전에 조립된 경우를 각각 나타낸다. 수지접착제(91, 92)는 도 1의 (a)와 같이 전방 하우징의 후방과 회로기판 사이에 적용될 수 있고, 혹은 도 1의 (b)와 같이 전방 하우징의 전방과 렌즈 배럴의 후방 사이에 적용될 수 있다.
수지접착제(91, 92)는 UV경화(UV curing) 또는 열경화(heat curing) 되는 재료일 수 있다. 또는 1차로 UV경화 후, 2차로 열경화가 수행될 수 있다. 구체적으로, UV경화로 먼저 가경화시켜 고정한 후 광학 정렬 플랫폼(미도시)에서 카메라(1, 1`)를 탈거한 후 오븐에서 열경화시켜 수지 경화를 완료한다.
UV경화는 경화속도가 빠르기는 하지만 렌즈 배럴(110), 전방 하우징(20), 회로기판(30) 등 불투명한(opaque) 부품들의 좁은 조립 틈새에 적용되는 경우, UV광이 틈새 내부까지 적절히 조사되기(illuminated) 어려울 수 있다. 열경화는 경화에 상당한 시간이 소요되며, 접착 부위 이외에도 주변 부품에 열이 전달되어 열변형을 초래하고 최종적인 조립품의 조립 정밀도에 영향을 줄 수 있다. 그럼에도 불구하고, 렌즈(10)와 이미지센서(40)의 6축 광학 정렬을 수행한 후 고정하는 방법으로는 기계적인 조립 방법보다 수지접착제(91, 92)를 이용하는 방법이 유리하다. 요구되는 6축 광학 정렬 정밀도는 기계적인 조립에 따른 응력(stress) 영향이 배제되기 어려운 수준으로 높기 때문이다.
한편, UV경화형 수지 및 열경화형 수지는 중합(polymerization)이 일어나며 경화되는 과정에서 다소간 체적이 변한다. 이로 인해 결합부위에는 잔류응력(residual stress)이 남을 수 있고, 광학 정렬 상태가 틀어질 수 있다. 또한, 근래의 자동차용 카메라는 예를 들어, 종래의 75 ℃ 수준보다 높은 85 ℃ 수준의 고온에서의 작동보증이 요구되고 있다. 접착 부위가 수지접착제(91, 92)의 유리전이온도에 근접하면 수지접착제(91, 92)의 고분자사슬 간의 간격이 멀어짐에 따른 체적 변화가 발생될 수 있고, 장시간 고온에 노출되면 영구 변형될 수도 있다. 즉, 이미지센서(40)가 고해상도가 되고 작동보증 온도가 높아지면 수지접착제(91, 92)의 사용은 바람직하지 않을 수 있다.
한국등록특허 제10-1409322호 (2014.06.12) 한국공개특허 제10-2018-0000126호 (2018.01.02)
본 발명의 실시예들은 광학 정렬이 완료된 렌즈와 이미지센서를 정밀하게 고정할 수 있고, 예컨대 85 ℃ 수준의 고온 동작환경에서도 변형이 작아 고품질의 이미지를 얻을 수 있는 자동차용 카메라 모듈의 조립 구조를 제공하는 데 주된 목적이 있다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 자동차용 카메라 모듈은, 복수의 렌즈 요소가 렌즈 배럴에 조립된 렌즈; 이미지센서를 포함하는 회로기판; 전방에 렌즈가 조립되고, 후방에 회로기판이 조립되는 전방 하우징; 및 전방 하우징의 후방에 결합되어 렌즈와 회로기판을 밀봉하는 후방 하우징을 포함하되, 전방 하우징은 후방으로 돌출 형성되는 복수의 포스트, 포스트 각각의 종단 면에서 포스트 보다 작은 단면적을 가지고 각각 돌출 형성되는 핀을 포함하고, 회로기판은 핀 각각을 적어도 부분적으로 수용하는 도금관통구멍을 포함하며, 전방 하우징과 회로기판은, 핀과 도금관통구멍이 소정의 조립 틈새를 가지도록 가조립되고, 가조립 상태에서 렌즈와 이미지센서는 광학 정렬이 수행되고, 레이저 솔더젯 본딩 공정으로 조립 틈새를 솔더링 함으로써 고정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 광학 정렬은, 렌즈가 조립된 전방 하우징 또는 이미지센서가 실장된 회로기판을 6축 방향으로 미세 이동시킴으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 조립 틈새는, 포스트의 종단 면과 회로기판의 전방 면 사이의 틈새 및 핀과 도금관통구멍 사이의 틈새로 정의하고, 렌즈와 이미지센서의 광학 정렬에 필요한 6축 방향의 미세 이동을 허용하도록 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 도금관통구멍은 전해 금도금 된 것을 특징으로 한다.
또한, 핀은 니켈 도금된 것을 특징으로 한다.
또한, 레이저 솔더젯 본딩 공정은 Sn-Bi계 솔더볼을 이용하는 공정인 것을 특징으로 한다.
또한, 솔더볼은 Sn-58Bi 합금 소재인 것을 특징으로 한다.
또한, 전방 하우징과 후방 하우징의 결합 부위는 레이저 용접되는 것을 특징으로 한다.
또한, 전방 하우징과 후방 하우징의 결합 부위는 원통형으로 형성되고, 원통형 부위의 회전축을 중심으로 회전시키면서 레이저 용접은 단일 초점 위치에서 수행되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 차량용 카메라 모듈에서 이미지센서와 렌즈는 광축이 정렬된 후, 레이저 솔더젯 본딩 공정(laser solder jet bonding process)을 이용하여 가결합부(temporary coupled parts)의 틈새를 솔더볼(solder ball)로 채워 고정한다. 가결합부 틈새는 전방 하우징(front housing)의 후방에 형성된 복수의 핀과 이들 핀을 수용하는 회로기판의 도금관통구멍(plated through-hole) 사이에 형성된다. 틈새가 금속 소재인 솔더볼로 채워져 순간적으로 응고됨으로써 조립공정 전후의 광축 정렬상태가 보장되고, 높은 작동보증 온도를 제공할 수 있는 효과가 있다.
또한, 광학 정렬 후의 가결합부 틈새에 대한 정보를 바탕으로 솔더젯을 분사할 위치, 각도, 개수 등을 선정함으로써 솔더링 품질이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 종래의 카메라 모듈의 조립 구조를 나타내는 분해사시도이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 카메라 모듈의 구성 요소를 나타내는 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전방 하우징과 회로기판의 조립 구조를 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 카메라 모듈 조립 구조를 고정하는 레이저 솔더젯 본딩 공정을 나타내는 개념도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전방 하우징의 핀 및 회로기판의 도금관통구멍을 예시한다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 카메라 모듈의 광학 정렬을 고려한 핀과 도금관통구멍 사이의 조립 공차를 예시한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방 하우징과 후방 하우징의 결합방식을 나타내는 사시도이다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 카메라 모듈의 구성 요소를 나타내는 분해사시도이다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈 배럴에 해당하는 구조가 내부에 일체로 형성된 전방 하우징을 나타내는 분해사시도이다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 전방 하우징에 별도 조립되는 핀 부품의 실시예들을 나타내는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 전방 하우징의 보스에 삽입 결합되는 형태의 핀 부품의 실시예들을 예시한다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 전방 하우징에 돌출 형성된 핀에 도금 쉘이 삽입 결합되는 실시예들을 예시한다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 전방 하우징에 동시 사출되는 핀의 실시예들을 예시한다.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 다각형 머리 형상을 가지는 핀의 실시예들을 예시한다.
도 15는 본 발명의 제5실시예에 따른 종단으로 갈수록 단면이 감소하는 형태의 머리 형상을 가지는 핀의 실시예를 예시한다.
도 16은 본 발명의 제6실시예에 따른 스크류가 전방 하우징의 보스에 나사 결합되는 조립 구조를 예시한다.
도 17은 본 발명의 제6실시예에 따른 도금관통구멍과 스크류의 조립공차를 예시한다.
도 18은 본 발명의 제7실시예에 따른 회로기판의 모서리를 이용한 조립 구조를 나타내는 사시도이다.
도 19는 본 발명의 제7실시예의 변형 실시예로서, 회로기판의 측면 부위를 이용한 조립 구조를 나타내는 사시도이다.
도 20은 본 발명의 제8실시예에 따른 솔더볼 진입부와 가까울수록 틈새가 넓어지도록 형성된 도금관통구멍을 포함하는 조립 구조를 예시한다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 '포함', '구비'한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 '…부', '모듈' 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
본 발명자들은 자동차용 카메라 모듈에 있어서, 렌즈(10)가 조립되는 전방 하우징(20)과 이미지센서(40)가 실장되는 회로기판(30)을 상호 고정하기 위해, 수지접착제(91, 92) 대신 솔더젯에 의한 솔더볼로 고정하는 방법을 이용하는 조립 구조 및 방법을 고안하였다. 이 구조는 높은 조립 정밀도, 생산성 및 작동보증 온도를 갖는다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 카메라 모듈의 구성 요소를 나타내는 분해사시도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 카메라 모듈(2)은 렌즈(10), 전방 하우징(21), 회로기판(30) 및 후방 하우징(50)을 포함한다. 전방 하우징(21)의 후방에는 복수의 핀(200)이 포함되고, 회로기판(30)에는 복수의 핀(200) 각각을 수용하는 도금관통구멍(300)이 형성된다. 핀(200)과 도금관통구멍(300)은 가결합되고, 6축 광학 정렬이 수행될 수 있는 충분한 틈새를 제공하도록 형성된다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 전방 하우징과 회로기판의 조립 구조를 나타내는 사시도이다.
도 3을 참조하면, 복수의 핀(200) 및 복수의 도금관통구멍(300)은 3개가 쌍으로 배치된 경우를 도시하고 있지만, 이에 한정하는 것은 아니며 4개 이상일 수도 있고, 더 작은 개수가 형성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 제1실시예에 따른 카메라 모듈 조립 구조를 고정하는 레이저 솔더젯 본딩 공정을 나타내는 개념도이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 가결합부 틈새(310)는 도 4에 도시된 바와 같은 레이저 솔더젯 본딩 공정을 이용하여 레이저(944)로 용융되고 압축기체(946)에 의해 분사되는 솔더볼(942)에 의해 고정된다. 도 3의 (b)를 참조하면, 렌즈(10)와 이미지센서(40)는 회로기판(30)의 후방이 위쪽으로 오도록 가조립되어 6축 광학 정렬이 수행되는 플랫폼(미도시)에 배치될 수 있다. 레이저 솔더젯 본딩 장비(미도시)는 회로기판(30)의 후방에 이격되어 배치될 수 있다. 솔더볼(942)을 임의의 위치에서 임의의 각도로 분사하도록 레이저 솔더젯 본딩 장비는 5축 움직임이 가능한 구동계(예를 들어 로봇 암, 미도시)에 탑재될 수 있다. 또한, 레이저 솔더젯 본딩 장비는 도금관통구멍(300)과 동일한 개수가 배치되어 구동계의 이동을 최소화함으로써 생산성을 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 따른 전방 하우징의 핀 및 회로기판의 도금관통구멍을 예시한다.
도 6은 본 발명의 제1실시예에 따른 카메라 모듈의 광학 정렬을 고려한 핀과 도금관통구멍 사이의 조립 공차를 예시한다.
도 5 및 도6을 참조하면, 핀(200)을 수용하는 회로기판(30)의 관통구멍은 도금관통구멍(300)로 형성된다. 복수의 핀(200)은 전방 하우징(21)의 후방에서 돌출되는 2단 원통형 기둥 형태이다. 회로기판(30)의 도금관통구멍(300)에 수용되는 핀 부분(pin portion, 204)이 핀 부분(204)의 직경보다 더 큰 직경을 갖는 원통형인 포스트(post, 202)의 종단에 형성됨으로써, 회로기판(30)의 후방으로부터 이격된 위치의 노즐(940)로부터 분사되어 도금관통구멍(300)과 핀(200) 사이의 틈새에 침투하는 액상인 솔더볼(942)이 포스트(202)의 환형인 측면(203)과 회로기판(30)의 전방 사이의 틈새(312) 및 핀 부분(204)과 도금관통구멍(300)의 내측면 사이의 틈새(310)에만 채워질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 도금관통구멍(300)은 전방 하우징(21)과 회로기판(30)을 구조적으로 결합하는 목적으로 사용되므로 박리 강도가 높은 전해 금도금(electrolytic gold-plating)된 것이 바람직할 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 또한, 복수의 핀(200)은 솔더링이 용이하도록 니켈 도금된 것일 수 있다.
포스트(202)의 높이는 렌즈(10)의 초점거리, 렌즈(10)와 이미지센서(40) 간의 거리 등을 고려하여 선정될 수 있다. 6축 광학 정렬은 X, Y, Z 방향의 미세한 평행이동, X, Y, Z축을 중심으로 한 미세한 회전(예를 들어, 롤(roll), 요(yaw), 피치(pitch))을 통해 수행된다. 도금관통구멍(300)과 핀(200) 사이의 틈새(310, 312)는 요구되는 6축 미세조정량을 고려하여 선정될 수 있다.
6축 광학 정렬은 예를 들어, 전방이 광학 정렬을 위한 플랫폼의 하부를 향하도록 렌즈(10)를 배치하고, 렌즈(10) 전방에 검보정을 위한 테스트 패턴을 포함하는 마스터차트를 배치하여, 회로기판(30)에 실장된 이미지센서(40)로부터 얻어지는 영상을 분석하여 위치 보정량을 계산하고 이에 따라 회로기판(30)을 6축 이동시켜 보정함으로써 수행될 수 있다.
광학 정렬이 완료되면, 레이저 솔더젯 본딩 장비를 이용해 틈새 부위에 솔더볼(942)을 채워 넣어 응고시킴으로써 전방 하우징과 회로기판의 조립이 완료된다. 솔더볼(942)의 크기, 솔더볼(942)의 분사 전 온도, 솔더볼(942)의 입사 각도, 노즐과 틈새 사이의 거리 등은 핀과 도금관통구멍의 구조와 열역학적 특성을 고려하여 선정될 수 있다. 레이저 솔더젯 본딩 장비의 노즐로부터 분사되는 솔더볼(942)의 직경은 예를 들어 0.9 내지 1 mm일 수 있다.
솔더볼(942)은 레이저(944)로 가열되어 액상인 상태로 노즐(940)로부터 분사되어 핀(200)과 도금관통구멍(300) 사이의 솔더링 될 부위의 온도를 국부적으로 상승시키며 틈새(310, 312)를 충진한 후 빠른 속도로 응고된다. 이 과정은 매우 짧은 시간에 순간적으로 이루어지며 응고된 솔더볼(942)의 실온으로의 온도 하강에 따른 체적 변화는 수지접착제(91, 92)와 비교하면 적어도 1/3배 이하로 작은 수준이다.
솔더볼(942)의 재질로는 융점이 낮은 재질이 선호되는데, 융점이 139 ℃ 수준인 Sn-Bi계 재질이 사용될 수 있다. 이는 솔더 재료로서는 비교적 낮은 온도이지만 자동차용 카메라 모듈에 적용되어 작동보증 온도, 예컨대 85 ℃에서 사용되기에는 충분히 높은 수준이다. 구체적으로 솔더볼(942) 재질은 Sn-58Bi 합금일 수 있다. Sn-58Bi의 열팽창계수는 15x10-6/℃이다.
Sn-Bi계 합금은 220~250 ℃ 범위에서 퍼짐율(spreading ratio)이 약 78~80 % 정도이며, 접촉각이 약 18°(degree) 정도이다. 이와 같이 높은 퍼짐율과 낮은 접촉각은 핀(200)과 도금관통구멍(300)의 가결합부 틈새(310)에 솔더볼(942)이 침투되기에 적합한 특성이다. 융점이 높은, 예컨대 250 ℃ 이상인 솔더 재질은 회로기판 재료의 열화, 솔더 접합부에서의 금속 화합물층의 과도한 성장 등의 단점 때문에 접합 강도 저하, 피로 파괴 등이 초래될 수 있기 때문에 이와 같은 저융점 솔더가 바람직할 수 있다.
또한, Sn-Bi 계 솔더 재료는 Sn-Pb 또는 Sn-Ag-Cu 계 솔더 재료보다 상대적으로 높은 항복 강도(yield strength)를 가진다. 다만 탄성변형 범위(elastic deformation region)가 좁고, 취성(brittleness)이 조금 증가하지만, 좁은 틈새에 충진되는 형태로 사용되는 본 실시예와 같은 경우에는 문제가 되지 않을 수 있다. Sn-Bi 재료는 상대적으로 넓은 응고 범위, 예컨대 139~190 ℃를 가지기 때문에 솔더가 응고할 때 고상/액상이 공존하는 시간이 길어져 편석(segregation)이 형성될 소지가 크다. 반면 본 실시예와 같은 경우, 핀(200)과 도금관통구멍(300)의 틈새(310, 312)에 충진된 솔더볼(942)이 얇게 퍼지고 상대적으로 급격하게 냉각되어 응고 온도 범위를 빠르게 벗어나므로 결과적으로 취성이 커지지 않을 수 있다.
한편, 복수의 핀(200)과 도금관통구멍(300) 각각은 6축 광학 정렬 이후 서로 다른 틈새 간극을 가질 수 있다. 예를 들어, 핀(200)을 중심으로 특정 방향으로 더 큰 틈새가 형성될 수 있다. 이를 고려하여, 6축 광학 정렬이 이루어지는 회로기판(30)의 후방에는 핀(200)과 도금관통구멍(300)의 정렬 상태를 모니터링하는 검사카메라(미도시)가 추가 배치될 수 있다. 검사카메라는 정렬의 결과 핀(200)과 도금관통구멍(300) 각각이 형성하는 틈새의 상태를 파악한다. 레이저 솔더젯 본딩 장비는 5축 움직임이 가능하도록 형성될 수 있으며, 검사카메라에 의해 파악된 각각의 틈새를 고려하여 솔더볼(942)이 분사될 위치 및 각도가 최적화될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 솔더젯 본딩 공정을 이용한 고정 방법은 수지접착제(91, 92)에 비해 다음과 같은 점에서 유리하다.
수지접착제(91, 92)가 이용되는 경우, 6축 광학 정렬 플랫폼은 접착제 도포를 위한 디스펜서(dispenser, 미도시), UV경화를 위해 자외선을 조사하는 UV조사부(UV illuminator, 미도시)를 포함하여 구성된다. 요구되는 결합 강도를 확보하기 위해서 열경화를 위한 오븐(미도시)도 추가로 필요하다. 반면, 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 솔더젯 본딩 장비는 회로기판(30)으로부터 적절히 이격된 위치에 노즐(940)이 위치될 수 있기만 하면 되므로 6축 광학 정렬 플랫폼에 용이하게 설치될 수 있다.
특히, 접착제 도포, UV경화 등에 소요되는 시간에 비하면 솔더볼(942)은 틈새 주입 및 응고가 수지접착제(91, 92)와는 비교가 안될 정도로 빠르게 순간적으로 완료될 수 있다. 따라서, 고정 전후의 정렬 상태가 변화될 가능성이 현저히 줄어든다.
일반적으로 평면 상의 전극패드나 노출된 리드 핀(lead pin)에 적용되는 솔더젯에 비해 틈새에 실시되는 솔더젯은 공정 품질을 확보하기가 까다롭다. 예를 들어, 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈 조립의 경우와 같이 조립 틈새가 좁은 경우 솔더볼(942)을 틈새에 균일하게 채우는 것이 쉽지 않을 수 있다. 또한, 레이저 솔더젯 본딩 공정이 주로 적용되는 편평한 기판 상의 작은 전극패드와 비교하여 상대적으로 열용량이 큰 핀(200)에 적용되는 본 발명의 일 실시예와 같은 경우, 냉납이 발생될 확률이 있다. 솔더젯 품질을 확보하기 위한 개선된 형태의 조립 구조는 후술하는 실시예들을 통해 추가로 설명된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전방 하우징과 후방 하우징의 결합방식을 나타내는 사시도이다.
렌즈(10)와 이미지센서(40)의 광축 정렬이 완료되면 전방 하우징(21, 22)과 후방 하우징(50)이 조립되고 전방 하우징(21, 22)과 후방 하우징(50, 52)의 결합부(500, 520)를 밀봉함으로써 자동차용 카메라 모듈(2, 2`)의 조립이 완료된다. 예컨대 전방 하우징(21, 22)과 후방 하우징(50, 52)이 금속 소재인 경우, 전방 하우징(21, 22)과 후방 하우징(50, 52)의 조립 경계인 결합부(500, 520)는 레이저 용접을 이용하여 밀봉이 완료될 수 있다.
도 7의 (a)와 같이 전방 하우징(21)의 결합부(500)가 대략 사각형인 경우, 카메라 모듈(2)은 광축(96)을 중심으로 회전되고, 레이저는 초점 위치가 결합부(500)의 용접 위치에 상응하도록 카메라 모듈(2)의 회전에 따라 용접 부위와의 거리가 조정될 수 있다. 한편, 전방 하우징(22)과 후방 하우징(52)의 외관은 도 7의 (b)와 같이 원통형으로 형성될 수 있다. 카메라 모듈(2`)은 광축(96`)을 중심으로 회전되고 레이저는 별도의 초점 위치 조정 없이 고정된 상태로 용접이 수행될 수 있어 공정이 단순화될 수 있다.
도 8은 본 발명의 제2실시예에 따른 카메라 모듈의 구성 요소를 나타내는 분해사시도이다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 전방 하우징(23)은 렌즈 배럴(110)에 해당하는 렌즈 배럴 구조(240)가 일체로 형성된다. 복수의 렌즈 요소(100)는 전방 하우징(23)에 구비된 렌즈 배럴 구조(240)에 장착되고, 전방 하우징(23)의 전방에 리테이너(120)가 조립됨으로써 전방 하우징(23)과 렌즈(10)가 일체로 조립된다.
도 9는 본 발명의 제2실시예에 따른 렌즈 배럴에 해당하는 구조가 내부에 일체로 형성된 전방 하우징을 나타내는 분해사시도이다.
도 9를 참조하면, 렌즈(10)가 전방 하우징(23)에 직접 조립됨으로써 본 발명의 제1실시예와 비교하여 조립 공정이 간소화되고 조립 오차가 감소할 수 있다. 제1실시예의 경우, 복수의 렌즈 요소(100)는 렌즈 배럴(110)에 조립된 후, 렌즈 배럴(110)이 전방 하우징(21)에 조립되고 이미지센서(40)와의 광축 정렬이 수행된다. 제2실시예의 경우, 복수의 렌즈 요소(100)는 전방 하우징(23)의 렌즈 배럴 구조(240)에 조립된 후 이미지센서(40)와의 광축 정렬이 수행되므로 조립 부위가 줄어 결과적으로 조립 오차가 감소할 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나, 복수의 렌즈 요소(100)는 제1렌즈군 및 제2렌즈군으로 구분될 수 있다. 렌즈 전방에 배치되는 제1렌즈군은 렌즈의 화각이 달라지도록 다양한 형태로 구성될 수 있다. 렌즈 후방에 배치되는 제2렌즈군은 동일한 형태일 수 있다. 즉, 동일한 제2렌즈군에 대해 제1렌즈군을 변경함으로써 렌즈는 다양한 화각으로 구성될 수 있다.
일반적으로 줌 렌즈는 복수의 렌즈 요소가 서로 다른 군(group)으로 묶여 렌즈 내부에서 이동함으로써 화각이 변경될 수 있다. 또는, 일부의 내부 렌즈 군의 형태를 변경하는 것으로도 화각이 변경될 수 있다.
한편, 일반적으로 광각렌즈인 자동차용 카메라 모듈은 렌즈의 후방으로 갈수록 영상이 압축된다. 즉, 렌즈의 후방에 배치되는 렌즈 요소의 조립 오차가 촬영되는 영상의 품질에 더 큰 영향을 미칠 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 제2렌즈군을 전방 하우징(23)의 렌즈 배럴 구조(240)에 조립하여 공통 모듈을 제공하고, 여러 형태의 제1렌즈군을 렌즈 화각에 맞춰 공통 모듈에 조립함으로써 다양한 화각의 렌즈 모듈을 용이하게 제조할 수 있다.
도 10은 본 발명의 제3실시예에 따른 전방 하우징에 별도 조립되는 핀 부품의 실시예들을 나타내는 사시도이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 전방 하우징(24)은 별도 제작되는 핀(600)이 전방 하우징(24)의 보스(boss, 240)에 삽입되는 구조이다. 보스(24)는 전방 하우징(24)의 후방에 원통형 기둥이 형성되고, 원통형 기둥의 끝에 핀(600)과 조립되는 구멍이 형성된 구조이다.
본 발명의 실시예에 따르면 렌즈(10)가 조립된 전방 하우징(24)과 이미지센서(40)를 포함하는 회로기판(30)은 광학 정렬 후에 레이저 솔더젯 본딩 공정으로 접합된다. 솔더링 품질을 보장하기 위해서는 솔더링 부위의 두 소재 표면의 적절한 온도 상승이 요구된다. 솔더링 부위의 열전달이 과도하여 표면 온도가 적절한 수준까지 상승하지 못하면 냉납이 발생되어 적절한 접합 강도를 제공하지 못할 수 있다.
핀(600)과 보스(240)의 결합부는 열전달이 이루어지는 영역이 실질적으로 좁아진다. 전방 하우징(24)이 금속 소재인 경우에도, 핀(600)과 전방 하우징(24)의 결합 부위는 일체형인 경우보다는 열전도도가 낮을 수 있다. 따라서, 본 발명의 제3실시예에 따른 핀(600)과 보스(240)의 결합부는 핀 형상이 전방 하우징(24)에 일체로 형성된 경우에 비해 열전달이 지연될 수 있다. 따라서, 별도 삽입되는 핀(600)은 솔더링 부위의 열용량을 실질적으로 감소시킬 수 있고, 솔더볼(942)에 의해 솔더링 부위의 온도가 적절히 올라갈 수 있어 냉납이 방지될 수 있다. 또한, 핀(600)은 솔더젯 본딩에 적합한 표면 특성을 제공하도록 전방 하우징(24)과는 다르게 표면처리(surface finish)될 수 있다.
한편, 핀(600)이 별도 삽입될 수 있으므로, 전방 하우징(24)은 솔더링에 적합한 금속 소재가 아닐 수 있다. 예를 들어, 전방 하우징(24)은 플라스틱과 같은 비금속 소재일 수 있다. 플라스틱 소재로 전방 하우징(24)이 형성되는 경우, 솔더링시에 핀(600)으로부터의 열전달은 더 작아질 수 있고, 결과적으로 냉납이 방지될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제3실시예에 따른 전방 하우징의 보스에 삽입 결합되는 형태의 핀 부품의 실시예들을 예시한다.
핀(600)은 보스결합부(602), 플랜지부(604), 도금관통구멍 결합부(mating portion for plated through-hole, 606)를 포함하는 플런저 핀(plunger pin) 형태일 수 있다. 도 11을 참조하면, 전방 하우징(24)의 원통형 기둥 형태인 보스(240)에 삽입 결합되는 핀(600, 610, 620, 630)의 형태는, 억지끼워맞춤되는 보스결합부(602), 나사결합되는 보스결합부(612), 초음파접합되는 보스결합부(622), 및 축 방향으로 절개된 부분이 탄성 변형됨으로써 압입되는 보스결합부(632) 중 어느 하나일 수 있다.
도 12는 본 발명의 제3실시예에 따른 전방 하우징에 돌출 형성된 핀에 도금 쉘이 삽입 결합되는 실시예들을 예시한다.
또는, 도 12를 참조하면, 핀(640)은 도금된 부시(bush, 642)가 삽입될 수 있는 핀 부분(644)이 포스트(646) 상에 형성되고, 부시(642)가 핀 부분(644) 위에 삽입된 후 핀 부분(644)의 선단을 코킹(caulking)하여 결합되는 형태일 수 있다. 한편 이와는 달리, 핀(650)은 핀 부위(652)가 축 방향으로 절개되어 탄성 변형될 수 있는 형태이고, 그러한 핀 부위(652)에 부시(642)가 삽입된 후, 핀 부위(652) 선단의 후크 구조(hook structure, 654)에 의해 고정되는 형태일 수 있다. 이러한 실시예들은, 도금된 부시(642)의 열용량이 도 11의 실시예보다도 낮아져 레이저 솔더젯 본딩 공정에 유리하다.
도 13은 본 발명의 제3실시예에 따른 전방 하우징에 동시 사출되는 핀의 실시예들을 예시한다.
도 13을 참조하면, 전방 하우징(25, 26)이 예컨대 플라스틱 소재로 사출성형되는 경우, 핀 부재(pin part, 660, 670)는 금속 소재로 사전 제작된 후 인서트 사출 방식으로 전방 하우징(25, 26) 내에 포함되도록 성형될 수 있다. 핀 부재(660)는 도 13의 (a)와 같이 복수의 핀이 일체로 형성된 것일 수 있고, 또는 핀 부재(670)는 13의 (b)와 같이 복수의 핀이 개별적으로 포함되도록 형성된 것일 수 있다.
도 14는 본 발명의 제4실시예에 따른 다각형 머리 형상을 가지는 핀의 실시예들을 예시한다.
도 14의 (b) 내지 도 14의 (d)를 참조하면, 전방 하우징(24)에 별도 조립되는 핀(710, 720, 730)의 도금관통구멍 결합부(606) 형상은 원통형 이외에 다각형 단면을 가지는 형태일 수 있다. 핀(710, 720, 730)의 도금관통구멍 결합부(716, 726, 736)가 다각형 단면으로 형성됨으로써 원형인 도금관통구멍(300)에 수용된 상태에서 국부적으로 넓은 틈새가 형성될 수 있다. 레이저 솔더젯 본딩 장비는 이렇게 국부적으로 넓게 형성된 틈새에 액상인 솔더볼(942)을 주입하도록 제어될 수 있다.
도 14의 (e) 내지 도 14의 (h)를 참조하면, 별도 제작되어 전방 하우징(24)에 조립되는 핀(740, 750, 760, 770)의 도금관통구멍 결합부(746, 756, 766, 776) 형상은 내측에 공동(cavity)이 형성되는 형태일 수 있다. 공동을 이용하여 핀(740, 750, 760, 770)의 도금관통구멍 결합부(746, 756, 766, 776) 부위의 체적을 감소시키면, 핀(740, 750, 760, 770)의 솔더링되는 부위의 열용량이 감소하여 냉납이 방지되고 결과적으로 솔더링 품질이 향상될 수 있다. 한편, 공동의 형상은 6각 렌치(hex wrench), 스타 렌치(star wrench), 십자 드라이버 등이 삽입되어 핀의 조립시에 표준 공구가 이용될 수 있는 형상일 수 있다.
도 15는 본 발명의 제5실시예에 따른 종단으로 갈수록 단면이 감소하는 형태의 머리 형상을 가지는 핀의 실시예를 예시한다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 제5실시예에 따른 핀(810, 820, 830)의 도금관통구멍 결합부(816, 826, 836) 형상은 액상인 솔더볼(942)의 진입이 용이하도록 핀(810, 820, 830)과 도금관통구멍(300)의 틈새가 레이저 솔더젯 본딩 장비의 노즐 방향 측으로 넓어지는 혹은 노즐 방향이 넓은 형태로 형성될 수 있다.
도 15의 (b)를 참조하면, 핀(810)의 도금관통구멍 결합부(816)는 대략 왕관(crown)과 유사한 형태일 수 있다. 즉, 도금관통구멍 결합부(816)의 종단이 외주면을 따라 요철 형태로 형성되어 실질적으로 솔더볼(942)이 진입하는 영역이 넓어지게 된다.
도 15의 (c)를 참조하면, 핀(820)의 도금관통구멍 결합부(826)는 두 경사면이 도금관통구멍 결합부(826)의 종단에서 한 모서리로 모아지는 형태, 예를 들면 일자 드라이버(flat head screwdriver) 형상일 수 있다. 다른 변형 형태로서, 도 15의 (d)의 도시와 같이, 핀(830)의 도금관통구멍 결합부(836)는 세 경사면이 도금관통구멍 결합부(836)의 종단에서 한 점으로 모아지는 형태일 수 있다.
또한, 도시하지는 않았으나 핀의 도금관통구멍 결합부는 종단이 십자 드라이버(phillips screwdriver head) 모양으로 형성될 수도 있다. 이 외에도 본 발명의 제5실시예에 따른 핀의 형상은, 도금관통구멍 결합부와 도금관통구멍 사이에 솔더링에 적합한 수준의 틈새를 형성하면서도 도금관통구멍 결합부가 종단으로 갈수록 좁아져 액상인 솔더볼(942)이 그 틈새로 용이하게 진입할 수 있는 다른 형태도 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 16은 본 발명의 제6실시예에 따른 스크류가 전방 하우징의 보스에 나사 결합되는 조립 구조를 예시한다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 제6실시예에 따른 전방 하우징은 나사가 결합될 수 있도록 형성된 구멍을 후방에 포함한다. 구멍은 전방 하우징 후방에 돌출 형성되는 원통형 기둥의 단부에 형성될 수 있다. 구멍은 사전에 나사산이 형성된 것일 수도 있고, 나사산이 형성되지 않은 상태에서 스크류가 결합될 때 구멍 내주면에 나사산을 형성하면서 조립될 수도 있다.
스크류는 조립 후 풀림이 방지되도록 예를 들어 Loctite®와 같은 나사풀림 방지용 접착제(thread locker)가 나사구멍에 삽입되는 나사산 부분에 사전에 도포된 것일 수 있다. 솔더볼(942)이 나사산과 도금관통구멍 사이를 충진하여 적절한 솔더링이 이루어지도록, Loctite®는 광학 정렬 후 솔더링될 부위에는 도포되지 않는 것이 바람직하다.
도 17은 본 발명의 제6실시예에 따른 도금관통구멍과 스크류의 조립공차를 예시한다.
본 발명의 제6실시예에 따르면, 회로기판(30)이 전방 하우징(24)의 후방에 배치된 후, 스크류(840)를 도금관통구멍을 통해 삽입하여 보스(240)의 구멍(또는 나사구멍)과 나사결합된다. 도 17을 참조하면, 스크류(840)는 전방 하우징(24)과 회로기판(30)의 광학 정렬에 필요한 충분한 틈새를 제공하는 수준까지 조립된다. 스크류(840)와 회로기판(30)은 스크류 머리(screw head, 842)와 회로기판(30) 후방면 사이의 틈새로 투입되는 솔더볼(942)에 의해 솔더링됨으로써 상호 견고하게 고정된다. 스크류(840)는 솔더링이 용이한 소재, 예를 들어 황동(brass) 소재일 수 있다.
본 발명의 제6실시예에 따르면, 솔더링이 이루어지는 스크류(840)는 금속 소재이므로 전방 하우징(24)은 반드시 금속 소재일 필요가 없다. 또한, 스크류(840)를 전방 하우징(24)의 보스(240)에 나사조립하는 공정은 자동화가 매우 용이하다. 즉, 제6실시예에 따른 조립 구조는 조립공정의 생산성이 매우 높은 것을 특징으로 한다.
한편, 제6실시예는 나사머리가 있는 스크류(840)가 사용되는 경우를 예시하였으나, 무두 볼트(set screw)도 마찬가지로 사용될 수 있다. 무두 볼트 중 예를 들어 무두 렌치볼트(socket set screw)가 사용되는 경우, 앞서 본 발명의 제4실시예에서 기술한 바와 같이 머리 부위에 공동을 가지므로 솔더링 부위의 열용량이 감소하여 냉납이 방지되는 효과도 기대할 수 있다. 또한, 무두 볼트는 회로기판이 가조립되기 전에 전방 하우징(24)의 보스(240)에 사전에 나사결합될 수 있어 공정설계가 용이할 수 있다.
도 18은 본 발명의 제7실시예에 따른 회로기판의 모서리를 이용한 조립 구조를 나타내는 사시도이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 제7실시예에 따른 카메라 모듈 조립 구조는 회로기판(31)의 외측 테두리와 전방 하우징(27, 28)의 내측 틈새를 레이저 솔더젯 본딩 공정으로 솔더링하도록 형성된다. 회로기판(31)은 전방 하우징(27, 28)의 후방에 형성되는 포켓부에 광학 정렬을 위한 조립 틈새를 가지고 수용되도록 형성된다. 6축 광학 정렬 플랫폼에 렌즈(10)가 조립된 전방 하우징(27, 28)을 배치한 후, 이미지센서(40)가 실장된 회로기판(31)이 배치되어 광학 정렬이 수행된다. 광학 정렬이 완료된 후, 조립 틈새는 솔더볼(942)이 복수의 위치에 투입되어 솔더링된다.
도 18의 (a)를 참조하면, 전방 하우징(27, 28)의 후방에는 전반적으로 4각형인 단면을 가지는 복수의 포스트(850)가 형성된다. 회로기판(31)은 복수의 포스트(850)와 조립 틈새를 가지도록 모서리 부위가 가공되고 복수의 포스트(850)와 조립 틈새를 형성하는 모서리 부위의 측면은 솔더링이 용이하도록 도금되어 도금측벽(plated side wall, 314)을 형성한다. 복수의 포스트(850)와 도금측벽(314)이 형성하는 조립 틈새는 광학 정렬 후에 솔더볼(942)에 의해 솔더링된다.
도 18의 (b)를 참조하면, 복수의 포스트(860)는 원기둥 형태일 수 있다. 원통형인 포스트(850)의 외주면과 평면인 두 도금측벽(314)은 두 지점에서 최소 조립 틈새를 형성하고, 두 지점으로부터 멀어지면서 조립 틈새는 증가하는 형태를 가질 것이다.
레이저 솔더젯 본딩 공정은 이러한 최소 조립 틈새, 포스트(850)의 직경 및 솔더볼(942)의 직경을 고려하여 조립 틈새를 향해 비스듬한 각도(oblique angle)를 가지고 투입될 수 있다. 예를 들어, 투입되는 솔더볼(942)이 포스트(850)와 도금측벽(314)에 최초로 닿는 지점이 최소 조립 틈새가 형성되는 위치로부터 동일한 거리를 가지도록 노즐(940)의 솔더볼(942) 분사 각도가 조정될 수 있다. 솔더볼(942)이 조립 틈새의 넓은 영역에서 좁은 영역으로 진입하며 포스트(850)와 도금측벽(314)에 균일하게 열을 전달하며 내부를 채우고 응고되어 솔더링 품질이 향상될 수 있다.
한편, 도시하지는 않았으나 제7실시예의 경우에도 솔더링되는 부재의 열용량을 감소시키기 위해 제4실시예의 경우와 유사한 방식으로 돌출부(850, 860)의 종단으로부터 내측으로 함몰되는 형태의 공동이 형성될 수 있다.
도 19는 본 발명의 제7실시예의 변형 실시예로서, 회로기판의 측면 부위를 이용한 조립 구조를 나타내는 사시도이다.
도 19는 회로기판(32)의 측면 테두리(324)와 전방 하우징(29)의 내측벽(290) 사이의 틈새가 솔더링되는 경우를 예시한다.
제7실시예 및 그 변형 실시예에서, 광학 정렬이 수행되는 동안 회로기판(31, 32)을 6축 이동시키는 기구부(미도시)는 예를 들어 그립(grip)을 이용하여 회로기판(31, 32)의 측면 부분 중 적어도 두 부분(326)을 붙잡도록 형성될 수 있다. 그립을 위한 부분(326)을 제외한 틈새는 솔더볼(942)을 이용하여 솔더링될 수 있다.
본 발명의 제7실시예에 따르면, 전방 하우징(27, 28, 29)의 후방 구조를 단순화할 수 있고, 이에 따라 회로기판(31, 32) 내에 부품 및 회로를 위한 공간을 더 많이 확보할 수 있으며, 회로기판(31, 32)으로부터 발생하는 열을 전방 하우징(27, 28, 29)으로 효과적으로 열전달함으로써 회로기판(31, 32)의 방열 성능이 향상되는 효과가 있다.
도 20은 본 발명의 제8실시예에 따른 솔더볼 진입부와 가까울수록 틈새가 넓어지도록 형성된 도금관통구멍을 포함하는 조립 구조를 예시한다.
도 20의 (a)를 참조하면, 원기둥 형상인 핀(600)과 원통형 구멍 형상인 도금관통구멍(300)은 전체적으로 균일한 틈새를 형성할 수 있다. 반면, 반면, 도 20의 (b) 및 (c)를 참조하면, 본 발명의 제8실시예에 따른 도금관통구멍(320, 330)은 예를 들어 카운터보어(counterbore), 카운터싱크(countersink) 형상을 가져, 솔더볼(942)이 투입되는 틈새 입구가 넓은 형태로 형성될 수 있다.
이미지센서를 포함하는 회로기판은 일반적으로 다층기판으로 제작되며, 적어도 6층 이상인 구조를 갖는다. 카운터보어, 카운터싱크 형상과 같은 비원통형인 도금관통구멍(320, 330)은 다층기판의 적층 후 적합한 공구로 가공된 후 도금되어 형성될 수 있다. 또는, 매립 비아(buried via) 또는 브라인드 비아(blind via)의 형성 방식과 유사하게, 단일기판 제작 단계에서 도금관통구멍(300)로 합쳐질 각각의 관통구멍의 직경을 다르게 형성하여 적층함으로써 형성될 수도 있다.
본 발명의 제8실시예는 솔더볼(942)이 틈새에 진입하는 초입(entrance)은 넓고 내측으로 들어갈수록 틈새가 좁아지는 형상을 가지는 도금관통구멍(320, 330)을 제공하는 것을 특징으로 한다. 레이저 솔더젯 본딩 장비의 노즐로부터 분사되는 액상 솔더볼(942)은 전반적으로 물방울 모양을 가질 것이며, 솔더볼(942)의 직경은 솔더볼(942)이 주입될 틈새보다 클 수 있다. 틈새 초입을 내부의 틈새보다 크게 형성함으로써 솔더볼(942)이 틈새 내부로 용이하게 진입되도록 할 수 있다.
솔더젯 방식으로 분사되는 솔더볼(942)은 소정의 속도를 가지고 틈새로 진입한다. 틈새 초입을 채운 솔더볼(942)이 틈새 내부로 진입할수록 틈새의 용적이 감소하므로 주입된 솔더볼(942)은 진입 방향 및 그 좌우로 퍼져나가게 될 것이다.
또한, 경우에 따라 솔더볼(942)이 핀 좌우로 분리되어 채워지는 경우, 틈새의 가장 내측에서는 주조(casting)의 콜드셧(cold shut)에 해당하는 솔더링 결함이 발생될 수 있다. 콜드셧은 서로 다른 경로로 진행된 용융 소재의 선단이 조기에 냉각되어 서로 만나는 지점에서 액상으로 합쳐지지 못하여 발생하는 주조 결함을 지칭한다. 본 실시예에 따르면, 틈새 초입이 상대적으로 큰 용적을 가짐으로써 응고가 지연되어 틈새의 가장 내측까지 솔더볼(942)이 응고되지 않은 상태로 채워져, 콜드셧이 방지되어 결과적으로 솔더링 품질이 향상될 수 있다. 또한, 주입부는 넓고 내측으로 갈수록 용적이 감소하는 형태로 틈새가 형성됨으로써 솔더볼(942)의 응고가 전체적으로 균일하게 진행될 수 있어 솔더링 품질이 향상될 수 있다.
이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 복수의 렌즈 요소가 렌즈 배럴에 조립된 렌즈;
    이미지센서를 포함하는 회로기판;
    전방에 상기 렌즈가 조립되고, 후방에 상기 회로기판이 조립되는 전방 하우징; 및
    상기 전방 하우징의 후방에 결합되어 상기 렌즈와 상기 회로기판을 밀봉하는 후방 하우징을 포함하되,
    상기 전방 하우징은 후방으로 돌출 형성되는 복수의 포스트, 상기 포스트 각각의 종단 면에서 상기 포스트 보다 작은 단면적을 가지고 각각 돌출 형성되는 핀을 포함하고,
    상기 회로기판은 상기 핀 각각을 적어도 부분적으로 수용하는 도금관통구멍을 포함하며,
    상기 전방 하우징과 상기 회로기판은, 상기 핀과 상기 도금관통구멍이 소정의 조립 틈새를 가지도록 가조립되고, 가조립 상태에서 상기 렌즈와 상기 이미지센서는 광학 정렬이 수행되고, 레이저 솔더젯 본딩 공정으로 상기 조립 틈새를 솔더링 함으로써 고정되되,
    상기 조립 틈새는 상기 솔더젯 본딩 공정에 의해 상기 조립 틈새로 투입되는 솔더볼의 충진이 용이한 크기 및 모양으로 형성되는 자동차용 카메라 모듈.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 정렬은,
    상기 렌즈가 조립된 상기 전방 하우징 또는 상기 이미지센서가 실장된 상기 회로기판을 6축 방향으로 미세 이동시킴으로써 수행되는 자동차용 카메라 모듈.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 조립 틈새는,
    상기 포스트의 종단 면과 상기 회로기판의 전방 면 사이의 틈새 및
    상기 핀과 상기 도금관통구멍 사이의 틈새로 정의하고,
    상기 렌즈와 상기 이미지센서의 광학 정렬에 필요한 상기 6축 방향의 미세 이동을 허용하도록 형성되는 자동차용 카메라 모듈.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도금관통구멍은 전해 금도금 된 것인 자동차용 카메라 모듈.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 핀은 니켈 도금된 것인 자동차용 카메라 모듈.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 레이저 솔더젯 본딩 공정은 Sn-Bi계 솔더볼을 이용하는 공정인 자동차용 카메라 모듈.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 솔더볼은 Sn-58Bi 합금 소재인 자동차용 카메라 모듈.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 전방 하우징과 상기 후방 하우징의 결합 부위는 레이저 용접되는 자동차용 카메라 모듈.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전방 하우징과 상기 후방 하우징의 결합 부위는 원통형으로 형성되고, 상기 원통형 부위의 회전축을 중심으로 회전시키면서 상기 레이저 용접은 단일 초점 위치에서 수행되는 자동차용 카메라 모듈.
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