KR102389482B1 - 이미지 센서 패키지 및 이미지 센싱 모듈 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서 패키지가 제공된다. 이미지 센서 패키지는 기판, 상기 기판 상의 이미지 센서 칩, 상기 기판과 상기 이미지 센서 칩 사이에 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 외력 흡수 레이어 및 상기 외력 흡수 레이어의 상기 제2 면과 상기 기판을 본딩(bonding)시키는 접착 레이어를 포함하고, 상기 접착 레이어는, 제1 모듈러스(modulus) 값을 갖고, 상기 외력 흡수 레이어는, 상기 제1 모듈러스 값과 다른 제2 모듈러스 값을 갖는다.

Description

이미지 센서 패키지 및 이미지 센싱 모듈{IMAGE SENSOR PACKAGE AND IMAGE SENSING MODULE}
본 발명은 이미지 센서 패키지 및 이미지 센싱 모듈에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 영상을 전기 신호로 변환시킨다. 최근 들어 컴퓨터 산업과 통신 산업의 발달에 따라 디지털 카메라, 캠코더, PCS(Personal Communication System), 게임 기기, 경비용 카메라, 의료용 마이크로 카메라 등 다양한 분야에서 성능이 향상된 이미지 센서의 수요가 증대하고 있다.
이미지 센서 칩으로서 전하 결함 소자(charge coupled device, CCD)를 이용하는 CCD 이미지 센서와 상보 금속 산화물 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 소자를 이용하는 CMOS 이미지 센서가 주로 이용되고 있다. 특히, 종래의 반도체 제조 공정 기술을 이용함으로써 제조 비용을 절감할 수 있고 신호처리 알고리즘(signal processing algorithm)을 개선하여 이미지 품질을 높임으로써 최근에는 CMOS 이미지 센서가 널리 이용되고 있는 실정이다.
한편, 최근에는 3-스택 구조를 갖는 CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor) 이미지 센서 칩이 많이 사용되고 있다. 다만, 3-스택 구조를 갖는 CMOS 이미지 센서 칩의 경우 기존의 2-스택 구조를 갖는 CMOS 이미지 센서 칩에 비해 강성이 저하되어 모듈 상태가 되었을 경우 배면 강도가 저하되는 문제가 있다. 따라서, CMOS 이미지 센서 칩의 배면에 가해지는 외력을 감소시키는 방법에 대한 연구가 대두되고 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이미지 센서 패키지의 배면에 가해지는 외력을 감소시키는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지는 기판, 상기 기판 상의 이미지 센서 칩, 상기 기판과 상기 이미지 센서 칩 사이에 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 외력 흡수 레이어 및 상기 외력 흡수 레이어의 상기 제2 면과 상기 기판을 본딩(bonding)시키는 접착 레이어를 포함하고, 상기 접착 레이어는, 제1 모듈러스(modulus) 값을 갖고, 상기 외력 흡수 레이어는, 상기 제1 모듈러스 값과 다른 제2 모듈러스 값을 갖는다.
몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지는 기판, 상기 기판 상에 배치되며, 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 외력 흡수 레이어로, 상기 제1 면은 상기 기판을 마주 보는 외력 흡수 레이어, 상기 외력 흡수 레이어와 상기 기판 사이에 개재되고, 상기 제1 면과 상기 기판을 본딩(bonding)하는 접착 레이어, 상기 외력 흡수 레이어의 제2 면과 결합하고, 메모리 칩 및 열 다이(thermal die)를 포함하는 몰딩부 및 상기 메모리 칩과 전기적으로 연결되고 상기 몰딩부 상에 배치되는 이미지 센서 칩을 포함하고, 상기 접착 레이어는, 제1 모듈러스 값을 갖고, 상기 외력 흡수 레이어는, 상기 제1 모듈러스 값 보다 작은 제2 모듈러스 값을 갖는다.
몇몇 실시예에 따른 이미지 센싱 모듈은 제1 영역, 상기 제1 영역을 감싸는 제2 영역, 상기 제2 영역을 감싸는 제3 영역을 포함하는 기판, 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면이 상기 제1 영역에 본딩된 접착 레이어, 상기 제2 면과 본딩된 외력 흡수 레이어, 상기 외력 흡수 레이어 상에 위치하는 몰딩 레이어, 상기 몰딩 레이어 상에 위치하는 이미지 센서 칩, 상기 이미지 센서 칩과 이격하고, 상기 이미지 센서 칩 상방에 위치하는 렌즈 및 상기 제3 영역에 위치하고, 상기 렌즈를 지지하는 지지 부재를 포함하고, 상기 접착 레이어는, 제1 모듈러스 값을 갖고, 상기 외력 흡수 레이어는, 상기 제1 모듈러스 값보다 작은 제2 모듈러스 값을 갖는다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 몇몇 실험예에 따라 외력 흡수 레이어의 모듈러스 값의 변화가 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 6은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센싱 모듈의 대략적인 평면도를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 A-A'에 따른 단면도의 일례이다.
도 8는 몇몇 실험예에 따라 외력 흡수 레이어의 두께 변화가 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 9은 몇몇 실시예에 따라 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다.
도 10은 이미지 센서 패키지에 실장되는 이미지 센서 칩의 제조 공정을 도시한 도면이다.
도 11은 도 6 및 도 7에 도시된 이미지 센싱 모듈을 구비하는 이미지 센싱 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 1은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 2는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 3은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다. 도 4는 몇몇 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 또 다른 일례를 설명하기 위한 도면이다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서 패키지(100)는 기판(110), 이미지 센서 칩(120), 몰딩 레이어(130), 외력 흡수 레이어(140) 및 접착 레이어(150)를 포함할 수 있다. 다만, 상술한 구성 요소들은 이미지 센서 패키지(100)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 이미지 센서 패키지(100)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
기판(110)은 내부에 전기 회로(미도시)가 형성되어 상부에 실장된 이미지 센서 칩(120) 및 외부 소자(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 전기 회로가 배치된 유기물 기판, 실리콘 기판, 벌크 실리콘 또는 SOI(silicon-oninsulator) 일 수 있다.
이미지 센서 칩(120)은 외부로부터 입사된 광 신호를 이미지 신호로 변환할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이미지 센서 칩(120)은 입사된 광에 대응하여 광 신호를 생성하고, 광신호에 대응하여 신호 전하를 생성하는 수광부(active pixel sensor, APS), 수광부 주변에 배치되어 수광부로부터 전송되는 출력 신호를 처리하는 로직부 및 로직부의 상부에 배치되어 전자기파를 차단하는 차폐 레이어를 포함할 수 있다.
이미지 센서 칩(120)의 수광부는 다수의 픽셀들을 포함하고, 각각의 픽셀은 포토다이오드와 같이 입사되는 광을 감지하여 이를 신호 전하로 변환하는 광전 변환 소자 및 신호 전하를 증폭하거나 스위칭하는 등의 신호 전하를 처리하기 위한 다수의 트랜지스터를 포함할 수 있다.
이미지 센서 칩(120)의 로직부는 수광부의 각 픽셀들을 구동하기 위한 구동 회로, 신호 전하를 디지털 신호로 변환하기 위한 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter; ADC), 디지털 신호를 사용하여 영상 신호를 형성하기 위한 이미지 센서 프로세스(Image Sensor Process; ISP) 등을 포함할 수 있다.
이미지 센서 칩(120)의 차폐 레이어는 수광부를 제외한 로직부 상에 배치되어 외부로부터 이미지 센서 칩(120)으로 공급되는 전자기파를 차폐할 수 있다.
몇몇 실시예에 의할 경우, 이미지 센서 칩(120)은 수광부, 로직부 및 차폐 레이어를 포함하는 상보 금속 산화물 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; CMOS) 트랜지스터로 구성된 CMOS 이미지 센서 칩일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이미지 센서 칩(120)은 CMOS 이미지 센서 칩보다 데이터 저장 용량 및 전력 소비량이 높은 전하결합소자(Charged Coupled Device, CCD)를 구비하는 CCD 이미지 센서 칩일 수도 있다.
몰딩 레이어(130)는 기판(110)과 이미지 센서 칩(120) 사이에 배치될 수 있다.
몰딩 레이어(130)는 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함할 수 있다. 몰딩 레이어(130)의 제1 면은 이미지 센서 칩(120)과 결합할 수 있다. 몰딩 레이어(130)의 제2 면은 기판(110)을 마주볼 수 있다.
몰딩 레이어(130)는 열 다이(thermal die, 131), 메모리 칩(132) 및 몰딩부(133)를 포함할 수 있다. 다만, 상술한 구성 요소들은 몰딩 레이어(130)를 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 몰딩 레이어(130)는 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
몰딩 레이어(130)에 포함된 메모리 칩(132)는 DRAM (dynamic RAM)과 같은 휘발성 메모리로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 메모리 칩(132)은 RAM(random access memory), SRAM(static RAM), SRAM(Static Random Access Memory), SDRAM(synchronous DRAM), T-RAM(thyristor RAM), Z-RAM(zero capacitor RAM), 또는 TTRAM(Twin Transistor RAM)으로 구현될 수도 있다.
몰딩 레이어(130)에 포함된 메모리 칩(132)는 이미지 센서 칩(120)과 전기적으로 연결될 수 있다.
몰딩 레이어(130)에 포함된 열 다이(131)는 메모리 칩(132)에서 발생되는 열을 흡수하여 메모리 칩(132)이 과열되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다. 예를 들어, 열 다이(131)는, 열 전도성이 높은 금속 물질 또는 금속 합금 물질을 포함할 수 있다.
몰딩부(133)는 메모리 칩(132) 및 열 다이(131)를 덮을 수 있다. 예를 들어, 몰딩부(133)는 메모리 칩(132) 및 열 다이(131) 사이의 공간 및 외력 흡수 레이어(140) 및 이미지 센서 칩(120) 사이의 공간 내에 채워질 수 있다.
몰딩부(133)는, 에폭시 수지 계열의 물질을 포함할 수 있다.
외력 흡수 레이어(140)는 이미지 센서 칩(120)의 배면에 가해지는 외력을 흡수하는 기능을 수행하는 레이어일 수 있다.
외력 흡수 레이어(140)는 폴리이미드(polyimied) 레이어를 포함할 수 있다.
외력 흡수 레이어(140)는 몰딩 레이어(130) 및 접착 레이어(150) 사이에 위치할 수 있다.
외력 흡수 레이어(140)는 서로 대향하는 제3 면 및 제4 면을 포함할 수 있다. 외력 흡수 레이어(140)의 제3 면은 기판(110)을 마주보는 몰딩 레이어(130)의 제2 면과 결합할 수 있다. 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면은 접착 레이어(150)와 접촉할 수 있다. 여기서, 외력 흡수 레이어(140)의 제3 면의 크기는 몰딩 레이어(130)의 제2 면의 크기에 대응할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 외력 흡수 레이어(140)의 제3 면의 크기는 몰딩 레이어(130)의 제2 면의 크기와 다를 수 있다.
예를 들어, 도 2를 참조하면, 외력 흡수 레이어(140)는 서로 마주보는 제3 면(d3') 및 제4 면(d4')을 포함할 수 있다. 외력 흡수 레이어(140)의 제3 면(d3')의 크기는 외력 흡수 레이어(140)의 제3 면(d3')과 접촉하는 몰딩 레이어(130)의 제2 면(d2)의 크기보다 클 수 있다. 이 경우, 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면(d4')의 크기는 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면(d4')과 접촉하는 접착 레이어(150)의 제5 면(d5)의 크기보다 클 수 있다. 그리고, 몰딩 레이어(130)의 제2 면(d2)의 크기는 접착 레이어(150)의 제5 면(d5)의 크기에 대응할 수 있다.
도 2와 같이 외력 흡수 레이어(140)의 크기가 이미지 센서 칩 및 몰딩 레이어의 크기보다 커지는 경우 이미지 센서 및 몰딩 레이어에 가해지는 충격을 좀더 완화시켜줄 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 접착 레이어(150)는 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면과 기판(110)을 본딩시킬 수 있다. 여기서, 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면의 크기는 외력 흡수 레이어(140)와 접촉하는 접착 레이어의 제5 면의 크기에 대응할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면의 크기는 외력 흡수 레이어(140)와 접촉하는 접착 레이어의 제5 면의 크기와 다를 수 있다.
일례로, 도 3을 참조하면, 외력 흡수 레이어(140)는 서로 마주보는 제3 면(d3) 및 제4 면(d4)을 포함할 수 있다. 외력 흡수 레이어(140)의 제3 면(d3)의 크기는 외력 흡수 레이어(140)의 제3 면(d3)과 접촉하는 몰딩 레이어(130)의 제2 면(d2)의 크기에 대응할 수 있다. 이 경우, 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면(d4)의 크기는 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면(d4)과 접촉하는 접착 레이어(150)의 제5 면(d5')의 크기보다 클 수 있다. 그리고, 몰딩 레이어(130)의 제2 면(d2)의 크기는 접착 레이어(150)의 제5 면(d5')의 크기보다 클 수 있다.
다른 일례로, 도 4를 참조하면, 외력 흡수 레이어(140)는 서로 마주보는 제3 면(d3') 및 제4 면(d4')을 포함할 수 있다. 외력 흡수 레이어(140)의 제3 면(d3')의 크기는 외력 흡수 레이어(140)의 제3 면(d3')과 접촉하는 몰딩 레이어(130)의 제2 면(d2)의 크기보다 클 수 있다. 이 경우, 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면(d4')의 크기는 외력 흡수 레이어(140)의 제4 면(d4')과 접촉하는 접착 레이어(150)의 제5 면(d5')의 크기보다 클 수 있다. 그리고, 몰딩 레이어(130)의 제2 면(d2)의 크기는 접착 레이어(150)의 제5 면(d5')의 크기보다 클 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 접착 레이어(150)는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 종류의 접착재가 접착 레이어(150)로 이용될 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스(modulus) 값은 접착 레이어(150)의 모듈러스 값과 다른 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 외력 흡수 레이어(140)의 제2 모듈러스 값은 접착 레이어(150)의 제1 모듈러스 값보다 작을 수 있다.
모듈러스 값이라 함은, 응력에 대한 변형의 비를 나타내는 값일 수 있다. 즉, 모듈러스 값이라 함은, 물체에 가해진 외력에 대비해서 물체가 변형되는 정도를 나타내는 값일 수 있다.
외력 흡수 레이어(140)의 제2 모듈러스 값이 접착 레이어(150)의 제1 모듈러스 값보다 작은 경우 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스가 줄어들게 된다. 이는 도 5을 참조하여 좀더 자세히 설명한다.
도 5는 몇몇 실험예에 따라 외력 흡수 레이어의 모듈러스 값의 변화가 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 5의 실험에서는 1.3 GPa의 모듈러스 값을 갖는 접착 레이어(150)가 사용되었다. 또한, 도 5의 실험예에서는, 이미지 센서 패키지(도 1의 100)에 100N의 외력이 가해졌다.
도 5의 그래프는 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값을 변화시킬 때 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스를 나타낸 그래프이다.
도 5의 그래프에서 X 축은 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값을 나타낸 것이고, Y 축은 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스를 나타낸 것이다.
도 5의 그래프에 따르면, 외력 흡수 레이어(140)가 추가되면 외력 흡수 레이어의 모듈러스 값과 무관하게 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스는 감소하게 된다.
외력 흡수 레이어(140)가 외력을 일정 정도 흡수할 수 있기 때문이다.
외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값이 접착 레이어(150)의 모듈러스 값인 1.3GPa 이상 10GPa 이하인 경우 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스는 약간 감소한 것을 확인할 수 있다.
외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값이 접착 레이어(150)의 모듈러스 값인 1.3 GPa 보다 작아진 경우, 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스가 급격하게 작아지는 것을 확인할 수 있다.
표 1을 통해 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값이 변하는 경우 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스의 변화를 좀더 자세히 확인할 수 있다.
Figure 112017120737035-pat00001
만약, 1.3GPa의 모듈러스 값을 갖는 접착 레이어(150)를 사용하고, 이미지 센서 패키지(도 1의 100)에 100N의 외력을 가한 상태에서 이미지 센서 패키지 내에 외력 흡수 레이어(140)가 없는 경우 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스는 348MPa가 될 수 있다.
하지만, 외력 흡수 레이어(140)가 추가된 경우 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스는 일정 정도 감소하는 것을 표 1을 통해 확인할 수 있다.
구체적으로, 외력 흡수 레이어(140)를 몰딩 레이어 및 접착 레이어 사이에 추가하는 경우, 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스는 348MPa보다 작아지는 것을 확인할 수 있다.
또한, 표 1을 통해 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값이 접착 레이어(150)의 모듈러스 값인 1.3GPa보다 작아진 때부터, 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스가 기하 급수적으로 작아지는 것을 확인할 수 있다.
특히, 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값이 접착 레이어(150)의 모듈러스 값의 1/13배가 되는 경우(외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값이 0.1 GPa가 되는 경우), 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스는 외력 흡수 레이어(140)가 이미지 센서 칩(120)에 포함되지 않은 경우보다 대략 60% 정도 감소하는 것을 확인할 수 있다.
결과적으로, 접착 레이어(150)의 모듈러스 값보다 작은 모듈러스 값을 갖는 외력 흡수 레이어(140)를 몰딩 레이어 및 접착 레이어 사이에 추가하는 경우, 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스가 줄어들게 된다.
도 6은 몇몇 실시예에 따른 이미지 센싱 모듈의 대략적인 평면도를 도시한 도면이다. 도 7은 도 6의 A-A'에 따른 단면도의 일례이다. 도 6 및 도 7과 관련하여 도 1 내지 도 5와 관련하여 상술한 바와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하 차이점을 중심으로 설명한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 이미지 센싱 모듈(1)은 기판(110), 이미지 센서 칩(120), 몰딩 레이어(130), 외력 흡수 레이어(140), 접착 레이어(150), 지지 부재(160) 및 렌즈(170)를 포함할 수 있다. 다만, 상술한 구성 요소들은 이미지 센싱 모듈(1)을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 이미지 센싱 모듈(1)은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
기판(110)은 제1 영역(210), 제1 영역을 감싸는 제2 영역(220) 및 제2 영역(220)을 감싸는 제3 영역(230)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 영역(210)과 제3 영역(230)은 서로 이격되어 있을 수 있고, 제1 영역(210) 및 제3 영역(230) 사이에 제2 영역(220)이 위치할 수 있다.
이미지 센서 칩(120)은 기판(110)의 제1 영역(210) 상에 위치할 수 있다. 지지 부재(160)는 기판(110)의 제3 영역(230) 상에 위치할 수 있다.
접착 레이어(150)는 서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 제1 면이 제1 영역(210)에 본딩될 수 있다.
외력 흡수 레이어(140)는 접착 레이어(150) 상에 위치하여 접착 레이어(150)의 제2 면과 본딩될 수 있다.
외력 흡수 레이어(140)는 이미지 센서 칩(120)의 배면에 가해지는 외력을 흡수하는 기능을 수행하는 레이어일 수 있다.
접착 레이어(150)의 제1 모듈러스 값은 외력 흡수 레이어(140)의 제2 모듈러스 값과 다를 수 있다.
예를 들어, 외력 흡수 레이어(140)의 제2 모듈러스 값은 접착 레이어(150)의 제1 모듈러스 값보다 작을 수 있다.
한편, 외력 흡수 레이어(140)는 서로 대향하는 제3 면 및 제4 면을 포함할 수 있다.
제1 영역(210)의 크기는 상기 제3 면 및 상기 제4 면의 크기에 대응할 수 있다.
접착 레이어(150)의 제2 면은 외력 흡수 레이어(140)의 상기 제3 면과 본딩될 수 있다.
몰딩 레이어(130)는 열 다이(thermal die, 131), 메모리 칩(132) 및 몰딩부(133)를 포함할 수 있다.
몰딩 레이어(130)에 포함된 메모리 칩(132)은 이미지 센서 칩(120)과 전기적으로 연결될 수 있다.
몰딩 레이어(130)에 포함된 열 다이(131)는 메모리 칩(132)을 통해 발생하는 열을 흡수하여 메모리 칩(132)이 과열되는 것을 방지하는 기능을 수행할 수 있다.
몰딩부(133)는 열 다이(131) 및 메모리 칩(132)을 덮을 수 있다. 예를 들어, 몰딩부(133)는 메모리 칩(132) 및 열 다이(131) 사이의 공간 및 외력 흡수 레이어(140) 및 이미지 센서 칩(120) 사이의 공간 내에 채워질 수 있다.
이미지 센서 칩(120)은 몰딩 레이어(130) 상에 위치할 수 있다.
몇몇 실시예에 의할 경우, 이미지 센서 칩(120)은 수광부, 로직부 및 차폐 레이어를 포함하는 상보 금속 산화물 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; CMOS) 트랜지스터로 구성된 CMOS 이미지 센서 칩일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이미지 센서 칩(120)은 CMOS 이미지 센서 칩보다 데이터 저장 용량 및 전력 소비량이 높은 전하결합소자(Charged Coupled Device, CCD)를 구비하는 CCD 이미지 센서 칩일 수도 있다.
렌즈(170)는 이미지 센서 칩과 이격하고, 이미지 센서 칩 상방에 위치할 수 있다.
렌즈(170)는 유리와 같은 투명한 물질로 형성되어 외부의 피사체로부터 반사된 광을 모으거나 발산시켜 광학적 상이 맺히게 할수 있다. 즉, 렌즈(170)는 피사체로부터 방사되는 광 신호를 이미지 센서 칩(120) 상으로 안내할 수 있다.
예를 들어, 렌즈(170)는 지지 부재(160)의 상부에 존재하는 홀에 배치되어 외부의 광을 집광하여 이미지 센서 칩 상으로 안내하는 적어도 하나의 렌즈(170)를 포함할 수 있다. 렌즈(170)는 이미지 센싱 모듈(1)의 사용 환경에 따라 다수의 렌즈로 구성될 수도 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 렌즈(170)와 이미지 센서 칩(120) 사이에 적외선 차단 필터가 추가로 포함되어 있을 수 있다.
적외선 차단 필터는, 렌즈(170)를 통과한 광에서 적외선을 필터링할 수 있다.
적외선 차단 필터는 렌즈(170)와 이미지 센서 칩(120) 사이에 배치되어 외부로부터 입사된 광으로부터 적외선 영역을 차단시켜 이미지 센싱 모듈(1)의 색 재현성을 향상시킬 수 있다.
지지 부재(160)는 기판(110) 상의 제3 영역(230)에 위치하고, 렌즈(170)를 지지할 수 있다. 지지 부재(160)는 렌즈(170)를 고정하기 위한 다양한 렌즈 홀더(미도시)들이 구비되어 있을 수 있다.
지지 부재(160)는 렌즈(170)를 지지할 뿐만 아니라 하우징으로서의 역할을 수행할 수도 있다. 즉, 지지 부재(160)는 이미지 센서 칩 패키지를 둘러싸도록 배치될 수 있다.
지지 부재(160)는 제3 영역(230) 상에 위치하기 때문에, 이미지 센서 칩(120), 몰딩 레이어(130), 외력 흡수 레이어(140) 및 접착 레이어(150)와 이격될 수 있다.
지지 부재(160)는 에폭시 수지, 알키드 수지 또는 실리콘 수지 등을 이용하여 사출금형으로 형성될 수 있다.
도 8은 몇몇 실험예에 따라 외력 흡수 레이어의 두께 변화가 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스에 미치는 영향을 나타낸 그래프이다.
도 8을 참조하면, 실험예에서 1.3 GPa의 모듈러스 값을 갖는 접착 레이어(150)가 사용되었고, 이미지 센싱 모듈(도 6 및 도 7의 1)에 100N의 외력이 가해졌다.
도 8의 그래프에서 X 축은 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값을 나타낸 것이고, Y 축은 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스를 나타낸 것이다.
도 8를 참조하면, 실선은 두께가 40㎛ 인 외력 흡수 레이어(140)를 사용한 경우의 실험 결과를 나타낸 것이고, 점선은 두께가 20㎛ 인 외력 흡수 레이어(140)를 사용한 경우의 실험 결과를 나타낸 것이고, 일점 쇄선은 두께가 10㎛ 인 외력 흡수 레이어(140)를 사용한 경우의 실험 결과를 나타낸 것이다.
도 8의 그래프는 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값 및 외력 흡수 레이어(140)의 두께를 변화시킬 때 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스의 정도를 나타낸 그래프이다.
도 8에 도시된 그래프를 살펴보면, 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값이 접착 레이어(150)의 모듈러스 값인 1.3 GPa보다 큰 경우, 외력 흡수 레이어(140)의 두께가 두껍더라도 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스의 감소 정도가 크게 다르지 않다는 것을 확인할 수 있다.
하지만, 외력 흡수 레이어(140)의 모듈러스 값이 접착 레이어(150)의 모듈러스 값인 1.3GPa보다 작은 경우, 외력 흡수 레이어(140)의 두께가 두꺼우면 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스의 감소량이 많아진 것을 확인할 수 있다.
즉, 외력 흡수 레이어(140)의 두께가 두꺼워지고 모듈러스 값이 작아질수록 이미지 센서 칩(120)에 가해지는 스트레스가 감소하는 것을 확인할 수 있다.
하지만, 이미지 센서 패키지의 크기는 제한적이기 때문에 외력 흡수 레이어(140)의 두께를 무조건 크게 만들 수는 없다. 따라서, 외력 흡수 레이어(140)는 이미지 센서 패키지의 크기 내에서 최대한의 크기를 가질 수 있다.
도 9는 몇몇 실시예에 따라 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법의 일례를 설명하기 위한 흐름도이다. 도 10은 이미지 센서 패키지에 실장되는 이미지 센서 칩의 제조 공정을 도시한 도면이다. 도 9 및 도 10과 관련하여 도 1 내지 도 8과 관련하여 상술한 바와 중복되는 내용은 다시 설명하지 않으며, 이하 차이점을 중심으로 설명한다.
도 9를 참조하면, 이미지 센서 패키지를 제조하기 위해 이미지 센서 칩을 형성할 수 있다(S310).
도 10을 참조하면, 실리콘 소재의 실리콘 기판(311)에는 이미지 센서 칩들(312)이 형성될 수 있다. 이웃하는 이미지 센서 칩들(312)은 칩 절단 영역(313, Scribe line)에 의해 구분될 수 있다. 한편, 이미지 센서 칩들(312)을 이루는 집적 회로가 본 발명을 이해하는데 반드시 필요한 것은 아니기 때문에, 집적 회로는 본 명세서 및 도면에 개시하지 않는다.
실리콘 소재의 실리콘 기판(311)에 형성된 이미지 센서 칩들은 칩 절단 영역(313)을 따라 커팅될 수 있다. 커팅된 이미지 센서 칩들이 하나의 이미지 센서 패키지에 포함되는 이미지 센서 칩이 될 수 있다. 하지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 하나의 이미지 센서 패키지 내에 복수의 이미지 센서 칩이 포함될 수도 있다.
몇몇 실시예에 의할 경우, 이미지 센서 칩은 수광부, 로직부 및 차폐 레이어를 포함하는 상보 금속 산화물 반도체(Complementary Metal-Oxide Semiconductor; CMOS) 트랜지스터로 구성된 CMOS 이미지 센서 칩일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이미지 센서 칩은 CMOS 이미지 센서 칩보다 데이터 저장 용량 및 전력 소비량이 높은 전하결합소자(Charged Coupled Device, CCD)를 구비하는 CCD 이미지 센서 칩일 수도 있다.
도 9를 다시 참조하면, 단계(S320)에서 메모리 칩 및 열 다이를 포함하는 몰딩 레이어를 생성할 수 있다. 몰딩 레이어는 열 다이(thermal die), 메모리 칩 및 몰딩부를 포함할 수 있다.
몰딩 레이어에 포함된 메모리 칩은 별도의 공정을 통해 형성될 수 있다. 여기서, 몰딩 레이어에 포함된 메모리 칩은 DRAM (dynamic RAM)과 같은 휘발성 메모리로 구현될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 메모리 칩은 RAM(random access memory), SRAM(static RAM), SRAM(Static Random Access Memory), SDRAM(synchronous DRAM), T-RAM(thyristor RAM), Z-RAM(zero capacitor RAM), 또는 TTRAM(Twin Transistor RAM)으로 구현될 수도 있다.
몰딩 레이어에 포함된 메모리 칩의 형성이 완료된 경우, 메모리 칩과 열 다이를 몰딩부를 통해 덮을 수 있다. 여기서, 몰딩부는, 에폭시 수지 계열의 물질을 포함할 수 있다.
단계들(S310, S320)을 통해 형성된 이미지 센서 칩 및 몰딩 레이어는 서로 결합될 수 있다. 구체적으로, 이미지 센서 칩은 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함할 수 있고, 상기 제1 면은 이미지 센싱 모듈의 렌즈를 향하도록 배치될 수 있고, 상기 제2 면은 몰딩 레이어와 결합될 수 있다.
한편, 이미지 센서 칩과 몰딩 레이어를 결합할 때, 이미지 센서 칩과 몰딩 레이어에 포함된 메모리 칩을 전기적으로 연결시킬 수 있다.
단계(S330)에서 외력 흡수 레이어가 형성될 수 있다. 외력 흡수 레이어는 이미지 센서 칩의 배면에 가해지는 외력을 흡수하는 기능을 수행하는 레이어일 수 있고, 폴리이미드(polyimied) 레이어를 포함할 수 있다.
단계(S340)에서 접착 레이어가 형성될 수 있다. 접착 레이어는 에폭시계 수지, 아크릴계 수지, 실리콘계 수지 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 종류의 접착재가 접착 레이어로 이용될 수 있다.
접착 레이어는 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
일례로, 접착 레이어는 필름 타입으로 생성될 수 있다. 필름 타입으로 형성된 접착 레이어는 필요한 크기로 커팅될 수 있다. 그리고, 필름 타입으로 형성된 접착 레이어는 외력 흡수 레이어의 일 면에 접착될 수 있다.
다른 일례로, 접착 레이어를 구성하는 물질이 외력 흡수 레이어의 일 면에 페이스트(paste)될 수 있다. 외력 흡수 레이어의 일면에 페이스트된 물질이 스크리닝을 통해 레이어를 형성할 수 있고, 이렇게 형성된 레이어가 접착 레이어가 될 수 있다.
접착 레이어를 형성하는 방법은 상술한 방법에 한정되지 않고, 접착 레이어는 다양한 방법을 통해 형성될 수 있다.
몇몇 실시예에 따르면, 외력 흡수 레이어의 모듈러스(modulus) 값은 접착 레이어의 모듈러스 값과 다른 값을 가질 수 있다.
예를 들어, 외력 흡수 레이어의 제2 모듈러스 값은 접착 레이어의 제1 모듈러스 값보다 작을 수 있다. 외력 흡수 레이어의 제2 모듈러스 값이 접착 레이어의 제1 모듈러스 값보다 작은 경우 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있다.
단계들(S310~S340)의 순서는 서로 바뀔 수 있다.
단계(S350)에서 이미지 센서 칩, 몰딩 레이어, 외력 흡수 레이어 및 접착 레이어가 기판에 본딩될 수 있다.
기판은 내부에 전기 회로가 형성되어 상부에 실장된 이미지 센서 칩 및 외부 소자와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판은 전기 회로가 배치된 유기물 기판, 실리콘 기판, 벌크 실리콘 또는 SOI(silicon-oninsulator) 일 수 있다.
이미지 센서 칩은 이미지 센서 패키지의 최상단에 위치할 수 있고, 이미지 센서 칩과 기판 사이에 몰딩 레이어, 외력 흡수 레이어 및 접착 레이어가 위치할 수 있다.
몰딩 레이어는, 제3 면이 이미지 센서 칩과 결합할 수 있다. 몰딩 레이어의 제3 면과 대향하는 제4 면은 외력 흡수 레이어와 결합될 수 있다. 외력 흡수 레이어는 몰딩 레이어의 제4 면과 결합하고, 접착 레이어를 통해 기판에 본딩될 수 있다.
도 11은 도 6 및 도 7에 도시된 이미지 센싱 모듈을 구비하는 이미지 센싱 시스템의 개략적인 구성을 나타내는 블록도이다.
도 11을 참조하면, 이미지 센싱 시스템(400)은 이미지 센싱 모듈(410), 프로세서(420), 비휘발성 메모리(430), 입/출력 장치(440)를 포함할 수 있다. 다만, 상술한 구성 요소들은 이미지 센싱 시스템(400)을 구현하는데 있어서 필수적인 것은 아니어서, 이미지 센싱 시스템(400)은 위에서 열거된 구성요소들 보다 많거나, 또는 적은 구성요소들을 가질 수 있다.
이미지 센싱 시스템(400)은 TV, DTV(Digital TV), IPTV(internet protocol TV), PC(personal computer), 데스크 탑 컴퓨터, 랩-탑(lap-top) 컴퓨터, 컴퓨터 워크스테이션(computer workstation), 태블릿(tablet) PC, 비디오 게임 플랫폼(또는 비디오 게임 콘솔), 서버 및 모바일 컴퓨팅 장치 중의 하나일 수 있다. 여기서, 모바일 컴퓨팅 장치는 이동 전화기, 스마트 폰(smart phone), EDA(enterprise digital assistant), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), PMP(portable multimedia player), PND(personal navigation device 또는 portable navigation device), 모바일 인터넷 장치(mobile internet device(MID)), 웨어러블 컴퓨터, 사물 인터넷(Internet of Things; IOT) 장치, 만물 인터넷(Internet of Everything; IOE) 장치 또는 e-book으로 구현될 수 있다.
이미지 센싱 모듈(410)은 디지털 이미지를 생성할 수 있다. 이미지 센싱 모듈(410)을 통해 촬영된 이미지 신호는 아날로그-디지털 변환기와 같은 신호 처리 회로를 통하여 디지털 데이터로 변환되어 프로세서(420)에 전송될 수 있다. 이미지 센싱 모듈(410)은 도 6 및 도 7에서 상술한바와 실질적으로 동일한 구성을 가질 수 있다. 따라서, 이미지 센싱 모듈(410)에 대한 자세한 설명은 생략한다.
프로세서(420)는 디지털로 변환된 이미지에 대하여 다양한 데이터 처리를 수행할 수 있다.
비휘발성 메모리(430)는 프로세서(420)와 통신을 수행하여 데이터화된 이미지를 저장할 수 있다. 예를 들어, 비휘발성 메모리(430)은 낸드 플래시 메모리(NAND Flash Memory), 수직형 낸드 플래시 메모리(Vertical NAND; VNAND), 노아 플래시 메모리(NOR Flash Memory), 저항성 램(Resistive Random Access Memory: RRAM), 상변화 메모리(Phase-Change Memory: PRAM), 자기저항 메모리(Magneto resistive Random Access Memory: MRAM), 강유전체 메모리(Ferroelectric Random Access Memory:FRAM), 스핀주입 자화반전 메모리(Spin Transfer Torque Random Access Memory:STT-RAM) 등을 포함할 수 있으나, 이러한 예시들에 제한되는 것은 아니다.
입/출력 장치(440)는 다른 전자 시스템과 이미지 데이터를 교환할 수 있다. 예를 들어, 프로세서(420)에서 처리된 이미지가 입/출력 장치(440)와 접속된 외부 기기 예를 들어, 외부 디스플레이 및 프린터 등으로 출력될 수 있다.
상술한 실시예들 중 적어도 하나에 의하면, 이미지 센서 패키지의 배면에 가해지는 외력이 크게 감소할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100: 이미지 센서 패키지
110: 기판
120: 이미지 센서 칩
130: 몰딩 레이어
131: 열 다이
132: 메모리 칩
133: 몰딩부
140: 외력 흡수 레이어
150: 접착 레이어

Claims (10)

  1. 기판;
    상기 기판 상의 이미지 센서 칩;
    상기 기판과 상기 이미지 센서 칩 사이에 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 외력 흡수 레이어;
    상기 외력 흡수 레이어의 상기 제1 면 상에, 상기 이미지 센서 칩과 상기 외력 흡수 레이어 사이에 개재되는 몰딩 레이어;
    상기 외력 흡수 레이어의 상기 제2 면과 상기 기판을 본딩(bonding)시키는 접착 레이어를 포함하고,
    상기 접착 레이어는,
    제1 모듈러스(modulus) 값을 갖고,
    상기 외력 흡수 레이어는,
    상기 제1 모듈러스 값과 다른 제2 모듈러스 값을 갖고,
    상기 몰딩 레이어는, 상기 이미지 센서 칩과 전기적으로 연결되는 메모리 칩 및 상기 메모리 칩을 덮는 몰딩부를 포함하는, 이미지 센서 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 몰딩 레이어는 서로 대향하는 제3 면 및 제4 면을 포함하고,
    상기 몰딩 레이어의 상기 제3 면은 상기 외력 흡수 레이어의 상기 제1 면과 결합하고,
    상기 이미지 센서 칩은, 상기 몰딩 레이어의 제4 면 상에 배치되는, 이미지 센서 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 면의 크기는,
    상기 제1 면과 접촉하는 상기 제3 면의 크기에 대응하는, 이미지 센서 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제2 면의 크기는,
    상기 제2 면과 접촉하는 상기 접착 레이어의 제5 면의 크기에 대응하는, 이미지 센서 패키지.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 면의 크기는,
    상기 제2 면과 접촉하는 상기 접착 레이어의 제5 면의 크기보다 큰, 이미지 센서 패키지.
  6. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 면의 크기는,
    상기 제2 면과 접촉하는 상기 접착 레이어의 제5 면의 크기보다 크고,
    상기 제3 면의 크기는,
    상기 제5 면의 크기에 대응하는, 이미지 센서 패키지.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2 면의 크기는,
    상기 제2 면과 접촉하는 상기 접착 레이어의 제5 면의 크기보다 크고,
    상기 제3 면의 크기는,
    상기 제5 면의 크기보다 큰, 이미지 센서 패키지.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2 모듈러스 값은,
    상기 제1 모듈러스 값보다 작은, 이미지 센서 패키지.
  9. 기판;
    상기 기판 상에 배치되며, 서로 대향하는 제1 면 및 제2 면을 포함하는 외력 흡수 레이어로, 상기 제1 면은 상기 기판을 마주 보는 외력 흡수 레이어;
    상기 외력 흡수 레이어와 상기 기판 사이에 개재되고, 상기 제1 면과 상기 기판을 본딩(bonding)하는 접착 레이어;
    상기 외력 흡수 레이어의 제2 면과 결합하고, 메모리 칩 및 열 다이(thermal die)를 포함하는 몰딩부; 및
    상기 메모리 칩과 전기적으로 연결되고 상기 몰딩부 상에 배치되는 이미지 센서 칩을 포함하고,
    상기 접착 레이어는,
    제1 모듈러스 값을 갖고,
    상기 외력 흡수 레이어는,
    상기 제1 모듈러스 값 보다 작은 제2 모듈러스 값을 갖는, 이미지 센서 패지키.
  10. 제1 영역, 상기 제1 영역을 감싸는 제2 영역, 상기 제2 영역을 감싸는 제3 영역을 포함하는 기판;
    서로 마주보는 제1 면 및 제2 면을 포함하고, 상기 제1 면이 상기 제1 영역에 본딩된 접착 레이어;
    상기 제2 면과 본딩된 외력 흡수 레이어;
    상기 외력 흡수 레이어 상에 위치하는 몰딩 레이어;
    상기 몰딩 레이어 상에 위치하는 이미지 센서 칩;
    상기 이미지 센서 칩과 이격하고, 상기 이미지 센서 칩 상방에 위치하는 렌즈; 및
    상기 제3 영역에 위치하고, 상기 렌즈를 지지하는 지지 부재를 포함하고,
    상기 접착 레이어는,
    제1 모듈러스 값을 갖고,
    상기 외력 흡수 레이어는,
    상기 제1 모듈러스 값보다 작은 제2 모듈러스 값을 갖는, 이미지 센싱 모듈.
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