KR102401776B1 - 이미지 센서 모듈 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 센서 모듈 및 제조 방법에 관한 것이다. 이미지 센서 모듈의 제조 방법은, 캐리어 웨이퍼에 복수개의 제1 칩을 접착하는 단계; 각각의 제1 칩에 적어도 하나의 패턴화 본딩층 또는 투명 본딩층을 포함하는 영구 본딩층을 형성하는 단계; 제2 칩을 중간의 영구 본딩층을 통해 각각의 투명 필터와 본딩시켜 캐리어 웨이퍼에 복수개의 패키지 구조를 형성하며, 제1 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 하나이고, 제2 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 다른 하나인 단계를 포함한다. 각각의 패키지 구조에서 이미지 센서는 투명 필터를 향한 하나의 감광성 영역을 구비한다.

Description

이미지 센서 모듈 및 이의 제조 방법
본 발명은 이미지 센서 분야에 관한 것으로, 특히 이미지 센서 모듈 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
카메라 모듈은 휴대폰, 개인 휴대 정보 단말기 및 노트북과 같은 다양한 이동 단말기에 적용된다. 종래의 카메라 모듈의 제조는 일반적으로 우선 상보성 금속 산화물 반도체(CMOS) 이미지 센서 칩을 인쇄 회로 기판(PCB)에 접착시킨 후, 홀더로 적외선 필터를 장착하고, 디스펜싱(dispensing) 공정을 이용하여 홀더와 적외선 필터를 이미지 센서와 본딩시켰다. 마지막으로 모터와 렌즈를 홀더에 장착하였다.
그러나, 패키징 과정에서, 이러한 제조 과정은 PCB의 이미지 센서를 주변 환경에 직접적으로 노출시켜, 감광성 영역이 오염되어 이미지 결함을 초래하기 쉽다. 이미지 센서를 PCB에 접착시킨 후, 홀더와 상기 홀더의 적외선 필터는 이미지 센서와 본딩될 수 있어, 홀더의 구조적 디자인과 크기가 더욱 제한될 수 있다.
본 발명에서 개시된 이미지 센서 모듈 및 제조 방법은 상기 문제 및 다른 관련 문제를 해결하는 방법을 제공하였다.
본 발명은 다양한 실시예를 통하여 이미지 센서 모듈의 제조 방법을 제공한다. 이 방법에서, 캐리어 웨이퍼에 복수개의 제1 칩을 접착하고; 각각의 제1 칩에 적어도 하나의 패턴화 본딩층 또는 투명 본딩층을 포함하는 영구 본딩층을 형성하고; 제2 칩을 중간의 영구 본딩층을 통해 각각의 투명 필터와 본딩시켜 캐리어 웨이퍼에 복수개의 패키지 구조를 형성한다. 제1 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 하나이다. 제2 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 다른 하나이다. 각각의 패키지 구조에서, 이미지 센서는 투명 필터를 향한 하나의 감광성 영역을 구비한다.
본 발명은 또한 다양한 실시예를 통하여 이미지 센서 모듈을 제공한다. 이미지 센서 모듈은 복수개의 제1 칩을 구비하고; 한 층의 영구 본딩층이 각각의 제1 칩을 커버하며; 제2 칩은 중간의 영구 본딩층을 통하여 각각의 제1 칩과 본딩되어 복수개의 패키지 구조를 형성한다. 영구 본딩층은 적어도 하나의 패턴화 본딩층 또는 하나의 투명 본딩층을 포함한다. 제1 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 하나이다. 제2 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 다른 하나이다. 각각의 패키지 구조에서 이미지 센서는 투명 필터를 향한 하나의 감광성 영역을 구비한다.
당업자는 해당 특허에서의 구체적인 실시형태, 청구범위 및 모식도를 통하여 본 발명의 다양한 실시예를 이해할 수 있을 것이다.
하기 도면은 개시된 실시예를 해석하기 위한 예시도로서, 본 발명의 청구범위를 제한하지 않는다.
도 1 ~ 2, 도 3a ~ 3b, 도 4a ~ 4c, 도 5, 도 6a ~ 6b 및 도 8은 본 발명의 하나의 예시적인 이미지 센서 모듈 제조 방법에서 순차적으로 실시하여 얻은 구조 단면도를 나타낸다.
도 7a ~ 7b는 본 발명의 다른 하나의 구체적인 실시예에서의 이미지 센서 모듈의 예시적인 패키지 구조의 모식도를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 이미지 센서 모듈의 예시적인 제조 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 10, 도 11a ~ 11c, 도 12, 도 13a ~ 13b 및 도 15는 본 발명의 또 다른 하나의 예시적인 이미지 센서 모듈의 제조 방법에서 순차적으로 실시하여 얻은 구조 단면도를 나타낸다.
도 14a ~ 14b는 본 발명의 이미지 센서 모듈을 형성하는 또 다른 하나의 예시적인 패키지 구조 단면도를 나타낸다.
이하, 본 발명에서 개시된 예시적인 실시예를 상세하게 참조하되, 해당 실시예는 도면에 도시된다. 상이한 도면에서의 동일한 참조 부호는 가능한 동일하거나 유사한 부재를 나타낸다.
본 발명은 이미지 센서 모듈 및 이의 제조 방법을 제공한다. 예를 들어, 캐리어 웨이퍼에 복수개의 제1 칩을 접착시킨다. 각각의 제1 칩에 영구 본딩층을 형성한다. 제2 칩은 중간의 영구 본딩층을 통하여 각각의 투명 필터와 본딩되어 캐리어 웨이퍼에서 복수개의 패키지 구조를 형성한다. 영구 본딩층은 적어도 하나의 패턴화 본딩층 또는 하나의 투명 본딩층을 포함한다. 일부 실시예에서, 제1 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 하나이다. 제2 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 다른 하나이다. 각각의 패키지 구조에서 이미지 센서는 투명 필터를 향한 감광성 영역을 구비한다.
본 발명을 더욱 쉽게 이해하기 위하여, 본 발명은 이미지 센서 모듈 및 제조 방법에서 투명 필터를 제1 칩으로 하고, 이미지 센서를 제2 칩으로 하는 경우를 예시적으로 설명한다. 그러나, 본 발명의 각 실시예에 따르면, 이미지 센서 모듈 및 제조 방법에서, 제1 칩 및 제2 칩의 작용과 배치는 호환될 수 있다.
예를 들어, 임시 본딩층 또는 정전 본딩 과정에 의해 투명 필터(또는 이미지 센서)를 캐리어 웨이퍼에 접착시킬 수 있고; 다음, 투명 필터(또는 이미지 센서)에 하나의 영구 본딩층을 형성할 수 있으며, 예를 들어, 상기 영구 본딩층은 패턴화 본딩층 또는 투명 본딩층을 포함하고; 영구 본딩층에 이미지 센서(또는 투명 필터)를 접착하여, 이미지 센서(또는 투명 필터)를 각각의 투명 필터(또는 각각의 이미지 센서)에 본딩시킨다. 투명 필터, 이미지 센서 및 영구 본딩층은 캐리어 웨이퍼에서 하나의 패키지 구조를 형성한다.
일부 실시예에서, 이후 캐리어 웨이퍼를 제거할 수 있다. 형성된 패키지 구조는 원하는 임의의 용도를 위해 이송, 운반 및 저장되거나, 및/또는 추가 조립될 수 있다. 예를 들어, 캐리어 웨이퍼를 제거한 후, 패키지 구조를 PCB에 장착할 수 있고, 패키지 구조를 렌즈 어셈블리에 장착하여 하나의 예시적인 이미지 센서 모듈을 형성할 수도 있다. 하나의 실시예에서, PCB는 경성일 수 있고, 연성일 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예에서, 도 1 ~ 2, 도 3a ~ 3b, 도 4a ~ 4c, 도 5, 도 6a ~ 6B 및 도 8에서 본 발명의 하나의 예시적인 이미지 센서 모듈 제조 방법에서 순차적으로 실시하여 얻은 구조 단면도를 나타낸다. 도 10, 도 11a ~ 11c, 도 12, 도 13a ~ 13b 및 도 15는 본 발명의 또 다른 하나의 예시적인 이미지 센서 모듈의 제조 방법에서 순차적으로 실시하여 얻은 구조 단면도를 나타낸다. 도 7a ~ 7B 및 도 14a ~ 14b는 본 발명의 이미지 센서 모듈을 형성하는 예시적인 패키지 구조 단면도를 나타낸다. 도 9는 본 발명의 이미지 센서 모듈의 예시적인 제조 방법의 흐름도를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 예시적인 이미지 센서 모듈을 제작하는 방법에서, 캐리어 웨이퍼를 제공한다(예를 들어, S910). 도 1은 캐리어 웨이퍼의 구성도를 나타낸다.
도 1에 도시된 바와 같이, 캐리어 웨이퍼(102)를 제공한다. 상기 캐리어 웨이퍼의 재료로 실리콘(silicon), 유리, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 캐리어 웨이퍼(102)의 두께는 약 350 ㎛ 내지 약 1000 ㎛의 범위이다. 일부 실시예에서, 캐리어 웨이퍼(102)의 직경은 약 200 ㎜, 300 ㎜ 등일 수 있다.
또 도 1을 참조하면, 선택 가능하게, 캐리어 웨이퍼(102)에 임시 본딩층(104)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 임시 본딩층(104)은 방열층, 또는 패키징 과정에서 패키지 구조에 대하여 지지 작용을 할 수 있고 패키지 구조를 형성한 후 분리될 수 있는 임의의 임시 본딩층을 포함할 수 있다.
임시 본딩층(104)은 캐리어 웨이퍼(102)에서 접착 칩/다이(die)/웨이퍼에 접착 메커니즘을 제공할 수 있다. 캐리어 웨이퍼(102)에 임시 본딩층(104)을 형성하는 공정으로서 라미네이션 공정, 코팅 공정 또는 인쇄 공정 등을 사용할 수 있다. 임시 본딩층(104)의 두께는 약 50 ㎛ 내지 약 150 ㎛의 범위 내에 있을 수 있다. 임시 본딩층(104)의 재료로서 열가소성 또는 열탄성 재료와 같은 폴리머 재료를 포함할 수 있다. 임시 본딩층(104)은 단층 또는 다층의 재료 구조를 포함할 수 있다.
실시예에서 방열층이 사용될 경우, 방열층은 다층의 재료 구조를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다층의 재료 구조는 발포 접착제층, 폴리에스테르 폴리머 필름과 같은 압력감지층 및 발포 접착제층과 압력감지층 사이에 개재된 폴리머 필름을 포함할 수 있다. 이 외에, 각각의 발포 접착제층과 각각의 압력감지층에 한 층의 이형 라이너층(release liner layer)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 캐리어 웨이퍼에 방열층을 접착시키기 전에, 대응되는 이형 라이너층을 먼저 제거한다.
발포 접착제층은 가열에 의해 발포되어 캐리어 웨이퍼를 임시 본딩층으로부터 분리시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 방열층은 양면의 접착제층을 구비하고, 즉 상기 다층 재료의 구조이다.
다른 하나의 예시에서, 방열층은 방열 테이프일 수 있다. 실온에서, 상기 테이프는 일반적인 접착 테이프와 같은 접착성을 갖고, 필요할 경우, 매우 쉽게 분리된다. 예를 들어, 간단한 가열로 이를 분리시킬 수 있다. 분리시키는 가열 온도는 90 ℃, 120 ℃, 150 ℃, 170 ℃ 또는 임시 본딩층(104) 재료에 따른 임의의 하나의 적합한 온도를 선택할 수 있다.
또 도 9에서의 S920을 참조하면, 캐리어 웨이퍼에 복수개의 투명 필터를 접착시킬 수 있고, 이의 구조는 도 2에 도시된 바와 같다.
도 2를 참조하면, 임시 본딩층(104)을 사용하거나 사용하지 않아도, 투명 필터(120)를 캐리어 웨이퍼(102)에 접착시키거나 본딩시킬 수 있다.
투명 필터(120)는 기본적으로 광학적으로 투명한 것일 수 있다. 투명 필터(120)는 유리 칩을 포함할 수 있다. 예를 들어, 투명 필터(120)는 필터링된 IR 기능을 갖는 IR 유리 칩을 포함할 수 있다.
투명 필터(120)는 분할된 복수개의 칩일 수 있다. 복수개의 투명 필터(120)는 미리 결정된 충분히 큰 간격으로 패키징을 위해 캐리어 웨이퍼(102)에 분산 장착될 수 있다. 일부 실시예에서, 투명 필터(120)의 크기, 캐리어 웨이퍼(102)의 크기 및 구체적인 응용 요구에 따라, 수십 개의 투명 필터(120) 또는 수백 개의 투명 필터(120), 나아가 더욱 많은 투명 필터(120)를 임시 본딩층(104)에 접착시킬 수 있다.
본 실시예에서, 글로벌 정렬(Global Alignment) 방법으로 투명 필터(120)와 캐리어 웨이퍼(102)를 정렬하여 접착시킨다. 예를 들어, 전반적인 정렬 방법에서, 캐리어 웨이퍼의 두 위치에 칩 밖에 절개구를 구비하는 것으로 표기하여 캐리어 웨이퍼와 투명 필터를 정렬한다. 예를 들어, 정렬 정확도는 5 ㎛ 내에 있을 수 있다.
상이한 방법으로 투명 필터(120)를 캐리어 웨이퍼(102)에 접착시킬 수 있다. 여기서, 픽앤플레이스(pick and place) 공정 및 정전 본딩 공정 등을 포함한다.
예를 들어, 픽앤플레이스 머신(pick-and-place machine)으로 투명 필터(120)를 캐리어 웨이퍼(102)의 임시 본딩층(104)의 미리 결정된 위치에 장착할 수 있다. 임시 본딩층(104)에 압력을 가할 수 있고, 예를 들어, 압력 방향은 캐리어 웨이퍼(102)로부터 투명 필터(120)로의 위로 가압되는 방향이거나, 투명 필터(120)로부터 캐리어 웨이퍼(102)로의 아래로 가압되는 방향이거나, 두 가지 방법의 조합일 수 있다.
하나의 예시적인 실시예에서, 실온 및 하기 압력 조건을 사용한다. 예를 들어, 각각의 칩에 인가되는 압력은 약 0.2 N 내지 약 10 N이고, 예를 들어, 각각의 칩에 인가되는 압력은 약 0.2 N 내지 약 5 N이며, 시간은 약 0.1초 내지 약 30초이고, 예를 들어 약 0.5초 내지 약 5초이며, 투명 필터(120)를 임시 본딩층(104)에 접착시킨다.
다른 예에서, 어떠한 임시 본딩층을 사용하지 않는 조건 하에서, 정전 본딩 과정으로 투명 필터(120)를 캐리어 웨이퍼(102)의 미리 결정된 위치에 장착한다. 다시 말하면, 임시 본딩층(104)을 생략한다.
정전 본딩 과정에서, 캐리어 웨이퍼는 전원의 양극에 연결될 수 있고 투명 필터는 전원의 음극에 연결될 수 있다. 다음 전원을 켜고 전압을 인가할 수 있다. 또한 투명 필터/캐리어 웨이퍼를 가열할 수 있다. 전압을 인가할 때, 캐리어 웨이퍼(예를 들어, 실리콘 웨이퍼)와 투명 필터(예를 들어, 유리 칩) 사이에 거대한 정전기적 인력이 생성되어 밀착력을 높이고 본딩을 용이하게 한다.
또 도 9에서의 S930을 참조하면, 투명 필터에 영구 본딩층을 형성할 수 있다. 예를 들어, 상기 영구 본딩층은 패턴화 본딩층 또는 투명 본딩층을 포함한다.
일부 실시예에서, 도 3a ~ 3b에 도시된 바와 같이, 영구 본딩층은 패턴화 본딩층일 수 있다. 다른 실시예에서, 도 10에 도시된 바와 같이, 영구 본딩층은 투명 본딩층일 수도 있다. 본 발명의 각 실시예에서, 임의의 적합한 본딩층은 모두 패키지 구조를 형성하는데 사용될 수 있다.
도 3a ~ 3b를 참조하면, 대응되는 투명 필터(120)에 패턴화 본딩층(1302)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 3b에 도시된 바와 같이, 투명 필터(120)에 형성된 패턴화 본딩층(1302)을 방죽으로 하고, 상기 방죽은 투명 필터(120)의 적어도 일부분 표면 면적을 감싸거나 폐쇄한다.
각각의 투명 필터에 형성된 패턴화 본딩층(1302)은 이후 후속적으로 본딩된 이미지 센서의 감광성 영역에 정렬된다. 패턴화 본딩층(1302)에서의 각각의 패턴은 일정한 폭의 방죽을 구비할 수 있다. 예를 들어, 상기 폭이 50 ㎜ 보다 크므로, 후속적인 투명 필터와 이미지 센서의 본딩에 충분한 지지 작용과 안정성을 제공한다. 패턴화 본딩층(1302)은 일정한 두께를 가질 수 있다. 투명 필터(120)의 표면적에 따라, 이의 두께는 약 20 ㎛ 내지 약 1000 ㎛ 일 수 있고, 예를 들어, 약 20 ㎛ 내지 약 600 ㎛, 또는 약 20 ㎛ 내지 약 60 ㎛ 일 수 있다. 패턴화 본딩층(1302)은 단층 구조일 수 있고, 다층 구조일 수도 있다. 패턴화 본딩층(1302)의 두께는 투명 필터(120)와 이후 본딩된 칩 사이의 거리에 의해 결정되고, 예를 들어 상기 칩은 이미지 센서 칩이다.
일부 실시예에서, 패턴화 본딩층(1302)의 형성은 포토리소그래피 공정을 이용할 수 있다. 예를 들어, 패턴화 본딩층은 하나의 패턴화 드라이 필름을 포함할 수 있다. 패턴화 드라이 필름의 형성 과정은 각각의 투명 필터에 한 층의 드라이 필름을 형성하여, 포토리소그래피 공정을 이용하여 드라이 필름을 패턴화하여 패턴화 드라이 필름을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
패턴화 본딩층(1302)이 패턴화 드라이 필름일 경우, 패턴화 드라이 필름은 다층 구조를 포함할 수 있고, 상기 다층 구조는 다층 폴리머층 중간에 개재된 한 층의 감광층을 포함한다. 여기서, 폴리머층은 폴리에틸렌 테레프타레이트(PET)층 또는 폴리에스테르분자(PE)층 또는 임의의 적합한 폴리머층일 수 있다. 감광성 층은 감광성 재료의 합성 단량체, 광중합 개시제, 폴리머 바인더 및 첨가제(예를 들어, 촉매 및 염료)를 포함할 수 있다. 합성 단량체는 패턴화 본딩층의 성분 중의 하나이다.
하나의 예시적인 포토리소그래피 과정 실시예에서, 투명 필터(120)의 표면에 한 층의 드라이 필름을 형성할 수 있고, 선택 가능하게, 드라이 필름은 임시 본딩 필름(104)일 수 있으며, 캐리어 웨이퍼(102)의 임의의 부위에 노출된 표면에 드라이 필름이 형성될 수 있다. 드라이 필름 형성 조건은, 진공은 약 50 Pa 내지 약 500 Pa이고, 온도는 약 80 ℃ 내지 약 130 ℃이다. 드라이 필름은 약 110 ℃ 내지 약 150 ℃의 온도와 약 80초 내지 약 200초의 시간의 조건 하에서 사전 소성(pre-bake)시킬 수 있다. 다음, 상기 드라이 필름은 복사 에너지 밀도가 약 800 mJ/cm2 내지 약 1500 mJ/cm2인 조건 하에서 노출 과정을 거친다.
노출 과정 후, 패턴화 드라이 필름을 약 110 ℃ 내지 약 150 ℃의 온도와 약 80초 내지 약 200초 시간의 조건 하에서 더 소성시킨다. 다음, 상기 패턴화 드라이 필름은 현상 공정을 거치되, 이의 조건은, 이소프로판올(IPA) 용액에서 약 100초 내지 약 300초 동안 진행한다. 또는 조건은 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA) 용액에서 약 60초 내지 약 200초 동안 진행하고, 마지막으로 IPA 헹굼 과정을 거치는 것이다.
다른 실시예에서, 스크린 인쇄 공정을 이용하여 패턴화 본딩층(1302)을 형성할 수 있다. 임의의 적합한 재료는 모두 스크린 인쇄 공정에 의해 패턴화 본딩층을 형성할 수 있다. 상기 적합한 재료의 예는 구조 접착제, 자외선(UV)-양면 본딩층, 투명 접착제 및 이들의 조합을 포함한다. 구조 접착제는 에폭시 접착제일 수 있는데, 예를 들어, 2성분형 연성 에폭시 수지 접착제일 수 있다. 다른 적합한 재료도 사용될 수 있고, 상기 재료에 제한되지 않는다.
본 발명의 실시예에서, 투명 필터와 이미지 센서를 본딩시키는데 사용되는 패턴화 본딩층(1302)이 UV-양면 본딩층일 경우, UV－경화 전구체는 투명 필터에 도포될 수 있고, 이후 투명 필터에 패턴화될 수 있다. UV－경화 전구체의 패턴화 과정은 UV 복사 및/또는 가열을 포함하지 않는 어떠한 과정을 사용할 수 있다. 예를 들어, 포토리소그래피 공정을 이용하여 UV경화 전구체를 패턴화할 수 없다. 반대로, 스크린 인쇄 공정 또는 UV 복사 및/또는 가열을 포함하지 않는 임의의 공정을 이용하여 각각의 투명 필터의 UV－경화 전구체를 패턴화할 수 있다.
일 실시예에서, UV－경화 전구체는 도 3a에 도시된 패턴과 유사한 패턴을 구비할 수 있다. 패턴화된 UV－경화 전구체는 이미지 센서에 접착된 후 다시 경화될 수 있다. 경화된 후, 투명 필터는 대응되는 이미지 센서와 본딩될 수 있다. 사용된 UV-경화 전구체 재료에 따라, 대응되는 UV 복사를 사용하여 UV-경화 본딩층을 형성한다.
일 실시예에서, 정전 본딩 과정을 캐리어 웨이퍼에 투명 필터를 접착시키는 과정에 사용할 경우, 적합한 스크린 인쇄 공정(예를 들어, 이에 반해, 포토리소그래피 공정은 투명 필터와 캐리어 웨이퍼 간의 정전기적 인력을 방해할 수 있음)을 이용하여 패턴화 본딩층(1302)을 형성하여 각각의 투명 필터의 영구 본딩층으로 한다.
본 발명에 개시된 영구 본딩층은 투명 본딩층을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 10을 참조하면, 투명 필터(120)에 투명 본딩층(1306)을 형성할 수 있다. 캐리어 웨이퍼(102)의 전체 표면에서, 투명 본딩층(1306)은 캐리어 웨이퍼의 전체 면의 모든 투명 필터(120)를 부분적으로 커버하거나 전부 커버할 수 있다. 일부 실시예에서, 투명 본딩층(1306)은 여러 조각의 투명 본딩층(미도시)으로 "분할"되거나 절단되어 각각의 투명 본딩층이 각각의 패키지 구조에 대응된다.
투명 본딩층(1306)은 이미지 센서를 수용하기 위한 양면 본딩층을 구비할 수 있어, 각각의 이미지 센서가 대응되는 투명 필터와 본딩되도록 한다.
또 도 9에서의 S940을 참조하면, 이미지 센서를 투명 필터의 영구 본딩층에 접착시켜, 이미지 센서는 대응되는 투명 필터에 본딩될 수 있다. 따라서, 투명 필터와 이미지 센서를 본딩시켜 캐리어 웨이퍼에 패키지 구조를 형성한다.
일부 실시예에서, 이미지 센서는 CIS칩일 수 있고, 상기 CIS칩은 CMOS이미지 센서 또는 전합 결합 소자(CCD) 이미지 센서를 포함한다.
일부 실시예에서, 도 4a ~ 4c에 도시된 바와 같이, 패키지 구조는 하나의 투명 필터, 이미지 센서 및 패턴화 본딩층으로 둘러싸인 하나의 캐비티를 포함한다. 도 4a는 도 3a 구조도에 의한 패키지 구조를 나타낸다. 도 4b ~ 4c는 하나의 예시적인 패키지 구조가 캐리어 웨이퍼에 투영된 평면도를 나타낸다.
도 4a ~ 4c를 참조하면, 이미지 센서(140)와 각각의 투명 필터(120)의 패턴화 본딩층(1302)을 본딩시켜 캐비티(24)를 갖는 패키지 구조(234)를 형성할 수 있다.
도 4b ~ 4c에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(140)의 정면에 하나의 감광성 영역(144)과 복수개의 연결패드(146b)/연결패드(146c)를 갖는 패드 영역을 구비할 수 있다. 연결패드(146b)/연결패드(146c)는 이미지 센서 칩(140)과, 대응되는 외부 회로를 연결시킬 수 있다.
일 실시예에서, 이미지 센서(140)는 정면이 아래로 향하고, 이의 감광성 영역(144)을 투명 필터(120)의 패턴화 본딩층(1302)으로 둘러싸인 영역에 정렬한 후, 이미지 센서(140)와 투명 필터(120)의 패턴화 본딩층(1302)을 본딩시킬 수 있다. 상기 본딩 과정은 소성 과정을 포함할 수 있다. 본딩 과정에서, 정렬 정밀도는 구체적인 응용에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서(140)와 패턴화 본딩층(1302)을 정렬하는 경우, 이미지 센서(140)의 감광성 영역(144)은 정밀도 범위 내에서 대응되게 패턴화 본딩층(1302)에 의해 둘러싸인 투명 필터(120)의 표면적에 정렬되거나 위치 결정된다.
일 실시예에서, 약 130 ℃ 내지 약 170 ℃의 온도와 약 0.1분 내지 약 5분의 시간, 예를 들어 약 0.5분 내지 약 5분의 조건 하에서, 이미지 센서(140)와 패턴화 본딩층(1302)을 정렬하여 접착시킨다. 다음, 약 160 ℃ 내지 200 ℃의 온도에서, 약 0.5시간 내지 3시간 동안 소성시킨다.
따라서, 이미지 센서(140)의 감광성 영역(144)은 캐비티(24) 내에 노출되어 있고, 감광성 영역(144) 내면은 투명 필터(120)에 대향될 수 있다. 본 발명의 패키지 구조 제작 과정의 초기 단계에서, 이미지 센서(140)의 감광성 영역(144)을 보호하여 주변 먼지 입자의 오염과 같은 환경 영향을 받지 않도록 할 수 있다.
도 4b ~ 4c를 참조하면, 패키지 구조(234)의 평면도 투영을 나타내고, 캐비티(24)에서, 이미지 센서(140)의 감광성 영역(144)의 면적은 투명 필터(120)의 면적보다 작을 수 있으며, 상기 감광성 영역(144)의 면적은 투명 필터(120)의 면적 내에 위치한다. 일부 경우, 캐비티(24), 감광성 영역(144), 필터(120)의 노출 면적, 및/또는 패턴화 본딩층(1302)을 포함하여 축에 대하여 가운데로 정렬되고, 본 발명의 각 실시예에서, 임의의 다른 적합한 구조도 모두 적용될 수 있다.
도 4b(도 7a를 함께 참조함)를 참조하면, 일부 실시예에서, 이미지 센서(140)에 형성된 복수개의 연결패드(146b)는 패턴화 본딩층(1302)과 이미지 센서(140)를 본딩시킨 본딩 영역 밖에 있을 수 있다. 예를 들어, 적어도 연결패드(146b)는 투명 필터(120)와 이미지 센서(140)를 본딩시킨 본딩 영역을 부분적으로 둘러싼다.
도 4c(예를 들어, 도 7b를 함께 참조함)를 참조하면, 다른 실시예에서, 이미지 센서(140)에 형성된 복수개의 연결패드(146c)는 이미지 센서(140)와 투명 필터(120)의 본딩 영역에 적어도 부분적으로 오버랩(overlapped)될 수 있다. 예를 들어, 패턴화 본딩층(1302)과 이미지 센서(140)를 본딩시킨 위치는 적어도 부분적으로 이미지 센서(140)의 연결패드(146c)에 있을 수 있다. 따라서, 복수개의 연결패드(146c)는 적어도 부분적으로 이미지 센서(140)와 투명 필터(120) 중간에 개재될 수 있다.
이와 같이, 복수개의 연결패드(146)가 있는 이미지 센서(140)가 형성되면, 패턴화 본딩층(1302)은 연결패드(146)의 내측 또는 부분적/전부 이미지 센서(140)의 연결패드(146)에 형성될 수 있다. 일부 경우, 감광성 영역(144)은 캐비티(24) 내에 잘 패키징될 수 있는 충분한 공간을 남기고, 패턴화 본딩층(1302)의 폭은 조절될 수 있다. 예를 들어, 도 4b(예를 들어, 도 7a를 함께 참조)에서 패턴화 본딩층(1302)의 폭은 도 4c(예를 들어, 도 7b를 함께 참조)에서 패턴화 본딩층(1302)의 폭보다 작을 수 있다. 다른 경우, 패키지 구조의 전체 크기와 구조는 조절될 수 있다(예를 들어, 도 14a에 도시된 바와 같음). 또한, 상이한 패키지 구조에서의 캐비티는 상이한 크기와 형상을 가질 수 있다.
연결패드의 제조 재료는 구리, 금, 구리-니켈 합금, 구리-은 합금, 땜납, 주석-은 또는 이들의 조합일 수 있다.
일부 실시예에서, 형성된 패키지 구조는 캐비티를 포함하지 않을 수 있다. 예를 들어, 도 11a ~ 11c에 도시된 바와 같이, 패키지 구조(264)는 투명 필터(120), 이미지 센서(140) 및 투명 필터(120)와 이미지 센서(140) 중간에 개재되어 본딩시킨 투명 본딩층(1306)을 포함할 수 있다. 도 11a에 도시된 패키지 구조는 도 10에 도시된 구조에 의한 것이다. 도 11b ~ 11c는 예시적인 패키지 구조가 캐리어 웨이퍼에 투영된 평면도를 나타낸다.
도 11a ~ 11c를 참조하면, 이미지 센서(140)와 각각의 투명 필터(120)의 투명 본딩층(1306)을 본딩시켜 패키지 구조(234)를 형성할 수 있다. 캐리어 웨이퍼의 전체 표면에서, 투명 본딩층(1306)은 모든 투명 필터(120)를 전부 또는 부분적으로 커버할 수 있다. 일부 실시예에서, 투명 본딩층(1306)은 여러 조각의 투명 본딩층(미도시)으로 "분할"되거나 절단되어, 각각의 투명 본딩층이 각각의 패키지 구조에 대응되도록 한다.
패키지 구조(234)에서, 이미지 센서(140)와 투명 필터(120)의 간격은 투명 본딩층(1306)의 두께와 같다(또는 작다).
이미지 센서(140)의 정면에 감광성 영역(144)과 하나의 패드 영역이 구비될 수 있고, 상기 패드 영역에 복수개의 연결패드(146b)/연결패드(146c)가 구비된다. 연결패드(146b)/연결패드(146c)는 이미지 센서 칩(140)과 대응되는 외부 회로를 연결시킬 수 있다.
일 실시예에서, 이미지 센서(140)는 정면이 아래로 향하고, 이의 감광성 영역(144)은 요구되는 정밀도 내에서 투명 필터(120)의 대응되는 영역과 정렬될 수 있다. 이미지 센서(140)의 감광성 영역(144) 내면은 투명 필터(120)를 향한다. 본 발명의 패키지 구조 제조 과정의 초기 단계에서, 이미지 센서(140)의 감광성 영역(144)을 보호하여 주변 먼지 입자의 오염과 같은 환경 영향을 받지 않도록 할 수 있다.
일부 실시예에서, 도 11b(예를 들어, 도 14a와 함께)에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(140)의 복수개의 연결패드(146b)는 이미지 센서(140)와 투명 필터(120)의 본딩 영역 밖에 있을 수 있다. 예를 들어, 형성된 연결패드(146b)는 투명 필터(120)의 주위에 적어도 부분적으로 본딩될 수 있다.
다른 실시예에서, 도11c(예를 들어, 도 14b와 함께)에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(140)의 복수개의 연결패드(146c)는 정렬될 수 있고 이미지 센서(140)와 투명 필터(120)의 본딩 영역에 적어도 부분적으로 중첩될 수 있다. 예를 들어, 적어도 복수개의 연결패드(146c)의 일부분은 이미지 센서(140)와, 투명 필터(120)와 본딩되는 패턴화 본딩층(1302) 사이에 개재될 수 있다.
또 도 9에서의 S950을 참조하면, 캐리어 웨이퍼를 제거할 수 있어, 복수개의 패키지 구조를 제공한다. 도 5는 상기 패키지 구조와 관련된 구조를 나타낸다.
도 5 및 도 12에 도시된 바와 같이, 캐리어 웨이퍼(102)를 투명 필터(120)로부터 제거할 수 있고, 임시 본딩층(104)에 2개의 패키지 구조(234)/패키지 구조(264)를 남긴다. 예를 들어, 사용된 재료에 따라, 임시 본딩층(104)은 가열되어 임시 본딩층(104)으로부터 캐리어 웨이퍼(102)를 분리시킬 수 있다. 일 실시예에서, 분리되는 가열 조건에서, 온도는 약 150 ℃ 내지 250 ℃이고 가열 시간 약 1분 내지 10분이다.
또 다른 구현예에서, 임시 본딩층은 생략되고, 정전 본딩을 사용하여, 투명 필터와 캐리어 웨이퍼를 본딩시킨다. 투명 필터와 캐리어 웨이퍼 사이에 인가된 전압을 제거하여, 필터로부터 캐리어 웨이퍼를 분리시킬 수 있다.
또 도 9에서의 S960을 참조하면, 지지부재에 이미지 센서를 장착하도록 복수개의 패키지 구조를 뒤집을 수 있다.
도 6a ~ 6b 및 도 13a ~ 13b에 도시된 바와 같이, 각각의 패키지 구조(234)/패키지 구조(264)를 뒤집을 수 있어, 이미지 센서(140)는 지지부재(106)에 장착되고, 예를 들어, 지지부재(106)의 접착 테이프(108)에 의해 장착된다. 더 나아가, 접착 테이프(108)를 통해 프레임(109)을 지지부재(106)의 상방에 장착할 수 있다. 프레임(109)은 적어도 일부분이 지지부재(106)의 상방에 위치한다. 프레임(109)은 원 형상일 수 있고 지지부재(106)의 복수개의 패키지 구조(234)를 둘러싸고 있다.
각 실시예에서, 지지부재(106)의 접착 테이프(108)는 임시 본딩층(104)과 동일하거나 상이하고, 임의의 적합한 접착제가 사용될 수 있다. 일부 경우, 투명 필터(120)가 IR 유리 칩인 경우, 패키지 구조(234)/패키지 구조(264)가 뒤집힌 후, IR 유리 칩의 한 층의 표면 필름이 제거될 수 있다.
실온에서, 이송, 운반, 저장 및/또는 후기 응용을 위해 패키지 구조(234)/패키지 구조(264)를 추가적인 조립을 용이하게 하기 위하여 복수개의 패키지 구조(234)/패키지 구조(264)가 지지부재(106)에 뒤집혀 장착될 수 있다.
본 발명의 각 실시예에 따르면, 도 7a ~ 7b는 예시적인 패키지 구조(234)를 나타내고, 도 14a ~ 14b는 예시적인 패키지 구조(264)를 나타낸다. 패키지 구조는 칩 크기 패키지(CSP)를 포함된다.
도면에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(140)에 하나의 정면이 있고, 상기 정면은 감광성 영역(144)과 복수개의 연결패드(146)를 포함한다.
도 7a ~ 7b에 도시된 패키지 구조(234)에서, 이미지 센서(140)의 감광성 영역(144)은 캐비티(24)에 노출되고, 패턴화 본딩층(1302)으로 둘러싸인 투명 필터(120)를 향한다. 따라서, 감광성 영역(144)은 주변 환경의 오염으로부터 보호 받을 수 있다. 마이크로 렌즈(148)는 이미지 센서(140)의 감광성 영역에 설치되고, 이의 면적은 캐비티(24)에 노출된 투명 필터(120)의 면적보다 작을 수 있다.
도 14a ~ 14b에 도시된 패키지 구조(264)에서, 이미지 센서(140)의 감광성 영역(144)은 투명 본딩층(1306)에 접착되어 투명 필터(120)를 향하므로, 주변 환경의 오염으로부터 보호 받을 수 있다. 마이크로 렌즈(148)는 이미지 센서(140)의 감광성 영역(144)에 설치될 수 있다.
패키지 구조(234)/패키지 구조(264)에서, 이미지 센서(140)의 연결패드(146)는 이미지 센서(140)와, 대응되는 외부 회로를 연결시킬 수 있다.
도 7a 및 14a에 도시된 바와 같이, 일부 실시예에서, 이미지 센서(140)의 연결패드(146)는 이미지 센서(140)와 투명 필터(120)가 본딩된 본딩 영역 밖에 위치할 수 있거나, 상기 본딩 영역의 주변을 적어도 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 일부 경우, 패키지 구조의 전체 크기와 구조는 조절될 수 있다. 캐비티의 크기와 형상은 상이한 패키지 구조에서 상이할 수 있다. 예를 들어, 도 7a (예를 들어, 도 4b와 함께)에서, 패키지 구조는 투명 필터(120)와 이미지 센서(140)를 본딩시키기 위하여, 패턴화 본딩층(1302)의 폭을 줄일 수 있다. 또 예를 들어, 도 14a에 도시된 바와 같이, 크기가 감소된 투명 필터(120)와 이미지 센서(140)를 본딩시켜, 이미지 센서(140)의 연결패드(146)를 본딩 영역 밖에 위치시킨다.
다른 실시예에서, 도 7b 및 도 14b에 도시된 바와 같이, 이미지 센서(140)의 연결패드(146)는 적어도 부분적으로 이미지 센서(140)와 투명 필터(120) 중간에 개재될 수 있다.
도 8 및 도 15를 참조하면, 예시적인 이미지 센서 모듈의 분해도를 나타내고, 여기서, 본 발명의 실시예에 따라 얻은 패키지 구조를 포함한다. 패키지 구조의 구현예는 도 4a ~ 4c, 도 5, 도 6a ~ 6b, 도 7a ~ 7b, 도 11a ~ 11c, 도 12, 도 13a ~ 13b 및 도 14a ~ 14b에 도시된 관련 구조를 포함한다.
예를 들어, 패키지 구조(234)/패키지 구조(264)는 연결층(170)에 장착될 수 있고, 상기 연결층(170)은 인쇄 회로 기판(180)(PCB)에 장착된다.
패키지 구조에서, 이미지 센서(140)의 연결패드(도 4b ~ 4c, 도 7a ~ 7b, 도 11b ~ 11c 및 도 14a ~ 14b에 도시된 바와 같음)는 본딩 영역 밖에 있을 수 있고, 본딩선(190)에 연결된다. 본딩선(190)은 패키지 구조의 이미지 센서(140)와 PCB(180) 사이에 회로를 연결시킬 수 있고, 본딩선은 PCB의 연결층(170)에 연결된다. 선택 가능하게, 본딩선(190)은 한 층의 보호 재료에 의해 커버되거나 한 층의 몰딩부재(미도시)에 의해 커버될 수 있다.
도 8 및 도 15에서의 이미지 센서 모듈은 렌즈 어셈블리를 더 포함할 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리에는 렌즈(212), 렌즈 배럴(214) 및/또는 지지 소자(216)가 포함된다. 렌즈 배럴(214) 장치를 조절하여 렌즈(212)의 초점을 조절할 수 있다.
지지 소자(216)는 연결층(170)(및/또는 인쇄 회로 기판(180)(PCB))에 장착될 수도 있다. 지지 소자(216)는 연결층(170)에 있고 연결층(170)의 패키지 구조를 둘러싸고 있다. 지지 소자(216)는 렌즈 배럴(214)과 연결층(170)(및/또는 인쇄 회로 기판(180)(PCB)) 사이에 장착될 수 있다. 본 발명에서 개시된 패키지 구조에서, 지지 소자(216)를 사용하여 렌즈 배럴(214)을 기계적으로 지지할 수 있다.
종래의 지지 유리 칩의 홀더와 달리, 지지 소자(216)에 어떠한 칩도 없으므로, 지지 소자(216)는 더욱 간단한 구조와 더욱 작은 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서 모듈에서의 렌즈 어셈블리의 지지 소자(216)는 더 감소화된 후, 상기 지지 소자의 높이는 0.4 ㎜ 또는 0.4 ㎜ 미만으로 감소될 수 있다. 지지 소자(216)의 제조 재료는 예를 들어 플라스틱, 고무, 세라믹 및 다른 적합한 재료일 수 있다.
따라서, 우선 투명 필터와 이미지 센서를 본딩시키는 제조 방법은 패키지 구조가 칩의 크기를 가질 수 있도록 한다. 각각의 패키지 구조에서, 이미지 센서의 감광성 영역의 내면은 투명 필터를 향하므로, 후속 제작 과정에서 감광성 영역은 주변 환경의 오염으로부터 보호된다. 따라서 패키지 구조의 생산량은 향상된다.
본 발명에 개시된 모듈과 제조 방법에서, 이미지 센서 모듈의 렌즈 어셈블리에서의 지지 소자로서 단순화된 지지 소자를 사용할 수 있고, 우선 이미지 센서 칩과 필터 칩이 일체로 본딩되어 패키지를 형성하기 때문에, 지지 소자로 임의의 칩을 잡을 필요가 없다.
각 실시예에 휴대폰, 개인 휴대 정보 단말기 및 노트북과 같은 이동 단말기가 더 포함된다. 이러한 실시예에 본 발명의 단순화된 구조와 축소된 크기를 갖는 이미지 센서 모듈이 포함된다.
본 발명에 개시된 실시예는 단지 예시적인 것이다. 개시된 실시예의 다른 응용, 장점, 대체, 수정 또는 본 발명에 개시된 실시예와 균등한 부분은 당업자에게 있어서 자명할 것이므로, 모두 본 발명의 보호 범위 내에 속한다.

Claims (20)

  1. 이미지 센서 모듈의 제조 방법으로서,
    캐리어 웨이퍼에 복수개의 제1 칩을 접착하는 단계;
    제1 칩에 적어도 하나의 패턴화 본딩층 또는 투명 본딩층을 포함하는 영구 본딩층을 형성하는 단계;
    제2 칩은 각각 제1 칩과 그 사이의 영구 본딩층에 의해 본딩되어 캐리어 웨이퍼에 패키지 구조를 형성하고, 제1 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 하나이며, 제2 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 다른 하나이고, 패키지 구조에서 이미지 센서는 투명 필터를 향한 감광성 영역을 구비하는 단계; 및
    상기 제2 칩을 본딩시킨 후, 상기 캐리어 웨이퍼를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    이미지 센서는 정면을 구비하고, 상기 정면은,
    이미지 센서와 투명 필터를 본딩시킨 본딩 영역 또는 본딩 영역 밖에 위치되는 연결패드와 감광성 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 영구 본딩층이 투명 본딩층일 경우, 패키지 구조에서의 제1 칩과 제2 칩의 간격은 투명 본딩층의 두께와 같거나 작고;
    상기 투명 본딩층은 상기 캐리어 웨이퍼의 전체 표면에 위치한 제1 칩을 감싸는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 영구 본딩층이 패턴화 본딩층일 경우, 각각의 패키지 구조에서, 패턴화 본딩층, 이미지 센서 및 투명 필터로 폐쇄 캐비티를 형성하고, 상기 이미지 센서의 감광성 영역이 캐비티 내에 노출되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    포토리소그래피 공정을 이용하여 패턴화 본딩층을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 패턴화 본딩층은 패턴화 드라이 필름을 포함하고; 또는
    스크린 인쇄 공정을 이용하여 패턴화 본딩층을 형성하고, 상기 패턴화 본딩층의 재료는 구조 접착제, UV-양면 본딩층, 투명 접착제, 또는 이들의 조합인 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    제1 칩을 캐리어 웨이퍼에 접착시키는 단계는,
    캐리어 웨이퍼에 임시 본딩층을 구비하는 단계; 및
    제1 칩을 임시 본딩층에 접착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    제1 칩을 캐리어 웨이퍼에 접착시키는 단계는 정전 본딩 공정을 포함하고;
    제1 칩에 영구 본딩층을 형성하는 단계는 스크린 인쇄 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    영구 본딩층이 UV-양면 본딩층을 포함할 경우, 제1 칩에 영구 본딩층을 형성하여 제2 칩과 제1 칩을 본딩시키는 단계는,
    제1 칩에 한 층의 UV-경화 전구체를 코팅하는 단계;
    스크린 인쇄 공정을 이용하여 UV-경화 전구체를 패턴화시키는 단계;
    제1 칩의 UV-경화 전구체에 제2 칩을 안착시키는 단계; 및
    제1 칩과 제2 칩 간의 UV-경화 전구체를 경화시켜 UV-양면 본딩층을 형성하여 영구 본딩층으로 하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈의 제조 방법.
  9. 제1 칩;
    제1 칩을 커버하고, 적어도 패턴화 본딩층 또는 투명 본딩층을 포함하는 영구 본딩층; 및
    제1 칩과 그 사이의 영구 본딩층에 의해 본딩되어 패키지 구조를 형성하는 제2 칩을 포함하고, 패키지 구조에서의 제1칩과 제2칩의 간격은 영구 본딩층의 두께와 같고;
    상기 제1 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 하나이며, 상기 제2 칩은 투명 필터와 이미지 센서 중의 다른 하나이고, 패키지 구조 중의 이미지 센서는 투명 필터를 향한 감광성 영역을 구비하고;
    상기 이미지 센서는 정면을 구비하고, 상기 정면은,
    감광성 영역과 연결패드를 포함하고; 상기 연결패드는 이미지 센서와 투명 필터 본딩한 본딩 영역에 위치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 영구 본딩층이 패턴화 본딩층일 경우, 영구 본딩층의 제조 재료로 드라이 필름, 구조 접착제, UV-양면 본딩층, 투명 접착제 또는 이들의 조합을 포함하고;
    영구 본딩층이 투명 본딩층일 경우, 상기 투명 본딩층은 제1 칩을 커버하는 투명 접착제를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
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