KR102494691B1 - 광학 필터 캐리어, 광학 필터를 갖는 이미지 센서 패키지, 및 그것을 제조하는 방법 - Google Patents
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Abstract
일 실시예에 따른 광학 필터 모듈은, 광학 필터 및 광학 필터의 가장자리를 따라 광학 필터의 상면, 하면, 및 측면을 둘러싸는 몰딩 멤버를 포함하며, 몰딩 멤버는 광 차단 물질을 포함한다.
Description
본 발명은 광학 촬상 및 센싱을 위한 카메라 시스템에 관한 것으로, 특히, 광학 필터를 갖는 이미지 센서 패키지, 그것을 제조하는 방법, 및 그것을 제조하기 위해 사용되는 광학 필터 캐리어에 관한 것이다.
자동차, 휴대폰, CCTV 등 다양한 분야에서 광학 촬상 및 센싱을 위한 카메라 시스템에 다양한 광학 필터 및 이미지 센서가 사용되고 있다. 광학 필터는 VR(Virtual Reality), AR(Augmented Reality), 자율 주행 차량, 드론, 안면 인식, 홍채 인식, 제스처 인식 등에 있어서 선택된 파장 범위의 광을 투과하고 그 외의 광을 차단하는 광학 요소로, 그 활용 분야가 계속해서 확대되고 있다.
이미지 센서는 광학 필터의 하류에 배치되어 광학 필터를 투과한 광을 센싱한다. 이미지 센서는 일반적으로 CCD 또는 CMOS 이미지 센서를 포함하는데, 이들 이미지 센서들은 실리콘 기판을 이용하여 제작된다. 실리콘 기판의 대면적화에 따라 최근에는 12인치의 실리콘 기판을 이용한 이미지 센서가 제작되고 있다.
이미지 센서는 화소를 포함하며, 각 화소는 입사된 광을 검출하여 전기적 신호로 변환한다. 이미지 센서는 인쇄회로 보드에 실장되며 이미지 센서를 인쇄회로 보드에 전기적으로 연결하기 위해 본딩 와이어들이 일반적으로 사용되고 있다. 본딩 와이어는 화소 영역의 주변에 형성된 패드와 인쇄회로 보드 상의 패드를 전기적으로 연결한다. 와이어를 본딩하기 위한 패드는 광 센싱에 필요한 화소 영역에 더하여 이미지 센서의 면적을 증가시킨다. 이미지 센서의 면적 증가는 모바일 폰 등의 전면 카메라 모듈의 크기를 증가시켜 예컨대 전체 화면 디스플레이(Full Screen Display)를 어렵게 한다.
나아가, 본딩 와이어를 사용하는 이미지 센서는 이동이 자유롭지 못해 이미지 센서를 이동시켜 광학 이미지 안정화를 달성하는 센서 이동 OIS(Optical Image Stabilization) 모듈에 적용하는데 한계가 있다.
한편, 종래의 카메라 모듈은 보이스 코일 모터(VCM)를 포함하는 액튜에이터를 이용하여 렌즈를 이동시킴으로써 초점 거리를 조절한다. 이러한 카메라 모듈에서 광학 필터는 일반적으로 액튜에이터에 장착되어 이미지 센서 근처에 배치된다. 따라서, 광학 필터 모듈을 제조하는 공정과 이미지 센서 패키지를 제조하는 공정은 서로 분리되어 왔다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 광학 필터를 갖는 이미지 센서 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 평면 면적을 줄일 수 있는 이미지 센서 패키지를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 대면적 기판을 이용한 이미지 센서 패키지 제조를 위해 사용될 수 있는 광학 필터 캐리어를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는 광학 필터 캐리어 및 이미지 센서 패키지 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 광학 필터 캐리어는, 정렬된 복수의 홀들을 갖는 기판; 상기 복수의 홀들에 대응하여 배치된 복수의 광학 필터; 및 상기 광학 필터와 기판 사이에 배치되어 상기 광학 필터를 상기 기판에 결합시키는 결합층을 포함한다.
상기 광학 필터 캐리어는 상기 복수의 홀들의 내부 측면에 배치된 광 반사 방지층을 더 포함할 수 있다.
상기 광 반사 방지층은 광 흡수층일 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 결합층은 글래스 프릿일 수 있다.
상기 결합층은 각각의 광학 필터에 대응하여 복수개가 배치될 수 있으며, 각 결합층은 상기 기판의 홀을 둘러싸도록 배치될 수 있다.
상기 각 결합층은 각각의 광학 필터의 가장자리로 둘러싸인 영역 내측에 배치될 수 있다.
상기 광학 필터는 적외선 컷 오프 필터일 수 있다.
상기 기판은 적어도 12인치의 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지는, 상면에 이미지 센싱용 화소가 배치되고, 하면에 전기적 연결을 위한 솔더볼들이 형성된 반도체 칩; 상기 반도체 칩 상부에 배치된 광학 필터; 상기 광학 필터와 상기 반도체 칩 사이에 배치된 스페이서; 및 상기 광학 필터를 상기 스페이서에 결합시키는 결합층을 포함하되, 상기 스페이서는 상기 반도체 칩의 가장자리를 따라 링 형상으로 배치되며, 상기 스페이서의 외측면은 상기 반도체 칩의 측면과 나란하고, 상기 광학 필터의 폭은 상기 반도체 칩의 폭보다 작고, 상기 광학 필터는 상기 반도체 칩의 상부 영역 내에 위치한다.
상기 이미지 센서 패키지는 상기 스페이서의 내부 측면에 배치된 광 흡수층을 더 포함할 수 있다.
일 실시에에 있어서, 상기 결합층은 글래스 프릿일 수 있다.
상기 광학 필터는 적외선 컷 오프 필터일 수 있다.
일 실시예에 따른 광학 필터 캐리어 제조 방법은, 기판에 복수의 홀들을 형성하고, 상기 홀들 각각에 대응하도록 상기 기판 상에 광학 필터들을 결합하는 것을 포함한다.
또한, 상기 광학 필터들을 결합하는 것은, 상기 홀들을 각각 둘러싸는 글래스 프릿을 도포하고, 상기 글래스 프릿 상에 광학 필터를 배치하고, 상기 글래스 프릿을 따라 레이저 빔을 조사하여 상기 글래스 프릿을 멜팅시키는 것을 포함할 수 있다.
상기 광학 필터 캐리어 제조 방법은 상기 글래스 프릿을 도포하기 전에 상기 홀들의 내벽을 덮는 광 흡수층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
상기 기판은 적어도 12인치의 직경을 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지 제조 방법은, 위에서 설명된 방법으로 광학 필터 캐리어를 제조하고, 복수의 이미지 센싱용 화소가 형성된 반도체 웨이퍼를 제조하고, 상기 광학 필터 캐리어를 상기 반도체 웨이퍼 상에 부착하고, 상기 광학 필터들 사이의 영역에서 상기 기판과 함께 상기 반도체 웨이퍼를 절단하는 것을 포함한다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 복수의 광학 필터들이 결합된 광학 필터 캐리어를 제공함으로써 복수의 이미지 센싱용 화소가 형성된 대면적의 반도체 웨이퍼를 이용하여 광학 필터를 갖는 이미지 센서 패키지를 제공할 수 있다. 나아가, 스페이서를 이용함으로써 볼 그리드 어레이를 채택한 이미지 센서 패키지에 광학 필터를 결합할 수 있다. 또한, 볼 그리드 어레이를 채택한 이미지 센서 패키지를 채택함으로써 카메라 모듈의 평면 면적을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 절취선 B-B'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 4는 복수의 이미지 센싱용 화소가 형성된 반도체 웨이퍼를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5a는 복수의 홀들이 형성된 기판을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 부분 확대 평면도이다.
도 5c는 도 5b의 절취선 C-C'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 6a, 도 7a, 도 8a, 및 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 평면도들이다.
도 6b, 도 7b, 도 8b, 및 도 9b는 각각 도 6a, 도 7a, 도 8a, 및 도 9a의 절취선 C-C'를 따라 취해진 개략적인 단면도들이다.
도 10은 이미지 센서 패키지들을 개별화하는 공정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 도 1의 절취선 A-A'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 3은 도 1의 절취선 B-B'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 4는 복수의 이미지 센싱용 화소가 형성된 반도체 웨이퍼를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5a는 복수의 홀들이 형성된 기판을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 5b는 도 5a의 부분 확대 평면도이다.
도 5c는 도 5b의 절취선 C-C'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 6a, 도 7a, 도 8a, 및 도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 평면도들이다.
도 6b, 도 7b, 도 8b, 및 도 9b는 각각 도 6a, 도 7a, 도 8a, 및 도 9a의 절취선 C-C'를 따라 취해진 개략적인 단면도들이다.
도 10은 이미지 센서 패키지들을 개별화하는 공정을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 그리고 도면에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지를 설명하기 위한 개략적인 평면도이고, 도 2 및 도 3은 각각 도 1의 절취선 A-A' 및 B-B'를 따라 취해진 개략적인 단면도들이다.
도 1, 도 2, 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 이미지 센서 패키지는 이미지 센서용 반도체 칩(10a), 광학 필터(20), 스페이서(30a), 제1 결합층(40a) 및 제2 결합층(50)을 포함할 수 있다.
이미지 센서용 반도체 칩(10a)은 반도체 기판(11) 및 화소 영역(13)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 화소 영역(13)은 실리콘 등의 반도체 기판(11) 내에 형성될 수 있다. 화소 영역(13)은 CCD 또는 CMOS로 형성될 수 있으며, 이에 따라, CCD 이미지 센서 또는 CMOS 이미지 센서가 제공될 수 있다. CCD 또는 CMOS 이미지 센서용 반도체 칩(10a)은 당해 분야에서 공지의 반도체 칩이므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략한다.
이미지 센서용 반도체 칩(10a) 상에는 이미지를 결상하기 위한 마이크로 렌즈들(15)이 정렬될 수 있다. 마이크로 렌즈들(15)은 광학 필터(20)를 통과한 광을 화소 영역(13)에 결상하기 위해 배치될 수 있다. 마이크로 스케일의 렌즈들이 화소 영역(13) 상에 정렬될 수 있다.
한편, 솔더 볼들(17)이 이미지 센서용 반도체 칩(10a)의 하면에 배치될 수 있다. 솔더 볼들(17)은 화소 영역(13)의 동작을 위한 전기를 화소 영역(13)에 공급하거나, 화소 영역(13)에서 생성된 전기 신호를 인쇄회로 보드에 전송하기 위해 사용된다. 특히, 솔더 볼들(17)이 인쇄회로 보드 상에 본딩되며, 따라서, 종래 기술에 따른 본딩 와이어들은 생략된다. 나아가, 솔더 볼들(17)이 반도체 칩(10a)의 하면에 배치되므로, 종래 기술에서 패드들을 형성하기 위한 면적을 생략하거나 대폭 줄일 수 있다. 이에 따라, 반도체 칩(10a)의 평면 면적을 줄일 수 있다. 본 실시예에 따른 이미지 센서 패키지는 반도체 칩(10a)의 평면 면적 감소에 따라 전체 화면 디스플레이(FSD)를 위한 카메라 모듈에 특히 적합하게 사용될 수 있다.
나아가, 솔더 볼들(17)을 형성하기 전에 반도체 칩(10a)의 두께를 줄일 수 있다. 반도체 칩(10a)의 두께는 실리콘 등의 기판을 그라인딩 등의 기술을 이용하여 연마함으로서 감소될 수 있다. 반도체 칩(10a)의 두께를 감소시킴으로써 솔더 볼들(17)을 형성함에 따른 패키지의 높이 증가를 완화할 수 있다.
이미지 센서 패키지의 두께를 감소시킴으로써 카메라 모듈의 전체 높이가 증가되는 것을 방지할 수 있으며, 특히, 3D 이미지 센싱을 위한 카메라, 예컨대, 비행 시간(Time of Flight: ToF) 카메라에서 카메라 모듈 크기를 감소시킬 수 있다.
광학 필터(20)는 촬상 또는 센싱을 위한 다양한 카메라 시스템에서 요구되는 파장 대역의 광을 투과하고, 불필요한 영역의 광을 차단한다. 광학 필터(20)는 용도에 따라 다양할 수 있으며, 예를 들어, 촬상 시스템에서 적외선을 차단하는 적외선 컷오프 필터일 수 있으며, 3차원 이미지 센싱 시스템에서 가시광을 차단하고 적외선을 투과하는 적외선 투과 필터일 수 있다.
광학 필터(20)는 기판 상에 배치된 필터 적층체를 포함할 수 있으며, 기판 하부에 차단 적층체 또는 반사 방지 코팅을 포함할 수 있다. 광학 필터(20)는 통상의 기술을 사용하여 제작된 임의의 필터일 수 있으며, 자세한 설명은 생략한다. 다만, 고온에서 견딜 수 있도록, 광학 필터(20)는 기판으로 글래스 기판을 사용할 수 있으며, 필터 적층체, 차단 적층체 또는 반사 방지 코팅은 무기물층들을 이용하여 형성된다.
스페이서(30a)는 반도체 칩(10a)과 광학 필터(20) 사이에 배치된다. 스페이서(30a)는 반도체 칩(10a)의 가장자리를 따라 링 형상으로 배치될 수 있다. 도 1에 도시한 바와 같이, 스페이서(30a)는 사각형 링 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
한편, 스페이서(30a)의 외측면은 반도체 칩(10a)의 측면과 나란할 수 있다. 스페이서(30a)의 두께는 기판(11)의 두께보다 두꺼울 수 있다. 특히, 스페이서(30a)의 두께는 렌즈들(15)의 높이보다 크며, 따라서, 광학 필터(20)를 렌즈들(15)로부터 이격시킨다.
스페이서(30a)는 솔더 볼들(17)을 이용하여 이미지 센서 패키지를 인쇄회로 보드에 표면 실장 기술을 이용하여 실장할 때 실장 온도에서 견딜 수 있는 재료로 형성된다. 이미지 센서 패키지는 특히 리플로우 공정을 이용하여 표면 실장될 수 있으며, 이때, 실장 온도는 최대 220℃를 초과할 수 있다. 스페이서(30a)는 리플로우 공정에서 고온에 견딜 수 있는 재료로 형성된다. 나아가, 스페이서(30a)는 광학 필터(20)의 기판 또는 그 상에 배치된 무기물층과 유사한 재료로 형성될 수 있으며, 예를 들어, 글래스로 형성될 수 있다.
제1 결합층(40a)은 광학 필터(20)와 스페이서(30a)를 결합한다. 일 실시예에 있어서, 제1 결합층(40a)은 예를 들어 다이 접착 필름(DAF)과 같은 양면 접착제일 수 있다. 본 실시예에 있어서, 제1 결합층(40a)은 솔더 볼들(17)을 이용하여 이미지 센서 패키지를 인쇄회로 보드에 표면 실장 기술을 이용하여 실장할 때 실장 온도에서 견딜 수 있는 재료로 형성될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 제1 결합층(40a)은 글래스 프릿일 수 있다. 글래스 프릿은 특히 글래스 스페이서(30a)와 광학 필터(20)를 밀봉 결합하는데 유리하다. 글래스 프릿을 이용한 제1 결합층(40a)은, 도 1, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 광학 필터(20)의 하부 영역 내측에 위치할 수 있으며, 스페이서(30a) 상에 링 형상으로 부분적으로 배치될 수 있다.
제2 결합층(50)은 반도체 칩(10a)과 스페이서(30a)를 결합한다. 제2 결합층(50)은 다이 접착 필름(DAF)과 같은 양면 접착제일 수 있다. 제2 결합층(50) 또한 리플로우 공정과 같은 표면 실장 기술을 이용하여 이미지 센서 패키지를 실장하는 온도에서 견딜 수 있는 재료로 형성될 수 있다.
한편, 광 반사 방지층(31)은 광이 스페이서(30a)에서 반사되어 화소 영역(13)으로 입사되는 것을 방지한다. 광 반사 방지층(31)은 스페이서(30a)의 내부 측면에 형성되어 스페이서(30a)로 입사되는 광의 반사를 방지할 수 있다. 광 반사 방지층(31)은 스페이서(30a)의 상면을 덮을 수도 있다.
광학 필터(20)를 통과한 광 또는 마이크로 렌즈(15)나 반도체 칩(10a)에서 반사된 광이 스페이서(30a)에서 반사되어 화소 영역(13)으로 입사될 수 있다. 스페이서(30a)에서 반사된 광은 플레어 등의 문제를 유발하여 이미지 불량을 초래한다. 광 반사 방지층(31)은 스페이서(30a)의 내부 측면에서 광의 반사를 차단하여 플레어를 방지할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 광 반사 방지층(31)은 광 흡수층일 수 있다. 예를 들어, 블랙 잉크와 같은 광 흡수제를 포함하는 잉크를 이용하여 광 흡수층을 형성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 광 반사 방지층(31)은 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 스페이서(30a)의 내측면을 덮되, 제1 결합층(40a) 및 제2 결합층(50)은 덮지 않는다. 다른 실시예에 있어서, 광 반사 방지층(31)은 제1 결합층(40a)의 내측면을 덮을 수도 있다. 또한, 제2 결합층(50)의 내측면도 광 반사 방지층(31)으로 덮일 수 있다.
본 실시예에 따르면, 글래스와 같이 고온에서 견딜 수 있는 재료로 형성된 스페이서(30a)를 채택함으로써 이미지 센서용 반도체 칩(10a)에 광학 필터(20)를 결합하여 표면 실장이 가능한 이미지 센서 패키지를 제공할 수 있다.
한편, 본 실시예에 있어서, 스페이서(30a)의 외측면은 반도체 칩(10a)의 외측면과 나란할 수 있다. 즉, 스페이서(30a)의 횡방향 폭(T1) 및 종방향 폭(T2)은 각각 반도체 칩(10a)의 횡방향 폭(T1) 및 종방향 폭(T2)과 동일할 수 있다. 이에 반해, 광학 필터(20)의 횡방향 폭(W1) 및 종방향 폭(W2)은 각각 반도체 칩(10a)의 횡방향 폭(T1) 및 종방향 폭(T2)보다 작은 값을 갖는다. 나아가, 도 1, 도 2, 및 도 3에 도시한 바와 같이, 광학 필터(20)는 반도체 칩(10a)의 상부 영역 내측에 배치된다.
이하에서 이미지 센서 패키지 제조 방법에 대해 상세히 설명한다. 이미지 센서 패키지는 이미지 센서용 화소를 갖는 반도체 웨이퍼 및 광학 필터 캐리어를 각각 제조한 후, 광학 필터 캐리어를 반도체 웨이퍼에 결합하고, 이미지 센서 패키지들을 단일화함으로써 제조된다. 이하에서 각 제조 과정에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
(반도체 웨이퍼 제조)
도 4는 복수의 이미지 센싱용 화소가 형성된 반도체 웨이퍼(10)를 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 4를 참조하면, 반도체 웨이퍼(10)는 기판(11) 상에 형성된 복수의 이미지 센싱용 화소(13)를 갖는다. 이미지 센싱용 화소들(13)은 기판(11) 내에 정렬된다. 각 이미지 센싱용 화소(13) 상에는 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 마이크로 렌즈들(15)이 형성될 수 있다.
기판(11)은 예를 들어 실리콘 기판일 수 있다. 이미지 센싱용 화소(13)는 통상의 기술을 이용하여 실리콘 기판(11) 상에 형성될 수 있다. 여기서, 실리콘 기판(11)의 크기는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어 적어도 8인치, 나아가, 적어도 12인치의 직경을 가질 수 있다. 대면적의 기판(11)을 사용함으로써 한 번의 제조 공정을 통해 다수의 이미지 센서 패키지들을 제조할 수 있다. 본 발명은 기판(11)의 크기를 특별히 한정하지는 않지만, 기판(11)이 상대적으로 큰 경우에 더 유용하다.
(광학 필터 캐리어 제조)
도 5a, 도 5b, 도 5c, 도 6a, 도 6b, 도 7a, 도 7b, 도 8a, 및 도 8b는 일 실시예에 따른 광학 필터 캐리어 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 평면도들 및 단면도들이다. 여기서, 도 5b는 도 5a의 부분 확대 평면도이며, 도 5c, 도 6b, 도 7b, 및 도 8b는 각각 도 5b, 도 6a, 도 7a, 및 도 8a의 절취선 C-C'를 따라 취해진 개략적인 단면도들이다.
우선, 도 5a, 도 5b, 및 도 5c를 참조하면, 기판(30)에 복수의 홀들(30h)이 형성된다. 복수의 홀들(30h)은 앞서 설명한 반도체 웨이퍼(10)의 이미지 센싱용 화소들(13)에 대응하도록 정렬된다. 기판(30)은 반도체 웨이퍼(10)의 크기와 대체로 동일할 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(10)의 직경이 8인치인 경우, 기판(30)의 직경도 8인치일 수 있으며, 반도체 웨이퍼(10)의 직경이 12인치인 경우, 기판(30)의 직경도 12인치일 수 있다. 기판(30)의 직경은 12인치를 초과할 수도 있다.
기판(30)은 예를 들어 글래스 기판일 수 있으며, 복수의 홀들(30h)은 예를 들어 레이저 가공을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 약 355nm 파장의 자외선 레이저가 사용될 수 있으며, 도 5b에 도시한 바와 같이, 4각형 형상으로 기판(30)을 부분적으로 제거하여 기판(30)에 복수의 홀들(30h)을 형성할 수 있다.
홀들은 서로 동일한 간격으로 이격될 수 있으며, 홀들 사이의 간격은 정밀하게 제어된다. 홀들 사이의 간격은 예를 들어, 500um 이상일 수 있다. 한편, 홀의 크기는 화소 영역(13)의 크기에 따라 조절될 수 있다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 홀들(30h)의 내측면에 광 반사 방지층(31)이 형성된다. 광 반사 방지층(31)은 블랙 잉크와 같은 광 흡수제를 포함하는 잉크를 홀들의 내측면에 도포하고 건조하여 형성될 수 있다.
광 반사 방지층(31)은 예를 들어 스프레이 코터를 이용하여 블랙 잉크를 분사함으로서 형성될 수 있다. 특히, 마이크로 크기 또는 나노 크기의 물방울들을 분사할 수 있는 나노제트 스프레이 코터가 사용될 수 있다. 물방울의 크기는 대략 200nm 내지 5um일 수 있으며, 분사각도를 조절하여 홀들의 내측면에 광 반사 방지층(31), 예컨대, 광 흡수층을 형성할 수 있다. 광 반사 방지층(31)은 예컨대 약 80℃에서 1시간 동안 열처리될 수 있다.
광 반사 방지층(31)은 홀들(30h)의 내측면 뿐만 아니라 기판(30) 상면에도 형성될 수 있다. 광 반사 방지층(31)의 두께는 대체로 균일할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 기판(30)의 상면에서 멀어질수록 작아질 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 기판(30) 상에 글래스 프릿(40)이 도포된다. 글래스 프릿(40)은 광 반사 방지층(31)을 형성하기 전에 형성될 수도 있다.
글래스 프릿(40)이 각 홀(30h)마다 홀(30h)을 둘러싸도록 도포된다. 글래스 프릿(40)은 액상 형태로 도포될 수 있다. 글래스 프릿(40)은 예를 들어 스크린 인쇄 기술을 이용하여 대체로 균일한 폭 및 두께로 형성될 수 있다. 글래스 프릿(40)은 예를 들어 약 5um의 두께로 형성될 수 있다. 글래스 프릿(40)은 광 흡수제를 추가로 포함할 수 있다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 글래스 프릿(40)을 사이에 두고 광학 필터(20)가 기판(30) 상에 배치된다. 홀들(30h)에 대응하여 복수의 광학 필터들(20)이 서로 이격되어 배치될 수 있다. 그 후, 레이저 빔을 조사하여 글래스 프릿(40)을 멜팅시킨다. 레이저 빔은 글래스 프릿(40)을 따라 연속적으로 조사될 수 있으며, 이에 따라, 글래스 프릿(40)에 의해 광학 필터(20)와 기판(30)이 본딩될 수 있다.
레이저 빔은 예를 들어, 약 1064nm의 적외선 레이저일 수 있으며, 레이저 빔의 직경은 글래스 프릿(40)의 폭보다 클 수 있다. 따라서, 한 번의 레이저 빔 조사에 의해 링 형상으로 배치된 글래스 프릿(40)을 연속적으로 멜팅시켜 실링 공정을 끝낼 수 있다. 멜팅된 글래스 프릿(40)이 고화되어 기판(30)에 광학 필터(20)를 결합시키는 제1 결합층(40a)이 형성된다.
레이저 빔은 광학 필터(20)측 또는 기판(30)측으로부터 조사될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 광학 필터(20)가 적외선 컷 오프 필터이고, 레이저가 적외선 레이저인 경우, 레이저 빔은 기판(30)측으로부터 조사될 수 있다. 이에 따라, 글래스 프릿(40)으로 형성된 제1 결합층(40a)에 의해 광학 필터(20)와 기판(30)이 결합될 수 있다. 이에 따라, 광학 필터들(20)이 결합된 광학 필터 캐리어가 완성된다.
본 실시예에 있어서, 제1 결합층(40a)이 액상의 글래스 프릿(40)을 이용하여 형성된 것으로 설명하지만, 제1 결합층(40a)은 예를 들어 양면 테이프를 이용하여 형성될 수 있다. 즉, 기판(30) 상에 또는 광학 필터(20) 하부에 양면 테이프를 부착하고 이 양면 테이프 를이용하여 기판(30)과 광학 필터(20)를 결합시킬 수도 있다.
(반도체 웨이퍼와 광학 필터 캐리어의 결합)
도 9a는 반도체 웨이퍼(10)와 광학 필터 캐리어가 결합된 것을 보여주는 평면도이고, 도 9b는 도 9a의 절취선 C-C'를 따라 취해진 개략적인 단면도이다.
도 9a 및 도 9b를 참조하면, 이미지 센싱용 화소가 형성된 반도체 웨이퍼(10)에 광학 필터 캐리어를 결합한다. 구체적으로, 제2 결합층(50)을 이용하여 기판(30)을 반도체 웨이퍼(10)에 부착할 수 있다. 제2 결합층(50)은 다이 부착 필름(DAF)과 같은 양면 테이프일 수 있다.
반도체 웨이퍼(10)와 기판(30)은 서로 유사한 크기, 예컨대 12인치의 직경을 가질 수 있으며, 반도체 웨이퍼(10) 상이 이미지 센싱용 화소들에 대응하여 광학 필터들(20)이 정렬된다.
한편, 이미지 센싱용 화소 영역 상에는 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같이, 마이크로 렌즈들(15)이 형성될 수 있으며, 따라서, 마이크로 렌즈들(15)이 광학 필터(20)를 대향하도록 반도체 웨이퍼(10)와 기판(30)이 결합된다.
(이미지 센서 패키지의 단일화)
도 10은 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 단일화를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 10을 참조하면, 기판(30)과 반도체 웨이퍼(10)를 절단함으로써 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 이미지 센서 패키지가 완성된다. 기판(30)과 반도체 웨이퍼(10)는 소잉 공정을 통해 절단될 수 있다. 소잉은 예를 들어 레이저를 이용하여 수행될 수 있다. 기판(30)은 개별 이미지 센서 패키지 내에서 스페이서(30a)로 되며, 반도체 웨이퍼(10)는 개별 이미지 센서 패키지 내에서 반도체 칩(10a)이 된다. 기판(30)과 반도체 웨이퍼(10)를 함께 절단함으로써 스페이서(30a)의 외측면은 반도체 칩(10a)의 측면과 나란하게 형성될 수 있다.
한편, 기판(30)과 반도체 웨이퍼(10)를 절단하기 전에, 반도체 웨이퍼(10)의 하면을 그라인딩하여 반도체 웨이퍼(10)의 두께를 줄일 수 있다. 예를 들어, 반도체 웨이퍼(10)의 두께는 기판(30)의 두께보다 작아지도록 연마될 수 있다. 또한, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 바와 같은 솔더 볼들(17)이 각 이미지 센싱용 화소에 대응하여 반도체 웨이퍼(10)의 하면에 형성될 수 있다. 도 10에서는, 도면을 간략화하기 위해 마이크로 렌즈들(15)과 솔더 볼들(17)의 도시를 생략하였다.
본 실시예에 따르면, 상대적으로 큰 크기를 갖는 기판(30)에 복수의 광학 필터들(20)을 개별적으로 결합한 광학 필터 캐리어를 제공함으로써 대면적의 반도체 웨이퍼(10)를 사용하여 이미지 센서 패키지들을 대량으로 제조할 수 있다.
이상에서 다양한 실시예들에 대해 설명하였지만, 본 발명은 이들 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 다양하게 변형될 수 있다.
Claims (17)
- 정렬된 복수의 홀들을 갖는 기판;
상기 복수의 홀들에 대응하여 배치된 복수의 광학 필터; 및
상기 광학 필터와 기판 사이에 배치되어 상기 광학 필터를 상기 기판에 결합시키는 결합층을 포함하되,
상기 기판의 상면의 적어도 일부는 상기 광학 필터들 사이에 노출된 광학 필터 캐리어. - 청구항 1에 있어서,
상기 복수의 홀들의 내부 측면에 배치된 광 반사 방지층을 더 포함하는 광학 필터 캐리어. - 청구항 2에 있어서,
상기 광 반사 방지층은 광 흡수층인 광학 필터 캐리어. - 청구항 1에 있어서,
상기 결합층은 글래스 프릿인 광학 필터 캐리어. - 청구항 4에 있어서,
상기 결합층은 각각의 광학 필터에 대응하여 복수개가 배치되되,
각 결합층은 상기 기판의 홀을 둘러싸도록 배치된 광학 필터 캐리어. - 청구항 5에 있어서,
상기 각 결합층은 각각의 광학 필터의 가장자리로 둘러싸인 영역 내측에 배치된 광학 필터 캐리어. - 청구항 1에 있어서,
상기 광학 필터는 적외선 컷 오프 필터인 광학 필터 캐리어. - 청구항 1에 있어서,
상기 기판은 적어도 12인치의 직경을 갖는 광학 필터 캐리어. - 상면에 이미지 센싱용 화소가 배치되고, 하면에 전기적 연결을 위한 솔더볼들이 형성된 반도체 칩;
상기 반도체 칩 상부에 배치된 광학 필터;
상기 광학 필터와 상기 반도체 칩 사이에 배치된 스페이서; 및
상기 광학 필터를 상기 스페이서에 결합시키는 결합층을 포함하되,
상기 스페이서는 상기 반도체 칩의 가장자리를 따라 링 형상으로 배치되며,
상기 스페이서의 측면은 상기 반도체 칩의 측면과 나란하고,
상기 광학 필터의 폭은 상기 반도체 칩의 폭보다 작고,
상기 광학 필터는 상기 반도체 칩의 상부 영역 내에 위치하되,
상기 스페이서의 상면의 적어도일부는 상기 광학 필터의 바깥쪽에 노출되는 이미지 센서 패키지. - 청구항 9에 있어서,
상기 스페이서의 내부 측면에 배치된 광 흡수층을 더 포함하는 이미지 센서 패키지. - 청구항 9에 있어서,
상기 결합층은 글래스 프릿인 이미지 센서 패키지. - 청구항 9에 있어서,
상기 광학 필터는 적외선 컷 오프 필터인 이미지 센서 패키지. - 기판에 복수의 홀들을 형성하고,
상기 홀들 각각에 대응하도록 상기 기판 상에 광학 필터들을 결합하는 것을 포함하되,
상기 기판의 상면의 적어도 일부는 상기 광학 필터들 사이에 노출되는 광학 필터 캐리어 제조 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 광학 필터들을 결합하는 것은,
상기 홀들을 각각 둘러싸는 글래스 프릿을 도포하고,
상기 글래스 프릿 상에 광학 필터를 배치하고,
상기 글래스 프릿을 따라 레이저 빔을 조사하여 상기 글래스 프릿을 멜팅시키는 것을 포함하는 광학 필터 캐리어 제조 방법. - 청구항 14에 있어서,
상기 글래스 프릿을 도포하기 전에 상기 홀들의 내벽을 덮는 광 흡수층을 형성하는 것을 더 포함하는 광학 필터 캐리어 제조 방법. - 청구항 13에 있어서,
상기 기판은 적어도 12인치의 직경을 갖는 광학 필터 캐리어 제조 방법. - 청구항 13 내지 청구항 16의 어느 한 항의 제조 방법으로 광학 필터 캐리어를 제조하고,
복수의 이미지 센싱용 화소가 형성된 반도체 웨이퍼를 제조하고,
상기 광학 필터 캐리어를 상기 반도체 웨이퍼 상에 부착하고,
상기 광학 필터들 사이의 영역에서 상기 기판과 함께 상기 반도체 웨이퍼를 절단하는 것을 포함하는 이미지 센서 패키지 제조 방법.
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