KR20050110901A - 플립 칩 패키지, 그 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서용 칩을 포함하는 플립 칩 패키지, 그 플립 칩 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법에 대하여 개시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 플립 칩 패키지는 다수의 본딩 패드가 형성되어 있는 이미지 센서용 칩, 다수의 연결 패드가 형성되어 있는 패키지용 기판, 접착용 절연체, 다수의 도전성 필러 및 밀봉용 절연체를 포함한다. 이미지 센서용 칩의 수광 영역과 패키지용 기판의 개구가 수직으로 정렬되어 개구를 통하여 수광 영역이 노출되도록 이미지 센서용 칩의 상면에 패키지용 기판이 위치하여, 접착용 절연체에 의하여 부착되어 있다. 그리고, 패키지용 기판에는 다수의 연결 패드 각각의 중앙 부분으로부터 패키지용 기판을 관통하는 다수의 관통 홀이 형성되어 있는데, 다수의 본딩 패드 각각과 다수의 연결 패드 각각을 전기적으로 연결하는 도전성 필러가 관통 홀을 매립하도록 형성되어 있다. 그리고, 도전성 필러를 보호하기 위하여 밀봉용 절연체가 형성되어 있다.

Description

플립 칩 패키지, 그 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법{Flip chip package, image sensor module including the package and method of manufacturing the same}
본 발명은 플립 칩 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 이미지 센서 모듈용 플립 칩 패키지와 그 제조방법에 관한 것이다.
이미지 센서는 광학 정보를 전기 신호로 변환시키는 반도체 소자이다. 이미지 센서의 예로서 씨씨디 이미지 센서(CCD Image Sensor)와 씨모스 이미지 센서(CMOS Image Sensor)가 있다. 이러한 이미지 센서는 카메라, 캠코더, 퍼스널 컴퓨터용 카메라, 감시 카메라 등에 널리 사용되고 있다. 최근에는 카메라 폰 등 이미지 센서가 장착된 모바일 기기에 대한 수요가 폭발적으로 증가하면서, 보다 작고 얇은 이미지 센서에 대한 요구가 증가하고 있다. 작고 얇은 이미지 센서를 제조하기 위해서는, 이미지 센서 모듈에 구비된 이미지 센서 모듈용 패키지를 작고 얇게 제작할 필요가 있다.
종래 이미지 센서 모듈용 패키지는 인쇄 회로 기판(Printed Circuit Board, PCB) 또는 리드 프레임 상에 칩을 탑재하고, 와이어 본딩을 사용하여 이미지 센서용 칩의 본딩 패드와 기판의 연결 패드를 전기적으로 연결하였다. 그러나, 와이어 본딩을 사용하는 패키지 방식은 와이어의 루프 높이(loop height)로 인하여 패키지의 두께를 얇게 하는데 근본적으로 한계가 있다.
이러한 와이어 본딩 방식의 문제점을 해결하기 위하여 제시된 한 가지 방법은 미국특허출원 공개번호 제20030080434호(2003년 5월 1일 공개)에 개시되어 있다. 상기 미국특허출원에 의하면, 본딩 패드를 노출시키는 관통 홀(through hole)을 이미지 센서용 칩에 형성하고 그 관통 홀에 도전 물질을 매립함으로써, 본딩 패드와 연결 패드를 전기적으로 연결한다. 하지만, 상기 미국특허출원에서는 반도체 칩 내에 관통 홀을 형성하는 공정이 추가적으로 요구되는 단점이 있다. 아울러, 관통 홀을 형성하기 위해서는 본딩 패드 하부에는 아무런 능동 소자 및 수동 소자를 형성할 수가 없다. 따라서, 본딩 패드의 위치를 재배치하기 위하여 추가적인 배선 및 공정이 필요하거나 이미지 센서용 칩의 크기가 상대적으로 큰 단점이 있다.
작고 얇은 이미지 센서 모듈용 패키지를 구현하기 위하여 제시된 다른 하나의 방법은 플립 칩 패키지를 이용하는 방법이다. 그리고, PCB 상에 이미지 센서용 칩을 패키지하는 칩 온 보드(Chip On Board, COB) 방식이 아니라 FPC(Flexible Printed Circuit) 기판 상에 이미지 센서용 칩을 패키지하는 칩 온 필름(Chip On Film, COF) 방식을 사용하면 더 얇은 패키지의 제작이 가능하다. 도 1a에는 종래 기술에 따라 제조된 플립 칩 이미지 센서 모듈용 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈(100)에 대한 개략적인 단면도가 도시되어 있다. 그리고, 도 1b에는 도 1a에 점선 원으로 표시된 이미지 센서 모듈용 패키지(120)의 일부에 대한 부분 확대도가 도시되어 있다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 이미지 센서 모듈(100)은 하우징(housing, 110) 및 하우징(110)에 접착되어 있는 이미지 센서 모듈용 패키지(120)를 포함한다. 하우징(110)은 이미지 센서용 칩(121)의 상면 즉 수광 영역을 노출시키는 개구부를 가지며, 각종 렌즈 및 렌즈 고정 수단을 포함할 수 있다. 그리고, 이미지 센서 모듈용 패키지(120)는 FPC 기판(123), 이미지 센서용 칩(121), 범프(125), 이방성 전도성 접착제(Anisotropic Conductive Paste, ACP) 또는 이방성 전도성 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF, 126) 및 밀봉용 수지(127)를 포함한다.
FPC 기판(123)의 중앙부는 이미지 센서용 칩(121)의 수광 영역을 노출시키도록 개구(open hole)가 형성되어 있다. 그리고, FPC 기판(123)의 밑면 즉, 상기 하우징(110)이 접착되는 반대쪽 면의 상기 개구 둘레에는 다수의 연결 패드(124)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 FPC 기판(123)의 연결 패드(125) 상에는 ACF(126)가 일정한 폭을 가진 띠 모양으로 부착되어 있거나 ACP(126)가 도포되어 있을 수 있다.
이미지 센서용 칩(121)의 중앙 부분에는 수광 영역이 형성되어 있다. 그리고, 수광 영역이 형성된 면과 동일한 면의 가장자리에는 다수의 본딩 패드(122)가 형성되어 있다. 그리고, 본딩 패드(122)와 상기 연결 패드(124)는 서로 대향하도록 정렬되어 있다. 그리고, 다수의 본딩 패드(122) 상부에는 Au 범프(125)가 형성되어, 본딩 패드(122)와 연결 패드(124)의 연결이 용이하게 이루어질 수 있도록 한다. 그리고, Au 범프(125)와 연결 패드(124) 사이에 위치한 ACF(126)의 전도성 볼(conductive ball)들은 일방향으로 정렬되어 Au 범퍼(125)와 연결 패드(124)를 통전시키지만, 나머지 부분에 있는 ACF(126)의 전도성 볼들은 고르게 분산되어 있어서 통전시키는 역할을 하지 못한다.
그리고, 밀봉용 수지(127)는 Au 범프(125)의 주변부에 형성되어 있다. 밀봉용 수지(127)는 Au 범프(125)와 Au 범퍼(125)와 ACF(126)의 접촉면을 외부의 수증기나 불순물로부터 보호하는 역할을 한다.
도 1a 및 도 1b에 도시되어 있는 이미지 센서 모듈(100)은 다음과 같은 방법으로 제조할 수 있다. 먼저, 팹(fab) 공정이 완료된 웨이퍼 상태의 이미지 센서용 칩(121)의 본딩 패드(122) 상에 Au 범프(125)를 형성한다. 그리고, 상기 웨이퍼에 대한 소잉(sawing) 공정을 실시하여 이미지 센서용 칩(121)을 개별화시킨다. 다음으로, 연결 패드(124)가 형성되어 있는 FCB 기판(123) 상에 ACF(126)를 정렬하여 부착시키거나 ACP(126)를 정밀하게 도포한다. 그리고, 상기 개별화된 이미지 센서용 칩(121) 중의 하나를 FCB 기판(123) 상에 탑재한다. 이 때, 이미지 센서용 칩(121) 상의 Au 범프(125)와 연결 패드(124)가 정확하게 정렬시켜야 한다. 그리고, 소정의 열과 압력을 가하여 ACF(126)에 이미지 센서용 칩(121)이 접착되고, Au 범프(125)와 연결 패드(124) 사이는 ACF(126)의 전도성 볼에 의하여 통전이 되도록 한다. 계속해서, 에폭시 수지 등을 사용하여 Au 범프(125) 주위에 밀봉용 수지(127)를 형성하는 엔드 필링(end filling) 공정을 수행한 다음, FCB 기판(123)의 가장 자리에 준비된 하우징(110)을 부착시키면, 도 1a에 도시된 바와 같은 이미지 센서 모듈(100)이 완성된다.
그런데, 상기한 방법으로 제조된 이미지 센서 모듈(100)은 다음과 같은 단점이 있다.
첫째, ACF 또는 ACP를 사용하는 공정은 ACF 등이 고가이기 때문에 제조원가를 증가시킨다. 뿐만 아니라, ACF 등 내의 도전성 볼이 범프와 연결 패드 사이에서 양자를 물리적으로 접촉되도록 하여야 하는데, ACF 등은 열 압착 조건에 상당히 민감하기 때문에 후속 공정인 가열 가압 공정의 여유가 크지 않다.
둘째, FPC 기판에 ACF를 부착하거나 ACP를 도포하는 공정이 상당히 까다롭다. ACF 등을 구성하는 레진은 열팽창 계수가 상대적으로 큰 물질인데, 후속 공정인 가열 가압 공정에서 레진이 팽창하여 이미지 센서용 칩의 수광 영역으로 유입될 가능성이 높다. 따라서, 후속 가열 가압 공정에서 상기한 레진이 수광 영역으로 유입되는 것을 제어하기 위한 제어 공정을 도입해야 한다. 뿐만 아니라, ACF 등을 정확하게 정렬시켜서 부착해야 하며, FCB 기판 상에 이미지 센서용 칩을 탑재할 경우에는 FCB 기판, ACF 및 이미지 센서용 칩의 정렬을 정확하게 해야 한다.
셋째, 종래 기술에 의하면 Au 범프와 그 연결 부위를 보호하기 위하여 비록 밀봉용 수지가 형성되어 있지만, Au 범프 등을 완벽하게 보호하는 데는 한계가 있다. 왜냐하면, 본딩 패드와 연결 패드를 연결하는 Au 범프와 도전성 볼이 하우징의 바깥에 노출되어 있기 때문이다. 따라서, 종래 기술에 따라 제조된 이미지 센서 모듈은 장기간 사용하면 신뢰도가 떨어진다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 ACF나 ACP를 사용하지 않아서 제조 공정이 단순하며 가격 경쟁력이 있을 뿐만 아니라 이미지 센서용 칩 등의 정렬 등의 여유가 많은 플립 칩 패키지 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 상기한 플립 칩 패키지를 포함하며, 장기간 사용하더라도 신뢰도가 떨어지지 않는 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명에 의하면 패키지용 기판과 이미지 센서용 칩의 전기적 연결을 위하여 Au 범퍼를 형성하지 않을 뿐만이 아니라 ACF나 ACP를 사용하지도 않는다. 대신, 본딩 패드면을 통하여 상기 패키지용 기판을 관통하도록 형성된 관통 홀을 구비한 패키지용 기판을 사용한다. 즉, 패키지용 기판과 이미지 센서 칩을 정렬한 상태에서, 상기 관통 홀을 통하여 직접 Au 범퍼 형성 공정을 실시하거나 도전성 접착제를 도포함으로써, 패키지용 기판과 이미지 센서 칩의 전기적 결합을 유도한다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 플립 칩 패키지는 이미지 센서용 칩, 패키지용 기판, 다수의 연결 패드, 접착용 절연체, 다수의 도전성 필러 및 밀봉용 절연체를 포함한다. 상기 이미지 센서용 칩은 수광 영역이 상면 중앙에 형성되어 있고 상기 수광 영역의 주변에 형성되어 있는 다수의 본딩 패드를 구비한다. 그리고, 상기 패키지용 기판은 상기 수광 영역을 노출시키도록 개구가 형성되어 있으며, 상기 수광 영역과 상기 개구가 정렬되도록 상기 이미지 센서용 칩 상에 탑재되어 있다. 그리고, 상기 다수의 연결 패드는 상기 다수의 본딩 패드와 정렬되도록 상기 패키지용 기판의 상면에 형성되어 있으며, 상기 패키지용 기판에는 상기 다수의 연결 패드 각각의 중앙 부분으로부터 상기 패키지용 기판을 관통하는 다수의 관통 홀이 형성되어 있다. 그리고, 상기 접착용 절연체는 상기 이미지 센서용 칩이 상기 패키지용 기판의 밑면에 부착되도록 상기 이미지 센서용 칩의 테두리를 둘러싸도록 형성되어 있다. 그리고, 상기 다수의 도전성 필러는 상기 다수의 관통 홀을 매립하며 상기 다수의 본딩 패드 각각과 상기 다수의 연결 패드 각각을 전기적으로 연결한다. 그리고, 상기 밀봉용 절연체는 상기 다수의 도전성 필러를 보호하도록 상기 다수의 도전성 필러를 둘러싸도록 형성되어 있다.
상기한 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 패키지용 기판은 플렉시블 인쇄 회로 기판(Flexible Printed Circuit Substrate)일 수 있다. 그리고, 상기 관통 홀은 원형 홀, 사각형 홀 또는 십자형 홀일 수 있다.
상기한 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 도전성 필러는 Au 스터드(stud) 또는 도전성 접착제로 형성할 수 있다. 그리고, 상기 접착용 절연체와 상기 밀봉용 절연체는 에폭시 수지로 형성할 수 있다.
상기한 실시예의 또 다른 측면에 의하면, 상기 플립 칩 패키지는 상기 다수의 연결 패드 각각과 전기적으로 연결되는 다수의 배선 패턴을 구비하며, 상기 패키지용 기판의 일단과 연결되어 있는 컨넥터(connector)를 더 포함할 수 있다.
상기한 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 모듈은 이미지 센서용 칩, 패키지용 기판, 다수의 연결 패드, 접착용 절연체, 다수의 도전성 필러, 밀봉용 절연체, 컨넥터 및 하우징(housing)을 포함한다. 상기 이미지 센서용 칩은 수광 영역이 상면 중앙에 형성되어 있고 상기 수광 영역의 주변에 형성되어 있는 다수의 본딩 패드를 구비한다. 그리고, 상기 패키지용 기판은 상기 수광 영역을 노출시키도록 개구가 형성되어 있으며, 상기 수광 영역과 상기 개구가 정렬되도록 상기 이미지 센서용 칩 상에 탑재되어 있다. 그리고, 상기 다수의 연결 패드는 상기 다수의 본딩 패드와 정렬되도록 상기 패키지용 기판의 상면에 형성되어 있으며, 상기 패키지용 기판에는 상기 다수의 연결 패드 각각의 중앙 부분으로부터 상기 패키지용 기판을 관통하는 다수의 관통 홀이 형성되어 있다. 그리고, 상기 접착용 절연체는 상기 이미지 센서용 칩이 상기 패키지용 기판의 밑면에 부착되도록 상기 이미지 센서용 칩의 테두리를 둘러싸도록 형성되어 있다. 그리고, 상기 다수의 도전성 필러는 상기 다수의 관통 홀을 매립하며 상기 다수의 본딩 패드 각각과 상기 다수의 연결 패드 각각을 전기적으로 연결한다. 그리고, 상기 밀봉용 절연체는 상기 다수의 도전성 필러를 보호하도록 상기 다수의 도전성 필러를 둘러싸도록 형성되어 있다. 그리고, 상기 컨넥터는 상기 다수의 연결 패드 각각과 전기적으로 연결되는 다수의 배선 패턴을 포함하며 상기 패키지용 기판의 일단과 연결되어 있다. 그리고, 상기 하우징은 상기 다수의 도전성 필러를 내부에 포함하며, 상기 수광 영역을 노출시키도록 상기 패키지용 기판 상에 부착되어 있다.
상기한 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 이미지 센서 모듈은 카메라 폰에 장착되어 사용되는 장치일 수 있다. 그리고, 상기 이미지 센서용 칩은 씨모스 이미지 센서 소자일 수 있다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 플립 칩 패키지의 제조방법에 의하면, 먼저 상기한 중앙에 개구가 형성되어 있으며, 상기 개구의 주변으로 다수의 연결 패드가 상면에 구비되어 있는 패키지용 기판을 준비한다. 그리고, 상기 다수의 연결 패드 각각의 중앙 부분으로부터 상기 패키지용 기판을 관통하는 다수의 관통 홀을 형성한다. 그리고, 상기 개구에 의하여 수광 영역이 노출되고, 상기 관통 홀에 의하여 본딩 패드가 노출되도록 상기 패키지용 기판의 밑면 상에 이미지 센서용 칩을 정렬하여 부착시킨다. 그리고, 상기 연결 패드와 상기 본딩 패드가 통전되도록 상기 관통 홀의 내부 및 상기 연결 패드 상에 도전성 필러를 도포한 다음, 절연 물질을 사용하여 상기 도전성 필러를 밀봉한다.
상기한 실시예의 일 측면에 의하면, 상기 관통 홀은 레이저를 사용하여 형성할 수 있다. 그리고, 상기 이미지 센서용 칩을 정렬하여 부착시키는 공정은 다음과 같은 순서로 진행될 수 있다. 먼저, 다수의 이미지 센서용 칩이 어레이되어 있는 웨이퍼를 준비한 다음, 상기 웨이퍼를 소잉하여 상기 다수의 이미지 센서용 칩을 개별화한다. 그리고, 상기 개별화된 이미지 센서용 칩을 상기 패키지용 기판의 밑면 상에 정렬시키고, 상기 정렬된 이미지 센서용 칩을 상기 패키지용 기판에 부착시킨다.
상기한 실시예의 다른 측면에 의하면, 상기 이미지 센서용 칩을 부착하는 공정은 상기 이미지 센서용 칩의 테두리를 에폭시 수지로 도포하는 엔드 필링 공정(end filling process)으로 수행할 수 있다. 그리고, 상기 도전성 필러를 도포하는 공정은 범프 접착기(bump bonder)를 이용한 범프 형성 공정 또는 디스펜서(dispenser)를 이용한 도전성 접착제 도포 공정을 사용하여 수행할 수 있다.
상기한 다른 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 모듈의 제조방법은 먼저 상기한 중앙에 개구가 형성되어 있으며, 상기 개구의 주변으로 다수의 연결 패드가 상면에 구비되어 있는 패키지용 기판을 준비한다. 그리고, 상기 다수의 연결 패드 각각의 중앙 부분으로부터 상기 패키지용 기판을 관통하는 다수의 관통 홀을 형성한다. 그리고, 상기 개구에 의하여 수광 영역이 노출되고, 상기 관통 홀에 의하여 본딩 패드가 노출되도록 상기 패키지용 기판의 밑면 상에 이미지 센서용 칩을 정렬하여 부착시킨다. 그리고, 상기 연결 패드와 상기 본딩 패드가 통전되도록 상기 관통 홀의 내부 및 상기 연결 패드 상에 도전성 필러를 도포한 다음, 절연 물질을 사용하여 상기 도전성 필러를 밀봉한다. 그리고, 상기 다수의 도전성 필러를 내부에 포함하며, 상기 수광 영역을 노출시키도록 상기 패키지용 기판 상면에 하우징을 부착한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수 있다. 오히려 여기서 소개되는 실시예들은 본 발명의 기술적 사상이 철저하고 완전하게 개시될 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위하여 예시적으로 제공되어지는 것들이다. 도면에 있어서, 층의 두께 및/또는 영역들의 크기 등은 명확성을 기하기 위하여 과장되어진 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조 번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 2에는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서 모듈에 대한 제조방법을 보여주는 흐름도가 도시되어 있다. 도시된 이미지 센서 모듈의 제조방법에는 상기 이미지 센서 모듈에 구비되는 이미지 센서 모듈용 칩에 대한 플립 칩 패키지의 제조방법도 포함되어 있다. 그리고, 도 3a 내지 도 8에는 도 2에 도시된 흐름도의 각 단계에 대응하는 평면도 및/또는 단면도가 개략적으로 도시되어 있다.
도 2를 참조하면, 먼저 다수의 이미지 센서용 칩이 어레이되어 있는 웨이퍼를 준비한다(S210a). 그리고, Au 범프를 형성하는 공정을 실시하지 않고 바로 상기 다수의 이미지 센서용 칩을 개별화시키도록 웨이퍼 소잉(sawing) 즉 다이싱(dicing) 공정을 실시한다(S220b). 그 결과, 플립 칩 패키지에 실장될 이미지 센서용 칩이 준비된다.
그리고, 상기한 칩 준비 공정과는 별도로 다수의 관통 홀이 형성되어 있는 패키지용 기판을 준비하는 공정을 실시한다. 먼저, 패키지용 기판을 준비한다(S210b). 패키지용 기판은 인쇄 회로 기판(PCB)이거나 FCB 기판일 수 있는데, 보다 얇은 패키지를 제조하기 위해서는 후자가 더욱 바람직하다. FCB 기판의 일 예는 도 3a에 도시되어 있는데, 이것은 예시적으로 제공되는 것이다. 도 3a에는 FPC 기판(310)과 상기 FPC 기판(310)에 연결되어 있는 컨넥터(connector)가 함께 도시되어 있다. FPC 기판(310)의 연결 패드(314)는 상기 컨넥터와 배선(W)을 통하여 서로 전기적으로 연결된다. 도 3a에 도시된 FPC 기판(310)과 컨넥터는 카메라 폰 등에 장착되어 사용되는 것으로서, 상기 컨넥터가 시스템 보드에 직접 장착될 수 있는 구조로 형성되어 있다.
도 3a를 참조하면, FPC 기판(310)은 폴리이미드 필름(312)으로 형성될 수 있으며, 그것의 중앙 부분에는 개구(316)가 형성되어 있다. 개구(316)는 이미지 센서용 칩의 수광 영역을 노출시키기 위한 것이다. 그리고, 개구의 주변부 폴리이미드 필름(312) 상에는 다수의 연결 패드(314) 및 배선(미도시) 등이 형성되어 있다. 연결 패드(314) 및 배선은 구리로 형성할 수 있다. 도 3a에서 참조 기호 T는 FPC 기판(310)의 상면을 나타내는 것이다.
다음으로, 상기 패키지용 기판(310)에 관통 홀을 형성한다(S220b). 도 3b 및 도 3c에는 패키지용 기판(310)에 형성된 관통 홀(318a, 318b)에 대한 평면도 및 단면도가 각각 도시되어 있다. 도 3b는 도 3a의 A부분에 대한 확대 평면도이며, 도 3c는 도 3a의 XX'에 대한 단면도이다. 도 3b 및 도 3c를 참조하면, 관통 홀(318a, 318b)은 연결 패드(314)가 형성되어 있는 위치에서 수직으로 패키지용 기판(310)을 관통하도록 형성된다. 패키지용 기판(310)이 FPC 기판인 경우에는 레이저 등을 사용하여 관통 홀(318a, 318b)을 용이하게 형성할 수 있는 장점이 있다. 도 3b에 예시적으로 도시된 바와 같이, 관통 홀(318a, 318b)은 원형 모양이나 십자형 모양으로 형성할 수 있으며, 또한 사각형 모양으로 형성할 수도 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 관통 홀(318a 또는 318b)이 구비된 패키지용 기판(310) 상에 상기 S220a 단계에서 준비된 이미지 센서용 칩(320)을 정렬한다(S230). 도 4a 및 도 4b에 이미지 센서용 칩(320)이 정렬된 상태가 도시되어 있는데, 도 4b는 역시 XX'라인을 따라 절취한 단면도이다. 이미지 센서용 칩(320)은 패키지용 기판(310)의 밑면(B)에 탑재되기 때문에, 이미지 센서용 칩(320)을 정렬하기 위하여 패키지용 기판(310)을 뒤집는 과정이 선행된다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 이미지 센서용 칩(320)은 그것의 수광 영역이 패키지용 기판(310)의 개구(316)에 의하여 노출되도록 정렬한다. 그리고, 이미지 센서용 칩(320)의 본딩 패드(324)와 패키지용 기판(310)의 연결 패드(314)가 수직으로 배치되도록 정렬되어야 한다. 그 결과, 관통 홀(318a)에 의하여 본딩 패드(324)가 노출된다. 본 실시예에 의하면, 관통 홀(318a)에 본딩 패드(324)가 노출되는지 여부를 확인함으로써, 연결 패드(314)와 본딩 패드(324)의 정렬 여부를 패키지 제조 공정이 완료되기 전에 검사할 수 있는 장점이 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 이미지 센서용 칩(320)을 패키지용 기판(310)에 부착시키는 공정을 실시한다(S240). 정렬된 이미지 센서용 칩(320)이 패키지용 기판(310)에 부착된 모습은 도 5에 도시되어 있다. 도 5를 참조하면, 접착용 절연체(330)를 이미지 센서용 칩(320)의 단부에 도포하는 엔드 필링(end filling) 공정을 사용하여, 상기 부착 공정을 수행할 수 있다. 접착용 절연체(330)에는 특별한 제한은 없다. 예컨대, 접착용 절연체(330)로서 에폭시 수지를 사용할 수 있다. 예컨대, 디스펜서(dispenser)나 스크린 프린터(screen printer)를 사용하여 에폭시 수지를 이미지 센서용 칩(320)의 단부에 도포할 수 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 연결 패드(314)와 본딩 패드(324)를 전기적으로 연결하기 위한 공정을 수행한다(S250). 이를 위하여, 먼저 이미지 센서용 칩(320)이 부착된 패키지용 기판(310)을 뒤집어서 패키지용 기판(310)의 연결 패드(314)가 형성되어 있는 상면이 위를 향하도록 한다. 연결 패드(314)와 본딩 패드(324)를 전기적으로 연결하기 위하여, 도전성 필러(340)를 관통 홀(318a 또는 318b)에 매립한다. 도 6a 및 도 6b에는 도전성 필러(340)가 매립되어 있는 부분에 대한 단면도 및 평면도가 각각 도시되어 있다. 도 6a 및 도 6b를 참조하면, 도전성 필러(340)는 관통 홀(318a 또는 318b)의 내부에 매립되어 본딩 패드(324)와 접촉한다. 뿐만 아니라, 도전성 필러(340)는 연결 패드(314) 상에도 형성되어 있기 때문에, 상기한 전기적 연결을 달성할 수가 있다. 그리고, 상기한 도전성 필러(340)는 패키지용 기판(310)과 이미지 센서용 칩(320)의 접착력을 강화시키는 역할도 한다.
도전성 필러(340)를 형성하는 방법에는 특별한 제한이 없다. 예컨대, 도전성 필러(340)는 종래 Au 범프를 형성하는 장치 및 공정을 사용하여 형성할 수 있다. 즉, 범프 본더(bump bonder)를 사용하여 Au 등의 도전성 금속을 관통 홀(318a 또는 318b)에 매립시킬 수 있다. 또는, 디스펜서(dispenser)를 사용하여 도전성 접착제를 관통 홀(318a 또는 318b)에 도포하는 방식으로 도전성 필러(340)를 형성할 수도 있다.
도 6b를 참조하면, 관통 홀(318a 또는 318b)의 모양에 따라서 도전성 필러(340)가 매립된 상태가 각각 도시되어 있다. (a)에 도시된 것처럼, 관통 홀(318a)이 원형이거나 또는 사각형인 경우에는 도전성 필러(340)는 관통 홀(318a)의 내부와 연결 패드(314) 상에 형성된다. 그리고, (b)에 도시된 것처럼, 관통 홀(318b)이 십자형 모양으로 형성되어 있는 FPC 기판(310)인 경우에는, 도전성 필러(340)가 연결 패드(314)의 일부를 누르면서 매립된다. 그 결과, 연결 패드(314)가 FPC 기판(310)의 밑면 쪽으로 휘기 때문에, 연결 패드(314)와 본딩 패드(314)의 전기적 연결이 향상될 수 있는 장점이 있다.
계속해서 도 2를 참조하면, 도전성 필러(340)에 의한 전기적 접속 부분을 보호하기 위한 밀봉용 절연체 도포 공정을 실시한다(S260). 도 7a 및 도 7b에는 밀봉용 절연체(350)가 도포되어 있는 플립 칩 패키지에 대한 평면도 및 부분 단면도가 각각 도시되어 있다. 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 밀봉용 절연체(350)는 도전성 필러(340)를 완전히 덮도록 도전성 필러(340) 상부 및 그 주변에 도포하여 형성한다. 밀봉용 절연체는 도전성 필러(340)를 보호함으로써 신뢰성을 향상시킬 뿐만이 아니라 접합력을 유지하기 위하여 도포한다. 이를 위하여, 밀봉용 절연체(350)는 에폭시 수지 등을 사용하여 형성할 수 있지만, 다른 적합한 물질을 사용하여 형성할 수도 있다. 그리고, 밀봉용 절연체(350)는 접착용 절연체(330)와 마찬가지로 디스펜서나 스크린 프린터를 사용하여 선형으로 형성할 수 있다.
상기한 공정의 결과, 이미지 센서용 칩(320)을 포함하는 플립 칩 패키지가 완성된다. 완성된 플립 칩 패키지의 개략적인 단면도는 도 8에 도시되어 있으며, 평면도 및 부분 확대도는 도 7a 및 도 7b에 도시되어 있다. 도 7a, 도 7b 및 도 8을 참조하면, 완성된 플립 칩 패키지는 다수의 본딩 패드(324)가 형성되어 있는 이미지 센서용 칩(320), 다수의 연결 패드(314)가 형성되어 있는 패키지용 기판(310), 접착용 절연체(330), 다수의 도전성 필러(340) 및 밀봉용 절연체(350)를 포함한다.
이미지 센서용 칩(320)은 수광 영역이 상면 중앙에 형성되어 있고 본딩 패드(324)는 상기 수광 영역의 주변에 형성되어 있다. 패키지용 기판(310)에는 상기 수광 영역을 노출시키도록 개구(316)가 형성되어 있다. 그리고, 상기 수광 영역과 개구(316)가 수직으로 정렬되어서, 이 개구(316)를 통하여 상기 수광 영역이 노출되도록 이미지 센서용 칩(320)의 상면에 패키지용 기판(310)이 위치하고 있다. 그리고, 이미지 센서용 칩(320)이 패키지용 기판(310)의 밑면에 부착되어 있도록 이미지 센서용 칩(320)의 테두리를 둘러싸도록 접착용 절연체(330)가 형성되어 있다.
다수의 연결 패드(314)와 다수의 본딩 패드(324)는 서로 일대일로 대응하도록 수직으로 정렬되어 있다. 그리고, 다수의 연결 패드(314) 각각의 중앙 부분으로부터 패키지용 기판(310)을 관통하는 다수의 관통 홀(318a 또는 318b)이 패키지용 기판(310)에 형성되어 있다. 그리고, 다수의 본딩 패드(324) 각각과 다수의 연결 패드(314) 각각을 전기적으로 연결하는 도전성 필러(340)가 상기 관통 홀(318a 또는 318b)을 매립하도록 형성되어 있다. 그리고, 다수의 도전성 필러(340)를 보호하기 위하여 밀봉용 절연체(350)가 다수의 도전성 필러(340)를 둘러싸도록 형성되어 있다.
계속해서, 이미지 센서 모듈(300)을 제조하기 위한 공정을 설명한다. 도 2를 참조하면, 완성된 플립 칩 패키지의 패키지용 기판(310) 상면에 하우징(110)을 접착한다(S270). 접착 공정에는 일반적인 접착제가 사용된다. 하우징(110)이 부착되어 있는 이미지 센서 모듈(300)의 일 실시예에 대한 개략적인 단면도는 도 8에 도시되어 있다. 본 실시예에 적용될 수 있는 하우징(110)의 종류 및 구조에 대해서는 특별한 제한이 없다. 전술한 바와 같이, 하우징(110)에는 다수의 렌즈가 구비되어 있다. 일반적으로 렌즈 조립을 맞추는 것은 하우징(110)을 패키지용 기판(310)에 접착한 다음에 실시한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 모듈(300)은 연결 패드(314)와 본딩 패드(324) 그리고 양자를 전기적으로 연결하는 도전성 필러(340)가 하우징(110)의 내부에 노출된다. 즉, 본 실시예에 따르면 패키지용 기판(310)과 이미지 센서용 칩(320)의 전기적인 연결 부위가 일반 대기에 노출되지 않는다. 그 결과, 이미지 센서 모듈(300)의 신뢰도가 증가한다.
본 발명에 의하면 종래와 같이 본딩 패드 상에 Au 범프를 형성하지 않는다. 따라서, 플립 칩 패키지의 제조 공정을 단순화할 수가 있다.
그리고, 본 발명에 의하면 고가인 ACF나 ACP를 사용하지 않기 때문에 제조 원가를 절약할 수 있으며, 후속 공정을 보다 단순화하고 쉽게 수행하는 것이 가능하다. 뿐만 아니라, 정확하게 정렬하여 ACF를 부착하거나 ACP를 도포하는데 따른 공정 상의 어려움이 없으며, 그 상부에 이미지 센서용 칩을 정확하게 정렬시켜야 하는 부담도 없다. 그리고, 관통 홀을 통하여 연결 패드와 본딩 패드가 정확하게 정렬되었는지 여부를 확인할 수 있기 때문에, 플립 칩 패키지를 완성하기 이전에 미리 오정렬에 따른 공정 불량 여부를 점검할 수가 있다.
또한, 본 발명에 따라 제조된 이미지 센서 모듈은 패키지용 기판과 이미지 센서용 칩의 전기적 연결을 위한 구성 요소들, 즉 연결 패드, 본딩 패드 및 도전성 필러가 하우징의 내부에 위치하고 있다. 따라서, 이미지 센서 모듈의 외부 노출에 따른 신뢰도의 저하를 방지할 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 이미지 센서용 패키지 및 그 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈에 대한 개략적인 단면도이다.
도 1b는 도 1a의 점선 원으로 표시된 부분에 대한 확대도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 모듈의 제조방법을 보여주는 흐름도이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 플립 칩 패키지의 제조방법에 사용되는 플렉시블 인쇄 회로 기판에 대한 개략적인 평면도이다.
도 3b는 도 3a의 A부분에 대한 확대도이다.
도 3c는 도 3a의 XX'라인을 따라 절취한 개략적인 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 플렉시블 인쇄 회로 기판의 뒷면에 이미지 센서용 칩이 정렬된 상태를 보여주는 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 5는 엔드 필링 공정을 수행하는 것을 설명하기 위한 개략적인 평면도이다.
도 6a 및 도 6b는 관통 홀에 도전성 필러가 도포된 상태를 보여주는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 7a 및 도 7b는 밀봉용 절연체를 도포하는 공정을 설명하기 위한 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 플립 칩 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈에 대한 개략적인 단면도이다.

Claims (20)

  1. 수광 영역이 상면 중앙에 형성되어 있고 상기 수광 영역의 주변에 형성되어 있는 다수의 본딩 패드를 구비하는 이미지 센서용 칩;
    상기 수광 영역을 노출시키도록 개구가 형성되어 있으며, 상기 수광 영역과 상기 개구가 정렬되도록 상기 이미지 센서용 칩 상에 탑재된 패키지용 기판;
    상기 다수의 본딩 패드와 정렬되도록 상기 패키지용 기판의 상면에 형성되어 있는 다수의 연결 패드로서, 상기 패키지용 기판은 상기 다수의 연결 패드 각각의 중앙 부분으로부터 상기 패키지용 기판을 관통하는 다수의 관통 홀이 형성되어 있는 다수의 연결 패드;
    상기 이미지 센서용 칩이 상기 패키지용 기판의 밑면에 부착되도록 상기 이미지 센서용 칩의 테두리를 둘러싸도록 형성되어 있는 접착용 절연체;
    상기 다수의 관통 홀을 매립하며 상기 다수의 본딩 패드 각각과 상기 다수의 연결 패드 각각을 전기적으로 연결하는 다수의 도전성 필러(filler); 및
    상기 다수의 도전성 필러를 보호하도록 상기 다수의 도전성 필러를 둘러싸도록 형성되어 있는 밀봉용 절연체를 포함하는 플립 칩 패키지.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패키지용 기판은 플렉시블 인쇄 회로(FPC) 기판인 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  3. 제2항에 있어서, 상기 관통 홀은 원형 홀, 사각형 홀 또는 십자형 홀인 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  4. 제1항에 있어서, 상기 도전성 필러는 Au 스터드(stud) 또는 도전성 접착제로 형성하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  5. 제1항에 있어서, 상기 접착용 절연체는 에폭시 수지로 형성하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  6. 제1항에 있어서, 상기 밀봉용 절연체는 에폭시 수지로 형성하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  7. 제1항에 있어서, 상기 플립 칩 패키지는, 상기 다수의 연결 패드 각각과 전기적으로 연결되는 다수의 배선 패턴을 구비하고 상기 패키지용 기판의 일단과 연결되어 있는 컨넥터(connector)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지.
  8. 수광 영역이 상면 중앙에 형성되어 있고 상기 수광 영역의 주변에 형성되어 있는 다수의 본딩 패드를 구비하는 이미지 센서용 칩;
    상기 수광 영역을 노출시키도록 개구가 형성되어 있으며, 상기 수광 영역과 상기 개구가 정렬되도록 상기 이미지 센서용 칩 상에 탑재된 패키지용 기판;
    상기 다수의 본딩 패드와 정렬되도록 상기 패키지용 기판의 상면에 형성되어 있는 다수의 연결 패드로서, 상기 다수의 연결 패드 각각의 중앙 부분으로부터 상기 패키지용 기판을 관통하는 다수의 관통 홀이 형성되어 있는 다수의 연결 패드;
    상기 이미지 센서용 칩이 상기 패키지용 기판의 밑면에 부착되도록 상기 이미지 센서용 칩의 테두리를 둘러싸도록 형성되어 있는 접착용 절연체;
    상기 다수의 관통 홀을 매립하며 상기 다수의 본딩 패드 각각과 상기 다수의 연결 패드 각각을 전기적으로 연결하는 다수의 도전성 필러(filler);
    상기 다수의 도전성 필러를 보호하도록 상기 다수의 도전성 필러를 둘러싸도록 형성되어 있는 밀봉용 절연체;
    상기 다수의 연결 패드 각각과 전기적으로 연결되는 다수의 배선 패턴을 포함하며 상기 패키지용 기판의 일단과 연결되어 있는 컨넥터(connector); 및
    상기 다수의 도전성 필러를 내부에 포함하며, 상기 수광 영역을 노출시키도록 상기 패키지용 기판 상에 부착되어 있는 하우징을 포함하는 이미지 센서 모듈.
  9. 제8항에 있어서, 상기 패키지용 기판은 플렉시블 인쇄 회로(FPC) 기판인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  10. 제9항에 있어서, 상기 관통 홀은 원형 홀, 사각형 홀 또는 십자형 홀인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  11. 제8항에 있어서, 상기 도전성 필러는 Au 스터드(stud) 또는 도전성 접착제로 형성하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  12. 제8항에 있어서, 상기 이미지 센서 모듈은 카메라 폰에 장착되어 사용되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  13. 제12항에 있어서, 상기 이미지 센서용 칩은 씨모스 이미지 센서 소자인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  14. 중앙에 개구가 형성되어 있으며, 상기 개구의 주변으로 다수의 연결 패드가 상면에 구비되어 있는 패키지용 기판을 준비하는 단계;
    상기 다수의 연결 패드 각각의 중앙 부분으로부터 상기 패키지용 기판을 관통하는 다수의 관통 홀을 형성하는 단계;
    상기 개구에 의하여 수광 영역이 노출되고, 상기 관통 홀에 의하여 본딩 패드가 노출되도록 상기 패키지용 기판의 밑면 상에 이미지 센서용 칩을 정렬하여 부착시키는 단계;
    상기 연결 패드와 상기 본딩 패드가 통전되도록 상기 관통 홀의 내부 및 상기 연결 패드 상에 도전성 필러를 도포하는 단계; 및
    절연 물질을 사용하여 상기 도전성 필러를 밀봉하는 단계를 포함하는 플립 칩 패키지의 제조방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 패키지용 기판은 플렉시블 인쇄 회로 기판인 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 관통 홀을 형성하는 단계는 레이저를 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지의 제조방법.
  17. 제14항에 있어서, 상기 이미지 센서용 칩을 정렬하여 부착시키는 단계는,
    다수의 이미지 센서용 칩이 어레이되어 있는 웨이퍼를 준비하는 단계;
    상기 웨이퍼를 소잉하여 상기 다수의 이미지 센서용 칩을 개별화하는 단계;
    상기 개별화된 이미지 센서용 칩을 상기 패키지용 기판의 밑면 상에 정렬시키는 단계; 및
    상기 정렬된 이미지 센서용 칩을 상기 패키지용 기판에 부착시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 이미지 센서용 칩을 부착하는 단계는 상기 이미지 센서용 칩의 테두리를 에폭시 수지로 도포하는 엔드 필링 공정(end filling process)으로 수행하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지의 제조방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 도전성 필러 도포 단계는 범프 접착기(bump bonder)를 이용한 범프 형성 공정 또는 디스펜서(dispenser)를 이용한 도전성 접착제 도포 공정을 사용하여 수행하는 것을 특징으로 하는 플립 칩 패키지의 제조방법.
  20. 중앙에 개구가 형성되어 있으며, 상기 개구의 주변으로 다수의 연결 패드가 상면에 구비되어 있는 패키지용 기판을 준비하는 단계;
    상기 다수의 연결 패드 각각의 중앙 부분으로부터 상기 패키지용 기판을 관통하는 다수의 관통 홀을 형성하는 단계;
    상기 개구에 의하여 수광 영역이 노출되고, 상기 관통 홀에 의하여 본딩 패드가 노출되도록 상기 패키지용 기판의 밑면 상에 이미지 센서용 칩을 정렬하여 부착시키는 단계;
    상기 연결 패드와 상기 본딩 패드가 통전되도록 상기 관통 홀의 내부 및 상기 연결 패드 상에 도전성 필러를 도포하는 단계;
    절연 물질을 사용하여 상기 도전성 필러를 밀봉하는 단계; 및
    상기 다수의 도전성 필러를 내부에 포함하며, 상기 수광 영역을 노출시키도록 상기 패키지용 기판 상면에 하우징을 부착하는 단계를 포함하는 이미지 센서용 모듈의 제조방법.
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