KR20060038781A - 이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 와이어 본딩이 필요없는 칩 사이즈의 이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 상기 목적은 이미지 센서 칩의 제 1 면에 존재하는 칩 패드와 유리기판의 전극 패드가 도전성 물질을 통해 접촉 및 부착되고 상기 칩의 제 2 면으로부터 측면을 따라 상기 전극 패드에 연결되는 소정 패턴의 금속 배선이 존재하며 상기 칩의 제 2 면에 전극 배선과 외부 회로와의 연결을 위한 솔더 범프 또는 솔더 볼이 존재하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명의 이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법은 이미지 센서 칩의 제 2 면으로부터 제 1 면의 칩 패드까지 연결되는 금속 배선을 칩의 측면을 따라 형성함으로써 소형화, 박형화 및 공정 단축을 달성할 수 있는 효과가 있다.
이미지 센서 칩 패키지, 칩 사이즈 패키지(CSP), 스크라이브 레인, 금속 배선

Description

이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법{Image sensor chip package and method for fabricating the same}
도 1은 종래의 CLCC의 단면도.
도 2는 본 발명에 의한 이미지 센서 칩 패키지의 단면도.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명에 의한 이미지 센서 칩 패키지의 제조 공정 단면도.
본 발명은 이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 자세하게는 와이어 본딩이 필요없고 소형화, 박형화 및 공정 단축이 가능한 칩 사이즈의 이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로, 이미지 센서는 광학 영상을 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로 구성되며, 영상 신호를 저장, 전송 및 디스플레이 장치로 표시하기 위해 사용된다. 이미지 센서는 전하 우물(potential well)의 깊이를 전하를 전달하고자 하 는 방향으로 연속적으로 조절하여 전하를 전송하는 전하결합소자(Charge-Coupled Device, 이하 CCD) 이미지 센서와 하나의 픽셀 내부에 하나 이상의 트랜지스터와 광센서인 포토 다이오드로 구성되는 상보성 금속 산화물 반도체(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 이하 CMOS) 이미지 센서로 크게 분류된다.
CCD 이미지 센서는 CMOS 이미지 센서에 비해 노이즈가 적고 이미지 품질이 우수해 디지털 카메라와 같은 고품질 영상 장치에 적합하다. 이에 반해 CMOS 이지지 센서는 CCD 이미지 센서에 비해 생산단가와 소비전력이 낮고 주변회로 칩과 통합하기 쉽다는 장점이 있다. 특히, 일반적인 반도체 제조기술로 생산할 수 있으며 주변회로 시스템과 통합이 용이해 생산원가를 낮출 수 있다. 게다가 처리속도가 빠르면서 CCD 이미지 센서에 비해 소비 전력이 매우 낮다(약 1% 정도). 따라서 CMOS 이미지 센서는 휴대폰과 개인휴대단말기(PDA: Personal Digital Assistant)용 카메라와 같은 소형 휴대용 단말기에 적합하나 최근의 CMOS 이미지 센서의 기술 진보에 의해 그 경계가 허물어지고 있다.
일반적으로 이미지 센서 칩 패키지는 칩의 센싱부를 통해 수광을 해야 하기 때문에 칩의 보호와 수광을 위해 센싱부에 투명기판을 부착하고 센싱부가 존재하지 않는 칩의 반대면에는 별도의 기판을 부착하여 패키지를 제작하고 있다.
이러한 종래의 패키지로는 CLCC(Ceramic Leadless Chip Carrier), PLCC(Plastic Leadless Chip Carrier) 및 COB(Chip On Board) 실장 기술을 사용한 패키지 등이 있다.
도 1에 도시된 바와 같이 CLCC는 세라믹 재질의 블랭크 패키지(blank package, 100)에 접착제(104)를 이용하여 칩(102)을 부착시키고 금(Au) 또는 알루미늄(Al) 와이어(106)를 이용하여 이미지 센서 칩(102)의 전극 패드와 패키지의 내부 리드(lead, 108)를 전기적으로 연결시킨다. 이후 칩(102)의 보호와 센싱부(110)를 통한 수광을 위해 투명기판(120)을 세라믹 패키지의 상부에 부착하고 실링하여 패키지를 완성한다.
그러나 CLCC의 경우 세라믹 패키지의 특성상 리드수의 한계를 가지며 또한 패키지가 상당히 고가이기 때문에 그 이용에 한계가 있고 고집적 패키지에는 적용하기 어렵다.
PLCC는 플라스틱 재질의 블랭크 패키지에 접착제를 이용하여 칩을 부착시키고 금 또는 알루미늄 와이어를 이용하여 칩의 전극 패드와 패키지의 내부 리드를 전기적으로 연결시킨다. 이후 칩의 보호와 센싱부를 통한 수광을 위해 투명기판을 세라믹 패키지의 상부에 부착하고 실링하여 패키지를 완성한다.
일반적인 플라스틱 패키지의 제조방법을 이용하여 PLCC를 제조할 수도 있다. 즉, 리드 프레임의 패드에 접착제를 이용하여 칩을 부착시킨 후 와이어를 연결하고 그 외부에 에폭시 몰딩 화합물(EMC: Epoxy Molding Compound)을 이용하여 외부를 감싸되 칩은 노출시킨다. 그리고 투명기판을 부착하고 실링한 후 리드 프레임의 트림(trim), 폼(form) 및 마킹(marking) 공정을 거쳐서 패키지를 완성하게 된다.
그러나 이러한 PLCC의 경우 패키지의 신뢰성이 떨어지고 유기물과 무기물의 물질특성 차이로 인하여 에폭시 몰딩 화합물과 투명기판 사이에 미소갭(micro-gap)이 형성되는 문제가 있다. 또한 에폭시 몰딩 화합물에서 발생되는 알파입자(alpha particle)에 의해 이미지 센서 소자에 전기적 불량 등이 발생하는 문제가 있다.
최근 새로운 이미지 센서 칩 패키지를 모듈화하는 방법으로 액정 디스플레이(LCD: Liquid Crystal Display) 패널 제조기술에서 사용되는 이방성 도전필름(ACF : Anisotropic Conductive Film)을 활용한 COB 실장 기술이 활용 초기 단계에 있다. 대한민국 공개특허 제2003-0069321호는 기판 상태에서 패키지 공정을 끝내는 플립칩(Flip Chip) 금(Au) 범핑 공정과 COB 실장 기술을 사용한 이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법을 개시하고 있다.
COB 실장 기술을 이용한 이미지 센서 칩 패키지는 패턴이 형성된 기판 위에 칩을 붙이고 칩 상의 전극과 보드 상의 패턴을 와이어를 이용하여 전기적으로 연결시키고 칩의 상부에 투명기판을 부착하여 칩을 보호한다.
그러나, COB 실장 기술을 이용한 이미지 센서 칩 패키지의 경우 칩을 부착한 후 바로 하우징과 렌즈를 사용하여 모듈화하기 때문에 불순물의 오염에 의한 불량 발생이 심하다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 센싱부를 포함한 이미지 센서 구성 요소가 존재하는 실리콘 웨이퍼의 제 1 면의 칩 패드와 유리기판의 전극 패드를 접촉시키고 상기 전극 패드에 연결되는 금속 배선을 실리콘 웨이퍼의 제 2 면 및 스크라이브 레인을 따라 형성된 홈에 의해 노출되는 측면에 형성함으로써 상기 금속 배선과 솔더 범프 또는 솔더 볼을 제 2 면 에서 연결한 후 상기 실리콘 웨이퍼를 절단하여 칩별로 분리함으로써 공정 단축, 소자 특성 향상, 소형화 및 박형화가 가능한 칩 사이즈의 이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법을 제공함에 본 발명의 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 다수의 칩 패드를 포함한 이미지 센서 소자가 위치한 제 1 면 및 상기 제 1 면에 대향된 제 2 면이 존재하는 이미지 센서 칩; 상기 칩 패드와 도전성 물질을 통해 접촉 및 부착되는 전극 패드가 존재하는 유리기판; 상기 칩의 제 2 면으로부터 칩의 측면을 따라 상기 유리기판의 전극 패드에 연결되는 소정 패턴의 금속 배선; 상기 금속 배선을 포함한 칩의 제 2 면을 덮으며 소정 영역이 개방된 솔더 레지스트; 및 상기 개방된 솔더 레지스트 상에 존재하며 상기 금속 배선과 연결되는 솔더 범프 또는 솔더 볼을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지에 의해 달성된다.
본 발명의 상기 목적은 다수의 칩 패드를 포함한 이미지 센서 소자를 실리콘 웨이퍼의 제 1 면 상에 형성하는 단계; 소정 패턴의 전극 패드가 형성된 유리기판을 준비하는 단계; 도전성 물질을 사용하여 상기 칩 패드와 상기 유리기판의 전극 패드를 부착하는 단계; 상기 실리콘 웨이퍼의 스크라이브 레인 영역에 상기 제 2 면으로부터 상기 전극 패드까지 관통하는 홈을 형성하는 단계; 상기 제 2 면으로부터 상기 전극 패드에 연결되는 소정 패턴의 금속 배선을 형성하는 단계; 상기 금속배선 및 노출된 보호막 위에 솔더 레지스트를 도포하고 소정 영역을 개방시키는 단 계; 상기 솔더 레지스트가 개방된 영역에 솔더 범프 또는 솔더 볼을 형성하여 상기 금속 배선과 연결하는 단계; 및 상기 스크라이브 레인을 따라 상기 실리콘 웨이퍼를 절단하여 각각의 칩을 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지 제조방법에 의해서도 달성된다.
본 발명의 상기 목적과 기술적 구성 및 그에 따른 작용효과에 관한 자세한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 있는 도면을 참조한 이하 상세한 설명에 의해 보다 명확하게 이해될 것이다.
본 발명에 의한 이미지 센서 칩 패키지를 나타낸 단면도인 도 2를 참조하면, 본 발명의 이미지 센서 칩 패키지는 센싱부(301) 및 칩 패드(306)가 존재하는 실리콘 웨이퍼(304)의 제 1 면(304a)에 도전성 물질(308)을 통해 유리기판(300)과 전기적, 기계적으로 부착되어 있다.
상기 유리기판(300)에는 전극 패드(302)가 존재하며 상기 전극 패드와 연결되는 금속 배선(314)이 실리콘 웨이퍼의 제 2 면(304b)과 측면을 따라 존재하며 상기 금속 배선(314)과 실리콘 웨이퍼(304) 사이에는 보호막(312)이, 상기 금속 배선(314)이 솔더 범프 또는 솔더 볼(318)과 접촉하지 않고 노출된 영역에는 솔더 레지스트(316)가 존재한다. 도면에 도시하지 않았으나 상기 유리기판(300)에는 적외선 필터가 부착될 수 있다.
상기 솔더 범프 또는 솔더 볼(318)을 통해 연성회로기판(Flexible Printed Circuit, 이하 FPC) 또는 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)과 전기적으로 연결되어 카메라와 같은 영상 장치를 구성하게 된다. 또한, 본 발명의 이미지 센서 칩 패키지는 CCD 또는 CMOS 이미지 센서 칩 패키지에 관한 것이나 적외선 이미지 센서에도 응용 가능하다.
이하에서는 본 발명에 의한 이미지 센서 칩 패키지 제조 공정의 단면도인 도 3a 내지 도 3h를 참조하여 본 발명에 의한 이미지 센서 칩 패키지 제조 공정을 설명하도록 한다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 소정 패턴의 전극 패드(302)가 형성된 유리기판(300)과 공지의 이미지 센서 제조 공정을 통해 센싱부(도시하지 않음) 및 칩 패드(306)를 포함한 이미지 센서 구성 요소가 형성된 제 1 면(304a) 및 제 1 면에 대향된 제 2 면(304b)이 존재하는 실리콘 웨이퍼(304)를 준비한다. 상기 실리콘 웨이퍼(304)에는 다수의 이미지 센서 칩이 형성되어 있으며 이후, 스크라이브 레인(scribe lane)의 소정 절단면(500)을 따라 웨이퍼를 절단(dicing, sawing)함으로써 각각의 칩별로 분리되게 된다.
다음, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 전극 패드(302)와 칩 패드(306)가 전기적으로 연결됨과 동시에 상기 유리기판(300)과 실리콘 웨이퍼(304)가 기계적으로 부착될 수 있도록 도전성 물질(308)을 사용하여 부착한다. 상기 유리기판(300) 부착 후 적외선 필터(도시하지 않음)를 더 부착하는 것이 가능하다.
상기 도전성 물질(308)을 사용한 부착은 이방성 도전 필름을 개재하여 압착 및 가열하는 방법, 이방성 도전 페이스트(ACP: Anisotropic Conductive Paste)를 개재하여 부착하는 방법 등을 사용할 수 있다.
다음, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 웨이퍼의 제 2 면(304b)을 소 정 두께만큼 연마하여 제거함으로써 원하는 두께의 실리콘 웨이퍼(304)를 형성한다. 실리콘 웨이퍼(304)의 두께는 이후 형성될 칩의 두께를 결정하게 된다. 상기 실리콘 웨이퍼(304)의 연마는 화학적 기계적 연마(Chemical Mechanical Polsihing, 이하 CMP)를 통해 수행하는 것이 바람직하다.
다음, 도 3d에 도시된 바와 같이, 실리콘 웨이퍼(304)의 스크라이브 레인 영역을 식각하여 상기 유리기판의 전극 패드(302)가 노출되도록 홈(310)을 형성한다.
상기 홈(310)은 습식식각(wet etch) 또는 건식식각(dry eth) 등의 식각 방법을 사용하여 형성할 수 있으나 반응성 이온 식각(RIE: Reactive Ion Etch)을 이용한 건식 식각으로 형성하는 것이 바람직하다.
다음, 도 3e에 도시된 바와 같이, 상기 실리콘 웨이퍼의 제 2 면(304b)과 홈(310)을 덮는 보호막(312)을 형성하되 상기 전극 패드(302)의 소정 부분이 노출되도록 한다. 상기 소정 부분 노출을 위해 공지의 포토 리소그래피 공정을 사용하는 것이 가능하다. 상기 보호막(312)으로는 패시베이션(passivation)과 접착(adhesion) 특성이 우수한 BCB(benzocyclobutene), 폴리이미드(polyimide)와 같은 저유전율 폴리머가 바람직하다.
다음, 도 3f에 도시된 바와 같이, 상기 보호막(312) 위에 금속막을 형성하고 패터닝하여 금속 배선(314)을 형성한다. 상기 금속 배선(314)은 이후에 형성되는 솔더 범프(solder bump) 또는 솔더 볼(solder ball)과 칩 패드(306)를 전기적으로 연결하여 외부 회로와 도통하도록 하는 역할을 한다.
다음, 도 3g에 도시된 바와 같이, 상기 금속 배선(314)과 금속배선으로 덮이 지 않은 보호막(312) 위에 솔더 레지스트(solder resist)를 도포하여 열처리(curing)하고 솔더 범프 또는 솔더 볼이 형성될 소정 영역을 개방시킨 후 상기 개방된 솔더 레지스트 영역에 솔더 범프 또는 솔더 볼(318)을 형성한다. 상기 솔더 범프는 도전성 물질이면 무엇이든 가능하나 구리(Cu), 금(Au) 또는 주석(Sn)등이 바람직하며 도금 또는 인쇄 방법을 사용하여 형성할 수 있다.
다음, 도 3h에 도시된 바와 같이, 상기 유리기판(300)과 실리콘 웨이퍼(304)를 스크라이브 레인의 절단면(500)을 따라 절단하여 각각의 칩으로 분리하여 도 2에 도시된 바와 같은 이미지 센서 칩 패키지를 완성하고 후속 공정을 진행한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이미지 센서 칩 패키지는 이미지 센서의 센싱부(301)를 포함하는 실리콘 웨이퍼(304)의 제 1 면(304a)에 도전성 물질(308)을 사용하여 유리기판(300)의 전극 패드(302)와 연결되어 있으며, 상기 전극 패드는 상기 실리콘 웨이퍼의 제 2 면(304b)에 존재하는 솔더 범프 또는 솔더 볼(318)과 전기적으로 연결되어 있다. 상기 솔더 범프 또는 솔더 볼(318)은 이방성 도전 필름을 사용한 압착 및 가열하는 방법 또는 초음파 본딩을 통해 직접 연결하는 방법 등을 사용하여 FPC 또는 인쇄회로기판의 외부 전극 패드와 최종적으로 연결되며 이후, 렌즈 및 렌즈 하우징 등을 조립하여 카메라와 같은 영상 장치를 구성한다.
상술한 바와 같이, 본 발명은 실리콘 웨이퍼의 스크라이브 레인에 홈을 형성하고, 이미지 센서 소자가 형성된 제 1 면의 칩 패드까지 연결되는 금속 배선을 상기 홈과 실리콘 웨이퍼의 제 2면 상에 형성함으로써 소자 특성 향상, 소형화 및 박 형화가 가능하며 간단한 공정에 의해 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 칩 패키지 제조가 가능하다.
따라서, 점차 소형화되고 있는 반도체 소자의 칩 사이즈 패키지를 효과적으로 구현할 수 있으며 나아가 멀티 칩 모듈(MCM: Multi Chip Module) 등에 응용이 가능하며, 모바일 기기(mobile system), MEMS(Micro-Electro-Mechanical System) 등에 적용할 수 있다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시 예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명의 이미지 센서 칩 패키지 및 그 제조방법은 이미지 센서 칩의 제 2 면으로부터 제 1 면의 칩 패드까지 연결되는 금속 배선을 칩의 측면을 따라 형성함으로써 소형화, 박형화 및 공정 단축을 달성할 수 있는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 이미지 센서 칩 패키지에 있어서,
    다수의 칩 패드를 포함한 이미지 센서 소자가 위치한 제 1 면 및 상기 제 1 면에 대향된 제 2 면이 존재하는 이미지 센서 칩;
    상기 칩 패드와 도전성 물질을 통해 접촉 및 부착되는 전극 패드가 존재하는 유리기판;
    상기 칩의 제 2 면으로부터 칩의 측면을 따라 상기 유리기판의 전극 패드에 연결되는 소정 패턴의 금속 배선;
    상기 금속 배선을 포함한 칩의 제 2 면을 덮으며 소정 영역이 개방된 솔더 레지스트; 및
    상기 개방된 솔더 레지스트 상에 존재하며 상기 금속 배선과 연결되는 솔더 범프 또는 솔더 볼
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 칩 패키지는 유리기판에 부착된 적외선 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 칩의 제 2 면 및 측면과 금속 배선의 사이에 존재하는 보호막을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 솔더 범프 또는 솔더 볼과 전기적으로 연결되는 FPC 또는 인쇄회로기판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지.
  5. 이미지 센서 칩 패키지 제조방법에 있어서,
    다수의 칩 패드를 포함한 이미지 센서 소자를 실리콘 웨이퍼의 제 1 면 상에 형성하는 단계;
    소정 패턴의 전극 패드가 형성된 유리기판을 준비하는 단계;
    도전성 물질을 사용하여 상기 칩 패드와 상기 유리기판의 전극 패드를 부착하는 단계;
    상기 실리콘 웨이퍼의 스크라이브 레인 영역에 상기 제 2 면으로부터 상기 전극 패드까지 관통하는 홈을 형성하는 단계;
    상기 제 2 면으로부터 상기 전극 패드에 연결되는 소정 패턴의 금속 배선을 형성하는 단계;
    상기 금속배선 및 노출된 보호막 위에 솔더 레지스트를 도포하고 소정 영역을 개방시키는 단계;
    상기 솔더 레지스트가 개방된 영역에 솔더 범프 또는 솔더 볼을 형성하여 상기 금속 배선과 연결하는 단계; 및
    상기 스크라이브 레인을 따라 상기 실리콘 웨이퍼를 절단하여 각각의 칩을 분리하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 홈을 형성하는 단계 전에 상기 유리기판에 적외선 필터를 부착하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 홈을 형성하는 단계 전에 상기 실리콘 웨이퍼의 제 2 면을 연마하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지 제조방법.
  8. 제 5 항에 있어서,
    상기 금속배선을 형성하는 단계 전에 상기 제 2 면 전체와 상기 홈의 소정 영역에 보호막을 형성하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지 제조방법.
  9. 제 5 항에 있어서,
    상기 칩을 분리하는 단계 후에 상기 칩에 FPC 또는 인쇄회로기판을 부착하는 단계
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 칩 패키지 제조방법.
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