KR20060072579A - 이미지 센서 패키지, 고체촬상장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

이미지 센서 패키지 및 고체촬상장치가 개시된다. 개시된 본 발명에 의한 이미지 센서 패키지는 웨이퍼상에 이미지 센서와 접속패드를 구비하는 이미지 센서 칩이 구비되고, 접착제에 의해 이미지 센서 칩 상부면에 투명판이 접착된다. 그리고 접속패드에 접속수단이 형성된다. 이미지 센서 패키지는 접속수단에 의해 고체촬상장치의 메인보드와 신호교환하도록 연결된다.
이미지 센서, 패키지, 고체촬상장치, 신호교환, 접속수단, 메인보드

Description

이미지 센서 패키지, 고체촬상장치 및 그 제조방법{Image sensor package, Photographing apparatus and Method thereof}
도 1은 종래 기술에 의한 이미지 센서 패키지의 단면도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미시 센서 패키지의 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 고체촬상장치의 요부 구성도,
도 4A 내지 도 4G는 본 발명의 일실시예에 의한 이미지 센서 패키지 및 고체촬상장치의 제조방법을 도시한 도면이다.
< 도면의 주요 부호에 대한 설명 >
100. 이미지 센서 패키지 110. 이미지 센서 칩
112. 웨이퍼 114. 이미지 센서
116. 접속패드 120. 투명판
130. 접착제 140. 접속수단
200. 고체촬상장치 210. 메인보드
220. 렌즈 하우징 222. 렌즈
본 발명은 반도체 패키지에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이미지 센서 패키지, 이를 구비한 고체촬상장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
웨이퍼상에서 제작된 반도체 소자(칩)는 전기소자로서 사용자가 직접 사용할 수 없을 뿐만 아니라, 깨지기 쉽다. 따라서, 반도체 소자를 사용하기 위해, 또한 반도체 소자를 보호하기 위해서는 패키징(packaging)을 수행하여야 한다. 웨이퍼상에서 제작된 반도체 소자는 패키징을 거쳐 반도체 패키지로 완성되는 것이다.
이미지 센서 패키지는 고체 촬상용 반도체 패키지로서 비디오 카메라, 디지털 카메라, 카메라폰, 복사기, 이미지 스캐너 등에 이용된다.
도 1을 참조하면, 일반적인 이미지 센서 패키지(10)는 회로 패턴이 형성된 기판(1)에 이미지 센서 칩(2)이 에폭시와 같은 접착제(3)에 의해 부착되고, 이미지 센서 칩(2) 상의 칩패드와 기판(1)은 신호교환하기 위해 와이어(4) 본딩된다. 그리고, 이미지 센서 칩(2) 상부에는 이미지 센서 칩(2)과 와이어(4)를 보호하기 위해 투명한 글라스 또는 모듈 형태로 제작된 글라스 모듈(5)이 구비된다. 그리고, 상기 기판(1)의 저면에는 다수의 솔더볼(6)이 부착되며, 이 솔더볼(6)은 고체촬상장치의 메인보드(미도시)에 실장된다. 한편, 기판(1)에는 상기 솔더볼(6)과 신호교환을 하기 위하여 내부에 비아홀(7)을 형성하고 그 내부에 전도물질이 채워진다.
이와 같이 구성된 이미지 센서 패키지(10)에는 글라스(5)를 통과한 빛의 영상신호를 이미지 센서 칩(2)에서 전기신호로 변환하고, 이와 같이 변환된 전기신호는 와이어(4)를 통하여 기판(1)에 전달되며, 기판(1)의 솔더볼(6)을 통해 메인보드(미도시)와 연결되어 신호 교환을 할 수 있게 된다.
그런데, 이와 같은 종래의 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 칩과 기판과의 전기적 연결을 통해 와이어 본딩방식을 사용함에 따라, 와이어의 루프 하이트(loop height)에 의해 패키지 전체의 크기 및 두께가 커질 뿐만 아니라, 제조 공정수가 증가된다. 또한, 글라스 또는 글라스 모듈을 이미지 센서 칩별로 부착(die attach)하기 때문에, 이미지 센서 패키지의 전체 크기가 증가하게 되고, 또한 제조공정수가 증가하는 문제점이 발생한다.
따라서, 근래에는 이미지 센서 패키지의 크기 및 두께를 얇게 하도록 하기 위해 이미지 칩을 와이어 본딩에 의하지 않고 기판에 직접 부착시키는 다이렉트 칩 어태치(DCA : Direct Chip Attach)를 이용한 칩 사이즈 패키지(CSP : Chip Size Package)와, 또한 제조공정수를 줄이도록 패키지 공정을 웨이퍼 상에서 작업하는 웨이퍼 레벨 패키지(WLP : Wafer Level Package)에 대한 많은 연구가 활발히 진행되고 있는 추세이다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 이미지 센서 패키지의 크기 및 두께를 줄이고, 제조공정수를 작게 하는 이미지 센서 패키지, 고체촬상장치 및 그 제조방법을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지는, 웨이퍼상에 이미지 센서와 접속패드를 구비하는 이미지 센서 칩, 접착제에 의해 상기 이미지 센서 칩 상부면에 접착되는 투명판 및 일측면이 상기 접속패드에 연결되는 접속 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 접속수단은 고체촬상장치의 메인보드와 신호교환하도록 전기적으로 연결된다.
상기 접속수단은 범프, ACP, ACF, 스크린 프린팅 중 어느 하나에 의해 형성된 것이 좋다.
또한, 상기 범프는 솔더(solder)범프 또는 금(Au)범프인 것이 좋다.
또한, 상기 접속패드는 전기전도성이 좋은 금으로 형성된 것이 좋다.
한편, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 고체촬상장치는, 메인보드, 웨이퍼상에 이미지 센서와 접속패드를 구비하는 이미지 센서 칩, 접착제에 의해 상기 이미지 센서 칩 상부면에 접착되는 투명판, 일측면이 상기 접속패드에 연결되고 타측면이 상기 메인보드에 연결되는 접속수단 및 상기 접속수단이 연결되는 메인보드의 반대 측면에 장착되는 렌즈 하우징을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 메인보드는 강성인쇄회로기판 또는 연성인쇄회로기판인 것이 좋다.
한편, 상기 목적은 다음과 같은 이미지 센서 패키지 제조방법에 의해서도 달성된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지 제조방법은, a) 복수의 이미지 센서와 접속패드가 구비된 웨이퍼를 준비하는 단계, b) 상기 이미지 센서가 형성된 상기 웨이퍼 면에 접착제를 도포하는 단계, c) 투명판를 접착하는 단계, d) 상기 투명판을 패터닝(patterning)하는 단계, e) 상기 웨이퍼를 소잉(sawing)하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, f) d)단계 후, 상기 접속패드에 접속수단을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
또한, g) 상기 투명판의 상부면 및 웨이퍼의 하부면을 그라인딩(grinding)하는 단계를 더 포함하는 것이 좋다.
한편, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 고체촬상장치의 제조방법은, a) 복수의 이미지 센서 및 접속패드를 가지는 웨이퍼를 준비하는 단계, b) 상기 웨이퍼면에 접착제를 도포하는 단계, c) 투명판를 접착하는 단계, d) 상기 투명판를 패터닝(patterning)하는 단계, e) 상기 접속패드에 접속수단을 형성하는 단계, f) 상기 웨이퍼를 소잉(sawing)하는 단계, g) 상기 접속수단을 메인보드의 일측면에 장착하는 단계, h) 렌즈를 구비한 렌즈 하우징을 상기 메인보드의 타측면에 장착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지를 설명하기로 한다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서 패키지(100)는 이미지 센서 칩(110), 투명판(120) 및 접속수단(140)을 포함한다.
상기 이미지 센서 칩(110)은 반도체 웨이퍼(112)상에 이미지 센서(114)와 접속패드(116)를 구비한다. 이미지 센서(114)는 포토 다이오드와 같은 광전변환소자가 사용되며, CCD(Charge Coupled Device)형, CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)형 등 여러가지 종류의 이미지 센서를 사용할 수 있다. 이미지 센서(114)의 활성면에는 접속패드(116)들과 연결되는 금속배선들(미도시)이 형성된다. 접속패드(116)는 전도성이 좋은 금(gold)과 같은 재질로 형성되는 것이 바람직하다.
투명판(120)은 접착제(130)에 의해 이미지 센서(114) 상부면에 부착된다. 투명판(120)은 투명 유리(glass), 투명 수지 또는 투광성 세라믹(ceramic)등으로 형성할 수 있다. 투명판(120)에 의해 이미지 센서(114)는 외부로부터 보호된다.
접속수단(140)은 일측이 접속패드(116)에 형성되며, 타측이 외부단자와 연결된다. 본 실시예에서는 접속수단(140)으로서 범프가 적용된다. 범프(140)는 솔더볼(solder ball)을 사용하는 솔더범프, 금(Au)을 사용하는 금범프를 사용한다. 범프(140)에 의해 이미지 센서 패키지는 전기적으로 외부단자, 즉 메인보드(210, 도3 참조)와 전기적으로 신호교환이 가능하도록 연결된다. 따라서, 범프(140)는 이미지 센서 칩(110)에서 나오는 신호등을 전달하여 주는 터미널 구실과 이미지 센서 칩(110)을 메인보드(210)에 연결시켜 주는 조인트(joint) 역할을 한다. 도시되지는 않았으나, 상기 범프(140)는 볼 그리드 어레이(BGA : Ball Grid Array) 타입이나, 이미지 센서 칩(110) 상면에 랜드부를 형성함과 함께 이 랜드부를 랜드 그리드 어레이(LGA : Land Grid Array) 타입으로 형성할 수 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예에서 이미지 센서 패키지(100)는 솔더범프(140)를 통해 메인보드(210)와 연결되나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 상기 이미지 센서 패키지(100)를 메인보드(210)에 전기적으로 연결되는 것이면 다양하게 실시 가능하다.
예를 들면, 접속수단으로서 이방성 전도성 필름(ACF : anisotropic conductive film), 이방성 전도성 패이스트(ACF : anisotropic conductive paste), 스크린 프린팅(screen printing)등을 사용할 수 있다.
한편, 도시되지는 않았으나, 상기 접속수단(140)을 제외한 이미지 센서 칩(110)에는 이미지 센서 칩(110)을 보호하기 위해 봉지제(underfill)가 구비될 수 있다.
도 3은 도 2의 이미지 센서 패키지(100)를 적용한 고체촬상장치(200)의 요부를 도시한 것이다.
도시된 바와 같이, 고체촬상장치(200)는 이미지 센서 패키지(100)가 범프(140)에 의해 메인보드(210)의 일측면에 연결되고, 메인보드(210)의 타측면에는 렌즈 하우징(220)이 장착된다. 렌즈 하우징(220)에는 렌즈(222)가 설치된다. 범프(140)와 연결되는 메인보드(210)의 일측면에는 패드(미도시)가 설치될 수 있다. 한편, 상기 메인보드(210)는 강성 인쇄회로기판(rigid PCB) 또는 연성 인쇄회로기판(flexible PCB)이 적용될 수 있다.
상기와 같은 구성에 의하면, 렌즈(222)를 거쳐 투명판(120)를 통과한 빛의 영상신호가 이미지 센서 칩(110)에서 전기신호로 변환된다. 이와 같이 변환된 신호는 접속패드(116) 및 범프(140)를 통해 메인보드(210)에 전달된다.
이와 같이 기존의 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 칩이 별도의 칩기판에 전기적으로 연결되고, 이 칩기판이 범프와 같은 접속수단에 의해 메인보드에 전기적으로 연결됨으로써 신호전달이 가능하다. 그러나 본 발명에 의한 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 칩에 연결되는 별도의 칩기판이 필요없이, 이미지 센서 칩이 접속수단에 의해 메인보드에 직접 전기적으로 연결되므로 그 구성이 매우 간단해진다. 따라서, 이미지 센서 패키지의 경박화 및 인터커넥션(interconnection) 공정이 단순해 진다.
이하, 도 4A 내지 도 4G를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지 및 고체촬상장치의 제조방법에 대해 살펴보기로 한다. 도시된 바와 같이 본 실시예에 의한 이미지 센서 패키지(100)는 웨이퍼 상태에서 복수의 이미지 센서 칩이 제조되는 것으로서, 점선으로 나타내는 바와 같이 각각의 이미지 센서 칩에 동일한 공정이 수행된다.
도 4A 및 도 4B를 참조하면, 복수의 이미지 센서(114) 및 연결패드(116)가 형성된 반도체 웨이퍼(112)를 준비한다. 그리고, 상기 이미지 센서(114)가 형성된 웨이퍼(112) 상부면에 접착제(130)를 도포한다. 그 후, 도 4C와 같이 상기 접착제(130)에 투명판(120)를 접착한다.
도 4D와 같이 투명판(120)의 상부면 및 웨이퍼(112)의 하부면을 건식 에칭(dry etching), 연마에 의해 그라인딩(grinding)하여 두께를 감소시킨다. 일반적으로 웨이퍼(112)의 두께는 300㎛정도인데, 이 공정에 의해 웨이퍼(112)의 두께를 약 50 내지 100㎛정도로 형성시키는 것이 바람직하다. 따라서, 이미지 센서 패키지의 박형화가 가능한 효과가 있다. 그 후, 투명판(120)의 소정 면적(122) 즉, 서로 인접하는 이미지 센서(114) 사이를 습식 에칭(wet etiching)에 의해 식각하여, 투명판(120)을 패터닝(patterning)한다. 상기 패터닝에 의해 접속패드(116)가 외부로 노출된다.
그 후, 도 4E와 같이 접속패드(116)에 범프(140)를 형성한다. 범프(140)를 형성하는 방법은 접속패드(116)에 범프(140)을 올려 놓고 열압착에 의해 접착시킨 다. 범프(140)를 형성한 후, 도 4F의 실선과 같이 상기 웨이퍼(112)를 각각의 이미지 센서 칩(110) 단위로 소잉(sawing)하여 개별화 함으로써 본 발명의 이미지 센서 패키지(100)가 완성된다.
그 후, 도 4G와 같이 상기 범프(140)를 열압착에 의해 메인보드(210)에 장착함으로써, 이미지 센서 칩(110)을 메인보드(210)와 전기적으로 연결되도록 한다. 범프(140)의 높이는 대략 80~100㎛인데, 열압착 후 그 높이는 대략 30㎛정도가 감소한다. 한편, 이와 같이 이미시 센서 칩을 메인보드(210)에 직접 장착하는 다이렉트 칩 어태치(DCA : Diredt Chip Attach) 공정은 기존의 반도체 패키지 공정에서 사용되는 것을 그대로 이용할 수 있다. 그 후, 렌즈 하우징(220)을 메인보드(210)에 장착한다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지 및 고체촬상장치는 이미지 센서 칩이 고체촬상장치의 메인보드에 별도의 기판을 통해 전기적으로 연결되지 않고 직접 연결된다. 또한, 본 발명은 패키지 공정이 웨이퍼 레벨 패키지(WLP)되고, 이미지 센서 칩을 와이어 본딩에 의하지 않고 메인보드에 다이렉트 칩 어태치(DCA)로 함으로써, 이미지 센서 칩과 거의 동일한 칩 사이즈 패키지(CSP)를 구현 가능하다. 따라서, 이미지 센서 패키지 및 이를 채용한 고체 촬상장치의 경박화 및 소형화가 가능하며, 제조방법에 있어서 기존의 패키지 공정을 그대로 이용 가능하며 특히 인터커넥션 공정수가 현저하게 감소하여 결국 제조단가를 낮추는 효과가 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고 하기의 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능함은 물론이며, 그와 같은 변형은 본 발명의 범위에 속함은 당연하다.

Claims (13)

  1. 고체촬상장치의 메인보드와 신호교환하도록 전기적으로 연결되는 이미지 센서 패키지에 있어서,
    이미지 센서와 접속패드를 구비하는 이미지 센서 칩;
    접착제에 의해 상기 이미지 센서 칩에 접착되는 투명판; 및
    일측면이 상기 접속패드에 연결되고 타측면이 상기 메인보드에 연결되는 접속수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 접속수단은,
    범프(bump), 이방성 전도성 필름(ACF), 이방성 전도성 패이스트(ACF), 스크린 프린팅 중 어느 하나에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 범프는,
    솔더(solder)범프 또는 금(Au)범프인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키 지.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 접속패드는,
    금으로 형성된 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  5. 메인보드;
    이미지 센서와 접속패드를 구비하는 이미지 센서 칩;
    접착제에 의해 상기 이미지 센서 칩에 접착되는 투명판;
    일측면이 상기 접속패드에 연결되고 타측면이 상기 메인보드에 연결되는 접속수단; 및
    상기 접속수단이 연결되는 메인보드의 반대 측면에 장착되는 렌즈 하우징;을 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 접속수단은,
    범프(bump), 이방성 전도성 필름(ACF), 이방성 전도성 패이스트(ACF), 스크린 프린팅 중 어느 하나에 의해 형성된 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 범프는,
    솔더(solder)범프 또는 금(Au)범프인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  8. 제 5 항에 있어서, 상기 메인보드는,
    강성 인쇄회로기판 또는 연성 인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 고체촬상장치.
  9. a) 복수의 이미지 센서 및 접속패드가 구비된 웨이퍼를 준비하는 단계;
    b) 상기 이미지 센서가 형성된 상기 웨이퍼 면에 접착제를 도포하는 단계;
    c) 투명판를 접착하는 단계;
    d) 상기 투명판을 패터닝(patterning)하는 단계; 및
    e) 상기 웨이퍼를 소잉(sawing)하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    f) d)단계 후, 상기 접속패드에 접속수단을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    g) 상기 투명판의 상부면 및 웨이퍼의 하부면을 그라인딩(grinding)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조방법.
  12. a) 복수의 이미지 센서 및 접속패드가 구비된 웨이퍼를 준비하는 단계;
    b) 상기 웨이퍼면에 접착제를 도포하는 단계;
    c) 투명판를 접착하는 단계;
    d) 상기 투명판를 패터닝(patterning)하는 단계;
    e) 상기 접속패드에 접속수단을 형성하는 단계;
    f) 상기 웨이퍼를 소잉(sawing)하는 단계;
    g) 상기 접속수단을 메인보드의 일측면에 장착하는 단계; 및
    h) 렌즈를 구비한 렌즈 하우징을 상기 메인보드의 타측면에 장착하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    i) 상기 투명판의 상부면 및 웨이퍼의 하부면을 그라인딩(grinding)하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고체촬상장치의 제조방법.
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