KR20070117026A - 적층형 카메라 장치 및 제조방법 - Google Patents

적층형 카메라 장치 및 제조방법 Download PDF

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KR20070117026A
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Abstract

본 발명은, 적층형 카메라 장치 및 제조방법에 관한 것으로, 웨이퍼 형태의 유리판에 광학소자 및 센서패키지를 제작하고 적층한 후 절단함으로써 카메라장치를 완성되는 것으로, 여러 개의 카메라를 동시에 가공할 수 있어 대량생산에 따른 비용절감 및 제작시간이 단축되는 이점이 있고, 각각의 렌즈들을 반도체 공정에서 구현되는 고정밀도의 광축 정렬에 의해 정렬함으로써 카메라의 성능을 향상시킬 수 있으며, 최소한의 기구부품으로만 구성되게 하여 카메라의 소형화를 가능하게 하는 매우 유용한 발명인 것이다.
웨이퍼, 회절광학소자, 박막

Description

적층형 카메라 장치 및 제조방법{Process and apparatus for stacked camera}
도 1은 일반적인 카메라 장치의 구조를 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명에 따른 적층형 카메라 장치를 개략적으로 도시한 것이고,
도 3은 본 발명에 따른 적층형 카메라 장치의 제 1웨이퍼 및 제 1블럭을 도시한 것이고,
도 4는 본 발명에 따른 적층형 카메라 장치의 제 2웨이퍼 및 제 2블럭을 도시한 것이고,
도 5는 본 발명에 따른 적층형 카메라 장치의 제 3웨이퍼 및 제 3블럭을 도시한 것이고,
도 6은 본 발명에 따른 적층형 카메라 장치의 제 4웨이퍼 및 제 4블럭을 도시한 것이고,
도 7은 본 발명에 따른 적층형 카메라 장치의 제조과정을 개략적으로 도시한 것이다.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10: 제 1웨이퍼 11: 제 1블럭
20: 제 2웨이퍼 21: 제 2블럭
30: 제 3웨이퍼 31: 제 3블럭
33: 적외선차단필름 40: 제 4웨이퍼
41: 제 4블럭 42: 이미지센서
50: 제 1조리개 판 51: 제 1조리개
60: 제 2조리개 판 61: 제 2조리개
본 발명은, 적층형 카메라 장치 및 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 웨이퍼 형태의 유리판에 광학소자와 센서패키지를 제작하고 적층하여 절단함으로써 완성되는 휴대용 기기에 적용될 수 있는 초소형 적층형 카메라 장치 및 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
최근, 휴대폰 및 휴대용 전자기기에 다양한 기능이 부가되고 있는데, 그 중에서도 카메라 기능, 동영상 촬영 및 재생기능은 필수적인 요소로서, 수요가 급증하고 있다. 특히, 고용량·고해상도의 화질을 가진 전자기기에 대한 요구가 지속적으로 요구되고 있어서, 씨아이에프(CIF), 브이지에이(VGA)를 거쳐 메가픽셀(Mega Pixel)로 발전해오고 있으며, 이에 따라 그 기능을 충실히 수행할 수 있는 소형화가 가능한 초소형 카메라 장치의 필요성이 대두되었다.
그러나, 종래 기술에서 사용되는 카메라 장치는, 도 1에 도시한 바와 같이, 카메라의 경통에 다수의 렌즈를 조립하는 형태로 구성되었는데, 상기 렌즈는 양면이 모두 구면이거나, 단면 또는 양면에 비구면을 포함하는 형태이었고, 각각의 렌즈를 별도로 제작하여 조립하는 방식에 의해 완성되었다.
이와 같은 카메라 장치는, 많은 부품이 소요되고 구성이 복잡하여 소형화가 용이하지 않아 제작 및 조립과정이 복잡하여 비용이 높아질 뿐 아니라, 제작시간이 많이 소요되는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창작된 것으로, 적층형 카메라 장치 및 제조방법에 있어서, 반도체 공정에서 구현되는 고정밀도의 조립공정을 적용하여, 웨이퍼 형태의 유리판에 광학소자와 센서 패키지를 제작하고 적층 후 절단하여 완성됨으로써, 대량생산이 가능할 뿐 아니라 단순화 및 소형화가 가능한 적층형 카메라 장치 및 제조방법을 제공하는데, 그 목적이 있는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 적층형 카메라 장치는, 상면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 제 회절광학소자가 결합되는 광투과재질의 제 1블럭과, 상기 제 1블럭의 하부에 정렬되며, 하면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 광투과재질 의 제 2블럭과, 상기 제 1블럭 및 제 2블럭 사이에 위치하여, 상기 제 1블럭 및 제 2블럭과 접합되며, 중앙에 광통과홀이 형성된 제 1조리개와, 상기 제 2블럭의 하부에 정렬되며, 상면에 적외선차단필름이 코팅이 되어 있는 광투과재질의 제 3블럭과, 상기 제 2블럭 및 제 3블럭 사이에 위치하여, 상기 제 2블럭 및 제 3블럭과 접합되며, 중앙에 광통과홀이 형성된 제 2조리개와, 상기 제 3블럭의 하부에 정렬되어 상기 제 3블럭과 접합되며, 이미지 센서가 탑재된 제 4블럭을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1블럭 또는 제 2블럭 중 적어도 하나는 수직방향과 수평방향에 대하여 상이한 곡률 반경 및 비구면 계수를 갖는 회절광학소자가 결합되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 적층형 카메라장치의 제조방법은, 상면에 양의 굴절능을 가진 곡면이 형성되고, 상기 곡면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 제1 블럭이 배열된 광투과재질의 제 1웨이퍼와, 하면에 양의 굴절능을 가진 곡면이 형성되고, 상기 곡면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 제 2블럭이 배열된 광투과재질의 제 2웨이퍼와, 상면에 적외선차단필름이 코팅이 되어 있는 블록이 배열된 광투과재질의 제 3웨이퍼와, 이미지 센서가 탑재되어 있는 블럭이 배열된 제 4웨이퍼와, 중앙에 광통과홀이 형성된 제 1조리개가 배열된 제 1조리개 판과, 중앙에 광통과홀이 형성된 제 2조리개가 배열된 제 2조리개 판을 가공하는 가공단계와; 상기 제 1웨이퍼와 상기 제 2웨이퍼 사이에 제 1조리개 판을 삽입하고 정렬하고, 상기 제 2웨이퍼와 상기 제 3웨이퍼 사이에 제 2조리개 판을 삽입하여 정렬하며, 상기 제 3웨이퍼 하부에 제 4웨이퍼를 정렬하여 접합시키는 접합단계와; 상기 접합된 웨이퍼를 절단하는 절단단계를; 포함하여 제조되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 제 1웨이퍼 또는 제 2웨이퍼의 가공은 소정의 두께를 갖는 웨이퍼형의 유리원판에 에칭, 사출 또는 자외선 엠보싱과 같은 방법에 의해 구면이 형성되는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이하 본 발명에 따른 적층형 카메라 장치 및 제조방법에 대한 바람직한 실시예에 대해, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는, 본 발명에 따른 적층형 카메라 장치에 대한 실시예를 도시한 것으로, 비구면의 회절광학소자(13, 23)가 탑재된 제 1블럭(11) 및 제 2블럭(21), IR코팅(32)이 되어있는 제 3블럭(31), 이미지센서(42)가 탑재된 제 4블럭(41), 제 1조리개(51) 및 제 2조리개(61)가 포함 구성된다.
상기 제 1블럭(11) 및 제 2블럭(21)은 광투과성이 높은 유리와 같은 재질로 이루어지되, 상기 제 1블럭(11)의 상면에 양의 굴절능을 가진 구면(12)이 형성되고, 상기 구면(12)에는 비구면의 회절광학소자(13)가 결합되며, 상기 제 2블럭(21)은 상기 제 1블럭(11)과 같은 구조로서, 하면에 양의 굴절능을 가진 구면(22)이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자(23)가 결합된다. 상기 회절광학소자(13, 23)는 일정 시야각 이상에서 입사되면 빛이 수직으로 방출되어 광량이 소모되고, 휘도가 열화 되었던 문제를 해결하기 위해 수직방향과 수평방향에 대하여 상이한 곡률 반경 및 비구면 계수를 갖도록 구성된다.
한편, 상기 제 1블럭(11)과 제 2블럭(21) 사이에는, 중앙에 광통과홀(52)이 형성된 제 1조리개(51)가 삽입되어 있다. 상기 제 1조리개(51)는 광흡수성을 갖는 재질의 박막편에 의해 대체될 수 있다. 상기 광통과홀(52)은 상기 제 1블럭(11) 및 제 2블럭(21)에 결합된 회절광학소자(13, 23)와 동일축상에 위치하는데, 상기 제 1조리개(51)의 광통과홀(52)을 통해서만 빛이 통과되므로, 상기 광통과홀(52)의 크기를 조절함으로써 입사되는 빛의 양을 조절할 수 있다.
그리고, 상기 제 1블럭(11), 제 1박막편(51)의 광통과홀(52) 및 제 2블럭(21)을 통과한 빛은 제 3 블럭(31)으로 진행하게 되는데, 제 3블럭(31)의 상면에는 적외선차단필름(32)이 코팅되어 있어서, 적외선 영역의 파장을 가진 빛은 차단되고 가시광선 영역의 파장을 가진 빛만이 투과하게 되어, 한층 더 촬상에 적합한 빛을 얻을 수 있다.
또한, 상기 제 2블럭(21)과 제 3블럭(31) 사이에 중앙에 광통과홀(62)이 형성된 제 2조리개(61)를 삽입할 수 있다. 상기 제 2조리개(16)는 광흡수성을 갖는 재질의 박막편으로 대체할 수 있으며, 상기 제 2조리개(61)는 제 2블럭(31)을 통과한 빛 중에서 주변으로 퍼져나가는 빛을 차단시켜 잡광이 이미지센서(42)로 유입되는 것을 방지하는 필드스톱의 역할도 하게 된다.
상기 제 2조리개(61)의 광통과홀(62)과 제 3블럭(31)을 통과함으로써, 입사되는 빛은 결상특성이 훨씬 향상되므로, 상기 제 4블럭(41)에 탑재된 이미지센서(42)의 결상면에 선명하게 결상시킬 수 있고, 사용자가 원하는 선명한 고화질의 화면을 구현 시킬 수 있다.
한편, 도 7은 상기와 같은 적층형 카메라 장치의 제조방법의 실시예를 도시한 것으로, 웨이퍼 및 박막의 가공단계, 조립단계, 절단단계를 포함하여 구성한다.
먼저, 웨이퍼 및 박막의 가공단계에 대해서 설명하면 다음과 같다.
제 1 웨이퍼(10) 및 제 2 웨이퍼(20)의 가공은, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 웨이퍼 형의 유리원판에 에칭, 사출 또는 UV 엠보싱과 같은 가공방법에 의해 양의 굴절능을 가진 구면(12, 22) 형상의 배열이 형성되게 한 후, 상기 구면(12, 22)에 수직방향과 수평방향에 대하여 상이한 곡률 반경 및 비구면 계수를 갖는 비구면의 회절광학소자(13, 23)를 결합시키는 방법에 의해 달성된다.
또한, 제 3웨이퍼(30)의 가공은, 도 5에 도시된 바와 같이, 소정의 두께를 갖는 웨이퍼 형의 유리원판의 상면에 적외선차단필름(32)을 도포하는 방법에 의해 달성되며, 제 4웨이퍼(40)의 가공은, 도 6에 도시된 바와 같이, 웨이퍼상에 이미지센서(42)를 조립하고 구동 전원의 공급, 컨트롤신호의 연결 및 센서로부터 출력된 영상신호를 전송하기 위한 배선 등을 구비함으로써 달성된다.
한편, 상기 제 1웨이퍼(10) 및 제 2웨이퍼(20)에 결합된 비구면의 회절광학소자(13, 23)에 광통과홀(52, 62)이 대응하도록 원판에 조리개를 배열함으로써, 상기 제 1조리개 판(50) 및 제 2조리개 판(60)을 가공한다.
다음으로, 웨이퍼 및 박막의 조립단계 및 절단단계를 설명하면 다음과 같다.
상기 제 1조리개 판(50)은 제1 웨이퍼(10) 및 제 2웨이퍼(20) 사이에 삽입되 고, 상기 제 2조리개 판(60)은 상기 제 2웨이퍼(20) 및 제 3웨이퍼(30) 사이에 삽입되며, 상기 제 4웨이퍼(40)는 상기 제 3웨이퍼(30)의 하부에 부착되는데, 상기 제 1조리개 판(50) 및 제 2 조리개 판(60)은 상기 제 1웨이퍼(10) 및 제 2웨이퍼(20)에 결합된 회절광학소자(13, 23)와 동일축상에 위치하도록 정렬하여 접착함으로써, 상기 웨이퍼 및 조리개 판을 조립하게 되고, 4장의 웨이퍼 및 조리개 판으로 구성된 카메라 장치 웨이퍼의 조립단계가 이루어진다.
그리고, 절단단계는 상기 접착된 웨이퍼를 절단기로 블록을 구성하는 라인을 따라 절단하는 단계로, 상기 단계를 통하여 다수의 완성된 카메라 장치를 얻을 수 있다.
이상, 전술한 본 발명의 바람직한 실시예는, 예시의 목적을 위해 개시된 것으로, 당업자라면, 이하 첨부된 특허청구범위에 개시된 본 발명의 기술적 사상과 그 기술적 범위 내에서, 또 다른 다양한 실시예들을 개량, 변경, 대체 또는 부가 등이 가능할 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 적층형 카메라 장치 및 제조방법은, 웨이퍼 형태의 유리판에 광학소자 및 센서패키지를 제작하고 적층한 후 절단함으로써 카메라장치를 완성되는 것으로, 여러 개의 카메라를 동시에 가공할 수 있어 대량생산에 따른 비용절감 및 제작시간이 단축되는 이점이 있고, 각각 의 렌즈들을 반도체 공정에서 구현되는 고정밀도의 광축 정렬에 의해 정렬함으로써 카메라의 성능을 향상시킬 수 있으며, 최소한의 기구부품으로만 구성되게 하여 카메라의 소형화를 가능하게 하는 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (10)

  1. 상면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 광투과재질의 제 1블럭과,
    상기 제 1블럭의 하부에 정렬되며, 하면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 광투과재질의 제 2블럭과,
    상기 제 1블럭 및 제 2블럭 사이에 위치하여, 상기 제 1블럭 및 제 2블럭과 접합되며, 중앙에 광통과홀이 형성된 제 1조리개와,
    상기 제 2블럭의 하부에 정렬되며, 상면에 자외선차단필름이 코팅되어 있는 광투과재질의 제 3블럭과,
    상기 제 3블럭의 하부에 정렬되어 상기 제 3블럭과 접합되며, 이미지센서가 탑재된 제 4블럭을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 카메라 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 2블럭 및 제 3블럭 사이에 위치하여, 상기 제 2블럭 및 제 3블럭과 접합되며, 중앙에 광통과홀이 형성된 제 2조리개가 더 구비되는 것을 특징으로 하는 적층형 카메라 장치.
  3. 상면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 광투과재질의 제 1블럭과,
    상기 제 1블럭의 하부에 정렬되며, 하면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 광투과재질의 제 2블럭과,
    상기 제 1블럭 및 제 2블럭 사이에 위치하여, 상기 제 1블럭 및 제 2블럭과 접합되며, 중앙에 광통과홀이 형성된 광흡수재질의 제 1박막편과,
    상기 제 2블럭의 하부에 정렬되며, 상면에 자외선차단필름이 코팅되어 있는 광투과재질의 제 3블럭과,
    상기 제 3블럭의 하부에 정렬되어 상기 제 3블럭과 접합되며, 이미지센서가 탑재된 제 4블럭을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 적층형 카메라 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2블럭 및 제 3블럭 사이에 위치하여, 상기 제 2블럭 및 제 3블럭과 접합되며, 중앙에 광통과홀이 형성된 광흡수 재질의 제 2박막편이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 적층형 카메라 장치.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1블럭 또는 제 2블럭 중 적어도 하나는 수직방향과 수평방향에 대하여 상이한 곡률 반경 및 비구면 계수 를 갖는 회절광학소자가 결합되는 것을 특징으로 하는 적층형 카메라 장치.
  6. 상면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 제1 블럭이 배열된 광투과재질의 제 1웨이퍼와,
    하면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 제 2블럭이 배열된 광투과재질의 제 2웨이퍼와,
    상면에 자외선차단필름이 코팅되어 있는 블록이 배열된 광투과재질의 제 3웨이퍼와,
    이미지 센서가 탑재되어 있는 블럭이 배열된 제 4웨이퍼와,
    중앙에 광통과홀이 형성된 제 1조리개가 배열된 제 1조리개 판을 가공하는 가공단계와;
    상기 제 1웨이퍼와 상기 제 2웨이퍼 사이에 제 1조리개 판을 삽입한 후 정렬하고, 상기 제 2웨이퍼의 하부에 상기 제 3웨이퍼를 배치한 후 정렬하며, 상기 제 3웨이퍼 하부에 제 4웨이퍼를 배치한 후 정렬하여 접합시키는 접합단계와;
    상기 접합된 웨이퍼를 절단하는 절단단계를; 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 적층형 카메라 장치의 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 가공단계는, 중앙에 광통과홀이 형성된 제 2조리개가 배열된 제 2조리개 판을 가공하는 과정을 더 포함하고,
    상기 접합단계는, 상기 제 2웨이퍼와 상기 제 3웨이퍼 사이에 제 2조리개 판을 삽입하여 정렬하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 카메라의 제조방법.
  8. 상면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 제1 블럭이 배열된 광투과재질의 제 1웨이퍼와,
    하면에 양의 굴절능을 가진 구면이 형성되고, 상기 구면에 비구면의 회절광학소자가 결합되는 제 2블럭이 배열된 광투과재질의 제 2웨이퍼와,
    상면에 자외선차단필름이 코팅되어 있는 블록이 배열된 광투과재질의 제 3웨이퍼와,
    이미지 센서가 탑재되어 있는 블럭이 배열된 제 4웨이퍼와,
    중앙에 광통과홀이 형성된 광흡수재질의 제 1박막편이 배열된 제 1박막 판을 가공하는 가공단계와;
    상기 제 1웨이퍼와 상기 제 2웨이퍼 사이에 제 1박막 판을 삽입한 후 정렬하고, 상기 제 2웨이퍼의 하부에 상기 제 3웨이퍼를 배치한 후 정렬하며, 상기 제 3웨이퍼 하부에 제 4웨이퍼를 배치한 후 정렬하여 접합시키는 접합단계와;
    상기 접합된 웨이퍼를 절단하는 절단단계를; 포함하여 제조되는 것을 특징으 로 하는 적층형 카메라 장치의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 가공단계는, 중앙에 광통과홀이 형성된 광흡수재질의 제 2박막편이 배열된 제 2박막 판을 가공하는 과정을 더 포함하고,
    상기 접합단계는, 상기 제 2웨이퍼와 상기 제 3웨이퍼 사이에 제 2박막 판을 삽입하여 정렬하는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 적층형 카메라의 제조방법.
  10. 제 6항 내지 제 9항 중 어느 하나에 있어서, 상기 제 1웨이퍼 또는 제 2웨이퍼의 가공은 소정의 두께를 갖는 웨이퍼형의 유리원판에 에칭, 사출 또는 자외선 엠보싱과 같은 방법에 의해 구면이 형성되는 과정을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 적층형 카메라 장치의 제조방법.
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