KR20080047002A - 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 및 그 제작 방법 - Google Patents

카메라모듈의 렌즈 어셈블리 및 그 제작 방법 Download PDF

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    • B29D11/00009—Production of simple or compound lenses

Abstract

본 발명은 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 및 그 제작 방법에 관한 것으로서, 다수의 렌즈 웨이퍼의 각 렌즈유닛을 소정의 곡률을 가지도록 가공한 후 상기 렌즈 웨이퍼들을 본딩 후 절단함으로써 렌즈 어셈블리를 제작함을 특징으로 한다. 렌즈 웨이퍼의 표면을 분할하고 가공하여 다수의 렌즈유닛을 형성하는 가공 단계와, 상기 가공 단계를 거친 다수의 렌즈 웨이퍼를 하나의 결합체로서 접합하는 본딩 단계와, 상기 결합체를 각 렌즈유닛 단위로 절단하여 다수의 렌즈 어셈블리를 생산하는 절단 단계를 포함한다. 또한, 본 발명은 렌즈 웨이퍼의 표면을 분할 가공하여 다수의 렌즈유닛을 구비하는 다수의 렌즈 웨이퍼를 하나의 결합체로서 접합하며, 상기 결합체를 각 렌즈유닛 단위로 절단하여 생산한 다수의 렌즈, 상기 다수의 렌즈 틈 사이로 들어오는 외부의 빛을 차단하는 스톱 웨이퍼, 상기 렌즈를 통해 들어오는 빛의 적외선을 필터링하는 컬러필터를 포함한다.
카메라, 휴대폰, 렌즈, 웨이퍼, 가공, 금형, 레이저, 렌즈유닛, 경통

Description

카메라모듈의 렌즈 어셈블리 및 그 제작 방법{lens assembly and method manufacturing the same for camera module}
도 1은 휴대전화에 탑재되는 일반적인 카메라모듈의 단면도이다.
도 2는 종래의 렌즈 어셈블리 분해 사시도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 렌즈 어셈블리를 제작하는 과정들을 도시한 플로차트이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 렌즈 웨이퍼 및 컬러필터 웨이퍼를 도시한 그림이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따라 본딩 단계와 절단단계의 작업 모습을 도시한 그림이다.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
S31: 웨이퍼 가공 단계 S32: 본딩 단계
S33: 절단 단계 S34: 조립 단계
41: 1차 렌즈 웨이퍼 42: 2차 렌즈 웨이퍼
43: 컬러필터 웨이퍼 44: 1차 렌즈
45: 2차 렌즈 46: 컬러필터
본 발명은 카메라모듈 및 그 제작 방법에 관한 것이다.
최근 카메라가 탑재된 휴대전화(모바일폰)가 등장하여 휴대전화에 의해 정지화상 및 동영상의 촬영이 가능해지게 되었다. 현재 고해상도 및 고화질의 촬영을 위해 카메라의 성능이 점차 개선되어 가고 있는 추세이다. 또한, 자동초점 조절장치, 접사장치 및 광학 줌 장치 등을 구비한 카메라모듈이 최소화되어 휴대전화에 탑재되고 있다. 현재 휴대전화에는 VGA급부터 High Mega급까지 다양하게 장착되고 있으나, High Mega로 가면서 성능을 확보하기 위해서는 카메라모듈의 사이즈가 커져야 한다. 그런데, 휴대전화 디자인을 고려할 때 카메라모듈의 사이즈가 커질 경우 휴대전화에 장착하기 어렵게 되며, 반대로, 카메라모듈의 사이즈를 줄일 경우 성능에 큰 영향을 주므로 Mega급 성능 차이를 못 느끼는 경우도 발생할 수 있다.
도 1은 휴대전화에 탑재되는 일반적인 카메라모듈의 단면도로서, 상기 카메라모듈은, 다수의 렌즈로 된 렌즈 어셈블리(10; lens assembly), 적외선 빛을 필터링하는 컬러필터(11), 이미지 센싱을 수행하는 이미지센서(12), 회로패턴이 형성된 인쇄회로기판(13;PCB), 본체의 커넥터와 접속되는 연성인쇄회로기판(14;Flexible-PCB), 상기 렌즈모듈과 컬러필터를 지지하는 하우징(12)으로 구성되어 있다.
한편, 렌즈 어셈블리(10)가 하나의 글래스 렌즈와 두 개의 플라스틱 렌즈로 구성되어 있다고 할 때 상기 렌즈 어셈블리의 분해 사시도를 도 2에 도시하였는데, 일반적으로 글래스 렌즈(21)의 경우는 가공 작업을 통하여 소정의 곡률(수직곡률 및 수평곡률)을 가지도록 하고, 플라스틱 렌즈(22,23)의 경우 금형 및 사출 작업을 통해 소정의 곡률을 가지도록 한다. 상기와 같이 가공, 금형 및 사출 작업된 글래스 렌즈(21) 및 플라스틱 렌즈(22,23)는 스페이서(24,25)를 사이에 두고 결합되어 렌즈 어셈블리로 조립되어 하우징(26;경통)에 장착된다. 상기 스페이서(24,25)는 필름(film)이나 동으로 된 재질로서 앞, 뒤의 렌즈를 고정하고 쓸모없는 빛을 차단하는 기능을 수행한다.
그런데, 도 2와 같이 각 렌즈를 일일이 가공, 금형 및 사출 처리할 경우, VGA급이라 하더라도 사이즈가 작아지면서 미세입자(particle), 작업성 문제 등으로 수율 확보에 어려움을 가지게 되며, High Mega급 카메라모듈인 경우에도 현재의 제조 방법으로는 많은 제조 공정이 필요한 관계로 양산 및 수율 확보에 문제가 있다.
상기의 문제점을 해결하고자 본 발명은 안출된 것으로서, 카메라 모듈 사이즈를 줄이며, 아울러 카메라모듈의 대량 생산이 가능한 카메라 모듈 및 그 제작 방법을 제안함을 목적으로 한다.
상기 목적을 이루기 위하여 본 발명은, 렌즈 웨이퍼의 표면을 분할하고 가공하여 다수의 렌즈유닛을 형성하는 가공 단계와, 상기 가공 단계를 거친 다수의 렌즈 웨이퍼를 하나의 결합체로서 접합하는 본딩 단계와, 상기 결합체를 각 렌즈유닛 단위로 절단하여 다수의 렌즈 어셈블리를 생산하는 절단 단계를 포함한다.
상기 렌즈 웨이퍼는 렌즈용 글래스로 된 웨이퍼로 되어 있고, 레이저빔을 이용하여 각 렌즈유닛마다 동일한 곡률을 가지도록 가공한다. 상기 가공은, 리소그래피 공정을 통해 동일한 곡률을 가지도록 가공한다.
또한, 본 발명은 렌즈 웨이퍼의 표면을 분할 가공하여 다수의 렌즈유닛을 구비하는 다수의 렌즈 웨이퍼를 하나의 결합체로서 접합하며, 상기 결합체를 각 렌즈유닛 단위로 절단하여 생산한 다수의 렌즈, 상기 다수의 렌즈 틈 사이로 들어오는 외부의 빛을 차단하는 스톱 웨이퍼, 상기 렌즈를 통해 들어오는 빛의 적외선을 필터링하는 컬러필터를 포함한다. 상기 스톱 웨이퍼는, 접합되는 렌즈 웨이퍼들을 상호 고정하고 주변 빛을 차단하도록 상기 접합되는 렌즈 웨이퍼들 사이 또는 상단에 게재된다. 상기 컬러필터는 접합되는 상기 렌즈 웨이퍼들의 일단에 추가하여 접합된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시 예들의 상세한 설명이 첨부된 도면들을 참조하여 설명될 것이다. 하기에서 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따라 렌즈 어셈블리를 제작하는 과정들을 도시한 플로차트이다.
종래의 카메라모듈 제작 시의 렌즈 어셈블리는 글래스(유리) 또는 플라스틱 재질을 이용하여 가공 또는 사출 및 금형 방식으로 제작하였지만, 본 발명은 렌즈 어셈블리 제조 시에 웨이퍼 개념을 도입하여 상기 웨이퍼를 렌즈용 광학 소자로 된 렌즈 웨이퍼로 구현하여, 이를 가공 및 절단하여 최종적으로 대량의 렌즈 어셈블리를 생산할 수 있다.
이를 위하여 본 발명의 일실시 예에 따른 렌즈 어셈블리 제작 방법은 웨이퍼 가공 단계(S31), 본딩 단계(S32), 절단 단계(S33), 조립 단계(S34)를 포함하여 구성된다.
우선, 상기 웨이퍼 가공 단계(S31)를 살펴보면, 각 렌즈 웨이퍼 및 컬러필터 웨이퍼에 대해 가공하는 단계가 진행되는데, 다수의 렌즈 웨이퍼의 표면을 분할한 다수의 렌즈유닛마다 렌즈 가공을 하는 가공이 이루어진다.
상기 렌즈 웨이퍼는 렌즈용 글래스 재질로 된 것으로서 빛을 모으거나 분산하기 위한 다양한 곡률을 가질 수 있는 비구면 렌즈가 렌즈 웨이퍼의 표면에 렌즈유닛 단위로 형성될 수 있는 광학렌즈용 웨이퍼이다. 본 발명은 상기 렌즈 웨이퍼의 표면을 다수의 렌즈유닛단위로 분할하여 각 렌즈유닛마다 소정의 곡률을 갖도록 가공하는 특징을 가진다. 따라서 렌즈 웨이퍼의 표면에는 각 렌즈유닛마다 동일한 곡률을 가지는 다수의 렌즈들이 가공 구현될 수 있다.
렌즈 웨이퍼 및 컬러필터 웨이퍼를 도시한 도 4를 참조하여 설명하면, 각1차 렌즈 웨이퍼(41)의 경우에는 표면의 각 렌즈유닛들이 동일한 곡률을 가지는 1차 렌즈(44)를 가지도록 형성될 수 있으며, 2차 렌즈 웨이퍼(42)의 경우에는 표면의 각 렌즈유닛들이 1차 렌즈(44)와는 다른 곡률을 가지는 2차 렌즈(45)를 가지도록 형성될 수 있다. 도 4의 실시 예 도면을 보면, 6인치 웨이퍼 크기를 가지는 1차 렌즈 웨이퍼(41)의 경우 23*23 = 529 렌즈유닛을 가지게 되고 이러한 각 렌즈유닛마다 동일한 제1곡률을 가지는 1차 렌즈(44)가 529개 형성될 수 있다. 마찬가지로 2차 렌즈 웨이퍼(42)의 경우에도 529 렌즈유닛을 가지게 되면 각 렌즈유닛마다 동일한 제2곡률을 가지는 2차 렌즈(45)가 529개 형성될 수 있다.
각 렌즈 웨이퍼(41,42)들 간에는 서로 다른 곡률을 가지는 비구면이 형성되는데, 1차 렌즈 웨이퍼(41)의 각 렌즈유닛에 형성되는 1차 렌즈(44)와 2차 렌즈 웨이퍼(42)의 각 렌즈유닛에 형성되는 2차 렌즈(45)는 서로 다른 곡률을 가지게 된다. 참고로, 상기 렌즈는 휴대폰용 카메라모듈이나 디지털카메라, 광 저장장치 등에 사용되는 유리 렌즈의 일종으로서 플라스틱 렌즈에 비해 좋은 품질의 영상을 얻을 수 있다.
상기 렌즈 웨이퍼들(41,42)의 곡률을 가공하는 방법은 각 렌즈유닛마다의 곡률 형상을 레이저빔로 직접 가공할 수 있다. 즉, 레이저빔을 이용하여 렌즈 웨이퍼의 표면을 가공하여 각 렌즈유닛마다 소정의 곡률을 형성할 수 있다. 상기 레이저를 이용한 곡률 가공은 볼록, 오목 형태와 같이 원구 형태의 곡률을 형성할 때 주로 사용될 것이다.
또한, 상기 렌즈 웨이퍼들(41,42)의 곡률을 가공하는 다른 실시 예로는, 리소 그래피 공정을 사용하여 각 렌즈유닛마다 소정의 곡률을 형성할 수 있다. 즉, 일반적인 반도체 리소그래피 공정과 같이 렌즈 웨이퍼에 소정의 포토레지스트(photoresist)를 도포한 후 그 위에 어떤 패턴이 새겨져 있는 마스크를 접촉시킨 후, 자외선을 쪼인 후 현상함으로써 마스크의 패턴에 따른 곡률이 형성될 수 있다. 따라서 상기 리소그래피 공정을 이용한 렌즈 웨이퍼의 곡률 가공은 직선형의 곡률을 가지는 비구면 형상의 렌즈 형성 시에 사용될 수 있을 것이다. 한편, 상기 렌즈 웨이퍼 이외에도 컬러필터 웨이퍼(43)가 각 렌즈유닛마다 가공되는데, 이는 종래의 컬러필터의 제작방법과 마찬가지로 각 렌즈유닛마다 R,G,B필터(46)가 형성되도록 한다.
1차 렌즈 웨이퍼(41)의 각 렌즈유닛에 형성되는 1차 렌즈(44)와 2차 렌즈 웨이퍼(42)의 각 렌즈유닛에 형성되는 2차 렌즈(45)와 RGB 필터(46)가 결합되어 형성된 모습을 도 4의 (d)에 도시하였다.
상기와 같이 렌즈 웨이퍼 및 컬러필터 웨이퍼에 대한 가공작업(S31)이 완료된 후에는 이들 웨이퍼들을 하나의 결합체로서 결합하는 본딩(bonding) 단계(S32)가 진행된다. 본딩 단계(S32) 및 절단 단계(S33)를 도시한 도 5를 참조하면, 가공 단계에서 가공된 각 렌즈 웨이퍼(41,42)와 컬러필터 웨이퍼(43)는 컬러필터 웨이퍼->제2렌즈 웨이퍼->제1렌즈 웨이퍼의 순서대로 적층된 후 본딩되는 단계를 가진다.
상기 본딩 단계는 비활성기체를 주입하여 펌프다운(pump down)하고, 서로 접합되는 1차 렌즈 웨이퍼(41), 2차 렌즈 웨이퍼(42), 컬러필터 웨이퍼(43)를 중합체 의 최종 경화 온도로 가열(heating)한다. 최종 가열 온도는 중합체의 경화반응에 의존하고 경화반응은 중합체의 최종 경화 온도와 관련이 있기 때문이다. 그리고 접합되는 웨이퍼들을 중합체 경화 시간 동안 압축(compression)한다. 한편, 상기 본딩 단계에서 1차 렌즈 웨이퍼(41)와 2차 렌즈 웨이퍼(42) 사이에 일반적인 반도체 웨이퍼 재질인 실리콘 재질로 된 스톱 웨이퍼(47; stop wafer)가 들어가는데, 상기 스톱 웨이퍼(47)는 종래의 스페이서(24,25)와 동일한 기능을 수행하는 것으로서, 상측의 1차 렌즈 웨이퍼(41)와 2차 렌즈 웨이퍼(42)를 상호 고정하고 쓸모없는 빛을 차단하는 기능을 수행한다.
상기 본딩 단계(S32)가 완료되면 본딩된 웨이퍼를 절단(dicing)하여 해당 렌즈유닛 수만큼의 렌즈 어셈블리(48)로 분할하는 절단 단계(S33)가 이루어진다. 상기 절단 단계(S33)는, 웨이퍼에 형성된 각 렌즈유닛들을 개별적으로 나누기 위해 블레이드(blade)를 이용해 웨이퍼를 자르는 공정으로서, 웨이퍼의 경도에 따라 2" spindle과 4" spindle을 선택하여 사용한다. 또한, 각 물질의 경도, 연성, 내마모성, device 특성에 따라 블레이드를 선택하여 사용하는데, 블레이드의 종류에는 크게 resin 블레이드와 nickel 블레이드를 선택하여 절단할 수 있다.
상기와 같이 가공 단계(S31), 본딩 단계(S32), 절단 단계(S33)가 완료되면, 이러한 각각의 렌즈 어셈블리들을 각 카메라모듈의 하우징에 결합하여 조립(S34)함으로서, 렌즈유닛 수만큼의 카메라모듈의 렌즈모듈 작업 공정을 완료할 수 있다.
한편, 상기 카메라모듈의 하우징에는 이미지센서가 결합되어 있는데, 이러한 이미지센서는 카메라 모듈의 이미지 감지 능력 향상 및 소형화를 위하여 CSP(chip scale package) 등의 패키지 타입으로 하우징에 이미지센서가 결합된다. 상기 렌즈 어셈블리가 웨이퍼 개념으로 작업되기 때문에 리플로우(reflow) 공정으로 이루어질 수 있으므로 이에 따라 이미지센서 역시 리플로우 공정이 가능한 CSP 패키지 타입으로 작업해야 효과적인 대량생산이 가능하다. 플립칩(flip chip) 기술, 비지에이(BGA: ball grid array) 기술 등이 이용되는 CSP 타입의 제조 기술은 리드 프레임이 없어 칩과 거의 같은 크기의 초소형 패키지를 생산해 낼 수 있으므로 소형 카메라 모듈 제조 공정 등에 많이 이용될 수 있기 때문이다. 상기와 같이 패키지 타입으로 조립할 시에는 이미지센서가 글래스에 의해 보호되므로 이물질에 의한 오염을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상기 본딩 단계(S32)에서, 컬러필터 웨이퍼->2차 렌즈 웨이퍼->1차 렌즈 웨이퍼를 차례로 적층하여 본딩하였지만, 이는 하나의 실시 예에 불과할 뿐 컬러필터 웨이퍼를 제외하고 2차 렌즈 웨이퍼와 1차 렌즈 웨이퍼만을 상호 본딩시킬 수 있다. 컬러필터의 경우에는 미리 카메라모듈의 하우징에 장착시켜 놓게 되면, 렌즈 웨이퍼의 본딩만으로 렌즈 어셈블리를 생산한 후 이를 컬러필터가 미리 장착된 하우징에 장착시킬 경우 동일한 결과를 얻을 수 있기 때문이다.
상술한 본 발명의 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 여러 가지 변형이 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 실시 될 수 있다. 따라서 본 발명의 특허 범위는 상기 설명된 실시 예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위뿐 아니라 균등 범위에도 미침은 자명할 것이다.
상기에서 기술한 바와 같이 본 발명은, 카메라모듈 사이즈를 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 웨이퍼를 이용한 렌즈 어셈블리 제조 방법이기 때문에 대량 생산 효과를 가질 수 있다. 또한 리플로우(reflow) 공정을 이용할 수 있는 구조이기에 역시 대량 생산 효과를 가질 수 있다.

Claims (11)

  1. 렌즈 웨이퍼의 표면을 분할하고 가공하여 다수의 렌즈유닛을 형성하는 가공 단계와,
    상기 가공 단계를 거친 다수의 렌즈 웨이퍼를 하나의 결합체로서 접합하는 본딩 단계와,
    상기 결합체를 각 렌즈유닛 단위로 절단하여 다수의 렌즈 어셈블리를 생산하는 절단 단계,
    를 포함하는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 제작 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 렌즈 웨이퍼는 렌즈용 글래스로 된 웨이퍼인 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 제작 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 가공 단계는, 레이저빔을 이용하여 각 렌즈유닛마다 동일한 곡률을 가지도록 가공하는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 제작 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 가공 단계는, 리소그래피 공정을 통해 동일한 곡률을 가지도록 가공하는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 제작 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 본딩 단계에서 접합된 다수의 렌즈 웨이퍼들의 렌즈유 닛은 각각이 서로 다른 곡률을 가지도록 가공되는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 제작 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 본딩 단계에서, 접합되는 렌즈 웨이퍼들을 상호 고정하고 주변 빛을 차단하는 스톱 웨이퍼가 상기 접합되는 렌즈 웨이퍼들 사이 또는 상단에 게재되는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 제작 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 스톱 웨이퍼는 실리콘 재질로 되어 있는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 제작 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 본딩 단계에서, 접합되는 렌즈 웨이퍼들의 일단에 컬러필터 웨이퍼가 더욱 접합되는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리 제작 방법.
  9. 렌즈 웨이퍼의 표면을 분할 가공하여 다수의 렌즈유닛을 구비하는 다수의 렌즈 웨이퍼를 하나의 결합체로서 접합하며, 상기 결합체를 각 렌즈유닛 단위로 절단하여 생산한 다수의 렌즈,
    상기 다수의 렌즈 틈 사이로 들어오는 외부의 빛을 차단하는 스톱 웨이퍼,
    상기 렌즈를 통해 들어오는 빛의 적외선을 필터링하는 컬러필터
    를 포함하는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리.
  10. 제10항에 있어서, 상기 스톱 웨이퍼는, 접합되는 렌즈 웨이퍼들을 상호 고정하고 주변 빛을 차단하도록 상기 접합되는 렌즈 웨이퍼들 사이 또는 상단에 게재되는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리.
  11. 제10항에 있어서, 상기 컬러필터는 접합되는 상기 렌즈 웨이퍼들의 일단에 추가하여 접합되는 카메라모듈의 렌즈 어셈블리.
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