KR20100113466A

KR20100113466A - 금형

Info

Publication number: KR20100113466A
Application number: KR1020100087102A
Authority: KR
Inventors: 강신일; 임지석; 최민석
Original assignee: 주식회사 옵토메카
Priority date: 2007-07-03
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2010-10-21
Also published as: US8300328B2; KR101087695B1; JP2010532492A; CN101932956B; EP2165225A2; KR20090004705A; CN101932956A; US20110085070A1; WO2009005317A3; WO2009005317A2; WO2009005317A4; EP2165225A4

Abstract

이종재료 일체형 렌즈 유닛은, 렌즈와는 이종재료로 구성되는 카메라 모듈 부품의 모재 상에 광학 수지를 직접 복제하여 상기 렌즈를 형성하여, 상기 카메라 모듈 부품의 모재 상에 상기 렌즈가 일체화되어 이루어진다. 카메라 모듈은 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 구비한다. 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작방법은, 단일개 혹은 복수개의 상기 모재 상에 상기 렌즈를 형성하여 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 어레이를 제작한다. 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작방법은 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 제작방법으로서, 상기 모재와 접촉되는 면이 중심축에 대하여 경사를 가져 상기 모재의 자동 중심 맞춤 이동을 허용하는 금형을 이용하여 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 성형한다. 금형은 작업 대상물과 접촉되는 면이 중심축에 대하여 경사를 가져 상기 작업 대상물의 자동 중심 맞춤 이동을 허용한다.

Description

금형{DIE}

본 발명은, 금형에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 작업 대상물과 접촉되는 면이 중심축에 대하여 경사를 가져 상기 작업 대상물의 자동 중심 맞춤 이동을 허용하는 금형에 관한 것이다.

최근 휴대폰, 피디에이 등 휴대형 정보저장 기기의 사용이 증가하면서 카메라 모듈에 대한 수요가 증가하고 있으며 특히 초소형 고해상도 카메라 모듈에 대한 수요가 급증하고 있다.

도 1은 종래의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.

PCB 기판(110) 상에 이미지 센서(120a)가 위치하고 있다. PCB 기판(110)과 이미지 센서(120a)는 이미지 센서(120a)의 종류에 따라 다양한 표면실장(SMT, Surface Mounter Technology) 공정을 이용하여 연결된다. 도면 부호 120b는 솔더볼을 나타낸다. 이미지 센서(120a)의 상부에는 센서의 종류에 따라 다양한 형태의 커버 글라스(120c)가 형성될 수 있다.

적외선 컷오프 필터(IR 필터)가 존재하여 노이즈로 존재하는 가시광선대역 외의 적외선 대역 파장을 차단한다. 적외선 컷오프 필터는 글라스 기판(140a) 상에 광학 코팅(140b)을 형성하여 제작된다.

이미지 센서(120a)는 PCB 기판(110) 상에 부착되어 있는 경통홀더(130)에 의해 외부로부터 차단된다. 경통홀더(130) 상부에는 렌즈 모듈(150)이 조립된다. 렌즈 모듈은 단품 렌즈(170a ~ 170c)를 제작한 후 각각의 단품 렌즈(170a ~ 170c)를 스페이서(160c), 스탑(160d), 플레어 스탑(160e, 160f), 등과 함께 배럴(160a) 내부에 순서대로 삽입하고, 캡(160b)을 배럴(160a)에 조립하여 렌즈(170a ~ 170c) 및 경통 구조물(160a ~ 160f)을 고정함으로써 제작된다.

상기 기술한 바와 같이 카메라 모듈은 이미지 센서(120a), IR 필터, 경통홀더(130), 다양한 경통 구조물 (160a ~ 160f) 및 단품 렌즈(170a ~ 170c), 등의 조립을 통해 구현된다.

그러나 상기 구조의 종래의 카메라 모듈은 다음과 같은 문제점을 가지고 있다.

다수의 카메라 모듈 부품을 조립하는 과정에서 발생하는 정렬 오차 및 틸트 등은 광학 성능 저하를 발생시킬 수 있으며, 이를 방지하기 위한 정밀 정렬 조립 공정은 카메라 모듈 단가 상승의 원인이 되고 있다.

또한 카메라 모듈의 광학 설계 과정에 있어 충분한 조립 공차를 확보하여야하는 설계 제약 조건은 초소형 고성능 카메라 모듈의 설계에 제약이 되고 있다.

또한 종래의 카메라 모듈에서, 폴리머 재질의 렌즈가 사용되는 경우 강성이 떨어져 내환경성이 좋지 못한 단점이 있었고, 반면, 유리 재질의 렌즈가 사용되는 경우 제조 단가가 높고 구현 가능한 형상 제약으로 인한 설계 자유도 감소의 문제를 갖는 단점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 조립이 간단하여 높은 생산성 및 단가 절감이 가능하고, 조립 공정에서 발생하는 정렬 공차를 개선할 수 있으며, 카메라 모듈의 두께 감소가 가능하고, 기존 카메라 모듈의 다양한 설계 제약조건 제거를 통한 설계 자유도 확보가 가능한 렌즈 유닛 및 카메라 모듈을 제공하는데 있다.

또한 본 발명은 성형 공정에서 발생할 수 있는 형상 변형을 최소화하여 우수한 품질 수준을 가지는 렌즈 유닛 및 카메라 모듈을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 높은 강성을 확보하여 내환경성이 우수한 렌즈 유닛 및 카메라 모듈을 제공하는데 목적이 있다.

더 나아가 본 발명은, 최적의 재료 및 성형 공정을 제안함으로써, 제조 단가가 낮고 구현 가능한 형상 제약으로 인한 설계 자유도 저하가 적으면서도, 고내열 특성을 가져 응용 제품화 공정시 공정 비용 및 시간의 획기적인 절감을 가능케 하는 렌즈 유닛 및 카메라 모듈을 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 고화소급 카메라 모듈로부터 저화소급 카메라 모듈에까지 다양한 품질 수준의 요구에 우수하게 부응할 수 있는 렌즈 유닛 및 카메라 모듈을 제공하는데 목적이 있다.

또한 본 발명은 양산성을 극대화하고, 동일한 품질 수준을 유지할 수 있는 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작방법을 제공하는데 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 렌즈와는 이종재료로 구성되는 카메라 모듈 부품의 모재 상에 광학 수지를 직접 복제하여 상기 렌즈를 형성하여, 상기 카메라 모듈 부품의 모재 상에 상기 렌즈가 일체화되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 광학 수지는 열중합성 수지이고, 상기 렌즈는 상기 열중합성 수지를 가열 경화 성형하여 제작된다.

또 다른 실시예에 따르면, 상기 광학 수지는 광중합성 수지이고, 상기 렌즈는 상기 광중합성 수지를 노광 경화 성형하여 제작된다.

바람직하게는, 상기 광학 수지는 열경화성 성질을 갖는다.

상기 모재는 경통홀더, 배럴, 캡, 스탑, 스페이서, 플레어스탑, 적외선 컷오프 필터, 커버 글라스 및 렌즈 지지구조물 중 어느 하나가 될 수 있다.

상기 모재는 액상 렌즈 재료의 유동에 대한 유동 저항이 위치에 따라 상이한 표면 상태를 가질 수 있다.

바람직하게는, 상기 모재는, 상기 렌즈로부터 원거리 위치보다, 상대적으로 근거리 위치에서 유동 저항이 더 작은 표면 상태를 갖는다.

바람직하게는, 상기 모재는 관통홀을 구비하고, 상기 렌즈는 상기 관통홀에 형성된다.

바람직하게는, 상기 모재는 불투명하다.

또한 본 발명은, 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 카메라 모듈은, 단일 개의 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 구비하는 저화소급 카메라 모듈로서, 단일 개의 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛은 경통홀더의 모재 상에 렌즈를 형성하여 이루어진다. 경통홀더의 모재상에 렌즈를 형성하여 이루어지는 단일 개의 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 적용하는 카메라 모듈은 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 이미지 센서가 실장된 회로 기판상에 부착함으로써 제작되며 이러한 방법은 저가 카메라 모듈 제작에 있어 획기적인 공정비 절감을 구현할 수 있다.

또한 본 발명은, 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작방법으로서, 상기 모재의 어레이 상에 상기 렌즈의 어레이를 형성하여 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 어레이를 제작하는 것을 특징으로 하는 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작방법을 제공한다.

일 실시예에 따르면, 상기 모재의 어레이는 단일체이고, 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 어레이를 제작한 후, 제작된 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 어레이를 다이싱하여 다수의 이종재료 일체형 렌즈 유닛으로 제작한다.

또한 본 발명은, 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작방법으로서, 상기 모재와 접촉되는 면이 중심축에 대하여 경사를 가져 상기 모재의 자동 중심 맞춤 이동을 허용하는 금형을 이용하여 상기 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 성형하는 것을 특징으로 하는 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작방법을 제공한다.

또한 본 발명은, 작업 대상물과 접촉되는 면이 중심축에 대하여 경사를 가져 상기 작업 대상물의 자동 중심 맞춤 이동을 허용하는 것을 특징으로 하는 금형을 제공한다.

본 발명의 이종 재료 일체형 렌즈 유닛 및 이를 구비하는 카메라 모듈은 설계 자유도 증가로 인한 카메라 모듈 크기 감소 및 성능 향상, 조립 부품 절감을 통한 조립 공정 단순화 및 생산 단가 절감, 정렬 정밀도 향상의 이점을 갖는다.

또한 본 발명은 성형 공정에서 발생할 수 있는 형상 변형을 최소화하여 우수한 품질 수준을 가지는 렌즈 유닛 및 카메라 모듈을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 강성 재료상에 렌즈를 형성함으로 인하여, 렌즈 유닛의 내환경 특성 증가 등의 효과를 갖는다.

더 나아가, 본 발명은 고온 동작성이 우수하고 고온 내구성을 가질 수 있어 회로 실장 공정시 솔더링 (리플로우) 공정에 직접 적용할 수 있는 이점을 갖는다.

특히 이러한 이종 재료 일체형 렌즈 유닛의 제조 공정은 어레이 형태로 수행되어 생산속도를 증가시킬 수 있으며 저해상도 카메라 모듈에 적용할 경우 카메라 모듈 부품의 개수 및 공정 단계의 획기적인 절감이 가능하다.

또한 본 발명은 고화소급 카메라 모듈로부터 저화소급 카메라 모듈에까지 다양한 품질 수준의 요구에 우수하게 부응할 수 있는 렌즈 유닛 및 카메라 모듈을 제공할 수 있다.

또한 본 발명은 양산성을 극대화하고, 동일한 품질 수준을 유지할 수 있는 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작방법을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 렌즈 성형 시, 관통홀에 주입되는 렌즈 재료의 불균일한 유동으로 인하여 렌즈에 미충진 등의 결함이 발생되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명과의 대조 실시예를 도시한 도면으로서, 동종재료 일체형 렌즈 유닛을 구비하는 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5a 내지 도 5d는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제5 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 구비하는 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 단일 개의 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 구비하는 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제7 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9a 내지 도 9c는 대조 실시예의 모재에서 야기되는 문제점을 보여주는 도면이다.
도 10a 내지 도 10c는 또 다른 대조 실시예의 모재에서 야기되는 문제점을 보여주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제1 대조 실시예

도 2는 본 발명과의 제1 대조 실시예를 도시한 도면으로서, 동종재료 일체형 렌즈 유닛을 구비하는 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 목적인 조립성 향상, 생산성 향상, 단가 절감, 정렬 공차 개선, 카메라 모듈 두께 감소, 설계 자유도 확보, 등을 달성하기 위하여, 렌즈 재료로 사용되는 광학 폴리머를 사용하여 도 1의 경통 구조물(160a ~ 160f)을 포함하도록 렌즈 유닛(280a ~ 280c)의 형상 설계를 하여 카메라 모듈을 구성하였다.

그러나 이러한 구조에서는, 기존의 경통 구조물에서 수행하는 광학적 기능, 즉 스탑, 플레어 스탑, 고스트 방지, 등의 역할을 수행하지 못하는 문제가 발생하며 이를 보완하는 사항이 설계제약으로 작용한다.

즉, 스탑, 등 불투명 구조물이 요구되어 부품수의 증가가 요구된다. 이는 공정수를 증가시키고, 전체 카메라 모듈의 두께를 증가시키는 요인이 된다.

또한, 최종적으로 제작된 카메라 모듈의 측면은 투명 렌즈 유닛을 노출시키며, 외부의 빛을 이미지 센서에 입사시킬 수 있어 추가적인 코팅 혹은 기구물 접합 공정이 요구된다.

또한 상대적으로 두꺼운 경통 구조물을 렌즈와 함께 성형하는 과정에서 불균일한 수축 및 이로 인한 변형 등이 야기되어 이를 보완하는 설계가 요구되었다.

따라서, 도 2와 같은 구조의 렌즈 유닛(280a ~ 280c) 및 카메라 모듈의 구조는 바람직하지 않은 것으로 판단되었다.

제2 대조 실시예

제2 대조 실시예서는, 렌즈 재료로는 열가소성 물질을 사용하였고, 성형 공정으로는 사출 성형 공정을 사용하여, 이종재료로 구성되는 모재 상에 렌즈를 일체화하여 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하였다.

사출 성형 공정을 이용하는 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작 공정은 인서트 사출 공정으로 진행될 수 있으며, 카메라 모듈 부품의 모재를 금형 상에 정위시 시킨 후 상부금형과 하부금형을 닫고 런너와 게이트 구조물을 통해 용융된 열가소성 수지를 캐비티 내에 주입한 후 냉각 공정 및 이형 공정을 수행하는 것으로, 매우 높은 생산성을 갖는다.

그러나 상대적으로 높은 광학 수지 성형 공정의 공정 온도 및 압력 하에서 모재의 내구성, 인서트 사출 성형 공정의 낮은 수율 및 렌즈 면과 모재간의 낮은 정렬 정밀도가 문제가 된다.

제3 대조 실시예

제3 대조 실시예서는, 렌즈 재료로는 열가소성 물질을 사용하였고, 성형 공정으로는 핫 프레싱 성형 공정을 사용하여 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하였다.

상기 핫 프레싱 성형 공정은, 카메라 모듈 부품의 모재 상에 열가소성 광학 수지를 위치시키고 광학 수지 상부와 하부에 코어를 위치시키고 가압 공정과 함께 가열 공정을 통해 광학 수지의 유리전이 온도 이상에서 가압 성형하는 과정으로 수행된다.

이러한 핫 프레싱 성형 공정은 사출 성형 공정에 비해 낮은 온도에서 성형 공정의 수행이 가능하며 초기 위치시키는 카메라 모듈 부품의 모재에 충격이 가해지지 않는 구조로써 사출 성형 공정에 비해 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작을 위한 카메라 모듈 부품의 재료 선정이 용이한 장점을 갖는다.

또한, 재료의 공급을 위한 런너, 캐비티 등의 구조물이 요구되지 않아 성형 공정시 불필요한 재료의 낭비를 줄일 수 있다.

그러나 제3 대조 실시예에서는, 카메라 모듈을 회로기판 상에 실장하는 과정에서 공정 비용 및 시간이 과도하게 증가되는 문제점을 갖는다. (이러한 문제점은 전술한 제2 대조 실시예에서도 마찬가지로 나타난다.)

카메라 모듈을 적용하는 응용 제품 제작 단계에서, 카메라 모듈을 회로상에 실장하는 공정이 요구되는데, 이와 함께 솔더링 공정을 위한 고온 공정이 수행된다. 공정 비용 및 시간의 절감을 위해서는, 솔더링 공정 전에 카메라 모듈을 회로에 실장하고 솔더링 공정을 수행하는 것이 바람직하다.

그러나, 사출 성형 공정 또는 핫 프레싱 성형 공정으로 제작된 플라스틱 렌즈를 이용하는 카메라 모듈의 경우, 고온 내구성의 문제로 솔더링 공정이 진행된 이후 카메라 모듈을 회로에 실장하는 과정을 수행하여야 한다.

반면, 유리 렌즈는 고온 내구성이 높아 솔더링 공정 전에 실장 공정을 수행할 수 있지만, 전술한 바와 같이 제조 단가가 높고 구현 가능한 형상 제약으로 인한 설계 자유도 감소의 문제를 갖는다.

따라서, 본 발명에서는, 이렇듯 양립이 어려워 보이는 두 요구 조건을 우수하게 만족시킬 수 있는 재료 및 성형 공정을 제안하고자 한다.

본 발명의 최적의 실시예

*본 발명의 최적의 실시예에서는, 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 제작을 위하여, 열중합 수지를 이용한 가열 경화 성형 공정 및 광중합 수지를 이용한 노광 경화 성형 공정이 적용된다.

열중합 수지를 이용한 가열 경화 성형 공정 및 광중합 수지를 이용한 노광 경화 성형 공정은, 열 혹은 광 에너지에 의해 경화되는 수지 재료를 이용하는 성형 방법으로 액상의 광학 수지를 카메라 모듈 부품의 모재 상에 형성된 캐비티 내에 충진 시킨 후 열 혹은 광 에너지를 이용하여 경화시킨 후 이형하는 공정이다.

이들 성형 공정을 이용한 이종재료 일체형 렌즈 유닛 제작 공정은 사출 성형 공정과 같이 런너와 게이트를 이용하여 캐비티 내에 수지를 충진하는 방법의 적용도 가능하나, 정량의 재료를 캐비티 위치에 도포하고 성형 공정을 수행하는 것도 가능하다. 런너와 게이트를 이용하지 않는 공정은 재료 이송에 따른 재료 손실을 제거 할 수 있음으로 재료비 절감을 구현하는 관점에서 바람직하다 하겠다.

이러한 성형 공정은 사출 성형 및 핫 프레싱 성형 공정에 비해 낮은 공정 압력 하에서 수행되기 때문에 가압력에 의한 모재의 손상을 방지할 수 있는 장점을 갖는다.

또한 열중합 수지 및 광중합 수지는 일반적으로 열경화성 (Thermo set) 성질을 가져 고 내열성 재료로 만들어진 모재와 결합된 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 경우 렌즈 모듈의 내열성이 향상될 수 있는 효과를 갖는다.

특히, 카메라 모듈의 회로 실장시 솔더링 온도를 감안할 때, 광학 수지의 내열 온도는 250℃ 이상인 것이 바람직하다.

이러한 고 내열성 렌즈 모듈은 카메라 모듈의 회로 실장 공정시 적용되는 솔더링 공정의 고온 환경(Reflow)에 적용 가능하여 카메라 모듈 탑제 제품의 생산 단가 절감의 효과를 갖는다.

도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이고, 도 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 이종재료 일체형 렌즈 유닛(480)는 렌즈와 모재가 일체화되어 이루어진다. 여기서, 모재로는 렌즈와는 이종재료로 구성되는 카메라 모듈 부품이 사용된다. 여기서, 모재는 관통홀을 가지고, 이 관통홀에 렌즈를 형성하되, 모재는 렌즈 재료와는 이종 재료인 불투명한 재료로 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 이 경우, 최종 제작된 카메라 모듈은 외부의 빛이 자연스럽게 차단되어 추가적인 코팅 혹은 기구물 조립을 요구하지 않게 된다. 이는 카메라 모듈의 단가 절감 및 초소형화에 매우 유리하다. 렌즈는 모재 상에 광학 수지를 직접 복제하여 형성된다.

도 3a에 도시한 바와 같이, 경통홀더, 스페이서, 스탑, 플레어스탑, 배럴, 캡, 등과 같이 중심부가 관통된 형태의 구조물을 모재(460)로 하여 상하부에 걸쳐 광학 수지를 직접 복제하여 렌즈(470)을 형성함으로써 이종재료 일체형 렌즈 유닛(480)을 제작할 수 있다.

또한 도 3b에 도시한 바와 같이, IR 필터, 커버글라스, 등과 같이 평판형 모재(460) 상에 광학 수지를 직접 복제하여 렌즈(470)을 형성함으로써 이종재료 일체형 렌즈 유닛(480)를 제작할 수도 있다.

일반적으로 IR 필터, 커버글라스, 등은 부품의 한쪽 면은 광학 렌즈가 성형될 수 있도록 특별한 처리가 되어있지 않으나 그 반대편 쪽은 코팅층 혹은 이미지 센서 등이 위치하고 있으므로, 도 3b는 단면 렌즈만을 형성하는 방법을 도식하고 있다. 그러나 중심부가 관통되지 않은 구조물 역시 양면 렌즈의 형성이 가능하다.

코어의 형태는 도 3a의 하부코어(321)와 같이 광학 수지가 완전히 닫힌 구조로 성형 되도록 형성될 수도 있으며, 도 3a의 상부코어(311) 와 같이 주입되는 수지의 양에 따라 플랜지가 가변적으로 형성될 수 있는 열린 구조로 성형 되도록 형성될 수도 있다. 열린 구조의 코어 형태는 코어와 모재간의 직접적인 접촉이 없어 가압에 의한 모재의 손상 및 변형을 최소화 할 수 있는 장점을 갖는다.

상부금형(310), 하부금형(320)의 재료는 일반적으로 사용하는 금속 재질뿐 아니라 성형 공정에 따라 유리, 폴리머, 등 다양한 재료 혹은 이들간의 조합으로 이루어질 수 있다.

도 3a 및 3b는 구현 가능한 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 일례를 보여주는 것이며 모재의 재료 및 형상 등에 따라 혹은 광학면의 형태 및 위치 등에 따라 다양한 변형이 가능하다.

도 3a 및 3b를 토대로 이종 재료 일체형 렌즈 유닛의 제작 공정을 설명하면, 기 제작된 카메라 모듈 부품의 모재(460)를 하부금형(320) 상에 위치시키고, 상부금형(310)을 닫아 모재(460)의 중심이 향후 성형 공정을 수행하는 광학면의 중심과 일치하도록 하고, 상부코어(311)와 하부코어(321)를 이용하여 광학면을 형성하게 된다.

광중합 수지를 이용한 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 경우 노광에 의한 경화 과정을 수행하여야 하므로 코어 1개 혹은 모든 코어가 투명 재질로 구성되어야 한다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3의 이종 재료 일체형 렌즈 유닛 제작에 있어, 경통 구조물 및 IR 필터, 커버 글라스, 등의 모재와 렌즈의 광학면간의 중심 일치는 카메라 모듈의 특성을 결정하는 가장 중요한 요인이다.

모재와 광학면의 중심 일치를 위해 도 3a 및 3b에서와 같이 정밀 가공된 하부금형 및 상부금형을 이용하는 방법이 있을 수 있으나 모재의 경우 사출 성형 공정, 다이싱 공정, 그라인딩 공정, 등을 통해 외곽 형상이 결정되기 때문에 샘플간의 형상 오차가 존재하여 샘플간의 중심 정렬도가 차이가 날 수 있다.

본 발명에서는 모재와 광학면의 높은 중심 일치를 위해 도 4와 같이 모재보다 큰 사이즈로 가공된 하부금형(304) 상에 모재(460)를 초기 위치시키고 웨지 형태를 갖는 상부금형(303)을 일정한 힘으로 하부로 가압하는 과정에서 모재(460)의 외곽부가 상부금형(303)의 경사면에 접촉하여 상부금형(303)의 중심축에 모재(460)의 중심이 위치될 수 있는 구조를 제안한다.

이를 위하여 금형은 작업 대상물인 모재와 접촉되는 면이 중심축에 대하여 경사를 가져, 모재의 자동 중심 맞춤 이동(self-alignment)을 허용한다. 도 4의 실시예에서는 상부금형이 경사면을 갖는다. 경사는 중심축에 대하여 대칭을 이루고, 하방으로 갈수록 상기 중심축으로부터 멀어지도록 형성된다.

모재(460)가 상부금형(303)의 중심에 위치한 이후 상부금형(303)과 정밀하게 중심이 일치되도록 공차 관리가 수행된 상/하부 코어(311, 321)가 닫혀 렌즈의 광학면과 모재(460)의 중심 일치를 구현한다.

도 5a ~ 5d 는 본 발명의 제4 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 5a 는 다수 개의 카메라 모듈 부품의 모재로 구성되는 카메라 모듈 부품의 모재(460)의 어레이를 하부 금형 상에 위치시키는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

하부 금형(305)은 모재(460)의 어레이를 정 위치시킬 수 있는 구조를 포함하고 있으며 모재의 어레이에 상응하는 렌즈 케비티의 어레이를 구비하고 있다.

하부 금형(305) 내의 렌즈 케비티는 독립적인 코어를 제작하고 이를 하부 금형에 조립하는 형태로 구성될 수 있으며, 케비티가 일체형으로 형성된 하부 금형의 적용도 가능하다.

도 5b는 모재의 어레이상에 렌즈의 어레이를 성형하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

하부 금형(305) 상에 모재의 어레이를 고정시키고, 렌즈 케비티의 어레이 상에 재료를 도포한 후 상부 금형(306)을 닫고, 상부 금형 상의 음각 렌즈 면과 하부 금형 상의 음각 렌즈면을 이용하여 렌즈의 어레이를 형성하게 된다.

광중합 수지를 이용한 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 경우 노광에 의한 경화 과정을 수행하여야 하므로 상부 금형 및 하부 금형의 일부 영역 이상이 투명 재질로 구성되어야 한다.

도 5c 는 모재의 어레이 상에 렌즈의 어레이가 성형된 이종재료 일체형 렌즈 유닛 어레이(480)를 개략적으로 도시한 도면이다. 제작된 이종재료 일체형 렌즈 유닛 어레이는 각각의 영역별로 다이싱되어 도 5d와 같은 이종 재료 일체형 렌즈 유닛(480)을 구현한다. 이를 위하여 모재의 어레이는 단일체로 구성되는 것이 바람직하나, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 이 경우, 다이싱 공정은 필요치 않게 된다.

도 5a 내지 5d의 제조방법에 따르면, 수율을 높여 양산성을 극대화하고, 동일한 품질 수준을 유지할 수 있는 이점을 갖게 한다.

도 6는 본 발명의 제5 실시예에 따른 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 구비하는 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명의 카메라 모듈은 도 3a 내지 도 5d에서 소개한 공정을 통해 제작된 이종 재료 일체형 렌즈 유닛과 기타 카메라 모듈 부품의 조립을 통해 구현된다. 이때 카메라 모듈은 본 발명의 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 최소 1매 이상 포함하는 것을 특징으로 한다.

도시한 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 적용한 카메라 모듈은 IR 필터 및 커버 글라스 상에 렌즈(480d, 480e)를 형성하여, 도 1의 종래의 카메라 모듈과 동일 모듈 크기에서 더욱 높은 광학 특성을 구현할 수 있으며 모듈의 크기 감소 역시 가능하게 한다.

또한 모재 상에 형성된 렌즈는 형상 유지를 위한 별도의 구조물이 요구되지 않기 때문에 기존의 카메라 모듈 설계시 요구되는 광학면 간의 최소 간격을 더욱 작게 가져갈 수 있을 뿐 아니라 기존의 카메라 모듈 설계 과정에서 발생하는 다양한 설계 제약을 극복할 수 있는 장점을 갖는다.

이종재료 일체형 렌즈 유닛의 경우 렌즈의 강성이 광학 수지 재료에 비해 고강성을 갖는 모재에 의해 결정되므로 상대적으로 기존의 단품 렌즈에 비해 내환경성이 높아져 카메라 모듈 자체의 내환경 특성을 향상시킬 수 있다. 또한, 광/열중합 수지의 복제 공정에서 모재와 렌즈 재료간의 접착력에 의한 수축 방지 효과를 갖는다. 따라서 본 발명의 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 제작시 모재는 경통 구조물의 역할을 수행하지 않는 관통홀을 갖는 유리 재료의 단순 렌즈 지지 구조물, 등이 적용될 수 있다.

특히 전술한 바와 같이, 열경화성(Thermo set) 성질을 가지는 열중합 수지 및 광중합 수지를 이용한 이종재료 일체형 렌즈 유닛의 경우, 카메라 모듈의 회로 실장시 솔더링 공정을 가능케 하여 카메라 내장 제품의 제작 단가 절감을 가능하게 한다.

이종재료 일체형 렌즈 유닛에 적용되는 모재의 재료로는 렌즈와는 이종재료가 사용되는데, 유리, 금속, 폴리머가 적용될 수 있으며 폴리머의 경우 높은 내열성을 갖는 액정 폴리머 (Liquid Crystal Polymer), 에폭시 계열 폴리머, 등이 적용될 수 있다.

특히 이종재료 일체형 렌즈 유닛은 단일 렌즈로 구성되는 저급 카메라 모듈적용시 그 특성을 최대로 구현할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제6 실시예에 따른 단일 개의 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 구비하는 카메라 모듈을 개략적으로 도시한 도면이다.

장난감용 카메라, 자동차용 감시 카메라, 휴대폰용 보조 카메라 등 다양한 분야에서 카메라 모듈의 수요가 증가하고 있으며 특히 고해상도 고급 카메라 모듈이 아닌 단순한 사물의 인식만을 위한 저해상도 카메라 모듈 (VGA 급, QCIF급, CIF급 등) 의 수요가 증가하고 있다.

이러한 저해상도 카메라 모듈은 단일 개의 렌즈를 적용함으로써 단가 절감 구현이 가능하다. 특히 본 발명의 이종재료 일체형 렌즈 유닛을 적용하는 경우 렌즈 모듈 단가 절감 뿐 아니라 제품 생산시 카메라 모듈 조립 공정의 절감을 구현하게 하여 본 발명의 특징을 최대로 구현할 수 있는 분야라 하겠다.

저해상도 카메라 모듈에 적용되는 부품의 수를 최소화하기 위해 도 7과 같이 이종재료 일체형 렌즈 유닛은 경통홀더(130) 상에 렌즈(470)을 형성하는 것을 그 특징으로 하며 적외선 차단을 위한 IR 필터는 사용하지 않으며, 대신 렌즈 면에 적외선 컷오프 코팅층(481)을 형성하여 그 특성을 구현하고, 경통홀더 상부에는 조리개 역할의 캡(160b)을 사용한다. 이 경우 일반적인 카메라 모듈에서 수행하는 초점거리 조정이 불가능하며 상기 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 이미지 센서가 실장된 회로기판상에 조립 부착하는 것만으로 충분한 해상력을 확보할 수 있도록 렌즈 설계 및 구조물 설계 등이 요구된다.

도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 제7 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

모재는, 액상 렌즈 재료(113)의 유동에 대한 유동 저항이 위치에 따라 상이한 표면 상태를 가질 수 있다.

바람직하게는, 모재는, 렌즈, 즉 관통홀로부터 원거리 위치보다, 상대적으로 근거리 위치에서 유동 저항이 더 작은 표면 상태를 갖는다. 액상 렌즈 재료의 유동이, 유동 저항이 작은 근거리 위치의 기설정된 경계 내에서 이루어지도록 제한함으로써, 렌즈 내에 미충진 등의 불량이 발생되는 것을 방지한다.

이를 위하여, 도 8a 내지 도 8c에서는, 렌즈로부터 원거리 위치보다, 상대적으로 근거리 위치에서 높이가 더 높은 단차(201a)를 표면에 갖는 모재를 보여준다.

어느 한 방향의 유동이 더 빨라 먼저 단차(201a)에 도달하더라도 렌즈 재료의 표면장력에 의하여 더 이상의 진행이 제한되는 반면, 다른 방향의 유동은 다음 조건을 만족할 경우 계속 이루어지게 된다.

Fa ＞ Fb

(여기서, Fa는 렌즈 재료가 단차(201a)에 도달한 상태에서 표면 장력에 의하여 가해지는 유동 저항, Fb는 렌즈 재료가 단차(201a)에 도달하지 못한 상태에서 근거리 위치를 진행할 때 가해지는 유동 저항)

도 8a 내지 도 8c의 모재의 이점은 다음의 대조 실시예에서 이해될 수 있을 것이다.

도 9a 내지 도 9c는 대조 실시예의 모재에서 야기되는 문제점을 보여주는 도면이다.

단일 렌즈 성형 시에는 상하 몰드의 정렬을 위한 가이드가 필수적이다. 이 경우, 상하 몰드에 의하여 구속된 렌즈 재료는 모세관 현상에 의하여 벽면을 타고 전파되어 캐비티 내의 렌즈 재료(113)를 외부로 끌어내게 되어 렌즈 내부에 미충진 결함을 남기게 된다.

도 9c에서는 측단면도 및 평면도를 함께 나타내고 있다.

도 10a 내지 도 10c는 또 다른 대조 실시예의 모재에서 야기되는 문제점을 보여주는 도면이다.

도시한 바와 같이, 렌즈 어레이 성형 시, 인접하는 두 액상 렌즈 재료가 만날 경우, 표면장력에 의해 액상 렌즈 재료가 몰드의 렌즈 캐비티를 다 채우지 못하고 외부로 끌려가, 렌즈에는 미충진 결함이 남게 된다.

도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

단차는 도 8a 내지 도 8c의 계단 형태뿐 아니라, 도 11에 도시한 단차(201b)와 같이, 홈 형태, 등 다양한 형태를 가질 수 있다.

도 12는 본 발명의 제9 실시예에 따른 이종 재료 일체형 렌즈 유닛을 제작하는 공정을 개략적으로 도시한 도면이다.

표면의 웨터빌러티(wetability) 차이를 이용하여 유동 저항을 상이하게 줄 수도 있다. 웨터빌러티란 액상 재료가 표면에서 얼마만큼 잘 퍼지는가에 대한 척도로서, 웨터빌러티가 큰 표면일수록 액상 재료가 잘 퍼진다.

예컨대, 렌즈 웨이퍼스케일 어레이로부터 원거리 위치(201d)보다, 상대적으로 근거리 위치(201c)에서 거칠기가 더 큰 표면 상태를 주는 것이다.

여기서 표면 거칠기는 물리적 표면 웨터빌러티에 해당하는데, 주의할 점은, 거칠기가 클수록 웨터빌러티가 크고 유동 저항이 작아 잘 퍼지게 되고, 거칠기가 작을수록 웨터빌러티가 작고 유동 저항이 커 잘 퍼지지 못하게 된다.

위와 같이, 근거리 위치에서 거칠기가 더 큰 표면 상태를 주게 되면, 액상 렌즈 재료는 거칠기가 큰 표면에서 자유롭게 퍼져나가다가 거칠기가 작은 표면을 만나게 되면, 큰 유동 저항을 받아 더 이상의 진행을 멈추게 된다.

또 다른 웨터빌러티의 형태는 화학적 웨터빌러티로서, 표면 에너지와 밀접한 관련을 갖는다.

즉 렌즈 웨이퍼스케일 어레이로부터 원거리 위치(201d)보다, 상대적으로 근거리 위치(201c)에서 표면 에너지가 더 큰 표면 상태를 주는 것이다. 표면 에너지가 클수록, 즉 표면이 액상 재료와 반응하고자 하는 힘이 클수록 웨터빌러티는 증가하게 된다. 이를 위해 친수성(웨터빌러티가 좋음) 처리 및 소수성(웨터빌러티가 나쁨) 처리가 실시될 수 있으며, 그 처리 방법 및 재료는 많은 상용 재료 및 공정을 선택할 수 있다.

예컨대, 친수성 표면을 형성하는 표면 특성 개질제를 근거리 위치의 기설정된 경계 내에 코팅하거나, 반대로 소수성 표면을 형성하는 표면 특성 개질제를 원거리 위치의 기설정된 경계 밖에 코팅하여 표면에너지 경계를 형성할 수 있다.

이 경우, 표면 에너지가 큰 표면을 자유롭게 흐르던 액상 렌즈 재료는 표면 에너지가 작은 표면에 도달하면, 큰 유동 저항을 받아 더 이상의 진행을 멈추게 된다.

Claims

작업 대상물과 접촉되는 면이 중심축에 대하여 경사를 가져 상기 작업 대상물의 자동 중심 맞춤 이동을 허용하는 것을 특징으로 하는 금형.
제2 항에 있어서,
상부금형이 상기 경사를 가지되, 상기 경사는 상기 중심축에 대하여 대칭을 이루고, 하방으로 갈수록 상기 중심축으로부터 멀어지는 것을 특징으로 하는 금형.
제1 항 또는 제2 항에 있어서,
상기 작업 대상물은 모재이고,
상기 금형은 렌즈와는 이종재료로 구성되는 카메라 모듈 부품을 모재로 하여 그 모재 상에 광학 수지를 직접 복제하여 상기 렌즈를 형성함으로써, 상기 카메라 모듈 부품의 모재 상에 상기 렌즈를 일체화하는 것을 특징으로 하는 금형.