KR20190065065A - 자동차 전장용 이미지센서 패키지 - Google Patents

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KR20190065065A
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Abstract

본 발명은 방열패드 및 이미지센서 상부에 최대의 공간을 확보함으로써, 이미지센서 칩에서 발생하는 열의 외부 방출에 효과적이고, 전장 메인 PCB와 동일한 열팽창계수를 가지는 베이스 PCB를 사용함으로써, 온도의 변화에 따른 솔더 볼의 크랙 발생을 최소로 하며, 별도의 금형 없이도 제작할 수 있도록 하는 자동차 전장용 이미지센서 패키지를 제안한다. 상기 자동차 전장용 이미지센서 패키지는, 베이스 PCB, 댐 PCB, 스트레스 버퍼 층, 투명패널, 및 방열패드를 포함한다.

Description

자동차 전장용 이미지센서 패키지 {An automotive image sensor package}
본 발명은 자동차 전장용 이미지센서 패키지에 관한 것으로, 방열패드 및 이미지센서 상부에 최대의 공간을 확보함으로써, 이미지센서 칩에서 발생하는 열의 외부 방출에 효과적이고, 전장 메인 PCB와 동일한 열팽창계수를 가지는 베이스 PCB를 사용함으로써, 온도의 변화에 따른 볼의 크랙 발생을 최소로 하며, 별도의 금형 없이도 제작할 수 있도록 하는 자동차 전장용 이미지센서 패키지에 관한 것이다.
카메라에 사용되고 있는 이미지 센서의 패키지 공법에는 COB(Chip On Board), COF(Chip On Flexible PCB), COG(Chip On Glass), WLCSP(Wafer Level Chip Scale Package), ImBGA(Image sensor Molded Ball Grid Array) 및 PLCC(Plastic Leadless Chip Carrier) 등 다양하다. 특히, 차량용 이미지 센서 패키지는 운행중 일정한 크기의 충격에 항상 노출된다는 점을 고려하여야 한다.
기존의 PLCC나 CLCC 방식의 패키지로는 before market 즉 차량 출고 시 선택 사양으로 빌트인(built-in) 전장부품으로 사용하기에는 신뢰성, 특히 SMT(Surface Mounter Technology, 표면 실장 기술) 후 CTE(Coefficient of Thermal Expansion, 열팽창계수)에 따른 솔더 조인트 크랙 (Solder joint crack)의 위험성이 다분하여 안정적인 구조의 새로운 전장용 패키지가 요구된다.
대만의 K사에서 몰드 타입 패키지(Mold Type PKG)가 개발되어 양산 중이기는 하지만, 신뢰성을 확보하기 위해 난이도 있는 신규제작공법을 적용하여 제작하므로, 신뢰성은 확보하였지만 K사의 주장과는 다르게 제작 단가가 높다는 단점이 있다.
대한민국 등록특허 10-0512783호(2005.8.30)
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 방열패드 및 이미지센서 상부에 최대의 공간을 확보함으로써, 이미지센서 칩에서 발생하는 열의 외부 방출에 효과적이고, 전장 메인 PCB와 동일한 열팽창계수를 가지는 베이스 PCB를 사용함으로써, 온도의 변화에 따른 솔더 볼의 크랙 발생을 최소로 하며, 별도의 금형 없이도 제작할 수 있도록 하는 자동차 전장용 이미지센서 패키지를 제공하는 것에 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지는, 베이스 PCB, 댐 PCB, 스트레스 버퍼 층, 투명패널, 및 방열패드를 포함한다. 상기 베이스 PCB는 상부 중앙부에는 이미지 센서 칩이 안착하고, 상기 이미지 센서 칩이 안착하는 부분을 상하로 관통하는 복수의 방열용 비아홀 및 상기 이미지 센서 칩이 안착하는 부분의 가장자리를 따라 상하로 관통하는 복수의 전기 전도성 비아홀이 형성되어 있다. 상기 댐 PCB는 상기 베이스 PCB에 장착되는 이미지 센서 칩의 가장자리 부분에 벽을 형성한다. 상기 스트레스 버퍼 층은 상기 댐 PCB의 상부에 설치된다. 상기 투명패널는 상기 스트레스 버퍼 층의 상부를 덮어 상기 베이스 PCB의 상부에 형성되는 공간을 덮는다. 상기 방열패드는 상기 베이스 PCB의 하부 중 상기 복수의 방열용 비아홀의 하부에 위치한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지는, 방열패드 및 이미지센서 상부에 최대의 공간을 확보함으로써, 이미지센서 칩에서 발생하는 열의 외부 방출에 효과적이고, 전장 메인 PCB와 동일한 열팽창계수를 가지는 베이스 PCB를 사용함으로써, 온도의 변화에 따른 솔더 볼의 크랙 발생을 최소로 하며, 별도의 금형 없이도 제작할 수 있어 제품의 생산 단가도 최적화할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지의 구성(& 구조)을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지의 일 실시 예의 3D 영상이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지의 실시 예를 나타낸다.
도 4는 기존의 패키지와 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지를 비교한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 방열패드(160)의 실시 예를 나타낸다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 예시적인 실시 예를 설명하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
도 1은 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지의 구성(& 구조)을 나타낸다.
도 2는 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지의 일 실시 예의 3D 영상이다.
도 2의 좌측의 그림은 자동차 전장용 이미지센서 패키지의 상부 측면에서 본 것이고, 우측 상부의 그림은 하부 측면에서 본 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지의 실시 예를 나타낸다.
도 3의 좌측의 사진은 자동차 전장용 이미지센서 패키지(100)의 상부에서 찍은 것이고, 중앙부에는 측면에서 찍은 것 그리고 우측에는 하부에서 찍은 것이다.
도 1~도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지(100)는 투명패널(110), 스트레스 버퍼 층(120), 댐 PCB(130), 밀봉재(140), 베이스 PCB(150) 및 방열패드(160)를 포함한다.
본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지(100)의 구성의 기능적인 이해를 돕기 위해 부재번호의 순서와 무관하게 설명을 한다.
베이스 PCB(150)는 상부 중앙부에는 이미지 센서 칩(170)이 안착하는 공간(151)이 형성되어 있으며, 이미지 센서 칩(170)이 안착하는 부분(151)을 상하로 관통하는 복수의 방열용 비아홀(152), 이미지 센서 칩(170)이 안착하는 부분(151)의 가장자리를 따라 상하로 관통하는 복수의 전기 전도성 비어홀(153)이 형성되어 있다. 복수의 전기 전도성 비어홀(153)의 상부 종단에는 일 단이 이미지 센서 칩(170)의 패드(PAD)와 연결된 본딩 와이어(171, Bonding Wire)의 반대 단을 납땜할 수 있는 납땜용 링(154)이 형성되어 있고, 복수의 전기 전도성 비어홀(153)의 하부 종단에는 베이스 PCB(150)가 장착되는 자동차에 설치되어 있는 메인 PCB(Main PCB, Printed Circuit Board, 미도시)와 전기적으로 연결되는 솔더 볼(155, Ball)이 그리드(Grid) 형식으로 형성되어 있다.
베이스 PCB(150)는 자동차에 설치되어 있는 메인 PCB(Main PCB, Printed Circuit Board, 미도시) 상에 안착되는데, 열이 많이 나는 자동차의 특성을 감안하여, 메인 PCB(미도시)와 열팽창계수(Coefficient of Temperature Expansion, CTE)가 동일하거나 유사한 제품을 사용하는 것이 바람직하며, 특히 본 발명에서는 유리전이온도(Glass Transition Temperature, Tg)가 높아 내열성이 우수한 제품을 사용할 것을 제안한다.
이미지 센서 칩(170) 자체에서 발생하는 열도 상당하기 때문에, 베이스 PCB(150)의 하부에는 후술하는 방열패드(160)를 장착하도록 한다. 방열패드(160)의 위치는 복수의 방열용 비아홀(152)이 형성되어 있는 곳이 되는 것이 되어야 함은 당연하다.
댐 PCB(130)는 베이스 PCB(150)에 장착되는 이미지 센서 칩(170)의 가장자리 부분에 벽을 형성시키는 기능을 수행하도록 하기 위하여 베이스 PCB(150)의 가장자리에 형성된다.
스트레스 버퍼 층(120)은 댐 PCB(130)의 상부와 후술하는 투명패널(110) 사이에 설치되어 투명패널(110)와 댐 PCB(130) 사이의 충격의 완화 및 서로 다른 열팽창계수에 의해 발생하는 보이드(Void)를 방지할 수 있도록 한다.
투명패널(110)는 외부의 빛 즉 영상신호가 베이스 PCB(150) 상에 배치되는 이미지 센서 칩(170)의 수광부로 전달되도록 하면서 이미지 센서 칩(170)의 상부를 보로하는 기능을 수행하며, 일반적으로 유리 제품을 사용한다.
베이스 PCB(150)와 댐 PCB(130)는 에폭시와 같은 접합제를 사용하여 접착하는 것이 일반적인데, 에폭시와 베이스 PCB(150) 사이 에폭시와 PCB(130) 사이를 통해 수분이 침투할 수 있다. 또한, 이미지 센서 칩(170)과 납땜용 링(154)을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어(171)의 중간 부분은 자동차 전장용 이미지센서 패키지(100)의 비어 있는 공간에 위치하게 되는데, 자동차에 가해지는 충격 및 가속시의 관성력 등에 의해 휘는 현상이 발생할 수 있다.
밀봉재(140)는 상기와 단점을 해소하기 위해 본 발명에서 채택한 것으로, 투입하였을 때 베이스 PCB(150)와 댐 PCB(130) 사이를 채우는 동시에 납땜용 링(154)으로부터 상부 방향으로 본딩 와이어(171)의 일부 또는 전부를 덮도록 하며, 본딩 와이어(171)의 60% 이상을 덮을 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 밀봉재(140)로는 UV 에폭시를 사용할 수 있다.
위에서 자세하게 설명하지는 않았지만, 본 발명에서는 기밀성의 확보를 위해 베이스 PCB(150)에 형성되는 복수의 비아홀(153, 154)을 HPL(Hole Plugging Land) 방식으로 형성할 것을 제안한다. HPL 공법은 가공되는 홀을 메꾸어 SMD 홀을 만드는 방식으로, 그 구조 및 제조과정은 이 분야의 통상의 지식을 가진 기술자에게는 자명한 사실이므로 여기서는 자세하게 설명하지 않는다.
도 4는 기존의 패키지와 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지를 비교한 것이다.
도 4a는 SMT 안정성을 비교한 것이고, 도 4b는 열 방출을 비교한 것이다.
도 4a를 참조하면, 하부의 PCB 즉 자동차의 메인 PCB와 상부의 PCB 즉 이미지센서가 장착된 PCB 사이에 솔더 볼이 위치하는 것을 알 수 있다. 상부의 PCB와 하부의 PCB의 열팽창계수(CTE)가 서로 다른(25PPM 170PPM) 좌측에 도시된 기존의 패키지는, 솔더 볼의 상부와 하부의 서로 다른 열팽창계수에 의해 솔더 볼에 크랙(crack)이 생길 것을 쉽게 예상할 수 있다. 반면에 우측에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지는 솔더 볼을 중심으로 상부 및 하부의 PCB의 열팽창계수가 동일(170PPM) 하므로, 열팽창계수의 의해 솔더 볼에 크랙이 발생하는 경우는 없다는 것을 알 수 있다.
도 4b를 참조하면, 기존의 패키지와 본 발명의 패키지의 열 방출 경로에 차이가 있다는 것을 알 수 있다. 도 4b의 좌측에 도시된 기존의 패키지와 우측에 도시된 본 발명에 따른 패키지는 이미지센서 칩의 중앙 상부로 열이 방출되는 점 이외에는 상당한 차이가 있다는 것을 알 수 있다.
도 4b의 좌측에 도시된 기존의 패키지는, 패키지의 가장자리를 통해 이미지센서 칩으로부터 발생하는 열의 일부가 방출되는 정도인데, 외부로 방출되는 열이 본딩 와이어의 온도를 상승시킨다는 단점이 있다는 것을 알 수 있다.
반면에, 도 4b의 우측에 도시된 본 발명에 따른 패키지는, 이미지 센서의 상부 측면에 비어 있는 공간을 통해서 열이 방출될 수 있을 뿐만 아니라, 베이스 PCB를 관통하는 열방출용 비어홀 및 방열패드를 통해 추가로 열이 방출될 수 있어, 열 방출 효과가 좌측에 도시된 기존의 패키지에 비해 우수할 것은 쉽게 예상할 수 있다.
도 5는 본 발명에 따른 방열패드(160)의 실시 예를 나타낸다.
도 5a는 한 장 또는 여러 장의 방열패드를 사용하는 실시 예이고, 도 5b는 한 장 및 여러 장의 방열패드의 하부에 더미 솔더 볼을 형성시킨 실시 예이다.
도 5a를 참조하면, 방열패드(160)를 한 장으로 사용할 수도 있지만, 이를 여러 개로 분리하여 사용하는 실시 예도 가능하다는 것을 알 수 있다. 본 발명에 따른 자동차 전장용 이미지센서 패키지(100)가 자동차의 메인 PCB에 장착된다는 점을 고려하면, 도 5a에 도시된 방열패드(160)가 자동차의 메인 PCB를 통해서도 열이 방출될 수 있도록 하기 위해, 전도성 에폭시를 이용하여 방열패드(160)가 메인 PCB에 접촉할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
도 5b는 도 5a에 도시된 실시 예에서 더미 솔더 볼(dummy solder ball)을 방열패드(160)의 하부에 설치하는 실시 예에 대한 것이다. 도 5a에 도시된 실시 예의 방열패드(160)도 종래의 것에 비해서는 열 방출 효과가 뛰어나지만, 설치 시 전도성 에폭시를 사용하는 공정을 추가하여야 한다는 번거로움이 있다. 도 5b에 도시된 방열패드(160)에는 이미 더미 솔더 볼이 설치되어 있으므로, 별도의 추가 공정 없이 방열패드(160)의 하부가 더미 솔더 볼을 통해 자동차의 메인 PCB와 연결된다는 것을 알 수 있다.
이상에서는 본 발명에 대한 기술사상을 첨부 도면과 함께 서술하였지만 이는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시적으로 설명한 것이지 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 기술자라면 누구나 본 발명의 기술적 사상의 범주를 이탈하지 않는 범위 내에서 다양한 변형 및 모방 가능함은 명백한 사실이다.
110: 투명패널
120: 스트레스 버퍼 층
130: 댐 PCB
140: 밀봉재
150: 베이스 PCB
160: 방열패드
170: 이미지센서 칩

Claims (6)

  1. 상부 중앙부에는 이미지 센서 칩이 안착하고, 상기 이미지 센서 칩이 안착하는 부분을 상하로 관통하는 복수의 방열용 비아홀, 상기 이미지 센서 칩이 안착하는 부분의 가장자리를 따라 상하로 관통하는 복수의 전기 전도성 비아홀이 형성된 베이스 PCB;
    상기 베이스 PCB에 장착되는 이미지 센서 칩의 가장자리 부분에 벽을 형성하는 댐 PCB;
    상기 댐 PCB의 상부에 설치되는 스트레스 버퍼 층;
    상기 스트레스 버퍼 층의 상부를 덮어 상기 베이스 PCB의 상부에 형성되는 공간을 덮는 투명패널; 및
    상기 베이스 PCB의 하부 중 상기 복수의 방열용 비아홀의 하부에 위치하는 방열패드; 를
    포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전장용 이미지센서 패키지.
  2. 제1항에서,
    상기 복수의 전도성 비어홀의 상부 종단에는 납땜용 링이 형성되어 있고, 하부 종단에는 솔더 볼이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 자동차 전장용 이미지센서 패키지.
  3. 제1항에서,
    상기 베이스 PCB의 열팽창계수는 상기 베이스 PCB가 장착된 자동차의 메인 PCB의 열평창계수와 동일하거나 유사한 것을 특징으로 하는 자동차 전장용 이미지센서 패키지.
  4. 제1항에서,
    상기 베이스 PCB와 상기 댐 PCB 접촉 면 및 상기 이미지센서 칩의 패드와 상기 납땜용 링을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어의 전부 또는 일부를 덮는 밀봉재; 를
    더 포함하는 것을 특징으로 하는 자동차 전장용 이미지센서 패키지.
  5. 제1항에서, 상기 복수의 방열용 비아홀 및 상기 복수의 전기 전도성 비아홀은,
    HPL 공법으로 구현된 것을 특징으로 하는 자동차 전장용 이미지센서 패키지.
  6. 제2항에서,
    상기 방열패드의 하부에는 복수의 더미 솔더 볼이 형성되어 있으며,
    상기 더미 솔더 볼의 하부와 상기 솔더 볼의 하부는 동일평면상에 위치하는 것을 특징으로 하는 자동차 전장용 이미지센서 패키지.
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