KR20190140621A - 광학센서 패키지 - Google Patents

Abstract

본 발명은 광학센서 패키지에 관한 것으로서, 상기 광학센서 패키지는 몰딩판, 상기 몰딩판 위에 위치하는 광학센서, 상기 몰딩판과 접하게 위치하며 가운데 부분에 상기 광학센서를 노출하는 개구부를 구비하고 있고, 하부면에 적어도 하나의 전기전자 부품이 위치하는 회로기판, 및 상기 회로기판 위에 위치하고 가운데 부분에 투광구를 구비하는 하우징 구조물을 포함한다.

Description

광학센서 패키지{OPTICAL SENSOR PACKAGE}

본 발명은 광학센서 패키지(optical sensor package)에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피감지체의 표면에서 반사된 빛을 감지하는 수광센서 패키지에 관한 것이다.

최근의 전자 장치는 슬림(slim)한 형태로 발전하고 있다. 슬림한 형태의 전자 장치는 외관이 유려할 뿐만 아니라 사용자의 그립감(grip feeling) 등도 향상되어 상품성이 향상된다는 장점이 있다. 그러면서도 최근의 전자 장치는 복합적인 기능을 구현하고 있다. 이를 위해 전자 장치의 내부에 수용되는 부품의 개수는 증가하는 추세이다.

감지 대상물인 피감지체에서 방출하거나 피감지체에서 반사되는 빛을 감지하는 광학센서는 최근의 전자 장치에서 널리 사용되는 부품이다. 상술한 전자 장치의 슬림화 추세에 맞춰 광학센서 패키지도 슬림화될 것이 요구되고 있다.

종래의 광학센서는 외부에서 조사되는 빛을 감지하여 전기신호로 변환하는 수광소자 및 이를 감싸도록 형성된 차광부재를 포함한다. 여기서, 차광부재는 광학센서의 수광면 부분만을 외부로 노출시키고 다른 부분은 차광되게 커버하여 측면 등에서 유입되는 광을 차단하는 기능을 한다. 주로 차광부재는 차광성이 있는 흑색 계열의 플라스틱 사출물 또는 금속 가공물이 사용되었다.

대한민국 등록특허공보 제10-1457069호(2014년 10월 27일 등록)에는 이러한 차광부재가 포함된 광학센서 패키지가 개시되어 있다.

그러나 이러한 종래의 차광부재를 포함하는 광학센서 패키지의 구조는 소형화될수록 더욱 차광부재의 더욱 정밀한 가공 및 조립이 필요하고, 이에 따라 가공비가 상승하고 불량률이 높아질 수 있다는 문제가 있다. 또한, 이러한 광학센서 패키지의 구조로는 소형화 및 슬림화에 한계가 있다는 문제가 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1457069호(공고일자: 2014년10월31일, 발명의 명칭: 광학 근조도 센서)

본 발명이 해결하려는 과제는 광학센서 패키지의 크기를 줄이기 위한 것이다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 광학센서 패키지에 실장되는 광학센서의 위치를 안정적으로 유지시키는 광학센서 패키지를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따른 광학센서 패키지는 몰딩판, 상기 몰딩판 위에 위치하는 광학센서, 상기 몰딩판과 접하게 위치하며 가운데 부분에 상기 광학센서를 노출하는 개구부를 구비하고 있고, 하부면에 적어도 하나의 전기전자 부품이 위치하는 회로기판, 및 상기 회로기판 위에 위치하고 가운데 부분에 투광구를 구비하는 하우징 구조물을 포함한다.

상기 몰딩판은 수지재로 이루어질 수 있다.

상기 적어도 하나의 전기전자 부품은 상기 몰딩판 속에 매립될 수 있다.

상기 몰딩판은 상부면에 장착홈을 포함할 수 있고, 상기 광학센서는 상기 장착홈 속에 위치할 수 있다.

상기 광학센서는 상기 회로기판과 배선으로 연결될 수 있다.

상기 하우징 구조물은 상기 회로기판에 위치하는 측면부와 상기 측면부에 연결되어 있는 상면부를 포함할 수 있다.

상기 특징에 다른 광학센서 패키지는 상기 하우징 구조물의 상기 투광구를 덮도록 상기 하우징 구조물에 위치하는 광학필터를 더 포함할 수 있다.

상기 광학필터는 상기 광학센서와 마주보게 상기 하우징 구조물에 위치할 수 있다.

상기 특징에 따른 광학센서 패키지는 상기 광학센서의 상면에 결합되어 상기 광학센서의 수광면을 덮도록 위치하는 광학필터를 더 포함할 수 있다.

상기 광학센서 패키지는 카메라 모듈일 수 있다.

본 발명의 특징에 따르면, 회로기판이 아닌 몰딩판에 광학센서를 위치시키고, 회로기판의 하부면에 전기전자 부품을 실장하므로, 광학센서 패키지의 폭을 감소시키므로, 광학센서 패키지를 소형화시킬 수 있다.

또한, 몰딩판의 장착홈에 광학센서가 위치하므로, 광학센서의 설치 위치가 안정적으로 유지되며, 광학센서 패키지의 두께를 더욱더 감소시키게 된다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학센서 패키지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 광학센서 패키지의 회로기판에 대한 저면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학센서 패키지의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학센서 패키지의 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 광학센서 패키지에 대해서 설명하도록 한다.

먼저, 도 1 및 도 2를 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 광학센서 패키지에 대해서 설명하도록 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 광학센서 패키지(1)는 몰딩판(100), 몰딩판(100) 위에 위치하는 광학센서(200), 몰딩판(100) 위에 위치하는 회로기판(300), 회로기판(300) 위에 위치하는 하우징 구조물(400), 그리고 하우징 구조물(400)에 위치하는 광학필터(500)를 구비한다.

몰딩판(100)은 본 예에 따른 광학센서 패키지(1)의 바닥면을 이루는 부분일 수 있다.

몰딩판(100)은 수지재 등과 절연 물질로 이루어져 있고 사각형과 같은 평면 형상을 갖는 판형 형상을 가질 수 있다.

몰딩판(100)은 구체적으로, 에폭시 몰딩 컴파운드(EMC, Epoxy Molding Compound) 재질로 형성될 수 있다.

광학센서(200)는 이미 기술한 것처럼 몰딩판(100)의 해당 면(예 상부면)에 위치하고 있고, 수광면(210)을 포함하는 이미지 센서(image sensor)와 같은 전자부품이다.

광학센서(200)의 수광면(210)은 외부에서 광학센서(200)로 조사되는 빛을 감지하고 감지된 빛에 따라 해당 상태의 전기신호로 생성하여 출력한다.

이러한 수광면(210)에는 복수의 수광소자가 집적되어 있을 수 있고, 광학센서(200)의 액티브 영역(active area)에 해당한다.

따라서, 수광면(210)은 미리 정해진 파장대역에 가장 적합하게 동작하도록 정해져 있을 수 있다.

하지만, 대안적인 예에서, 수광면(210)은 미리 정해진 파장대역의 빛만을 감지하는 것이 아니라 미리 정해진 파장대역 이외의 빛도 감지할 수 있고, 경우에 따라서 미리 정해진 파장대역 이외의 빛은 광학센서(200)가 노이즈로 인식할 수 있다.

따라서 수광면(210)은 광학필터(500)와 같은 필터에 의해 덮여 있을 수 있다.

이러한 광학센서(200)는 몰딩판(100)의 상부면에 다이 본딩(die bonding) 등의 공정에 의하여 위치가 고정될 수 있다.

회로기판(300)은 몰딩판(100)에 위치하고 있는 광학센서(200)와의 전기적 및 물리적인 연결이 이루어지는 회로기판으로서, 도 2에 도시한 것처럼, 가운데 부분이 광학센서(200)를 노출하는 개구부(310)를 구비하고 있다.

이러한 회로기판(300)의 하부면 즉, 몰딩판(100)과 접해 있는 면에는 광학센서 패키지(1)의 동작을 위한 적어도 하나의 전기전자 부품(320)이 실장되어 있다.

이때, 회로기판(300)의 하부에 위치하는 적어도 하나의 전기 및 전자 부품(이하, '전기전자 부품'이라 함)(320)은 몰딩층(100) 속에 매립되어 있으므로, 장착 위치가 안정적으로 유지되며 수분이나 먼지로부터 안전하게 보호된다.

이러한 회로기판(300)은 와이어(220)를 이용한 와이어 본딩 방식(wire bonding)을 통해 광학센서(200)와 연결되고, 표면 실장 기술(SMT)을 이용하여 하부면에 적어도 하나의 전기전자 부품(320)을 실장할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

본 예에서, 회로기판(300)은 인쇄회로기판, 세라믹 기판 및 양극 산화층 중 적어도 하나를 가지는 금속 기판 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 회로기판(300)에는 배선과 배선에 연결되어 있는 패드(pad) 등이 금속 물질로 인쇄되어 있어, 광학센서(200)와 전기전자 부품(320)에 대한 전기 신호의 입출력 동작과 전원 공급 등이 이루어질 수 있도록 한다.

이때, 회로기판(300)이 몰딩판(100)의 상부면 위에 위치하므로, 회로기판(200)의 하부면은 광학센서(200)가 실장되어 있는 몰딩판(100)의 상부면과 동일 평면에 위치한다.

따라서, 회로기판(200)과 광학센서(200) 간의 전기적인 연결을 위한 배선 연결은 동일한 평면 상에서 이루어지게 되므로, 배선 연결이 좀 더 용이하게 이루어진다.

이와 같이, 회로기판(300)의 하부면에 적어도 하나의 전기전자 부품(320)이 위치하면, 회로기판(300)의 상부면에 전기전자 부품(320)이 위치하기 위하여 별도의 공간을 마련할 필요가 없어 회로기판(300)의 폭이 크게 감소하여, 광학센서 패키지(1)의 크기가 감소한다.

또한, 광학센서(200)가 회로기판(300)의 상부면이 아니라 회로기판(300)의 하부에 위치하는 몰딩판(100)에 위치한다.

따라서, 광학센서(200)는 회로기판(300)의 상부면에서부터 광학필터(500) 쪽으로 돌출되지 않으므로, 몰딩판(100)으로 인해 광학센서 패키지(1)의 총 두께가 증가하는 것을 크게 감소시키는 효과가 발생한다.

하우징 구조물(400)은 회로기판(300)에 위치하며 광학센서(200)를 수용하는 내부 공간(S1)을 형성하여 내부 공간(S1) 내에 위치한 광학센서(200)를 외부 충격이나 불순물 등으로부터 보호한다.

이러한 하우징 구조물(400)은, 도 1에 도시한 것처럼, 회로기판(300)과 접해 있는 측면부(410) 및 측면부(410)와 연결되어 있는 상면부(420)를 구비한다.

측면부(410)는 광학센서(200)가 위치하는 내부 공간(S1)이 형성되도록 정해진 높이로 회로기판(300)의 가장자리부를 따라서 가장자리부를 에워싸게 위치한다.

이때, 측면부(410)의 높이는 해당 공간(S1) 내의 맨 위에 위치하는 구성요소 즉, 회로기판(300)이 하우징 구조물(400)의 상면부(420)에 부착된 광학필터(500)와 접촉하지 않고 정해진 거리를 유지하도록 내부 공간(S1)의 높이가 확보될 수 있는 크기이면 좋다.

하우징 구조물(400)의 상면부(420)는 측면부(410)와 연결되어 있고, 하우징 구조물(500)의 상부를 완전히 덮지 않고 몰딩판(100) 및 회로기판(300)과 평행하게 내부 공간(S1) 쪽으로 정해진 길이만큼 연장되어 있다.

이로 인해, 하우징 구조물(400)의 상부는 상면부(420)로 에워싸여져 있고 광학센서(200)의 수광면(210)과 대향하고 있는 개구부인 투광구(421)를 구비한다.

따라서, 투광구(421)를 통과한 빛은 광학필터(500)를 통과하여 광학센서(200) 쪽으로 입사된다.

이때, 투광구(421)는 수광면(210)보다 큰 면적으로 형성되어 투광구(421)를 통해 수광면(210)의 평면 전체가 노출되어, 수광면(210)의 수광 효율을 향상시키는 것이 좋다.

광학필터(500)는 하우징 구조물(400)의 상면부(420)에 접착제나 몰딩제 등을 이용하여 투광구(421)를 덮도록 장착되므로, 실질적으로 광학필터(500)는 광학센서(200)의 수광면(210) 위에 위치한다.

따라서, 광학센서(200)의 수광면(210)으로 조사되는 빛은 광학필터(500)를 통과한 빛이 된다.

이러한 광학필터(500)는 빛을 파장 대역에 따라 선택적으로 원하는 파장 대역의 빛을 통과시키거나 차단시키는 필터이다.

이로 인해, 개방 상태의 투광구(421)는 광학필터(500)에 의해 덮여 막혀 있어, 광학센서(200)는 몰딩판(100), 회로기판(300), 하우징 구조물(400) 및 광학필터(500)에 의해 밀폐된 내부 공간(S1) 내에 위치한다.

따라서, 광학필터(500)를 통과한 빛 이외에 다른 곳으로부터의 외부 광의 유입이 방지되므로, 광학센서(200)로 유입되는 노이즈성 빛을 차단하여 광학센서(200)의 동작 신뢰성을 향상시킨다.

또한, 밀폐된 내부 공간(S1) 내에 광학센서(200)가 위치하므로, 먼지와 수분 등의 불순물로부터 광학센서(200)가 보호된다.

이하, 도 3을 참조하여 본 발명의 다른 한 실시예에 따른 광학센서 패키지(1a)에 대해서 설명하도록 한다.

도 3을 참조하여 설명하는 실시예는 도 1 및 도 2를 참조하여 상술한 실시예와 다른 점을 중심으로 설명하도록 한다.

도 1의 경우, 몰딩판(100)의 상부면의 높이는 위치에 무관하게 동일하여, 회로기판(300)이 위치한 부분과 그렇지 않은 부분의 높이가 동일하다.

하지만, 도 3에 도시한 것처럼, 다른 예에 따른 광학센서 패키지(1a)에서 몰딩판(100a)은 상부면에 위치하는 장착홈(110)을 구비한다.

이때, 장착홈(110)의 평면 형상과 크기는 그 안에 장착되는 회로기판(300)의 평면 형상과 크기에 따라 정해진다.

따라서, 몰딩판(100a)의 장착홈(110) 내에 회로기판(300)이 위치하게 된다. 이런 경우, 몰딩판(100a)의 상부면의 높이는 위치에 따라 상이하게 되고, 회로기판(300)이 장착되는 장착홈(110)이 위치하는 부분의 높이는 그렇지 않은 부분의 높이보다 낮게 된다.

이처럼, 몰딩판(100a)에 장착홈(110)을 형성하여 회로기판(300)을 위치시키는 경우, 회로기판(300)은 좀 더 안정적으로 몰딩판(100a)에 위치하게 되어 외부 충격 등에 의해 위치가 이탈되는 위험성이 낮아진다.

본 예의 경우, 광학필터(500)는 하우징 구조물(400)에 장착되어 하부에 위치한 광학센서(200)이 정해진 거리만큼 이격되어 있다.

하지만 도 4에 도시한 것처럼, 또 다른 실시예에 따른 광학센서 패키지(1b)에서, 광학필터(500)는 광학센서(200)의 상면 위에 바로 광학센서(200)의 상면과 결합되게 위치하여, 광학센서(200)의 수광면(210)을 덮도록 위치할 수 있다.

이 경우, 광학필터(500)의 장착 동작이 좀 더 용이하고, 광학센서(200)의 수광면(210)과 광학필터(500) 사이의 공간의 거의 존재하지 않으므로, 광학필터(500)를 통과하지 않고 수광면(210)으로 입사되는 빛의 양이 크게 줄어든다. 이로 인해, 광학센터(200)의 동작의 신뢰성이 향상된다.

이러한 광학필터(500)의 장착 위치를 제외하면 도 1에 도시한 광학센서 패키지(1)와 동일한 구조를 갖고 있으므로, 본 예의 광학센서 패키지(1b)에 대한 자세한 설명은 생략한다.

도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한 광학센서 패키지(1, 1a, 1b)에서, 복수 개의 렌즈를 구비하고 있는 렌즈부가 하우징 구조물(400)의 상면부(420) 위에 위치할 수 있고, 이런 경우, 본 예의 광학센서 패키지(1, 1a, 1b)는 카메라 모듈을 구성한다.

이처럼, 광학센서 패키지(1, 1a, 1b)가 카메라 모듈에 이용될 때, 광학센서 패키지(1, 1a, 1b)의 두께가 크게 감소하므로, 카메라 모듈의 전장 길이 역시 큰 폭으로 감소하여 카메라 모듈의 설계의 자유도가 증가한다.

이러한 광학센서 패키지(1, 1a, 1b)를 제조하는 방법의 한 예는 다음과 같다.

먼저, 가운데 대략 사각형의 개구부(310)를 갖는 회로기판(300)을 형성하다.

그런 다음, 회로기판(300)의 하부면의 각 정해진 위치에 표면 실장 기술을 이용하여 적어도 하나의 전기전자 부품(320)을 실장한다.

다음, 이러한 회로기판(300)을 이용하여 전기전자 부품(320)이 실장된 회로기판(300)의 후면에 몰딩판(100, 100a)을 형성한다.

이때, 한 예로서, 회로기판(300)의 상부면과 하부면에 정해진 형상의 금형틀을 위치시킨 다음, 금형틀 사이에 액상의 수지재 등을 주입하고 냉각 처리하여 회로기판(300)의 하부면과 부착되는 몰딩판(100, 100a)이 형성될 수 있다.

그런 다음, 회로기판(300)으로 에워싸여진 몰딩판(100, 100)의 가운데 부분에 광학센서(200)를 다이 본딩 방식 등으로 장착한다.

다음, 측면부(410)와 가운데 부분에 투광구(421)가 형성된 상면부(420)를 구비한 하우징 구조물(400)을 사출 성형 등을 통해 형성한 후, 상면부(420)의 하면에 광학필터(500)를 부착한다. 이때, 광학필터(500)는 접착제를 이용하여 상면부(420)의 해당 위치에 장착한다.

그런 다음, 광학필터(500)가 부착된 하우징 구조물(400)을 회로기판(300) 위에 접착제 등을 이용하여 위치시켜 광학센서 패키지(1, 1a)를 완성한다.

이때, 광학센서 패키지(1b)의 경우, 하우징 구조물(400)을 회로기판(300) 위에 장착하기 전에, 광학센서(200) 위에 광학필터(500)의 장착 동작을 먼저 실시한 후 하우징 구조물(400)의 장착 동작이 이루어진다.

이상, 본 발명의 광학센서 패키지의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

1, 1a, 1b: 광학센서 패키지
100: 몰딩판 200: 광학센서
300: 회로기판 400: 하우징 구조물
500: 광학필터 310: 개구부
320: 전기전자 부품

Claims (10)

1. 몰딩판;
   상기 몰딩판 위에 위치하는 광학센서;
   상기 몰딩판과 접하게 위치하며 가운데 부분에 상기 광학센서를 노출하는 개구부를 구비하고 있고, 하부면에 적어도 하나의 전기전자 부품이 위치하는 회로기판; 및
   상기 회로기판 위에 위치하고 가운데 부분에 투광구를 구비하는 하우징 구조물
   을 포함하는 광학센서 패키지.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 몰딩판은 수지재로 이루어져 있는 광학센서 패키지.
3. 제1 항에 있어서,
   상기 적어도 하나의 전기전자 부품은 상기 몰딩판 속에 매립되어 있는 광학센서 패키지.
4. 제1 항에 있어서,
   상기 몰딩판은 상부면에 장착홈을 포함하고,
   상기 광학센서는 상기 장착홈 속에 위치하는
   광학센서 패키지
5. 제1항에 있어서,
   상기 광학센서는 상기 회로기판과 배선으로 연결되어 있는 광학센서 패키지.
6. 제1항에 있어서,
   상기 하우징 구조물은 상기 회로기판에 위치하는 측면부와 상기 측면부에 연결되어 있는 상면부를 포함하고 있는 광학센서 패키지.
7. 제1항에 있어서,
   상기 하우징 구조물의 상기 투광구를 덮도록 상기 하우징 구조물에 위치하는 광학필터를 더 포함하는 광학센서 패키지.
8. 제7항에 있어서,
   상기 광학필터는 상기 광학센서와 마주보게 상기 하우징 구조물에 위치하는 광학센서 패키지.
9. 제1항에 있어서,
   상기 광학센서의 상면에 결합되어 상기 광학센서의 수광면을 덮도록 위치하는 광학필터를 더 포함하는 광학센서 패키지.
10. 제1항에 있어서,
    상기 광학센서 패키지는 카메라 모듈인 광학센서 패키지.

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