KR20240003251A - 포토센서 패키지 모듈 - Google Patents

포토센서 패키지 모듈 Download PDF

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KR20240003251A
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김진관
조영상
김정규
노희동
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주식회사 아이에이네트웍스
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Abstract

본 발명은, 개구부를 가지는 중간 기판, 개구부를 커버하도록 중간 기판의 일측에 결합되는 광학 필터, 모재, 모재상에 형성되는 엑티브 픽셀, 엑티브 픽셀과 전기적으로 연결되기 위해 모재를 관통하도록 형성되는 관통 전극을 가지며, 중간 기판의 타측에 결합되는 포토센서 칩을 포함하는 포토센서 패키지 모듈로서, 구조 및 크기를 단순화 및 소형화할 수 있고, 포토센서 칩으로부터 외부로 전기신호를 출력하는 회로의 길이를 단축할 수 있는 포토센서 패키지 모듈이 제시된다.

Description

포토센서 패키지 모듈{PHOTO SENSOR PACKAGE MODULE}
본 발명은 포토센서 패키지 모듈에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 구조 및 크기를 단순화 및 소형화할 수 있고, 포토센서 칩으로부터 외부로 전기신호를 출력하는 회로의 길이를 단축할 수 있는 포토센서 패키지 모듈에 관한 것이다.
포토센서 칩은 대상의 이미지를 촬영하는 기능을 가지는 반도체 소자이다. 포토센서 칩은 패키지 모듈의 형태로 제작되어, 자율주행차, 드론, 보안카메라, 의료기기, 태블릿 컴퓨터, 스마트폰 등 다양한 디바이스에 탑재된다.
한편, 종래의 포토센서 패키지 모듈은 포토센서 칩, 입출력 범프, 인쇄회로기판, 솔더 볼, 커넥터 순으로, 포토센서 칩에서 생성되는 전기신호를 외부로 출력한다. 즉, 포토센서 패키지 모듈은 전기신호를 출력하는 회로가 포토센서 칩과 인쇄회로기판이 서로 마주보는 각각의 면 상에서 이차원적으로 마련된다. 이에, 인쇄회로기판의 면적만큼 회로의 저항이 늘어나는 문제점이 있다.
또한, 종래의 포토센서 패키지 모듈은 포토센서 칩과 인쇄회로기판을 전기적으로 연결해주기 위한 입출력 범프의 두께만큼 포토센서 칩과 인쇄회로기판이 이격되기 때문에, 포토센서 칩의 픽셀 영역을 보호하기 위해 포토센서 칩과 인쇄회로기판 사이에 실링 링이 추가되는 복잡한 구조를 가진다.
또한, 종래의 포토센서 패키지 모듈은 솔더 볼이 포토센서 칩의 좌우 양측 및 전후 양측에 배치된다. 따라서, 솔더 볼과 포토센서 칩의 구조적 간섭을 방지하기 위해 솔더 볼이 차지하는 공간만큼 인쇄회로기판의 크기를 증가시켜 포토센서 칩의 외측으로 돌출시켜야 한다. 이에, 포토센서 패키지 모듈의 크기가 증가하는 문제점이 있다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 하기의 특허문헌에 게재되어 있다.
KR 10-2016-0091509 A
본 발명은 구조를 단순화할 수 있는 포토센서 패키지 모듈을 제공한다.
본 발명은 크기를 소형화할 수 있는 포토센서 패키지 모듈을 제공한다.
본 발명은 포토센서 칩으로부터 외부로 전기신호를 출력하는 회로의 길이를 단축할 수 있는 포토센서 패키지 모듈을 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 포토센서 패키지 모듈은, 개구부를 가지는 중간 기판; 상기 개구부를 커버하도록 상기 중간 기판의 일측에 결합되는 광학 필터; 및 모재, 상기 모재상에 형성되는 엑티브 픽셀, 상기 엑티브 픽셀과 전기적으로 연결되기 위해 상기 모재를 관통하도록 형성되는 관통 전극을 가지며, 상기 중간 기판의 타측에 결합되는 포토센서 칩;을 포함한다.
상기 중간 기판과 상기 포토센서 칩을 면대면으로 결합시키기 위한 제1 결합층; 및 상기 광학 필터와 상기 중간 기판을 면대면으로 결합시키기 위한 제2 결합층;을 포함할 수 있다.
상기 제1 결합층은 에폭시 및 메탈 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 제2 결합층은 상기 광학 필터의 외측면을 감싸도록 끝단에 측벽이 형성될 수 있다.
상기 측벽은 상기 제2 결합층의 끝단으로부터 중심을 향하는 방향으로 상향 경사지게 연장되는 경사면을 가지고, 상기 측벽의 상하방향의 두께는 상기 광학 필터의 상하방향의 두께의 1 배 이하의 범위일 수 있다.
상기 제1 결합층 및 상기 제2 결합층을 연결시키기 위해 상기 개구부의 내측벽을 따라 연장되는 제3 결합층;을 포함할 수 있다.
상기 제3 결합층은 상기 광학 필터를 향하는 일측 단부의 내주면에 챔퍼면을 가질 수 있다.
상기 제2 결합층 및 상기 제3 결합층은 에폭시를 포함할 수 있다.
상기 포토센서 칩의 상기 엑티브 픽셀이 위치하는 일면과 대향하는 타면에 접합되고, 상기 관통 전극과 전기적으로 연결되는 솔더링 부재;를 포함할 수 있다.
상기 솔더링 부재는, 솔더 볼 및 솔더 페이스트 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 포토센서 칩의 상기 엑티브 픽셀이 위치하는 일면은, 상기 엑티브 픽셀이 위치하는 엑티브 픽셀 영역과 상기 엑티브 픽셀 영역을 둘러싸는 주변 영역을 포함하고, 상기 관통 전극은, 상기 주변 영역에서 상기 모재의 일면으로부터 타면까지를 관통하도록 형성되고, 상기 솔더링 부재는, 상기 엑티브 픽셀 영역의 하측 및 상기 주변 영역의 하측에서 상기 모재의 타면에 접합될 수 있다.
상기 포토센서 칩은, 상기 엑티브 픽셀을 구동시키기 위해 상기 모재의 일면상에 형성되며 상기 관통 전극과 연결되는 패드와, 상기 솔더링 부재와 상기 관통 전극을 연결하기 위해 상기 모재의 타면을 따라 연장되는 재배선층과, 상기 패드 및 상기 재배선층을 보호하기 위해 상기 모재의 일면 및 타면에 형성되는 패시베이션막을 가질 수 있다.
상기 중간 기판은, 프리프레그(prepreg), 인쇄회로기판(PCB), 글라스 및 세라믹 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 중간 기판의 상기 개구부의 너비는 상기 엑티브 픽셀의 너비보다 크고 상기 모재의 너비보다 작고, 상기 중간 기판의 끝단의 너비는 상기 모재의 너비와 동일하거나, 상기 모재의 너비보다 클 수 있다.
상기 중간 기판은 상기 포토센서 칩을 향하는 타측에 상기 개구부의 둘레를 둘러싸기 위한 돌출 댐을 더 가질 수 있고, 상기 중간 기판 상에는 캐패시터가 배치될 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따르면, 포토센서 칩에 형성된 관통 전극을 이용하여 포토센서 칩의 엑티브 픽셀에서 생성된 전기신호를 포토센서 패키지 모듈의 외부로 출력하는 회로를 형성할 수 있다. 따라서, 포토센서 칩과 인쇄회로기판을 전기적으로 연결시키지 않아도 되므로, 포토센서 칩과 중간 기판 사이에 입출력 범프 및 실링 링을 배치하지 않을 수 있다. 이로부터 포토센서 패키지 모듈의 구조를 단순화할 수 있다. 또한, 중간 기판에 솔더 볼을 배치하지 않아도 되므로, 중간 기판의 끝단을 포토센서 칩의 외측으로 돌출시키지 않아도 된다. 이로부터 포토센서 패키지 모듈의 크기를 소형화할 수 있다. 또한, 전기신호를 외부로 출력할 때, 중간 기판을 경유하는 대신 모재의 관통 전극을 이용함으로써, 포토센서 칩으로부터 포토센서 패키지 모듈의 외부로 전기신호를 출력하는 회로의 길이, 구체적으로는 회로 배선의 길이를 단축할 수 있다. 이로부터 회로의 저항에 의한 전기신호의 손실을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예 및 변형 예에 따른 중간 기판의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 칩의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈의 부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 변형 예에 따른 포토센서 패키지 모듈의 개략도이다.
도 6 내지 도 13은 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈을 제조하는 공정을 예시적으로 보여주는 모식도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이다. 단지 본 발명의 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 본 발명의 실시 예를 설명하기 위하여 도면은 과장될 수 있고, 설명과 관계없는 부분은 도면에서 생략될 수 있고, 도면상의 동일한 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
본 발명은 포토센서 패키지 모듈로서, 칩 스케일 패키징 기술을 이용하여 제조된 포토센서 패키지 모듈에 적용되는 경우를 예시하여, 본 발명의 실시 예를 상세히 설명한다. 물론, 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈은 다양한 전자소자를 가지는 반도체 칩을 웨이퍼 레벨에서 패키징하여 제조되는 각종 패키지 모듈에도 적용될 수 있다. 한편, 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈은 실리콘관통전극(Through Silicon Via, TSV)이 구현된 포토센서 칩을 가지는 포토센서 패키지 모듈이라고 지칭할 수 있다.
한편, 본 발명은 이하에서 설명하는 실시 예와, 변형 예들을 포함하여 다양한 형식으로 구성될 수 있다. 또한, 이하에서 설명되는 본 발명의 실시 예와, 변형 예들은 서로 간에 조합 및 변경이 가능하고, 그에 따른 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈의 개략도이고, 도 2는 본 발명의 실시 예 및 변형 예에 따른 중간 기판의 개략도이다. 여기서, 도 2의 (a)는 본 발명의 실시 예에 따른 중간 기판을 보여주는 개략도이고, (b)는 본 발명의 변형 예에 따른 중간 기판을 보여주는 개략도이다.
이하, 도 1 및 도 2를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈(1000)을 상세하게 설명한다.
본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈(1000)은, 개구부(H)를 가지는 중간 기판(100), 개구부(H)를 커버하도록 중간 기판(100)의 일측에 결합되는 광학 필터(200), 모재(310)와, 모재(310)상에 형성된 엑티브 픽셀(320)과, 엑티브 픽셀(320)과 전기적으로 연결되기 위해 모재(310)를 관통하도록 형성되는 관통 전극(330)을 가지며, 중간 기판(100)의 타측에 결합되는 포토센서 칩(300)을 포함한다.
또한, 포토센서 패키지 모듈(1000)은, 중간 기판(100)과 포토센서 칩(300)을 면대면으로 결합시키기 위한 제1 결합층(400), 광학 필터(200)와 중간 기판(100)을 면대면으로 결합시키기 위한 제2 결합층(500), 제1 결합층(400)과 제2 결합층(500)을 연결시키기 위해 개구부(H)의 내측벽(100c)을 따라 연장되는 제3 결합층(600)을 포함할 수 있다. 또한, 포토센서 패키지 모듈(1000)은, 포토센서 칩(300)의 엑티브 픽셀(320)이 위치하는 일면(300a)과 대향하는 타면(300b)에 접합되고, 관통 전극(330)과 전기적으로 연결되는 솔더링 부재(700)를 포함할 수 있다.
중간 기판(100)은 포토센서 패키지 모듈(1000)의 구조를 지지해주는 역할과, 광학 필터(200)와 포토센서 칩(300), 그리고 수동소자를 접합시켜주는 역할을 한다. 즉, 중간 기판(100)은 일측 예컨대 일면(100a)에 광학 필터(200)가 결합될 수 있고, 타측 예컨대 타면(100b)에 포토센서 칩(300)이 결합될 수 있다. 여기서, 일면(100a)은 예컨대 중간 기판(100)의 상면일 수 있고, 타면(100b)은 예컨대 중간 기판(100)의 하면일 수 있다. 물론, 포토센서 패키지 모듈(1000)을 디바이스(미도시)에 탑재하는 방향에 따라 중간 기판(100)의 일면(100a)이 중간 기판(100)의 하면이 될 수도 있다.
중간 기판(100)은 상하방향으로 전체 두께가 0.04㎜ 내지 0.2㎜의 범위일 수 있다. 중간 기판(100)의 두께가 0.04㎜ 미만이면, 포토센서 패키지 모듈(1000)의 강도를 원하는 강도로 유지시키기 어려울 수 있다. 이때, 중간 기판(100)의 두께가 두꺼울수록 포토센서 패키지 모듈(1000)의 강도가 증가할 수 있다. 한편, 중간 기판(100)의 두께가 0.2㎜ 초과이면, 포토센서 패키지 모듈(1000)의 전체 두께가 원하는 두께보다 커지게 되어, 포토센서 패키지 모듈(1000)을 탑재하고자 하는 디바이스에 포토센서 패키지 모듈(1000)을 원활하게 탑재하기 어려울 수 있다. 중간 기판(100)은 열팽창계수(CTE, coefficient of thermal expansion)가 1.2ppm/℃ 내지 60ppm/℃의 범위일 수 있다. 전술한 열팽창계수가 1.2ppm/℃ 미만이거나, 60ppm/℃ 초과이면, 포토센서 패키지 모듈(1000)의 작동 시에, 중간 기판(100)과 광학 필터(200)와 포토센서 칩(300) 간의 열 팽창 정도의 차이가 제1 내지 제3 결합층(400, 500, 600)이 수용할 수 있는 범위보다 커지게 되어, 포토센서 패키지 모듈(1000)이 구조적으로 안정화되기 어려울 수 있다.
중간 기판(100)의 개구부(H)의 수평방향의 너비는 엑티브 픽셀(320)의 수평방향의 너비보다 크고, 포토센서 칩(300)의 수평방향의 너비보다 작을 수 있다. 또한, 중간 기판(100)의 끝단(100d)의 수평방향의 너비는 포토센서 칩(300)의 수평방향의 너비와 동일할 수 있다. 또는, 중간 기판(100)의 끝단(100d)의 수평방향의 너비는 포토센서 칩(300)의 수평방향의 너비보다 클 수 있다. 이때, 크기의 차이는 0 초과 40㎛ 이하의 범위일 수 있다. 따라서, 중간 기판(100)의 개구부(H) 내에 엑티브 픽셀(320)을 위치시킬 때, 중간 기판(100)의 내측벽(100c)을 엑티브 픽셀(320)로부터 수평방향으로 충분하게 이격시킬 수 있다. 또한, 포토센서 칩(300)의 후술하는 주변 영역(300e)에 중간 기판(100)을 충분한 면적으로 결합시킬 수 있다. 또한, 중간 기판(100)의 끝단(100d)이 포토센서 칩(300)의 일면(300a)상에 위치하므로, 포토센서 패키지 모듈(1000)의 수평방향의 너비를 포토센서 칩(300)의 수평방향의 너비로 컴팩트하게 줄여줄 수 있다.
중간 기판(100)은 베이스 층(110) 및 솔더 레지스트(solder resist) 층(120)을 포함할 수 있다. 한편, 중간 기판(100)은 포토센서 칩(300)과 물리적으로 연결될 수 있으며, 전기적으로는 연결되지 않아도 무방하다. 따라서, 중간 기판(100)은 전기 회로를 형성하기 위한 박막 패턴 층을 포함하지 않을 수 있다. 물론, 중간 기판(100)은 인쇄회로기판을 포함할 수도 있으며, 이 때에도 포토센서 칩(300)과 물리적으로 연결되고, 전기적으로 연결되지 않을 수 있다.
베이스 층(110)은 중심부에 개구부(H)가 상하방향으로 관통형성된 사각 플레이트 형상일 수 있다. 이때, 베이스 층(110)은 수평방향으로 연장되어 소정의 면적을 가질 수 있고, 상하방향으로 연장되어 소정의 두께를 가질 수 있다. 한편, 개구부(H)는 베이스 층(110)의 중심부로부터 수평방향으로 소정의 간격만큼 치우친 위치에 관통형성될 수도 있다.
베이스 층(110)은 프리프레그(pre-preg), 인쇄회로기판(PCB), 글라스(glass) 및 세라믹(ceramic) 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 물론, 베이스 층(110)의 재질은 다양할 수 있다.
솔더 레지스트 층(120)은 베이스 층(110)을 보호하기 위해 베이스 층(110)의 상하방향으로 서로 대향하는 일면 및 타면에 형성될 수 있다. 여기서, 일면은 베이스 층(110)의 상면일 수 있고, 타면은 베이스 층(110)의 하면일 수 있다. 이때, 솔더 레지스트 층(120)은 필름 타입의 솔더 레지스트 또는 잉크 타입의 솔더 레지스트를 베이스 층(110)에 코팅하여 형성될 수 있다. 이러한 솔더 레지스트 층(120)에 의해 중간 기판(100)에 대한 제1 내지 제3 결합층(400, 500, 600)의 접합력이 향상될 수 있다. 한편, 솔더 레지스트 층(120)은 상하방향으로 15㎛ 내지 30㎛의 범위의 두께를 가질 수 있다. 솔더 레지스트 층(120)의 두께가 15㎛ 미만 또는 30㎛ 초과이면, 중간 기판(100)에 제1 내지 제3 결합층(400, 500, 600)을 안정적으로 접합하기가 어려울 수 있다.
한편, 도 2의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예의 제1 변형 예에 따른 중간 기판(100)은 포토센서 칩(100)을 향하는 타측 예컨대 타면(100b)에 개구부(H)의 둘레를 둘러싸기 위한 돌출 댐(130)을 더 포함할 수 있다. 돌출 댐(130)은 중간 기판(100)의 타면(100b) 측에서 개구부(H)의 둘레를 따라 예컨대 링 형상으로 형성될 수 있다. 돌출 댐(130)은 포토센서 칩(300)의 일면(300a)에 접촉될 수 있다. 이에, 돌출 댐(130)에 의해 중간 기판(100)의 타면(100b)에 단차가 형성될 수 있다. 돌출 댐(130)은, 제1 결합층(400)이 중간 기판(100)과 포토센서 칩(300)의 일면(300a)을 결합시킬 때, 제1 결합층(400)의 일부가 포토센서 칩(300)의 후술하는 엑티브 픽셀 영역(300d)으로 침범하는 것을 방지해줄 수 있다. 댐(130)은 베이스 층(110)과 동일한 재질일 수 있고, 타면(110b) 측에서 베이스 층(110)에 적층될 수 있다. 또한, 댐(130)이 형성된 부위에는 솔더 레지스트 층(120)이 제거될 수 있다.
이하, 도 1을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 광학 필터(200)를 설명한다. 광학 필터(200)는 광을 투과시켜 포토센서 칩(300)의 엑티브 픽셀(320)로 안내하기 위해, 중간 기판(100)의 개구부(H)를 커버하도록 중간 기판(100)의 일면(100a)에 결합될 수 있다.
광학 필터(200)는 원하는 파장대의 광을 흡수하기 위한 흡수형 광학 필터를 포함할 수 있다. 이때, 광학 필터(200)는 상하방향으로 0.1㎜ 내지 0.3㎜의 범위의 두께를 가질 수 있다. 상술한 두께가 0.1㎜ 미만이면, 포토센서 패키지 모듈(1000)이 원하는 강도를 가지기가 어려울 수 있다. 상술한 두께가 0.3㎜ 초과이면 포토센서 패키지 모듈(1000)의 전체 두께가 원하는 두께보다 커질 수 있다. 한편, 광학 필터(200)는 수평방향으로, 개구부(H)보다 크고 포토센서 칩(300)보다 작은 너비를 가질 수 있다. 이때, 포토센서 칩(300)의 너비는 중간 기판(100)의 끝단(100d)의 너비와 동일하므로, 광학 필터(200)는 수평방향으로, 중간 기판(100)의 끝단(100d)의 너비보다 작은 너비를 가질 수 있다. 이에, 중간 기판(100)의 일면(100a) 상에, 제2 결합층(500)의 후술하는 측벽(500a)이 형성될 수 있는 소정의 면적을 확보해줄 수 있다.
광학 필터(200)는, 기판 자체가 광을 필터링하는 기능을 가지는 일체형 광학 필터와 투과성 기판에 광을 필터링하기 위한 필름이 코팅되는 복합형 광학 필터 중 적어도 어느 하나의 광학 필터일 수 있다. 이때, 투과성 기판을 글라스를 포함할 수 있고, 복합형 광학 필터는 코팅 글라스를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에서는 광학 필터(200)로 코팅 글라스를 예시한다. 즉, 광학 필터(200)는 광을 필터링하기 위한 필름이 코팅된 글라스를 포함할 수 있다. 이때, 필름은 IR(infrared ray)/AR(antireflective coating) 코팅 필름, AR/AR 코팅 필름 및 BBARC(broad band antireflection coating) 코팅 필름 등이 옵션으로 사용될 수 있다. 즉, 필름에는 광특성을 이용하기 위해 필요에 따라서 어떠한 코팅도 옵션으로 사용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 칩의 개략도이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 포토센서 칩(300)은 포토센서 패키지 모듈(1000)의 본체로서, 이미지를 촬영하고자 하는 대상(미도시)으로부터 방출 혹은 반사되고 광학 필터(200)를 통과한 광을 입력받아서 전기신호를 생성하는 역할을 한다. 포토센서 칩(300)은 예컨대 TSV(Through Silicon Via) 센서 칩이라고 지칭할 수 있다. 이러한 포토센서 칩(300)은 모재(310), 엑티브 픽셀(320), 및 관통 전극(330)을 포함할 수 있다. 또한, 포토센서 칩(300)은 패드(미도시), 재배선(RDL, re-distribution line)층(미도시), 구동 소자(미도시), 패시베이션막을 포함할 수 있다. 한편, 포토센서 칩(300)의 수평방향 크기는 모재(310)의 크기와 동일하거나 유사할 수 있다.
포토센서 칩(300)은 상하방향으로 대향하는 일면(300a) 및 타면(300b)과, 일면(300a) 및 타면(300b)을 연결하는 측면(300c)을 가질 수 있다. 이때, 일면(300a)은 모재(310)의 상면이고, 타면(300b)은 모재(310)의 하면일 수 있다. 여기서, 일면(300a)에 엑티브 픽셀(320)이 위치할 수 있다. 일면(300a)은, 엑티브 픽셀(320)이 위치하는 엑티브 픽셀 영역(300d)과, 엑티브 픽셀 영역(300d)을 둘러싸는 주변 영역(300e)을 포함할 수 있다. 엑티브 픽셀 영역(300d)은 중간 기판(100)의 개구부(H)에 상하방향으로 정렬될 수 있다. 또한, 주변 영역(300e)에는 중간 기판(100)의 타면(100b)이 결합될 수 있다. 이때, 관통 전극(330)은 포토센서 칩(300)의 주변 영역(300e)의 위치에서 모재(310)를 상하방향으로 관통하도록 형성될 수 있다.
모재(310)는 포토센서 칩(300)의 전체를 지지하는 역할을 한다. 또한, 모재(310)는 엑티브 픽셀이 형성되는 기재의 기능을 수행하고 각종 요소가 설치될 수 있다. 이러한 모재(310)는 수평방향으로 연장되어 소정의 면적을 가질 수 있고, 상하방향으로 연장되어 소정의 두께를 가질 수 있다. 또한, 모재(310)는 사각 플레이트의 형상일 수 있다. 물론, 모재(310)의 형상은 다양할 수 있다. 한편, 모재(310)는 기판 상에 완충 층 및 패시베이션 층이 적층되어 제조될 수 있다.
모재(310)는 상하방향으로 50㎛ 내지 150㎛의 범위의 두께를 가질 수 있다. 모재(310)의 두께가 50㎛ 미만이면 포토센서 패키지 모듈(1000)이 원하는 강도를 가지기 어려울 수 있다. 모재(310)의 두께가 150㎛ 초과이면, 포토센서 패키지 모듈(1000)의 두께가 원하는 두께보다 커질 수 있다.
엑티브 픽셀(320)은 광을 전기신호를 변환시키는 역할을 하며, 모재(310)의 상면의 중심부에 형성될 수 있다. 물론, 엑티브 픽셀(320)은 모재(310)의 상면의 중심부로부터 수평방향으로 소정의 간격만큼 치우져서 형성될 수도 있다. 엑티브 픽셀(320)은 모재(310)의 완충 층과 패시베이션 층 사이에 광전변환 소자가 적층되고, 패시베이션 층 상에 컬러 필터 및 마이크로 렌즈가 적층됨에 의해 형성될 수 있다.
관통 전극(330)은 엑티브 픽셀(320)과 외부 기기를 전기적으로 연결시키기 위해 모재(310)를 관통하도록 형성된다. 여기서, 외부 기기는 포토센서 패키지 모듈(1000)이 탑재되는 디바이스를 지칭할 수 있고, 후술하는 솔더링 부재에 의해 관통 전극(330)과 연결될 수 있다. 관통 전극(330)은 액티브 픽셀과 솔더링 부재를 연결하는 전극으로, 모재(310)의 상면의 중심부측을 제외한 가장자리부측에서 모재(310)를 일면 예컨대 상면으로부터 타면 예컨대 하면까지 관통하도록 형성되는 관통 비아(via)의 내부에 전기 전도성 금속 예컨대 구리(Cu)를 충전하여 전극을 형성함으로써 형성될 수 있다. 관통 전극(330)은 수평방향으로 3㎛ 내지 7㎛의 두께 범위를 가질 수 있다. 관통 전극(330)은 전술한 두께 범위 내에서 엑티브 픽셀(320)로부터 솔더링 부재(700)로 전기신호를 원활하게 출력할 수 있다. 한편, 관통 전극(330)은 복수개 형성될 수 있다.
패드(미도시)는 엑티브 픽셀(320)을 구동시키기 위해 모재(310)의 일면 예컨대 상면에 형성될 수 있고, 관통 전극(330)과 전기적으로 연결될 수 있다. 재배선층(미도시)은 모재(310)의 타면 예컨대 하면에 형성될 수 있고, 모재(310)의 타면으로부터 소정 깊이 이격되어 모재(310)의 내부에 형성될 수도 있다. 재배선(RDL, redistribution line)층(미도시)은 솔더링 부재(700)와 관통 전극(330)을 전기적으로 연결하는 역할을 한다. 구동 소자(미도시)는 엑티브 픽셀(320)을 구동시키기 위한 구동 소자로서, 모재(310)의 하면에 배치될 수 있다. 재배선층은 솔더링 부재(700)와 관통 전극(330)을 연결시키도록 모재(310)의 하면을 따라 연장되는 복수개의 구리 도선을 포함할 수 있다. 재배선층의 표면은 폴리머(polymer) 소재, 폴리이미드(polyimide) 소재 등을 포함하는 패시베이션(passivation)막에 의해 보호될 수 있다. 패시베이션막은 패드 및 재배선층을 보호하기 위해 모재의 일면(상면) 및 타면(하면)에 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈의 부분 확대도이다.
도 1 및 도 4를 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 제1 결합층(400), 제2 결합층(500) 및 제3 결합층(600)을 이하에서 설명한다.
제1 결합층(400)은 중간 기판(100)과 포토센서 칩(200)을 면대면으로 결합시키는 역할을 한다. 이때, 면대면으로 결합하는 것은 중간 기판(100)의 타면(100b)의 전체 면적을 포토센서 칩(200)의 주변 영역(300e)에 결합시키는 것을 의미한다.
예컨대 면대면으로 결합하는 것과 다른 결합 방식으로, 패드 형상의 범프를 이용하여 중간 기판(100)과 포토센서 칩(200)을 점대점으로 결합시키는 것과, 링 형상의 실링 링을 이용하여 중간 기판(100)과 포토센서 칩(200)을 선대선으로 결합시키는 것이 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에서는 전술한 범프 및 실링 링을 이용하는 점대점 결합 방식 및 선대선 결합 방식 대신에, 제1 결합층(400)을 이용하여 중간 기판(100)과 포토센서 칩(200)을 면대면으로 결합시킬 수 있다.
제1 결합층(400)은 중간 기판(100)과 동일한 면적을 가지거나, 중간 기판(100)보다 큰 면적을 가질 수 있다. 제1 결합층(400)이 중간 기판(100)보다 큰 면적을 가질 때, 제1 결합층(400)의 수평방향의 너비와 중간 기판(100)의 수평방향의 너비의 차이는 0 보다 크고 40㎛ 보다 작거나 같을 수 있다. 포토센서 칩(200)과 중간 기판(100)의 사이에는 제1 결합층(400)만 배치될 수 있다. 제1 결합층(400)은 에폭시를 포함할 수 있다. 이때, 에폭시는 실리콘 계열의 에폭시 및 레진 계열의 에폭시 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 또한, 에폭시는 높은 신축성과 낮은 모듈러스(low modulus)의 성질을 가질 수 있다. 예컨대 제1 결합층(400)은 연신율이 50% 이상인 실리콘 계열의 에폭시를 포함하고, 10㎛ 내지 30㎛ 의 범위의 두께를 가질 수 있다. 또한, 제1 결합층(400)은 메탈을 포함할 수 있다. 이때, 메탈은 천이액상결합이 가능한 범주 내에서 그 종류가 다양할 수 있다. 제1 결합층(400)의 일면 예컨대 상면은 중간 기판(100)의 타면(100b)에 접합(bonding)될 수 있고, 제1 결합층(400)의 타면 예컨대 하면은 포토센서 칩(300)의 일면(300a)에 접합될 수 있다.
제2 결합층(500)은 광학 필터(200)와 중간 기판(100)을 면대면으로 결합시킬 수 있다. 제2 결합층(500)은 광학 필터(200)와 중간 기판(100) 사이에 배치될 수 있고, 일면 예컨대 상면이 광학 필터(200)에 접합될 수 있고, 타면 예컨대 하면이 중간 기판(100)에 접합될 수 있다. 이때, 제2 결합층(500)은 제1 결합층(400)과 동일한 재질일 수 있다. 또한, 제2 결합층(500)은 10㎛ 내지 30㎛ 의 범위의 두께를 가질 수 있다.
한편, 제2 결합층(500)은 광학 필터(200)의 외측면(200a)을 감싸도록 끝단에 측벽(500a)이 형성될 수 있다. 측벽(500a)은 제2 결합층(500)과 일체형으로 형성되거나, 제2 결합층(500)과 별개로 형성되어 서로 접합될 수 있다. 측벽(500a)은 광학 필터(200)의 외측면(200a)을 따라 연장되는 수직면(500b)과, 제2 결합층(500)의 일면(상면)과 접촉하며 수직면(500b)으로부터 수평방향으로 연장되는 수평면(500c)과, 제2 결합층(500)의 끝단으로부터 제2 결합층(500)의 중심을 향하는 방향으로 상향 경사지게 연장되며, 수직면(500b)과 수평면(500c)을 연결시키는 경사면(500d)을 포함할 수 있다. 여기서, 측벽(500a)의 상하?향의 두께는 0 초과 광학 필터(200)의 상하방향의 두께의 1 배 이하의 범위일 수 있다. 측벽(500a)의 상하?향의 두께가 광학 필터(200)의 상하방향의 두께의 1 배보다 크면, 측벽(500a)이 광학 필터(200)의 일면 예컨대 상부면보다 높게 돌출되거나, 광학 필터(200)의 일면을 침범할 수 있다.
제3 결합층(600)은 제1 결합층(400)과 동일한 재질을 가질 수 있다. 제3 결합층(600)은 중간 기판(100)의 내측벽(100c)을 따라 연장형성될 수 있고, 제1 결합층(400)과 제2 결합층(500)을 연결시킬 수 있다. 이때, 제3 결합층(600)은 중간 기판(100)의 내측벽(100c)을 감싸서, 파티클이 개구부(H) 내의 엑티브 픽셀(320)을 오염시키지 않도록, 중간 기판(100)의 내측벽(100C)으로부터 개구부(H)로 파티클이 유출되는 것을 방지하는 역할을 한다. 한편, 제3 결합층(600)은 광학 필터(200)를 향하는 일측 단부 예컨대 상측 단부의 내주면에 챔퍼면(600a)을 가질 수 있다. 여기서, 챔퍼면(600a)의 수평방향의 너비(d)는 10㎛ 내지 100㎛의 범위일 수 있다.
솔더링 부재(700)는 포토센서 패키지 모듈(1000)을 탑재하고자 하는 디바이스의 커넥터(미도시)와 포토센서 칩(300)의 관통 전극(330)을 연결시키기 위한 부위로서, 엑티브 픽셀 영역(300d)의 하측과 주변 영역(300e)의 하측에서 모재(310)의 타면에 접합될 수 있다. 솔더일 부재(700)는 솔더 볼 및 솔더 페이스트 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 본 발명의 실시 예에서는 솔더링 부재(700)로서 복수개의 솔더 볼을 예시한다. 그러나 솔더링 부재(700)는 소정 면적을 가지는 필름 형상의 솔더 페이스트를 포함할 수도 있다.
솔더 볼의 상하방향의 두께는 100㎛ 내지 250㎛의 범위일 수 있다. 솔더 볼은 주석, 은, 구리 합금으로 형성되는 금속 구를 포토센서 칩(300)의 타면(300b) 상에 위치시킨 후 접합함으로써, 솔더 볼을 포토센서 칩(300)의 타면(300b)에 실장할 수 있다. 물론, 솔더 볼을 포토센서 칩(300)의 타면(300b)에 실장하는 방식은 다양할 수 있다.
도 5의 (a) 및 (b)는 본 발명의 실시 예의 제2 및 제3 변형 예에 따른 포토센서 패키지 모듈을 각각 도시한 개략도이다.
도 5의 (a)를 참조하면, 본 발명의 실시 예의 제2 변형 예에 따른 포토센서 패키지 모듈(1000)은 몰딩부(800: 810, 820)를 더 포함할 수 있다. 몰딩부(800)는 포토센서 칩(300)의 타면(300b) 전체를 감싸도록 형성되며, 솔더링 부재(700)를 노출시키는 센서 칩 몰딩(810), 중간 기판(100)의 일면(100a) 전체를 감싸도록 형성되고, 광학 필터(200)를 노출시키는 기판 몰딩(820)을 포함할 수 있다. 이때, 센서 칩 몰딩(810)을 하부 몰딩이라고 지칭하고, 기판 몰딩(820)을 상부 몰딩이라고 지칭할 수 있다.
센서 칩 몰딩(810)은 상하방향으로의 두께가 20㎛ 내지 70㎛의 범위일 수 있다. 센서 칩 몰딩(810)으로부터 하방향으로 솔더링 부재(700)의 하면이 노출될 수 있다. 기판 몰딩(820)은 상하방향으로의 두께가 광학 필터(200)의 두께보다 작을 수 있다. 이때, 기판 몰딩(820)은 제2 결합층(500)의 측벽(500a)의 상하방향으로의 두께보다 클 수 있다. 이에, 기판 몰딩(820)은 제2 결합층(500)의 측벽(500a)도 함께 보호할 수 있다. 기판 몰딩(820)의 내부에 캐패시터(900)가 위치할 수 있다. 즉, 캐패시터(900)는 기판 몰딩(820)에 의해 보호될 수 있다. 센서 칩 몰딩(810) 및 기판 몰딩(820)은 수지 재질을 포함할 수 있다. 이때, 센서 칩 몰딩(810) 및 기판 몰딩(820)은 실리카 필러를 50% 이상의 비율로 포함할 수 있다. 이때의 비율은 질량 비율일 수 있다. 센서 칩 몰딩(810) 및 기판 몰딩(820)은 예컨대 700 내지 1800 나노미터 파장의 광 즉, IR(infrared ray) 광을 차단하는 기능을 가질 수 있다. 이때, 센서 칩 몰딩(810) 및 기판 몰딩(820)의 IR 투과율은 0%초과 0.02% 이하의 범위일 수 있다.
도 5의 (b)를 참조하면, 본 발명의 실시 예의 제3 변형 예에 따른 포토센서 패키지 모듈(1000)은, 캐패시터(900), 범프 조인트(900a) 및 범프 링(900b)을 더 포함할 수 있다. 캐패시터(900)는 중간 기판(100)의 일면(100a) 측에서 광학 필터(200)의 둘레를 따라 배치될 수 있다. 예컨대 광학 필터(200)의 전후좌우에 복수개의 캐패시터(900)가 배치될 수 있다. 또한, 캐패시터(900)는 중간 기판(100)의 베이스 층(110)에 접합될 수 있다. 이를 위해, 베이스 층(110)에서 캐패시터(900)가 접합되는 부위에는 솔더 레지스트 층(120)이 제거될 수 있다. 이처럼 캐패시터(900)가 중간 기판(100) 상에 배치됨으로써, 포토센서 패키지 모듈(1000)의 모듈 사이즈를 컴팩트하게 줄여줄 수 있다.
한편, 캐패시터(900)는 솔더링 부재(700)에 전기적으로 연결될 수 있다. 이를 위하여, 중간 기판(100)에는 제2 관통 전극(미도시)이 구비될 수 있다. 제2 관통 전극은 캐패시터(900)에 대하여 상하방향으로 정렬될 수 있고, 베이스 층(110)을 관통하도록 형성될 수 있다. 또한, 제2 관통 전극은 일측단부 예컨대 상측단부가 캐패시터(900)에 접합될 수 있다. 이때, 제2 관통 전극의 타측단부 예컨대 하측단부가 위치하는 부위는 솔더 레지스트 층(120)이 제거될 수 있다. 또한 제2 관통 전극의 타측단부는 베이스 층(110)의 하면 상에서 관통 전극(330)을 향하여 연장될 수 있고, 제2 관통 전극의 타측단부의 연장된 부위에는 범프 조인트(900a)가 예컨대 천이액상결합 방식으로 부착될 수 있다.
범프 조인트(900a)는 복수개 구비될 수 있고, 베이스 층(110)의 가장자리를 따라 배치되며 상호 이격될 수 있다. 범프 조인트(900a)는 상단이 전술한 제2 관통 전극(미도시)에 접합되고, 하단이 관통 전극(330)에 접합될 수 있다. 이때, 범프 조인트(900a)는 천이액상접합 방식으로 접합될 수 있다. 또한, 범프 조인트(900a)를 통하여, 캐패시터(900)와 솔더링 부재(700)가 전기적으로 서로 연결될 수 있다.
범프 링(900b)는 중간 기판(100)의 타면(100b) 측에서 베이스 층(110)을 따라 폐루프 형태로 연장되어 개구부(H)의 둘레를 감쌀 수 있고, 하면이 모재(310)의 상면에 접합될 수 있고, 상면이 베이스 층(110)의 하면에 접합될 수 있다. 한편, 범프 링(900b)이 연장된 부위에는 솔더 레지스트 층(120)이 제거될 수 있다. 범프 링(900b)은 센서 칩 몰딩(810)이 개구부(H)로 유입되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 본 발명의 제2 변형 예에서는 전술한 것처럼, 중간 기판(100)과 모재(310)가 범프 조인트(900a)와 관통 전극(330)의 천이액상접합에 의해 상호 결합되기 때문에, 제1 결합층(400)이 생략될 수도 있다 즉, 중간 기판(100)과 모재(310) 사이에 제1 결합층(400) 대신에 센서 칩 몰딩(810)이 충전될 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈의 작동을 설명한다.
포토센서 패키지 모듈(1000)은 패드(미도시), 관통 전극(330), 재배선층(미도시), 솔더링 부재(700)를 포함하는 전기신호의 입출력 회로를 가질 수 있다. 이러한 포토센서 패키지 모듈(1000)은 디바이스(미도시)에 탑재될 수 있다. 포토센서 패키지 모듈(1000)이 탑재된 디바이스(미도시)의 커넥터(미도시)로부터, 커넥터와 연결된 솔더링 부재(700)로, 엑티브 픽셀(320)의 구동을 위한 구동신호를 입력한다. 구동신호는 솔더링 부재(700), 재배선층, 관통 전극(330), 패드 순서로 전술한 입출력 회로를 통과하여 엑티브 픽셀(320)로 입력되어 엑티브 픽셀(320)을 작동시킬 수 있다. 엑티브 픽셀(320)은 촬영대상(미도시)으로부터 방출 혹은 반사되고, 광학 필터(200)를 통과하여 엑티브 픽셀(320)로 입사되는 광을 이용하여, 촬영대상의 이미지 형성을 위한 전기신호를 생성할 수 있다. 전기신호는 패드, 관통 전극(330), 재배선층, 솔더링 부재(700)의 순서로, 전술한 입출력 회로를 통과하여 디바이스(미도시)의 커넥터로 출력될 수 있다.
이처럼 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈(1000)은 전기신호가 전술한 출력 회로를 따라 포토센서 칩(300)의 상면, 내부 및 하면을 통과하여 솔더링 부재(700)에 신속하게 출력될 수 있다. 즉, 본 발명의 실시 예에 따르면, 엑티브 픽셀(320)이 생성한 전기신호가 관통 전극(330)을 통과하므로, 중간 기판(100)을 경유하지 않고, 솔더링 부재(700)로 출력될 수 있다. 이에, 중간 기판(100)에 전기신호의 출력을 위한 배선을 형성하지 않아도 되며, 그에 따라, 출력 회로의 배선 길이를 단축할 수 있다.
한편, 종래의 포토센서 패키지 모듈은, 포토센서 칩의 모재 상에 형성된 제1 배선층과, 제1 배선층의 끝단에 형성되는 입출력 범프와, 입출력 범프에 접속되기 위해, 포토센서 칩의 모재와 결합된 인쇄회로기판 상에 형성되는 제2 배선층과, 인쇄회로기판에 결합된 솔더 볼을 포함하는 전기신호의 출력 회로를 가진다. 이때, 제2 배선층은 인쇄회로기판의 표면을 따라 형성되며, 그 길이는 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈(1000)의 출력 회로의 관통 전극(330)에 비하여 상당히 길다. 따라서, 종래의 포토센서 패키지 모듈은 포토센서 칩의 픽셀에서 생성한 전기신호를 전술한 제1 배선층, 입출력 범프, 제2 배선층, 솔더 볼의 순서로 출력해야 하고, 이때, 전기신호가 제2 배선층을 따라 이동하면서 저항에 의해 손실될 수 있다.
반면, 본 발명의 실시 예에서는 포토센서 칩(300)의 모재(310)를 관통하도록 형성된 관통 전극(330)의 짧은 길이에 의해, 배선층(340), 관통 전극(330), 솔더링 부재(700)의 순서로, 전기신호의 출력 회로를 따라 전기신호가 출력되면서, 저항에 의한 손실을 종래에 비하여 상당히 감소시킬 수 있고, 이로부터 고품질의 이미지를 획득할 수 있다.
도 6 내지 도 13은 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈을 제조하는 공정을 예시적으로 보여주는 모식도이다. 도 6 내지 도 13을 참조하여, 본 발명의 실시 예에 따른 포토센서 패키지 모듈을 제조하는 방법을 설명한다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 중간 기판에 개구부를 형성하는 공정을 보여주는 도면이다. 도 6을 참조하면, 포토센서 패키지 모듈을 제조하기 위해, 중간 기판(100)을 준비하고, 중간 기판(100)의 소정 위치에 상하방향으로 CO2 레이저 광 또는 UV 레이저 광을 조사하여 개구부(H)를 컷팅할 수 있다. 이때, 중간 기판(100)은 수평방향으로 길게 연장형성될 수 있고, 개구부(H)는 수평방향으로 서로 이격된 복수의 위치에 형성될 수 있다.
또한, 캐패시터(900)를 배치할 수 있도록, 중간 기판(100)의 솔더 레지스트 층(120)의 일부를 제거하고, 솔더 레지스트 층(120)이 제거된 부위에서 베이스 층(110)을 관통하도록 비아홀(미도시)을 형성한 후, 비아홀에 전극 물질(미도시)을 충전하여 제2 관통 전극(미도시)을 형성할 수 있다. 이때, 중간 기판(100)의 상면에서 솔더 레지스트 층(120)이 제거된 부위에는 추후에 캐패시터(900)가 부착될 수 있고, 중간 기판(100)의 하면에서 솔더 레지스트 층(120)이 제거된 부위에는 추후에 범프 조인트(900a)와 범프 링(900b)이 접합될 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 중간 기판과 광학 필터를 결합하는 공정을 순서대로 보여주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 중간 기판(100)의 개구부(H)의 둘레에 광학 필터(200)와 중간 기판(100)을 접합시키기 위한 에폭시(500')를 소정의 면적으로 도포한다. 이후, 도 8을 참조하면, 개구부(H)를 커버할 수 있는 면적의 광학 필터(200)를 중간 기판(100) 상에 마련하고, 광학 필터(200)와 중간 기판(100)을 서로를 향하여 상하방향으로 이동시킨다. 예컨대 광학 필터(200)를 하강시킬 수 있다. 물론, 중간 기판(100)을 상승시킬 수도 있다. 이후, 광학 필터(200)와 중간 기판(100)과 에폭시(500')를 접촉시키고 에폭시(500')를 경화시킨다. 이 과정에서 광학 필터(200)와 중간 기판(100) 사이에 제2 결합층(500)을 형성할 수 있고, 광학 필터(200)와 중간 기판(100)이 각각 제2 결합층(500)의 상면과 하면에 접합시켜, 광학 필터(200)와 중간 기판(100)을 서로 결합시킬 수 있다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 중간 기판과 광학 필터의 결합체에 포토센서 칩을 결합시키기 위한 에폭시를 도포하는 공정을 보여주는 도면이다. 도 9를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따르면, 중간 기판(100)이 광학 필터(200)보다 상측에 위치하도록 중간 기판과 광학 필터의 결합체(1000a)를 상하반전시킨다. 이후, 상하반전된 중간 기판(100)의 상면에 에폭시(400') 도포한다. 이때, 에폭시(400')의 도포 면적은 중간 기판(100)의 상면의 면적보다 작을 수 있다. 또한, 도포된 에폭시(400')는 중간 기판(100)의 상면 상에서 개구부(H)로부터 이격될 수 있다. 이때, 에폭시(400')는 포토센서 칩(300)의 범프 조인트(900a)와 범프 링(900b)이 배치되어야 하는 부위에는 도포되지 않을 수 있다. 물론, 상하반전된 중간 기판(100)의 상면에 에폭시(400')를 도포하는 대신에, 메탈을 증착시킬 수도 있다. 한편, 도 10을 참조하면, 도포된 에폭시(400')와 중간 기판(100)의 개구부(H) 사이에, 돌출 댐(130)이 마련될 수도 있다. 돌출 댐(130)을 마련하는 방식은 다양할 수 있다.
한편, 에폭시(400')를 이용하는 대신에, 범프 조인트(900a)를 이용하여 중간 기판(100)과 모재(310)를 천이액상접합 방식으로 결합시켜 줄 수 있다. 이 경우, 중간 기판(100)과 모재(310) 사이에 에폭시(400')를 도포하지 않을 수도 있다. 또한, 이러한 경우에는 중간 기판(100)과 모재(310) 사이의 공간은 포토센서 칩(300)의 타면(300b)을 센서 칩 몰딩(810)을 몰딩 시, 함께 몰딩될 수 있다.
도 11은 본 발명의 실시 예에 따른 중간 기판과 광학 필터의 결합체에 포토센서 칩을 결합시키는 공정을 보여주는 도면이다. 도 11을 참조하면, 모재(310) 상에 엑티브 픽셀(320)을 형성하고 모재(310)를 관통하도록 관통 전극(330)을 형성하여 제조되는 포토센서 칩(300)을 마련한다.
물론, 모재(310) 상에 엑티브 픽셀(320)을 형성하고 모재(310)를 관통하도록 관통 전극(330)을 형성하고, 관통 전극(330)들 중 일부와 연결되도록 모재(310) 상에 범프 조인트(900a)를 형성하고, 범프 조인트(900a)의 내측에 범프 링(900b)를 형성하여 포토센서 칩(300)을 마련할 수도 있다.
이후, 엑티브 픽셀(320)이 하방을 향하도록 포토센서 칩(300)을 상하 반전시킨다. 이후, 포토센서 칩(300)을 하강시키거나 중간 기판과 광학 필터의 결합체(1000a)를 상승시켜, 에폭시(400')를 매개로 이들을 접촉시키고, 에폭시(400')를 경화시켜서, 제1 결합층(400)을 형성하고, 중간 기판과 광학 필터의 결합체(1000a)와 포토센서 칩(300)을 결합시킨다. 이때, 돌출 댐(130)을 이용하여 에폭시(400')가 중간 기판(100)의 개구부(H) 측으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 또는, 본딩 범프를 이용하여 에폭시(400')가 중간 기판(100)의 개구부(H) 측으로 유입되는 것을 차단할 수도 있다.
물론, 에폭시(400')를 중간 기판(100)의 상면에 도포하고 경화시켜서 제1 결합층(400)을 형성하여서 중간 기판과 광학 필터의 결합체(1000a)와 포토센서 칩(300)을 결합시키는 대신에, 중간 기판(100)에 형성된 제2 관통 전극(미도시)과 포토센서 칩(300)의 범프 조인트(900a)를 예컨대 천이액상결합 방식으로 접합시키고, 이와 동시에, 범프 조인트(900a)의 내측에 마련된 범프 링(900b)을 중간 기판(100)에 접합시켜서, 중간 기판과 광학 필터의 결합체(1000a)와 포토센서 칩(300)을 접합시킬 수 있다.
또한, 범프 조인트(900a)와 범프 링(900b)을 이용하여 중간 기판과 광학 필터의 결합체(1000a)와 포토센서 칩(300)을 접합시킨 이후에, 중간 기판(100)과 포토센서 칩(300)의 사이로 에폭시(400')를 주입하고, 주입된 에폭시(400')를 경화시켜 제1 결합층(400)을 형성할 수도 있다. 물론, 범프 조인트(900a)와 범프 링(900b)을 이용하여 중간 기판과 광학 필터의 결합체(1000a)와 포토센서 칩(300)을 접합시킨 이후에, 중간 기판(100)과 포토센서 칩(300)의 사이를 빈 공간으로 두었다가, 후술하는 몰딩 과정에서 전술한 빈 공간을 예컨대 센서 칩 몰딩(810)으로 몰딩할 수 있다.
이때, 범프 링(900b)을 이용하여 에폭시(400') 혹은 몰딩이 중간 기판(100)의 개구부(H) 측으로 유입되는 것을 차단할 수 있다. 또는, 돌출 댐(130)을 이용하여 에폭시(400') 혹은 몰딩이 중간 기판(100)의 개구부(H) 측으로 유입되는 것을 차단할 수도 있다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 중간 기판과 광학 필터와 포토센서 칩의 결합체 예컨대 제2 결합체에 솔더링 부재(700)를 형성하는 공정을 보여주는 도면이다. 도 12를 참조하면, 중간 기판과 광학 필터와 포토센서 칩의 결합체 예컨대 제2 결합체(1000b) 상에 주석, 은, 구리 합금으로 형성된 금속 구를 배치하고, 제2 결합체(1000b)에 금속 구를 접합하여, 제2 결합체(1000b) 상에 솔더링 부재(700)를 형성할 수 있다.
한편, 솔더링 부재(700)를 형성한 이후에, 중간 기판(100) 상에 캐패시터(900)를 배치하고, 제2 관통 전극(미도시)에 캐패시터(900)를 부착시킬 수도 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예에 따른 전술한 제2 결합체를 컷팅하여 복수개의 포토센서 패키지 모듈을 제조하는 공정을 보여주는 도면이다. 도 13을 참조하면, 전술한 제2 결합체(1000b)의 상하반전된 하면 즉, 광학 필터(200)의 하면에 포토센서 패키지 모듈의 마운트를 위한 테이프(1)를 부착하고, 컷팅용 블레이드(2)로 제2 결합체(1000b)를 컷팅하여 복수개의 포토센서 패키지 모듈을 제조할 수 있다.
이후에, 포토센서 칩(400)의 타면(300b) 전체를 감싸면서, 솔더링 부재(700)를 노출시키도록 센서 칩 몰딩(810)을 더 형성할 수 있고, 중간 기판(100)의 일면(100a) 전체와 캐패시터(900)를 감싸면서,광학 필터(200)를 노출시키도록 기판 몰딩(820)을 더 형성할 수 있다. 물론, 전술한 컷팅과정 이전에 센서 칩 몰딩(810)과 기판 몰딩(820)을 먼저 형성하여 줄 수도 있다.
본 발명의 상기 실시 예는 본 발명의 설명을 위한 것이고, 본 발명의 제한을 위한 것이 아니다. 또한, 본 발명의 전술한 실시 예 및 변형 예들에 개시된 구성과 방식은 서로 결합하거나 교차하여 다양한 형태로 조합 및 변형될 것이고, 이에 의한 변형 예들도 본 발명의 범주로 볼 수 있음을 주지해야 한다. 즉, 본 발명은 청구범위 및 이와 균등한 기술적 사상의 범위 내에서 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 해당하는 기술 분야에서의 업자는 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
100: 중간 기판
200: 광학 필터
300: 포토센서 칩
400: 제1 결합층
500: 제2 결합층
600: 제3 결합층
700: 솔더링 부재

Claims (15)

  1. 개구부를 가지는 중간 기판;
    상기 개구부를 커버하도록 상기 중간 기판의 일측에 결합되는 광학 필터; 및
    모재, 상기 모재상에 형성되는 엑티브 픽셀, 상기 엑티브 픽셀과 전기적으로 연결되기 위해 상기 모재를 관통하도록 형성되는 관통 전극을 가지며, 상기 중간 기판의 타측에 결합되는 포토센서 칩;을 포함하는 포토센서 패키지 모듈.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 기판과 상기 포토센서 칩을 면대면으로 결합시키기 위한 제1 결합층; 및
    상기 광학 필터와 상기 중간 기판을 면대면으로 결합시키기 위한 제2 결합층;을 포함하는 포토센서 패키지 모듈.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 결합층은 에폭시 및 메탈 중 어느 하나를 포함하는 포토센서 패키지 모듈.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 제2 결합층은 상기 광학 필터의 외측면을 감싸도록 끝단에 측벽이 형성되는 포토센서 패키지 모듈.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 측벽은 상기 제2 결합층의 끝단으로부터 중심을 향하는 방향으로 상향 경사지게 연장되는 경사면을 가지고,
    상기 측벽의 상하?향의 두께는 상기 광학 필터의 상하방향의 두께의 1 배 이하의 범위인 포토센서 패키지 모듈.
  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 제1 결합층 및 상기 제2 결합층을 연결시키기 위해 상기 개구부의 내측벽을 따라 연장되는 제3 결합층;을 포함하는 포토센서 패키지 모듈.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제3 결합층은 상기 광학 필터를 향하는 일측 단부의 내주면에 챔퍼면을 가지는 포토센서 패키지 모듈.
  8. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 결합층 및 상기 제3 결합층은 에폭시를 포함하는 포토센서 패키지 모듈.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 포토센서 칩의 상기 엑티브 픽셀이 위치하는 일면과 대향하는 타면에 접합되고, 상기 관통 전극과 전기적으로 연결되는 솔더링 부재;를 포함하는 포토센서 패키지 모듈.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 솔더링 부재는, 솔더 볼 및 솔더 페이스트 중 어느 하나를 포함하는 포토센서 패키지 모듈.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 포토센서 칩의 상기 엑티브 픽셀이 위치하는 일면은, 상기 엑티브 픽셀이 위치하는 엑티브 픽셀 영역과 상기 엑티브 픽셀 영역을 둘러싸는 주변 영역을 포함하고,
    상기 관통 전극은, 상기 주변 영역에서 상기 모재의 일면으로부터 타면까지를 관통하도록 형성되고,
    상기 솔더링 부재는, 상기 엑티브 픽셀 영역의 하측 및 상기 주변 영역의 하측에서 상기 모재의 타면에 접합되는 포토센서 패키지 모듈.
  12. 청구항 11에 있어서,
    상기 포토센서 칩은, 상기 엑티브 픽셀을 구동시키기 위해 상기 모재의 일면상에 형성되며 상기 관통 전극과 연결되는 패드와, 상기 솔더링 부재와 상기 관통 전극을 연결하기 위해 상기 모재의 타면을 따라 연장되는 재배선층과, 상기 패드 및 상기 재배선층을 보호하기 위해 상기 모재의 일면 및 타면에 형성되는 패시베이션막을 가지는 포토센서 패키지 모듈.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 기판은, 프리프레그(prepreg), 인쇄회로기판(PCB), 글라스 및 세라믹 중 어느 하나를 포함하는 포토센서 패키지 모듈.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 기판의 상기 개구부의 너비는 상기 엑티브 픽셀의 너비보다 크고 상기 모재의 너비보다 작고,
    상기 중간 기판의 끝단의 너비는 상기 모재의 너비와 동일하거나, 상기 모재의 너비보다 큰 포토센서 패키지 모듈.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 중간 기판은 상기 포토센서 칩을 향하는 타측에 상기 개구부의 둘레를 둘러싸기 위한 돌출 댐을 더 가지며,
    상기 중간 기판 상에는 캐패시터가 배치될 수 있는 포토센서 패키지 모듈.
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