KR20240076497A - 이미지 센서 모듈 - Google Patents

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송인상
추경성
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삼성전자주식회사
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Abstract

일 실시예의 이미지 센서 모듈은, 외부로부터 수집된 광을 전기 신호로 전환하는 이미지 센서 칩; 상기 이미지 센서 칩이 설치되는 기판; 상기 이미지 센서 칩과 상기 기판을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 상기 이미지 센서 칩의 측면부를 둘러싸서 상기 본딩 와이어를 밀봉하는 밀봉재(encapsulant); 및 하부가 상기 밀봉재와 이격되어 상기 기판 상에 결합되며, 상부가 외부의 광을 상기 이미지 센서 칩으로 입사시키는 개구를 갖고 상기 밀봉재에 지지되는 하우징;을 포함한다.

Description

이미지 센서 모듈 {IMAGE SENSOR MODULE}
본 개시는 이미지 센서 모듈에 관한 것이다.
이미지 센서는 빛을 받아들여 전기 신호를 생성하는 반도체 기반의 센서로서, 디지털 카메라, 스마트폰, 자동차, 보안 장치, 로봇 등에 폭넓게 적용되고 있다.
최근에는 전자 산업의 비약적인 발전 및 사용자의 요구에 따라 이미지 센서가 적용되는 전자기기는 더욱 더 소형화 및 다기능화 되고 있다. 이에 따라 이미지 센서가 포함된 모듈의 소형화 및 다기능화를 위해 이미지 센서를 장착하는 기판의 사이즈가 증가되었고, 이미지 센서를 기판에 효과적으로 장착하기 위한 패키징 기술에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
에폭시 소재의 밀봉재(encapsulant)를 이용하여 이미지 센서 칩을 패키징 할 경우, 밀봉재의 경화 과정에서 이미지 센서 칩에 응력이 전달되어 이미지 센서 내에 크랙이 발생하거나 픽셀이 손상되는 문제가 있다.
또한, 미세 픽셀 구현을 위하여 대형광학계가 사용되는 이미지 센서 모듈의 경우, 기판의 사이즈가 증가되고, 모듈 내에 광학 필터 등의 지지를 위한 별도의 지지 구조가 필요하게 되어, 모듈의 배면 강도가 취약해지는 문제가 있다.
일 측면은, 밀봉재로 패키징하여 배면 강도를 증가시킬 수 있는 이미지 센서 모듈을 제공하고자 한다.
또한, 밀봉재 경화시에 칩에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있는 이미지 센서 모듈을 제공하고자 한다.
일 실시예의 이미지 센서 모듈은, 외부로부터 수집된 광을 전기 신호로 전환하는 이미지 센서 칩; 상기 이미지 센서 칩이 설치되는 기판; 상기 이미지 센서 칩과 상기 기판을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 상기 이미지 센서 칩의 측면부를 둘러싸서 상기 본딩 와이어를 밀봉하는 밀봉재(encapsulant); 및 하부가 상기 밀봉재와 이격되어 상기 기판 상에 결합되며, 상부가 외부의 광을 상기 이미지 센서 칩으로 입사시키는 개구를 갖고 상기 밀봉재에 지지되는 하우징;을 포함한다.
상기 하우징과 상기 밀봉재 사이에 이격 공간이 정의될 수 있다.
상기 하우징은, 상기 기판 상에 결합되고 상기 밀봉재와 이격되어 상기 밀봉재를 둘러싸는 외벽, 및 상기 외벽에서 내측으로 연장되어 상기 개구를 형성하며 상기 개구의 둘레가 상기 밀봉재에 지지되는 커버를 포함할 수 있다.
상기 커버의 상기 개구 둘레의 하면이 상기 밀봉재의 상면에 지지될 수 있다.
내부에 복수의 렌즈가 구비되고 상기 커버 상에 결합되는 렌즈 홀더;를 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈 홀더는 상기 커버의 상기 개구 둘레의 상면에 부착되고, 평면상에서, 상기 커버는 상기 렌즈 홀더와 상기 밀봉재가 중첩되는 영역을 가질 수 있다.
상기 밀봉재는 위로 돌출된 돌출부를 포함하고, 상기 커버는 상기 돌출부 위에 부착될 수 있다.
상기 이미지 센서 칩의 상부에 위치하고 상기 밀봉재에 부착된 광학 필터;를 더 포함할 수 있다.
상기 밀봉재의 상부에는 오목한 단차부가 구비되며, 상기 광학 필터는 상기 단차부에 안착될 수 있다.
상기 이미지 센서 칩은 상기 기판의 상면에 부착되고, 상기 밀봉재는 상기 기판 상면의 상기 이미지 센서 칩의 둘레 영역을 덮을 수 있다.
상기 기판 하면에 부착된 스티프너를 더 포함하고, 상기 기판은 관통공을 갖고, 상기 이미지 센서 칩은 상기 스티프너의 상면에 부착되어 상기 관통공 내에 위치될 수 있다.
상기 이미지 센서 칩과 상기 관통공 사이의 간격에는 상기 밀봉재가 채워질 수 있다.
상기 스티프너는 세라믹 또는 금속 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예의 이미지 센서 모듈은, 외부로부터 수집된 광을 전기 신호로 전환하는 이미지 센서 칩; 상기 이미지 센서 칩이 설치되는 기판; 상기 이미지 센서 칩의 상면 가장자리에 구비된 칩 패드와 상기 기판 상면에 구비된 기판 패드를 연결하는 본딩 와이어; 상기 기판 상에 결합되어 상기 이미지 센서 칩을 둘러싸며 외부의 광을 상기 이미지 센서 칩으로 입사시키는 개구를 갖는 하우징; 상기 이미지 센서 칩의 상부에 상기 이미지 센서 칩과 이격되어 위치되는 광학 필터; 및 상기 이미지 센서 칩의 측면부를 둘러싸서 상기 본딩 와이어를 밀봉하며, 상기 하우징과의 사이에 이격 공간을 정의하면서 상기 하우징의 상부를 지지하고, 상기 광학 필터를 지지하는 밀봉재(encapsulant); 를 포함한다.
내부에 복수의 렌즈가 구비되고 상기 하우징의 상부에 결합되는 렌즈 홀더;를 더 포함할 수 있다.
상기 하우징의 폭은 상기 렌즈 홀더의 폭보다 크며, 상기 밀봉재의 폭은 상기 렌즈 홀더의 폭보다 같거나 작을 수 있다.
상기 기판 하면에 부착된 스티프너를 더 포함하고, 상기 기판은 관통공을 갖고, 상기 이미지 센서 칩은 상기 스티프너의 상면에 부착되어 상기 관통공 내에 위치될 수 있다.
상기 이미지 센서 칩과 상기 관통공 사이의 간격에는 상기 밀봉재가 채워질 수 있다.
상기 밀봉재는, 상기 하우징의 상부를 지지하도록 돌출된 돌출부, 및 상기 광학 필터를 지지하도록 오목한 단차부를 포함할 수 있다.
일 실시예의 이미지 센서 모듈은, 외부로부터 수집된 광을 전기 신호로 전환하는 이미지 센서 칩; 상기 이미지 센서 칩이 설치되는 기판; 상기 이미지 센서 칩과 상기 기판을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어; 상기 이미지 센서 칩의 측면부를 둘러싸고 상기 기판 상면의 일부 영역을 덮으면서 상기 본딩 와이어를 밀봉하는 밀봉재(encapsulant); 상기 이미지 센서 칩의 상부에 상기 이미지 센서 칩과 이격되어 위치되며 상기 밀봉재 위에 지지되는 광학 필터; 상기 기판 상에 결합되어 상기 밀봉재와 이격되어 상기 밀봉재를 둘러싸는 외벽, 및 상기 기판과 이격되어 상기 외벽에서 내측으로 연장되며 외부의 광을 상기 이미지 센서 칩으로 입사시키는 개구를 갖고 상기 밀봉재의 상면에 지지되는 커버를 포함하는 하우징; 및 복수의 렌즈를 구비하고 상기 커버 위에 결합되며 상기 밀봉재 보다 크거나 같은 폭을 가지는 렌즈 홀더;를 포함한다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서 칩을 밀봉재로 패키징 함으로써, 이미지 센서 모듈의 배면 강도를 증가시킬 수 있다.
또한, 밀봉재를 이미지 센서 칩 주위의 영역에만 적용함으로써, 밀봉재 경화시에 이미지 센서 칩에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있다.
도 1은 일 실시예의 이미지 센서 모듈의 분해 사시도이다.
도 2는 일 실시예의 이미지 센서 모듈의 단면도이다.
도 3은 도 2의 A-A 방향의 단면도이다.
도 4는 도 2의 B-B 방향의 단면도이다.
도 5는 구성들 간의 사이즈 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 도 2의 C 부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 7은 도 2의 C 부분이 변형된 형태를 도시한 도면이다.
도 8은 다른 실시예의 이미지 센서 모듈의 분해 사시도이다.
도 9는 다른 실시예의 이미지 센서 모듈의 단면도이다.
도 10 내지 도 12는 일 실시예의 이미지 센서 모듈의 제조 방법을 도시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 만 아니라, 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"된 것도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.
이하, 도면을 참조하여 일 실시예의 이미지 센서 모듈을 설명한다.
도 1은 일 실시예의 이미지 센서 모듈의 분해 사시도이고, 도 2는 일 실시예의 이미지 센서 모듈의 단면도이며, 도 3은 도 2의 A-A 방향의 단면도이다. 이해의 편의를 위하여, 도 1에서는 밀봉재 및 광학 필터 등을 생략하고 도시하였고, 도 3에서는 밀봉재를 생략하고 도시하였다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예의 이미지 센서 모듈(100)은 이미지 센서 칩(10), 기판(120), 본딩 와이어(20), 밀봉재(30), 및 하우징(160)을 포함한다. 또한, 이미지 센서 칩(10)의 상부에 위치되는 광학 필터(50) 및 하우징(160)과 결합되는 렌즈 홀더(180)를 더 포함할 수 있다.
이미지 센서 칩(10)은 외부로부터 수집된 광을 전기 신호로 전환하는 반도체 소자로서, CIS(CMOS image sensor) 및 CCD(charge-coupled device)를 포함할 수 있다.
이미지 센서 칩(10)의 일면(예를 들어, 상면)은 센싱 영역(11)과 센싱 영역(11) 주변의 외곽 영역을 포함할 수 있다.
센싱 영역(11)은 복수의 단위 픽셀을 포함하는 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀은 2차원 어레이 형태로 배열될 수 있다. 복수의 단위 픽셀은 예를 들면, 수동 픽셀 센서(passive pixel sensor) 또는 능동 픽셀 센서(active pixel sensor)일 수 있다. 복수의 단위 픽셀은 각각 광을 센싱하는 포토다이오드, 포토다이오드에 의해 생성된 전하를 전달하는 트랜스퍼 트랜지스터(transfer transistor), 전달된 전하를 저장하는 플로팅 확산 영역(floating diffusion region), 플로팅 확산 영역을 주기적으로 리셋(reset)시키는 리셋 트랜지스터, 및 플로팅 확산 영역에 충전된 전하에 따른 신호를 버퍼링(buffering)하는 소스 팔로워(source follower)를 포함할 수 있다.
센싱 영역(11)에는 복수의 단위 픽셀 상에 차례로 배치된 복수의 칼라 필터 및 복수의 마이크로 렌즈가 배치될 수 있다. 복수의 칼라 필터는 예를 들면, R(red) 필터, B(blue) 필터 및 G(green) 필터를 포함할 수 있다. 또는, 복수의 칼라 필터는 C(cyan) 필터, Y(yellow) 필터 및 M(magenta) 필터를 포함할 수 있다. 복수의 단위 픽셀 각각 상에는, R 필터, B 필터 및 G 필터 중 하나, 또는 C 필터, Y 필터 및 M 필터 중 하나로 이루어지는 칼라 필터가 배치될 수 있다. 복수의 단위 픽셀은 각각 분리된 입사광의 성분을 감지하여 하나의 색을 인식할 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈는 센싱 영역(11)으로 입사되는 광을 복수의 단위 픽셀에 집광시킬 수 있다.
이미지 센서 칩(10)의 외곽 영역은 센싱 영역(11)의 주변에 있는 영역으로서, 이미지 센서 칩(10)의 가장자리 영역일 수 있다. 외곽 영역에는 복수의 칩 패드(12)가 구비될 수 있다. 칩 패드(12)는 센싱 영역(11) 내의 복수의 단위 픽셀과 전기적으로 연결될 수 있다. 칩 패드(12)는, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn), 코발트(Co), 주석(Sn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 레늄(Re), 베릴륨(Be), 갈륨(Ga), 루테늄(Ru) 등과 같은 금속 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
기판(120)은 이미지 센서 칩(10)이 설치되는 부분으로, 일 실시예에 따르면, 기판(120) 상에 이미지 센서 칩(10)이 배치될 수 있다. 보다 상세하게는, 이미지 센서 칩(10)은 제 1 접착층(40)을 통해 기판(120)의 상면에 부착될 수 있다. 제 1 접착층(40)은 접착 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어 다이 어태치 필름(DAF: die attach film)을 포함할 수 있다.
기판(120)은 이미지 센서 칩(10)을 패키징 하기 위한 패키지 기판으로, 예를 들면, 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, PCB)일 수 있다. 기판(120)은 복수의 절연층과 복수의 배선층을 포함할 수 있다.
기판(120)은 상면에 배치된 복수의 기판 패드(122)를 포함할 수 있다. 기판 패드(122)는 전술한 복수의 배선층 중 적어도 하나와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판 패드(122)는 전술한 절연층을 관통하는 도전성 비아를 통해 배선층과 전기적으로 연결될 수 있다.
기판 패드(122)는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 텅스텐(W), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta), 인듐(In), 몰리브덴(Mo), 망간(Mn), 코발트(Co), 주석(Sn), 니켈(Ni), 마그네슘(Mg), 레늄(Re), 베릴륨(Be), 갈륨(Ga), 루테늄(Ru) 등과 같은 금속 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
본딩 와이어(20)는 이미지 센서 칩(10)과 기판(120)을 전기적으로 연결하는 도전성 부재이다. 본딩 와이어(20)는 금(Au), 구리(Cu) 등의 도전성 금속을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 본딩 와이어(20)는 이미지 센서 칩(10)의 칩 패드(12)와 기판(120)의 기판 패드(122) 사이를 연결하여, 이미지 센서 칩(10)의 칩 패드(12)와 기판(120)의 기판 패드(122) 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
하우징(160)은 이미지 센서 칩(10)을 보호하기 위한 부분으로, 기판(120) 상에 결합되어, 이미지 센서 칩(10)을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 하우징(160)의 하부는 기판(120) 상에 결합되며, 하우징(160)의 상부는 외부의 광을 상기 이미지 센서 칩(10)으로 입사시키기 위한 개구(165)를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하우징(160)은 외벽(162) 및 커버(164)를 포함할 수 있다.
외벽(162)은 기판(120) 상에 결합되어 이미지 센서 칩(10)을 둘러싸는 부분이다. 보다 상세히는, 외벽(162)은 이미지 센서 칩(10)의 측면부를 둘러싸는 밀봉재(30)와 이격되어 밀봉재(30)를 둘러쌀 수 있다. 예를 들어, 외벽(162)의 내측면의 폭(D3, 도 5 참조)은 밀봉재(30)의 폭(D1, 도 5 참조)보다 클 수 있다. 밀봉재(30)에 대해서는 후술한다.
한편, 본 명세서에서 "폭"은 수평 방향(X축 방향)의 길이로 정의하고, "두께"는 수직 방향(Z축 방향)의 길이로 정의한다.
외벽(162)은 제 2 접착층(130)에 의해 기판(120)의 상면에 결합될 수 있다. 제 2 접착층(130)은 접착력을 가진 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
외벽(162)은 기판(120)의 상면에서 상방으로 연장될 수 있으며, 예를 들어, 외벽(162)은 기판(120)의 상면에 수직하게 세워진 형태를 가질 수 있다. 즉, 외벽(162)은 실린더 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 외벽(162)은 사각 실린더 형태를 가질 수 있으나, 외벽(162)의 형태가 이에 한정되는 것은 아니다.
커버(164)는 외벽(162)의 상부를 덮으면서 개구(165)를 형성하는 부분이다. 커버(164)는 외벽(162)에서 내측으로(이미지 센서 칩이 위치한 방향으로) 연장되어 개구(165)를 형성할 수 있다. 예를 들어, 커버(164)는 외벽(162)의 상단에서 수평 방향으로 연장될 수 있으며, 개구(165)는 사각 형태를 가질 수 있다.
평면상에서, 개구(165) 내에는 이미지 센서 칩(10)이 위치되고, 개구(165)는 이미지 센서 칩(10) 보다 큰 영역을 가질 수 있다. 개구(165)의 둘레는 후술할 밀봉재(30)에 지지될 수 있다.
도 4는 도 2의 B-B 방향의 단면도이고, 도 5는 구성들 간의 사이즈 관계를 설명하기 위한 도면이다. 도 6은 도 2의 C 부분을 확대하여 도시한 도면이다. 도 5에서, 이미지 센서 모듈의 단면도는 수직한 중심선을 기준으로 대칭되는 구조이므로, 우측만 도시하였다. 도 4 내지 도 6을 참조하여, 일 실시예의 밀봉재(30)의 특징을 상세히 설명한다.
밀봉재(encapsulant, 30)는 본딩 와이어(20)를 밀봉하여 보호하는 부분이다. 또한, 밀봉재(30)는 이미지 센서 모듈(100)의 조립 과정에서 발생하는 파티클에 의한 이미지 센서 칩(20)의 오염을 방지할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 밀봉재(30)는 이미지 센서 칩(10)의 측면부를 둘러쌈으로써, 본딩 와이어(20)를 밀봉할 수 있다.
전술하였듯이, 본딩 와이어(20)는 이미지 센서 칩(10)의 가장자리에 배치된 칩 패드(12)와 이미지 센서 칩(10) 주위의 기판(120) 상의 기판 패드(122) 사이를 연결한다. 이에 따라, 밀봉재(30)는 이미지 센서 칩(10)의 측면부를 덮음으로써, 본딩 와이어(20)를 밀봉할 수 있다.
보다 상세하게는, 밀봉재(30)는 칩 패드(120)가 배치된 이미지 센서 칩(10)의 가장자리 영역과 기판 패드(122)가 배치된 기판(120) 상면의 일부 영역(구체적으로는, 기판의 상면 중 이미지 센서 칩의 둘레 영역)을 함께 덮음으로써, 본딩 와이어(20)를 밀봉할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 밀봉재(30)는 하우징(160)과의 사이에 이격 공간(CS)을 정의할 수 있다. 즉, 도 2 및 도 4를 참조하면, 하우징(160)과 밀봉재(30) 사이에 이격 공간(CS)이 정의될 수 있다.
하우징(160)의 외벽(162)은 밀봉재(30)와 이격되어 밀봉재(30)를 둘러쌀 수 있다. 즉, 밀봉재(30)는 하우징(160)의 내부 공간에 수용되되, 밀봉재(30)는 하우징(160)의 외벽(162)에서 이격되어 위치될 수 있다. 이에 따라, 하우징(160)과 밀봉재(30) 사이에는 이격 공간(CS)이 정의될 수 있다.
결과적으로, 하우징(160)과 밀봉재(30) 사이에 이격 공간(CS)을 마련함으로써, 기판(120) 상에서 밀봉재(30)에 의해 덮히는 영역을 최소화할 수 있다. 다시 말해, 밀봉재(30)가 하우징(160)에 의해 둘러싸인 기판(120)의 영역 중 이미지 센서 칩(10)의 둘레 영역 만을 덮음으로써, 밀봉재(30) 경화 시에 이미지 센서 칩(10)에 가해지는 스트레스를 줄일 수 있다.
밀봉재(30)는 몰딩 컴파운드, 몰딩 언더필, 에폭시 및/또는 수지를 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 밀봉재(30)는 EMC(Epoxy Molding Compounds)일 수 있다. 예를 들어, 밀봉재(30)의 형태에 대응되는 금형(M, 도 11 참조)을 기판(120) 상에 위치시키고, 금형 내에 EMC를 주입한 후 경화시켜서 밀봉재(30)를 형성할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 밀봉재(30)는 하우징(160)을 지지할 수 있다. 예를 들어, 밀봉재(30)는 하우징(160)의 상부인 커버(164)를 지지할 수 있다.
도 2 및 도 5를 참조하면, 밀봉재(30)의 상면 위에 하우징(160)의 커버(164)의 하면이 부착될 수 있다. 커버(164)의 하면은 제 3 접착층(170)을 통해 밀봉재(30)의 상면에 부착될 수 있다. 이에 따라, 밀봉재(30)의 상면은 하우징(160)의 커버(164)의 하면을 지지할 수 있다. 제 3 접착층(170)은 접착력을 가진 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 커버(164)의 개구(165) 둘레의 하면이 밀봉재(30)의 상면에 지지될 수 있다. 즉, 밀봉재(30)는 하우징(160)을 지지하는 지지 구조물로서 기능할 수 있으므로, 이미지 센서 모듈(100)의 배면 강도를 증가시킬 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 6에 도시된 바와 같이, 밀봉재(30)에는 돌출부(34) 및 단차부(32)가 구비될 수 있다.
돌출부(34)는 밀봉재(30)의 상면에서 상방으로 돌출된 부분으로, 하우징(160)을 지지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 3 접착층(170)을 통해 돌출부(34) 위에는 커버(164)가 부착될 수 있다. 돌출부(34)는 밀봉재(30)의 외곽부에 형성될 수 있다.
단차부(32)는 하방으로 오목한 부분으로, 후술할 광학 필터(50)를 지지할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 단차부(32)는 밀봉재(30)의 상부에 형성되며, 광학 필터(50)가 단차부(32) 내에 안착될 수 있다. 예를 들어, 단차부(32) 내측에는 제 4 접착층(175)이 구비되어 단차부(32) 내에 광학 필터(50)가 부착될 수 있다. 이와 같이 밀봉재(30)는 광학 필터(50)를 지지하는 지지 구조물로서 기능할 수 있다. 제 4 접착층(175)은 접착력을 가진 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
광학 필터(50)는 특정 파장 대역의 광을 통과시키거나 차단시키는 부분으로, 이미지 센서 칩(10)과 이격되어 이미지 센서 칩(10)의 상부에 배치될 수 있다. 예를 들어, 광학 필터(50)는 적외선 또는 근적외선을 필터링하는 IR 필터를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광학 필터(50)는 밀봉재(30)에 부착될 수 있다. 전술하였듯이, 광학 필터(50)는 밀봉재(30)에 구비된 단차부(32) 내에 안착될 수 있다. 즉, 밀봉재(30)는 광학 필터(50)를 지지하는 지지 구조물로서 기능할 수 있다.
광학 필터(50)는 후술할 렌즈 홀더(180) 내부의 렌즈(185)와 소정 간격을 유지해야 한다. 일 실시예에 따르면, 전술한 밀봉재(30)의 돌출부(34)를 통해 광학 필터(50)과 렌즈(185)와의 소정 간격 이상의 거리, 예를 들어 0.4mm 이상의 거리를 유지할 수 있다.
도 7은 도 2의 C 부분이 변형된 형태를 도시한 도면이다. 광학 필터(50)와 렌즈(185)와의 사이에 소정 간격 이상의 거리가 충분히 유지되는 경우에는, 밀봉재(130)에 돌출부가 구비되지 아니할 수 있다. 즉, 도 7을 참조하면, 밀봉재(130)의 상면에 커버(164)가 부착될 수 있다.
렌즈 홀더(180)는 하우징(160)의 상부에 결합될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 하우징(160)의 커버(164)에는 렌즈 홀더(180)가 결합될 수 있다. 렌즈 홀더(180)는 내부에 복수의 렌즈(185)를 포함할 수 있다.
보다 구체적으로, 도 5를 참조하면, 렌즈 홀더(180)는 제 5 접착층(190)을 통해 커버(164)의 상면과 결합할 수 있다. 제 5 접착층(190)은 접착력을 가진 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
렌즈 홀더(180)는 사각 실린더 형태를 가질 수 있으며, 커버(164)의 개구(165) 둘레의 상면에 부착될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 렌즈 홀더(180)는 밀봉재(30) 보다 크거나 같은 폭을 가질 수 있다. 예를 들어, 평면상에서, 커버(164)는 렌즈 홀더(180)와 밀봉재(30)가 중첩되는 영역을 가질 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서 모듈(100)의 배면 강도를 더욱 증가시킬 수 있다.
전술하였듯이, 밀봉재(30)는 하우징(160)을 지지하는 지지 구조물로서 기능하기 위하여, 평면상에서, 하우징(160)의 커버(164)는 밀봉재(30)와 중첩되는 영역(OA, 도 5 참조)을 가질 수 있다. 또한, 하우징(160)의 커버(164)는 렌즈 홀더(180)와 밀봉재(30)가 함께 중첩되는 영역을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 하우징(160)의 폭은 렌즈 홀더(180)의 폭보다 크며, 밀봉재(30)의 폭은 렌즈 홀더(180)의 폭보다 같거나 작을 수 있다. 도 5를 참조하면, 마주보는 외벽(162)의 내측면 사이의 폭(D3)는 렌즈 홀더(180)의 폭(D2)보다 크며, 밀봉재(30)의 폭(D1)은 렌즈 홀더(180)의 폭(D2)과 같거나 작을 수 있다.
즉, 밀봉재(30)가 커버(164)와 중첩되어 커버(164)의 하면을 지지하면서, 커버(164)의 상면에 부착된 렌즈 홀더(180)와도 중첩되어 렌즈 홀더(180)도 함께 지지할 수 있다. 이에 따라, 이미지 센서 모듈(100)의 배면 강도를 증가시킬 수 있다.
다만, 밀봉재(30)의 폭(D1)이 렌즈 홀더(180)의 폭(D2)보다 큰 경우에는, 밀봉재(30)의 부피가 증가하기 때문에, 밀봉재(30)의 경화 시에 이미지 센서 칩(10)으로 가해지는 스트레스가 커질 수 있다. 따라서, 밀봉재(30)가 커버(164)의 하면을 지지하고, 커버(164)의 상면에 부착된 렌즈 홀더(180)도 함께 지지함으로써, 이미지 센서 칩(10)으로 가해지는 스트레스를 줄이면서 이미지 센서 모듈(100)의 배면 강도를 증가시킬 수 있다. 이 때, 밀봉재(30)의 폭(D1)은 렌즈 홀더(180)의 폭(D2)과 같거나 작을 수 있다.
한편, 전술한 실시예의 경우는, 이미지 센서 칩(10)이 기판(120)의 상면에 실장되는 COB(Chip On Board) 형태를 설명하였다. 그러나, 다른 실시예의 경우로, 이미지 센서 칩(10)이 기판(120)의 관통공에 삽입되어 설치되는 형태에도 동일한 구성이 적용될 수 있다. 이하, 도면을 참조하여 다른 실시예를 설명한다.
도 8은 다른 실시예의 이미지 센서 모듈의 분해 사시도이고, 도 9는 다른 실시예의 이미지 센서 모듈의 단면도이다. 도 8에서는 밀봉재, 본딩 와이어 및 광학 필터 등을 생략하고 도시하였다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 기판(120) 하면에 부착된 스티프너(140)를 포함할 수 있다. 기판(120)은 관통공(125)를 갖고, 이미지 센서 칩(10)은 관통공(125) 내에 위치될 수 있다. 본 실시예는 전술한 실시예보다 이미지 센서 모듈(100)의 높이를 줄일 수 있고, 이미지 센서 칩(10)의 손상과 변형을 방지하는 효과를 더 높일 수 있다.
예를 들어, 이미지 센서 칩(10)은 제 1 접착층(40)을 통해 스티프너(140)의 상면에 부착되고, 스티프너(140)의 상면은 기판(120)의 하면에 부착될 수 있다. 이 때, 이미지 센서 칩(10)은 기판(120)의 관통공(125) 내에 위치되도록 기판(120)과 스티프너(140)가 결합될 수 있다.
기판(120)과 스티프너(140)는 제 6 접착층(195)에 의해 서로 부착될 수 있다. 제 5 접착층(190)은 접착력을 가진 물질로 이루어질 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 수지를 포함할 수 있다.
스티프너(140)는 플레이트 형태를 가질 수 있으며, 세라믹 또는 금속 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스티프너(140)는 스테인리스 스틸(SUS) 또는 구리(Cu) 합금을 포함할 수 있다. 스티프너(140)는 이미지 센서 칩(10)에 가해지는 외부 충격을 방지하고, 이미지 센서 칩(10)의 변형(warpage)을 방지할 수 있다.
본 실시예에서, 이미지 센서 칩(10)과 관통공(125) 사이의 간격에는 밀봉재(30)가 채워질 수 있다. 즉, 밀봉재(30)는 본딩 와이어(20)를 밀봉하기 위하여 기판(120)의 관통공(125) 둘레와 이미지 센서 칩(10)의 측면부를 덮으면서, 이미지 센서 칩(10)과 관통공(125) 사이의 간격에도 함께 채워질 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 일 실시예의 이미지 센서 모듈(100)의 제조 방법을 설명한다.
도 10 내지 도 12는 일 실시예의 이미지 센서 모듈의 제조 방법을 도시한 도면이다. 도 10 내지 도 12는 전술한 실시예 중 COB 형태를 일 예시로 설명한다.
도 10을 참조하면, 기판(120)에 이미지 센서 칩(10)을 실장한다. 제 1 접착층(40)을 통해 기판(120)의 상면에 이미지 센서 칩(10)을 부착하고, 본딩 와이어(20)를 이미지 센서 칩(10)의 상면 가장자리에 구비된 칩 패드(12)와 기판(120) 상면에 구비된 기판 패드(122) 사이를 연결할 수 있다.
도 11을 참조하면, 밀봉재(30)로 본딩 와이어(20)를 밀봉한다. 예를 들어, 밀봉재(30)에 대응되는 형태의 금형(M)을 기판(120) 상에 위치시키고, 금형(M) 내에 EMC를 주입하고, EMC를 경화시킴으로써, 밀봉재(30)를 형성할 수 있다. 밀봉재(30)가 경화된 이후, 금형(M)을 제거할 수 있다.
밀봉재(30)는 기판(120) 상면의 일부 영역만 덮을 수 있다. 예를 들어, 기판(120)의 상면 중 이미지 센서 칩(10)의 둘레 영역, 및 이미지 센서 칩(10)의 가장자리 부분만 밀봉재(30)를 덮어서 본딩 와이어(20)를 밀봉할 수 있다.
밀봉재(30)는 하우징(160)의 커버(164)를 지지하는 돌출부(34)와 광학 필터(50)를 지지하는 단차부(32)가 구비되도록 형성될 수 있다. (도 6 참조)
도 12를 참조하면, 밀봉재(30)의 상부에 광학 필터(50)를 부착할 수 있다. 예를 들어, 오목한 형태의 단차부(32)에 광학 필터(50)가 안착될 수 있다. 제 4 접착층(175)을 통해 단차부(32)에 광학 필터(50)가 부착될 수 있다.
광학 필터(50)는 이미지 센서 칩(10)와 이격되어 이미지 센서 칩(10)의 상부에 위치될 수 있다.
도 12를 참조하면, 하우징(160)을 기판(120) 상면에 부착할 수 있다. 제 2 접착층(130)을 통해 하우징(160)의 외벽(162) 하단을 기판(120)의 상면에 부착할 수 있다.
또한, 하우징(120)의 커버(164)의 하면을 밀봉재(30)의 상면에 부착할 수 있다. 예를 들어, 제 3 접착층(170)을 통해 커버(164)의 개구(165) 둘레의 하면을 밀봉재(30)의 돌출부(34)의 상면에 부착할 수 있다.
하우징(160)의 외벽(162)은 밀봉재(30)와 이격된 상태로 기판(120)의 상면에 부착될 수 있다. 이에 따라, 하우징(160)과 밀봉재(30) 사이에는 이격 공간(CS)이 정의될 수 있다.
도면에 도시되지 않았지만, 하우징(160)의 조립 후에는, 하우징(160)의 상부에 렌즈 홀더(180)를 결합할 수 있다. 예를 들어, 도 2를 참조하면, 제 5 접착층(190)을 통해 커버(164)의 개구(165) 둘레의 상면에 렌즈 홀더(180)를 부착할 수 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 이미지 센서 칩
20 본딩 와이어
30 밀봉재
50 광학 필터
100 이미지 센서 모듈
120 기판
140 스티프너
160 하우징
180 렌즈 홀더

Claims (20)

  1. 외부로부터 수집된 광을 전기 신호로 전환하는 이미지 센서 칩;
    상기 이미지 센서 칩이 설치되는 기판;
    상기 이미지 센서 칩과 상기 기판을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어;
    상기 이미지 센서 칩의 측면부를 둘러싸서 상기 본딩 와이어를 밀봉하는 밀봉재(encapsulant); 및
    하부가 상기 밀봉재와 이격되어 상기 기판 상에 결합되며, 상부가 외부의 광을 상기 이미지 센서 칩으로 입사시키는 개구를 갖고 상기 밀봉재에 지지되는 하우징;
    을 포함하는, 이미지 센서 모듈.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징과 상기 밀봉재 사이에 이격 공간이 정의되는, 이미지 센서 모듈.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 기판 상에 결합되고 상기 밀봉재와 이격되어 상기 밀봉재를 둘러싸는 외벽, 및
    상기 외벽에서 내측으로 연장되어 상기 개구를 형성하며 상기 개구의 둘레가 상기 밀봉재에 지지되는 커버
    를 포함하는 이미지 센서 모듈.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 커버의 상기 개구 둘레의 하면이 상기 밀봉재의 상면에 지지되는, 이미지 센서 모듈.
  5. 제 3 항에 있어서,
    내부에 복수의 렌즈가 구비되고 상기 커버 상에 결합되는 렌즈 홀더;
    를 더 포함하는, 이미지 센서 모듈.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 렌즈 홀더는 상기 커버의 상기 개구 둘레의 상면에 부착되고,
    평면상에서, 상기 커버는 상기 렌즈 홀더와 상기 밀봉재가 중첩되는 영역을 갖는, 이미지 센서 모듈.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 밀봉재는 위로 돌출된 돌출부를 포함하고,
    상기 커버는 상기 돌출부 위에 부착되는, 이미지 센서 모듈.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 칩의 상부에 위치하고 상기 밀봉재에 부착된 광학 필터;
    를 더 포함하는, 이미지 센서 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 밀봉재의 상부에는 오목한 단차부가 구비되며,
    상기 광학 필터는 상기 단차부에 안착되는, 이미지 센서 모듈.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 칩은 상기 기판의 상면에 부착되고,
    상기 밀봉재는 상기 기판 상면의 상기 이미지 센서 칩의 둘레 영역을 덮는, 이미지 센서 모듈.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 하면에 부착된 스티프너를 더 포함하고,
    상기 기판은 관통공을 갖고,
    상기 이미지 센서 칩은 상기 스티프너의 상면에 부착되어 상기 관통공 내에 위치되는, 이미지 센서 모듈.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 칩과 상기 관통공 사이의 간격에는 상기 밀봉재가 채워진, 이미지 센서 모듈.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 스티프너는 세라믹 또는 금속 물질을 포함하는, 이미지 센서 모듈.
  14. 외부로부터 수집된 광을 전기 신호로 전환하는 이미지 센서 칩;
    상기 이미지 센서 칩이 설치되는 기판;
    상기 이미지 센서 칩의 상면 가장자리에 구비된 칩 패드와 상기 기판 상면에 구비된 기판 패드를 연결하는 본딩 와이어;
    상기 기판 상에 결합되어 상기 이미지 센서 칩을 둘러싸며 외부의 광을 상기 이미지 센서 칩으로 입사시키는 개구를 갖는 하우징;
    상기 이미지 센서 칩의 상부에 상기 이미지 센서 칩과 이격되어 위치되는 광학 필터; 및
    상기 이미지 센서 칩의 측면부를 둘러싸서 상기 본딩 와이어를 밀봉하며, 상기 하우징과의 사이에 이격 공간을 정의하면서 상기 하우징의 상부를 지지하고, 상기 광학 필터를 지지하는 밀봉재(encapsulant);
    를 포함하는, 이미지 센서 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    내부에 복수의 렌즈가 구비되고 상기 하우징의 상부에 결합되는 렌즈 홀더;
    를 더 포함하는, 이미지 센서 모듈.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 하우징의 폭은 상기 렌즈 홀더의 폭보다 크며,
    상기 밀봉재의 폭은 상기 렌즈 홀더의 폭보다 같거나 작은, 이미지 센서 모듈.
  17. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판 하면에 부착된 스티프너를 더 포함하고,
    상기 기판은 관통공을 갖고,
    상기 이미지 센서 칩은 상기 스티프너의 상면에 부착되어 상기 관통공 내에 위치되는, 이미지 센서 모듈.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 칩과 상기 관통공 사이의 간격에는 상기 밀봉재가 채워진, 이미지 센서 모듈.
  19. 제 14 항에 있어서,
    상기 밀봉재는,
    상기 하우징의 상부를 지지하도록 돌출된 돌출부, 및
    상기 광학 필터를 지지하도록 오목한 단차부
    를 포함하는, 이미지 센서 모듈.
  20. 외부로부터 수집된 광을 전기 신호로 전환하는 이미지 센서 칩;
    상기 이미지 센서 칩이 설치되는 기판;
    상기 이미지 센서 칩과 상기 기판을 전기적으로 연결하는 본딩 와이어;
    상기 이미지 센서 칩의 측면부를 둘러싸고 상기 기판 상면의 일부 영역을 덮으면서 상기 본딩 와이어를 밀봉하는 밀봉재(encapsulant);
    상기 이미지 센서 칩의 상부에 상기 이미지 센서 칩과 이격되어 위치되며 상기 밀봉재 위에 지지되는 광학 필터;
    상기 기판 상에 결합되어 상기 밀봉재와 이격되어 상기 밀봉재를 둘러싸는 외벽, 및 상기 기판과 이격되어 상기 외벽에서 내측으로 연장되며 외부의 광을 상기 이미지 센서 칩으로 입사시키는 개구를 갖고 상기 밀봉재의 상면에 지지되는 커버를 포함하는 하우징; 및
    복수의 렌즈를 구비하고 상기 커버 위에 결합되며 상기 밀봉재 보다 크거나 같은 폭을 가지는 렌즈 홀더;
    를 포함하는, 이미지 센서 모듈.
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