KR20240116271A - 이미지 센서 패키지 - Google Patents

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Abstract

일 실시예의 이미지 센서 패키지는, 중심부의 센싱 영역 및 상기 센싱 영역을 둘러싸는 외곽 영역을 가지는 이미지 센서 칩; 상기 이미지 센서 칩 위에 이격되어 상기 이미지 센서 칩을 덮는 투명 기판; 상기 이미지 센서 칩과 상기 투명 기판 사이에 배치되며, 상기 외곽 영역의 상면에 구비된 접합 구조물; 및 상기 이미지 센서 칩이 실장되고 상기 이미지 센서 칩과 전기적으로 연결된 패키지 기판;을 포함하고, 상기 이미지 센서 칩은, 평면상에서, 상기 센싱 영역의 가장자리를 둘러싸며, 둘레를 따라 상기 접합 구조물을 향하여 돌출된 패턴을 갖는 광흡수층을 포함한다.

Description

이미지 센서 패키지 {IMAGE SENSOR PACKAGE}
본 개시는 이미지 센서 칩을 포함하는 이미지 센서 패키지에 관한 것이다.
이미지 센서 칩은 광학 영상의 강약과 색채를 감지하여 디지털 영상 데이터로 변환해주고, 영상 이미지를 저장, 전송 및 재생할 수 있게 하는 전자 부품이다. 이미지 센서 칩은 디지털 카메라, 스마트폰, 자동차, 보안 장치, 로봇 등의 핵심 부품으로 잘 알려져 있다.
이미지 센서 칩을 보호하고, 외부 물질이 이미지 센서 칩의 이미지 영역에 침투하는 것을 방지하며, 이미지 센서 칩과 기판 간에 전원 공급 및 신호 출력이 가능하도록, 이미지 센서 칩은 이미지 센서 패키지의 형태로 디바이스에 장착된다.
한편, 이미지 센서 칩은 광이 반사되어 이미지 센서로 입사하게 되면, 실제 존재하지 않은 원형의 테두리나, 광의 번짐, 및 광의 점이 이미지에 포함되는 고스트 현상 또는 플레어(flare) 현상이 발생할 수 있다.
이에 따라, 이미지 센서 칩의 외곽 부위에 반사광을 방지하기 위한 광흡수층을 형성하여 플레어를 방지하고 있다. 그러나, 이미지 센서 칩을 패키지 형태로 조립할 때, 이미지 센서 칩의 광흡수층과 접합 구조물(예를 들어, 접착 물질)간의 중첩이 발생될 수 있다.
광흡수층과 접합 구조물이 중첩될 경우, 물질 간의 열팽창계수(CTE: Coefficient of Thermal Expansion)의 차이로 인하여, 응력이 발생될 수 있고, 접합 구조물에 접촉하는 이미지 센서 칩의 레이어(layer)가 박리되는 문제가 발생할 수 있다.
일 측면은, 플레어를 방지하고 이미지 센서 칩의 표면층의 박리를 방지할 수 있는 이미지 센서 패키지를 제공하고자 한다.
일 실시예의 이미지 센서 패키지는, 중심부의 센싱 영역 및 상기 센싱 영역을 둘러싸는 외곽 영역을 가지는 이미지 센서 칩; 상기 이미지 센서 칩 위에 이격되어 상기 이미지 센서 칩을 덮는 투명 기판; 상기 이미지 센서 칩과 상기 투명 기판 사이에 배치되며, 상기 외곽 영역의 상면에 구비된 접합 구조물; 및 상기 이미지 센서 칩이 실장되고 상기 이미지 센서 칩과 전기적으로 연결된 패키지 기판;을 포함하고, 상기 이미지 센서 칩은, 평면상에서, 상기 센싱 영역의 가장자리를 둘러싸며, 둘레를 따라 상기 접합 구조물을 향하여 돌출된 패턴을 갖는 광흡수층을 포함한다.
평면상에서, 상기 패턴의 외곽 방향 끝단은 상기 접합 구조물과 중첩될 수 있다.
평면상에서, 상기 패턴의 외곽 방향 끝단은 상기 접합 구조물과 이격될 수 있다.
상기 외곽 영역의 상면에는 칩 패드가 마련되고, 상기 패키지 기판에는 기판 패드가 마련되며, 상기 칩 패드와 상기 기판 패드가 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 접합 구조물은, 상기 투명 기판과 상기 이미지 센서 칩을 서로 접합시키는 접착층을 포함할 수 있다.
상기 접합 구조물은, 상기 투명 기판의 하면 둘레를 따라 연장되는 링 형태의 스페이서를 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서 칩은, 상기 패키지 기판 상에 위치되고, 상기 칩 패드와 상기 기판 패드를 연결하는 도전성 와이어를 통해 상기 패키지 기판과 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 패키지 기판의 상면에 배치되어, 상기 이미지 센서 칩의 측면, 상기 투명 기판의 측면, 상기 접착층, 및 상기 도전성 와이어를 밀봉하는(encapsulating) 밀봉재(encapsulant)를 더 포함할 수 있다.
상기 패키지 기판의 하면에 배치되고, 상기 기판 패드와 전기적으로 연결되는 외부 연결 단자를 더 포함할 수 있다.
상기 접착층은, 평면상에서, 상기 외곽 영역의 가장자리를 따라 연속적으로 연장될 수 있다.
상기 패키지 기판은, 상기 센싱 영역이 노출되도록 개구부가 마련되고 상기 이미지 센서 칩의 상면 가장자리와 측면을 둘러싸는 연결 기판, 및 상기 연결 기판과 전기적으로 연결되고 상기 연결 기판과 결합되며 상기 이미지 센서 칩의 하면을 지지하는 베이스 기판을 포함하고, 상기 투명 기판은 상기 연결 기판 위에 부착될 수 있다.
상기 연결 기판의 하부에는 상기 이미지 센서 칩이 삽입될 수 있도록 상기 개구부가 확장된 확장 개구부가 마련되고, 상기 기판 패드는 상기 연결 기판의 하면에 마련되어, 상기 칩 패드와 마주볼 수 있다.
상기 접합 구조물은, 상기 칩 패드와 상기 기판 패드 사이를 연결하는 범프, 및 상기 이미지 센서 칩과 상기 연결 기판 사이의 공간을 채워서 상기 범프를 밀봉하는(encapsulating) 밀봉재(encapsulant)를 포함할 수 있다.
상기 연결 기판은 상기 기판 패드와 상기 베이스 기판을 전기적으로 연결하는 도전성 라인을 포함할 수 있다.
일 실시예의 이미지 센서 패키지는, 상면에 마이크로 렌즈 어레이가 마련된 센싱 영역 및 상기 센싱 영역을 둘러싸고 칩 패드가 마련된 외곽 영역을 가지는 이미지 센서 칩; 상기 이미지 센서 칩 위에 이격되어 상기 이미지 센서 칩을 덮는 투명 기판; 상기 이미지 센서 칩과 상기 투명 기판 사이에 배치되며, 상기 외곽 영역의 상면에 구비된 접합 구조물; 일면 상에 기판 패드가 마련되며 상기 이미지 센서 칩이 실장되어 상기 이미지 센서 칩과 전기적으로 연결된 패키지 기판; 및 상기 칩 패드와 상기 기판 패드를 연결하는 도전성 본딩 부재;를 포함하고, 상기 이미지 센서 칩은, 평면상에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 둘러싸며, 둘레를 따라 상기 접합 구조물을 향하여 돌출된 패턴을 갖는 광흡수층을 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서 칩은, 단면상에서, 반도체층, 및 상기 반도체층 위의 패시베이션층을 더 포함하고, 상기 광흡수층은 상기 반도체층과 상기 패시베이션층 사이에 위치할 수 있다.
상기 패턴은, 평면상에서 다각 형태 또는 호 형태의 돌출부가 반복되는 형태를 가질 수 있다.
상기 패턴은, 평면상에서 일 꼭지점이 상기 접합 구조물을 향하는 삼각형이 연속적으로 반복되는 형태를 가질 수 있다.
상기 삼각형은 상기 일 꼭지점을 정의하는 두 변이 볼록 또는 오목한 형태일 수 있다.
일 실시예의 이미지 센서 패키지는, 상면에 마이크로 렌즈 어레이가 마련된 센싱 영역 및 상기 센싱 영역을 둘러싸고 칩 패드가 마련된 외곽 영역을 가지는 이미지 센서 칩; 상기 이미지 센서 칩 위에 이격되어 상기 이미지 센서 칩을 덮는 투명 기판; 상기 이미지 센서 칩과 상기 투명 기판 사이에 배치되며, 상기 외곽 영역의 상면에 구비된 접합 구조물; 일면 상에 기판 패드가 마련되며 상기 이미지 센서 칩이 실장되어 상기 이미지 센서 칩과 전기적으로 연결된 패키지 기판; 상기 칩 패드와 상기 기판 패드를 연결하는 도전성 본딩 부재; 및 상기 패키지 기판에 마련되고, 상기 기판 패드와 전기적으로 연결되며 외부로 돌출된 외부 연결 단자;를 포함하고, 상기 이미지 센서 칩은, 평면상에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 둘러싸며, 둘레를 따라 상기 접합 구조물을 향하여 돌출된 톱니 형태 또는 빗살 형태의 패턴을 갖는 광흡수층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 특정 패턴을 갖는 광흡수층을 형성함으로써, 플레어에 의한 노이즈를 개선시키면서, 접합 구조물로 인한 이미지 센서 칩의 표면층의 박리 현상을 방지할 수 있다.
도 1은 일 실시예의 이미지 센서 패키지를 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에서 C부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 3은 도 1에서 A-A 방향의 단면도이다.
도 4는 다른 실시예의 이미지 센서 패키지를 도시한 단면도이다.
도 5는 도 3의 B부분을 확대하여 도시한 도면이다.
도 6 내지 도 11은 도 3의 B부분의 다양한 형태를 확대하여 도시한 도면이다.
도 12는 또 다른 실시예의 이미지 센서 패키지를 도시한 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 개시의 실시예에 대하여 본 개시가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 개시는 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 본 개시를 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 개시가 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 다양한 실시예의 이미지 센서 패키지를 설명한다.
도 1은 일 실시예의 이미지 센서 패키지를 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에서 C부분을 확대하여 도시한 도면이며, 도 3은 도 1에서 A-A 방향의 단면도이다. 이해의 편의를 위해, 도 1은 수직으로 자른 단면을 도시하였고, 도 3에서는 일부 구성(예를 들어, 밀봉재(50))를 생략하고 도시하였다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 일 실시예의 이미지 센서 패키지(100)는 이미지 센서 칩(10), 투명 기판(30), 접합 구조물(BS), 및 패키지 기판(20)을 포함한다.
일 실시예에 따르면, 이미지 센서 칩(10)은 최적화된 패턴을 갖는 광흡수층(40)을 포함함으로써, 플레어(flare)에 의한 노이즈를 개선시키면서, 접합 구조물(BS)로 인한 이미지 센서 칩(10)의 표면층(예를 들어, 패시베이션층)의 박리 현상을 방지할 수 있다. 관련한 상세 설명은 해당 부분에서 설명한다.
이미지 센서 칩(10)은 외부로부터 수집된 광을 전기 신호로 전환하는 반도체 소자로서, CMOS 이미지 센서(CIS: CMOS image sensor)를 포함할 수 있다.
이미지 센서 칩(10)은 서로 대향되는 상면과 하면을 가지며, 중심부의 센싱 영역(SA) 및 센싱 영역(SA)을 둘러싸는 외곽 영역(EA)을 포함할 수 있다.
이미지 센서 칩(10)의 센싱 영역(SA)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(SA)의 복수의 단위 픽셀 상에는 차례로 컬러 필터 어레이(미도시), 및 마이크로 렌즈 어레이(MLA)가 마련될 수 있다.
컬러 필터 어레이는 복수의 컬러 필터들을 포함할 수 있다. 복수의 컬러 필터는 예를 들면, R(red) 필터, B(blue) 필터 및 G(green) 필터를 포함할 수 있다. 또는, 복수의 컬러 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 컬러 필터가 배치될 수 있다. 복수의 단위 픽셀은 각각 분리된 입사광의 성분을 감지하여 하나의 색을 인식할 수 있다.
마이크로 렌즈 어레이(MLA)는 복수의 반구형 마이크로 렌즈들을 포함할 수 있다. 복수의 마이크로 렌즈는 센싱 영역(SA)으로 입사되는 광을 복수의 단위 픽셀에 집광시킬 수 있다.
이미지 센서 칩(10)의 외곽 영역(EA)은 센싱 영역(SA)의 주변에 있는 영역으로서, 이미지 센서 칩(10)의 가장자리 영역일 수 있다. 외곽 영역(EA)의 상면에는 복수의 칩 패드(15)가 구비될 수 있다.
칩 패드(15)는 센싱 영역(SA) 내의 복수의 단위 픽셀과 전기적으로 연결될 수 있다. 칩 패드(15)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.
도 3을 참조하면, 칩 패드(15)는 이미지 센서 칩(10)의 상면에서 외곽 영역(EA)을 따라 배열될 수 있으며, 이미지 센서 칩(10)의 상면으로 노출되도록 형성될 수 있다.
이미지 센서 칩(10)은 광흡수층(40)을 포함한다. 광흡수층(40)은 이미지 센서 칩(10)의 측면 등을 통해 입사되는 빛을 차단하여 이미지가 왜곡되는 것을 방지하기 위한 부분이다.
도 2를 참조하면, 이미지 센서 칩(10)은 수직 방향의 단면상에서 실리콘 등을 포함하는 반도체층(11) 및 최상면의 패시베이션층(12)을 포함한다. 전술한 광흡수층(40)은 반도체층(11)과 패시베이션층(12)의 사이에 위치할 수 있다. 예를 들어, 광흡수층(40)은 전술한 컬러 필터 어레이와 같은 레벨에 위치할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광흡수층(40)은 평면상에서 센싱 영역(SA), 예를 들어, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)의 가장자리를 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하면, 전체적으로 링 형태를 가질 수 있다.
광흡수층(40)은 컬러 필터들과 동일한 물질인 잉크 조성물을 포함할 수 있다. 잉크 조성물은 저분자, 고분자, 또는 유기 물질을 포함할 수 있으며, 예를 들어, 광흡수층(40)은 검은색 안료를 포함하는 감광성 물질을 포함할 수 있다.
광흡수층(40)은 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 광흡수층(40)은 플레어를 방지하면서, 패시베이션층(12)의 박리를 방지하기 위하여, 평면상에서 후술할 접합 구조물(BS)을 향하여 돌출된 패턴을 가질 수 있다. 즉, 광흡수층(40)은 평면상에서 마이크로 렌즈 어레이(MLA)와 접합 구조물(BS) 사이의 공간에 위치할 수 있다. 이 때, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)와 접합 구조물(BS) 사이의 공간을 최대한 커버하면서 광흡수층(40)과 중첩되는 영역을 최소할 수 있도록, 접합 구조물(BS)을 향하여 돌출된 패턴을 가질 수 있다. 광흡수층(40)의 패턴에 대한 상세한 구성은 후술한다.
투명 기판(30)은 광을 통과시키는 부분으로, 아크릴과 같은 투명 고분자 물질, 또는 유리(glass)로 이루어질 수 있다.
투명 기판(30)은 이미지 센서 칩(10) 위에 이격되어 배치되고, 이미지 센서 칩(10)을 덮을 수 있다. 예를 들어, 투명 기판(30)의 하면은 이미지 센서 칩(10)의 상면과 평행할 수 있고, 이미지 센서 칩(10)과 실질적으로 동일한 폭과 너비를 가질 수 있다. 또는 이미지 센서 칩(10)보다 크거나 작은 폭과 너비를 가질 수 있다.
투명 기판(30)은 특정 파장 대역의 광을 통과시키거나 차단시킬 수 있는 광학 필터를 포함할 수 있다, 예를 들어, 투명 기판(30)은 적외선 또는 근적외선을 필터링하는 IR 필터를 포함할 수 있다.
접합 구조물(BS)은 이미지 센서 칩(10) 위에 다른 부품을 접합하기 위한 부분으로, 이미지 센서 칩(10)과 투명 기판(30) 사이에 배치될 수 있다.
접합 구조물(BS)은 이미지 센서 칩(10)의 외곽 영역(EA)의 상면에 구비될 수 있다. 예를 들어, 접합 구조물(BS)은 이미지 센서 칩(10)의 외곽 영역(EA)의 상면을 따라 고리 형태를 가질 수 있다. 접합 구조물(BS)에 의해, 이미지 센서 칩(10)과 투명 기판(30) 사이에 이격 공간(G)이 형성될 수 있으며, 이격 공간(G) 내에 외부의 습기나 오염 물질의 유입이 방지될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도 1에 도시된 바와 같이, 접합 구조물(BS)은 접합층(60)을 포함할 수 있다.
접합층(60)은 투명 기판(30)과 이미지 센서 칩(10) 사이에서, 이미지 센서 칩(10)의 외곽 영역(EA)의 상면을 따라 고리 형태로 배치되어, 투명 기판(30)과 이미지 센서 칩(10)을 서로 접합시킬 수 있다.
접합층(60)은 접착제(glue)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 에폭시 수지 또는 기타 접착 물질들을 포함할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 접합층(60)은 UV 경화성(UV curable)을 가질 수 있다. 즉, 이미지 센서 칩(10)의 외곽 영역(EA)의 상면을 따라 접합층(60)을 고리 형태로 도포한 후, UV 조사에 의해 경화시킴으로써, 접합층(60)을 통해 이미지 센서 칩(10) 위에 투명 기판(30)을 접합시킬 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 열 또는 압력에 의하여 형상이 유동적으로 변하는 성질을 가질 수도 있다.
패키지 기판(20)은 이미지 센서 칩(10)을 지지하는 부분으로, 이미지 센서 칩(10)이 실장되어, 이미지 센서 칩(10)과 전기적으로 연결될 수 있다.
도 1을 참조하면, 일 실시예의 패키지 기판(20)은 이미지 센서 칩(10)의 하면을 지지하며, 이미지 센서 칩(10)과 나란하게 배열될 수 있다. 예를 들어, 패키지 기판(20)은 인쇄회로기판(PCB: Printed Circuit Board)를 포함할 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 패키지 기판(20)은 CLCC(Ceramic Leadless Chip Carrier) 및 PLCC(Plastic Leaded Chip Carrier)를 포함할 수 있다. 또는, 패키지 기판(20)은 복수의 재배선 비아들, 복수의 재배선 라인들, 및 절연층으로 이루어진 재배선층(Redistribution Layer)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 패키지 기판(20)은 이미지 센서 칩(10) 보다 큰 폭과 큰 너비를 가질 수 있다. 패키지 기판(20)의 상면에는 기판 패드(25)가 마련될 수 있다.
패키지 기판(20)은 도전성 본딩 부재(70)를 통해 이미지 센서 칩(10)과 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 도전성 본딩 부재(70)는 도전성 와이어를 포함할 수 있다. 도 1 및 도 3을 참조하면, 도전성 본딩 부재(70)는 칩 패드(15)와 기판 패드(25)를 연결할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서 칩(10)은 패키지 기판(20) 상에 위치되고, 칩 패드(15)와 기판 패드(25)를 연결하는 도전성 와이어를 통해 패키지 기판(20)과 전기적으로 연결될 수 있다.
패키지 기판(20)의 하면에는, 이미지 센서 패키지(100)를 외부의 기판과 물리적 및 전기적으로 연결하기 위한, 외부 연결 단자(90)가 구비될 수 있다. 외부 연결 단자(90)는 패키지 기판(20) 내부에 마련된 전기적인 배선을 통해 기판 패드(25)와 전기적으로 연결될 수 있다. 예를 들어, 외부 연결 단자(90)는 패키지 기판(20)의 하면에 마련된 도전성 패드와 연결될 수 있다. 외부 연결 단자(90)는 솔더(solder)를 포함할 수 있으며, 예를 들어, 솔더 볼을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 패키지 기판(20)의 상면에는 밀봉재(50, encapsulant)가 배치될 수 있다. 밀봉재(50)는 패키지 기판(20)의 상면에서, 이미지 센서 칩(10)의 측면, 투명 기판(30)의 측면, 접착층(60), 및 도전성 본딩 부재(70, 도전성 와이어)를 밀봉(encapsulating)할 수 있다.
밀봉재(50)는 몰딩 컴파운드, 몰딩 언더필, 에폭시 및/또는 수지를 포함할 수 있으며, 예를 들어, EMC(Epoxy Molding Compounds)일 수 있다.
밀봉재(50)는 투명 기판(30)이 노출될 수 있도록 투명 기판(30)의 측면을 밀봉하면서, 패키지 기판(20)의 상면을 덮을 수 있다. 밀봉재(50)는 투명 기판(30)과 동일한 높이의 편평한 상면을 갖는 형태일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 상면이 경사진 형태를 가질 수도 있고(도 4 참조), 상면이 곡면을 이룰 수도 있다.
한편, 밀봉재(50) 뿐만 아니라, 전술한 접합 구조물(BS)도 변형된 형태를 가질 수 있는데, 이하 도면을 통해 설명한다.
도 4는 다른 실시예의 이미지 센서 패키지를 도시한 단면도이다. 도 4는 앞서 설명한 도 1에 도시된 실시예와 비교할 때, 밀봉재(50)의 형태와 접합 구조물(BS)에서 차이가 있으며, 나머지는 모두 동일하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 일 실시예에 따르면, 접합 구조물(BS)은 전술한 접합층(60)을 포함할 뿐만 아니라, 스페이서(65)를 더 포함할 수 있다.
스페이서(65)는 이미지 센서 칩(10)과 투명 기판(30) 사이에 배치되며, 평면상에서 이미지 센서 칩(10)의 외곽 영역(EA)에 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 4를 참조하면, 스페이서(65)는 투명 기판(30)과 접할 수 있다. 즉, 스페이서(65)는 투명 기판(30)의 하면 둘레를 따라 연장되는 링 형태를 가질 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 스페이서(65)는 접합층(60) 위에 배치될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 스페이서(65)는 접합층(60)에 둘러싸이는 형태를 가질 수도 있다.
스페이서(65)는 이미지 센서 칩(10)과 투명 기판(30) 사이를 이격시킬 수 있으므로, 앞서 설명한 도 1의 형태보다, 이미지 센서 칩(10)과 투명 기판(30) 사이에 보다 충분한 이격 공간을 형성할 수 있다.
스페이서(65)는 절연성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 스페이서(65)는 폴리이미드, 포토레지스트, 드라이 필름 포토레지스트(Dry Film photo-Resist, DFR) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
한편, 전술한 바와 같이, 이미지 센서 칩(10)은 평면상에서 접합 구조물(BS)을 향해 돌출된 패턴을 갖는 광흡수층(40)을 포함한다. 이하, 광흡수층(40)의 패턴을 상세히 설명한다.
도 5는 도 3의 B부분을 확대하여 도시한 도면이고, 도 6 내지 도 11은 도 3의 B부분의 다양한 형태를 확대하여 도시한 도면이다. 도 5 내지 도 11에서는 이해의 편의를 위해, 접합 구조물(BS)에 접합층(60)이 포함된 실시예를 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 도 4 또는 도 12에 도시된 실시예의 경우, 접합층(60) 대신 다른 구성이 해당될 수 있다. 다만, 이하, 설명에서는 접합 구조물(BS)에 접합층(60)이 포함된 실시예를 예시로 설명한다.
도 5를 참조하면, 평면상에서, 광흡수층(40)은 접합층(60)(또는 접합 구조물, 이하 설명에서도 동일함)을 향하여 돌출된 패턴(PTN)을 포함할 수 있다. 이를 통해, 플레어를 방지하면서, 패시베이션층(12)의 박리를 방지할 수 있다.
보다 상세히 설명하면, 도 5에서, 광흡수층(40)이 패턴(PTN)이 없이 마이크로 렌즈 어레이(MLA)와 접합층(60) 사이의 공간의 일부 만을 커버할 경우, 광이 반사되어 이미지 센서로 입사하게 되면, 실제 존재하지 않은 원형의 테두리나, 광의 번짐, 및 광의 점이 이미지에 포함되는 고스트 현상 또는 플레어 현상이 발생할 수 있다.
이와 달리, 광흡수층(40)이 패턴(PTN)이 없이 마이크로 렌즈 어레이(MLA)와 접합층(60) 사이의 공간 전체를 커버하도록 광흡수층(40)을 크게 형성할 경우, 제조 공정에서 광흡수층(40)의 일부 영역이 접합층(60)과 중첩될 수 있다. 이 때, 서로 다른 물질로 이루어진 접합층(60), 광흡수층(40), 반도체층(11) 간의 열팽창계수(CTE: Coefficient of Thermal Expansion)의 차이로 인하여, 패시베이션층(12)에 응력이 발생된다. 이에 따라, 패시베이션층(12)이 박리되는 현상이 발생될 수 있다.
따라서, 광흡수층(40)은 접합층(60)과 중첩되는 영역을 최소화하면서도, 마이크로 렌즈 어레이(MLA)와 접합층(60) 사이의 공간을 최대한 커버할 수 있도록 형성되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 일 실시예의 광흡수층(40)은 접합층(60)을 향하여 돌출된 패턴(PTN)을 포함하는 형태를 가질 수 있다. 즉, 광흡수층(40)의 돌출된 패턴(PTN)으로 인해, 광흡수층(40)이 접합층(60)과 중첩되는 영역을 최소화하면서, 광흡수층(40)을 통해 마이크로 렌즈 어레이(MLA)와 접합층(60) 사이의 공간을 최대한 커버할 수 있다. 이하, 광흡수층(40)의 다양한 형태의 패턴(PTN)을 설명한다.
광흡수층(40)은 마이크로 렌즈 어레이(MLA)의 가장자리를 둘러싸는 형태를 가질 수 있는데, 접합층(60)을 향하는 외곽측에는 돌출 패턴(PTN)이 연속적으로 형성될 수 있다. 전술하였듯이, 광흡수층(40)은 포토리소그래피 공정을 통해 형성될 수 있는데, 마스크를 이용하여 돌출된 패턴(PTN)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 광흡수층(40)은 톱니 형태의 패턴(PTN)을 가질 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 평면상에서, 광흡수층(40)의 패턴(PTN)은, 일 꼭지점이 접합층(60)을 향하는 삼각형이 연속적으로 반복되는 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 평면상에서, 광흡수층(40)의 패턴(PTN)의 외곽 방향 끝단은 접합층(60)과 이격될 수 있다(도 6 참조). 또는 일 실시예에 따르면, 평면상에서, 광흡수층(40)의 패턴(PTN)의 외곽 방향 끝단은 접합층(60)과 중첩될 수 있다(도 7 참조). 다만, 중첩되는 범위는 패턴(PTN)의 외곽 방향 끝단의 일부일 수 있으며, 예를 들어, 패턴(PTN) 높이의 50% 미만일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 평면상에서, 광흡수층(40)의 패턴(PTN)은 일 꼭지점이 접합층(60)을 향하는 삼각형이 연속적으로 반복되는 형태를 가질 수 있으며, 이 때, 전술한 일 꼭지점을 정의하는 두 변이 볼록한 형태 또는 오목한 형태를 가질 수 있다(도 8 및 도 9 참조).
일 실시예에 따르면, 평면상에서, 광흡수층(40)의 패턴(PTN)은 빗살 형태를 가질 수 있다(도 10 참조). 예를 들어, 광흡수층(40)의 패턴(PTN)은 다각 형태의 돌출부가 반복되는 형태를 가질 수 있다. 또는 일 실시예에 따르면, 평면상에서, 광흡수층(40)의 패턴(PTN)은 호 형태 또는 타원호 형태의 돌출부가 반복되는 형태를 가질 수 있다(도 11 참조).
이상, 이미지 센서 칩(10)이 전도성 와이어를 통해 패키지 기판(20)과 연결되는 와이어 본딩 방식의 실시예를 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이미지 센서 칩(10)이 플립칩(flip chip) 방식으로 패키지 기판(20)과 연결될 수 있다. 이하, 이미지 센서 칩(10)이 플립칩 방식으로 패키지 기판(20)과 연결된 이미지 센서 패키지의 다른 실시예를 설명한다.
도 12는 또 다른 실시예의 이미지 센서 패키지를 도시한 단면도이다. 즉, 도 12는 이미지 센서 칩(10)이 플립칩 방식으로 패키지 기판(20)과 연결된 일 실시예의 이미지 센서 패키지(200)를 도시하였다. 앞서 설명한 실시예의 이미지 센서 패키지(100)와 동일한 내용은 설명을 생략하고, 다른 내용만을 설명한다.
도 12를 참조하면, 패키지 기판(20)은 연결 기판(21) 및 베이스 기판(22)을 포함할 수 있다.
연결 기판(21)은 이미지 센서 칩(10)의 센싱 영역(SA)이 노출되도록 개구부가 마련되고, 이미지 센서 칩(10)의 상면 가장자리와 측면을 둘러싸는 형태를 가질 수 있다. 연결 기판(21)의 하부에는 이미지 센서 칩(10)이 삽입될 수 있도록 개구부가 확장된 확장 개구부가 마련될 수 있다. 또는 연결 기판(21)은 2단의 캐비티(cavity)가 형성된 형태를 가질 수 있다. 연결 기판(21)은 세라믹 소재로 제작된 인쇄 회로 기판(PCB)을 포함할 수 있다.
투명 기판(30)은 연결 기판(21) 위에 제 1 접착 부재(32)를 통해 부착될 수 있다.
기판 패드(25)는 연결 기판(21)의 하면에 마련될 수 있다. 예를 들어, 기판 패드(25)는 이미지 센서 칩(10)의 칩 패드(15)와 마주보게 배치될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 칩 패드(15)와 기판 패드(25) 사이를 연결하는 도전성 본딩 부재(75)는 범프를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도전성 본딩 부재(75)는 Au-Au 본딩에 의해 형성된 Au 범프를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 도전성 본딩 부재(75)는 밀봉재(55)에 의해 밀봉될 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 도전성 본딩 부재(75), 그리고 이미지 센서 칩(10)과 연결 기판(21) 사이의 공간은 밀봉재(55)로 채워질 수 있다. 예를 들어, 밀봉재(55)는 언더필을 포함할 수 있다.
한편, 본 실시예에서 접합 구조물(BS)은 전술한 도전성 본딩 부재(75), 및 이미지 센서 칩(10)과 연결 기판(21) 사이의 공간을 채우는 밀봉재(55)를 포함할 수 있다.
전술한 연결 기판(21)은 베이스 기판(22)과 전기적 및 물리적으로 결합될 수 있다. 일 실시예에 따르면, 연결 기판(21)은 기판 패드(25)와 베이스 기판(22)을 전기적으로 연결하는 도전성 라인(80)을 포함할 수 있다.
베이스 기판(22)은 이미지 센서 칩(10)의 하면을 지지할 수 있다. 예를 들어, 이미지 센서 칩(10)은 제 2 접착 부재(12)를 통해 베이스 기판(22)에 고정될 수 있다.
도시되지 않았지만, 베이스 기판(22)의 내부에는 전술한 도전성 라인(80)과 전기적으로 연결되는 배선 라인(미도시)을 포함할 수 있다. 이 때, 배선 라인은 외부 접속 단자(90)와 전기적으로 연결될 수 있다.
이상을 통해 본 개시의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 개시가 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 개시의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10 이미지 센서 칩
20 패키지 기판
30 투명 기판
40 광흡수층
50, 55 밀봉재
60 접착층
70, 75 도전성 본딩 부재
80 도전성 라인
90 외부 연결 단자

Claims (20)

  1. 중심부의 센싱 영역 및 상기 센싱 영역을 둘러싸는 외곽 영역을 가지는 이미지 센서 칩;
    상기 이미지 센서 칩 위에 이격되어 상기 이미지 센서 칩을 덮는 투명 기판;
    상기 이미지 센서 칩과 상기 투명 기판 사이에 배치되며, 상기 외곽 영역의 상면에 구비된 접합 구조물; 및
    상기 이미지 센서 칩이 실장되고 상기 이미지 센서 칩과 전기적으로 연결된 패키지 기판;
    을 포함하고,
    상기 이미지 센서 칩은
    평면상에서, 상기 센싱 영역의 가장자리를 둘러싸며, 둘레를 따라 상기 접합 구조물을 향하여 돌출된 패턴을 갖는 광흡수층을 포함하는, 이미지 센서 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    평면상에서, 상기 패턴의 외곽 방향 끝단은 상기 접합 구조물과 중첩되는, 이미지 센서 패키지.
  3. 제 1 항에 있어서,
    평면상에서, 상기 패턴의 외곽 방향 끝단은 상기 접합 구조물과 이격되는, 이미지 센서 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외곽 영역의 상면에는 칩 패드가 마련되고,
    상기 패키지 기판에는 기판 패드가 마련되며,
    상기 칩 패드와 상기 기판 패드가 서로 전기적으로 연결되는, 이미지 센서 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 접합 구조물은
    상기 투명 기판과 상기 이미지 센서 칩을 서로 접합시키는 접착층을 포함하는, 이미지 센서 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 접합 구조물은
    상기 투명 기판의 하면 둘레를 따라 연장되는 링 형태의 스페이서를 더 포함하는, 이미지 센서 패키지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 칩은,
    상기 패키지 기판 상에 위치되고, 상기 칩 패드와 상기 기판 패드를 연결하는 도전성 와이어를 통해 상기 패키지 기판과 전기적으로 연결되는, 이미지 센서 패키지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 패키지 기판의 상면에 배치되어, 상기 이미지 센서 칩의 측면, 상기 투명 기판의 측면, 상기 접착층, 및 상기 도전성 와이어를 밀봉하는(encapsulating) 밀봉재(encapsulant)를 더 포함하는, 이미지 센서 패키지.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 패키지 기판의 하면에 배치되고, 상기 기판 패드와 전기적으로 연결되는 외부 연결 단자를 더 포함하는, 이미지 센서 패키지.
  10. 제 5 항에 있어서,
    상기 접착층은
    평면상에서, 상기 외곽 영역의 가장자리를 따라 연속적으로 연장된, 이미지 센서 패키지.
  11. 제 4 항에 있어서,
    상기 패키지 기판은,
    상기 센싱 영역이 노출되도록 개구부가 마련되고 상기 이미지 센서 칩의 상면 가장자리와 측면을 둘러싸는 연결 기판, 및
    상기 연결 기판과 전기적으로 연결되고 상기 연결 기판과 결합되며 상기 이미지 센서 칩의 하면을 지지하는 베이스 기판을 포함하고,
    상기 투명 기판은 상기 연결 기판 위에 부착되는, 이미지 센서 패키지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 연결 기판의 하부에는 상기 이미지 센서 칩이 삽입될 수 있도록 상기 개구부가 확장된 확장 개구부가 마련되고,
    상기 기판 패드는 상기 연결 기판의 하면에 마련되어, 상기 칩 패드와 마주보는, 이미지 센서 패키지.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 접합 구조물은
    상기 칩 패드와 상기 기판 패드 사이를 연결하는 범프, 및
    상기 이미지 센서 칩과 상기 연결 기판 사이의 공간을 채워서 상기 범프를 밀봉하는(encapsulating) 밀봉재(encapsulant)를 포함하는, 이미지 센서 패키지.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 연결 기판은 상기 기판 패드와 상기 베이스 기판을 전기적으로 연결하는 도전성 라인을 포함하는, 이미지 센서 패키지.
  15. 상면에 마이크로 렌즈 어레이가 마련된 센싱 영역 및 상기 센싱 영역을 둘러싸고 칩 패드가 마련된 외곽 영역을 가지는 이미지 센서 칩;
    상기 이미지 센서 칩 위에 이격되어 상기 이미지 센서 칩을 덮는 투명 기판;
    상기 이미지 센서 칩과 상기 투명 기판 사이에 배치되며, 상기 외곽 영역의 상면에 구비된 접합 구조물;
    일면 상에 기판 패드가 마련되며 상기 이미지 센서 칩이 실장되어 상기 이미지 센서 칩과 전기적으로 연결된 패키지 기판; 및
    상기 칩 패드와 상기 기판 패드를 연결하는 도전성 본딩 부재;
    를 포함하고,
    상기 이미지 센서 칩은
    평면상에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 둘러싸며, 둘레를 따라 상기 접합 구조물을 향하여 돌출된 패턴을 갖는 광흡수층을 포함하는, 이미지 센서 패키지.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 이미지 센서 칩은, 단면상에서, 반도체층, 및 상기 반도체층 위의 패시베이션층을 더 포함하고,
    상기 광흡수층은 상기 반도체층과 상기 패시베이션층 사이에 위치하는, 이미지 센서 패키지.
  17. 제 15 항에 있어서,
    상기 패턴은
    평면상에서 다각 형태 또는 호 형태의 돌출부가 반복되는 형태를 갖는, 이미지 센서 패키지.
  18. 제 15 항에 있어서,
    상기 패턴은
    평면상에서 일 꼭지점이 상기 접합 구조물을 향하는 삼각형이 연속적으로 반복되는 형태를 갖는, 이미지 센서 패키지.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 삼각형은 상기 일 꼭지점을 정의하는 두 변이 볼록 또는 오목한 형태인, 이미지 센서 패키지.
  20. 상면에 마이크로 렌즈 어레이가 마련된 센싱 영역 및 상기 센싱 영역을 둘러싸고 칩 패드가 마련된 외곽 영역을 가지는 이미지 센서 칩;
    상기 이미지 센서 칩 위에 이격되어 상기 이미지 센서 칩을 덮는 투명 기판;
    상기 이미지 센서 칩과 상기 투명 기판 사이에 배치되며, 상기 외곽 영역의 상면에 구비된 접합 구조물;
    일면 상에 기판 패드가 마련되며 상기 이미지 센서 칩이 실장되어 상기 이미지 센서 칩과 전기적으로 연결된 패키지 기판;
    상기 칩 패드와 상기 기판 패드를 연결하는 도전성 본딩 부재; 및
    상기 패키지 기판에 마련되고, 상기 기판 패드와 전기적으로 연결되며 외부로 돌출된 외부 연결 단자;
    를 포함하고,
    상기 이미지 센서 칩은
    평면상에서, 상기 마이크로 렌즈 어레이를 둘러싸며, 둘레를 따라 상기 접합 구조물을 향하여 돌출된 톱니 형태 또는 빗살 형태의 패턴을 갖는 광흡수층을 포함하는, 이미지 센서 패키지.
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