WO2014021483A1 - 카메라 모듈의 제조 방법 - Google Patents

카메라 모듈의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 예를 들어 모바일 기기에 탑재되는 보이스-코일 모터(VCM) 방식의 카메라 모듈을 제조하는 방법으로서, 보이스-코일 모터를 구성하는 구동부, 상기 구동부를 감싸는 하우징 부재를 포함하는 렌즈 액츄에이터를, 기판 상에 이미지 센서가 본딩된 이미지 센서 모듈에 결합하는 단계; 상기 렌즈 액츄에이터가 결합된 이미지 센서 모듈을 리플로우를 통과시켜, 카메라 모듈을 이루는 부품들을 실장하는 단계; 및 상기 리플로우를 통과한 렌즈 액츄에이터를 구성하는 마그네트에 자성을 부여하는 착자 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면 카메라 모듈을 구성하는 부품을 본딩, 연결하기 위한 리플로우 공정을 최소화할 수 있어서 카메라 모듈 제조 공정의 효율성을 도모할 수 있고, VCM 구동부를 이루는 마그네트에 충분한 자력을 부여할 수 있어서 초점 조절 과정에서 충분한 구동력을 얻을 수 있다.

Description

카메라 모듈의 제조 방법
본 발명은 카메라 모듈의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 모바일 기기에 탑재되는 초점 조정이 가능한 카메라 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 경기도의 지원을 받은 과제의 성과물이다(과제고유번호 D111105; 연구관리전문기관 (재)경기과학기술진흥원; 연구사업명 기업개방형 기술개발; 연구과제명 1/3.2“□8.5mm 8메가급 폰카메라용 자동초점 광학계 개발)
정보 통신 기술의 발달에 힘입어 다양한 멀티미디어는 물론이고, 인터넷 검색이 가능한 스마트폰과 같은 모바일 기기는 일상생활의 필수품으로 널리 보급되고 있다. 모바일 기기에 구현되는 다양한 멀티미디어 환경 중에서도 카메라 모듈이 스마트폰을 비롯한 모바일 기기에 탑재되어 피사체에 대한 촬상이 가능하게 되었다.
종래 단순히 피사체에 대한 촬상 기능만을 가졌던, 초점 조절 기능이 없이 모바일 기기에 탑재되었던 카메라 모듈과 달리, 최근 모바일 기기에 탑재되는 카메라 모듈은 피사체에 대한 초점 조절(auto-focusing)이 가능하게 구성되는 게 일반적이다. 피사체에 대한 초점 조절 방식과 관련해서, 압전체 방식을 채택하는 방식도 제안되었지만, 최근 모바일 기기에 탑재되는 카메라 모듈은 소형화, 경량화를 도모하기 위하여 보이스-코일 모터(Voice-coil Motor, VCM) 방식을 채택하는 게 일반적이다.
VCM 방식은 보이스-코일 액츄에이터(Voice-coil Actuator, VCA)라고도 불리는 것으로, 기본적으로 영구자석 형태의 마그네트로부터 발생하는 자력과, 구동 코일로 인가되는 전류 사이의 상호작용을 통하여 피사체에 대한 초점 조절을 구현하는 방식을 말한다. 이러한 VCM 방식의 카메라 모듈에는 피사체로부터의 빛을 통과시키기 위한 다수의 렌즈로 구성되는 렌즈 조립체, 렌즈 조립체를 광축 방향으로 구동시키기 위한 마그네트 및 코일 등의 구동부, 이들 구동부와 렌즈 조립체를 외부로부터 보호하고 배면에 필터가 부착된 하우징 부재로 구성되는 렌즈 액츄에이터에, 렌즈를 통과한 피사체에 대한 이미지를 결상시켜 이를 디지털화된 데이터로 전송하는 화상 소자로서의 이미지 센서 모듈을 결합하여 제작된다.
이때, 일반적으로 이미지 센서 모듈과, 렌즈 액츄에이터는 별개의 공정을 통하여 제작된 뒤에 일체로 제작된다. 즉, VCM 방식의 카메라 모듈을 일체로 제작하는 공정으로는 이미지 센서가 기판 상에 본딩된 이미지 센서 모듈에 대하여 표면 실장 공정을 수행한다. 이미지 센서 모듈을 표면 실장하기 위해서, 이미지 센서가 장착되는 기판에는 솔더링(soldering)에 의해 장착 가능한 표면 실장용 패드가 형성되어 있고, 솔더(solder) 크림이 인쇄된 기판의 상면에 이미지 센서가 예를 들어 와이어 본딩된 이미지 센서 모듈을 리플로우(reflow) 공정을 진행한다.
이어서 리플로우 공정이 완료된 이미지 센서 모듈을, 구동부 및 하우징 부재 등의 다수의 부품이 조립, 결합된 채로 구성되는 렌즈 액츄에이터와 이미지 센서 모듈을 결합하는데, 통상적으로 렌즈 액츄에이터의 외측 및/또는 하단을 구성하는 하우징 부재의 내주면을 통하여 리플로우 공정이 완료된 이미지 센서 모듈을 결합하는 방법을 채택한다. 그런데 이와 같이 렌즈 액츄에이터와, 리플로우 공정이 완료된 이미지 센서 모듈을 안정적으로 접합, 고정시키기 위해서는 별도의 공정이 요구된다. 예를 들어 도전성 접착제를 사용하는 방식을 고려해 볼 수 있지만, 이미지 센서 모듈과 렌즈 액츄에이터의 각종 부품들이 견고하게 결합하지 못한다.
따라서, 이미지 센서 모듈과 렌즈 액츄에이터가 견고하게 접합, 고정되어, 모바일 기기에도 안정적으로 탑재될 수 있는 카메라 모듈을 제작하기 위해서는, 이미지 센서 모듈을 구성하는 부품을 실장하기 위한 첫 번째 리플로우 공정과 별도로, 이미지 센서 모듈과 렌즈 액츄에이터가 연결된 상태에서 다시 리플로우 공정을 통하여 렌즈 액츄에이터를 구성하는 각종 부품들이 안정적으로 실장될 수 있는 방법을 사용하여야 한다. 이처럼 종래 VCM 방식을 채택한 모바일 기기용의 카메라 모듈을 구성하는 다양한 부품들을 안정적으로 접합, 고정하기 위해서는 리플로우 공정을 반복하는 패키징 고정이 수반되기 때문에, 공정이 복잡해질 수밖에 없다. 뿐만 아니라, 구동부를 포함하는 렌즈 액츄에이터가 이미지 센서 모듈과 연결된 상태에서 고온의 리플로우 공정이 진행되는 과정에서 구동력 발휘에 필수적인 마그네트의 자성이 손실 또는 열화될 우려도 존재하였다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 VCM 방식을 채택한 모바일 기기용 카메라 모듈의 제조 공정에서, 부품들의 결합을 위한 리플로우 공정, 납땜 공정 및 접착 공정을 최소화할 수 있는 카메라 모듈을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 VCM 방식의 구동부를 구성하는 마그네트의 자성이 손실 또는 열화되지 않게 구성되는 카메라 모듈을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 최종적으로 제조된 VCM 방식의 카메라 모듈을 구성하는 마그네트가 충분한 자성을 가지도록 함으로써, 피사체에 대한 초점 조절이 원활하게 수행될 수 있는 카메라 모듈을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 갖는 본 발명은 보이스-코일 모터 방식의 카메라 모듈을 제조하는 방법으로서, 보이스-코일 모터를 구성하는 구동부, 상기 구동부를 감싸는 하우징 부재를 포함하는 렌즈 액츄에이터를, 기판 상에 이미지 센서가 본딩된 이미지 센서 모듈에 결합하는 단계; 상기 렌즈 액츄에이터가 결합된 이미지 센서 모듈을 리플로우를 통과시켜, 카메라 모듈을 이루는 부품들을 실장하는 단계; 및 상기 리플로우를 통과한 렌즈 액츄에이터를 구성하는 마그네트에 자성을 부여하는 착자 단계를 포함하는 카메라 모듈의 제조 방법을 제공한다.
일례로, 상기 착자 단계는, 상기 렌즈 액츄에이터에 접근하는 착자 수단을 통하여 수행될 수 있는데, 바람직하게는 상기 착자 단계는, 상기 렌즈 액츄에이터의 광축 방향 상단에서 상기 렌즈 액츄에이터에 접근하여 상기 렌즈 액츄에이터의 상단을 통과하는 착자 수단을 통하여 수행된다.
이러한 착자 단계를 통하여, 상기 마그네트는 광축 방향으로 분극되는 것을 특징으로 한다.
예를 들면, 상기 이미지 센서는 와이어 본딩(chip on board) 방식을 통하여 상기 기판 상에 본딩될 수 있으며, 상기 렌즈 액츄에이터의 중앙으로 렌즈 조립체를 체결하는 단계를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명에서는 이미지 센서 모듈에 대해서만 리플로우 공정을 수행하지 않고, 이미지 센서 모듈과 렌즈 액츄에이터가 장착된 상태에서 1회의 리플로우 공정을 통하여 카메라 모듈의 구성 부품들이 안정적으로 결합, 본딩될 수 있도록 하였다. 이와 같이 리플로우 공정에 수반되는 납땜 공정 및 접착 공정을 최소화할 수 있기 때문에, 카메라 모듈의 작업 공정의 효율성 내지는 경제성을 도모할 수 있다.
아울러, 본 발명에서는 VCM 방식의 주요 구동부의 하나인 마그네트에 자성을 부여하는 착자 공정을 리플로우 공정 이후에 수행함으로써, 리플로우 공정에 의해서 마그네트의 자성이 열화되거나 손실되는 것을 차단할 수 있다. 이에 따라, 마그네트의 자성이 열화되거나 손실되지 않고 충분한 자력을 확보할 수 있기 때문에 피사체에 대한 초점 조절에서 원하는 구동력을 얻을 수 있는 이점을 갖는다.
도 1은 본 발명에 따라 카메라 모듈을 제조하는 공정을 개략적으로 도시한 블록도.
도 2는 본 발명에 따라 카메라 모듈을 구성하는 렌즈 액츄에이터를 조립하는 공정을 일예로서 도시한 블록도.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따라 렌즈 액츄에이터를 구성하는 각각의 모듈 내지는 조립체가 제조된 상태를 일예로 도시한 도면으로, 도 3a는 마그네트 조립체의 저면 사시도, 도 3b는 코일 조립체와 베이스가 결합된 베이스 조립체의 사시도, 도 3c는 마그네트 조립체와 베이스 조립체가 결합된 상태의 사시도, 도 3d는 실드 케이스가 결합된 상태의 사시도이다.
도 4는 도 3d의 Ⅳ-Ⅳ 선을 따라 절단한 단면도로서, 본 발명에 따른 렌즈 액츄에이터가 조립된 상태를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명에 따라 이미지 센서 모듈이 렌즈 액츄에이터에 장착된 상태 또는 리플로우를 통과한 상태의 카메라 모듈의 단면도.
도 6은 본 발명에 따라 리플로우를 통과하여 부품들이 실장된 카메라 모듈에 예시적인 착자 수단을 접근시켜 마그네트를 착자하는 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 7a 내지 도 7c는 각각 본 발명에 따라 다양한 착자 수단에 의하여 카메라 모듈의 마그네트가 착자되는 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명에 따라 착자 공정을 수행하여, 렌즈 액츄에이터를 구성하는 마그네트가 일예로서 광축 방향으로 분극된 상태를 도시한 단면도.
도 9는 본 발명에 따라 렌즈 액츄에이터의 중앙으로 렌즈 조립체가 체결되어, 최종적으로 조립이 완료된 카메라 모듈의 단면도.
본 발명자는 전술한 문제점을 해소하기 위하여 최종적으로 제조된 VCM 방식의 카메라 모듈을 구성하는 마그네트의 자성을 유지하기 위한 공정으로서 본 발명을 완성하였다. 이하, 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다. 본 명세서에서는 피사체 쪽을 상단, 상측으로 기재하고, 피사체 쪽에 대향되는 이미지 센서 모듈이 형성된 쪽을 하단, 하측으로 기재하지만 이는 단순히 설명의 편의를 위한 것이라는 점에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 따라 예를 들어 보이스-코일 모터(VCM) 방식을 채택한 카메라 모듈을 제조하기 위한 공정을 일예로서 개략적으로 도시한 블록도이다. 도시한 것과 같이, 먼저 기판(210, 도 5 참조) 상에 렌즈로부터 입사되는 빛을 전기적인 신호로 변환하는 촬상 소자로서의 이미지 센서(220, 도 5 참조)를 본딩하여 이미지 센서 모듈(200, 도 5 참조)을 형성한다(S110). 이미지 센서는 예를 들어 CMOS(상보성금속산화막반도체)나 CCD(전하결합소자)와 같은 촬상 소자일 수 있다. 이미지 센서(220)를 기판(210)에 본딩하여 이미지 센서 모듈을 형성하는 방법으로는 와이어 본딩 방식인 COB(Chip On Board)이나, 외부로 돌출된 접합부를 갖는 범프를 사용하는 플립-칩(Flip-Chip) 방식인 COF(Chip On Film) 방식, 또는 다이본딩(Die bonding) 방식을 고려해 볼 수 있고, 바람직하게는 COB 방식을 사용한다.
다만, 종래에 카메라 모듈을 제작하기 위한 공정에서는 소정의 회로 패턴이 형성된 기판에 촬상 소자로서 이미지 센서, ISP(image signal processor) 및 커패시터 등의 각종 전자 부품 및 반도체 소자들은 물론이고 카메라 모듈의 노이즈를 방지하기 위한 수동 소자를 접착시켜 이미지 센서 모듈을 형성한 뒤, 이미지 센서 모듈을 구성하는 다양한 부품들을 기판에 표면실장하기 위하여 대략 250℃ 이상의 고온에서 리플로우(reflow)를 통과하는 공정이 진행된다. 하지만, 본 발명에 따르면 후술하는 것과 같이 렌즈 액츄에이터와 결합이 완료된 이후에 렌즈 액츄에이터-이미지 센서 모듈이 동시에 리플루오를 통과한다는 점이 상이하다.
와이어 본딩 방식인 COB 방식을 통하여 이미지 센서를 기판 상에 본딩하기 위한 공정은 잘 알려져 있다. 예를 들어, 베어칩(bare chip) 상태의 이미지 센서와 수동 부품을 기판의 상면에 직접 부착하여 와이어 본딩하고, ISP를 기판의 하면에 직접 부착하여 와이어 본딩한 후, 기판의 하면으로 인캡슐레이션(encapsulation)하는 와이어 본딩부를 보호하는 방법이나, ISP는 와이어 본딩하지 않고 범프 본딩하는 방법도 제시되고 있다. 보다 구체적으로 살펴보면, 예를 들어 일면 또는 양면에 구리층이 얇게 코팅된 동박적층판(Copper Clad Laminate, CCL)인 기판 상에 에칭용 필름과 노광용 필름을 덮고 노광-현상-식각(에칭) 공정을 진행하여 구리층에 소정의 회로 패턴과 와이어 본딩 패드를 형성한다. 이어서, 회로 패턴을 보호하기 위한 PSR((print solder register)층을 형성하고, 노광용 필름을 사용하여 노광시켜 와이어 본딩 패드를 현상한 뒤, 와이어 본딩 패드 상에 니켈 도금층이나 금 도금층을 형성하여 구리층과의 혼합을 방지하고 경도를 유지한다.
본 발명과 관련해서도, 이미지 센서 모듈만이 표면 실장되는 것은 아니지만, 렌즈 액츄에이터와 결합한 상태에서도 표면 실장 공정이 진행되기 때문에, 이미지 센서가 장착되는 기판의 상면이나 이미지 센서의 저면에는 솔더링(soldering)에 의해 장착 가능한 표면 실장용 패드가 형성되어 있고, 솔더(solder) 크림이 인쇄된 기판 상면에 형성된 와이어 본딩 패드에 이미지 센서를 와이어 본딩으로 결합하고, 동시에 커패시터, 저항, 다이오드 트랜지스터 등의 각종 전자 부품 및 반도체 소자나 카메라 모듈의 노이즈를 방지하기 위한 수동 소자를 기판 상에 배치, 안착시킨다. 동시에 기판의 하면에 와이어 본딩 패드를 형성하여 ISP를 와이어 본딩하거나, 범프 본딩 패드를 형성하여 ISP 범프 본딩하는 공정이 진행될 수 있음은 물론이다.
한편, 플립칩 본딩 방법을 사용한다면, 예를 들어 중앙의 윈도우를 형성하고 커패시터와 저항 등의 전자 부품 및 수동 소자 등이 배치되는, 통상적으로 가요성이 있는 폴리이미드 등의 수지기판인 연성인쇄회로기판의 배면과 이미지 센서 사이에 이방성 도전성 필름(Anisotropic Conductive Film, ACF)을 삽입한 후 압착하여 부착하거나, 연성인쇄회로기판의 배면과 이미지 센서 사이에 비-전도성 액상폴리머(Non-Conductive Polymer, NCP)를 넣고 가압하여 부착하는 방법이나 초음파를 이용하여 부착하는 방법이 사용될 수 있다. 이때, 만약 후술하는 렌즈 액츄에이터의 하우징 부재의 배면에 렌즈를 통과한 입사광 중에서 적외선을 차단하기 위한 적외선 차단 필터가 장착되어 있지 않는 경우라면, 배면에 이미지센서가 부착된 연성인쇄회로기판의 상면에 예를 들어 본딩제를 도포한 뒤 적외선 차단 필터를 부착하고 본딩제를 UV 등으로 경화시킴으로써, 적외선 차단 필터가 부착된 형태의 이미지 센서 모듈이 형성될 수 있다.
한편, 기판에 이미지 센서를 본딩하여 각종 부품들이 실장되기 전의 이미지 센서 모듈을 형성하는 단계(s110)와 병행하여, VCM 방식을 채택한 렌즈 액츄에이터를 조립하는 공정이 수행된다(s120). VCM 방식을 채택한 렌즈 액츄에이터는 통상적으로 중앙에 다수의 렌즈가 적층되는 렌즈 조립체가 형성되고, 렌즈 조립체의 외주면을 따라 구동부가 배치되고, 구동부의 상단, 외측 및 하단으로 하우징 부재가 에워싸는 형태를 갖는다. 이러한 VCM 방식의 렌즈 액츄에이터를 조립, 형성하는 공정의 일예에 대해서 도 2 및 도 3a 내지 3d를 참조하면서 설명한다.
VCM 방식의 렌즈 액츄에이터(300, 도 4 참조)를 조립하기 위하여, VCM 방식에서 자력을 제공하기 위한 마그네트 조립체를 형성한다(s210). 마그네트의 조립체의 저면 사시도인 도 3a에 도시한 것과 같이, 예를 들어 중공부를 갖는 대략 4각 형상으로서 예를 들어 폴리카보네이트 등의 절연 수지로 제조되는 커버(510)의 저면으로 순차적으로 제 1 탄성부재(462), 내측 요크(422), 마그네트(410) 및 외측 요크(424)가 순차적으로 적층되는 형태로 안착된다. 제 1 탄성 부재(462), 요크(422, 424), 마그네트(410)를 에워쌀 수 있도록, 예를 들어 4각 형상인 커버(510)의 모서리 영역인 각부(512)는 하향 연장될 수 있다. 제 1 탄성부재(462)는 예를 들어 물결무늬 판상 스프링일 수 있다.
한편, 제 1 탄성 부재(462), 요크(422, 424) 및 마그네트(410)는 적절한 크기로 중공되어 있는데, 전체적으로 원형 형상을 가지거나, 또는 커버의 각부(512) 내주에 접하는 영역은 일정한 곡률을 갖는 곡면 형태이지만, 커버의 각부(512)와 각부(512) 사이의 변부의 내주에 접하는 영역은 직성 형태로 절단되는 형태, 즉 면취되도록 구성하여, 이들 부품들이 커버(510)에 수용될 수 있다.
후술하는 것과 같이, 본 발명에서는 렌즈 액츄에이터와 이미지 센서 모듈을 결합한 뒤에 1회의 리플로우 공정을 수행하는데, 렌즈 액츄에이터를 구성하는 마그네트가 착자(着磁)한 채로 리플로우 공정을 수행하면 자성(磁性)이 열화되거나 손실될 수 있다. 따라서 통상적으로 VCM 방식의 렌즈 액츄에이터를 조립할 때 착자된 상태의 마그네트를 사용하는 것과 달리, 렌즈 액츄에이터 조립 단계에서의 마그네트(410)는 착자되지 않은 상태의 네오듐계의 소재로, 커버(510)의 저면에 적층, 배치된다.
아울러, 마그네트(410)의 상면과 하면에는 각각 내측 요크(422)와 외측 요크(424)가 배치되어 최종적으로 착자가 이루어진 마그네트(410)로부터 발생하는 자력의 흐름(자속)을 특정 방향으로 제어할 수 있다. 이를 위하여 요크(422, 424)는 자기투과율이 우수한 철, 니켈, 냉간압연강 등의 도전성 물질로 제조되며, 마그네트(410)의 상단, 하단 및 내주를 에워싸는 형태로 배치된다. 도 4에 도시한 것과 같이, 마그네트(410)의 상단 및 내주를 따라 연장되는 대략 “ㄱ”자 형태의 단면을 갖는 내측 요크(422)가 배치되고, 마그네트(410)의 외주 쪽 저면에서 대략 “ㄱ”자 형태의 단면을 가지면서 하향 연장되어 마그네트(410)를 지지하는 외측 요크(422)가 구동 코일(430)의 외주면과 대향적으로 배치된다.
이때, 바람직하게는 내측 요크(422)의 상단은 하단에 비하여 외측으로 연장되어 있어서, 제 1 탄성부재(462)가 내측 요크(422)의 상단에 안착될 수 있는데, 제 1 탄성부재(462)의 외주부가 커버(510)의 저면과 내측 요크(422)의 상면 사이에 밀착, 개재되도록 배치됨으로써, 제 1 타성부재(462)가 탄성력을 발휘할 수 있다. 또한, 외측 요크(424)의 상단 역시 하단에 비하여 외측으로 연장되어, 마그네트(410)를 안정적으로 지지할 수 있다. 제 1 탄성부재(462), 요크(422, 424), 마그네트(410)가 커버(510)의 내주면으로 안정적으로 조립될 수 있도록, 예를 들어 커버(510)의 하향 연장된 각부(512)의 내주면에 솔더 크림을 인쇄하고, 후술하는 리플로우 공정을 통해서 제 1 탄성부재(462), 요크(422, 424) 및 마그네트(410)가 실장되도록 구성할 수 있다.
전술한 방법을 통하여 마그네트 조립체를 형성하는 단계(s210)와 동시에, 렌즈 액츄에이터의 하단을 구성하는 코일 조립체가 베이스와 결합하여 베이스 조립체를 형성하는 단계가 수행된다(s220). 먼저, 예를 들어 유리가 함유된 폴리카보네이트 등의 절연 수지와 같은 플라스틱을 사용하여 프레스 성형으로 일체로 형성하여 중공부를 갖는 대략 원통 형상의 캐리어(320)를 제조한다.
이어서, 캐리어(320)의 하단 외주면에 외측을 향해 돌출되는 플랜지(도면번호 미도시)의 상단으로, 권선된 형태의 구동 코일이 안착되는 방법으로, 캐리어(320)의 외주면을 따라 구동 코일(430)이 배치된다. 구동 코일(430)은, 외부의 전원과 연결되어 소정의 전류가 인가되면 마그네트(410)에서 발생하는 자기장과의 상호작용에 의하여 로렌츠에 의한 구동력을 생성한다.
구동 코일(430)은 일반적으로 구리 합금-선을 사용하여 대략 원통 형상으로 권취해서 형성되며, 구동 코일(430)의 양 끝단은 베이스(520)의 저면으로부터 하향 도출되는 형태로서 구리 합금 등의 도체로 이루어진 전극(미도시)으로 후술하는 리플로우 공정을 통한 납땜 등의 방법으로 각각 접속될 수 있다. 또는 구동 코일(430)의 양 끝단을 탄성 부재(462, 464)에 전기적으로 연결하고, 이들 탄성 부재(462, 464)의 단부가 전극으로 접속되도록 구성할 수 있다.
이어서, 캐리어(320)의 하단으로 예를 들어 물결무늬 판상 스프링일 수 있는 제 2 탄성부재(464)가 결합된다. 캐리어(320)의 하단으로 제 2 탄성부재(464)를 결합하기 위한 방법으로 적절한 본딩제를 사용하여 UV 경화시키거나, 코킹 공정을 사용할 수 있고, 또는 캐리어(320)의 하단이나 제 2 탄성부재(464)의 상단으로 솔더 크림을 도포한 뒤, 후술하는 리플로우 공정을 통해서 캐리어(320)의 하단으로 제 2 탄성부재(464)를 안정적으로 고정, 부착하는 방법을 채택할 수 있다.
이렇게 완성된 코일 조립체의 하단으로 중공부를 갖는 대략 4각 형상으로서, 폴리카보네이트 등의 절연 수지로 제작될 수 있는 베이스(520)가 캐리어(320)의 하단을 지지하면서 결합된다. 베이스(520)를 코일 조립체와 결합하기 위한 방법으로, 베이스(520)의 상면에 적절한 본딩제로 도포하는 방법을 고려할 수 있으나, 바람직하게는 베이스(520)의 상면에 솔더 크림을 적절한 두께로 도포한 뒤, 후술하는 리플로우 공정을 통하여 베이스(520)를 캐리어(320)의 하단에 고정, 부착한다.
이때, 예를 들어 베이스(520) 저면에는 렌즈 유닛을 통해 입사되는 광(光) 중에서 근적외선 영역의 파장들을 제거하기 위한 적외선 차단 필터(IR cut filter, 600, 도 4 참조)가 본딩될 수 있다. 최종적으로 조립되는 카메라 모듈에서 피사체로부터 가장 먼 쪽에 배치되는 이미지 센서(220)는 광-신호를 전기적 신호로 변환하여 화상을 형성할 때 가시광선 영역은 물론 근적외선 영역도 감지하기 때문에, 이미지 센서로 광 신호가 도달하기 전에 적외선 차단 필터(600)를 통하여 근적외선 영역의 파장들을 제거한다. 적외선 차단 필터(600)는 유리 또는 플라스틱 원판에 굴절율이 상이한 2가지 물질(TiO2, SiO2 또는 Ta2O5/SiO2)을 교대로 증착시킨(30-40층) 적외선 차단 필터층을 증착, 형성한 광학 필터로 구성된다.
적외선 차단 필터(600)를 베이스(520)의 저면으로 부착하기 위한 방법으로서, 예를 들어 베이스(520)의 중앙 개방부인 윈도우 주변을 따라 베이스(520)의 저면에 형성되는 필터 안착부(미도시)에 본딩제를 도포하고 적외선 차단 필터(600)를 이 안착부에 재치, 안착시킨 뒤 UV 경화하는 방법을 고려해 볼 수 있다. 바람직하게는 베이스(520) 저면의 필터 안착부에 솔더 크림을 도포한 뒤, 적외선 차단 필터(600)를 재치, 안착시킨 뒤에 경화 공정이나 후술하는 리플로우 공정을 통해서 베이스(520)의 저면에 적외선 차단 필터(600)를 고정, 부착할 수 있다. 예를 들어, 베이스(520)의 저면에는 적외선 차단 필터(600)가 부착되어, 최종적으로 렌즈와 이미지 센서 사이에 배치되기 때문에, 이미지 센서로 유입되는 과도한 장파장의 빛을 차단할 수 있다. 이러한 과정을 통하여 도 3b에 도시되어 있는 것과 같은 베이스 조립체를 제조한다.
이어서, 도 3c에 도시한 것과 같이, 전술한 마그네트 조립체와 베이스 조립체를 결합하여 렌즈 액츄에이터의 상단과 하단의 외형을 제공한다(s230). 이때, 커버(510)의 각부(512) 하단에 형성된 돌기가 제 2 탄성부재(462)의 모서리부에 형성된 관통홀(미도시)을 경유하여, 베이스(520) 모서리부 상단에 형성된 결합홈(미도시)으로 끼워질 수 있다. 아울러, 마그네트 조립체를 구성하는 커버(510)의 각부(512)와 베이스 조립체를 구성하는 베이스(520)의 가장자리 영역이 안정적으로 결합, 고정될 수 있도록 본딩제를 사용한 뒤 UV 경화시키는 본딩 공정을 수행하거나 또는 베이스(520)의 상단 중 윈도우 영역을 제외한 영역에 전면 도포된 솔더 크림을 사용하여 후술하는 리플로우 공정을 통하여 마그네트 조립체의 외측을 이루는 커버(510)와 하단의 베이스(520)가 안정적으로 고정, 부착되도록 구성할 수 있다. 이때, 제 1 탄성부재(462)의 내주부는 캐리어(320)의 상단에 안착되는데, 열-코킹, 본딩제나 솔더 크림을 캐리어(320)의 상단이나 제 1 탄성부재(462)의 저면에 도포한 뒤 UV 경화나 후술하는 리플로우 공정을 통하여 제 1 탄성부재(462)의 내주부를 캐리어(320)의 상단과 결합, 부착할 수 있다.
도 3c에 도시한 것과 같이, 커버(510)와 베이스(520)가 결합한 상태에서 마그네트(410)와 요크(424) 등의 구동원이 외부로 노출되어 이물질이 촬상 영역으로 유입되거나, 외부 부품의 영향으로 VCM 방식의 구동원이 초점 조절에서 에러를 유발할 수 있다. 따라서 렌즈 액츄에이터의 상단으로 실드 케이스가 결합하는 공정이 수행된다(s240). 즉, 도 3d에 도시한 것과 같이, 중공부를 가지며 길게 연장된 측면을 갖는 대략 4각의 실드 케이스(530)를 베이스(520)와 결합하면, 마그네트(410), 요크(422, 424), 커버(510)의 주변부 상단과 외측을 실드 케이스(530)가 에워싸는 형태로서, 최종적인 렌즈 액츄에이터가 조립된다.
실드 케이스(530)를 베이스(520)와 결합하는 경우에도 적절한 본딩제를 사용한 뒤 UV 경화시키는 방법을 채택하거나, 또는 베이스(520) 상면에 도포된 솔더 크림이 후술하는 리플로우 공정에서 용해되면서 실드 케이스(530)가 베이스(520)에 안정적으로 고정, 부착될 수 있다. 예를 들어 실드 케이스(530)는 일본의 INOAC사와 미국의 Rogers사의 합작 설립 회사인 Rogers-INOAC이 생산한 고밀도의 고성능 우레탄 폼인 「PORON」 재질로 만들어질 수 있다. 이와 같은 공정을 통하여 도 4에 도시한 것과 같이, 상단과 하단이 중공되며 내주에 나사산(322)이 형성된 캐리어(320)의 외주면을 따라 적절한 크기로 중공된 마그네트(410), 요크(422, 424) 및 구동 코일(430)로 구성되는 구동부(400)가 배치되어 있으며, 구동부(400)의 상단, 외측 및 하단으로는 커버(510), 베이스(520) 및 실드 케이스(530)와 같은 하우징 부재(500)가 에워싸는 구조를 갖는 렌즈 액츄에이터(300)가 조립된다.
특히, 구동부(400)를 구성하는 내측 요크(422)의 내주면은 캐리어(320)의 외주면과 밀착되어 있으며, 내측 요크(422)의 하단 외주면은 마그네트(410)의 내주면과 대향되어 있어서, 마그네트(410)로부터 발생하는 자속이 광축에 수직한 방향으로만 흐를 수 있도록 하여, 마그네트(410) 상단에서의 자속의 누설을 줄일 수 있다. 또한, 외측 요크(424)의 내주면은 구동 코일(430)의 외주면과 대향적으로 배치되어 있어서, 마그네트(410)로부터 발생하는 누설 자속을 억제하는 동시에 자속을 효율적으로 제어할 수 있도록 구성된다.
또한, 내측 요크(422)의 상면과 캐리어(320) 상단으로 제 1 탄성부재(462)가 배치, 고정되고, 캐리어(320)/커버(510)의 저면과 베이스(520) 상면 사이로 제 2 탄성부재(464)가 개재, 고정, 부착된다. 탄성부재(462, 464)의 외주부가 구속되어 있는 것과 달리, 내주부는 별다른 구속 수단이 존재하지 않기 때문에, 마그네트(410)-구동 코일(430)의 상호작용에 의한 로렌츠의 힘에 의하여 캐리어(320)가 광축 방향으로 구동될 때, 이들 탄성부재(462, 464)의 내주부는 탄성력에 따라 그 위치가 가변된다. 이 과정에서 탄성부재(462, 464)는 구동부(400)에서 발생하는 구동력에 대한 반발력을 제공하고, 피사체에 대한 초점 조절 과정에서 캐리어(320)가 급속하게 광축 방향으로 이동하는 것을 방지한다.
다시, 도 1로 돌아가서 설명하면, 일예로 전술한 공정을 통하여 각각 제작 조립된 이미지 센서 모듈(200)과, 렌즈 액츄에이터(300)를 결합한다(s130). 이에 따라 도 5에 도시된 것과 같이 렌즈 액츄에이터(300)의 마그네트(410)가 착자되지 않은 상태에서, 이미지 센서 모듈(200)과 렌즈 액츄에이터(300)가 결합된 카메라 모듈(100)이 형성된다.
이미지 센서 모듈(200)과 렌즈 액츄에이터(300)를 결합하기 위한 방법으로, 예를 들어 이미지 센서(220) 및 전자 소재 등의 부품이 본딩되거나 배치된 기판(210)의 가장자리 영역에 위치 결정 역할을 하는 홀을 가공하고, 렌즈 액츄에이터(300)의 하우징 부재(500) 중에서도 렌즈 액츄에이터(300)의 하단 외형을 제공하는 베이스(520)의 하단 중공부측 내주에는 내측을 향하여 돌출되는 가이드가 형성되어 있어서, 이미지 센서 모듈(200)과 결합할 때 그 위치를 결정하도록 구성될 수 있다. 이때, 기판(210)의 상면은 솔더 크림에 의해 전면적으로 도포되거나 인쇄되도록 구성하여, 베이스(520)의 하향 연장된 가장자리가 기판(210)의 상면에 형성된 홀(미도시)로 끼워질 때, 솔더 크림이 베이스(520)의 하단 가장자리 영역으로 자연스럽게 도포되도록 구성할 수 있을 것이다.
이어서, 이미지 센서 모듈(200)에 렌즈 액츄에이터(300)가 결합된 카메라 모듈(100) 전체를 리플로우(reflow)를 통과시켜, 이미지 센서 모듈(200)을 구성하는 이미지 센서(220) 및 각종 전자 부품들이 기판(210)에 안정적으로 부착되도록 하는 동시에, 렌즈 액츄에이터(300)를 구성하는 각종 부품들이 소정의 위치에 안정적으로 접합, 고정될 수 있다.
전술한 것과 같이, 이미지 센서 모듈(200)을 형성하는 과정에서 기판(210) 상에 인쇄된 솔더 크림이 리플로우를 통과하면서 용융에 의한 솔더링 접합으로 전기적인 연결 수단 없이 이미지 센서(220)이나 각종 전자 소자들이 접합, 고정될 수 있다. 아울러, 렌즈 액츄에이터(300)를 구성하는 각종 부품들의 표면 및 이들 부품 사이에 도포되거나 인쇄된 솔더 크림으로 인하여, 렌즈 액츄에이터(300)를 구성하는 각종 부품들 역시 리플로우를 통과하면서 용융에 의한 솔더링 접합으로 안정적으로 접합, 고정될 수 있다. 기판(210)의 상면에 형성된 솔더 크림이 용융되면서 이미지 센서 모듈(200)과 렌즈 액츄에이터(300) 역시 본 단계를 통하여 안정적으로 고정, 부착될 수 있다. 이처럼, 본 발명에 따르면 단 1회의 리플로우 공정을 통해서 이미지 센서 모듈(200)과 렌즈 액츄에이터(300)를 접합, 고정할 수 있다.
카메라 모듈(100) 전체를 리플로우를 통과시켜 각종 부품들의 실장이 완료되면, 마그네트(410)에 자성을 부여하는 착자(着磁) 공정이 수행된다(s150). 종래에는 착자가 완료된 마그네트가 조립된 렌즈 액츄에이터를 조립한 상태에서 고온의 리플로우 공정을 수행하였다. 대략 250℃ 이상의 리플로우 공정에 의하여 VCM 방식의 구동부를 구성하는 마그네트의 자성이 열화되는 문제점이 존재하였으나, 본 발명에서는 리플로우 공정 이후에 마그네트(410)에 자성을 부여하는 공정이 수행되기 때문에, 고온의 리플로우를 통과하면서 마그네트의 자성이 열화될 염려가 없다. 즉, 종래 카메라 모듈에서는 리플로우 공정을 통하여 마그네트의 자성이 열화되거나 손실됨으로 인하여, 최종적으로 제조된 카메라 모듈을 통해서 원하는 구동력이 발휘되지 못하고, 이에 따라 피사체에 대한 초점 조절이 원활히 수행되지 못하는 문제점이 발생하였지만, 본 발명에서는 이러한 문제점을 해소할 수 있다.
마그네트(410)에 자성을 부여하기 위한 착자 공정을 위하여 착자기를 사용할 수 있는데, 도 6에서는 예시적으로 펄스 자장에 의한 착자로서 솔레노이드 타입의 착자기(700)를 예시하고 있으며, 도 7a 내지 도 7c에서는 다양한 형태의 착자기를 사용하여 마그네트(410)에 자성을 부여하는 착자 원리를 설명하고 있다. 즉, 본 발명에서 채택할 수 있는 착자기는 도 6 및 도 7a에 예시된 솔레노이드 타입 외에도, 도 7b와 도 7c에서 예시하고 있는 것과 같이, 전원 공급부와 자계를 유도하는 철심 형태의 요크(yoke) 타입으로 구성하거나, 또는 전자석을 이용하는 이른바 정-자장에 의한 착자기를 채택할 수 있다. 하지만, 펄스 자장 방법을 통해서 단기간에 착자가 가능하여 착자 사이클을 높일 수 있어서 생산성이 높기 때문에 바람직하다.
도 6에 예시된 솔레노이드 타입의 착자기(700)의 경우, 중공부(712)를 갖는 홀더의 외주변에 솔레노이드 타입의 공심 코일(714)이 권선되는 착자부(710)를 가지는데, 공심 코일(714)의 양 끝단은 콘덴서와 같은 전원부(720)와 연결된다. 따라서 전원부(720)에 저장되어 있는 전하를 이와 전기적으로 연결된 솔레노이드 형태의 공심 코일(710)을 설치한 자기 회로에 순간적으로 방전시키면 도 7a에 도시한 것과 같은 펄스 자장이 형성된다. 따라서 리플로우 공정(s140)이 완료된 카메라 모듈(100)을 공심 코일(714)이 권선되어 있는 착자부(710)의 중공부(712)로 내입시킨 뒤 외부로 인출하여, 카메라 모듈(100)의 상부 쪽에 배치되는 마그네트(410)를 예를 들어 상/하 방향으로 착자시킬 수 있다. 즉, 마그네트(410)를 착자시키기 위한 방법으로서 순간적으로 높은 직류 전류를 공심 코일(714)에 충분히 크게 흘려 넣어 강한 자계(자장)를 만들고 해당 자계 내에 자성체인 마그네트(410)를 포함한 카메라 모듈(100)을 넣음으로써, 마그네트(410)에 자성을 부여하는 착자 처리가 수행될 수 있다.
한편, 솔레노이드 타입 외에 이른바 요크 타입의 착자기를 사용할 수 있는데, 도 7b에서는 상부와 하부에 각각 공심 코일(714)이 각각 권선된 홀더의 중공부에 각각 철심 형태의 요크(716)가 배치되어 있는 착자기를 사용하여 카메라 모듈(100)의 마그네트(410)를 착자하는 원리를 개략적으로 도시하고 있다. 이 경우에는 가이드 수단 등을 통하여 카메라 모듈(100)을 상부와 하부의 착자부 사이로 배치시키면 외부 전원에서 공심 코일(714)로 공급되는 전원과 자성체인 요크(716)로 인하여 자계가 형성되고, 이에 따라 예를 들어 네오듐계의 물질과 같은 자성체인 마그네트(410)의 원자 자석들이 외부 자계와 평행하게 정렬되어 외부로 자력선을 방출할 수 있도록 착자되어, 마그네트(410)에 자성을 부여한다.
또한, 도 7b의 경우에 카메라 모듈(100)의 하부에 배치되는 이미지 센서 등이 하부 착자부에 근접하기 때문에, 착자 과정에서 영향을 받을 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위한 방법으로, 도 7c에 도시한 것과 같이 하부 착자부를 생략한 요크 타입의 착자기를 사용할 수 있다. 이 경우에는 받침 부재에 의해 지지된 상태에서 가이드 등을 통해 착자부에 근접하게 이송된 카메라 모듈(710)의 상부 영역으로만 착자부가 배치되기 때문에 카메라 모듈(100) 상부에 배치된 마그네트(410)만을 효율적으로 착자할 수 있다.
일반적으로 자성체에 대하여 포화에 가까운 착자 상태를 얻기 위해서는 자발보자력의 적어도 1.5 배 정도의 착자 자장 강도가 요구되지만, 네오듐계의 자석은 자발보자력에 관계없이 1600 [KA/m] (20 KOe) 이상의 자장이 있으면 충분하다. 예를 들어 네오듐계의 마그네트(410)를 착자하기 위한 하나의 방법으로서 펄스 자장을 이용하는 경우에 콘덴서 펄스 타입의 전원(720)은 1500 V 이상의 전압과 2000 ㎌ 이상의 정전 용량이 요구된다. 이와 같은 펄스 방식을 이용하여 마그네트(410)를 착자하고자 하는 경우, 과전류가 유발된 자장이 마그네트(410)로의 침투가 방해되어 착자가 불충분할 수 있다. 이를 방지하기 위해서, 가능한 한 자기 회로의 시정수를 크게 하여 펄스-폭이 커지도록 할 필요가 있는데, 펄스-폭을 예를 들어 1-10 밀리 초(milli-second) 정도로 길게 하는 것이 바람직하다.
이때, 바람직하게는 렌즈 액츄에이터(100)의 광축 방향 상단에서 소정의 직류 전류가 인가되는 코일이나 솔레노이드 등이 권선된 착자기(700)의 하부에 카메라 모듈(100)의 상부가 인접하도록 카메라 모듈(100)을 이송시키고, 카메라 모듈(100)의 상단이 이 착자기(700)의 하부를 통과하도록 배치하면, 카메라 모듈(100)의 상단에 배치되는 마그네트(410)만을 착자할 수 있다. 이와 같은 이러한 착자 과정을 통하여, 예를 들어 도 8에 도시된 것과 같이 마그네트(410)는 상단이 S극, 하단이 N극으로 분극될 수 있다. 물론, 필요에 따라 마그네트(410)는 상단이 N극, 하단이 S극으로 분극되는 형태로 착자될 수 있다.
이어서, 마그네트(410)에 자성이 부여된 렌즈 액츄에이터(300)의 중앙으로 통상적으로 다수의 초점 조절 렌즈가 내부에 수용되어 있는 렌즈 조립체(310)를 결합, 체결한다(s150). 예를 들어, 도 9에 도시된 것과 같이, 캐리어(320)의 내주면에 형성된 나사산(322)에 대응되는 나사산이 외주에 형성된 렌즈 조립체(310)를 캐리어(320) 상단을 통하여 캐리어(320) 내부로 배치되고, 나사 결합을 통하여 캐리어(320) 내부에 렌즈 조립체(310)가 체결된다. 이와 같이 본 발명에서는 고온의 리플로우 공정을 완료한 뒤에 렌즈 조립체(310)를 카메라 모듈(100)에 결합, 체결하기 때문에, 플라스틱 재질로 구성된 렌즈(L1, L2, L3, L4)를 사용하더라도 열에 의한 손상을 방지할 수 있다.
전술한 공정을 통해서 카메라 모듈(100)의 조립 및 실장이 완료되면 통상의 VCM 방식에 따른 피사체에 대한 초점 조절이 가능하다. 즉, 특정 피사체로부터 유입된 빛이 렌즈(L1 내지 L4)를 통과하면서 상이 반전되어 이미지 센서(220)의 표면에 결상되는데, 예를 들어 나사 결합에 의해서 캐리어(320) 내주에 체결된 렌즈 조립체(310)를 회전시키면서 최적의 포커스가 맞춰진 지점에서 렌즈 조립체(310)와 캐리어(320)의 유격 사이로 본딩제를 주입하는 등의 방법으로 렌즈 조립체(310)를 렌즈 액츄에이터(300)에 접착, 고정시킬 수 있다.
이러한 방법으로 제작된 카메라 모듈(100)을 통해서 피사체에 대한 초점 조절은 구동부(400) 사이의 상호작용에 의해 수행된다. 즉, 구동 코일(430)에 소정의 전류가 인가되면, 구동 코일(430)로 마그네트(410)에 의해 생성되는 자기장이 투과하여, 자기장과 전기장의 상호 작용에 의한 전자기력, 즉 로렌츠의 힘이 발생한다. 즉, 외부의 전자 회로로부터 코일(430)과 연결되어 있는 전극(미도시)을 통해 구동 코일(430)로 전류가 인가되면 구동 코일(430)에 전계가 형성된다. 그런데, 구동 코일(430)의 주위에는 마그네트(410)로부터 요크(422, 424)를 경유하는 방향으로 자계가 형성되어 있으므로, 로렌츠의 힘에 의해서 구동 코일(430)과 결합되어 있는 캐리어(320) 및 그 내부에 조립된 렌즈 유닛(310)이 자계 방향에 수직한 광축 방향으로 구동될 수 있다.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시 형태에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 이들 실시 형태나 실시예에 제시된 기술 사상으로 제한되는 것은 결코 아니다. 오히려, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시 형태나 실시예에 기초하여 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이와 같은 다양한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 사실은, 첨부하는 청구의 범위를 통해서 더욱 분명해질 것이다.

Claims (6)

  1. 보이스-코일 모터 방식의 카메라 모듈을 제조하는 방법으로서,
    보이스-코일 모터를 구성하는 구동부, 상기 구동부를 감싸는 하우징 부재를 포함하는 렌즈 액츄에이터를, 기판 상에 이미지 센서가 본딩된 이미지 센서 모듈에 결합하는 단계;
    상기 렌즈 액츄에이터가 결합된 이미지 센서 모듈을 리플로우를 통과시켜, 카메라 모듈을 이루는 부품들을 실장하는 단계; 및
    상기 리플로우를 통과한 렌즈 액츄에이터를 구성하는 마그네트에 자성을 부여하는 착자 단계를 포함하는 카메라 모듈의 제조 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 착자 단계는, 상기 렌즈 액츄에이터에 접근하는 착자 수단을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 제조 방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 착자 단계는, 상기 렌즈 액츄에이터의 광축 방향 상단에서 상기 렌즈 액츄에이터에 접근하여 상기 렌즈 액츄에이터의 상단을 통과하는 착자 수단을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 제조 방법.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 착자 단계를 통하여, 상기 마그네트는 광축 방향으로 분극되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 제조 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 이미지 센서는 와이어 본딩(chip on board) 방식을 통하여 상기 기판 상에 본딩되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈의 제조 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 렌즈 액츄에이터의 중앙으로 렌즈 조립체를 체결하는 단계를 더욱 포함하는 카메라 모듈의 제조 방법.
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