WO2023153914A1 - 센서 및 이를 이용한 tof 카메라 - Google Patents

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WO2023153914A1
WO2023153914A1 PCT/KR2023/002139 KR2023002139W WO2023153914A1 WO 2023153914 A1 WO2023153914 A1 WO 2023153914A1 KR 2023002139 W KR2023002139 W KR 2023002139W WO 2023153914 A1 WO2023153914 A1 WO 2023153914A1
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light emitting
sensor
mold body
optical
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최성욱
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주식회사 라이팩
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    • H01L2224/0237—Disposition of the redistribution layers
    • H01L2224/02379—Fan-out arrangement

Definitions

  • the present invention relates to a sensor, and more particularly, to a semiconductor packaging method according to a FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method to form a light emitting unit and a light receiving unit at a wafer level in one or two system-in-package (SIP). It relates to a sensor that can be packaged and thus can implement an ultra-thin package, and a ToF camera using the same.
  • FOWLP Field Wafer Level Package
  • distance information is obtained by measuring the distance to an object.
  • Technology development of a three-dimensional (3-dimensional) camera, a motion capture sensor, and a laser radar that can be acquired is being made.
  • depth map that is, distance information between an object and a camera is required, and perspective information of another point is indicated for one point of the 2D image.
  • Depth information of an object may be obtained using a stereo vision method using two cameras or a triangulation method using structured light. These methods have a disadvantage in that accuracy of depth information decreases as the distance between the object and the camera increases.
  • a 3D imaging device to which a Time of Flight (ToF) sensor is applied may radiate light to an object and calculate a distance to the object using reflected light.
  • the ToF sensor may calculate the distance to the object using the time difference until the irradiated light returns and the speed of light.
  • the ToF sensor directly irradiates light, it can measure depth values in all pixels and acquire a depth image in real time.
  • the ToF sensor method has advantages in that high-speed operation is possible, noise caused by lighting change is less than that of the stereo vision method, and the amount of calculation of a post-processing algorithm can be reduced.
  • a TOF camera measures a distance to an object using near-infrared rays, ultrasonic waves, laser, etc., and may be composed of an IR light and a TOF sensor.
  • the IR light and the TOF sensor may be manufactured separately and used in combination in one housing, or may be vertically stacked in one package.
  • the IR light and the TOF sensor are vertically stacked together with the control PCB and implemented as a single package, the height from the imaging surface of the TOF sensor to the floor is high, so there is a problem in not having a slim structure.
  • the IR light and the TOF sensor are vertically stacked together with the control PCB to form a single package, the light emitting element and the TOF sensor are mounted on the control PCB.
  • a light emitting element may be wire-bonded to the top of the control PCB, but in this case, since heat must be radiated through the control PCB, heat dissipation performance may be deteriorated.
  • the TOF sensor when the TOF sensor is mounted on the lower part of the control PCB, since the TOF sensor is disposed close to the lower part of the control PCB, the through hole of the control PCB may block the light emitting part of the light emitting element due to hole tolerance.
  • an optical lens for diffusing and irradiating light from a light emitting unit to a subject object when transmitting an optical signal is composed of a plurality of pieces.
  • a semiconductor chip not only serves as a logic or driver IC, but also can manufacture a light-receiving element capable of responding to light or a light-emitting element emitting light.
  • a proximity sensor including a light emitting device, a time of flight (TOF) sensor, and a light detection and ranging (LIDAR) sensor are used.
  • An optical device must be used together with an electronic device that drives or interfaces the optical device, and through this, an optical signal is converted into an electronic signal.
  • an optical element and an electronic element may be used together for a module that converts an optical signal into a digital signal.
  • an element that converts characteristics of received light into image data or depth data may be used together with an optical element.
  • a plurality of chips are mounted using a printed circuit board (PCB) on which wiring patterns are manufactured and connected by wire-bonding.
  • PCB printed circuit board
  • This is usually a Chip-on-Board (CoB) package.
  • a semiconductor packaging method according to the FOWLP can be used to package optical/electronic devices at the wafer level. It is a technology that can improve performance by using a high-precision redistribution layer (RDL).
  • RDL redistribution layer
  • the optical path is perpendicular to the light emitting device chip, so that the optical path is disposed on one side of the package and electrically connected to the outside on the opposite side of the package.
  • a terminal pad for connection is formed.
  • a redistribution layer for connecting chips molded therein is disposed on one surface of the E/optical package having an optical path.
  • the present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to provide a semiconductor packaging method based on a Fan Out Wafer Level Package (FOWLP) method instead of a package using a thick-film printed circuit board (PCB). It is to provide a sensor capable of realizing an ultra-thin package by packaging a light emitter and a light receiver into one or two system-in-packages (SIPs) at a wafer level and a ToF camera using the same.
  • FOWLP Fan Out Wafer Level Package
  • PCB thick-film printed circuit board
  • Another object of the present invention is to provide a sensor having a system-in-package (SIP) capable of minimizing the height of a light receiver from a sensor imaging surface to a floor, and a ToF camera using the same.
  • SIP system-in-package
  • Another object of the present invention is to mount a system-in-package (SIP) for the light emitting part behind the control PCB like a ToF sensor for the light receiving part, but due to the hole tolerance of the control PCB, a sensor that does not cover the light input and output of the light emitting part light source (VCSEL) and It is to provide a ToF camera using this.
  • SIP system-in-package
  • Another object of the present invention is to reduce the inductance between the light source (VCSEL) and the light driving IC so that the light source (VCSEL) and the light driving IC of the light emitting part can be integrated into a system-in-package (SIP) for the light emitting part, thereby reducing the square wave.
  • An object of the present invention is to provide a sensor capable of increasing ToF sensor resolution by a gain of a rise/fall time when generating light in the form of a (pulse) and a ToF camera using the same.
  • Another object of the present invention is that as the light emitting part and the light receiving part implemented in the form of a system-in-package (SIP) are mounted on the lower part of the control PCB, heat dissipation of the light emitting part and the light receiving part is not hindered by the control PCB and is made of metal.
  • An object of the present invention is to provide a sensor capable of effective heat dissipation through a housing of a main body and a ToF camera using the same.
  • Another object of the present invention is to provide a sensor capable of safely protecting the sensing area of the sensor by first sealing the sensing area of the sensor with a filter and secondarily sealing the outer periphery of the sensor in contact with the control PCB and a ToF camera using the same. is to do
  • a ToF camera includes a light emitting unit emitting light to an object: a light receiving unit receiving and sensing reflected light reflected from the object; a lens unit controlling a path of the light to emit the light to an object and receive the reflected light reflected from the object to a light receiver; and a control unit including a control printed circuit board (PCB) on which the light emitting unit and the light receiving unit are mounted on lower surfaces and the lens unit is mounted on the upper surface.
  • PCB control printed circuit board
  • the light emitting part and the light receiving part are formed in a single or two optical system-in-package (O-SIP) form, and are mounted on the lower surface of the control printed circuit board (PCB) in a flip-chip type.
  • O-SIP optical system-in-package
  • control printed circuit board may include a first light passage window through which light emitted from the light emitting unit passes and a second light passage window forming a receiving path of the reflected light to receive the reflected light to the light receiver.
  • the light emitting unit may include a mold body having flat first and second surfaces at lower and upper portions; A light emitting element molded inside the mold body so that the bonding pad is exposed on the first surface: An optical drive IC molded at a distance from the light emitting element inside the mold body so that the bonding pad is exposed on the first surface: and a redistribution layer formed on the second surface of the mold body and having a plurality of fan-out terminal pads arranged to electrically connect the light emitting element and the light driving IC to the outside.
  • the ToF camera according to an embodiment of the present invention may further include first and second metal structures for heat dissipation with upper surfaces bonded to lower portions of the light emitting element and the optical driver IC and lower surfaces exposed.
  • the ToF camera includes a third metal structure for a via inserted between the light emitting element and the optical drive IC through the mold body, and having an upper end connected to a redistribution layer and a lower end exposed; and a metal connection layer that interconnects lower surfaces of the first to third metal structures to connect the redistribution layer to lower portions of the light emitting device and the optical driver IC, and the lower surfaces are exposed.
  • the ToF camera according to an embodiment of the present invention may further include an optical lens formed on the redistribution layer and positioned above the light input/output part of the light emitting device.
  • the lens unit includes a lens for the light emitting unit, a lens assembly for the light receiving unit, and a lens housing accommodating the lens for the light emitting unit and the lens assembly for the light receiving unit therein, and the lens housing includes a first space accommodating the lens for the light emitting unit and a lens housing for the light receiving unit.
  • a partitioning part for partitioning a second space in which the lens assembly is accommodated may be included.
  • the lens for the light emitting unit is composed of a diffuser that spreads light so as to have a larger light emitting area than the area where the light emitting element itself emits light, and the optical lens is the light emitting area within the area of the diffuser. It can serve to collect light so that the light emitted from the device can enter.
  • a filter disposed on an optical path between the light receiving unit and the sensor to pass light in a wavelength band of an optical signal output by the light emitting unit; and a sensor for detecting the optical signal and outputting it as an electrical signal, and detecting light having a wavelength corresponding to the wavelength of light output from the light emitting element, wherein the filter is configured to receive the reflected light reflected from the object to a light receiving unit. It may be disposed in a light passing window formed on the control printed circuit board (PCB).
  • PCB control printed circuit board
  • the senor detects the optical signal and outputs it as an electrical signal
  • a sensor chip having a sensing area for detecting light of a wavelength corresponding to the wavelength of light output from the light emitting element; a mold body having flat first and second surfaces at lower and upper portions and surrounding the sensing region to be exposed through the second surface; and a redistribution layer formed on the second surface of the mold body, excluding the sensing region, and including a plurality of fan-out terminal pads disposed to electrically connect the sensor chip to the outside.
  • the filter may be positioned on an upper portion of the redistribution layer to seal a sensing area of the sensor, and sealing may be performed on an outer periphery of the sensor mounted on a lower portion of the control printed circuit board (PCB).
  • PCB control printed circuit board
  • the light emitting part and the light receiving part are formed in the form of an optical system-in-package (O-SIP), and the light emitting part and the light receiving part are respectively installed under the package to form a heat dissipation path to the metal housing of the terminal body.
  • Thermal Interface Material may be further included.
  • the light emitting part and the light receiving part are formed in the form of a single optical system-in-package (O-SIP), and the single optical system-in-package (O-SIP) has a flat first surface and a second flat bottom and top.
  • a mold body having a surface;
  • a sensor includes a sensor having a first surface and a second surface at lower and upper portions, and a sensing area for detecting light is exposed on the second surface; and a redistribution layer formed on the second surface excluding the sensing area and having a plurality of terminal pads disposed to electrically connect the sensor to the outside.
  • the senor according to another embodiment of the present invention includes a mold body having flat first and second surfaces at lower and upper portions; a sensor molded inside the mold body so that a sensing area for detecting light is exposed on the second surface; and a redistribution layer formed on the second surface of the mold body, excluding the sensing region, and including a plurality of terminal pads disposed to electrically connect the sensor to the outside.
  • a sensor includes a mold body having flat first and second surfaces on lower and upper portions; A light emitting element molded inside the mold body so that the bonding pad is exposed on the second surface: An optical drive IC molded at a distance from the light emitting element inside the mold body so that the bonding pad is exposed on the second surface: a sensor molded at a distance from the optical drive IC inside the mold body so that a sensing area for detecting light is exposed on the second surface; and a redistribution layer formed on the second surface of the mold body, excluding the sensing region, on which a plurality of terminal pads are disposed to electrically connect the sensor, the light emitting element, and the light driving IC to the outside while interconnecting them. characterized by
  • the sensor according to an embodiment of the present invention further includes a control printed circuit board (PCB) having a light passage window forming a receiving path of the reflected light to receive the reflected light reflected from the object into the sensing area, the sensor may be mounted on the lower surface of the control printed circuit board (PCB) using solder bumps provided on the plurality of terminal pads.
  • PCB control printed circuit board
  • the sensor according to an embodiment of the present invention may further include a cover positioned above the redistribution layer to seal a sensing area of the sensor.
  • an optical system-in- A package (O-SIP: Optical System In Package) is proposed.
  • the O-SIP may constitute an optical module generating an optical signal.
  • the light emitting element and the optical driver IC are molded in a package, and the exposed surface of the optical driver IC having a terminal pad and an optical input/output unit is molded to face the redistribution layer (RDL).
  • RDL redistribution layer
  • a redistribution layer is positioned on the mold, and terminal pads for external connection may be positioned on the redistribution layer.
  • a micro lens, an optical system, a meta-surface, or a layer having various patterns may be fabricated at a wafer level through an additional MEMS (Micro Electro Mechanical System) or imprint process.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • the meta-surface which serves as a metalens, is composed of nano-sized pillars or fin-like structures, and can focus light without image distortion.
  • the light input/output unit may be blocked by the control PCB.
  • SMT Surface Mount Technology
  • the present invention can solve the problem by making a through hole in the control PCB or by making a light entrance using a transparent material. Then, necessary optical components such as lenses and optical fibers can be assembled on the control PCB.
  • a metal structure for heat dissipation may be disposed below the molded light emitting element and the light driving IC to dissipate heat from the light emitting element and the light driving IC.
  • the metal structure surface is opened so that the metal structure is exposed on the opposite side of the package facing the redistribution layer of the FOWLP, and a heat sink or thermal interface material (TIM) is formed on the exposed metal structure surface. It is connected to a heat dissipation structure such as to form a heat dissipation path.
  • the metal structure may be connected to a redistribution layer located on the upper surface of the FOWLP in order to electrically connect the light emitting device and the lower portion of the light driving IC.
  • a redistribution layer located on the upper surface of the FOWLP in order to electrically connect the light emitting device and the lower portion of the light driving IC.
  • the metal structure and the redistribution layer of the FOWLP are connected with a conductive VIA, or the metal structure by the metal connection layer. can be electrically connected between them.
  • the light emitting element is a single optical element that performs optical processing or an integrated circuit in which a plurality of optical elements are integrated in an array form, and plays a role in converting electrical signals into optical signals. can do.
  • the light emitting device may use a Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser (VCSEL) or a Laser Diode (LD).
  • VCSEL Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser
  • LD Laser Diode
  • a driving circuit for driving a light emitting device may be used as the light driving IC.
  • the present invention is an optical system-in-package (O) in which a plurality of light emitting elements and a light driving IC are placed inside a package made of SiP without using a separate substrate, and a light path between the light emitting elements and the outside of SiP is formed.
  • -SIP Optical System In Package
  • an optical drive IC (chip) operating according to the light emitting element is integrated together with the light emitting element using a flip chip package technology without wire-bonding, and at the same time, while integrating the elements without using a substrate, input/output
  • a slim O-SIP can be realized by packaging the light emitting element and optical drive IC with a fan-out technology that increases the number of input/output terminals by pulling out (I/O) terminals to the outside, a so-called FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method. .
  • the O-SIP is a type of SiP (System In Package) technology, and is packaged using an encapsulation material such as an epoxy mold compound (EMC) to fix a chip (die) without using a substrate such as a PCB.
  • EMC epoxy mold compound
  • the optical module obtained by combining the O-SIP according to the present invention with the control PCB not only forms a slim structure as a whole, but also has a heat sink through a metal structure for heat dissipation attached to the rear surface of the O-SIP instead of the control PCB.
  • heat dissipation may be performed through a main body housing of a terminal, such as a terminal made of metal, so that performance deterioration may be prevented.
  • a semiconductor package method according to a FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method is used, and one or two light emitting units and one light receiving unit are used at the wafer level. It can be packaged in a system-in-package (SIP: System In Package), so an ultra-thin package can be implemented.
  • SIP System In Package
  • a system-in-package (SIP) capable of minimizing the height from the sensor imaging surface of the light receiver to the floor may be provided.
  • the present invention even if the system-in-package (SIP) for the light emitting part is mounted behind the control PCB like the ToF sensor for the light receiving part, it is possible to mount it without covering the light input/output of the light source (VCSEL) of the light emitting part due to hole tolerance of the PCB.
  • SIP system-in-package
  • VCSEL light source
  • the light source (VCSEL) and the light driving IC of the light emitting part can be integrated into a system-in-package (SIP) for the light emitting part, the inductance between the light source (VCSEL) and the light driving IC is reduced to generate a square wave (pulse).
  • ToF sensor resolution may be increased by a gain of rise/fall time when generating light in the form of .
  • the light emitting part and the light receiving part implemented in the form of a system-in-package (SIP) are mounted on the lower part of the control PCB, heat dissipation of the light emitting part and the light receiving part is not hindered by the control PCB, and the main body made of metal Effective heat dissipation can be achieved through the housing.
  • SIP system-in-package
  • a light emitting unit and a light receiving unit realized in a system-in-package (SIP) type can be mounted in a flip-chip type under a control PCB, a slim package structure and productivity can be increased.
  • SIP system-in-package
  • a lens unit may be mounted on the upper part of the control PCB, and a light emitting unit and a light receiving unit implemented in a system-in-package (SIP) form may be mounted on the lower side.
  • SIP system-in-package
  • various lenses required for the light emitting unit and the light receiving unit can be accommodated in one lens housing, thereby simplifying the structure.
  • the sensing area of the sensor can be safely protected by firstly sealing the sensing area with a filter and secondarily sealing the outer periphery of the sensor in contact with the control PCB.
  • the thickness of the sensor module is largely determined in two ways. The first is the distance from the sensing surface of the sensor including the lens, and the second is the distance between the sensing surface of the sensor and the bottom housing.
  • the distance of the lens from the sensor surface is the same as before, but the distance from the housing to the sensor surface is conventionally increased due to the height of the PCB and FOWLP.
  • the sensor die is directly bonded to the housing. Therefore, compared to the prior art, it is possible to manufacture a sensor module with a much lower height.
  • fan-in and fan-out terminal pad arrangements can be used at the same time, so terminal pad arrangement can be efficiently done. Miniaturization and process cost reduction can be achieved.
  • fan-in and fan-out terminal pad arrangements can be used at the same time, so terminal pad arrangement can be efficiently done. Miniaturization and process cost reduction can be achieved.
  • an optical module having a minimum thickness can be manufactured according to each application.
  • the optical module obtained by combining the O-SIP according to the present invention with the control PCB not only forms a slim structure as a whole, but also has a heat sink through a metal structure for heat dissipation attached to the rear surface of the O-SIP instead of the control PCB.
  • heat dissipation may be performed through a body housing made of metal, thereby preventing performance deterioration.
  • a micro lens, an optical system, a meta-surface, or a layer having various patterns is formed at a wafer level through an additional MEMS (Micro Electro Mechanical System) or imprint process on the redistribution layer. It can be manufactured, so productivity increase and slim structure can be realized.
  • MEMS Micro Electro Mechanical System
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of a TOF camera including a Time Of Flight Sensor (TOF) sensor using an O-SIP according to the present invention.
  • TOF Time Of Flight Sensor
  • O-SIP optical system-in-package
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a Fan-In type optical system-in-package (O-SIP) for a light receiver according to a first embodiment of the present invention.
  • O-SIP Fan-In type optical system-in-package
  • FIG. 4 is a cross-sectional view showing a fan-out type optical system-in-package (O-SIP) for a light receiver according to a second embodiment of the present invention.
  • O-SIP optical system-in-package
  • FIG. 5 is a single Fan-Out type optical system- It is a cross-sectional view showing an embodiment integrated into an in-package (O-SIP).
  • the ToF sensor may detect a distance between the ToF sensor and the object by emitting an optical signal to an object (target object) based on time of flight (ToF) technology and detecting an optical signal reflected from the object.
  • object target object
  • TOF time of flight
  • a ToF camera according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2 below.
  • the ToF camera 10 may include a light emitting unit 100, a light receiving unit 200, a lens unit 300, and a controller 400.
  • the light emitting unit 100 includes a light emitting element 130 and a light driving IC 140 inside the mold body 110, and the second surface 114 of the mold body 110 ), the redistribution layer 120 is formed, and the heat dissipation device 170 is stacked on the first surface 112 of the mold body 110. It can be implemented as an optical system-in-package (O-SIP).
  • O-SIP optical system-in-package
  • the light emitting unit 100 may be a unit that generates an optical signal and then outputs the generated optical signal to an object.
  • the light emitting unit 100 may include a component capable of generating light and a component capable of modulating light, such as the light emitting element 130 .
  • the optical signal may be in the form of a pulse wave or a continuous wave.
  • the continuous wave may be in the form of a sinusoid wave or a squared wave.
  • the light emitting unit 100 may generate light pulses at regular intervals.
  • the light emitting unit 100 may generate light pulses having a predetermined pulse width (tpulse) with a predetermined pulse repetition period (tmodulation).
  • the light emitting unit 100 may output optical signals to various irradiation areas.
  • the light emitting unit 100 may output optical signals to various irradiation areas by driving the light emitting element array (IC chip) for each area.
  • the light emitting unit 100 may include a light emitting element array for changing an irradiation area according to a control signal.
  • the light emitting device 130 may emit an optical signal.
  • the light emitting device 130 may emit (on) or not emit (off) an optical signal according to the control of the light driving IC 140 .
  • the optical signal may have a square wave (pulse) shape or a sine wave shape.
  • the optical signal may be a signal of a band undetected by the user, and may be a laser, laser pulse, infrared, microwave, light wave, or ultrasonic wave, but is limited to the above examples. It doesn't work.
  • the light emitting device 130 is a laser light source, or a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), an organic led (OLED), an edge emitter laser, or a vertical cavity surface emitting (VCSEL). laser), distributed feedback laser, and the like.
  • LED light emitting diode
  • LD laser diode
  • OLED organic led
  • VCSEL vertical cavity surface emitting
  • laser distributed feedback laser
  • the light receiving unit 200 may detect light reflected from an object.
  • the light receiving unit 200 may detect an optical signal reflected by an object.
  • the detected light signal may be a light signal output from the light emitting unit 100 reflected by the object.
  • the light receiving unit 200 may include a filter 322 and a sensor 202 to detect an optical signal.
  • An optical signal reflected from an object may pass through the lens assembly 320 .
  • An optical axis of the lens assembly 320 may be aligned with an optical axis of the sensor 202 .
  • the lens assembly 320 is composed of a combination of lenses such as a plurality of convex lenses and a concave lens, so that light (light) passing through the lens assembly 320 is focused on an image pickup surface such as an image sensor. .
  • the filter 322 may be disposed between the lens assembly 320 and the sensor 202 .
  • a filter 322 may be disposed on the optical path between the object and the sensor 202 .
  • the filter 322 may filter light having a predetermined wavelength range.
  • the filter 322 may transmit a specific wavelength band of light.
  • the filter 322 may pass light of a specific wavelength.
  • the filter 322 may pass light in a wavelength band of an optical signal output from the light emitting unit 100 .
  • the filter 322 may pass light in the infrared band and block light other than the infrared (IR) band.
  • the filter 322 may pass visible light and block light of wavelengths other than visible light.
  • the filter 322 is made of glass and may simply be a cover (cover) for sealing to protect the sensing area of the sensor from foreign substances.
  • the sensor 202 may sense light.
  • the sensor 202 may receive an optical signal. Accordingly, the sensor 202 may be an image sensor that senses an optical signal.
  • the sensor 202 may detect an optical signal and output it as an electrical signal.
  • the sensor 202 may detect light having a wavelength corresponding to the wavelength of light output from the light emitting element 130 .
  • the sensor 202 may detect light in an infrared band or light in a visible ray band.
  • the sensor 202 leads a pixel array that converts light passing through the lens assembly 320 into a corresponding electrical signal, a driving circuit that drives a plurality of pixels included in the pixel array, and an analog pixel signal of each pixel ( read) may include a readout circuit.
  • the read-out circuit may generate a digital pixel signal (or image signal) through analog-to-digital conversion by comparing the analog pixel signal with a reference signal.
  • a digital pixel signal of each pixel included in the pixel array constitutes an image signal, and as the image signal is transmitted in units of frames, it may be defined as an image frame. That is, the image sensor may output a plurality of image frames.
  • the light receiving unit 200 may be mounted on the lower surface of the control PCB 402 constituting the control unit 400 and arranged side by side with the light emitting unit 100 at intervals. there is. That is, the light receiving unit 200 may be disposed next to the light emitting unit 100 . The light receiving unit 200 may be disposed in the same direction as the light emitting unit 100 .
  • the lens unit 300 may include a lens 310 for a light emitting unit and a lens assembly 320 for a light receiving unit.
  • Each of the lens 310 for the light emitting unit and the lens assembly 320 for the light receiving unit may include at least one lens.
  • the lens 310 for the light emitting unit and the lens assembly 320 for the light receiving unit may include a plurality of lenses and may be supported by one lens housing 330 .
  • the lens housing 330 has a partition 340 in the center to divide a first space 350 in which the lens 310 for the light emitter is accommodated and a second space 360 in which the lens assembly 320 for the light receiver is accommodated. are placed
  • the lens 310 for the light emitting part may be formed of a diffuser that spreads light so as to have a larger light emitting area than the light emitting element 130 itself, and is formed on the redistribution layer 120.
  • the optical lens 160 serves to collect light so that the light emitted from the light emitting element 130 can enter the area of the diffuser.
  • Intervals between the plurality of lenses may be fixed.
  • a plurality of lenses may move together by a driving member built into the lens housing 330 . Therefore, even if the plurality of lenses are moved by the driving member, the distance between the lenses may be maintained.
  • the lens assembly 320 may collect light signals reflected from an object.
  • the optical signal may be incident to the lens assembly 320 and may be provided to the pixels PX of the sensor 202 of the light receiving unit 200 serving as a ToF sensor through the lens assembly 320 .
  • the lens assembly 320 may be an optical system including a plurality of lenses.
  • the light receiver 200 may also be referred to as a ToF sensor (chip), a CMOS image sensor (CIS) (chip), a CCD image sensor (chip), or a depth sensor (chip).
  • a ToF sensor chip
  • CIS CMOS image sensor
  • CCD image sensor chip
  • a depth sensor chip
  • the light receiving unit 200 may include a pixel array including pixels PX.
  • the pixel PX may also be referred to as a ToF pixel and may convert an optical signal reflected from an object into an electrical signal.
  • the second optical signal incident to the pixel array of the sensor 202 may be delayed from the first optical signal output by the light emitting element 130 of the light emitting unit 100.
  • a time difference or a phase difference may exist between the first and second optical signals, and an electrical signal converted by the pixel PX may represent a time difference or a phase difference.
  • the controller 400 may calculate the distance between the light receiver 200 and the object based on the first and second optical signals.
  • the control unit 400 may control driving of at least one of the light emitting unit 100 and the light receiving unit 200 .
  • the control unit 400 may generate a control signal and supply the generated control signal to the light driving IC 140 of the light emitting unit 100 to control driving of the light emitting element 130 .
  • control unit 400 may generate a control signal and control the optical path change of the optical signal through the generated control signal.
  • the controller 400 may be included in the ToF camera 10 .
  • the controller 400 may be implemented in a form coupled to the control PCB 402 of the ToF camera 10 .
  • the control unit 400 may control the light emitting unit 100 , the light receiving unit 200 , and the lens unit 300 .
  • the control unit 400 can synchronize the light emitting unit 100 and the light receiving unit 200 with each other and control signals for controlling the light emitting unit 100, the light receiving unit 200, and the lens unit 300 based on the same clock signal. may be transmitted to the light emitting unit 100, the light receiving unit 200, and the lens unit 300.
  • the controller 400 may include a clock generator that generates a clock signal.
  • control unit 400 may include a memory device and a signal processing device, and may generate an image based on an electrical signal generated by the light receiving unit 200 by the signal processing device.
  • the control unit 400 may generate a sub-frame image from electrical signals generated for each phase pulse period.
  • the controller 400 may generate one frame image from a plurality of sub-frame images generated during a frame pulse cycle.
  • controller 400 may generate one high resolution image through a plurality of sub-frame images or a plurality of frame images.
  • the lens unit 300 is formed on an upper surface and a lens housing 330 accommodating a lens 310 for a light emitting unit and a lens assembly 320 for a light receiving unit is mounted.
  • the light emitting part 100 made of an optical system-in-package (O-SIP) for the light emitting part
  • O-SIP optical system-in-package
  • O-SIP optical system-in-package
  • the optical system-in-package (O-SIP) for the light receiver is mounted on the lower surface of the control PCB 402 using terminal pads 152 made of solder balls and then bonded to the control PCB 402.
  • the outer periphery of the sensor 202 forms the sealing portion 220 by applying epoxy.
  • a memory device and various types of passive elements may be mounted on the control PCB 402 to store the conversion of an optical signal reflected from an object and incident on the sensor 202 of the light receiving unit 200 into an electrical signal.
  • the O-SIP includes a light emitting device 130 and a light driving IC 140 inside a mold body 110, and the mold body 110 faces each other and has a flat first surface (lower surface) 112 ) and a second surface (upper surface) 114.
  • a redistribution layer (RDL) 120 including a plurality of terminal pads 150 for external connection of a package is formed on the second surface (upper surface) 114 of the mold body 110 .
  • the O-SIP according to the present invention integrates the light emitting element 130 and the light driving IC 140 without wire-bonding using a flip chip package technology and at the same time integrates the elements without using a PCB.
  • Fan-out technology that increases the number of input/output terminals by pulling out the input/output (I/O) terminals to the outside while packaged with the so-called FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method completely solves the height tolerance due to wiring between elements. It can implement a slim O-SIP while doing so.
  • the O-SIP can be miniaturized and slimmed down to about 1/16 compared to a package using a conventional PCB, and cost reduction can be achieved.
  • the O-SIP is a type of SiP (System In Package) technology that integrates the light emitting device 130 and the optical driver IC 140 in a flip chip form without using a substrate such as a PCB.
  • the mold body 110 is constituted by packaging using an encapsulating material such as an epoxy mold compound (EMC) to fix the chip (die).
  • EMC epoxy mold compound
  • the mold body 110 serves to safely protect the optical module, which is packaged after being integrated, from impact.
  • the O-SIP having the light emitting device 130 and the light driving IC 140 inside the mold body 110 may constitute an optical module.
  • the O-SIP performs a manufacturing process using a semiconductor process on a wafer basis, and then the redistribution layer 120 including a plurality of terminal pads 150 is integrally formed on the second surface 114 of the package.
  • the O-SIP is obtained as a semiconductor package type.
  • the light emitting element 130 and the light driving IC 140 are molded inside the package, and a terminal on which a solder ball for electrical connection is mounted on the second surface 114 of the mold body 110.
  • the pad 150 and the light input/output unit 133 are disposed together.
  • the light emitting element 130 is an integrated circuit (IC) that performs optical processing and serves to convert an electrical signal into an optical signal.
  • the light emitting device 130 is a laser light source, or a light emitting diode (LED), a laser diode (LD), an organic led (OLED), an edge emitter laser, a vertical cavity surface emitting laser (VCSEL), a distribution A distributed feedback laser may be included.
  • LED light emitting diode
  • LD laser diode
  • OLED organic led
  • VCSEL vertical cavity surface emitting laser
  • a distributed feedback laser may be included.
  • the light driving IC 140 includes a driving circuit for driving the light emitting element 130 .
  • various materials including semiconductor materials such as GaAs, InGaAs, Si, SiN, Glass, Quartz, SiON, etc. may be used as a device for the photonic IC 130, and the light driving IC 140 may be used.
  • semiconductor materials such as Si, SiC, and SiGe may also be used for the device.
  • an encapsulation material such as an epoxy mold compound (EMC) or epoxy resin may be used, and the molding step is performed at a wafer and panel level at once. Several cells may be molded.
  • EMC epoxy mold compound
  • epoxy resin epoxy resin
  • a redistribution layer 120 is formed on the second surface (upper surface) 114 of the mold body 110 formed by the encapsulation material, and the redistribution layer 120 is a terminal pad 150 for external connection of the package. ) is included.
  • polyimide poly(methylmethacrylate) (PMMA), benzocyclobutene (BCB), silicon oxide (SiO 2 ), acrylic, epoxy (Epoxy) series
  • PMMA poly(methylmethacrylate)
  • BCB benzocyclobutene
  • SiO 2 silicon oxide
  • acrylic epoxy
  • Epoxy epoxy
  • the material of the wiring layer itself may serve as developable photoresist (PR), and the wiring layer may be etched after additional PR coating.
  • PR developable photoresist
  • the metal used in the redistribution layer 120 may be formed of various metal materials such as Cu, Al, Au, Ag, or a compound thereof.
  • the redistribution layer 120 shown in FIG. 2 connects the light emitting element 130 from the bonding pads of the light emitting element 130 and the light driving IC 140 exposed to the second surface 114 of the mold body 110, respectively. and first and second insulating layers to form a plurality of fan-out type terminal pads 150 for mutual connection between the optical drive ICs 140 and connection with the outside of the O-SIP at the same time. It is possible to connect the bonding pad and the terminal pad 150 on the upper part of the package in two steps by using the first and second connection wires made of metal formed thereon.
  • the terminal pad 150 for external connection generated on the redistribution layer 120 directly exposes the metal surface of the redistribution layer 120 to the outside like a Land Grid Array (LGA) type, or the BGA (Ball Ball) shown in FIG. Like the Grid Array type, it can be manufactured by mounting solder balls on the top of the package.
  • LGA Land Grid Array
  • BGA Ball
  • the redistribution layer 120 is made of a laser diode for generating an optical signal by the light emitting element 130
  • the first and second insulating layers may be made of a transparent material to receive the optical signal generated therefrom.
  • an opening 136 through which an optical signal generated from the light emitting device 130 can pass may be partially or entirely formed.
  • the redistribution layer 120 changes (controls) the path of the light L generated from the light emitting element 130 even when the first and second insulating layers are formed of a transparent material.
  • the optical lens 160 may be composed of, for example, a collimating lens that makes a nearly parallel path without dispersing the light L generated from the light emitting device 130 .
  • the redistribution layer 120 is formed on the second surface 114 of the mold body 110, and the first surface of the mold body 110 (112) is equipped with a heat dissipation device (170).
  • first and second metal structures 171 and 172 for heat dissipation may be respectively formed below the light emitting element 130 and the light driving IC 140 to dissipate heat.
  • Sizes of the first and second metal structures 171 and 172 may be larger or smaller than those of the light emitting device 130 and the light driving IC 140 , respectively.
  • a metal piece is attached to the bottom of the light emitting element 130 and the light driving IC 140, and then the light emitting element 130 and the light driving IC 140 ) and metal pieces attached, the FOWLP process can be performed.
  • an adhesive may be used to attach the various light emitting elements 130, the light driving IC 140, and the metal piece, which is made of silver epoxy or epoxy, EMC, or CNT (carbon nanotube) compound.
  • a conductive material such as silver epoxy.
  • it can also be used to apply an electrical signal to the lower surfaces of the light emitting element 130 and the light driving IC 140.
  • a conductive structure in the form of a VIA must be formed on the FOWLP.
  • the metal structure 173 is molded together with the other light emitting device 130 and the light driving IC 140 during FOWLP using a PCB including vias or a Cu piece.
  • metal is deposited on the lower part of the light emitting element 130 and the light driving IC 140 to form a metal connection layer 174 ), and the redistribution layer 120 may be formed on the light emitting device 130 and the light driving IC 140 .
  • the first and second metal structures 171 and 172 may be electrically connected to the redistribution layer 120 through the third metal structure 173 for vias and wired.
  • metal may be deposited on the lower side at the wafer level to connect without a pattern, or a wiring layer may be formed on the opposite side of the redistribution layer 120 of the FOWLP wafer to be connected to each other with double-sided wiring layers.
  • the metal connection layer 174 can be used as a ground by electrically connecting the redistribution layer 120 to the metal connection layer 174 through the third metal structure 173 for Via. Heat from the redistribution layer 120 can be easily discharged to the first surface (lower surface) 112 through the metal structure 173 for vias.
  • optical system-in-package according to the present invention can be electrically connected to the redistribution layer 120 through the wide third metal structure 173 for Via, thereby minimizing inductance.
  • the O-SIP according to the present invention grinds the first surface (lower surface) 112 of the mold body 110 instead of forming the first and second metal structures 171 and 172 for heat dissipation to form the light emitting element 130. ) and the lower surface of the optical drive IC 140 may be flattened to be exposed. As described above, when the lower surfaces of the light emitting element 130 and the light driving IC 140 are exposed, heat can be directly dissipated.
  • the O-SIP may be mounted on the first surface (lower surface) of the control PCB 402 using a solder ball of the terminal pad 150, and at this time, a Surface Mount Technology (SMT) method may be used.
  • SMT Surface Mount Technology
  • various electronic components necessary for controlling the transmission of optical signals may be mounted on the first surface (lower surface) and/or the second surface (upper surface) of the control PCB 402 .
  • through-holes are machined in the upper part of the light input/output part 133 of the light emitting element 130 and the sensing region 215 of the sensor 202, respectively, so that the first and second light passes through.
  • Windows 410 and 420 are formed.
  • the optical signal generated from the light emitting element 130 is transmitted through the first light passage window 410, and the reflected light reflected from the target object is transmitted through the second light passage window 420 to the sensor 202. ) is incident on the sensing region 215 to take an image.
  • a resistive component 430 may be disposed on the upper surface of the control PCB 402 between the first light passage window 410 and the second light passage window 420 .
  • the resistance part 430 may have a rectangular parallelepiped shape, and as a result, the divergent light passing through the first light passing window 410 and emitted to the object is reflected from the object and enters the second light passing window 420. It can also play a role of blocking the occurrence of mixing between the reflected light.
  • the control PCB 402 may be made of a rigid PCB or a flexible thin film FPCB, and various elements may be mounted on both sides.
  • control PCB 402 may be connected to a main board embedded in a main body of a terminal or the like through an FPCB 440 for connection to which a connector 450 is attached to the front end.
  • the metal connection layer 174 for heat dissipation of the optical system-in-package (O-SIP) for the transmitter and the lower surface of the sensor 202 of the optical system-in-package (O-SIP) for the light receiver are Thermal interface materials (TIMs) 230 and 240 are attached, respectively, so that a heat dissipation path to the outside can be efficiently formed through the metal housing 500 of the terminal body.
  • TIMs Thermal interface materials
  • This heat dissipation structure minimizes the transfer of heat generated from the optical system-in-package (O-SIP) for the transmitter and the optical system-in-package (O-SIP) for the light receiver to the control PCB 402 and Since a heat dissipation path can be formed to the outside through the metal housing 500, thermal resistance can be greatly reduced.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a Fan-In type optical system-in-package (O-SIP) for a light receiver according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a Fan-Out according to a second embodiment of the present invention. It is a cross-sectional view showing an optical system-in-package (O-SIP) for a light receiving unit of the type.
  • O-SIP optical system-in-package
  • the Fan-In type optical system-in-package (O-SIP) for the light receiver according to the first embodiment of the present invention may be made of, for example, an image sensor chip (IC), etc.
  • a redistribution layer 122 is formed on the upper surface of the sensor 202 except for the sensing region 215, and a plurality of terminal pads 152 to which solder balls are attached are formed on the redistribution layer 122. are placed
  • a filter 322 is mounted on the redistribution layer 122 including the sensing area 215 therein to protect the sensing area 215 .
  • the sensing area 215 located at the center of the upper surface of the sensor 202 is an area where reflected light reflected from an object (target object) is incident and imaging is performed, it is required to prevent contamination caused by accumulation of dust or the like.
  • the filter 322 is installed above the redistribution layer 122 to primarily seal the sensing region 215, and the sensor 202 on which the filter 322 is mounted is connected to the control PCB 402. After surface mounting the filter 322 on the rear surface of the control PCB 402 to match the second light passage window 420 of the control PCB 402, the outer periphery of the sensor 202 bonded to the control PCB 402 is coated with epoxy. By forming a secondary sealing portion 220.
  • the plurality of terminal pads 152 disposed on the redistribution layer 122 are fan-in type, and the sensor 202 It is arranged only on the upper surface of.
  • the sensor 202 which may be made of an image sensor chip (IC), is molded It is molded inside the body 210, and a redistribution layer 122 is formed on the upper surface of the mold body 210 and the sensor 202 except for the sensing region 215, and the redistribution layer 122 is formed on the upper surface of the redistribution layer 122.
  • a plurality of terminal pads 152 to which solder balls are attached are disposed.
  • a filter 322 is mounted on the redistribution layer 122 including the sensing region 215 therein to protect the sensing region 215 .
  • the fan-out type optical system-in-package (O-SIP) for the light receiver uses a flip chip package technology to integrate without wire-bonding and at the same time a board (PCB) It is packaged with the so-called FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method, a fan-out technology that increases the number of input/output terminals by pulling out the input/output (I/O) terminals while integrating elements without using It is different from the first embodiment in that the terminal pad 152 is a fan-out type and disposed above the redistribution layer 122 formed on the upper surface of the sensor 202 and the mold body 210.
  • FOWLP Fast Out Wafer Level Package
  • FIG. 5 is a single Fan-Out type optical system- It is a cross-sectional view showing an embodiment integrated into an in-package (O-SIP).
  • an optical system-in-package (O-SIP) according to a third embodiment of the present invention has a light emitting unit 100 and a light receiving unit 200 molded inside a single mold body 110. It is different from the first and second embodiments in that.
  • An optical system-in-package (O-SIP) according to the third embodiment is packaged in a Fan Out Wafer Level Package (FOWLP) method, and includes a light emitting element 130, an optical driving IC 140, and a sensor 202. is molded inside the mold body 110, and on the upper surface of the mold body 110, the light emitting element 130, the light driving IC 140, and the sensor 202, except for the sensing region 215, the rest of the parts A wiring layer 120 is formed, and a plurality of terminal pads 150 and 152 to which solder balls are attached are disposed on the redistribution layer 120 .
  • FWLP Fan Out Wafer Level Package
  • An optical lens 160 may be formed on the redistribution layer 120 positioned above the light input/output part 133 of the light emitting device 130 .
  • a filter 322 is mounted on the redistribution layer 120 including the sensing area 215 therein to protect the sensing area 215 .
  • the optical lens 160 of the light emitting element 130 is matched to the first light passage window 410 of the control PCB 402, and the sensor 202 on which the filter 322 is mounted is connected to the control PCB 402.
  • the filter 322 is surface-mounted to be matched to the second light passing window 420 of ).
  • the outer periphery of the integrated optical system-in-package (O-SIP) bonded to the control PCB 402 may form a sealing portion 220 by applying epoxy as described above.
  • O-SIP integrated optical system-in-package
  • An integrated optical system-in-package (O-SIP) uses a flip chip package technology to integrate devices without wire-bonding and at the same time integrate devices without using a PCB. It is packaged with the fan-out type FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method that increases the number of input/output terminals by pulling out the input/output (I/O) terminals while integrating, and a plurality of terminal pads (150, 152) are It is an out type and is disposed above the redistribution layer 120 formed on the upper surface of the optical drive IC 140, the sensor 202, and the mold body 110.
  • FOWLP Fan Out Wafer Level Package
  • a thermal interface material (TIM) in the form of a tape is attached to the lower surface of the integrated optical system-in-package (O-SIP) to form a heat dissipation path to the outside through the metal housing 500 of the terminal body.
  • TIM thermal interface material
  • the light emitting unit 100 and the light receiving unit ( 200) can be packaged in one or two system-in-package (SIP) forms, so an ultra-thin package can be implemented.
  • SIP system-in-package
  • a system-in-package (SIP) capable of minimizing the height from the sensor imaging surface of the light receiving unit 200 to the floor may be provided.
  • the light emitting part 100 implemented in the form of a system-in-package (SIP) is mounted behind the control PCB 400 like the sensor 202 of the light receiving part 200, the light emitting part ( It is possible to mount without covering the light input/output part 133 of the light emitting element 130 of 100).
  • SIP system-in-package
  • the light emitting element 130 of the light emitting unit 100 and the light driving IC 140 can be integrated in the form of a system-in-package (SIP) sealed inside the mold body 110, so that the light emitting element 130 ) and the light driver IC 140 is reduced to generate light in the form of a square wave (pulse), the ToF sensor resolution can be increased by the gain of the rise/fall time. .
  • SIP system-in-package
  • the light emitting part 100 and the light receiving part 200 implemented in a system-in-package (SIP) form are mounted on the lower part of the control PCB 400, the light emitting part 100 and the light receiving part 200 Heat dissipation is not hindered by the control PCB 400 and effective heat dissipation can be achieved through the housing 500 of the main body made of metal.
  • SIP system-in-package
  • the light emitting unit 100 and the light receiving unit 200 implemented in the form of a system-in-package (SIP) can be mounted in a flip-chip type on the lower part of the control PCB 400, so that it is slim.
  • SIP system-in-package
  • the lens unit 300 may be mounted on the upper part of the control PCB 400, and the light emitting unit 100 and the light receiving unit 200 implemented in the form of a system-in-package (SIP) may be mounted on the lower side of the control PCB 400.
  • SIP system-in-package
  • various lenses required for the light emitting unit 100 and the light receiving unit 200 can be accommodated in one lens housing 330, so that the structure can be simplified.
  • the sensing area 215 of the sensor 202 is primarily sealed by the filter 322 and the outer periphery of the sensor 202 or the mold body 210 in contact with the control PCB 400 is secondarily sealed.
  • the sensing region 215 of the sensor 202 may be safely protected.
  • one or two system-in-package (SIP: System In-Package) light emitters and light receivers are provided at the wafer level according to the FOWLP (Fan Out Wafer Level Package) method instead of a package using a thick-film printed circuit board (PCB).
  • FOWLP Fast Out Wafer Level Package
  • PCB thick-film printed circuit board
  • the ToF sensor can be used in various ways such as AR, VR, MR, and mobile phones.

Abstract

본 발명은 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따른 반도체 패키지 방식을 사용하여 웨이퍼 레벨로 발광부와 수광부를 하나 또는 두개의 시스템-인-패키지(SIP)로 패키징할 수 있어 초박형 패키지를 구현할 수 있는 ToF 센서 및 이를 이용한 ToF 카메라에 관한 것이다. 본 발명의 ToF 카메라는 객체로 광을 발산하는 발광부: 상기 객체로부터 반사된 반사광을 수신하여 감지하는 수광부; 상기 광을 객체로 발산하고 상기 객체로부터 반사된 반사광을 수광부로 수신하도록 상기 광의 경로를 제어하는 렌즈부; 및 상기 발광부와 수광부가 하부면에 실장되고, 상부면에 상기 렌즈부가 실장되는 제어 인쇄회로기판(PCB)을 구비하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

센서 및 이를 이용한 TOF 카메라
본 발명은 센서에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따른 반도체 패키지 방식을 사용하여 웨이퍼 레벨로 발광부와 수광부를 하나 또는 두개의 시스템-인-패키지(SIP)로 패키징할 수 있어 초박형 패키지를 구현할 수 있는 센서 및 이를 이용한 ToF 카메라에 관한 것이다.
쿼드콥터, 차량의 자율주행, 모션인식 컨트롤, 가상현실, 증강현실, 3차원(3 dimension) 게임, 로봇 제어 및 깊이감이 있는 3차원 영상을 제공하기 위해서 물체와의 거리를 측정하여 거리 정보를 획득할 수 있는 3차원(3 dimension) 카메라, 모션 캡처 센서(motion sensor), 레이저 레이더(Laser Radar)의 기술 개발이 이루어지고 있다.
3차원 콘텐츠를 획득하기 위하여 깊이 정보(Depth Map), 즉 물체와 카메라 사이의 거리 정보가 필요하며, 2차원 영상의 한 지점에 대하여 다른 지점의 원근 정보를 나타낸다.
2대의 카메라를 이용한 스테레오 비전(Stereo Vision) 방식 또는 구조광(Structured Light)을 이용한 삼각 측량법(Triangulation) 방식을 이용하여 물체의 깊이 정보(물체와 카메라 사이의 거리 정보)를 얻을 수 있다. 이러한 방식들은 물체와 카메라 사이의 거리가 멀어질수록 깊이 정보의 정확도가 떨어지는 단점이 있다.
한편, ToF(Time of Flight) 센서를 적용한 3차원 영상 장치는 물체에 빛을 조사하고, 반사되어 되돌아온 빛을 이용하여 물체까지의 거리를 계산할 수 있다. 구체적으로, ToF 센서는 조사된 빛이 되돌아오기까지의 시간 차이와 빛의 속도를 이용하여 물체까지의 거리를 계산할 수 있다.
ToF 센서는 빛을 직접 조사하기 때문에 모든 픽셀에서 깊이 값을 측정할 수 있고, 깊이 영상(depth image)을 실시간으로 획득할 수 있다. 이러한 ToF 센서 방식은 고속 동작이 가능하고, 스테레오 비전 방식에 비해 조명 변화에 의한 잡음이 적고, 후처리 알고리즘의 연산량을 줄일 수 있는 장점이 있다.
TOF 카메라는 근적외선, 초음파, 레이저 등을 이용하여 사물의 거리를 측정하는 구성으로 IR 라이트와 TOF 센서로 구성될 수 있다.
이 경우, 종래에는 IR 라이트와 TOF 센서는 별도로 제작되어 하나의 하우징에 조합되어 사용하거나, 하나의 패키지에 수직방향으로 적층되어 구성될 수 있다.
IR 라이트와 TOF 센서가 별도로 제작되어 하나의 하우징에 조합되는 경우는 전체적으로 큰 면적을 차이하는 문제가 있다.
또한, IR 라이트와 TOF 센서를 제어용 PCB와 함께 수직방향으로 적층하여 하나의 패키지로 구현하는 경우는 TOF 센서의 촬상면으로부터 바닥까지의 높이가 높아서 슬림한 구조를 갖지 못하는 문제가 있다.
더욱이, IR 라이트와 TOF 센서를 제어용 PCB와 함께 수직방향으로 적층하여 하나의 패키지로 구현하는 경우는 상기 제어용 PCB의 상부에 발광소자와 TOF 센서가 실장되는 적층 구조를 가진다.
상기 제어용 PCB의 상부에 발광소자를 와이어-본딩할 수 있으나, 이 경우 제어용 PCB를 거쳐서 방열이 이루어져야 하므로 방열 성능의 저하 우려가 있다. 또한, 상기 제어용 PCB의 하부에 TOF 센서를 실장하는 경우는 상기 제어용 PCB의 하부에 TOF 센서가 근접되어 배치되므로 제어 PCB의 관통구멍은 홀공차 때문에 발광소자의 발광부가 가려질 수 있는 문제가 있다.
또한, 종래에는 제어용 PCB는 상부면과 하부면 중 한면만 사용할 수 있어 제어용 PCB의 면적을 줄이는 것이 어렵다.
더욱이, 종래에는 광신호를 송신할 때 발광부의 광을 피사체 물체로 확산시켜 조사하기 위한 광학 렌즈의 구성이 복수개로 구성되는 문제가 있다.
한편, 반도체 칩은 논리나 구동 IC의 역할을 수행할 뿐만 아니라 빛에 반응할 수 있는 수광소자 혹은 빛을 발광하는 발광소자를 제작할 수 있다. 이러한 광소자의 응용으로는 발광 소자를 포함하는 근접 센서, TOF(Time Of Flight) 센서, LIDAR(Light Detection And Ranging) 등에 활용되고 있다.
광소자는 이를 구동하거나 인터페이스 해주는 전자 소자와 함께 사용되어야 하며, 이를 통해 광신호를 전자 신호의 형태로 변환해주게 된다. 일례로, 광데이터 전송을 하는 분야에서는 광신호를 디지털 신호로 변환해 주는 모듈을 위해 광소자와 전자 소자가 함께 사용될 수 있다.
다른 예로, 광센서 분야에서는 수광한 빛의 특성을 영상 데이터 혹은 Depth 데이터로 변환해 주는 소자가 광소자와 함께 사용될 수 있다.
상기한 종래의 모든 응용은 대부분 배선 패턴이 제작된 PCB(인쇄회로기판)를 사용하여 복수의 칩들을 실장하고 wire-bonding에 의해 연결하고 있다. 이는 보통 칩-온-보드(CoB, Chip-on-Board) 방식의 패키지이다.
또한, PCB(인쇄회로기판)를 사용하는 패키지 대신에 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따른 반도체 패키지 방식을 사용하여 웨이퍼 레벨로 광/전 소자를 패키징할 수 있으며, 이는 초박형 패키지를 제작하면서 고정밀 재배선층(RDL)을 사용하여 성능을 높일 수 있는 기술이다.
그러나, 반도체 패키지를 사용하여 전/광 패키지를 수행하는 경우, 대부분 광학 경로가 발광소자 칩에 대하여 수직인 경우가 많아 패키지의 일면에 광학 경로가 배치되게 하고, 패키지의 반대면에 외부와의 전기적 연결을 위한 단자 패드를 형성하게 된다. 또한 이러한 전/광 패키지는 내부에 몰딩된 칩들 사이를 연결하기 위한 재배선층은 광학 경로가 있는 전/광 패키지의 일면에 배치되게 된다.
따라서, 본 발명은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 후막의 PCB(인쇄회로기판)를 사용하는 패키지 대신에 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따른 반도체 패키지 방식을 사용하여 웨이퍼 레벨로 발광부와 수광부를 하나 또는 두개의 시스템-인-패키지(SIP: System In Package)로 패키징할 수 있어 초박형 패키지를 구현할 수 있는 센서 및 이를 이용한 ToF 카메라를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 수광부의 센서 촬상면으로부터 바닥까지의 높이를 최소화할 수 있는 시스템-인-패키지(SIP)를 갖는 센서 및 이를 이용한 ToF 카메라를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 발광부용 시스템-인-패키지(SIP)를 제어 PCB 뒤에 수광부용 ToF 센서처럼 실장할지라도 제어 PCB의 홀공차로 인하여 발광부 광원(VCSEL)의 광출입부를 가리지 않는 센서 및 이를 이용한 ToF 카메라를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 발광부의 광원(VCSEL)과 광구동 IC가 발광부용 시스템-인-패키지(SIP)에 집적될 수 있어 광원(VCSEL)과 광구동 IC 사이의 인덕턴스(Inductance)가 감소되어 구형파(펄스)의 형태의 광을 발생할 때 상승/하강 시간(Rise/Fall time)의 이득에 의해 ToF 센서 해상도를 증가시킬 수 있는 센서 및 이를 이용한 ToF 카메라를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 시스템-인-패키지(SIP) 형태로 구현되는 발광부와 수광부가 제어 PCB의 하부에 실장됨에 따라 발광부와 수광부의 방열이 제어 PCB에 의해 방해를 받지 않고 메탈로 이루어지는 본체의 하우징을 통하여 효과적인 방열이 이루어질 수 있는 센서 및 이를 이용한 ToF 카메라를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 센서의 센싱 영역을 필터에 의한 일차적인 실링과 제어 PCB와 접촉하는 센서의 외주부를 이차적으로 실링함에 의해 센서의 센싱 영역을 안전하게 보호할 수 있는 센서 및 이를 이용한 ToF 카메라를 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 ToF 카메라는 객체로 광을 발산하는 발광부: 상기 객체로부터 반사된 반사광을 수신하여 감지하는 수광부; 상기 광을 객체로 발산하고 상기 객체로부터 반사된 반사광을 수광부로 수신하도록 상기 광의 경로를 제어하는 렌즈부; 및 상기 발광부와 수광부가 하부면에 실장되고, 상부면에 상기 렌즈부가 실장되는 제어 인쇄회로기판(PCB)을 구비하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 발광부와 수광부는 단일 또는 2개의 광 시스템-인-패키지(O-SIP) 형태로 이루어지며, 상기 제어 인쇄회로기판(PCB)의 하부면에 플립-칩(Flip-Chip) 타입으로 실장될 수 있다.
또한, 상기 제어 인쇄회로기판(PCB)은 상기 발광부로부터 발산되는 광이 통과하는 제1광 통과 윈도우와 상기 반사광이 수광부로 수신하도록 상기 반사광의 수신경로를 형성하는 제2광 통과 윈도우를 포함할 수 있다.
더욱이, 상기 발광부는 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체; 상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 발광소자: 상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 발광소자와 간격을 두고 몰딩된 광구동 IC: 및 상기 몰드몸체의 제2면에 형성되며 상기 발광소자와 광구동 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ToF 카메라는 각각 상부면이 상기 발광소자와 광구동 IC의 하부에 접합되고 하부면이 노출된 방열용 제1 및 제2 금속 구조물을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 ToF 카메라는 상기 발광소자와 광구동 IC 사이에 상기 몰드몸체를 관통하여 삽입되며 상단부가 재배선층과 연결되고 하단부가 노출된 비아용 제3금속 구조물; 및 상기 제1 내지 제3 금속 구조물의 하부면을 상호 연결하여 상기 재배선층을 상기 발광소자와 광구동 IC의 하부와 연결하며 하부면이 노출되는 메탈 연결층;을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 ToF 카메라는 상기 재배선층 위에 형성되고 상기 발광소자의 광출입부 상부에 위치설정된 광학 렌즈를 더 포함할 수 있다.
상기 렌즈부는 발광부용 렌즈, 수광부용 렌즈 어셈블리 및 상기 발광부용 렌즈와 수광부용 렌즈 어셈블리를 내부에 수용하는 하나의 렌즈 하우징을 포함하며, 상기 렌즈 하우징은 발광부용 렌즈가 수용되는 제1공간과 수광부용 렌즈 어셈블리가 수용되는 제2공간을 구획하기 위한 구획부를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 발광부용 렌즈는 상기 발광소자 자체가 발광하는 면적보다 더 크게 발광면적을 가져갈 수 있도록 빛을 퍼뜨리는 디퓨저(diffuser)로 이루어지며, 상기 광학 렌즈는 상기 디퓨저(diffuser)의 면적 안에 상기 발광소자로부터 발산된 광이 들어갈 수 있도록 빛을 모아주는 역할을 할 수 있다.
상기 수광부는 상기 객체와 센서 사이의 광경로 상에 배치되어 발광부가 출력하는 광신호의 파장 대역에서 빛을 통과시키는 필터; 및 상기 광신호를 감지하여 전기적 신호로 출력하며, 상기 발광소자에서 출력하는 광의 파장에 대응하는 파장의 광을 감지하는 센서;를 포함하며, 상기 필터는 상기 객체로부터 반사된 반사광을 수광부로 수신하도록 상기 제어 인쇄회로기판(PCB)에 형성된 광 통과 윈도우에 배치될 수 있다.
또한, 상기 센서는 상기 광신호를 감지하여 전기적 신호로 출력하며, 상기 발광소자에서 출력하는 광의 파장에 대응하는 파장의 광을 감지하는 감지 영역을 갖는 센서 칩; 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 가지며 상기 제2면으로 상기 감지 영역을 노출하도록 둘러싸는 몰드몸체; 및 상기 몰드몸체의 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서 칩을 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함할 수 있다.
상기 필터는 상기 센서의 감지 영역을 실링하도록 상기 재배선층의 상부에 위치설정되고, 상기 제어 인쇄회로기판(PCB)의 하부에 실장되는 상기 센서의 외주부는 실링이 이루어질 수 있다.
또한, 상기 발광부와 수광부는 광 시스템-인-패키지(O-SIP) 형태로 이루어지며, 상기 발광부와 수광부는 각각 패키지 하부에 설치되어 단말기 본체의 메탈 하우징으로 방열 경로를 형성하기 위한 TIM(Thermal Interface Material)을 더 포함할 수 있다.
상기 발광부와 수광부는 단일의 광 시스템-인-패키지(O-SIP) 형태로 이루어지며, 상기 단일의 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체; 상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 발광소자: 상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 발광소자와 간격을 두고 몰딩된 광구동 IC: 상기 제2면에 광을 감지하는 감지 영역이 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 광구동 IC와 간격을 두고 몰딩된 센서; 및 상기 몰드몸체의 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서, 발광소자 및 광구동 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센서는 하부 및 상부에 제1면 및 제2면을 가지며 상기 제2면에 광을 감지하는 감지 영역이 노출되는 센서; 및 상기 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서는 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체; 상기 제2면에 광을 감지하는 감지 영역이 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 센서; 및 상기 몰드몸체의 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
더욱이, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서는 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체; 상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 발광소자: 상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 발광소자와 간격을 두고 몰딩된 광구동 IC: 상기 제2면에 광을 감지하는 감지 영역이 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 광구동 IC와 간격을 두고 몰딩된 센서; 및 상기 몰드몸체의 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서, 발광소자 및 광구동 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센서는 객체로부터 반사된 반사광을 상기 감지 영역으로 수신하도록 상기 반사광의 수신경로를 형성하는 광 통과 윈도우를 구비하는 제어 인쇄회로기판(PCB)을 더 포함하며, 상기 센서는 상기 복수의 단자 패드에 구비된 솔더 범프를 이용하여 상기 제어 인쇄회로기판(PCB)의 하부면에 실장될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센서는 상기 센서의 감지 영역을 실링하도록 상기 재배선층의 상부에 위치설정되는 커버를 더 포함할 수 있다.
본 발명에서는 FOWLP에서 도전성 VIA를 사용하여서 제작되는 광 패키지에 존재하는 문제점들을 해결하기 위해, 도전성 VIA를 사용하지 않는 광학 FOWLP를 사용하여 발광소자와 광구동 IC를 패키지 내에 포함하는 광 시스템-인-패키지(O-SIP: Optical System In Package)를 제안한다. 상기 O-SIP는 광신호를 생성하는 광모듈을 구성할 수 있다.
상기 발광소자와 광구동 IC는 패키지 내에 몰드되며, 단자 패드와 광출입부가 있는 광구동 IC의 노출면은 재배선층(RDL)을 향하도록 몰드된다. 몰드 위에는 재배선층이 위치하며 상기 재배선층에는 외부접속용 단자 패드가 위치할 수 있다. 상기 재배선층 위에는 추가적인 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 혹은 임프린트(Imprint) 공정을 통하여 마이크로 렌즈, 광학계, 메타표면(Meta-surface) 혹은 다양한 패턴을 가지는 레이어를 웨이퍼 레벨(wafer level)로 제작할 수 있다.
종래에는 빛을 굴절시켜 이미지를 선명하게 하거나, 증폭하는 렌즈로 유리로 사용해 왔다. 그런데 메타렌즈(Metalens)의 역할을 하는 메타표면(Meta-surface)은 나노 크기의 기둥 또는 핀 같은 구조로 구성되어, 이미지 왜곡없이 빛을 집중시킬 수 있다.
상기와 같은 FOWLP 형태로 패키지하는 경우 패키지를 예를 들어, 제어부를 구성하는 제어 PCB 상에 표면 실장(SMT: Surface Mount Technology)하고 나면 광출입부가 상기 제어 PCB로 인해 막히는 경우가 생기게 된다. 이를 해결하기 위하여 본 발명에서는 제어 PCB에 관통구멍(through hole)을 내거나 투명한 자재를 사용하여 광출입구를 제작하여 문제를 해결할 수 있다. 이후 필요한 렌즈 및 광섬유 등의 광학 부품을 제어 PCB 상에서 조립할 수 있게 된다.
더욱이, 본 발명에서는 상기 발광소자와 광구동 IC의 방열을 위해 몰드되는 발광소자와 광구동 IC의 하부에 방열용 Metal 구조물을 배치할 수 있다. 상기 Metal 구조물 면은 FOWLP의 재배선층과 대향하고 있는 패키지의 반대면에 Metal 구조물이 노출되도록 개방(open)되게 되며, 상기 노출된 Metal 구조물 면에는 히트 싱크(Heat Sink)나 TIM(Thermal Interface Material) 등의 방열 구조물로 연결되어 방열 경로(Path)를 형성하게 한다.
또한, 상기 발광소자와 광구동 IC의 하부를 전기적으로 연결하기 위하여 상기 Metal 구조물을 FOWLP의 상부면에 위치한 재배선층에 연결해 줄 수 있다. 이 경우, FOWLP의 하부면 전체에 웨이퍼 레벨로 메탈을 형성(Deposition)하여 메탈 연결층을 형성한 후, Metal 구조물과 FOWLP의 재배선층을 도전성 VIA로 연결하거나, 혹은 상기 메탈 연결층에 의해 Metal 구조물 사이를 전기적으로 연결할 수 있다.
더욱이, 본 발명의 O-SIP에서 상기 발광소자는 광학적인 처리를 하는 단일의 광소자 또는 복수의 광소자가 어레이 형태로 집적된 집적회로(Integrated Circuit)이며, 전기신호를 광신호로 변환시키는 역할을 할 수 있다. 일례로, 상기 발광소자는 수직 공진 표면 발광 레이저(VCSEL; Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser), 레이저 다이오드(LD; Laser Diode)를 적용할 수 있다.
또한, 상기 광구동 IC는 발광 장치를 구동하는 구동회로가 사용될 수 있다.
본 발명은 복수의 발광소자와 광구동 IC를 별도의 기판을 사용하지 않고 SiP 형태로 이루어진 패키지 내부에 위치시키고, 상기 발광소자와 SiP 외부와의 광 경로를 형성한 광 시스템-인-패키지(O-SIP: Optical System In Package)를 개시한다. 본 발명의 O-SIP는 기판 사용을 배제함에 따라 더 작고 값싼 발광부용 광모듈을 가능하게 한다.
본 발명에서는 상기 발광소자에 따라 동작하는 광구동 IC(칩)를 발광소자와 함께 플립 칩(flip chip) 패키지 기술을 이용하여 와이어-본딩 없이 집적함과 동시에 기판을 사용하지 않고 소자들을 집적하면서 입출력(I/O) 단자를 바깥으로 빼서 입출력 단자를 늘리는 팬-아웃 기술, 소위 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 상기 발광소자와 광구동 IC를 패키지함에 의해 슬림한 O-SIP를 구현할 수 있다.
상기 O-SIP는 SiP(System In Package) 기술의 일종으로 PCB 등의 기판을 사용하지 않고 칩(다이)의 고정을 위해 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)과 같은 봉지 물질을 사용하여 패키지함에 의해 종래의 패키지와 비교하여 1/16 정도의 수준으로 소형화 및 슬림화할 수 있고, 비용절감을 도모할 수 있다.
본 발명에 따른 O-SIP를 제어 PCB에 결합되어 얻어지는 광모듈은 전체적으로 슬림한 구조를 형성할 뿐 아니라 제어 PCB 대신에 O-SIP의 배면에 부착되는 방열용 메탈 구조물을 통하여 히트 싱크(Heat Sink) 또는 메탈로 이루어진 단말기 등의 본체 하우징을 통하여 방열이 이루어질 수 있어 성능 저하를 막을 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 후막의 PCB(인쇄회로기판)를 사용하는 패키지 대신에 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따른 반도체 패키지 방식을 사용하여 웨이퍼 레벨로 발광부와 수광부를 하나 또는 두개의 시스템-인-패키지(SIP: System In Package)로 패키징할 수 있어 초박형 패키지를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 수광부의 센서 촬상면으로부터 바닥까지의 높이를 최소화할 수 있는 시스템-인-패키지(SIP)를 가질 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 발광부용 시스템-인-패키지(SIP)를 제어 PCB 뒤에 수광부용 ToF 센서처럼 실장할지라도 PCB 홀공차로 인하여 발광부의 광원(VCSEL)의 광출입부를 가리지 않고 실장하는 것이 가능하다.
본 발명에서는 발광부의 광원(VCSEL)과 광구동 IC가 발광부용 시스템-인-패키지(SIP)에 집적될 수 있어 광원(VCSEL)과 광구동 IC 사이의 인덕턴스(Inductance)가 감소되어 구형파(펄스)의 형태의 광을 발생할 때 상승/하강 시간(Rise/Fall time)의 이득에 의해 ToF 센서 해상도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 시스템-인-패키지(SIP) 형태로 구현되는 발광부와 수광부가 제어 PCB의 하부에 실장됨에 따라 발광부와 수광부의 방열이 제어 PCB에 의해 방해를 받지 않고 메탈로 이루어지는 본체의 하우징을 통하여 효과적인 방열이 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 제어 PCB의 하부에 시스템-인-패키지(SIP) 형태로 구현되는 발광부와 수광부를 플립-칩(Flip-Chip) 타입으로 실장할 수 있어 슬림한 패키지 구조와 생산성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 제어 PCB의 상부에 렌즈부를 실장하고 하부에 시스템-인-패키지(SIP) 형태로 구현되는 발광부와 수광부를 실장할 수 있다. 그 결과, 제어 PCB의 상부면과 하부면을 모두 소자를 실장할 수 있어 PCB의 면적을 축소할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 발광부와 수광부에 요구되는 각종 렌즈를 하나의 렌즈 하우징에 수용할 수 있어 구조를 단순화할 수 있다.
본 발명에서는 센서의 센싱 영역을 필터에 의한 일차적인 실링과 제어 PCB와 접촉하는 센서의 외주부를 이차적으로 실링함에 의해 센서의 센싱 영역을 안전하게 보호할 수 있다.
일반적으로 센서 모듈의 두께는 크게 두 가지로 결정이 되게 되는데, 첫째는 센서의 센싱 표면에서부터 렌즈를 포함하는 거리이며, 둘째는 센서의 센싱 표면과 바닥 하우징까지의 거리이다.
광학계를 그대로 사용하는 경우 센서 표면에서 렌즈의 거리는 종래와 동일하게 되지만, 하우징에서 센서 표면까지의 거리는 종래에는 PCB, FOWLP 높이가 반영되어서 높게 되지만, 본 발명에서는 하우징에 바로 센서 다이(Die)가 접합하게 되므로 종래와 비교할 때, 훨씬 낮은 높이의 센서 모듈 제작이 가능하다.
본 발명에서는 기존 도전성 VIA를 사용하는 FOWLP의 단점으로 지적되는 도전성 VIA 사용에 따른 비용상승, 단자 패드 배치의 비효율성, 방열성능 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 Fan-in과 Fan-out 단자 패드 배치를 동시에 사용할 수 있어 단자 패드 배치를 효율적으로 할 수 있고, 그 결과 단자 패드를 더 집적화할 수 있게 되면 패키지 크기를 작게 할 수 있어 제품의 소형화와 공정 비용 절감을 달성할 수 있다.
더욱이, 기존 도전성 VIA를 사용하는 FOWLP의 단점으로 지적되는 도전성 VIA 사용에 따른 비용상승, 단자 패드 배치의 비효율성, 방열성능 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 Fan-in과 Fan-out 단자 패드 배치를 동시에 사용할 수 있어 단자 패드 배치를 효율적으로 할 수 있고, 그 결과 단자 패드를 더 집적화할 수 있게 되면 패키지 크기를 작게 할 수 있어 제품의 소형화와 공정 비용 절감을 달성할 수 있다.
더욱이, 기존 CoB(Chip-on-Board) 방식 및 도전성 VIA를 사용하는 FOWLP를 통한 광학 패키지 제품보다 월등한 방열 성능을 보이는 패키지를 제작할 수 있다.
뿐만 아니라 본 발명의 O-SIP 구조를 사용하는 경우, 하기 실시예에 서술된 바와 같이 각 응용에 따라 최소의 두께를 가지는 광모듈을 제작할 수 있다.
본 발명에 따른 O-SIP를 제어 PCB에 결합되어 얻어지는 광모듈은 전체적으로 슬림한 구조를 형성할 뿐 아니라 제어 PCB 대신에 O-SIP의 배면에 부착되는 방열용 메탈 구조물을 통하여 히트 싱크(Heat Sink) 또는 메탈로 이루어진 본체 하우징을 통하여 방열이 이루어질 수 있어 성능 저하를 막을 수 있다.
또한, 본 발명에서는 재배선층 위에 추가적인 MEMS(Micro Electro Mechanical System) 혹은 임프린트(Imprint) 공정을 통하여 마이크로 렌즈, 광학계, 메타표면(Meta-surface) 혹은 다양한 패턴을 가지는 레이어를 웨이퍼 레벨(wafer level)로 제작할 수 있어, 생산성 증가와 슬림한 구조를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 O-SIP를 이용하여 TOF 센서(Time Of Flight Sensor)를 포함한 TOF 카메라의 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 발광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 나타낸 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 Fan-In 타입의 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 Fan-Out 타입의 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 나타낸 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 발광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)와 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 단일의 Fan-Out 타입의 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 통합한 실시예를 나타낸 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명한다.
이 과정에서 도면에 도시된 구성요소의 크기나 형상 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시될 수 있다. 또한, 본 발명의 구성 및 작용을 고려하여 특별히 정의된 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
ToF 센서는 ToF(time of flight) 기술에 기초하여 광신호를 객체(대상 물체)로 방출하고, 객체로부터 반사되는 광신호를 감지하여, ToF 센서와 객체 간의 거리를 감지할 수 있다.
이하에 도 1 및 도 2를 참고하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 ToF 카메라를 설명한다.
본 발명의 실시예에 따른 ToF 카메라(10)는 발광부(100), 수광부(200), 렌즈부(300) 및 제어부(400)를 포함할 수 있다.
상기 발광부(100)는 도 2에서 후술하는 바와 같이, 몰드몸체(110) 내부에 발광소자(130)와 광구동 IC(140)를 포함하고 있고, 몰드몸체(110)의 제2면(114)에 재배선층(120)이 형성되고, 몰드몸체(110)의 제1면(112)에 방열장치(170)가 적층된 광 시스템-인-패키지(O-SIP)로 구현될 수 있다.
상기 발광부(100)는 광신호를 생성한 후 생성된 광신호를 객체로 출력하는 유닛일 수 있다. 이를 위해 발광부(100)는 발광소자(130)와 같이 빛을 생성할 수 있는 구성, 빛을 모듈레이션(modulation) 할 수 있는 구성을 포함할 수 있다. 광신호는 펄스파(pulse wave)의 형태나 지속파(continuous wave)의 형태일 수 있다. 상기 지속파는 사인파(sinusoid wave)나 사각파(squared wave)의 형태일 수 있다.
또한, 상기 발광부(100)는 일정한 주기로 광 펄스를 생성할 수 있다. 발광부(100)는 소정의 펄스 반복 주기(tmodulation)로 소정의 펄스 폭(tpulse)을 가지는 광 펄스를 생성할 수 있다.
더욱이, 발광부(100)는 다양한 조사 영역으로 광신호를 출력할 수 있다. 발광부(100)는 발광소자 어레이(IC 칩)를 영역별로 구동하여 다양한 조사 영역으로 광신호를 출력할 수 있다. 발광부(100)는 제어 신호에 따라 조사 영역을 변경하기 위한 발광 소자 어레이를 포함할 수 있다.
상기 발광소자(130)는 광신호를 방출할 수 있다. 상기 발광소자(130)는 광구동 IC(140)의 제어에 따라 광신호를 방출하거나(온) 방출하지 않을 수(오프) 있다. 예를 들어, 광신호는 구형파(펄스)의 형태 또는 정현파의 형태를 가질 수 있다. 광신호는 사용자에게 감지되지 않은 대역의 신호일 수 있으며, 레이저, 레이저 펄스, 적외선(infrared), 마이크로파(microwave), 광파(light wave), 초음파(ultrasonic wave) 등일 수 있으나, 상술한 예시들로 한정되지 않는다.
예를 들어, 상기 발광소자(130)는 레이저 광원이거나, 또는 LED(light emitting diode), LD(laser diode), OLED(organic led), 측면 발광 레이저(edge emitter laser), VCSEL(vertical cavity surface emitting laser), 분포 궤환형 레이저(distributed feedback laser) 등을 포함할 수 있다.
상기 수광부(200)는 객체에 반사된 빛을 감지할 수 있다. 수광부(200)는 객체에 반사된 광신호를 감지할 수 있다. 이때, 감지되는 광신호는 상기 발광부(100)가 출력한 광신호가 객체에 반사된 것일 수 있다. 상기 수광부(200)는 광신호를 감지하기 위하여 필터(322) 및 센서(202)를 포함할 수 있다.
객체로부터 반사된 광신호는 렌즈 어셈블리(320)를 통과할 수 있다. 상기 렌즈 어셈블리(320)의 광축은 센서(202)의 광축과 얼라인(align)될 수 있다.
상기 렌즈 어셈블리(320)는 복수의 볼록 렌즈와 오목 렌즈 등의 렌즈 조합으로 구성되어 렌즈 어셈블리(320)를 통과한 빛(광)이 이미지 센서 등의 촬상면에 초점이 맞는 상으로 맺히도록 역할을 한다.
상기 필터(322)는 렌즈 어셈블리(320)와 센서(202) 사이에 배치될 수 있다. 필터(322)는 객체와 센서(202) 사이의 광경로 상에 배치될 수 있다. 상기 필터(322)는 소정 파장 범위를 갖는 빛을 필터링할 수 있다. 상기 필터(322)는 빛의 특정 파장 대역을 투과시킬 수 있다. 더욱이, 상기 필터(322)는 특정 파장의 빛을 통과시킬 수 있다.
예를 들어, 상기 필터(322)는 발광부(100)가 출력하는 광신호의 파장 대역에서 빛을 통과시킬 수 있다. 필터(322)는 적외선 대역의 빛을 통과시키고 적외선(IR) 대역 이외의 빛을 차단시킬 수 있다. 또한, 상기 필터(322)는 가시광선을 통과시키고 가시광선 이외의 파장의 빛을 차단시킬 수 있다.
상기 필터(322)는 글래스로 이루어져서 단순히 센서의 센싱 영역을 이물질로부터 보호하도록 실링하기 위한 커버(덮개)일 수 있다.
상기 센서(202)는 빛을 센싱할 수 있다. 상기 센서(202)는 광신호를 수신할 수 있다. 이에 따라 상기 센서(202)는 광신호를 센싱하는 이미지 센서일 수 있다.
상기 센서(202)는 광신호를 감지하여 전기적 신호로 출력할 수 있다. 상기 센서(202)는 발광소자(130)에서 출력하는 광의 파장에 대응하는 파장의 광을 감지할 수 있다. 상기 센서(202)는 적외선 대역의 빛을 감지하거나, 가시광선 대역의 빛을 감지할 수 있다.
상기 센서(202)는 상기 렌즈 어셈블리(320)를 통과한 빛을 대응하는 전기 신호로 변환하는 픽셀 어레이, 픽셀 어레이에 포함된 복수의 픽셀을 구동하는 구동 회로 및 각 픽셀의 아날로그 픽셀 신호를 리드(read)하는 리드아웃회로를 포함할 수 있다.
상기 리드아웃회로는 아날로그 픽셀 신호를 기준 신호와 비교하여 아날로그-디지털 변환을 통해 디지털 픽셀 신호(또는 영상 신호)를 생성할 수 있다. 여기서, 픽셀 어레이에 포함된 각 픽셀의 디지털 픽셀 신호는 영상 신호를 구성하며, 영상 신호는 프레임 단위로 전송됨에 따라 이미지 프레임으로 정의될 수 있다. 즉, 이미지 센서는 복수의 이미지 프레임을 출력할 수 있다.
이 경우, 상기 수광부(200)는 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이 제어부(400)를 구성하는 제어 PCB(402)의 하부면에 실장되어 간격을 두고 발광부(100)와 나란히 배치될 수 있다. 즉, 상기 수광부(200)는 발광부(100) 옆에 배치될 수 있다. 상기 수광부(200)는 발광부(100)와 같은 방향으로 배치될 수 있다.
상기 렌즈부(300)는 발광부용 렌즈(310)와 수광부용 렌즈 어셈블리(320)를 포함할 수 있다.
상기 발광부용 렌즈(310)와 수광부용 렌즈 어셈블리(320)는 각각 적어도 하나의 렌즈를 포함할 수 있다. 발광부용 렌즈(310)와 수광부용 렌즈 어셈블리(320)는 복수의 렌즈로 구성될 수 있으며, 하나의 렌즈 하우징(330)에 의해 지지될 수 있다.
상기 렌즈 하우징(330)은 발광부용 렌즈(310)가 수용되는 제1공간(350)과 수광부용 렌즈 어셈블리(320)가 수용되는 제2공간(360)을 구획하도록 중앙에 구획부(340)가 배치되어 있다.
상기 발광부용 렌즈(310)는 상기 발광소자(130) 자체가 발광하는 면적보다 더 크게 발광면적을 가져갈 수 있도록 빛을 퍼뜨리는 디퓨저(diffuser)로 이루어질 수 있으며, 상기 재배선층(120)의 상부에 형성된 광학 렌즈(160)는 디퓨저(diffuser)의 면적 안에 상기 발광소자(130)로부터 발산된 광이 들어갈 수 있도록 빛을 모아주는 역할을 한다.
상기 복수의 렌즈는 간격이 고정될 수 있다. 복수의 렌즈는 렌즈 하우징(330)에 내장된 구동부재에 의해 함께 움직일 수 있다. 따라서, 복수의 렌즈는 구동부재에 의해 움직이더라도 렌즈간 간격은 유지될 수 있다.
상기 렌즈 어셈블리(320)는 객체로부터 반사된 광신호를 모을 수 있다. 상기 광신호는 상기 렌즈 어셈블리(320)로 입사될 수 있고 상기 렌즈 어셈블리(320)를 통해 ToF 센서로서 역할을 하는 수광부(200)의 센서(202)의 픽셀들(PX)로 제공될 수 있다. 예를 들어, 상기 렌즈 어셈블리(320)는 복수의 렌즈들을 포함하는 광학계일 수 있다.
상기 수광부(200)는 ToF 센서 (칩), CMOS 이미지 센서(CMOS Image Sensor; CIS) (칩), CCD 이미지 센서 (칩), 깊이 센서 (칩) 등으로도 지칭될 수 있다.
상기 수광부(200)는 픽셀들(PX)을 포함하는 픽셀 어레이를 포함할 수 있다. 픽셀(PX)은 ToF 픽셀로도 지칭될 수 있고 객체로부터 반사되는 광신호를 전기적 신호로 변환할 수 있다.
상기 수광부(200)와 객체 사이의 거리로 인하여, 센서(202)의 픽셀 어레이로 입사된 제2광신호는 상기 발광부(100)의 발광소자(130)가 출력하는 제1광신호보다 지연될 수 있다. 예를 들어, 상기 제1 및 제2 광신호 간에는 시차 또는 위상 차이가 존재할 수 있고 픽셀(PX)에 의해 변환된 전기적 신호는 시차 또는 위상 차이를 나타낼 수 있다. 상기 제어부(400)는 상기 제1 및 제2 광신호에 기초하여 수광부(200)와 객체 사이의 거리를 계산할 수 있다.
상기 제어부(400)는 발광부(100) 및 수광부(200) 중 적어도 하나의 구동을 제어할 수 있다. 일 실시예로, 제어부(400)는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 발광부(100)의 광구동 IC(140)에 공급하여 발광소자(130)의 구동을 제어할 수 있다.
다른 실시예로, 제어부(400)는 제어 신호를 생성하고, 생성된 제어 신호를 통해 광신호의 광경로 변경을 제어할 수 있다.
상기 제어부(400)는 ToF 카메라(10)에 포함될 수 있다. 예를 들어, 제어부(400)는 ToF 카메라(10)의 제어 PCB(402)에 결합된 형태로 구현될 수 있다.
상기 제어부(400)는 발광부(100), 수광부(200), 렌즈부(300)를 제어할 수 있다.
상기 제어부(400)는 발광부(100)와 수광부(200)를 서로 동기시킬 수 있고 동일한 클럭 신호에 기초하여 발광부(100), 수광부(200), 렌즈부(300)를 제어하기 위한 제어 신호들을 발광부(100), 수광부(200), 렌즈부(300)로 전송할 수 있다. 이를 위해 상기 제어부(400)는 클럭 신호를 생성하는 클럭 발생기를 포함할 수 있다.
또한, 상기 제어부(400)는 메모리장치와 신호처리장치를 구비하고, 신호처리장치에 의해 수광부(200)가 생성한 전기신호에 기초하여 영상을 생성할 수 있다. 상기 제어부(400)는 위상 펄스 주기마다 생성되는 전기신호로부터 서브 프레임 영상을 생성할 수 있다. 또한, 상기 제어부(400)는 프레임 펄스 주기 동안 생성된 복수의 서브 프레임 영상으로부터 하나의 프레임 영상을 생성할 수 있다.
더욱이, 상기 제어부(400)는 복수의 서브 프레임 영상이나 복수의 프레임 영상을 통해 하나의 고해상 영상을 생성할 수도 있다.
상기 제어부(400)의 제어 PCB(402)에는 상부면에 상기 렌즈부(300)를 형성하며 발광부용 렌즈(310)와 수광부용 렌즈 어셈블리(320)가 수용된 렌즈 하우징(330)이 실장되어 있고, 하부면에는 발광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)로 이루어진 발광부(100)와 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)로 이루어진 수광부(200)가 실장되어 있다.
이 경우, 상기 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 솔더 볼로 이루어진 단자 패드(152)를 이용하여 제어 PCB(402)의 하부면에 실장된 후, 제어 PCB(402)와 접합되는 센서(202)의 외주부는 에폭시를 도포함에 의해 실링부(220)를 형성한다.
상기 제어 PCB(402)에는 객체로부터 반사되어 상기 수광부(200)의 센서(202)에 입사된 광신호가 전기적 신호로 변환된 것을 저장하기 위한 메모리장치, 각 종 수동소자가 실장될 수 있다.
이하에 도 2를 참고하여 발광부(100)를 구성하는 본 발명에 따른 O-SIP를 설명한다.
본 발명에 따른 O-SIP는 몰드몸체(110) 내부에 발광소자(130) 및 광구동 IC(140)를 포함하며, 몰드몸체(110)는 서로 대향하며 평탄한 제1면(하부면)(112) 및 제2면(상부면)(114)을 가지고 있다. 상기 몰드몸체(110)의 제2면(상부면)(114)에는 패키지의 외부접속을 위한 복수의 단자 패드(150)를 포함하는 재배선층(RDL)(120)이 형성되어 있다.
본 발명에 따른 O-SIP는 발광소자(130) 및 광구동 IC(140)를 플립 칩(flip chip) 패키지 기술을 이용하여 와이어-본딩 없이 집적하면서 동시에 기판(PCB)을 사용하지 않고 소자들을 집적하면서 입출력(I/O) 단자를 바깥으로 빼서 입출력 단자를 늘리는 팬-아웃(Fan-out) 기술, 소위 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 패키지함에 의해 소자간 배선에 의한 높이 공차를 완전히 해결하면서 슬림한 O-SIP을 구현할 수 있다. 상기 O-SIP는 종래의 PCB를 사용한 패키지와 비교하여 1/16 정도의 수준으로 소형화 및 슬림화할 수 있고, 비용절감을 도모할 수 있다.
상기 O-SIP는 SiP(System In Package) 기술의 일종으로 PCB 등의 기판을 사용하지 않고 발광소자(130) 및 광구동 IC(140)를 플립 칩(flip chip) 형태로 집적하면서, 예를 들어, 칩(다이)의 고정을 위해 에폭시 몰드 화합물(EMC; Epoxy Mold Compound)과 같은 봉지물질을 사용하여 패키지함에 의해 몰드몸체(110)를 구성하고 있다.
그 결과, 몰드몸체(110)는 집적된 후 패키징이 이루어지는 광모듈을 충격으로부터 안전하게 보호하는 역할을 한다. 상기 몰드몸체(110) 내부에 발광소자(130) 및 광구동 IC(140)를 구비하는 상기 O-SIP는 광모듈을 구성할 수 있다.
또한, 상기 O-SIP는 웨이퍼 단위로 반도체 공정을 이용하여 제조 프로세스를 진행한 후, 이어서 패키지의 제2면(114)에 복수의 단자 패드(150)를 포함하는 재배선층(120)을 일체로 형성하고, 개별적으로 분리하는 다이싱 공정에 의해 상기 O-SIP는 반도체 패키지 타입으로 얻어진다.
상기 발광소자(130) 및 광구동 IC(140)는 패키지 내부에 몰딩이 되어 있으며, 몰드몸체(110)의 제2면(114)에 전기적인 접속을 위한 솔더 볼(solder ball)이 실장되는 단자 패드(150)와 광출입부(133)가 함께 배치된다. 상기 발광소자(130)는 광학적인 처리를 하는 집적회로(IC)이며, 전기신호를 광신호로 변환시키는 역할을 한다.
상기 발광소자(130)는 레이저 광원이거나, 또는 LED(light emitting diode), LD(laser diode), OLED(organic led), 측면 발광 레이저(edge emitter laser), VCSEL(vertical cavity surface emitting laser), 분포 궤환형 레이저(distributed feedback laser) 등을 포함할 수 있다.
상기 광구동 IC(140)는 발광소자(130)를 구동하기 위한 구동회로를 포함한다.
이 경우, 발광소자(Photonic IC)(130)를 위한 소자로는 GaAs, InGaAs, Si, SiN, Glass, Quartz, SiON 등 반도체 물질을 포함한 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 상기 광구동 IC(140)를 위한 소자 또한 Si, SiC, SiGe 등 다양한 반도체 물질이 사용될 수 있다. 상기 발광소자(130) 및 광구동 IC(140)를 몰딩하기 위해서는 에폭시 몰드 화합물(EMC), 에폭시 수지 등의 봉지물질을 사용할 수 있으며, 몰딩 단계는 웨이퍼(Wafer) 및 패널(Panel) 레벨로 한번에 여러개의 셀(cell)들이 몰딩될 수 있다.
상기 봉지물질에 의해 형성되는 몰드몸체(110)의 제2면(상부면)(114) 위에 재배선층(120)을 형성하게 되며, 상기 재배선층(120)은 패키지의 외부접속용 단자 패드(150)를 포함하고 있다.
상기 재배선층(120)을 위한 절연막을 형성하기 위해서는 폴리이미드(Polyimide), PMMA(poly(methylmethacrylate)), 벤조사이클로부텐(BCB: benzocyclobutene), 실리콘 산화물(SiO2), 아크릴, 에폭시(Epoxy) 계열의 다양한 물질이 사용될 수 있으며, 배선 레이어 패턴 형성을 위해서 포트리소그래피(photo-lithography) 공정이 사용될 수 있다.
이 경우, 배선 레이어의 물질 자체가 현상 가능한 PR(Photoresist) 역할을 할 수 있으며, PR 코팅을 추가로 한 후에 배선 레이어를 식각(Etch)할 수도 있다. 절연막 생성을 한 이후 메탈(Metal)을 데포지션(deposition)하는 과정을 가지며 재배선층(120)에 사용되는 메탈은 Cu, Al, Au, Ag 등 다양한 메탈 물질 혹은 이의 화합물로 형성될 수 있다.
도 2에 도시된 재배선층(120)은 상기 몰드몸체(110)의 제2면(114)으로 노출된 발광소자(130) 및 광구동 IC(140) 각각의 본딩패드로부터 상기 발광소자(130) 및 광구동 IC(140) 사이의 상호 연결과 동시에 O-SIP의 외부와의 접속을 위해 팬-아웃(Fan-out) 형태의 복수의 단자 패드(150)를 형성하도록 제1 및 제2 절연층에 형성된 메탈로 이루어진 제1 및 제2 연결배선을 이용하여 본딩패드와 패키지 상부의 단자 패드(150)를 2단계로 연결할 수 있다.
상기 재배선층(120)에 생성되는 외부접속용 단자 패드(150)는 LGA(Land Grid Array) 타입처럼 재배선층(120)의 메탈면을 바로 외부에 노출시키거나, 도 2에 도시된 BGA(Ball Grid Array) 타입처럼 솔더 볼(solder ball)을 패키지 상부에 장착하여 제작할 수 있다.
이 경우, 상기 재배선층(120)은 발광소자(130)가 광신호를 발생하기 위한 레이저 다이오드로 이루어지기 때문에 이로부터 발생되는 광신호를 수신하도록 제1 및 제2 절연층은 투명한 재료로 이루어질 수 있다.
또한, 상기 재배선층(120)은 제1 및 제2 절연층이 불투명한 재료로 이루어지는 경우, 발광소자(130)로부터 발생된 광신호가 통과할 수 있는 개구부(136)가 일부 또는 전체적으로 형성될 수 있다.
더욱이, 상기 재배선층(120)은 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 절연층이 투명한 재료로 형성되는 경우에도 발광소자(130)로부터 발생된 광(L)의 경로를 변경(제어)하기 위한 광학 렌즈(160)를 더 포함할 수 있다.
상기 광학 렌즈(160)는 예를 들어, 발광소자(130)로부터 발생된 광(L)이 분산되지 않고 평행에 가깝게 경로를 만들어 주는 콜리메이팅 렌즈로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 몰드몸체(110)의 제2면(114)에는 재배선층(120)이 형성되고, 몰드몸체(110)의 제1면(112)에는 방열장치(170)가 구비되어 있다.
상기 방열장치(170)는 방열을 위해 발광소자(130)와 광구동 IC(140)의 하부에 각각 방열용 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 형성할 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)의 크기는 각각 발광소자(130)와 광구동 IC(140) 보다 크거나 작을 수 있다.
상기 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 형성하는 방법으로 발광소자(130)와 광구동 IC(140) 하부에 메탈(Metal) 조각을 부착한 후 발광소자(130)와 광구동 IC(140)와 메탈 조각이 붙여진 상태로 FOWLP 공정을 수행할 수 있다. 이 경우 각종 발광소자(130)와 광구동 IC(140)와 메탈 조각을 부착하기 위해서 접착제(Adhesive)를 사용할 수 있으며, 이는 실버 에폭시(Silver Epoxy) 혹은 에폭시, EMC, CNT(Carbon nanotube) 콤파운드를 사용할 수 있다. 가장 좋은 방열 성능과 전기적인 도전을 위해서는 실버 에폭시 등의 전도성 물질을 사용하는 것이 좋다. 본 발명에서는 발광소자(130)와 광구동 IC(140)의 하부면에 전기 신호를 가하기 위해서도 사용될 수 있다.
또한, 상기 발광소자(130)와 광구동 IC(140)와 재배선층(120)을 연결하려는 경우 FOWLP에 VIA 형태의 도전성 구조를 형성해야 한다. 본 발명에서는 금속 구조물(173)은 Via를 포함하는 PCB를 사용하거나, Cu 조각을 사용하여 FOWLP시 다른 발광소자(130)와 광구동 IC(140)와 함께 몰딩한다. 이어서, Via용 제3금속 구조물(173)의 상/하부 Metal이 노출되도록 그라인딩하여 평탄화한 후, 발광소자(130)와 광구동 IC(140)의 하부에 금속을 데포지션하여 메탈 연결층(174)을 형성하고, 발광소자(130)와 광구동 IC(140)의 상부에 재배선층(120)을 형성할 수 있다.
그 결과, 상기 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 Via용 제3금속 구조물(173)을 통하여 재배선층(120)과 전기적으로 연결하여서 배선할 수 있다. 이 경우, 웨이퍼 레벨(Wafer Level)로 금속(Metal)을 하부에 데포지션(Deposition)하여서 패턴 없이 연결시킬 수도 있고, FOWLP 웨이퍼의 재배선층(120) 반대면에 배선층을 형성하여 양면 배선층으로 서로 연결할 수도 있다.
본 발명에서는 상기 Via용 제3금속 구조물(173)을 통하여 재배선층(120)을 메탈 연결층(174)과 전기적으로 연결하여 메탈 연결층(174)을 그라운드(Ground)로 이용할 수 있고, 또한 상기 재배선층(120)의 열을 Via용 금속 구조물(173)을 통하여 제1면(하부면)(112)으로 쉽게 배출할 수 있다.
본 발명에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 광폭의 Via용 제3금속 구조물(173)을 통하여 재배선층(120)과 전기적으로 연결할 수 있어 인덕턴스를 최소화할 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 O-SIP는 방열용 제1 및 제2 금속 구조물(171,172)을 형성하는 대신에 몰드몸체(110)의 제1면(하부면)(112)을 그라인딩하여 발광소자(130) 및 광구동 IC(140)의 하부면이 노출되도록 평탄화할 수 있다. 상기와 같이 발광소자(130) 및 광구동 IC(140)의 하부면이 노출되면 직접 방열이 이루어질 수 있다.
상기 O-SIP는 제어 PCB(402)의 제1면(하부면)에 단자 패드(150)의 솔더 볼을 이용하여 장착될 수 있으며, 이 때 SMT(Surface Mount Technology) 방법을 사용할 수 있다. 이 경우, 제어 PCB(402)의 제1면(하부면) 및/또는 제2면(상부면)에는 광모듈로서 광신호의 송신을 제어하는 데 필요한 각종 전자 부품이 실장될 수 있다.
상기 제어 PCB(402)에는 각각 발광소자(130)의 광출입부(133)와 상기 센서(202)의 센싱 영역(215)의 상부에 관통구멍(hole)을 가공하여 제1 및 제2 광 통과 윈도우(410,420)를 형성하고 있다.
이에 따라 발광소자(130)로부터 발생된 광신호는 제1광 통과 윈도우(410)를 통하여 송신이 이루어지고 대상 물체로부터 반사되어 수신된 반사광은 제2광 통과 윈도우(420)를 통하여 상기 센서(202)의 센싱 영역(215)으로 입사되어 촬상이 이루어진다.
이 경우, 상기 제1광 통과 윈도우(410)와 제2광 통과 윈도우(420) 사이의 제어 PCB(402)의 상부면에는 저항 부품(430)을 배치할 수 있다. 상기 저항 부품(430)은 직육면체의 외형을 가질 수 있어, 그 결과 상기 제1광 통과 윈도우(410)를 통과하여 객체로 방출되는 발산광과 객체로부터 반사되어 제2광 통과 윈도우(420)로 입사되는 반사광 사이에 혼입이 발생하는 것을 차단하는 역할을 겸할 수 있다.
상기 제어 PCB(402)는 견고한(rigid) PCB 또는 가요성을 갖는 박막의 FPCB로 이루어질 수 있으며, 양면에 각종 소자를 실장할 수 있다.
또한, 상기 제어 PCB(402)는 선단부에 콘넥터(450)가 부착된 연결용 FPCB(440)를 통하여 단말기 등의 본체에 내장된 메인 보드에 연결될 수 있다.
본 발명에서는 상기 송신부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 방열용 메탈 연결층(174)과 상기 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 센서(202)의 하부면에는 각각 TIM(Thermal Interface Material)(230,240)이 부착되어 단말기 본체의 메탈 하우징(500)을 통한 외부로의 방열 경로를 효율적으로 형성할 수 있다.
이러한 방열 구조는 송신부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)와 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)로부터 발생된 열이 제어 PCB(402)로 전달되는 것을 최소화하고 단말기 본체의 메탈 하우징(500)을 통한 외부로 방열 경로를 형성할 수 있어 열저항을 크게 줄일 수 있다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 Fan-In 타입의 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 나타낸 단면도이고, 도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 Fan-Out 타입의 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 나타낸 단면도이다.
먼저, 도 3을 참고하면 본 발명의 제1실시예에 따른 Fan-In 타입의 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 예를 들어, 이미지 센서 칩(IC) 등으로 이루어질 수 있는 센서(202)의 상부면에 센싱 영역(215)을 제외하고 나머지 부분에 재배선층(122)이 형성되고, 상기 재배선층(122)의 상부에는 솔더 볼이 부착되는 복수의 단자 패드(152)가 배치되어 있다.
이 경우, 상기 센싱 영역(215)을 내부에 포함하는 재배선층(122)의 상부에는 필터(322)가 실장되어 상기 센싱 영역(215)을 보호하고 있다.
상기 센서(202)의 상부면 중앙에 위치한 센싱 영역(215)은 객체(대상물체)에서 반사된 반사광이 입사되어 촬상이 이루어지는 영역이므로, 먼지 등이 쌓여서 오염이 이루어지는 것을 차단하는 것이 요구된다.
이를 위해 본 발명에서는 상기 필터(322)를 재배선층(122)의 상부에 센싱 영역(215)을 일차적으로 실링하도록 설치하고, 상기 필터(322)가 실장된 센서(202)는 제어 PCB(402)의 제2광 통과 윈도우(420)에 상기 필터(322)가 정합되도록 제어 PCB(402)의 배면에 표면실장한 후, 제어 PCB(402)와 접합되는 센서(202)의 외주부는 에폭시를 도포함에 의해 이차적인 실링부(220)를 형성한다.
본 발명의 제1실시예에 따른 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 재배선층(122)의 상부에 배치되는 복수의 단자 패드(152)가 Fan-In 타입으로 센서(202)의 상부면에 한하여 배치되어 있다.
도 4를 참고하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 Fan-Out 타입의 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 이미지 센서 칩(IC)으로 이루어질 수 있는 센서(202)가 몰드몸체(210) 내부에 몰딩되고 몰드몸체(210)와 센서(202)의 상부면에 센싱 영역(215)을 제외하고 나머지 부분에 재배선층(122)이 형성되고, 상기 재배선층(122)의 상부에는 솔더 볼이 부착되는 복수의 단자 패드(152)가 배치되어 있다.
상기 센싱 영역(215)을 내부에 포함하는 재배선층(122)의 상부에는 필터(322)가 실장되어 상기 센싱 영역(215)을 보호하고 있다.
본 발명의 제2실시예에 따른 Fan-Out 타입의 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 플립 칩(flip chip) 패키지 기술을 이용하여 와이어-본딩 없이 집적하면서 동시에 기판(PCB)을 사용하지 않고 소자들을 집적하면서 입출력(I/O) 단자를 바깥으로 빼서 입출력 단자를 늘리는 팬-아웃(Fan-out) 기술, 소위 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 패키지한 것으로, 복수의 단자 패드(152)가 Fan-Out 타입으로 센서(202)와 몰드몸체(210)의 상부면에 형성된 재배선층(122)의 상부에 배치되는 점에서 제1실시예와 상이하다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 발광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)와 수광부용 광 시스템-인-패키지(O-SIP)를 단일의 Fan-Out 타입의 광 시스템-인-패키지(O-SIP)에 통합한 실시예를 나타낸 단면도이다.
도 5를 참고하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 발광부(100)와 수광부(200)가 하나의 몰드몸체(110) 내부에 몰딩되어 있는 점에서 제1 및 제2 실시예와 상이하다.
제3실시예에 따른 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 패키지가 이루어진 것으로, 발광소자(130), 광구동 IC(140) 및 센서(202)가 몰드몸체(110) 내부에 몰딩되고, 몰드몸체(110)와 발광소자(130), 광구동 IC(140) 및 센서(202)의 상부면에 센싱 영역(215)을 제외하고 나머지 부분에 재배선층(120)이 형성되고, 상기 재배선층(120)의 상부에는 솔더 볼이 부착되는 복수의 단자 패드(150,152)가 배치되어 있다.
상기 발광소자(130)의 광출입부(133) 상부에 위치한 재배선층(120)의 상부에는 광학 렌즈(160)가 형성될 수 있다.
이 경우, 상기 센싱 영역(215)을 내부에 포함하는 재배선층(120)의 상부에는 필터(322)가 실장되어 상기 센싱 영역(215)을 보호하고 있다.
또한, 상기 발광소자(130)의 광학 렌즈(160)가 제어 PCB(402)의 제1광 통과 윈도우(410)에 정합되고, 상기 필터(322)가 실장된 센서(202)는 제어 PCB(402)의 제2광 통과 윈도우(420)에 상기 필터(322)가 정합되도록 표면실장한다.
그 후, 제어 PCB(402)와 접합되는 통합형 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 외주부는 상기한 바와 같이 에폭시를 도포함에 의해 실링부(220)를 형성할 수 있다.
본 발명의 제3실시예에 따른 통합형 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는 플립 칩(flip chip) 패키지 기술을 이용하여 와이어-본딩 없이 집적하면서 동시에 기판(PCB)을 사용하지 않고 소자들을 집적하면서 입출력(I/O) 단자를 바깥으로 빼서 입출력 단자를 늘리는 팬-아웃(Fan-out) 타입의 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식으로 패키지한 것으로, 복수의 단자 패드(150,152)가 Fan-Out 타입으로 광구동 IC(140), 센서(202) 및 몰드몸체(110)의 상부면에 형성된 재배선층(120)의 상부에 배치되어 있다.
상기 통합형 광 시스템-인-패키지(O-SIP)의 하부면에는 테이프 형태의 TIM(Thermal Interface Material)이 부착되어 단말기 본체의 메탈 하우징(500)을 통한 외부로의 방열 경로를 형성할 수 있다.
상기한 바와 같이, 본 발명에서는 후막의 PCB(인쇄회로기판)를 사용하는 패키지 대신에 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따른 반도체 패키지 방식을 사용하여 웨이퍼 레벨로 발광부(100)와 수광부(200)를 하나 또는 두개의 시스템-인-패키지(SIP: System In Package) 형태로 패키징할 수 있어 초박형 패키지를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 수광부(200)의 센서 촬상면으로부터 바닥까지의 높이를 최소화할 수 있는 시스템-인-패키지(SIP)를 가질 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 시스템-인-패키지(SIP) 형태로 구현되는 발광부(100)를 제어 PCB(400) 뒤에 수광부(200)의 센서(202)처럼 실장할지라도 PCB 홀공차로 인하여 발광부(100)의 발광소자(130)의 광출입부(133)를 가리지 않고 실장하는 것이 가능하다.
본 발명에서는 발광부(100)의 발광소자(130)와 광구동 IC(140)가 몰드몸체(110) 내부에 봉지되는 시스템-인-패키지(SIP) 형태로에 집적될 수 있어 발광소자(130)와 광구동 IC(140) 사이의 인덕턴스(Inductance)가 감소되어 구형파(펄스)의 형태의 광을 발생할 때 상승/하강 시간(Rise/Fall time)의 이득에 의해 ToF 센서 해상도를 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명에서는 시스템-인-패키지(SIP) 형태로 구현되는 발광부(100)와 수광부(200)가 제어 PCB(400)의 하부에 실장됨에 따라 발광부(100)와 수광부(200)의 방열이 제어 PCB(400)에 의해 방해를 받지 않고 메탈로 이루어지는 본체의 하우징(500)을 통하여 효과적인 방열이 이루어질 수 있다.
본 발명에서는 제어 PCB(400)의 하부에 시스템-인-패키지(SIP) 형태로 구현되는 발광부(100)와 수광부(200)를 플립-칩(Flip-Chip) 타입으로 실장할 수 있어 슬림한 패키지 구조와 생산성을 높일 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 제어 PCB(400)의 상부에 렌즈부(300)를 실장하고 하부에 시스템-인-패키지(SIP) 형태로 구현되는 발광부(100)와 수광부(200)를 실장할 수 있다. 그 결과, 제어 PCB(400)의 상부면과 하부면을 모두 소자를 실장할 수 있어 PCB의 면적을 축소할 수 있다.
더욱이, 본 발명에서는 발광부(100)와 수광부(200)에 요구되는 각종 렌즈를 하나의 렌즈 하우징(330)에 수용할 수 있어 구조를 단순화할 수 있다.
본 발명에서는 센서(202)의 센싱 영역(215)을 필터(322)에 의한 일차적인 실링과 제어 PCB(400)와 접촉하는 센서(202) 또는 몰드몸체(210)의 외주부를 이차적으로 실링함에 의해 센서(202)의 센싱 영역(215)을 안전하게 보호할 수 있다.
이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예를 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 후막의 PCB(인쇄회로기판)를 사용하는 패키지 대신에 FOWLP(Fan Out Wafer Level Package) 방식에 따라 웨이퍼 레벨로 발광부와 수광부를 하나 또는 두개의 시스템-인-패키지(SIP: System In Package)로 패키징할 수 있어 초박형 패키지를 구현할 수 있는 ToF 센서 및 이를 이용한 ToF 카메라에 적용할 수 있다.
또한, ToF 센서는 AR, VR, MR, 모바일 폰 등에 다양하게 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 객체로 광을 발산하는 발광부:
    상기 객체로부터 반사된 반사광을 수신하여 감지하는 수광부;
    상기 광을 객체로 발산하고 상기 객체로부터 반사된 반사광을 수광부로 수신하도록 상기 광의 경로를 제어하는 렌즈부; 및
    상기 발광부와 수광부가 하부면에 실장되고, 상부면에 상기 렌즈부가 실장되는 제어 인쇄회로기판(PCB)을 구비하는 제어부;를 포함하는 ToF 카메라.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 발광부와 수광부는 단일 또는 2개의 광 시스템-인-패키지(O-SIP) 형태로 이루어지며, 상기 제어 인쇄회로기판(PCB)의 하부면에 플립-칩(Flip-Chip) 타입으로 실장되는 ToF 카메라.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어 인쇄회로기판(PCB)은 상기 발광부로부터 발산되는 광이 통과하는 제1광 통과 윈도우와 상기 반사광이 수광부로 수신하도록 상기 반사광의 수신경로를 형성하는 제2광 통과 윈도우를 포함하는 ToF 카메라.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발광부는
    하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체;
    상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 발광소자:
    상기 제1면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 발광소자와 간격을 두고 몰딩된 광구동 IC: 및
    상기 몰드몸체의 제2면에 형성되며 상기 발광소자와 광구동 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 팬-아웃 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 ToF 카메라.
  5. 제4항에 있어서,
    각각 상부면이 상기 발광소자와 광구동 IC의 하부에 접합되고 하부면이 노출된 방열용 제1 및 제2 금속 구조물;
    상기 발광소자와 광구동 IC 사이에 상기 몰드몸체를 관통하여 삽입되며 상단부가 재배선층과 연결되고 하단부가 노출된 비아용 제3금속 구조물; 및
    상기 제1 내지 제3 금속 구조물의 하부면을 상호 연결하여 상기 재배선층을 상기 발광소자와 광구동 IC의 하부와 연결하며 하부면이 노출되는 메탈 연결층;을 더 포함하는 ToF 카메라.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 재배선층 위에 형성되고 상기 발광소자의 광출입부 상부에 위치설정된 광학 렌즈를 더 포함하는 ToF 카메라.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 렌즈부는 발광부용 렌즈, 수광부용 렌즈 어셈블리 및 상기 발광부용 렌즈와 수광부용 렌즈 어셈블리를 내부에 수용하는 하나의 렌즈 하우징을 포함하며,
    상기 렌즈 하우징은 발광부용 렌즈가 수용되는 제1공간과 수광부용 렌즈 어셈블리가 수용되는 제2공간을 구획하기 위한 구획부를 포함하는 ToF 카메라.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 발광부용 렌즈는 상기 발광소자 자체가 발광하는 면적보다 더 크게 발광면적을 가져갈 수 있도록 빛을 퍼뜨리는 디퓨저(diffuser)를 포함하는 ToF 카메라.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 수광부는
    상기 객체와 센서 사이의 광경로 상에 배치되어 발광부가 출력하는 광신호의 파장 대역에서 빛을 통과시키는 필터; 및
    상기 광신호를 감지하여 전기적 신호로 출력하며, 상기 발광소자에서 출력하는 광의 파장에 대응하는 파장의 광을 감지하는 센서;를 포함하며,
    상기 필터는 상기 객체로부터 반사된 반사광을 수광부로 수신하도록 상기 제어 인쇄회로기판(PCB)에 형성된 광 통과 윈도우에 배치되는 ToF 카메라.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 센서는
    상기 광신호를 감지하여 전기적 신호로 출력하며, 상기 발광소자에서 출력하는 광의 파장에 대응하는 파장의 광을 감지하는 감지 영역을 갖는 센서 칩;
    하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 가지며 상기 제2면으로 상기 감지 영역을 노출하도록 둘러싸는 몰드몸체; 및
    상기 몰드몸체의 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 ToF 카메라.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 발광부와 수광부는 단일의 광 시스템-인-패키지(O-SIP) 형태로 이루어지며,
    상기 단일의 광 시스템-인-패키지(O-SIP)는
    하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체;
    상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 발광소자:
    상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 발광소자와 간격을 두고 몰딩된 광구동 IC:
    상기 제2면에 광을 감지하는 감지 영역이 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 광구동 IC와 간격을 두고 몰딩된 센서; 및
    상기 몰드몸체의 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서, 발광소자 및 광구동 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 ToF 카메라.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 발광부와 수광부는 광 시스템-인-패키지(O-SIP) 형태로 이루어지며,
    상기 발광부와 수광부는 각각 패키지 하부에 설치되어 단말기 본체의 메탈 하우징으로 방열 경로를 형성하기 위한 TIM(Thermal Interface Material)을 더 포함하는 ToF 카메라.
  13. 하부 및 상부에 제1면 및 제2면을 가지며 상기 제2면에 광을 감지하는 감지 영역이 노출되는 센서; 및
    상기 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 센서.
  14. 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체;
    상기 제2면에 광을 감지하는 감지 영역이 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 센서; 및
    상기 몰드몸체의 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서를 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 센서.
  15. 하부 및 상부에 평탄한 제1면 및 제2면을 갖는 몰드몸체;
    상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 몰딩된 발광소자:
    상기 제2면에 본딩 패드가 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 발광소자와 간격을 두고 몰딩된 광구동 IC:
    상기 제2면에 광을 감지하는 감지 영역이 노출되도록 상기 몰드몸체의 내부에 상기 광구동 IC와 간격을 두고 몰딩된 센서; 및
    상기 몰드몸체의 제2면에 상기 감지 영역을 제외하고 형성되며 상기 센서, 발광소자 및 광구동 IC를 상호 연결하면서 외부와 전기적으로 연결하기 위한 복수의 단자 패드가 배치된 재배선층;을 포함하는 센서.
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