KR100718421B1 - 소형 모듈 카메라, 카메라 모듈, 카메라 모듈 제조 방법 및 촬상 소자의 패키징 방법 - Google Patents

소형 모듈 카메라, 카메라 모듈, 카메라 모듈 제조 방법 및 촬상 소자의 패키징 방법 Download PDF

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이토히로키
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Abstract

세라믹 기판의 광학 시스템 수용부내의 지지부에 IR 컷필터를 끼워맞추고, 렌즈를 나사 결합함으로써 세라믹 기판내에 렌즈를 장착한다. 촬상 소자 수용부에 있어서, 수광부를 그내에 배치한 촬상 소자를 지지부의 외측에 플립 칩 패키징에 의해 실장한다. 또한, 플립 칩 패키징 부근을 수지로 밀봉한다.
더욱이, 세라믹 패키지의 촬상 소자 수용부의 저면에, 촬상 소자의 랜드는 세라믹 패키지의 각 랜드 위치에 대응하도록 위치 정렬되고, 금 범프를 용융함으로써 패턴이 전기적으로 접속되며, 그에 의해 촬상 소자가 베어 칩 패키징에 의해 실장된다. 랜드 부분은 하부 충진제로 충전된 후에, 관통 구멍상에 유리 시트를 탑재하여 밀봉제로 밀봉하여, 수광부를 수용하는 관통 구멍을 밀봉한다.

Description

소형 모듈 카메라, 카메라 모듈, 카메라 모듈 제조 방법 및 촬상 소자의 패키징 방법{IMAGING DEVICE PACKAGE, CAMERA MODULE AND CAMERA MODULE PRODUCING METHOD}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예로서 소형 모듈 카메라를 도시하는 블록도,
도 2는 본 발명의 제 2 실시예로서 소형 모듈 카메라를 도시하는 블록도,
도 3은 본 발명의 제 3 실시예로서 소형 모듈 카메라를 도시하는 블록도,
도 4는 본 발명에 따른 소형 모듈 카메라가 조립된 휴대 전화기의 본체 내부를 도시하는 도면,
도 5는 본 발명의 제 4 실시예로서 카메라 모듈을 도시하는 블록도,
도 6a 내지 도 6c는 도 5의 하부 충진재 흐름 방지부를 상세하게 나타내는 도면,
도 7a 내지 도 7c는 하부 충진재 흐름 방지부의 다른 실시예를 나타내는 도면,
도 8은 본 발명에 따른 카메라 모듈의 기판 부분의 처리를 나타내는 도면,
도 9는 본 발명에 따른 하부 충진재의 흐름을 방지하는 지그의 실시예를 나타내는 단면도,
도 10a 및 도 10b는 도 9의 흐름 방지부의 선단부의 형상의 예를 나타내는 도면,
도 11은 본 발명에 따른 카메라 모듈의 제조 방법의 실시예를 나타내는 공정도,
도 12a는 본 발명의 촬상 소자 패키지의 단면도,
도 12b는 도 12a의 촬상 소자의 평면도,
도 12c는 도 12a의 세라믹 패키지의 저면도,
도 13a는 본 발명의 다른 실시예의 단면도,
도 13b는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도로서, 촬상 소자를 베어 칩 패키징한 세라믹 다층 기판을 도시하는 도면,
도 14는 본 발명에 따른 촬상 소자 패키지의 외관을 도시하는 사시도,
도 15a는 본 발명에 따른 촬상 패키지를 이용한 카메라 모듈의 실시예를 도시하는 단면도,
도 15b는 본 발명에 따른 촬상 패키지를 이용한 카메라 모듈의 실시예를 도시하는 분해 사시도,
도 16은 본 발명에 따른 촬상 장치의 실시예를 도시하는 평면도,
도 17은 본 발명에 따른 촬상 장치의 다른 실시예를 도시하는 평면도,
도 18은 다층 기판의 하면의 랜드 배치를 도시하는 저면도,
도 19는 촬상 소자의 신호선 단자의 배치를 도시하는 도면,
도 20은 촬상 소자의 각 단자를 설명하기 위한 도표,
도 21a 및 도 21b는 다층 기판과 촬상 소자 기판을 실장하는 단계를 나타내는 도면,
도 22는 본 발명에 따른 촬상 장치를 실장하는 단계를 나타내는 흐름도,
도 23a 및 도 23b는 촬상 장치로부터의 신호의 비교예를 나타내는 그래프,
도 24는 소형 모듈 카메라의 종래예를 도시하는 단면도,
도 25는 촬상 소자 패키지의 종래예를 도시하는 단면도 및 부분 평면도,
도 26은 촬상 소자의 랜드 배치예를 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10, 40 : 관통 구멍 11, 21, 31 : 렌즈
12, 22, 32 : 촬상 소자 13, 23, 33 : 수광부
14, 24, 34 : 범프 15, 25, 35 : 하부 충진재
16, 26, 36 : 세라믹 기판(LTCC 또는 HTCC)
17 : 랜드 18, 28, 38 : IR 컷필터
26a : 지지부 27 : 광학 시스템 수용부
39 : 렌즈 베럴 41 : 위치 결정 홈
본 발명은, 휴대 전화 등의 휴대 통신 장치, PDA 등의 휴대 정보 단말기, 디 지털 카메라 등에 사용하는 촬상 소자 패키지와, 해당 패키지를 이용한 카메라 모듈 및 카메라와, 그리고 카메라 모듈의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, CCD 촬상 소자 등의 반도체 베어 칩 기판을 회로 기판에 실장하는 구조에 관한 것이다.
휴대 전화 등의 이동 전화기에 내장되는 카메라 모듈은 소형화가 요구되고 있다. 현재까지는, XY 방향(평면 방향) 크기를 주로 작게 하는 것이 연구되어 왔다. 그러나, 휴대 전화기가 점점 더 다기능화됨에 따라, 표시부의 액정이 EL 소자로 대체되는 경우에, 카메라 블럭의 크기 및 두께가 감소되어야 한다.
일본 특허 공개 공보 제 200l-128072 호에는 두께를 개선한 카메라 모듈이 개시되어 있다.
도 24는 상술된 유형의 종래 카메라 모듈의 단면도이다.
도 24에 도시된 바와 같이, 렌즈(7l)와 광학 필터(70)가 부착된 렌즈 베럴(69)이 홀더(68)에 확실하게 나사로 고정된다. 구멍을 갖는 금속판(64)은 마찬가지로 구멍을 갖는 가요성 기판(74)상에 접착되고, 그 금속판(64)상에 홀더(68)가 고정된다. 수광부(65)를 갖는 촬상 소자(61)가 가요성 기판(74)의 하부 표면에 설치된다. 촬상 소자(61)의 전극부에 범프(66)가 형성되어 압착되고, 그 범프(66) 위에 밀봉용 수지[하부 충진재(underfill material)](67)가 도포된다.
도 24에 도시된 예에 있어서, 촬상 소자의 차광과 촬상 소자의 기판으로의 접합 강도를 증가시키기 위해 하부 충진재를 사용하고 있지만, 하부 충진재가 수광부로 흐를 가능성이 있다.
상술한 예에서 렌즈, 렌즈 베럴, 홀더를 포함하는 렌즈 유닛은, 요구되는 사 양을 충족시키기 위해 때때로 전용으로 설계되어 개발 효율에 역효과를 미칠 수도 있다. 렌즈 유닛(62)이 금속판(64)상에 접착되는 식으로 배열되므로, 광학 필터(70) 및 렌즈(71)의 위치 결정 작업에는 정밀도가 요구된다.
베어 칩 패키징에 의해서 관통 구멍을 갖는 기판상에 촬상 소자를 실장할 때, 베어 칩 패키징 후에 촬상 소자와 기판을 서로 구조적으로 결합함으로써 베어 칩 패키징 부분의 변형을 줄임과 동시에 땜납 접합부(solder joint)로 인가되는 전단 응력(shear stress)을 감소(응력 완화)시키기 위해 일반적으로 하부 충진재가 사용된다.
이러한 경우, 하부 충진재가 촬상 소자의 수광부내로 흐르는 것을 방지해야 한다.
이 경우에 있어서, 카메라 모듈의 촬상 소자와 기판 사이에 사용되는 하부 충진재는, 전단 응력의 감소 및 변형을 억제하는 외에, 카메라 모듈의 완성후에 먼지가 내부로 침입하지 않도록 카메라 모듈을 밀봉하는 밀봉재로서 기능하게 하는 것도 중요하다. 하부 충진재는, 에폭시를 베이스로 하여 점성, 접착성, 속효성(速效性; fast effectiveness), 내습성, 경화성, 비용 등을 고려하여 필요에 따라서 충진재(filler) 등을 혼합한 것(예를 들어, 액형 에폭시 수지, 단일 성분의 에폭시 수지 등)이 흔히 준비된다. 또한, 기판의 재료에 따라서도 하부 충진재의 종류가 다르게 선택된다. 예컨대, 기판이 에폭시계 수지나 세라믹으로 형성되는 경우에는 에폭시계의 하부 충진재가 이용되며, 기판이 폴리이미드계로 형성되는 경우에는 폴리이미드계의 하부 충진재가 이용된다.
세라믹 기판에 돌기를 형성하여 하부 충진재가 유입되는 것을 방지하기 때문에, 세라믹 기판을 제조하는 데 비용이 증가하는 문제가 있었다. 또한, 하부 충진재가 유입되는 것을 방지하는 다른 방법으로서, 상술한 바와 같이 용제(충진재)를 첨가하여 하부 충진재가 흐르기 어렵게 하는 것이 고려될 수 있지만, 그러나 점성을 높이면 작업성이 저하될 뿐만 아니라 하부 충진재 자체의 가격이 상승되는 문제가 있다.
또한, 카메라 모듈은 기판에 베어 칩을 직접 실장하는 방법을 통해서 소형으로 제조된다.
도 25는 촬상 소자 패키지의 종래예를 도시하는 단면도 및 부분 평면도이다.
세라믹 패키지(35)는 단차부(stepped portion)를 갖는 촬상 소자 수용부(35a)를 구비하며, 촬상 소자(베어 칩)(32)는 촬상 소자 수용부(35a)의 기저부에 설치된다. 촬상 소자(32)의 중앙에는 수광부(33)가 배치되고, 수광부(33)에 전기적으로 접속되어 촬상 소자의 주변으로 인출되는 각 패턴(40a)의 선단부에 금 랜드(gold land)(40b)가 형성된다.
금 랜드(40c)가 촬상 소자 수용부(35a)의 단차부(35b)상에 형성되어, 패턴(40d)을 거쳐서 세라믹 패키지(35)의 측면상에 형성되는 땜납 랜드(solder land)(36)에 접속된다. 금 랜드(40b)와 금 랜드(40c)는 와이어 본딩(41)에 의해서 전기적으로 접속된다.
시트 유리(sheet glass)(39)는 세라믹 패키지(35)상에 탑재되고, 촬상 소자 수용부(35a)는 밀봉제로 밀봉된다.
상기(도 25의) 구성은 패키징된 촬상 소자를 와이어 본딩에 의해 기판상에 실장한 것이므로, 먼지를 막기 위한 대책을 실시한 상태로 기판상에 촬상 소자를 장착하는 신뢰성을 확보할 수 있지만, 그러나 그 구성은 와이어 본딩 공간을 확보하기 위해서 카메라 모듈의 길이, 폭 및 높이가 커지는 결점이 있다.
도 26은 베어 칩 패키징에 있어서 촬상 소자상의 랜드의 배치예를 도시하는 도면이다.
촬상 소자(32)상에는 수광부(42) 이외에 축적부(storage portion)(43)가 배치되고, 그들의 상부에 신호선 및 전원선 등의 랜드가 배치되어 있다.
이들 랜드는 도 20에 도시된 바와 같은 단자를 형성하며, 이 단자는 P-웰 및 N 기판 접속 단자 이외에 촬상부 및 축적부에 클럭 신호(clock signal)를 공급하는 단자(6개), 수평 클럭 신호 공급용 단자(2개), 전원 단자, 리세트 게이트 단자, 리세트 드레인 단자 및 CCD 출력을 출력하는 단자를 포함한다.
이러한 베어 칩 패키징 구조에 있어서, 촬상 소자의 각 신호선중에 CCD 출력으로부터의 신호 레벨이 매우 작기 때문에, 이 미약한 신호는 노이즈나 다른 신호선에 의해 영향을 받기 쉽다.
따라서, 세라믹 기판(36)과 촬상 소자(32) 사이를 베어 칩 패키징하여, 배선의 길이를 최소화하고, 노출 부분을 줄이며, 인덕턴스 성분을 감소시킴으로써, 미약한 신호에 노이즈가 중첩되거나, 미약한 신호에 다른 신호가 간섭되는 것을 최대한 회피하고 있다.
그러나, 도 23a에 도시하는 바와 같이, 미약한 비디오 신호에 실제로 노이즈(21a, 21b)가 중첩되어, S/N 비를 높이기 어려워진다.
즉, 세라믹 기판(36)과 촬상 소자(32)의 베어 칩 패키징에서는 S/N 비가 개선되지만, 그 개선은 여전히 불충분하다.
본 발명은, 상기 문제점을 해결하기 위한 것으로, 조립 작업의 효율화를 도모하고, 촬상 소자를 기판에 밀봉하는 하부 충진재가 수광부내로 흐르는 것을 차단하며, 촬상 소자로의 먼지 등의 혼입을 방지하도록 설계된 소형 모듈 카메라를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 두께의 축소를 실현함과 동시에 먼지 차단 대책을 실시하여 양산성을 확보함으로써, 촬상 소자 패키지, 이 패키지를 이용한 카메라 모듈 및 이 모듈을 이용한 카메라를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은, 실제로 패키징할 때에 신호 랜드의 주위를 그라운드 레벨로 설정하여 베어 칩 패키징 부분에 쉴드 효과를 갖게 함으로써, 일부 다른 신호선의 간섭을 방지할 수 있는 촬상 장치의 패키징 구조를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 소형 모듈 카메라는, 기판의 상면측에 탑재되는 렌즈와, 기판의 하면측에 탑재되고 렌즈를 통해서 촬상되는 상을 수신하는데 이용되는 촬상 소자를 포함하며, 세라믹 기판에 관통 구멍을 제공하고, 그에 의해 관통 구멍의 상부측에서 광학 필터 및 렌즈를 수용하는 광학 시스템 수용부와 관통 구멍의 하부측에서 촬상 소자를 수용하는 촬상 소자 수용부를 형성하며, 광학 시스템 수용부와 촬상 소자 수용부 사이에서 광학 필터를 지지하는 지지부는 촬상 소자 수용부를 향하여 돌출되도록 제공되며, 촬상 소자 수용부에 촬상 소자를 수용하고, 촬상 소자 및 세라믹 기판의 랜드부는 플립 칩 패키징에 의해 지지부의 외측 부분에 실장되며, 플립 칩 패키징 부분의 부근이 수지로 밀봉되며, 지지부상에 광학 필터를 탑재하며, 광학 필터의 위에서 광학 시스템 수용부로 렌즈를 삽입한다.
촬상 소자의 하면이 세라믹 기판의 관통 구멍의 하부측 내측에 위치되도록, 촬상 소자 수용부에 촬상 소자를 수용하며, 세라믹 기판의 주변에 땜납 랜드를 제공한다.
세라믹 기판은 그 내측에 전기 수동 소자를 형성할 수 있는 층을 갖는다.
본 발명에 따른 소형 모듈 카메라는, 기판의 상면측에 탑재되는 렌즈와, 기판의 하면측에 탑재되고 렌즈를 통해서 촬상되는 상을 수신하는데 이용되는 촬상 소자를 포함하며, 세라믹 기판에 관통 구멍을 제공하고, 그에 의해 관통 구멍을 광학 필터 및 렌즈를 수용하기 위한 광학 시스템 수용부로 하며, 세라믹 기판의 하부측으로부터 돌출되도록 세라믹 기판의 관통 구멍의 하부측에 광학 시스템을 지지하는 지지부를 제공하며, 세라믹 기판의 관통 구멍의 하부측에 촬상 소자를 배치하고, 플립 칩 패키징에 의해 지지부의 외측 부분에 촬상 소자 및 세라믹 기판의 랜드부를 실장하며, 플립 칩 패키징 부분의 부근이 수지로 밀봉되며, 지지부상에 광학 필터를 탑재하며, 광학 필터의 위에서 광학 시스템 수용부로 렌즈를 삽입한다.
촬상 소자 수용부의 내벽에는 내부 반사 방지 공정이 실시된다.
렌즈의 주위면과 촬상 소자 수용부의 내벽에 나사를 각각 형성하며, 렌즈를 나사 결합함으로써 광학 시스템 수용부에 렌즈를 장착한다.
본 발명에 따른 소형 모듈 카메라는, 기판의 상면측에 탑재되는 렌즈와, 기판의 하면측에 탑재되고 렌즈를 통해서 촬상되는 상을 수신하는데 이용되는 촬상 소자를 포함하며, 세라믹 기판에 관통 구멍을 제공하며, 관통 구멍의 상면측에 광학 필터를 지지하는 위치 결정 홈을 제공하며, 관통 구멍의 하부측에 흐름 방지 돌기를 제공하며, 플립 칩 패키징에 의해서 흐름 방지 돌기의 외측 부분에 촬상 소자 및 세라믹 기판의 랜드부를 실장하며, 플립 칩 패키징 부분의 부근이 수지로 밀봉되고, 위치 결정 홈에 광학 필터를 탑재하며, 광학 필터 위에 렌즈 케이싱을 고정한다.
상기 구성에 따르면, 충분히 얇은 카메라 모듈을 확보하는 동시에 조립 작업이 간략화되고, 또한 촬상 소자 수용부를 향해 돌출한 지지부에 의해 하부 충진재가 유입되는 것을 방지한다. 또한, 광학 필터로 촬상 소자를 밀봉하기 때문에 먼지의 혼입을 방지할 수 있다.
종래의 소형 모듈 카메라는 커넥터 포스트를 설치하여 휴대 전화기의 본체내로 합체되거나, 가요성 기판을 통해 본체내로 합체되었지만, 청구항 2에 설명된 바와 같이, 특별한 커넥터 포스트 또는 가요성 기판을 준비할 필요가 없어, 모듈의 크기를 보다 소형화할 수 있다.
세라믹 기판 내측에 저항이나 콘덴서를 형성할 수 있기 때문에, 패키징 부품의 개수를 줄일 수 있다.
세라믹 기판의 내벽을 수자 처리(satinizing)하고, 누광 방지를 위해 흑색 칼라를 이용함으로써, 난반사의 영향을 방지할 수 있다.
세라믹 기판내로 나사 결합되도록 렌즈를 배치하기 때문에, 종래에 필요로 하던 렌즈 베럴 및 홀더가 불필요하게 되어, 압입량을 조정함으로써 렌즈의 초점을 조정하는 것이 가능해진다.
촬상 소자 수용부를 향해 돌출된 지지부에 의해 하부 충진재가 유입되는 것을 방지한다. 또한, 광학 필터를 소정의 위치에 설치할 수 있으며, 촬상 소자를 밀봉하기 때문에 먼지의 혼입도 방지할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 카메라 모듈은, 수광부가 관통 구멍에 면하도록 관통 구멍을 갖는 기판의 일측면에, 촬상 소자를 하부 충진재로 장착하도록 구성되며, 기판의 일 측면에 관통 구멍을 둘러싸도록 하부 충진재 흐름 방지부를 제공하며, 하부 충진재 흐름 방지부는 랜드 및 각각의 랜드상에 형성된 레지스트층을 포함하며, 하부 충진재의 충전으로 인해, 하부 충진재 흐름 방지부는 수광부로 하부 충진재가 유입되는 것을 차단한다.
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하부 충진재 흐름 방지부의 각 랜드는 도전성 패턴이며, 레지스트 층에는 실크 스크린 인쇄층이 형성된다.
하부 충진재 흐름 방지부는 도전성 패턴 및 레지스트층을 반복적으로 적층하여 형성된다.
기판은 수지 또는 세라믹으로 형성되며, 기판의 관통 구멍의 벽에 레지스트 재료 또는 수지 코팅이 제공된다.
기판은 수지 또는 세라믹으로 형성되며, 기판의 관통 구멍의 외부 측면에 레지스트 재료 또는 수지 코팅이 제공된다.
관통 구멍을 갖는 기판의 일 측면에, 관통 구멍에 수광부가 면하도록 촬상 소자를 장착하는 카메라 모듈 제조 방법은, 기판의 관통 구멍에 수광부가 면하도록 촬상 소자를 위치시키고 기판 하면의 패턴상에 베어 칩 패키징에 의해 촬상 소자를 실장하는 단계와, 중앙 부분에 중공부를 형성하는 벌크헤드를 갖는 지그를 준비하고, 기판의 관통 구멍에 벌크헤드를 삽입하여 벌크헤드의 중공부에 수광부를 수용하며, 벌크헤드의 선단부를 촬상 소자에 탑재하는 단계와, 베어 칩 패키징 부분을 하부 충진재로 충전하는 단계와, 지그를 분리하는 단계를 포함한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 촬상 소자 패키지는, 관통 구멍을 갖는 기저 마운트와, 기저 마운트의 일 측면에서 수광부가 관통 구멍에 대향하는 위치에 장착되는 촬상 소자와, 기저 마운트의 다른 측면에서 관통 구멍을 덮도록 배치된 투광성 판을 포함하며, 수광부가 밀봉된다.
기저 마운트의 측면에 있어서 한쪽의 면에서 다른쪽의 면까지 연장하는 적어도 하나 이상의 땜납 랜드가 제공된다.
본 발명에 따른 촬상 소자 패키지는, 기저 마운트의 측면에 배치되고 한쪽의 면에서 다른쪽의 면까지 연장하는 홈과, 상기 홈에 배치된 땜납 랜드를 구비한다.
기저 마운트는 세라믹이며, 세라믹내에 저항 또는 콘덴서 등의 수동 소자를 배치한다.
본 발명에 따른 촬상 소자 패키지를 구비하는 카메라 모듈은, 관통 구멍을 구비하는 기판과, 투광성 판이 기판의 일 측면에 배치되고 관통 구멍에 수용되도록 배치된 촬상 소자 패키지와, 관통 구멍을 덮도록 기판의 다른 측면에 배치된 렌즈를 구비한다.
본 발명에 따른 카메라는 카메라 모듈을 구비한다.
상기 구성에 따르면, 소형화되고 밀봉된 촬상 소자 패키지 뿐만 아니라, 먼지 취급 대책을 실시하여 양산할 수 있는 카메라 모듈을 실현할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 신호선 및 전원선 등의 랜드를 구비한 CCD 등의 반도체 소자의 베어 칩 기판을, 마더 기판에 플립 칩 패키징에 의해 실장하는, 본 발명에 따른 촬상 소자의 패키징 구조는, 반도체 소자의 베어 칩 기판의 신호선 및 전원선 등의 랜드를 둘러싸고, 또한 베어 칩 기판의 각각의 랜드 주위에 위치되는, GND 랜드와, 반도체 소자의 베어 칩 기판의 랜드에 대응하는 위치에 배치되는 신호선 및 전원선 등의 랜드를 둘러싸고, 또한 마더 기판의 각각의 랜드 주위에 위치되는, GND 랜드와, 가압 및 가열했을 때 랜드 사이의 간극에 부착되어 랜드를 통전시키는 도전 입자를 갖는 도전 시트 필름과, 마더 기판과 반도체 소자의 베어 칩 기판을 도전 시트 필름으로 플립 칩 패키징에 의해 접속시켜 형성되는 입체 GND 랜드층을 포함하며, 신호선 및 전원선의 랜드가 입체 GND 랜드층에 의해서 밀폐되어 전기적으로 절연된다.
촬상 소자의 패키징 구조는 각각의 신호선 및 전원선을 둘러싸는 GND 랜드를 하나의 도체 패턴으로 일체로 형성하는 것이다.
촬상 소자의 패키징 구조는 마더 기판이 다층 기판 또는 가요성 기판인 것이 다.
상기 구성에 따르면, 반도체 소자의 베어 칩 기판의 각 랜드의 플립 칩 패키징 부분은 입체 GND 랜드층으로 둘러싸이기 때문에, 반도체 소자의 베어 칩 기판과 마더 기판 사이에서 송수신되는 미약한 신호의 레벨을 안정화하여, S/N비를 향상시킨다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예로서 소형 모듈 카메라를 도시하는 블록도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이러한 실시예에 따른 예로써, 세라믹 기판의 상면에는 광학 시스템이 배치되며, 그 하면에는 촬상 소자가 배치되어 있다.
그런데, 세라믹 기판에는 HTCC(High Temperature Cofired Ceramic) 또는 LTCC(Low Temperature Cofired Ceramic)가 이용된다. HTCC는 고온 소성다층(高溫燒成多層) 세라믹으로, 유전율이 높고, 가공 정밀도가 LTCC 보다 열등하지만 비용이 싸다는 특징을 갖는다. LTCC는 저온 소성다층 세라믹으로, 저항이 낮고, 수축이 없으며, 가공 정밀도가 우수하며, 유전율이 HTCC 보다 낮은(고주파 회로에 적합함) 특징을 갖는다.
LTCC 또는 HTCC(이하, 양자를 포함하여 "LTCC"라고 함)(36)가 기판에 사용되며, 차광색으로 흑색을 채용한다.
LTCC(36)는 내부에 C층 및 R층을 갖고, 이들 층에 콘덴서나 저항 등을 포함하는 전기 수동(受動) 소자를 형성할 수 있다.
LTCC(36)에는 관통 구멍(40)이 제공되며, LTCC(36)의 상면측상의 관통 구멍(40)의 경계 부분에는 위치 결정 홈(41)이 제공된다. 한편, LTCC(36)의 하면측상의 관통 구멍(40)의 경계 부분을 둘러싸도록 벌크헤드형(bulkhead-like) 흐름 방지 돌기(36a)가 형성되어 있다.
촬상 소자(32)의 주변부에는 금 도금부[범프(34)를 포함함](32a)가 제공되며, LTCC(36)의 하면측상의 흐름 방지 돌기(36a) 외측상에도 금 도금부(36c)가 제공된다. 이 LTCC(36)의 금 도금부(36c)의 상부에 촬상 소자(32)의 금 도금부(32a)를 중첩시켜 플립 칩(flip-chip) 패키징이 수행된다.
플립 칩 패키징 후에, 하부 충진재(35)를 사용하여 결합부를 수지로 밀봉한다. 하부 충진재(35)가 흐름 방지 돌기(36a)에 의해 차단되기 때문에, 촬상 소자(32)의 수광부(33)측으로 하부 충진재(35)가 흐르지 않게 된다.
렌즈 베럴(39)에 렌즈(31)가 합체되며, 렌즈 베럴(39)의 외주부에는 나사부(39a)가 제공된다. 한편, 렌즈 홀더(30)의 내벽상에는 나사부(30a)가 제공된다. 렌즈 홀더(30)는 LTCC(36)의 상면에 접착제로 고정된다.
IR 컷필터(cut-filter)(38)를 위치 결정 홈(41)에 끼워맞추어 위치 부여를 한 후, 렌즈 베럴(39)을 렌즈 홀더(30)에 나사 결합하여 그내에 장착한다.
본 발명의 이러한 실시예에 따르면, 하부 충진재(35)가 유입되는 것을 방지하며, IR 컷필터로 촬상 소자의 수광부를 밀폐하며, 그에 의해 먼지 등의 혼입을 또한 방지할 수 있다.
(제 2 실시예)
도 2는 본 발명의 제 2 실시예로서 소형 모듈 카메라를 도시하는 블록도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이러한 실시예에 따른 예로써, 세라믹 기판에 형성된 관통 구멍내에 광학 시스템 및 촬상 소자가 수용되어 있다.
LTCC 또는 HTCC(이하, 양자를 포함하여 "LTCC"라고 함)(16)가 기판에 사용되며, 차광색으로 흑색을 채용한다.
LTCC(16)는 내부에 C층 및 R 층을 갖고, 이들 층에 콘덴서나 저항 등을 포함하는 전기 수동 소자를 형성할 수 있다.
LTCC(16)에는 관통 구멍(10)이 제공되며, 관통 구멍(10)의 상부측은 원기둥 구멍 형태인 반면에, 그것의 하부 구멍은 사각기둥 구멍 형태이다. 원기둥 구멍은 IR 컷필터(18) 및 렌즈(11)를 수용하는 광학 시스템 수용부(19)에 해당되며, 사각기둥 구멍은 수광부(13)를 구비한 촬상 소자(12)를 수용하는 촬상 소자 수용부(20)에 해당된다. 광학 시스템 수용부(19)의 내벽에는 나사부(16d)가 형성된다. 광학 시스템 수용부(19)와 촬상 소자 수용부(20)의 경계 부분에는, IR 컷필터(18)를 지지하고, 또한 하부 충진재(15)가 촬상 소자(12)의 수광부(13)내로 흐르는 것을 방지하기 위한 지지부(16a)가 형성된다. 지지부(16a)는 촬상 소자 수용부(20)의 저면(16b)보다 돌출되며, 광학 시스템 수용부(19)를 둘러싸는 벌크헤드 형태로 되어 있다.
촬상 소자(12)의 주변부에는 금 도금부[범프(14)를 포함함](12a)가 제공되며, 촬상 소자 수용부(20)의 저면(16b)의 벌크헤드 외측에도 금 도금부(16c)가 제공된다. 이 촬상 소자 수용부(20)의 금 도금부(16c)의 상부에 촬상 소자(12)의 금 도금부(12a)를 중첩시켜 플립 칩 패키징을 수행한다.
플립 칩 패키징된 촬상 소자(12)의 배면은, LTCC(16)의 하면 내측에 위치되며, 촬상 소자(12)는 촬상 소자 수용부(20)내에 완전히 수용된다. 플립 칩 패키징 후에, 하부 충진재(15)를 사용하여 결합부를 수지로 밀봉한다. 하부 충진재(15)가 지지부(16a)에 의해 차단되기 때문에, 촬상 소자(12)의 수광부(13)측으로 하부 충진재(15)가 흐르지 않게 된다.
광학 시스템 수용부(19)측에서, IR 컷필터(18)가 지지부(16a)상에 탑재되어 소정 위치에 위치되어, 주변에 나사부(1la)가 제공된 렌즈(11)를 광학 시스템 수용부(19)의 내벽의 나사(16d)와 나사 결합함으로써, 렌즈(11)를 광학 시스템 수용부(19)에 장착시킬 수 있다. 압입량을 조정함으로써 렌즈 초점을 조정할 수 있다. 촬상 소자(12)의 수광부(13) 표면은, IR 컷필터(18)로 수광부(13)를 밀폐하기 때문에, 먼지 등이 혼입하지 않는다.
LTCC(16)의 배면 주위에 랜드(17)가 제공된다. 그 때문에, 렌즈를 포함한 모듈을 휴대 전화 본체내에 커넥터 포스트나 가요성 기판을 사용하지 않고 직접 실장하는 것이 가능해진다.
IR 컷필터(18)가 LTCC(16)내에 수용되어, 렌즈(11)가 LTCC(16)내로 나사 결합되기 때문에, 홀더 등의 부품을 생략할 수 있어 부품수를 줄일 수 있는 동시에, 촬상 소자도 LTCC(16)내의 하부측 구멍에 수용되기 때문에, 매우 얇은 소형 카메라 모듈을 실현할 수 있다.
(제 3 실시예)
도 3은 본 발명의 제 3 실시예로서 소형 모듈 카메라를 도시하는 블록도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 이러한 실시예에 따른 예로써, 광학 시스템을 세라믹 기판내에 수용하고, 촬상 소자를 세라믹 기판의 하면에 제공하고 있다.
기판은 도 2에 도시된 바와 같은 LTCC(26)가 이용된다.
LTCC(26)에는 원기둥형 관통 구멍이 제공되며, 이 관통 구멍은 IR 컷필터(28) 및 렌즈(21)를 수용하기 위한 광학 시스템 수용부(27)에 해당된다. 광학 시스템 수용부(27)의 내벽에는 나사부(26b)가 형성되어 있다. LTCC(26)의 하면의 광학 시스템 수용부(27)의 경계 부분에는, IR 컷필터(28)를 지지하고, 하부 충진재(25)가 촬상 소자(22)의 수광부(23)내로 유입되는 것을 방지하기 위한 지지부(26a)가 형성되어 있다. 지지부(26a)는 광학 시스템 수용부(27)를 둘러싸는 벌크헤드 형태로 LTCC(26)의 하면보다 돌출된다.
촬상 소자(22)의 주변부는 금 도금부[범프(24)를 포함함](22a)가 제공되며, LTCC(26)의 하면의 벌크헤드 외측에도 금 도금부(26c)가 제공된다. 이 LTCC(26)의 금 도금부(26c)의 상부에 촬상 소자(22)의 금 도금부(22a)를 중첩시켜 플립 칩 패키징을 수행한다.
플립 칩 패키징 후에, 하부 충진재(25)를 사용하여 결합부를 수지로 밀봉한다. 하부 충진재(25)가 지지부(26a)에 의해 차단되기 때문에, 촬상 소자(22)의 수광부(23)측으로 하부 충진재(25)가 흐르지 않게 된다.
광학 시스템 수용부(27)에 있어서, IR 컷필터(28)가 지지부(26a)상에 탑재되어 소정의 위치에 위치되어, 주변에 나사부(21a)가 제공된 렌즈(21)를 광학 시스템 수용부(27)의 내벽의 나사부(26d)에 나사 결합함으로써, 렌즈(21)를 광학 시스템 수용부(27)에 장착할 수 있다. 도 1과 마찬가지로 본 발명의 실시예에서와 같이 압입량을 조정함으로써 렌즈의 초점을 조정할 수 있다. 촬상 소자(22)의 수광부(23) 표면은, IR 컷필터(28)로 수광부(23)를 밀폐하기 때문에 먼지 등이 혼입하지 않는다. IR 컷필터(28)가 LTCC(26)내에 수용되어, 렌즈(21)가 LTCC(26)내로 나사 결합되기 때문에, 홀더 등의 부품을 생략할 수 있어 부품수를 줄일 수 있는 동시에, 촬상 소자도 LTCC(26)내의 하부측 구멍에 수용되기 때문에, 매우 얇은 소형 카메라 모듈을 실현할 수 있다.
도 2 및 3의 카메라 모듈에 있어서, 기판에 제공된 관통 구멍을 광학 시스템 수용부로서 이용하기 때문에, 이들 카메라 모듈은 렌즈 베럴을 사용하는 도 1의 카메라 모듈 보다 얇게 제조될 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 소형 모듈 카메라가 조립된 휴대 전화기의 본체 내부를 도시하는 도면이다. 휴대 전화기(5) 본체의 기판 패키징 부분에 암의 커넥터가 설치되어 있다. 본 발명에 따른 카메라 모듈을 조립한 카메라부(1)는 가요성 기판(2)에 접속되어 있다. 가요성 기판(2)의 선단부에는 수의 커넥터(3)가 설치된다.
암의 커넥터(4)에 수의 커넥터(3)를 끼워맞춤으로써 전기 접속되며, 커넥터 모두를 휴대 전화기에 내장할 수 있다.
이러한 예는 본 발명의 제 2 또는 제 3 실시예에 적용되고 있는 것이다.
적용예로서 휴대 전화기에 이용하는 예를 설명했지만, 본원에 설명된 카메라 모듈은 PHS나 PDA에도 적용할 수 있으며, 또한 디지털 카메라용이나 차량 탑재 카메라용으로서 이용할 수도 있다.
이상 설명한 바와 같이 카메라 모듈이 구성되어 있기 때문에, 본 발명은 하기의 효과를 갖는다.
① 세라믹 기판의 촬상 소자측에 돌출부를 제공함으로써, 하부 충진재가 촬상 소자의 수광부내로 유입되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 세라믹 기판에 광학 필터를 끼워맞추기 위한 위치 결정 홈을 제공함으로써, 위치 결정 작업을 단순화하여 제조 효율을 향상시킬 수 있으며, 광학 필터로 수광부를 밀봉함으로써, 먼지 혼입을 방지하는 효과가 있다.
② 관통 구멍내에 촬상 소자를 수용하는 구성이기 때문에, 카메라 모듈의 두께를 더욱 더 줄일 수 있다. 렌즈 베럴 및 렌즈 홀더가 불필요해지기 때문에, 부품수를 줄일 수 있으며, 또한 FPC와 렌즈 홀더의 부착 단계를 생략할 수도 있다. 또한, 렌즈의 나사 체결 정도를 변경함으로써, 렌즈의 초점이 조정가능하게 설정된다.
이 경우에, 세라믹 기판의 내벽은 수자 처리되는(satinized) 동시에, 누광 방지를 위해 기판 자체가 흑색으로 채색되어, 도입되는 빛의 난반사의 영향을 방지할 수 있다.
③ 세라믹 기판에 저항이나 콘덴서를 층형상으로 형성하기 때문에, 부품수를 줄일 수 있다. 또한, 세라믹 기판의 촬상 소자를 플립 칩 패키징에 의해 실장하는 영역에 대하여, 촬상 소자가 세라믹 기판내에 완전히 수용되는 구조로 하며, 렌즈를 포함한 모듈 자체를 직접 실장할 수 있도록 세라믹 기판에 랜드를 제공함으로써, 커넥터 포스트나 가요성 기판을 특별히 준비할 필요가 없어 모듈 전체를 크기를 축소시키는 효과를 갖는다.
(제 4 실시예)
도 5는 본 발명의 제 4 실시예로서 카메라 모듈의 도시하는 단면도이며, 도 6a 내지 도 6c는 도 5의 하부 충진재 흐름 방지부를 상세하게 나타내는 도면이다.
기판(6)으로는, 플라스틱 기판 또는 세라믹 기판이 이용된다.
기판(6)에는 관통 구멍(5)이 제공되며, 관통 구멍(5)의 상부에는 단차부(5a)가 제공된다. 기판(6)의 하면의 관통 구멍(5)의 주위에는 하부 충진재 흐름 방지부(16)의 베이스로서 구리 패턴의 랜드(13)가 링 형상으로 형성되어 있다. 또한 이 랜드(13) 주위에는 촬상 소자(8)를 베어 칩 패키징하기 위한 다수의 금 도금된 땜납 랜드(6a)가 형성되어 있다.
링 형상의 랜드(13)상에는 레지스트층(14)이 적용되며, 이 래지스트층(14)상 에는 실크 스크린 인쇄층(15)이 형성되어 있다(도 6a에 상세하게 도시됨).
하부 충진재 흐름 방지부(16)는, 랜드(13), 레지스트층(14) 및 실크 스크린 인쇄층(15)을 포함한다. 하부 충진재 흐름 방지부(16)는 실크 스크린 인쇄층(15)의 선단부가 촬상 소자(8)의 표면에 접촉하는 정도의 두께로 설정된다. 실크 스크린 인쇄층(15)과 촬상 소자(8) 사이에 약간 간극이 있더라도, 표면 장력으로 인해 하부 충진재(7)가 유입되는 것이 방지된다. 하부 충진재 흐름 방지부(16)의 실제 두께는, 예를 들어 총 50㎛ 내지 80㎛ 정도가 되며, 두께가 50㎛ 이하 또는 80㎛ 이상일 수도 있으며, 전체 두께의 조절은 랜드(13)의 두께에 의해 제어된다. 레지스트층(14)의 두께는 20㎛ 내지 30㎛ 정도이며, 실크 스크린 인쇄층(15)의 두께는 20㎛ 내지 30㎛ 정도이다.
플립 칩 패키징된 범프의 두께는 약 50㎛이다. 또, 플립 칩 패키징된 범프의 두께가 50㎛ 이하 또는 이상이 되더라도, 하부 충진재 흐름 방지부(16)의 두께를 적절하게 범프의 두께보다 얇게 함으로써, 하부 충진재가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
하부 충진재 흐름 방지부는, 도 6c에 도시된 바와 같이 랜드(17)를 사각형상으로 형성하여 관통 구멍을 둘러싸는 것에 의해 형성될 수 있다.
관통 구멍(5)을 둘러싸는 형태는 다각형이거나, 또는 링 이외의 폐곡선에 대응하는 모든 다른 형태일 수도 있다.
하부 충진재 흐름 방지부(16)는 기판(6)의 패턴 형성시와 동시에 제조될 수 있으며, 기판 자체에 돌출부를 전혀 형성하지 않기 때문에, 제조 공정 동안의 작업이 간소화되며, 그에 따라 제조 비용도 저렴해진다.
이와 같이 기판(6)을 제조한 후에, 촬상 소자(8)의 수광부(9)는 관통 구멍(5)에 면하도록 기판(6)의 하면상에 위치 결정되며, 촬상 소자(8)는 범프(10)를 통해 금 도금된 땜납 랜드(6a)에 플립 칩 패키징에 의해 접합된다. 플립 칩 패키징에 의해, 하부 충진재 흐름 방지부(16)의 실크 스크린 인쇄층(15)이 촬상 소자(8)의 상면에 접촉하여, 수광부(9)를 둘러싼다.
그 다음에 플립 칩 패키징 부분에 적용된 하부 충진재(7)의 도포 단계에서, 하부 충진재(7)가 촬상 소자(9)의 중앙을 향해 흐르려는 경우에도 하부 충진재 흐름 방지부(16)에 의해 차단되어, 수광부(9)에 악영향을 결코 미치지 않는다.
다음에 단차부(5a)상에는 IR 컷필터(4)가 탑재되며, 기판(6)의 상면에는 렌즈 홀더(3)가 고정되며, 또한 렌즈(1)를 유지하는 렌즈 베럴(2)이 렌즈 홀더(3)의 내주면에 형성된 나사부에 나사 결합되어 끼워맞춤된다.
도 7a 내지 도 7c는 하부 충진재 흐름 방지부의 다른 실시예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이러한 실시예에 따르면, 하부 충진재 흐름 방지부(21)의 외측에 다른 하부 충진재 흐름 방지부(22)를 제공하여 관통 구멍(5)을 2중으로 둘러싼다. 하부 충진재 흐름 방지부(21)는 랜드(18a), 레지스트층(19a), 실크 스크린 인쇄층(20a)을 포함하는 반면에, 하부 충진재 흐름 방지부(22)는 랜드(18b), 레지스트층(19b), 실크 스크린 인쇄층(20b)을 포함한다. 도 7b에 도시된 바와 같이, 랜드(18a, 18b)를 2중 링 형상으로 형성하고 있다. 또한, 도 7c에 도시된 바와 같 이, 랜드는 사각형으로 형성될 수 있거나, 또는 관통 구멍(5)을 둘러쌀 수 있는 모든 다른 형성일 수도 있다.
각각의 하부 충진재 흐름 방지부(16, 21, 22)가 랜드, 레지스트층, 실크 스크린 인쇄층을 포함하는 예를 나타내었지만, 이러한 하부 충진재 흐름 방지부는 하기와 같이 구성될 수도 있다.
하부 충진재 흐름 방지부는 구리 패턴, 레지스트층, 구리 패턴, 레지스트층 ··· 실크 스크린 인쇄층의 순서로 적층하여 형성되며, 다른 방법으로 구리 패턴, 레지스트층 ··· 구리 패턴, 레지스트층의 순서로, 다층 기판을 이용하는 경우의 최상부면에 실크 스크린 인쇄층을 적용하지 않고, 적층될 수도 있다.
도 8은 본 발명에 따른 카메라 모듈의 기판 부분의 처리를 나타내는 도면이다. 도 8은 기판상의 하부 충진재 흐름 방지부 및 수지 코팅 부근만을 나타내고 있다.
하부 충진재 흐름 방지부(16)에 의해 수광부내로 하부 충진재가 유입되는 것을 방지하여 수광부를 관통 구멍(5)내에 밀봉한다. 또한, 수광부를 밀봉한 후에도, 관통 구멍(5) 내부에 먼지가 발생하지 않도록 기판(6)의 관통 구멍(5)의 내벽에 수지 코팅(29b)이 실시된다. 또한, 기판(6)의 외주 측면에도 수지 코팅(29a)이 실시된다. 그에 따라, 수지 코팅(29a, 29b)에 의해서 관통 구멍(5)의 벽 및 기판(6)의 외주 측면으로부터 떨어지는 먼지를 억제한다. 관통 구멍(5)상의 수지 코팅(29b)은 렌즈로 도입된 빛이 관통 구멍(5)의 내벽에 대하여 부딪칠 때 섬광(flare)이 발생하는 것을 방지한다. 수지 코팅 대신에, 레지스트 재료를 이용하더라도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
수지 코팅의 적용이 수지 성형 기판(6)에 특히 유효하며, 관통 구멍의 내벽이나 외주 측면이 모래질 표면(sandy surface)을 갖는 세라믹 기판의 경우에도 마찬가지로 먼지 발생 억제에 효과가 있다.
도 9는 본 발명에 따른 하부 충진재의 흐름을 방지하는 지그의 실시예를 나타내는 단면도이며, 도 10a 및 도 10b는 도 9의 흐름 방지부의 선단부의 형상의 예를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이러한 실시예에 따르면, 하부 충진재 흐름 방지부가 기판(6)상의 패턴층에 제공되지 않지만, 수지제의 지그(25)에 의해 하부 충진재(7)가 유입되는 것을 방지한다.
지그(25)의 하면에는 원통형의 흐름 방지부(26)가 제공된다. 흐름 방지부(26)의 원통 형상은 수광부(9)를 둘러싸며, 그 저면이 수광부(9)의 표면에 접촉하지 않도록 흐름 방지부(26)의 깊이가 확보되어 있다.
도 10a는 관통 구멍(5)내로 지그(25)를 삽입했을 때의 흐름 방지부(26)의 선단부 형상(26a)을 나타낸다. 촬상 소자(8)의 수광부(9)의 주위를 둘러싼 상태로 하부 충진재(7)가 충전된다.
흐름 방지부는 원통형이 아니라, 다각형의 통 형태일 수도 있다. 도 10b는 사각 통 형태의 선단부 형상(27a)을 나타낸다. 또한, 흐름 방지부는 타원형의 통 형태나 그 밖의 모든 다른 통 형태일 수도 있다.
도 11은 본 발명에 따른 카메라 모듈의 제조 방법의 실시예를 나타내는 공정 도이다.
우선, 관통 구멍(5)에 수광 소자(9)가 면하도록 기판(6)의 하면측에서 촬상 소자(8)를 범프(10)를 통해 실장한다[단계 001(이하 "S001"이라 함)].
지그(25)의 흐름 방지부(26)를 관통 구멍(5)에 삽입하여, 그 선단부를 촬상 소자(8)의 표면에 접촉시킨다(S002). 흐름 방지부(26)내에 수광 소자(9)가 수용된다. 이러한 상태로, 하부 충진재(7)를 도포한다(S003).
하부 충진재(7)를 도포한 후에, 지그(25)를 기판(6)으로부터 제거하여 촬상 소자(8)를 기판(6)상에 실장하는 것을 완료하며(S004), 이 다음 렌즈를 탑재하는 단계로 이행한다.
기판의 하면에 하부 충진재가 유입되는 것을 방지하기 위한 랜드의 제공을 생략하는 이러한 방법에 의해서, 기판의 하면이 다른 회로 패턴으로 가득 채워져 하부 충진 방지용 랜드를 형성하기 어려운 경우에 랜드를 제공하지 않고 저렴하게 하부 충진재가 유입되는 것을 방지할 수 있다.
상술된 바와 같이, 구조적으로 저가인 하부 충진재 흐름 방지부를 갖는 카메라 모듈을 본 발명에 따라 실현할 수 있다.
또한, 수지 성형 기판 또는 세라믹 기판(구멍이 모래질 벽 표면을 가짐)을 이용한 경우, 기판의 관통 구멍의 벽이나 외주 측면으로부터의 먼지 발생을 억제할 수 있다. 또한, 간단한 지그를 이용하여 하부 충진재가 유입되는 것을 방지하는 단계를 포함하는 카메라 모듈 제조 방법을 실현할 수 있다.
(제 5 실시예)
도 12a 내지 도 12c는 본 발명에 따른 촬상 소자 패키지의 실시예를 도시하며, 도 12a는 촬상 소자 패키지의 단면도이며, 도 12b는 촬상 소자의 평면도이며, 도 12c는 세라믹 패키지의 저면도이다.
패키지 마운트(package mount)로서 세라믹 패키지(5)가 이용되고 있다. 세라믹 패키지(5)는 촬상 소자 수용부(5a)를 갖고, 그 중앙에는 관통 구멍(5b)이 제공된다. 세라믹 패키지(5)의 측면에는 세라믹 패키지(5)의 측면 중앙으로부터 상면까지 연장되는 땜납 랜드(6)가 다수 제공된다.
촬상 소자(베어 칩)(2)의 중앙부에는 수광부(3)가 배치되며, 이 수광부(3)에 접속되어 그로부터 인출되는 각 패턴(10a)의 선단부에는 랜드(10b)가 형성되어 있다. 각 랜드(10b)상에는 금 범프(4)가 탑재되어 있다.
한편, 촬상 소자 수용부(5a)의 저면에는, 촬상 소자(2)의 각 랜드(10b)에 대응하는 위치에 랜드(5c)가 제공된다. 열 배열로 접속되어 있는 패턴(5d)은 세라믹 패키지(5)의 측면에 제공된 각각의 땜납 랜드(6)에 접속되어 있다.
세라믹 패키지(5)의 촬상 소자 수용부(5a)의 저면에 촬상 소자(2)를 장착하기 위해서, 상기 촬상 소자(2)의 각 랜드(10b)가 세라믹 패키지(5)의 각 대응 랜드(5c)상에 위치되도록 위치 결정되어, 금 범프(4)를 용융한다. 전기적으로 접속된 패턴을 갖는 촬상 소자(2)는 세라믹 패키지(5)에 고정된다. 이 다음, 랜드 부분을 하부 충진제(또는 다른 모든 밀봉제)(7)로 충전함로써, 촬상 소자(2)와 관통 구멍(5b)의 하부 에지면 사이를 밀폐한다.
촬상 소자(5)를 실장한 후에, 세라믹 패키지(5)의 관통 구멍(5b) 위에 시트 유리(9)를 탑재한다. 다음에, 시트 유리(9)와 관통 구멍(5b)의 상부 에지면 사이의 간극을 밀봉제(8)로 밀폐하여, 수광부(3)를 수용하는 관통 구멍(5b)을 완전하게 밀봉할 수 있다. 관통 구멍(5b)이 수광부(3)만을 수용하여야 하기 때문에, 관통 구멍의 치수를 작게 할 수 있다. 또한, 시트 유리의 크기가 종래의 촬상 소자 패키지의 것보다 작아질 수 있어, 비용 절감을 도모할 수 있다.
(제 6 실시예)
도 13a는 본 발명의 다른 실시예의 단면도이다.
본 발명의 이 실시예는, 도 12a 내지 도 12c에서 설명된 것과 세라믹 패키지의 내부 구조 및 측면의 땜납 랜드의 형상이 상이하며, 나머지 구성은 본질적으로 유사하다.
세라믹 패키지(15)의 내부에는 저항(20) 및 콘덴서(21)가 형성되어, 이들 수동 소자를 배치하는 장소를 세라믹 패키지내에 설정할 수 있어, 소자의 패키징 밀도를 개선할 수 있다.
세라믹 패키지(15)의 측면에는 직사각형 형태의 땜납 랜드가 제공되어, 세라믹 패키지(15)의 상면에서 하면까지 연장되어 있다.
각 땜납 랜드(16)의 형상에 의해, 촬상 소자 패키지(11)는 후술하는 카메라 모듈 형성에 이용하는 기판의 상면 또는 하면중 어느 것에도 장착될 수 있다.
도 13b는 본 발명의 또 다른 실시예의 단면도로서, 촬상 소자를 베어 칩 패키징에 의해 실장한 세라믹 다층 기판을 도시하고 있다.
도 13b에 도시된 바와 같이 시트 유리 및 땜납 랜드의 도시가 생략되며, 세 라믹 다층 기판(15-1)은 LTCC 또는 HTCC가 사용된다. 도 13b의 예는 도 13a에 도시된 것과 세라믹 다층 기판 내부에 형성되는 수동 소자의 배치가 상이하며, 나머지 구성은 본질적으로 유사하다.
세라믹다층 기판(15-1)의 상면에 근접한 층에는 콘덴서(21-1)가 형성되며, 콘덴서 층의 하부측의 층에는 저항(20-1)이 형성되어 있다.
도 14는 본 발명에 따른 촬상 소자 패키지의 외관을 도시하는 사시도이다.
세라믹 패키지(30)의 상면 중앙에는 시트 유리(28)가 장착된다. 세라믹 패키지(30)의 각 측면에는 3개씩의 땜납 랜드(29)가 제공되어 있다. 각 땜납 랜드(29)는 세라믹 패키지(30)의 상면에서 하면까지 제공된 슬롯(31)내에 형성되어 있다.
도 15a 및 도 15b는 본 발명에 따른 촬상 소자 패키지를 이용한 카메라 모듈의 실시예를 도시하는 도면으로, 도 15a는 단면도이며, 도 15b는 분해 사시도이다.
세라믹 기판(26)의 우측 상면에는 저항(R), 콘덴서(C)가 탑재되며, 그 좌측 하면에는 DSP(IC)(24)가 탑재된다. 세라믹 기판(26)의 중앙으로부터 좌측 위치에는 관통 구멍(26a)이 제공된다.
시트 유리(28)가 관통 구멍(26a)내에 수용되도록 촬상 소자 패키지(27)를 기판(26)의 하면에 배치하며, 패턴 랜드(도시되지 않음)와 땜납 랜드(29)를 기판(26)의 하면에 땜납 접합한다. 세라믹 기판(26)의 상면에는 관통 구멍(26a)을 덮도록 렌즈부(22)가 장착되며, 그에 의해 카메라 모듈이 형성된다.
촬상 소자 패키지(27)가 밀봉되어 있기 때문에, 기판(26)을 장착할 때 먼지 가 촬상 소자내에 혼입되지 않고, 그에 따라 양산성을 확보할 수 있고, 전체 크기를 소형화하는 것을 실현할 수 있다.
이하, 도 15a 내지 도 15b의 카메라 모듈을 이용한 카메라에 대하여 설명한다.
디지털 카메라, 차량 탑재 카메라, 컴퓨터용 카메라, 감시 카메라 및 인터폰 카메라를 포함하는 카메라중 어떠한 것에도 상기 카메라 모듈을 내장시킬 수 있다.
디지털 카메라에 카메라 모듈을 내장시키는 경우에, 렌즈 위치가 되는 카메라 본체의 전방면에 카메라 모듈의 렌즈부를 끼워맞추며, 렌즈부를 탑재한 기판에 전기적으로 접속되는 가요성 기판을, 화상 처리하는 제어 회로가 탑재되어 있는 제어 회로 기판에 접속시킨다. 렌즈부를 통해서 촬상 소자 패키지에 결상된 피사체 상은 전기로 변환되어 소정 처리가 실시된 후, 제어 회로로 보내진다. 제어 회로에서는 전송된 화상 데이터를 일시적으로 기억하고, 소정의 형태로 변환하여, 액정 표시부에 표시한다. 계속하여, 셔터 릴리즈와 동시에 피사체상을 취입, 메모리에 이 화상을 보존하는 처리를 수행한다.
이상 설명한 바와 같이, 패키지 마운트에 직접적으로 촬상 소자를 플립 칩(FC) 패키징에 의해 실장함으로써, 촬상 소자 패키지의 소형화를 도모할 수 있다. 종래의 와이어 본딩(W/B)을 수행하는 범위로 패키지 전체를 소형화할 수 있다.
상면상에 커버 유리를 배치하며, 관통 구멍을 사이에 유지한 상태로 커버 유리에 대향하는 하면에 촬상 소자를 배치함으로써, 촬상 소자 패키지는 먼지 처리 대책을 갖는 단일 부품으로서 취급될 수 있어, 카메라 모듈 제조 공정 동안의 먼지 대책 처리가 불필요해진다.
패턴이 기판의 상면 및 하면중 어느 하나에 존재하는 경우에도, 촬상 소자 패키지의 땜납 랜드가 전기적으로 접속된 후에 탑재될 수 있기 때문에 기판-보어링 방법에 의해 촬상 소자 패키지를 장착하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 렌즈가 장착된 상태로 높이 방향의 카메라 모듈의 치수를 작게 할 수 있어 카메라 모듈 전체의 소형화를 실현할 수 있다.
본 발명에 따른 카메라 모듈은 휴대 전화기 등의 휴대 통신 장치나 PDA 등의 정보 단말 기기에 바람직하게 이용할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 카메라 모듈은 디지털 카메라, 차량 탑재 카메라, 컴퓨터용 보드 카메라, 감시 카메라 및 인터폰 카메라 등에 이용할 수도 있다.
촬상 소자 패키지의 소형화를 도모하기 위한 시도가 본 발명에 따라 실행 가능하기 때문에, 카메라 모듈 및 카메라의 소형화도 실현할 수 있다.
(제 7 실시예)
도 16은 본 발명에 따른 촬상 장치의 실시예의 평면도이다.
촬상 소자(1)의 베어 칩 기판(6)에는 수광부(2)와 축적부(3)가 형성되며, 기판(6)의 양 단부의 부근에는 신호선 및 전원선 등의 금 도금 랜드(4a 내지 4n)가 제공된다. 좌측 단부에 7개의 금 도금 랜드(4a 내지 4g)가, 우측 단부에 7개의 금 도금 랜드(4h 내지 4n)가 각각 일렬로 배치되어 있다. 또한, 각각의 금 도금 랜드(4a 내지 4n)를 둘러싸도록 사각형 루프 형상의 GND 랜드(5a 내지 5n)가 형성되어 있다.
도 17은 본 발명에 따른 촬상 장치의 다른 실시예의 평면도이다.
이러한 예에서, 각각의 금 도금 랜드(4a 내지 4n)를 둘러싸는 GND 랜드(7)를 패턴화하여 일체화한다.
도 16의 경우와 비교하여 금 도금 랜드(4a 내지 4n)를 별도로 둘러싸는 것보다 밀봉 효과는 커진다. 도 16 및 도 17의 금 도금 랜드(4a 내지 4n)는 촬상 소자의 베어 칩 기판(6)의 내층부에서 수광부(2) 및 축적부(3)에 전기적으로 접속되어 있다.
도 18은 다층 기판의 하면의 랜드 배치를 도시하는 저면도이다.
촬상 소자 베어 칩 기판(6)과 베어 칩 패키징에 의해 실장되는 다층 기판(13)은 입사광을 수광부(2)내로 도입하기 위한 관통 구멍(13)을 갖고, 촬상 소자의 베어 칩 기판(6)의 각각의 금 도금 랜드(4a 내지 4n)에 대응하는 위치에 금 도금 랜드(11h 내지 11g)가 배치되어 있다. 또한, 각각의 금 도금 랜드(11h 내지 11g)를 둘러싸도록 사각형 루프 형상의 GND 랜드(12a 내지 12n)가 형성되어 있다. 금 도금 랜드(11a 내지 11n)는 다층 기판의 내층에서 다른 회로부에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, GND 랜드(12a 내지 12n)는 다층 기판의 일부 다른 층에서 전기적으로 접속되어 있다.
도 19는 촬상 소자의 신호선 단자의 배치예를 도시하는 도면이며, 도 20은 촬상 소자의 각 단자를 설명하기 위한 도표이다.
수광부(2)로서 촬상부(17)에는 클럭 신호(P12, P13, P14)가 입력된다. 또한, 촬상 소자의 베어 칩 기판(6)의 P-웰에는 VPW 단자가 접속되며, 서브스트레이트에는 NSUB 단자가 접속되어 있다.
축적부(18)에는 클럭 신호(PS1, PS2, PS3)가 입력된다. 축적부(18)에 평행하게 설치된 수평 시프트 레지스터(horizontal shift register)에는 수평부의 클럭 신호(PH1, PH2)가 입력되며, 수평 시프트 레지스터의 출력은 출력부(19)에 접속되어 있다.
출력부(19)에는 리세트 게이트(PR), 리세트 드레인(VRD) 및 전원 전압(VDD)이 접속되며, CCD 출력(VOUT)이 출력부(19)로 공급된다.
금 도금 랜드(4a 내지 4n)는 촬상부의 클럭 신호(P12, P13, P14), 리세트 게이트(PR), 리세트 드레인(VRD), CCD 출력(VOUT), 서브스트레이트(NSUB), 축적부의 클럭 신호(PS1, PS2, PS3), 수평부의 클럭 신호(PH1, PH2), 전원 전압(VDD)에 각각 접속되어 있다.
도 21은 다층 기판과 촬상 소자 기판의 실장 단계를 나타내는 도면을 도시한다.
랜드(4)와 GND 랜드(5)상에 금 범프를 각각 장착시킨 촬상 소자(1)와 다층 기판(13) 사이의 베어 칩 패키징 부분에, 도전 입자(15)를 갖는 도전 시트 필름(14)을 끼워, 열 압착함으로써, 도전 시트 필름(14)이 용융되어 금 범프(16)와 랜드(11, 12)에 도전 입자(15)가 부착되게 한다. 다음에, 랜드(11)와 랜드(4) 사이 및 GND 랜드(12)와 GND 랜드(5) 사이가 통전되며, 플립 칩 패키징을 수행함으로 써, GND 랜드(12)와 GND 랜드(5)를 서로 접속시키며, 랜드(4, 11)가 GND 랜드(12, 5)에 의해 3차원적으로 밀착 쉴드되기 때문에, 외부에서의 다른 신호의 간섭이나 노이즈의 중첩을 방지할 수 있다.
도 22는 본 발명에 따른 촬상 장치의 실장 단계를 나타내는 흐름도이다.
ACF(Anisotropic Conductive Film, 이방성 도전 필름) 방법을 이용하여 플립 칩 패키징을 수행함으로써, 필름을 사이에 끼워 열과 하중을 인가하여, 그 하중이 인가된 부분이 선택적으로 통전 상태가 된다. 도 23에 도시된 바와 같이, 랜드부의 필름을 열로 용융시켜, 용융 부분의 도전 입자(15)로 랜드와 금 범프 사이를 통전시켜, 다른 부분을 절연 상태로 유지한다. 랜드 사이의 피치가 대단히 좁은 경우(40미크론 내지 60 미크론 범위의 미세 피치)가 플립 칩 패키징에 유효하다.
최초로 촬상 소자의 베어 칩 기판의 신호 랜드와 GND 랜드상에 금 범프를 적용한다[단계 001(이하 "S001"로 칭함), S002]. 계속해서, 다층 기판을 준비하여, ACF를 가압착한다(S003, S004, S005).
ACF를 가압착한 다층 기판상에는 금 범프를 실시한 촬상 소자의 베어 칩 기판을 실장하고, 그에 열과 하중을 인가하여 플립 칩 본딩을 실행한다(S006). 그 후에 각 랜드 및 GND 랜드가 정상으로 전기 접속되었지 유무를 검사하고(S007), 촬상 소자의 다층 기판상에의 실장을 종료한다.
도 23은 촬상 장치로부터의 신호의 비교예를 나타내는 그래프이다.
이 신호는 CCD 출력(4g)으로 출력한 것으로, 미약한 신호이며, 외부 신호의 간섭이나 노이즈의 영향을 받기 쉽다.
도 23a는 통상의 플립 칩 패키징 구조의 경우에 관한 것이며, CCD 출력(4g)의 비디오 신호(21)에는 노이즈(21a, 21b)가 실리고 있다.
그러나, 본 발명에 따른 플립 패키징 구조로 하면, 도 23b에 도시되는 바와 같이 그러한 노이즈를 방지할 수 있다.
본 발명의 이상의 실시예에서는 마더 기판(mother board)으로서 다층 기판을 이용한 예를 설명하고 있지만, 가요성 기판을 이용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
상술된 바와 같이, 본 발명에 따르면, 촬상 장치의 플립 칩 패키징에 있어서 촬상 소자측상의 랜드와 마더 기판으로서 기판의 대응 랜드를 둘러싸도록 GND 랜드를 제공하며, GND 랜드를 전기적으로 접속함으로써 신호 랜드 등을 3차원적으로 쉴드하여, 인접하는 랜드와의 간섭 및 노이즈의 중첩을 방지할 수 있다. 그에 따라, 신뢰성이 높은 촬상 장치를 플립 칩 패키징에 의해 얻을 수 있다.

Claims (22)

  1. 소형 모듈 카메라에 있어서,
    관통 구멍을 구비하여, 상기 관통 구멍의 상부측에 광학 필터 및 렌즈를 수용하는 광학 시스템 수용부와, 상기 관통 구멍의 하부측에 촬상 소자를 수용하는 촬상 소자 수용부를 형성하는 기판과,
    상기 광학 시스템 수용부와 상기 촬상 소자 수용부 사이에 제공된 광학 필터를 지지하고, 상기 촬상 소자 수용부 측으로 돌출된 지지부를 포함하며,
    상기 렌즈는 상기 기판의 상면측에 탑재되고,
    상기 촬상 소자는 상기 기판의 하면측에 탑재되어, 상기 렌즈를 통해서 촬상되는 상을 수신하는데 이용되며,
    상기 촬상 소자 및 상기 기판의 랜드부는 상기 촬상 소자 수용부의 지지부 외측부에서 수지로 밀봉되는
    소형 모듈 카메라.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 촬상 소자의 하면이 상기 기판의 상기 관통 구멍의 하면측 내측에 위치되도록, 상기 촬상 소자가 상기 촬상 소자 수용부에 수용되고,
    땜납 랜드가 상기 기판의 둘레에 제공되는
    소형 모듈 카메라.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 기판은 내측에 전기 수동 소자를 형성할 수 있는 층을 갖는
    소형 모듈 카메라.
  4. 소형 모듈 카메라에 있어서,
    관통 구멍을 구비하여, 상기 관통 구멍을 광학 필터 및 렌즈를 수용하는 광학 시스템 수용부로 하는 기판과,
    상기 기판의 하면측에 탑재되어, 상기 렌즈를 통해서 촬상되는 상을 수신하는데 이용되는 촬상 소자와,
    상기 광학 필터를 지지하고, 상기 기판의 관통 구멍의 하면측에 제공되어 상기 기판의 하면측으로부터 돌출되는 지지부를 포함하고,
    상기 렌즈는 상기 기판의 상면측에 탑재되고,
    상기 촬상 소자는 상기 기판의 하면측에 배치되며,
    상기 촬상 소자 및 상기 기판의 랜드부는 상기 지지부 외측부에서 수지로 밀봉되는
    소형 모듈 카메라.
  5. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 촬상 소자 수용부의 내벽에는 내부 반사 방지 가공이 실시되는
    소형 모듈 카메라.
  6. 제 1 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 렌즈의 주위면과 상기 촬상 소자 수용부의 내벽에 나사를 각각 형성하며,
    상기 렌즈를 나사 결합함으로써 상기 광학 시스템 수용부에 상기 렌즈를 장착하는
    소형 모듈 카메라.
  7. 소형 모듈 카메라에 있어서,
    관통 구멍을 구비하는 기판과,
    상기 관통 구멍의 상면측에 제공되는 광학 필터를 지지하는 위치 결정 홈과,
    상기 관통 구멍의 하면측에 제공되는 흐름 방지 돌기와,
    상기 기판의 상면측에 탑재되는 렌즈와,
    상기 기판의 하면측에 탑재되어, 상기 렌즈를 통해서 촬상되는 상을 수신하는데 이용되는 촬상 소자를 포함하며,
    상기 촬상 소자 및 상기 기판의 랜드부는 상기 흐름 방지 돌기의 외측부에서 수지로 밀봉되는
    소형 모듈 카메라.
  8. 카메라 모듈에 있어서,
    관통 구멍을 구비하는 기판과,
    수광부가 상기 관통 구멍에 면하도록, 관통 구멍을 갖는 상기 기판의 일측면에 하부 충진재(underfill material)가 도포되는 촬상 소자와,
    상기 관통 구멍을 둘러싸도록 상기 기판에 제공되는 하부 충진재 흐름 방지부를 포함하며,
    상기 하부 충진재 흐름 방지부는 랜드 및 각각의 랜드상에 형성되는 레지스트층을 포함하며,
    상기 하부 충진재의 충전으로 인해, 상기 하부 충진재 흐름 방지부는 상기 수광부로 상기 하부 충진재가 유입되는 것을 차단하는
    카메라 모듈.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 하부 충진재 흐름 방지부(16, 21, 22)의 각 랜드(13, 18a, 18b)는 도전성 패턴이며, 상기 레지스트 층(14, 19a, 19b)에는 실크 스크린 인쇄층(15, 20a, 20b)이 형성되는
    카메라 모듈.
  10. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 하부 충진재 흐름 방지부는 도전성 패턴 및 레지스트층을 반복적으로 적층하여 형성되는
    카메라 모듈.
  11. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 기판은 수지 또는 세라믹으로 형성되며, 상기 기판의 관통 구멍의 벽에 레지스트 재료 또는 수지 코팅이 제공되는
    카메라 모듈.
  12. 제 8 항 또는 제 9 항에 있어서,
    상기 기판은 수지 또는 세라믹으로 형성되며, 상기 기판의 관통 구멍의 외부 측면에 상기 레지스트 재료 또는 수지 코팅이 제공되는
    카메라 모듈.
  13. 관통 구멍을 갖는 기판의 일 측면에, 상기 관통 구멍에 수광부가 면하도록 촬상 소자를 장착하는 카메라 모듈 제조 방법에 있어서,
    상기 기판의 관통 구멍에 상기 수광부가 면하도록 촬상 소자를 위치시킨 후에, 상기 기판 하면의 패턴상에 베어 칩 패키징에 의해 촬상 소자를 실장하는 단계와,
    중앙 부분에 중공부를 형성하는 벌크헤드(bulkhead)를 갖는 지그를 준비하고, 상기 기판의 관통 구멍에 상기 벌크헤드를 삽입하여 상기 벌크헤드의 중공부에 상기 수광부를 수용하며, 상기 벌크헤드의 선단부를 상기 촬상 소자에 탑재하는 단계와,
    상기 베어 칩 패키징 부분을 하부 충진재로 충전하는 단계와,
    상기 지그를 제거하는 단계를 포함하는
    카메라 모듈 제조 방법.
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 신호선 및 전원선 등의 랜드를 구비한 CCD와 같은 반도체 소자의 베어 칩 기판을, 플립 칩 패키징에 의해 마더 기판에 실장하는 촬상 소자의 패키징 구조체에 있어서,
    상기 반도체 소자의 베어 칩 기판의 신호선 및 전원선 등의 랜드를 둘러싸고, 또한 상기 베어 칩 기판의 각각의 랜드 주위에 위치되는 GND 랜드와,
    상기 반도체 소자의 베어 칩 기판의 랜드에 대응하는 위치에 배치되는 신호선 및 전원선 등의 랜드를 둘러싸고, 또한 상기 마더 기판의 각각의 랜드 주위에 위치되는 GND 랜드와,
    가압 및 가열했을 때 상기 랜드 사이의 간극에 부착되어 상기 랜드를 통전시키는 도전 입자를 갖는 도전 시트 필름과,
    상기 마더 기판과 상기 반도체 소자의 베어 칩 기판을 상기 도전 시트 필름으로 플립 칩 패키징에 의해 접속시켜 형성되는 입체 GND 랜드층을 포함하며,
    상기 신호선 및 전원선의 랜드가 입체 GND 랜드층에 의해서 밀폐되어 전기적으로 절연되는
    촬상 소자의 패키징 구조체.
  21. 제 20 항에 있어서,
    각각의 신호선 및 전원선을 둘러싸는 GND 랜드를 하나의 도체 패턴으로 일체로 형성하는
    촬상 소자의 패키징 구조체.
  22. 제 20 항에 있어서,
    상기 마더 기판은 다층 기판 또는 가요성 기판인
    촬상 소자의 패키징 구조체.
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