KR100770684B1

KR100770684B1 - 카메라 모듈 패키지

Info

Publication number: KR100770684B1
Application number: KR1020060044616A
Authority: KR
Inventors: 곽형찬
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2006-05-18
Filing date: 2006-05-18
Publication date: 2007-10-29
Also published as: JP2007310367A; CN101076081A; GB2438303A; US7679669B2; US20070268399A1; GB0709326D0; CN100484200C; DE102007015056A1

Abstract

본 발명은 비아홀과 패드의 형성 위치를 일치시켜 플립 칩 본딩되도록 한 카메라 모듈 패키지에 관한 것이다.

본 발명의 카메라 모듈 패키지는, 상면 중앙부에 다수의 마이크로 렌즈로 이루어진 수광부가 구비되고, 그 외측 가장자리부를 따라 일정한 간격을 이루어 일렬로 배열되는 다수의 범프가 형성된 이미지센서; 상기 이미지센서의 상부에 플립 칩에 의해서 밀착 결합되고, 상기 범프와 대응되는 접합 지점에 상기 범프와 일대일로 밀착 결합되도록 다수의 비아 홀이 천공된 연성인쇄회로기판; 및 상기 연성인쇄회로기판의 상부에 안착되는 하우징과, 그 상단 중앙부에 나사 결합되는 렌즈배럴로 구성된 광학유니트;를 포함하며, 상기 연성인쇄회로기판의 회로 설계의 자유도를 향상시켜 소형 카메라 모듈 패키지를 위한 이미지센서와 기판의 축소에 의한 비아 홀 천공 공간의 제약이 해소되는 이점이 있다.

이미지센서, 범프, 수광부, 연성인쇄회로기판, 수광 영역, 비아 홀, 금속막

Description

카메라 모듈 패키지{Camera module package}

도 1은 종래 COF 방식 카메라 모듈의 조립 상태를 보인 조립 사시도.

도 2는 종래 COF 방식 카메라 모듈의 일부 절개 단면도.

도 3은 종래 COF 패키지에서 이미지센서의 플립 칩 본딩 시 분해 사시도

도 4는 본 발명에 따른 카메라 모듈 패키지의 이미지센서 플립 칩 본딩 시 조립 사시도.

도 5는 도 4의 "I" 부분의 확대 단면도.

도 6은 본 발명에 따른 카메라 모듈 패키지의 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

20. 카메라 모듈 패키지 21. 이미지센서

22. 범프 23. 수광부

25. 연성인쇄회로기판 26. 수광 영역

27. 비아 홀 28. 금속막

본 발명은 비아홀과 패드가 일대일로 대응되어 플립 칩 본딩되도록 한 카메라 모듈 패키지에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 연성인쇄회로기판의 저면에 이미지센서의 플립 칩 접합 시 상기 이미지센서의 상면에 구비된 접속 범프와 대응하는 위치의 연성인쇄회로기판에 그 상, 하부를 관통하는 비아홀이 형성되도록 함으로써, 연성인쇄회로기판의 설계 자유도가 향상된 카메라 모듈 패키지에 관한 것이다.

현재 휴대폰 및 PDA 등과 같은 휴대용 단말기는 최근 그 기술의 발전과 더불어 단순한 전화기능 뿐만 아니라, 음악, 영화, TV, 게임 등으로 멀티 컨버전스로 사용되고 있으며, 이러한 멀티 컨버전스로의 전개를 이끌어 가는 것 중의 하나로서 카메라 모듈(Camera Module)이 가장 대표적이라 할 수 있다. 이러한 카메라 모듈은 기존의 30만 화소(VGA급)에서 현재 800만 화소 이상의 고화소 중심으로 변화됨과 동시에 오토포커싱(AF), 광학 줌(Optical Zoom) 등과 같은 다양한 부가 기능의 구현으로 변화되고 있으며, 소형으로써 카메라폰이나 PDA, 스마트폰을 비롯한 휴대용 이동통신 기기를 비롯한 다양한 IT 기기에 적용되고 있다.

이와 같은 카메라 모듈은, CCD나 CMOS 등의 이미지센서를 주요 부품으로 하여 제작되고 있으며 상기 이미지센서를 통하여 사물의 이미지를 집광시켜 기기내의 메모리상에 데이터로 저장되고, 저장된 데이터는 기기내의 LCD 또는 PC 모니터 등의 디스플레이 매체를 통해 영상으로 디스플레이된다.

최근의 카메라 모듈은, 휴대용 이동통신 기기의 소형화와 슬림화 추세에 따라 화소 및 기능의 향상을 기본으로 하면서 소형화와 박형화를 실현하기 위한 패키지 형태로 개발되고 있으며, 대표적으로 플립 칩(Flip-Chip) 방식의 COF(Chip On Flim), 와이어 본딩 방식의 COB(Chip On Board), 그리고 CSP(Chip Scaled Package) 등의 패키지 형태로 제작되는 바, 그 중에서 COF 방식의 패키징 구조를 아래 도시된 도면을 참조하여 간략하게 살펴보면 다음과 같다.

도 1은 종래 COF 방식 카메라 모듈의 조립 상태를 보인 조립 사시도이고, 도 2는 종래 COF 방식 카메라 모듈의 일부 절개 단면도이다.

도시된 바와같이, 종래의 카메라 모듈(1)은 렌즈를 통해 들어온 영상신호를 전기적 신호로 변환하는 이미지센서(3)가 저면에 지지되는 하우징(2)과, 상기 이미지센서(3)에 피사체의 영상신호를 모아주는 렌즈군(4)과, 상기 렌즈군(4)이 내부에 다단 적층되는 배럴(5)의 순차적인 결합에 의해서 구성된다.

이때, 상기 하우징(2)의 하부에는 CCD 또는 CMOS로 이루어진 이미지센서(3)를 구동하기 위한 전기 부품인 콘덴서와 저항 등의 칩 부품이 부착된 연성인쇄회로기판(FPCB)(6)이 전기적으로 결합된다.

이와 같이 구성된 종래의 카메라 모듈(1)은, 연성인쇄회로기판(FPCB, 6)에 다수의 회로 부품이 실장된 상태에서 기판(6)과 이미지센서(3) 사이에 이방전도성 필름(ACF:Anisotropic Conductive Film)(8) 또는 NCP(Non-Conductive Paste)를 삽입하고 열과 압력을 가하여 통전되도록 접착 고정하고, 그 반대면에 IR 필터(7)를 부착한다.

또한, 다수의 렌즈군(4)이 내장된 배럴(5)과 하우징(2)이 나사 결합에 의해서 가결합시킨 상태에서 전술한 바와같이, 기 조립된 실장용 기판(6)이 하우징(2)의 저면에 별도의 접착제에 의해서 접착 고정된다.

이와 같은 구조로 이루어진 COF 방식의 카메라 모듈 패키지는 무엇보다 와이어를 부착할 공간이 필요하지 않으므로 패키지 면적이 줄어들고, 배럴의 높이를 낮출 수가 있어 카메라 모듈의 경박단소화가 가능하다는 장점이 있다.

그리고, 얇은 필름 형태의 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board)을 사용하기 때문에 외부 충격에 견디는 신뢰성 높은 패키지가 가능하며, 그 제작 공정이 상대적으로 간단한 장점이 있다. 그리고, 상기 COF 방식은 소형화와 더불어 저항의 절감으로 인한 신호의 고속처리, 고밀도, 다핀화 추세에도 부응할 수 있다.

그러나, 상기 COF 방식의 카메라 모듈 패키지는 최소한의 칩 사이즈를 가지는 웨이퍼 레벨 패키지로 집약됨에 따라 공정 비용이 고가이고, 납기 대응이 불안정하다는 단점에 의해 이미지센서용으로는 한계가 있으며, 현재의 COF 방식은 단층 구조로 인하여 다양한 기능들이 추가되고 있는 최근의 메가(Mega)급 이상의 이미지센서를 사용하는 모듈에서는 고유의 장점이었던 모듈 패키지의 소형화에 더 이상 부응하지 못하는 단점이 있다.

또한, 상기 연성인쇄회로기판(6)이 단면 연성인쇄회로기판(6)인 경우에는, 그 하면에 부착되는 이미지센서(3)의 접합면이 기판(6)의 하면으로 한정되기 때문에 상기 이미지센서(3)와 연성인쇄회로기판(6)에 구비된 각 접속 단자들의 전기적 접속 시작점이 연성인쇄회로기판(6)의 하면으로부터 시작될 수 밖에 없어 각 단자들의 연결을 위한 회로 설계 공간이 커지게 되고, 이에 따라 연성인쇄회로기판(6)의 크기가 전체적으로 커져 모듈의 경박단소화에 역행되는 문제점이 있다.

이와 같은 문제점을 최소화하기 위하여 근래에는 아래 도시된 도 3과 같이 다수의 비아 홀(via-hole)이 형성된 양면 연성인쇄회로기판(2-layer FPCB)를 이용하여 플립 칩 방식의 모듈 제작이 이루어지고 있으나, 양면 연성인쇄회로기판(6)의 저면에 이미지센서(3)가 밀착 결합될 때, 상기 양면 연성인쇄회로기판(3) 상에는 상기 이미지센서(3)의 상면에 형성된 다수의 범프(3a)가 접촉되는 범프 접합부위(6a)에서 비아 홀(6b) 간의 간섭에 의한 회로적 쇼트(short)가 방지되도록 최소 150㎛의 거리(d)가 이격된 상태로 다수의 비아 홀(6b)이 형성될 수 밖에 없기 때문에 상기 비아 홀(6b)을 통한 회로 설계시 한정된 공간 내에서의 회로 패턴 설계에 의한 공간의 제약이 발생되는 문제점이 지적되고 있다.

따라서, 본 발명은 종래 플립 칩 방식의 카메라 모듈 제작 방식에서 제기되고 있는 상기 제반 단점과 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 상면에 접 속 범프가 형성된 이미지센서와 플립 칩에 의해서 밀착 결합되는 양면 연성인쇄회로기판 상에 상기 이미지센서의 범프와 일대일 대응되도록 다수의 비아 홀이 형성됨으로써, 상기 연성인쇄회로기판의 패턴 설계 자유도를 향상시켜 비아 홀을 통한 회로 설계의 공간 제약이 해소된 카메라 모듈 패키지가 제공됨에 발명의 목적이 있다.

본 발명의 상기 목적은, 상면 중앙부에 구비된 수광부 외측 테두리부에 등간격으로 다수의 범프가 형성된 이미지센서와, 상기 이미지센서의 상부에 범프의 접속에 의해서 밀착되며 그 범프 접속 위치에 일대일로 대응되는 다수의 비아 홀이 형성된 연성인쇄회로기판과, 상기 연성인쇄회로기판의 상부에 안착되는 하우징 및 그 상단 중앙부에 나사 결합되는 렌즈배럴을 포함하는 광학유니트로 구성된 카메라 모듈 패키지에 의해서 달성된다.

상기 이미지센서는, 중앙부에 다수의 마이크로 렌즈로 이루어진 수광부의 외측에 그 가장자리부를 따라 일렬로 정렬되는 다수의 접속 범프가 구비되며, 상기 이미지센서가 저면에 플립 칩에 의해서 밀착 결합되는 연성인쇄회로기판은 중앙부에 수광 영역이 천공되어 상기 연성인쇄회로기판에 장착된 이미지센서의 수광부가 노출된다.

또한, 상기 연성인쇄회로기판 상에는 상기 이미지센서의 상면에 형성된 접속 범프와 대응되는 위치에 다수의 비아 홀(via hole)이 형성되고, 이때의 상기 연성 인쇄회로기판은 그 상, 하면에 형성된 회로 패턴이 비아 홀을 통해 전기적으로 상호 연결된 양면 연성인쇄회로기판으로 형성됨이 바람직하다.

상기 비아 홀은 주로 레이져 드릴링에 의해서 천공된 관통홀(through-hole)로 형성되며, 그 천공 지름은 대략 50㎛ 이내로 형성되어 하부측 개구부가 이미지센서의 상면에 구비된 범프와 밀착되게 접속된다.

또한, 상기 연성인쇄회로기판은 레이져 드릴링에 의한 비아 홀 가공시 연성인쇄회로기판의 층간 폴리머를 태우면서 발생되는 찌꺼기를 화학적으로 제거하는 디스미어(Desmear) 공정을 거친 후에 스퍼터링 공정에 의해 각 비아 홀의 내벽면상에 금속막이 형성되도록 하고, 상기 금속막의 외측으로 패터닝이 이루어지게 된다.

이때, 상기 비아 홀 내부에 형성되는 금속막은 Au(금) 또는 Sn(주석) 도금층으로 구성됨이 바람직하다.

한편, 상기 이미지센서가 연성인쇄회로기판의 저면에 플립 칩 본딩에 의해 결합된 이미지센서 모듈의 상부에는 중앙부에 렌즈배럴이 장착된 하우징이 안착됨에 의해서 카메라 모듈의 제작이 완료된다.

이와 같은 기술적 구성을 이루는 카메라 모듈 패키지는, 상면 가장자리부를 따라 다수의 접속 범프가 형성된 이미지센서가 연성인쇄회로기판의 하면에 플립 칩 본딩됨에 있어, 상기 이미지센서의 범프와 연성인쇄회로기판 상에 회로 패턴의 전기적 도통을 위해 형성된 비아 홀이 동일한 접합 위치에서 일대일 대응되도록 형성됨으로써, 상기 연성인쇄회로기판에 형성된 패턴의 회로 연결을 위한 비아 홀의 수를 줄여 공간 제약이 해소됨에 따라 소형 패키지의 제작이 가능하며, 상기 연성인 쇄회로기판의 시작 패턴이 상기 비아 홀의 상, 하부에서 각각 연결 가능함에 따라 다양한 회로 구성과 회로간 간섭이 최소화되는 기술적 특징이 있다.

본 발명의 카메라 모듈 패키지의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

먼저, 도 4는 본 발명에 따른 카메라 모듈 패키지의 이미지센서 플립 칩 본딩 시 조립 사시도이고, 도 5는 도 4의 "I" 부분의 확대 단면도이며, 도 6은 본 발명에 따른 카메라 모듈 패키지의 단면도이다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 카메라 모듈 패키지(20)는 상면에 범프(22)가 구비된 이미지센서(21)와 상기 범프(22)와 접속 가능한 위치에 다수의 비아 홀(27)이 형성된 연성인쇄회로기판(25)이 밀착 결합되는 이미지센서 모듈로 구성되며, 상기 이미지센서(21)가 하면에 밀착 결합된 연성인쇄회로기판(25)의 상면에 렌즈배럴(31)이 일체로 결합된 하우징(32)이 안착됨에 의해서 구성된다.

상기 이미지센서(21)는 중앙부에 마이크로 렌즈가 밀집 배열된 수광부(23)가 구비되고, 상기 수광부(23)의 외측 가장자리부를 따라 다수의 접속 범프(22)가 일렬로 배치된다.

상기 범프는 플레이트(plated) 범프나 스터드(stud) 범프 형태로 제작되는 바, 상기 이미지센서(21)의 상면에 대응하는 연성인쇄회로기판(25)의 하면에 밀착 되게 접촉됨으로써, 이미지센서(21)와 외부 기기와의 전기적 도통이 가능하게 연성인쇄회로기판(25)과 전기적으로 연결되도록 하는 역할을 하게 된다.

상기 이미지센서(21)가 하면에 플립 칩 본딩되는 연성인쇄회로기판(25)은, 중앙부에 상기 이미지센서(21)의 수광부(23)가 상부로 노출되는 수광 영역(26)이 천공되고, 양면이 소정의 회로 패턴으로 패터닝되어 균일한 도금층을 갖는 양면 연성인쇄회로기판으로 구성됨이 바람직하며 그 테두리부에 다수의 비아 홀(27)이 형성된다.

이때, 상기 비아 홀(27)은 이미지센서(21)에 형성된 접속 범프(22)의 형성 위치와 대응되는 위치, 즉 상기 이미지센서(21)의 플립 칩 본딩시 수광부(23)가 상부로 노출되는 수광 영역(26) 외측 가장자리부의 범프 접속 지점(O)에 일렬로 형성되어 상기 범프(22)와 일대일로 대응 결합된다.

상기 비아 홀(27)은 연성인쇄회로기판(25)의 상, 하부를 관통하는 관통홀로 형성되며, 그 직경이 대략 50㎛ 이하의 작은 관통홀로 구성되어 상기 연성인쇄회로기판(25)의 상, 하부를 도통시키기 위한 통로의 역할을 한다.

상기 비아 홀(27)을 통한 기판(25) 상, 하면의 도통을 위하여 상기 각 비아 홀(27)의 내벽면은 주로 Au(금)을 이용한 금속막(28)으로 이루어지며, 상기 비아 홀(27) 타발 후의 스퍼터링 공정에 의해 형성되고 상기 금속막의 외측으로 진행되는 패터닝에 의해서 상기 비아 홀(27) 주변의 비아 랜드(27a)가 구비된다.

따라서, 상기 비아 홀(27)은 연성인쇄회로기판(25)의 저면에 플립 칩에 의해서 밀착 결합되는 이미지센서(21)에 형성된 범프(22)와 동일한 접속 지점(O)에 상 기 범프(22)와 일대일로 대응 접합되도록 일렬로 배열 형성됨으로써, 상기 연성인쇄회로기판(25)의 비아 홀 디자인 자유도가 향상됨에 따라 기판 사이즈가 최소화된다.

또한, 상기 이미지센서(21)가 연성인쇄회로기판(25)의 하면에 플립 칩에 의해서 밀착 결합된 상태에서 상기 연성인쇄회로기판(25) 상에 형성된 회로 패턴간 연결 시작점이 연성인쇄회로기판(25) 상면의 비아 홀(27)로부터 지정하는 것이 가능함에 따라 상기 이미지센서(21)와 연성인쇄회로기판(25) 및 외부 기기를 회로적으로 연결하기 위한 비아 홀(27)의 수를 종래의 연성인쇄회로기판(6)에 비하여 현저하게 줄일 수 있다.

그리고, 상기 연성인쇄회로기판(25) 상에 비아 홀(27)의 형성 시 공간 제약이 해소됨에 따라 회로 패턴 간 간섭에 의한 노이즈를 줄여 카메라 모듈의 화질 개선이 가능하다.

이와 같은 구성에 의해서 이미지센서(21)가 저면에 부착되는 연성인쇄회로기판(25)은 그 상면의 수광 영역(26)에 적외선 차단필터(29)가 복개된 상태 또는 적외선 차단필터(29)가 광학유니트(30)의 내부에 부착된 상태로 상기 연성인쇄회로기판(25)의 상면에 안착되는 광학유니트(30)로 구성된다.

상기 광학유니트(30)는 하우징(32)과 그 상단 중앙부에 나사 결합되며, 내부에 적어도 하나 이상의 렌즈가 장착된 렌즈배럴(31)로 이루어지며, 상기 하우징(32)의 하단 개구부에 장착된 연성인쇄회로기판(25)의 자유 단부측에는 외부 기기 연결을 위한 커넥터(C)가 결합된다.

이때, 상기 커넥터(C)의 결합 대신에 슬라이드(slide) 커넥터가 적용 가능한 패터닝이 형성될 수도 있다.

한편, 상기 광학유니트(30)가 상부에 결합된 연성인쇄회로기판(25)은 그 가장자리부에 천공된 다수의 비아 홀(27)이 기판(25) 하면에 플립 칩에 의해서 밀착 결합되는 이미지센서(21)의 범프(22)와 대응 접합되도록 하며, 이때 상기 범프(22)와 비아 홀(27)이 더욱 공고히 접착 고정되도록 ACF 또는 NCP 본드가 개재된 상태로 접합 고정된다.

이때, 상기 연성인쇄회로기판(25)과 이미지센서(21)의 플립 칩 본딩 시 비교적 높은 온도와 압력으로 인하여 상기 이미지센서(21)에 형성된 범프(22)의 일부분이 상기 비아 홀(27) 내부로 함침되면서 비아 홀(27)의 범프(22) 접속 부위의 충격이 제거되어 상기 비아 홀(27)의 무너짐이나 깨짐 현상이 방지된다.

이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예들은 예시의 목적을 위해 개시된 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러가지 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이나, 이러한 치환, 변경 등은 이하의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 카메라 모듈 패키지는 플립 칩 본딩 으로 밀착 결합되는 연성인쇄회로기판과 이미지센서의 회로적 접합 시 상기 연성인쇄회로기판의 비아 홀과 이미지센서의 범프가 일대일 대응되어 직접 접합 고정됨으로써, 상기 연성인쇄회로기판의 회로 설계의 자유도를 향상시켜 소형 카메라 모듈 패키지를 위한 이미지센서와 기판의 축소에 의한 비아 홀 천공 공간의 제약이 해소되는 이점이 있으며, 회로 시작점의 자유로운 선택에 의한 패턴 설계가 다양해지고 회로간 간섭의 최소화로 인하여 패턴 노이즈를 획기적으로 줄일 수 있는 장점이 있다.

Claims

상면 중앙부에 수광부가 구비되고, 그 외측에 다수의 범프가 형성된 이미지센서;

상기 이미지센서의 상부에 플립 칩에 의해서 밀착 결합되고, 상기 범프와 대응되는 접합 지점에 상기 범프와 일대일로 밀착 결합되도록 다수의 비아 홀이 천공된 연성인쇄회로기판; 및

상기 연성인쇄회로기판의 상부에 안착되는 하우징과, 그 상단 중앙부에 나사 결합되는 렌즈배럴로 구성된 광학유니트;

를 포함하는 카메라 모듈 패키지.
제1항에 있어서,

상기 연성인쇄회로기판과 이미지센서는, 그 사이의 비아 홀과 범프 접합 부위에 ACF 또는 NCP가 개재되어 접합 고정되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 패키지.
제1항에 있어서,

상기 비아 홀은, 연성인쇄회로기판의 상, 하부를 수직으로 관통하는 관통홀 로 형성된 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 패키지.
제1항 또는 제3항에 있어서,

상기 비아 홀은, 내부 벽면이 Au(금) 또는 Sn(주석) 도금층으로 이루어진 금속막이 형성된 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 패키지.
제1항에 있어서,

상기 하우징은, 그 내부에 상기 연성인쇄회로기판의 상면에 밀착되게 IR 필터가 장착된 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 패키지.
삭제
제1항에 있어서,

상기 연성인쇄회로기판은, 양면 연성인쇄회로기판인 것을 특징으로 하는 카 메라 모듈 패키지.
제1항에 있어서,

상기 범프는, 플레이트(plated) 범프 또는 스터드(stud) 범프 형태로 제작되는 것을 특징으로 하는 카메라 모듈 패키지.