KR100791461B1 - 디지털 카메라 모듈 - Google Patents

디지털 카메라 모듈 Download PDF

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Abstract

디지털 카메라 모듈이 개시된다. 렌즈와, 렌즈를 투과한 광 가운데 장파장의 광을 여과하는 적외선 필터와, 적외선 필터를 투과한 광을 아날로그 영상신호로 변환해주는 촬상수단과, 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환해주는 영상신호 처리수단을 포함하며, 적외선 필터는 촬상수단의 상면에 형성되는 디지털 카메라 모듈은 부피를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 제작에 있어서의 생산성을 향상하고 균일한 굴절율을 갖는 적외선 필터를 제공할 수 있다.
적외선 필터, 이미지 센서, CIS 반도체 칩

Description

디지털 카메라 모듈{DIGITAL CAMERA MODULE}
도 1은 종래의 디지털 카메라 모듈의 단면도.
도 2는 적외선 필터에 의해 투과되는 빛의 파장에 따른 투과율을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈의 단면도.
도 4는 도 3에서 촬상수단 상에 형성된 적외선 필터의 단면도.
<도면 부호의 설명>
31: 렌즈 33: 하우징
34: 렌즈고정부 35: 적외선 필터
37: 질화막 39: 산화막
41: 촬상수단 43: 인쇄회로기판
45: 영상신호 처리수단 47: 절연체
본 발명은 디지털 카메라 모듈에 관한 것이다.
디지털 카메라 모듈은 촬영한 영상을 디지털 영상신호로 변환하여 저장하고, 필요에 따라 화면이나 용지에 재생하거나 전송할 수 있게 하는 장치로서, 근래에는 휴대용 전화기, 노트북 컴퓨터, PDA 등에 장착 가능한 형태의 디지털 카메라 모듈이 개발되어 그 수요가 급격히 증가하고 있는 추세이다.
도 1에는 휴대용 전화기, 노트북 컴퓨터, PDA 등에 장착 가능한 종래의 디지털 카메라 모듈의 일 예가 개략적으로 도시되어 있다. 도 1을 참조하면, 종래의 디지털 카메라 모듈(1)은 렌즈(2)와, 렌즈(2) 아래에 위치하는 적외선 필터(3)와, 적외선 필터(3)의 아래에 위치하는 CIS(CMOS Image Sensor) 반도체 칩(4)과, CIS 반도체 칩(4)의 아래에서 이를 지지하며 본딩 와이어(7)에 의해 CIS 반도체 칩(4)과 전기적으로 연결된 인쇄회로기판(Printed Circuit Board, 6)과, 인쇄회로기판(6)의 저면부에 부착되어 본딩 와이어(8)에 의해 인쇄회로기판(6)과 전기적으로 연결된 ISP(Image Signal Processor) 반도체 칩(5)을 구비한다. 또한, ISP 반도체 칩(5)을 밀봉하기 위한 ECM(Epoxy Molding Compound, 9)와, 렌즈(2)와 적외선 필터(3)가 장착 고정되는 하우징(10)을 구비한다.
이와 같은 디지털 카메라 모듈을 제조함에 있어서, 카메라 모듈의 감광도(photo sensitivity)를 증가시키기 위한 노력들이 진행되고 있는 바, 그 중 하나가 집광기술이다. 예컨대, CMOS 이미지센서는 빛을 감지하는 광감지부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 CMOS 로직 회로부분으로 구성되어 있는 바, 광감도를 높이기 위해서는 전체 이미지 센서 면적에서 광감지부분의 면적이 차 지하는 비율(이를 통상적으로 "fill factor"라고 한다)을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다. 그러나 근본적으로 로직 회로 부분을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적에서 이러한 노력에는 한계가 있다. 따라서 광감도를 높여주기 위해서는 광감지부분 이외의 영역으로 입사되는 빛의 경로를 바꿔서 광감지부분으로 집속시키는 집광기술이 많이 연구되고 있다.
한편, 장파장 대역을 파장을 갖는 광신호는 이미지센서에 누화(crosstalk)를 유발함으로써 센서의 신호 대 잡음비(S/N ratio: Signal to Noise ratio) 특성을 저하시킨다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서 장파장의 광을 필터링하는 적외선(IR) 필터가 필요하게 된다. 적외선 필터를 사용할 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 대략 400~700nm의 파장을 갖는 가시광선만 통과하도록 투과 특성이 설계되고, 그 이상의 파장을 갖는 빛(예를 들면 적외선)은 적외선 필터에 의해 차단된다.
종래에는 이러한 적외선 필터(3)를, 도 1에 도시된 바와 같이, CIS 반도체 칩(4)과는 별도로 하우징(10)에 고정했기 때문에, 카메라 모듈의 부피가 증가할 뿐만 아니라 부품수가 증가하고 조립 공정이 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 적외선 필터를 이미지센서 상에 부착함으로써 카메라 모듈의 부피를 축소할 수 있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 조립 공정을 간소화할 수 있는 디지털 카메라 모듈을 제공한다.
본 발명의 일 측면에 따른 디지털 카메라 모듈은 렌즈와, 렌즈를 투과한 광 가운데 장파장의 광을 여과하는 적외선 필터와, 적외선 필터를 투과한 광을 아날로그 영상신호로 변환해주는 촬상수단과, 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환해주는 영상신호 처리수단을 포함하며, 적외선 필터는 촬상수단의 상면에 형성된다.
본 발명에 따른 디지털 카메라 모듈의 실시예는 다음과 같은 특징들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 적외선 필터는 굴절율이 다른 두개의 물질이 촬상수단의 상면에 교호적으로 적층됨으로써 형성될 수 있다. 그리고 적외선 필터는 산화막과 질화막 또는 이산화 규소(SiO2)와 이산화 크롬(CrO2) 또는 이산화 규소(SiO2)와 이산화 지르코늄(ZrO2)을 촬상수단의 상면에 교호적으로 적층됨으로써 형성될 수도 있다. 그리고 촬상수단은 평탄화층을 구비하고, 적외선 필터는 평탄화층 상에 형성될 수도 있다.
촬상수단은 CIS(CMOS Image Sensor) 반도체 칩이고, 영상신호 처리수단은 ISP(Image Signal Processor) 반도체 칩이며, CIS 반도체 칩 및 ISP 반도체 칩은 인쇄회로기판 상에 플립칩 본딩될 수 있다. 또한, 촬상수단 및 영상신호 처리수단은 일체로 형성된 IS(Image Sensor) 반도체 칩이며, 적외선 필터는 IS 반도체 칩의 상면에 적층되어 형성될 수도 있다.
이하, 본 발명에 따른 디지털 카메라 모듈의 실시예를 첨부 도면을 참조하 여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 카메라 모듈의 결합된 상태를 도시한 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 디지털 카메라 모듈은 집광을 위한 렌즈(31) 및 이를 지지하는 하우징(33)과, 하우징(33) 아래에 위치하는 인쇄회로기판(43)과, CIS(CMOS Image Sensor) 반도체 칩(41)과, 상기 CIS 반도체 칩(41) 상에 위치하는 적외선 필터(35)와, ISP(Image Signal Processor) 반도체 칩(45)을 구비한다.
상기 하우징(33)은 상기 렌즈(31)를 고정하기 위한 렌즈 고정부(34)를 구비하는데, 상기 렌즈 고정부(34)는 하우징(33)의 상부에서 돌출되어 형성되어 있다. 따라서 상기 렌즈(31)는 하우징(33)의 전면으로 돌출되어 외부의 빛을 수광한다. 하우징(33)은 원통 형상을 가지며, 그 내부에는 빈 공간이 형성되어 적외선 필터(35) 및 CIS 반도체 칩(41)이 수용된다. 그리고 하우징(33)의 하단부에는 인쇄회로기판(43)이 부착되어 있다.
상기 인쇄회로기판(43)의 상면에는 상기 CIS 반도체 칩(41)이 부착되고, 그 하면에는 상기 ISP 반도체 칩(45)이 부착되어 전기적으로 상호 연결된다. 상기 인쇄회로기판(43)에는 상기 CIS 반도체 칩(41)과 상기 ISP 반도체 칩(45)을 상호 연결하기 위한 회로패턴(미도시)이 형성되어 있다. 그리고, 도면에는 도시하지 않았지만, 인쇄로기판(43)에는 외부와 연결되기 위한 플렉서블 인쇄회로기판(FPCB)이 추가로 형성될 수도 있다.
상기 CIS 반도체 칩(41)은 상기 적외선 필터(35)를 투과한 광을 전기적 아날로그 영상신호로 변환하는 촬상수단으로서, 구체적으로는 CMOS(Complementary MOS) 기술을 이용하여 화소수만큼 MOS 트랜지스터를 만들고 이를 이용하여 순차적인 출력을 검색하는 스위칭 방식을 채용하는 소자이다. 상기 CMOS 반도체 칩(41)은 상기 인쇄회로기판(43)의 상면에 플립칩 본딩(flip chip bonding)되며, 상기 하우징(33)의 내부에 위치한다. 상기 CIS 반도체 칩은 마이크로 렌즈(미도시)가 고정되는 평탄화층(미도시)을 구비할 수 있는데, 이때 상기 적외선 필터(35)는 평탄화층에 적층될 수도 있다.
플립칩 본딩이란 반도체 칩 상의 패드 위에 접속용 범프(bump)를 형성하고 이를 기판의 회로패턴의 말단 랜드에 접합하여 기판과 반도체 칩을 전기적으로 접속하는 방식이다. 이는 기존의 와이어 본딩과는 달리 본딩 와이어를 생략하여 전기적 통로의 길이가 단축됨으로써 반도체 칩의 전기적 특성이 향상되고, 반도체 패키지의 크기를 소형화 할 수 있게 한다.
상기 ISP 반도체 칩(45)은 전기적 아날로그 신호를 디지털 영상신호로 변환하는 영상신호 처리수단으로서, 상기 CIS 반도체 칩(41)과 마찬가지로 플립칩 본딩 방식에 의해 상기 인쇄회로기판(41)에 실장된다. 상기 ISP 반도체 칩(45)은 ECM(Epoxy Molding Compound, 47)에 의해 밀봉된다.
상기 적외선 필터(35)는 상기 CIS 반도체 칩(41) 상에 위치하면서 상기 렌즈(31)를 통해 입사되는 광에서 적외선을 필터링한다. 적외선 필터(35)는 서로 다 른 굴절율을 갖는 2개의 층을 교호(交互)적으로 적층함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, 상기 적외선 필터(35)는 이산화 규소(SiO2) 및 이산화 크롬(CrO2) 또는 이산화 규소(SiO2) 및 이산화 지르코늄(ZrO2)을 교호적으로 적층함으로써 형성될 수 있다. 적층되는 횟수는 30~40회 정도가 될 수 있다. 적층 형성 방법은 화학적 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 evaporation 등과 같은 일반적으로 공지된 방법을 사용할 수 있다.
그리고 적외선 필터(35)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 굴절율이 상이한 산화막(39) 및 질화막(37)을 교호적으로 적층함으로써 형성될 수도 있다. 이러한 이산화규소 및 이산화크롬 또는 산화막 또는 질화막은 웨이퍼 단위에서 반도체 공정을 이용한 증착에 의해 형성됨으로써 생산성을 향상시키고 균일한 투과 특성을 확보할 수 있다.
위에서 살펴본 바와 같이, 본 실시예에 따른 디지털 카메라 모듈은, 상기 적외선 필터(35)가 상기 하우징(33)이 아닌 CIS 반도체 칩(41) 상에 적층되어 위치하기 때문에, 하우징(33)의 높이를 줄일 수 있게 된다. 또한, 디지털 카메라 모듈의 제작공정에서 적외선 필터(35)를 하우징(33)에 별도로 고정하는 작업을 수행할 필요가 없기 때문에 생산성이 향상될 수 있다. 그리고 적외선 필터(35)는 반도체 공정을 이용하여 증착에 의해 형성될 수 있기 때문에 생산성의 향상은 몰론 균일한 투과 특성을 가질 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 디지털 카메라 모듈은, 상기 촬상수단인 CIS 반도체 칩(41)과 영상신호 처리수단인 ISP 반도체 칩(45)이 일체로 형성된 IS 반도체 칩(미도시)을 구비할 수도 있다. 이 때, 상기 적외선 필터(35)는 상기 IS 반도체 칩 상에 적층된다. 이와 같은 IS 반도체 칩은 상기 인쇄회로기판(43) 상에 플립칩 본딩에 의해 접속될 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명의 다양한 변경예와 수정예도 본 발명의 기술적 사상을 구현하는 한 본 발명의 범위에 속하는 것으로 해석되어야 한다.
본 발명은 적외선 필터를 이미지센서 상에 부착함으로써 카메라 모듈의 부피를 축소할 수 있고 부품수를 줄일 수 있을 뿐만 아니라 조립 공정을 간소화할 수 있는 디지털 카메라 모듈을 제공할 수 있다.

Claims (8)

  1. 삭제
  2. 렌즈와;
    상기 렌즈를 투과한 광의 일부를 여과하는 적외선 필터와;
    상기 적외선 필터를 투과한 광을 아날로그 영상신호로 변환해주는 촬상수단과;
    상기 아날로그 영상신호를 디지털 영상신호로 변환해주는 영상신호 처리수단을 포함하고,
    상기 적외선 필터는 상기 촬상수단의 상면에 형성되어 있으며, 굴절율이 다른 두 개의 물질이 상기 촬상수단의 상면에 교호적으로 적층됨으로써 형성되는 디지털 카메라 모듈.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 적외선 필터는 산화막과 질화막이 상기 촬상수단의 상면에 교호적으로 적층됨으로써 형성되는 디지털 카메라 모듈.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 적외선 필터는 이산화 규소(SiO2) 및 이산화 크롬(CrO2)이 상기 촬상수단의 상면에 교호적으로 적층됨으로써 형성되는 디지털 카메라 모듈.
  5. 제 2 항에 있어서,
    상기 적외선 필터는 이산화 규소(SiO2) 및 이산화 지르코늄(ZrO2)이 상기 촬상수단의 상면에 교호적으로 적층됨으로써 형성되는 디지털 카메라 모듈.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
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