KR100910772B1 - 이미지 센서용 플립칩 패키지 및 이를 구비한 컴팩트카메라 모듈 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 이미지 센서 칩과 연성 인쇄회로기판(FPCB) 사이의 플립칩 본딩시 액상 접착제가 흘러 이미지 센서 칩의 픽셀 영역을 침범하여 오염시키는 것을 방지하기 위하여, FPCB과 같은 상기 연성 서브스트레이트와 상기 이미지 센서 칩사이에 개재되며, 상기 연성 서브스트레이트의 윈도우와 상기 이미지 센서 칩 범프 사이에 위치하는 더미(dummy) 패턴을 지니는 이미지 센서용 플립칩 패키지와 이를 구비한 컴팩트 카메라 모듈을 제공한다.
Description
도 1은 종래의 이미지 센서용 플립칩 패키지에서 액상 접착제가 이미지 센서 칩의 픽셀 영역을 침범하여 오염시킨 것을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 컴팩트 카메라 모듈(Compact camera module : CCM)의 수직 단면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 센서용 플립칩 패키지의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서용 플립칩 패키지의 평면도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
1, 11 : 이미지 센서 칩 2, 12 : 픽셀 영역
3, 13 : 칩 범프 14, 24 : 더미 패턴
5, 15 : 연성 회로기판 6, 16 : 회로 패턴
8, 18 : 액상 접착제 30 : 렌즈
32 IR : 필터 35 : 배럴
본 발명은 이미지 센서용 플립칩 패키지에 관한 것으로서, 더 상세하게는 플립칩 본딩을 위한 액상 접착제가 이미지 센서 칩의 픽셀 영역에 침범하는 것을 방지하는 더미패턴을 구비하는 이미지 센서용 필립칩 패키지에 관한 것이다.
모바일 핸드폰 시장에서 카메라 폰의 수요는 급속한 기술발전과 함께 지속적인 교체 수요 및 신규 서비스로 폭발적인 성장이 예상되고 있다.
카메라 폰의 핵심 부품인 카메라 모듈은 이미지센서, 렌즈, 적외선필터, 연성 회로기판(Flexible Printed Circuit Board : FPCB), 커넥터 등으로 구성되어 있다. 이미지센서는 렌즈를 통해 입사된 빛을 전기적인 영상신호로 바꾸어주는 역할을 하며, 포맷의 변환, 색보정 등을 담당한다.
이미지센서는 저화소급에 사용되는 CMOS(Complementary metal oxide semiconductor) 방식과 고화소급의 CCD(Charge coupled device) 방식으로 나뉘어 진다. 렌즈는 외부 이미지를 CMOS나 CCD 등의 이미지센서 면에 결상시킴으로써 정지영상 또는 동영상을 기록 및 전송하는 역할을 한다.
그런데, CCD 방식이 고화소를 구현할 수 있는 장점은 있으나, 휴대폰 단말기의 소형, 저소비 전력화 및 저가화 추세에 맞추어 시스템 온 칩(System on Chip) 기술이 가능하여 다기능 집적화가 유리하고 가격 경쟁력이 있는 CMOS 칩 이미지 센서가 점차 많이 사용되고 있다.
이런 CMOS 이미지 센서는 CMOS 칩을 외부의 리드에 연결하는 패키지도 사용 할 수 있으나, 휴대폰 단말기의 소형화와 다기능화를 위한 공간 확보를 위하여 FPCB 위에 이미지 센서를 플립칩 본딩하는 COF(Chip on film)가 사용되고 있다.
플립칩 본딩이란 이미지 센서용 칩을 뒤집어서 칩의 범프와 기판, 특히 FPCB의 회로패턴을 전기적, 기계적으로 연결하는 접합 방법이다.
FPCB 위에 이미지 센서를 플립칩 압접하는 COF(Chip on film) 방식에는 주로 이방도전성필름(Anisotropic conductive film : ACF)이 사용되었다. 그러나 ACF는 특성상 흡습에 대한 저항성 측면에서의 신뢰성, 생산성의 문제 및 고가라는 점 때문에 점차 비전도성접착제(Non-conducting paste : NCP)를 사용하는 방식으로 변화되고 있다.
도 1은 종래의 이미지 센서용 플립칩 패키지에서 액상 접착제가 이미지 센서 칩의 픽셀 영역을 침범하여 오염시킨 것을 나타내는 도면이다.
도면을 참조하면, FPCB(5)에는 이미지 센서 픽셀 영역(2)이 상부로 노출되게 하기 위한 윈도우부가 형성되어 있으며, 회로패턴(6)이 구비되어 있다. CMOS 칩과 같은 이미지 센서 칩(1)에는 FPCB(5)와 플립칩 본딩하기 위한 범프(3)가 형성되어 있다. 아래쪽에 위치한 이미지 센서 칩(1)과 위쪽에 위치하는 FPCB(5)의 플립칩 본딩을 위해 그 사이에 NCP(8)가 도포되어 있다.
그런데, NCP(8)를 이용한 플립칩 패키지 기술은 정밀한 NCP 디스펜싱 기술이 요구되며, 공정조건이 매우 까다로워 수율 및 작업성에 어려움이 많다. 특히, NCP(8)를 이용한 플립칩 패키지 구조에서 FPCB(5)의 회로 패턴(6)을 보면 본딩 선을 커넥터 단자로 빼기 위한 선만으로 구성되어 있었으나, 플립칩 본딩 후 가압하 면 NCP(8)의 유동성에 의해 도 1에 도시된 바와 같이, NCP(8)가 칩의 이미지 센서 픽셀 영역(S)으로 침범하는 현상이 종종 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서 FPCB의 윈도우 외곽에 이미지 센서 칩의 픽셀 영역을 둘러싸는 형태의 더미 패턴을 구비하는 이미지 센서용 플립칩 패키지 및 이를 구비하는 컴팩트 카메라 모듈을 제공하는 데 그 목적이 있다.
위와 같은 목적 및 그 밖의 여러 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 빛을 수광하여 광전 변환해 주는 이미지 센서 픽셀 및 상기 픽셀 영역의 주위 상면에 플립칩 본딩을 위한 복수 개의 범프가 형성되어 있는 이미지 센서 칩; 상기 이미지 센서 칩이 실장되며, 상기 이미지 센서 픽셀 영역을 노출시키기 위한 윈도우가 형성된 연성 서브스트레이트; 상기 연성 서브스트레이트의 적어도 아랫면에 형성되어 있으며, 전기적인 통로가 되는 회로 패턴; 상기 이미지 센서 칩과 상기 연성 서브스트레이트를 플립칩 본딩시키기 위하여 상기 이미지 센서 칩과 상기 연성 서브스트레이트 사이에 도포되는 액상 접착제; 및 상기 접착제가 상기 이미지 센서 칩의 픽셀 영역으로 침범하지 못하도록 상기 연성 서브스트레이트와 상기 이미지 센서 칩사이에 개재되며, 상기 연성 서브스트레이트의 윈도우와 상기 이미지 센서 칩 범프 사이에 위치하는 더미(dummy) 패턴을 구비하는 이미지 센서용 플립칩 패키지를 제공한다.
여기서, 상기 더미 패턴은 상기 연성 서브스트레이트의 일면에 형성되어 있거나 상기 이미지 센서 칩위에 형성될 수 있다.
그리고, 상기 더미 패턴이 상기 연성 서브스트레이트의 일면에 형성되는 경우에는 상기 연성 서브스트레이트의 회로 패턴과 동일한 재료 및 형성 방법으로 만들어진 것이 특징이고, 상기 이미지 센서 칩위에 형성되는 경우에는 상기 이미지 센서 칩의 전극 패드와 동일한 재료 및 형성 방법으로 만들어진 것이 특징이다.
여기서, 더미 패턴은 상기 윈도우 외곽부의 적어도 하나 이상의 모서리 부분을 둘러싸는 형태일 수 있으며, 특히 상기 윈도우 외곽부를 모두 둘러싸는 사각형 형태인 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 상기 이미지 센서용 플립칩 패키지; 피상체의 영상을 나타내는 빛을 상기 이미지 센서용 플립칩 패키지의 픽셀 영역에 결상시켜주는 렌즈 모듈; 및 상기 이미지 센서와 상기 렌즈 모듈을 지지하며, 불필요한 빛의 입사를 차단해주는 하우징을 구비하는 컴팩트 카메라 모듈을 제공한다.
이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 컴팩트 카메라 모듈(Compact camera module : CCM)의 수직 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 카메라 모듈은 렌즈(30) 모듈, 적외선 컷오프 필터(32), 하우징(35) 및 이미지 센서용 플립칩 패키지를 구비하고 있다.
먼저, 위와 같은 구성에 의한 카메라 모듈의 전체 기능 및 작용을 설명한다.
피사체의 영상을 나타내는 빛은 렌즈(30) 모듈을 통해 들어오고, 근적외선 영역의 빛을 제거하여 자연색에 가까운 색감이 나도록 하는 적외선 컷오프 필터(32)를 거쳐서 이미지 센서 칩의 픽셀 영역(12)에 결상된다.
결상된 빛은 이미지 센서의 픽셀마다 배치된 포토 다이오드(미도시)에서 신호전하로 바뀌고, 시간 축에 따라 순차로 각 픽셀에서의 신호전압을 읽어내고, 그 신호는 이미지 프로세서(미도시)로 입력이 되고 처리되어 영상신호가 얻어 진다.
이하에서는 각 구성요소의 구성과 기능 및 작용을 설명한다.
렌즈(30) 모듈은 적어도 1개 이상의 렌즈(30)로 형성되어 있으며, 피사체의 영상을 나타내는 빛을 통과시켜 이미지 센서의 픽셀 영역(12)에 결상시키는 역할을 한다.
적외선 필터(32)는 렌즈(30)의 저면(렌즈(30)를 기준으로 피사체가 위치하는 방향과 반대 방향)에 위치하며, 렌즈(30)를 통과한 빛 중에 적외선 영역의 빛을 제거하는 역할을 한다. 왜냐하면 이미지 센서의 픽셀에서 사용되는 포토 다이오드가 적외선 영역까지 투과시키므로 이미지가 붉게 보이는 현상을 막기 위해서이다.
하우징(35)은 렌즈(30) 모듈 및 적외선 필터(32)를 지지하고, 외부로부터 원하지 않는 경로로 빛이 들어오는 것을 차단하게 된다. 렌즈(30)와 적외선 필터(32) 및 하우징(35)은 당해 기술분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자에게 이미 공지되어 있으며, 본 발명의 특징은 아니므로, 더 이상의 설명은 불필요할 것이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 이미지 센서용 플립칩 패키지 의 평면도이다. 도 2와 도 3을 참조하면, 이미지 센서용 플립칩 패키지에서 이미지 센서 칩(11)과 FPCB(15)는 액상 접착제인 NCP(18)에 의하여 플립칩 본딩이 되어 있다.
이미지 센서 칩(11)은 입사 광이 결상되는 픽셀 영역(12)과 그 이외의 부분으로 나뉘어 있고, 픽셀 영역(12)의 외곽에는 플립칩 본딩하기 위한 복수 개의 칩 범프(13)가 구비되어 있다. 여기서, 이미지 센서는 CCD 방식과 CMOS 방식이 있으나, 카메라 폰의 소형화 및 다기능화에 의한 카메라 모듈의 경박단소화를 위해 COF 방식을 사용하기에 적합한 CMOS 방식의 이미지 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 보호 범위는 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.
FPCB(15)에는 이미지 센서 칩(11)이 실장되며, 내부에 이미지 센서의 픽셀 영역(12)을 노출시키기 위한 개구부인 윈도우가 형성되어 있다. 그리고, 이미지 센서에서 변환된 각 픽셀의 신호전압을 이미지 프로세서등의 처리부로 전달하기 위한 전기적인 통로가 되는 회로 패턴(16)이 형성되어 있다. 도면에서는 바람직한 실시예로 회로패턴(16)이 FPCB(15)의 저면에만 형성된 것으로 도시되어 있으나, 본 발명은 반드시 이에 한정되지 않으므로 양면에 모두 회로 패턴(16)이 형성되는 경우도 포함되는 것은 물론이다.
또한, FPCB(15) 저면의 윈도우 외곽 부분에는 사각형 모양으로 더미 패턴(14)이 형성되어 있다. 왜냐하면, 이미지 센서 칩(11)과 FPCB(15)를 플립칩 본딩하기 위하여 칩 범프(13)의 주변을 따라 액상 접착제(예를 들면, NCP(18))를 도포하게 되고, NCP(18)는 유동성이 있기 때문에 플립칩 본딩하기 위하여 가압하면 이 미지 센서 픽셀 영역(12)에 침범하여 오염시킴으로써 화질을 떨어뜨리는 결과를 발생하게 되는데, FPCB(15)의 저면에 형성된 더미 패턴(14)이 NCP(18)의 이미지 센서 픽셀 영역(12)으로의 침범을 막아주기 때문이다.
따라서, 더미 패턴(14)이 형성되는 위치는 도 3에 도시된 바와 같이, 이미지 센서의 픽셀 영역(12) 가장자리로부터 칩 범프(13) 사이에 위치하여야 한다.
더미 패턴(14)은 FPCB(15)에 기능성 회로 패턴(16)을 만드는 공정에서 함께 만들어지므로, 기능성 회로 패턴(16)과 재료, 제조 방법 및 형성되는 두께에 있어서 동일하다. 더미 패턴(14)을 형성하기 위하여는, PI와 같은 절연 필름에 도체인 동박층을 형성시킨 후, 배선의 패턴이 도안된 필름을 사용하여 동박층 표면을 감광성 수지막에 노광하고, 이 감광성 수지의 특성을 사용하여 동박을 원하는 패턴으로 에칭함으로써 회로 패턴(16)을 형성한다. 여기서, FPCB(15)에 회로 패턴(16)을 형성하는 방법 및 재료는 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 공지되어 있고, 자명한 것이므로 이에 대한 더 이상의 설명은 불필요할 것이다.
그리고, 동일 공정내에서 기능성 회로 패턴(16)과 더미 패턴(14)을 동시에 형성하기 때문에 더미 패턴(14)의 두께는 기능성 회로 패턴(16)의 두께와 동일하다.
본 발명의 다른 실시예로서, 상기 더미 패턴(14)은 상기 이미지 센서 칩(11)위에 형성될 수 있다. 이 때에도 유동성이 있는 NCP(18)가 이미지 센서 픽셀 영역(12)에 침범하여 오염시킴으로써 화질을 떨어뜨리는 것을 막기 위하여 더미 패턴(14)은 이미지 센서의 픽셀 영역(12) 가장자리로부터 칩의 전극 패드(미도시) 사이 에 위치하여야 한다. 도면에는 도시되어 있지 않으나, 칩의 전극 패드는 칩 범프(13)의 하면에 면접촉을 하도록 위치되어 있다.
본 실시예에서의 더미 패턴(14)은 칩의 전극 패드를 만드는 공정에서 함께 만들어지므로, 전극패드와 재료, 제조 방법 및 형성되는 두께에 있어서 동일하다. 여기서, 칩(11)상에 전극 패드를 형성하는 방법 및 재료는 당해 기술분야에 있어서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 공지되어 있고, 자명한 것이므로 이에 대한 설명은 불필요할 것이다.
NCP(18)가 이미지 센서의 칩 범프(13)의 주위에 도포되고, 이미지 센서의 칩 범프(13)는 FPCB(15)의 회로패턴(16)에 맞게 정렬된다. 그런 후, FPCB(15)를 가압함으로써 이미지 센서 칩의 상면과 FPCB(15)의 저면이 플립칩 본딩된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 칩 범프(13)는 약 18㎛의 두께를 가지며, 회로 패턴(16)은 침 범프(13)보다 약간 얇다. 플립칩 본딩될 때 칩 범프(13)와 회로 패턴(16)의 끝단은 전기적으로 통전이 되기 위하여 겹쳐지게 되는데, 이 겹치지는 부분의 두께가 더미 패턴(14)이 형성된 부분의 두께보다 약간 두꺼워서 더미패턴이 형성된 부분이 이미지 센서 칩의 상면으로부터 약간 떠 있을 수 있지만 유연성을 가지고 있는 FPCB(15)를 위에서 전체적으로 가압함으로써 더미패턴이 바닥면에 접촉하게 된다.
이 때, NCP(18)를 도포하는 공정은 상당히 정밀한 기술이 요구되는데, 공정조건이 까다롭고 가압시 NCP(18)가 흘러서 원하지 않는 영역(12)(예를 들면, 이미지 센서의 픽셀 영역(12))을 침범할 수 있다. 그런데, FPCB(15)의 윈도우 외곽에 형성된 더미 패턴(14)은 NCP(18)가 이미지 센서 칩의 픽셀 영역(12)으로 침범하지 못하게 하는 기능을 한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서용 플립칩 패키지의 평면도이다. 도면을 참조하면, 도 3에 도시된 제1 실시예와 달리 더미 패턴(24)이 FPCB(15)의 윈도우 모서리측에만 꺾어진 형태로 형성되어 있다.
이런 형태는 기능성 회로 패턴(16)의 배열이 협소한 공간에서 이루어져 있음으로써 더미 패턴(24)을 전체적으로 윈도우를 둘러싸고 있는 형태로 인쇄하기가 힘든 경우에 사용될 수 있다. 본 실시예에서의 더미 패턴(24)의 형성방법이나 기능 및 작용은 제1 실시예의 경우와 동일하므로 제1 실시예를 참고하면 된다.
본 발명에 따른 이미지 센서용 플립칩 패키지 및 이를 구비한 컴팩트 카메라 모듈에 의하면, FPCB의 윈도우 외곽에 더미 패턴을 구비하고 있다.
따라서, 이미지 센서 칩과 FPCB 사이의 플립칩 본딩시 액상 접착제가 흘러 이미지 센서 칩의 픽셀 영역을 침범하여 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
Claims (8)
- 빛을 수광하여 광전 변환해 주는 이미지 센서 픽셀 및 상기 픽셀 영역의 주위 상면에 플립칩 본딩을 위한 복수 개의 범프가 형성되어 있는 이미지 센서 칩;상기 이미지 센서 칩이 실장되며, 상기 이미지 센서 픽셀 영역을 노출시키기 위한 윈도우가 형성된 연성 서브스트레이트;상기 연성 서브스트레이트의 적어도 아랫면에 형성되어 있으며, 전기적인 통로가 되는 회로 패턴;상기 이미지 센서 칩과 상기 연성 서브스트레이트를 플립칩 본딩시키기 위하여 상기 이미지 센서 칩과 상기 연성 서브스트레이트 사이에 도포되는 액상 접착제; 및상기 연성 서브스트레이트의 윈도우와 상기 이미지 센서 칩 범프 사이에 위치하도록 상기 연성 서브스트레이트의 일면에 형성되는 더미(dummy) 패턴을 구비하며,상기 더미 패턴은 상기 연성 서브스트레이트의 회로패턴과 동일한 재료 및 형성 방법으로 만들어지며, 상기 더미 패턴은 상기 윈도우 외곽부의 적어도 모서리 부분을 둘러싸는 형태인 이미지 센서용 플립칩 패키지.
- 제1 항에 있어서,상기 더미 패턴은 상기 윈도우 외곽부를 모두 둘러싸는 사각형 형태인 이미지 센서용 플립칩 패키지.
- 삭제
- 빛을 수광하여 광전 변환해 주는 이미지 센서 픽셀 및 상기 픽셀 영역의 주위 상면에 플립칩 본딩을 위한 복수 개의 범프가 형성되어 있는 이미지 센서 칩;상기 이미지 센서 칩이 실장되며, 상기 이미지 센서 픽셀 영역을 노출시키기 위한 윈도우가 형성된 연성 서브스트레이트;상기 연성 서브스트레이트의 적어도 아랫면에 형성되어 있으며, 전기적인 통로가 되는 회로 패턴;상기 이미지 센서 칩과 상기 연성 서브스트레이트를 플립칩 본딩시키기 위하여 상기 이미지 센서 칩과 상기 연성 서브스트레이트 사이에 도포되는 액상 접착제; 및상기 연성 서브스트레이트의 윈도우와 상기 이미지 센서 칩 범프 사이에 위치하도록 상기 이미지 센서 칩위에 형성되는 더미(dummy) 패턴을 구비하며,상기 더미 패턴은 상기 이미지 센서 칩의 전극 패드와 동일한 재료 및 형성 방법으로 만들어지며, 상기 더미 패턴은 상기 윈도우 외곽부의 적어도 모서리 부분을 둘러싸는 형태인 이미지 센서용 플립칩 패키지.
- 제4 항에 있어서,상기 더미 패턴은 상기 윈도우 외곽부를 모두 둘러싸는 사각형 형태인 이미지 센서용 플립칩 패키지.
- 삭제
- 제1 항, 제2 항, 제4 항 및 제5 항 중 어느 한 항의 이미지 센서용 플립칩 패키지;피상체의 영상을 나타내는 빛을 상기 이미지 센서용 플립칩 패키지의 픽셀 영역에 결상시켜주는 렌즈 모듈; 및상기 이미지 센서와 상기 렌즈 모듈을 지지하며, 불필요한 빛의 입사를 차단해주는 하우징을 구비하는 컴팩트 카메라 모듈.
- 삭제
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