KR101070918B1 - 카메라 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 관한 카메라 모듈은, 관통공과 외부와의 전기적 접속을 위해 전면에 형성되는 기판단자부를 포함하는 기판과, 빛을 수광하여 전기신호로 변환하는 수광영역과 수광영역의 외측에 형성되어 와이어 본딩에 의해 기판단자부에 연결됨으로써 수광영역을 외부와 전기적으로 연결하는 소자단자부를 포함하며 관통공에 장착되는 촬상소자와, 전면의 광을 수광영역을 향해 입사시키는 개구부와 개구부 상에 설치되는 렌즈조립체를 포함하며 기판에 결합되는 하우징을 포함한다.

Description

카메라 모듈 및 그 제조 방법{Camera module and method of manufacturing the same}

도 1는 본 발명의 일 실시예에 관한 카메라 모듈의 측면 단면도이다.

도 2는 도 1에 도시된 카메라 모듈의 분리 사시도이다.

도 3 내지 도 8은 도 1에 도시된 카메라 모듈을 제조하는 공정을 도시한 측면 단면도들이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110: 촬상소자 126: 와이어

111: 수광영역 130: 접착제

112: 소자단자부 140: 하우징

120: 기판 141: 개구부

121: 기판단자부 142: 경통

123: 관통공 143: 렌즈

124: 테이프 144: 렌즈조립체

125: 수동소자 145: 필터

본 발명은 카메라 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판의 관통공에 촬상소자를 장착하고 와이어 본딩에 의해 연결함으로써 초박형으로 구현할 수 있는 카메라 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 각광을 받고 있는 휴대전화, PDA, 노트북 PC, 범퍼에 장착되는 자동차 후면 감시 카메라 또는 도어용 카메라 등과 같은 장치에는 촬상작업을 수행할 수 있는 카메라 모듈이 설치된다.

카메라 폰과 같이 카메라 모듈이 장착된 휴대용 통신기기에 대한 수요가 폭발적으로 증가하면서, 보다 작고 얇은 카메라 모듈에 대한 요구도 증가하고 있다. 카메라 모듈은 휴대장치의 소형화와 설치되는 장소의 외적 미감을 고려하여 매우 작은 크기로 제작되는 것이 좋다. 작고 얇은 카메라 모듈을 제조하기 위해서는, 카메라 모듈에 구비된 이미지 센서 모듈을 작고 얇게 제작할 필요가 있다.

소형 휴대장치에 장착되는 카메라 모듈은 이미지 센서 모듈과, 이미지 센서 모듈의 일측에 결합되는 렌즈 하우징을 구비한다. 이미지 센서 모듈은 이미지 센서용 칩과, 이미지 센서용 칩과 전기적으로 연결되어 촬상된 신호를 외부 회로로 보내는 인쇄회로기판 등을 구비한다. 렌즈 하우징에는 하나 이상의 렌즈와, 적외선 필터가 설치된다.

종래의 카메라 모듈은 인쇄회로기판(printed circuit board; PCB) 또는 리드 프레임 상에 이미지 센서용 칩을 탑재하고, 와이어 본딩을 이용하여 칩의 본딩 패드와 기판의 연결 패드를 전기적으로 연결하여 제작된다. 그러나 이와 같은 종래의 와이어 본딩에 의한 패키지 방식은 와이어의 루프 높이(loop height; 와이어 본딩되는 칩의 표면으로부터 본딩되는 와이어의 최대 높이까지의 거리)로 인하여 패키지의 두께를 얇게 하는 데 어려움이 있다.

또한 이미지 센서용 칩의 전기적 특성에 맞추어 인쇄회로기판 상에 수동소자가 장착되기도 하는데, 종래의 와이어 본딩에 의한 카메라 모듈 구조에서는 기판 상에 수동소자가 설치되는 면적과 두께만큼의 추가적인 영역이 확보되어야 한다. 따라서 수동소자의 크기에 대응하여 기판의 폭과 두께도 증가할 수밖에 없으므로 카메라 모듈의 크기를 증가시키는 요인으로 작용하였다.

작고 얇은 카메라 모듈을 구현하기 위한 다른 방법으로 플립칩 패키지가 이용되기도 한다. 상술한 종래의 와이어 본딩에 의한 패키지 방법에서는 경질의 인쇄회로기판(hard printed circuit board; HPCB) 상에 이미지 센서용 칩을 장착하는 칩 온 보드(chip on board; COB) 방식이 주로 사용된다. 이에 반해 플립칩 패키지 방법에서는 칩 온 필름(chip on film; COF) 방식이 사용된다. 칩 온 필름 방식은 유연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board; FPCB) 상에 이미지 센서용 칩을 장착하는 방식이다.

플립칩 패키지 방법은 와이어 본딩 방식에 비해 보다 얇은 카메라 모듈을 구현하기 위해 사용되는 기술이지만, 카메라 모듈의 두께를 현저히 낮추는 데에는 한계가 있다. 즉 플립칩 패키지 방법에 의한 카메라 모듈에서도 이미지 센서용 칩과 인쇄회로기판이 차례로 적층되기 때문에, 이미지 센서용 칩과 인쇄회로기판의 각각의 두께를 더한 것보다 얇은 카메라 모듈의 구현은 불가능하였다.

최근에는 회로가 복잡해지고 고밀도 및 소형화 회로에 대한 요구가 증가함으로 인해 배선을 다층으로 형성한 다층 인쇄회로기판(multi layered board)이 많이 사용되고 있다. 이로 인해 인쇄회로기판이 더욱 두꺼워져 카메라 모듈의 전체 두께도 증가하고 있는데, 이와 같은 기술적 한계를 극복하여 카메라 모듈을 보다 얇게 제작할 수 있는 기술이 더욱 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 초박형으로 구현이 가능한 카메라 모듈을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 초박형의 카메라 모듈을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 현저히 얇은 두께로 제작되는 와이어 본딩 방식에 의한 카메라 모듈과 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 기판의 관통공에 촬상소자를 장착하고 와이어 본딩에 의해 연결함으로써 초박형으로 구현되는 카메라 모듈과 그 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 관한 카메라 모듈은,

관통공과 외부와의 전기적 접속을 위해 전면에 형성되는 기판단자부를 포함하는 기판과,

빛을 수광하여 전기신호로 변환하는 수광영역과 수광영역의 외측에 형성되어 와이어 본딩에 의해 기판단자부에 연결됨으로써 수광영역을 외부와 전기적으로 연 결하는 소자단자부를 포함하며 관통공에 장착되는 촬상소자와,

전면의 광을 수광영역을 향해 입사시키는 개구부와 개구부 상에 설치되는 렌즈조립체를 포함하며 기판에 결합되는 하우징을 포함한다.

본 발명에 있어서 촬상소자는 접착제에 의해 관통공에 고정될 수 있다.

본 발명에 있어서 기판에는 그 전면에 적어도 하나의 수동소자가 실장될 수 있다.

본 발명에 관한 카메라 모듈의 제조 방법은, 관통공이 형성된 기판의 일측 면에 테이프를 부착하는 단계와, 기판의 관통공에 촬상소자를 장착하는 단계와, 촬상소자의 소자단자부와 기판의 기판단자부를 와이어에 의해 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계와, 촬상소자와 관통공의 사이에 접착제를 주입하여 촬상소자를 기판에 고정하는 단계와, 기판에 하우징을 장착하고 테이프를 제거하는 하우징 조립 단계와, 하우징에 렌즈조립체를 설치하는 렌즈 조립 단계를 포함한다.

본 발명에 있어서, 테이프를 부착하는 단계에 사용되는 테이프는 와이어 본딩 단계에서 가해지는 열을 견딜 수 있도록 내열성을 가질 수 있다.

이하, 첨부 도면의 실시예들을 통하여, 본 발명에 관한 카메라 모듈 및 그 제조 방법의 구성과 작용을 상세히 설명한다.

도 1는 본 발명의 일 실시예에 관한 카메라 모듈의 측면 단면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 카메라 모듈의 분리 사시도이다. 도시된 카메라 모듈 구조에서는 와이어 본딩 타입의 칩 온 보드(chip on board; COB) 패키지 구조를 채택하였다.

도 1 및 도 2에 나타난 실시예에 관한 카메라 모듈은, 관통공(123)이 형성된 기판(120)과, 관통공(123)에 장착되는 촬상소자(110)와, 렌즈조립체(144)를 포함하며 기판(120)에 결합되는 하우징(140)을 포함한다.

촬상소자(110)에는 빛을 수광하여 전기신호로 변환하는 수광영역(111)과, 수광영역(111)을 전기적으로 외부와 연결하는 소자단자부(112)가 전면에 형성된다. 소자단자부(112)는 수광영역(111)의 외측에 형성되며 후술하는 기판(120)의 소자단자부(112)에 전기적으로 연결된다.

촬상소자(110)는 광학정보를 전기신호로 변환하는 반도체 소자로서, 씨씨디(전하결합소자, CCD; charge coupled device) 이미지 센서나 씨모스(상보성 금속산화물반도체, CMOS; complementary metal oxide semiconductor) 이미지 센서 등이 사용될 수 있다.

기판(120)의 중앙부에는 촬상소자(110)가 장착되는 관통공(123)이 형성된다. 기판(120)의 전면에는 기판단자부(121)가 형성된다. 기판단자부(121)는 외부와의 전기적 접속, 즉 상술한 촬상소자(110)의 소자단자부(112)와의 전기적 접속을 위한 부분이다. 그리고 기판(120)의 전면에는 커패시터와 같은 수동소자(125)가 실장될 수 있다.

기판(120)으로는 경질의 인쇄회로기판(hard printed circuit board; HPCB)이나 유연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board; FPCB)을 사용할 수 있다.

촬상소자(110)는 기판(120)의 중앙부에 형성된 관통공(123)에 장착된다. 관통공(123)의 모양은 촬상소자(110)의 외측 가장자리의 모양에 대응되게 형성될 수 있다. 관통공(123)을 촬상소자(110) 보다 약간 크게 형성함으로써, 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이에 대략 50 μm 정도의 유격을 형성할 수 있다. 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이에 이와 같은 유격을 확보하는 것은, 자동화 설비가 카메라 모듈을 조립할 때에 발생하는 오차 범위를 고려한 것이다. 또한 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이의 유격에 접착제(130)가 주입될 수 있다.

촬상소자(110)와 소자단자부(112)와 기판(120)의 기판단자부(121)는 와이어 본딩에 의해 서로 연결된다. 와이어 본딩이란 구리, 금 등과 같은 금속 재질의 전도성 와이어(126)를 사용하여 단자들을 서로 전기적으로 연결하는 공정을 말한다. 와이어 본딩이 완료된 후에는 본딩된 와이어(126)의 위에 봉지재가 도포된다.

또한 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이의 유격에 접착제(130)를 주입함으로써, 촬상소자(110)를 기판(120)에 고정할 수 있다. 즉 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이에 에폭시(epoxy), 실런트(sealant), 인캡 소재(encapsulation material)와 같은 접착제들을 봉지재로 사용하여 촬상소자(110)를 기판(120)에 고정할 수 있다. 본딩된 와이어(126)의 위에 도포되는 봉지재와, 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이의 유격에 주입되는 접착제(130)에는 같은 물질을 사용할 수 있다.

촬상소자(110)가 기판(120)에 고정된 후에, 기판(120)의 전면에 하우징(140)이 결합하면 카메라 모듈이 완성된다.

하우징(140)은 개구부(141)와 렌즈조립체(144)를 포함하여 기판(120)에 결합한다. 하우징(140)의 개구부(141)는 전면의 광이 수광영역(111)을 향해 입사하도록 전면을 향하여 개구되는 부분이다. 렌즈조립체(144)는 개구부(141)에 결합되는 경통(142)과, 경통(142) 내에 배치되는 적어도 하나의 렌즈(143)를 포함한다.

하우징(140)은 기판(120)의 전면에 결합함으로써, 촬상소자(110)와 기판(120)을 보호하는 기능을 한다.

하우징(140)의 개구부(141)의 후면에는 필터(145)가 결합될 수 있다. 필터(145)는 하우징(140)의 내부로 입사되는 적외선을 차단하고, 내부로 입사된 빛이 반사되는 것을 방지하는 등의 기능을 한다. 이를 위해 필터(145)의 전면에는 적외선 차단 코팅(IR-cut coating)이 형성되고, 후면에는 반사 방지를 위한 반사 방지 코팅(anti-reflection coating)이 형성된다.

도시되지는 않았지만 기판(120)에는 외부의 유연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board)에 전기적으로 연결되기 위한 단자부가 형성될 수 있다.

외부의 유연성 인쇄회로기판이 기판(120)과 연결될 때에는 이방성 전도성 필름(anisotropic conductive film; ACF), 이방성 전도성 페이스트(anisotropic conductive paste; ACP) 또는 비전도성 페이스트(non-conductive paste; NCP) 등에 의해 연결될 수 있다.

또는 기판(120) 위에 납을 인쇄하고 그 위에 유연성 인쇄회로기판을 장착하여 리플로우(reflow)에 의해 기판(120)과 유연성 인쇄회로기판을 접합하는 표면실장기술(surface mount technology; SMT)을 이용할 수도 있다.

종래의 카메라 모듈에서는 기판과 촬상소자가 차례로 적층되기 때문에, 카메라 모듈은 기판의 두께와 촬상소자의 두께를 더한 두께보다 얇게 제조될 수 없었 다. 그러나 본 실시예에 관한 카메라 모듈에서는 기판(120)의 관통공(123)에 촬상소자(110)가 장착되므로, 카메라 모듈의 두께를 촬상소자(110)의 두께만큼 축소시킬 수 있다.

도 3 내지 도 8은 도 1에 도시된 카메라 모듈을 제조하는 공정을 도시한 측면 단면도들이다.

도 3에는 기판(120)을 준비하여, 기판(120)의 일측 면에 테이프(124)를 부착하는 단계가 도시된다. 기판(120)의 중앙에는 관통공(123)이 형성되며, 전면에는 외부와의 전기적 접속을 위한 기판단자부(121)가 형성된다. 또한 기판(120)의 전면에는 커패시터와 같은 수동소자(125)가 실장된다.

테이프(124)는 후술하는 와이어 본딩 단계에서 가해지는 열을 견딜 수 있도록 내열성을 갖는다.

도 4에는 기판(120)의 관통공(123)에 촬상소자(110)를 장착하는 단계가 도시된다. 이 때에는 촬상소자(110)를 기판(120)의 관통공(123)에 삽입하며, 촬상소자(110)의 후면이 상술한 테이프(124)에 부착되도록 한다. 이를 통해 촬상소자(110)가 기판(120)에 대해 임시적으로 고정된 상태를 유지할 수 있다.

촬상소자(110)는 빛을 수광하여 전기신호로 변환하는 수광영역(111)과, 수광영역(111)의 외측에 형성되어 수광영역(111)을 외부와 전기적으로 연결하는 소자단자부(112)를 포함한다. 수광영역(111)과 소자단자부(112)는 찰상소자(110)의 전면에 형성된다.

관통공(123)은 촬상소자(110) 보다 약간 크게 형성되므로, 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이에 대략 50 μm 정도의 유격이 형성된다. 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이에 이와 같은 유격을 확보하는 것은, 자동화 설비가 촬상소자(110)를 기판(120)의 관통공(123)에 어태치할 때에 발생하는 오차를 고려한 것이다. 또한 이 유격은 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이에 접착제(130)를 주입하기 위한 공간이다.

도 5에는 촬상소자(110)의 소자단자부(112)와 기판(120)의 기판단자부(121)를 와이어(126)에 의해 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계가 도시되었다. 와이어 본딩 단계에서는 구리, 금 등과 같은 금속 재질의 전도성 와이어(126)를 사용하여 소자단자부(112)와 기판단자부(121)를 서로 전기적으로 연결한다.

와이어 본딩 단계에서는 전도성 와이어(126)를 단자부들(112,121)에 접촉하여 열을 가하는 공정이 수행되는데, 대략 150℃의 열이 전달된다. 이와 같이 고온의 열이 전달되는 와이어 본딩 단계가 수행되는 동안에도 촬상소자(110)가 기판(120)에 임시적으로 고정된 상태가 안정적으로 유지되어야 한다. 따라서 촬상소자(110)를 기판(120)의 관통공(123)에 임시적으로 고정하는 테이프가 이와 같은 열을 견딜 수 있도록 내열성을 가져야 한다.

도 6에는 촬상소자(110)를 기판(120)에 고정하는 단계가 도시된다. 이 단계에서는 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이의 유격에 접착제(130)를 주입하여 촬상소자(110)를 기판(120)의 관통공(123)에 고정한다.

촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이에 주입되는 접착제로는 에폭시(epoxy), 실런트(sealant), 인캡 소재(encapsulation material) 등을 사용할 수 있다.

촬상소자(110)를 기판(120)에 고정함과 아울러 본딩이 완료된 와이어(126)의 위에 봉지재를 도포하는 공정이 수행될 수 있다. 봉지재에는 촬상소자(110)와 관통공(123)의 사이의 유격에 주입되는 접착제(130)와 같은 물질을 사용할 수 있다.

도 7에는 기판(120)에 하우징(140)을 장착하는 하우징 조립 단계가 도시된다. 이 단계에서는 기판(120)에 부착되었던 테이프(124)를 제거하는 단계가 함께 수행될 수 있다. 필요에 따라 테이프(124)를 제거하는 단계가 기판(120)을 하우징(140)을 장착하는 단계보다 먼저 수행될 수도 있을 것이다.

이와 같이 테이프(124)를 제거하여도, 촬상소자(110)는 접착제(130)에 의해 기판(120)에 고정된 상태를 안정되게 유지할 수 있다.

도 8에는 하우징(140)에 렌즈조립체(144)를 설치하는 렌즈 조립 단계가 도시되었다.

기판(120)의 전면에 하우징(140)을 결합한 후에, 하우징(140)의 개구부(141)에 렌즈조립체(144)를 결합하면 도 1에 도시된 것과 같은 카메라 모듈이 완성된다.

도시되지는 않았지만 기판(120)에는 외부의 유연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board)에 전기적으로 연결되기 위한 단자부가 형성될 수 있다.

외부의 유연성 인쇄회로기판이 기판(120)과 연결될 때에는 이방성 전도성 필름, 이방성 전도성 페이스트 또는 비전도성 페이스트 등에 의해 연결될 수 있다. 또는 기판(120) 위에 납을 인쇄하고 그 위에 유연성 인쇄회로기판을 장착하여 리플로우에 의해 기판(120)과 유연성 인쇄회로기판을 접합하는 표면실장기술을 이용할 수도 있다.

상술한 바와 같은 과정을 거쳐 완성된 카메라 모듈은 디지털 카메라, 휴대 전화기의 내장 카메라 등의 영상을 획득하기 위한 다양한 형태의 장치에 적용될 수 있다. 또한 기판(120)의 관통공(123)에 촬상소자(110)가 장착되므로, 카메라 모듈의 두께가 촬상소자(110)의 두께만큼 축소될 수 있다.

본 발명은 상술한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

상술한 바와 같은 본 발명의 카메라 모듈 및 카메라 모듈의 제조방법에 의하면, 기판의 관통공에 촬상소자가 장착되어 카메라 모듈의 두께가 촬상소자의 두께만큼 축소될 수 있으므로, 카메라 모듈을 초박형으로 구현할 수 있다.

Claims (5)

1. 관통공과, 외부와의 전기적 접속을 위해 전면에 형성되는 기판단자부를 포함하는 기판;

   빛을 수광하여 전기신호로 변환하는 수광영역과, 상기 수광영역의 외측에 형성되어 와이어 본딩에 의해 상기 기판단자부에 연결됨으로써 상기 수광영역을 외부와 전기적으로 연결하는 소자단자부를 포함하며, 상기 관통공에 장착되는 촬상소자; 및

   전면의 광을 상기 수광영역을 향해 입사시키는 개구부와, 상기 개구부 상에 설치되는 렌즈조립체를 포함하며, 상기 기판에 결합되는 하우징을 포함하는 카메라 모듈.
2. 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 촬상소자는 접착제에 의해 상기 관통공에 고정되는 카메라 모듈.
3. 청구항 3은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 1 항에 있어서,

   상기 기판에는 그 전면에 적어도 하나의 수동소자가 실장되는 카메라 모듈.
4. 관통공이 형성된 기판의 일측 면에 테이프를 부착하는 단계;

   상기 기판의 관통공에 촬상소자를 장착하는 단계;

   상기 촬상소자의 소자단자부와 상기 기판의 기판단자부를 와이어에 의해 전기적으로 연결하는 와이어 본딩 단계;

   상기 촬상소자와 상기 관통공의 사이에 접착제를 주입하여 상기 촬상소자를 상기 기판에 고정하는 단계;

   상기 기판에 하우징을 장착하고 상기 테이프를 제거하는 하우징 조립 단계; 및

   상기 하우징에 렌즈조립체를 설치하는 렌즈 조립 단계를 포함하는 카메라 모듈의 제조 방법.
5. 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

   제 4 항에 있어서,

   상기 테이프를 부착하는 단계에 사용되는 테이프는 상기 와이어 본딩 단계에서 가해지는 열을 견딜 수 있도록 내열성을 갖는 카메라 모듈의 제조 방법.

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