KR102180122B1 - 광학식 지문인식 센서 패키지 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 광학식 지문인식 센서 패키지에 관한 것으로서, 상기 광학식 지문인식 센서 패키지는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 위치하는 광학식 지문인식 센서, 상기 베이스 기판에 위치하고 센서 수용부에 상기 광학식 지문인식 센서를 수용하며, 상기 광학식 지문인식 센서와 대향하는 부분에 투광구 및 렌즈 수용부를 구비하고 있는 하우징 구조물, 상기 투광구에 장착되어 광학식 지문인식 센서 위에 위치하는 광학필터, 및 상기 렌즈 수용부 내에 위치하고 물체 측에서부터 상기 광학 필터 쪽으로 순서대로 배열되어 있는 비구면 렌즈 및 프레넬 렌즈를 포함한다.

Description

광학식 지문인식 센서 패키지{OPTICAL FINGERPRINT RECOGNITION SENSOR PACKAGE}
본 발명은 광학식 지문인식 센서 패키지에 관한 것이다.
지문 센서 패키지 또는 지문 인식 센서 패키지는 사용자의 지문을 감지하는 광학식 지문인식 센서 패키지로서, 스마트폰(smart phone)이나 웨어러블 기기(wearable device) 등과 같은 휴대용 기기나 출입문 등의 보안 장비로 이용되고 있다.
현재 이용되고 있는 광학식 지문인식 센서 패키지와 같은 광학식 센서 패키지는 빛을 이용하는 광학적 측정 방식을 이용하여 지문의 감지 기능을 수행한다.
광학적 측정 방식을 이용한 지문 센서 패키지인 광학식 지문인식 센서 패키지의 경우, 지문의 융선(ridge)과 융선 사이의 골(valley)에 의해 반사된 빛을 이미지 센서(image sensor)와 같은 광학식 지문인식 센서로 감지하는 원리로서, 광학식 지문인식 센서를 통해 해당 지문에 대한 지문 영상이 획득된다.
이와 같은 광학식 지문인식 센서 패키지는 휴대용 기기에 적용하기 위해서는 광학식 지문인식 센서 패키지의 크기 감소와 함께 지문 인식의 성능을 향상시킬 필요가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2018-0005588호(공개일자: 2018년 01월 16일, 발명의 명칭: 디스플레이 패널의 광원들을 이용한 지문 센서, 지문 센서 패키지 및 지문 센싱 시스템) 대한민국 공개특허 제10-2017-0124112호(공개일자 2017년 11월 09일, 발명의 명칭 광 감지 능력을 가지는 다기능 지문 센서)
본 발명이 해결하려는 과제는 광학식 지문인식 센서 패키지의 크기를 줄이기 위한 것이다.
본 발명이 해결하려는 다른 과제는 광학식 지문인식 센서 패키지의 성능을 향상시키기 위한 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 광학식 지문인식 센서 패키지는 베이스 기판, 상기 베이스 기판 상에 위치하는 광학식 지문인식 센서, 상기 베이스 기판에 위치하고 센서 수용부에 상기 광학식 지문인식 센서를 수용하며, 상기 광학식 지문인식 센서와 대향하는 부분에 투광구 및 렌즈 수용부를 구비하고 있는 하우징 구조물, 상기 투광구에 장착되어 광학식 지문인식 센서 위에 위치하는 광학필터, 및 상기 렌즈 수용부 내에 위치하고 물체 측에서부터 상기 광학 필터 쪽으로 순서대로 배열되어 있는 비구면 렌즈 및 프레넬 렌즈를 포함한다.
상기 프레넬 렌즈는 나노 임프린트 리소그래피(nano imprint lithography) 방식으로 제조될 수 있다.
상기 프레넬 렌즈는 합성수지재 필름으로 이루어질 수 있다.
상기 특징에 따른 광학식 지문인식 센서 패키지는 상기 렌즈 수용부 내에 위치하고 상기 비구면 렌즈를 수용하는 경통을 더 포함할 수 있다.
상기 경통은 상기 하우징 구조물 위에 위치하는 측면부, 및 상기 측면부에 연결되어 있는 상단부를 포함할 수 있고, 상기 비구면 렌즈는 상기 상단부의 하면에 위치하고, 상기 프레넬 렌즈는 간격재를 사이에 두고 상기 비구면 렌즈의 하부에 위치할 수 있다.
상기 비구면 렌즈의 지름과 상기 프레넬 렌즈의 지름은 동일할 수 있다.
상기 경통은 상기 하우징 구조물 위에 위치하는 측면부 및 상기 측면부에 연결되어 있는 상단부를 포함하고, 상기 비구면 렌즈는 상기 상단부의 하면에 위치할 수 있으며, 상기 프레넬 렌즈는 상기 광학 필터의 상면에 위치할 수 있다.
상기 광학 필터는 상기 투광구를 덮어 막도록 상기 하우징 구조물에 위치할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈는 상기 투광구 내에 위치할 수 있다.
상기 프레넬 렌즈의 지름은 상기 비구면 렌즈의 지름보다 작을 수 있다.
상기 경통의 상단부는 가운에 부분에 상기 비구면 렌즈를 노출하는 투광구를 구비할 수 있다.
상기 경통의 투광구는 상기 하우징 구조물의 투광구보다 클 수 있다.
상기 하우징 구조물은 상기 베이스 기판에 위치하는 제1 측면부, 상기 제1 측면부에 연결되어 있고 상기 하우징 구조물의 투광구를 구비하는 상단부, 및 상기 상단부에 위치하고 상기 상단부에 위치하는 상기 경통의 측면부와 체결되어 있는 제2 측면부를 포함할 수 있다.
상기 간격재는 검은색의 플라스틱 수지재, 금속재 및 부착형 테이프 중 하나로 이루어질 수 있다.
상기 광학 필터는 상기 광학식 지문인식 센서 위에 바로 위치할 수 있다.
이러한 본 발명의 특징에 따르면, 프레넬 렌즈를 이용하여 광학식 지문인식 센서로 입사되는 빛의 집광 및 초점이 조절되므로, 손실되는 광량을 최소화할 수 있고, 기존의 볼록렌즈 대비 뛰어난 초점 조절 기능이 획득되며, 수차 보정을 위한 렌즈의 매수가 크게 줄어들어 광학식 지문인식 센서 패키지의 길이와 크기가 크게 감소한다.
또한, 비구면 렌즈를 추가로 구비하여 프레넬 렌즈의 초점 기능을 보강하므로, 광학식 지문인식 센서에 의해 획득되는 영상의 선명도가 증가하여 광학식 지문인식 센서 패키지에 대한 동작의 신뢰성이 크게 향상된다.
이에 더하여 프레넬 렌즈가 나노 임프린트 리소그래피 방식에 의해 제작되므로, 제조 비용과 제조 시간이 크게 줄어든다
프레넬 렌즈가 간격재 하면에 위치할 경우, 프레넬 렌즈의 장착이 용이하다.
또한, 프레넬 렌즈가 하우징 구조물의 투광구 내에 위치할 경우, 프레넬 렌즈의 크기와 무게가 크게 줄어들어, 프레넬 렌즈의 제조 비용이 크게 절감되며 광학식 지문인식 센서 패키지의 무게 역시 감소한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 광학식 지문인식 센서 패키지의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 지문인식 센서 패키지의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 광학식 지문인식 센서 패키지의 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 본 발명을 설명하는데 있어서, 해당 분야에 이미 공지된 기술 또는 구성에 대한 구체적인 설명을 부가하는 것이 본 발명의 요지를 불분명하게 할 수 있다고 판단되는 경우에는 상세한 설명에서 이를 일부 생략하도록 한다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어들은 본 발명의 실시예들을 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 해당 분야의 관련된 사람 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함하는'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 한 실시예에 따른 광학식 지문인식 센서 패키지에 대해서 설명하도록 한다.
먼저, 도 1을 참고로 하여, 본 발명의 한 실시예에 따른 광학식 지문인식 센서 패키지(1)를 설명한다.
도 1에 도시한 것처럼, 본 예의 광학식 지문인식 센서 패키지(1)는 베이스 기판(base plate)(10), 베이스 기판(10)에 위치하는 광학식 지문인식 센서(20), 베이스 기판(10)에 위치하는 하우징 구조물(30), 하우징 구조물(30)에 위치하는 광학 필터(40), 하우징 구조물(30)과 체결되어 있는 경통(barrel)(50), 그리고 경통(50) 내에 위치하는 렌즈부(60)를 구비한다.
베이스 기판(10)은 본 예의 광학식 지문인식 센서 패키지(1)의 바닥면을 이루는 부분일 수 있고, 인쇄회로기판(PCB), 세라믹 기판 및 양극 산화층 중 적어도 하나를 가지는 금속 기판 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이러한 베이스 기판(10)은 그 위에 실장되어 있는 전기전자 소자와 집적 회로 등의 전기적 및 물리적인 연결을 위해 절연층, 신호선 등을 위한 도체 패턴 및 패드(pad) 등을 구비할 수 있다.
예를 들어, 베이스 기판(10)의 상면에는 적어도 하나의 패드가 마련되어 광학식 지문인식 센서(30)와 전기적으로 연결될 수 있다. 또한, 베이스 기판(10)의 하면 즉, 광학식 지문인식 센서(20)가 실장되어 있는 상면의 반대편에서 위치하여 상면과 마주보고 있는 면에는 적어도 하나의 패드(미도시)가 마련되어 본 예의 광학식 지문인식 센서 패키지(1)에 전기 신호를 전달하거나 전력을 공급할 수 있다.
이러한 베이스 기판(10)의 패드는 전자부품, 반도체소자, 각종 수동소자 또는 리드 프레임(lead frame) 등과 다양한 방식으로 결합될 수 있다.
베이스 기판(10)의 상면에는 실장 영역이 마련되어 있고, 이 실장 영역에 광학식 지문인식 센서(20)가 위치하게 된다. 베이스 기판(10)의 상면에 위치한 패드는 실장 영역이나 실장 영역 주변에 위치하여 실장 영역에 위치하고 있는 광학식 지문인식 센서(20)와 전기적 및 물리적으로 연결되어 있다.
이러한 광학식 지문인식 센서(20)는 수광면(21)을 포함하는 전자부품으로서, 광학식 지문인식 센서(20)의 수광면(21)은 외부에서 광학식 지문인식 센서(20)로 조사되는 빛을 감지하고 감지된 빛에 따라 해당 상태의 전기신호로 생성하여 출력한다.
광학식 지문인식 센서(20)의 수광면(21)에는 복수의 수광소자가 집적되어 있을 수 있다.
본 예에서, 광학식 지문인식 센서(20)은 이미지 센서(image sensor)일 수 있고, 이런 경우, 광학식 지문인식 센서(20)의 수광면(21)은 이미지 센서(image sensor)의 액티브 영역(active area)에 해당될 수 있다.
광학식 지문인식 센서(20)는 베이스 기판(10)과 결합되는 면을 하면으로 정의하면, 수광면(21)은 하면의 반대편에 위치하고 있는 광학식 지문인식 센서(20)의 상면 중 적어도 일부에 위치한다. 따라서, 수광면(21)은 주로 자신의 상부로부터 조사되는 빛을 감지한다.
수광면(21)은 미리 정해진 빛의 파장 대역에 가장 적합하게 동작하도록 정해져 있을 수 있다.
하지만, 대안적인 예에서, 수광면(21)은 미리 정해진 파장 대역의 빛만을 감지하지 않고, 정해진 파장대역 이외의 빛도 감지할 수 있다.
이러한 광학식 지문인식 센서(20)는 와이어 본딩, BGA(ball grid array), LGA(land grid array), PID, DIP(dual in-line package) 등과 같은 다양한 방식으로 베이스 기판(10)과 전기적 및 물리적으로 연결될 수 있다.
하우징 구조물(30)은 베이스 기판(10)의 상면에 위치하고, 내부에 광학식 지문인식 센서(20)를 완전히 수용하는 빈 공간 즉, 센서 수용부(S11)과 렌즈부(60)를 수용하는 렌즈 수용부(S13)를 구비하고 있다.
따라서, 하우징 구조물(30)의 센서 수용부(S11) 내에 광학식 지문인식 센서(20)가 위치하여 외부 충격이나 불순물 등으로부터 보호된다.
이러한 하우징 구조물(30)은, 하나의 예로서, 플라스틱 수지재로 이루어진 사출물일 수 있다.
이러한 하우징 구조물(30)은, 도 1에 도시한 것처럼, 내부에 센서 수용부(S11)가 형성되도록 정해진 높이로 베이스 기판(10)에 위치한다.
따라서, 하우징 구조물(30)은 베이스 기판(10)의 상면과 접해 있고 정해진 높이를 갖는 제1 측면부(31), 제1 측면부(31)와 연결되어 있는 상단부(32), 그리고 상단부(32)에 위치하는 제2 측면부(33)를 구비한다.
이때, 이들 제1 및 제2 측면부(31, 33) 및 상단부(32)는 모두 동일한 재료로 이루어질 수 있거나 두 개 이상의 다른 재료로 이루어질 수 있다.
제1 측면부(31)는 베이스 기판(10)의 상면과 접해 있고, 패키지 와이어(22) 등을 통해 베이스 기판(10)과 연결되어 있는 광학식 지문인식 센서(20)를 완전히 에워싸는 베이스 기판(10)의 위치에 위치한다.
이때, 제1 측면부(31)는 광학식 지문인식 센서(20)뿐만 아니라 와이어(22)와 연결되어 있는 베이스 기판(10)의 패드(미도시) 등도 완전히 에워싸게 베이스 기판(10)에 위치한다.
이러한 제1 측면부(31)는 베이스 기판(10) 쪽에서부터 위쪽 방향[즉, 광학 필터(40)의 방향]으로 베이스 기판(10)과 수직하게 정해진 길이(즉, 높이)만큼 연장되어 있다.
따라서 제1 측면부(31)의 높이에 따라 제1 측면부(31)에 의해 에워싸여진 센서 수용부(S11)의 높이가 정해진다.
이때, 제1 측면부(31)의 높이는 하우징 구조물(30)의 상단부(32)의 하면이 그 하부에 위치한 광학식 지문인식 센서(20)나 와이어(22) 등과 같이 해당 센서 수용부(S11) 내에 위치한 구성요소와 직접 접촉되지 않도록 센서 수용부(S11)의 높이가 확보될 수 있는 높이이면 좋다.
하우징 구조물(30)의 상단부(32)는 제1 측면부(31)와 끊김 없이 연결되어 있고, 베이스 기판(10)과 평행하게 내부 쪽[즉, 광학식 지문인식 센서(20) 쪽]으로 정해진 길이만큼 연장되어 있다.
이로 인해, 베이스 기판(10), 제1 측면부(31) 및 상단부(32)에 의해 에워싸여져 있고 광학식 지문인식 센서(20)가 위치하는 센서 수용부(S11)가 형성되고, 광학 필터(40), 상단부(32) 및 제2 측면부(33)에 의해 에워싸여 있고 렌즈부(60)가 위치하는 렌즈 수용부(S13)가 형성된다.
이때, 상단부(32)는 센서 수용부(S11) 내에 위치한 광학식 지문인식 센서(20)의 일부만을 덮고 있으므로, 하우징 구조물(30)의 상단부(33)에는 개구인 투광구(예, 제1 투광구)(331)가 위치하여 광학식 지문인식 센서(20)가 외부로 노출된다.
따라서, 광학식 지문인식 센서 패키지(1)의 외부에서 광학식 지문인식 센서 패키지(1) 내부로 유입되는 빛은 투광구(331)를 통해 센서 수용부(S11) 내에 위치한 광학식 지문인식 센서(20) 쪽으로 유입된다.
따라서, 투광구(331)는 광학식 지문인식 센서(20)의 수광면(21)과 대향하는 부분에 형성되는 것이 좋고, 또한, 수광면(21)보다 큰 면적으로 형성되어 투광구(331)를 통해 수광면(21)의 평면 전체가 노출되어, 수광면(21) 전체로 입사되는 빛을 수광하도록 한다.
제2 측면부(33)는 상단부(32) 위에 경통(50)의 측면을 에워싸도록 베이스 기판(10)과 수직한 방향으로 정해진 높이만큼 돌출되어 있다.
이때, 제2 측면부(33)의 돌출 높이는 경통(50)의 측면 높이에 따라 정해지고, 경통(50)의 측면 높이와 동일하거나 작을 수 있다.
따라서, 경통(50)은 렌즈 수용부(S13) 내에 적어도 일부가 위치한다.
광학 필터(40)는 하우징 구조물(30)의 투광구(331)에 인접하게 위치하고 있는 하우징 구조물 상단부(32)의 내측 가장자리 하면에 장착되어 투광구(331)를 덮어 막도록 위치하며, 이로 인해, 광학식 지문인식 센서(20)의 수광면(21) 위에 이격되게 위치한다.
이러한 광학 필터(40)는 빛을 파장 대역에 따라 선택적으로 원하는 파장 대역의 빛을 통과시키거나 차단시키는 필터이다. 본 예의 경우, 광학 필터(40)는 적외선 대역의 빛을 선택적으로 차단시키는 적외선 차단 필터일 수 있다.
광학 필터(40)는, 이미 기술한 것처럼, 수광면(21)을 노출하고 있는 하우징 구조물(30)의 투광구(331)에 위치하므로, 광학 필터(40)를 통과한 빛은 광학식 지문인식 센서(20)의 수광면(21)에 조사된다.
도 1에서, 광학 필터(40)는 접착제나 몰딩제를 이용하여 상단부(32)의 하면에 장착되지만, 이에 한정되지 않고 다양한 방식으로 상단부(33)의 상면이나 측면 등에 장착될 수 있다.
이와 같이, 광학 필터(40)의 장착에 의해 개방 상태의 투광구(331)는 광학 필터(40)로 덮여 막히게 되어, 광학식 지문인식 센서(20)는 베이스 기판(10), 하우징 구조물(30) 및 광학 필터(40)에 의해 완전히 밀폐된 센서 수용부(S11) 내에 위치하고, 광학 필터(40)를 통과한 빛이 광학식 지문인식 센서(20)의 수광면(21)으로 입사된다.
따라서, 광학 필터(40)를 통과한 빛 이외에 다른 곳으로부터 유입된 외부 광이 광학식 지문인식 센서(20)로 유입되는 것이 방지되므로, 광학식 지문인식 센서(20)로 유입되는 노이즈성 빛이 차단되어 광학식 지문인식 센서(20)의 신뢰성이 향상된다.
또한, 밀폐된 센서 수용부(S11) 내에 광학식 지문인식 센서(20)가 위치하므로, 먼지나 수분 등과 같은 불순물로부터 광학식 지문인식 센서(20)가 보호된다.
제2 측면부(33)에 에워싸여진 렌즈 수용부(S13) 내에 위치하는 경통(50)은 내부에 렌즈부(60)를 내장하고 있고 내장된 렌즈부(60)를 외부 충격과 이물질로부터 보호한다.
이러한 경통(50)은, 렌즈부(60)를 완전히 에워싸기 위해, 하우징 구조물(30)의 상단부(32)의 상면에 접하게 위치하는 측면부(51)와 측면부(51)에 끊김 없이 연결되어 있는 상단부(52)를 구비한다.
경통(50)의 측면부(51)의 높이 즉, 베이스 기판(10)과 수직한 방향으로 돌출되어 있는 돌출 높이는 내부에 내장되어 있는 렌즈부(60)의 완전히 수용할 수 있는 정도이면 된다.
경통(50)의 측면부 외측면, 즉 하우징 구조물(30)와 인접한 측면은 나사산과 나사홈이 형성되어 있고, 이에 접하고 있는 하우징 구조물(30)의 제2 측면부(33)의 내측면 역시 나사홈과 나사산을 구비하고 있다.
따라서 경통(50)은 하우징 구조물(30)의 제2 측면부(33)의 내측면과 나사 결합되어 있다.
경통(50)의 상단부(52)는 하우징 구조물(30)의 상단부(32)와 평행하게 위치하며 가운데 부분에 투광구(예, 제2 투광구)(521)를 구비한다.
경통(50)의 투광구(521)의 지름은 하우징 구조물(30)의 투광구(331)의 지름보다 커 광학식 지문인식 센서(20) 쪽으로 입사되는 빛의 손실을 방지하는 것이 좋다.
도 1에 도시한 것처럼, 경통(50)의 측면부(51)의 상단과 이에 연결되어 있는 상단부(52)의 외측 가장자리부는 모따기 구조를 갖고 있다. 따라서, 외부로 돌출되는 경통(50)의 부분이 감소되므로, 광학식 지문인식 센서 패키지(1)의 설계의 여유도가 증가한다. 하지만, 이러한 모따기 구조는 생략될 수 있다.
렌즈부(60)는 하우징 구조물(30)의 상단부(32), 경통(50)의 측면부(51) 및 상단부(52)에 의해 에워싸여진 내부 공간(S13) 내에 위치하고 있다.
즉, 렌즈부(60)는, 도 1에 도시한 것처럼, 경통(50)의 상단부(52)의 하면[즉, 내부 공간(S13)과 접해 있는 면]에 차례대로 위치하는 비구면 렌즈(61)와 프레넬 렌즈(Fresnel lens)(62), 그리고 비구면 렌즈(61)와 프레넬 렌즈(62) 사이에 위치하는 간격재(63)를 구비한다.
이와 같이, 본 예의 렌즈부(60)의 비구면 렌즈(61)와 프레넬 렌즈(62)는 경통(50)의 상단부(52)와 광학 필터(40) 사이에 간격재(63)를 사이에 두고 순서대로 위치하여, 물체측에서부터 광학 필터(40) 쪽으로 비구면 렌즈(61)와 프레넬 렌즈(62)가 순서대로 배열된다.
물체 측에 인접하게 위치하고 있는 비구면 렌즈(61)는 경통(50)의 상단부(52)의 하면에 접하게 위치하며, 필요에 따라 접착제 등을 이용하여 경통(50)의 상단부(52) 하면과 접착될 수 있다.
본 예에서, 비구면 렌즈(61)는 경통(50)의 상단부(52)에 형성된 투광구(521)를 통해 입사되는 평행 광선을 하나의 점, 즉 초점으로 수렴하도록 하는 집광 및 초점 조절용 렌즈로 기능한다.
이러한 비구면 렌즈(61)의 후단에 위치하는 프레넬 렌즈(62)는 접착제 등을 통해 인접한 경통(50)의 내측면에 부착되어 있다. 따라서, 이미 기술한 것처럼, 본 예의 프레넬 렌즈(62)는 간격재(63)의 두께만큼 비구면 렌즈(61)와 이격되어 있다.
이러한 프레넬 렌즈(62)는 집광 렌즈의 하나로서, 다수 개의 띠 모양으로 나누어 각 띠에 프리즘 작용을 가지게 하여 수차(收差)를 작게 함으로써, 볼록 렌즈처럼 빛을 모아주는 역할을 하면서도 두께를 줄인 렌즈이다.
또한, 빛을 한 곳에 모으기 위해서는 굴절률의 차이를 줄여야 하는데, 이를 위해, 프레넬 렌즈(62)는 가운데 부분의 표면에 수많은 홈 형태로 형성된 프레넬 패턴을 구비하여, 이 프레넬 패턴에 따라 굴절률이 조절되도록 하여 빛을 원하는 곳에 집중시킨다.
따라서, 비구면 렌즈(61)를 통과한 빛은 프레넬 렌즈(62)에 의해 수차가 보정되어 광학식 지문인식 센서(20)의 수광면(21) 쪽으로 정확히 빛의 수광이 이루어지도록 한다.
도 1에서, 프레넬 렌즈(62)는 상부면과 하부면 모두에 프레넬 패턴을 구비하고 있지만, 이에 한정되지 않고, 상부면과 하부면 중 하나에만 프레넬 패턴이 형성될 수 있다. 이 경우, 프레넬 렌즈(62)의 제작 시간이 단축될 수 있다.
간격재(63)는 비구면 렌즈(61)와 프레넬 렌즈(62) 사이에서 경통(50)의 내측면에 접하거나 인접하게 위치하고 자신의 두께를 이용하여 물체 측에서부터 나란히 위치한 두 렌즈(61, 62) 사이의 간격을 조정하는 기능을 수행한다. 또한, 간격재(63)는 추가적으로 프레넬 렌즈(62) 쪽으로 빛이 유입되는 것을 차단하여 불필요한 빛의 유입을 방지한다.
이러한 간격재(63)는 검은색 등과 같이 차광이 가능한 색상을 갖는 재료로 이루어질 수 있고, 예를 들어 검은색의 플라스틱 수지재, 금속재 및 부착형 테이프 중 하나로 이루어질 수 있다.
이와 같이, 본 예의 경우, 광학식 지문인식 센서(20)로의 빛 입사를 위해 수차 보정을 위한 많은 매수의 보정용 렌즈를 이용하는 대신, 한 장의 프레넬 렌즈(62)를 이용하므로 광학식 지문인식 센서 패키지(1)에 사용되는 렌즈의 매수를 크게 감소시킨다.
이로 인해, 비구면 렌즈(61)와 프레넬 렌즈(62)가 내장되는 경통(50)의 길이가 감소하여 광학식 지문인식 센서 패키지(1)의 길이와 크기 역시 크게 감소하므로, 광학식 지문인식 센서 패키지(1)의 장착 및 적용이 용이하다.
또한, 프레넬 렌즈(62)에 형성된 프레넬 패턴이 독립적인 굴절면을 작용하고, 프레넬 렌즈(62)의 기판 두께 감소로 인해 기판에 흡수되는 빛의 양이 줄어들어 광 손실량이 감소하며, 기존의 볼록 렌즈에 비해 뛰어날 초점 기능이 발휘된다.
본 예의 경우, 초점 조절 기능을 하는 비구면 렌즈(61)가 추가로 구비되므로, 프레넬 렌즈(62)의 부족한 초점 조절 기능이 보상되어 광학식 지문인식 센서(20)에 의해 획득된 영상의 선명도가 향상된다.
본 예에서, 프레넬 렌즈(62)는 나노 물질을 이용하여 극초단 레이저로 가공하는 나노 임프린트 리소그래피(nano imprint lithography) 방식으로 제조된다.
나노 임프린트 리소그래피 방식은 열경화 방식이나 자외선(UV) 경화 방식을 이용하여 나노 크기(nano scale)의 구조물 즉, 나노 구조물이 각인된 경질의 금형을 기판 위에 스핀 코팅된 고분자 소재의 레지스트 표면에 눌러 나노 구조물을 반복적으로 전사하는 기술로서, 포토리소그래피(photolithography)와 같은 복잡한 공정이 필요하지 않으므로 대폭적인 공정 단축 및 비용 절감이 실현한다.
따라서, 본 예의 프레넬 렌즈(62)는 실리콘 웨이퍼(silicon wafer)나 합성수지재 필름으로 이루어질 수 있고, 프레넬 렌즈(62)의 상면과 하면은 물체측 방향으로 볼록하거나 오목하지 않고 평탄하며, 상면과 하면의 표면에는 복수 개의 홈이 위치한다.
다음, 도 2를 참고로 하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 광학식 지문인식 센서 패키지(1a)를 설명한다.
도 2에 도시한 광학식 지문인식 센서 패키지(1a)에서, 도 1과 비교할 때, 동일한 구조를 갖고 같은 기능을 수행하는 구성요소에 대해서는 도 1과 같은 도면 부호를 부여한다.
도 2에 도시한 광학식 지문인식 센서 패키지(1a)은 프레넬 렌즈(62a)의 장착 위치와 간격재가 존재하지 않는다는 점을 제외하면 도 1에 도시한 광학식 지문인식 센서 패키지(1)과 같은 구조를 갖고 있다.
즉, 도 2의 광학식 지문인식 센서 패키지(1a)은 베이스 기판(10), 베이스 기판(10)에 위치하는 광학식 지문인식 센서(20), 베이스 기판(10)에 위치하는 하우징 구조물(30), 하우징 구조물(30)에 위치하는 광학 필터(40), 하우징 구조물(30)과 체결되어 있고 렌즈 수용부(S13)에 위치하는 경통(barrel)(50), 그리고 하우징 구조물(30)의 렌즈 수용부(S13) 내에 위치하는 렌즈부(60a)를 구비한다.
렌즈부(60a)는 물체 측으로부터 광학식 지문인식 센서(20) 쪽으로 순서대로 배열되어 있는 비구면 렌즈(61)와 프레넬 렌즈(62a)를 구비하고 있다.
본 예의 경우도, 도 1에 도시한 광학식 지문인식 센서 패키지(1)와 같이 경통(50)의 상단부(52)와 광학 필터(40) 사이에 비구면 렌즈(61)와 프레넬 렌즈(62a)가 순서대로 위치한다.
이때, 비구면 렌즈(62)는 도 1에 도시한 것과 동일하게 경통(50)의 상단부(52) 하면에 접하게 위치하며, 경통(50)의 인접한 내측면에 접착제 등을 통해 부착되어 있다.
하지만, 프레넬 렌즈(62a)는 하우징 구조물(30)의 렌즈 수용부(S13) 내의 투광구(331)를 통해 노출되어 있는 광학 필터(40) 위, 즉 광학 필터(40)의 상면에 위치한다.
이로 인해, 본 예의 프레넬 렌즈(62a)는 광학 필터(40)와 접하게 위치하고, 투광구(331) 내에 삽입되어 있다. 이때, 프레넬 렌즈(62a)는 투명한 에폭시 수지 등을 통해 광학 필터(40) 위에 접착되며, 에폭시 수지는 광학식 지문인식 센서(20)와 대응되지 않는 프레넬 렌즈(62a)의 가장자리 부분에만 도포될 수 있다.
이런 경우, 프레넬 렌즈(62a)의 최대 지름은 비구면 렌즈(61)의 최대 지름보다 훨씬 작은 투광구(331)의 크기에 따라 정해진다.
따라서, 도 1의 경우, 프레넬 렌즈(62a)의 지름은 비구면 렌즈(61)의 지름인 'D11'로서 동일한 반면, 본 예의 프레넬 렌즈(62a)의 지름(D12)은 비구면 렌즈(61)의 지름(D11)보다 작은 투광구(331)의 크기보다도 작으므로 비구면 렌즈(61)의 지름보다 훨씬 작다.
이와 같이, 비구면 렌즈(61)의 지름(D11)보다 훨씬 작은 지름(D12)을 갖도록 프레넬 렌즈(62a)가 제조되므로, 프레넬 렌즈(62a)의 제조 비용이 크게 절감되고, 이로 인해 광학식 지문인식 센서 패키지(1a)의 제조 비용 역시 크게 줄어드는 효과가 추가적으로 발생한다.
또한, 프레넬 렌즈(62a)의 크기가 크게 감소하므로, 본 예의 광학식 지문인식 센서 패키지(1a)의 무게 역시 추가적으로 줄어든다.
다음, 도 3을 참고로 하여 또 다른 실시예에 따른 광학식 지문인식 센서 패키지(1b)에 대하여 설명한다.
도 3에 도시한 광학식 지문인식 센서 패키지(1b)에는 도 1에 비교할 때, 비구면 렌즈의 개수가 복수 개이고, 광학 필터(40)의 위치가 광학 센서(20) 위에 위치하는 것만 상이하다.
따라서, 본 예의 광학식 지문인식 센서 패키지(1b)는 물체측으로부터 차례대로 제1 및 제2 비구면 렌즈(611, 612)와 프레넬 렌즈(62)를 구비하는 렌즈부(60b)를 구비한다.
이때, 서로 인접해 있는 두 개의 비구면 렌즈(611, 612) 사이에는 간격재(63)가 추가로 위치하여, 두 비구면 렌즈(611, 612) 사이의 간격을 조정한다.
이와 같이, 비구면 렌즈(611, 612)의 개수는 필요에 따라 증가될 수 있고, 인접한 두 비구면 렌즈(611, 612) 사이는 간격재를 이용하여 이격 거리가 조정하므로 각 비구면 렌즈(611, 612)의 초점 거리가 조정될 수 있도록 한다.
도 3에서, 프레넬 렌즈(63)의 개수는 도 1과 동일하게 한 개이지만, 이 또한 필요에 따라 증가될 수 있고, 비구면 렌즈(611, 612)의 경우의 동일하게 인접해 있는 프레넬 렌즈 사이와 인접해 있는 비구면 렌즈와 프레넬 렌즈 사이에는 간격재가 위치할 수 있다.
이러한 비구면 렌즈(611, 612)의 개수 증가로 인해 수차 보정이 더욱 정교하게 이루어져, 지문인식 센서 패키지(1b)의 동작의 신뢰성이 향상된다.
또한, 도 3에 도시한 것처럼, 광학 필터(40)는 제1 투광구(331)가 아닌 광학식 지문인식 센서(20) 위에 바로 위치한다.
도 3과 달리, 광학 필터(40)는 광학식 지문인식 센서(20)의 수광면(21)를 완전히 덮고 있을 수 있고, 이런 경우, 광학식 지문인식 센서(20)는 BGA 방식을 통해 베이스 기판(10)과 전기적으로 연결될 수 있다.
이와 같이, 광학 필터(40)가 광학식 지문인식 센서(20) 위에 바로 위치할 경우, 수광면(21) 전체로 광학 필터(40)를 통과한 빛이 입사되므로 수광면(21)으로 입사되는 빛의 손실이 감소한다.
또한, 수광면(21)과 광학 필터(40) 사이의 간격이 최소화되므로, 광학 필터(40)를 통과한 빛의 손실은 더욱더 감소한다.
이와 같이, 광학식 지문인식 센서(21)의 수광면 위에 바로 광학 필터(40)가 위치하는 경우는 도 1에도 적용될 수 있음을 당연한다.
이상, 본 발명의 광학식 지문인식 센서 패키지의 실시예들에 대해 설명하였다. 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부한 도면에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자의 관점에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서 본 발명의 범위는 본 명세서의 청구범위뿐만 아니라 이 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1, 1a, 1b: 광학식 지문인식 센서 패키지 10: 베이스 기판
20: 광학식 지문인식 센서 30: 하우징 구조물
31: 제1 측면부 32: 상단부
33: 제2 측면부 40: 광학 필터
50: 경통 51: 측면부
52: 상단부 331, 521: 투광구
60, 60a: 렌즈부 61, 611, 612: 비구면 렌즈
62, 62a: 프레넬 렌즈 63: 간격재
S13: 렌즈 수용부

Claims (15)

  1. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 위치하는 광학식 지문인식 센서;
    상기 베이스 기판에 위치하고 센서 수용부에 상기 광학식 지문인식 센서를 수용하며, 상기 광학식 지문인식 센서와 대향하는 부분에 투광구 및 렌즈 수용부를 구비하고 있는 하우징 구조물;
    상기 투광구의 하부에 장착되어 상기 투광구의 하부를 덮어 막고 광학식 지문인식 센서 위에 위치하는 광학 필터;
    상기 렌즈 수용부 내에 위치하는 비구면 렌즈; 및
    상기 광학 필터의 상면과 접하게 위치하고, 상기 광학 필터의 크기 및 상기 투광구의 크기보다도 지름이 작아 상기 투광구 내에 삽입되어 상기 투광구 외부로 돌출되지 않는 프레넬 렌즈
    를 포함하고,
    상기 프레넬 렌즈는 프레넬 패턴을 구비하는 가운데 부분과 상기 가운데 부분을 에워싸고 있고 평면인 가장자리 부분을 포함하는
    광학식 지문인식 센서 패키지.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈는 나노 임프린트 리소그래피(nano imprint lithography) 방식으로 제조된 광학식 지문인식 센서 패키지.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈는 합성수지재 필름으로 이루어져 있는 광학식 지문인식 센서 패키지.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 렌즈 수용부 내에 위치하고 상기 비구면 렌즈를 수용하는 경통
    을 더 포함하는 광학식 지문인식 센서 패키지.
  5. 제4 항에 있어서,
    경통은,
    상기 하우징 구조물 위에 위치하는 측면부; 및
    상기 측면부에 연결되어 있는 상단부
    를 포함하고,
    상기 비구면 렌즈는 상기 상단부의 하면에 위치하는 광학식 지문인식 센서 패키지.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 프레넬 렌즈의 지름은 상기 비구면 렌즈의 지름보다 작은 광학식 지문인식 센서 패키지.
  11. 제4 항에 있어서,
    상기 경통의 상단부는 가운데 부분에 상기 비구면 렌즈를 노출하는 투광구를 구비하는 광학식 지문인식 센서 패키지.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 경통의 투광구는 상기 하우징 구조물의 투광구보다 큰 광학식 지문인식 센서 패키지.
  13. 제5 항에 있어서,
    상기 하우징 구조물은,
    상기 베이스 기판에 위치하는 제1 측면부;
    상기 제1 측면부에 연결되어 있고 상기 하우징 구조물의 투광구를 구비하는 상단부; 및
    상기 상단부에 위치하고 상기 상단부에 위치하는 상기 경통의 측면부와 체결되어 있는 제2 측면부
    를 포함하는 광학식 지문인식 센서 패키지.
  14. 삭제
  15. 삭제
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