KR20050064637A - Package for image sensor advanced in concentration efficiency - Google Patents
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Abstract
본 발명은 집광효율이 개선된 이미지 센서 패키지에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 외부로부터 각 화소에 입사되는 빛의 입사각이 균일하도록 하는 집광효율이 개선된 이미지 센서 패키지에 관한 것이다. 본 발명은 상부가 개방된 상자형 프레임; 상기 프레임내에 실장되어 있고, 다수의 단위 촬상소자가 배열된 이미지 센서 칩; 및 상기 프레임의 개방된 상부를 폐쇄하여 상기 프레임을 밀봉하기 위한 투명 덮개;를 포함하며, 상기 덮개는 적어도 그 일면이 볼록한 렌즈인 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an image sensor package having an improved light collection efficiency, and more particularly, to an image sensor package having an improved light collection efficiency such that an incident angle of light incident on each pixel from the outside is uniform. The present invention is a box-shaped frame is open at the top; An image sensor chip mounted in the frame and arranged with a plurality of unit imaging elements; And a transparent cover for closing the open upper portion of the frame to seal the frame, wherein the cover is a lens having at least one convex surface.
Description
본 발명은 이미지 센서 패키지에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 외부로부터 각 화소에 입사되는 빛의 입사각이 균일하도록 집광효율이 개선된 이미지 센서 패키지에 관한 것이다.The present invention relates to an image sensor package, and more particularly, to an image sensor package having improved condensing efficiency such that an incident angle of light incident on each pixel from the outside is uniform.
이미지 센서란 피사체로부터 나오는 빛을 받아들여 전기적 신호로 변환시키는 장치로서, 카메라, 스캐너 등에 사용되고 있다. 이미지 센서는 크게 촬상관과 고체촬상소자로 분류되는 데 전자에는 비디콘, 플럼비콘 등이 있고, 후자에는 금속산화물반도체(MOS: Metal-Oxide-Semiconductor)와 전하결합소자(CCD: Charge Coupled Device)가 있다.An image sensor is a device that receives light from a subject and converts it into an electrical signal. The image sensor is used in a camera, a scanner, and the like. Image sensors are largely classified into imaging tubes and solid-state imaging devices. The former includes a beacon and a plum beacon, and the latter includes a metal oxide semiconductor (MOS) and a charge coupled device (CCD). have.
일반적으로 외부로부터 대물렌즈 및 평평한 유리덮개(glass lid)를 통해 이미지 센서로 들어오는 빛은 각 화소에 따라 입사각이 달라지게 된다. 중앙에 위치한 화소로 입사하는 빛은 입사각이 거의 영도에 가까운 빛이 많은 반면에, 가장자리 영역에 있는 화소에는 큰 각도의 입사각을 가진 빛이 많이 들어오게 된다.In general, the light entering the image sensor through the objective lens and the flat glass lid from the outside is different angle of incidence according to each pixel. The light incident on the center pixel has a lot of light close to zero incidence angle, while the light in the edge region receives a lot of light having a large angle of incidence.
한편, 최근 들어 더욱 정밀한 화상을 얻기 위하여 이미지 센서의 화소수가 급격히 증가되는 추세에 있다. 반면에 이미지 센서의 자체의 크기는 점차 소형화되고 있어서 이미지 센서를 이루는 각 화소의 촬상소자 영역의 크기는 더욱 작아지게 되었다. On the other hand, in recent years, the number of pixels of the image sensor is rapidly increasing in order to obtain a more accurate image. On the other hand, the size of the image sensor itself is gradually becoming smaller, and the size of the image pickup device region of each pixel constituting the image sensor becomes smaller.
위와 같이 각 화소의 크기가 더욱 작아짐에 따라, 외부로부터 들어오는 빛의 입사각이 이미지 센서의 가장자리로 갈수록 커지게 되어 각 화소의 광감도가 불균일해지는 문제점이 더욱 심화되었다.As the size of each pixel is smaller as described above, the incident angle of light coming from the outside becomes larger toward the edge of the image sensor, thereby further increasing the problem of uneven light sensitivity of each pixel.
도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서 패키지의 단면도이다. 도면을 참조하면, 종래의 기술에 따른 이미지 센서 패키지는 상자형 프레임(11) 내에 이미지 센서 칩(12)이 실장되어 있고, 상자형 프레임(11)의 개구부를 유리 덮개(13)가 폐쇄하고 있다. 프레임(11)은 이미지 센서 칩(12)을 제외한 와이어 본딩용 패드, 와이어 및 리드까지 포함하는 형태이다. 이미지 센서 패키지 외부에는 집광을 위한 대물렌즈(14)가 형성되어 있어, 외부로부터 들어오는 빛은 대물렌즈(14)를 통해 유리 덮개(13)를 거쳐 이미지 센서 칩(12)에 입사하게 된다. 이때 대물렌즈(14)는 약 55°∼ 65°범위의 빛까지 집속시킬 수 있다. 즉 대물렌즈(14)의 화각(AOV)(angle of view)은 55°∼ 65°로서 인간의 시야각 55°보다 약간 넓은 수준이다. 이는 대물렌즈(14)의 법선방향을 기준으로 볼 때 입사하는 빛의 입사각이 약 0°∼30°정도가 되는 것이다. 이미지 센서 칩(12)에 입사되는 빛은 거의 수직(입사각 0°)으로 입사하여 이미지 센서 칩(12)의 중앙영역(12c)으로 집속되는 빛(lc)도 있고, 입사각 약 30°정도로 비스듬히 입사하여 이미지 센서 칩의 가장자리영역(12d)으로 집속되는 빛(ld)도 있다.1 is a cross-sectional view of an image sensor package according to the prior art. Referring to the drawings, in the image sensor package according to the related art, the image sensor chip 12 is mounted in the box-shaped frame 11, and the glass cover 13 closes the opening of the box-shaped frame 11. . The frame 11 includes a pad for wire bonding, a wire, and a lead except for the image sensor chip 12. The objective lens 14 for condensing is formed outside the image sensor package, and light from the outside enters the image sensor chip 12 through the glass cover 13 through the objective lens 14. At this time, the objective lens 14 may focus to light in the range of about 55 ° to 65 °. That is, the angle of view (AOV) of the objective lens 14 is 55 ° to 65 °, which is slightly wider than the human viewing angle of 55 °. The angle of incidence of the incident light is about 0 ° to about 30 ° when viewed from the normal direction of the objective lens 14. Light incident on the image sensor chip 12 is incident at a substantially vertical angle (incident angle of 0 °), and there is also light lc focused on the central region 12c of the image sensor chip 12, and is incident at an angle of about 30 ° at an angle. Therefore, there is also light ld that is focused on the edge region 12d of the image sensor chip.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서 칩(12)의 중앙 및 가장자리 영역 화소의 단면도이다. 도 2의 (a)는 중앙영역(12c) 화소의 단면도이고, 도 2의 (b)는 가장자리영역(12d) 화소의 단면도이다. 우선 도 2의 (a)를 참조하면, 중앙영역(12c)의 화소로 입사되는 빛(lc)의 경로를 알 수 있다. 중앙영역(12c)의 화소로 입사되는 빛(lc)는 마이크로렌즈(121)로 집속되어 컬러필터(122)를 거쳐 단위촬상소자(124)에 도달한다. FIG. 2 is a cross-sectional view of the center and edge region pixels of the image sensor chip 12 shown in FIG. 1. FIG. 2A is a cross-sectional view of the pixel of the center region 12c, and FIG. 2B is a cross-sectional view of the pixel of the edge region 12d. First, referring to FIG. 2A, a path of light lc incident on a pixel of the center region 12c may be known. The light lc incident on the pixel of the center area 12c is focused on the microlens 121 and reaches the unit image pickup device 124 through the color filter 122.
반면에 도 2의 (b)를 참조하면, 대물렌즈(14)를 통해 비스듬히 입사된 빛(ld)은 유리덮개(13)를 통과해도 여전히 비슷한 각도를 가지고 이미지 센서 칩(12)의 가장자리 영역(12d)의 화소로 입사하게 된다. 이 빛(ld)은 마이크로렌즈(121) 및 컬러필터(122)를 거쳐 단위촬상소자(124)에 도달되지 못하고 도중에 차광막(123) 등에 막히게 된다. 결과적으로 가장자리 영역(12d)의 화소에 입사되는 빛의 양이 매우 적게되기 때문에 각 영역의 화소에 입력되는 빛의 양이 균일하지 못하게 되는 문제점이 있다.On the other hand, referring to FIG. 2 (b), the light ld incident obliquely through the objective lens 14 still has a similar angle even though it passes through the glass cover 13 and has an edge region () of the image sensor chip 12. Incident on the pixel of 12d). The light ld does not reach the unit image pickup device 124 via the microlens 121 and the color filter 122 and is blocked by the light blocking film 123 and the like. As a result, since the amount of light incident on the pixel of the edge region 12d is very small, there is a problem that the amount of light input to the pixel of each region is not uniform.
위와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법의 일 예로 공개특허(특1998-12574호)가 있다. 상기 공개특허는 광의 경로를 보상하여 광이 입사하는 각도가 균일하도록 하는 입사각 조절렌즈를 구비한 고체촬상소자 패키지를 개시한다.As an example of a method for solving the above problems there is a published patent (patent No. 1998-12574). The disclosed patent discloses a solid state image pickup device package having an angle of incidence adjusting lens for compensating a path of light to make a light incident angle uniform.
도 3은 상기 공개특허 1998-12574호에 따른 이미지 센서 패키지의 단면도이다. 도 3을 참조하면, 상기 이미지 센서 패키지는 프레임(11); 이미지 센서 칩(12); 이미지 센서 칩(12)을 봉지하고 이미지 센서 칩(12)의 복수의 마이크로 집광렌즈들에 균일하게 광이 입사되도록 곡률을 가진 입사각 조절렌즈(13α)를 구비한다.3 is a cross-sectional view of the image sensor package according to the above-mentioned patent publication 1998-12574. Referring to FIG. 3, the image sensor package includes a frame 11; An image sensor chip 12; The image sensor chip 12 is encapsulated, and an incident angle adjusting lens 13α having a curvature so that light is uniformly incident on the plurality of micro condensing lenses of the image sensor chip 12.
그런데, 상기 공개특허에서 입사각 조절렌즈(13α)는 각 화소위에 형성된 복수의 마이크로렌즈(15)를 봉지하기 때문에 입사각 조절렌즈(13α) 및 화소위의 복수의 마이크로렌즈(15) 사이에 공기층이 형성되어 있지 않다. 한편, 각 렌즈의 재료의 굴절률의 차이도 크지 않기 때문에, 외부 대물렌즈(14)로부터 입사한 빛이 입사각 조절렌즈(13α) 및 마이크로렌즈(15)의 접촉면을 통과할 때 빛의 입사각의 변화가 크지 않아 결과적으로는 충분한 집광효과를 거둘 수 없게 된다. 즉, 입사각 조절렌즈(13α)가 각 화소위의 마이크로렌즈(15)의 효과를 무력화시키는 결과를 얻게된다.However, since the incident angle adjusting lens 13α encapsulates a plurality of micro lenses 15 formed on each pixel, an air layer is formed between the incident angle adjusting lens 13α and the plurality of micro lenses 15 on the pixel. It is not. On the other hand, since the difference in the refractive index of the material of each lens is not large, the change in the incident angle of light when the light incident from the external objective lens 14 passes through the contact surface of the incident angle adjusting lens 13α and the microlens 15 is reduced. It is not so large that as a result, it is impossible to achieve sufficient light collecting effect. That is, the result of the incident angle adjusting lens 13α nullifying the effect of the microlens 15 on each pixel.
또한, 입사각 조절렌즈(13α)만으로 집광효과를 얻기 위해서는 입사각 조절렌즈(13α)의 곡률반경이 작아지고 두께가 증가해야 되는데, 이 경우 빛이 입사각 조절렌즈(13α)를 투과하여 내부로 입사하지 못하고 입사각 조절렌즈(13α)표면에서 반사되어, 결과적으로 집광효율을 떨어뜨릴 수 있다. 뿐만 아니라, 입사각 조절렌즈(13α)의 두께가 증가됨에 따라 패키지 전체 두께가 늘어나는 문제가 발생할 수 있고, 적외선 차단필터(cut-off filter) 및 저역 통과 필터(low-pass filter)의 부착이 어려운 문제점이 있다.In addition, in order to obtain a light converging effect with only the incident angle adjusting lens 13α, the radius of curvature of the incident angle adjusting lens 13α needs to be reduced and the thickness must be increased. In this case, light cannot penetrate the incident angle adjusting lens 13α and enter the inside. It is reflected from the surface of the incident angle adjusting lens 13α, and as a result, the light collection efficiency can be reduced. In addition, as the thickness of the incident angle adjusting lens 13α increases, the overall thickness of the package may increase, and it is difficult to attach an infrared cut-off filter and a low-pass filter. There is this.
그리고, 각 이미지 센서 패키지마다 입사각 조절렌즈(13α)를 형성시켜야하기 때문에, 도 1의 별도의 덮개를 만들어 패키지를 밀봉하는 방법에 비해 양산성이 매우 떨어져서 공정상의 비효율이 발생하기도 한다. 더욱이 입사각 조절렌즈(13α)는 유기물질로 만들어지나 흡습성이 있어 이미지 센서 칩을 보호하기에 부적절하므로, 별도의 유리 덮개가 필요할 수도 있다.In addition, since the incidence angle adjusting lens 13α must be formed for each image sensor package, the production efficiency is very low compared to the method of forming a separate cover of FIG. 1 to seal the package, resulting in process inefficiency. Furthermore, since the incident angle adjusting lens 13α is made of an organic material but is hygroscopic, which is inappropriate to protect the image sensor chip, a separate glass cover may be required.
한편, 위와 같은 문제점을 해결하기 위한 다른 예로서는, on-chip 방식으로 형성된 마이크로렌즈, 컬러필터를 가운데 영역으로 일정 비율씩 쉬프트시켜서 형성하는 방법이 있으나, 이와 같은 방법으로 이미지 센서 칩을 제조하는데 필요한 마스크는 제조 단가가 높기 때문에 이미지 센서 칩의 제조비용이 상승하게 되는 문제점이 있다. 또한, 광 경로가 쉬프트됨에 따라 차광막의 개구율을 늘려야하는 데, 이 경우 차광막 기능이 저하될 우려가 있다. 한편, 빛의 입사각이 커짐에 따라 마이크로 렌즈에서 반사되는 빛의 양이 늘어나게 되어 집광도가 저하되는 문제점 또한 발생될 수 있다.On the other hand, as another example to solve the above problems, there is a method of forming by shifting the microlens formed by the on-chip method, the color filter by a certain ratio to the center area, but the mask required to manufacture the image sensor chip in this way Since the manufacturing cost is high, there is a problem that the manufacturing cost of the image sensor chip is increased. In addition, as the optical path is shifted, the aperture ratio of the light shielding film must be increased. In this case, the function of the light shielding film may be deteriorated. On the other hand, as the incident angle of light increases, the amount of light reflected from the microlenses increases, which may cause a problem that the degree of condensation is reduced.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로서, 외부의 빛을 수직광으로 굴절시켜 각 화소에 균일하게 집속시킬 수 있는 집광효율이 개선된 이미지 센서 패키지를 제공하는데 그 목적이 있다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made to solve the above problems, and an object thereof is to provide an image sensor package having improved condensing efficiency capable of uniformly focusing each pixel by refracting external light into vertical light.
본 발명의 또 다른 목적은 균일한 광감도를 유지하면서도 얇은 두께로 이미지 센서를 제작할 수 있는 집광효율이 개선된 이미지 센서 패키지를 제공하는데 있다.Still another object of the present invention is to provide an image sensor package having improved light condensing efficiency, which enables manufacturing an image sensor with a thin thickness while maintaining uniform light sensitivity.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 집광효율이 개선된 이미지 센서 패키지는 상부가 개방된 상자형 프레임; 상기 프레임내에 실장되어 있고, 다수의 단위 촬상소자가 배열된 이미지 센서 칩; 및 상기 프레임의 개방된 상부를 폐쇄하여 상기 프레임을 밀봉하기 위한 투명 덮개;를 포함하며, 상기 덮개는 적어도 그 일면이 볼록한 렌즈인 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, an image sensor package having an improved light collecting efficiency according to the present invention includes a box-type frame having an open top; An image sensor chip mounted in the frame and arranged with a plurality of unit imaging elements; And a transparent cover for closing the open upper portion of the frame to seal the frame, wherein the cover is a lens having at least one convex surface.
본 발명에 있어서, 상기 덮개는 그 일면이 볼록한 비구면 렌즈인 것이 바람직하다.In the present invention, it is preferable that the cover is an aspherical lens in which one surface thereof is convex.
본 발명에 있어서, 상기 덮개는 상면 및 하면이 볼록한 비구면 렌즈일 수 있다.In the present invention, the cover may be an aspherical lens in which the upper and lower surfaces are convex.
본 발명에 있어서, 상기 덮개는 상면이 오목하고 하면이 볼록한 비구면 렌즈일 수 있다.In the present invention, the cover may be an aspherical lens in which the upper surface is concave and the lower surface is convex.
바람직하게는, 상기 덮개는 유리(glass), 폴리탄산에스테르(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄(polyurethane), 에폭시 수지(epoxy resin) 중 어느 하나로 이루어진다.Preferably, the cover is made of any one of glass (glass), polycarbonate, polyimide (polyimide), polyurethane (polyurethane), epoxy resin (epoxy resin).
본 발명에 있어서, 상기 덮개는 평평한 유리판 및 상기 유리판의 일면에 형성된 볼록한 비구면 렌즈를 구비하고, 상기 비구면 렌즈는 폴리탄산에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.In the present invention, the cover has a flat glass plate and a convex aspherical lens formed on one surface of the glass plate, the aspherical lens may be made of any one of polycarbonate ester, polyimide, polyurethane, epoxy resin.
본 발명에 있어서, 상기 덮개는 평평한 유리판, 상기 유리판의 하면에 형성된 볼록한 비구면 렌즈 및 상기 유리판의 상면에 형성된 볼록한 비구면 렌즈를 구비하고, 상기 비구면 렌즈는 폴리탄산에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.In the present invention, the cover includes a flat glass plate, a convex aspherical lens formed on the lower surface of the glass plate and a convex aspherical lens formed on the upper surface of the glass plate, the aspherical lens is polycarbonate ester, polyimide, polyurethane, epoxy resin It may be made of either.
본 발명에 있어서, 상기 덮개는 평평한 유리판, 상기 유리판의 하면에 형성된 볼록 렌즈 및 상기 유리판의 상면에 형성된 오목 렌즈를 구비하고, 상기 볼록렌즈 및 오목렌즈는 폴리탄산에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.In the present invention, the cover includes a flat glass plate, a convex lens formed on the lower surface of the glass plate and a concave lens formed on the upper surface of the glass plate, wherein the convex lens and the concave lens are polycarbonate ester, polyimide, polyurethane, epoxy It may be made of any one of resins.
바람직하게는, 상기 오목 렌즈의 곡률반경은 상기 볼록 렌즈의 곡률반경보다 크다.Preferably, the radius of curvature of the concave lens is larger than the radius of curvature of the convex lens.
상기와 같은 본 발명의 이미지 센서 패키지에 따르면, 이미지 센서 칩의 각 촬상소자에 입사하는 빛의 광감도를 균일하게 할 수 있다.According to the image sensor package of the present invention as described above, the light sensitivity of the light incident on each image pickup device of the image sensor chip can be made uniform.
이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms or words used in the specification and claims should not be construed as having a conventional or dictionary meaning, and the inventors should properly explain the concept of terms in order to best explain their own invention. Based on the principle that can be defined, it should be interpreted as meaning and concept corresponding to the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the specification and the drawings shown in the drawings are only the most preferred embodiment of the present invention and do not represent all of the technical idea of the present invention, various modifications that can be replaced at the time of the present application It should be understood that there may be equivalents and variations.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 단면도이다. 도 1과 동일한 참조기호는 동일한 기능을 수행하는 동일부재를 가리킨다. 도 4를 참조하면, 본 실시예의 이미지 센서 패키지는 상부가 개방된 상자형 프레임(11), 프레임(11)내에 실장된 이미지 센서 칩(12), 프레임(11)의 개방된 상부를 폐쇄하여 프레임(11)을 밀봉하기 위한 덮개(lid)(23)를 구비하고, 덮개(23)는 이미지 센서 칩(12)을 향하는 하면이 볼록한 비구면 렌즈이다. 4 is a cross-sectional view of an image sensor package according to a preferred embodiment of the present invention. The same reference numerals as in FIG. 1 indicate the same members performing the same function. Referring to FIG. 4, the image sensor package according to the present exemplary embodiment includes a box-shaped frame 11 having an open top, an image sensor chip 12 mounted in the frame 11, and an open top of the frame 11. A lid 23 for sealing 11 is provided, and the lid 23 is an aspherical lens having a convex lower surface facing the image sensor chip 12.
비구면 렌즈란 빛이 렌즈를 투과할 때 중심부와 주변부의 초점위치가 달라져서 생겨나는 구면수차를 보정하기 위한 렌즈이다. 구면수차를 보정하기 위해 비구면 렌즈를 사용하는 대신 다른 구면 렌즈를 사용하는 것은 렌즈의 매수를 늘려 이미지센서를 두껍게 만들기 때문에, 얇은 집광효율이 개선된 이미지 센서 패키지를 제작하기 위해서는 비구면 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다.An aspherical lens is a lens for correcting spherical aberration caused by a change in the focal position of the center and the periphery when light passes through the lens. Using aspherical lenses instead of using aspherical lenses to correct spherical aberration makes the image sensor thicker by increasing the number of lenses, so it is best to use aspherical lenses to produce thinner light-condensing image sensor packages. desirable.
상기 볼록한 비구면 렌즈의 재료는 유리(glass), 폴리탄산에스테르(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄(polyurethane), 에폭시 수지(epoxy resin) 등이 될 수 있다. 상기 재료로 일반적인 렌즈 가공법으로 덮개(23)를 제조할 수 있다. 굴절률은 유리의 경우 약 1.52, 폴리탄산에스테르의 경우 1.586 정도이다. 다만, 수분 등으로부터 이미지 센서 칩(12)을 보호하는 덮개(23)의 기능을 고려하면, 덮개(23)는 유리로 이루어지는 것이 좋다.The material of the convex aspherical lens may be glass, polycarbonate, polyimide, polyurethane, epoxy resin, or the like. The cover 23 can be manufactured with the said lens by the general lens processing method. The refractive index is about 1.52 for glass and about 1.586 for polycarbonate ester. However, considering the function of the lid 23 to protect the image sensor chip 12 from moisture or the like, the lid 23 is preferably made of glass.
도 4에서의 빛의 경로(Kd, Kc)를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지에서의 집광원리를 설명하고자 한다. 도 4에서는 대물렌즈(14)의 중앙으로 입사하는 빛의 경로만을 간략히 도시하였지만, 대물렌즈(14)의 입사화각(angle of view) 범위에 포함되는 빛이라면 대물렌즈(14)의 어떤 표면이든 입사할 수 있음을 이해하여야 한다.With reference to the light paths Kd and Kc in FIG. 4, the light collecting principle in the image sensor package according to an exemplary embodiment will be described. In FIG. 4, only a path of light incident to the center of the objective lens 14 is briefly illustrated. However, any light of the objective lens 14 may be incident as long as the light is included in the angle of view range of the objective lens 14. It should be understood that it can be done.
도 4를 참조하면, 대물렌즈(14)에 수직(입사각= 0°)으로 입사한 빛(Kc)은 도 1에서 수직으로 입사한 빛(lc)과 마찬가지로 대물렌즈(14)를 거쳐 중앙영역(12c)의 소자에 입사하게 된다. Referring to FIG. 4, the light Kc incident on the objective lens 14 at a vertical angle (incidence angle = 0 °) passes through the objective lens 14, similarly to the light lc incident at right angles in FIG. 1. Incident on the element of 12c).
한편, 대물렌즈(14)에 비스듬히 입사한 빛(Kd)은 대기보다 굴절률이 높은 비구면 렌즈인 덮개(23)를 통과하면서 빛의 입사각도가 줄어들어 수직광에 가깝게 된다. 즉, 대물렌즈(14)를 통해 약 0°∼30°의 입사각을 가지고 덮개(23)에 입사한 빛이 덮개(23)를 구성하는 비구면 렌즈에서 굴절되어 수직광(입사각≒ 0°)으로 이미지 센서 칩(12)에 입사하게 되는 것이다. 이는 빛을 굴절시켜 평행광으로 만들어주는 렌즈의 효과 때문이다.On the other hand, the light Kd incident to the objective lens 14 obliquely passes through the cover 23, which is an aspherical lens having a higher refractive index than the atmosphere, and the incident angle of the light decreases to be close to the vertical light. That is, the light incident on the cover 23 with the angle of incidence of about 0 ° to 30 ° through the objective lens 14 is refracted by the aspherical lens constituting the cover 23 and is imaged as vertical light (incident angle ≒ 0 °). The sensor chip 12 is incident. This is due to the effect of the lens on refracting light into parallel light.
도 5는 도 4에 도시된 이미지 센서 칩(12)의 중앙 및 가장자리 화소의 단면도이다. 도 5를 참조하면, 도 5의 (a)는 중앙영역(12c) 화소의 단면도이고, 도 5의 (b)는 가장자리영역(12d) 화소의 단면도이다. 우선 도 5의 (a)를 참조하면, 중앙영역(12c)의 화소로 입사되는 빛(Kc)의 경로를 알 수 있다. 이는 도 2의 (a)와 마찬가지로 거의 수직으로 입사하여 마이크로 렌즈(121) 및 컬러필터(122)를 거쳐 단위촬상소자(124)에 입사하기 때문에 차광막(123) 등에 의해 차단되지 않고 바로 단위촬상소자(124)에 도달할 수 있다.5 is a cross-sectional view of the center and edge pixels of the image sensor chip 12 shown in FIG. Referring to FIG. 5, FIG. 5A is a cross-sectional view of a pixel of the center region 12c, and FIG. 5B is a cross-sectional view of a pixel of the edge region 12d. First, referring to FIG. 5A, a path of light Kc incident to a pixel of the center region 12c may be known. As in FIG. 2 (a), since it is incident almost vertically and enters the unit image pickup device 124 through the micro lens 121 and the color filter 122, the unit image pickup device is not blocked by the light blocking film 123 or the like. 124 may be reached.
한편 도 5의 (b)를 참조하면, 가장자리영역(12d)의 화소에 입사하는 빛(Kd)도 덮개(23)의 렌즈 효과로 인해 수직광에 가까운 입사각을 가지고 이미지 센서 칩의 마이크로 렌즈(121)에 입사하게 된다. 따라서 상기 가장자리영역(12d)의 화소에 입사하는 빛(Kd)도 차광막(123)에 의해 차단되지 않고 단위촬상소자(124)에 도달할 수 있게 된다. 즉, 가장자리 영역(12d)에 입사하는 빛(Kd)도 도 5의 (a)에서 중앙영역(12c)의 화소에 입사하는 빛(Kc)과 크게 다르지 않다. Meanwhile, referring to FIG. 5B, the light Kd incident on the pixel of the edge region 12d also has an incident angle close to vertical light due to the lens effect of the cover 23, and thus the microlens 121 of the image sensor chip. Will be joined. Accordingly, the light Kd incident on the pixel of the edge region 12d may also reach the unit image pickup device 124 without being blocked by the light blocking film 123. That is, the light Kd incident on the edge region 12d is also not significantly different from the light Kc incident on the pixel of the center region 12c in FIG. 5A.
따라서, 중앙영역(12c)의 화소이든 가장자리영역(12d)의 화소이든 거의 수직광에 가까운 빛을 받아들일 수 있게 됨으로써 각 화소의 단위촬상소자(124)에 입사되는 빛의 감도가 균일해진다.Therefore, light almost close to vertical light can be received whether the pixel is in the center region 12c or the edge region 12d, so that the sensitivity of the light incident on the unit image pickup device 124 of each pixel becomes uniform.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 패키지에 사용될 수 있는 덮개의 다른 예를 도시한 단면도이다. 도 6에 나타난 덮개(33)는 도 4에서의 덮개(23)와 그 형태가 동일하고 재질이 상이하다. 즉, 도 6의 덮개(33)는 평평한 유리판(33a) 및 하면에 형성된 볼록한 비구면 렌즈(33b)를 포함한다.6 is a cross-sectional view showing another example of a lid that may be used in an image sensor package according to an embodiment of the present invention. The cover 33 shown in FIG. 6 has the same form and material as the cover 23 in FIG. 4. That is, the lid 33 of FIG. 6 includes a flat glass plate 33a and a convex aspherical lens 33b formed on the bottom surface.
볼록한 비구면 렌즈(33b)의 재료는 폴리탄산에스테르(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄(polyurethane), 에폭시 수지(epoxy resin) 등이 될 수 있다. The material of the convex aspherical lens 33b may be polycarbonate, polyimide, polyurethane, epoxy resin, or the like.
유리판(33a)에 비구면 렌즈(33b)를 형성하는 방법은 여러 가지가 있을 수 있는데, 감광유기물질을 도포한 후 노광 및 현상공정을 진행시키는 포토리소그래피 공정을 거쳐, 열공정을 통해 리플로우시킴으로써 비구면 렌즈(33b)를 형성시키는 방법이 있을 수 있고, 유리판(33a)에 유기물을 적층한 상태에서 렌즈연마기로 비구면 렌즈(33b)를 가공할 수도 있으며, 금형틀에 유기물을 채워 비구면 렌즈(33b)형으로 만든 다음 유리판(33a)에 부착시킬 수도 있다.There may be various methods of forming the aspherical lens 33b on the glass plate 33a. The aspherical surface is reflowed through a thermal process through a photolithography process in which the photosensitive organic material is applied, followed by an exposure and development process. There may be a method of forming the lens 33b, the aspherical lens 33b may be processed with a lens polisher in a state in which the organic material is laminated on the glass plate 33a, and the organic material is filled in the mold to form the aspherical lens 33b. It may be made of glass and then attached to the glass plate 33a.
위와 같은 방법으로 제조된 덮개(33)는 굴절률 1.52정도의 유리판(33a)과 굴절률 1.586(폴리탄산에스테르의 경우) 정도의 유기물질의 볼록 비구면 렌즈(33b)로 이루어지게 된다.The cover 33 manufactured by the above method is made of a glass plate 33a having a refractive index of about 1.52 and a convex aspherical lens 33b of an organic material having a refractive index of about 1.586 (in the case of polycarbonate).
대물렌즈(14)로부터 덮개(33)로 입사된 빛은 유리판(33a)과 렌즈(33b)의 접촉면에서 두 매질의 굴절률 차이로 약간의 굴절이 있을 수 있으나 굴절률 차이가 크지 않기 때문에 궁극적으로는 도 4에 나타난 실시예의 덮개(23)와 동일한 효과를 얻을 수 있다.The light incident from the objective lens 14 to the lid 33 may be slightly refracted by the refractive index difference between the two media at the contact surface between the glass plate 33a and the lens 33b, but ultimately, since the refractive index difference is not large. The same effect as that of the lid 23 of the embodiment shown in Fig. 4 can be obtained.
도 7a 및 도 7b는 또 다른 예의 덮개를 도시한 단면도이다. 우선 도 7a를 참조하면, 상기 패키지에 사용되는 덮개(43)는 상면이 볼록한 비구면 렌즈로서 덮개(43)의 재질이 단일한 형태이다. 덮개(43)는 유리, 폴리탄산에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지 등 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.7A and 7B are cross-sectional views showing a lid of another example. First, referring to FIG. 7A, the cover 43 used in the package is an aspherical lens having a convex upper surface, and the cover 43 has a single material. The cover 43 may be made of any one of glass, polycarbonate, polyimide, polyurethane, epoxy resin, and the like.
덮개(43)는 평평한 판과 볼록한 렌즈부분을 나누어 재질을 달리할 수 있는 데, 그와 같은 형태의 덮개(43)가 도 7b에 나타나 있다.The cover 43 may be made of different materials by dividing the flat plate and the convex lens portion, and such a cover 43 is shown in FIG. 7B.
도 7b를 참조하면, 덮개(43)는 평평한 유리판(43a) 및 그 상면에 형성된 볼록한 비구면 렌즈(43c)를 구비한다. 볼록한 비구면 렌즈(43c)는 폴리탄산에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지 등 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.Referring to FIG. 7B, the lid 43 includes a flat glass plate 43a and a convex aspherical lens 43c formed on an upper surface thereof. The convex aspherical lens 43c may be made of any one of polycarbonate ester, polyimide, polyurethane, epoxy resin, and the like.
도 8a 및 도 8b는 또 다른 예의 덮개를 도시한 단면도이다. 우선 도 8a를 참조하면, 상기 패키지에 사용되는 덮개(53)는 그 양면이 볼록한 비구면 렌즈로서 덮개(53)의 재질이 단일한 형태이다. 덮개(53)는 유리, 폴리탄산에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지 등 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.8A and 8B are sectional views showing a lid of another example. First, referring to FIG. 8A, the cover 53 used in the package is an aspherical lens having both surfaces thereof convex, and the cover 53 has a single material. The cover 53 may be made of any one of glass, polycarbonate, polyimide, polyurethane, epoxy resin, and the like.
덮개(53)는 평평한 판과 볼록한 렌즈부분을 나누어 재질을 달리할 수 있는 데, 그와 같은 형태의 덮개(53)가 도 8b에 나타나 있다.The cover 53 may be made of a different material by dividing the flat plate and the convex lens portion, and such a cover 53 is shown in FIG. 8B.
도 8b를 참조하면, 덮개(53)는 평평한 유리판(53a)과 유리판(53a)의 하면에 형성된 볼록한 비구면 렌즈(53b) 및 유리판(53a)의 상면에 형성된 볼록한 비구면 렌즈(53c)를 구비한다. 볼록한 비구면 렌즈(53b, 53c)는 폴리탄산에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지 등 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.Referring to FIG. 8B, the lid 53 includes a flat glass plate 53a, a convex aspherical lens 53b formed on the bottom surface of the glass plate 53a, and a convex aspherical lens 53c formed on the top surface of the glass plate 53a. The convex aspherical lenses 53b and 53c may be made of any one of polycarbonate ester, polyimide, polyurethane, epoxy resin, and the like.
도 9a 및 도 9b는 또 다른 예의 덮개를 도시한 단면도이다. 우선 도 9a를 참조하면, 상기 패키지에 사용되는 덮개(63)는 그 상면이 오목하고 그 하면이 볼록한 비구면 렌즈로서 덮개(63)의 재질이 단일한 형태이다. 덮개(63)는 유리, 폴리탄산에스테르, 폴리이미드, 폴리우레탄, 에폭시 수지 등 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.9A and 9B are sectional views showing another example of the cover. First, referring to FIG. 9A, the lid 63 used in the package is an aspherical lens in which an upper surface is concave and a lower surface thereof is convex, and the cover 63 has a single material. The cover 63 may be made of any one of glass, polycarbonate, polyimide, polyurethane, epoxy resin, and the like.
상기 덮개(63)는 평평한 판과 볼록한 렌즈부분을 나누어 재질을 달리할 수 있는 데, 그와 같은 형태의 덮개(63)가 도 9b에 나타나 있다.The cover 63 may be made of different materials by dividing the flat plate and the convex lens portion, and such a cover 63 is shown in FIG. 9B.
도 9b를 참조하면, 덮개(63)는 평평한 유리판(63a)과 유리판(63a)의 하면에 형성된 볼록한 비구면 렌즈(63b) 및 유리판(63a)의 상면에 형성된 오목한 비구면 렌즈(63c)를 구비한다. 여기서, 오목한 비구면 렌즈(63c)의 곡률반경이 볼록한 비구면 렌즈(63b)의 곡률반경보다 커야 도 4에 도시한 바와 같이 가장자리영역(12d) 화소도 입사하는 빛(Kd)을 화소에 수직한 방향으로 굴절시킬 수 있다.Referring to FIG. 9B, the lid 63 includes a flat glass plate 63a, a convex aspherical lens 63b formed on the bottom surface of the glass plate 63a, and a concave aspherical lens 63c formed on the top surface of the glass plate 63a. Here, the radius of curvature of the concave aspherical lens 63c is greater than the radius of curvature of the convex aspherical lens 63b, as shown in FIG. 4, to refract the light Kd incident to the pixel of the edge region 12d in the direction perpendicular to the pixel. You can.
상기 평평한 판(63a)은 유리(glass)로 이루어지고, 상기 볼록한 비구면 렌즈(63b, 63c)는 폴리탄산에스테르(polycarbonate), 폴리이미드(polyimide), 폴리우레탄(polyurethane), 에폭시 수지(epoxy resin) 등 중 어느 하나로 이루어 질 수 있다.The flat plate 63a is made of glass, and the convex aspherical lenses 63b and 63c are made of polycarbonate, polyimide, polyurethane, and epoxy resin. And so on.
위와 같이 다양한 형태의 덮개를 이미지 센서 패키지에 적용하여 단위촬상소자로 입사되는 빛의 입사각을 균일하게 할 수 있다.As described above, various types of lids may be applied to the image sensor package to uniform the incident angle of light incident on the unit image pickup device.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto and is intended by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of equivalents of the claims to be described.
본 발명의 일 측면에 따르면, 외부의 빛을 수직광으로 굴절시켜 각 화소에 균일하게 집속시킬 수 있다.According to an aspect of the present invention, external light may be refracted by vertical light to uniformly focus on each pixel.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 균일한 광감도를 유지하면서도 얇은 두께로 이미지 센서를 제작할 수 있다.According to another aspect of the invention, it is possible to manufacture an image sensor with a thin thickness while maintaining a uniform light sensitivity.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 다양한 형태의 덮개를 대량으로 생산하여 기존의 패키지에 적용할 수 있으므로, 이미지 센서를 제작하는 데 있어 양산성과 경제성이 높아지는 효과를 거둘 수 있다.According to another aspect of the present invention, since a large number of various types of covers can be produced and applied to an existing package, mass production and economic efficiency can be increased in manufacturing an image sensor.
본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 후술하는 발명의 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다. The following drawings attached to this specification are illustrative of preferred embodiments of the present invention, and together with the detailed description of the invention to serve to further understand the technical spirit of the present invention, the present invention is a matter described in such drawings It should not be construed as limited to
도 1은 종래의 기술에 따른 이미지 센서 패키지의 단면도.1 is a cross-sectional view of an image sensor package according to the prior art.
도 2는 도 1에 도시된 이미지 센서 페키지에서 중앙 및 가장자리 영역 화소의 단면도.FIG. 2 is a cross-sectional view of the center and edge region pixels in the image sensor package shown in FIG. 1. FIG.
도 3은 다른 종래의 기술에 따른 이미지 센서 패키지의 단면도.3 is a cross-sectional view of an image sensor package according to another conventional technique.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 단면도.4 is a cross-sectional view of an image sensor package according to a preferred embodiment of the present invention.
도 5는 도 4에 도시된 이미지 센서 패지키에서 중앙영역 및 가장자리영역 화소의 단면도.5 is a cross-sectional view of a center region and an edge region pixel in the image sensor package key shown in FIG. 4;
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 패키지에 사용되는 덮개(lid)의 다른 예를 도시한 단면도.6 is a cross-sectional view showing another example of a lid used in the image sensor package according to the embodiment of the present invention.
도 7a 및 도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 패키지에 사용되는 덮개의 또 다른 예의 단면도.7A and 7B are cross-sectional views of another example of a lid used in an image sensor package according to an embodiment of the present invention.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 패키지에 사용되는 덮개의 또 다른 예의 단면도.8A and 8B are cross-sectional views of another example of a lid used in an image sensor package according to an embodiment of the present invention.
도 9a 및 도 9b는 본 발명의 실시예에 따른 이미지 센서 패키지에 사용되는 덮개의 또 다른 예의 단면도.9A and 9B are cross-sectional views of another example of a lid used in an image sensor package according to an embodiment of the present invention.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
11 프레임 12 이미지 센서 칩 11 frame 12 image sensor chip
12c 중앙영역의 화소 12d 가장자리영역의 화소12c pixels in center area 12d pixels in edge area
13, 23, 33, 43, 53, 63 덮개 14 대물렌즈13, 23, 33, 43, 53, 63 Cover 14 Objective Lens
lc Kc 중앙영역의 화소로 입사하는 빛의 경로lc Kc Path of light incident on pixels in the center region
ld Kd 가장자리영역의 화소로 빛의 경로ld Kd Path of light to pixels in the edge region
Claims (9)
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020030096207A KR20050064637A (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Package for image sensor advanced in concentration efficiency |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020030096207A KR20050064637A (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Package for image sensor advanced in concentration efficiency |
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| KR20050064637A true KR20050064637A (en) | 2005-06-29 |
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Family Applications (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020030096207A KR20050064637A (en) | 2003-12-24 | 2003-12-24 | Package for image sensor advanced in concentration efficiency |
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|---|---|
| KR (1) | KR20050064637A (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2007094579A1 (en) * | 2006-02-13 | 2007-08-23 | Siliconfile Technologies Inc. | A method of manufacturing image sensor |
| KR101115181B1 (en) * | 2007-08-15 | 2012-02-24 | 마이크론 테크놀로지, 인크. | Method and apparatus for lens alignment for optically sensitive devices and systems implementing same |
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2003
- 2003-12-24 KR KR1020030096207A patent/KR20050064637A/en not_active Application Discontinuation
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