KR20190072319A - 팬-아웃 센서 패키지 - Google Patents

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KR20190072319A
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심지혜
김동진
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최운하
최재민
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Abstract

본 개시는 제1접속패드 및 광학층이 배치된 제1측과 상기 제1측의 반대측인 제2측을 갖는 센서칩, 상기 센서칩의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재, 상기 센서칩의 제1측 및 상기 봉합재 상에 배치되며 상기 제1접속패드와 전기적으로 연결된 재배선층을 포함하는 연결부재, 상기 봉합재를 관통하며 상기 재배선층과 전기적으로 연결된 관통배선, 및 상기 봉합재의 상기 연결부재가 배치된 측의 반대측에 배치되며 상기 관통배선과 전기적으로 연결된 전기연결구조체를 포함하며, 상기 센서칩 및 상기 연결부재는 물리적으로 소정거리 이격되며, 상기 제1접속패드 및 상기 재배선층은 상기 센서칩 및 상기 연결부재 사이에 배치된 제1접속부재를 통하여 전기적으로 연결된, 팬-아웃 센서 패키지에 관한 것이다.

Description

팬-아웃 센서 패키지{FAN-OUT SENSOR PACKAGE}
본 개시는 카메라 모듈 등에 사용되는 팬-아웃 센서 패키지에 관한 것이다.
스마트폰이나 태블릿과 같은 모바일 제품에 채용되는 디바이스의 패키징 기술은 계속해서 소형화 및 고성능화가 요구되고 있다. 즉, 패키지를 소형으로 제조함과 동시에 동일한 공간 내에 더 많은 기능을 부가하는 등의 노력들이 전개되고 있다. 특히, 메인 부품이 아닌 부가 기능을 가지는 부품들에서는 소형화에 대한 요구가 더욱 강해지고 있다. 예를 들면, 카메라 모듈 등에 사용되는 이미지 센서 패키지 역시 소형화 및 고성능화에 대한 요구가 강해지고 있다.
본 개시의 여러 목적 중 하나는 소형화 및 고성능화, 공정 프로세스 간소화, 및 신뢰성 개선이 가능한 새로운 팬-아웃 센서 패키지를 제공하는 것이다.
본 개시를 통하여 제안하는 여러 해결 수단 중 하나는 광학부재 상에 재배선층을 포함하는 연결부재를 형성하고, 별도의 접속부재를 이용하여 연결부재 상에 센서칩을 표면 실장하며, 센서칩을 봉합재로 봉합한 후 봉합재를 관통하는 관통배선을 형성하여 봉합재 하측의 전기연결구조체와 전기적으로 연결하는 것이다. 이때, 광학부재를 분리하지 않고 커버층으로 이용하여 센서칩의 수광부를 밀폐하는 구조를 구현할 수 있다. 또한, 이를 응용하여 센서칩과 나란하게 메모리칩을 배치하고, 이들을 봉합재로 함께 봉합하며, 연결부재의 재배선층을 통하여 이들을 전기적으로 연결하는 것도 고려할 수 있다.
예를 들면, 본 개시에 따른 팬-아웃 센서 패키지는 제1접속패드 및 광학층이 배치된 제1측과 상기 제1측의 반대측인 제2측을 갖는 센서칩, 상기 센서칩의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재, 상기 센서칩의 제1측 및 상기 봉합재 상에 배치되며 상기 제1접속패드와 전기적으로 연결된 재배선층을 포함하는 연결부재, 상기 봉합재를 관통하며 상기 재배선층과 전기적으로 연결된 관통배선, 및 상기 봉합재의 상기 연결부재가 배치된 측의 반대측에 배치되며 상기 관통배선과 전기적으로 연결된 전기연결구조체를 포함하며, 상기 센서칩 및 상기 연결부재는 물리적으로 소정거리 이격되며, 상기 제1접속패드 및 상기 재배선층은 상기 센서칩 및 상기 연결부재 사이에 배치된 제1접속부재를 통하여 전기적으로 연결된 것일 수 있다. 이때, 상기 제1접속부재는 상기 제1접속패드 및 상기 재배선층에 포함된 각각의 금속보다 융점이 낮은 저융점 금속을 포함하는 것일 수 있으며, 저융점 금속은 주석(Sn)을 포함할 수 있다. 한편, 연결부재의 상기 봉합재 및 상기 센서칩이 배치된 측의 반대측에는 글라스 캐리어와 같은 광학부재가 배치되어 있을 수 있다. 또한, 제2접속패드가 배치된 제1측과 상기 제1측의 반대측인 제2측을 갖는 메모리칩이 상기 센서칩과 나란하게 배치되어 봉합재로 적어도 일부가 봉합될 수 있으며, 상기 제2접속패드 및 상기 재배선층이 상기 메모리칩 및 상기 연결부재 사이에 배치된 제2접속부재를 통하여 전기적으로 연결되어, 결과적으로 상기 제1 및 제2접속패드가 상기 재배선층을 통하여 전기적으로 연결될 수도 있다.
본 개시의 여러 효과 중 일 효과로서 소형화 및 고성능화, 공정 프로세스 간소화, 및 신뢰성 개선이 가능한 새로운 팬-아웃 센서 패키지를 제공할 수 있다.
도 1은 전자기기 시스템의 예를 개략적으로 나타내는 블록도다.
도 2는 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도다.
도 3은 팬-인 반도체 패키지의 패키징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 4는 팬-인 반도체 패키지의 패키징 과정을 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 5는 팬-인 반도체 패키지가 BGA 기판 상에 실장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 6은 팬-인 반도체 패키지가 BGA 기판 내에 내장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 7은 팬-아웃 반도체 패키지의 개략적은 모습을 나타낸 단면도다.
도 8은 팬-아웃 반도체 패키지가 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 9는 팬-아웃 센서 패키지의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 10은 도 9의 팬-아웃 센서 패키지의 개략적인 Ⅰ-Ⅰ' 절단 평면도다.
도 11은 도 9의 팬-아웃 센서 패키지의 A 영역의 개략적인 확대 단면도다.
도 12a 내지 도 12d는 도 9의 팬-아웃 센서 패키지의 제조공정의 일례를 개략적으로 나타낸 공정도다.
도 13은 도 9의 팬-아웃 센서 패키지가 적용된 카메라 모듈의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도14는 팬-아웃 센서 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 15는 도 14의 팬-아웃 센서 패키지의 개략적인 Ⅱ-Ⅱ' 절단 평면도다.
도 16은 도 14의 팬-아웃 센서 패키지의 B 영역의 개략적인 확대 단면도다.
도 17a 내지 도 17d는 도 14의 팬-아웃 센서 패키지의 제조공정의 일례를 개략적으로 나타낸 공정도다.
도 18은 도 14의 팬-아웃 센서 패키지가 적용된 카메라 모듈의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 개시에 대해 설명한다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장되거나 축소될 수 있다.
전자기기
도 1은 전자기기 시스템의 예를 개략적으로 나타내는 블록도이다.
도면을 참조하면, 전자기기(1000)는 메인보드(1010)를 수용한다. 메인보드(1010)에는 칩 관련부품(1020), 네트워크 관련부품(1030), 및 기타부품(1040) 등이 물리적 및/또는 전기적으로 연결되어 있다. 이들은 후술하는 다른 부품과도 결합되어 다양한 신호라인(1090)을 형성한다.
칩 관련부품(1020)으로는 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 메모리 칩; 센트랄 프로세서(예컨대, CPU), 그래픽 프로세서(예컨대, GPU), 디지털 신호 프로세서, 암호화 프로세서, 마이크로 프로세서, 마이크로 컨트롤러 등의 어플리케이션 프로세서 칩; 아날로그-디지털 컨버터, ASIC(application-specific IC) 등의 로직 칩 등이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 형태의 칩 관련 부품이 포함될 수 있음은 물론이다. 또한, 이들 부품(1020)이 서로 조합될 수 있음은 물론이다.
네트워크 관련부품(1030)으로는, Wi-Fi(IEEE 802.11 패밀리 등), WiMAX(IEEE 802.16 패밀리 등), IEEE 802.20, LTE(long term evolution), Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPS, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, 3G, 4G, 5G 및 그 이후의 것으로 지정된 임의의 다른 무선 및 유선 프로토콜들이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 다수의 무선 또는 유선 표준들이나 프로토콜들 중의 임의의 것이 포함될 수 있다. 또한, 네트워크 관련부품(1030)이 칩 관련 부품(1020)과 더불어 서로 조합될 수 있음은 물론이다.
기타부품(1040)으로는, 고주파 인덕터, 페라이트 인덕터, 파워 인덕터, 페라이트 비즈, LTCC(low Temperature Co-Firing Ceramics), EMI(Electro Magnetic Interference) filter, MLCC(Multi-Layer Ceramic Condenser) 등이 포함되며, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 기타 다른 다양한 용도를 위하여 사용되는 수동부품 등이 포함될 수 있다. 또한, 기타부품(1040)이 칩 관련 부품(1020) 및/또는 네트워크 관련 부품(1030)과 더불어 서로 조합될 수 있음은 물론이다.
전자기기(1000)의 종류에 따라, 전자기기(1000)는 메인보드(1010)에 물리적 및/또는 전기적으로 연결되거나 그렇지 않을 수도 있는 다른 부품을 포함할 수 있다. 다른 부품의 예를 들면, 카메라(1050), 안테나(1060), 디스플레이(1070), 배터리(1080), 오디오 코덱(미도시), 비디오 코덱(미도시), 전력 증폭기(미도시), 나침반(미도시), 가속도계(미도시), 자이로스코프(미도시), 스피커(미도시), 대량 저장 장치(예컨대, 하드디스크 드라이브)(미도시), CD(compact disk)(미도시), 및 DVD(digital versatile disk)(미도시) 등이 있으며, 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 이 외에도 전자기기(1000)의 종류에 따라 다양한 용도를 위하여 사용되는 기타 부품 등이 포함될 수 있음은 물론이다.
전자기기(1000)는, 스마트 폰(smart phone), 개인용 정보 단말기(personal digital assistant), 디지털 비디오 카메라(digital video camera), 디지털 스틸 카메라(digital still camera), 네트워크 시스템(network system), 컴퓨터(computer), 모니터(monitor), 태블릿(tablet), 랩탑(laptop), 넷북(netbook), 텔레비전(television), 비디오 게임(video game), 스마트 워치(smart watch), 오토모티브(Automotive) 등일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 외에도 데이터를 처리하는 임의의 다른 전자기기일 수 있음은 물론이다.
도 2는 전자기기의 일례를 개략적으로 나타낸 사시도다.
도면을 참조하면, 전자기기는 예컨대 스마트 폰(1100)일 수 있다. 스마트 폰(1100)의 바디(1101) 내부에는 메인보드(1110)가 수용되어 있으며, 메인보드(1110)에는 반도체 패키지(1121)와 같은 다양한 부품(1120)들이 물리적 및/또는 전기적으로 연결되어 있다. 또한, 카메라 모듈(1130)과 같이 메인보드(1110)에 물리적 및/또는 전기적으로 연결되거나 그렇지 않을 수도 있는 다른 부품이 바디(1101) 내에 수용되어 있다. 카메라 모듈(1130)은 이미지 센서 패키지를 포함할 수 있으며, 본 개시에 따른 팬-아웃 이미지 센서 패키지는 이에 이용될 수 있다. 한편, 본 개시에 따른 팬-아웃 센서 패키지가 적용되는 전자기기는 스마트 폰(1100)에 한정되는 것은 아니며, 다른 전자기기에 적용될 수도 있음은 물론이다.
반도체 패키지
본 개시에 따른 팬-아웃 센서 패키지는 반도체 패키지의 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 일반적으로 반도체는 수많은 미세 전기 회로가 집적되어 있으나 그 자체로는 반도체 완성품으로서의 역할을 할 수 없으며, 외부의 물리적 또는 화학적 충격에 의해 손상될 가능성이 존재한다. 그래서 반도체 자체를 그대로 사용하지 않고 반도체를 패키징하여 패키지 상태로 전자기기 등에 사용하고 있다.
반도체 패키징이 필요한 이유는, 전기적인 연결이라는 관점에서 볼 때, 반도체와 전자기기의 메인보드 등의 회로의 폭에 차이가 있기 때문이다. 반도체의 경우 접속패드의 크기와 접속패드간의 간격이 매우 미세한 반면, 메인보드의 경우 부품 실장 패드의 크기 및 부품 실장 패드의 간격이 반도체의 스케일보다 훨씬 크다. 따라서, 반도체를 이러한 메인보드 상에 바로 장착하기 어려우며 상호간의 회로 폭 차이를 완충시켜 줄 수 있는 패키징 기술이 요구되는 것이다.
이러한 패키징 기술에 의하여 제조되는 반도체 패키지는 구조 및 용도에 따라서 팬-인 반도체 패키지(Fan-in semiconductor package)와 팬-아웃 반도체 패키지(Fan-out semiconductor package)로 구분될 수 있다.
이하에서는, 도면을 참조하여 팬-인 반도체 패키지와 팬-아웃 반도체 패키지에 대하여 보다 자세히 알아보도록 한다.
(팬-인 반도체 패키지)
도 3은 팬-인 반도체 패키지의 패키징 전후를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 4는 팬-인 반도체 패키지의 패키징 과정을 개략적으로 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 반도체칩(2220)은 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등을 포함하는 바디(2221), 바디(2221)의 일면 상에 형성된 알루미늄(Al) 등의 도전성 물질을 포함하는 접속패드(2222), 및 바디(2221)의 일면 상에 형성되며 접속패드(2222)의 적어도 일부를 덮는 산화막 또는 질화막 등의 패시베이션막(2223)을 포함하는, 예를 들면, 베어(Bare) 상태의 집적회로(IC)일 수 있다. 이때, 접속패드(2222)는 매우 작기 때문에, 집적회로(IC)는 전자기기의 메인보드 등은 물론, 중간 레벨의 인쇄회로기판(PCB)에도 실장 되기 어렵다.
이에, 접속패드(2222)를 재배선하기 위하여 반도체칩(2220) 상에 반도체칩(2220)의 사이즈에 맞춰 연결부재(2240)를 형성한다. 연결부재(2240)는 반도체칩(2220) 상에 감광성 절연수지(PID)와 같은 절연물질로 절연층(2241)을 형성하고, 접속패드(2222)를 오픈시키는 비아홀(2243h)을 형성한 후, 배선패턴 (2242) 및 비아(2243)를 형성하여 형성할 수 있다. 그 후, 연결부재(2240)를 보호하는 패시베이션층(2250)을 형성하고, 개구부(2251)를 형성한 후, 언더범프금속층(2260) 등을 형성한다. 즉, 일련의 과정을 통하여, 예를 들면, 반도체칩(2220), 연결부재(2240), 패시베이션층(2250), 및 언더범프금속층(2260)을 포함하는 팬-인 반도체 패키지(2200)가 제조된다.
이와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 반도체의 접속패드, 예컨대 I/O(Input/Output) 단자를 모두 소자 안쪽에 배치시킨 패키지형태이며, 팬-인 반도체 패키지는 전기적 특성이 좋으며 저렴하게 생산할 수 있다. 따라서, 스마트폰에 들어가는 많은 소자들이 팬-인 반도체 패키지 형태로 제작되고 있으며, 구체적으로는 소형이면서도 빠른 신호 전달을 구현하는 방향으로 개발이 이루어지고 있다.
다만, 팬-인 반도체 패키지는 I/O 단자를 모두 반도체 안쪽에 배치해야 하는바 공간적인 제약이 많다. 따라서, 이러한 구조는 많은 수의 I/O 단자를 갖는 반도체나 크기가 작은 반도체에 적용하는데 어려운 점이 있다. 또한, 이러한 취약점으로 인하여 전자기기의 메인보드에 팬-인 반도체 패키지가 직접 실장 되어 사용될 수 없다. 반도체의 I/O 단자를 재배선 공정으로 그 크기와 간격을 확대하였다 하더라도, 전자기기 메인보드에 직접 실장 될 수 있을 정도의 크기와 간격을 가지는 것은 아니기 때문이다.
도 5는 팬-인 반도체 패키지가 BGA 기판 상에 실장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 6은 팬-인 반도체 패키지가 BGA 기판 내에 내장되어 최종적으로 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 팬-인 반도체 패키지(2200)는 반도체칩(2220)의 접속패드들(2222), 즉 I/O 단자들이 BGA 기판(2301)을 통하여 다시 한 번 재배선되며, 최종적으로는 BGA 기판(2301) 상에 팬-인 반도체 패키지(2200)가 실장된 상태로 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다. 이때, 솔더볼(2270) 등은 언더필 수지(2280) 등으로 고정될 수 있으며, 외측은 몰딩재(2290) 등으로 커버될 수 있다. 또는, 팬-인 반도체 패키지(2200)는 별도의 BGA 기판(2302) 내에 내장(Embedded) 될 수 도 있으며, 내장된 상태로 BGA 기판(2302)에 의하여 반도체칩(2220)의 접속패드들(2222), 즉 I/O 단자들이 다시 한 번 재배선되고, 최종적으로 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다.
이와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 전자기기의 메인보드에 직접 실장 되어 사용되기 어렵기 때문에, 별도의 BGA 기판 상에 실장된 후 다시 패키징 공정을 거쳐 전자기기 메인보드에 실장되거나, 또는 BGA 기판 내에 내장된 채로 전자기기 메인보드에 실장되어 사용되고 있다.
(팬-아웃 반도체 패키지)
도 7은 팬-아웃 반도체 패키지의 개략적은 모습을 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는, 예를 들면, 반도체칩(2120)의 외측이 봉합재(2130)로 보호되며, 반도체칩(2120)의 접속패드(2122)가 연결부재(2140)에 의하여 반도체칩(2120)의 바깥쪽까지 재배선된다. 이때, 연결부재(2140) 상에는 패시베이션층(2150)이 더 형성될 수 있으며, 패시베이션층(2150)의 개구부에는 언더범프금속층(2160)이 더 형성될 수 있다. 언더범프금속층(2160) 상에는 솔더볼(2170)이 더 형성될 수 있다. 반도체칩(2120)은 바디(2121), 접속패드(2122), 패시베이션막(미도시) 등을 포함하는 집적회로(IC)일 수 있다. 연결부재(2140)는 절연층(2141), 절연층(2241) 상에 형성된 재배선층(2142), 접속패드(2122)와 재배선층(2142) 등을 전기적으로 연결하는 비아(2143)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지는 반도체 상에 형성된 연결부재를 통하여 반도체의 바깥쪽에 까지 I/O 단자를 재배선하여 배치시킨 형태이다. 상술한 바와 같이, 팬-인 반도체 패키지는 반도체의 I/O 단자를 모두 반도체 안쪽에 배치시켜야 하고 이에 소자 사이즈가 작아지면 볼 크기와 피치를 줄여야 하므로 표준화된 볼 레이아웃을 사용할 수 없다. 반면, 팬-아웃 반도체 패키지는 이와 같이 반도체 상에 형성된 연결부재를 통하여 반도체의 바깥쪽에 까지 I/O 단자를 재배선하여 배치시킨 형태인바 반도체의 크기가 작아지더라도 표준화된 볼 레이아웃을 그대로 사용할 수 있는바, 후술하는 바와 같이 전자기기의 메인보드에 별도의 BGA 기판 없이도 실장될 수 있다.
도 8은 팬-아웃 반도체 패키지가 전자기기의 메인보드에 실장된 경우를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는 솔더볼(2170) 등을 통하여 전자기기의 메인보드(2500)에 실장될 수 있다. 즉, 상술한 바와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지(2100)는 반도체칩(2120) 상에 반도체칩(2120)의 사이즈를 벗어나는 팬-아웃 영역까지 접속패드(2122)를 재배선할 수 있는 연결부재(2140)를 형성하기 때문에, 표준화된 볼 레이아웃을 그대로 사용할 수 있으며, 그 결과 별도의 BGA 기판 등 없이도 전자기기의 메인보드(2500)에 실장 될 수 있다.
이와 같이, 팬-아웃 반도체 패키지는 별도의 BGA 기판 없이도 전자기기의 메인보드에 실장 될 수 있기 때문에, BGA 기판을 이용하는 팬-인 반도체 패키지 대비 두께를 얇게 구현할 수 있는바 소형화 및 박형화가 가능하다. 또한, 열 특성과 전기적 특성이 우수하여 모바일 제품에 특히 적합하다. 또한, 인쇄회로기판(PCB)을 이용하는 일반적인 POP(Package on Package) 타입 보다 더 컴팩트하게 구현할 수 있고, 휨 현상 발생으로 인한 문제를 해결할 수 있다.
한편, 팬-아웃 반도체 패키지는 이와 같이 반도체를 전자기기의 메인보드 등에 실장하기 위하여, 그리고 외부의 충격으로부터 반도체를 보호하기 위한 패키지 기술을 의미하는 것으로, 이와는 스케일, 용도 등이 상이하며, 팬-인 반도체 패키지가 내장되는 BGA 기판 등의 인쇄회로기판(PCB)과는 다른 개념이다.
본 개시에 따른 팬-아웃 센서 패키지는 이러한 팬-아웃 반도체 패키지 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 이하에서는, 본 개시에 따른 팬-아웃 센서 패키지에 관하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 9는 팬-아웃 센서 패키지의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 10은 도 9의 팬-아웃 센서 패키지의 개략적인 Ⅰ-Ⅰ' 절단 평면도다.
도 11은 도 9의 팬-아웃 센서 패키지의 A 영역의 개략적인 확대 단면도다.
도면을 참조하면, 일례에 따른 팬-아웃 센서 패키지(100A)는 접속패드(130P) 및 광학층(13S)이 배치된 제1측과 제1측의 반대측인 제2측을 갖는 센서칩(130), 센서칩(130)의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재(140), 센서칩(130)의 제1측 및 봉합재(140) 상에 배치되며 접속패드(130P)와 전기적으로 연결된 재배선층(122a, 122b)을 포함하는 연결부재(120), 봉합재(140)를 관통하며 재배선층(122a, 122b)과 전기적으로 연결된 관통배선(143), 봉합재(140)의 연결부재(120)가 배치된 측의 반대측에 배치되며 관통배선(143)과 전기적으로 연결된 전기연결구조체(150), 연결부재(120)의 봉합재(140) 및 센서칩(130)이 배치된 측의 반대측에 배치된 광학부재(110)를 포함한다. 센서칩(130) 및 연결부재(120)는 물리적으로 소정거리 이격되어 있으며, 접속패드(130P)와 재배선층(122a, 122b)은 센서칩(130) 및 연결부재(120) 사이에 배치된 접속부재(125)를 통하여 전기적으로 연결된다.
한편, 최근 전자기기의 박형화, 다기능화, 및 고성능화를 요구하는 시장의 수요에 대응하기 위해 반도체 패키지 기술을 다양한 어플리케이션에 적용하기 위하여 노력을 하고 있으며, 이러한 어플리케이션 중 대표적인 예로서 전장용 카메라 모듈을 들 수 있다. 전장용 카메라 모듈을 개발하는데 있어서 가장 중요한 항목은 신뢰성 항목들이다. 이를 위해서 일반적으로 전장용 카메라 모듈은 이미지 센서의 수광부를 완전히 밀폐하는 구조를 채택하고 있다. 예를 들면, PCB(Printed Circuit Board) 위에 이미지 센서를 와이어 본딩 방식으로 부착하고, 이후 센서 상부에 글라스 커버를 부착하여 밀폐 구조를 구현할 수 있다. 이 구조의 경우 이미지 센서의 수광부를 밀봉하는 방식을 취하였는바 전장용 카메라 모듈의 신뢰성 확보가 가능하다. 다만, 이러한 구조를 채용하는 경우 PCB의 두께를 줄이기 어려워 박형화에 한계가 있으며, 와이어 본딩으로 인터커넥션을 하기 때문에 충분한 공간 활용이 어려워 소형화 및 고성능화에 한계가 있다. 또한, 와이어 본딩이 강제되며, 패키지 제조 후에 별도의 글라스 커버를 부착해야 하는바 모듈 구현 공정의 프로세스가 복잡하다는 단점이 있다.
반면, 일례에 따른 팬-아웃 센서 패키지(100A)는 광학부재(110) 상에 재배선층(122a, 122b)을 포함하는 연결부재(120)를 형성하고, 별도의 접속부재(125)를 이용하여 연결부재(120) 상에 센서칩(130)을 표면 실장하며, 센서칩(130)을 봉합재(140)로 봉합한 후 봉합재(140)를 관통하는 관통배선(143)을 형성하여 봉합재(140) 하측의 전기연결구조체(150)와 전기적으로 연결한 구조이다. 이와 같이, 와이어 본딩이 아닌 연결부재(120)를 이용하여 센서칩(130)의 접속패드(130P)를 재배선하는바 소형화 및 고성능화가 가능하며, 모듈 제작이 보다 용이하다. 또한, 접속부재(125)를 이용하여 센서칩(130)을 미리 제조한 연결부재(120) 상에 표면 실장하는바 신뢰성이 우수하며, 센서칩(130)의 배치 전에 발생하는 불량으부터 센서칩(130)의 수율이 영향을 받는 것을 방지할 수 있다. 또한, 봉합재(140)를 관통하는 관통배선(143)을 이용하여 상/하 전기적 연결 경로를 구현하는바 박형화 역시 가능하다. 더불어, 광학부재(110)를 분리하지 않고 커버층으로 이용하여 센서칩(130)의 수광부를 밀폐하는 구조를 구현할 수도 있으며, 따라서 전장용 카메라 모듈에 용이하게 적용할 수 있다. 광학부재(110)로 연결부재(120)를 형성하기 위한 글라스 캐리어를 이용하는 경우에는 재료 및 공정 비용 역시 줄일 수 있다.
이하, 일례에 따른 팬-아웃 센서 패키지(100A)에 포함되는 각각의 구성에 대하여 보다 자세히 설명한다.
광학부재(110)는 센서칩(130)의 수광부를 밀폐하는 구조를 구현할 수 있다. 적용되는 어플리케이션에 따라서는 광학부재(110)는 패키지(100A)로부터 분리할 수도 있다. 광학부재(110)는 광투과가 가능한 것이면 재질 등이 특별히 제한되지 않으나, 패키지(100A)의 대량 생산을 위한 캐리어 역할을 동시에 수행하기 위한 프로세스 관점에서 보았을 때, 글라스 캐리어(Glass Carrier)인 것이 보다 바람직하다. 여기서, 글라스 캐리어는 투명한 유리로 형성된 캐리어를 의미하는 것으로, 절연수지에 유리섬유가 포함된 수지층과는 다른 의미이다. 광학부재(110)의 제1측에는 적외선 차단 코팅층(112)이 형성될 수 있고, 제2측에는 배리어층(115)이 형성될 수 있다. 배리어층(115)은 광학부재(110)의 제2측의 중심부가 아닌 외곽부에만 형성될 수 있다. 즉, 광학부재(110)와 연결부재(120) 사이에 배치될 수 있다. 이는 배리어층(115)이 광투과를 막는 것을 방지하기 위함이다. 적외선 차당 코팅층(112)은 적외선(IR)을 차단할 수 있는 물질이라면 그 재료가 특별히 한정되지 않는다. 배리어층(115)은 연결부재(120) 등으로 광이 유입되는 것을 막아줄 수 있으며, 재료로는 공지의 절연수지를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 배리어 기능을 수행할 수 있다면 다른 재료를 포함할 수도 있다.
연결부재(120)는 센서칩(130)의 접속패드(130P)를 재배선할 수 있다. 또한, 연결부재(120)를 센서칩(130)이 다른 구성요소와 연결될 수 있다. 연결부재(120)는 배리어층(115) 상에 배치된 제1절연층(121a), 제1절연층(121a) 상에 배치된 제1재배선층(122a), 제1절연층(121a) 상에 배치되며 제1재배선층(122a)을 덮는 제2절연층(121b), 제2절연층(121b) 상에 배치된 제2재배선층(122b), 및 제1절연층(121a)을 관통하며 제1 및 제2재배선층(122a, 122b)을 전기적으로 연결하는 비아(123)를 포함한다. 필요에 따라서는, 보다 많은 수의 절연층과 재배선층과 비아로 구성될 수도 있고, 보다 적은 수의 절연층과 재배선층으로 구성될 수도 있다. 연결부재(120)는 센서칩(130)의 광학층(130S)을 노출시키는 개구부(120H)를 가진다. 광학층(130S)은 봉합재(140)로 덮이지 않으며, 연결부재(120)의 개구부(120H)를 통하여 광학층(130S)과 광학부재(110) 사이에 공기(Air)가 배치될 수 있다.
절연층(121a, 121b)은 연결부재(120)에 절연영역을 제공한다. 절연층(121a, 121b)의 재료는 특별히 한정되는 않는다. 예를 들면, 절연물질이 사용될 수 있는데, 이때 절연물질로는 에폭시 수지와 같은 열경화성 수지, 폴리이미드와 같은 열가소성 수지, 또는 이들 수지가 무기필러 및/또는 유리섬유(Glass Fiber, Glass Cloth, Glass Fabric) 등의 심재에 함침된 수지가 사용될 수 있다. 보다 바람직하게는, 절연층(121a, 121b)에 형성되는 재배선층(122a, 122b)과 비아(123)의 파인 피치를 위하여 감광성 절연물질(PID: Photo Image-able Dielectric)이 사용될 수 있다. 절연층(121a, 121b)은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있으며, 경화 결과에 따라서 이들 사이의 경계가 모호할 수도 있다.
재배선층(122a, 122b)은 실질적으로 접속패드(130P)를 재배선한다. 재배선층(122a, 122b)의 형성물질로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질을 사용할 수 있다. 재배선층(122a, 122b)은 해당 층의 설계 디자인에 따라 다양한 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 그라운드(GrouND: GND) 패턴, 파워(PoWeR: PWR) 패턴, 신호(Signal: S) 패턴 등을 포함할 수 있다. 여기서, 신호(S) 패턴은 그라운드(GND) 패턴, 파워(PWR) 패턴 등을 제외한 각종 신호, 예를 들면, 데이터 신호 등을 포함한다. 또한, 비아 패드, 접속부재 패드 등을 포함할 수 있다.
노출된 일부 재배선층(122b)의 표면에는 필요에 따라 표면처리층(미도시)이 형성될 수 있다. 표면처리층(미도시)은, 예를 들어, 전해 금도금, 무전해 금도금, OSP 또는 무전해 주석도금, 무전해 은도금, 무전해 니켈도금/치환금도금, DIG 도금, HASL 등에 의해 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
비아(123)는 서로 다른 층에 형성된 재배선층(122a, 122b)을 전기적으로 연결시키며, 그 결과 연결부재(120) 내에 전기적 경로를 형성시킨다. 비아(123)의 형성물질로는 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질을 사용할 수 있다. 비아(123)는 도전성 물질로 완전히 충전될 수 있으며, 또는 도전성 물질이 비아의 벽을 따라 형성된 것일 수도 있다. 또한, 단면 형상이 테이퍼 형상 등 당해 기술분야에 공지된 모든 형상이 적용될 수 있다.
센서칩(130)은 접속패드(130P)와 광학층(130S)이 배치된 제1측과 제1측의 반대측인 제2측을 가진다. 센서칩(130)의 바디를 이루는 모재로는 실리콘(Si), 게르마늄(Ge), 갈륨비소(GaAs) 등이 사용될 수 있다. 바디에는 다양한 회로가 형성되어 있을 수 있다. 즉, 센서칩(130)은 웨이퍼 공정으로 제조된 직접회로(IC: Integrated Circuit) 형태의 다이(Die)일 수 있다. 접속패드(130P)는 센서칩(130)을 다른 구성요소와 전기적으로 연결시키기 위한 것으로, 형성물질로는 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 도전성 물질을 사용할 수 있다. 광학층(130S)은 렌즈층일 수 있으며, 보다 구체적으로는 마이크로 렌즈층일 수 있다. 광학층(130S)은 복수의 렌즈층으로 구성될 수도 있다.
센서칩(130)은 로직다이(130A) 및 센서다이(130B)의 접합구조 형태일 수 있다. 로직다이(130A) 및 센서다이(130B)는 각각 집적회로(IC) 형태의 다이일 수 있으며, 웨이퍼 상에서 접합되어 함께 소잉된 것일 수 있다. 로직다이(130A)와 센서다이(130B)는 센서다이(130B)를 관통하는 실리콘관통비아(TSV: Through Silicon Via, 130V)를 통하여 전기적으로 연결될 수 있다. 한편, 센서다이(130B)는 이미지 센서, 보다 구체적으로는 CMOS(Completementary Metal-Oxide Semiconductor) 타입, CCD(Charge Coupled Device) 타입 등의 백사이드 이미지 센서일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 도면에 도시한 바와 달리, 로직다이(130A)의 두께는 센서다이(130B)의 두께보다 두꺼울 수 있다.
접속부재(125)는 센서칩(130) 및 연결부재(120) 사이에 배치되며, 접속패드(130P)와 재배선층(122a, 122b)을 전기적으로 연결시킨다. 접속부재(125)는 저융점 금속을 포함한다. 저융점 금속은 접속패드(130P) 및 재배선층(122a, 122b)에 포함된 각각의 금속보다 융점이 낮은 것을 의미한다. 이러한 저융점 금속으로는, 예를 들면, 주석(Sn)을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 구체적으로는 접속부재(125)는 솔더볼(Solder Ball)일 수 있으며, 이때 솔더볼은 주석(Sn)을 포함하는 합금재료, 예를 들면, 주석(Sn)-구리(Cu), 주석(Sn)-은(Ag), 주석(Sn)-은(Ag)-구리(Cu) 등으로 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
언더필수지(128)는 접속부재(125)로 연결된 센서칩(130)을 고정하는 역할을 수행한다. 언더필수지(128)는 생략될 수도 있다. 언더필수지(128)는 에폭시와 같은 접착성을 갖는 공지의 절연수지를 포함할 수 있다. 언더필수지(128)는 접속부재(125)의 적어도 일부를 덮는다. 또한, 연결부재(120) 및 센서칩(130)의 일부도 덮을 수 있다. 언더필수지(128)를 통하여 센서칩(130)의 엣지부가 고정되어 신뢰성이 개선될 수 있다.
봉합재(140)는 센서칩(130)을 보호한다. 봉합재(140)는 센서칩(130)의 적어도 일부를 봉합한다. 봉합형태는 특별히 제한되지 않으며, 센서칩(130)의 제1측 및 제2측 사이의 측면의 적어도 일부와 제2측의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 봉합재(140)의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들면, 절연수지, 심재, 필러 등을 포함하는 프리프레그(prepreg)일 수도 있고, 절연수지 및 필러를 포함하는 ABF(Ajinomoto Build-up Film) 등일 수도 있다. 필요에 따라서는, 감광성 절연물질을 포함하는 PIE(Photo Image-able Encapsulant)일 수도 있다. 봉합재(140)의 재료의 광학 특성을 이용하여 외부에서 유입되는 광 노이즈의 차단도 가능하다.
관통배선(143)은 봉합재(140)를 관통한다. 관통배선(143)은 연결부재(120)의 재배선층(122b)과 연결된다. 연결부재(120)의 재배선층(122a, 122b)를 거쳐 센서칩(130)의 접속패드(130P)와 전기적으로 연결된다. 관통배선(143)은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 원기둥 형상, 모래시계 형상 등 공지의 단면 형상을 가질 수 있다. 봉합재(140)의 연결부재(120)가 배치된 측의 반대측에는 전기연결구조체를 위한 패드층(142)이 배치될 수 있으며, 패드층(142) 역시 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 니켈(Ni), 납(Pb), 티타늄(Ti), 또는 이들의 합금 등의 도전성 물질을 포함할 수 있다.
전기연결구조체(150)는 팬-아웃 센서 패키지(100A)를 외부와 물리적 및/또는 전기적으로 연결시키기 위한 구성이다. 예를 들면, 팬-아웃 센서 패키지(100A)는 전기연결구조체(150)를 통하여 전자기기의 메인보드에 실장될 수 있다. 전기연결구조체(150)는 저융점 금속, 예를 들면, 주석(Sn)을 포함하는 솔더(solder) 등으로 형성될 수 있으나, 이는 일례에 불과하며 재질이 특별히 이에 한정되는 것은 아니다. 전기연결구조체(150)는 랜드(land), 볼(ball), 핀(pin) 등일 수 있다. 전기연결구조체(150)는 다중층 또는 단일층으로 형성될 수 있다. 다중층으로 형성되는 경우에는 구리 필러(pillar) 및 솔더를 포함할 수 있으며, 단일층으로 형성되는 경우에는 주석-은 솔더나 구리를 포함할 수 있으나, 역시 이는 일례에 불과하며 이에 한정되는 것은 아니다.
전기연결구조체(150)의 개수, 간격, 배치 형태 등은 특별히 한정되지 않으며, 통상의 기술자에게 있어서 설계 사항에 따라 충분히 변형이 가능하다. 예를 들면, 전기연결구조체(150)의 수는 접속패드(130P)의 수에 따라서 수십 내지 수백만 개일 수 있으며, 그 이상 또는 그 이하의 수를 가질 수도 있다. 전기연결구조체(150)가 솔더볼인 경우, 전기연결구조체(150)는 패드층(142)의 측면을 덮을 수 있으며, 접속 신뢰성이 더욱 우수할 수 있다.
전기연결구조체(150) 중 적어도 하나는 팬-아웃 영역에 배치된다. 팬-아웃 영역이란 센서칩(130)이 배치된 영역을 벗어나는 영역을 의미한다. 팬-아웃(fan-out) 패키지는 팬-인(fan-in) 패키지에 비하여 신뢰성이 우수하고, 다수의 I/O 단자 구현이 가능하며, 3D 인터코넥션(3D interconnection)이 용이하다. 또한, BGA(Ball Grid Array) 패키지, LGA(Land Grid Array) 패키지 등과 비교하여 패키지 두께를 얇게 제조할 수 있으며, 가격 경쟁력이 우수하다.
도 12a 내지 도 12d는 도 9의 팬-아웃 센서 패키지의 제조공정의 일례를 개략적으로 나타낸 공정도다.
도 12a를 참조하면, 먼저, 광학부재(110)를 준비한다. 광학부재(110)는 상술한 바와 같이 제조공정에서 캐리어로 이용되는바, 광학부재(110)로 글라스 캐리어를 사용하는 것이 바람직하다. 글라스 캐리어는 투명한 유리 재질로 대면적을 갖는 것일 수 있으며, 추후 다이싱에 의하여 복수개로 나눠질 수 있다. 다음으로, 선택적으로 광학부재(110)의 제1측 및 제2측에 각각 적외선 차단 코팅층(112) 및 배리어층(115)을 형성한다. 이들은 공지의 코팅 방법으로 형성할 수 있다. 다음으로, 광학부재(110)의 배리어층(115) 상에 연결부재(120)를 형성한다. 연결부재(120)는 PID 등을 이용하여 제1절연층(121a)을 라미네이션 또는 도포 방법으로 형성하고, 제1절연층(121a) 상에 제1재배선층(122a)을 공지의 도금 방법으로 형성하고, 제1절연층(121a) 상에 제1재배선층(122a)을 덮는 제2절연층(121b)을 유사한 방법으로 형성하고, 제2절연층(121b)에 포토리소그래피 방법 등으로 블라인드 비아홀을 형성한 후, 제2절연층(121b) 상에 그리고 비아홀에 공지의 도금 공정으로 제2재배선층(122b) 및 비아(123)를 형성하고, 그 후 포토리소그래피 방법이나 레이저 및/또는 기계적 드릴 등으로 개구부(120H)를 형성하는 방법으로 형성할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 다음으로, 연결부재(120)의 제2재배선층(122b) 중 패드패턴 상에 솔더 재료 등을 이용하여 접속부재(125)를 형성한다. 다음으로, 접속패드(130P)가 접속부재(125)와 연결되도록 센서칩(130)을 연결부재(120) 상에 실장한다. 그 후, 리플로우(Reflow) 공정을 수행한다. 다음으로, 선택적으로 센서칩(130)의 접속부재(125)와 연결된 엣지부에 언더필수지(128)를 형성한다. 언더필수지(128)는 접착성을 갖는 절연재료를 코팅하는 방법으로 형성할 수 있다.
도 12c를 참조하면, 다음으로, 봉합재(140)로 센서칩(130)을 봉합한다. 봉합재(140)는 ABF 등을 라미네이션하는 방법으로 형성할 수 있다. 다음으로, 연결부재(120)의 제2재배선층(122b)의 패드패턴을 노출시키도록 봉합재(140)를 관통하는 관통홀(140h)을 형성한다. 관통홀(140h)은 기계적 드릴 및/또는 레이저 드릴 등으로 형성할 수 있다. 다음으로, 봉합재(140)의 표면과 관통홀(140h)의 벽면과 관통홀(140h)로 노출된 연결부재(120)의 제2재배선층(122b)의 패드패턴 상에 시드층(140s)을 형성한다. 시드층(140s)은 스퍼터, 화학동도금 등으로 형성할 수 있다.
도 12d를 참조하면, 다음으로, 시드층(140s)을 이용하여 도금 공정으로 관통배선(143) 및 패드층(142)을 형성한다. 다음으로, 봉합재(140) 상에 패드층(142)과 연결되도록 전기연결구조체(150)를 형성한다. 그 후, 리플로우 공정을 수행한다. 일련의 과정으로 광학부재(110)를 이용하여 복수의 패키지(100A)가 형성될 수 있으며, 이후 다이싱 공정으로 대량의 패키지(100A)를 얻을 수 있다.
도 13은 도 9의 팬-아웃 센서 패키지가 적용된 카메라 모듈의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 일례에 따른 카메라 모듈(300A)은 회로기판(250), 회로기판(250) 상에 배치된 이미지 센서 패키지(100A), 및 이미지 센서 패키지(100A) 상에 배치된 렌즈 부재(310)를 포함한다. 회로기판(250)은 전장용 카메라 모듈 등에 사용되는 메인보드와 같은 공지의 인쇄회로기판(PCB)일 수 있다. 이미지 센서 패키지(100A)는 상술한 일례에 따른 팬-아웃 센서 패키지(100A)일 수 있다. 렌즈 부재(310)는 카메라 렌즈를 포함하는 공지의 구성일 수 있다. 예를 들면, 렌즈 부재(310)는 렌즈 모듈, 렌즈 모듈을 수용하는 하우징, 액츄에이터, 볼 베어링부, 케이스, 제어부 등을 포함할 수 있다. 렌즈 모듈은 렌즈 배럴과 렌즈 배럴을 내부에 수용하는 렌즈 홀더를 포함할 수 있다. 렌즈 배럴은 피사체를 촬상하는 복수의 렌즈가 내부에 수용될 수 있도록 중공의 원통 형상일 수 있으며, 복수의 렌즈는 광축을 따라 렌즈 배럴에 구비될 수 있다. 복수의 렌즈는 렌즈 모듈의 설계에 따라 필요한 수만큼 적층될 수 있으며, 각각 동일하거나 상이한 굴절률 등의 광학적 특성을 가질 수 있다. 렌즈 배럴은 렌즈 홀더와 결합할 수 있다. 예를 들어, 렌즈 배럴은 렌즈 홀더에 구비된 중공에 삽입되며, 렌즈 배럴과 렌즈 홀더는 나사결합 방식으로 결합되거나 접착제를 통해 결합될 수 있다.
도14는 팬-아웃 센서 패키지의 다른 일례를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도 15는 도 14의 팬-아웃 센서 패키지의 개략적인 Ⅱ-Ⅱ' 절단 평면도다.
도 16은 도 14의 팬-아웃 센서 패키지의 B 영역의 개략적인 확대 단면도다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 팬-아웃 센서 패키지(100B)는 센서칩(130)과 나란하게(Side-by-Side) 배치되며 접속패드(135P)가 배치된 제1측과 제1측의 반대측인 제2측을 갖는 메모리칩(135)을 더 포함한다. 봉합재(140)는 메모리칩(135)의 적어도 일부도 봉합한다. 예컨대, 봉합재(140)는 메모리칩(135)의 제1측과 제2측과 제1측 및 제2측 사이의 측면 각각의 적어도 일부를 덮을 수 있다. 연결부재(120)는 메모리칩(135)의 제1측에도 배치되며, 재배선층(122a, 122b)은 메모리칩(135)의 접속패드(135P)와도 전기적으로 연결된다. 메모리칩(135)과 연결부재(120) 역시 물리적으로 소정거리 이격되며, 이들 사이에도 접속부재(125)가 배치되어 재배선층(122a, 122b)과 메모리칩(135)의 접속패드(135P)를 전기적으로 연결시킨다. 센서칩(130)의 접속패드(130P)와 메모리칩(135)의 접속패드(135P)는 재배선층(122a, 122b)을 통하여 전기적으로 연결된다. 메모리칩(135)의 접속패드(135P 역시 재배선층(122a, 122b)을 거쳐 관통배선(143)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 그 결과 전기연결구조체(150)와도 전기적으로 연결될 수 있다. 센서칩(130) 및 메모리칩(135) 각각의 일측면이 서로 물리적으로 접할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 필요에 따라서는 이들이 소정거리 이격되어 배치될 수도 있다. 메모리칩(135)은 휘발성 메모리(예컨대, DRAM), 비-휘발성 메모리(예컨대, ROM), 플래시 메모리 등의 공지의 메모리칩일 수 있으며, 필요에 따라서는 복수의 메모리가 적층된 형태를 가질 수도 있다.
한편, 현재 스마트폰에 들어가는 주요 부품의 대표적인 예로는 카메라 모듈을 들 수 있다. 일반적으로, 스마트폰에 들어가는 카메라 모듈은 RF-PCB 위에 이미지 센서를 와이어 본딩 방식으로 부착하고, 이미지 센서 위에 광학 특성을 조정하는 적외선 필터를 포함하는 렌즈부를 배치한 구조를 가지고 있으며, 최근에는 고해상도 적용과 초고속 촬영 등으로 인한 이미지 처리속도가 증가하면서 별도의 대용량 메모리를 이미지 센서 근처에 배치하는 것이 요구됨에 따라 이미지 센서의 하부에 별도의 메모리칩을 부착하는 방법이 고려되고 있다. 다만, 이러한 구조에서는 로직과 메모리의 연결을 위하여 TSV를 이미지 센서의 로직 부분까지 관통하도록 형성해야 하며, 이미지 센서의 하부에 별도의 메모리를 부착해야 하는바, 이러한 공정들의 추가로 비용이 증가하고 수율이 낮아지는 문제가 발생할 수 있다. 또한, 카메라 모듈에 있어서 가장 중요하게 여기는 두께가 증가하게 되는바, 스마트폰과 같은 전자기기에 적용하는데 어려움이 예상된다.
반면, 다른 일례에 따른 팬-아웃 센서 패키지(100B)는 센서칩(130)과 메모리칩(135)을 나란하게 배치하여 접속부재(125) 및 연결부재(120)를 통하여 전기적으로 연결하는바, 두께의 증가 없이도 센서칩(130)과 메모리칩(135)의 일체화를 통하여 양자간 고속 통신이 가능하다. 또한, 광학부재(110)의 일면에 선택적으로 적외선 차단 코팅층(112)을 형성함으로써 렌즈부에 적용되던 별도의 적외선 필터를 생략할 수 있다. 또한, 다른 일례에 따른 팬-아웃 센서 패키지(100B) 역시 와이어 본딩이 아닌 연결부재(120)를 이용하여 센서칩(130) 및 메모리칩(135)의 접속패드(130P, 135P)를 재배선하는바 소형화 및 고성능화가 가능하며, 모듈 제작이 보다 용이하다. 또한, 접속부재(125)를 이용하여 센서칩(130) 및 메모리칩(135)을 미리 제조한 연결부재(120) 상에 표면 실장하는바 신뢰성이 우수하며, 센서칩(130) 및 메모리칩(135)의 배치 전에 발생하는 불량으부터 센서칩(130) 및 메모리칩(135)의 수율이 영향을 받는 것을 방지할 수 있다. 또한, 봉합재(140)를 관통하는 관통배선(143)을 이용하여 상/하 전기적 연결 경로를 구현하는바 박형화 역시 가능하다. 더불어, 광학부재(110)를 분리하지 않고 커버층으로 이용하여 센서칩(130)의 수광부를 밀폐하는 구조를 구현할 수도 있으며, 광학부재(110)로 글라스 캐리어를 이용하는 경우에는 재료 및 공정 비용 역시 줄일 수 있다. 그 외에 다른 내용은 상술한 바와 실질적으로 동일한바, 자세한 설명은 생략한다.
도 17a 내지 도 17d는 도 14의 팬-아웃 센서 패키지의 제조공정의 일례를 개략적으로 나타낸 공정도다.
도면을 참조하면, 먼저, 광학부재(110)를 준비한다. 다음으로, 선택적으로 광학부재(110)의 제1측 및 제2측에 각각 적외선 차단 코팅층(112) 및 배리어층(115)을 형성한다. 다음으로, 광학부재(110)의 배리어층(115) 상에 연결부재(120)를 형성한다. 다음으로, 연결부재(120)의 제2재배선층(122b) 중 패드패턴 상에 솔더 재료 등을 이용하여 접속부재(125)를 형성한다. 다음으로, 접속패드(130P, 135P)가 접속부재(125)와 연결되도록 센서칩(130) 및 메모리칩(135)을 연결부재(120) 상에 실장한다. 그 후, 리플로우(Reflow) 공정을 수행한다. 다음으로, 선택적으로 센서칩(130)의 접속부재(125)와 연결된 엣지부에 언더필수지(128)를 형성한다. 다음으로, 봉합재(140)로 센서칩(130) 및 메모리칩(135)을 봉합한다. 다음으로, 연결부재(120)의 제2재배선층(122b)의 패드패턴을 노출시키도록 봉합재(140)를 관통하는 관통홀(140h)을 형성한다. 다음으로, 봉합재(140)의 표면과 관통홀(140h)의 벽면과 관통홀(140h)로 노출된 연결부재(120)의 제2재배선층(122b)의 패드패턴 상에 시드층(140s)을 형성한다. 다음으로, 시드층(140s)을 이용하여 도금 공정으로 관통배선(143) 및 패드층(142)을 형성한다. 다음으로, 봉합재(140) 상에 패드층(142)과 연결되도록 전기연결구조체(150)를 형성한다. 그 후, 리플로우 공정을 수행한다. 일련의 과정으로 광학부재(110)를 이용하여 복수의 패키지(100B)가 형성될 수 있으며, 이후 다이싱 공정으로 대량의 패키지(100B)를 얻을 수 있다. 그 외에 다른 설명은 상술한 바와 실질적으로 동일한바, 자세한 설명은 생략한다.
도 18은 도 14의 팬-아웃 센서 패키지가 적용된 카메라 모듈의 일례를 개략적으로 나타낸 단면도다.
도면을 참조하면, 다른 일례에 따른 카메라 모듈(300B)은 지지기판(210), 지지기판(210) 상에 배치된 회로기판(220), 회로기판(220) 상에 배치된 이미지 센서 패키지(100A), 회로기판(220) 상에 배치된 전자부품(230), 및 이미지 센서 패키지(100A) 상에 배치된 렌즈 부재(310)를 포함한다. 지지기판(210)은 접착제를 매개로 하여 회로기판(220)의 하측에 부착될 수 있다. 지지기판(210)은 카메라 모듈(300A)의 다른 구성요소들을 지지할 수 있다. 지지기판(210)의 재질에 따라서 회로기판(200)이 휘어지는 것을 방지할 수 있다. 지지기판(210)은 스테인레스 재질로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 절연물질로 이루어질 수도 있다. 지지기판(210)은 생략될 수도 있다. 회로기판(220)은 리지드 인쇄회로기판(Rigid Printed Circuit Board: RPCB), 플렉서블 인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB), 또는 이들이 결합된 리지드-플렉서블 인쇄회로기판(Rigid-Flexible Printed Circuit Board: RFPCB)일 수 있다. 이미지 센서 패키지(100A)는 상술한 다른 일례에 따른 팬-아웃 센서 패키지(100B)일 수 있다. 렌즈 부재(310)는 상술한 바와 같은 카메라 렌즈를 포함하는 공지의 구성일 수 있다. 그 외에 다른 설명은 상술한 바와 실질적으로 동일한바, 자세한 설명은 생략한다.
본 개시에서 하측, 하부, 하면 등은 편의상 도면의 단면을 기준으로 팬-아웃 센서 패키지의 실장 면을 향하는 방향을 의미하는 것으로 사용하였고, 상측, 상부, 상면 등은 그 반대 방향으로 사용하였다. 다만, 이는 설명의 편의상 방향을 정의한 것으로, 특허청구범위의 권리범위가 이러한 방향에 대한 기재에 의하여 특별히 한정되는 것이 아님은 물론이다.
본 개시에서 연결된다는 의미는 직접 연결된 것뿐만 아니라, 접착제 층 등을 통하여 간접적으로 연결된 것을 포함하는 개념이다. 또한, 전기적으로 연결된다는 의미는 물리적으로 연결된 경우와 연결되지 않은 경우를 모두 포함하는 개념이다. 또한, 제1, 제2 등의 표현은 한 구성요소와 다른 구성요소를 구분 짓기 위해 사용되는 것으로, 해당 구성요소들의 순서 및/또는 중요도 등을 한정하지 않는다. 경우에 따라서는 권리범위를 벗어나지 않으면서, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수도 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로 명명될 수도 있다.
본 개시에서 사용된 일례 라는 표현은 서로 동일한 실시 예를 의미하지 않으며, 각각 서로 다른 고유한 특징을 강조하여 설명하기 위해서 제공된 것이다. 그러나, 상기 제시된 일례들은 다른 일례의 특징과 결합되어 구현되는 것을 배제하지 않는다. 예를 들어, 특정한 일례에서 설명된 사항이 다른 일례에서 설명되어 있지 않더라도, 다른 일례에서 그 사항과 반대되거나 모순되는 설명이 없는 한, 다른 일례에 관련된 설명으로 이해될 수 있다.
본 개시에서 사용된 용어는 단지 일례를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 개시를 한정하려는 의도가 아니다. 이때, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

Claims (16)

  1. 제1접속패드 및 광학층이 배치된 제1측과 상기 제1측의 반대측인 제2측을 갖는 센서칩;
    상기 센서칩의 적어도 일부를 봉합하는 봉합재;
    상기 센서칩의 제1측 및 상기 봉합재 상에 배치되며, 상기 제1접속패드와 전기적으로 연결된 재배선층을 포함하는 연결부재;
    상기 봉합재를 관통하며, 상기 재배선층과 전기적으로 연결된 관통배선; 및
    상기 봉합재의 상기 연결부재가 배치된 측의 반대측에 배치되며, 상기 관통배선과 전기적으로 연결된 전기연결구조체; 를 포함하며,
    상기 센서칩 및 상기 연결부재는 물리적으로 소정거리 이격되며,
    상기 제1접속패드 및 상기 재배선층은 상기 센서칩 및 상기 연결부재 사이에 배치된 제1접속부재를 통하여 전기적으로 연결된,
    팬-아웃 센서 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1접속부재는 상기 제1접속패드 및 상기 재배선층에 포함된 각각의 금속보다 융점이 낮은 저융점 금속을 포함하는,
    팬-아웃 센서 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 저융점 금속은 주석(Sn)을 포함하는,
    팬-아웃 센서 패키지.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1접속부재는 솔더볼인,
    팬-아웃 센서 패키지.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 연결부재의 상기 봉합재 및 상기 센서칩이 배치된 측의 반대측에 배치된 광학부재; 를 더 포함하는,
    팬-아웃 센서 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학부재는 글라스 캐리어인,
    팬-아웃 센서 패키지.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 광학부재의 제1측에 배치된 적외선 차단층; 을 더 포함하는,
    팬-아웃 센서 패키지.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 광학부재의 상기 제1측의 반대측인 제2측에 배치된 배리어층; 을 더 포함하며,
    상기 배리어층은 상기 광학부재 및 상기 연결부재 사이에 배치된,
    팬-아웃 센서 패키지.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 봉합재는 상기 센서칩의 광학층을 덮지 않으며,
    상기 연결부재는 상기 광학층을 노출시키는 개구부를 갖는,
    팬-아웃 센서 패키지.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1접속부재의 적어도 일부를 덮는 언더필수지; 를 더 포함하는,
    팬-아웃 센서 패키지.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서칩은 로직다이 및 상기 로직다이 상에 배치된 센서다이를 포함하며,
    상기 센서칩의 제1측은 상기 센서다이의 일측이고,
    상기 센서칩의 제2측은 상기 로직다이의 일측인,
    팬-아웃 센서 패키지.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 센서다이는 CIS(CMOS Image Sensor) 타입인,
    팬-아웃 센서 패키지.
  13. 제 11 항에 있어서,
    상기 로직다이 및 상기 센서다이는 TSV(Through Silicon Via)를 통하여 전기적으로 연결된,
    팬-아웃 센서 패키지.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서칩과 나란하게(Side-by-Side) 배치되며, 제2접속패드가 배치된 제1측과 상기 제1측의 반대측인 제2측을 갖는 메모리칩; 을 더 포함하며,
    상기 봉합재는 상기 메모리칩의 적어도 일부도 봉합하며,
    상기 연결부재는 상기 메모리칩의 제1측에도 배치되며,
    상기 재배선층은 상기 제2접속패드와도 전기적으로 연결되며,
    상기 메모리칩 및 상기 연결부재는 물리적으로 소정거리 이격되며,
    상기 제2접속패드 및 상기 재배선층은 상기 메모리칩 및 상기 연결부재 사이에 배치된 제2접속부재를 통하여 전기적으로 연결되며,
    상기 제1 및 제2접속패드는 상기 재배선층을 통하여 전기적으로 연결된,
    팬-아웃 센서 패키지.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 센서칩 및 상기 메모리칩은 각각의 측면이 서로 물리적으로 접하는,
    팬-아웃 센서 패키지.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 제2접속부재는 상기 제2접속패드 및 상기 재배선층에 포함된 각각의 금속보다 융점이 낮은 저융점 금속을 포함하는,
    팬-아웃 센서 패키지.
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