WO2020209557A1 - 이미지 센서 패키지, 모듈 및 그 제조 방법 - Google Patents

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WO2020209557A1
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optical
image sensor
optical sensor
substrate
prism
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PCT/KR2020/004625
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서광원
박종수
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하나마이크론(주)
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    • H01L2224/73251—Location after the connecting process on different surfaces
    • H01L2224/73265—Layer and wire connectors

Definitions

  • the present invention relates to an image sensor package, a module, and a method of manufacturing the same, and more specifically, an image sensor that is installed under an organic light emitting diode (OLED) other display panel that does not use a backlight and performs a light sensing operation It relates to a package, a module and a method of manufacturing the same.
  • OLED organic light emitting diode
  • image sensors used in mobile phones, digital cameras, digital camcorders, sensors for automobiles, biotechnology, robots, and medical devices are semiconductor devices that take optical images and convert them into electrical signals. It is composed of a sensing part and a logic circuit part that processes the detected light into electrical signals and converts them into data.
  • the present invention was devised to solve the problems of the prior art as described above, and an object of the present invention is to form an optical path for each pixel of an optical sensor, and to transmit optical signals normally. It is to provide an improved image sensor package, module, and manufacturing method thereof.
  • Another object of the present invention is to provide an image sensor package, a module, and a method of manufacturing the same in which an optical path is formed for each pixel of an optical sensor in which a space margin is secured between an optical sensor and a top glass.
  • the image sensor package of the present invention includes a substrate, an optical sensor attached to the upper surface of the substrate, a wire electrically connecting the substrate and the optical sensor, and the substrate And a barrier attached around an upper surface, a top glass supported by the barrier, a first optical structure provided under the top glass, and a second optical structure provided above the optical sensor.
  • a module substrate that may include a signal processing element, a memory element, an integrated driver circuit, an external connection socket, etc. as a driving unit capable of performing an additional function of an optical sensor may be used.
  • the method of manufacturing an image sensor package of the present invention includes preparing a bare glass, forming a plurality of prisms and one or more dummy structures on the bottom of the bare glass, and cutting the bare glass to each Forming a top glass, laminating a photoresist pattern on the upper surface of the optical sensor, forming a plurality of microlenses on the upper surface of the photoresist pattern, die bonding the optical sensor on a substrate, and Wire bonding the optical sensor, dam bonding the barrier on the substrate, and bonding the top glass and the barrier using a glass adhesive member on the upper portion of the barrier.
  • the condensing function is improved, but the condensing effect of each pixel unit can be further improved by allowing the prism and the lens to correspond to each other.
  • each prism and each lens are vertically aligned using a dummy structure to form a uniform light transmission path to each pixel of the optical sensor.
  • the gap between the optical sensor and the top glass is adjusted, and the effect of securing a space margin of the wire bonded thereto is expected.
  • the distance between the optical sensor and the top glass can be adjusted by using the dummy structure and the distance can be kept constant over the entire pixel array area, uniform incidence of light is possible.
  • 1 to 3 are cross-sectional views each showing a configuration of an image sensor package according to various embodiments of the present invention.
  • 4A to 4G are cross-sectional views each illustrating the manufacturing method of FIG. 1.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing the configuration of an image sensor module including an image sensor package according to the present invention.
  • barrier 150 top glass
  • first optical structure 170 second optical structure
  • Embodiments described in the present specification will be described with reference to a plan view and a cross-sectional view, which are ideal schematic diagrams of the present invention. Accordingly, the shape of the exemplary diagram may be modified by manufacturing technology and/or tolerance. Accordingly, embodiments of the present invention are not limited to the specific form shown, but also include a change in form generated according to the manufacturing process. Accordingly, the regions illustrated in the drawings have schematic properties, and the shapes of the regions illustrated in the drawings are intended to illustrate a specific shape of the region of the device, and are not intended to limit the scope of the invention.
  • the image sensor package 100 includes a substrate 110, an optical sensor 120 mounted on an upper surface of the substrate 110, and a wire electrically connecting the substrate 110 and the optical sensor 120. 130), a barrier 140 attached around the upper surface of the substrate 110, a top glass 150 supported by the barrier 140, a first optical structure 160 provided under the top glass 150, and light It includes a second optical structure 170 provided on the sensor 120.
  • the barrier 140 is provided at a height sufficient to secure a space margin so that the wire 130 can be bonded to the optical sensor 120.
  • the height of the barrier 140 should be at least greater than the sum of the thickness of the optical sensor 120 and the thickness of the first and second optical structures 160 and 170 overlapping each other.
  • a photoresist pattern 180 is further included between the optical sensor 120 and the second optical structure 170 in order to secure the space margin described above.
  • the photoresist pattern 180 may be provided with a sufficient thickness to secure a space margin, and may be provided with a thickness suitable for forming an optical path so that an optical signal can be transmitted to each pixel of the optical sensor 120. .
  • the substrate 110 may include both a flexible PCB and a rigid PCB.
  • the substrate 110 includes a chip attaching region in which the optical sensor 120 is mounted and a peripheral region in which a plurality of substrate pads (without reference numerals) are arranged.
  • a wiring pattern (not shown) is formed therein, and in particular, a bump (not shown) using surface mounting technology (SMT) is provided at the lower portion.
  • SMT surface mounting technology
  • the optical sensor 120 includes an image sensor.
  • Image sensors are not limited to CIS (CMOS Image Sensor) image sensors. It may include a charge-coupled device (CCD) image sensor.
  • CCD charge-coupled device
  • the optical sensor 120 is coupled to the chip attaching region of the substrate 110 using the die adhesive member 114.
  • the die adhesive member 114 may include a die adhesive film (DAF).
  • a sensor array region is formed on the optical sensor 120.
  • a sensor pad (no reference numeral) connected to the wire 112 may be provided around the upper portion.
  • the wire 130 electrically connects the substrate pad on the upper surface of the substrate 110 and the sensor pad on the upper surface of the optical sensor 120. At this time, the wire 112 is formed through wire bonding suitable for mass processing when connecting a pair of pads.
  • the barrier 140 is mounted around the substrate 110. It may be attached on the substrate 110 using a dam adhesive film (DAF).
  • DAF dam adhesive film
  • the top glass 150 is fixed to the barrier 140 and is attached through the glass adhesive member 152.
  • the adhesive member 152 may be a UV (ultraviolet) adhesive layer.
  • Various coatings such as color coating may be applied to the top glass 150.
  • a protective layer may be further formed.
  • a step is placed on the top edge of the barrier 140 so that the top glass 150 is firmly coupled to the barrier 140.
  • a part of the top edge may be removed by sawing with a wide blade such as a chamfer.
  • the above-described UV adhesive member 152 may be applied to the above-described stepped surface.
  • the second optical structure 170 includes a micro lens provided on the photoresist pattern 180.
  • the first optical structure 160 includes a prism provided on the top glass 150. That is, the optical sensor 120 may include each unit pixel in the sensor array area, and the microlenses and prisms may be disposed to correspond to each pixel.
  • each microlens is disposed between each prism. Meanwhile, it is necessary to align each microlens so that they are disposed between each prism, and a dummy structure to be described later may be such an alignment criterion.
  • the microlens may be made of an acrylic or silicone-based material having a predetermined refractive index with respect to air.
  • a dummy structure 162 is further installed between the optical sensor 120 and the top glass 150.
  • the dummy structure 162 performs a function of adjusting the gap between the optical sensor 120 and the top glass 150.
  • the dummy structure 162 functions as a dam preventing impurities other than the glass adhesive member 152 from penetrating into the first and second optical structures 160 and 170.
  • the optical structures 160 and 170 perform a function of improving the refraction and diffusion of incident light between the optical sensor 120 and the top glass 150, but it is preferable that no foreign matter exists other than the corresponding structure.
  • the dummy structure 162 has its lower end positioned at the same level as the prism described above for a dam function. Accordingly, the dummy structure 162 and the prism may have substantially the same height. The dummy structure 162 may be provided at the same time in the process of forming the prism.
  • the dummy structure 162 may be provided with the same material and shape as the prism.
  • the dummy structure 162 may have the same material as the prism, but may have a different shape.
  • the dummy structure 162 may have a square or rhombus shape to effectively perform a dam function.
  • the photoresist pattern 180 may include an epoxy-containing acrylic copolymer, a phenol resin, a filler, a curing accelerator, a hydroxyl group or a carboxyl group compound, a radiation polymerizable compound, and a photoinitiator.
  • the photoresist pattern 180 has a refractive index of greater than 1, so that light incident on each unit pixel is not distorted and may be condensed to each unit pixel, and reflection may be prevented.
  • an optical clear adhesive (OCA) 200 is further included between the first optical structure 160 and the top glass 150.
  • the gap may be required to be at least 200 ⁇ m.
  • the thickness of each prism is about 40 ⁇ m
  • the thickness of the photoresist pattern 180 should be 160 ⁇ m or more.
  • the OCA 200 is further provided on the first optical structure 160.
  • a space margin can be secured by extending the thickness of the first optical structure.
  • the prism 300 is formed by repetitive arrangement of serrated valleys and mountains.
  • the prism is integrally formed, and the serrated shape may be provided only on one side thereof.
  • the total height of the prism 300 may be 90 ⁇ m or more, and the heights of the valleys and the peaks may be 40 ⁇ m or more. Therefore, a thickness of about 50 ⁇ m can be compensated for by the prism body.
  • a bare glass G including a first optical structure 160 and a dummy structure 162 is provided on one surface.
  • the bare glass G is not necessarily limited to glass, and may include transparent plastic.
  • a prism and other first optical structures 160 are formed on the bottom of the bare glass G.
  • the dummy structure 162 may be manufactured simultaneously or sequentially with the first optical structure 160. When formed at the same time for convenience of the manufacturing process, the dummy structure 162 has the advantage of being able to be provided with the same material and shape as the prism.
  • the first optical structure 160 and/or the dummy structure 162 may be integrally formed on the bare glass G. That is, a prism or the like can be manufactured by processing one surface of the bare glass G. Alternatively, the first optical structure 162 or the like may be bonded to the bare glass G.
  • a scribe line S for partitioning each top glass 150 may be marked on the bare glass G.
  • the scribe line S may be marked through a diamond sawing process.
  • the bare glass G is singulated with each top glass 150.
  • the bare glass G is separated into each top glass 150 through a sawing process.
  • a photoresist pattern 180 is stacked on the upper surface of the optical sensor 120 and a second optical structure 170 is arrayed on the photoresist pattern 180 again.
  • the optical sensor 120 is die-bonded on the substrate 110 by using the die adhesive member 114.
  • the substrate 110 and the optical sensor 120 are wire-bonded.
  • the substrate 110 and the optical sensor 120 are electrically connected using a chip on wire bonding method.
  • the barrier 140 is mounted on the substrate 110. Also, the barrier 140 is dam-bonded using the dam adhesive member 116.
  • a glass adhesive member 152 is applied to the stepped surface of the barrier 140 and the top glass 150 and the barrier 140 are bonded to each other using the glass adhesive member 152.
  • the dummy structure 162 is aligned with a recognition mark to make the first optical structure 160 and the second optical structure 170 correspond to each other.
  • the image sensor module 1000 uses an extendable module board 1300 that can be connected to the outside from the side of the image sensor package, and an external connection socket 1310 and a signal processing device are provided on the module board.
  • a driver including 1320, an integrated driver circuit 1330, or a memory device may be mounted on the module substrate 1300.
  • the structure of an image sensor package is changed using natural laws to increase light-condensing efficiency for each pixel, and there is a potential for industrial use.

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Abstract

본 발명의 이미지 센서 패키지는, 기판, 상기 기판 상면 에 부착되는 광 센서, 상기 기판과 상기 광 센서를 전기적으로 연결하는 와이어, 상기 기판 상면 주변에 부착되는 배리어, 상기 배리어에 의하여 지지되는 탑 글라스, 상기 탑 글라스 하부에 구비되는 제1광학 구조물, 및 상기 광 센서 상부에 구비되는 제2광학 구조물을 포함한다. 이와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 광 센서의 각 픽셀 단위로 광 경로가 형성되어 집광 기능이 증진되는 효과가 있다.

Description

이미지 센서 패키지, 모듈 및 그 제조 방법
본 발명은, 이미지 센서 패키지, 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 백라이트(backlight)를 사용하지 않는 유기발광 다이오드(OLED) 기타 디스플레이 패널 하부에 설치되어 광 감지 동작을 수행하는 이미지 센서 패키지, 모듈 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 휴대폰, 디지털 카메라, 디지털 캠코더, 자동차용 센서, 생명 공학, 로봇, 의료기 등에 사용되는 이미지 센서(image sensor)는 광학 이미지를 촬영하여 이를 전기적 신호로 변환시키는 반도체 소자로서, 빛을 감지하는 광 감지 부분과 감지된 빛을 전기적 신호로 처리하여 데이터화하는 로직 회로 부분으로 구성된다.
이러한 이미지 센서는 센싱 감도를 높이기 위하여 전체 이미지 센서 소자에서 센싱 어레이 영역의 면적이 차지하는 비율을 크게 하려는 노력이 진행되고 있다. 하지만, 근본적으로 로직 회로 영역을 제거할 수 없기 때문에 제한된 면적하에서 이러한 노력에는 한계가 있다.
따라서, 광 감도를 높여주고, 집광 효율을 개선하기 위하여 센싱 어레이 영역 이외의 영역으로 입사하는 광 경로를 센싱 어레이 영역으로 바꿔주거나 각 단위 픽셀로 광을 유도하는 집광기술이 필요하다.
특히, 센싱 어레이 영역에 광학 수단이 구비될 때, 각 단위 픽셀과 광학 수단 사이에 정렬이 이루어지지 않는 경우, 광학 효과를 기대할 수 없다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
KR 공개특허 10-2008-0074773
따라서 본 발명은 상기한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 광 센서의 각 픽셀마다 광 경로가 형성되고, 광 신호가 정상적으로 전송되도록 프리즘과 렌즈 사이의 광학적 정열이 개선되는 이미지 센서 패키지, 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 광 센서와 탑 글라스 사이에 공간 마진이 확보되는 광 센서의 각 픽셀마다 광 경로가 형성되는 이미지 센서 패키지, 모듈 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명의 이미지 센서 패키지는, 기판, 상기 기판 상면 에 부착되는 광 센서, 상기 기판과 상기 광 센서를 전기적으로 연결하는 와이어, 상기 기판 상면 주변에 부착되는 배리어, 상기 배리어에 의하여 지지되는 탑 글라스, 상기 탑 글라스 하부에 구비되는 제1광학 구조물, 및 상기 광 센서 상부에 구비되는 제2광학 구조물을 포함한다. 상기 기판으로는 광 센서의 부가 기능을 수행할 수 있는 구동부인 신호처리소자, 메모리 소자, 드라이버 직접회로, 외부 접속용 소켓 등을 포함할 수 있는 모듈 기판이 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 의하면, 본 발명의 이미지 센서 패키지 제조 방법은, 베어 글라스를 준비하는 단계, 상기 베어 글라스 저면에 다수의 프리즘 및 하나 이상의 더미 구조물을 형성하는 단계, 상기 베어 글라스를 절단하여 각 탑 글라스를 형성하는 단계, 상기 광 센서 상면에 포토레지스트 패턴을 적층하는 단계, 상기 포토레지스트 패턴 상면에 다수의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계, 기판 상에 상기 광 센서를 다이 본딩하는 단계, 상기 기판과 상기 광 센서를 와이어 본딩하는 단계, 상기 기판 상에 배리어를 댐 본딩하는 단계, 및 상기 배리어 상부에 글라스 접착부재를 이용하여 상기 탑 글라스와 상기 배리어를 접합하는 단계를 포함한다.
위에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.
첫째, 광 센서와 탑 글라스 사이에 광학 구조물을 배치하여, 집광 기능을 개선하되, 프리즘과 렌즈가 상호 대응되도록 하여 각 픽셀 단위의 집광 효과가 더 개선될 수 있다.
둘째, 더미 구조물을 이용하여 각 프리즘과 각 렌즈가 수직으로 정렬되어 광 센서의 각 픽셀로 광 전달 경로가 일정하게 형성되는 효과가 기대된다.
셋째, 광학 구조물 아래에 포토레지스트 패턴을 더 적층함으로써, 상기 광 전달 경로를 평행하게 하고 광원 전달 효과를 증대시키는 작용효과가 기대된다.
넷째, 포토레지스트 패턴을 조절하여 광 센서와 탑 글라스 사이의 간격을 조정하며, 여기에 본딩되는 와이어의 공간 마진을 확보하는 작용효과가 기대된다.
다섯째, 더미 구조물을 이용하여 광 센서와 탑 글라스 사이의 간격을 조절하고, 상기 간격을 픽셀 어레이 영역 전체에 걸쳐 일정하게 유지할 수 있기 때문에 광의 균일한 입사가 가능하다.
여섯째, 더미 구조물을 이용하여 광학 구조물 사이로 이물질 등이 유입되는 것을 방지할 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 의한 이미지 센서 패키지의 구성을 각각 나타내는 단면도들.
도 4a 내지 도 4g는 도 1의 제조 방법을 각각 나타내는 단면도들.
도 5는 본 발명에 의한 이미지 센서 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈의 구성을 나타내는 단면도.
- 부호의 설명 -
100: 이미지 센서 패키지 110: 기판
120: 광 센서 130: 와이어
140: 배리어 150: 탑 글라스
160: 제1광학 구조물 170: 제2광학 구조물
180: 포토레지스트 패턴
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려 주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 도면에서 층 및 영역들의 크기 및 상대적인 크기는 설명의 명료성을 위해 과장된 것일 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 이미지 센서의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1을 참조하면, 이미지 센서 패키지(100)는, 기판(110), 기판(110) 상면 에 탑재되는 광 센서(120), 기판(110)과 광 센서(120)를 전기적으로 연결하는 와이어(130), 기판(110) 상면 주변에 부착되는 배리어(140), 배리어(140)에 의하여 지지되는 탑 글라스(150), 탑 글라스(150) 하부에 구비되는 제1광학 구조물(160), 및 광 센서(120) 상부에 구비되는 제2광학 구조물(170)을 포함한다.
여기서 배리어(140)는 와이어(130)가 광 센서(120) 상에 본딩될 수 있도록 공간 마진을 확보하기 충분한 높이로 제공된다. 가령, 배리어(140)의 높이는 적어도 광 센서(120)의 두께, 그리고 제1 및 제2광학 구조물(160, 170)이 상호 오버랩된 상태의 두께를 합한 것보다 커야한다.
특히, 본 발명의 실시예에서는 전술한 공간 마진을 확보하기 위하여 광 센서(120)와 제2광학 구조물(170) 사이에 포토레지스트 패턴(180)을 더 포함한다. 포토레지스트 패턴(180)은 공간 마진을 확보할 수 있는 충분한 두께로 제공될뿐더러, 광 센서(120)의 각 픽셀로 광 신호가 전달될 수 있도록 광 경로를 형성하기에 적합한 두께로 제공될 수 있다.
기판(110)은, 연성 PCB 및 경성 PCB를 모두 포함할 수 있다. 기판(110)은, 광 센서(120)가 실장되는 칩 부착 영역과 다수의 기판 패드(도면부호 없음)가 배열되는 주변 영역을 포함한다. 광 센서(120)를 외부 기기와 전기적으로 연결하기 위하여 내부에 배선 패턴(도시되지 않음)이 형성되고, 특히 하부에는 표면실장기술(SMT)을 이용한 범프(도시되지 않음)가 제공된다.
광 센서(120)는 이미지 센서를 포함한다. 이미지 센서는 CIS(CMOS Image Sensor) 이미지 센서에 제한되지 않는다. CCD(charge-coupled device) 이미지 센서를 포함할 수 있다.
광 센서(120)는 다이 접착부재(114)를 이용하여 기판(110)의 칩 부착 영역에 결합된다. 다이 접착부재(114)는 다이 접착 필름(DAF)을 포함할 수 있다. 광 센서(120) 상부에는 센서 어레이 영역이 형성된다. 또한 상부 주변에는 와이어(112)와 연결되는 센서 패드(도면부호 없음)가 제공될 수 있다.
와이어(130)는, 기판(110) 상면의 상기 기판 패드와 광 센서(120) 상면의 센서 패드를 전기적으로 연결한다. 이때, 와이어(112)는 한 쌍의 패드를 연결할 때 대량 공정에 적합한 와이어 본딩을 통해 형성된다.
다만, 본 발명에서는 와이어(140)를 보호하기 위하여 별도의 몰딩처리가 제공되지 않기 때문에, 탑 글라스(150)에 의한 제공되는 에어 캐비티 내부에 위치한다. 따라서, 광 센서(120)와 탑 글라스(150) 사이의 에어 캐비티에는 와이어(140)를 위한 충분한 공간 마진이 확보될 필요가 있다.
배리어(140)는 기판(110) 주변에 탑재된다. 댐 접착 필름(DAF)을 이용하여 기판(110) 상에 부착될 수 있다.
탑 글라스(150)는 배리어(140)에 고정되는데 글라스 접착부재(152)를 통해서 부착된다. 이러한 접착부재(152)는 UV(ultraviolet) 접착제층이 사용될 수 있다. 탑 글라스(150)에는 컬러 코팅 등 다양한 코팅이 처리될 수 있다. 혹은 보호막이 더 형성될 수 있다.
탑 글라스(150)가 배리어(140)와 견고하게 결합되도록 배리어(140) 상면 에지에 단차를 둔다. 가령, 모따기 등 와이드 블레이드로 소잉(sawing)하여 상면 에지 일부를 제거할 수 있다. 전술한 UV 접착부재(152)는 전술한 단차 면에 도포될 수 있다.
제2광학 구조물(170)은 포토레지스트 패턴(180) 상에 제공되는 마이크로 렌즈를 포함한다. 제1광학 구조물(160)은, 탑 글라스(150) 상에 제공되는 프리즘을 포함한다. 즉, 광 센서(120)는 상기 센서 어레이 영역에 각 단위 픽셀(pixel)을 포함하고, 상기 마이크로 렌즈와 프리즘이 각 픽셀에 대응되도록 배치될 수 있다.
이때, 각 마이크로 렌즈는 각 프리즘 사이에 배치된다. 한편, 각 마이크로 렌즈가 각 프리즘 사이에 배치되도록 정렬시킬 필요가 있는데, 후술하는 더미 구조물은 이러한 정렬 기준이 될 수 있다. 마이크로 렌즈는 공기에 대하여 소정의 굴절률을 가지는 아크릴 혹은 실리콘 계열의 물질로 제작될 수 있다.
광 센서(120)와 탑 글라스(150) 사이에는 더미 구조물(162)이 더 설치된다. 더미 구조물(162)은 광 센서(120)와 탑 글라스(150) 사이의 간격을 조절하는 기능을 수행한다.
또한, 더미 구조물(162)은 글라스 접착부재(152) 기타 불순물이 제1 및 제2광학 구조물(160, 170)로 침투하는 것을 방지하는 댐(dam) 기능을 수행한다. 가령, 광학 구조물(160, 170)은 광 센서(120)와 탑 글라스(150) 사이에서 입사광의 굴절 및 확산을 개선하는 기능을 수행하는데, 해당 구조물 이외에 어떠한 이물질도 존재하지 않는 것이 바람직하다.
더미 구조물(162)은 그 하단부가 댐(dam) 기능을 위하여 상기한 프리즘과 동일한 레벨에 위치한다. 따라서 더미 구조물(162)과 프리즘은 높이가 실질적으로 동일할 수 있다. 더미 구조물(162)은 프리즘을 형성하는 공정에서 동시에 제공될 수 있다.
이러한 경우 더미 구조물(162)은 프리즘과 동일한 재질 및 형상으로 제공될 수 있다. 또한, 더미 구조물(162)은 재질(material)은 프리즘과 동일하나 그 형상(shape)은 상이할 수 있다. 가령, 더미 구조물(162)은 댐 기능을 효과적으로 수행하기 위하여 사각형 혹은 마름모 형상일 수 있다.
포토레지스트 패턴(180)은, 에폭시 함유 아크릴 공중합체, 페놀 수지, 필러, 경화촉진제, 수산기 또는 카르복실기 화합물, 방사선 중합성 화합물 및 광개시제를 포함할 수 있다. 포토레지스트 패턴(180)은, 굴절률이 1보다 커서 각 단위 픽셀에 입사되는 광이 왜곡되지 않고 각 단위 픽셀로 집광될 수 있고, 반사되는 것을 방지할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에서는 제1광학 구조물(160)과 탑 글라스(150) 사이에 OCA(optical clear adhesive)(200)를 더 포함한다.
가령, 광 센서(120) 상면과 탑 글라스(150) 저면 사이에 위치하는 와이어(130)의 공간 마진을 위하여 그 간극은 적어도 200㎛ 이상 요구될 수 있다. 통상 각 프리즘의 두께가 40㎛ 정도라고 볼 때, 포토레지스트 패턴(180)의 두께는 160㎛ 이상으로 제공되어야 한다. 그러나 포토레지스트 패턴(180)의 두께가 150㎛ 이상으로 두꺼워지면, 프리즘을 통과한 광이 굴절되거나 왜곡될 수 있기 때문에 무한정 확장될 수 없다. 따라서 제1광학 구조물(160) 상부에 OCA(200)를 더 제공한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에서는 전술한 OCA와 같이 별도의 공정이 요구되기 때문에, 제1광학 구조물의 두께를 확장시켜 공간 마진을 확보할 수 있다.
가령, 프리즘(300)은 통상 톱니 형상의 골과 산이 반복하여 배열 형성되는데, 프리즘을 일체로 형성하고, 그 일면에만 톱니 형상을 제공할 수 있다.
이때, 프리즘(300)의 전체 높이는 90㎛ 이상으로 하고, 골과 산의 높이는 마찬가지로 40㎛ 이상으로 제공될 수 있다. 따라서 프리즘 바디에 의하여 50㎛ 정도의 두께가 보상될 수 있다.
이하, 본 발명에 의한 이미지 센서 패키지의 제조 방법을 도 4a 내지 도 4g를 참조하여 설명한다.
도 4a를 참조하면, 일면에 제1광학 구조물(160) 및 더미 구조물(162)이 구비된 베어 글라스(G)를 제공한다.
먼저, 원판 베어 글라스(G)를 준비한다. 베어 글라스(G)는 반드시 유리에 제한되지 않으며, 투명 플라스틱을 포함할 수 있다. 베어 글라스(G)의 저면에 프리즘 기타 제1광학 구조물(160)을 형성한다. 제1광학 구조물(160)과 동시에 혹은 순차적으로 더미 구조물(162)이 제조될 수 있다. 제조 공정의 편의를 위하여 동시에 형성하면, 더미 구조물(162)은 프리즘과 동일한 재질 및 형상으로 제공될 수 있는 장점이 있다.
베어 글라스(G)에 제1광학 구조물(160) 및/또는 더미 구조물(162)이 일체로 형성될 수 있다. 즉, 베어 글라스(G)의 일면을 가공하여 프리즘 등을 제작할 수 있다. 혹은 베어 글라스(G)에 제1광학 구조물(162) 등이 본딩될 수 있다.
베어 글라스(G)는 다수의 탑 글라스(150)를 포함하기 때문에, 베어 글라스(G)에는 각각의 탑 글라스(150)를 구획하는 스크라이브 라인(S)이 마킹될 수 있다. 가령, 스크라이브 라인(S)은 다이아몬드 소잉(diamond sawing) 공정을 통해 마킹될 수 있다.
도 4b를 참조하면, 베어 글라스(G)를 각 탑 글라스(150)로 싱귤레이션한다. 베어 글라스(G)는 절단(sawing) 공정을 통하여 각 탑 글라스(150)로 분리된다.
도 4c를 참조하면, 광 센서(120) 상면에 포토레지스트 패턴(180)를 적층하고, 다시 포토레지스트 패턴(180) 상에 제2광학 구조물(170)을 어레이한다.
도 4d를 참조하면, 기판(110) 상에 다이 접착부재(114)를 이용하여 광 센서(120)를 다이 본딩한다.
도 4e를 참조하면, 기판(110)과 광 센서(120)를 와이어 본딩한다. 가령, 칩 온 와이어 본딩(chip on wire bonding) 공법을 이용하여 기판(110)과 광 센서(120)를 전기적으로 연결한다.
도 4f를 참조하면, 기판(110) 상에 배리어(140)를 탑재한다. 역시 댐 접착부재(116)를 이용하여 배리어(140)를 댐 본딩한다.
도 4g를 참조하면, 배리어(140)의 단차 면에 글라스 접착부재(152)를 도포하고, 글라스 접착부재(152)를 이용하여 탑 글라스(150)와 배리어(140)를 상호 접합한다.
이때, 탑 글라스(150)를 에어 석션 등으로 페이스 다운시킨 상태에서, 더미 구조물(162)을 인식 마크로 정렬하여 제1광학 구조물(160)과 제2광학 구조물(170)을 상호 대응시킨다.
도 5는 이미지 센서 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈을 도시하고 있다. 도 5를 참조하면, 이미지 센서 모듈(1000)은 이미지 센서 패키지에서 그 측면 외부로 연결할 수 있는 연장가능 한 모듈 기판(1300)을 이용하고, 모듈 기판에 외부 접속용 소켓(1310), 신호처리소자(1320), 드라이버 직접회로(1330), 혹은 메모리 소자(도시되지 않음) 등을 포함한 구동부를 모듈 기판(1300) 상부에 실장할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명은 패키지 기판 상에 광 센서가 부착되고, 와이어 본딩 기술을 이용하여 전기적으로 연결되는 칩 온 보드(COB) 방식의 이미지 센서 패키지에서, 각 단위 픽셀마다 광 경로를 형성할 수 있도록 프리즘과 마이크로 렌즈를 대응시키되, 프리즘 사이에 마이크로 렌즈가 위치하도록 배열하는 구성을 기술적 사상으로 하고 있음을 알 수 있다. 이와 같은 본 발명의 기본적인 기술적 사상의 범주 내에서, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서는 다른 많은 변형이 가능할 것이다.
본 발명은 자연법칙을 이용하여 이미지 센서 패키지의 구조를 변경하여, 각 픽셀마다 집광 효율을 높일 수 있도록 한 것으로, 산업상 이용 가능성이 있다.

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상면에 부착되는 광 센서;
    상기 기판과 상기 광 센서를 전기적으로 연결하는 와이어;
    상기 기판 상면 주변에 부착되는 배리어;
    상기 배리어에 의하여 지지되는 탑 글라스;
    상기 탑 글라스 하부에 구비되는 제1광학 구조물; 및
    상기 광 센서 상부에 구비되는 제2광학 구조물을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 광 센서와 상기 제2광학 구조물 사이에 포토레지스트 패턴을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제2광학 구조물은 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 제1광학 구조물은 프리즘을 포함하며,
    상기 광 센서는 센서 어레이 영역에 복수의 단위 픽셀을 포함하고, 상기 마이크로 렌즈와 상기 프리즘은 각 픽셀에 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴과 상기 탑 글라스 사이에는 더미 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 각 마이크로 렌즈는 상기 각 프리즘 사이에 배치되고, 상기 더미 구조물은 상기 각 마이크로 렌즈와 상기 각 프리즘의 정렬 마크인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 더미 구조물은 상기 프리즘의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 프리즘은, 일체로 형성되고, 일면에 골과 산이 반복되 배열되는 톱니 형상이며, 상기 프리즘의 전체 높이는 90㎛ 이상 이고, 골과 산의 높이는 40㎛ 이상이 되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 탑 글라스 하부에 OCA가 더 제공되고,
    상기 제1광학 구조물은 상기 OCA 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지.
  9. 모듈 기판;
    상기 모듈 기판 상면 에 부착되는 광 센서;
    상기 모듈 기판과 상기 광 센서를 전기적으로 연결하는 와이어;
    상기 모듈 기판 상면 주변에 부착되는 배리어;
    상기 배리어에 의하여 지지되는 탑 글라스;
    상기 탑 글라스 하부에 구비되는 제1광학 구조물;
    상기 광 센서 상부에 구비되는 제2광학 구조물; 및
    상기 모듈 기판의 상면 외측에 광 센서 구동부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 센서 구동부는
    상기 광 센서의 부가 기능을 수행할 수 있는 구동부인 신호처리소자, 메모리 소자, 드라이버 직접회로, 외부 접속용 소켓 중 적어도 하나를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 광 센서와 상기 제2광학 구조물 사이에 포토레지스트 패턴을 더 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 제2광학 구조물은 마이크로 렌즈를 포함하고,
    상기 제1광학 구조물은 프리즘을 포함하며,
    상기 광 센서는 센서 어레이 영역에 복수의 단위 픽셀을 포함하고, 상기 마이크로 렌즈와 상기 프리즘은 각 픽셀에 대응되도록 배치되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 포토레지스트 패턴과 상기 탑 글라스 사이에는 더미 구조물을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 각 마이크로 렌즈는 상기 각 프리즘 사이에 배치되고, 상기 더미 구조물은 상기 각 마이크로 렌즈와 상기 각 프리즘의 정렬 마크인 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 더미 구조물은 상기 프리즘의 높이와 동일한 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 프리즘은, 일체로 형성되고, 일면에 골과 산이 반복되 배열되는 톱니 형상이며, 상기 프리즘의 전체 높이는 90㎛ 이상 이고, 골과 산의 높이는 40㎛ 이상이 되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 탑 글라스 하부에 OCA가 더 제공되고,
    상기 제1광학 구조물은 상기 OCA 상에 배열되는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
  18. 베어 글라스를 준비하는 단계;
    상기 베어 글라스 저면에 다수의 프리즘 및 하나 이상의 더미 구조물을 형성하는 단계;
    상기 베어 글라스를 절단하여 각 탑 글라스를 형성하는 단계;
    상기 광 센서 상면에 포토레지스트 패턴을 적층하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴 상면에 다수의 마이크로 렌즈를 형성하는 단계;
    기판 상에 상기 광 센서를 다이 본딩하는 단계;
    상기 기판과 상기 광 센서를 와이어 본딩하는 단계;
    상기 기판 상에 배리어를 댐 본딩하는 단계; 및
    상기 배리어 상부에 글라스 접착부재를 이용하여 상기 탑 글라스와 상기 배리어를 접합하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 탑 글라스와 상기 배리어를 접합하는 단계는,
    상기 각 마이크로 렌즈를 상기 각 프리즘 사이에 배치하는 단계를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이미지 센서 패키지 제조 방법.
  20. 청구항 1의 이미지 센서 패키지;
    상기 이미지 센서 패키지 상부에 설치되는 디스플레이 패널; 및
    상기 이미지 센서 패키지가 실장되는 모듈 기판을 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 이미지 센서 모듈.
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