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KR100374959B1 - 고체촬상소자및그실장방법 - Google Patents

고체촬상소자및그실장방법 Download PDF

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KR100374959B1
KR100374959B1 KR1019960033152A KR19960033152A KR100374959B1 KR 100374959 B1 KR100374959 B1 KR 100374959B1 KR 1019960033152 A KR1019960033152 A KR 1019960033152A KR 19960033152 A KR19960033152 A KR 19960033152A KR 100374959 B1 KR100374959 B1 KR 100374959B1
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야스히로 아사노
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산요 덴키 가부시키가이샤
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    • H10F39/80—Constructional details of image sensors

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  • Solid State Image Pick-Up Elements (AREA)
  • Transforming Light Signals Into Electric Signals (AREA)

Abstract

표면 실장형 패키지를 채용한 고체 촬상 소자를 회로 기판에 렌즈와 함께 탑재한다.
개구창(23)이 설치된 회로 기판(22)을 사이에 두고 고체 촬상 소자(20)와 렌즈 유닛(25)이 장착된다. 렌즈 유닛(25)에는 위치 결정핀(28)이 설치되고, 고체 촬상 소자(20) 및 회로 기판(22)에는 위치 결정홀(18) 및 관통홀(24)이 형성된다. 위치 결정핀(28)이 회로 기판(22)의 관통홀(24)을 통과하여 고체 촬상 소자(20)의 위치 결정홀(18)에 끼워짐으로써, 회로 기판(22)에 대한 촬상 소자(20)와 렌즈 유닛의 위치결정이 이루어진다.

Description

고체 촬상 소자 및 그 실장 방법
본 발명은 표면 실장형 패키지에 센서 칩을 수납한 고체 촬상 소자 및 그 고체 촬상 소자를 회로 기판상에 장착하는 실장 방법에 관한 것이다.
CCD 이미지 센서와 같은 반도체 구성의 고체 촬상 소자는 센서 칩의 표면에 복사체 영상을 찍을 필요가 있기 때문에, 반도체 면의 수광면에 대응하여 개구부가 형성된다. 이 때문에, 고체 촬상 소자의 경우에는 개구부를 형성하기 쉬운 세라믹 패키지가 종래보다 많이 이용된다.
도 4는 세라믹 패키지를 이용한 종래의 고체 촬상 소자의 구조를 도시한 사시도이다.
세라믹 패키지(1)는 소정 길이의 오목부를 갖는 상자 형상을 이루고, 이 오목부 내에 센서 칩(2)을 수납한다. 센서 칩(2)은 실리콘 등의 반도체 기판상에 주지의 반도체 프로세스에 의해 형성되는 복수의 수광 화소 및 각 수광 화소에 발생하는 정보 전하를 전송하는 시프트 레지스터를 갖고, 세라믹 패키지(1)의 오목부 중앙 부분에 장착된다. 복수의 리드(3)는 미리 세라믹 패키지(1)에 매립되어 있고, 외부 리드가 세라믹 패키지(1)의 측면을 따라 배치되고, 내부 리드가 오목부 내의 센서 칩(2)의 주변부에 배치된다. 이들 복수의 리드(3)의 내부 리드에는 와이어 본딩에 의해 센서 칩(2)의 주변부에 입출력 단자로서 설치되는 전극 패드가 접속된다. 그리고, 투명판(4)은 글래스와 아크릴 수지로 이루어지고, 세라믹 패키지(1)상에 오목부를 막도록 하여 장착된다. 이에 따라, 센서 칩(2)이 밀봉되어 센서 칩(2) 및 센서칩(2)과 리드(3)를 접속하는 배선이 보호된다.
도 5는 고체 촬상 소자의 실장 방법을 설명하는 분해 사시도이다.
고체 촬상 소자(10)는 도 4에 도시한 구조의 것으로서, 센서 칩(2)을 수납한 세라믹 패키지(1)의 측면에 복수의 리드(3)가 배치되어 있다. 회로 기판(5)은 글래스 에폭시 기판 등의 절연 재료로 이루어지고 일면 또는 양면에 동박으로 배선 패턴이 형성되어 있다. 이 회로 기판(5)에는 고체 촬상 소자(10)의 리드(3)에 대응하는 스루홀(6)이 형성되어 있고, 리드(3)를 스루홀(6)로 통하여 고체 촬상 소자(10)가 소정의 위치에 장착된다. 그리고, 회로 기판(5)상에는 고체 촬상 소자(10)에 대하여 각종 구동 신호를 공급하기 위한 구동 회로 및 고체 촬상 소자(10)의 출력을 받아들여 소정의 처리를 행하기 위한 신호 처리 회로가 설치되어 배선 패턴을 통하여 고체 촬상 소자(10)와 접속된다.
렌즈 유닛(7)은 마운트부(8) 및 경통부(9)로 구성된다. 마운트부(8)는 이면측에 고체 촬상 소자(10)를 수납할 수 있는 오목부를 갖고, 고체 촬상 소자(10)를 덮도록 하여 회로 기판(5)에 장착된다. 경통부(9)는 고체 촬상 소자(10)의 수광면에 피사체 영상을 결상시키는 렌즈가 장착되어, 고체 촬상 소자(10)의 수광면과 대향하는 마운트부(8)의 표면에 장착된다. 이 렌즈 유닛(7)은 예를 들면 오목부의 측면을 고체 촬상 소자(10)의 세라믹 패키지(1)의 측면에 접하도록 하여 위치 결정이 이루어진다.
세라믹 패키지를 이용한 고체 촬상 소자에서는 세라믹의 가공이 어렵고, 패키지 자체가 고가이므로, 소자의 조립에 요하는 제조 코스트가 높아지는 문제를 갖고 있다. 또한, 그와 같은 고체 촬상 소자를 회로 기판상에 렌즈 유닛과 함께 실장하는 경우에는 고체 촬상 소자를 피복하는 렌즈 마운트가 필요해지므로 렌즈 유닛부분이 회로 기판에서 크게 돌출하게 되어 소형화의 장애가 되고 있다.
그래서 본 발명은 고체 촬상 소자의 제조 코스트를 저감시킴과 동시에, 그 고체 촬상 소자를 회로 기판상에 효율적으로 실장하는 것을 목적으로 한다.
도 1은 본 발명 고체 촬상 소자의 구조를 도시한 분해 사시도.
도 2는 본 발명 고체 촬상 소자의 실장 방법을 설명하는 분해 사시도.
도 3은 본 발명 고체 촬상 소자의 실장 방법을 설명하는 단면도.
도 4는 고체 촬상 소자의 구조를 도시한 사시도.
도 5는 종래 고체 촬상 소자의 실장 방법을 설명하는 분해 사시도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 패키지
2, 11 : 센서 칩
3, 14 : 리드
4, 19 : 투명판
5, 22 : 회로 기판
6 : 스루홀
7, 25 : 렌즈 유닛
8, 26 : 마운트부
9, 27 : 경통(鏡筒)부
12 : 수광면
13 : 기저 부재
15, 18 : 위치 결정홀
16 : 프레임 부재
17 : 개구부
20 : 고체 촬상 소자
21 : 전극
23 : 개구창
24 : 관통홀
28 : 위치 결정핀
본 발명의 고체 촬상 소자는 복수의 수광 화소가 매트릭스상으로 배열되고, 각 수광 화소에 광전 변환에 의해 발생하는 정보 전하를 축적하는 센서 칩과, 한쪽면 상에 상기 센서 칩이 장착되고, 장착부의 주변부에 상기 센서 칩의 전극과 전기적으로 접속되는 복수의 배선이 배치된 절연성의 기저 부재와, 이 기저 부재의 한쪽면 상에서 상기 센서 칩을 에워싸고, 상기 센서 칩을 수납하는 오목부를 형성하는 절연성의 프레임 부재와, 적어도 상기 센서 칩의 수광면을 덮고, 상기 프레임 부재의 대향하는 2변에 걸쳐 장착되는 투명판을 구비하고, 상기 센서 칩의 수광면과 상기 투명판과의 사이에 투명 수지가 충전되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 센서 칩의 수광면의 개구를 확보하면서, 가공이 용이하고 염가인 에폭시 수지 등의 절연 재료로 패키지를 구성할 수 있게 되어 제조 코스트를 삭감할 수 있다.
또한, 센서 칩이 수납되는 오목부를 투명판으로 덮을 때, 오목부의 일부를 열게 함으로써, 센서 칩과 투명판과의 사이에 충전되는 투명 수지의 양의 과부족이 투명판이 장착되어 있지 않은 오목부에 발생하는 투명 수지의 팽창 또는 함몰에 의해 조정되게 된다. 따라서, 투명 수지 주입량의 제어가 용이해진다.
그리고, 복수의 수광 화소가 매트릭스상으로 배열된 센서 칩이 표면 실장형 패키지에 수납된 고체 촬상 소자를 광학 렌즈와 함께 회로 기판상에 장착하는 실장 방법에 있어서, 회로 기판상에 상기 고체 촬상 소자의 센서 칩의 수광면보다 크고, 패키지 보다 작은 개구창을 형성하고, 이 개구창을 덮어 상기 회로 기판의 한쪽면에 광학 렌즈가 설치되는 렌즈 마운트를 장착하고, 상기 개구창을 메워서 상기 회로 기판의 다른쪽 면에 상기 고체 촬상 소자를 장착하는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 렌즈 마운트를 고정한 후에 고체 촬상 소자를 회로 기판에 접속할 수 있기 때문에, 회로 기판에 대한 렌즈 마운트의 위치 일치와, 회로 기판에 대한 고체 촬상 소자의 위치 일치를 독립하여 행할 수 있다. 따라서, 회로 기판을 기준으로 하여 고체 촬상 소자 및 렌즈 마운트의 위치 일치가 용이해진다. 또한, 렌즈 마운트는 고체 촬상 소자를 덮도록 장착할 필요가 없으므로 회로 기판으로부터의 돌출은 적어진다.
도 1은 본 발명 고체 촬상 소자의 구조를 도시한 분해 사시도이다.
센서 칩(11)은 실리콘 기판상에 주지의 반도체 프로세스에 의해 복수의 수광화소 및 시프트 레지스터가 형성된 것으로, 복수의 수광 화소가 매트릭스상으로 배열된 수광면(12)을 갖는다. 기저 부재(13)는 글래스 에폭시 기판 등의 절연 재료로 이루어지고, 한쪽면의 중앙 부분에 센서 칩(11)이 장착된다. 또한, 센서 칩(11)의 장착 위치의 주변부에서 측변부까지 연장하는 복수의 리드(14)가 동박 등의 도전 재료에 의해 형성된다. 이 복수의 리드(14)는 중앙부측의 단부가 센서 칩(11)의 주변 부분에 입출력 단자로서 형성되는 전극 패드와 와이어 본딩에 의해 접속된다. 또한, 기저 부재(13)의 대향하는 2변의 내측에는 1쌍의 위치 결정홀(15)이 형성된다. 프레임 부재(16)는 기저 부재(13)와 동일 재료로 동일한 크기로 형성되고, 중앙부에 센서칩(11)을 수납하는 오목부를 형성하기 위한 개구부(17)가 형성된다. 이 프레임 부재(16)의 대향하는 2변의 내측에도 기저 부재(13)와 마찬가지로 위치 결정홀(18)이 형성되어 있다. 이 프레임 부재(16)가 기저 부재(13)상에 접착되고, 기저 부재(13)와 프레임 부재(16)의 개구부(17)로 오목부가 형성된다. 또한, 기저 부재(13)와 프레임 부재(16)가 접착된 후, 그들 측면에는 도 1에 파선으로 도시된 바와 같이 리드(14)에 접속되는 전극이 형성된다. 이에 따라, 표면 실장형 패키지가형성된다. 또, 기저부재(13)와 프레임 부재(16)의 접착은 기저 부재(13)에 센서 칩(11)을 장착하는 것보다 먼저 행하고, 기저 부재(13)의 위치 결정홀(15) 및 프레임 부재(16)의 위치 결정홀(18)의 형성은 기저 부재(13)와 프레임 부재(16)를 접착한 후, 동시에 행하도록 한다. 투명판(19)은 아크릴 수지 등의 가시광에 대하여 투명한 재료로 이루어지고, 프레임 부재(16)는 개구부(17)의 대향하는 2변에 걸치도록 하여 프레임 부재(16)의 표면에 장착된다. 이 투명판(19)은 한쪽 변의 길이가 개구부(17) 한쪽의 대향하는 2변의 폭보다 길게 형성되고 또한, 다른쪽 변의 길이가 개구부(17)의 다른쪽에 대향하는 2변의 폭보다 짧게 형성된다. 이에 따라, 투명판(19)을 개구부(17)의 대향하는 2변 사이에 걸치도록 장착하면, 개구부(17)의 일부를 연상태가 된다. 여기에서, 투명판(19)은 적어도 센서 칩(11)의 수광면(12)을 덮도록 장착된다. 그리고, 센서 칩(11)과 투명판(19) 사이에는 투명판(19)과 굴절율이 거의 동일한 투명 수지가 충전되어 센서 칩(11) 및 배선이 보호된다.
여기에서, 센서 칩(11)과 투명판(19) 사이에 충전되는 투명 수지는 실제의 제조 공정에서는 센서 칩(11)을 기저 부재(13)에 장착한 직후에 프레임 부재(16)의 개구부(17)에서 형성되는 오목부를 매립하도록 충전된다. 그리고, 투명 수지가 경화하기 전에 개구부(17)의 대향하는 2변 사이에 걸치도록 하여 장착된다. 이에 따라, 충전되는 투명 수지가 많은 경우에는 개구부(17)의 투명판(19)으로 덮여 있지 않은 부분에서 부풀어 오르기 때문에, 투명판(19)의 부상(浮上)은 발생하지 않는다. 반대로, 충전되는 투명 수지가 적은 경우에는 개구부(17)의 투명판(19)으로 피복되어 있지 않은 부분에서 함몰이 발생하기 때문에, 센서 칩(11)의 수광면(12)과투명판(19) 사이에 기포가 혼입하는 일은 없다.
이와 같은 고체 촬상 소자에 따르면, 표면 실장형 패키지를 가공이 용이하고 염가인 재료로 구성할 수 있기 때문에 세라믹 패키지를 사용한 경우에 비하여 제조코스트를 대폭적으로 삭감할 수 있다. 또한, 센서 칩(11)의 수광면(12)을 보호하는 투명판(19)을 프레임 부재(16)의 개구부(17)의 일부를 열어 장착함으로써, 센서 칩(11)과 투명판(19) 사이에 충전하는 투명 수지의 충전량의 제어가 용이해져서 제조공정의 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
그런데, 이와 같은 표면 실장형의 패키지를 채용한 고체 촬상 소자의 경우, 회로 기판 또는 광학계와의 위치 일치가 어려워진다. 즉, 표면 실장형 패키지에서는 고체 촬상 소자를 덮고 렌즈 유닛을 장착한 후에 고체 촬상 소자와 회로 기판과의 접속이 불가능하기 때문에, 미리 고체 촬상 소자를 회로 기판상의 배선에 납땜하여 접속한 후에 렌즈 유닛을 장착해야만 한다. 그러나, 표면 실장형 패키지는 그 패키지의 주변 부분에 납땜에 따른 요철이 생기기 때문에, 패키지의 측면을 기준으로 하여 렌즈 유닛의 위치 결정을 행할 수 없다.
도 2는 도 1에 도시한 바와 같은 표면 실장형 패키지를 이용한 고체 촬상 소자의 실장 방법을 설명하는 분해 사시도이고, 도 3은 회로 기판상에 고체 촬상 소자 및 렌즈 유닛을 실장했을 때의 단면도이다.
고체 촬상 소자(20)는 도 1에 도시한 구조의 것으로, 기저 부재(13) 및 프레임 부재(16)로 구성되는 패키지의 측면에 리드(14)에 접속되는 복수의 전극(21)이 형성되어 있다. 회로 기판(22)은 글래스 에폭시 기판 등의 절연 재료로 이루어지고, 한면 또는 양면에 동박으로 배선 패턴이 형성되고, 이들 배선 패턴을 통하여 고체 촬상 소자(20)를 구동하는 구동 회로나 고체 촬상 소자(20)의 출력을 받아들이는 신호 처리 회로 등이 접속된다. 이 회로 기판(22)에는 고체 촬상 소자(20)의 수광면에 대응하는 개구창(23)이 설치되어 있고, 이 개구창(23)에 투명판(19)을 수납하게 하여 고체 촬상 소자(20)가 장착된다. 즉, 고체 촬상 소자(20)는 회로 기판(22)의 개구창(23)을 통하여 피사체 영상을 받도록 수광면을 회로 기판(22) 측을 향하여 장착된다. 또한, 회로 기판(22)에는 개구창(23)의 양측에 고체 촬상 소자(20)의 위치 결정홀(18)에 대응하는 관통홀(24)이 설치된다. 렌즈 유닛(25)은 마운트부(26) 및 경통부(27)로 구성된다. 마운트부(26)는 이면측에 회로 기판(22)의 관통홀(24)에 대응하는 위치 결정핀(28)이 설치되고, 이 위치 결정핀(28)을 관통홀(24)을 통하여 고체 촬상 소자(20)가 장착되는 면과는 반대면에 개구창(23)을 덮도록 장착된다. 이때, 위치 결정핀(28)은 회로 기판(22)의 이면측까지 돌출되고, 이 돌출 부분에 고체 촬상 소자(20)의 위치 결정홀(18)을 끼워 넣을 수 있다. 경통부(27)는 고체 촬상 소자(20)의 센서칩(11)의 수광면(12)에 피사체 영상을 결상시키는 렌즈(30)가 설치되고, 마운트부(26)의 고체 촬상 소자(20)에 대향하는 부분이 설치된다.
이 렌즈 유닛(25)은 회로 기판(22)의 개구창(23)을 덮으면 되고, 고체 촬상 소자(20)를 수납할 필요가 없으므로, 도 5에 도시한 렌즈 유닛(7)에 비하여 작게 형성할 수 있다. 또한, 렌즈 유닛(25)을 장착한 후라도 고체 촬상 소자(20)가 노출되어 있기 때문에, 렌즈 유닛(25)에 대한 고체 촬상 소자(20)의 위치를 결정한 후에 고체 촬상 소자(20)를 회로 기판(22)의 배선 패턴에 납땜하여 고정시킬 수 있다. 따라서, 회로 기판(22)에 대한 고체 촬상 소자(20) 및 렌즈 유닛(25)의 위치 결정이 용이해진다.
이상의 실시예에서는 고체 촬상 소자(20) 및 회로 기판(24)에 위치 결정홀(15, 18) 및 관통홀(24)을 설치한 경우를 예시하였지만, 이들 홀(15, 18 및 24)은 렌즈 유닛(25)의 위치 결정핀(28)에 대응하는 오목한 부분이라도 좋다.
본 발명에 따르면, 고체 촬상 소자의 패키지를 가공이 용이하고 염가인 재료로 형성할 수 있으므로, 제조 코스트를 대폭 삭감할 수 있다. 또한, 고체 촬상 소자의 표면에 장착하는 투명판을 프레임 부재의 개구부보다 작게 형성함으로써, 센서칩과 투명판 사이로의 투명 수지의 충전이 용이해지므로 작업성이 향상되어 제조수율이 향상된다.
그리고, 표면 실장형 패키지를 채용한 고체 촬상 소자를 회로 기판상에 실장할 때, 회로 기판에 대한 고체 촬상 소자 및 렌즈 유닛의 위치 결정이 용이해져서, 조립 행정을 간략화할 수 있다. 또한, 렌즈 유닛 자체를 적게 할 수 있기 때문에 회로 기판으로부터의 큰 돌출이 없게 되 어 소형화에 유리하다.

Claims (4)

  1. 복수의 수광 화소가 매트릭스상으로 배열되고, 각 수광 화소에 광전 변환에 의해 발생하는 정보 전하를 축적하는 센서 칩과,
    한쪽면 상에 상기 센서 칩이 장착되고, 장착부의 주변부에 상기 센서 칩의 전극과 전기적으로 접속되는 복수의 리드가 배치된 절연성 기저 부재와,
    상기 기저 부재의 한쪽면 상에서 상기 센서 칩을 둘러싸고, 상기 센서 칩을 수용하는 오목부를 형성하는 절연성 프레임 부재와,
    적어도 상기 센서 칩의 수광면을 덮고, 상기 프레임 부재의 대향하는 2변에 걸쳐 장착되는 투명판
    을 포함하고,
    상기 센서 칩의 수광면과 상기 투광판 사이에 투명 수지가 충전되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명판은 상기 센서 칩의 수광면의 상부 이외에서 상기 프레임 부재가 형성하는 오목부의 일부를 열어서 장착되는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자.
  3. 복수의 수광 화소가 매트릭스상으로 배열된 센서 칩이 표면 실장형 패키지에 수납된 고체 촬상 소자를 광학 렌즈와 함께 회로 기판상에 장착하는 실장 방법에있어서,
    회로 기판에 상기 고체 촬상 소자의 센서 칩의 수광면보다 크고 패키지보다 작은 개구창을 형성하고, 이 개구창을 덮어 상기 회로 기판의 한쪽면에 광학 렌즈가 설치되는 렌즈 마운트를 장착하고,
    상기 개구부를 메워서 상기 회로 기판의 다른쪽 면에 상기 고체 촬상 소자를 장착하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 실장 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 회로 기판의 개구창 근방에 1쌍의 관통홀을 형성하고,
    이 1쌍의 관통홀에 대응하여 상기 렌즈 마운트의 상기 회로 기판과 접하는 면에 1쌍의 위치 결정핀을 형성함과 동시에 상기 고체 촬상 소자의 패키지의 주변영역에 l쌍의 위치 결정홀을 형성하고,
    상기 렌즈 마운트의 위치 결정핀을 상기 회로 기판의 관통홀을 통하여 상기 회로 기판에 대한 상기 렌즈 마운트의 위치를 결정하고,
    상기 회로 기판의 다른쪽 면에 돌출하는 상기 렌즈 마운트의 위치 결정핀을 상기 고체 촬상 소자의 위치 결정홀을 통하여 상기 회로 기판에 대한 상기 고체 촬상 소자의 위치를 결정하는 것을 특징으로 하는 고체 촬상 소자의 실장 방법.
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