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KR100616670B1 - 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법 - Google Patents

웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법 Download PDF

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KR100616670B1
KR100616670B1 KR1020050008990A KR20050008990A KR100616670B1 KR 100616670 B1 KR100616670 B1 KR 100616670B1 KR 1020050008990 A KR1020050008990 A KR 1020050008990A KR 20050008990 A KR20050008990 A KR 20050008990A KR 100616670 B1 KR100616670 B1 KR 100616670B1
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Abstract

디지털 광학기기에 사용되는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법이 제공된다.
본 발명은, 이미지 센서로 유입되는 광으로 부터 특정 파장을 제거시키는 광학 필터; 상기 광학 필터에 부착되어 필터 코팅층을 보호하고, 그 후면으로는 패드 전극들이 형성되는 글라스층; 상기 글라스층의 패드 전극에 부착되고, 상기 패드 전극으로 부터 그 후면으로 재분배 패드가 형성되는 이미지 센서; 및 상기 이미지 센서의 후면측에 배치되고, 상기 패드 전극에 전기적으로 연결되는 솔더 볼;들을 포함하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 과 그 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면, 크기를 최소한으로 줄이고, 양호한 품질의 이미지 센서 모듈만을 선별하여 사용 가능함으로써 제작원가의 절감을 이룰 수 있으며, 대량 생산에 유리한 효과가 얻어진다.
디지털 광학기기, 이미지 센서 모듈, 광학 필터, 이미지 센서 모듈, 글라스 웨이퍼

Description

웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법{IMAGE SENSOR MODULE OF CHIP SCALE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
제 1도는 종래의 기술에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈을 도시한 구성도로서,
a)도는 정면도, b)도는 배면도, c)도는 솔더 볼들을 구비한 사시도;
제 2도는 종래의 기술에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈의 다른 구조를 도시한 종단면도;
제 3도는 종래의 기술에 따른 또 다른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 구조를 도시한 종단면도;
제 4도는 종래의 기술에 따른 또 다른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈에서 솔더 볼들을 구비한 구조를 도시한 종단면도;
제 5도는 종래의 기술에 따른 또 다른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈에서 비아 홀(Via Hole)들을 형성한 구조를 도시한 종단면도;
제 6도의 a),b)는 종래의 기술에 따른 또 다른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈을 도시한 종단면도;
제 7도는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈을 도시한 단면도;
제 8도의 a),b)는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법에서 글라스층과 광학 필터를 결합하여 글라스 웨이퍼를 형성하는 공정을 도시한 설명도;
제 9도는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법에서 글라스 웨이퍼상에 메탈층을 형성하는 공정을 도시한 설명도;
제 10도는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법에서 글라스 웨이퍼상의 메탈층에 패드 전극을 형성하는 공정을 도시한 설명도;
제 11도는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법에서 글라스 웨이퍼상의 패드 전극에 이미지 센서를 부착시키는 공정을 도시한 설명도;
제 12도는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법에서 글라스 웨이퍼상의 이미지 센서 사이에 수지층을 형성시키는 공정을 도시한 설명도;
제 13도는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법에서 글라스 웨이퍼상의 수지층에 비아 홀들을 형성시키는 공정을 도시한 설명도;
제 14도는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법에서 수지층의 비아 홀을 통하여 재분배 패드를 형성시키는 공정을 도시한 설명도;
제 15도는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법에서 재분배 패드상에 솔더 볼들을 형성시키는 공정을 도시한 설명도;
제 16도는 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법에서 얻어진 글라스 웨이퍼를 절단하여 다수개의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈을 형성시키는 공정을 도시한 설명도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1..... 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈
10.... 광학 필터 10a.... 코팅층
20.... 글라스층 30.... 패드 전극
32.... 플립칩 패드 34.... 확장 패드
40.... 이미지 센서 42.... 재분배 패드
44.... Au 범프 전극 50.... 절연수지층
52.... 비아 홀 70.... 솔더 볼
100... 글라스 웨이퍼 102.... 메탈
110.... 이미지 센서 위치 영역
300,350,400,450,500,600.... 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈
312.... 전기적 접점 317.... 융착성 범프 전극
357.... 보호막 364.... 에지 표면
372.... 집적회로 다이 382.... 전기적 접점
395.... 반사 방지 코팅막 410.... 마이크로 렌즈 어레이
412.... 실리콘 기재 416.... 패키지층
428.... 전기 콘택트 430.... 범프 전극
432.... 도전성 패드 436.... 스페이서 요소
438.... 에폭시 444.... 유리층
446.... 공간 451.... 실리콘 기판
452.... 광전 변환 디바이스 영역 453.... 접속 패드
456.... 절연막 458.... 투명 접착층
459.... 유리 기판 461.... 재배선
462.... 주상 전극 463.... 포장막
464.... 용접 볼 510.... 반도체 팁
511.... 패드 전극 513.... 지지 기판
517.... 비아 홀 520.... 주상 단자
521.... 재배선층 522.... 솔더 마스크
523.... 범프 전극 605.... 유리기판
610.... 금속 배선 612.... 절연막
620.... 이미지 센서 칩(Image Sensor Chip)
630.... 솔더 볼 죠인트(Solder ball Joint)
640.... 외측 솔더 볼(Outer Solder Ball)
본 발명은 디지털 광학기기에 사용되는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 CMOS 혹은 CCD로 지칭되는 이미지 센서를 구비한 모듈의 크기를 소형화하기 위하여 그 크기를 최소화하고, 양호한 품질의 이미지 센서만을 선별하여 사용 가능함으로써 양호한 품질의 패키지를 생산하여 제작원가의 절감을 이룰 수 있으며, 대량 생산에 유리한 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근, 휴대용 또는 가정용 비디오 카메라와 디지탈 카메라 뿐만 아니라, 휴대 전화의 카메라 기능의 채용으로 인하여 초소형, 고화질의 이미지 센서 모듈에 대한 요구가 증대되고 있다. 이러한 이미지 센서 모듈은 우수한 색 재현성과 미세한 표현등의 소비자 요구에 의한 화소수 증대 뿐만 아니라, 휴대 전화의 적용으로 인한 경박단소의 소형화 및 고밀도 패키지의 이미지 센서 모듈의 필요성이 대두되고 있는 상황이다.
도 1에는 종래의 기술에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(300)의 전면(Front Side)을 나타낸다. 이러한 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(300)은 기본형 구조로서, 휴대폰용 카메라 모듈에 적용되는 방식은 크게 다음의 세가지 형태로 금 와이어 본딩 기술을 이용한 COB(Chip On Board), 또는 ACF(Anisotropic Conductive Film) 또는 NCP(Non-conductive Paste)를 이용한 COF(Chip on FPC) 방식, 그리고 CSP(Chip Scale Package) 방식으로 분류할 수 있다. 이 중 가장 주목을 받고 있는 것은 현재 사이즈가 작고, 대량 생산에 적합한 CSP 패키징 방식이다.
이러한 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조 방법은 많은 다양한 방식이 있다. 그 중 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈로 제조하는 방식은 쉘케이스 리미티드사(SHELLCASE Ltd.)의 SHELL-OPC 방식이 가장 많이 사용되어지고 있다.
도 1에는 이와 같은 종래의 SHELL-OPC 방식의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(300)이 도시되어 있다. 이와 같은 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(300) 은 WO 99/40624호에 기재된 것으로서, 외부 환경으로 부터 보호되고 기계적인 강도가 보강된 비교적 얇고 조밀한 구조를 갖는 것이며, 그 에지 표면(314)을 따라 다수의 전기적 접점(312)이 도금되어 있다.
상기 접점(312)은 에지 표면 전체로 이미지 센서 모듈(300)의 평탄면(316) 상으로 연장된다. 이와 같은 접점의 배열을 통하여 이미지 센서 모듈(300)의 평탄면과, 에지를 회로 기판에 부착시킬 수 있게 된다. 상기와 같은 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(300)은 융착성 범프 전극들(317)이 각 접점(312)의 단부에 형성되어 있는 것을 나타낸다. 상기 융착성 범프 전극들(317)은 소정의 대형으로 배열되는 구조이다.
도 2에는 상기와 유사한 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(350)이 도시되어 있다.
이는 WO99/40624호에 기재된 내용으로서, 상기 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(350)은 광 방출기와 광 수신기 중에서 적어도 하나를 구비하고, 상면과 하면이 전기적 절연 및 기계적 보호 물질로 형성되어 있으며, 그 상면과 하면중에서 적어도 하나에는 보호막(357)이 빛을 투과하고, 전기적 절연성인 에지 표면(364)들이 패드를 구비하는 집적회로 다이(372)를 포함하고 있다.
그리고, 이러한 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(350)은 그 에지 표면(364)을 따라 다수의 전기적 접점(382)이 도금되어 있고, 선별 필터 및/또는 반사 방지 코팅막(395)이 투명 보호막(357)의 외부 접합면(356)에 형성되어 있는 구조이다.
도 3에는 또 다른 구조의 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(400)이 도시되어 있다. 이는 WO 01/43181호에 기재된 내용으로서, 결정질의 실리콘 기재에 형성된 마이크로 렌즈 어레이(410)를 구비한다. 상기 실리콘 기재(412)의 아래에는 통상 유리로 형성된 패키지층(416)이 에폭시(414)에 의해서 밀봉되어 있는데, 이 패키지층(416)의 엣지를 따라서 전기 콘택트(428)가 형성되며, 이 전기 콘택트(428)는 통상 범프 전극(430)를 형성한다. 그리고 도전성 패드(432)는 상기 실리콘 기재(412)를 전기 콘택트(428)에 연결시킨다.
이와 같은 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(400)은 통상 유리층(444)과 이와 관련된 스페이서 요소(436)들이 실리콘 기재(412)의 상부에 에폭시(438)등의 접착제로 밀봉되어 마이크로렌즈 어레이(410)와 유리층(444) 사이에 공간(446)을 형성할 수 있게 된다. 상기 패키지층(444)은 바람직하게는 투명한 것이다.
한편, 도 4에는 상기와는 다른 방식의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(450)이 도시되어 있다. 이는 일본국 특허출원 제2002-274807호에 기재된 내용으로서, 복수의 이미지 센서 모듈에 대응하는 사이즈의 유리 기판(459)상에 투명 접착층(458)이 부착되고, 그 위에는 하면에 광전 변환 디바이스 영역(452)를 가지는 실리콘 기판(451)이 서로 간극을 형성하면서 접착되어 있다. 이와 같은 종래의 구조는, 실리콘 기판(451)의 하면 주변부 및 그 주위에 접속용 배선(457)이 실리콘 기판(451)의 접속 패드(453)에 접속되어 있다.
그리고, 절연막(456), 재배선(461), 주상 전극(462), 포장막(463) 및 용접 볼(464)을 형성한 뒤에, 실리콘 기판(451)의 사이를 절단하고, 광전 변환 디바이스 영역(452)을 구비한 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(450)을 복수개 얻는다. 그렇지만, 이와 같은 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(450)은 그 구조가 복잡하여 제작하기 어려운 문제점이 있다.
한편, 도 5에는 상기와는 또 다른 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(500)이 도시되어 있다. 이는 일본국 특허공개 제 2004-153260호에 기재된 내용으로서, 반도체 팁(510)상에 형성되는 패드 전극(511)과, 상기 반도체 팁(510)의 표면에 접착되는 지지 기판(513)을 구비하고, 상기 반도체 팁(510)의 이면으로부터 상기 패드 전극(511)의 표면에 도달하도록 비아 홀(517)이 형성되며, 상기 비아 홀(517)내에 상기 패드 전극(511)과 접속 되는 주상 단자(520)가 형성된다.
그리고, 상기 주상 단자(520)에는 재배선층(521)이 형성되고, 그 재배선층(521)상에는 솔더 마스크(522)가 피복되며, 범프 전극(523)이 상기 재배선층(521)에 전기적으로 연결되는 구조이다.
이와 같은 종래의 기술은 그 독특한 구조로 인하여 단선이나 스텝 커버리지의 열화를 방지하고, 신뢰성의 높은 BGA을 가지는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(500)을 제공하고자 하는 것이었다.
그렇지만, 상기와 같은 종래의 이미지 센서 모듈들은 장착되어지는 이미지 센서의 수율이 현저하게 낮을 때에 문제점을 갖는 것으로서, 이러한 방식은 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈을 생산하는 과정에서 불량품인 아웃다이(Out Die)의 이미지 센서까지 패키징을 하게 되기 때문에, 아웃다이의 이미지 센서들을 패키징하는 비용도 양품의 굿다이(Good Die)의 이미지 센서들을 패키징하는 비용에 포함되어 생산원가가 높아지는 문제점을 갖는다.
그리고, 도 6의 a),b)에는 또 다른 종래의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(600)이 도시되어 있다. 이는 유리층(Glass)을 사용하여 유리기판(605)으로 하고, 그 위에 금속 배선(610)과 이를 보호하기 위한 절연막(612)을 형성하며, 이미지 센서 칩(Image Sensor Chip)(620)과 유리기판(605)을 솔더 볼 죠인트(Solder ball Joint)(630)를 이용하여 전기적으로 연결한 것이다.
또한, 상기 금속 배선(610)에는 외측 솔더 볼(Outer Solder Ball)(640)들이 형성되어 외부의 PCB 기판(미도시)에 전기적으로 연결가능하도록 구성된다.
따라서, 이미지 센서 칩(Image Sensor Chip)(620)으로 부터의 전기적 신호가 유리기판(605)상의 금속 배선(610)과 외측 솔더 볼(Outer Solder Ball)을 통하여 외부 PCB 기판에 전달되는 방식이다.
그렇지만, 상기와 같은 종래의 이미지 센서 모듈은 그 구조가 복잡하고, 제작하기 어려운 문제점을 갖는 것이다.
또한, 상기와 같은 종래의 웨이퍼 모듈의 이미지 센서 모듈들이 수광하는 빛은 그 파장이 적외선영역, 가시광선영역, 자외선영역 등 그 이외의 영역들도 있지만 사람이 사물을 보고 인식 하는 파장 영역의 가시광선 영역을 포함한다.
따라서, 상기와 같은 종래의 이미지 센서 모듈을 장착하는 카메라 모듈은 광학 필터를 내장하고 있는 데, 이러한 광학 필터가 IR 필터인 경우는 적외선 투과율을 낮춘다. 상기 적외선 영역의 빛은 열을 포함하고 있기 때문에 상기 광학 필터를 통하여 그 투과율을 낮추고, 반사율 높여서 상기 빛을 수광하는 이미지 센서를 보 호하고, 사람이 인식하는 가시광선 영역의 투과율을 높이는 역할을 하게 된다.
종래에는 광학 필터를 사각의 유리에 코팅하여 이것을 낱개로 커팅하고, 이것을 각각의 이미지 센서 모듈에 부착하는 방식이다.
따라서, 종래에는 카메라 모듈에 상기와 같은 이미지 센서 모듈을 장착하는 것과는 별개로 광학 필터를 장착하는 것이어서, 그 작업 공정은 다단계로 이루어지는 것이고, 그에 따라서 공정 개선이 필요한 문제점을 갖는 것이었다.
상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위하여 본 발명은 글라스 웨이퍼에 양품의 이미지 센서만 실장하여 패키징하게 됨으로써 이미지 센서 모듈의 수율을 획기적으로 높일 수 있고, 그에 따른 생산원가의 절감은 물론, 대량 생산에 유리한 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 다른 목적은 그 제조공정에서 광학 필터를 일체로 형성할 수 있어서 카메라모듈에 별도의 광학 필터를 부착하지 않아도 됨으로써, 작업 공정의 개선으로 인한 작업 생산성의 향상을 이룰 수 있는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 PCB에 장착하는 공정에서 종래의 실장 방식인 리플로우를 통해서도 간단하게 실장할 수 있어서 카메라 모듈의 조립 작업 생산성을 크게 향상시킬 수 있는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 및 그 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 디지탈 기기등에 사용되는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈에 있어서,
상기 이미지 센서로 유입되는 광으로 부터 특정 파장을 제거시키는 광학 필터;
상기 광학 필터에 부착되어 필터 코팅층을 보호하고, 그 후면으로는 패드 전극들이 형성되는 글라스층;및
상기 글라스층의 패드 전극에 부착되고, 상기 패드 전극으로 부터 그 후면으로 재분배 패드가 형성되는 이미지 센서; 및
상기 이미지 센서의 후면측에 배치되고, 상기 패드 전극에 전기적으로 연결되는 솔더 볼;들을 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈을 제공한다.
그리고, 본 발명은 디지탈 기기등에 사용되는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈의 제조방법에 있어서,
상기 이미지 센서로 유입되는 광으로 부터 특정 파장을 제거시키는 웨이퍼형 광학 필터와 웨이퍼형 글라스층을 서로 접착하여 글라스 웨이퍼를 형성하는 단계;
상기 글라스 웨이퍼의 글라스층에 패드 전극을 형성하는 단계;
상기 패드 전극에 범프 전극을 접합시켜 다수의 이미지 센서를 글라스 웨이퍼에 부착하는 단계;
상기 글라스 웨이퍼의 패드 전극을 각각의 이미지 센서의 후면으로 형성하여 재분배 패드를 형성하는 단계;
상기 이미지 센서의 재분배 패드 위에 각각 솔더볼을 형성하는 단계; 및
상기 글라스 웨이퍼를 다수의 이미지 센서 모듈들로 절단하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명을 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)은 도 7에 도시된 바와 같이, 이미지 센서로 유입되는 광으로 부터 특정 파장을 제거시키는 광학 필터(10)를 일체로 구비한다.
상기 광학 필터(10)는 통상적인 IR 필터로 이루어질 수 있지만 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 광학 필터(10)는 그 코팅층(10a)이 상,하 양면에 형성될 수 있지만, 바람직하게는 이후에 설명되어지는 글라스층(20)에 마주하도록 형성된다.
그리고, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)은 상기 광학 필터(10)에 부착되어 필터 코팅층(10a)을 보호하고, 그 후면으로는 패드 전극(30)들이 형성되는 글라스층(20)을 구비한다.
상기 글라스층(20)은 광학 필터(10)를 투명한 접착제를 사용하여 접착하거나, 공기중의 수분을 이용하여 H기 와 OH기로 본딩하는 퓨젼 본딩(Fusion Bonding)을 통하여 이룰 수 있다. 후자의 퓨젼 본딩은 글라스층(20)과 광학 필터(10) 사이에 아무것도 없이 본딩이 가능하므로 빛의 투과율이 100% 보장된다. 따라서, 투명한 접착제를 사용할 때보다도 더 좋은 빛의 투과 특성을 얻을 수 있다. 여기에서, 상기 광학 필터(10)의 코팅층(10a)은 상기 글라스층(20)과의 사이에 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 글라스층(20)은 그 외면에 패드 전극(30)이 형성되어 있다. 상기 패드 전극(30)은 PVD 방식을 이용하여 스퍼터링으로 TiW, Al, Cu 및 Ni 등과 같은 금속을 씨드 메탈로 사용 가능하며, 무전해 도금 방식으로는 Pd 와 같은 금속이 사용 가능하다. 그리고 시드 메탈상의 본 메탈로는 Ni 위에 Au가 일반적이며, Cu, Sn 및 Sn의 합금 도금이 가능하다.
도금 방식으로는 씨드 메탈과 같이 PVD 방식의 스퍼터링이 가능하나, 전기도금을 행하는 것이 양산성 측면이나 대량 생산에 적합하다. 또한, 상기 패드 전극(30)은 상기 글라스층(20)에 코팅된 메탈을 패터닝(Paterning)하여 얻게 되며, 이와 같이 얻어진 패드 전극(30)은 이후에 설명되어지는 이미지 센서(40)와 플립칩(Flip Chip) 본딩하기 위한 대응 플립칩 패드(32)와, 재분배를 위한 확장 패드(34)를 포함한다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)은 상기 글라스층(20)의 패드 전극(30)에 부착되고, 그 패드 전극(30)으로 부터 재분배 패드(42)가 후면으로 형성되는 이미지 센서(40)를 구비한다.
상기 이미지 센서(40)는 굿다이(Good Die; 양품의 이미지 센서)만을 플립칩 본딩하여 결합된 것이다. 상기 플립칩 본딩 방식의 이미지 센서(40)에는 Au 범프 전극(44)을 적용하여 ACF(Antisotropic Conductive Film)로 본딩하는 것이 일반적이다. 여기에서 ACF를 ACP(Antisotropic Conductive Paste), NCP(Non-Conductive Paste) 및 NCF(Non-Conductive Film)등으로 본딩할 수도 있다. 또한, 이미지 센서(40)의 범프 전극(44)을 Au 범프 전극이 아닌 솔더 볼 범프 전극을 적용할 수도 있다.
그리고, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)은 상기 이미지 센서(40)의 후면으로 형성되는 재분배 패드(42)가 상기 글라스층(20)에 형성된 패드 전극(30)의 확장 패드(34)에 전기적으로 연결되는 것으로서, 상기 확장 패드(34)와 재분배 패드(42)와의 사이에는 절연수지층(50)이 형성되고, 상기 절연수지층(50)을 관통하는 비아 홀(52)들이 형성되며, 그 내부에 메탈을 도금하여 상기 확장 패드(34)와 재분배 패드(42)들이 전기적으로 연결되는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 이미지 센서(40)의 후면측에 배치되고, 상기 패드 전극(30)에 전기적으로 연결되는 솔더 볼(70)들을 포함한다.
이와 같은 구조를 갖춤으로써 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)은 종래의 방식에서 제기되었던 문제점들을 해결한다. 즉, 종래 방식의 이미지 센서 모듈에서는 이미지 센서가 웨이퍼 형상으로 제작 완료(FAB OUT) 되면, 불량한 이미지 센서들을 다량 포함한 수율이 낮은 이미지 센서 웨이퍼가 이미지 센서 모듈로 생산된다. 이러한 경우, 불량한 이미지 센서들이 불량한 이미지 센서 모듈들을 발생시켜, 결과적으로 이와 같은 불량한 다량의 이미지 센서 모듈들이 폐기되고, 그에 따라서 그 비용이 고스란히 이미지 센서의 품질이 우수한 굿다이의 양품 이미지 센서 모듈에 전가된다.
따라서, 종래에는 양호한 품질의 굿다이의 이미지 센서들을 갖는 양호한 이 미지 센서 모듈의 생산 비용이 불가피하게 상승되지만, 본 발명에서는 이와는 상관없이 품질이 우수한 이미지 센서의 굿다이만을 선별하여 사용하므로 이러한 문제점들을 완전히 해결할 수 있는 것이다.
그리고, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법은 먼저, 도 8a),b)에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 센서(40)로 유입되는 광으로 부터 특정 파장을 제거시키는 웨이퍼형 광학 필터(10)와 웨이퍼형 글라스층(20)을 서로 접착하여 글라스 웨이퍼(100)를 형성하는 단계가 이루어진다.
본 발명의 첫번째 단계는 글라스를 웨이퍼 형태로 가공하여 하나의 글라스층(20)을 형성하고, 다른 한 웨이퍼형 글라스에는 광학 필터용 코팅층(10a)을 형성하여 웨이퍼형의 광학 필터(10)를 형성한 다음, 이들 두개를 본딩하여 글라스 웨이퍼(100)를 형성하는 단계이다.
종래에는 사각의 글라스에 코팅층을 형성하여 광학 필터를 낱개로 커팅하고, 이것을 카메라 모듈에 각각 붙여 사용하였다.
그러나, 본 발명에서는 종래의 기술과는 다르게, 광학 필터(10)를 웨이퍼 형태로 구성하고, 글라스 웨이퍼(100)를 제작한 후, 상기 글라스 웨이퍼(100)를 웨이퍼 레벨로서 제작 단계들을 진행하여 패키징하고, 이를 이미지 센서(40) 별로 절단(Dicing)하여 각각의 다수개의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)을 완성한다.
상기 글라스 웨이퍼(100)를 형성하는 단계에서는 웨이퍼 형태의 글라스층(20)과 웨이퍼 형의 광학 필터(10)를 붙이는 단계로서, 이들을 도 8b)에 도시된 바와 같은 투명한 접착제(16)를 사용하여 접착하는 방법이 있고, 공기중의 수분을 이용하여 H기 와 OH기로 본딩하는 퓨젼 본딩(Fusion Bonding)이 있다. 후자(後者)의 퓨젼 본딩은 상기 글라스층(20)과 광학 필터(10) 사이에 아무것도 없이 본딩이 가능하므로 빛의 투과율이 100% 보장된다. 따라서 투명한 접착제(16)를 사용할 때보다도 더 좋은 빛의 투과 특성을 얻을 수 있다. 이와 같이 글라스층(20)과 웨이퍼형 광학 필터(10)를 접착하여 글라스 웨이퍼(100)를 형성한다.
그리고, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법은 상기 글라스 웨이퍼(100)의 글라스층(20)에 패드 전극(30)을 형성하는 단계를 포함한다.
이 단계는 상기 첫번째 단계에서 제작된 글라스 웨이퍼(100)에 패턴닝을 형성하기 위하여 메탈을 덮는 단계를 포함한다. 이와 같이 글라스 웨이퍼(100)의 글라스층(20)에 메탈(102)을 형성하는 단계는 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 글라스층(20)에 씨드 메탈을 덮고 본 메탈을 덮는다. 상기 씨드 메탈은 PVD(Physical Vapor Deposition) 방식을 이용하여 스퍼터링으로 TiW, Al, Cu 및 Ni 등과 같은 메탈을 씨드 메탈(Seed Metal)로 사용 가능하며, 무전해 도금 방식으로는 Pd 와 같은 메탈을 사용 가능하다. 상기 본 메탈로는 Ni 위에 Au가 일반적이며, Cu, Sn 및 Sn의 합금 도금이 가능하다. 도금 방식으로는 씨드 메탈과 같이 PVD 방식의 스퍼터링이 가능하나, 전기도금을 행하는 것이 양산성 측면이나 대량 생산에 적합하다.
그리고, 상기 글라스 웨이퍼(100)의 글라스층(20)에 패드 전극(30)을 형성하는 단계는 글라스 웨이퍼(100)의 글라스층(20)에 코팅된 메탈(102)을 패터닝하는 단계이다. 상기 패터닝 단계는 도 10에 도시된 바와 같이, 글라스층(20)에 형성된 메탈(102) 층에 패턴을 형성하여 이미지 센서(40)와 플립칩 본딩하여 이미지 센서(40)를 장착하기 위한 플립칩 패드(32)를 형성하고, 이후에 설명되어지는 재분배 패드(42)를 형성하기 위한 확장 패드(34)를 형성한다.
이는 도 10에 도시된 바와 같이, 각각 글라스 웨이퍼(100)의 글라스층(20)에는 이미지 센서(40)가 위치되는 영역(110)과, 각각의 상기 영역(110)을 포위하도록 플립칩 패드(32)와 확장 패드(34)들이 형성되는 것이다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법은 상기 패드 전극(30)에 범프 전극(44)을 접합시켜 다수의 이미지 센서(40)들을 글라스 웨이퍼(100)에 부착하는 단계를 포함한다.
이 단계에서는 상기 글라스 웨이퍼(100)에 굿다이(Good Die; 양품의 이미지 센서)만을 플립칩 본딩하는 단계를 포함한다. 이 단계는 도 11에 도시된 바와 같이, 이미 형성되어진 글라스 웨이퍼(100)의 플립칩 패드(32)에 굿다이의 이미지 센서(40)에 형성된 범프 전극(bumps)(44)을 본딩한다. 상기 플립칩 본딩 방식의 이미지 센서(40)에는 Au 범프 전극을 적용하여 ACF로 본딩하는 것이 일반적이다.
그렇지만 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고, 상기 ACF를 ACP, NCP 및 NCF등으로 대체하여 본딩할 수 있음은 물론이다. 또한, 이미지 센서(40)의 범프 전극(44)을 Au 범프 전극이 아닌 솔더 볼 범프 전극으로 대체 적용할 수도 있다.
상기와 같이 본 발명은 이와 같은 제조 단계를 포함함으로써 불량한 이미지 센서(40)들을 제거하고 이미지 센서(40)의 품질이 우수한 굿다이의 양품 이미지 센서(40) 만을 선별하여 장착함으로써 결과적으로 이미지 센서(40)에서 불량이 발생 하지 않는 양호한 품질의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)을 얻을 수 있다.
따라서, 양호한 품질의 굿다이의 이미지 센서(40)들을 갖는 양호한 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)의 생산 비용이 낮아지는 효과를 얻을 수 있다.
그리고, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법은 상기 글라스 웨이퍼(100)의 패드 전극(30)을 각각의 이미지 센서(40)의 후면(Back Side)으로 형성하여 재분배 패드(42)를 형성하는 단계를 포함한다.
이와 같이 재분배 패드(42)를 형성하는 단계는, 먼저 상기 이미지 센서(40)가 플립칩 본딩된 글라스 웨이퍼(100)에 이미지 센서(40)와 센서(40)들 사이 공간을 수지층(50)으로 채우는 단계를 포함한다. 상기 수지층(50)을 채우는 단계는 도 12a),b)에 도시된 바와 같이 이미지 센서(40)와 센서(40)사이의 공간을 수지로 균일하게 채우고, 베이킹하여 경화시킨다. 상기 수지는 에폭시, BCB(Benzocyclobutene)등이 있다.
그리고, 상기 단계는 도 13에 도시된 바와 같이, 경화된 수지에 비아 홀(52)을 에칭하는 단계를 포함한다. 여기에서 비아 홀(52)을 에칭하는 방법에는 여러 가지 방법이 있을 수 있다. 예를 들면, 포토리소그라피 단계로서 마스크를 이용하여 노광하고, 현상하는 방식으로 비아 홀(52)을 에칭할 수 있으며, 레이져나 드라이 에칭 방법으로 비아 홀(52)들을 에칭할 수 있다.
또한, 상기 단계는 상기와 같이 경화된 수지층(50)에 형성된 비아 홀(52)들 내부에 메탈을 코팅하거나 채우는 방식을 적용하여 확장 패드(34)로 부터 전기적으로 연결되도록 이미지 센서(40)의 후면에 재분배 패드(42)를 형성하는 것이다.
이 단계는 도 14에 도시된 바와 같이, 확장 패드(34)를 이미지 센서(40)의 후면으로 연장시켜 재분배 패드(42)를 형성하는 것으로서, 씨드 메탈(Seed Metal)을 PVD 방식이나 CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식 또는 무전해 방식으로 형성하고, PVD 방식이나 전기도금, 컨덕팅 재료등으로 메탈을 비하 홀(52)의 내부에 바르거나 채울 수 있다. 이와 같이 재분배 패드(42)를 형성하는 단계는 실리콘 웨이퍼를 에칭하는 방식보다 수지층(50)을 에칭하는 방식이 훨씬 수월하며, 좋은 품질을 얻을 수있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법은 상기 이미지 센서(40)의 재분배 패드(42) 위에 각각 솔더 볼(70)을 형성하는 단계를 포함한다.
이 단계는 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 이미지 센서(40)의 후면에 형성된 재분배 패드(42)위에 솔더 볼(70)을 형성하는 단계이다. 이러한 단계는 예를 들면, 프린팅 방식으로 솔더 볼(70)을 상기 재분배 패드(42)상에 만들 수 있으며, 솔더 볼(70)의 피치가 큰 경우는 마스크를 사용할 수 있고, 피치가 미세한 경우는 감광성 필름 레지스트를 사용하는 방법으로 할 수 있다.
본 발명에서는 전자기기의 경박단소(輕薄短小)화의 경향으로 솔더 볼(70)의 피치가 계속해서 작아지고 있어 감광성 필름 레지스트를 사용하게 된다.
상기와 같이 솔더 볼(70)을 형성하는 방법은 일반적으로 널리 알려진 기술들이고 다양한 방법이 있으므로, 여기에서는 보다 상세히는 기술하지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법은 마지막으 로서 상기와 같은 단계들을 통하여 생산된 상기 글라스 웨이퍼(100)를 다수의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)들로 절단하는 단계를 포함한다.
이 절단 단계는 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 제조방법을 통하여 완성된 글라스 웨이퍼(100)를 다수개의 낱개의 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)들로 다이싱(Dicing)하는 단계이다. 이와 같은 다이싱 단계는 이미지 센서들 마다 형성된 확장 패드들의 사이사이를 절단하여 다수개의 양호한 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)들을 생산하는 것이다.
이와 같이 낱개의 칩(Chip)으로 잘라진 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)들은 카메라 모듈의 조립 단계에서, 이미 이미지 센서(40)의 후면에 솔더 볼(70)들이 형성되어 있기 때문에, 일반적인 리플로우 단계를 통하여 쉽게 조립이 가능하며, 그에 따라서 카메라 모듈을 제작하는 단계중에서 다수의 단계를 제거할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)은 이미지 센서(40)와 더불어서 광학 필터(10)를 일체로 구성하고 있기 때문에, 종래의 카메라 모듈의 제작 단계에 비하여 제거될 수 있는 단계는, 광학 필터(10)의 준비단계으로서, 광학 필터(10)의 낱개 커팅, 커팅후 검사, 그리고 본드 디스펜싱, 광학 필터(10) 부착, 및 UV 경화등의 단계들을 제거 또는 생략할 수 있다.
상기와 같이 본 발명에 의하면, COB의 와이어 본딩이나 COF의 ACF(Anisotropic Conductive Film) 또는 NCP(Non-Conductive Paste)를 이용한 플립 칩 범프 전극 연결을 대체하는 방식이고, 종래와는 다르게 이미지 센서(40)의 패드 전극(30)을 재분배(Redistribution)하여 솔더 볼(70)을 부착할 수 있는 범프 전극을 형성하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)이 제공된다.
그리고, 본 발명은 글라스 웨이퍼(100)를 사용한 이미지 센서 모듈 방식으로서, 굿다이만의 이미지 센서(40)들을 선택하고, 이들을 글라스 웨이퍼(100)에 플립칩 본딩하여 제작하는 방식이다. 따라서 본 발명에서는 굿다이의 이미지 센서(40)들만을 실장하기 때문에 이미지 센서(40)들의 불량으로 인한 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)의 불량이 초래되는 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 웨이퍼형의 글라스층(20)과 광학 필터(10)를 붙인 글라스 웨이퍼(100)를 사용하여 제작되고, 글라스 웨이퍼(100)에 이미지 센서(40)를 본딩한 후, 수지로 채워 완전하게 밀봉을 한 다음, 비아 홀(52)들을 수지에 형성하여 솔더 범프 전극을 형성하여 제작되기 때문에, 본 발명에 따른 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)을 카메라 모듈에 조립하는 경우, 별도의 광학 필터(10)를 붙일 필요가 없다. 따라서, 카메라 모듈의 조립 단계를 획기적으로 단순화시킬 수 있고, 대량 생산이 유리하며, 생산 원가의 절감을 이룰 수 있는 효과가 얻어진다.
그리고, 본 발명에 따르면 이미지 센서(40)의 크기를 최소화하여 카메라 모듈의 크기를 더욱 작게 할 수 있으며, 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈(1)의 제작을 웨이퍼 레벨 단계에서 실행하므로 대량 생산이나 생산 원가의 절감을 이룰 수 있는 장점이 있다.
뿐만 아니라, 본 발명은 이미지 센서(40)의 후면(Back Side)을 이용하므로 전체적인 패키지 사이즈를 최소한으로 줄일 수 있고, 연결 리드(Connection Lid)를 솔더 볼(70)로 형성하므로 이방성 전도성 필름 혹은 접착제를 사용하지 않고도, 보편화된 리플로우 실장기술을 통하여 간단하게 PCB에 실장하여 경박 단소의 카메라 모듈을 구성할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 특정 실시예에 관하여 상세히 설명되었지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니다. 본 명세서 또는 도면의 기재 내용을 통하여 당업자들은 상기 실시예와는 다른 본 발명의 변형 구조 또는 균등 구조들을 다양하게 구성할 수 있지만, 이들은 모두 본 발명의 기술 사상내에 포함되는 것이다. 특히, 본 발명의 구성 요소들의 재질 변경, 단순 기능의 부가, 단순 형상변경 또는 치수 변경등이 다양하게 제시될 수 있겠지만, 이들은 모두 본 발명의 권리 범위내에 포함되는 것임은 명백한 것이다.

Claims (12)

  1. 디지탈 기기등에 사용되는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈에 있어서,
    상기 이미지 센서로 유입되는 광으로 부터 특정 파장을 제거시키는 광학 필터;
    상기 광학 필터에 부착되어 필터 코팅층을 보호하고, 그 후면으로는 패드 전극들이 형성되는 글라스층;및
    상기 글라스층의 패드 전극에 부착되고, 상기 패드 전극으로 부터 그 후면으로 재분배 패드가 형성되는 이미지 센서; 및
    상기 이미지 센서의 후면측에 배치되고, 상기 패드 전극에 전기적으로 연결되는 솔더 볼;들을 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 광학 필터의 코팅층은 글라스층에 마주하도록 형성됨을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 글라스층의 패드 전극은 이미지 센서와 플립칩 본딩하여 이미지 센서를 장착하기 위한 플립칩 패드를 형성하고, 그 외측으로 확장 패드를 형성한 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 이미지 센서의 외측으로는 수지층이 형성됨을 특징으 로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 수지층에는 비아 홀들이 형성되고, 상기 비아 홀에는 도전성 재료들이 충전 또는 도금처리되어 상기 패드 전극과 재분배 패드를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈.
  6. 디지탈 기기등에 사용되는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈의 제조방법에 있어서,
    상기 이미지 센서로 유입되는 광으로 부터 특정 파장을 제거시키는 웨이퍼형 광학 필터와 웨이퍼형 글라스층을 서로 접착하여 글라스 웨이퍼를 형성하는 단계;
    상기 글라스 웨이퍼의 글라스층에 패드 전극을 형성하는 단계;
    상기 패드 전극에 범프 전극을 접합시켜 다수의 이미지 센서를 글라스 웨이퍼에 부착하는 단계;
    상기 글라스 웨이퍼의 패드 전극을 각각의 이미지 센서의 후면으로 형성하여 재분배 패드를 형성하는 단계;
    상기 이미지 센서의 재분배 패드 위에 각각 솔더볼을 형성하는 단계; 및
    상기 글라스 웨이퍼를 다수의 이미지 센서 모듈들로 절단하는 단계;를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법.
  7. 제 6항에 있어서, 상기 글라스 웨이퍼를 형성하는 단계는 웨이퍼 형태의 글 라스층과 웨이퍼 형의 광학 필터를 투명한 접착제를 사용하여 접착하거나, 공기중의 수분을 이용하여 H기 와 OH기로 본딩하는 퓨젼 본딩(Fusion Bonding)방식으로 이루어지는 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법.
  8. 제 6항에 있어서, 상기 글라스 웨이퍼의 글라스층에 패드 전극을 형성하는 단계는 상기 글라스 웨이퍼에 메탈을 덮는 단계와, 상기 메탈을 패터닝하는 단계를 포함하여, 상기 글라스 웨이퍼에 이미지 센서를 장착하기 위한 플립칩 패드와 확장 패드를 형성하는 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법.
  9. 제 6항에 있어서, 상기 이미지 센서를 글라스 웨이퍼에 부착하는 단계는 굿다이(Good Die)의 양품의 이미지 센서만을 플립칩 본딩하는 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법.
  10. 제 6항에 있어서, 상기 재분배 패드를 형성하는 단계는 상기 이미지 센서가 플립칩 본딩된 글라스 웨이퍼에 이미지 센서와 센서들 사이 공간을 수지층으로 채우는 단계, 상기 수지층에 비아 홀을 에칭하는 단계 및, 비아 홀들 내부에 메탈을 코팅하거나 채워서 확장 패드로 부터 재분배 패드를 전기적으로 연결하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법.
  11. 제 6항에 있어서, 상기 솔더 볼을 형성하는 단계는 감광성 필름 레지스트를 사용하는 프린팅 방식으로 이루어짐을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법.
  12. 제 6항에 있어서, 상기 절단 단계는 이미지 센서들 마다 형성된 확장 패드들의 사이사이를 절단하여 이미지 센서 모듈들을 생산하는 것임을 특징으로 하는 웨이퍼 레벨의 이미지 센서 모듈 제조방법.
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