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KR100790994B1 - 이미지 센서 패키지, 그 제조 방법 및 이미지 센서패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈 - Google Patents

이미지 센서 패키지, 그 제조 방법 및 이미지 센서패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈 Download PDF

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KR100790994B1
KR100790994B1 KR1020060072660A KR20060072660A KR100790994B1 KR 100790994 B1 KR100790994 B1 KR 100790994B1 KR 1020060072660 A KR1020060072660 A KR 1020060072660A KR 20060072660 A KR20060072660 A KR 20060072660A KR 100790994 B1 KR100790994 B1 KR 100790994B1
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KR
South Korea
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image sensor
light transmitting
transmitting substrate
sensor chip
depression
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KR1020060072660A
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Inventor
권운성
권용환
강운병
이충선
장형선
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Abstract

이미지 센서 패키지와 그 제조방법 및 상기 이미지 센서 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈을 개시한다. 본 발명에 의한 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 칩을 투광기판의 함몰부에 장착한다. 한편, 이미지 센서 패키지가 회로기판에 접속하여 이미지 센서 모듈을 형성할 때 투광기판의 외부 연결패드 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있도록 투광기판의 함몰부 측벽 상부의 외부 연결패드 사이에 리세스부를 형성한다. 따라서 투광기판의 측벽은 리세스부 사이의 기둥 위에 외부 연결패드가 배치된 글래스 포스트 구조를 갖는다. 또한, 이미지 센서 칩을 투광기판에 본딩하는 접착제로부터 발생하는 아웃개싱 물질이 패키지 내에 잔류하여 이미지 센서 칩을 오염시키는 것을 방지하기 위하여 투광기판의 접착제가 도포되는 부분의 아래에서 함몰부 측벽의 리세스부로 신장되는 아웃개싱 물질 배출용 홈을 구비한다. 한편, 이미지 센서 모듈은 크기를 줄일 수 있도록 렌즈 유닛이 투광기판 위에 배치될 수 있고, 투광기판의 바깥 측벽은 외광을 감소시키기 위하여 검게 코팅될 수 있다.
이미지 센서 패키지, 투광기판, 함몰부, 글래스 포스트 구조

Description

이미지 센서 패키지, 그 제조 방법 및 이미지 센서 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈{Semiconductor image sensor package, method for manufacturing the same and Semiconductor image sensor module comprising the same}
도 1은 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 설명하기 위한 칩-온-보드 방식으로 패키지된 이미지 센서 모듈의 단면도이다.
도 2는 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 설명하기 위한 칩-온-필름 방식으로 패키지된 이미지 센서 모듈의 단면도이다.
도 3a 내지 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지의 개략적인 평면도 및 단면도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 모듈의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 이미지 센서 모듈의 단면도이다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 7은 초음파 본딩 방법을 이용한 이미지 센서 패키지를 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
100: 이미지 소자 패키지 110: 이미지 센서 칩
112: 수광부 113: 내부 연결 패드
114: 금속범프 116: 접착제
120: 투광기판 121: 적외선 차단 필름
122: 외부 연결패드 123: 씨드 금속층
124: 금속 도금층 125: 함몰부
126: 리세스부 127: 홈
128: 마스크층 패턴 129: 폴리머 절연막 패턴
130: 렌즈 유닛 132: 렌즈
134: 렌즈 하우징 140: 회로기판
본 발명은 이미지 센서 패키지와 그 제조방법 및 상기 이미지 센서 패키지를 포함하는 이미지 센서 모듈에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 미세 파티클의 오염을 방지하고 슬림화할 수 있는 이미지 센서 패키지와 그 제조방법 및 이미지 센서 모듈에 관한 것이다.
반도체 이미지 센서(예를 들면, CMOS 이미지 센서)와 같은 광학적 전자 소자들은 통상 더 큰 회로 어셈블리와 같은 고레벨 패키지로의 연결을 위하여 패키지된다. 이미지 센서 패키지는 더 큰 회로 어셈블리로의 전기적 연결을 제공하고, 주변 환경으로부터 이미지 센서 칩을 보호하며, 이미지 센서 칩에 위치한 센싱 회로 에 빛이나 다른 형태의 방사광이 통과해 들어오도록 한다.
반도체 산업이 발전함에 따라 제조사들은 반도체 구성 요소들을 더욱 작고, 빠르고 신뢰성 있게 만드는 여러가지 패키지 방법들을 개발해 왔다. 특히, 카메라폰 용도와 같이 경박단소화가 요구되는 시장에서는 칩-온-보드(Chip On Board: COB), 칩-온-필름(Chip On Board: COF), 칩 사이즈 패키지(Chip Size Package: CSP) 등이 많이 사용되고 있는 추세이다.
도 1은 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 설명하기 위한 칩-온-보드(COB) 방식으로 패키지된 이미지 센서 모듈의 단면도이다. 도 1에 도시된 칩-온-보드 방식의 이미지 센서 모듈은 크게 이미지 센서 칩(10), 이미지 센서 칩(10)이 장착되는 PCB(20), 이미지 센서 칩(10) 위로 PCB(20)에 장착되는 렌즈 유닛(30) 및 PCB(20)가 연결되는 연성회로기판(Flexible Printed Circuit: FPC)(40)을 포함한다. 렌즈 유닛(30)은 빛을 이미지 센서 칩(10)의 수광부(APS, 12)에 모아주는 렌즈(32), 이미지 센서 칩(10)에 보내는 빛으로부터 적외선을 차단하는 적외선 차단 필터(36), 하우징(34)으로 구성된다.
도 1에 도시된 칩-온-보드 방식의 이미지 센서 모듈은 PCB(20)와 이미지 센서 칩(10)의 뒷면을 다이 접착제(22)로 접착시킨 후 본딩 와이어(24)로 이미지 센서 칩(10)의 입출력 전극과 PCB(20)의 전극을 연결한다. 이러한 방식은 기존의 반도체 생산라인과 유사한 공정을 사용하므로 생산성이 높으나, 와이어 본딩을 위한 공간이 필요하여 이미지 센서 모듈의 크기가 커지고 와이어(24)의 높이와 적외선 차단 필터(36) 부분을 감안하면 높이 방향으로도 높이가 높아지는 문제가 있다.
도 2는 본 발명이 해결하고자 하는 과제를 설명하기 위한 칩-온-필름(COF) 방식으로 패키지된 이미지 센서 모듈의 단면도이다. 도 2에 도시된 칩-온-필름 방식의 이미지 센서 모듈에서 이미지 센서 칩(10)은 비등방성 전도성 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film, 23)을 사용하여 플립칩 방식으로 연성 PCB나 연성회로기판(FPC)(42)에 본딩된다. 이때 본딩 와이어를 사용하지 않아 렌즈 유닛(31)의 너비와 높이를 낮출 수 있으므로 경박단소한 이미지 센서 모듈을 제조할 수 있다. 그러나 이미지 센서 칩(10)의 수광부(12)로 빛을 전달하기 위해 수광부(12)의 넓이만큼 연성 PCB나 FPC(42)가 뚫려야 하며, 이때 이미지 센서 칩(10)이 기판(42)의 절단부분으로부터 기인하는 미세 파티클에 의해 오염될 우려가 있다. 또한 뚫려진 연성 PCB나 FPC(42)와 반도체 이미지센서 칩(10) 및 ACF의 정렬에도 어려움이 있을 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 경박단소하고, 미세 파티클에 의한 오염의 염려가 적은 이미지 센서 패키지를 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 상기 경박단소하고 미세 파티클에 의한 오염의 염려가 적은 이미지 센서 패키지의 제조 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 이미지 센서 패키지를 이용하여 경박단소한 이미지 센서 모듈을 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지는 중앙 부근에 함몰부가 형성되며, 상기 함몰부 주변을 따라 상기 함몰부와 연결되는 복수개의 리세스부가 형성된 투광기판; 일단이 상기 함몰부 내의 상기 투광기판 상에 놓이며, 타단이 상기 리세스부 사이에서 돌출되는 상기 투광기판의 상부면을 따라 상기 투광기판의 가장자리로 연장된 복수개의 외부 연결패드들; 및 상기 함몰부와 마주보는 면에 수광부가 형성되며, 상기 수광부의 주변으로 상기 외부 연결패드들과 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 연결패드들이 형성되어 있는 이미지 센서 칩을 포함한다.
상기 투광기판의 상기 함몰부가 형성되지 않은 다른 면에는 적외선 차단 필름이 형성되어 있다.
상기 함몰부의 깊이는 상기 이미지 센서 칩의 높이보다 더 깊은 것이 바람직하다.
상기 투광기판의 상기 외부 연결패드는 상기 함몰부의 바닥에서 상기 이미지 센서 칩의 내부 연결 패드와 접속하는 제1 부분, 상기 투광기판의 상부면에서 회로기판과 접속하는 제2 부분을 포함한다.
상기 이미지 센서 칩의 내부 연결패드와 상기 투광기판의 외부 연결패드 사이에 금속범프를 더 포함할 수 있다.
상기 이미지 센서 칩을 그 둘레에서 밀봉하면서 상기 이미지 센서 칩과 상기 투광기판을 본딩하는 접착제를 더 포함할 수 있다.
상기 접착제에 의한 본딩시 발생하는 가스를 배출하기 위하여 상기 함몰부 바닥의 상기 접착제가 형성된 부분으로부터 상기 함몰부 주변의 상기 리세스부로 연장되어 있는 복수의 홈을 더 포함할 수 있다.
상기 외부 연결패드는 Ti/Cu, Ti/Ni 또는 Ti/Au의 씨드 금속층 위의 Ni 또는 Au 금속층을 포함할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 모듈은 회로 기판; 상기 회로 기판상에 전기적으로 결합되는 이미지 센서 패키지; 및 상기 수광부에 대응하여 상기 투광기판의 제2 표면 위로 배치되는 렌즈 유닛을 포함한다. 여기서 상기 이미지 센서 패키지는 제1 표면의 중앙 부근에 함몰부가 형성되며, 상기 함몰부 주변을 따라 상기 함몰부와 연결되는 복수개의 리세스부가 형성된 투광기판; 상기 투광기판의 제1 표면에 형성되며, 상기 함몰부를 중심으로 일단이 상기 함몰부 내에 놓이며, 타단이 상기 투광기판의 가장자리로 연장된 복수개의 외부 연결패드 및 상기 함몰부와 마주보는 면에 수광부가 형성되며, 상기 수광부의 주변으로 상기 외부 연결패드들과 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 연결패드들이 형성되어 있는 이미지 센서 칩을 포함한다.
상기 투광기판의 제2 표면에 적외선 차단 필름이 형성되어 있다.
상기 렌즈 유닛은 상기 투광기판의 제2 표면에 장착되거나 상기 회로기판에 장착될 수 있다. 이 경우 상기 이미지 센서 패키지의 상기 투광기판의 바깥 측면이 흑색으로 코팅되어 있는 것이 바람직하다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 패키지의 제조 방법은 투광기판의 제1 표면에 함몰부를 형성하는 단계; 일단이 상기 함몰부 내의 상기 투광기판 상에 놓이며, 타단이 상기 함몰부 주변의 상기 투광기판의 상부면을 따라 상기 투광기판의 가장자리로 연장되도록 복수개의 외부 연결패드들을 형성하는 단계; 및 일면에 수광부 및 상기 수광부 주변으로 내부 연결패드들이 형성되어 있는 이미지 센서 칩을, 상기 수광부가 상기 투광기판과 마주보고 상기 내부 연결패드가 상기 외부 연결패드와 접속되도록 상기 함몰부 내에 장착하는 단계를 포함한다.
상기 함몰부는 100-300㎛의 깊이를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.
상기 함몰부 주변을 따라 상기 함몰부와 연결되는 복수개의 리세스부를, 상기 투광기판의 제1 표면에 함몰부를 형성할 때 함께 형성하거나 또는 상기 투광기판에 상기 외부 연결패드들을 형성한 후 상기 이미지 센서 칩의 장착 전에 형성할 수 있다.
상기 함몰부를 형성하는 단계는 상기 투광기판의 상기 제1 표면에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 투광기판을 식각하는 단계; 및 상기 투광기판의 식각 후 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함한다.
상기 투광기판은 플루오르화산(HF) 및 인산(H2PO3)의 혼합용액을 사용하여 식각할 수 있다.
상기 외부 연결패드를 형성하는 단계는 상기 투광기판의 상기 함몰부가 형성된 상기 제1 표면에 씨드 금속층을 형성하는 단계; 상기 씨드 금속층 위에 마스크 층 패턴을 형성하는 단계; 상기 마스크층 패턴에 의해 노출된 씨드 금속층 위에 금속 도금층을 전기도금에 의하여 형성하는 단계; 상기 금속 도금층 형성 후 상기 마스크층 패턴을 제거하는 단계; 및 상기 마스크층 패턴이 제거된 부분의 상기 금속 도금층이 형성되지 않은 상기 씨드 금속층을 제거하는 단계를 포함한다. 이때 상기 씨드 금속층은 Ti/Cu, Ti/Ni 또는 Ti/Au으로 형성할 수 있고, 상기 금속 도금층은 Ni 또는 Au으로 형성할 수 있다.
상기 이미지 센서 칩은 상기 투광기판에 플립칩 방식으로 장착된다.
상기 이미지 센서 칩은 상기 내부 연결패드 위의 금속범프를 더 포함할 수 있다. 이때 상기 투광기판에 상기 이미지 센서 칩을 장착하는 단계는 상기 함몰부 내의 상기 외부 연결패드의 일단에 에폭시 필름을 형성하는 단계; 및 상기 에폭시 필름이 형성된 상기 외부 연결패드의 일단에 상기 이미지 센서 칩의 상기 금속범프가 형성된 상기 내부 연결 패드를 정렬하고 상기 투광기판과 상기 이미지 센서 칩을 열압착하는 단계를 포함하거나 또는 상기 함몰부 내의 상기 외부 연결패드의 일단에 상기 이미지 센서 칩의 상기 금속범프가 형성된 상기 내부 연결 패드를 정렬하고 초음파접속을 수행하는 단계; 및 상기 초음파접속된 상기 이미지 센서 칩의 바깥면과 상기 함몰부의 측벽 사이에 댐(DAM) 물질을 충전하고 경화하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서 상기 에폭시 필름 또는 상기 댐(DAM) 물질은 광차단 물질인 것이 바람직하다.
상기 외부 연결패드를 형성하는 단계 후 상기 이미지 센서 칩을 장착하는 단계 전에 상기 투광기판의 상기 함몰부의 바닥으로부터 상기 리세스부로 연장되는 홈을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 함몰부 형성 전 또는 상기 투광기판에 상기 이미지 센서 칩의 장착 후 상기 투광기판의 상기 제1 표면의 반대편인 제2 표면에 적외선 차단 필름을 형성할 수 있다.
상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 이미지 센서 모듈의 제조방법은 위에서 기술된 방법에 따라 제조된 이미지 센서 패키지를 회로기판에 접속하는 단계; 및 상기 투광기판의 제2 표면 위로 렌즈 유닛을 배치하는 단계;를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 3a는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지(100)의 개략적인 평면도이고, 도 3b 및 도 3c는 도 3a의 Ⅰ-Ⅰ' 방향 및 Ⅱ-Ⅱ' 방향의 개략적인 단면도들이다. 도 3a에서 패키지 구조를 보이기 위하여 접착제를 도시하지 않았다. 도 3b는 빛이 들어오는 이미지 센서 패키지(100)의 투광기판(120)의 바닥부분을 위로 도시하였고, 도 3c는 도3b와 위, 아래의 방향을 뒤집어 도시하였다. 한편, 도 3c에서는 투광기판(120) 내부의 이미지 센서 칩(110)은 도시하지 않았다.
도 3a 내지 도 3c에 도시한 이미지 센서 패키지(100)는 이미지 센서 칩(110)을 투광기판(120)의 함몰부(125) 내부에 플립칩 방식으로 장착하고 있다. 이때 이미지 센서 칩(110)의 수광부(Active Pixel Sensor: APS)(112)는 투광기판(120)의 함몰부(125) 바닥을 마주보도록 되어 있다. 투광기판(120)의 함몰부(125) 반대편에는 적외선 차단 필름(IR cutting filter, 121)이 코팅되어 있다. 따라서 투광기판(120)의 함몰부(125) 바닥을 통과하여 들어오는 빛은 적외선 차단 필름(121)에 의해 적외선이 차단된 상태로 이미지 센서 칩(110)의 수광부(112)에 입사될 수 있다. 수광부(112)는 이미지 센서 칩(110)의 중앙부에 위치하며, 내부 연결 패드(113)가 수광부(112)의 바깥 둘레에 위치한다. 이미지 센서 칩(110)의 내부 연결 패드(113)는 투광기판(120)의 외부 연결패드(122)의 칩 접속부(122a)에 접속되며, 외부 연결패드(122)의 칩 접속부(122a)는 함몰부(125) 측벽 상단의 회로기판 접속부(122b)로 신장되어 있다. 도 3a에서는 도면의 단순화를 위하여 함몰부(125) 측벽의 경사를 표현하지 않았으나 도 3b에 도시한 바와 같이 함몰부(125) 측벽은 경사를 갖는 것이 외부 연결패드(122)의 형성에 유리할 수 있다.
이미지 센서 패키지(100)는 투광기판(120)의 함몰부(125)의 깊이가 이미지 센서 칩(110)의 높이보다 더 깊어 이미지 센서 칩(110)이 투광기판(120)의 함몰부(125) 안에 완전히 들어가므로 패키지의 너비 및 높이를 감소시킬 수 있다. 또한, 이미지센서 칩(110)이 접착제(116)에 의하여 투광기판(120)의 함몰부(125) 내부에 밀봉되므로 반도체 이미지소자 모듈 제작 공정에서 미세 파티클에 의하여 오 염될 염려가 없다.
본 발명의 일 실시예에서는 도 3a 및 도 3c에 보이는 바와 같이 회로기판 접속부(122b) 사이의 투광기판(120)의 함몰부(125) 측벽에 리세스부(126)가 형성되어 있다. 따라서 투광기판(120)의 측벽은 리세스부(126)에 의해 만들어진 기둥 위에 회로기판 접속부(122b)가 배치된 글래스 포스트 구조를 갖는다. 따라서 리세스부(126)에 의해 회로기판 접속부들(122b)이 확실하게 분리되므로 인접한 회로기판 접속부들(122b) 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다. 리세스부(126)의 깊이는 함몰부(125)의 깊이와 같거나 다를 수 있다. 깊이가 다른 경우에는 리세스부(126)의 깊이가 함몰부(125)의 깊이보다 작은 것이 바람직하다. 그러나 한편 함몰부(125) 측벽에 리세스부(126)가 형성되지 않은 투광기판(120)을 사용할 수도 있다.
한편, 이미지 센서 칩(110)은 접착제(116)에 의하여 투광기판(120)에 본딩되어 있다. 접착제(116)는 이미지 센서 칩(110)의 내부 연결 패드(113) 바깥쪽에서 이미지 센서 칩(110)의 수광부(112)와 투광기판(120) 사이의 공간을 밀봉하고 있다. 따라서 수광부(112)가 패키지(100) 외부로 노출되지 않아 오염될 가능성을 줄일 수 있다. 이미지 센서 칩(110)과 투광기판(120)의 본딩을 위하여 에폭시 필름이나 댐(DAM)과 같은 접착제(116)가 사용되며, 본딩시 접착제(116)에 열이 가해지면 접착제(116)로부터 아웃개싱(outgassing) 물질이 발생할 수 있다. 이러한 아웃개싱 물질은 이미지 센서 칩(110)의 수광부(112)를 오염시킬 수 있다. 투광기판(120)에는 접착제(116) 하부의 함몰부(125) 바닥으로부터 리세스부(126)로 이어지는 아웃 개싱 방출용 홈(127)을 형성하여, 접착과정에서 접착제(116)로부터 발생하는 아웃개싱 물질이 홈(127)을 따라 이동하여 리세스부(126)를 통하여 밖으로 방출될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 모듈(200)의 단면도이다. 도 4를 참조하면, 도 3a 내지 도 3c에 도시하고 설명한 이미지 센서 패키지(100)가 씨드 금속층(123)과 그 위의 금속 도금층(124)로 이루어진 외부 연결패드(122)을 통하여 회로기판(140)에 플립칩 방식으로 장착되어 있다. 회로기판(140)은 연성 회로기판(Flexible Printed Circuit: FPC)일 수 있다. 그리고 렌즈(132) 및 렌즈 하우징(134)을 포함하는 렌즈 유닛(130)이 이미지 센서 칩(110) 위로 회로 기판(140)에 설치되어 있다. 이때 렌즈(132)가 이미지 센서 칩(110)의 수광부(112)에 정렬되어 렌즈(132)를 통하여 모아진 빛이 적외선 차단 필름(121)과 투광기판(120)을 통과하여 이미지 센서 칩(110)의 수광부(112)로 입사된다. 이미지 센서 패키지(100)의 크기가 작으므로 렌즈 유닛(130)의 크기도 감소하고 이미지 센서 모듈(200)의 크기도 작아질 수 있다.
한편, 도 5에 도시한 바와 같이, 렌즈 유닛(130)이 회로 기판(140)에 설치되지 않고 이미지 센서 패키지(100) 위에 직접 설치될 수도 있다. 이때 렌즈 유닛(130)은 투광기판(120) 위의 적외선 차단 필름(121)이 제거된 부분에 설치될 수 있다. 이 경우 회로 기판(140)에서 렌즈 유닛(130)이 차지하는 면적이 없어지므로 이미지 센서 모듈(200)의 크기는 더욱 작아질 수 있다. 이때 이미지 센서 패키지(100)의 투광기판(120)의 측벽은 검게 코팅(136)되어 렌즈(132)를 통하지 않고 측면으로부터 들어오는 빛을 감소시키는 역할을 할 수 있다. 한편, 이미지 센서 칩(110) 둘레에 배치된 접착제(116)로 광차단성을 갖는 물질을 사용함으로써 이미지 센서 칩(110)의 측면에서 들어보는 빛은 접착제(116)에 의해 다시 한번 차단될 수 있다. 따라서 렌즈(132) 이외에서 수광부(112)로 들어오는 빛으로 인한 이미지 센서 모듈의 노이즈를 방지할 수 있다.
도 6a 내지 도 6g는 본 발명의 일 실시예에 따른 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 6a를 참조하면, 적외선 차단 필름(121)이 코팅된 투광기판(120)의 반대편에 마스크층을 증착하고 마스크층 패턴(128)을 형성한다. 투광기판(120)은 약 200~350㎛ 정도의 두께를 가질 수 있다. 마스크층 물질로는 예를 들면 포토레지스트를 사용할 수 있다. 한편, 적외선 차단 필름(121)이 코팅되지 않은 투광기판(120)을 사용할 수도 있다. 이 경우 적외선 차단 필름은 패키지 제조 공정 중 편리한 단계에서 형성할 수 있는데, 예를 들면, 이미지 센서 칩(110)을 투광기판(120)에 장착한 후 싱귤레이션하기 전에 형성할 수 있다.
도 6b를 참조하면, 마스크층 패턴(128)을 마스크로 삼고 투광기판(120)을 식각하여 투광기판(120)의 중앙부근에 함몰부(125)를 형성한다. 투광기판(120)은 HF+H2PO3 용액을 사용하여 습식식각할 수 있다. 함몰부(125)는 이미지 센서 칩이 함몰부(125) 안에 완전히 들어가도록 약 100~300㎛의 깊이를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다. 이때 함몰부(125)의 측벽이 경사를 갖도록 형성하는 것이 추후 측벽 에 외부 연결패드를 형성하는데 유리하다. 이후 마스크층 패턴(128)을 제거한다.
함몰부(125)를 형성할 때 함몰부(125) 주변을 따라 함몰부(125)와 연결되는 복수개의 리세스부(미도시)를 동시에 형성할 수 있다. 이 리세스부(미도시)는 추후 함몰부(125) 측벽 상면의 이웃하는 외부 연결패드(122)의 회로기판 접속부들을 격리하는 역할을 한다. 이 리세스부(미도시)로 인하여 함몰부(125) 측벽은 리세스부(미도시) 사이로 돌출되는 일련의 기둥의 형상을 가지게 된다. 이때 리세스부(미도시)의 깊이는 함몰부(125)의 깊이와 동일하게 형성된다.
한편, 이 리세스부(미도시)는 함몰부(125)를 형성한 후에 적절한 공정단계에서 형성할 수도 있다.
도 6c를 참조하면, 외부 연결패드를 형성하기 위하여 함몰부(125)가 형성된 투광기판(120)에 씨드 금속층(123)을 형성한다. 씨드 금속층(123)은 그 위에 금속 도금층을 형성하기 위한 씨드 역할을 한다. 씨드 금속층(123)은 Ti/Cu 또는 Ti/Ni 또는 Ti/Au 층을 스퍼터 증착 공정을 통하여 형성할 수 있다. 이어서 씨드 금속층(123) 위에 폴리머 절연막 패턴(129)를 형성하여 외부 연결패드가 형성될 씨드 금속층(123) 부분을 폴리머 절연막 패턴(129)에 의하여 노출시킨다.
도 6d를 참조하면, 외부 연결패드가 형성될 씨드 금속층(123) 부분 위에 금속 도금층(124)를 형성한다. 전기도금에 의하여 폴리머 절연막 패턴(129)이 형성되지 않은 씨드 금속층(123) 부분 위에 금속도금층(124), 예를 들면, Ni 또는 Au를 형성할 수 있다.
도 6e를 참조하면, 폴리머 절연막 패턴(129)을 제거하고, 그 위에 금속 도금 층(124)이 형성되지 않은 씨드 금속층(123) 부분을 제거함으로써 씨드 금속층(123)과 금속 도금층(124)로 이루어진 외부 연결패드(122)을 형성한다. 씨드 금속층(123)은 습식각에 의하여 제거할 수 있다. 외부 연결패드(122)는 일단이 함몰부(125) 내의 투광기판(120) 상에 놓이며, 타단이 상기 리세스부(미도시) 사이에서 돌출되는 투광기판(120)의 상부면을 따라 투광기판(120)의 가장자리로 연장되도록 형성된다. 외부 연결패드(122)의, 함몰부(125) 내의 투광기판(120) 상에 놓인 부분은 이미지 센서 칩(110)의 내부 연결패드에 접속되는 부분이고, 투광기판(120)의 상부면을 따라 투광기판(120)의 가장자리로 연장된 부분은 외부 회로기판에 접속되는 부분이다. 이와 같은 외부 연결패드(122)을 통하여 이미지 센서 칩(110)의 전기적 신호가 패키지 외부의 회로기판으로 전달될 수 있다.
한편, 함몰부(125) 주변의 리세스부(미도시)를 함몰부(125)와 동시에 형성하지 않은 경우 리세스부(미도시)를 외부 연결패드(122)를 형성한 후에 형성할 수 있다. 이 경우에는 리세스부(미도시)의 깊이를 함몰부(125)의 깊이와 같거나 다르게 형성할 수 있다. 리세스부(미도시)와 함몰부(125)의 깊이가 다른 경우 리세스부(미도시)의 깊이가 함몰부(125)의 깊이보다 작은 것이 바람직하다.
도 6f를 참조하면, 이미지 센서 칩(110)의 내부 연결 패드(113)가 투광기판(120)의 외부 연결패드(122)에 접속하도록 이미지 센서 칩(110)을 투광기판(120)의 함몰부(125) 안에 정렬한다. 이때 먼저 비도전성필름(Non Conductive Film: NCF)과 같은 접착제(116)에서 외부 연결패드(122) 중 이미지 센서 칩(110)의 내부 연결 패드(113)와 접속되는 부분을 제외한 다른 부분을 펀칭한다. 그리고 펀칭된 비도전성필름(NCF)을 외부 연결패드(122)에 안착시킨다. 그 후 이미지 센서 칩(110)을 투광기판(120) 위에 정렬하여 올려놓고 열압착한다. 그러면 이미지 센서 칩(110)의 내부 연결 패드(113)는 내부 연결패드(113) 위의 금속범프(114)를 통하여 투광기판(120)의 외부 연결패드(122)에 접속되며, 접착제(116)에 의하여 이미지 센서 칩(110)이 투광기판(120)에 본딩될 수 있다.
다른 한편으로는, 도 7에 나타낸 바와 같이 초음파 본딩 방법을 이용하여 이미지 센서 칩(110)을 투광기판(120)에 접속한 후 댐(DAM)과 같은 접착제(117)를 도포, 경화하여 이미지 센서 칩(110)을 본딩하는 방법도 사용할 수 있다. 이때 댐(DAM) 물질은 유동성이 적어 수광부(112)로 흘러들어가지 않으며 투광기판(120)의 함몰부(125) 안에 이미지 센서 칩(110)을 완전히 밀봉한다. 초음파 본딩의 경우에도 이미지 센서 칩(110)의 내부 연결 패드(113)는 금속범프(114)를 통하여 투광기판(120)의 외부 연결패드(122)에 접속될 수 있다.
도 6g를 참조하면, 이미지 센서 칩(110)이 본딩된 투광기판(120)을 다이싱(dicing)하여 개별 이미지 센서 패키지(100)로 분리한다. 도시하지는 않았으나 다이싱 후에 투광기판(120)의 측면을 검게 코팅하여 투광기판(120)의 측면으로부터 들어오는 빛을 감소시키도록 할 수 있다.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이 다.
본 발명에 의한 이미지 센서 패키지는 이미지 센서 칩을 투광기판의 함몰부 안에 장착하여 패키지의 크기 및 오염의 염려를 줄일 수 있다. 한편, 투광기판의 함몰부 측벽의 회로기판 접속부 사이에 리세스부를 형성함으로써 이미지 센서 패키지가 회로기판에 접속하여 이미지 센서 모듈을 형성할 때 패키지의 회로기판 접속부 사이에 쇼트가 발생하는 것을 방지할 수 있다.
또한, 투광기판의 접착제가 도포되는 부분의 아래에서 함몰부 측벽의 리세스부로 신장되는 홈을 구비함으로써 이미지 센서 칩을 투광기판에 접착할 때 사용되는 접착제로부터 발생하는 아웃개스가 방출될 수 있도록 하여 아웃개스가 투광기판의 함몰부 내에 잔류하여 이미지 센서 칩을 오염시키는 것을 방지할 수 있다.
한편, 이미지 센서 모듈에서 렌즈 유닛을 투광기판 위에 배치하여 모듈의 크기를 줄일 수 있고, 이때 투광기판의 바깥 측벽을 검게 코팅함으로써 이미지 센서 칩으로 들어오는 측면 외광을 감소시킬 수 있다.

Claims (31)

  1. 중앙 부근에 함몰부가 형성되며, 상기 함몰부 주변을 따라 상기 함몰부와 연결되는 복수개의 리세스부가 형성된 투광기판;
    일단이 상기 함몰부 내의 상기 투광기판 상에 놓이며, 타단이 상기 리세스부 사이에서 돌출되는 상기 투광기판의 상부면을 따라 상기 투광기판의 가장자리로 연장된 복수개의 외부 연결패드들; 및
    상기 함몰부와 마주보는 면에 수광부가 형성되며, 상기 수광부의 주변으로 상기 외부 연결패드들과 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 연결패드들이 형성되어 있는 이미지 센서 칩;
    을 포함하는 이미지 센서 패키지.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 투광기판의 상기 함몰부가 형성되지 않은 다른 면에는 적외선 차단 필름이 형성되어 있는 이미지 센서 패키지.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 함몰부의 깊이가 상기 이미지 센서 칩의 높이보다 더 깊은 이미지 센서 패키지.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 투광기판의 상기 외부 연결패드는 상기 함몰부의 바닥에서 상기 이미지 센서 칩의 내부 연결 패드와 접속하는 제1 부분, 상기 투광기 판의 상부면에서 회로기판과 접속하는 제2 부분을 포함하는 이미지 센서 패키지.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 이미지 센서 칩의 내부 연결패드와 상기 투광기판의 외부 연결패드 사이의 금속범프를 더 포함하는 이미지 센서 패키지.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 이미지 센서 칩을 그 둘레에서 밀봉하면서 상기 이미지 센서 칩과 상기 투광기판을 본딩하는 접착제를 더 포함하는 이미지 센서 패키지.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 접착제에 의한 본딩시 발생하는 가스를 배출하기 위하여 상기 함몰부 바닥의 상기 접착제가 형성된 부분으로부터 상기 함몰부 주변의 상기 리세스부로 연장되어 있는 복수의 홈을 더 포함하는 이미지 센서 패키지.
  8. 제1 항에 있어서, 상기 외부 연결패드는 Ti/Cu 또는 Ti/Ni 또는 Ti/Au의 씨드 금속층 위의 Ni 또는 Au 금속층을 포함하는 이미지 센서 패키지.
  9. 회로 기판;
    상기 회로 기판상에 전기적으로 결합되며,
    제1 표면의 중앙 부근에 함몰부가 형성되며, 상기 함몰부 주변을 따라 상기 함몰부와 연결되는 복수개의 리세스부가 형성된 투광기판;
    상기 투광기판의 제1 표면에 형성되며, 상기 함몰부를 중심으로 일단이 상기 함몰부 내에 놓이며, 타단이 상기 투광기판의 가장자리로 연장된 복수개의 외부 연결패드들; 및
    상기 함몰부와 마주보는 면에 수광부가 형성되며, 상기 수광부의 주변으로 상기 외부 연결패드들과 전기적으로 연결되는 복수개의 내부 연결패드들이 형성되어 있는 이미지 센서 칩을 포함하는 이미지 센서 패키지; 및
    상기 수광부에 대응하여 상기 투광기판의 제2 표면 위로 배치되는 렌즈 유닛;
    을 포함하는 이미지 센서 모듈.
  10. 제9 항에 있어서, 상기 투광기판의 제2 표면에 적외선 차단 필름이 형성되어 있는 이미지 센서 모듈.
  11. 제9 항에 있어서, 상기 렌즈 유닛은 상기 투광기판의 제2 표면에 장착되는 이미지 센서 모듈.
  12. 제9 항에 있어서, 상기 렌즈 유닛은 상기 회로기판에 장착되는 이미지 센서 모듈.
  13. 제9 항에 있어서, 상기 이미지 센서 패키지의 상기 투광기판의 바깥 측면이 흑색으로 코팅되어 있는 이미지 센서 모듈.
  14. 투광기판의 제1 표면에 함몰부를 형성하는 단계;
    일단이 상기 함몰부 내의 상기 투광기판 상에 놓이며, 타단이 상기 함몰부 주변의 상기 투광기판의 상부면을 따라 상기 투광기판의 가장자리로 연장되도록 복수개의 외부 연결패드들을 형성하는 단계; 및
    일면에 수광부 및 상기 수광부 주변으로 내부 연결패드들이 형성되어 있는 이미지 센서 칩을, 상기 수광부가 상기 투광기판과 마주보고 상기 내부 연결패드가 상기 외부 연결패드와 접속되도록 상기 함몰부 내에 장착하는 단계를 포함하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  15. 제14 항에 있어서, 상기 함몰부는 100-300㎛의 깊이를 갖도록 형성하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  16. 제14 항에 있어서, 상기 투광기판의 제1 표면에 함몰부를 형성할 때, 상기 함몰부 주변을 따라 상기 함몰부와 연결되는 복수개의 리세스부를 함께 형성하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  17. 제14 항에 있어서, 상기 투광기판에 상기 외부 연결패드들을 형성한 후 상기 이미지 센서 칩의 장착 전에, 상기 함몰부 주변을 따라 상기 함몰부와 연결되는 복 수개의 리세스부를 상기 투광기판의 제1 표면에 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  18. 제14 항에 있어서, 상기 함몰부를 형성하는 단계는
    상기 투광기판의 상기 제1 표면에 마스크 패턴을 형성하는 단계;
    상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하여 상기 투광기판을 식각하는 단계; 및
    상기 투광기판의 식각 후 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  19. 제18 항에 있어서, 상기 투광기판을 식각하는 단계는
    플루오르화산(HF) 및 인산(H2PO3)의 혼합용액을 사용하여 식각하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  20. 제14 항에 있어서, 상기 외부 연결패드를 형성하는 단계는
    상기 투광기판의 상기 함몰부가 형성된 상기 제1 표면에 씨드 금속층을 형성하는 단계;
    상기 씨드 금속층 위에 마스크층 패턴을 형성하는 단계;
    상기 마스크층 패턴에 의해 노출된 씨드 금속층 위에 금속 도금층을 전기도금에 의하여 형성하는 단계;
    상기 금속 도금층 형성 후 상기 마스크층 패턴을 제거하는 단계; 및
    상기 마스크층 패턴이 제거된 부분의 상기 금속 도금층이 형성되지 않은 상기 씨드 금속층을 제거하는 단계를 포함하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  21. 제20 항에 있어서, 상기 씨드 금속층은 Ti/Cu, Ti/Ni 또는 Ti/Au으로 형성하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  22. 제20 항에 있어서, 상기 금속 도금층은 Ni 또는 Au으로 형성하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  23. 제14 항에 있어서, 상기 이미지 센서 칩은 상기 투광기판에 플립칩 방식으로 장착되는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  24. 제14 항에 있어서, 상기 이미지 센서 칩은 상기 내부 연결패드 위의 금속범프를 더 포함하고, 상기 투광기판에 상기 이미지 센서 칩을 장착하는 단계는
    상기 함몰부 내의 상기 외부 연결패드의 일단에 에폭시 필름을 형성하는 단계; 및
    상기 에폭시 필름이 형성된 상기 외부 연결패드의 일단에 상기 이미지 센서 칩의 상기 금속범프가 형성된 상기 내부 연결 패드를 정렬하고 상기 투광기판과 상기 이미지 센서 칩을 열압착하는 단계를 포함하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  25. 제14 항에 있어서, 상기 이미지센서 칩은 상기 내부 연결 패드 위의 금속범프를 더 포함하고, 상기 투광기판에 상기 이미지 센서 칩을 장착하는 단계는
    상기 함몰부 내의 상기 외부 연결패드의 일단에 상기 이미지 센서 칩의 상기 금속범프가 형성된 상기 내부 연결 패드를 정렬하고 초음파접속을 수행하는 단계; 및
    상기 초음파접속된 상기 이미지 센서 칩의 바깥면과 상기 함몰부의 측벽 사이에 댐(DAM) 물질을 충전하고 경화하는 단계를 포함하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  26. 제24 항에 있어서, 상기 에폭시 필름은 광차단 물질인 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  27. 제14 항에 있어서, 상기 외부 연결패드를 형성하는 단계 후 상기 이미지 센서 칩을 장착하는 단계 전에 상기 투광기판의 상기 함몰부의 바닥으로부터 상기 리세스부로 연장되는 홈을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  28. 제14 항에 있어서, 상기 함몰부 형성 전 상기 투광기판의 상기 제1 표면의 반대편인 제2 표면에 적외선 차단 필름을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  29. 제14 항에 있어서, 상기 투광기판에 상기 이미지 센서 칩의 장착 후 상기 투광기판의 상기 제1 표면의 반대편인 제2 표면에 적외선 차단 필름을 형성하는 단계를 더 포함하는 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
  30. 제14 항에 따라 제조된 이미지 센서 패키지를 회로기판에 접속하는 단계; 및
    상기 투광기판의 제2 표면 위로 렌즈 유닛을 배치하는 단계;를 포함하는 이미지 센서 모듈을 제조하는 방법.
  31. 제25 항에 있어서, 상기 댐(DAM) 물질은 광차단 물질인 이미지 센서 패키지를 제조하는 방법.
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