KR101133135B1

KR101133135B1 - 이미지 센서 모듈 및 이를 구비한 카메라 모듈

Info

Publication number: KR101133135B1
Application number: KR1020060097600A
Authority: KR
Inventors: 차지범; 정하천; 황산덕
Original assignee: 삼성테크윈 주식회사
Priority date: 2006-10-04
Filing date: 2006-10-04
Publication date: 2012-04-06
Anticipated expiration: 2026-10-04
Also published as: KR20080031570A

Abstract

이미지 센서 모듈 및 이를 구비한 카메라 모듈을 제공한다. 본 발명에 따른 이미지 센서 모듈은, 입사되는 빛을 전기적인 신호로 변화하는 촬상영역과, 상기 촬상영역을 외부와 전기적으로 연결하는 범프가 전면에 형성된 촬상소자와; 상기 촬상소자가 실장되고, 상면 또는 하면에 수동소자가 실장될 수 있도록 적어도 하나의 캐비티가 형성되며, 상기 촬상영역을 노출시키는 관통공과, 상기 범프와 연결되도록 후면에 형성되는 전극패드를 구비하는 다층의 인쇄회로기판과; 상기 캐비티에 실장되는 적어도 하나의 수동소자를 포함하며, 상기 다층의 인쇄회로기판 중 최상층과 최하층은 경질의 인쇄회로기판으로 이루어지며, 상기 다층의 인쇄회로기판의 내부층 중 적어도 한 층은 연성 인쇄회로기판으로 이루어진다.

이미지 센서 모듈, 카메라 모듈

Description

이미지 센서 모듈 및 이를 구비한 카메라 모듈{Image sensor module and camera module comprising the same}

도 1 및 도 2 각각은 종래의 카메라 모듈을 나타내는 단면도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 이미지 센서 모듈을 나타내는 사시도이다.

도 3b는 도 3a의 이미지 센서 모듈을 나타내는 평면도이다.

도 3c는 도 3a의 이미지 센서 모듈을 나타내는 단면도이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈을 나타내는 단면도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈을 나타내는 단면도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

101 : 제1 인쇄회로기판 102 : 제2 인쇄회로기판

103 : 제3 인쇄회로기판 104 : 수동소자

105 : 촬상소자 105a : 촬상영역

106 : 전극패드 107 : 본딩패드

108 : 범프 110 : 인쇄회로기판

114 : 적외선 필터 115 : 연결부재

120, 130 : 광학계 121 : 하우징

122 : 렌즈 홀더 123,133 : 렌즈

131 : 보이스 코일 모터 132 : 렌즈 조정 프레임

본 발명은 이미지 센서 모듈 및 이를 구비한 카메라 모듈에 관한 것으로, 보다 상세하게는 촬상소자 및 수동소자를 보호할 수 있는 이미지 센서 모듈 및 이를 구비한 카메라 모듈에 관한 것이다.

카메라 모듈은 동영상 및 사진 촬영을 하고 이를 전송할 수 있는 장치로서, 휴대 전화기, 노트북 컴퓨터, PDA, 모니터 삽입용 카메라, 범퍼 장착용 자동차 후면 감시 카메라, 도어/인터폰용 카메라 등에 사용된다.

일반적으로 카메라 모듈은 촬상소자 및 기판으로 이루어진 이미지 센서 모듈과 렌즈로 이루어진 광학계로 이루어진다. 촬상소자와 기판과의 인터커넥션 형태(interconnection type)로는 와이어 본딩 형태(wire bonding type)와 플립 칩 형태(flip chip type)가 많이 사용되고 있다.

도 1 및 도 2에는 종래의 카메라 모듈의 구성을 보여주는 단면도가 도시되어 있다. 여기서, 도 1은 와이어 본딩 형태로 촬상소자와 인쇄회로기판 사이의 인터커넥션이 이루어진 모습을 보여주는 단면도이고, 도 2는 플립 칩 본딩 형태로 촬상 소자와 인쇄회로기판 사이의 인터커넥션이 이루어진 모습을 보여주는 단면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 카메라 모듈(10, 20)은 이미지 센서 모듈(11, 21), 하우징(17), 렌즈 조립체(19), IR-필터(16)를 포함한다.

상기 이미지 센서 모듈(11, 21)은 인쇄회로기판(12, 22) 및 촬상소자(13, 23)를 포함한다. 상기 촬상 소자(13, 22)와 상기 인쇄회로기판(12, 23) 사이의 결합은 도 1에 도시된 것과 같이 골드 와이어(14)를 사용하여 전기적으로 연결되는 와이어 본딩에 의해 이루어질 수도 있고, 도 2에 도시된 것과 같이 범프(24)를 형성하여 이루어지는 플립 칩 본딩으로 결합될 수도 있다.

상기 하우징(17)은 전방에 상기 렌즈 조립체(19)를 구비하고, 상기 렌즈 조립체(19)는 하나 이상의 렌즈(18)를 포함하며, 상기 하우징(17)의 내측 상기 렌즈 조립체(19)의 후방에는 IR-필터(16)가 배치된다.

일반적으로 이미지 센서 모듈(11, 21)을 제조한 후에 다양한 형태의 렌즈와 하우징을 이미지 센서 모듈에 배치하여 카메라 모듈을 제조한다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 와이어 본딩 방식에 의한 이미지 센서 모듈(11)이나 플립 칩 방식의 이미지 센서 모듈(21) 모두 촬상소자(13, 22)가 외부에 노출되어 있다. 따라서, 하우징과 렌즈를 부착하지 않은 이미지 센서 모듈(11, 21)은 외부의 충격에 의해 쉽게 촬상소자가 쉽게 손상을 받을 수 있다. 또한 인쇄회로기판의 표면에는 수동소자(미도시)가 표면실장(Surface Mount Technology, SMT)되는데 이 수동소자 역시 인쇄회로기판의 외부로 돌출되어 있으므로 외부의 충격으로부터 효과적으로 보호할 수 없는 문제점이 있었다.

본 발명의 주된 목적은 외부 충격으로부터 촬상소자 및 수동소자를 보호할 수 있는 이미지 센서 모듈 및 이를 구비한 카메라 모듈을 제공하는데 있다.

상기한 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 이미지 센서 모듈은, 입사되는 빛을 전기적인 신호로 변화하는 촬상영역과, 상기 촬상영역을 외부와 전기적으로 연결하는 범프가 전면에 형성된 촬상소자와; 상기 촬상소자가 실장되고, 상면 또는 하면에 수동소자가 실장될 수 있도록 적어도 하나의 캐비티가 형성되며, 상기 촬상영역을 노출시키는 관통공과, 상기 범프와 연결되도록 후면에 형성되는 전극패드를 구비하는 다층의 인쇄회로기판과; 상기 캐비티에 실장되는 적어도 하나의 수동소자를 포함하며, 상기 다층의 인쇄회로기판 중 최상층과 최하층은 경질의 인쇄회로기판으로 이루어지며, 상기 다층의 인쇄회로기판의 내부층 중 적어도 한 층은 연성 인쇄회로기판으로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 연성 인쇄회로기판의 관통공은 다른 층의 인쇄회로기판의 관통공보다 작게 형성되며, 상기 촬상소자는 상기 관통공을 통해서 상기 촬상영역이 노출되도록 상기 연성 인쇄회로기판의 저면에 실장될 수 있다.

또한, 상기 연성 인쇄회로기판은 일측면에 연장부를 가지며, 연장부의 일단부에는 외부 기판과 연결되는 연결부재가 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 카메라 모듈은, 상기 구조를 가진 이미지 센서 모듈과; 상기 이미지 센서 모듈의 상측에서 상기 인쇄회로기판과 결합되며, 외부의 영상을 받아들여 상기 촬상영역에 결상하는 광학계와; 상기 이미지 센서 모듈의 회로기판상에 배치되며, 상기 광학계를 통과한 빛 중 적외선을 차단하는 적외선 필터를 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 카메라 모듈에서, 상기 광학계는 전면의 빛이 상기 촬상영역을 향해 입사하도록 전면을 향해 개구되는 개구부를 가지며, 상기 인쇄회로기판의 전면에 배치되는 하우징와; 상기 개구부에 배치되며, 적어도 하나의 렌즈를 가지는 렌즈 홀더를 구비할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈에서, 상기 광학계는 상기 인쇄회로기판의 전면에 배치되며, 자동초점을 제어하는 보이스 코일 모터와; 상기 보이스 코일 모터 내부에 설치되며 적어도 하나의 렌즈를 가지는 렌즈 조정 프레임을 구비할 수 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나. 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서, 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면 상의 동일한 부호로 표시되는 요소는 동일한 요소이다.

도 3a 내지 3c는 본 발명에 따른 이미지 센서 모듈(100)을 나타내는 도면으로서, 도 3a는 본 발명에 따른 이미지 센서 모듈(100)을 나타내는 사시도이며, 도 3b는 도 3a의 이미지 센서 모듈(100)을 나타내는 평면도이며, 도 3c는 도 3a의 이미지 센서 모듈(100)을 나타내는 단면도이다.

도 3a 내지 도 3c를 참조하면, 이미지 센서 모듈(100)은, 인쇄회로기판(110), 수동소자(104) 및 촬상소자(105)를 포함한다.

촬상소자(105)는 입사되는 빛 에너지를 전기적인 신호로 변화하는 촬상영역과(105a)과, 상면에 형성되며 상기 촬상영역(105a)을 외부와 전기적으로 연결하는 범프(108)를 구비한다. 범프(108)는 촬상소자에 형성된 전극패드(106)의 상측에 형성된다. 범프(108)는 금 재질이거나, 외측 면이 금으로 도금된 니켈 재질일 수 있다. 상기 범프(108)는 후술하는 제2 인쇄회로기판의 본딩패드(107)에 전기적으로 연결될 수 있다.

촬상소자(105)는 광학정보를 전기신호로 변화하는 반도체 소자로서, CCD(Charge Coupled Device, 전하결합소자) 이미지 센서나 CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor, 상보성 금속산화물반도체) 이미지 센서 등이 사용될 수 있으나, 카메라 폰의 소형화 및 다기능화에 의한 카메라 모듈의 경박단소화를 위해 COF(Chip On Film) 방식을 사용하기에 적합한 CMOS 방식의 이미지 센서를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 보호 범위는 반드시 이에 국한되는 것은 아니다.

인쇄회로기판(110)은 3개 층의 인쇄회로기판(101, 102, 103)이 순차적으로 적층되어 형성될 수 있다. 최상층의 제1 인쇄회로기판(101)과 최하층의 제3 인쇄회로기판(103)은 경질의 인쇄회로기판(hard printed circuit board, HPCB)이 사용될 수 있으며, 내부층인 제2 인쇄회로기판(102)은 연성 인쇄회로기판(flexible printed circuit board, FPCB)이 사용될 수 있다. 상기 연성 인쇄회로기판(102)은 TCP(Tape Carrier Package) 또는 COF(Chip On Film)등이 사용될 수 있다. 연성 인쇄회로기판으로 형성되는 제2 인쇄회로기판(102)은 어느 한 측면으로 연장된 연장 부(102a)를 가지며 연장부(102a)의 일단부에는 외부 회로와 연결되는 커넥터 또는 소켓 등의 외부 연결부재(115)가 형성될 수 있다.

인쇄회로기판(110)의 중앙부에는 촬상소자(105)의 촬상영역(105a)을 노출시키는 관통공(A)이 형성된다. 이 경우 제2 인쇄회로기판(102)에 형성된 관통공(A₂)은 제1 및 제3 인쇄회로기판의 관통공(A₁, A₂)보다 더 작게 형성될 수 있다.

제2 인쇄회로기판(102)에 형성된 관통공(A₂)은 제1 인쇄회로기판(101)의 관통공(A₁)보다 더 작게 형성되므로, 후술하는 적외선 필터(114)는 제2 인쇄회로기판의 관통공(A₂)을 덮도록 제2 인쇄회로기판(102)상에 실장될 수 있다. 종래의 카메라 모듈에서는 하우징에 적외선 필터를 실장하였으나, 본 발명의 따른 경우에는 적외선 필터(114)가 인쇄회로기판(102)상에 실장되므로 보이스 코일 모터(Voice coil motor, VCM)가 탑재되는 구조에서는 적외선 필터(114)를 실장하기 위한 별도의 하우징을 구비할 필요가 없게 되므로 카메라 모듈의 크기를 더욱 작게 할 수 있다.

또한, 제2 인쇄회로기판(102)에 형성된 관통공(A₂)은 제3 인쇄회로기판(103)의 관통공(A₃)보다 더 작게 형성되어 있어서, 촬상소자(105)는 촬상영역(105a)이 관통공(A)에 노출되도록 제2 인쇄회로기판(102)의 후면에 실장될 수 있다. 제3 인쇄회로기판(103)의 높이(t₁)가 제2 인쇄회로기판(102)에 실장된 촬상소자(105)의 높이(t₂)보다 높은 경우에는 촬상소자(105)는 제3 인쇄회로기판(103)에 의해 둘러싸이 게 되므로, 제3 인쇄회로기판(103)은 외부로부터의 충격에서 촬상소자(105)를 보호하는 역할을 하게 된다.

제2 인쇄회로기판(102)의 후면에는 촬상소자(105)의 범프(108)에 대응하는 위치에 복수 개의 본딩패드(107)가 형성된다. 제2 인쇄회로기판(102)의 본딩패드(107)와 촬상소자(105)의 범프(108)는 촬상소자(105)와 인쇄회로기판(110)을 전기적으로 연결함과 아울러 물리적으로 고정하는 기능을 한다.

도 3a 내지 도 3c에는 3개 층으로 이루어진 인쇄회로기판(110)이 예시되어 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 최상위층과 최하위층의 인쇄회로기판이 경질의 인쇄회로기판이고, 내부층 중 적어도 한 개의 층은 연성 인쇄회로기판으로 이루어진 3개 층 이상으로 이루어진 다층의 인쇄회로기판일 수 있다.

제1 인쇄회로기판(101)의 상면에는 저항 또는 커패시터와 같은 수동소자(104)를 실장하기 위한 캐비티가 형성될 수 있다. 캐비티의 깊이는 실장되는 수동소자(104)의 높이보다 깊은 것이 바람직하며, 이와 같은 경우에는 제1 인쇄회로기판(101)이 수동소자(104)를 외부 충격으로부터 보호하는 기능을 한다.

인쇄회로기판(110)과 촬상소자(105)의 결합은 본딩패드(107)와 범프(108)를 접속시키는 플립 칩 (flip chip) 방식에 의해 이루어진다. 촬상소자(105)와 인쇄회로기판(110) 사이의 결합을 위해 접착제가 사용될 수 있다. 상기 접착제로는 NCP(Non conductive paste), NCF(Non conductive film), ACF(Anisotropic conductive film) 또는 ACP(Anisotropic conductive paste) 등이 사용될 수 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 카메라 모듈(200)을 나타내는 단면도 이다.

도 4를 참조하면, 카메라 모듈(200)은 이미지 센서 모듈(100)과 광학계(120)와 적외선 필터(114)를 포함한다.

상기 광학계(120)는 하우징(121), 렌즈 홀더(122) 및 렌즈(123)를 구비한다. 하우징(121)은 렌즈 홀더(122)를 지지하고, 외부로부터 원하지 않는 경로로 빛이 들어오는 것을 차단할 수 있다. 하우징(122)에는 렌즈 홀더(122)가 삽입되는 개구부가 형성된다. 상기 렌즈 홀더(122)는 적어도 하나의 렌즈(123)를 내장한 후, 상기 하우징(121)의 개구부에 설치된다. 상기 하우징(121)은 인쇄회로기판(110)의 제1 인쇄회로기판(101) 상면에 접착제 등에 의하여 결합될 수 있다. 하우징(121)은 촬상소자(105)와 인쇄회로기판(110)을 둘러싸도록 설치되므로 촬상소자(105)와 인쇄회로기판(110)을 보호하는 기능을 할 수 있다.

적외선 필터(114)는 렌즈(123)를 통과한 빛 중에 적외선 영역의 빛을 차단하는 역할을 한다. 촬상소자(105)의 촬상영역(105a)에서 사용되는 포토 다이오드(미도시)는 적외선 영역까지 투과시키는데, 포토 다이오드를 투과한 적외선은 이미지를 붉게 보이게 함으로 이러한 현상을 막기 위해 적외선 필터(114)가 사용된다. 이를 위해 적외선 필터(114)의 상면에는 적외선 차단 코팅(IR-Cut coating)이 형성된다. 또한, 적외선 필터(114)는 내부로 입사된 빛이 반사되는 것을 방지하는 기능을 한다. 이를 위해 적외선 필터(114)의 하면에는 반사 방지를 위한 반사 방지 코팅(Anti-Reflecting coating)이 형성된다. 적외선 필터(114)는 종래의 카메라 모듈에서는 하우징의 개구부의 하면에 실장되었다. 그러나, 본 발명에 따른 카메라 모 듈(200)에서는 적외선 필터(114)가 상술한 바와 같이 인쇄회로기판(110)에 실장된다. 따라서, 하우징에 적외선 필터를 실장하기 위한 공간을 따로 구비할 필요가 없으므로 카메라 모듈을 소형화하는데 유리하다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 카메라 모듈(300)을 나타내는 단면도이다.

도 5를 참조하면, 카메라 모듈(300)은 이미지 센서 모듈(100)와 광학계(130)와 적외선 필터(114)를 포함한다.

상기 광학계(130)는 보이스 코일 모터(131), 렌즈 조정 프레임(132) 및 렌즈(133)를 구비한다.

보이스 코일 모터(Voice coil motor)(131)는 자동초점(Auto focusing)에 필요한 렌즈 이동 장치로서 영구 자석 내부의 코일에 전류를 보내면 전류의 방향에 따라 코일을 앞뒤로 움직여 주는 장치이다. 상기 보이스 코일 모터(131)는 인쇄회로기판(102) 상면에 접착제 등에 의하여 결합된다. 상기 렌즈 조정 프레임(132)은 적어도 하나의 렌즈(133)를 내장한 후, 상기 보이스 코일 모터(121)의 내부에 설치된다.

적외선 필터(114)는 상기와 같이 제2 인쇄회로기판(102)의 관통공을 덮도록 제2 인쇄회로기판(102) 상에 실장되므로 도 4에 도시된 바와 같이 보이스 코일 모터(131)가 탑재되는 카메라 모듈(300)에서는 적외선 필터(114)를 지지하는 별도의 하우징이 필요없게 된다. 카메라 모듈을 더욱 소형화할 수 있다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 상면과 하면에 단부가 형성된 다층의 인쇄회로기판에 촬상소자와 수동소자를 실장함으로써 외부의 충격으로부터 촬상소자와 수동소자를 보호할 수 있다. 또한, 적외선 필터를 인쇄회로기판에 실장함으로써 카메라 모듈의 소형화 및 박형화를 더욱 이룰 수 있다.

본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 하며, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.

Claims

입사되는 빛을 전기적인 신호로 변화하는 촬상영역과, 상기 촬상영역을 외부와 전기적으로 연결하는 범프가 전면에 형성된 촬상소자;

상기 촬상소자가 실장되고, 상면 또는 하면에 수동소자가 실장될 수 있도록 적어도 하나의 캐비티가 형성되며, 상기 촬상영역을 노출시키는 관통공과, 상기 범프와 연결되도록 후면에 형성되는 전극패드를 구비하는 다층의 인쇄회로기판; 및

상기 캐비티에 실장되는 적어도 하나의 수동소자를 포함하며,

상기 다층의 인쇄회로기판 중 최상층과 최하층은 경질의 인쇄회로기판으로 이루어지며, 상기 다층의 인쇄회로기판의 내부층 중 적어도 한 층은 연성 인쇄회로기판으로 이루어지는 이미지 센서 모듈.
제1항에 있어서,

상기 연성 인쇄회로기판의 관통공은 다른 층의 인쇄회로기판의 관통공보다 작게 형성되며, 상기 촬상소자는 상기 관통공을 통해서 상기 촬상영역이 노출되도록 상기 연성 인쇄회로기판의 저면에 실장되는 이미지 센서 모듈.
제1항 또는 제2항에 있어서,

상기 연성 인쇄회로기판은 일측면에 연장부를 가지며, 연장부의 일단부에는 외부 기판과 연결되는 연결부재가 형성된 이미지 센서 모듈.
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항 또는 제2항의 구조를 가진 이미지 센서 모듈;

상기 이미지 센서 모듈의 상측에서 상기 인쇄회로기판과 결합되며, 외부의 영상을 받아들여 상기 촬상영역에 결상하는 광학계; 및

상기 이미지 센서 모듈의 회로기판상에 배치되며, 상기 광학계를 통과한 빛 중 적외선을 차단하는 적외선 필터를 구비하는 카메라 모듈.
청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제4항에 있어서, 상기 광학계는

전면의 빛이 상기 촬상영역을 향해 입사하도록 전면을 향해 개구되는 개구부를 가지며, 상기 인쇄회로기판의 전면에 배치되는 하우징; 및

상기 개구부에 배치되며, 적어도 하나의 렌즈를 가지는 렌즈 홀더를 구비하는 카메라 모듈.
청구항 6은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제4항에 있어서, 상기 광학계는

상기 인쇄회로기판의 전면에 배치되며, 자동초점을 제어하는 보이스 코일 모터; 및

상기 보이스 코일 모터 내부에 설치되며 적어도 하나의 렌즈를 가지는 렌즈 조정 프레임을 구비하는 카메라 모듈.