近年、携帯用電気機器の小型化及び多機能化に伴い、通信機能、撮影機能、音響再生機能などの構成要素が各機能別にモジュール化されており、各モジュールの大きさもだいぶ小型に開発されている。特に、携帯電話機、PDAなどのような携帯用電気機器に小型カメラモジュール(CCM:COMPACT CAMERA MOUDULE)による撮影機能が付加されて広く用いられている。
前記カメラモジュールは、CCD(Charge coupled device)やCMOS(Complementary metal oxide semiconductor)などのイメージセンサを主要部品として製作されている。前記カメラモジュールは、前記イメージセンサを介して光エネルギーを電気的信号に変換することによって、事物のイメージデータを獲得することができる。また、前記獲得したイメージデータは、該当機器に送信及び保存されることができる。
図1は、従来のカメラモジュールの側断面図であって、カメラモジュールについて簡略に説明すると、以下のとおりである。
図1に示すように、カメラモジュール10は、プリント回路基板20、イメージセンサ30、ハウジング40、レンズバレル50を含む。
前記プリント回路基板20の上面には、受動素子などが表面実装技術(SMT:Surface Mount Technology)により実装される。
前記プリント回路基板20の上面には、イメージセンサ30が搭載される。このために、プリント回路基板20の上面には、エポキシ(epoxy、図示せず)が塗布され、前記塗布されたエポキシ上には、イメージセンサ30が接着される。そして、イメージセンサ30の複数の電極パッド34と前記プリント回路基板20の電極端子22とは、ワイヤー36により接続される。
そして、前記プリント回路基板20の外側上面にハウジング40が結合される。このために、前記プリント回路基板20の外側上面には、エポキシ24が塗布され、前記塗布されたエポキシ24上には、ハウジング40が接着される。ここで、前記プリント(印刷)回路基板20の外側上面に塗布されたエポキシ24を所定の温度の硬化工程(cure process)により硬化させることによって、ハウジング40を固定させることができる。
以後、内部にガラスフィルタ52及びレンズ54を備えるレンズバレル50がハウジング40の上部に結合されるが、例えば、前記レンズバレル50の外側に形成された雄ねじ線56とハウジング40の内側42に形成された雌ねじ線44とが互いにねじ結合される。
このようなカメラモジュール10において、プリント回路基板20にハウジング40を固定するために塗布されたエポキシ24の量により、前記ハウジング40とプリント回路基板20との接着部位に多くの不良が発生する。例えば、プリント回路基板20の上面にエポキシ24がスポット(spot)形態に塗布される場合、エポキシ24が塗布されない部分では、プリント回路基板20とハウジング40との接着部分にギャップ(gap)が発生することがある。前記ハウジング40とプリント回路基板20との間のギャップに不要な光が流入することによって、イメージセンサ30から獲得された画質が低下する。
プリント回路基板20の外側上面に沿ってエポキシ24を過度に塗布する場合、弾性と粘性のあるエポキシ24の硬化温度によりハウジングの組立不良が発生する。
また、過度に塗布されたエポキシ24は、ハウジング40とプリント回路基板20との接着部位から押し出されて、イメージセンサ30の方に侵入して、受光領域32を汚染することになる。
また、プリント回路基板20に固定されるハウジング40が、エポキシ24の粘性変化によりねじれる(Tilting)ようになる。これにより、ハウジング40の上部に固着されるレンズ54の中心とイメージセンサ30のピクセル領域の中心が正確に一致されないため、カメラモジュールの組立不良が発生する。前記ハウジング40のねじれによる焦点不良は、カメラモジュールの組立を完了した後に検査する過程で検出される。これにより、カメラモジュールを分解して再組立しなければならないため、組立歩留まりが低下する。
以下、本発明の好ましい実施の形態を、添付図面に基づき詳細に説明する。
図2は、本発明の実施の形態に係るカメラモジュールの側断面図である。
図2に示すように、カメラモジュール100は、プリント回路基板110、イメージセンサ120、ハウジング130、レンズバレル150を含む。
前記プリント回路基板110は、ハードPCB又はフレキシブルプリント回路基板で具現されることができ、所定の回路パターンが形成される。前記回路パターンは、電極端子112及び第1実装部114を含む。
前記第1実装部114は、銅薄膜に金又は/及びニッケルがメッキされたパッドであって、ハウジング形状に対応し、ハウジング実装ラインに沿って閉ループに形成される。
前記イメージセンサ120は、受光領域122を備えて、光に反応する複数のセンサ素子が集積されている。
このようなイメージセンサ120は、CCD又はCMOSで具現されることができ、BGA(Ball Grid Array)、CSP(Chip Scale(Size) Package)、COB(Chip On Board)タイプの半導体チップ構造を含む。本実施の形態では、CSPタイプのイメージセンサについて説明する。
前記イメージセンサ120は、レンズバレル150により受光領域122に結ばれる像を電気的信号に変換する。ここで、前記イメージセンサ120は、光経路が確保されたプリント回路基板110の上面又は背面に結合され得る。
前記プリント回路基板110の上面に受動素子及びイメージセンサが配置される。このとき、イメージセンサ120は、プリント回路基板110の電極端子112に配置される。また、イメージセンサ120を囲むハウジング130は、プリント回路基板110の第1実装部114に配置される。
前記ハウジング130は、プリント回路基板110の上面に配置されたイメージセンサ120に光経路を提供する。
ハウジング130は、上側の光ガイド部131及び下側の支持部135が形成される。
前記支持部135は、プリント回路基板110の外側上面に実装される。このために、前記支持部135の下端には、第2実装部140が形成され、前記第2実装部140は、ハウジング130の成形時に支持部135に挿入される金属棒で具現されることができる。前記金属棒は、表面に金又は/及びニッケルでメッキされ、ハウジング130の支持部135の形状によって、円形状又は多角形などが閉ループ形態に形成されることができる。
前記第2実装部140は、前記プリント回路基板110上に形成された第1実装部114に表面実装技術(Surface Mounting technology)により接合される。ここで、前記プリント回路基板110の第1実装部114とハウジング130の第2実装部140には、ソルダー(はんだ:図示せず)が介在され、前記ソルダーは、第1実装部114および第2実装部140より低い温度で溶融されて、第1実装部114及び第2実装部140の相互間を金属接合させる。
ここで、前記ソルダーは、第1実装部114、第2実装部の金属層の種類に応じて、より低い溶融温度を有する金属を選択することができる。例えば、前記ソルダーは、鉛(Pb)の溶融温度(例:327℃)より低い温度で溶融される軟鉛と、溶融温度が大体に450℃以上である硬鉛に大別され、ソルダーペースト(paste)形態で第1実装部114に塗布される。
前記ソルダーペーストは、ソルダー粉末(solder powder)とフラックス(flux)を練って、印刷にふさわしい粘度にしたものであって、プリント回路基板110上にメタルマスク(metal mask)を位置させた後、スクイズ(squeeze)を利用してスクイズされ、プリント回路基板110の第1実装部114に塗布される。
前記プリント回路基板110の受動素子、イメージセンサ120及びハウジング130は、表面実装技術(SMT)工程により実装される。
前記レンズバレル150は、ハウジング130の光ガイド部131の内側132に結合される。例えば、前記光ガイド部131の内側に雌ねじ線134を形成し、レンズバレル150の外側に雄ねじ線156を形成して、前記光ガイド部131の内側にレンズバレル150がねじ線方式により結合される。
このようなレンズバレル150は、鏡筒で具現されることができ、フィルタ152及びレンズ部154を含む。前記フィルタ152は、イメージセンサ120とレンズ部154との間に位置でき、ガラスフィルタ又はアイリスフィルタ(IR Filter)を含む。前記レンズ部154は、1つ以上のレンズで構成され、入射される光を受光領域122に集光させる。
図3は、実施の形態に係るカメラモジュールの分解斜視図である。
図3に示すように、前記プリント回路基板110は、絶縁層の片面又は両面に銅薄膜が形成されており、前記銅薄膜は、フォトリソグラフィ工程によって複数個の電極端子(図示せず)と閉ループ形態の第1実装部114などの回路パターンで形成される。前記電極端子(図示せず)と第1実装部114の以外の領域は、ソルダーレジストが塗布されて保護される。
前記プリント回路基板110の電極端子(図示せず)と第1実装部114は、表面にメッキ層が形成されることができる。前記第1実装部114のメッキ層は、電極端子(図示せず)のメッキ層形成時に共に形成されることもできる。ここで、説明していない図面符号115は、メッキに必要な電源を供給するためのラインである。
このようなプリント回路基板110のチップ実装領域には、イメージセンサ120が配置される。ハウジング130の下端に形成された第2実装部140は、前記プリント回路基板110の第1実装部114上に配置される。このとき、前記ハウジング130の下端に設けられた第2実装部140は、ハウジング130の一側に平行な領域及び/または前記平行な領域から延長された非平行な領域を具備しており、前記非平行な領域は少なくとも一つ以上の垂直な曲げ部である。
そして、プリント回路基板110の上面に配置された受動素子、イメージセンサ及びハウジングは、表面実装技術の工程により実装される。
ここで、ハウジングの表面実装技術の工程の例として、プリント回路基板110の第1実装部114にハウジング130の下端に形成された第2実装部140を整列した後、ソルダーを塗布する。以後、リフロー(reflow)という加熱装置を利用して熱を加えると、プリント回路基板110上に塗布されたソルダーが熱により溶融されて、第1実装部114と第2実装部140との間のソルダーボンディングが行われる。
前記ソルダーは、第1実装部114と第2実装部140との間の金属結合のための手段であって、付着性、融点、機械特性値、コストなどを考慮して選択されることができる。そして、鉛を含有するソルダーボンディング方式は、人体に摂取されると、神経系統に重大な障害を引き起こすため、これを防止するために、無鉛(lead free)製品が用いられている。
前記無鉛ソルダーは、Sn−Cu系、Sn−Ag−Cu系、Sn−Bi系、Sn−Zn系などが主に用いられ、例えば、Sn−Cu系の合金の場合、融点は227℃であり、Sn−Ag−Cu系の合金の場合、工程温度は218℃である。
このとき、前記ソルダーは、プリント回路基板110の第1実装部114が銅(Cu)パッドの場合、第1実装部114との付着欠陥が発生しないものを選択することができる。また、ソルダーは、前記プリント回路基板110でハウジング130が装着される面に正確な量が印刷されるようにする。
図2及び図3に示すように、ハウジング130は、プリント回路基板110の外側上面に沿って金属接合され、前記イメージセンサ120の周りを密封する。これにより、レンズ部154を介して入射される光以外の不要な光が前記イメージセンサ120の受光領域122に流入することを遮断する。
また、レンズバレル150が結合するハウジング130が前記プリント回路基板110上の正確な位置に固定されることにより、前記イメージセンサ120の上部に整列されるレンズ部154と受光領域122との間の光軸が一致する。
前記ハウジング130の一例は、図4に示したとおりである。
図4に示すように、第2実装部140は、ハウジング130の支持部135の下端に沿って突出する。このような第2実装部140は、ハウジング130の射出成形時に支持部135に一体に形成されることができる。
前記第2実装部140は、金属板であるか、又は金又は/及びニッケルなどでメッキされた金属板で構成されることもでき、その形状は、垂直板の形状である。
前記ハウジング130の他の例は、図5に示したとおりである。
図5に示すように、ハウジング130の支持部135に形成された第2実装部145は、垂直板の下端部が外側(又は内側)方向に水平に折り曲げられた構造である。このような第2実装部145は、垂直板形状より第1実装部との接合面積を増加させることができる。
前記ハウジング130のさらに他の例は、図6に示したとおりである。
図6に示すように、ハウジング130の支持部135に形成された第2実装部146は、垂直板の下部が外側(又は内側)方向に水平に折り曲げられ、前記折り曲げられた部分の端部が下方に垂直に折り曲げられた構造である。すなわち、第2実装部146は、1回以上折り曲げられる階段形状であって、垂直板形状において水平に折り曲げられた水平部分147が第1実装部(図3の114)の上面に密着され、前記水平部分147の端部が垂直に折り曲げられた垂直部分148が第1実装部(図3の114)の外側に密着されて、外部から光が流入するのを遮断することができる。ここで、垂直部分148は、第1実装部の厚さ以下の高さに形成されることができる。
図7は、本発明の実施の形態に係るカメラモジュールの他の例であって、カメラモジュールがワイヤボンディングではないフリップチップボンディング方式で基板に結合される構造である。
図7に示すように、カメラモジュール200は、プリント回路基板210、イメージセンサ220、ハウジング230、レンズバレル250を含む。
前記プリント回路基板210は、内部には、前記イメージセンサ220の光経路を確保するために光ガイドホール215が形成され、外側上面には、第1実装部214が形成される。
ここで、イメージセンサ220は、プリント回路基板210の光ガイドホール215の中心に受光領域222が置かれるように結合される。
ここで、前記イメージセンサ220は、プリント回路基板210の背面に形成された電極端子212を介して電気的に接続される。このとき、前記イメージセンサ220とプリント回路基板210との間の隙間は、密封部材(図示せず)で充填されて、不要な光が流入するか、又は漏れることが遮断される。ここで、前記密封部材は、エポキシ又はシリコンにすることができる。
前記プリント回路基板210の背面には、イメージセンサ220がフリップチップ方式で装着されるが、例えばCOF(Chip On Film)方式を使用する。前記COF(Chip On Film)方式は、フレキシブルプリント回路基板(FPCB)上に各種チップを付ける作業中の一つの方式である。すなわち、COF方式は、一定の熱と圧力を加えて、イメージセンサの内部にある金成分とフレキシブル回路基板にある錫成分を直接付ける。このようなCOF方式は、別途の媒介体なくイメージセンサをそのままフレキシブル回路基板の背面に結合できるので、BGA(ball grid array)方式に比べてパッケージ費用が低減される。
また、COF方式は、フレキシブルプリント回路基板の大きさを従来より4分の1の水準に減らすことができ、フレキシブルプリント回路基板上に他の部品やチップを載置する空間を確保することができる。また、COF方式は、ACF(Anisotropic Conductive Film)方式に比べても、製品安定性が卓越し、空間活用度も優れているという特徴がある。
そして、前記プリント回路基板210の外側上面には、第1実装部214が形成され、前記第1実装部214は、ハウジング230の支持部235の下端に形成された第2実装部240と表面実装技術で金属接合される。ここで、前記ハウジング230は、前記光ガイドホール215の大きさより大きいか、又は光経路を妨害しない大きさに形成されることができる。
そして、前記ハウジング230の上部にレンズバレル250が結合される。すなわち、前記ハウジング230の光ガイド部231には、フィルタ252及びレンズ部254を備えたレンズバレル250が雌ねじ線234及び雄ねじ線256方式で結合する。ここで、フィルタ252は、ガラスフィルタ又はアイリスフィルタ(IR cut filter)を含む。
一方、ハウジングの金属接合のための他の例として、前記プリント回路基板210の第1実装部214と前記ハウジング230の第2実装部240との金属接合は、超音波接合方式を利用することができる。前記超音波接合方式は、低い圧力と強力な超音波振動を加えて、プリント回路基板210の第1実装部214と前記ハウジング230の第2実装部240との間を互いに摩擦させて金属接合されるようにする。前記超音波接合方式は、リフロー工程によるハウジング230及びプリント回路基板210の破損を防止することもできる。
または、ハウジングの金属接合のための他の例として、プリント回路基板210の第1実装部214と前記ハウジング230の第2実装部240との接触界面にレーザービームを照射して、金属接合されるようにする。前記レーザービームを利用する場合、ハウジング230の破損を防止することもできる。
図8は、実施の形態に係るカメラモジュールの製造方法を示したフローチャートである。図8に示すように、プリント回路基板にイメージセンサを搭載する(S101)。プリント回路基板の上面にハウジングを配置する。ここで、イメージセンサは、プリント回路基板のハウジングを介して光経路が提供される。
前記プリント回路基板のイメージセンサ及びハウジングを表面実装技術(SMT)工程で固定する(S103)。このとき、前記ハウジングの表面実装方式は、ハウジングの下端に形成された金属棒とプリント回路基板の外側上面に形成されたメッキパッドとを表面実装技術でソルダーボンディングすることにより、表面実装される。ここで、前記プリント回路基板にイメージセンサ及びハウジングが表面実装されると、前記ハウジングの内側にイメージセンサが位置し、前記イメージセンサには、ハウジングの上部を介して光経路が提供される。
前記ハウジングにレンズバレルを結合させる(S105)。前記レンズバレルは、ハウジングの上部に光経路を妨害しないように結合される。ここで、前記レンズバレルは、ハウジングの上部に金属接合前又は後に結合されることもできる。
本実施の形態に係るカメラモジュールは、プリント回路基板の上面の各種素子、イメージセンサ及びハウジングを表面実装技術により実装することによって、カメラモジュールの製造工程を減らすことができる。
また、表面実装されたハウジングにより、不要な光がイメージセンサに流入することができないため、カメラモジュールの画質信頼性を確保することができる。
また、プリント回路基板上において、ハウジングがねじれることなく結合されるので、レンズの中心部とイメージセンサの中心とが正確に一致して、カメラモジュールの組立精度が向上するので、ミスフォーカスによる画質低下とともに、エポキシ接着剤によるイメージセンサの汚染も防止することができる。
また、ハウジングをプリント回路基板上にエポキシで接着することに比べて、エポキシによるイメージセンサの汚染を防止し、エポキシ硬化のために必要な時間を大幅減少させることができるから、カメラモジュール工程の歩留まりを向上させることができる。
上述した本発明の好ましい実施の形態は、例示の目的のために開示されたものであり、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形、及び変更が可能であり、このような置換、変更などは、特許請求の範囲に属するものである。
100 カメラモジュール、 110 プリント回路基板、 112 電極端子、 114 第1実装部、 120 イメージセンサ、 122 受光領域、 130 ハウジング、 131 光ガイド部、 135 支持部、 140 第2実装部、 150 レンズバレル、 152 フィルタ、 154 レンズ部。