專利名稱：影像感測器封裝用的抗紅外線濾光晶片的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于一種抗紅外線濾光晶片，尤指一種適用于濾除紅外線的光學鏡片、以及可濾除紅外線的影像感測模塊。
背景技術：
舉凡目前數(shù)字的影像感測組件大多經(jīng)由電氣信號轉(zhuǎn)換，所以紅外線容易造成影像的色彩偏差。因此，為了符合人類眼睛的視覺滿足，紅外線濾光片(IR cut filter)已應用于數(shù)碼相機、計算機視訊系統(tǒng)、數(shù)碼攝影機、影像手機、以及影像擷取望遠鏡等數(shù)字影像傳感器中。如此，即可有效阻隔感測組件對于紅外線的感應，以補正影像感測組件色彩的光感度，而達到與人眼視覺色彩的一致性。
然而，現(xiàn)今鍍膜方法制成的反射式紅外線濾光片仍面臨一些應用面的問題，尚待改善，例如無法承受溫度驟升驟降的工序條件，使鍍膜易于剝離、折射率不穩(wěn)定所造成的色散現(xiàn)象、以及斜向色光所產(chǎn)生的影像色差等問題。
此外，未來的產(chǎn)品需求大多朝向輕薄短小的訴求。目前影像傳感器的結(jié)構(gòu)大多仍采用一硬質(zhì)玻璃作為封裝玻璃、以及一反射式紅外線濾光片作為紅外線濾除。由于pyrex硬質(zhì)玻璃具有一定厚度才可達到所需的折射率，不僅整體封裝結(jié)構(gòu)厚，且其硬質(zhì)玻璃本身硬度大的性質(zhì)，易導致破裂。再者，鍍膜無法承受封裝時的高溫，亦造成剝離等問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種影像感測器封裝用的抗紅外線濾光晶片，其可同時取代傳統(tǒng)的硬質(zhì)玻璃與反射式紅外線濾光片，且不僅降低生產(chǎn)成本，亦能大幅減少影像傳感器的空間結(jié)構(gòu)，使產(chǎn)品可達輕薄化，并符合人類眼睛的視覺需求。
為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的抗紅外線濾光晶片，包括以下成分10至30％的P2O5、35至60％的Al2O3、2.0至7.5％的B2O3、0.1至12％的Li2O、0.1至3.5％的SiO2、0.1至2.5％的Ho2O3、1.2至4.8％的CaO、0.0至1.5％的Er2O3、0.0至2.0％的FeO、0.4至2.5％的Fe2O3、0.4至0.8％的CuO、2.7至5.5％的ZnO、0.0至3.5％的TiO2、0.2至3.0％的Na2O、以及0.5至3.5％的Sr2O。其中，上述所提及的％為重量百分比。
本發(fā)明抗紅外線濾光晶片能調(diào)整不同色階的折射率，而使鏡片折射率穩(wěn)定，并有效避免色散現(xiàn)象，且可達到色彩還原的效果。
另外，本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片為氧化鋁Al2O3、磷酸P2O5系、以及若干金屬材料燒結(jié)而成，由調(diào)整其組成百分率以及另加入添加物，例如過渡金屬氧化物，可改變?yōu)V光鏡片的光學、物理性質(zhì)，以適合不同系統(tǒng)的需要。因此，本發(fā)明的濾光材料可視需要地更包含有0.0至0.8％重量百分比的BaO、0.0至0.5％重量百分比的K2O、0.0至5.0％重量百分比的CoO、0.0至3.0％重量百分比的NiO、0.0至3.0％重量百分比的Cr2O3、0.0至0.2％重量百分比的SnO、0.0至2.5％重量百分比的Dy2O3、0.0至2.2％重量百分比的Nd2O3、0.0至0.35％重量百分比的Sb2O3、0.0至0.3％重量百分比的CeO2、或其組合的成分，以制備出不同光學、物理特性的抗紅外線濾光晶片。
本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片中P2O5、Al2O3、BaO、B2O3、K2O、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO為形成玻璃結(jié)構(gòu)的主體，其個別的含量無限制，只要在上述范圍內(nèi)即可；較佳的組成比例為P2O5、Al2O3、BaO、B2O3、K2O、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO的總重量百分比，可占整體總重量比例介于80％至95％的范圍。
再者，本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片其P2O5和Al2O3的總重量百分比可占整體總重量比例介于55％至65％，較佳可介于57％至62％，以使材料更加透明化。其中，P2O5和Al2O3的比例無特殊限制，一較佳具體例中，P2O5和Al2O3的比例可為1∶2。
于本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片中，BaO為可使玻璃結(jié)構(gòu)透明的平衡物質(zhì)，而B2O3、K2O、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO為高溫結(jié)合時可需添加的安定化合物，同時可破壞Al2O3的有色結(jié)構(gòu)，使玻璃結(jié)構(gòu)透明化，所以BaO、B2O3、K2O、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO的總重量百分比，較佳可占整體總重量比例的10％至30％。而本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片中的CoO、Er2O3、NiO、FeO、Fe2O3、CuO、Cr2O3、以及ZnO為影響光學特性的組成，其個別的含量無限制，只要在前述范圍內(nèi)即可，較佳的條件為CoO、Er2O3、NiO、FeO、Fe2O3、CuO、Cr2O3、以及ZnO的總重量百分比可占整體總重量比例的5％至15％。若CoO、Er2O3、NiO、FeO、Fe2O3、CuO、Cr2O3、以及ZnO的總重量百分比過大時，整體會產(chǎn)生瓷化現(xiàn)象。如此，一旦瓷化后即無法作為光學材料。其中，Er2O3主要控制紫外線范圍的吸收度，F(xiàn)e2O3與CuO主要控制紅外線范圍的吸收度，F(xiàn)eO則用以安定Fe2O3與CuO，其余成分則可破壞晶體的基本結(jié)構(gòu)，使Er2O3、FeO、Fe2O3、與CuO插入基本結(jié)構(gòu)中。此外，本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片中，TiO2、SnO、Dy2O3、Nd2O3、Sb2O3、CeO2、及Na2O為影響結(jié)晶組成的成分，其個別的含量無限制，只要在前述范圍內(nèi)即可。其中，TiO2、SnO、Dy2O3、Nd2O3、Sb2O3、CeO2、以及Na2O的總重量百分比較佳可占整體總重量比例的1.5％至5.0％范圍，以使結(jié)晶體于結(jié)晶時能維持均勻性及結(jié)晶顆粒的結(jié)構(gòu)密度。
另外，本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片可使用于任何濾除紅外線的應用領域中，較佳可作為影像感測組件的封裝玻璃材料，且同時具有濾除紅外線的效果。
本發(fā)明亦提供一種影像感測模塊，其包含有一光學鏡頭、一抗紅外線濾光晶片、一封裝材料、以及一影像感測組件。其中，抗紅外線濾光晶片是位于光學鏡頭與影像感測組件之間，用以濾除來自光學鏡頭的紅外線。而封裝材料是位于抗紅外線濾光晶片與影像感測組件之間，并置于抗紅外線濾光晶片四周的邊緣處，以使抗紅外線濾光晶片恰巧貼覆于影像感測組件上方。
此外，本發(fā)明影像感測模塊中所使用的抗紅外線濾光晶片，其成分包括有10至30％的P2O5、35至60％的Al2O3、2.0至7.5％的B2O3、0.1至12％的Li2O、0.1至3.5％的SiO2、0.1至2.5％的Ho2O3、1.2至4.8％的CaO、0.0至1.5％的Er2O3、0.0至2.0％的FeO、0.4至2.5％的Fe2O3、0.4至0.8％的CuO、2.7至5.5％的ZnO、0.0至3.5％的TiO2、0.2至3.0％的Na2O、以及0.5至3.5％的Sr2O；且上述的％為重量百分比。因此，本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片能延遲斜向色光的干擾，使影像感應器瞬間擷取時，大多收集正向色光，由此可大幅改善影像色差，并能符合影像視感大角度的需求，且更提升影像的清晰度與真實度。
再者，本發(fā)明所使用的影像感測模塊可為公知任一種可感測影像的影像感測模塊；其中，本發(fā)明一具體例所適用的影像感測組件是為一互補式金屬氧化感測組件(CMOS)；另一具體例所適用的影像感測模塊是為一電荷耦合組件(CCD)。
對于目前影像傳感器的技術領域中，本發(fā)明吸收式的抗紅外線濾光晶片可同時取代傳統(tǒng)硬質(zhì)封裝玻璃與反射式濾光片的功能，而作為一濾除紅外線、且用以封裝影像感應組件的玻璃材料，因此有效地減少封裝成本。相較于傳統(tǒng)影像傳感器的結(jié)構(gòu)，本發(fā)明吸收式紅外線濾光片厚度較薄，僅0.03mm即可達到所需的折射率范圍，而符合新世代產(chǎn)品輕薄短小的設計，且其透光性較高、折射率較為穩(wěn)定。此外，本發(fā)明吸收式紅外線濾光片可承受封裝工序中溫度驟升驟降的變化，以改善公知鍍膜式濾光片于高溫封裝時鍍膜剝離等的問題。


圖1為本發(fā)明一較佳實施例的抗紅外線濾光晶片的透射光譜圖。
圖2為本發(fā)明一較佳實施例的影像感測模塊的示意圖。
圖3a為本發(fā)明一較佳實施例的抗紅外線濾光晶片，其對于不同角度的入射光(0°、30°、45°)的透射光譜圖。
圖3b為公知鍍膜工序的反射式紅外線濾光鏡片對于不同角度的入射光(0°、30°)的透射光譜圖。
圖4a為本發(fā)明一較佳實施例抗紅外線濾光晶片的影像圖。
圖4b為一般傳統(tǒng)鍍膜的反射式紅外線濾光鏡片的影像圖。
具體實施例方式
下列實施例將具體說明上述本發(fā)明的內(nèi)容，請一并參閱圖示內(nèi)容。
實施例1本實施例的制作過程是將下表1的所有成分完全混合后，置于容量約100ml的坩堝里，以1480℃的溫度將該混合物熔解3小時，再以2小時的時間降溫至1150℃，然后將熔融晶液取出，并注入已預熱好且溫度為550℃的模體中。接著，置于退火爐中以480℃退火16～18小時，再自然降溫4-5小時至室溫。再者，將上述所得的原粗晶胚整平，以便后續(xù)的加工作業(yè)，然后將晶胚進行加工研磨、精密拋光、及透光成型清洗等程序后，即形成鏡片。隨之以一般蒸鍍或濺鍍的方式(本例系使用蒸鍍)鍍上氧化鈦或氧化硅、氧化鈮的保護膜，作為抗環(huán)境保護層，以防止空氣中的氫化物或硫化物附著在鏡片表面，而產(chǎn)生表面霧化的現(xiàn)象。最后，將鏡片作精密切割處理，即完成本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片。在本例中，抗紅外線濾光晶片的厚度為0.3mm，但本發(fā)明鏡片的厚度并無限制，可視產(chǎn)品需求而有所調(diào)整。請參閱圖1，圖1是為上述實施例1所制得的鏡片的透射光譜圖。由此圖可知，本發(fā)明濾光晶片于約380nm至760nm之間的可見光范圍，具有很高的透光性，且對于約800nm以上的紅外線頻譜有一很強的吸收。除此之外，本發(fā)明濾光片的透射光譜圖幾乎近似于可判斷經(jīng)由本發(fā)明抗紅外線濾光晶片所透出的光線，確實能符合人眼視覺的需求。
表1


實施例2請參閱圖2，圖2為本發(fā)明一較佳具體實施例的影像感測模塊100的示意圖，其中，一具有底座50的影像感測模塊100還包括有一光學鏡頭40、一抗紅外線濾光晶片10、一封裝材料20、以及一影像感測組件30，且光學鏡頭40內(nèi)含有若干個光學鏡片41、42、43。此外，本例中所使用的抗紅外線濾光晶片10是采用實施例一所制備0.30mm厚的抗紅外線濾光晶片10，且影像感測組件是為一電荷耦合組件(CCD)。
如圖2所示，本發(fā)明影像感測模塊100中，抗紅外線濾光晶片10是介于光學鏡頭40與影像感測組件30之間。另外，抗紅外線濾光晶片10一面的四周是涂覆有一層封裝材料20(本例是使用環(huán)氧樹脂)，且經(jīng)由一封裝工序后，使抗紅外線濾光晶片10貼覆于影像感測組件30上，以作為一封裝玻璃，而同時具有濾除紅外線的功能。
本發(fā)明影像感測組件的封裝工序可適用于各種公知封裝方法，例如COB(chip on board)、及CSP(chip scale packaging)工序。本例中較佳是適用于COB及CSP兩種工序，首先將抗紅外線濾光晶片10、封裝材料20、影像感測組件30合為一體，送入一260℃高溫爐置放20秒后，再置于室溫下30秒后；并且再送入一260℃高溫爐中20秒，再于室溫下回溫30秒，如此循環(huán)三次至五次，使環(huán)氧樹酯固化后，即可完成封裝工序。雖然本例中已說明本發(fā)明的封裝工序，但其工序參數(shù)可視不同的需求而作調(diào)整，因此并不限于此描述內(nèi)容。
實施例3請參閱圖3，圖3為本發(fā)明實施例一的抗紅外線濾光晶片與一般傳統(tǒng)鍍膜工序的反射式紅外線濾光鏡片的光譜比較結(jié)果。圖3a為不同角度的入射光(0°、30°、45°)對于本發(fā)明抗紅外線濾光晶片的透射光譜圖。圖3b為不同角度(0°、30°)的入射光對于傳統(tǒng)鍍膜工序的反射式紅外線濾光鏡片的透射光譜圖。由圖3a所示，本發(fā)明抗紅外線濾光晶片的正向色光與斜向色光的光譜差異極小，其中，0°正向光與30°斜向色光的透射光譜幾乎重迭。而圖3b所示，傳統(tǒng)鍍膜工序的反射式紅外線濾光鏡片，其0°正向色光與30°斜向色光透射峰的波寬有一明顯差異(波形約位移30nm)。因此，可證實本發(fā)明抗紅外線濾光晶片可有效地控制斜向色光的干擾，以降低斜向色光所產(chǎn)生的影像色差。
實施例4再請參閱圖4a與圖4b所示，圖4a為本發(fā)明實施例一的抗紅外線濾光晶片的影像圖；圖4b為一般傳統(tǒng)鍍膜的反射式紅外線濾光鏡片的影像圖。本實施例使用的燈源為Horizon_610 Lux，如圖所示，在一相同燈源且一相同色彩面板的測試條件下，相較于傳統(tǒng)鍍膜工序所獲得的反射式紅外線濾光鏡片的影像，本發(fā)明吸收式抗紅外線濾光晶片的影像，無論是顏色的還原與飽和度、或是影像的清晰度與真實度，皆明顯地優(yōu)于傳統(tǒng)鍍膜工序的反射式紅外線濾光鏡片。
材料特性本發(fā)明實施例一抗紅外線濾光晶片的化學性質(zhì)、熱穩(wěn)定性質(zhì)、密度、及硬度，如下列表2所示。其中，化學性質(zhì)Dw的量測，是將本發(fā)明抗紅外線濾光晶片放置于100℃純水中，并維持60分鐘后，而測量鏡片的失重；結(jié)果顯示，在此條件下，本發(fā)明抗紅外線濾光晶片即失重0.04％。對于Da化學性質(zhì)的量測，是將鏡片放置于100℃且0.01N硝酸溶液下，維持60分鐘后，則鏡片失重的程度為0.19％。表2中所提及的α(25/65)是表示本例的抗紅外線濾光晶片在-25℃至-65℃的溫度下，其變形量小于40％。而á(100/300)是表示本例的抗紅外線濾光晶片在100℃至300℃的溫度下，其變型量小于32％。此外，本實施例硬度的測量，是采用歐盟規(guī)范Din-EN 101的試驗方法。
表2

測試1.環(huán)境測試將本發(fā)明中實施一所制備的抗紅外線濾光晶片置于一相對濕度約100％的高濕度環(huán)境下，并持續(xù)144小時后，該抗紅外線濾光晶片的材料特性與紅外線濾除的效果并未改變。
將本發(fā)明中實施一所制備的抗紅外線濾光晶片置于一相對濕度約95％的環(huán)境下，使溫度由28℃升溫至65℃，且達3小時后；再放置于相對濕度約85％的環(huán)境下，使溫度由65℃降溫至28℃，且達21小時。重復上述步驟循環(huán)10次，即總累計的測試時間為240小時。結(jié)果顯示，該抗紅外線濾光晶片的材料特性與紅外線濾除的效果并未改變。
2.沖擊測試在距離地面2公尺的高度下，將本發(fā)明實施例一的抗紅外線濾光晶片擲落地面，而并未造成鏡片破裂、甚至破碎。即表示本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片具有良好的耐沖擊性質(zhì)。
3.高溫測試測試條件一將本發(fā)明實施例一所制成的抗紅外線濾光晶片放置于一攝氏235℃的高溫爐中20秒后，取出至室溫下放置30秒，最后，再將濾光鏡片重新置于高溫爐達60秒。
測試條件二測試方法相同于測試條件一，除了高溫爐的溫度升至260℃，而取代235℃的高溫。
結(jié)果顯示，本發(fā)明的抗紅外線濾光晶片并不會受到此高溫的影響，而產(chǎn)生任何材料特性的變化，且即使在溫度驟升驟降的環(huán)境中，亦維持其穩(wěn)定的光學性質(zhì)。
上述實施例僅為了方便說明而舉例而已，本發(fā)明所主張的權利范圍自應以申請專利范圍所述為準，而非僅限于上述實施例。
權利要求
1.一種抗紅外線濾光晶片，包括以下成分10至30％的P2O5；35至60％的Al2O3；2.0至7.5％的B2O3；0.1至12％的Li2O；0.1至3.5％的SiO2；0.1至2.5％的Ho2O3；1.2至4.8％的CaO；0.0至1.5％的Er2O3；0.0至2.0％的FeO；0.4至2.5％的Fe2O3；0.4至0.8％的CuO；2.7至5.5％的ZnO；0.0至3.5％的TiO2；0.2至3.0％的Na2O；以及0.5至3.5％的Sr2O；其中，上述％為重量百分比。
2.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包括0.0至0.8％重量百分比的BaO。
3.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包括0.0至0.5％重量百分比的K2O。
4.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包含0.0至5.0％重量百分比的CoO。
5.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包含0.0至3.0％重量百分比的NiO。
6.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包含0.0至3.0％重量百分比的Cr2O3。
7.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包含0.0至0.2％重量百分比的SnO。
8.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包含0.0至2.5％重量百分比的Dy2O3。
9.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包含0.0至2.2％重量百分比的Nd2O3。
10.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包含0.0至0.35％重量百分比的Sb2O3。
11.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中還包含0.0至0.3％重量百分比的CeO2。
12.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中P2O5、Al2O3、BaO、B2O3、K2O、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO的總重量百分比介于80至95％的范圍。
13.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中P2O5以及Al2O3的總重量百分比介于55至65％的范圍。
14.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中BaO、B2O3、K2O、Li2O、SiO2、Ho2O3、以及CaO的總重量百分比介于10至30％的范圍。
15.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中CoO、Er2O3、NiO、FeO、Fe2O3、CuO、Cr2O3、以及ZnO的總重量百分比介于5至15％的范圍。
16.如權利要求1所述的抗紅外線濾光晶片，其中TiO2、SnO、Dy2O3、Nd2O3、Sb2O3、CeO2、以及Na2O的總重量百分比介于1.5至5.0％的范圍。
17.一種影像感測模塊，其包含一光學鏡頭；一抗紅外線濾光晶片；一封裝材料；以及一影像感測組件；其中，該抗紅外線濾光晶片介于該光學鏡頭與該影像感測組件之間；該封裝材料介于該抗紅外線濾光晶片與該影像感測組件之間，并置于該抗紅外線濾光晶片的周圍，以使該抗紅外線濾光晶片貼覆于該影像感測組件；且該抗紅外線濾光晶片包含下列成分10至30％的P2O5；35至60％的Al2O3；2至7.5％的B2O3；0.1至12％的Li2O；0.1至3.5％的SiO2；0.1至2.5％的Ho2O3；1.2至4.8％的CaO；0至1.5％的Er2O3；0至2％的FeO；0.4至2.5％的Fe2O3；0.4至0.8％的CuO；2.7至5.5％的ZnO；0至3.5％的TiO2；0.2至3％的Na2O；以及0.5至3.5％的Sr2O；其中，上述％為重量百分比。
18.如權利要求17所述的影像感測模塊，其中該影像感測組件為一互補式金屬氧化感測組件。
19.如權利要求17所述的影像感測模塊，其中該影像感測組件為一電荷耦合組件。
全文摘要
本發(fā)明是有關一種抗紅外線濾光晶片、以及一種含有抗紅外線濾光晶片的影像感測模塊，其中，本發(fā)明的吸收式抗紅外線濾光晶片不僅可有效濾除紅外線，且大幅改善公知反射式紅外線濾光鏡片的影像色差、光暈現(xiàn)象、以及色散問題等。此外，本發(fā)明抗紅外線濾光晶片可直接作為影像感測組件的封裝玻璃，既同時取代傳統(tǒng)中用以封裝的硬質(zhì)玻璃以及紅外線濾光片，且玻璃厚度不僅明顯變薄，并具有高度的透光性，亦可承受高溫封裝的工序環(huán)境，而不影響其光學或物理性質(zhì)。
文檔編號H01L21/00GK101029942SQ20061005871
公開日2007年9月5日 申請日期2006年3月2日 優(yōu)先權日2006年3月2日
發(fā)明者李建德, 林宛靜 申請人:李建德