專利名稱：晶片級光學(xué)元件的安裝的制作方法
晶片級光學(xué)元件的安裝相關(guān)申請的交叉引用本申請依據(jù)美國法典第35篇119條(35U. S. C，119)要求2008年2月22日提交 的標(biāo)題為 “Attachment of Wafer Level Optics” 的美國臨時專利申請 No. 61/030，937 的 優(yōu)先權(quán)，其內(nèi)容通過弓I用并入本文。
背景技術(shù)：
在消費電子設(shè)備領(lǐng)域，例如無線電話，一直存在壓力促使設(shè)備更小型化、更便宜、 并且具有更多特征。相應(yīng)地，這類設(shè)備的制造商也給予各部件供應(yīng)商同樣的壓力。由于目 前大部分無線電話是相機式電話(camera phone)，它們各自包括一個或多個相機模塊作為 電話的一個部件。該相機模塊可包括PCB(印刷電路板)或柔性電路、圖像傳感器、殼體和 透鏡組件。因此，人們期望相機模塊小型化、便宜、并且具有增強的功能。這些功能可包括更 高分辨率的圖像傳感器和更高質(zhì)量的光學(xué)元件/透鏡。人們還期望將相機模塊制造中所用 的部件和材料最少化，以減少制造這類模塊的時間，減少在制造這類模塊中涉及的人力，以 及減少生成的不良模塊的數(shù)量。通常，相機模塊的制造是通過將圖像傳感器連接到電路板，然后將包含透鏡的殼 體連接到同一電路板來進行?；蛘?，其它制造技術(shù)包括以蓋玻璃遮蓋圖像傳感器，然后將透 鏡或者透鏡殼體連接到蓋玻璃。在一些情況中，透鏡容納在以螺紋方式接收到殼體中的透 鏡組件中，并且透鏡組件被旋轉(zhuǎn)直到為圖像傳感器提供適當(dāng)聚焦的圖像。這時，可將透鏡組 件固定到殼體。上述現(xiàn)有技術(shù)及其相關(guān)局限性的例子旨在給出示例，并不是惟一的。通過閱讀說 明書和研究附圖，現(xiàn)有技術(shù)的其它局限性對本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見的。

發(fā)明內(nèi)容
結(jié)合其它系統(tǒng)、工具和方法來說明和示意以下實施例及其各方面，這些系統(tǒng)、工具 和方法只起示例和示意作用，并不限制范圍。在各實施例中，減少或消除了一個或多個上述 問題，同時其它實施例涉及其它改進。提供了一種相機模塊組件，其包括基板、結(jié)合到基板的圖像傳感器和直接連接到 圖像傳感器的光學(xué)層疊體(optics stack)。相機模塊組件的變型也可包括結(jié)合到基板和光 學(xué)層疊體的殼體。粘膠、環(huán)氧樹脂、粘接劑、膠帶或者任何其它適當(dāng)?shù)倪B接機構(gòu)都可用來將 殼體結(jié)合到基板和光學(xué)層疊體，和/或?qū)⒐鈱W(xué)層疊體結(jié)合到圖像傳感器。還提供了另一種相機模塊組件，其包括圖像傳感器和直接連接到圖像傳感器的頂 部表面的光學(xué)層疊體。這種相機模塊組件的變型可包括將光學(xué)層疊體部分地封裝在模塑材料中，其中模 塑材料包括開口以容許光穿過模塑材料到達光學(xué)層疊體。此外，基板可直接連接到圖像傳 感器的底部表面。基板可包括通孔，通孔從基板的外部表面延伸穿過基板，到達位于圖像傳感器底部表面上的接合墊。通孔可填充有導(dǎo)電材料，并且焊球可在基板的外部表面連接到 通孑L。此外，提供了一種用于制造相機模塊的方法，其包括(1)提供包括多個圖像傳感 器的晶片；(2)將光學(xué)層疊體直接結(jié)合到各圖像傳感器；(3)通過傳遞模塑體(transfer molding)部分地封裝光學(xué)層疊體，留出穿過傳遞模塑體的開口，以容許光穿過而到達光學(xué) 層疊體；(4)將組件分割為獨立的相機模塊。用于制造相機模塊的方法的變型可包括使各光學(xué)層疊體具有位于離圖像傳感器 指定距離的一個或多個透鏡元件。該指定距離可具有5微米或更小的公差。還提供了另一種用于制造相機模塊的方法，其包括(1)提供具有圖像傳感器的 基板；以及(2)將光學(xué)層疊體直接結(jié)合到圖像傳感器。用于制造相機模塊的上述方法的變型可包括將殼體直接結(jié)合到基板，以使殼體 設(shè)置成圍繞圖像傳感器和光學(xué)層疊體。此外，殼體可包括上部端口，以容許光穿過殼體到達 光學(xué)層疊體。除了上述示例的方面和實施例外，另外的方面和實施例通過參考附圖和研究以下 說明將變得顯而易見。


圖1是通過本文所述技術(shù)生成的相機模塊的截面圖。圖2是圖1的相機模塊的分解視圖，顯示已安裝在電路板上的圖像傳感器、以及光 學(xué)層疊體和殼體。圖3與圖2的分解視圖相似，顯示粘膠已施加在圖像傳感器的周邊區(qū)域。圖4與圖3的分解視圖相似，顯示光學(xué)層疊體已連接到圖像傳感器。圖5與圖4的分解視圖相似，顯示粘膠已施加在電路板的周邊區(qū)域和光學(xué)層疊體 的頂部的周邊區(qū)域。圖6與圖5的分解視圖相似，顯示殼體已連接到相機模塊的具有暴露粘膠的各部 分。圖7示出了用于制造多個相機模塊的陣列處理技術(shù)中的各個階段。
具體實施例方式現(xiàn)在將參考附圖，其有助于示意本發(fā)明的各種相關(guān)特征。雖然現(xiàn)在將主要結(jié)合相 機模塊對本發(fā)明進行說明，但是應(yīng)當(dāng)清楚地理解，本發(fā)明也可應(yīng)用于期望將光學(xué)元件連接 到電子電路的其它應(yīng)用中。鑒于此，以下給出將晶片級光學(xué)元件安裝到相機模塊中的圖像 傳感器的說明，用于圖示和示意。此外，以下說明并不意圖將本發(fā)明限制為本文所公開的形 式。因此，與后述教導(dǎo)、相關(guān)領(lǐng)域的技術(shù)和知識相稱的變型和修改都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。另 外，在此說明的實施例旨在解釋實施本發(fā)明的已知模式，并使本領(lǐng)域的其他技術(shù)人員在這 類或者其它實施例中，通過本發(fā)明的一種或多種特定應(yīng)用或用途所需的各種修改，來運用 本發(fā)明。圖1顯示組裝的相機模塊10。相機模塊10包括通過板上貼芯片(chip-on-board， COB)技術(shù)安裝有圖像傳感器14的印刷電路板(PCB) 12。圖像傳感器14包括位于其頂部表面(top surface) 18的中心區(qū)域內(nèi)的有效區(qū)域16。光學(xué)層疊體20連接到圖像傳感器14的 頂部表面18，以圍繞有效區(qū)域16。光學(xué)層疊體20包括一個或多個透鏡元件。在此示例中， 光學(xué)層疊體20包括三個透鏡元件第一透鏡元件22、第二透鏡元件24和第三透鏡元件26。 這三個透鏡元件22、24和26分別通過第一分隔件28、第二分隔件30和第三分隔件32而相 互分隔開并且與圖像傳感器14分隔開。光學(xué)層疊體的其它示例可包括一個、兩個、四個或 者四個以上的透鏡元件。光學(xué)層疊體可通過本領(lǐng)域已知的復(fù)制(implication)技術(shù)(使用模具)進行制 造。光學(xué)層疊體可在一個或多個透鏡元件的兩側(cè)(either side)包括非球面透鏡表面。各 分隔件28、30和32是中空的，在中心區(qū)域具有空腔，從而在光穿過相機模塊10射向圖像傳 感器14的有效區(qū)域16時，容許光穿過各后續(xù)透鏡元件。分隔件可由任何適當(dāng)?shù)牟牧蠘?gòu)成， 例如玻璃或者聚合物材料。擁有復(fù)制技術(shù)的公司有例如Anteryon公司、Tessera/Digital Optics 公司禾口 Heptagon 公司。殼體34(其可由低粘環(huán)狀聚酯(CBT)、液晶聚合物(LCP)、玻璃或者其它適當(dāng)?shù)牟?料構(gòu)成)連接到PCB 12和光學(xué)層疊體20的頂部，以使入射到圖像傳感器14的有效區(qū)域16 的雜光的量最小化，并且增加相機模塊10的機械強度。殼體34包括容納光學(xué)層疊體20和 圖像傳感器14的內(nèi)部空腔36。殼體34還包括上部端口 38，光能夠通過上部端口 38進入相 機模塊10、穿過光學(xué)層疊體20然后入射到圖像傳感器14的有效區(qū)域16。上部端口 38可 為任何適當(dāng)?shù)男螤?。在此示例中，上部端口是矩形開口，但在其它示例中可采用其它形狀。 例如，可采用較小的圓形開口。用于組裝圖1的相機模塊10的過程在圖2-6中示出。圖2顯示已連接到PCB 12 的圖像傳感器14(在圖像傳感器14的頂部表面18上有有效區(qū)域16)。這一過程的起始部 分可在具有特定的真空特性的潔凈室中進行。光學(xué)層疊體20 (包括透鏡元件22、24和26 以及分隔件28、30和32)顯示為與圖像傳感器14和PCB 12的組合體相分開。進而，殼體 34顯示為與光學(xué)層疊體20相分開。雖然殼體34、光學(xué)層疊體20以及圖像傳感器14和PCB 12在圖2中顯示為分開關(guān)系，但這僅為易于理解和圖示。事實上，當(dāng)執(zhí)行由圖2和3之間的 差異所示意的步驟時，殼體34和光學(xué)層疊體20當(dāng)然可以位于不同的位置或者位于完全不 同的位置。如圖3中可見，四條粘膠50已施加在圖像傳感器14的頂部表面18的周邊區(qū)域。分 配模式(dispense pattern)可為施加在圖像傳感器的周邊區(qū)域的斷線形粘膠(如所示)， 或者可為施加在傳感器的周邊區(qū)域的連續(xù)線形粘膠或者多點形粘膠?？墒褂萌魏芜m當(dāng)?shù)恼?膠、環(huán)氧樹脂或者其它類型的粘接劑，并且可采用精確的或者半自動的分配方法。一種適當(dāng) 的粘膠的示例為Abielux A4502。粘膠線被小心準(zhǔn)確地布置為距離圖像傳感器14的有效 區(qū)域16適當(dāng)距離。例如，各粘膠線可與有效區(qū)域16分開300微米或者更大的距離，而各粘 膠線的寬度可在例如300至350微米范圍內(nèi)。由于粘膠線的厚度有助于確定透鏡光學(xué)層疊 體20中的透鏡元件離圖像傳感器14的有效區(qū)域16的間距，因此期望將粘膠線的厚度保持 在合理的尺度水平(例如 12-15um)。此外，期望控制粘膠的黏度(viscosity)(例如 20000cps)和觸變指數(shù)(thixotropic index)(例如 3-5)。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會，除了在圖像傳感器 14的頂部表面18上的粘膠線50外，粘膠線還可施加在光學(xué)層疊體20的底部表面，尤其是 在第三分隔件32的底部表面?；蛘撸衬z可只施加在光學(xué)層疊體20，而不施加在圖像傳感
5器14。又或者，可使用雙面膠帶或者B階環(huán)氧樹脂(B-stage epoxy)將光學(xué)層疊體20連接 到圖像傳感器14。然后，通過精確的或者半自動的組裝設(shè)備拾取光學(xué)層疊體20并且連接到圖像傳 感器14。一旦光學(xué)層疊體20連接到圖像傳感器14后，就不再需要在潔凈室中進行后續(xù) 的組裝過程。這是因為圖像傳感器14的敏感的有效區(qū)域16已被遮蓋，從而減小了玷污 (contamination)的可能。圖4顯示部分組裝的相機模塊，其中光學(xué)層疊體20已連接到圖 像傳感器14。此時，部分組裝的相機模塊通過紫外(UV)光來硬化粘膠?；蛘撸墒褂脽岫?型的(thermal-setting)(或者其它類型的)粘膠，并且可使用適當(dāng)?shù)姆椒▉碛不@種粘接 劑。然后，在將殼體34連接到相機模塊10的剩余部分來完成組裝的一種可選方案中， 沿第一透鏡元件22的上表面的周邊、以及沿PCB 12的頂部表面的外周邊設(shè)置粘膠，如圖5 所示。此外，粘膠可施加在殼體34的適當(dāng)?shù)呐浜媳砻??；蛘撸衬z可不施加在光學(xué)層疊體 20和PCB 12，而可以只施加在殼體34的配合部分(mating portion) 0又或者，可使用雙面 膠帶將殼體34連接到相機模塊10的剩余部分。 有許多適當(dāng)?shù)恼衬z模式可以采用。作為圖3所示的粘膠線50的替代，在此示例中， 虛線形粘膠線52施加在PCB 12上，并且一連串的粘膠點54施加在光學(xué)層疊體20的第一 透鏡元件22的周邊。當(dāng)然，這些類型的粘膠模式50、52和54中的任何一種，以及任何其它 適當(dāng)?shù)哪Ｊ剑伎捎糜趫D3和5所示的這三個位置中的任何一個位置。殼體34從而以手動使用夾具(jigs)和固定裝置(fixtures)或者通過自動化的 殼體連接系統(tǒng)進行連接。相機模塊然后置于烘箱(oven)中使環(huán)氧樹脂硬化(在此示例中， 使用熱定型的粘膠連接殼體34)。這樣，就完成了相機模塊10的組裝，如圖6所示。雖然上述說明描述了用于組裝單個相機模塊10的技術(shù)，但是希望通過陣列處 理來生產(chǎn)多個相機模塊。這種技術(shù)顯示在圖7的各個繪圖中。在此示例中，采用硅晶 片70，其上包括有多個未分割的圖像傳感器72。晶片可為任何適當(dāng)大小的晶片。例 如，可使用6英寸(inch)、8英寸或者12英寸的晶片。在此示例中，采用了貫穿硅通 孔(through silicon via, TSV)晶片。TSV技術(shù)在本領(lǐng)域是已知的，這類技術(shù)的示例 從Micron和STMicroelectronics可得到。眾所周知，TSV晶片已從晶片的底部表面向 圖像傳感器72的底部的接合墊(bond pad)構(gòu)建了通孔。接合墊接頭通過再分布技術(shù) (redistributiontechnology, RDL)穿過硅中的這些通孔被引導(dǎo)至底側(cè)，并且遍布整個底 側(cè)。這些TSV通孔填充有導(dǎo)電和介電材料，并且終止于底側(cè)，在后一階段焊球?qū)⑦B接在該底 側(cè)。以類似于圖3和4所示及隨同說明所描述的方式，光學(xué)層疊體74連接到晶片70 上的各圖像傳感器72。連接有多個光學(xué)層疊體74的晶片70顯示為76。連接到晶片70上 的一個圖像傳感器72的一個光學(xué)層疊體74的放大視圖，顯示為78。接著，通過稱為傳遞模塑(transfer molding)的常規(guī)模塑工藝，將晶片上的光學(xué) 層疊體74以模塑材料80進行封裝，在模塑材料中限定出開口 82，以使光能夠進入光學(xué)層疊 體74中，以到達圖像傳感器72。以模塑材料80封裝光學(xué)層疊體74的晶片70，顯示為84。然后，TSV晶片70中的填充有導(dǎo)電材料并終止于底側(cè)的通孔(未示出)，經(jīng)過焊 球連接處理，以便后續(xù)的與電子電路(未顯示)的連接。焊球連接處理可以是回流處理
6(reflow process)。連接有焊球86的晶片70顯示為88。連接有焊球86的晶片70的一個 圖像傳感器72的放大視圖顯示為90。接下來，晶片70通過常規(guī)方式被鋸(saw)分割，模塑材料80也通過常規(guī)方式被鋸 分割。例如，對晶片70和模塑材料80的切割可從組件的相反側(cè)進行?；蛘?，可在單步驟中 使用鋸從組件的同一側(cè)分割模塑材料中的晶片70?；蛘?，組件可通過任何常規(guī)方式分割成 單獨的相機模塊。組件分割完成后，就生成了多個組裝的相機模塊92。這種多個相機模塊 92的示例顯示為94。其中一個相機模塊92的放大視圖顯示為96。應(yīng)當(dāng)領(lǐng)會，本文所公開的技術(shù)提供了一些勝于現(xiàn)有技術(shù)的優(yōu)點?？上嘈牛诖苏f明 的技術(shù)是首次在相機模塊組裝中將光學(xué)層疊體或者任何類型的透鏡直接連接到圖像傳感 器的硅。可相信，在其它組裝方法中，光學(xué)元件要么是連接到與圖像傳感器的硅相連接的蓋 玻璃，要么是連接到連接有圖像傳感器的PCB，要么是連接到與PCB相連接的透鏡殼體。通過將光學(xué)層疊體直接連接到圖像傳感器，透鏡元件離圖像傳感器的距離的總體 公差等級被大大地減小。例如，在使用蓋玻璃并且將光學(xué)元件連接到蓋玻璃的技術(shù)中，蓋 玻璃可通常具有300至500微米的厚度和10至100微米范圍內(nèi)的公差。通過本文教導(dǎo)的 技術(shù)，已發(fā)現(xiàn)，透鏡元件離圖像傳感器的距離的總體公差能夠減小到小于5微米的等級。除 了顯著地減小公差外，本文教導(dǎo)的技術(shù)消除了將蓋玻璃連接到傳感器的材料成本和制造時 間。此外，可相信，相機模塊組裝的現(xiàn)有技術(shù)并沒有使用傳遞模塑來封裝光學(xué)層疊體， 以形成相機模塊的殼體。此外，可相信，傳遞模塑未曾被用于封裝各自連接有光學(xué)層疊體的 圖像傳感器的整個晶片。此外，可相信，組裝相機模塊的現(xiàn)有技術(shù)未曾在晶片底側(cè)的相反側(cè)連接有光學(xué)元 件時，將焊球連接到終止于整個晶片的底側(cè)的TSV通孔。類似地，當(dāng)傳遞模塑體已設(shè)置在其 相反面時，上述情況先前也未做過。此外，可相信，組裝相機模塊的現(xiàn)有技術(shù)未曾教導(dǎo)，在已連接光學(xué)元件和傳遞模塑 體時，對整個晶片進行分割。如前所述，許多其他類型的相機模塊包括殼體和以螺紋方式容納在殼體中的透鏡 組件。在這類布置中，透鏡組件被旋轉(zhuǎn)直到在圖像傳感器處的圖像被正確地聚焦。這時，透 鏡組件將相對于殼體被固定。可看出，本文教導(dǎo)的技術(shù)因為沒有運動部件，所以優(yōu)于這類可 調(diào)節(jié)聚焦技術(shù)。此外，因為沒有運動部件，所以不會有由于部件的相對運動而產(chǎn)生的顆粒， 這些顆?？赡芤饒D像傳感器的有效區(qū)域的玷污。由于透鏡元件相對于圖像傳感器的準(zhǔn)確 位置和小公差，所以生成聚焦良好的圖像。此外，通過使用TSV晶片，消除了一些部件，例如基板、殼體和用于引線接合(wire bonding)的金線(gold wire)。這有助于改進和降低制造這類相機模塊的成本。上述對本發(fā)明的說明是用于圖示和說明。并且，上述說明并不意圖將本發(fā)明限制 為本文所公開的形式。雖然已就多個示例性方面和實施例進行上述說明，但是本領(lǐng)域技術(shù) 人員將能識別一些變型、修改、變換、增加和其子組合。相應(yīng)地，應(yīng)當(dāng)理解，本文說明的電路 部件的特定值可以改變并且可實現(xiàn)同樣的目標(biāo)。本文所給出的值僅為示例性的。因此，本 文的意圖是，所附權(quán)利要求和此后引入的權(quán)利要求應(yīng)解釋為在它們的真實精神和范圍之內(nèi) 包括所有這些變型、修改、變換、增加和子組合。
權(quán)利要求
一種相機模塊組件，包括基板；結(jié)合到基板的圖像傳感器；和直接連接到圖像傳感器的光學(xué)層疊體。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的相機模塊，其中，光學(xué)層疊體經(jīng)由粘膠、環(huán)氧樹脂、粘接劑或者膠 帶中的至少一種連接到圖像傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的相機模塊，其中，還包括結(jié)合到基板和光學(xué)層疊體的殼體。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的相機模塊，其中，殼體經(jīng)由粘膠、環(huán)氧樹脂、粘接劑或者膠帶中的 至少一種結(jié)合到基板和光學(xué)層疊體。
5.一種相機模塊組件，包括 圖像傳感器；和直接連接到圖像傳感器的頂部表面的光學(xué)層疊體。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的相機模塊，其中，還包括模塑材料，所述模塑材料部分地封裝光學(xué) 層疊體，并且限定出穿過模塑材料的開口以容許光穿過模塑材料到達光學(xué)層疊體。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的相機模塊，其中，還包括直接連接到圖像傳感器的底部表面的基 板，其中，所述基板具有通孔，所述通孔從基板的外部表面延伸穿過基板，直到圖像傳感器 的底部表面上的接合墊。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的相機模塊，其中，所述通孔填充有導(dǎo)電材料，并且焊球在基板的外 部表面連接到所述通孔。
9.一種用于生產(chǎn)相機模塊的方法，包括 提供包括多個圖像傳感器的晶片；將光學(xué)層疊體直接結(jié)合到各圖像傳感器；通過傳遞模塑體部分地封裝光學(xué)層疊體，留出穿過傳遞模塑體的開口以容許光通過傳 遞模塑體；以及將組件分割為獨立的相機模塊。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，晶片包括穿過晶片的導(dǎo)電通孔，并且在晶片的外部 表面將焊球連接到通孔。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的方法，其中，通孔從晶片的外部表面延伸到圖像傳感器上的接合墊。
12.根據(jù)權(quán)利要求9的方法，其中，各光學(xué)層疊體包括一個或多個透鏡元件，各透鏡元 件距圖像傳感器為指定距離，并且各指定距離的公差不大于5微米。
13.一種用于生產(chǎn)相機模塊的方法，包括 提供具有圖像傳感器的基板；以及將光學(xué)層疊體直接結(jié)合到圖像傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，還包括將殼體直接結(jié)合到基板的步驟，并且殼體設(shè) 置成圍繞圖像傳感器和光學(xué)層疊體。
15.根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中，結(jié)合光學(xué)層疊體和結(jié)合殼體的步驟包括使用粘膠、 環(huán)氧樹脂、粘接劑或者膠帶中的至少一種。
16.根據(jù)權(quán)利要求14的方法，其中，殼體包括上部端口，以容許光穿過殼體。
全文摘要
一種用于組裝相機模塊的技術(shù)，其包括將光學(xué)元件，例如光學(xué)層疊體，直接連接到圖像傳感器的頂部表面?？蓪んw設(shè)置成部分地圍繞光學(xué)層疊體。或者，可通過傳遞模塑工藝來設(shè)置殼體。此技術(shù)可應(yīng)用于陣列處理場合，并且焊球可連接到圖像傳感器的底部，以提供高效率生產(chǎn)的、低成本的相機模塊。
文檔編號H04N5/225GK101981913SQ200980111373
公開日2011年2月23日 申請日期2009年2月19日 優(yōu)先權(quán)日2008年2月22日
發(fā)明者古安·H·伊歐, 哈普尼特·辛, 艾爾米娜·卡皮奧 申請人:弗萊克斯電子有限責(zé)任公司