CN100495689C - 包装光学传感器的方法和图像传感器装置 - Google Patents

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Abstract

图像传感器装置包括第一QFN型引线框架，传感器IC电连接到该引线框架上。第二引线框架设置用于保持透镜。第三引线框架设置在第一和第二引线框架之间，以将IC与透镜适当间隔开。通过引线框架板的使用，同时组装多个传感器装置。

Description

包装光学传感器的方法和图像传感器装置
技术领域
本发明涉及图像和光学传感器，尤其涉及包装光学传感器的方法和所获得的包装好的传感器产品。
背景技术
对于如数码相机、便携式摄像机、音频播放器等之类的越来越小的工业和消费电子产品已经具有持续的需求。这样的小型化以及增加的功能已经从半导体电路和晶片的设计和制造的发展中受益。在电子产品中光学和图像传感器的使用也显著增加。这样的传感器器件以各种方式封装。例如，陶瓷无引线芯片载体中的光学传感器具有良好的光学品质，但是具有很大的封装形状因子。晶片级封装具有较小的形状因子和良好的光学品质，但非常昂贵。图像传感器也可以用模制四边扁平封装(四线扁平封装，QFP)。虽然QFP成本适中，但它具有低光学品质和很大的封装形状因子。而且，将光学传感器图像中心与光学透镜的光学轴线对准，以及提供合适的玻璃高度支座都是非常重要的。
提供一种具有低封装形状因子、适中的成本和高光学品质的封装图像传感器是有益的。
发明内容
本发明在基于标准高密度阵列格式四边扁平无引线(QFN)组装架构的接近芯片规模封装中提供具有低成本高光学品质的图像传感器器件。组件高度和独特的机械结构设计的精密公差提供了与模制腔高度的紧密尺寸匹配。封装的传感器装置使用内引线框架板作为精密高度支座物体，以控制传感器的聚焦长度。该透镜用胶带连接到其自身的引线框架板上。该胶带防止树脂渗透，这使得透镜保持清洁，并有利于模制后的清洁。
更为特殊的是，本发明在一个实施例中提供包括第一引线框架的图像传感器装置，该第一引线框架具有由多个引线指(lead finger)环绕的中央芯片接受区域，和设置在第一引线框架的芯片容纳区域中的传感器集成电路(IC)。该IC具有带有活动区域和外围焊盘区域(peripheral bonding pad area)的第一表面。该外围焊盘区域包括多个焊盘。数根线丝焊到相应的其中一个IC焊盘上，并与第一引线框架的其中一个引线框架引线指相对应，从而将IC和第一引线框架电连接。设置具有中央透镜容纳区域的第二引线框架。透明透镜设置在第二框架的中央透镜容纳区域中，并且第二引线框架位于第一引线框架上方，从而透镜设置在IC有效区域上方。透明粘合剂设置在该IC有效区域上，以将透镜固定到IC上。模制化合物注入到第一和第二引线框架之间，并在丝焊点上方。在图像传感器装置组装期间，第三引线框架位于第一和第二引线框架之间，用于控制IC有效区域和透镜之间的间隔。
在另一实施例中，本发明提供封装光学传感器的方法。该方法包括步骤：
提供包括多个第一引线框架的第一引线框架板，每个第一引线框架都具有环绕中央芯片容纳区域的多个引线指；
将第一胶带放置在第一引线框架板的第一侧上方；
提供多个传感器集成电路(IC)，每个IC都具有第一表面和第二表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域，该外围焊盘区域包括多个焊盘；
将多个IC放置在第一引线框架板的第一引线框架的相应的芯片容纳区域中，其中IC第二表面用第一胶带固定在所述芯片容纳区域中；
用数根线经过丝焊，将IC的相应的IC焊盘与第一引线框架的相对应的引线框架引线指电连接，从而将IC和第一引线框架电连接；
提供具有多个第二引线框架的第二引线框架板，每个第二引线框架都具有中央透镜容纳区域；
将第二胶带放置在第二引线框架板的第一侧上方；
将透明透镜放置在第二引线框架的每个透镜容纳区域中，其中透镜由第二胶带固定在该透镜容纳区域中；
将数滴透明粘结剂(clear adhesive)放置在IC的相应的有效区域上；
提供第三引线框架板；
将第三引线框架板放置在第一和第二引线框架板的第二侧之间；
将第一和第二引线框架板朝彼此按压，从而相应的IC通过数滴粘结剂连接到相对应的的透镜上；
将模制化合物注入到第一和第二引线框架板之间，从而该模制化合物覆盖焊盘和线；
将胶带从第一和第二引线框架板的第一侧上去除；及
将引线框架从板上分离，从而形成单个装置。
附图说明
当结合附图阅读时，可以更好地理解前面的概述以及下面对本发明的详细描述。为了举例说明本发明，在附图中示出了当前优选的实施例。但是，应该理解，本发明不局限于示出的精确方案和手段。在附图中：
附图1是本发明所述光学传感器装置的放大顶部透视图；
附图2是附图1的光学传感器装置的放大底部透视图；
附图3是用于形成本发明所述光学传感器装置的第一引线框架板(leadframe panel)的透视图；
附图4是一放大透视图，说明了根据本发明的方法，将图像传感器IC连接到第一引线框架板上，将该IC丝焊(wirebonding)到第一框架板上，并在IC的有效区域(active area)上设置粘结剂的步骤；
附图5是用于形成本发明所述光学传感器装置的第二引线框架板的透视图；
附图6是根据本发明的方法，将透镜放置到附图5的第二引线框架板的第二引线框架中的步骤的放大透视图；
附图7A是一透视图，说明了根据本发明的方法将第三引线框架板放置在第一和第二引线框架板之间的步骤，并且附图7B是附图7A的第三引线框架的剖视图；
附图8是一放大透视图，示出了本发明的方法所述的将引线框架板对准的步骤；
附图9是大幅度放大的剖视图，说明了本发明的方法所述的模制步骤；
附图10是透视图，说明了本发明的方法所述的胶带去除步骤；及
附图11是一透视图，说明了本发明的方法所述的切割(dicing)步骤。
具体实施方式
下面结合附图阐述的详细描述是对本发明的当前优选实施例的描述，并不代表本发明可以实现的唯一形式。应当理解的是，本发明的精神和范围内的不同实施例可以实现同样或等效的功能。
附图中的某些特征已经放大，以便于说明，并且其附图和元件不必然是正常比例。然而，本领域普通技术人员将很容易理解这些细节。在附图中，同样的附图标记用于表示同样的元件。
参照附图1，示出了本发明所述封装光学传感器装置10的放大顶部透视图。该传感器装置10最好是QFN(四边扁平无引线)型封装件。由于其小的形状因子(form factor)，小的型面高度和低的组装成本，所以该QFN型封装件是优选的。传感器装置10包括可通过安装在第二引线框架16中的透镜14看到的传感器集成电路(IC)12。附图2是光学传感器装置10的放大底部透视图，它示出了IC 12的底侧和第一引线框架20的引线指18(参见附图3)。封装的装置10为矩形或方形，并且透镜14基本为圆形14。然而，由于封装的形状和透镜的形状可以改变，所以装置10和透镜不仅局限于这些形状。
附图3至11示出了用于封装传感器装置10的过程中的各个步骤。附图3是第一引线框架板22的透视图，该第一引线框架板具有多个第一引线框架20。封装传感器装置10的过程中的第一步是提供第一引线框架板22。在所示实施例中，第一引线框架板22包括第一引线框架20的三个(3)5×5基体(matrix)。然而，引线框架板22可以包括较多或较少引线框架20。第一引线框架板22的外周长或边缘包括多个间隔的孔24，该孔用于将第一引线框架板22与其他引线框架板对准，如在下面更加详细讨论的那样。每个单个第一引线框架20都包括环绕中央芯片容纳区域28的多个引线指18(图4)。该引线指18从连接杆30向内朝芯片容纳区域28延伸。在备选实施例中，第一引线框架20可以包括用于保持IC 12的遮光板构件(flag member)。该第一引线框架板22用如铜之类的金属制成，并且如本领域技术人员已知的那样，第一引线框架20通过冲压、压印或蚀刻制成。
附图3示出了将第一胶带32放置在第一引线框架板22的第一侧面上的步骤。该第一胶带32属于本领域技术人员已知的类型，并在第一引线框架板22所粘结的侧面上具有粘结剂。在第一胶带32应用到第一引线框架板22的第一侧面上之后，传感器IC 12放置在第一引线框架板22的第一引线框架20的芯片容纳区域28中。每个IC 12都具有第一表面和第二表面。该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域。该外围焊盘区域包括多个焊盘。传感器IC 12最好是本领域技术人员已知且容易在市场上获得的CMOS传感器装置类型。IC 12具有大约15密耳的厚度或高度。每个IC 12，除了包括光接收或有效区域之外，还包括电路和逻辑电路，如A/D转换器和DSP或用于执行算术型操作的逻辑区域。IC 12放置在芯片容纳区域28中，从而IC 12的第二表面(底侧)粘接到第一胶带32上，于是IC 12通过第一胶带32固定在芯片容纳区域28中。通过利用精确和紧密控制引线框架位置公差制造，IC 12精确地定位在第一引线框架20的芯片容纳区域28中。
附图4是一放大透视图，说明了固定在芯片容纳区域28中的传感器IC 12。数根线34丝焊到相应的IC焊盘和相对应的引线指18上，从而将IC 12和引线框架22电连接。丝焊以常规方式进行。任何导电金属或金属的组合，如本领域技术人员所公知的那样，都可以用于制造线34。合适的结合线通常包括如铜或金之类的导电金属，并可以是细线(直径小于50μm)或粗线(直径大于50μm)。在本优选实施例中，线34为用金制成的细线。在IC 12经过丝焊电连接到第一引线框架20上之后，数滴透明粘合剂36设置在IC 12的有效区域上。粘合剂滴36可以包括固化之前的液体形式的透明环氧化物。粘合剂滴36可以通过任何涂敷系统设置在传感器有效区域上。
附图5是用于形成光学传感器装置10的第二引线框架板38的透视图。该第二引线框架板38包括多个第二引线框架16。第二引线框架板38和第二引线框架16将尺寸和形状加工成分别与第一引线框架板22和第一引线框架20相匹配。于是，在所示实施例中，第二引线框架板38包括第二引线框架16的三个(3)5×5基体。也像第一引线框架板22那样，第二引线框架板38可以是如铜之类的金属，并通过压接、压印或蚀刻制成。每个第二引线框架16都包括带有中央透镜容纳区域40的区域(附图6)。该第二引线框架经过区域连接杆42连接。第二引线框架板38最好包括沿着其周长的多个间隔开的孔44。附图5示出了带有放置在其第一侧上方的第二胶带46的第二引线框架板38。在附图中，第二胶带46位于第二引线框架板38的下面上。
附图6是将透镜14放置在第二引线框架板38的第二引线框架16的透镜容纳区域40中的步骤的放大透视图。透镜14可以是透明塑料或玻璃。透镜14最好是非反射光学级玻璃，并具有大约15至16密耳的厚度。透镜14可以用各种材料涂覆，以对光进行过滤，如所述的那样。透镜14通过第二胶带46的表面上的粘结剂固定在透镜容纳区域40中。类似于第一引线框架20，在引线框架定位误差制造中进行准确和紧密控制的能力允许透镜14精确定位在第二引线框架16中。
现在参照附图7A，示出了说明将第三引线框架板50放置在第一
和第二引线框架板22和38之间的步骤的透视图。更为特殊的是，第三引线框架板50放置在第一和第二引线框架板22和38的第二侧面之间。然后，将第一和第二引线框架板22和38朝彼此按压，从而相应的IC 12通过数滴粘结剂36连接到相对应的透镜14上。而且，该按压动作确保了数滴粘结剂36均匀地散布在IC 12的表面上。第三引线框架板50起到使透镜14从IC 12上精确隔开(stand off)的作用。
附图7B是沿着第三引线框架板50的线A-A的剖视图。第三引线框架板50包括边缘部分52和中央部分54。该中央部分54已经被蚀刻以减小其高度，以允许模制化合物注入到第一和第二引线框架板22和38之间及结合线34周围，如下面所讨论的那样。第三引线框架板50还包括多个阀隔开的孔56。最好第一、第二和第三引线框架板22、38和50都由同样材料制成，从而它们具有相同的CTE(热膨胀系数)。在本优选实施例中，三个引线框架板22、38和50都由压印或蚀刻的铜制成。
附图8是放大透视图，示出了引线框架板对准步骤。在该步骤中，第一、第二和第三引线框架板22、38和50通过插入到相应引线框架板的孔24、44和56中的导向销58对准。相应引线框架板的孔24、44和56绕着相应板位于同样的位置，以允许各板的精确对准。将与IC 12和透镜14的非常精确的放置相联接的各板精确对准，提供了透镜14的光学轴线与相应IC 12的中心的精确对准，这在组装图像传感器装置中是至关重要的。如本领域技术人员所知的那样，透镜的光学轴线和传感器图像圆中心(circle center)的错位是故障和光学传感器制造产量下降的主要原因。通过使用用于容纳IC 12和透镜14的引线框架，本发明允许非常精确地放置，从而提高对准精度。可以进行热固化过程，以使将透镜14粘合到IC 12的有效区域上的粘合剂滴36固化和硬化。
附图9说明了封装本发明所述光学传感器的过程中的模制步骤。上和下铸模60和62分别放置在第二引线板和第一引线板38和22上。然后，将模制化合物64注入到第一和第二引线框架板22和38之间，从而模制化合物64覆盖IC焊盘66、结合线34和引线指18的一部分。如前所述，第三引线框架板50起到第一和第二引线板22和38之间的支座(standoff)的作用，并将透镜14保持在离IC 12预定距离处。对于基体周边的装置，支座通过第三引线框架板50的坚硬边缘保持。对于基体中央的单元，在模制注入过程期间，所注入的模制化合物将相应第一和第二引线框架20和16推开，从而获得中央单元的支座。在典型的塑料IC封装过程中，模制化合物注入压力在5吨以上，这确保了模制化合物受到紧密封装。
在模制化合物64注入和固化之后，第一和第二胶带32和46从第一和第二引线框架板22和38的第一侧面上去除。可以手动或用经济可行的设备去除第一和第二胶带32和46。附图10示出了从第一引线框架板22上去除的第一胶带32。第二胶带46以同样方式去除。然后，成型装置的基体切割形成单个装置，如附图11中所示。如本领域技术人员所知的那样，可以用锯进行切割。附图9用虚线70示出了引线框架可以切割的位置。在一个实施例中，图像传感器装置10具有大约40密耳的总高度。透镜14和透明粘结剂滴36允许光通过，并到达传感器IC 12的有效区域上。由于透镜14由第二胶带46覆盖，所以避免了树脂渗透到透镜上。然而，如果产生渗透到透镜14上的任何树脂，可以进行随后的喷水清洁，以去除这些树脂。第二胶带46还避免透镜14的潜在的表面刮擦。
本发明的优选实施例的描述出于说明和描述的目的，并不是穷尽的或将本发明限制到所公开的形式。本领域技术人员将认识到，在不脱离其较宽的发明构思的情况下，可以对上述实施例作出改变。因此，应当理解的是，本发明不仅局限于所公开的特定实施例，而是覆盖由所附权利要求限定的本发明的精神和范围内的各种修改。

Claims (13)

1.封装光学传感器的方法，包括步骤：
提供包括多个第一引线框架的第一引线框架板，每个第一引线框架都具有环绕中央芯片容纳区域的多个引线指；
将第一胶带放置在第一引线框架板的第一侧上方；
提供多个传感器集成电路(IC)，每个IC都具有第一表面和第二表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域，该外围焊盘区域包括多个焊盘；
将多个IC放置在第一引线框架板的第一引线框架的相应的芯片容纳区域中，其中IC第二表面用第一胶带固定在所述芯片容纳区域中；
用数根线经过丝焊，将IC的相应的IC焊盘与第一引线框架的相对应的引线框架引线指电连接，从而将IC和第一引线框架电连接；
提供具有多个第二引线框架的第二引线框架板，每个第二引线框架都具有中央透镜容纳区域；
将第二胶带放置在第二引线框架板的第一侧上方；
将透明透镜放置在第二引线框架的每个透镜容纳区域中，
其中透镜由第二胶带固定在该透镜容纳区域中；
将数滴透明粘结剂放置在IC的相应的有效区域上；
提供第三引线框架板；
将第三引线框架板放置在第一和第二引线框架板的第二侧之间；
将第一和第二引线框架板朝彼此按压，从而相应的IC通过数滴粘结剂连接到相对应的透镜上；
将模制化合物注入到第一和第二引线框架板之间，从而该模制化合物覆盖焊盘和线；
将胶带从第一和第二引线框架板的第一侧上去除；及
将引线框架从板上分离，从而形成单个装置。
2.如权利要求1所述的封装光学传感器的方法，其中分离步骤包括用锯将引线框架板分开。
3.如权利要求2所述的封装光学传感器的方法，其中形成的单个装置为四边扁平无引线型装置。
4.如权利要求1所述的封装光学传感器的方法，还包括使用插入到沿着第一、第二和第三引线框架板的边缘定位的孔中的至少一个对准销对准第一、第二和第三引线框架板的步骤。
5.如权利要求1所述的封装光学传感器的方法，其中第三引线框架的至少一个侧面受到部分蚀刻，以允许模制化合物注入到第一和第二引线框架板之间。
6.如权利要求1所述的封装光学传感器的方法，其中该透镜包括玻璃。
7.如权利要求1所述的封装光学传感器的方法，其中第二胶带保护透镜免于树脂渗透。
8.如权利要求1所述的封装光学传感器的方法，其中第三引线框架板的高度根据IC的焦距和它们的相应透镜决定。
9.图像传感器装置，包括：
具有由多个引线指围绕的中央芯片容纳区域的第一引线框架；
设置在第一引线框架的芯片容纳区域中的传感器集成电路(IC)，该IC具有带有有效区域和外围焊盘区域的第一表面，该外围焊盘区域包括多个焊盘；
数根线，该线丝焊到第一引线框架的相应的IC焊盘和相对应的引线框架引线指上，从而将IC和第一引线框架电连接；
具有中央透镜容纳区域的第二引线框架；
设置在第二引线框架的中央透镜容纳区域中的透明透镜，其中第二引线框架位于第一引线框架上方，从而透镜设置在IC有效区域上方；
设置在IC有效区域上的透明粘结剂，该粘结剂将透镜固定到IC上；及
注入到第一和第二引线框架之间以及丝焊点上方的模制化合物，其中在图像传感器装置的组装期间，第三引线框架设置在第一和第二引线框架之间，用于控制IC有效表面和透镜之间的间隔。
10.如权利要求9所述的图像传感器装置，其中透明粘结剂包括透明环氧树脂。
11.如权利要求9所述的图像传感器装置，其中第一、第二和第三引线框架用铜制成。
12.如权利要求9所述的图像传感器装置，其中透镜用玻璃制成。
13.如权利要求9所述的图像传感器装置，其中第一引线框架为四边扁平无引线型。
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