CN101304491B - 影像感测模块与其制造方法以及影像撷取装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种影像感测模块，包括一基板、多个影像感测单元、多个微透镜以及一聚焦单元。其中，影像感测单元是配置于基板上，而微透镜分别配置于影像感测单元其中之一上。聚焦单元则是配置于基板上，且覆盖微透镜。聚焦单元的顶面为曲面。此外，本发明提出上述的影像感测模块的制造方法以及一种影像撷取装置。

Description

影像感测模块与其制造方法以及影像撷取装置

技术领域

本发明是有关于一种影像感测模块，且特别是有关于一种具有聚焦单元的影像感测模块与其制造方法以及具有此影像感测模块的影像撷取装置。

背景技术

互补式金氧半电晶体影像感测器(CMOS image sensor，CIS)与互补式金氧半电晶体的制作工艺相容，能够很容易在与其他周边电路整合在同一晶片上，因此能够大幅降低影像感测器的成本以及消耗功率。亦因此近年来在低价位领域的应用上，互补式金氧半电晶体影像感测器已成为电荷耦合元件的代替品，进而使得互补式金氧半电晶体影像感测器的重要性与日俱增。

图1A是现有一种CMOS影像感测模块的示意图，而图1B是图1A的分解图。请参照图1A与图1B，现有CMOS影像感测模块100是由一底座110、CMOS晶片120以及一镜头组130所组成。其中，CMOS晶片120与镜头组130是配置于底座110上，且镜头组130覆盖CMOS晶片120。此外，镜头组130是由一镜片座(lens mount)132、多个透镜(lens)134、一红外线滤光片(infrared filter)136以及一镜筒(lens barrel)138所组成。镜片座132固定于底座110上，而透镜134配置于镜筒138内，而镜筒138是固定于底座110上，且红外线滤光片136配置于透镜134与底座110的底部之间。

承上所述，镜筒138具有一针孔(pinhole)139，而外界光线适于经由针孔139而入射镜头组130。透镜134适于将光线聚焦于CMOS晶片120的感测区域(sensor area)122上，而CMOS晶片120适于感应传递至其上的光线。此外，红外线滤光片136用以滤除光线中的红外光，以避免CMSO晶片120过热，进而提高CMOS晶片120的使用寿命。

现有技术中，由于镜头组130的构件多，不仅材料成本高，且组装较为费时，导致生产成本较高。此外，组装后的镜头组130体积较为庞大。因此，习知CMOS影像感测模块100不仅成本高，且因体积庞大，无法应用于手机(cell phone)、针孔摄影机(pinhole camera)等小型电子产品中。

发明内容

本发明的目的是提供一种影像感测模块，其体积较小且生产成本较低。

本发明的另一目的是提供一种影像感测模块的制造方法，以提升影像感测模块的生产效率。

本发明的又一目的是提供一种影像撷取装置，其具有变焦功能。

为达上述或是其他目的，本发明提出一种影像感测模块，包括：一基板；多个影像感测单元，配置于该基板上；多个微透镜，分别直接配置于该些影像感测单元其中之一上；以及一聚焦单元，直接配置于该基板上，且覆盖该些微透镜，该聚焦单元包括至少一透镜，该透镜直接设置于该些微透镜之上且接触于该些微透镜，其中该聚焦单元的顶面为曲面。

在本发明的一实施例中，上述的聚焦单元包括一透镜。

在本发明的一实施例中，上述的透镜的折射率介于1到2之间。

在本发明的一实施例中，上述的透镜的折射率介于1.4到1.8之间。

在本发明的一实施例中，上述的聚焦单元包括堆叠于基板上的多个透镜。

在本发明的一实施例中，上述的透镜的折射率不同。

在本发明的一实施例中，愈靠近基板的透镜的折射率愈大。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测模块更包括一边墙，其配置于基板上，且围绕影像感测单元，而聚焦单元是位于边墙所围出的区域内。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测模块更包括一遮光层，其配置于边墙的顶面上。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测模块更包括一框架，其连接基板的边缘，并围绕基板与聚焦单元。此框架具有朝聚焦单元的顶面延伸的一遮光部。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测模块更包括一框架，其连接基板的边缘并围绕基板。此框架具有位于聚焦单元上方且遮蔽聚焦单元的一顶部，而顶部具有一针孔，以使外界光线透过针孔而传递至聚焦单元。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测模块更包括一遮光件，其配于聚焦单元上方，以遮蔽聚焦单元。遮光件具有一针孔，以使外界光线透过针孔而传递至聚焦单元。

本发明另提出一种影像感测模块的制造方法，包括：提供一基板，该基板上设有多个影像感测单元，且各该影像感测单元上直接覆盖有一微透镜；以及直接在该基板上形成覆盖该些微透镜的一聚焦单元，该聚焦单元包括至少一透镜，该透镜直接设置于该些微透镜之上且接触于该些微透镜，其中该聚焦单元的顶面为曲面。

在本发明的一实施例中，上述形成聚焦单元的方法例如是在基板上形成一透镜。

在本发明的一实施例中，上述形成透镜的方法包括热固化法(thermalcuring)或压模成型(press molding)。

在本发明的一实施例中，上述形成聚焦单元的方法包括依序形成堆叠于基板上的多个透镜。

在本发明的一实施例中，上述形成各透镜的方法包括热固化法或压模成型。

在本发明的一实施例中，在形成聚焦单元之前更包括在基板上形成围绕影像感测单元的一边墙，而聚焦单元是形成在边墙所围出的区域内。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测模块的制造方法更包括在边墙之顶面上形成一遮光层。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测模块的制造方法更包括将一框架连接基板的边缘，且框架是围绕基板与聚焦单元。此框架具有朝聚焦单元的顶面延伸的一遮光部。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测模块的制造方法更包括将一框架连接于基板的边缘，且框架是围绕基板。此框架具有位于聚焦单元上方且遮蔽聚焦单元的一顶部，而顶部具有一针孔，以使外界光线透过针孔而传递至聚焦单元。

在本发明的一实施例中，上述的影像感测模块的制造方法更包括将一遮光件配于聚焦单元上方，以遮蔽聚焦单元。此遮光件具有一针孔，以使外界光线透过针孔而传递至聚焦单元。

本发明又提出一种影像撷取装置，包括：一底座；至少一影像感测模块，配置于该底座上，其中该影像感测模块包括：一基板；多个影像感测单元，配置于该基板上；多个微透镜，分别直接配置于该些影像感测单元其中之一上；一聚焦单元，直接配置于该基板上，且覆盖该些微透镜，该聚焦单元包括至少一透镜，该透镜直接设置于该些微透镜之上且接触于该些微透镜，其中该聚焦单元的顶面为曲面；以及一遮光件，配置于该影像感测模块上方，其中该遮光件具有一针孔，以使外界光线透过该针孔而传递至该聚焦单元。

在本发明的一实施例中，上述的影像撷取装置具有多个影像感测模块，且各影像感测模块的聚焦单元的焦距不同。

在本发明的一实施例中，上述的底座为可动式底座，且底座适于切换影像感测模块的位置，以使影像感测模块其中之一与针孔相对。

在本发明的一实施例中，上述的底座为一转盘。

基于上述，由于聚焦单元的构造简单，体积较小且较为便宜，所以能降低整个影像感测模块的体积及生产成本。此外，由于影像感测模块的聚焦单元是直接形成于基板上，所以可节省组装时间，进而提高生产效率。另外，本发明之影像撷取装置的各影像感测模块的聚焦单元的焦距不同，所以可通过底座来切换影像感测模块的位置，进而达到变焦的功能。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。

附图说明

图1A是现有一种CMOS影像感测模块的示意图；

图1B是图1A的分解图；

图2是本发明一实施例的影像感测模块的示意图；

图3A与图3B是本发明另二实施例之影像感测模块的示意图；

图4是本发明又一实施例的影像感测模块的示意图；

图5是本发明再一实施例的影像感测模块的示意图；

图6是本发明又一实施例的影像感测模块的示意图；

图7为本发明一实施例的影像感测模块的制造方法的流程图；

图8A是本发明一实施例的一种影像撷取装置的示意图；

图8B是图8A中底座与影像感测模块的上视图。

主要元件符号说明

100：CMOS影像感测模块

110：底座

120：CMOS晶片

122：感测区域

130：镜头组

132：镜片座

134：透镜

136：红外线滤光片

138：镜筒

139：针孔

200、200a、200b、200c、200d、200e：影像感测模块

210：基板

212：感测区域

214：周边区域

216：线路层

218：焊球

220：影像感测单元

230：微透镜

240、240a、240b：聚焦单元

242、252：顶面

244、245、246、247、248、249：透镜

250：边墙

260：遮光层

270、280：框架

272：遮光部

282：顶部

284、292：针孔

290：遮光件

300：影像撷取装置

310：底座

320：影像感测模块

330：遮光件

332：针孔

S110、S120：步骤

具体实施方式

图2是本发明一实施例的影像感测模块的示意图。请参照图2，本实施例的影像感测模块200包括一基板210、多个影像感测单元220、多个微透镜230以及一聚焦单元240。其中，影像感测单元220是配置于基板210上，而微透镜230分别配置于影像感测单元220其中之一上。聚焦单元240则是配置于基板210上，且覆盖微透镜230。聚焦单元240的顶面242为曲面。

上述的影像感测模块200中，基板210例如是一电路板，而此基板210的上表面具有一感测区域212以及与感测区域212相连的周边区域214，其中影像感测单元220是配置于感测区域212内。周边区域214的线路层216可从基板210的边缘延伸至基板210的下表面，且位于基板210下表面的线路层216上形成有多个焊球(solder ball)218，以使基板210透过这些焊球218而与其他电子产品的元件电连接。此外，聚焦单元240例如是形成于基板210上的一透镜，其中形成透镜的方法可为热固化法或压模成型。顶面242例如为凸曲面，以将外界的光线汇聚。换言之，在本实施例中是通过聚焦单元240及微透镜230将光线聚焦于影像感测单元220上，而影像感测单元220可根据所感测到的光输出电讯号。另外，聚焦单元240的折射率例如是介于1到2之间，更佳的是介于1.4到1.8之间。聚焦单元240的材质除了可为透明材质外，还可以是能滤除红外线的材质，以避免影像感测单元220因过热而影响感测性能或因过热而损坏。

承上所述，影像感测模块200例如更包括一边墙250，其配置于基板210的周边区域214上，且围绕影像感测单元220与聚焦单元240。更详细地说，边墙250例如是在形成聚焦单元240之前所形成的，而边墙250是用以阻挡用来形成聚焦单元240的材料在未固化前向四周流动。此外，在边墙250的顶面252上可设置一遮光层260，以防止杂散光传递至影像感测单元220而影响影像感测模块200的感测品质。

在本实施例中，由于聚焦单元240是直接形成于基板210上，所以可节省将聚焦单元240组装于基板210上的时间，进而提高生产效率。此外，因聚焦单元240的构造简单，体积较小且较为便宜，所以能降低整个影像感测模块200的体积及生产成本。

在本发明中，聚焦单元除了可为一个透镜外，还可由多个透镜堆叠而成，以下将举实施例配合图式说明由多个透镜堆叠而成的聚焦单元，但其并非用以限定本发明。

图3A与图3B是本发明另二实施例的影像感测模块的示意图。请先参照图3A，本实施例的影像感测模块200a与图2的影像感测模块200相似，差别处仅在于聚焦单元。更详细地说，影像感测模块200a的聚焦单元240a包括一透镜244与透镜245，其中透镜244是形成于基板210上，而透镜245是形成于透镜244上。透镜244的顶面例如为平面，而透镜245的顶面(即聚焦单元240a的顶面242)为曲面。此外，透镜244、245的折射率不同，具体而言，若透镜244的折射率为N1，透镜245的折射率为N2，则1＜N1＜N2＜2，更佳的是1.4＜N1＜N2＜1.8。

请参照图3B，影像感测模块200b的聚焦单元240b包括堆叠于基板210上的透镜246、247、248、249。透镜246、247、248、249的顶面皆为曲面，且透镜246、247、248、249的折射率不同。具体而言，愈靠近基板210的透镜之折射率愈大，换言之，若透镜246、247、248、249的折射率分别为N1、N2、N3、N4，则N1＜N2＜N3＜N4。此外，透镜246、247、248、249的折射率例如是介于1到2之间，更佳的是介于1.4到1.8之间。

值得注意的是，在本发明中聚焦单元主要是用以与微透镜搭配，以将光线汇聚于影像感测单元上。在图2至图3B中所绘示的聚焦单元的外形仅为举例之用，本发明并不对聚焦单元的外形作限制，任何所属技术领域中具有通常知识者在参照本发明后当可对聚焦单元的透镜表面的曲率、透镜的数量以及透镜的折射率等作适当的调整，以使聚焦单元与微透镜能精确地将光线汇聚于影像感测单元上。

图4是本发明又一实施例之影像感测模块的示意图。请参照图4，影像感测模块200c与图2的影像感测模块200相似，以下仅针对不同处进行说明。在影像感测模块200c中，聚焦单元240的形成方法例如是压模成型，所以不需图2中的边墙250来阻挡用以形成聚焦单元240的材料在未固化前向四周流动。此外，影像感测模块200c更包括一框架270，其连接基板210的边缘，并围绕基板210与聚焦单元240。此框架270具有朝聚焦单元240的顶面242延伸的一遮光部272，以防止杂散光传递至影像感测单元220而影响影像感测模块200的感测品质。另外，在框架270与聚焦单元240之间可填上一透明材料层(未绘示)，而此透明材料层的折射率大约等于空气的折射率。

图5是本发明再一实施例的影像感测模块的示意图。请参照图5，本实施例的影像感测模块200d与图4的影像感测模块200c相似，不同处在于影像感测模块200d的框架280是连接基板210的边缘并围绕基板210，且框架280具有位于聚焦单元240上方且遮蔽聚焦单元240的一顶部282，而顶部282具有用来成像的一针孔284，以使外界光线透过针孔284而传递至聚焦单元240。

图6是本发明又一实施例的影像感测模块的示意图。请参照图6，相比较于图2的影像感测模块200，本实施例的影像感测模块200e更包括一遮光件290，其配于聚焦单元240上方，以遮蔽聚焦单元240。遮光件290具有用来成像的一针孔292，以使外界光线透过针孔292而传递至聚焦单元240。值得注意的是，遮光件290也可应用于图3A至图4所绘示的影像感测模块200a～200c中。更详细地说，遮光件290也可配置于影像感测模块200a的聚焦单元240a上方，配置于影像感测模块200b的聚焦单元240b上方，或是配置于影像感测模块200c的聚焦单元240上方。

以下将针对本发明的影像感测模块的制造方法进行详细的说明。请参照图2与图7，其中图7为本发明一实施例的影像感测模块的制造方法的流程图。本实施例的影像感测模块的制造方法包括下列步骤：首先，如步骤S110所示，提供基板210，此基板210上设有影像感测单元220，且各影像感测单元上220覆盖有微透镜230。

接着，如步骤S120所示，在基板210上形成覆盖微透镜230的聚焦单元240，其中聚焦单元240的顶面242为曲面。具体而言，在本实施例中聚焦单元240例如是形成在基板210上的透镜，而形成透镜的方法包括热固化法或压模成型。其中，在利用热固化法形成透镜时，需先在基板210上形成围绕影像感测单元220的边墙250。接着，在边墙250所围出的区域内填入用以形成透镜的材料，而边墙250可防止未固化的透镜材料向四周流动。之后，利用热固化法使透镜材料固化成所需的形状。此外，在本实施例中，可于边墙250之顶面252上形成遮光层260，以防止杂散光传递至影像感测单元220。

另外，请参照图4，当利用压模成型形成聚焦单元240时，则不需于基板210上形成边墙250。此外，在形成聚焦单元240后，可将框架270连接基板210的边缘。

在本实施例中，还可利用热固化法或压模成型依序在基板210上形成堆叠的多个透镜，以作为聚焦单元(如图3A与图3B的聚焦单元240a、240b所示)。

请参照图5，在利用热固化法或压模成型形成聚焦单元240后，可将框架280连接于基板210的边缘，且框架280是围绕基板210。此外，在本实施例中还可将框架280连接于图2至图3B的基板210上。

请参照图6，在利用热固化法或压模成型形成聚焦单元240后，可将遮光件290配于聚焦单元240上方。此外，在本实施例中还可将遮光件290配置于图3A至图4的聚焦单元240、240a、240b上方。

图8A是本发明一实施例的一种影像撷取装置的示意图，而图8B是图8A中底座与影像感测模块的上视图。请参照图8A与图8B，影像撷取装置300包括一底座310、至少一影像感测模块320以及一遮光件330。遮光件330是配置于影像感测模块320上方，且遮光件330具有一用以成像的针孔332，以使外界光线透过针孔332而传递至与针孔332相对的影像感测模块320。在本实施例中，影像感测模块320可为图2至图4的影像感测模块200～200c其中一种。

值得一提的是，当影像撷取装置300具有多个影像感测模块320时，各影像感测模块320的聚焦单元的焦距不同。另外，底座310为可动式底座，具体而言，底座310例如是一转盘。底座310适于切换影像感测模块320的位置，以使影像感测模块320其中之一与针孔332相对。更详细地说，由于各影像感测模块320的聚焦单元的焦距不同，所以在本实施例中可通过旋转底座310以改变与针孔332相对的影像感测模块320，进而达到变焦的效果。

综上所述，本发明的影像感测模块及其制造方法以及影像撷取装置至少具有下列优点：

1.由于聚焦单元的构造简单，体积较小且较为便宜，所以能降低整个影像感测模块的体积及生产成本。

2.本发明的影像感测模块的制造方法是直接将聚焦单元是形成于基板上，所以可节省组装聚焦单元与基板的时间，进而提高生产效率。

3.影像撷取装置的各影像感测模块的聚焦单元的焦距不同，因此可通过底座来切换影像感测模块的位置，进而达到变焦的功能。

虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围应以附上的权利要求所界定者为准。

Claims (35)

1.一种影像感测模块，包括：

一基板；

多个影像感测单元，配置于该基板上；

多个微透镜，分别直接配置于该些影像感测单元其中之一上；以及

一聚焦单元，直接配置于该基板上，且覆盖该些微透镜，该聚焦单元包括至少一透镜，该透镜直接设置于该些微透镜之上且接触于该些微透镜，其中该聚焦单元的顶面为曲面。

2.如权利要求1所述的影像感测模块，其中所述至少一透镜为一个透镜。

3.如权利要求2所述的影像感测模块，其中该透镜的折射率介于1到2之间。

4.如权利要求2所述的影像感测模块，其中该透镜的折射率介于1.4到1.8之间。

5.如权利要求1所述的影像感测模块，其中所述至少一透镜为堆叠于该基板上的多个透镜。

6.如权利要求5所述的影像感测模块，其中该些透镜的折射率不同。

7.如权利要求6所述的影像感测模块，其中愈靠近该基板的透镜的折射率愈大。

8.如权利要求1所述的影像感测模块，更包括一边墙，配置于该基板上，且围绕该些影像感测单元，而该聚焦单元是位于该边墙所围出的区域内。

9.如权利要求8所述的影像感测模块，更包括一遮光层，配置于该边墙的顶面上。

10.如权利要求1所述的影像感测模块，更包括一框架，连接该基板的边缘，并围绕该基板与该聚焦单元，其中该框架具有朝该聚焦单元的顶面延伸的一遮光部。

11.如权利要求1所述的影像感测模块，更包括一框架，连接该基板的边缘并围绕该基板，其中该框架具有位于该聚焦单元上方且遮蔽该聚焦单元的一顶部，而该顶部具有一针孔，以使外界光线透过该针孔而传递至该聚焦单元。

12.如权利要求1所述的影像感测模块，更包括一遮光件，配于该聚焦单元上方，以遮蔽该聚焦单元，其中该遮光件具有一针孔，以使外界光线透过该针孔而传递至该聚焦单元。

13.一种影像感测模块的制造方法，包括：

提供一基板，该基板上设有多个影像感测单元，且各该影像感测单元上直接覆盖有一微透镜；以及

直接在该基板上形成覆盖该些微透镜的一聚焦单元，该聚焦单元包括至少一透镜，该透镜直接设置于该些微透镜之上且接触于该些微透镜，其中该聚焦单元的顶面为曲面。

14.如权利要求13所述的影像感测模块的制造方法，其中所述至少一透镜为一个透镜。

15.如权利要求14所述的影像感测模块的制造方法，其中形成该透镜的方法包括热固化法或压模成型。

16.如权利要求13所述的影像感测模块的制造方法，其中所述至少一透镜为堆叠于该基板上的多个透镜。

17.如权利要求16所述的影像感测模块的制造方法，其中形成各该透镜的方法包括热固化法或压模成型。

18.如权利要求16所述的影像感测模块的制造方法，其中在形成该聚焦单元之前，更包括在该基板上形成围绕该些影像感测单元的一边墙，而该聚焦单元是形成在该边墙所围出的区域内。

19.如权利要求18所述的影像感测模块的制造方法，更包括在该边墙的顶面上形成一遮光层。

20.如权利要求13所述的影像感测模块的制造方法，更包括将一框架连接该基板的边缘，且该框架是围绕该基板与该聚焦单元，其中该框架具有朝该聚焦单元的顶面延伸的一遮光部。

21.如权利要求13所述的影像感测模块的制造方法，更包括将一框架连接于该基板的边缘，且该框架是围绕该基板，其中该框架具有位于该聚焦单元上方且遮蔽该聚焦单元的一顶部，而该顶部具有一针孔，以使外界光线透过该针孔而传递至该聚焦单元。

22.如权利要求13所述的影像感测模块的制造方法，更包括将一遮光件配于该聚焦单元上方，以遮蔽该聚焦单元，其中该遮光件具有一针孔，以使外界光线透过该针孔而传递至该聚焦单元。

23.一种影像撷取装置，包括：

一底座；

至少一影像感测模块，配置于该底座上，其中该影像感测模块包括：

一基板；

多个影像感测单元，配置于该基板上；

多个微透镜，分别直接配置于该些影像感测单元其中之一上；

一聚焦单元，直接配置于该基板上，且覆盖该些微透镜，该聚焦单元包括至少一透镜，该透镜直接设置于该些微透镜之上且接触于该些微透镜，其中该聚焦单元的顶面为曲面；以及

一遮光件，配置于该影像感测模块上方，其中该遮光件具有一针孔，以使外界光线透过该针孔而传递至该聚焦单元。

24.如权利要求23所述的影像撷取装置，其中所述至少一透镜为一个透镜。

25.如权利要求24所述的影像撷取装置，其中该透镜的折射率介于1到2之间。

26.如权利要求24所述的影像撷取装置，其中该透镜的折射率介于1.4到1.8之间。

27.如权利要求23所述的影像撷取装置，其中所述至少一透镜为堆叠于该基板上的多个透镜。

28.如权利要求27所述的影像撷取装置，其中该些透镜的折射率不同。

29.如权利要求28所述的影像撷取装置，其中愈靠近该基板的透镜的折射率愈大。

30.如权利要求23所述的影像撷取装置，其中该影像感测模块更包括一边墙，配置于该基板上，且围绕该些影像感测单元，而该聚焦单元是位于该边墙所围出的区域内。

31.如权利要求30所述的影像撷取装置，其中该影像感测模块更包括一遮光层，配置于该边墙的顶面上。

32.如权利要求23所述的影像撷取装置，其中该影像感测模块更包括一框架，连接该基板的边缘，并围绕该基板与该聚焦单元，其中该框架具有朝该聚焦单元的顶面延伸的一遮光部。

33.如权利要求23所述的影像撷取装置，具有多个影像感测模块，且各该影像感测模块的该聚焦单元的焦距不同。

34.如权利要求33所述的影像撷取装置，其中该底座为可动式底座，且该底座适于切换该些影像感测模块的位置，以使该些影像感测模块其中之一与该针孔相对。

35.如权利要求34所述的影像撷取装置，其中该底座为一转盘。

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