CN101652695B - 晶片级相机模块及制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种方法包括在晶片级ICD上形成光学透镜，而不是贴附分离的透镜组件。该透镜可被形成为单独透镜的阵列或单独透镜阵列的多个(例如，两个)阵列。该透镜阵列可被连接到ICD的阵列。在阵列组装中的ICD和单独的透镜可被单片化以形成单独的数字相机模块。附加地或替代地，ICD和单独的透镜在分离的步骤中可被单片化。

Description

晶片级相机模块及制造方法
技术领域
本发明总体涉及数字相机，更具体地涉及可安装在主装置(host device)中的数字相机模块。
背景技术
数字相机模块目前被引入各种主装置中。该主装置包括蜂窝电话、个人数据助理(PDA)，计算机等。并且，消费者对主装置中的数字相机模块的需求持续增长。
主装置制造商优选小的数字相机模块，使得它们可以被引入主装置中而不增加主装置的总体尺寸。此外，主装置制造商期望最小地影响主装置设计的相机模块。此外，相机模块和主装置制造商需要将相机模块引入到主装置中而不损害图像质量。
传统的数字相机模块总体包括透镜组件、壳体、印刷电路板(PCB)、和集成图像捕获装置(ICD)。典型地，部件分别形成并随后被组装以生成数字相机模块。即，ICD被贴附到PCB，然后壳体被贴附到PCB使得ICD被壳体底部覆盖。透镜组件被安装在壳体的对立端以聚焦入射光到ICD的图像捕获表面上。ICD电连接到PCB，该PCB包括多个ICD的电接触以传送图像数据到主装置用以处理、显示和储存。
ICD容易被损坏和污染，特别是在壳体贴附工艺之前和期间。例如，在壳体被贴附到PCB之前，引线键合(wire bonds)经受不注意的接触(例如，在处理过程中)，其可引起损坏。此外，ICD容易被微粒碎片所污染。传感器阵列(图像捕获表面)的污染可阻挡入射光，引起被装置捕获的图像中的可见的缺陷。损坏的ICD可引起成品率的降低以及劳务和材料成本的增加。
需要一种相机模块设计和相机模块的制造方法，其降低损坏ICD的几率，导致更高的产率，导致更快的生产吞吐量，更少的花费，和/或导致较小的装置尺寸。
发明内容
通过提供具有晶片级形成的透镜的数字相机模块，本发明实施例克服了与现有技术相关联的问题。本发明实施例通过消除壳体内贴附透镜组件的需要，有助于较高的产率、较快的吞吐量、和较低的制造成本。在一些实施例中，由于更少的处理和更少的材料可提高质量。而且，因为模块在晶片级制造，净室技术可被采用以降低ICD被损坏和污染的风险。此外，在一些实施例中，数字相机模块的总体尺寸在三个维度上可被减小。
根据实施例，本发明提供了一种数字相机模块，其包括ICD、第一透明元件、连接所述ICD到所述第一透明元件而不阻挡入射光的接合剂(bondingagent)以及连接到所述第一透明元件的第二透明元件，ICD包括成像器。在一个实施例中，没有所述第一透明元件和所述第二透明元件的部分延伸到ICD的周边以外。第一透明元件可包括凹-凸部分，且所述第二透明元件可包括凸-凹部分。接合剂可包括管芯切割(die-cut)粘接片和/或分配粘接剂。粘接片和/或分配粘结剂可包括不透明材料和/或防水材料。第一透明元件和第二透明元件之间可形成空气间隙，且所述第一透明元件和所述ICD之间可形成空气间隙。第二透明元件可通过接合剂连接到所述第一透明元件。第二透明元件可通过机械交互作用连接到所述第一透明元件。机械交互作用可包括形成在所述第一透明元件和所述第二透明元件上的互补的互锁特性。额外的透明元件可被添加以进一步提高成像质量。
根据本发明的另一实施例，本发明提供数字相机模块工件，其包括ICD晶片和第二透明元件阵列，ICD晶片包括ICD阵列，第一透明元件阵列包括第一透明元件的阵列，每个第一透明元件位于对应的一个所述ICD之上，第二透明元件阵列包括第二透明元件的阵列。在一个实施例中，每个第一透明元件和其对应的第二透明元件的周边不延伸超过其对应的ICD的周边。工件可进一步包括连接到ICD的金属化物。第一透明元件阵列通过接合剂可被连接到所述ICD晶片。ICD晶片和第一透明元件可以被背研磨(backlapped)。ICD晶片可在所述第一透明元件阵列的对立侧上被等离子体蚀刻以形成通向接合垫的孔。这些孔随后被金属化以在ICD的底面上重新定位电接触，焊料球可被贴附到ICD的底面以形成晶片级封装。第二透明元件阵列通过接合剂可被连接到所述第一透明元件阵列。第二透明元件阵列通过机械交互作用可被连接到所述第一透明元件阵列。机械交互作用可包括在所述第一透明元件和所述第二透明元件上形成的互补的互锁特性。额外的互锁透明元件可被添加以进一步提高成像质量。
根据又一实施例，本发明提供一种数字相机模块的制造方法，其包括：提供包括ICD的阵列的ICD晶片；提供包括第一透明元件的阵列的第一透明元件阵列；接合所述第一透明元件阵列到所述ICD晶片使得每个ICD对应相应的第一透明元件；提供包括第二透明元件的阵列的第二透明元件阵列；接合所述第二透明元件阵列到所述第一透明元件阵列使得每个第一透明元件对应相应的第二透明元件；单片化所述ICD晶片成单独的ICD；单片化所述第一透明元件阵列成为单独的第一透明元件；并单片化所述第二透明元件阵列成为单独的第二透明元件。
单片化所述ICD晶片可在所述第二透明元件阵列到所述第一透明元件阵列的所述接合之前被执行。该方法可进一步包括在接合所述第二透明元件阵列到所述第一透明元件阵列之前，背研磨所述第一透明元件阵列。该方法可进一步包括等离子体蚀刻所述ICD晶片。等离子体蚀刻在ICD晶片中制造孔以通向接合垫。这些孔随后被金属化以在ICD的底面上重新定位电接触，焊料球可被贴附到ICD的底面以形成晶片级封装。等离子体蚀刻也可单片化所述ICD晶片成为单独的ICD。该方法可进一步包括金属化和图案化所述单独化的ICD。所述单片化所述第一透明元件阵列和所述单片化所述第二透明元件阵列两者可发生在所述接合所述第二透明元件阵列到所述第一元件阵列之后。该方法可进一步包括通过焊料垫连接器连接所述单独化的ICD的至少一个到电路基板。
附图说明
本发明参考以下附图被描述，其中相似的参考标号指示相似的原件：
图1A是根据本发明的一个实施例，固定到印刷电路板(PCB)上的数字相机模块的立体图；
图1B是根据本发明的一个实施例，相对于PCB的数字相机模块的分解立体图；
图2是根据本发明的一个实施例，固定到PCB上的数字相机模块的截面图。
图3A是根据本发明的一个实施例的ICD晶片的俯视图；
图3B是根据本发明的一个实施例的透明元件阵列的俯视图；以及
图4是根据本发明的一个实施例，示出制造晶片级数字相机模块的方法的方框图；
具体实施方式
在下面的描述中，许多细节被阐明以提供对本发明的全面的理解。本领域技术人员将认识到本发明可偏离这些细节。此外，公知的实践和部件的细节已被省略，以避免不必要地模糊本发明。
通过提供具有形成在其上的晶片级的数字相机模块，本发明实施例克服与现有技术相关联的问题。通过消除在壳体中贴附透镜组合件的需要，本发明实施例有助于更高的产率、更快的吞吐量、和更低的制造成本。在一些实施例中，由于更少的处理和更少的材料可提高质量。而且，因为模块在晶片级制造，净室技术可被采用以降低ICD被损坏和污染的风险。此外，在一些实施例中，数字相机模块的总体尺寸，例如，在三个维度上可被减小。
图1A是根据本发明的一个实施例，固定到印刷电路板(PCB)110上的数字相机模块100的立体图。数字相机模块100包括ICD 102、固定到ICD102的第一透明元件104、固定到第一透明元件104的第二透明元件106、和ICD 102的金属化物206。第一透明电极104通过接合剂层108可被接合到ICD 102，接合剂例如直接施加在ICD 102的顶面和第一透明元件104的底面之间的管芯切割粘接片和/或均匀地分配的粘接剂。第一透明元件104可被接合到第二透明元件106，例如使用粘接剂、机械交互作用等。ICD 102的金属化物206可使用传统的蚀刻、图案化和金属化工艺来完成，且可包括电介质材料。如所示的，数字相机模块100沿焦线114对准，关于ICD 102为中心。
在一个实施例中，第二透明元件106包括透镜112。透镜112可以是由光学玻璃或其它光学级材料构建的凸凹透镜。尽管未示出，第一透明元件104也可具有由光学玻璃或其它光学级材料构建的透镜(参见图1B的透镜116)。而且，如所示的，金属化物206可包括向内倾斜的周边壁，使得金属化物206的周边不超出ICD 102的周边壁。
图1B是根据本发明的一个实施例，相对于PCB 110并沿焦线114分解的数字相机模块100的立体图。数字相机模块100包括ICD 102、金属化物206、接合剂层108、第一透明元件104、和第二透明元件106.
如所示，ICD 102包括能从入射光捕获图像的成像器120。在该实施例中，成像器120包括一个大体为矩形的周边，尽管其它周边形状是可能的。接合剂层108包括光圈118，其可具有与成像器120相同的周边，以为光穿过提供无障碍的路径。同时仍允许在第一透明元件104和ICD 102之间形成接合。在另一实施例中，光圈118可具有与成像器120不同的尺寸和/或形状的周边。接合剂层108可包括遮光粘接剂材料以阻挡光通过第一透明元件104和/或第二透明元件106的区域而不是通过透镜元件112和116进入成像器120。附加地或可替换地，接合剂层108可包括防水粘接剂以防止蒸汽和/或颗粒物质污染空气间隙204或成像器120。
在该实施例中，第一透明元件104包括凹-凸透镜116(朝ICD 120向外凸出并远离入射光)。第二透明元件106包括凸-凹透镜112(远离ICD 120向外凸出并朝向入射光)。第一透明元件104和第二透明元件106用以聚焦光到成像器120上。应了解可使用额外的透明元件，例如，以改变焦距。
PCB 110包括接合垫122用以与数字相机模块100，或更具体地与ICD102电连接。尽管未示出，金属化物206可具有对应接合垫122的图案化和金属化的下面(参看图2)。在一个实施例中，数字相机模块100和PCB 110被焊接在一起。本领域技术人员将认识到可使用其它种类的电接触(例如，公和母插塞块)。
图2是根据本发明的一个实施例，数字相机模块100相对于PCB 110沿焦线114的横断侧图。如所示，数字相机模块100包括ICD 102、金属化物206、接合剂层108、第一透明元件104、和第二透明元件106。
第一透明元件104具有凹-凸透镜元件116和座位(seat)部分150，而第二透明元件106具有凸-凹透镜元件112和座位部分155。在一个实施例中，每个透镜元件112和透镜元件116的周边是圆的，且每个透镜元件112和透镜元件116的直径至少与成像器120的最长的维度一样长。如示出的，座位部分150(图2中所述包括向上和向下的突出支柱)使第一透明元件104能够在ICD 102上水平安置，而第二透明元件106能在第一透明元件104的座位部分150上水平安置。尽管座位部分150和座位部分155显示为包括基本平坦的部分，本领域技术人员将认识到它们可具有不同的形状，包括机械密接或快接到一起的工件。
当第一透明元件104和第二透明元件106被组装，透镜元件112和透镜元件116之间形成空气间隙202。此外，因为透镜元件116被设置在第一透明元件104的上表面和座位部分150的下表面之间，透镜元件116和成像器120之间也可形成空气间隙204。应了解其它实施例可不具有空气间隙202和204。在一个实施例中，第一透明元件104或者第二透明元件106之一可完全不具有透镜聚焦能力和/或可仅包括基本平坦的片。
焊料200，例如，焊料垫，可被使用以连接数字相机模块100到PCB 110。焊料200有效地连接PCB 110的接合垫122和金属化物206，从而在ICD 102与PCB 110之间产生电连接。
图3A是根据本发明的一个实施例的ICD晶片300的俯视图。如示出的，ICD晶片300包括单独的ICD 102的阵列，每个ICD 102包括成像器120。单独的ICD 102在晶片上可形成在一起，并随后在组装工艺中被分离。每个ICD 102的轮廓由水平点线302和垂直点线304界定。
图3B是根据本发明的一个实施例的透明元件阵列306的俯视图。透明元件阵列306包括多个单独的透明元件308，每个透明元件308包括透镜元件310。单独的透明元件308可一起形成在晶片上，随后在组装工艺中被分离。在一个实施例中，单独的透明元件308被调整尺寸和/或分开，使得每个透明元件308对应ICD晶片300的单独的ICD 102的相应一个。本领员技术人员将认识到透明元件阵列306的单独的透明元件308可包括第一透明元件104和/或第二透明元件106。因此，形成在其上的透镜元件310可以是透镜112和/或透镜116。每个透明元件308的轮廓是由水平点线312和垂直点线314界定的。
图4是根据本发明的一个实施例，说明制造晶片级数字相机模块的方法400的方框图。在步骤402中，提供包括ICD阵列的ICD晶片。在步骤404中，提供包括第一透明元件的阵列的第一透明元件阵列。在步骤406中，第一透明元件阵列接合到ICD晶片上，例如，在第一透明元件阵列和ICD晶片之间使用接合剂层。在步骤408中，接合的组件被背研磨，即，可能是ICD晶片的背侧(无源侧)部分也可能是第一透明元件阵列的顶侧部分被移除。背研磨平坦化组件的一个或两个侧，减小组件的厚度，去除组件的一个或者两侧中的任何不期望的弯曲，并有助于顶和底面的平坦和平行，等等。在步骤410中，ICD晶片被等离子体蚀刻和单片化。等离子体蚀刻工艺产生穿过ICD的孔以使能电连接到在ICD的前侧上的接合垫。可使用等离子体蚀刻、切块、或任何其它合适的方法来单片化IC晶片。单片化工艺通过例如等离子体蚀刻、激光切割和/或机械切割来单片化ICD。在这点上，单片化的ICD可通过第一透明元件阵列而保持为阵列形式。在步骤412中，ICD的背侧被图案化和金属化以产生到ICD电路的电连接，以连接到PCB。
在步骤414中，第二透明元件阵列连接到第一透明电极阵列的顶侧，使得第二透明元件阵列的对应的第二透明元件与第一透明元件阵列的对应的第一透明元件对准。使用接合剂、互补的机械交互作用(例如，配合(fit)或锁扣(snap)到一起的工件)、或任何其它合适的连接机制，第二透明元件阵列可被连接。在步骤416中，第一和第二透明元件阵列的第一和第二透明元件被单片化，例如，使用机械切割，以产生单独的数字相机模块。
许多所述的特性可被替代，变更或省略而不偏离本发明的范围。例如，其它透镜构造是可能的，例如，通过添加或删除透镜，通过改变透镜的形状、通过改变光功率、等等。此外，ICD和PCB可被组合成一个单独的电子元件。组装的顺序也可被改变。如又一个示例，可省略等离子体蚀刻、金属化、和焊料球贴附的步骤，替代使用引线接合工艺以电连接ICD的顶面上的接合垫(留下未被透明元件覆盖)到PCB上的接合垫。就本公开而言，所示具体实施例的这些和其它偏差对本领域技术人员将是明显的。

Claims (37)

1.一种数字相机模块，包括：
包括成像器的图像捕获装置；
第一透明元件；
连接所述图像捕获装置到所述第一透明元件的接合剂；
连接到所述第一透明元件的第二透明元件；
金属化物，在所述图像捕获装置的所述第一透明元件的对立侧，所述金属化物为覆盖所述图像捕获装置的下表面的层结构，
其中，所述金属化物包括向内倾斜的周边壁，使得金属化物的周边不超出所述图像捕获装置的周边壁。
2.根据权利要求1的数字相机模块，其中没有所述第一透明元件和所述第二透明元件的部分延伸到所述图像捕获装置的周边以外。
3.根据权利要求1的数字相机模块，其中所述第一透明元件包括凹-凸部分，且所述第二透明元件包括凸-凹部分。
4.根据权利要求1的数字相机模块，其中接合剂包括管芯切割粘接片。
5.根据权利要求4的数字相机模块，其中所述粘接片包括不透明材料。
6.根据权利要求4的数字相机模块，其中所述粘接片包括防水材料。
7.根据权利要求1的数字相机模块，其中所述第一透明元件和所述第二透明元件之间形成空气间隙，且所述第一透明元件和所述图像捕获装置之间形成空气间隙。
8.根据权利要求1的数字相机模块，其中所述第二透明元件通过接合剂连接到所述第一透明元件。
9.根据权利要求1的数字相机模块，其中所述第二透明元件通过机械交互作用连接到所述第一透明元件。
10.根据权利要求9的数字相机模块，其中所述机械交互作用包括形成在所述第一透明元件和所述第二透明元件上的互补的互锁特性。
11.根据权利要求4的数字相机模块，其中所述管芯切割粘接片界定所述成像器上方的光圈。
12.根据权利要求11的数字相机模块，其中所述光圈至少大到所述成像器的周边。
13.根据权利要求4的数字相机模块，其中所述管芯切割粘接片直接粘接到所述图像捕获装置的顶表面和所述第一透明元件的底表面两者。
14.一种数字相机模块工件，包括：
包括图像捕获装置阵列的图像捕获装置晶片；
包括第一透明元件的阵列的第一透明元件阵列，每个第一透明元件位于所述图像捕获装置的相应一个之上；以及
包括第二透明元件的阵列的第二透明元件阵列，每个第二透明元件位于所述第一透明元件的相应一个之上，其中
所述图像捕获装置晶片包括金属化物，所述金属化物界定多个周边壁，每个所述周边壁与所述图像捕获装置中的一个相关，所述金属化物在所述图像捕获装置的所述第一透明元件的对立侧，所述金属化物为覆盖所述图像捕获装置的下表面的层结构，
其中所述多个周边壁的每个向内倾斜使得不超出所述图像捕获装置的所述相关的一个的周边，以及
其中所述图像捕获装置晶片和所述第一透明元件被背研磨。
15.根据权利要求14的数字相机模块工件，其中每个第一透明元件和其对应的第二透明元件的周边不延伸到其对应的图像捕获装置的周边以外。
16.根据权利要求14的数字相机模块工件，其中所述第一透明元件阵列通过接合剂连接到所述图像捕获装置晶片。
17.根据权利要求14的数字相机模块工件，其中所述图像捕获装置晶片在所述第一透明元件阵列的对立侧上被等离子体蚀刻以形成通向接合垫的孔。
18.根据权利要求14的数字相机模块工件，其中所述第二透明元件阵列通过接合剂连接到所述第一透明元件阵列。
19.根据权利要求14的数字相机模块工件，其中所述第二透明元件阵列通过机械交互作用连接到所述第一透明元件阵列。
20.根据权利要求19的数字相机模块工件，其中所述机械交互作用包括在所述第一透明元件和所述第二透明元件上形成的互补的互锁特性。
21.根据权利要求16的数字相机模块工件，其中所述接合剂包括将所述第一透明元件阵列连接到所述图像捕获装置晶片的管芯切割粘接片。
22.根据权利要求21的数字相机模块工件，其中
每个所述图像捕获装置包括成像器；且
所述管芯切割粘接片界定多个光圈，每个所述光圈定位于所述图像捕获装置的相关一个的所述成像器上方。
23.根据权利要求22的数字相机模块工件，其中所述多个光圈的每个至少大至所述图像捕获装置的所述相关一个的所述成像器的周边。
24.根据权利要求22的数字相机模块工件，其中所述管芯切割粘接片是界定所述多个光圈的管芯切割粘接片。
25.根据权利要求21的数字相机模块工件，其中所述管芯切割粘接片直接粘接到所述图像捕获装置的顶表面和所述第一透明元件的底表面两者。
26.根据权利要求17的数字相机模块工件，其中所述图像捕获装置晶片在所述第一透明元件阵列的对立侧上被进一步等离子体蚀刻以单独化所述图像捕获装置；和
所述单独化的图像捕获装置通过所述第一透明元件阵列保持阵列形式。
27.一种数字相机模块的制造方法，包括：
提供包括图像捕获装置的阵列的图像捕获装置晶片；
提供包括第一透明元件的阵列的第一透明元件阵列；
接合所述第一透明元件阵列到所述图像捕获装置晶片使得每个图像捕获装置对应相应的第一透明元件；
提供包括第二透明元件的阵列的第二透明元件阵列；
接合所述第二透明元件阵列到所述第一透明元件阵列使得每个第一透明元件对应相应的第二透明元件；
单片化所述图像捕获装置晶片成为单独的图像捕获装置；
单片化所述第一透明元件阵列成为单独的第一透明元件；以及
单片化所述第二透明元件阵列成为单独的第二透明元件，
在所述接合所述第二透明元件阵列到所述第一透明元件阵列之前背研磨所述第一透明元件阵列，
金属化和图案化所述单独化的图像捕获装置，所述金属化和图案化所述单独化的图像捕获装置的步骤包括：在每个所述单独化的图像捕获装置的下表面上形成金属化物，所述金属化物在所述图像捕获装置的所述第一透明元件的对立侧，所述金属化物为覆盖所述图像捕获装置的下表面的层结构；
所述金属化物包括向内倾斜的周边壁，使得所述金属化物的周边不超出所述图像捕获装置的周边壁。
28.一种数字相机模块的制造方法，包括：
提供包括图像捕获装置的阵列的图像捕获装置晶片；
提供包括第一透明元件的阵列的第一透明元件阵列；
接合所述第一透明元件阵列到所述图像捕获装置晶片使得每个图像捕获装置对应相应的第一透明元件；
提供包括第二透明元件的阵列的第二透明元件阵列；
接合所述第二透明元件阵列到所述第一透明元件阵列使得每个第一透明元件对应相应的第二透明元件；
单片化所述第一透明元件阵列成为单独的第一透明元件；以及
单片化所述第二透明元件阵列成为单独的第二透明元件，
其中所述方法进一步包括在所述接合所述第二透明元件阵列到所述第一透明元件阵列之前背研磨所述第一透明元件阵列；
在所述接合所述第二透明元件阵列到所述第一透明元件阵列之前，单片化所述图像捕获装置晶片成为单独的图像捕获装置，
其中所述方法进一步包括金属化和图案化所述单独化的图像捕获装置，
所述金属化和图案化所述单独化的图像捕获装置的步骤包括：在每个所述单独化的图像捕获装置的下表面上形成金属化物，所述金属化物在所述图像捕获装置的所述第一透明元件的对立侧，所述金属化物为覆盖所述图像捕获装置的下表面的层结构，
所述金属化物包括向内倾斜的周边壁，使得所述金属化物的周边不超出所述图像捕获装置的周边壁。
29.根据权利要求27的方法，进一步包括等离子体蚀刻所述图像捕获装置晶片。
30.根据权利要求29的方法，其中所述等离子体蚀刻在所述图像捕获装置晶片中制造孔以通向接合垫。
31.根据权利要30的方法，其中所述等离子体蚀刻单片化所述图像捕获装置晶片成为单独的图像捕获装置。
32.根据权利要求27的方法，其中所述单片化所述第一透明元件阵列和所述单片化所述第二透明元件阵列两者发生在将所述第二透明元件阵列接合到所述第一透明元件阵列之后。
33.根据权利要求27的方法，进一步包括通过焊料垫连接器连接所述单独化的图像捕获装置的至少一个到电路基板。
34.根据权利要求27的方法，其中接合所述第一透明元件阵列到所述图像捕获装置晶片包括将管芯切割粘接片直接施加在所述图像捕获装置晶片的顶面和所述第一透明元件阵列的底面之间。
35.根据权利要求34的方法，其中所述施加所述管芯切割粘接片包括将所述管芯切割粘接片直接粘接到所述图像捕获装置的顶表面和所述第一透明元件的底表面两者。
36.根据权利要求34的方法，还包括：
管芯切割所述粘接片以在所述粘接片中形成多个光圈；且其中
每个所述图像捕获装置包括成像器；且
每个所述光圈相对于所述图像捕获装置的相关一个的所述成像器定位。
37.根据权利要求36的方法，其中每个所述光圈至少大至所述图像捕获装置的所述相关一个的所述成像器的周边。
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