CN101897175B - 焊接连接可靠性改进的可回焊相机模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可回焊相机模块，其具有一组形成于相机模块底面的焊接点，该焊接点用于在相机模块与印刷电路基板之间提供电子信号与电力连接。焊接点易受剪切力的影响而导致故障，尤其是在转角区域。本发明为焊接点提供额外的局部机械支持，以保护这些为相机模块传送电力和电子信号的焊接点。该局部机械支持形成在包含传送电力和电子信号的焊接点的区域外。该局部机械支持可以包括在转角区域形成的假焊点和/或假引线，以支撑相机模块。在不需要使用底部填充材料的情况下，增强了焊接点的可靠性。

Description

焊接连接可靠性改进的可回焊相机模块
技术领域
一般而言，本发明涉及改进芯片级封装(Chip Scale Package，CSP)中焊接连接可靠性的技术；更具体地讲，本发明涉及在可回焊相机模块(relowable camera module)中改进其焊接点(或称焊点，solder joint)之连接可靠性的技术。
背景技术
紧凑型消费设备越来越多地包含数码相机。例如，照相手机就包含数码相机，以捕捉数字图像。
一种为高容量消费设备制造数码相机的技术是采用芯片级封装技术将图像传感器封装于可回焊相机模块内。芯片级封装(CSP)是一种集成电路载体。目前工业上使用的CSP封装包有多种定义，如封装面积不大于1.2倍裸片(die)和/或封装包(或称锡球、焊包，ball pitch)的球间距不大于一毫米。CSP封装中可以利用封装基板(interposer)。另外，在一些实施方式中，裸片可以直接安装至CSP封装包。
在可回焊相机模块中，具有感光像素阵列的图像传感裸片可以是，例如，互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。CSP载体形成了可回焊相机模块的基底；也就是，采用回焊技术，相机模块能够回焊至印刷电路基板上，例如，对焊包(solder ball)的球栅阵列(ball gridarray，BGA)进行回焊，在印刷电路板形成焊接点。其它常规方法则包括在回焊后电镀(plating)该模块的步骤。在Hiltunen的名称为“涂覆的晶圆级相机模块及相关方法”的美国申请20070052827中，详细描述了关于可回焊相机模块利用晶圆级CSP的背景信息，其相关内容此处作为参考。
焊接点的可靠性在可回焊相机模块中是一个需要考虑的问题。可回焊相机模块包含光学元件，而且与其它类型的CSP元件相比，其是相对大型的模块(在高度方面)。另外，可回焊相机模块一般装入消费产品中，如照相手机，因此在其使用期间可能会多次跌落。
现有技术中，一种封装可回焊相机模块的方法是利用底部填充材料(underfill encapsulant)来改进焊接点连接的可靠性。通常，底部填充材料是一种可充填基板(芯片或封装基板)与印刷电路板之间整个缝隙的聚合材料。对于常规的底部填充技术来说，在基板和母板之间没有空穴(“气泡”)是非常重要的。底部填充材料对焊接点提供了额外的环境保护。然而，底部填充材料的工艺大大增加了制造成本，因此在许多高容量产品的制造工艺中是不受欢迎的。
为了解决上述问题，开发了本发明的装置、系统及方法。
发明内容
可回焊相机模块利用焊接点，在图像传感器与安装该可回焊相机模块的印刷电路基板间形成电力和电子信号连接。然而，在装配、测试及使用的过程中，焊接点容易遭受剪切力。提供额外的机械支持(mechanical support)，可以提高焊接点的可靠性。在相机模块的每个转角附近包含额外的机械支持，可以改进图像传感器与母板之间、连接电子信号与电力的焊接点的可靠性。
根据本发明一实施方式，可回焊相机模块的封装优选不使用底部填充材料。在一实施方式中，额外的机械支持包括依附于相机模块上以提供额外的横向(lateral)机械支持的引线(lead)。在另一实施方式中，在转角区域的附近形成假焊点(dummy solder joint)。假焊点提供额外的机械支持，但是与图像传感器不形成电子信号与电力的连接。通过使用焊包或焊膏形成可假焊点。
附图说明
以下，参考附图，通过详细说明，来更全面地理解本发明，其中：
图1显示了根据本发明一实施方式、具有额外局部机械支持以保护焊接点的相机模块的透视图。
图2A、2B及2C更详细地显示了局部机械支持包括引线的一实施方式。
图3A、3B及3C更详细地显示了局部机械支持包括在转角区域形成的假焊包的一实施方式。
图4A、4B及4C更详细地显示了局部机械支持包括在转角区域形成假焊膏区域的一实施方式。
在上面的所有附图中，相同的附图标记对应于相应的部件。
具体实施方式
图1显示了根据本发明一实施方式、安装于印刷电路基板190上的可回焊相机模块100的透视图。该印刷电路基板190可以是任何用于在不同元件间建立电子连接的常规基板，如常规的印刷电路板、母板或柔性封装(flex package)。图像传感器110安装于芯片级封装(CSP)载体115上。CSP载体115是具有四个角的矩形。图像传感器110具有感光像素矩阵，如互补型半金属氧化物导体(CMOS)图像传感器。CSP载体115形成可回焊相机模块100的底座；也就是，通过使用回流焊接技术，在相机模块100的底面113与印刷电路母板190间形成焊接点130，将相机模块回焊至印刷电路基板190上。作为一个实例，CSP载体115可以具有在其内形成的连接区域120，以允许在印刷电路基板190及图像传感器110间建立电子信号与电力连接。图像传感器110安装于CSP载体115的顶面116上。
在一实施方式中，通过回焊工艺，焊包的球栅阵列(BGA)用于与印刷电路基板190形成焊接点130(以提供电子信号与电力连接)。用于提供电子信号与电力连接的焊接点130，形成于相机模块100底面113的中心部分135中。然而，中心部分135在所有方向上都没有延伸至相机模块100的边缘。
相机模块100优选是通过晶圆级CSP制造工艺制造的，在该工艺中，整个晶片在被切割成各单独单元之前，由光学(玻璃)覆盖层(cappinglayer)进行覆盖。晶圆级透镜元件125形成于相机模块100的玻璃覆盖层120中，以将光线聚光至图像传感器110。在Hiltunen的名称为“涂覆的晶圆级相机模块及相关方法”的美国申请20070052827中，描述了设计晶圆级CSP相机模块的一般原理，其相关内容此处作为参考。
如图1所述，提供了额外的局部机械支持160，以保护在中心部分135中的焊接点130不受剪切力的影响。该机械支持160位于相机模块的边缘的局部区域，其用于在相机模块100的装配、测试及使用期间保护中心部分135中的焊接点130。发明者的研究显示，剪切力往往使最外面的焊接点开裂，尤其是转角区域。一般认为，这种故障模式是可回焊相机模块所独有的。相机模块一般具有大约几毫米的高度。相机模块的几何形状与大约具有一毫米封装高度的其它类型CSP相比，产生了较大的剪切力。也就是，当BGA元件高度增加时，且引入侧边负荷时，如在跌落测试或其它装备过程中可能发生的，焊接点上的剪切力将会增加。因此，相机模块增加的高度，使其比其它类型的CSP更易受剪切力的影响。另外，在高容量的相机场合下，一般由于成本原因，不在相机模块中使用底部填充材料。这样，在可回焊相机模块(未使用底部填充材料)中，会产生BGA锡球剪切力，尤其是设置在相机模块100的角落处的焊接点。
根据本发明，额外的局部机械支持160保护BGA锡球不受剪切力，而没有利用底部填充材料。如下详细描述，这些保护性的局部机械支持160优选至少设置在CSP载体115的角落处，因为转角附近的BGA焊接点最可能因BGA锡球剪切力而失灵。
额外的机械支持160优选利用与高容量回焊工艺可兼容的工艺步骤来形成。一个典型的形成额外机械支持160的工艺包括形成假焊点。在本申请中，术语“假焊点”是一种为提供机械支持、而不连接电力或信号至图像传感器110而形成的焊接点。然而，如果需要，假焊点可以接地，以控制假焊点的电位。假焊点的形成优选使用与形成连接电子信号和电力至图像传感器110的焊接点130相同的步骤。另一种形成额外机械支持160的示范工艺包括：利用延伸在相机模块100的表面上的引线，以提供额外的机械支持。在此实例中，引线是用作力学的目的，因此，也可以叫做“假引线”(dummy lead)，因为它们没有将电子信号与电力连接至图像传感器110，相反是用于机械支持可回焊相机模块100。另一形成额外机械支持160的示范工艺包括：在可回焊相机模块100的中心部分135以外，沿着所选定的边缘部分，形成环氧树脂焊珠。这些技术可以单独使用或组合使用。
图2A、2B及2C详细显示了使用两个或更多引线205形成额外机械支持160的工艺。为了清晰，图2A显示了省略了一定常规特征的侧视图。图2B显示了在相机模块上延伸的引线205的顶视图。图2C显示了相机模块底部的底视图，其进一步显示了在中心部分135中的底部焊包连接点210(由虚线表示)。每个引线205的末端207从相机模块100延伸出来，且连接于印刷电路基板(未示出)，因此，其为相机模块100提供额外的侧向支撑，以提供对于剪切力的保护。如图2A所示，每个引线205优选连接于相机模块100的外表面，使得每个引线205与照相机模块100的轮廓一致，且在相机模块的外表面的侧面和顶端延伸，末端207位于相机模块100的转角区域附近。在一实施方式中，在可回焊相机模块100进行电镀、以形成电磁防护的最终电镀工艺之前，每个引线205的两个末端207连接至印刷电路基板(如使用环氧树脂或焊接)。因此，每个引线205是一个假引线，因为引线205优选接地，而不将电子信号及电力连接至相机模块100。引线205可以是传统的引线，如铜合金引线。尽管在一示范工艺具有两个引线205，但可以理解的是，可以使用不同数量的引线(如一、二、三或四个引线，其上限取决于实际制造的限制)，而且引线的排布可以与图2A、2B及2C所示不同。
图3A、3B及3C显示了机械支持160是由焊包320形成的假焊点的过程的制造细节图。图3A显示了形成于载体115整个底面的焊接点的侧视图。如图3B所示的顶视图，假焊包320优选形成在转角区域。如图3C所示的底视图，中心部分135(为了说明的目的用虚线圈出)包括焊包的BGA，用于与相机模块100形成电子信号与电力连接。该实施方式有效地利用了一些CSP边缘的额外区域，以形成假焊包。在一示范排列中，在每个转角区域有4个假焊包320。如上所述，在焊包130-A、130-B、130-C及130-D的位置形成的最角落的焊接点，往往是最容易受到剪切力而引起开裂。因此，在此排列中，假焊包320将会对中心部分135中的焊包130-A、130-B、130-C及130-D采取保护行为。由于每个角有四个假焊包320，因此在单个假焊包320开裂或其它不能提供机械支持的情况下，多个假焊包320的重复还是很有益处的。也可以理解的是，可以沿着CSP载体115的边缘、和/或在与图3A、3B和3C不同的分布下，包含额外的假焊包320。
图4A、4B及4C显示了使用焊膏技术在焊接区域的角落405形成焊接点来提供局部机械支持160的过程的制造细节图。焊接区域转角405是暴露的且电镀的(如利用铜)。电镀区域在回焊工艺中可通过焊膏连接于母板，例如，连接至EMI防护或左漂浮。图4A显示了侧视图；图4B显示了转角区域的顶视图，及图4C显示了底视图。
前述的说明只是为了解释本发明，所使用的特定术语是为了更彻底地理解本发明。然而，本领域技术人员可以理解，在实施本发明时，一些特定细节并不是必须的。因此，前述本发明特定实施方式的叙述目的只是为了说明及描述，而并非是为了穷尽或限制本发明于特定的公开形式；显而易见的是，经本发明的以上启示，就完全可能做出许多其它的改进和改变。所选择进行描述的实施方式，是为了最好地描述本发明的原理及其实际应用；其使得本领域技术人员可利用本发明以及本发明的各种实施方式并作出修改，以适应各种特定用途。本发明的范围应由权利要求及其等同物所界定。

Claims (23)

1.一种改进可回焊相机模块中的焊接点连接可靠性的方法，该方法没有采用底部填充材料，其包括：
通过回焊工艺，在所述可回焊相机模块之载体的底面的中央部分与印刷电路基板之间，形成焊接点，以提供电子信号连接与电力连接至所述相机模块；
在所述可回焊相机模块底面的中央部分以外，形成额外的局部机械支持；
其中，所述额外的局部机械支持区域保护所述的提供电子信号连接与电力连接的焊接点不受剪切力影响；
其中，所述的形成额外机械支持的步骤包括：形成至少两个引线，该引线穿越所述相机模块的表面，而且每一引线的末端连接至所述印刷电路基板。
2.如权利要求1所述的方法，其中，所述的形成额外局部机械支持的步骤包括：通过回焊工艺在所述底面的转角区域中形成假焊点，所述的假焊点提供机械支持，但是不提供电子信号连接或电力连接至所述相机模块。
3.如权利要求2所述的方法，其中，所述的假焊点是利用焊包形成的。
4.如权利要求2所述的方法，其中，所述的假焊点是利用在转角区域延伸的焊膏形成的。
5.如权利要求1所述的方法，其中，所述的形成额外机械支持的步骤包括：转角区域附近形成环氧树脂焊珠。
6.一种可回焊相机模块，其包括：
芯片级封装载体，该载体界定了具有第一面、第二面及四个转角的矩形表面区域；
安装于所述芯片级封装载体第一面的图像传感器；
具有至少一个光学透镜元件的光学覆盖层，其覆盖了所述图像传感器；
在所述载体第二面之中央区域形成的焊接连接区域，以在回焊工艺之后，在所述图像传感器与一印刷电路基板之间提供电子信号连接及电力连接；及
至少一个引线延伸，其延伸通过所述相机模块的外表面，并具有两个从所述相机模块延伸出来的引线末端，所述引线末端连接至所述印刷电路基板，从而提供额外的机械支持，以保护所述印刷电路基板与相机模块之间的焊接点。
7.如权利要求6所述的相机模块，其中，其具有至少两个引线；每一引线延伸通过所述相机模块的外表面，并具有延伸出来的引线末端，该引线末端连接至所述印刷电路板，从而为转角区域提供横向的机械支持。
8.如权利要求7所述的相机模块，其中，每一所述引线与所述相机模块的两个侧面及上表面是一致贴合的。
9.如权利要求6所述的相机模块，其中，所述的至少一个引线连接至地面。
10.一种改进了焊接点连接可靠性的封装式相机模块，该封装式相机模块没有采用底部填充材料，其包括：
印刷电路基板；
安装至所述印刷电路基板的可回焊相机模块，该可回焊相机模块包括图像传感器以及具有四个转角的底面；
在所述可回焊相机模块和印刷电路基板之间形成的焊接点；所述焊接点是沿着所述可回焊相机模块的底面的部分区域形成的，以提供电子信号及电力连接至所述图像传感器；
所述的封装式相机模块在设置有提供电子信号连接与电力连接的焊接点的底面区域的外部，包含有额外的局部机械支持，该局部机械支持为所述相机模块安装至所述印刷电路基板提供支持，以保护所述的提供电子信号连接与电力连接的焊接点；
其中，所述的局部机械支持包括至少两个引线，所述引线在所述相机模块的外表面延伸，而且所述引线的末端安装至所述印刷电路基板。
11.如权利要求10所述的封装式相机模块，其中，每一所述引线延伸通过所述相机模块的两个侧面及上表面。
12.如权利要求11所述的封装式相机模块，其中，在所述相机模块电镀之前，每一所述引线连接至所述印刷电路基板。
13.如权利要求11所述的封装式相机模块，其中，有两个引线延伸通过所述相机模块上表面的两个相对的边缘。
14.如权利要求10所述的封装式相机模块，其中，所述的局部机械支持包括形成于所述相机模块与印刷电路基板之间、位于所述底面之转角区域附近的假焊点，该假焊点能提供额外的机械支持，但不提供电子信号或电力连接至所述图像传感器。
15.如权利要求14所述的封装式相机模块，其中，所述的假焊点包括通过可回焊焊包而形成于所述底面之转角区域附近的假焊点。
16.如权利要求14所述的封装式相机模块，其中，所述的假焊点包括接近每个转角的可回焊焊膏区域。
17.如权利要求10所述的封装式相机模块，其中，所述的局部机械支持包括沿着所述底面之边缘形成的环氧树脂。
18.如权利要求10所述的封装式相机模块，其中，所述的载体是芯片级封装载体。
19.一种可回焊相机模块，其包括：
芯片级封装载体，该载体界定了具有第一面、第二面和四个转角的矩形表面区域；
安装于所述芯片级封装载体第一面的图像传感器；
具有至少一个光学透镜元件的光学覆盖层，其覆盖了所述图像传感器；
形成于所述载体第二面之中央区域的焊接连接区域，其在回焊工艺之后在所述图像传感器与一印刷电路基板之间提供电子信号连接与电力连接；及
所述芯片级封装载体第二面的四个转角中的每个都具有包括至少一个假焊接连接区域的转角区域，以为所述的、专门用于提供电子信号连接及电力连接的焊接连接区域提供机械支持，所述的至少一个假焊接连接区域不提供电子信号连接及电力连接至所述图像传感器。
20.如权利要求19所述的可回焊相机模块，其中，所述的形成于中央区域的焊接连接区域是用于球栅阵列回焊工艺的球栅阵列焊接连接区域。
21.如权利要求20所述的可回焊相机模块，其中，每一转角区域包括至少一个假焊包连接区域，在其上形成了用于球栅阵列回焊工艺的焊包。
22.如权利要求19所述的可回焊相机模块，其中，每一转角区域包括焊接面。
23.如权利要求22所述的可回焊相机模块，其中，每一焊接面具有电镀的金属区域，在其上设置有焊膏。
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