CN101953154A - 具有集成闪光灯的可回焊相机模块 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了使用芯片级封装(CSP)技术来实现可回焊的相机模块。其中，图像传感器安装在载体的一部分上；发光二极管(LED)安装在载体的另一部分上；LED作为相机内置的闪光灯。在相机模块中设置有额外的光学隔离，以防止由LED产生的散射光降低图像的质量。

Description

具有集成闪光灯的可回焊相机模块
相关申请交叉引用
本申请声明以2007年12月17日申请的美国临时申请61/014,378为优先权，此处将合并该申请的整体。
技术领域
一般而言，本发明涉及图像传感器安装在可回焊式封装包中的相机模块；更具体地讲，本发明涉及为可回焊相机模块中提供闪关灯。
背景技术
很多手机都包含了内置数字相机，如数码相机(digitial still camera，DSC)。带有内置相机的手机通常也叫做照相手机。一些照相手机还包括电子闪光灯单元，以允许照相手机的使用者在各种光照条件下都能得到高质量的图片。
在照相手机中，越来越喜欢使用白光发光二极管(LED)作为闪光单元。在某种程度上，这是由于白光LED大大提高了效率。越来越喜欢使用白光LED的另一因素是，在一些应用场合下，小型的氙气闪光灯装置并不能成功地满足手机制造商的需求。例如，飞利浦照明公司公开了一种用于在DSC和照相手机闪光应用中使用的相关设计DR01。该设计DR01是基于丽讯
Figure BPA00001207085400011
LED技术(丽讯闪光)而用于闪光灯模块的。丽讯闪光模块是安装于基座的LED芯片单元，而该基座又直接安装于印刷电路板上。
在紧凑型消费设备如照相手机中使用白光LED作为闪光灯的缺点是，其增加了成本，而且在设计电话时必须考虑额外的空间。传统的白光LED闪光单元，如丽讯闪光模块，是一种外部装置，其增加了制造消费相机设备如照相手机的制造和装配的步骤。
因此，针对以上所述的问题，开发了本发明的装置、系统及方法。
发明内容
本发明公开了一种包含图像传感器和集成的闪光灯的可回焊相机模块，其图像传感器和闪光灯安装在同一载体上，并与镜头单元封装在一起。在一实施方式中，闪光灯是白光发光二极管(LED)。在相机模块中设置有光学隔离，以防止来自于闪光灯的散射光降低图像的质量。
在一实施方式中，可回焊相机模块通过使用芯片级封装(Chip ScalePackage，CSP)工艺而形成。图像传感器与LED一起装入同一芯片级封装(CSP)封装包中，其具有针对图像传感器和LED的单独的电子连接。同一玻璃覆盖层(glass capping layer)覆盖了图像传感器和LED。在玻璃覆盖层中形成光学隔离，以防止由LED产生的散射光降低图像的质量。在一实施方式中，利用在玻璃覆盖层中形成的光学隔板(opticalbarrier)来提供光学隔离。在另一实施方式中，利用在玻璃覆盖层中形成的光导(光控，light guide)来提供光学隔离。
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、具有集成闪光灯的可回焊相机模块的侧视图。
图2显示了根据本发明一实施方式之相机模块的俯视图。
图3显示了根据本发明一实施方式之相机模块的仰视图。
图4显示了根据本发明一实施方式、相机模块在手机中的示范适用。
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显示了相机模块100的侧视图，其具有安装在芯片级封装(CSP)载体110的上表面112的图像传感器105。芯片级封装(CSP)是一种集成电路载体。目前使用的CSP封装，其封装面积不大于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。
图像传感器105是半导体裸片，其上形成有感光像素阵列(如感光图像传感器阵列)。例如，图像传感器105可以是用以捕捉数字图像的互补型金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
CSP载体110形成了可回焊相机模块100的底座；也就是，相机模块具有带焊接区域的底面114，其能够利用回流焊接技术回焊至印刷电路板上(未示出)。例如，CSP载体110可能具有在CSP载体110中形成的连接区域115，以在底面114与母板(未示出)之间建立电子连接。在一实施方式中，焊接球的球栅阵列(BGA)用于形成与印刷电路母板的焊接头。
根据本发明，闪光灯集成于相机模块100中。该闪光灯优选为集成于相机模块100中的发光二极管(LED)130，作为LED闪光灯。LED130安装于CSP载体110上，并在CSP载体上提供单独的电子连接(未示出)，从而为LED 130提供电力与同步信号。在一实施方式中，LED 130实施使用一单独的白光LED。然而，可以理解的是，其它排列，如多个LED的排列，也是可考虑的。LED 130可以包括其自己的透镜元件(未示出)。另外，在玻璃覆盖层120中可以包含其它透镜，和/或在相机模块100顶端安装其它透镜，以聚焦从LED向相机外发射的光。
相机模块100优选使用晶圆级CSP制造工艺制造，在该工艺中，整个晶片在其分割成各单独单元之前，用光学(玻璃)覆盖层120进行覆盖。晶圆级透镜元件122形成于相机模块的玻璃覆盖层120中，以将光聚焦于图像传感器105的像素上。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，公开了晶圆级CSP相机模块设计的一般原则，此处合并其内容作为参考。然而，根据本发明，与标准晶圆级CSP相机模块工艺序不同的是，LED 130与图像传感器105，都优选在加装玻璃覆盖层120前、而安装于晶圆级CSP载体110上。
为了光学目的，相机模块110分为闪光灯部分135与图像传感部分140。相机模块100的闪光灯部分135与图像传感部分140是光学隔离的。也就是，在闪光灯模式下，LED 130所产生的散射光，在不会降低图像质量的光强度水平上，被阻止进入图像传感器105。常规的LED趋向于发射具有较大发散角的光。此外，进行闪光拍照时，LED 130发射的光强度水平可能会大大高于图像传感器105接收到的光强度水平。因此，需要对闪光部分135和图像传感部分140进行光学隔离，以阻止LED 130所产生的散射光进入图像传感器105。
在一实施方式中，通过包含光障(optical barrier)148来提供光学隔离，该光障将闪光灯部分135与图像传感部分140分为独立的光学区域。例如，光障148可以是利用吸收或反射来阻挡光传送的物理层。例如，在一晶圆级CSP工艺的实施方式中，在建立光障148时，首先在玻璃覆盖层120中形成凹槽；之后又在该凹槽中沉积涂层，从而形成光障148。特别地，在一实施方式中，玻璃覆盖层120被锯穿，该锯口形成了一个凹槽，在其中沉积一金属层。取决于所使用的金属，该金属可以对LED 130所发射的波长进行光学反射或吸收。在锯口上形成金属层的工艺步骤的优点是，其与晶圆级CSP相机模块中的其它工艺步骤是兼容的。然而，可以理解的是，其它可以使用在玻璃覆盖层120中形成凹槽的工艺步骤，也可以代替形成锯口。另外，也可以在锯口中沉积其它类型的材料，以实现光障的作用，例如，可以采用具有不同材料成分的多层涂覆层。
在另一实施方式中，通过利用折射率的不同来提供光学隔离，其将来自闪光灯部分135的光引导至远离图像传感部分140。在此实施方式中，光障148包括一个或多个光导(light guide)，如光导管(light pipe)。光导，如光导管，是利用内部反射来引导光。在光学领域，众所周知，当光从一高折射率的光学介质进入一低折射率的光学介质时，如光从玻璃进入空气时，就会发生内反射(internal reflection)。特别地，有一个入射临界角，大于该临界角，就会发生全部内发射。光导管利用多次内反射来引导光。通过在玻璃覆盖层120中形成一个或多个洞穴(空穴或凹槽)，可以在闪光灯部分135的玻璃覆盖层120中装配一个或多个光导管，从而阻止LED 130所产生的散射光进入相机模块的图像传感部分140。在考虑真实光导管时，可以理解的是，其目的只是为了在可能降低图像质量的光强度水平上，阻止LED 130所产生的散射光进入相机模块100的图像传感部分140。因此，光导管的光学特征可能会某种程度上偏离那些理想的光导管。特别地，光导管的特征可能某种程度上偏离了100％光学引导(在光导管中)，只要光导管与其它部件结合能提供足够的光学隔离即可。本领域的一般技术人员可以理解的是，可以结合使用光导与物理光障层，来提供光学隔离。例如，如果有足够额外的光学吸收来降低散射光水平到可接受的水平，则可以使用允许不完全的光引导。这能够放宽对光导管的光学需求，因为不需要全部内反射。
图2显示了相机模块的俯视图。如图2所示，光障148优选围绕相机模块100的整个闪光灯部分135而延伸。
图3显示了相机模块100的仰视图。在一实施方式中，在载体的底面形成焊接球连接板117，以允许在图像传感器105及LED 130都建立电子连接。例如，一些焊接球连接可以分配给LED 130的电力与同步化。焊接球连接，例如，可以安排给BGA回焊工艺，以将相机模块100安装于母板上(未示出)。
本发明的一个优点是在大规模消费设备应用场合下，如照相手机，改进了可制造性。具有集成闪光灯的可回焊相机模块允许图像传感器与闪光灯，通过利用同一回焊工艺连接至母板上。
图4显示了在照相手机400中，相机模块100的示范性适用。相机模块100用虚线表示，且其可以通过使用如前所述的回焊工艺连接至照相手机400的母板(未示出)。从消费者的角度看，照相手机400的最终使用者使用带相机和闪光灯的照相手机的好处是，当照明条件差的情况下，可以改进图像质量。然而，本发明的带有集成LED闪光灯的相机模块100，减少了必须装配的单独元件的数量，降低了制造成本。另外，由于LED共享相同的CSP载体，使元件的总量具有潜在减少的可能性，其也有利于紧凑型消费设备。进一步地，相机模块100可与回焊工艺兼容，以将图像传感器105与LED 130安装于母板上，也可减少工艺步骤的数量。
虽然已经描述的实施例中闪光灯是LED，但可以理解的是，本发明可以利用其它能够与图像传感器一起装在CSP载体上的微型节能光源。例如，目前有在其它类型的光子设备的工业研究，这可能最终导致对白光LED的商业替代。
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 (24)

1.一种相机模块，其包括：
在所述相机模块的第一部分中的图像传感器，其用于捕捉数字图像；及
在所述相机模块的第二部分中的闪光灯；
所述的图像传感器与所述的闪光灯安装于同一载体上，其中，所述相机模块的第一部分与所述相机模块的第二部分是光学隔离的。
2.如权利要求1所述的相机模块，其中，所述的相机模块是一种可回焊相机模块，所述的同一载体是一种芯片级封装(CSP)载体。
3.如权利要求1所述的相机模块，其中，所述的闪光灯包括发光二极管(LED)。
4.如权利要求3所述的相机模块，其中，所述的载体包括单独用于所述图像传感器和所述LED的电子连接。
5.如权利要求3所述的相机模块，其中，所述的相机模块包括覆盖所述LED与所述图像传感器的玻璃覆盖层。
6.如权利要求5所述的相机模块，其中，在所述玻璃覆盖层中形成光障，以提供所述LED与所述图像传感器之间的光学隔离。
7.如权利要求5所述的相机模块，其中，在所述玻璃覆盖层中形成至少一个光导管，以将所述LED光学隔离开所述图像传感器。
8.如权利要求5所述的相机模块，其中，所述的玻璃覆盖层至少包括一个用于所述图像传感器的透镜元件。
9.一种相机模块，其包括：
芯片级封装(CSP)载体；
安装于所述CSP载体之第一部分的图像传感器；
安装于所述CSP载体之第二部分、作为相机闪光灯的发光二极管(LED)；以及
在所述相机模块中的光障，以防止在闪光灯模式下所述LED产生的散射光降低图像的质量。
10.如权利要求9所述的相机模块，其进一步包括覆盖所述图像传感器与所述LED的玻璃覆盖层。
11.如权利要求10所述的相机模块，其中，所述的玻璃覆盖层是利用晶圆级CSP工艺形成的，而且该玻璃覆盖层包括至少一个用于所述图像传感器的透镜元件。
12.如权利要求10所述的相机模块，其中，所述的光障包括形成于所述玻璃覆盖层中的光障。
13.如权利要求12所述的相机模块，其中，所述的光障包括沉积于在所述玻璃覆盖层中形成的凹槽中的金属。
14.如权利要求12所述的相机模块，其中，所述的光障包括至少一个区域，在该区域中使用内反射来防止所述LED产生的光进入所述图像传感器。
15.如权利要求12所述的相机模块，其中，所述的光障包括至少一个形成于所述玻璃覆盖层中的光导管。
16.如权利要求9所述的相机模块，其中，所述的载体包括单独用于所述LED和所述图像传感器的电子连接。
17.一种相机模块，其包括：
图像传感器；
作为相机闪光灯的发光二极管(LED)；
所述的图像传感器和所述的LED安装于同一芯片级封装(CSP)载体上，该载体具有单独用于所述图像传感器和所述LED的电子连接；
覆盖所述图像传感器和所述LED的同一玻璃覆盖层；以及
在所述玻璃覆盖层中的光学隔离，以防止所述LED产生的散射光降低图像的质量；
所述的CSP载体作为可回焊相机模块的底座。
18.如权利要求17所述的相机模块，其中，所述的光学隔离包括至少一个形成于所述玻璃覆盖层中的光导管。
19.如权利要求17所述的相机模块，其中，所述的光学隔离包括形成于所述玻璃覆盖层中的光障区域。
20.如权利要求17所述的相机模块，其中，所述的相机模块安装于照相手机中。
21.一种形成相机模块的方法，其包括如下步骤：
将图像传感器安装至芯片级封装(CSP)载体的第一部分；
将发光二极管(LED)安装至芯片级封装载体的第二部分；及
在玻璃覆盖层中形成光学隔离，以光学隔离所述第一部分与所述第二部分。
22.如权利要求21所述的方法，其中，所述的相机模块是利用晶圆级工艺形成的，所述的方法包括在晶圆级水平上形成图像传感器与LED，并将所述晶圆分割为单独的相机模块。
23.一种制造具有图像传感器与闪光灯之消费设备的方法，其包括：
提供一可回焊相机模块，该可回焊相机模块具有安装于同一载体上的图像传感器与发光二极管闪光灯，而且，该可回焊相机模块将所述图像传感器与所述闪光灯进行光学隔离；以及
使用回焊工艺，将所述的可回焊相机模块安装于母板上。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述的消费设备是照相手机。
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