CN101971341B - 晶片堆叠、集成电路器件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种集成光学器件(10)和一种用于通过凭借在包括另外的功能元件(9c)的至少一个另外的晶片(4)上堆叠至少承载作为功能元件的多个透镜(9a、9b)的顶部晶片(2)来产生晶片堆叠(8)、并将该晶片堆叠(8)分离成多个集成光学器件(10)而制造集成光学器件(10)的方法，其中，所述顶部晶片和另外的晶片(2、4)的相应功能元件相互对准并限定多个主光轴(14)，提供遮光板作为集成光学器件(10)的一部分，包括步骤：提供包括多个通孔(6)的遮光板(1)，所述通孔(6)被布置为对应于顶部晶片(2)上的功能元件的布置；将遮光板(1)堆叠在顶部晶片(2)上，通孔(6)与所述主光轴(14)对准。

Description

晶片堆叠、集成电路器件及其制造方法
技术领域
本发明属于集成光学器件领域，特别是集成照相机模块，其具有诸如CCD传感器的图像捕捉元件和例如折射和/或衍射透镜的用于在图像捕捉元件上对对象进行成像的至少一个透镜元件。集成器件意指所有组件被布置成明确限定的位置关系。此类集成照相机模块是例如优选地以低成本在批量生产过程中制造的移动电话的照相机。
更具体而言，本发明设计用于包括遮光罩的照相机模块的光学器件，所述遮光罩限定图像捕捉器件的预定视场(FOV)，同时抑制来自此FOV外的点的射束路径。本发明还涉及表示多个此类光学器件的晶片规模封装，具有多个遮光罩的遮光罩阵列及用于制造多个照相机模块和用于制造遮光罩衬底的方法。
背景技术
特别是在具有照相机的移动电话领域，以及对于其它应用，期望的是具有能够在尽可能简单的过程中以低成本批量生产的且仍具有良好的图像质量的照相机模块。此类照相机模块包括沿着公共轴布置的至少一个透镜元件和图像捕捉元件且可从例如WO 2004/027880已知。已知照相机模块是通过在盘形衬底(晶片)上复制多个透镜元件、将衬底堆叠且连接以形成晶片规模封装(晶片堆叠)并切割该堆叠以便将单独的照相机模块相互分离在晶片规模制造的。
照相机模块是集成光学器件，其包括诸如沿着光传播的大体方向堆叠在一起的至少一个透镜和图像捕捉器件的功能元件。这些元件被相互之间布置成预定空间关系(集成器件)，使得不需要其它相互对准，使得只有集成器件就本身而言要与其它系统对准。
透镜元件的晶片规模复制允许用单个步骤来制造几百个大体相同的器件，例如单面或双面UV压印工艺。复制技术包括注塑成型、辊子热压印、平热压印、UV压印。作为示例，在UV压印过程中，将靠模(master)结构的表面拓扑复制到在衬底顶部上的诸如UV可固化环氧树脂的UV可固化复制材料的薄膜中。复制表面拓扑可以是折射或衍射光学有效结构，或两者的组合。为了进行复制，例如由靠模制备承载多个复制部的复制工具，所述复制部为要制造的光学结构的负拷贝(negative copy)。然后使用该工具来对环氧树脂进行UV压印。靠模可以是在熔融硅石或硅中的光刻制造结构、激光或电子束写入结构、经过金刚石切削的结构或任何其它类型的结构。靠模还可以是通过从(主)靠模((super)master)的复制在多级生成过程中产生的次靠模(submaster)。
在本文中所使用的意义的衬底或晶片是盘形或矩形板或任何在维度上稳定、通常透明的材料的任何其它形状的板。晶片盘的直径通常在5cm与40cm之间，例如，在10cm与31cm之间。其常常是圆筒形的，具有2、4、6、8或12英寸的直径，一英寸约为2.54cm。晶片厚度例如在0.2mm与10mm之间，通常在0.4mm与6mm之间。
如果光需要穿过衬底，则衬底至少是部分透明的。否则，衬底也可以是不透明的。在照相机模块的情况下，至少一个衬底承载电光组件，类似于图像捕捉器件，因此其可以是硅或GaAs或其它基于半导体的晶片；其也可以是CMOS晶片，或承载CCD阵列或位敏检测器阵列的晶片。
可以通过沿着对应于最小晶片尺度的方向(轴向)的轴堆叠晶片来制造此类集成光学器件。该晶片包括功能元件，例如透镜元件或图像捕捉元件，在晶片上呈明确限定的空间布置。通过以适当的方式来选择此空间布置，可以形成包括多个大体相同的集成光学器件的晶片堆叠，其中，光学器件的元件具有相互之间明确限定的空间关系并限定器件的主光轴。
通过隔离装置，例如US 2003/0010431或WO 2004/027880中公开的多个单独隔离物或互连隔离矩阵，可以将晶片相互隔离，并且还可以在晶片之间的面对另一晶片的晶片表面上布置透镜元件。
已知将遮光器或遮光罩设置在照相机模块的顶部透镜元件的前面。遮光器或遮光罩是通过抑制来自视场(FOV)外面的点的射束路径来限定图像捕捉元件的此FOV的元件。已知遮光罩由具有沿轴向的给定厚度的一层不透明材料和用于光透射的通孔组成。该通孔通常沿着光可通过的轴向限定具有给定范围的圆锥体。通孔的侧壁的厚度以及形状确定入射光可以通过遮光罩并进入照相机模块的FOV和最大角度(收集角)。常常期望收集角不超过预定值。这是因为在较高角度下进入器件的光是漫射光和/或可以不直接落到图像捕捉元件的感光部分上，而是可以仅在照相机模块内部的一次或多次反射之后撞击感光部分。这可以导致由图像捕捉元件生成的图像中的伪象，并因此导致图像质量降低。
已知遮光罩因此具有几百μm(例如，100～300μm)的厚度和相对于前壁的法线方向以25～35°的角逐渐缩减的通孔侧壁，使得形成具有变化横截面的开口，所述横截面具有在1～3mm范围内的直径。这将视场的全角限制于50至70°。
通常将已知遮光罩制成单独的部分。仅在完成制造之后、即在采用晶片规模制造过程的情况下在切割步骤之后将其附着于集成照相机模块。将每个单独遮光罩附着于与之相关的每个单独照相机模块的附加步骤是耗费时间且复杂的，因此是已知模块和制造过程的另一缺点。
EP 1 434 426公开了一种用于集成照相机模块的晶片规模制造方法，其中，将包括孔的不透明隔膜(iris film)作为顶层沉积在晶片上，稍后，从该晶片切割单独的照相机模块。隔膜材料由诸如丙烯酸膜或聚烯烃膜的膜制成，并且被结合到底层IR滤光板。或者，可以通过在IR滤光器上或透镜主体上印刷光屏蔽材料来形成隔膜材料。因此，由于非常薄，所以隔膜不阻止以几乎平行于隔膜平面的角进入照相机的漫射光。
另一缺点是完全可经由通孔进入光学系统、或至少顶部透镜元件或隔膜层。这可能导致损坏或污染。
发明内容
本发明的另一目的是提供可以以低成本在批量生产过程中制造的集成光学器件及相应的制造过程。
本发明的另一目的是提供包括多个大体相同的照相机和光学器件模块的晶片规模封装。
本发明的另一目的是提供具有多个遮光元件的遮光板及相应的制造方法。
这些目的由根据相应独立权利要求的用于提供遮光板、晶片堆叠、集成光学器件和遮光板的方法来实现。在从属权利要求和说明书中描述了优选实施例并在图中示出。
用于提供遮光板的方法是用于通过凭借在包括另外的功能元件的至少一个另外的晶片上至少堆叠承载作为功能元件的多个透镜的顶部晶片来产生晶片堆叠、并将该晶片堆叠分离(切割)成多个集成光学器件而制造集成光学器件的方法的一部分，其中，所述顶部晶片和另外的晶片的相应功能元件相互对准并限定多个主光轴。用于提供用于提供遮光板作为集成光学器件的一部分的遮光板方法的方法包括步骤
·提供包括多个通孔的遮光板，该通孔被布置为对应于顶部晶片上的功能元件的布置；
·将所述遮光板堆叠在所述顶部晶片上，所述通孔与所述主光轴对准。
这允许在切割之后提供包括遮光器的完整集成光学器件模块。不需要用于添加遮光器的其它步骤。该光学器件可能包括成像芯片，使其成为集成照相机模块。
在本发明的优选实施例中，该方法包括在将晶片堆叠切割成单独的光学器件之前在遮光板上堆叠透明盖板的另一步骤。结果，所述集成照相机模块还包括保护性盖体，并且可以将所述照相机模块安装在诸如移动电话的消费产品中而不需要在照相机上安装保护板或提供保护板作为消费产品的外壳的一部分。
在上文中，堆叠的步骤通常包括例如借助于粘合剂将层粘合或结合在一起。晶片堆叠组成晶片规模封装。
通过将所述晶片堆叠分离(切割或分割)成多个集成照相机模块，由晶片堆叠或晶片封装来制造单个集成照相机模块。
根据从属专利权利要求，其它优选实施例是显而易见的。可以将方法权利要求的特征与器件权利要求的特征组合，反之亦然。
附图说明
在下文中将参照附图中示出的优选示例性实施例来更详细地解释本发明的主题，其示意性地示出
图1遮光板的立视图；
图2和3具有遮光板的晶片堆叠的横向剖视图；以及
图4和5集成照相机模块的横向剖视图。
在图中所使用的参考标号及其意义在参考标号列表中以概要的形式列出。原则上，在图中对相同的部分提供相同的参考标号。
具体实施方式
图1示意性地示出遮光板的立视图。遮光板1是晶片尺寸的，并包括通常布置成网格或阵列的多个通孔6。通孔6从遮光板1的顶面11延伸到底面12并优选地为圆锥形状。
图2和3示出具有遮光板1的晶片堆叠8的横向剖视图。晶片堆叠8自上而下包括堆叠在承载例如第一透镜9a和第二透镜9b的顶部晶片2上的遮光板1。或者，顶部晶片2可以仅在其顶面上或仅在其底面上承载透镜。可以借助于复制过程在顶部晶片2上制造透镜，或者可以使其成形为顶部晶片2本身。顶部晶片2被堆叠在另一晶片4，可以通过隔离晶片3将其与该另一晶片4分离。另一晶片4承载成像或照相机芯片9c作为另外的功能元件。每个照相机芯片9c与相应的透镜或透镜组9a、9b对准，并因此连同周围的结构组件2、3、4一起形成集成照相机。每个此类集成照相机或集成光学器件限定主光轴14。图3示出与图2不同的实施例，不同之处在于其另外包括堆叠在遮光板1上的透明盖板5。其它实施例可以包括布置在顶部晶片2与另一晶片4之间的例如透镜的其它层。
在图中未示出可以位于各种层之间的粘合剂层、和到照相机芯片9c的电连接。
遮光板1中的通孔6包括通常为圆锥形状的侧壁7，其相对于遮光板1的法线方向或其顶面11以20～40°、优选地25～35°的角逐渐缩减。根据照相机规则来确定准确的角度且其通常约比照相机的视场大2°。或者，侧壁可以是垂直的，或者沿另一方向逐渐缩减，即朝着底部打开。在本发明的其它实施例中，侧壁不是笔直的，而是圆角或倒角的。
遮光板1的厚度在0.1至0.5或1毫米的范围内，通孔6的顶部开口的宽度是约1至3或5毫米，并且底部开口的宽度是例如0.3毫米左右。
遮光板1优选地由光学不透明材料制成。遮光板1的制造过程本身可以是模制、冲压、或另一复制过程。作为材料，优选地使用有或没有填充材料的诸如热塑塑料或环氧树脂的塑料材料。
用于制造晶片堆叠的方法包括堆叠组成晶片堆叠的晶片和隔离物的步骤，所述晶片堆叠包括遮光板1和可选的盖板5。用于制造单独光学元件的方法包括切割晶片堆叠8、将其分离成多个集成照相机器件8的另一步骤。在图2和3中示出相应的切割线13。图4和5示出通过此分离步骤产生的集成照相机模块的横向剖视图。
虽然已在本发明的优选实施例中描述了本发明，但应清楚地理解的是本发明不限于此，而是可以在权利要求的范围内以各种方式体现和实施。
标号列表
1     遮光板
2     顶部晶片
3     隔离晶片
4     另一晶片
5     盖板
6     通孔、光圈孔
7     侧壁
8     晶片堆叠
9a    第一透镜
9b    第二透镜
9c    照相机芯片
10    集成照相机器件
11    顶面
12    底面
13    切割线
14    光轴

Claims (8)

1.一种用于通过凭借在包括另外的功能元件(9c)的至少一个另外的晶片(4)上至少堆叠承载作为功能元件的多个透镜(9a、9b)的顶部晶片(2)来产生晶片堆叠(8)、并将该晶片堆叠(8)分离成多个集成光学器件(10)而制造集成光学器件(10)的方法，其中，所述顶部晶片和另外的晶片(4)的相应功能元件相互对准并限定多个主光轴(14)，每个轴对应于一个集成光学器件(10)，
其特征在于为了提供遮光板作为该集成光学器件(10)的一部分，该方法包括步骤
·提供包括多个通孔(6)的遮光板(1)，所述通孔(6)被布置为对应于顶部晶片(2)上的功能元件的布置；
·将遮光板(1)堆叠在顶部晶片(2)上，通孔(6)与所述主光轴(14)对准；
其中通孔(6)的侧面(7)相对于遮光板(1)的法线逐渐缩减并具有在20～40°之间的角。
2.权利要求1的方法，包括在将晶片堆叠(8)分离成单独的集成光学器件(10)之前在遮光板(1)上堆叠透明盖板(5)的另一步骤。
3.一种用于制造集成光学器件(10)的晶片堆叠(8)，晶片堆叠(8)包括承载作为功能元件的多个透镜(9a、9b)的至少顶部晶片(2)，包括另外的功能元件(9c)的至少一个另外的晶片(4)，顶部晶片(2)被堆叠在该另外的晶片上，其中，顶部晶片和另外的晶片(4)的相应功能元件相互对准并限定多个主光轴(14)，
其特征在于，晶片堆叠(8)还包括包含多个通孔(6)的遮光板(1)，遮光板(1)被堆叠在顶部晶片(2)上，通孔(6)与所述主光轴(14)对准；
其中通孔(6)的侧面(7)相对于遮光板(1)的法线逐渐缩减并具有在20～40°之间的角。
4.权利要求3的晶片堆叠(8)，还包括堆叠在遮光板(1)上的透明盖板(5)。
5.权利要求3的晶片堆叠(8)，其中，通孔(6)的侧面(7)相对于遮光板(1)的法线具有在25～35°之间的角。
6.权利要求3的晶片堆叠(8)，其中，遮光板(1)的厚度在0.1至1毫米的范围内。
7.权利要求3的晶片堆叠(8)，其中，遮光板(1)由光学不透明材料制成。
8.一种集成光学器件(10)，其是通过凭借切割将根据权利要求3至7中的一项的晶片堆叠(8)分离成多个集成光学器件(10)而从所述晶片堆叠制造的。
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