CN102460699B - 相机模块的制造 - Google Patents

Abstract

提供了一种具有外表面的相机模块，其包括：传感器裸片、玻璃板、外围间隔物以及光学元件，其中外表面的剖面具有在基本上与传感器裸片的平面平行的方向上围绕外表面延伸的肩部，并且至少部分地由沉积金属层覆盖外表面。还提供了一种用于制造相机模块的方法，该方法包括以下步骤：提供包括传感器裸片晶片、间隔物晶片和光学元件晶片的装配，间隔物晶片被设置在传感器裸片晶片前面并且光学元件晶片被设置在间隔物晶片前面；使用第一厚度的第一锯刀，沿从光学元件晶片朝着传感器裸片晶片的方向锯开顶切口，顶切口在到达传感器裸片晶片之前停止；并且使用第二厚度的第二锯刀，沿从传感器裸片晶片朝着光学元件晶片的方向锯开底切口。

Description

相机模块的制造

技术领域

本发明涉及相机模块，具体地涉及使用微电子领域已知的技术制造的那些相机模块。

背景技术

存在许多将尺寸看得非常重的相机应用。这些应用的一般示例是移动电话以及其他移动多媒体设备，但是还存在其他应用。为了满足这些需求，使用微电子技术来制造微型相机模块。

该模块通常使用用半导体技术制造的传感器，例如CMOS或CCD(电荷耦合器件)技术。这些传感器的形式为硅片上的传感器单元阵列，有时候与一些图像处理电路相关联。

这些传感器对光并且对电磁干扰非常敏感。杂散光可以使得传感器饱和。当电磁场足够强时，电磁场还可能干扰检测器单元的机能。在两种情况中，结果都将是由传感器生成的图像的程度或大或小的恶化。

因此，有必要保护传感器免受电磁场干扰并且确保传感器上的唯一的入射光是经由光学器件传递的光。

此外，在许多情况中，要最小化相机模块的成本的压力也很大。

图1表示使用已知的技术制造的微型相机模块1的横截面。

传感器裸片2具有下表面，用于连接到电路板(未显示)的焊锡球3附接在该下表面上。在传感器裸片的顶面上设置传感器阵列4，传感器阵列4附接到微型透镜5。

为了生产彩色传感器，将滤色器罩(未显示)置于传感器阵列4前面。该罩包括被设置为与各个传感器单元具有相同的节距(pitch)的滤色器的区域，使得在每个传感器单元前面具有他自己的滤色器。用于邻近单元的滤色器具有不同的基色，例如红、绿和蓝。当处理图像时，将来自每个邻近单元组(典型而言4个单元)的信息合成用于图像的单个像素的信息。因此，最终的图像具有的分辨率为实际传感器阵列的分辨率的1/4。

在该传感器阵列之外的区域中，将小间隔物6附接到传感器裸片的上表面。该小间隔物还附接到被称为护罩玻璃7的玻璃板的下表面，使得护罩玻璃7被保持为与传感器裸片2平行并且在传感器裸片2上方与之相距微小距离。护罩玻璃7的目的在于保护传感器阵列4的表面免受微粒尤其是在装配处理期间产生的那些微粒的影响。

在护罩玻璃7的上表面上附接间隔物元件8的下端。间隔物元件8具有管状的或方形的横截面并且在传感器阵列外部的区域中与护罩玻璃相接触。

光学元件9附接到间隔物元件8的上端，光学元件9具有聚焦装置，如镜头组件10。聚焦装置10与传感器阵列对准。

光圈罩11附接到光学元件9的上表面，以形成与聚焦装置10和传感器阵列4对准的开口。光圈罩11的目的在于防止由高入射角光线特别是通过聚焦装置10的末端传递的那些高入射角光线产生的虚像。

间隔物元件8具有将聚焦装置10设置在光学元件9上与传感器阵列4相距正确的操作距离的目的。该距离取决于大量参数，如传感器阵列4的总尺寸、传感器阵列4的单元的密度以及聚焦装置10的光学属性。

屏蔽元件12围绕传感器裸片2、护罩玻璃7、间隔物元件8、光学元件9和光圈罩11的组件的四周。屏蔽元件12通过合适的装置如压接和导电胶13附接到传感器裸片的下表面。屏蔽元件12的顶面具有与光圈罩对准的光圈。

屏蔽元件12的目的在于防止电磁场干扰并且阻止进入相机模块的侧面的光。为了有效地达成这些功能，屏蔽元件12是不透明并且导电两者兼备的，并且其通常由金属箔片制成。为了获得有效的法拉第笼，将屏蔽元件12经由导电胶13接地。

屏蔽元件的出现尤其在x-y方向上增加了相机模块占用的体积。此外，这表示在材料本身和安装就位所需的费时的装配步骤这两方面要附加成本。还可能存在于该部分过程相关联的产量损失。

屏蔽元件12代表重量增加。为了减轻这个问题，可能将箔片做得很薄。然而，其不利之处在于使得屏蔽元件很脆弱。并且，如前所述，通过压接胶粘来附接屏蔽元件。该接合在一定程度上是很脆弱的。

这是用于将相机模块1组装到印刷电路板上所需要的操作步骤所要关注的，并且要极其小心以免在该步骤中造成产量损失。

传统上，将该相机模块装配成单独的单元。例如，将间隔物元件8设置在传感器裸片2+护罩玻璃7子装配上并且在其上附加光学元件9。如果一起执行这些步骤，那么在制造成本方面可以获得显著的节约。

如2007/0052827所公开的美国专利申请描述了用于对相机模块的外部进行涂覆的方法。然而，不存在如何将该方法集成到工业装配流程的教导或者该流程的真正的诸多细节。也不存在对涂覆的相机操作的影响的指示。

因此，期望提供一种更小和更坚固的微型相机模块。还期望相机模块在材料和制造方面有较低成本并且可以更容易地组装到期望的设备的印刷电路板上。

发明内容

本文所述的实施方式通过提供一种用于制造相机模块的方法来解决该需求，该方法包括以下步骤：

提供包括传感器裸片晶片、间隔物晶片和光学元件晶片的组件，所述间隔物晶片被设置在所述传感器裸片晶片前面并且所述光学元件晶片被设置在所述间隔物晶片前面；

使用第一厚度的第一锯刀，沿从所述光学元件晶片朝着所述传感器裸片晶片的方向锯开顶切口，该顶切口在到达所述传感器裸片晶片之前停止；并且

使用第二厚度的第二锯刀，沿从所述传感器裸片晶片朝着所述光学元件晶片的方向锯开底切口。

根据一个实施方式，该方法还包括将金属涂层设置在由所述顶切口暴露的表面上，并且将金属涂层设置在由所述底切口暴露的表面上的步骤。

根据一个实施方式，锯开顶切口的所述步骤在达到所述间隔物晶片的厚度时停止。

根据一个实施方式，继续所述底切口的锯开直到所述底切口与所述顶切口接通为止。

根据一个实施方式，将金属涂层设置在所述顶切口的暴露表面的步骤还在所述光学元件晶片的上表面上形成光圈。

根据另一个实施方式，与所述底切口接通的顶切口位于每两个传感器裸片之间。

提供了一种具有外表面的相机模块，包括：

传感器裸片；

玻璃板；

外围间隔物；以及

光学元件，

其中，所述外表面的剖面具有在基本上与所述传感器裸片的平面平行的方向上围绕所述外表面延伸的肩部；并且至少部分地由沉积金属层覆盖所述外表面。

根据一个实施方式，所述外围间隔物在与所述传感器裸片的平面平行的方向上具有厚度变化，使得在所述外围间隔物上形成所述肩部。

根据一个实施方式，所述传感器裸片具有连接所述传感器裸片的顶面和底面的导电圆柱。

根据一个实施方式，本发明所述的模块还包括光圈层。

还提供了一种相机模块，包括：

多个像素阵列；

具有外表面的外围间隔物元件，所述外围间隔物设置在所述模块周围并且在每个像素阵列之间；

多个光学元件，每个光学元件的至少一个设置在像素阵列前面；和

多个滤色器，每个所述滤色器之一设置在每个所述像素阵列之一的前面，其中，每个所述滤色器适合于传输单个颜色并且至少两个所述传感器裸片具有适用于传输不同的颜色的滤色器。

根据一个实施方式，所述表面具有在基本上与所述传感器裸片的平面平行的方向上围绕所述外表面延伸的肩部。

根据一个实施方式，所述传感器阵列位于分离的传感器裸片上。

根据一个实施方式，位于所述传感器裸片之间的所述传感器裸片的表面具有金属涂层。

根据一个实施方式，设置在一个所述传感器阵列前面的全部透明元件能够传输红外辐射，使得所述传感器阵列能够使用所述红外辐射形成图像。

附图说明

从通过参考附图的说明而非限制的方式所给出的下文的实施方式的详细描述，本发明的前述以及其他目的、特征、方面和优点将变得显而易见。

图1表示已知的微型相机模块；

图2a和图2b表示根据一个实施方式的装配流程；

图2c表示图2a的装配流程的一部分的变形；

图3表示根据一个实施方式的相机模块的横截面；

图4a到图4c表示根据另一个实施方式的相机模块的平面图和横截面图；并且

图5表示包括根据一个实施方式的相机模块的设备。

具体实施方式

在下文的描述和附图中，相同的附图标记指示相同的元件。

图2a通过要装配的元件的横截面图的形式表示装配流程的第一部分。

在步骤S1，传感器裸片2、护罩玻璃7、间隔物元件8、光学元件9和光圈罩11全部与在晶片中相同的方式出现。间隔物元件8、光学元件9和光圈罩11的水平节距被选择为与传感器裸片的水平节距相对应，使得最终将获得满意的对准。将间隔物元件8的晶片构造为使得单独的间隔物元件8的垂直中心线基本上位于传感器裸片2的晶片的切割线通道20的中心之上。

已经使用小间隔物6的结构来先前装配传感器裸片2和护罩玻璃7的晶片。

在步骤S2，使用合适的附接技术将前述元件附接在一起。将间隔物元件8的晶片的下侧附接到护罩玻璃7的晶片的上侧。将光学元件9的晶片附接到间隔物元件8的晶片的上侧。

然后将结果所得的晶片堆21安装在支撑结构22上。

必须切割晶片堆21以便产生单独的单元。

该部分过程存在两个困难。

首先，要锯开的材料相当不同。光学元件9的晶片通常是无机玻璃，光圈罩11的晶片是复合材料例如FR4。间隔物元件8的晶片是环氧树脂，并且传感器裸片2的晶片是硅。

其次，从光圈罩11晶片的顶部向下到传感器裸片2的晶片的点的垂直距离相当大，大约2mm。这是由于光学元件9在与传感器阵列4维持特定距离时工作最好这一事实的结果。

具体而言，该距离相对于切口的宽度而言过大。随着传感器裸片2的尺寸降低，该情况变得更加极端，因为光学元件与传感器阵列之间的距离成比例降低。事实上，两者之中任意一者的增加都易于导致该距离的增加。

已发现如果切割半径(刀未被支撑的自由部分)与刀片的厚度的比例接近20∶1，那么刀片振动的风险显著增加。该振动可能导致材料的损害例如破片和破裂。

在步骤S3，执行晶片堆21的部分锯开。向下朝着护罩玻璃7的晶片，锯开光圈罩11和光学元件9的晶片，如圆形锯刀23的横截面表示所示。在传感器裸片2的晶片的切割线通道20之上对准的行中执行该步骤。锯刀23停止在间隔物元件8的水平部分中或者在护罩玻璃7的晶片的厚度中。

锯刀23被选择为能够快速并且干净地切割光学元件9晶片的玻璃，同时在切割光圈罩11和间隔物元件8晶片时不造成太多阻塞。

为了确保避免锯刀23振动，锯刀23典型的安全厚度将会是大约250μm。这比切割线通道20宽得多，切割线通道20的宽度的量级典型地为100μm。使切割线通道20的宽度适应锯刀23的宽度是不经济的，因为这将过分地降低每个晶片上的传感器裸片2的数量。

因此，有可能在可接受的时间内执行该操作同时获得满意的切口。

在步骤S4，用金属涂层24来涂覆切口的内表面。预先将保护罩设置在光圈罩11中的光圈上是明智的，以便保护光学元件9免受金属沉积。普通技术人员将能够执行该部分过程。

该金属化的厚度的量级可以是5-25μm，并且可以使用诸如紧接有不锈钢的铜层的材料，然而其他选择也是有可能的，只要涂层24是耐腐蚀和耐划的。实际上，也可以使用非金属涂覆，只要其具有足够的导电性以及耐腐蚀和耐划。

以阶梯覆盖的要求和涂覆深凹槽的底部的能力为条件来选择沉积技术。化学气相和等离子气相沉积(PVD)是可行的，但是普通技术人员能够做出该选择。

图2b表示该过程的接下来的部分。

在步骤S5，将晶片堆21从支撑结构21分离、翻转并且附接到另一个支撑结构26上。沿传感器裸片2的晶片的切割线通道20锯开传感器裸片2和护罩玻璃7的晶片。继续该锯开直到将传感器裸片2和护罩玻璃7的晶片的完全厚度切割开为止，并且如此产生的切口与用以前的锯开过程所产生的那些切口接通。

锯刀31(横截面中所示的)适用于锯开硅和玻璃。其典型地是大约50μm厚。

在步骤S6，用与以前的沉积类似的方式沉积另一个金属涂层32。如果传感器裸片2的下表面中存在不想要涂覆的区域，例如焊锡球3，那么可以预先将保护罩就位。

能够使用与用于以前的金属涂层24的成分和厚度相同的成分和厚度。但是，这不是必须的并且可能有其他选择，只要他们与凹槽的表面和形式兼容并且与第一金属涂层24具有足够的接触。

通过在传感器裸片的下表面的这样一种位置上设置接地连接以便接触金属涂层32，能够使得金属涂层24、32作为法拉第笼。此外，金属涂层24、32是不透明的，使得保护传感器阵列4免受杂散光束。由于在金属涂层24、32之间在外伸边缘上存在接合，所以将间隔物元件也做成不透明的是有用的。

图2c表示关于第一金属涂层24的沉积步骤的可选择的流程。

省略了光圈罩11的晶片。

在步骤S4b，沉积保护罩层40。这可能与上述的沉积相同，但是将尺寸做得确保正确的光圈。

在步骤S4c，如前所述沉积金属涂层24，并且随后去除保护罩层40。

这允许光圈罩11以及用于附接光圈罩11的步骤的费用节约。

图3表示根据一个实施方式的相机模块50的横截面图。

将不再描述与以前所述的图1相同的特征，即传感器裸片2、传感器阵列4、微型透镜5、小间隔物6、护罩玻璃7、间隔物元件8、光学元件9和光圈元件11。

用金属涂层24、32来代替图1的屏蔽元件13，金属涂层24、32从光圈罩11向下延伸到传感器裸片2的下表面。金属涂层24、32是不透明的并且从而保护传感器阵列4免受杂散光。金属涂层24、32接触传感器裸片2的下表面上的接地连接并且从而可以作为法拉第笼。

传感器裸片2还具有将顶面连接到底面的导电圆柱52。这些可以通过用合适的技术钻孔贯通传感器裸片并且在该孔中设置导电材料来形成。这样，导电圆柱被称为“直通硅晶穿孔”。导电圆柱52允许到传感器阵列4的连接，该连接是成本有效的并且不增加模块的尺寸。

缺少图1的屏蔽元件13意味着已降低了相机模块50的总体尺寸。此外，节约了屏蔽元件13本身以及用于附接屏蔽元件13的步骤的成本。还实现了减重。

更易于操作相机模块50以装配在印刷电路板上，因为外面不再出现与屏蔽元件13相关联的易碎性。

此外，相机模块50的外形在特定情况中呈现有用的特征，因为肩部51可以使得用于装配相机模块50的设备的光学对准系统的作业更容易。

图4a表示具有使用图2的方法来生产的单独的传感器阵列的矩阵60的相机模块的平面图。

将不再描述与图3的实施方式相同的特征。

将(下文中的)传感器裸片2a、2b、2c、2d(该图中未显示)设置成矩阵形式。每个裸片具有传感器阵列4a、4b、4c、4d，在每个传感器阵列上设置光学元件，光学元件包括聚焦装置10a、10b、10c、10d和对应的光圈罩11a、11b、11c、11d。

在该矩阵的外围设置间隔物元件8，间隔物元件8具有肩部51。间隔物元件8还具有在单独的传感器阵列4a、4b、4c、4d之间的内壁80。如前所述用金属涂层24、32来涂覆间隔物元件8的外围部分的外表面。

通常，CMOS传感器芯片具有设置在他们前面的红外(IR)滤色器，因为该传感器元件对IR非常敏感以至于正常日光水平的IR可能损害传感器性能。这意味着难以对日光和IR成像使用相同的相机。

除了其中一个传感器阵列60d不具有IR滤色器之外，该实施方式的每个传感器阵列在他们前面具有单个滤色器。通过并列设置并且组合来自三个传感器阵列4a、4b和4c的图像来实现最终图像。最终图像的分辨率与单独的传感器阵列4a、4b和4c的分辨率相同。

用单个传感器阵列4实现相同的最终图像分辨率将意味着增大传感器阵列4，结果增加传感器阵列4与聚焦装置10之间的距离。这然后将增加模块的高度，这是不希望的。这还将施加涉及聚焦装置的几何形状的其他限制，增加聚焦装置的成本。因此，该实施方式的配置极大地增加了图像分辨率而没有高度增加的不利结果，使其适用于在将高度看得非常重的情况中。

此外，因为其中一个传感器阵列没有IR滤色器，所以其能够使用光谱的IR部分获取图像，使得该相机模块比传统的相机模块更加通用。

缺少IR滤色器不是强制性的，这在于能够尽可能的牺牲IR成像以换取不同的性能特征。

图4b示出了图4a的相机模块60的横截面图。

在单独的传感器裸片2a、2b之间，以参考图2b所示的方式切割凹槽70。该凹槽向上延伸到间隔物元件8的内壁80的下表面。

间隔物元件8的内壁是固态的并且优选地是不透明的。在相机模块60是2乘2矩阵的情况中，隔行地实现步骤S3的从光学元件8向下贯通的切口。对于间隔物元件8的内壁80之上的行，该切口在内壁80的顶部停止。

在凹槽70的外围和内表面之外用前述方式得到金属涂层24、32。金属涂层24也延伸到光圈罩11a、11b的上表面和间隔物元件8的内壁80的上表面。

传感器裸片2a、2b之间的凹槽70用于防止传感器裸片2a、2b之间的串扰。取决于传感器裸片2a、2b的特性和整个模块的规格，可以出现凹槽70，但是凹槽70不是必须的。在该情况中，可以简单地省略该凹槽的切割和相关联的涂覆步骤。

当将本文所示的视图翻转90度看时，用于其他两个传感器裸片2c、2d的设置是类似的。

图4c表示图4a的相机模块60的变形。该实施方式与图4b的实施方式的不同之处在于还执行向下贯通间隔物元件8的内壁80的切割，就像其将用于单一阵列相机模块一样。

图5表示结合了根据实施方式的相机模块的一件便携式设备。该件设备的示例是移动电话和多媒体播放器。

在印刷电路板70的相对面上安装根据图3的实施方式的相机模块50和根据图4a-图4b的相机模块。

将印刷电路板70和两个相机模块50、60装入外壳71中，外壳71具有透明部分72，透明部分72设置在相机模块50、60前面。

通过说明性而非限制性的方式给出前述特征、方面和目的。当然，并非意图将所述实施方式认为是本发明所涉及的唯一的实施方式。

实际上，可以将所述方法经过微小的改变应用于包括本文未描述的元件的相机模块中，或者实际上应用于缺少例如间隔物元件、光学元件或者护罩玻璃的元件的那些相机模块。

描述了传感器阵列的4×4矩阵。但是，同样可以容易地生产其他矩形阵列。

图5的设备被描述为具有两个面向相对方向的根据不同的实施方式的相机模块。但是可以具有更多或更少的相机模块，并且他们可以具有相同的类型。此外，可以将这些相机模块设置在印刷电路板的同侧上。

尽管这样描述了本发明的至少一个说明性的实施方式，但是本领域的技术人员将容易想到各种替换、修改和改进。意图将该替换、修改和改进包括在本发明的精神和范围中。因此，前述描述仅仅作为示例并且并非意图是限制性的。仅仅如所附权利要求书及其等效物所定义的来限制本发明。

Claims (8)

1.一种具有外表面的相机模块(50)，包括：

传感器裸片(2)；

玻璃板(7)；

外围间隔物(8)；以及

光学元件(9)，

其特征在于，所述外表面的剖面具有在与所述传感器裸片的平面平行的方向上围绕所述外表面延伸的肩部(51)，并且

至少部分地由沉积金属层(24、32)覆盖所述外表面，所述金属层延伸到所述传感器裸片的下表面；

其中，所述外围间隔物在与所述传感器裸片的平面平行的方向上具有厚度变化，使得在所述外围间隔物中形成所述肩部。

2.如权利要求1所述的相机模块，其中，所述传感器裸片具有连接所述传感器裸片的顶面和底面的导电圆柱(52)。

3.如权利要求1所述的相机模块，还包括光圈层(11)。

4.如权利要求1所述的相机模块，还包括：

多个像素阵列(4a-d)；

多个光学元件(10a-d)，每个光学元件的至少一个设置在像素阵列前面；并且

多个滤色器，每个所述滤色器之一设置在每个所述像素阵列之一的前面，

其中，外围间隔物元件设置在所述相机模块周围并且在每个像素阵列之间(80)；并且

每个所述滤色器适用于传输单个颜色并且至少两个所述传感器裸片具有适用于传输不同的颜色的滤色器。

5.如权利要求4所述的相机模块，其中，所述外表面具有在与所述传感器裸片的平面平行的方向上围绕所述外表面延伸的肩部。

6.如权利要求4所述的相机模块，其中，所述像素阵列在独立的传感器裸片(2a、2b)上。

7.如权利要求6所述的相机模块，其中，位于所述传感器裸片之间的所述传感器裸片表面具有金属涂层。

8.如权利要求4所述的相机模块，其中，设置在一个所述像素阵列前面的全部透明元件能够传输红外辐射，使得所述像素阵列能够使用所述红外辐射形成图像。