CN103066061B - 相机模块及包括相机模块的系统 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种相机模块及一种包括所述相机模块的系统。本发明的实施例描述安置在晶片级相机模块之上的电磁干扰EMI屏蔽罩盖。所述相机模块包含具有多个成像像素的衬底，安置在所述衬底的顶侧上的成像透镜单元及安置在所述衬底的底侧上的多个导电连接件，其中所述导电连接件中的至少一者包括接地连接件。所述衬底进一步包含在所述衬底的所述顶侧上可进入且以通信方式耦合到所述接地连接件的穿硅通孔TSV。所述EMI屏蔽件以通信方式耦合到所述TSV，且因此耦合到数码相机模块的所述接地连接件。

Description

相机模块及包括相机模块的系统
技术领域
本发明大体上涉及相机模块，且更特定地但并不只是涉及具有集成电磁干扰(EMI)保护的数码相机模块。
背景技术
具有图像捕捉能力的移动电子装置(例如蜂窝式电话)变得越来越流行。用于制作图像传感器且尤其互补金属氧化物半导体(CMOS)及电荷耦合装置(CCD)图像传感器的技术已持续快速进步。对于较高分辨率、较低电力消耗及较小装置的需求已助长图像传感器及构成数码相机模块所需要的其它相关联的元件的进一步的小型化及集成。
许多数码相机模块需要保护以免受当相机靠近其它电子组件安装时可能发生的电磁干扰(EMI)。图1是现有技术相机模块的说明。相机模块100包括印刷电路板型衬底101，布置在衬底102上的图像传感器，安置在图像传感器上的玻璃盖板103，及定位在玻璃盖板之上的透镜固持组合件104。
金属支撑壳110覆盖透镜固持组合件104及图像传感器衬底102，且焊接到PCB衬底101的接地连接件。金属支撑壳可提供EMI保护以及防震保护。如所示，这种类型的独立屏蔽组件变得比相机模块自身更大且更重。同样，金属屏蔽壳典型通过折弯及按压过程的组合来制作，其将壳形状限制为全部覆盖相机模块的矩形柱。对于小、薄、轻质便携式装置，这是不适宜的解决方案。
发明内容
本发明的实施例可包含一种相机模块。所述相机模块包括：衬底，其包含多个成像像素；成像透镜单元，其安置在所述衬底的顶侧上；多个导电连接件，其安置在所述衬底的底侧上，其中所述导电连接件中的至少一者包括接地连接件；穿硅通孔(TSV)，其延伸穿过通过所述衬底且从所述衬底的所述顶侧可进入且以通信方式耦合到在所述底侧上的所述接地连接件；及电磁干扰(EMI)屏蔽罩盖，其安置在所述成像透镜单元之上且以通信方式耦合到所述TSV。
本发明的另一实施例可包含一种系统，所述系统包括数码相机模块。所述数码相机模块包含：图像传感器衬底，其具有多个成像像素；成像透镜单元，其安置在所述图像传感器衬底的顶侧上；及多个导电连接件，其安置在所述图像传感器衬底的底侧上，其中所述导电连接件中的至少一者包括接地连接件；穿硅通孔(TSV)，其延伸穿过通过所述衬底且从所述衬底的所述顶侧可进入且以通信方式耦合到在所述底侧上的所述接地连接件。所述系统进一步包括电磁干扰(EMI)屏蔽罩盖，其安置在所述数码相机模块之上且耦合到所述图像传感器衬底的所述TSV；及印刷电路板(PCB)衬底，其耦合到所述多个导电连接件以接收来自所述数码相机模块的图像数据。
附图说明
本发明内容的非限制及非详尽实施例参考下文图式而描述，其中除非另有指明，否则贯穿多种视图的相同参考数字指的是相同部件。
图1是现有技术相机模块的说明。
图2说明根据本发明内容的实施例的数码相机模块。
图3说明根据本发明内容的实施例的数码相机模块的剖面图。
图4说明根据本发明内容的实施例的具有集成EMI屏蔽的数码相机组合件。
图5说明根据本发明内容的实施例的具有集成EMI屏蔽的数码相机组合件。
图6说明根据本发明内容的实施例的成像系统。
具体实施方式
本文描述具有集成电磁干扰(EMI)保护的低高度的相机模块的实施例。在下文描述中，陈述许多详细细节以提供对实施例的透彻理解。然而所属相关领域的技术人员将认识到可在没有一个或一个以上所述详细细节的情况下或与其它方法、组件、材料等一起实践本文描述的技术。在其它例子中，众所周知的结构、材料或操作未详细展示或描述，以避免模糊某些方面。
贯穿本说明书所涉及的“一个实施例”或“一实施例”意思是结合所述实施例所描述的特定特征、结构或特性包含在本发明的至少一个实施例中。因此，贯穿本说明书在多处出现的词组“在一个实施例中”或“在一实施例中”并非必要地均指同一实施例。此外，特定特征、结构或特性可在一个或一个以上实施例中以任意适宜方式组合。如在本文中使用的术语“或”通常意味着涵盖包含性功能(比如“及/或”)的意思。
图2说明根据本发明内容的实施例的数码相机模块。数码相机模块可一件一件地制作及装配，或用晶片级相机(WLC)技术制作及装配。在WLC技术中，许多光学组件可在包括硅、玻璃或塑料的衬底晶片上制作。这些光电子晶片与互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器晶片安装在一起且接着切割成单个相机模块。使用可得的半导体技术，完成的相机(包含光学元件)可以晶片级来制作及封装。通过用完全自动的晶片级处理来代替许多的人工操作，WLC技术降低了制作及封装成本，且改进了质量。
晶片级相机模块200包含传感器封装202，及安置在传感器封装的顶部上的透镜组合件204(具有一个或一个以上透镜)。在此实施例中，透镜组合件204是立方体形状。在其它实施例中，透镜组合件可包括配合在传感器封装202之上的任何形状(例如圆柱形、无限制的造型等)。传感器封装202的厚度可小于透镜立方体204的厚度，但传感器封装202的宽度可大于透镜立方体204的宽度。在其它实施例中，传感器封装202与透镜立方体204的宽度可相同。此外，其它大小及形状组合是可能的。
图3说明根据本发明内容的实施例的数码相机模块的剖面图。相机组合件300包含透镜立方体304、图像传感器封装302及印刷电路板(PCB)衬底306。PCB 306包含安置在其表面上以将图像传感器封装302连接到其它电路元件(即，与主机移动电话或平板计算机装置的其它组件交换数据的电路)的金属迹线310。
传感器封装302包含图像传感器衬底312，图像传感器衬底312可包含多个图像传感器。在一些实施例中，所述多个图像传感器可为安置在图像传感器衬底312内的成像像素的前侧照明(FSI)阵列，其中每一FSI成像像素包含光电二极管区域，其用于响应于在FSI阵列的前侧上入射的光而积累图像电荷。在一些实施例中，安置在图像传感器衬底312内的FSI成像像素中的每一者同样可包含在光电二极管区域下面安置在图像传感器衬底的前侧上且经光学对准以聚焦从前侧接收到光电二极管区域上的光的微透镜，及安置在微透镜与光电二极管区域之间以过滤从前侧接收的光的滤色器。
在其它实施例中，所述多个图像传感器可为安置在图像传感器衬底312内的成像像素的背侧照明(BSI)阵列，其中每一BSI成像像素包含光电二极管区域，其用于响应于在BSI阵列的背侧上入射的光而积累图像电荷。在一些实施例中，安置在图像传感器衬底312内的BSI成像像素中的每一者同样可包含在光电二极管区域下面安置在图像传感器衬底的背侧上且经光学对准以聚焦从背侧接收到光电二极管区域上的光的微透镜，及安置在微透镜与光电二极管区域之间以过滤从背侧接收的光的滤色器。
在此实施例中，罩盖玻璃314安置在图像传感器衬底312之上，用粘合剂316固定。焊球318将图像传感器衬底312既在电上又在结构上连接到PCB 306的金属迹线310。焊球318可经由各种工艺(例如，使用回流工艺，使用球栅阵列布置，使用倒装芯片技术，使用接合线，及/或类似者)以通信方式耦合到图像传感器衬底312。
在一些例子中，当相机组合件300遭受EMI时，此EMI可发射到传感器封装302-明确地是发射到图像传感器衬底312，从而产生电噪声，这可导致图像降级。本发明的实施例提供符合移动应用需求的具有集成EMI保护的小相机模块(例如相机模块300)。
图4说明根据本发明内容的实施例的具有集成EMI屏蔽的数码相机组合件。相机模块400包含透镜立方体404、图像传感器衬底412及PCB衬底406。所述PCB包含安置在其表面上的金属迹线410，其可操作以将图像传感器衬底412通过焊球418连接到其它系统电路元件。
图像传感器衬底412通过粘合剂结构416直接固定到透镜立方体404。因此，代替如图3中展示的罩盖玻璃314，数码相机模块400仅包含隔开透镜立方体404与图像传感器衬底412的最小空隙。在这个实施例中，在没有罩盖玻璃的情况下，为相机模块400提供了低高度。
为了提供保护免受EMI，保护封围物401固定到透镜立方体404。封围物401是由金属制成的罐式屏蔽件，且除了一个用于光通过的开口外无开口，以使得没有电磁场可穿透封围物。在此实施例中，封围物401具有顶部片元件及四个侧壁。所述侧壁无开口。顶部片元件具有中心开口以允许光及图像经过而进入相机模块400。
EMI保护封围物401可通过在透镜立方体404的顶部表面上滴涂胶水402，通过表面到表面配合而在透镜立方体404之上安置封围物401，及固化胶水402，而固定到透镜立方体404。封围物401可通过中间电馈通结构420来形成到PCB 406的表面上的金属迹线410的电连接。
在此实施例中，不是如图1的现有技术相机模块100中展示的直接接触PCB 406，而是保护封围物401接触图像传感器衬底412的其中形成金属着陆衬垫417的顶部表面。在封围物401与衬垫417之间的电连接可用导电粘合剂(其未展示)或其它已知的电连接方法来促成。
图4另外说明馈通420的展开图。展开图展示穿过图像传感器衬底412形成的孔或通孔，所述孔或通孔在其侧上由绝缘体413加衬。所述通孔可经由已知芯片级封装厂CSP”)或穿硅通孔(“TSV”)工艺形成。金属层414在绝缘体413之上形成且沿着衬底412的下部表面延伸以连接到焊球418。金属层414同样连接到金属衬垫417，金属衬垫417与封围物401直接电接触。绝缘层411可沿着衬底412的顶部表面横向地包围金属衬垫417。
结构完整性及电绝缘可通过层415的形成而促成，层415填充通孔且可由焊接掩模材料或另一方便的绝缘材料组成。封围物401的沿着衬底410的顶部表面从其垂直部件离开的水平延伸可在其它位置修改，且(举例来说)在这些位置移除以阻止与可能未经指派用于EMI保护的馈通(例如馈通420)的不需要的电接触。此类其它馈通可经指派用于(举例来说)图像传感器所需要的电源及信号功能，其同样可利用到在衬底402的下表面上的类似指派的焊球的电连接。
图5说明根据本发明内容的实施例的具有集成EMI屏蔽的数码相机组合件。相机组合件500类似于图4的相机组合件400，除了EMI保护是由EMI涂层501提供，EMI涂层501可直接在透镜立方体404的外表面、粘合剂416及图像传感器衬底412的上表面上、尤其在金属衬垫417上形成。在沉积EMI涂层501之前，放置适当的掩蔽结构，(举例来说)放置在透镜立方体404的顶部处的透镜开口之上及已经指派用于除EMI保护外的功能的类似于金属衬垫417的金属衬垫上面。EMI涂层501可通过溅镀或喷涂或镀敷或若干其它通常已知的薄膜沉积工艺来沉积。上述的掩蔽结构可在EMI涂层501的沉积之后移除。
图6说明根据本发明内容的实施例的成像系统。系统600如所说明包含光学元件601，其可包含折射、衍射或反射光学元件或这些的组合，其耦合到图像传感器602以聚焦图像到图像传感器的像素阵列604中的像素上。像素阵列604捕捉图像且成像系统600的其余部分处理来自图像的像素数据。通过本发明的上述实施例中的任一者，可保护光学元件601及图像传感器602免受EMI干扰。
像素传感器602包含像素阵列604及信号读取(即，读出)及处理电路610。在一个实施例中，图像传感器602是包含像素阵列604的BSI图像传感器，像素阵列604是二维的且包含以行606及列608布置的多个像素，但在其它实施例中，图像传感器602可为FSI图像传感器或组合了BSI与FSI的图像传感器。
在像素阵列604捕捉图像的操作期间，像素阵列604中的每一像素在某一曝光周期期间捕捉入射光(即，光子)且将收集的光子转换为电荷。由每一像素产生的电荷可被读出为模拟信号，且所述模拟信号的特性(例如其电荷、电压或电流)代表在曝光周期期间入射在像素上的光的强度。
所说明的像素阵列604是规则形状的，但在其它实施例中，所述阵列可具有不同于所展示情况的规则或不规则布置且可包含比所展示情况更多或更少的像素、行及列。而且，在不同的实施例中，像素阵列604可为经设计以捕捉光谱的可见部分内的图像的包含红、绿及蓝像素的色彩图像传感器，或可为黑白图像传感器及/或经设计以捕捉光谱的不可见部分内(例如红外线或紫外线)的图像的图像传感器。
图像传感器602包含信号读取与处理电路610。除了别的之外，电路610可包含井然有序地从每一像素读取模拟信号，过滤这些信号，对有缺陷的像素进行校正等等的电路及逻辑。在其中电路610仅执行一些读取与处理功能的实施例中，剩余的功能可由一个或一个以上其它组件(例如信号调整器612或数字信号处理器(DSP)616)来执行。尽管图中展示为与像素阵列604分开的元件，但是在一些实施例中，读取与处理电路610可与像素阵列604集成在同一衬底上或可包括嵌入在像素阵列内的电路及逻辑。然而，在其它实施例中，读取与处理电路610可为如图中展示的在像素阵列604之外的元件。在再其它实施例中，读取与处理电路610可为不仅在像素阵列604之外而且在图像传感器602之外的元件。
信号调整器612以通信方式耦合到图像传感器602以接收及调整来自像素阵列604及来自读取与处理电路610的模拟信号。在不同的实施例中，信号调整器612可包含各种组件用于调整模拟信号。可在信号调整器中建立的组件的实例包含滤波器、放大器、补偿电路、自动增益控制等。在其中信号调整器612仅包含这类元件中的某些且仅执行某些调整功能的实施例中，剩余的功能可由一个或一个以上其它组件(例如电路610或DSP 616)来执行。模/数转换器(ADC)614以通信方式耦合到信号调整器612以从信号调整器612接收对应于像素阵列604中的每一像素的经调整的模拟信号，且将这些模拟信号转换为数字值。
DSP 616以通信方式耦合到模/数转换器614以从ADC 614接收经数字化的像素数据且处理所述数字数据以产生最终的数字图像。DSP 616可包含处理器及内部存储器，在所述内部存储器中其可存储及检索数据。在图像由DSP 616处理后，其可输出到存储单元618(例如快闪存储器或者光学或磁存储单元)及显示器单元620(例如LCD屏幕)中的一者或两者。
本发明的所说明的实施例的上文描述(包含摘要中所描述)并非意欲为详尽的，或将本发明限制于所揭示的精确形式。尽管本文描述本发明的特定实施例及实例以用于说明的目的，但如所属相关领域的技术人员将认识到，在本发明的范围内的各种修改是可能的。
可鉴于上文详细的描述而对本发明做出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限制于说明书中所揭示的特定实施例。相反，本发明的范围完全由所附权利要求书决定，其是根据权利要求书解释的确立的教义而解释。

Claims (20)

1.一种相机模块，其包括：
单个未分开的图像传感器衬底，其包含安置在所述图像传感器衬底中的多个成像像素，其中每个成像像素包含光电二极管区域，所述光电二极管区域用于响应于入射在所述光电二极管上的光而积累图像电荷；
成像透镜单元，其安置在所述衬底的顶侧上；
多个导电连接件，其安置在所述衬底的底侧上，其中所述导电连接件中的至少一者包括接地连接件；
穿硅通孔TSV，其延伸穿过所述衬底且从所述衬底的所述顶侧可进入且以通信方式耦合到在所述底侧上的所述接地连接件；及
电磁干扰EMI屏蔽罩盖，其安置在所述成像透镜单元之上，与所述衬底的上表面接触且沿着所述衬底的上表面延伸，且以通信方式耦合到所述TSV。
2.根据权利要求1所述的相机模块，其中所述EMI屏蔽罩盖包括金属罐型屏蔽件。
3.根据权利要求1所述的相机模块，其中所述EMI屏蔽罩盖包括沉积在所述相机模块之上的金属涂层。
4.根据权利要求3所述的相机模块，其中所述金属涂层包括经由溅镀沉积工艺沉积在所述相机模块之上的金属层。
5.根据权利要求1所述的相机模块，其中所述成像透镜单元包括透镜立方体。
6.根据权利要求1所述的相机模块，其中所述多个导电连接件包括多个焊球。
7.根据权利要求1所述的相机模块，其进一步包括：
用于所述多个成像像素中的每一者的多个微透镜，其安置在所述衬底上以聚焦接收到相应成像像素上的光；及
用于所述多个成像像素中的每一者的多个滤色器，其安置在所述相应成像像素与其微透镜之间以过滤所述光。
8.根据权利要求7所述的相机模块，其进一步包括安置在所述多个微透镜与所述透镜单元之间的空隙。
9.根据权利要求1所述的相机模块，其中所述多个成像像素包括前侧照明FSI成像像素阵列。
10.根据权利要求1所述的相机模块，其中所述多个成像像素包括背侧照明BSI成像像素阵列。
11.一种成像系统，其包括：
数码相机模块，其包含：
单个未分开的图像传感器衬底，其具有设置在所述图像传感器衬底中的多个成像像素，其中每个成像像素包含光电二极管区域，所述光电二极管区域用于响应于入射在所述光电二极管上的光而积累图像电荷；
成像透镜单元，其安置在所述图像传感器衬底的顶侧上；及
多个导电连接件，其安置在所述图像传感器衬底的底侧上，其中所述导电连接件中的至少一者包括接地连接件；
穿硅通孔TSV，其延伸穿过所述衬底且从所述衬底的所述顶侧可进入且以通信方式耦合到在所述底侧上的所述接地连接件；
电磁干扰EMI屏蔽罩盖，其安置在所述数码相机模块之上，与所述衬底的上表面接触且沿着所述衬底的上表面延伸，且耦合到所述图像传感器衬底的所述TSV；及
印刷电路板PCB衬底，其耦合到所述多个导电连接件以接收来自所述数码相机模块的图像数据。
12.根据权利要求11所述的系统，其中所述EMI屏蔽罩盖包括金属罐型屏蔽件。
13.根据权利要求11所述的系统，其中所述EMI屏蔽罩盖包括沉积在晶片级相机模块之上的金属涂层。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述金属涂层包括经由溅镀沉积工艺沉积在所述晶片级相机模块之上的金属层。
15.根据权利要求11所述的系统，其中所述成像透镜单元包含透镜立方体。
16.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个导电连接件包括多个焊球。
17.根据权利要求11所述的系统，所述数码相机模块进一步包括：
用于所述多个成像像素中的每一者的多个微透镜，其安置在所述图像传感器衬底上以聚焦接收到相应成像像素上的光；及
用于所述多个成像像素中的每一者的多个滤色器，其安置在所述相应成像像素与其微透镜之间以过滤所述光。
18.根据权利要求17所述的系统，所述数码相机模块进一步包括安置在所述多个微透镜与所述透镜单元之间的空隙。
19.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个成像像素包括前侧照明FSI成像像素阵列。
20.根据权利要求11所述的系统，其中所述多个成像像素包括背侧照明BSI成像像素阵列。
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