CN103915454A - 具有对齐的ir滤光片和电介质层的图像传感器设备和相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的实施方式涉及具有对齐的IR滤光片和电介质层的图像传感器设备和相关方法。该图像传感器设备可以包括互连层、与互连层相邻并且具有图像感测表面的图像传感器IC以及与图像传感器IC相邻并且在其中具有与图像感测表面对齐的开口的电介质层。该图像传感器设备还包括与图像感测表面相邻并且对齐的IR滤光片以及与电介质层相邻并且侧面围绕IR滤光片的封装材料。

Description

具有对齐的IR滤光片和电介质层的图像传感器设备和相关方法
技术领域
本公开内容涉及电子设备的领域，并且更具体而言涉及图像传感器和相关方法。
背景技术
典型而言，电子设备包括一个或多个用于提供增强的媒体功能的相机模块。例如，典型的电子设备可以将相机模块用于相片获取和视频电话会议。在典型的具有多个相机模块的电子设备中，主相机模块具有高的像素密度和可调整的聚焦透镜系统，同时次相机模块是前置的并且具有低像素密度。并且次相机模块还具有固定聚焦透镜系统。
例如转让给本申请的受让人的Brodie等人的美国专利申请No.2009/0057544公开了一种用于移动设备的相机模块。该相机模块包括透镜、承载透镜的壳体以及在该透镜和壳体上的透镜盖。该相机模块包括用于调整透镜的透镜镜筒机制。在包括一个或多个相机模块的电子设备的制造期间，特别是在大规模生产运行中希望尽可能快地制造该电子设备。
典型的相机模块在多步骤过程中制造。第一步包括半导体处理以提供图像传感器集成电路(IC)。下一步包括用于图像传感器IC和封装的一些形式的测试。可以将图像传感器IC与透镜和可移动镜筒(如果需要)一起组装到相机模块中。可以手动地或经由机器执行相机模块的该组装。例如在使用表面装配组件的电子设备中，贴装(PNP)机器可以将该组件组装到印刷电路板(PCB)上。该单一封装的缺点在于其可能是相对低效的并且还可能需要单独测试每个设备，增加制造时间。
在一些应用中，将图像传感器IC制造为包括红外(IR)滤光片镜片是有用的。在一个方法中，将IR滤光镜片依附到图像传感器IC上。该方法的一个潜在的缺陷在于可能增加设备的总体厚度，对于紧密配合的移动应用而言这可能是不希望的。
参考图1，显示了图像传感器设备20的方法。图像传感器设备20示例性地包括互连层21，互连层上的图像传感器IC22、图像传感器IC与互连层之间的粘接层29、以及多个用于将图像传感器IC耦合到互连层的接合线23a-23b。图像传感器设备20示例性地包括滤光片架25、在滤光片架上的IR滤光片26以及在滤光片架与互连层21直接的粘接层24。图像传感器设备20还示例性地包括在IR滤光片26上的透镜模块27以及用于将透镜模块与滤光片架25耦合在一起的粘接层72。互连层21示例性地包括多个触点71。图像传感器设备20示例性地包括在IR滤光片26与滤光片架25之间的另一个粘接层73。
发明内容
鉴于前文的背景，因此本公开内容的一个目的在于提供一种具有低调外形姿态和增加的图像获取分辨率的图像传感器设备。
由这样一种图像传感器设备提供根据本公开内容的这一以及其他目的、特征和优点，该图像传感器设备可以包括互连层、与该互连层相邻并且具有图像感测表面的图像传感器IC以及与图像传感器IC相邻并且在其中具有与该图像感测表面对齐的开口的至少一个电介质层。该图像传感器设备还可以包括与该图像感测表面相邻并且对齐的IR滤光片以及与该至少一个电介质层相邻并且侧面围绕该IR滤光片的封装材料。该图像传感器设备可以有利地具有更小的外形并且容易制造。
该图像传感器设备还可以包括与该封装材料相邻并且与该IR滤光片对齐的透镜配件。该封装材料可以包括延伸经过其中并且被耦合到该透镜配件的多个导电过孔。
更具体而言，该图像传感器IC可以包括半导体衬底以及延伸经过该半导体衬底的多个导电过孔。该图像传感器设备还可以包括在该图像传感器IC与该至少一个电介质层之间的粘接层。该粘接层可以包括耦合到该多个导电过孔中的至少一个导电过孔的导电材料部分。
该至少一个电介质层可以包括在其中的至少一个导电过孔，并且该图像传感器设备还可以包括在该封装材料中并且被耦合到该至少一个导电过孔的电容器。
在一些实施方式中，该图像传感器IC可以包括在该图像感测表面上的多个微透镜。该互连层可以包括经过该互连层的多个导电过孔，并且该图像传感器IC还可以包括分别耦合到该多个导电过孔的多个触点。该多个触点可以包括例如多个球栅阵列触点。
另一个方面涉及一种制造图像传感器设备的方法。该方法可以包括形成互连层，放置与该互连层相邻并且具有图像感测表面的图像传感器IC，并且形成与图像传感器IC相邻并且在其中具有与该图像感测表面对齐的开口的至少一个电介质层。该方法可以包括放置与该图像感测表面相邻并且对齐的IR滤光片，并且形成与该至少一个电介质层相邻并且侧面围绕该IR滤光片的封装材料。
附图说明
图1是根据现有技术的图像传感器设备的横截面图。
图2是根据本公开内容的图像传感器设备的横截面图。
图3是没有透镜配件的图1的图像传感器设备的俯视图。
图4是图1的图像传感器设备的底视图。
图5是根据本公开内容的图像传感器设备的另一个实施方式的横截面图。
图6是图5的图像传感器设备的底视图。
图7是根据本公开内容的图像传感器设备沿线7-7的另一个实施方式的横截面图。
图8是图7的图像传感器设备的底视图。
图9是根据本公开内容的图像传感器设备的另一个实施方式的底视图。
图10-图18是用于形成图2的图像传感器设备的步骤横截面图。
具体实施方式
下文将参考附图更完整地描述本公开内容，其中在附图中显示了本公开内容的实施方式。但是这些实施方式可以用许多不同形式来实现并且不应该被解释为限于本文所述的实施方式。相反地，提供这些实例以使得本公开内容将是透彻和完整的，并且将全面地向本领域的熟练技术人员表达本公开内容的范围。贯穿全文，相同的附图标记涉及相同的元件，并且在可替换的实施方式中使用上撇记号来指示相似的元件。
首先参考图2-图4，现在描述根据本公开内容的图像传感器设备30。所示图像传感器设备30示例性包括互连层31、与互连层相邻并且具有图像感测表面61的图像传感器IC33，以及与图像传感器IC相邻并且在其中具有与图像感测表面对齐的开口的电介质层41。
电介质层41示例性地包括在其中的导电过孔42。图像传感器设备30示例性地包括在封装材料43中并且被电耦合到电介质层41中的导电过孔42的电容器44。该导电过孔42具有暴露的侧面触点，用于提供到其他组件的快速连接。
图像传感器设备30示例性地包括与图像感测表面61相邻并且与之对齐的IR滤光片45以及在电介质层41上并且侧面围绕IR滤光片的封装材料43。封装材料43与IR滤光片45的上表面齐平。IR滤光片45可以包括在其上具有IR涂层的镜片层。图像传感器设备30包括与封装材料43相邻并且与IR滤光片45对齐的透镜配件47，以及在透镜模块与封装材料之间的粘接层46。透镜模块47示例性地包括壳体62、由壳体承载的透镜镜筒48以及由透镜镜筒承载的多个透镜51a-51b。壳体62可以包括用于调整透镜镜筒48的位置的透镜致动器(未显示)。
更具体而言，图像传感器IC33示例性地包括半导体衬底35(例如硅通孔(TSV)衬底)、多个经过其延伸的导电过孔34a-34b以及耦合到导电过孔的多个触点39a-39b。在所示实施方式中，图像传感器IC33包括在图像感测表面61上的多个微透镜36a-36b。
图像传感器设备30示例性地包括在图像传感器IC33与电介质层41之间的粘接层37。粘接层37示例性地包括在其中定有具有导电材料部分38(例如导电团)的凹陷。导电材料部分38被通过多个导电过孔各自的触点34b耦合到其中一个导电过孔34b。互连层31示例性地包括多个经过其并且被耦合到图像传感器IC33的多个导电过孔34a-34b的导电过孔(衬垫、登陆触点)32a-32b。
图像传感器设备30可以有利地提供与图像传感器IC33具有相同的尺寸的相机模块。该实施方式去除了现有技术的典型的接合线，因而压缩了设备的尺寸并且改善了可靠性。具体而言，图像传感器设备30的横向尺寸比图像传感器IC的横向尺寸宽不了多少。并且，成像表面61与导电过孔32a-32b之间的空间可以小于50μm，而不是现有技术设备的＞300μm。图像传感器设备30可以提供集成电磁屏蔽和嵌入式无源设备。
现在参考图5-图6来描述图像传感器设备的30’另一个实施方式。在图像传感器设备的30’的该实施方式中，关于图2-图4已经描述的那些元件被给予上撇记号并且在这里大部分不需要进一步的讨论。该实施方式与以前的实施方式的不同之处在于图像传感器设备30’还包括多个分别耦合到多个导电过孔32a’-32b’的触点52a’-52b’。例如在所示实施方式中，多个触点52a’-52b’包括多个球栅阵列触点，但是在其他实施方式中，可以使用其他触点类型。在该实施方式中，图像传感器设备的30’还可以提供具有焊接球/焊接团等等的可回流相机模块。
现在参考图7-图8来描述图像传感器设备的30”另一个实施方式。在图像传感器设备的30”的该实施方式中，关于图2-4已经描述的那些元件被给予双上撇记号并且在这里大部分不需要进一步的讨论。该实施方式与以前的实施方式的不同之处在于图像传感器设备的30”还包括封装材料43”，封装材料43”包括延伸经过其中并且被耦合到透镜配件(未显示)的多个导电过孔54a”-54b”。导电过孔54a”-54b”可以形成用于耦合到电磁屏蔽或连接到透镜配件47中的致动器(例如自动聚焦装置、缩放)的衬垫。
现在参考图9来描述图像传感器设备的30”’另一个实施方式。在图像传感器设备的30”’的该实施方式中，关于图2-图4已经描述的那些元件被给予三重上撇记号并且在这里大部分不需要进一步的讨论。该实施方式与以前的实施方式的不同之处在于延伸经过封装材料43”’的多个导电过孔54a”’-54b”’是矩形的并且提供更大的表面触点。
现在参考图10-图18来描述一种用于制造图像传感器设备30的方法。该方法包括形成互连层31；放置与互连层相邻并且具有图像感测表面的图像传感器IC33；并且形成与图像传感器IC相邻并且在其中具有与图像感测表面61对齐的开口的至少一个电介质层41。该方法可以包括放置与图像感测表面61相邻并且对齐的IR滤光片45；以及形成与该少一个电介质层41相邻并且侧面围绕IR滤光片的封装材料43。
具体而言，在晶片层执行该过程，因而提供有效的制造过程。在所示实施方式中，仅制造3个图像传感器设备30，但是将容易认识到使用晶片层处理可以同时制造更多个图像传感器设备30。该方法示例性地包括提供载体层55(例如镜片层)和在其上的粘接层56。该方法示例性地包括在粘接层56上放置IR滤光片45和电容器44。该方法示例性地包括将封装材料43形成为覆盖电容器44并且围绕IR滤光片45。该方法示例性地包括形成电介质层41和电介质层41中的导电过孔42，以及在电介质层上形成粘接层37。该方法还包括在粘接层37中限定的各个凹陷中形成导电材料部分38。该方法示例性地包括将包括多个图像传感器IC33的晶片57放置到粘接层37上，并且在图像传感器IC晶片的背面上形成互连层31。该方法可以包括碾磨晶片57的衬底35的厚度，并且在其中形成重分配层。方法还示例性地包括使用锯子58分割图像传感器IC30。在分割之后，该方法示例性地包括在封装材料43上形成粘接层46，并且在粘接层上防止透镜配件47。
受益于前述说明书和相关联附图中给出的教导的本领域的熟练技术人员将容易想到本公开内容的许多改进和其他实施方式。因此，要理解本公开内容不限于所公开的具体实施方式，该修改和实施方式意图被包括在所附权利要求的范围中。

Claims (24)

1.一种图像传感器设备，包括：
互连层；
与所述互连层相邻并且具有图像感测表面的图像传感器集成电路(IC)；
与所述图像传感器IC相邻并且在其中具有与所述图像感测表面对齐的开口的至少一个电介质层；
与所述图像感测表面相邻并且对齐的红外(IR)滤光片；以及
与所述至少一个电介质层相邻并且侧面围绕所述IR滤光片的封装材料。
2.如权利要求1所述的图像传感器设备，还包括与所述封装材料相邻并且与所述IR滤光片对齐的透镜配件。
3.如权利要求2所述的图像传感器设备，其中，所述封装材料包括延伸经过所述封装材料并且被耦合到所述透镜配件的多个导电过孔。
4.如权利要求1所述的图像传感器设备，其中，所述图像传感器IC包括半导体衬底以及延伸经过所述半导体衬底的多个导电过孔。
5.如权利要求4所述的图像传感器设备，还包括在所述图像传感器IC与所述至少一个电介质层之间的粘接层，所述粘接层包括耦合到所述多个导电过孔中的至少一个导电过孔的导电材料部分。
6.如权利要求1所述的图像传感器设备，其中，所述至少一个电介质层包括在其中的至少一个导电过孔；并且还包括在所述封装材料中并且被耦合到所述至少一个导电过孔的电容器。
7.如权利要求1所述的图像传感器设备，其中，所述图像传感器IC包括在所述图像感测表面上的多个微透镜。
8.如权利要求1所述的图像传感器设备，其中，所述互连层包括经过所述互连层的多个导电过孔，并且还包括分别耦合到所述多个导电过孔的多个触点。
9.如权利要求8所述的图像传感器设备，其中，所述多个触点包括多个球栅阵列触点。
10.一种图像传感器设备，包括：
互连层；
与所述互连层相邻并且包括图像感测表面和在所述图像感测表面上的多个微透镜的图像传感器集成电路(IC)；
与所述图像传感器IC相邻并且在其中具有与所述图像感测表面对齐的开口的至少一个电介质层；
与所述图像感测表面相邻并且对齐的红外(IR)滤光片；
与所述至少一个电介质层相邻并且侧面围绕所述IR滤光片的封装材料；以及
与所述封装材料相邻并且与所述IR滤光片对齐的透镜配件。
11.如权利要求10所述的图像传感器设备，其中，所述封装材料包括延伸经过所述封装材料并且被耦合到所述透镜配件的多个导电过孔。
12.如权利要求10所述的图像传感器设备，其中，所述图像传感器IC包括半导体衬底以及延伸经过所述半导体衬底的多个导电过孔。
13.如权利要求12所述的图像传感器设备，还包括在所述图像传感器IC与所述至少一个电介质层之间的粘接层，所述粘接层包括耦合到所述多个导电过孔中的至少一个导电过孔的导电材料部分。
14.如权利要求10所述的图像传感器设备，其中，所述至少一个电介质层包括在其中的至少一个导电过孔；并且还包括在所述封装材料中并且被耦合到所述至少一个导电过孔的电容器。
15.如权利要求10所述的图像传感器设备，其中，所述互连层包括经过所述互连层的多个导电过孔，并且还包括分别耦合到所述多个导电过孔的多个触点。
16.一种用于制造图像传感器设备的方法，包括：
形成互连层；
放置与所述互连层相邻并且具有图像感测表面的图像传感器集成电路(IC)；
形成与所述图像传感器IC相邻并且在其中具有与所述图像感测表面对齐的开口的至少一个电介质层；
放置与所述图像感测表面相邻并且对齐的红外(IR)滤光片；以及
形成与至少一个电介质层相邻并且侧面围绕所述IR滤光片的封装材料。
17.如权利要求16所述的方法，还包括放置与所述封装材料相邻并且与所述IR滤光片对齐的透镜配件。
18.如权利要求17所述的方法，还包括将所述封装材料形成为包括延伸经过所述封装材料并且被耦合到所述透镜配件的多个导电过孔。
19.如权利要求16所述的方法，其中，所述图像传感器IC包括半导体衬底以及延伸经过所述半导体衬底的多个导电过孔。
20.如权利要求19所述的方法，还包括形成在所述图像传感器IC与所述至少一个电介质层之间的粘接层，所述粘接层包括耦合到所述多个导电过孔中的至少一个导电过孔的导电材料部分。
21.如权利要求16所述的方法，其中，所述至少一个电介质层包括在其中的至少一个导电过孔；并且还包括放置在所述封装材料中并且被耦合到所述至少一个导电过孔的电容器。
22.如权利要求16所述的方法，其中，所述图像传感器IC包括在所述图像感测表面上的多个微透镜。
23.如权利要求16所述的方法，还包括：
将所述互连层形成为包括经过所述互连层的多个导电过孔；以及
形成分别耦合到所述多个导电过孔的多个触点。
24.如权利要求23所述的方法，其中，所述多个触点包括多个球栅阵列触点。
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