CN105206632A - 晶片级阶梯式传感器固持器 - Google Patents

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Abstract

本申请案涉及一种晶片级阶梯式传感器固持器。尤其，本发明涉及一种包含接合到间隔件的图像传感器的装置。所述间隔件具有在所述间隔件的第一端处的内部壁中界定阶梯及凹部的经薄化壁。所述图像传感器在所述间隔件的所述凹部内接合到所述阶梯，使得所述图像传感器完全接受于所述间隔件的所述凹部内。玻璃晶片安装于所述间隔件的第二端上。透镜安装于所述玻璃晶片上，使得经由所述透镜将光引导到所述图像传感器。

Description

晶片级阶梯式传感器固持器
技术领域
本发明一般来说涉及图像传感器。更具体来说，本发明的实施例涉及晶片级相机模块。
背景技术
晶片级相机模块为具有小的占用面积且可用于例如(举例来说)移动电话、笔记型计算机、平板计算机及类似物的应用中的相机模块。晶片级相机模块包含用以将图像聚焦的光学器件及用于感测图像的图像传感器。为了捕获高质量图像，相机模块的光学器件通常包含由玻璃晶片及/或间隔件分离的数个透镜。所述透镜堆叠成透镜堆叠。所述透镜堆叠安置于图像传感器模块上。所述透镜堆叠及所述图像传感器模块封围于还可称为固持器的圆筒内。
已不断努力来减小相机模块大小以及晶片级相机模块的制造及组装的生产成本。随着组装相机模块所需的步骤的数目增加，组装相机模块所需的时间增加，此增加生产相机模块的成本。因此，晶片级相机模块及可减小用以组装晶片相机模块的步骤的数目的晶片级相机模块组装方法为合意的。此外，具有较少部件及经减小相机模块大小的晶片级相机模块也为合意的。
发明内容
本申请案的一个方面涉及一种装置，其包括：图像传感器；间隔件，其具有在所述间隔件的第一端处的内部壁中界定阶梯及凹部的经薄化壁，其中所述图像传感器在所述间隔件的所述凹部内接合到所述阶梯，使得所述图像传感器完全接受于所述间隔件的所述凹部内；玻璃晶片，其安装于所述间隔件的第二端上；及透镜，其安装于所述玻璃晶片上，其中经由所述透镜将光引导到所述图像传感器。
本申请案的另一方面涉及一种成像系统，其包括：图像传感器，其包含其中布置有多个像素单元的像素阵列；间隔件，其具有在所述间隔件的第一端处的内部壁中界定阶梯及凹部的经薄化壁，其中所述图像传感器在所述间隔件的所述凹部内接合到所述阶梯，使得所述图像传感器完全接受于所述间隔件的所述凹部内；玻璃晶片，其安装于所述间隔件的第二端上；及透镜，其安装于所述玻璃晶片上，其中经由所述透镜将光引导到所述图像传感器；控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素单元读出图像数据。
附图说明
参考以下各图描述本发明的非限制性及非穷尽性实施例，其中除非另有规定，否则遍及各个视图相同元件符号指代相同部件。
图1是典型晶片级相机模块的图解说明。
图2图解说明根据本发明的教示的包含具有带界定阶梯及接受图像传感器的凹部的经薄化壁的间隔件的透镜堆叠的一个实例性晶片级相机模块。
图3图解说明根据本发明的教示的包含于实例性晶片级相机模块中的像素单元的实例性示意图。
图4图解说明根据本发明的教示的包含具有实例性透镜堆叠的实例性晶片级相机模块的成像系统的实例。
具体实施方式
如将展示，揭示根据本发明的教示的提供包含具有带界定阶梯及接受图像传感器的凹部的经薄化壁的间隔件的透镜堆叠的晶片级相机模块的方法及装置。在以下说明中，陈述众多特定细节以便提供对本发明的透彻理解。然而，所属领域的技术人员将明了，无需采用所述特定细节来实践本发明。在其它例子中，尚未详细描述众所周知的材料或方法以便避免使本发明模糊。
本说明书通篇对“一个实施例”、“一实施例”、“一个实例”或“一实例”的提及意指结合所述实施例或实例所描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇的各个地方中出现的短语“在一个实施例中”、“在一实施例中”、“一个实例”或“一实例”未必全部指代同一实施例或实例。此外，在一或多个实施例或实例中，可以任何适合组合及/或子组合来组合所述特定特征、结构或特性。特定特征、结构或特性可包含于集成电路、电子电路、组合式逻辑电路或提供所描述功能性的其它适合组件中。另外，应了解，此处所提供的图是出于向所属领域的技术人员解释的目的且图式未必按比例绘制。
揭示根据本发明的教示的针对于包含具有带界定阶梯及接受图像传感器的凹部的经薄化壁的间隔件的透镜堆叠的晶片级相机模块的实例性方法及装置。如将了解，根据本发明的教示的晶片级相机模块及晶片级相机模块组装方法可提供具有经减小大小、经减小组装循环时间及因此经减小生产成本的晶片级相机模块。另外，根据本发明的教示的所揭示晶片级相机模块的实例具有可在典型晶片级相机模块中发现的经减小光泄露。
为了图解说明，图1是典型晶片级相机模块100的示意图。如所展示，晶片级相机模块100包含透镜堆叠104及图像传感器102。图1展示透镜堆叠104包含由玻璃晶片108及114及/或间隔件106及112分离的数个透镜110及116。透镜堆叠104安置于图像传感器102上。图1中的透镜堆叠104通过封围于还可称为固持器的圆筒118内而相对于图像传感器102固持于适当位置中，如所展示。
图1展示透镜堆叠104相对于图像传感器102具有悬垂部分。随着图像传感器102的大小增加，晶片级相机模块100的大小甚至在更大程度上增加，这是因为圆筒118或固持器由于圆筒118的大的侧壁厚度而添加额外厚度。此外，需要额外组装步骤来将透镜堆叠104及图像传感器102放到圆筒118中，此增加晶片相机模块100的组装循环时间。因此，包含圆筒118增加晶片相机模块100的总体成本。图1还图解说明由于接近于图像传感器102紧挨着透镜堆叠104相对于图像传感器102的悬垂部分的横向侧壁的光泄露122造成的晶片级相机模块100的额外缺点，如所展示。
图2图解说明根据本发明的教示的一个实例性晶片级相机模块200。特定来说，图2展示根据本发明的教示的包含具有带界定阶梯226及接受图像传感器202的凹部228的经薄化壁224的间隔件206的透镜堆叠204的实例性晶片级相机模块200。如所描绘实例中所展示，根据本发明的教示，图像传感器202在间隔件206的凹部228内接合到阶梯226，使得图像传感器202完全接受于所述间隔件的凹部228内。在一个实例中，多个焊料球224包含于图像传感器202上与间隔件206对置(如所展示)以提供到包含于图像传感器202内的电路的电连接。
如图2中所描绘的实例中所展示，图像传感器202接受到位于透镜堆叠204的间隔件206的一端处的凹部228中。在一个实例中，透镜堆叠204还包含安装于间隔件206的对置端处的玻璃晶片208。在所图解说明实例中，一或多个透镜210安装于玻璃晶片208上，如所展示。在一个实例中，透镜堆叠204还包含另一间隔件212，间隔件212安装到玻璃晶片208，使得玻璃晶片208安置于间隔件206与间隔件212之间，如所展示。另外，玻璃晶片214安装于间隔件212上，使得间隔件212安置于玻璃晶片208与玻璃晶片214之间，如所展示。在所图解说明实例中，一或多个透镜216安装于玻璃晶片212上(如所展示)，使得经由透镜210及216将光220引导到图像传感器202。在一个实例中，间隔件206及212可使用树脂、塑料、玻璃或其它适合材料中的一或多者构建。在一个实例中，用于构建具备间隔件206的阶梯式传感器固持器的材料可为具有提供经增加强度以固持图像传感器202的不同结构的不同材料。
如图2中所描绘的实例中所展示，由于图像传感器202完全接受于间隔件206的凹部228内，因此图像传感器202的横向侧壁完全由间隔件206的经薄化壁224封围。因此，与(举例来说)图1中所图解说明的在晶片级相机模块100中接近于图像传感器102的横向侧壁发现的光泄露122相比，间隔件206的经薄化壁224完全阻挡接近于图像传感器202的横向侧壁的所有光泄露。此外，与(举例来说)图1中的在晶片级相机模块100中需要圆筒118来将透镜堆叠104固持到图像传感器102相比，在图像传感器202完全接受于间隔件206的凹部228内(如所展示)的情况下，应了解，透镜堆叠204因此在不借助圆筒的情况下附接到图像传感器202。因此，晶片级相机模块200可提供的益处包含经减小模块大小，这是因为不再必需圆筒118来将图像传感器202固持到透镜堆叠204。另外，晶片级相机模块200的成本由于需要较少部件及制造步骤(例如，无圆筒118及相关联步骤)而减小，此允许利用减小制造时间以及制造成本的简化制造方法(例如(举例来说)拾取与放置自动化方法)来构建晶片级相机模块200。
图3图解说明根据本发明的教示的可包含于实例性晶片级相机模块中的像素单元330的实例性示意图。在所描绘实例中，像素单元330图解说明为根据本发明的教示的包含于图像传感器中的四晶体管(“4T”)像素单元。应了解，像素单元330为用于实施图2的图像传感器202内的每一像素单元的像素电路架构的一个可能实例。然而，应了解，根据本发明的教示的其它实例不必限于4T像素架构。受益于本发明的所属领域的技术人员将理解，本发明教示还适用于根据本发明的教示的3T设计、5T设计及各种其它像素架构。
在图3中所描述的实例中，像素单元330包含用以积累图像电荷的光电二极管(“PD”)332、传送晶体管T1334、复位晶体管T2336、浮动扩散部(“FD”)338、源极随耦器(“SF”)晶体管T3340及选择晶体管T4342。在操作期间，传送晶体管T1334接收传送信号TX，传送信号TX将在光电二极管PD332中积累的图像电荷传送到浮动扩散部FD338。在一个实例中，浮动扩散部FD338可耦合到用于暂时存储图像电荷的存储电容器。如所图解说明实例中所展示，复位晶体管T2336耦合于电力轨VDD与浮动扩散部FD338之间以响应于复位信号RST而使像素单元330复位(例如，将浮动扩散部FD338及光电二极管PD332放电或充电到预设电压)。浮动扩散部FD338经耦合以控制SF晶体管T3340的栅极。SF晶体管T3340耦合于电力轨VDD与选择晶体管T4342之间。SF晶体管T3340作为提供到浮动扩散部FD338的高阻抗连接的源极随耦器放大器操作。选择晶体管T4342响应于选择信号SEL而将像素单元330的输出选择性地耦合到读出列位线344。
在一个实例中，TX信号、RST信号、SEL信号及选择性地耦合到深沟槽隔离部的读出脉冲电压通常由控制电路产生，下文将进一步详细地描述所述控制电路的实例。在其中包含像素单元330的图像传感器以全局快门操作的实例中，全局快门信号耦合到图像传感器中的每一传送晶体管T1334的栅极以从每一像素的光电二极管PD332同时开始电荷传送。或者，根据本发明的教示，可将滚动快门信号应用于传送晶体管T1334的群组。
图4图解说明根据本发明的教示的包含具有实例性透镜堆叠404的实例性晶片级相机模块的成像系统446的实例。如所描绘实例中所展示，成像系统446包含耦合到控制电路452及读出电路448的图像传感器402，读出电路448耦合到功能逻辑450。在所图解说明实例中，根据本发明的教示，透镜堆叠404安装于图像传感器402上方，使得经由透镜堆叠404引导光420以将图像聚焦到图像传感器402上。在一个实例中，应了解，图4的透镜堆叠404为图2的透镜堆叠204的实例，且下文所提及的类似命名及编号的元件经耦合且与上文所描述类似地起作用。
在一个实例中，图像传感器402包含为像素单元(例如，像素单元P1、P2…、Pn)的二维(2D)阵列的像素阵列。在一个实例中，每一像素单元为CMOS成像像素。应注意，图像传感器402中的像素单元P1、P2、…Pn可为图3的像素单元330的实例，且下文所提及的类似命名及编号的元件经耦合且与上文所描述类似地起作用。如所图解说明，每一像素单元布置成一行(例如，行R1到Ry)及一列(例如，列C1到Cx)以获取人、地方、对象等的图像数据，接着可使用所述图像数据来再现所述人、地方、对象等的2D图像。
在一个实例中，在每一像素单元已积累其图像数据或图像电荷之后，所述图像数据由读出电路448通过读出列位线444读出且接着传送到功能逻辑450。在各种实例中，读出电路448可包含放大电路、模/数(ADC)转换电路或其它电路。功能逻辑450可简单地存储所述图像数据或甚至通过应用后图像效应(例如，修剪、旋转、移除红眼、调整亮度、调整对比度或以其它方式)来操纵所述图像数据。在一个实例中，读出电路448可沿着读出列位线444(所图解说明)一次读出一行图像数据或可使用例如串行读出或所有像素的全并行读出的各种其它技术(未图解说明)同时读出图像数据。
在一个实例中，控制电路452耦合到图像传感器402以控制图像传感器402的操作特性。举例来说，控制电路452可产生用于控制图像获取的快门信号。在一个实例中，快门信号为用于同时启用图像传感器402内的所有像素单元以在单一获取窗期间同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在另一实例中，快门信号为滚动快门信号，使得在连续获取窗期间依序启用每一像素行、每一像素列或每一像素群组。
包含发明摘要中所描述的内容的本发明的所图解说明实例的以上说明并不打算为穷尽性的或限于所揭示的精确形式。尽管本文中出于图解说明性目的而描述本发明的特定实施例及实例，但在不背离本发明的较宽广精神及范围的情况下，各种等效修改为可能的。事实上，应了解，特定实例性电压、电流、频率、功率范围值、时间等是出于解释目的而提供的，且在根据本发明的教示的其它实施例及实例中还可采用其它值。
可依据以上实施方式对本发明的实例做出这些修改。所附权利要求书中所使用的术语不应解释为将本发明限于说明书及权利要求书中所揭示的特定实施例。而是，本发明的范围将完全由所附权利要求书确定，所附权利要求书应根据权利要求解释的所确立原则来解释。本说明书及各图因此应视为图解说明性而非限定性的。

Claims (17)

1.一种装置，其包括：
图像传感器；
间隔件，其具有在所述间隔件的第一端处的内部壁中界定阶梯及凹部的经薄化壁，其中所述图像传感器在所述间隔件的所述凹部内接合到所述阶梯，使得所述图像传感器完全接受于所述间隔件的所述凹部内；
玻璃晶片，其安装于所述间隔件的第二端上；及
透镜，其安装于所述玻璃晶片上，其中经由所述透镜将光引导到所述图像传感器。
2.根据权利要求1所述的装置，其中所述图像传感器的横向侧壁完全由所述间隔件的所述经薄化壁封围。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述间隔件的所述经薄化壁完全阻挡接近于所述图像传感器的所述横向侧壁的所有光泄露。
4.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括在所述图像传感器的与所述间隔件对置的一侧上安装到所述图像传感器的多个焊料球。
5.根据权利要求1所述的装置，其中所述间隔件为第一间隔件，所述玻璃晶片为第一玻璃晶片，且所述透镜为第一透镜，其中所述装置进一步包括：
第二间隔件，其安装到所述第一玻璃晶片，使得所述第一玻璃晶片安置于所述第一间隔件与所述第二间隔件之间；
第二玻璃晶片，其安装到所述第二间隔件，使得所述第二间隔件安置于所述第一玻璃晶片与所述第二玻璃晶片之间；及
第二透镜，其安装于所述第二玻璃晶片上，其中经由所述第二透镜及所述第一透镜将光引导到所述图像传感器。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述第一及第二透镜为安装到所述第一及第二玻璃晶片的多个透镜中的两者。
7.根据权利要求1所述的装置，其中所述间隔件包括树脂、塑料及玻璃中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述间隔件、所述玻璃晶片及所述透镜包含于透镜堆叠中，其中所述透镜堆叠在不借助圆筒的情况下附接到所述图像传感器。
9.一种成像系统，其包括：
图像传感器，其包含其中布置有多个像素单元的像素阵列；
间隔件，其具有在所述间隔件的第一端处的内部壁中界定阶梯及凹部的经薄化壁，其中所述图像传感器在所述间隔件的所述凹部内接合到所述阶梯，使得所述图像传感器完全接受于所述间隔件的所述凹部内；
玻璃晶片，其安装于所述间隔件的第二端上；及
透镜，其安装于所述玻璃晶片上，其中经由所述透镜将光引导到所述图像传感器；
控制电路，其耦合到所述像素阵列以控制所述像素阵列的操作；及
读出电路，其耦合到所述像素阵列以从所述多个像素单元读出图像数据。
10.根据权利要求9所述的成像系统，其进一步包括耦合到所述读出电路以存储从所述多个像素单元读出的所述图像数据的功能逻辑。
11.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述图像传感器的横向侧壁完全由所述间隔件的所述经薄化壁封围。
12.根据权利要求11所述的成像系统，其中所述间隔件的所述经薄化壁完全阻挡接近于所述图像传感器的所述横向侧壁的所有光泄露。
13.根据权利要求9所述的成像系统，其进一步包括在所述图像传感器的与所述间隔件对置的一侧上安装到所述图像传感器的多个焊料球。
14.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述间隔件为第一间隔件，所述玻璃晶片为第一玻璃晶片，且所述透镜为第一透镜，其中所述装置进一步包括：
第二间隔件，其安装到所述第一玻璃晶片，使得所述第一玻璃晶片安置于所述第一间隔件与所述第二间隔件之间；
第二玻璃晶片，其安装到所述第二间隔件，使得所述第二间隔件安置于所述第一玻璃晶片与所述第二玻璃晶片之间；及
第二透镜，其安装于所述第二玻璃晶片上，其中经由所述第二透镜及所述第一透镜将光引导到所述图像传感器。
15.根据权利要求14所述的成像系统，其中所述第一及第二透镜为安装到所述第一及第二玻璃晶片的多个透镜中的两者。
16.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述间隔件包括树脂、塑料及玻璃中的至少一者。
17.根据权利要求9所述的成像系统，其中所述间隔件、所述玻璃晶片及所述透镜包含于透镜堆叠中，其中所述透镜堆叠在不借助圆筒的情况下附接到所述图像传感器。
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