CN105742302A - 具有玻璃中介层的芯片级封装照相机模块及其制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明的各个实施例涉及具有玻璃中介层的芯片级封装照相机模块及其制作方法。本文公开的一个或者多个实施例涉及一种包括有在透镜与图像传感器之间的玻璃中介层的芯片级封装照相机模块。在一些实施例中，该玻璃中介层由一个或者多个光学质量玻璃层制成，并且包括红外滤光器涂层。玻璃中介层还包括：导电路径，用于将安装在玻璃中介层的一侧的图像传感器与可以安装在玻璃中介层的不同侧的其他部件诸如电容器以及照相机系统的其余部分连接。导电层包括迹线和过孔，迹线和过孔形成在玻璃中介层中、在远离照相机模块中的光路径的面积区域中，从而使得迹线和过孔不会阻挡在透镜与图像传感器之间的光。

Description

具有玻璃中介层的芯片级封装照相机模块及其制作方法

技术领域

本发明的各个实施例涉及一种具有玻璃中介层(interposer)的芯片级封装照相机及其制作方法。

背景技术

照相机模块一般用在小的或便携式的设备中，诸如智能手机、平板计算机、网络摄影机、可穿戴式照相机、和运动照相机。照相机模块可以包括：透镜，其用于聚集和聚焦光；图像传感器，诸如，用于捕获来自透镜的光的CMOS成像器；红外滤光器，其拒绝至少一部分入射红外光并且防止被拒绝的光到达图像传感器；以及电路板或者有机基底，在其上安装有CMOS成像器。电路板将成像器部件，诸如，电容器和图像传感器，连接至照相机系统的其余部分，该照相机系统的其余部分可以包括处理器、用于存储图像的存储器、和其他部件。

照相机的各个部件彼此上下堆叠，每层将其厚度添加至照相机模块的总高度。每个部件还增加了透镜与成像器对准的误差，并且一些部件，诸如电路板或者有机基底，可以翘曲并且使图像传感器与透镜进一步未对准。

发明内容

此处公开的一个或者多个实施例涉及一种在透镜与图像传感器之间包括玻璃中介层的芯片级封装照相机模块。在一些实施例中，玻璃中介层由一个或者多个光学玻璃层制成，并且包括红外滤光器涂层。玻璃中介层还包括：导电路径，用于将安装在玻璃中介层的一侧的图像传感器与可以安装在玻璃中介层的相对侧的其他部件诸如电容器连接。导电层包括迹线和过孔，迹线和过孔形成在远离在照相机模块中的光路径的面积中的玻璃中介层中，从而使得迹线和过孔不会阻挡在透镜与图像传感器之间的光。

一个实施例涉及一种在镜头(lens)支座(mount)与图像传感器之间具有玻璃中介层的照相机模块。在一些实施例中，玻璃中介层包括两个或者更多个玻璃层，顶层和底层，其中在顶层与底层之间具有导电迹线。顶层包括将在玻璃中介层的顶表面处的焊盘与导电迹线电连接的通孔。底层也包括将在玻璃中介层的底表面上的焊盘与导电迹线电连接的通孔。通过这种方式，在玻璃中介层的顶表面上的部件，诸如电容器，可以与在玻璃中介层的底表面上的部件以电学连通的方式连接。

在一个实施例中，图像传感器耦合至在玻璃中介层的底表面上的焊盘。图像传感器通过位于在玻璃中介层中或者在其上的过孔和迹线而耦合至在玻璃中介层的顶表面上的部件。图像传感器还可以通过耦合至玻璃中介层的底表面的焊球或者其他电连接结构，而电耦合至电路板或者照相机系统的其余部分。

在一个实施例中，玻璃中介层的顶表面和底表面中的一个或者多个包括红外滤光器或者涂覆有红外滤光器。红外滤光器用于防止或者减少待到达图像传感器的红外光的量。

附图说明

在附图中，相同的附图标记表示相似的元件或者动作。在附图中，元件的大小和相对位置并不一定是按比例绘制而成。

图1是根据本公开的一个实施例的包括玻璃中介层和图像传感器的芯片级封装照相机模块的示意性截面；

图2是在图1中示出的玻璃中介层的截面图；

图3A是根据本公开的一个实施例的图1的图像传感器的顶视图；

图3B是根据本公开的一个实施例的图3A的图像传感器的截面图；以及

图4A至图4E是根据本公开的一个实施例的图1的芯片级封装照相机在制造过程中的不同阶段中的示意性截面。

具体实施方式

在以下说明中，阐述了特定具体细节，以便更加彻底地理解本公开的各个实施例。然而，本领域的技术人员应当理解，在不具有这些细节的情况下，本公开也可得以实践。在其他示例中，未对与电子部件相关联的公知结构，照相机部件、和电子和照相机部件制备过程进行具体描述，以避免不必要地模糊对本公开的各个实施例的说明。

贯穿本说明书，提及“一个实施例”或者“实施例”是指结合该实施例描述的具体特征、结构或者特性包括在该至少一个实施例中。由此，在本说明书的各处中出现的短语“在一个实施例中”或者“在实施例中”并非都指的是一个相同的实施例。而且，该具体特征、结构、或者特性可以在一个或者多个实施例中按照任何合适的方式进行组合。

如在本说明书和所附权利要求书中使用的，单数形式“一”、“一个”、和“该”包括复数形式，除非上下文另有明确指示。还应该指出，术语“或者”一般采用其包括“以及/或者”的意义，除非上下文另有明确指示。

图1、图2、图3A、和图3B示出了芯片级封装(CSP)照相机模块的一个实施例。图1示出了组装好的芯片级封装照相机模块100的一个示例的截面。图2示出了沿着图1的线2所做的具有附接的传感器裸片200的玻璃中介层300的一个实施例的截面。图3A示出了传感器裸片200的顶视图，并且图3B示出了沿着图3A的线3B所做的传感器裸片200的截面。CSP模块，诸如CSP照相机模块100，的大小设计为使得其可以直接地耦合至电路板，耦合方式与芯片或者其他集成电路部件可以耦合至电路板的方式相似。CSP模块还可以使用表面安装技术来耦合至电路板。

CSP照相机模块100包括：透镜外壳400，其耦合至玻璃中介层300的第一侧；以及传感器裸片200，其耦合至玻璃中介层200的相对的第二侧。

透镜外壳400包括：框架405、保持透镜420的透镜镜筒、以及与透镜420的操作相关联的其他装置。例如，透镜外壳400可以包括用于相对于外壳来移动透镜的自动聚焦机构和用于聚焦投影在图像传感器220上的图像的图像传感器220。透镜420安装至透镜镜筒410。透镜镜筒410可相对于框架405移动。在一些实施例中，CSP照相机模块100可以是定焦类型的，其中在制造期间，相对于框架405和图像传感器220来手动调节透镜镜筒410和透镜420。

透镜外壳400还包括空腔430，该空腔430可以被空腔侧壁450围绕。空腔可以容纳电子部件，该电子部件包括表面安装型装置，诸如安装于玻璃中介层300的表面的电容器398。空腔430的大小可以合适地设计为，使得透镜外壳400为安装于玻璃中介层300的表面的部件或者装置提供间隙(clearance)，或者使得透镜外壳400不会干扰到安装于玻璃中介层300的表面的部件或者装置。

具体而言，透镜外壳400，并且具体地，透镜框405，可以包括安装表面407。在一些实施例中，安装表面407可以在侧壁450的底部处。安装表面407提供用于将透镜外壳400与玻璃中介层300耦合的表面。

玻璃中介层300可以包括一个或者多个玻璃层310、320、过孔360、和导电迹线370。导电迹线370将在玻璃中介层300的上表面上的焊盘390与在玻璃中介层300的下表面上的焊盘340电耦合。

第一玻璃层310可以具有通孔360，该通孔360化学蚀刻通过玻璃的厚度并且填充有电导体，例如，铜。导电迹线370位于第一玻璃层310与第二玻璃层320之间。导电迹线370可以包括铜或者其他导电材料。导电迹线370将在第一玻璃层310中的过孔360与在第二玻璃层中的过孔360连接。虽然在附图中示出了有限数量的迹线350、370和过孔360，但是要理解，可以使用任何数量的导电迹线350、370和过孔360。

第一玻璃层310的底表面可以包括焊盘，诸如表面安装焊盘340、353、导电迹线350、和焊球355。导电迹线350可以包括铜、镍、或者金材料。导电迹线350可以将表面安装焊盘340电耦合至焊球表面安装焊盘353和焊球355或者其他导电或者电子部件。焊球355将CSP照相机模块100和在其中的部件与在CSP照相机模块300外部的部件(诸如基底、板诸如印刷电路板)电耦合。

第一玻璃层310的底表面还可以包括其他电子部件，如上面参照第二玻璃层320的上表面所描述的。电子部件可以直接地耦合至表面安装焊盘340，或者可以经由导电迹线350而电耦合至表面安装焊盘。

第二玻璃层320可以包括穿过玻璃的厚度的导电过孔360。导电过孔可以通过铜或者其他导电材料制成。导电过孔360可以电耦合至导电迹线370。

当玻璃中介层300包括两个以上的玻璃层时，另外的玻璃层还可以包括通孔360和在通孔360之间的迹线。在一些实施例中，玻璃中介层可以具有三个或者四个玻璃层，在这些玻璃层之间具有两层或者三层导电迹线370。在一些实施例中，玻璃中介层300可以包括四个以上的玻璃层以及三层以上的导电迹线370。

第二玻璃层320的上表面可以包括电耦合至通孔360的焊盘390。焊盘390可以进一步耦合至安装于第二玻璃层320的上表面的电子部件，并且还耦合至玻璃中介层的上表面。焊盘390可以直接地耦合至电子部件，或者焊盘390可以经由导电迹线电而耦合至电子部件，与第一玻璃层的下表面可以包括用于将焊盘340与焊球355耦合的导电迹线350的方式相似。

第二玻璃层320的上表面和玻璃中介层300的上表面中的一个或者两者可以涂有滤光器涂层，诸如红外滤光器涂层330。红外滤光器涂层330对红外波长的光进行过滤，从而减少或者消除通过玻璃中介层300的红外光的量。虽然在图1中示出的玻璃中介层300包括单个滤光器涂层，但是玻璃中介层300的底表面可以包括另一滤光器涂层，例如第二红外滤光器涂层，以进一步减少可以通过玻璃中介层的红外光的量。

CSP照相机模块100包括传感器裸片200，该传感器裸片200耦合至玻璃中介层300的下表面。传感器裸片200可以经由导电耦合结构210诸如焊料凸块、柱形凸块或者铜柱球而耦合至下玻璃中介层300。导电耦合结构210在传感器裸片200中的集成电路与在CSP照相机模块100中的部件之间提供导电路径，诸如玻璃中介层300的导电过孔360和导电迹线370、表面安装焊盘340、焊球355、和电容器398。

传感器裸片200包括在半导体基底205中的图像传感器220。图像传感器220捕获经过透镜420和玻璃中介层300的光，并且被用作创建数字照片和视频的的过程的部分。

如图2所示，对焊盘340和导电迹线350进行放置并且进行路由，从而使得它们不会阻挡或者经过图像传感器220的正面，或者不与经过透镜420和玻璃中介层300的光发生干扰。导电迹线370和其他导体诸如焊盘340、以及部件诸如电容器398，也放置并且路由在玻璃中介层中或者在其上，从而使得它们不会阻挡或者经过图像传感器220的正面，或者不与经过透镜420和玻璃中介层300的光发生干扰。

玻璃中介层300执行对来自透镜420的入射光进行过滤的功能，并且对电连接结构进行路由，并且在传感器裸片200与电子部件诸如电容器398之间提供通信路径。玻璃中介层还可以路由电连接结构，并且在CSP照相机模块100与在CSP照相机模块100外部的部件诸如电路板、基底、或者其他电子部件之间提供通信路径。

在透镜外壳400与传感器裸片200之间使用玻璃中介层300减小了CSP照相机模块100的总厚度。使用玻璃中介层300还产生了更加可靠和精确的照相机模块。例如，玻璃中介层300比之前使用的材料诸如具有涂覆有IR滤光器的玻璃基底的有机基底更加热稳定。当传感器裸片安装于有机基底时，更加热稳定的玻璃中介层实现了与原本可用的相比更加可靠的长期操作。另外，在制造过程期间，有机基底比玻璃中介层更加容易发生翘曲。

有机基底的翘曲引起在传感器裸片上的图像传感器与透镜的对准的恶化。该翘曲还可以导致横向对准问题和成角对准问题两者。横向对准是传感器与透镜的侧-侧对准；理想地，图像传感器的中心与透镜的中心对准。成角对准是图像传感器的表面与透镜的中心轴对准；图像传感器的表面应当与透镜的中心轴垂直。

图4A至图4E描绘了用于制作CSP照相机模块100的方法的一个实施例。在图4A中，提供了玻璃中介层300。如上所描述的，玻璃中介层300可以包括两个或者更多个玻璃层310、320。将玻璃层310、320接合或者耦合在一起。可以在玻璃层310、320中的一个或者两个上形成导电迹线370。玻璃层310、320可以具有过孔360，该过孔360蚀刻通过玻璃层310、320的厚度，从而使得当玻璃层310、320彼此配合或者接合时，过孔360将在玻璃中介层300的第一表面上的焊盘390与在玻璃中介层300的第二表面上的焊盘340连接。焊盘340、390和过孔360可以通过使用标准半导体技术，包括图案化、湿法或者干法蚀刻、或者其他技术来形成。经由标准过滤器涂布技术，包括例如汽相沉积工艺，来涂覆红外滤光器涂层330。可以将红外滤光器涂层330涂覆于玻璃中介层的一个或者多个表面。

如图4B所示，通过使用标准半导体组装技术，来将焊球355和传感器裸片200附接至玻璃中介层300的底部。具体而言，经由将在传感器裸片上的电连接结构诸如焊盘与在玻璃中介层300上的焊盘340电耦合的导电耦合结构210，将传感器裸片200附接至玻璃中介层300。传感器裸片200可以是凸块传感器裸片，在该凸块传感器裸片中，在将传感器裸片200耦合至玻璃中介层300之前，将导电耦合结构210焊接至传感器裸片200。在一些实施例中，可以将导电耦合结构210形成在玻璃中介层300的焊盘340上。可以通过例如焊料回流工艺，将传感器裸片200耦合至玻璃中介层300。也可以通过焊料回流工艺，将焊球355附接至焊盘353。

在一些实施例中，同时地并且在单个回流工艺期间，将焊球355和传感器裸片200耦合至玻璃中介层300。在一些实施例中，在第一回流工艺中将焊球355耦合至焊盘353，并且在第二回流工艺中将传感器裸片200耦合至焊盘340。传感器裸片200长时间在高温下时可能容易受到损坏。通过将该过程分成多个回流工艺，可以使传感器裸片暴露于高温下的时间更短。例如，将焊球355耦合至焊盘353的第一回流工艺可以在第一回流温度和第一时间长度下执行，由于焊球355的大小较大，这可以是较高的温度和较长的时间。第二回流工艺可以在更低的温度或者更短的时间下执行，这是因为导电耦合结构210更小，并且还因为导电耦合结构210可以由具有比在焊球355中使用的焊料合金更低的熔化温度的不同焊料合金制成。

图4C示出了电子部件诸如电容器398的安装。可以通过任何合适的材料(包括焊料)，经由回流工艺，来将电容器398耦合至玻璃中介层300的表面，例如玻璃中介层300的顶表面。回流工艺可以是使用低温焊料或者焊膏的低温回流工艺。用于将电容器398耦合至玻璃中介层的顶表面的回流工艺可以包括：较低的温度(诸如，低于该温度导电耦合结构210和焊球355同样不回流的温度)、和较短的时间。焊料可以具有比在焊球355或者导电耦合结构210中使用的焊料合金更低的熔化温度的焊料合金。

图4D示出了用于将透镜外壳400耦合至玻璃中介层300的耦合材料的应用。耦合材料可以是将透镜外壳400保持至玻璃中介层300的任何合适的材料。在一些实施例中，耦合材料305可以是非导电粘合剂、胶、或者环氧树脂。耦合材料305可以在将透镜外壳400附接至玻璃中介层300之前被放置在玻璃中介层300上，如图4E所示。在一些实施例中，应用了大约玻璃中介层300的周界的耦合材料305。在一些实施例中，应用了大约小于玻璃中介层300的整个周界的耦合材料305；例如，可以将耦合材料应用于玻璃中介层300的两个相对侧，如图4D所示。

图4E示出了将透镜外壳400附接至玻璃中介层以形成CSP透镜模块100。可以将透镜外壳400放置在玻璃中介层300的顶表面上，从而使得耦合材料305将透镜外壳400耦合或者附接至玻璃中介层300。在一些实施例中，耦合材料305可以是接触粘合剂，从而，由将透镜外壳应用于玻璃中介层300所产生的压力使得耦合材料305将透镜外壳400耦合至玻璃中介层300。在一些实施例中，通过将CSP照相机模块100放置在例如90℃下的炉中达例如1个小时，以固化耦合材料305，并且将透镜外壳400耦合至玻璃中介层300。

虽然未在图中示出，但是可以将许多的CSP照相机模块300或者CSP照相机模块300的部分组装在玻璃中介层上并且然后单片化为单独的模块，如本领域所已知的。

上面所描述的各个实施例可以进行组合，以提供另外的实施例。鉴于上面的详细说明，可以做出这些和其他改变。通常，在以下权利要求书中，不应当将所使用的术语理解为将权利要求书限制于在说明书和权利要求书中公开的具体实施例，而是应当理解为该权利要求书所授予权利的等同物的所有范围内的所有可能的实施例。因此，权利要求书不受本公开的限制。

Claims (21)

1.一种照相机模块，包括：

玻璃中介层，所述玻璃中介层包括：第一玻璃层和第二玻璃层；导电迹线层，在所述第一玻璃层与所述第二玻璃层之间；第一导电通孔，通过所述第一玻璃层；以及第二导电通孔，通过所述第二玻璃层，所述导电迹线层将所述第一导电通孔与所述第二导电通孔电耦合；以及

传感器裸片，所述传感器裸片在底表面处机械耦合并且电耦合至所述玻璃中介层。

2.根据权利要求1所述的照相机模块，进一步包括红外滤光器，所述红外滤光器在所述玻璃中介层的表面上。

3.根据权利要求1所述的照相机模块，进一步包括导电焊盘，所述导电焊盘在所述玻璃中介层的顶表面上并且电耦合至所述第一通孔。

4.根据权利要求3所述的照相机模块，进一步包括第一电子部件，所述第一电子部件在所述玻璃中介层的所述顶表面上并且电耦合至所述导电焊盘。

5.根据权利要求1所述的照相机模块，进一步包括：

耦合材料，所述耦合材料在所述玻璃中介层的顶表面的周界上；以及

透镜外壳，所述透镜外壳通过所述耦合材料而耦合至所述玻璃中介层的所述顶表面。

6.根据权利要求1所述的照相机模块，其中所述传感器裸片包括图像传感器。

7.根据权利要求1所述的照相机模块，其中所述玻璃中介层包括：第三玻璃层，在所述第一玻璃层与所述第二玻璃层之间；以及第二导电迹线层，在所述第一玻璃层与所述第三玻璃层之间，所述第一导电迹线层在所述第二玻璃层与所述第三玻璃层之间。

8.根据权利要求4所述的照相机模块，进一步包括：

电迹线，所述电迹线在所述玻璃中介层的底表面上；以及

焊球，所述焊球通过所述电迹线而电耦合至所述传感器。

9.根据权利要求8所述的照相机模块，其中所述第一电子部件使用焊料合金而电耦合至所述焊料焊盘，以及其中所述焊球具有比所述焊料合金的熔化温度更高的熔化温度。

10.一种制造照相机模块的方法，包括：

将玻璃中介层耦合至透镜组件或外壳；

将焊球附接至第二玻璃层的底表面，并且将所述焊球电耦合至在所述玻璃中介层的所述底表面上的所述电迹线；

将传感器裸片电耦合至在所述玻璃中介层的所述底表面上的所述电迹线并且电耦合至第二过孔；以及

将透镜外壳耦合至所述玻璃中介层的顶表面。

11.根据权利要求10所述的制造照相机模块的方法，其中将所述焊球电耦合至在所述玻璃中介层的所述底表面上的所述电迹线包括使用焊料将所述焊球耦合至所述电迹线，包括在第一温度下的炉中回流所述焊料。

12.根据权利要求11所述的制造照相机模块的方法，其中将传感器裸片电耦合至在所述玻璃中介层的所述底表面上的所述电迹线并且电耦合至第二过孔，使用焊料，并且包括在第二温度下的炉中回流所述焊料，所述第一温度高于所述第二温度。

13.根据权利要求10所述的制造照相机模块的方法，进一步包括：

将第一电子部件附接至所述玻璃中介层的所述顶表面；以及

将所述第一电子部件电耦合至第一过孔。

14.根据权利要求13所述的制造照相机模块的方法，其中所述第一电子部件使用焊膏而电耦合至所述第一过孔。

15.根据权利要求10所述的制造照相机模块的方法，其中所述透镜外壳使用粘合剂而耦合至所述玻璃中介层。

16.根据权利要求10所述的制造照相机模块的方法，其中所述玻璃中介层包括：第一玻璃层和第二玻璃层；导电迹线层，在所述第一玻璃层与所述第二玻璃层之间；第一过孔，通过所述第一玻璃层；第二过孔，通过所述第二玻璃层；以及电迹线，在所述玻璃中介层的底表面上，所述导电迹线层将所述第一过孔与所述第二过孔电耦合。

17.一种照相机模块，包括：

玻璃中介层，所述玻璃中介层包括：导电迹线，在所述玻璃中介层内；第一导电通孔，至少部分地从所述玻璃中介层的第一表面通过所述玻璃中介层延伸至所述导电迹线；第一导电焊盘，在所述玻璃中介层的所述第一表面上；以及第二导电焊盘，在所述玻璃中介层的第二表面上，所述第一导电通孔和所述导电迹线将所述第一导电焊盘与所述第二导电焊盘电耦合；以及

传感器裸片，所述传感器裸片在底表面处机械耦合并且电耦合至所述玻璃中介层。

18.根据权利要求17所述的照相机模块，进一步包括：

第二导电通孔，所述第二导电通孔至少部分地从所述玻璃中介层的第二表面通过所述玻璃中介层延伸至所述第一导电迹线，所述第一导电通孔和所述第二导电通孔和所述导电迹线将所述第一导电焊盘与所述第二导电焊盘电耦合。

19.根据权利要求17所述的照相机模块，其中所述第一表面是所述底表面。

20.根据权利要求17所述的照相机模块，进一步包括：

耦合材料，所述耦合材料在所述玻璃中介层的顶表面的周界上，所述玻璃中介层的所述顶表面与所述玻璃中介层的所述底表面相对；以及

透镜外壳，所述透镜外壳通过所述耦合材料而耦合至所述玻璃中介层的所述顶表面。

21.根据权利要求17所述的照相机模块，其中所述传感器裸片包括图像传感器。