CN106603897A - 凹口间隔式相机模块及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种凹口间隔式相机模块包括芯片尺寸封装、透镜板、间隔环以及胶环。芯片尺寸封装具有图像传感器和上表面。间隔环包括具有门高度的胶门以及位于胶门和透镜板之间的具有基底高度的间隔基底。胶环在间隔环和上表面之间，并且具有(i)在上表面和间隔基底的下表面之间的外部区域，以及(ii)在上表面和胶门的下表面之间的具有内部厚度的内部区域。透镜板、间隔环、胶环和上表面形成具有腔体高度的密封腔体，该腔体高度至少等于内部厚度、门高度和基底高度之和。
Description
技术领域
本公开涉及管芯级对准和晶圆级相机组件的粘合，更具体地，涉及提高产量并简化晶圆级相机模块的制造的设计。
背景技术
通过CMOS技术制造的相机模块的晶圆级制造已经促进诸如移动设备的大量消费产品中的相机模块与机动车辆的结合。图1是这种现有技术的相机模块100在环境介质102中的剖面图。相机模块100包括透镜172，透镜172具有与图像传感器125对准的光轴173，其中间隔环160将透镜172与图像传感器125分开。透镜172和图像传感器125分别是透镜板170和设备层120的一部分。焊料球110电连接至图像传感器125。焊料球110、设备层120和防护玻璃130形成芯片尺寸封装135，其在本文中也称为图像传感器芯片尺寸封装135和CSP135。间隔环160和透镜板170形成透镜单元175。
在用于制造相机模块100的工艺中，将光轴173对准图像传感器125。间隔环160具有下表面165，CSP 135具有CSP上表面136。在下表面165和CSP上表面136之间，胶环140将间隔环160粘合至防护玻璃130，以形成腔体148。现有技术的相机模块100的缺点在于，在粘合工艺中，间隔环160使胶环140变形使得胶环140的部分离开间隔环160和防护玻璃130之间的区域。一经固化，胶环140可能没有将腔体148与环境介质102完全密封，或者牢固地密封。例如，在相机模块100中，胶环140的上表面141与下表面165(1)分离。腔体148和环境介质102之间的密封损坏存在使透镜172和防护玻璃130中的至少一个受到污染的风险。为了消除该风险，相机模块100包括额外的边缘胶146以保证腔体148的密封。额外的边缘胶146的应用增加了与相机模块100相关的制造成本。
发明内容
一种凹口间隔式(Notched-Spacer)相机模块包括：芯片尺寸封装(CSP)、透镜单元和胶环。CSP具有图像传感器和CSP上表面，透镜单元具有透镜板和间隔环，透镜板包括透镜。间隔环包括(i)具有门高度的胶门以及(ii)在胶门和透镜板之间的具有基底高度的间隔基底。胶环位于间隔环和CSP上表面之间，并且具有(i)位于CSP上表面和间隔基底的下表面之间的外部区域，以及(ii)位于CSP上表面和胶门的下表面之间的具有内部厚度的内部区域。透镜板、间隔环、胶环和CSP上表面形成具有腔体高度的密封腔体，该腔体高度至少等于内部厚度、门高度和基底高度之和。
一种用于制造凹口间隔式相机模块的方法包括以下步骤：(a)将具有第一厚度的胶环施加至具有图像传感器的芯片尺寸封装的上表面，以及(b)将透镜与图像传感器对准，透镜是附接至间隔环的透镜板的一部分。间隔环具有(i)具有小于第一厚度的门高度的胶门以及(ii)位于胶门和透镜板之间的间隔基底。对准的步骤包括：将透镜与图像传感器纵向地对准，使得胶环变形并且跨越芯片尺寸封装的上表面和胶门的下表面之间的内部区域。
附图说明
图1是现有技术的相机模块的剖面图。
图2是实施方式中的凹口间隔式相机模块的剖面图。
图3是说明实施方式中的用于制造图2的凹口间隔式相机模块的方法的流程图。
图4A和图4B分别示出了实施方式中的图像传感器芯片尺寸封装的上表面上的胶环的平面图和剖面图。
图5A和图5B分别示出了实施方式中的、在图4的芯片尺寸封装上方横向对准的透镜单元的仰视平面图和相应的剖面图。
图6是实施方式中的、在将图5A和图5B的透镜单元与图4的芯片尺寸封装纵向对准之后形成的凹口间隔式相机模块的剖面图。
具体实施方式
图2是示例性的凹口间隔式(Notched-Spacer)相机模块200的剖面图。类似于相机模块100，凹口间隔式相机模块200包括位于透镜板170和芯片尺寸封装135之间的间隔环。凹口间隔式相机模块200包括由间隔基底261和胶门251形成的凹口间隔环260，而相机模块100包括具有平坦的底面165的间隔环160。间隔基底261具有间隔基底下表面263。胶门251具有下表面254和侧表面255。凹口间隔环260和透镜板170形成透镜单元275。在不偏离本发明范围的情况下，透镜板170可包括多于一个透镜。
间隔基底261和胶门251可以由下列材料中的一个或多个形成：玻璃、光刻胶(例如干膜阻焊接掩模)、环氧树脂、硅和金属。间隔基底261和胶门251可以由不同材料形成，或者可以由相同材料形成。胶门251可以通过本领域已知的其他方法粘合至间隔基底261或者附接至间隔基底261。可替代地，间隔基底261和胶门251可由相同材料形成，并且由单片材料形成，使得凹口间隔环260是单一实体。
间隔基底具有基底宽度269，胶门251具有门宽度256。间隔基底具有基底高度265，胶门251具有门高度257，从而间隔基底具有等于基底高度265与门高度257之和的间隔高度266。下表面254处于CSP上表面136上方的高度258处。在本文中除非特别指出，否则厚度和高度指的是坐标系统298的z方向中的空间维度，而宽度指的是x方向中的空间维度。
在图2中示出的凹口间隔式相机模块200的实施方式中，胶门251完全处于间隔基底261下方，并且基底宽度269超过门宽度256。虽然在图2中未示出，但是在一个实施方式中，胶门251延伸到腔体248中使得胶门251不完全位于间隔基底261下方。在此实施方式中，门宽度256可超过基底宽度269。
参照间隔基底261和胶门251，间隔基底下表面263，侧表面255和CSP上表面136是胶阱区域268的边界，该胶阱区域268部分被胶环240的一部分占据。在图2中，间隔基底下表面263和侧表面255示出为平坦的并且以角度φ＝90°汇合。在不偏离本发明范围的情况下，间隔基底下表面263和侧表面255中的至少一个可以是不平坦的，并且φ≠90°。例如，角度φ可以处于60度和120度之间。在一个实施方式中，胶环240的部分完全填满胶阱区域268。
胶环240将凹口间隔环260粘合至芯片尺寸封装135的CSP上表面136，这将腔体248密封于环境介质102。胶环240例如是可紫外线固化的环氧树脂。胶环240具有内部区域241和外部区域242。内部区域241具有内部厚度243并且至少部分地处于CSP上表面136和胶门下表面254之间。外部区域242具有最大外部厚度244，并且至少部分地处于CSP上表面136和间隔基底下表面263之间。图2示出了等于高度258的内部厚度243。在不偏离本发明范围的情况下，内部区域241可包括一个或多个区域(未示出)，该一个或多个区域具有小于高度258(并因此小于内部厚度243)的厚度。
如图2所示，最大外部厚度244可超过内部厚度243。在不偏离本发明范围的情况下，存在以下中的至少一种：(a)内部厚度243可超过或者等于最大外部厚度244，以及(b)最大外部厚度244可超过或者等于门高度257。
间隔基底下表面263处于CSP上表面136上方的高度245处。高度245是内部厚度243和门高度257之和，并且因此超过门高度257。腔体248具有腔体高度271，腔体高度271大于或者等于内部厚度243、门高度257和基底高度265之和。
凹口间隔环260使相机模块200相比于相机模块100具有若干优点：提高了产量并因此降低了制造成本。这些包括芯片尺寸封装和透镜单元之间的更牢固的粘合，以及更好地保证芯片尺寸封装和透镜单元之间的腔体(例如，腔体248)的密封。胶门251降低了胶环240与凹口间隔环260(例如在表面254和表面255处)分开的风险，并因此还降低了腔体248暴露于环境介质102中的污染物的风险。
图3是示出用于制造凹口间隔式相机模块200的方法300的流程图。图4示出了透镜板和芯片尺寸封装的图，这些图对应于方法300的步骤。最好与以下描述一同查看图3和图4。
在步骤310中，方法300将具有第一厚度的胶环施加至具有图像传感器的芯片尺寸封装的上表面。在步骤310的实施例中，胶环440施加至图4A和图4B中分别以平面图和剖面图的方式示出的芯片尺寸封装135的CSP上表面136。胶环440具有上表面441，宽度442和厚度443。在凹口间隔式相机模块200的实施方式中，厚度443处于60μm和100μm之间，并且宽度442超过100μm。图4B的剖面图对应于图4A的剖面A-A’。CSP上表面136对应于防护玻璃130的上表面。
在步骤320中，方法300将透镜与图像传感器对准，透镜是附接至间隔环的透镜板的部分，间隔环具有(i)具有小于第一厚度的第一高度的胶门和(ii)位于胶门和透镜板之间的间隔基底。分别如以下步骤326、步骤322、和步骤324描述的，步骤320可视为包括纵向对准步骤并且可选地包括横向对准步骤和角对准步骤。相对于坐标系统298的x轴、y轴和z轴；横向对准指的是自由度为沿x轴和y轴的位置；角对准指的是自由度为绕x轴和y轴的角度；并且纵向对准指的是自由度为沿z轴的位置。在步骤320内，步骤322、步骤324和步骤326每个都可以按任意顺序重复多次。
步骤320可以包括对准度的使用,对准度指示透镜单元275和芯片尺寸封装135之间的对准程度。对准度例如与由图像传感器125上的透镜172形成的图像的调制传输函数(MTF)有关。
步骤322是可选的。在步骤322中，方法300将透镜与图像传感器横向对准。在步骤322的实施例中，透镜172与图像传感器125横向对准。透镜172横向对准图像传感器125，使得例如光轴173处于图像传感器125的中心像素或者中心像素组上方。
步骤324是可选的。在步骤324中，方法300将透镜有角度地对准图像传感器。在步骤324的实施例中，透镜172有角度地对准图像传感器125。透镜172可以有角度地对准图像传感器125，使得光轴173与芯片尺寸封装135的CSP上表面136垂直。
图5A和图5B分别示出了透镜单元275的仰视平面图和相应的剖面图，该透镜单元275在芯片尺寸封装135上方横向地对准。图5B的剖面图对应于图5A的剖面B-B’。在一个实施方式中，门宽度256小于宽度442。在一个实施方式中，胶门251的门高度257小于厚度443。
在步骤326中，方法300将透镜与图像传感器纵向对准，使得胶环变形并且跨越上表面和胶门的下表面之间的内部区域。在步骤326的实施例中，透镜172纵向对准图像传感器125，使得胶环440变形以成为在图6中示出的变形的胶环640。
在实施方式中，在步骤326中，方法300将透镜纵向对准图像传感器，使得胶环还跨越上表面和间隔基底的下表面之间的、具有小于(胶环的)第一厚度的外部厚度的外部区域。
图6是在步骤326的纵向对准之后、在芯片尺寸封装135上具有透镜单元275的凹口间隔式相机模块600的剖面图。间隔基底下表面263处于CSP上表面136上方的高度663处。高度663小于胶环440的厚度443。
变形的胶环640具有大于零的内部厚度643。在步骤326的实施例中，方法300将透镜172纵向对准以确定透镜板和CSP上表面136之间的预固化腔体高度671，优化了由透镜172形成在图像传感器125上的图像的图像质量度。图像质量度例如与对应于至少一个空间频率和光波长的MTF的值有关。内部厚度643的值至少部分由优化了图像质量度的预固化腔体高度671来确定。当对在方法300包括将透镜单元275粘合到芯片尺寸封装135而使得胶门251(图5)的下表面254与CSP上表面136接触的情况下可能不可获得的图像质量进行优化时，内部厚度643因此提供自由度，使得间隔环高度266是预固化腔体高度671的唯一可达到的值。
在步骤326中，胶门251防止胶环240的胶流至腔体248并覆盖图像传感器125的一部分。消除现有技术的相机模块100的该失败模式导致相机模块200的产量提高。
步骤330是可选的。如果包括，那么在步骤330中，方法300固化变形的胶环。在步骤340的实施例中，变形的胶环640被固化以形成胶环240，并且得到图2的凹口间隔式相机模块200。例如通过紫外线光源来固化变形的胶环640。
例如分别根据变形的胶环640和胶环240的内部厚度643和内部厚度243的任何差异，相机模块200具有可不同于预固化的腔体高度671的腔体高度271。在步骤326中，预固化的腔体高度671也可以被优化，以补偿内部厚度643和内部厚度243之间的任何差异。
特征的组合
上面描述的特征以及下面要求保护的特征可在不偏离本发明范围的情况下，以多种方式组合。以下示例示出一些可能的、非限制性的组合：
(A1)凹口间隔式相机模块包括芯片尺寸封装(CSP)、透镜单元和胶环。CSP具有图像传感器和CSP上表面，透镜单元具有透镜板和间隔环，并且透镜板包括透镜。间隔环包括(i)具有门高度的胶门和(ii)位于胶门和透镜板之间的、具有基底高度的间隔基底。胶环位于间隔环和CSP上表面之间，并且具有(i)位于CSP上表面和间隔基底的下表面之间的外部区域，以及(ii)位于CSP上表面和胶门的下表面之间的具有内部厚度的内部区域。透镜板、间隔环、胶环和CSP上表面形成密封腔体，该密封腔体具有至少等于内部厚度、门高度和基底高度之和的腔体高度。
(A2)在由(A1)指示的凹口间隔式相机模块中，胶门可具有小于胶环宽度的门宽度。
(A3)在由(A1)和(A2)中的一个指示的凹口间隔式相机模块中，胶门可具有小于间隔基底的宽度的门宽度。
(A4)在由(A1)至(A3)指示的凹口间隔式相机模块中的任一个中，内部区域可跨越CSP上表面和胶门的下表面。
(A5)在由(A1)至(A4)指示的凹口间隔式相机模块中的任一个中，外部区域可跨越CSP上表面和间隔基底的下表面。
(A6)在由(A1)至(A5)指示的凹口间隔式相机模块中的任一个中，内部厚度可小于胶环的外部区域的最大厚度。
(A7)在由(A1)至(A6)指示的凹口间隔式相机模块中的任一个中，间隔基底可具有位于CSP上表面上方的、等于内部厚度和门高度之和的高度处的下表面。
(A8)在由(A1)至(A7)指示的凹口间隔式相机模块中的任一个中，腔体高度可等于内部厚度、门高度和基底高度之和。
(A9)在由(A1)至(A8)指示的凹口间隔式相机模块中的任一个中，外部区域可具有超过门高度的最大外部厚度。
(B1)用于制造凹口间隔式相机模块的方法包括以下步骤：(a)将具有第一厚度的胶环施加至具有图像传感器的芯片尺寸封装的上表面，以及(b)将透镜与图像传感器对准，该透镜是附接至间隔环的透镜板的一部分。间隔环具有(i)具有小于第一厚度的门高度的胶门，以及(ii)位于胶门和透明板之间的间隔基底。对准的步骤包括将透镜纵向对准图像传感器，使得胶环变形并且跨越芯片尺寸封装的上表面和胶门的下表面之间的内部区域。
(B2)在由(B1)指示的方法中，纵向对准的步骤可使得胶环还跨越位于芯片尺寸封装的上表面和间隔基底的下表面之间的外部区域，该外部区域具有小于第一厚度的外部厚度。
(B3)在由(B1)和(B2)中的一个指示的任意一种方法中，对准的步骤可进一步包括将透镜横向对准图像传感器。
(B4)在由(B1)至(B3)指示的方法中的任意一个中，对准的步骤可进一步包括将透镜有角度地对准图像传感器。
(B5)由(B1)至(B4)指示的方法中的任意一个可进一步包括使变形的胶环固化。
(B6)在如(B5)指示的方法中，使变形的胶环固化的步骤可形成具有腔体高度的密封腔体，该腔体高度至少等于内部厚度、门高度和基底高度之和。
可以在不偏离本发明范围的情况下，对上面的方法和系统进行改变。因而应该注意到，在上面的描述中包含的或者在附图中示出的主题应解释为示例性的而非限制意义的。下面的权利要求旨在覆盖本文描述的全部一般的和特别的特征，以及在语言上可以被认为落入范围中的本方法和系统的范围的全部陈述。
Claims (15)
1.一种凹口间隔式相机模块，包括：
芯片尺寸封装(CSP)，具有图像传感器和CSP上表面；
透镜单元，具有透镜板和间隔环，所述透镜板包括透镜，所述间隔环包括(i)具有门高度的胶门，以及(ii)位于所述胶门和所述透镜板之间的、具有基底高度的间隔基底；以及
胶环，位于所述间隔环和所述CSP上表面之间，所述胶环具有(i)外部区域，位于所述CSP上表面和所述间隔基底的下表面之间；以及(ii)内部区域，位于所述CSP上表面和所述胶门的下表面之间且具有内部厚度，
所述透镜板、所述间隔环、所述胶环以及所述CSP上表面形成具有腔体高度的密封腔体，所述腔体高度至少等于所述内部厚度、所述门高度以及所述基底高度之和。
2.如权利要求1所述的凹口间隔式相机模块，其中所述胶门具有小于所述胶环的宽度的门宽度。
3.如权利要求1所述的凹口间隔式相机模块，其中所述胶门具有小于所述间隔基底的宽度的门宽度。
4.如权利要求1所述的凹口间隔式相机模块，其中所述内部区域跨越所述CSP上表面和所述胶门的所述下表面。
5.如权利要求1所述的凹口间隔式相机模块，其中所述外部区域跨越所述CSP上表面和所述间隔基底的所述下表面。
6.如权利要求1所述的凹口间隔式相机模块，其中所述内部厚度小于所述胶环的所述外部区域的最大厚度。
7.如权利要求1所述的凹口间隔式相机模块，其中所述间隔基底具有下表面，所述间隔基底的所述下表面在所述CSP上表面上方的、等于所述内部厚度和所述门高度之和的高度处。
8.如权利要求1所述的凹口间隔式相机模块，其中所述腔体高度等于所述内部厚度、所述门高度和所述基底高度之和。
9.如权利要求1所述的凹口间隔式相机模块，其中所述外部区域具有超过所述门高度的最大外部厚度。
10.一种用于制造凹口间隔式相机模块的方法，包括：
将具有第一厚度的胶环施加至具有图像传感器的芯片尺寸封装的上表面；以及
将透镜与所述图像传感器对准，所述透镜是附接至间隔环的透镜板的一部分，所述间隔环具有(i)胶门，具有小于所述第一厚度的门高度；以及(ii)间隔基底，位于所述胶门和所述透镜板之间，
所述对准的步骤包括：
将所述透镜与所述图像传感器纵向对准，使得所述胶环变形并且跨越所述芯片尺寸封装的所述上表面和所述胶门的下表面之间的内部区域。
11.如权利要求10所述的方法，其中所述纵向对准的步骤使得所述胶环还跨越所述芯片尺寸封装的所述上表面和所述间隔基底的下表面之间的外部区域，所述外部区域具有小于所述第一厚度的外部厚度。
12.如权利要求10所述的方法，其中所述对准的步骤还包括：
将所述透镜与所述图像传感器横向对准。
13.如权利要求10所述的方法，其中所述对准的步骤还包括：
将所述透镜与所述图像传感器有角度地对准。
14.如权利要求10所述的方法，还包括使变形的所述胶环固化。
15.如权利要求14所述的方法，其中所述使变形的所述胶环固化的步骤形成具有腔体高度的密封腔体，所述腔体高度至少等于所述内部厚度、所述门高度以及所述基底高度之和。
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