CN107078142B - 图像传感器 - Google Patents

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Abstract

在一些实施例中，用于制造具有弯曲表面的图像传感器芯片的技术和架构包括在图像传感器芯片的第一表面上放置衬底，其中图像传感器芯片的第一表面与图像传感器芯片的第二表面相对，以及其中图像传感器芯片的第二表面包括光传感器以响应于接收光而产生电信号。制造也包括修改衬底的体积以便对图像传感器芯片施加力以产生弯曲的图像传感器芯片。

Description

图像传感器
背景技术
光学系统通常用在许多装置中，诸如相机、望远镜、双筒望远镜、办公设备、以及科学仪表，仅列举几个示例。光学系统可以包括透镜、反射镜、和/或一个或多个光感测装置。光学系统的性能部分地取决于系统的每个元件的设计以及系统的总体设计，其阐述了元件之中的光学相互作用。例如，一个透镜的光输出可以是后续透镜或光感测装置的光输入。
诸如CMOS、电荷耦合器件(CCD)或光电二极管的光感测装置存在于各种光学系统中。通常，CMOS或CCD配置在制造于硅衬底上的阵列中。可以至少部分地基于阵列的特定细节(诸如阵列的大小、阵列的分辨率、以及阵列相对于光学系统剩余部分的定位)而设计向CMOS或CCD阵列提供光的光学系统的一部分。
发明内容
本公开描述了用于弯曲并成形图像传感器的技术和架构。特别地，由平坦的、相对脆弱的材料(诸如硅或锗)制造的图像传感器例如在该图像传感器被制造之后可以被成形，使得该图像传感器的光敏感表面被弯曲以具有球面、非球面或其他形状。
为了形成弯曲的图像传感器，衬底可以耦合(例如接合、粘合、沉积或附接)至图像传感器的背侧。衬底随后可以经受增加衬底体积的任意数目的化学或物理反应。增加体积由于在衬底与图像传感器之间的应变梯度而在图像传感器上产生弯曲力。
提供该发明内容部分以简化形式介绍以下在详细说明中进一步描述的构思的选择。该发明内容部分并非意在标识所请求保护主题的关键特征或必要特征，也并非意在用于限制所请求保护主题的范围。术语“技术”例如可以涉及制造设备、控制系统、方法、计算机可读指令、模块、算法、或硬件逻辑(例如现场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、系统芯片系统(SOC)、复杂可编程逻辑器件(CPLD))，其可以用于执行如由以上的上下文以及遍及本文允许的技术。
附图说明
参照附图阐述详细说明。在附图中，参考编号的最左边数字标识其中该参考编号首次出现的附图。在不同附图中相同参考编号的使用指示类似或等同的项目或特征。
图1是根据各种示例实施例的图像传感器芯片的顶视图。
图2是示出了根据各种示例实施例的中性轴线、图像传感器芯片以及体积变化衬底的侧视图。
图3是根据各种示例实施例的图像传感器芯片和体积变化衬底的侧视图。
图4是根据各种示例实施例的在反应容器中图像传感器芯片和体积变化衬底的侧视图。
图5是根据各种示例实施例的弯曲的图像传感器芯片和体积变化衬底的侧视图。
图6是根据许多示例实施例的具有在体积变化衬底的中心区域附近同心地改变的厚度的体积变化衬底的顶视图。
图7和图8是根据各种示例实施例的弯曲图像传感器芯片的光敏感表面的剖视图。
图9是根据各种示例实施例的弯曲图像传感器芯片和体积变化衬底的剖视图。
图10是根据各种示例实施例的包括弯曲图像传感器芯片和体积变化衬底的光学系统的剖视图。
图11是示出了根据一些示例实施例的用于弯曲图像传感器芯片的处理的流程图。
具体实施方式
概述
通常，光学系统可以包括透镜、反射镜、和/或一个或多个光感测装置，诸如电荷耦合器件(CCD)或可以将光能转换为电信号的其他装置。多个CCD可以配置在制造于衬底上的阵列(例如像素阵列)中，衬底可以例如是硅、锗或其他半导体材料。制造在衬底上的光敏感器件(诸如CCD、CCD的阵列或者任意数目的配置中的一个或多个其他光感测实体)在此称作“图像传感器芯片”。然而，应该注意的是，该名称可以涉及不必配置为感测图像而是感测任何光信号(可见或不可见)的光传感器。
图像传感器芯片可以被弯曲，使得图像传感器芯片的光敏感表面具有弯曲的形状，其与平坦表面的图像传感器芯片相比，可以向光学系统的设计提供许多优点。特别地，当光学系统包括弯曲的图像传感器芯片时，与平坦表面的图像传感器芯片相比，包括透镜和/或反射镜的该光学系统具有较少的设计约束。例如，一些设计约束可以包括透镜的数目、对于彩色和/或空间偏差的可接受容限等等。具有球面、非球面或者其他表面的图像传感器芯片可以导致高性能光学系统，其产生跨越图像传感器芯片表面的相对均匀的光强度和空间频率响应。
在各种示例实施例中，可以在包括将“体积变化衬底”接合(例如熔合、焊接等)、粘附(例如采用粘附或静电力)、沉积(例如通过溅射、浇铸、喷雾等)或附接至图像传感器芯片上的处理中弯曲图像传感器芯片。化学或物理反应可以用于改变体积变化衬底的体积和尺寸。体积变化衬底的体积膨胀可以产生传递至图像传感器芯片的力。这种力可以将图像传感器芯片弯曲或成形成弯曲的形状。在各种示例实施例中，通过改变体积变化衬底的体积和尺寸所产生的力可以从体积变化衬底经由用于将体积变化衬底和图像传感器芯片耦合在一起的界面层而传递至图像传感器芯片。
体积变化衬底可以通过张力而变形或弯曲图像传感器芯片。由于图像传感器芯片在张力下与压缩状态相比可以具有较低的暗电流，使用张力弯曲图像传感器芯片可以是有益的。因此，可以设计体积变化衬底以使得图像传感器芯片的大部分区域在被弯曲或变形为期望形状时处于张力下。该设计可以至少部分地基于体积变化衬底的刚度和/或厚度以便在中性弯曲轴线的张力侧上放置图像传感器芯片。
可以通过调整或选择在体积膨胀处理中涉及的任意多个参数而控制由体积膨胀对图像传感器芯片的特定成形。例如，体积变化衬底将膨胀成为的特定形状可以至少部分地取决于体积变化衬底(和/或界面层，如果存在的话)的图案化或厚度分布、图像传感器芯片的刚度、暴露至膨胀剂的体积变化衬底的部分相比于并未暴露至膨胀剂的体积变化衬底的部分(例如通过膨胀剂的掩蔽或定位施加)等等。
在一些实施例中，可以在衬底的膨胀期间跨越图像传感器组件的至少一部分施加偏置压力以强制特定的2D曲率形状。例如，在衬底膨胀期间，模具可以放置在图像传感器的一部分上。
由于衬底与微电子器件的所应用材料之间热应变性质失配，在微电子器件的处理期间可以发生二维曲率。然而，该曲率可以产生跨越例如可以制造多个图像传感器芯片的整个半导体晶片的相对较小的挠度。该曲率可能不足以产生弯曲的图像传感器芯片。与由热应变所提供的局部应变梯度相比，体积膨胀可以在图像传感器芯片上提供更大数量级的局部应变梯度。可以在适度的温度和压力下实现体积膨胀，减小在图像传感器芯片中可以导致不期望的扭曲的热应力的潜在可能性。该适度的温度和压力也可以减小传感器电子器件和附加的功能层在处理期间受损的可能性。在一些示例中，可以控制温度和/或压力以控制衬底的膨胀速率或量。
通过体积膨胀弯曲图像传感器芯片的处理可以涉及图像传感器芯片、界面/粘附层、经受膨胀的衬底、膨胀剂、以及用于实现导致衬底膨胀的环境条件(例如温度、压力、电化学势)的各种夹具或容器。术语“膨胀剂”用于描述与衬底反应或者被衬底吸收以使得衬底经受体积膨胀的材料(化学品、气体、元素、化合物、混合物等)。在一些实施方式中，膨胀剂可以用于插层，其是将膨胀剂(例如分子或离子)包括或插入至固态化合物(例如体积变化衬底)中。
在各种示例实施例中，接合至体积变化衬底的弯曲图像传感器芯片的组合可以包括独立的光学装置，其可以随后包括至光学系统中。例如，制造者可以制造包括接合至体积变化衬底的弯曲图像传感器芯片组合的光学装置。制造者可以向生产光学系统的另一制造者提供该光学装置。该光学装置可以包括至该光学系统中。
在各种示例实施例中，接合至体积变化衬底的平面图像传感器芯片的组合可以包括独立的光学装置，其可以被提供至制造者，该制造者通过使得体积变化衬底经受化学或物理处理而使该平面图像传感器芯片弯曲或成形。该制造者可以将光学装置包括至透镜系统或其他光学系统中，或者可以随后将得到的弯曲的图像传感器芯片提供至可以制造包括弯曲的图像传感器芯片的光学系统的另一制造者。
参照图1至图11进一步描述各种示例实施例。
示例性环境
图1是根据各种示例实施例的图像传感器芯片100的顶视图。图像传感器芯片100包括半导体衬底102，光敏部分104构建在半导体衬底102上。可以例如是CCD阵列的光敏部分104包括一个或多个光敏感元件106。每个该光敏感元件106例如可以对应于部分地由光敏部分104所产生的图像的像素。光敏部分104可以称作“作用区域”，其能够将光能转换为电能或电信号。除非另外陈述，术语“光”涉及在频谱的任意部分中的电磁能量。因此，例如，光或光能包括电磁频谱的可见、红外(IR)、近红外(NIR)和紫外(UV)部分。
非作用区域108可以至少部分地围绕光敏感区域104。可以缺乏光敏感元件的非作用区域108可以包括用于操作光敏部分104的各个电路元件、导电迹线等。例如，如果光敏部分104是CCD阵列，非作用区域108可以包括用于控制CCD元件的行和列的电路。光敏部分104和非作用区域108的每一个可以占据图像传感器芯片100的任意部分的区域。光敏部分104可以例如是具有任何宽高比(例如宽度比高度)的方形或矩形。
半导体衬底102可以包括任意数目的元件，包括这些元件的组合，其任意可以包括附加的杂质(例如掺杂剂)。例如，半导体衬底102可以是硅或锗。在一些示例中，图像传感器芯片100的厚度可以在从5至10微米直到约1毫米的范围内。图像传感器芯片100的宽度或长度可以在从约5毫米至约25毫米的范围内。
图像传感器芯片100可以包括至以特定方式向图像传感器芯片100提供光的光学系统中。例如，在一些实施方式中，透镜系统可以配置为具有与图像传感器芯片100的位置相符的焦平面。在特定实施方式中，透镜系统可以配置为具有与图形传感器芯片100的弯曲版本的弯曲表面相符的焦点表面。在其他实施方式中，透镜系统可以配置为具有与图像传感器芯片100的焦距相符的焦距。光学系统的光学元件(例如透镜和/或反射镜)可以至少部分地确定焦平面的位置和焦距。特别地，可以至少部分地基于光敏部分104的特定细节(诸如光敏部分104的大小、光敏部分104的分辨率、以及光敏部分104相对于光学系统剩余部分的定位)而设计向光敏部分104提供光的光学系统的一部分。光学系统的性能取决于光学系统的每一个光学元件的设计以及光学系统的总体设计，其阐述了在光学元件之中的光学相互作用。例如，一个透镜的光输出可以是后续透镜的光输入。通常，光学元件的质量以及它们相对于彼此的排列随着分辨率(例如，诸如与各像素对应的CCD元件的光敏感元件106的密度)增大而提高。例如，该质量可以至少部分地基于单个光学元件的参数，包括但不不限于，结构和光学偏差、光学传输或反射、光均匀性、定位等等。
图2是示出了根据各种示例实施例的包括图像传感器芯片204和体积变化衬底206的配置202的中性轴线200的侧视图。当体积变化衬底206响应于化学或物理反应而膨胀时，力208被施加至图像传感器芯片204。中性轴线是虚拟表面，其分隔处于张力下的材料与处于压缩下的材料。例如，响应于力208，体积变化衬底206可以在中性轴线200之上处于压缩下而在中性轴线200之下处于张力下。图像传感器芯片204可以位于中性轴线200下方因此其处于张力下。在其他示例中，衬底膨胀处理可以将局部弯曲力矩产生至被压缩的图像传感器芯片204上。因此，纯粹的弯曲应力可以仅仅是压缩的。然而，与衬底膨胀有关的机械组件可以偏置为净拉张，如果产生足够的体积膨胀并且另一力用于防止弯曲反应。该另一力可以是表面压力或机械约束，诸如模具。中性轴线200的位置相对于图像传感器芯片204的位置可以影响图像传感器芯片204的弯曲量。中性轴线200的位置和“形状”可以至少部分地取决于许多因素，诸如体积变化衬底206的布局、厚度和/或形状，以及图像传感器芯片204的刚度和厚度。因此，制造者可以基于这些因素而至少部分地控制何处定位中性轴线200。例如，提高体积变化衬底206的刚度可以将中性轴线越来越朝向图像传感器芯片204(并且可能进入其中)而放置。体积变化衬底206的刚度可以至少部分地取决于体积变化衬底206的厚度和材料。
图3至图5示出了根据一些示例实施例的弯曲或成形图像传感器芯片(诸如图像传感器芯片100)的示例处理的各个部分。该方法可以由任何实体手工地(例如由人)、自动地(例如由机器)或者其组合而执行。可以例如是生产者、组装者、制造者或创建者的该实体在此称作“制造者”。该方法可以包括批处理，其中可以同时地成形多个(例如数十、数百或数千)图像传感器芯片。
图3是根据各种示例实施例的包括图像传感器芯片302和体积变化衬底304的配置300的侧视图。图像传感器芯片302包括光敏部分306，例如其可以与图1中所示的光敏部分104相同或相似。在一些实施方式中，体积变化衬底304被接合、层叠或另外耦合至图像传感器芯片302的第一表面308。制造者可以使用可以具有粘附特性的界面层310以执行该耦合。然而，在一些实施方式中，无需使用粘附界面层。在该情形中，体积变化衬底304可以直接地耦合至图像传感器芯片302。
第一表面308与包括光敏部分306的第二表面312相对，光敏部分306是图像传感器芯片302的光敏部分。第二表面312也可以包括非作用区域314，其可以例如与图1中所示的非作用区域108相同或相似。箭头316指示图像传感器芯片302配置用于接收的入射光的方向。
图像传感器芯片302的边缘318可以与体积变化衬底304的边缘320对准或不对准。在一些实施方式中，体积变化衬底304可以延伸越过图像传感器芯片302的边缘318。在其他实施方式中，图像传感器芯片302可以延伸越过体积变化衬底304的边缘320。
在膨胀期间，体积变化衬底304可以产生在图像传感器芯片302上引起应力和应变的力。与较厚的图像传感器芯片相比，弯曲应变对于相对较薄图像传感器芯片302的总应变状态的贡献可以较小。通常，弯曲应变和拉伸应变的组合可以弯曲或成形图像传感器芯片302。制造者可以选择图像传感器芯片302的厚度以使得图像传感器芯片机械地强硬，允许足够的用于弯曲的应变被施加而并未产生裂缝或翘曲。在一些特定实施方式中，图像传感器芯片302可以包括采用绝缘体上硅(SOI)晶片制造的CMOS传感器，SOI晶片具有在从约3至约10微米范围内厚度的器件层。
体积变化衬底304可以包括作为化学或物理反应的结果而膨胀的任意数目的材料。该材料可以包括金属合金、铝、钛、聚合物或弹性体，仅列举几个示例。例如，化学或物理反应可以包括将体积变化衬底304暴露至任意多种特定的化学品或元素和/或将电流施加至体积变化衬底304。
在一些实施方式中，体积变化衬底304的初始(例如在体积膨胀之前)厚度可以遍及图像传感器芯片302而实质上恒定。在其他实施方式中，如图3中所示，体积变化衬底304的初始厚度可以遍及图像传感器芯片302而改变。在一些示例中，体积变化衬底304的厚度可以在从约为图像传感器芯片302的厚度直至比传感器芯片更厚约25微米的范围内。在其他示例中，体积变化衬底304的厚度可以至少数倍大于图像传感器芯片302的厚度。对于特定示例，图像传感器芯片302可以约5至10微米厚并且体积变化衬底304可以约25至100微米厚。在其他示例中，图像传感器芯片302的厚度可以大于10微米，并且体积变化衬底304可以至少数倍厚于图像传感器芯片302。
在一些示例性实施例中，制造者可以通过调整体积变化衬底304的层厚度而控制图像传感器芯片302的局部曲率。例如，可以由有限元模拟或试验确定该层厚度。因此，可以控制图像传感器芯片302的形状以实现期望的弯曲幅度(例如局部曲率半径)和总体形状(例如抛物面或球面)。
界面层310可以将体积变化衬底304粘附至图像传感器芯片302并且也可以至少部分地缓冲来自图像传感器芯片302的在体积变化衬底304中的体积应变以防止发生大的界面应力。例如，不采用该缓冲，体积应变可以跨越体积变化衬底304至图像传感器芯片302的界面而增大，通过剥落或开裂而导致图像传感器芯片的可能故障。缓冲可以是特别地有益的，因为体积变化衬底304可以经受显著膨胀(应变)并且图像传感器芯片302可能不经受任何应变。因此，在已膨胀的衬底与传感器之间的边界处，可以发生应变失配，这导致可起到脱粘或断裂图像传感器芯片302的作用的局部化应力。界面层310可以具有粘附属性和弹性属性，其足以传递应力至图像传感器芯片302中而同时防止相对较高的局部应力。在一些实施方式中，界面层310可以包括热固性粘附剂，诸如例如环氧树脂或聚氨酯。在其他实施方式中，界面层310可以包括热塑性材料，诸如聚醚醚酮(PEEK)或聚砜聚合物。这些材料或其他界面层材料可以具有合适的组合刚度、机械强度以及粘度以在经受应力时维持完整性和/或粘附性。在一些情形中，制造者可以将表面处理应用至图像传感器芯片302的第一表面308和/或体积变化衬底304，以在图像传感器芯片302和体积变化衬底304之间实现足够的粘附强度。该表面处理可以包括例如等离子体处理、酸或碱清洗、和/或界面表面处理，诸如例如硅烷粘附促进剂。
在一些示例实施例中，制造者可以通过沉积工艺将体积变化衬底304放置至图像传感器芯片302上。制造者可以使用任意数目的沉积技术，诸如例如旋涂、气相沉积、溅射等等。在一些实施方式中，制造者可以在将用于体积变化衬底304的材料沉积至界面层上之前将界面层310(例如通过沉积、层叠或粘合)放置至图像传感器芯片302上。在其他实施方式中，界面层不必被包括在配置300中以使得体积变化衬底304直接接触图像传感器芯片302。在该情形中，体积变化衬底304可以直接地沉积至图像传感器芯片302上。
制造者可以至少部分地基于材料的化学成分和化学反应类型而选择用于体积变化衬底304的材料。例如，一类材料可以经受氢基膨胀反应。许多金属可以在特定压力和温度条件下吸收氢。用于氢膨胀的候选材料包括例如钛、钒、钯及其合金，以及LaNi5基合金。这些材料通过接收大量氢而体积膨胀。例如，至少部分地取决于材料和氢插入条件(例如材料被暴露至氢气的压力和/或温度)，体积变化衬底304可以体积膨胀约材料原始体积的1％至30％。
在一些特定示例中，制造者可以将接合至图像传感器芯片302的钛箔暴露至氢气。得到的氢化反应可以表示为Ti+H2→TiH2。钛(或其他金属)可以经受该反应，其可以在室温和(氢气的)大气压力下放热。然而，提升的温度和/或压力可以加速反应。在任何情形下，该反应可以在从约几分钟直至约数小时或更多的时间跨度中发生，至少部分地取决于温度、压力、膨胀剂的浓度、体积改变的材料304的表面条件等等。
在一些实施方式中，制造者可以预处理体积改变的材料304以使得将暴露至膨胀剂(例如氢气)的体积改变的材料304的表面处于用于经受氢化反应的相对良好的条件。对于特定的示例，活化处理可以包括在真空中大约200摄氏度的温度下烘培体积改变的材料304以去除体积改变的材料304上的表面氧化层。
在一些实施方式中，制造者无需允许完整的氢化反应。例如，制造者可以执行部分氢化反应作为用于控制体积改变的材料304的膨胀量的技术。对于一些特定的示例，实质上完整的氢化反应可以导致体积改变的材料304体积膨胀约30％。另一方面，部分氢化反应可以用于实现以在0％和30％之间任何量的体积改变的材料304的体积膨胀。
体积改变的衬底304可以包括能够通过氧化反应而经受体积膨胀的一类材料。例如，可以通过将电化学势施加至材料而氧化诸如铝和钛的材料，导致体积膨胀。对于铝合金，该氧化类似于阳极化处理或者与其相同。膨胀的量可以至少部分地通过控制施加至氧化材料的电压和/或电流而可控。
体积变化衬底304可以包括能够通过与锂化学反应而经受体积膨胀的另一类材料。该与锂的化学反应可以称作“锂化”。用于锂化的候选材料包括硅、锗、锡、铟、金属氧化物(例如氧化钒)、以及金属磷酸盐(例如磷酸铁)。锂化可以使用例如丁基锂或金属锂而执行。在一些实施方式中，制造者可以通过调节锂反应剂的量和/或浓度而至少部分地控制膨胀的量。在其他实施方式中，制造者可以通过在锂化期间调整电化学势而至少部分地控制膨胀的量。例如，至少部分地取决于材料和锂化条件，体积变化衬底304可以体积膨胀约材料原始体积的1％至300％。
体积变化衬底304可以包括能够通过水合或溶剂化而经受体积膨胀的又一类材料。用于水合或溶剂化的候选材料包括一些聚合物和弹性体，诸如例如丁基橡胶。这些和任何其他类的体积改变的材料可以用于衬底。
图4是根据各种示例实施例的包括弯曲的图像传感器芯片402、体积变化衬底404和反应容器406的系统400的侧视图。例如，在体积变化衬底404(其可以从体积变化衬底304体积膨胀)的体积膨胀之后，弯曲的图像传感器芯片402可以与图3中所示的平坦的图像传感器芯片302相同或类似。例如，体积变化衬底304具有第一厚度分布，并且体积变化衬底404具有不同于第一厚度分布的第二厚度分布。反应容器406可以足够大以容纳多个弯曲的图像传感器芯片402以用于批处理，其中图像传感器芯片可以同时地成形。
体积变化衬底404的体积膨胀可以产生遍及图像传感器芯片402的区域非均匀地作用的力408。因此，力408导致弯曲应力，其可以将图像传感器芯片402变形成所需的球面、非球面或其他形状。特别地，当图像传感器芯片402的剩余部分变形时，光敏感区域410可以变形。
由体积变化衬底404的体积膨胀诱导的弯曲的形状和量可以至少部分地由许多因素控制。例如，膨胀剂插入至体积变化衬底404中的量可以影响体积膨胀的量。该插入的量可以至少部分地取决于许多工艺参数，诸如例如工艺中所涉及的温度、压力和电压。对于另一示例，体积变化衬底404(或体积变化衬底304)的厚度分布可以影响体积变化衬底404的体积膨胀的量，并且以下将讨论。在又一示例中，掩模和/或电极图案可以影响体积变化衬底404的体积膨胀的量。掩蔽体积变化衬底404的特定区域可以防止或减小膨胀剂的吸收，因此消除或减小了体积变化衬底404的局部膨胀并且减小了图像传感器芯片402的曲率。类似地，通过将电极定位在体积变化衬底404的特定区域中，电化学驱动的膨胀反应可以被约束至体积变化衬底404的期望的局部区域。由体积变化衬底404的体积膨胀诱导的弯曲的形状和量也可以至少部分地通过限制体积变化衬底404的材料沉积至图像传感器芯片402的特定区域而控制。
反应容器406不必用于导致体积膨胀的一些化学或物理反应。然而，对于其他化学或物理反应，反应容器406可以在各种压力和/或温度下包含一个或多个膨胀剂。例如，反应容器406可以包括具有阀门(未示出)的泵或增压气体容器，以在反应容器406内提供受控的压力。在另一示例中，反应容器可以包括加热元件(未示出)，以控制反应容器406内温度。在一些实施方式中，反应容器406可以包括传感器412，以监控膨胀速率和/或传感器弯曲。该传感器可以包括聚焦在一个或多个经受由体积变化衬底404的体积膨胀而诱导的弯曲的图像传感器芯片402上的相机。在另一示例中，相机可以聚焦在体积变化衬底404上。人类操作者可以通过观察由该相机所产生的图像而监控体积变化衬底404的体积和/或图像传感器芯片402的弯曲。机器视觉可以替代地用于分析该相机的数字图像以自动地监控体积变化衬底404的体积和/或图像传感器芯片402的弯曲。在又一示例中，传感器412可以包括放置在特定体积变化衬底和/或特定图像传感器芯片上的应变仪。例如，具有附接的应变仪(其可能使图像传感器芯片不可用)的该特定体积变化衬底和/或特定图像传感器芯片可以是在批处理中多个图像传感器芯片402之中的牺牲样本。用于测量图像传感器芯片402和/或体积变化衬底404的偏转和/或弯曲的方法可以用于将成形过程限制于期望的膨胀量。例如，可以由工艺变量控制许多插入和膨胀反应以按需停止膨胀(例如诸如降低反应容器406中温度、压力或电压)。
在涉及氢反应的一些实施方式中，反应容器406可以包括调节器(未示出)以控制氢气的压力水平。制造者可以在反应容器406内恒定压力下提高氢气的温度。在该条件下，氢可以迁移至体积变化衬底404中，导致膨胀反应并且诱导图像感测装置402的弯曲。
在涉及化学反应的一些实施方式中，可以由体积变化衬底404暴露至膨胀剂(例如丁基锂)的速率和浓度而控制膨胀剂插入至体积变化衬底404的速率和量(其至少部分地确定体积膨胀的量)。
在涉及电化学处理的一些实施方式中，反应容器可以包括电解质(固态或液态)、与体积变化衬底404接触的一对电极、以及膨胀剂源(诸如例如插入剂(例如溶液中Li离子))。可以控制反应容器406内环境以帮助防止Li与水或氧之间的反应。此外，反应容器可以包括电源(例如电压源或电流源)，其可以提供精确量的电压或电流以控制离子插入至体积变化衬底404中。
在一些示例性实施例中，在体积变化衬底404的体积膨胀之前、期间或之后，制造者可以将一个或多个力施加至包括弯曲的图像传感器芯片402和体积变化衬底404的配置414，以迫使弯曲的图像传感器芯片402的形状呈现出成形模具418的成形表面416的形状。换言之，制造者可以将配置414与成形模具418挤压在一起以使得弯曲的图像传感器芯片402变形为成形表面416的形状。成形模具418可以帮助由于体积变化衬底404的体积膨胀而导致的变形均匀地发生。通常，在诱导的弯曲的相对较大水平下，可能发生不稳定性，其中薄壳体回复至与球型弯曲相反的圆柱形(例如单轴)弯曲。为了防止该不稳定性，包括正形表面的成形模具418可以放置靠近光敏感区域410。
图5是根据各种示例实施例的包括成形的图像传感器芯片502和体积变化衬底504的传感器模块500的侧视图。传感器模块500可以与图4中所示配置414相同或相似。成形的图像传感器芯片502可以是球面、抛物面、非球面或者具有一个或多个拐点的复合形状，仅列举几个示例。成形的图像传感器芯片502包括光敏部分506。传感器模块500可以是独立光学装置，其可以包括在例如光学系统中。特别地，制造者可以构建传感器模块500并将传感器模块500提供至组装者(其可以是与制造者相同的实体)。组装者可以使用传感器模块500作为图像传感器，其可以包括在光学系统中。
图6是根据许多示例实施例的具有在体积变化衬底的中心区域周围共心地改变的厚度的体积变化衬底600的顶视图。体积变化衬底600的厚度可以以特定的方式改变以影响附接(例如接合或粘合)至体积变化衬底600的图像传感器芯片(图6中未示出)的弯曲形状。等值线602表示恒定厚度的线。相邻等值线602之间的间距可以改变，指示了变化的厚度。例如，相互间隔相对较近的等值线602指示在相对较短距离之上沿径向方向(由R所指示)厚度快速改变。共心的等值线602指示体积变化衬底600的厚度沿径向方向对称地改变。因此，制造者可以使用具有以如此方式改变的厚度的体积变化衬底600以用于将图像传感器芯片形成为球形(例如具有相等间距的同心等值线)、非球形或抛物面形(例如具有不相等间距的同心等值线)、或者更复杂的形状(例如具有不相等间距的非同心等值线)。
图7和图8是示出了根据各种示例实施例的弯曲图像传感器芯片的光敏部分的形状的剖视图。在图7中，弯曲图像传感器芯片702的光敏部分700具有球面或非球面形状。该形状不具有拐点。光敏部分700是内凹的。另一方面，如图8中所示，弯曲图像传感器芯片802的光敏部分800具有包括一个或多个拐点的复杂形状。光敏部分800的一部分可以包括球面或非球面形状。该复杂形状可以用于许多光学系统。诸如以上所述的体积变化衬底可以与所施加的力和/或力矩组合设计以产生光敏部分800的复杂形状。
图9是示出了根据各种示例实施例的附接至体积变化衬底902的弯曲图像传感器芯片900的弯曲的剖视图。弯曲图像传感器芯片接合至体积变化衬底的组合可以包括独立光学装置，该独立光学装置可以随后被包括至光学系统中。该光学系统的光轴904相对于图像传感器芯片900而示出。体积变化衬底的尺寸和体积可以在对于光学系统典型的环境条件(例如室温、大气压力)下或者缺乏膨胀剂而保持恒定(例如数十年或更久)。例如，导致体积变化衬底902的体积膨胀的氢化反应可以是放热的。因此，体积膨胀的衬底可以是相对化学和物理稳定的。
当图像传感器芯片900包括在光学系统中时，至少部分地基于图像传感器芯片900的弯曲形状的图像传感器芯片900的焦距可以是重要的因素。当图像传感器芯片900的形状实质上是球面时，图像传感器芯片900的焦距可以至少近似地等于图像传感器芯片900的曲率半径R的倒数。如果图像传感器芯片900具有非球面形状，则图像传感器芯片900的曲率半径随着从光轴904的距离而改变。可以设计包括图像传感器芯片900的光学系统以适应于该可变的曲率半径。
图10是根据各种示例实施例的包括图像传感器模块1002和透镜组件1004的光学系统1000的剖视图。特别地，图像传感器模块1002包括弯曲的图像传感器芯片1006和体积变化衬底1008。弯曲的图像传感器芯片1006包括光敏部分1010。弯曲的图像传感器芯片1006和体积变化衬底1008可以分别类似于或等同于图3中所示的弯曲的图像传感器芯片302和体积变化衬底304。在一些实施方式中，体积变化衬底1008可以足够刚硬以维持弯曲的图像传感器芯片1006的弯曲形状。
弯曲的图像传感器芯片1006(或光敏部分1010)可以具有引起焦距的形状。当在光学系统1000中放置图像传感器模块1002时可以考虑该焦距。特别地，透镜组件1004可以被设计为接收光1012、对该光进行光学操作以及产生将图像聚焦至弯曲的图像传感器芯片1006上的光输出1014，弯曲的图像传感器芯片1006可以从透镜组件1004距离1016。距离1016可以至少近似地等于弯曲的图像传感器芯片1006的焦距。在一些实施方式中，弯曲的图像传感器芯片1006的焦距的倒数至少近似地等于弯曲的图像传感器芯片1006的曲率半径。透镜组件1004和图像传感器模块1002可以沿着光轴1018对准。
图11是示出了根据一些示例实施例的用于弯曲图像传感器芯片的方法1100的流程图。例如，该图像传感器芯片可以与图3中所示图像传感器芯片302相同或类似。方法1100可以类似于图3至图5中所示的处理或者与其相同，并且可以由制造者所执行。在块1102处，制造者可以在图像传感器芯片的第一表面上放置衬底，其中图像传感器芯片的第一表面与图像传感器芯片的第二表面相对，以及其中图像传感器芯片的第二表面包括光传感器以响应于接收光而产生电信号。在块1104处，制造者可以修改衬底的体积以便对图像传感器芯片施加力以产生弯曲的图像传感器芯片。
示例条款
A.一种方法，包括：在图像传感器芯片的第一表面上放置衬底，其中图像传感器芯片的第一表面与图像传感器芯片的第二表面相对，以及其中图像传感器芯片的第二表面包括光传感器以响应于接收光而产生电信号；以及修改衬底的体积以便对图像传感器芯片施加力以产生弯曲的图像传感器芯片。
B.如条款A记载的方法，其中，弯曲的图像传感器的第二表面具有内凹的球面或非球面形状。
C.如条款A至B中任一项记载的方法，其中，在图像传感器芯片的第一表面上放置衬底包括：使用界面层将图像传感器芯片的第一表面耦合至衬底。
D.如条款A至C中任一项记载的方法，其中，衬底包括金属合金，以及其中修改衬底的体积包括：将衬底暴露至氢以允许衬底吸收氢。
E.如条款A至C中任一项记载的方法，其中，衬底包括金属合金，以及其中修改衬底的体积包括：将电流施加至衬底的至少一部分以执行氧化反应。
F.如条款A至D中任一项记载的方法，其中，金属合金包括铝或钛。
G.如条款A至C中任一项记载的方法，其中，修改衬底的体积包括：将衬底暴露至锂化工艺中的锂基化学品。
H.如条款A至C中任一项记载的方法，其中，衬底包括聚合物或弹性体，以及其中修改衬底的体积包括：将衬底暴露至水合处理或溶剂化处理中的一个或多个化学品。
I.如条款A至C中任一项记载的方法，其中，修改衬底的体积包括：将受控的温度、压力或电压施加至衬底的特定部分。
J.如条款A至C中任一项记载的方法，其中，在修改衬底的体积之前，衬底具有第一厚度分布，以及其中在修改衬底的体积之后，衬底具有不同于第一厚度分布的第二厚度分布。
K.如条款A至C中任一项记载的方法，还包括：与图像传感器的第二表面邻接地放置成形模具。
L.一种设备，包括：弯曲的图像传感器芯片，其具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中第二侧包括光传感器以响应于接收光而产生电信号；以及衬底，其覆盖弯曲的图像传感器芯片的第一侧，其中衬底包括氢化金属。
M.如条款L记载的设备，其中，弯曲的图像传感器芯片的第二侧具有内凹的球面或非球面形状。
N.如条款L至M中任一项记载的设备，其中，氢化金属包括氢化钛或氢化钒。
O.如条款L至N中任一项记载的设备，还包括界面层，其将衬底耦合至弯曲的图像传感器芯片的第一侧。
P.如条款L至O中任一项记载的设备，其中，弯曲的图像传感器芯片具有至少近似地与弯曲的图像传感器芯片的第二侧的焦距的倒数相等的曲率半径。
Q.一种系统，包括：一个或多个透镜或反射镜；弯曲的图像传感器芯片，其具有第一侧和与第一侧相对的第二侧，其中第二侧包括光传感器以响应于从一个或多个透镜或反射镜接收到光而产生电信号；以及衬底，其覆盖弯曲的图象传感器芯片的第一侧，其中衬底包括氢化金属。
R.如条款Q记载的系统，其中，衬底包括至少部分地防止衬底吸收一个或多个膨胀化学品的掩蔽区域。
S.如条款Q至R中任一项记载的系统，其中，弯曲的图像传感器芯片具有至少近似地与弯曲的图像传感器芯片的第二侧的焦距的倒数相等的曲率半径。
T.如条款Q至S中任一项记载的系统，其中，图像传感器芯片包括硅或锗。
结论
尽管已经以特定于结构特征和/或方法动作的语言描述了主题，应该理解的是所附权利要求中限定的主题不必限制于描述的具体特征或动作。相反，具体特征和步骤公开作为实施权利要求的示例形式。
所有如上所述的方法和处理可以被具体化在由一个或多个通用计算机或处理器所执行的软件代码模块中并且完全经由该软件代码模块而自动化。代码模块可以存储在任何类型的计算机可读媒介、计算机存储媒介或其他计算机存储装置中。一些或全部方法可以替代地被具体化在专用计算机硬件(诸如例如量子计算机或量子退火器)中。
除非另有具体说明，在其他语言中的条件性语言，诸如“可”、“可以”或“可能”，应该在上下文中被理解为呈现某些示例包括某些特征、元件和/或步骤，而其他示例不包括该某些特征、元件和/或步骤。因此，该条件性语言通常不应旨在暗示某些特征、元件和/或步骤在一个或多个示例所要求的任何方式中，或者一个或多个示例必然包括逻辑以用于利用或不利用用户输入或提示来决定某些特征、元件和/或步骤是否被包括在或将要被执行在任何特定示例中。
除非另有具体说明，诸如短语“X、Y或Z中的至少一个”的连接性语言应该被理解为呈现项目、术语等，其可以是X、Y或Z，或者其组合。
本文中描述的和/或附图中描绘的流程图中的任何例行描述、元件或块应该理解为潜在地表示包括用于实施具体逻辑功能或例行程序中元件的一个或多个可执行指令的模块、代码段或代码的一部分。替代的实施方式包括本文中描述的示例的范围内，其中可以删除元件或功能，或者除了所示出或讨论之外其他顺序而执行，包括实质上同时或相反顺序，取决于如本领域技术人员所理解的所涉及功能。
应该强调的是可以对上述示例做出许多改变和修改，其要素应该理解为在其他可接受示例之中。所有这些修改和改变旨在包括在本公开的范围内并且由随附权利要求所保护。

Claims (34)

1.一种用于产生弯曲的图像传感器芯片的方法，包括：
在图像传感器芯片的第一表面上放置衬底，其中所述图像传感器芯片的所述第一表面与所述图像传感器芯片的第二表面相对，以及其中所述图像传感器芯片的所述第二表面包括被配置为响应于接收光而产生电信号的光传感器；以及
增加所述衬底的体积至少直到通过增加所述衬底的体积而产生的弯曲力被施加到所述图像传感器芯片，从而产生所述弯曲的图像传感器芯片。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述弯曲的图像传感器芯片的所述第二表面具有内凹球面形状或非球面形状。
3.根据权利要求1所述的方法，其中在所述图像传感器芯片的所述第一表面上放置所述衬底包括：
使用界面层将所述图像传感器芯片的所述第一表面耦合到所述衬底。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括金属合金，以及其中增加所述衬底的体积包括：
将所述衬底暴露至氢以允许所述衬底吸收所述氢。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括金属合金，以及其中增加所述衬底的体积包括：
将电流施加至所述衬底的至少一部分以执行氧化反应。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述金属合金包括铝或钛。
7.根据权利要求1所述的方法，其中增加所述衬底的体积包括：
将所述衬底暴露至锂化处理中的锂基化学品。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述衬底包括聚合物或弹性体，以及其中增加所述衬底的体积包括：
将所述衬底暴露至水合处理或溶剂化处理中的一个或多个化学品。
9.根据权利要求1所述的方法，其中增加所述衬底的体积包括：
将受控的温度、压力或电压施加至所述衬底的特定部分。
10.根据权利要求1所述的方法，其中在增加所述衬底的体积之前，所述衬底具有第一厚度分布，以及其中在增加所述衬底的体积之后，所述衬底具有不同于所述第一厚度分布的第二厚度分布。
11.根据权利要求1所述的方法，还包括：
与所述图像传感器的所述第二表面相邻地放置成形模具。
12.根据权利要求1所述的方法，其中增加所述衬底的体积包括使所述衬底膨胀。
13.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将膨胀剂引入所述衬底，所述膨胀剂被配置为被吸收至所述衬底的至少一部分中。
14.根据权利要求1所述的方法，其中增加所述体积包括将膨胀剂插入至所述衬底的至少一部分中。
15.一种图像传感器设备，包括：
弯曲的图像传感器芯片，其具有第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧，其中所述第二侧包括被配置为响应于接收光而产生电信号的一个或多个光传感器；以及
体积变化衬底，其与所述弯曲的图像传感器芯片的所述第一侧接触，所述体积变化衬底的体积已增加，以便施加弯曲力来形成所述弯曲的图像传感器芯片。
16.根据权利要求15所述的设备，其中所述弯曲的图像传感器芯片的所述第二侧包括内凹球面形状或非球面形状。
17.根据权利要求15所述的设备，其中所述体积变化衬底包括氢化金属。
18.根据权利要求17所述的设备，其中所述氢化金属包括氢化钛或氢化钒。
19.根据权利要求15所述的设备，还包括界面层，所述界面层将所述体积变化衬底耦合到所述弯曲的图像传感器芯片的所述第一侧。
20.根据权利要求19所述的设备，其中所述界面层被配置为：在防止所述弯曲的图像传感器芯片中的高局部应力的同时，将应力转移到所述弯曲的图像传感器芯片中。
21.根据权利要求15所述的设备，其中所述弯曲的图像传感器芯片具有与所述弯曲的图像传感器芯片的所述第二侧的焦距的倒数相等的曲率半径。
22.根据权利要求15所述的设备，其中所述弯曲的图像传感器芯片具有从5微米到10微米的范围内的厚度。
23.根据权利要求15所述的设备，其中所述体积变化衬底包括膨胀剂，以帮助所述体积变化衬底经历体积膨胀。
24.根据权利要求15所述的设备，其中所述体积变化衬底与多个弯曲的图像传感器芯片的第一侧接触，并且所述体积变化衬底的体积已增加，以便施加所述弯曲力来形成所述多个弯曲的图像传感器芯片。
25.一种图像传感器系统，包括：
一个或多个透镜或反射镜；
弯曲的图像传感器芯片，其具有第一侧以及与所述第一侧相对的第二侧，其中所述第二侧包括一个或多个光传感器以响应于从所述一个或多个透镜或反射镜接收光而产生电信号；以及
体积变化衬底，其覆盖所述弯曲的图像传感器芯片的所述第一侧的至少一部分，所述体积变化衬底已施加力，以便形成所述弯曲的图像传感器芯片。
26.根据权利要求25所述的系统，其中所述体积变化衬底包括至少部分地防止所述体积变化衬底吸收一个或多个膨胀化学品的掩蔽区域。
27.根据权利要求25所述的系统，其中所述弯曲的图像传感器芯片具有与所述弯曲的图像传感器芯片的所述第二侧的焦距的倒数相等的曲率半径。
28.根据权利要求25所述的系统，其中所述弯曲的图像传感器芯片包括硅或锗。
29.根据权利要求25所述的系统，其中所述体积变化衬底接合到所述弯曲的图像传感器芯片。
30.根据权利要求25所述的系统，其中所述体积变化衬底包括氢化金属。
31.根据权利要求25所述的系统，还包括界面层，所述界面层将所述体积变化衬底耦合到所述弯曲的图像传感器芯片的所述第一侧。
32.根据权利要求25所述的系统，其中所述弯曲的图像传感器芯片的所述第二侧具有内凹球面形状或非球面形状。
33.根据权利要求25所述的系统，其中所述体积变化衬底包括丁基橡胶。
34.根据权利要求25所述的系统，其中所述一个或多个透镜或反射镜的焦距与所述弯曲的图像传感器芯片的焦距一致。
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