CN107278327B - 形成具有低z高度3d相机的集成封装结构的方法 - Google Patents
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Abstract
说明了形成3D相机设备的方法以及由此形成的结构。实施例包括被设置在板上的第一光学模块和第二光学模块，其中，第一传感器管芯耦合到第一光学模块，第二传感器管芯耦合到第二光学模块。第一传感器管芯和第二传感器管芯直接耦合到板，并且柔性导电连接器耦合到第一光学模块和第二光学模块两者。
Description
背景技术
随着微型化的发展，例如人们努力构造传感器(例如，用于相机(camera)中的传感器)以用于微电子设备(例如，膝上型计算机)和移动设备中。这样的应用可以包含使用3D相机设备，该3D相机设备可以包括图像传感器，例如可以耦合到光学模块的互补金属氧化物半导体(CMOS)图像传感器。
附图说明
尽管本说明书以特别指出并且明确要求保护某些实施例的权利要求书作为结论，但当结合附图阅读对本发明的以下描述时，可以更容易地从对本发明的以下描述确定这些实施例的优点，在附图中：
图1a-1e表示根据本文实施例的结构的横截面图。
图2a-2b表示根据实施例的结构的横截面图。
图2c表示根据实施例的结构的俯视图。
图3表示根据实施例的方法的流程图。
图4表示根据实施例的组件的横截面图。
图5表示根据实施例的系统。
具体实施方式
在以下具体实施方式中参考了附图，该附图以例示的方式示出了其中可以实践方法和结构的具体实施例。对这些实施例进行了充分详细的描述，以使本领域技术人员能够实践实施例。应当理解，各个实施例虽然不同，但不一定是相互排斥的。例如，可以在其它实施例中实施本文结合一个实施例所描述的特定特征、结构或特性，而不脱离实施例的精神和范围。此外，应当理解，可以在不脱离实施例的精神和范围的情况下修改每个公开的实施例中的个体元件的位置或布置。因此，并非在限制意义上采用以下具体实施方式，并且仅由所附权利要求书来限定实施例的范围，适当地解释的情况下，与权利要求书的等同形式的整个范围来一起限定实施例的范围。在附图中，相似的附图标记可以贯穿若干附图指代相同或相似的功能。
本文描述了形成和利用微电子结构(例如，3D相机结构/设备)的方法以及相关联的结构。实施例可以包括第一光学模块和第二光学模块，第一光学模块包括第一传感器管芯，第二光学模块包括第二传感器管芯。第一传感器管芯和第二传感器管芯可以直接耦合到板。可以直接设置在板上的柔性导电连接器可以位于第一光学模块与第二光学模块之间，并且可以耦合到第一光学模块和第二光学模块两者。
图1a-1e示出了诸如3D相机结构之类的相机结构的实施例的横截面图。在实施例中，管芯102的第一侧101可以与滤波器104耦合，滤波器104在一些情况下(图1a)可以包括红外滤波器104。在实施例中，滤波器104可以包括玻璃材料，并且在一些实施例中可以包括玻璃晶圆。在实施例中，滤波器104可以包括第一侧107和第二侧109。在实施例中，滤波器104可以包括中心部分111和两个端部部分113、113'，其中，两个端部部分113、113'与耦合连接件103相邻。
在实施例中，管芯102可以包括传感器管芯102。在实施例中，传感器管芯102可以包括CMOS传感器管芯102，并且可以用于相机应用中，例如3D相机应用。在实施例中，管芯102的第一侧101可以耦合到滤波器104的第一侧107，并且在一些情况下，管芯104可以直接耦合到滤波器104的第一侧107。在实施例中，管芯102可以包括倒装芯片管芯102，并且可以通过使用导电连接件103耦合到滤波器104。在实施例中，导电连接件103可以包括焊接连接件103，例如球栅阵列焊接连接件。在其它实施例中，其它类型的导电连接件103可以用于将管芯102耦合到滤波器104。在实施例中，其中焊球包括锡银合金的工艺可以将管芯102连接到滤波器104。在另一个实施例中，非导电环氧树脂可以用于将管芯102耦合到滤波器104。在实施例中，导电连接件103可以在管芯102与滤波器104之间的区域105中提供诸如密闭性密封之类的密封。
在实施例中，柔性导电连接器108、108'可以耦合/附接到滤波器104的第一侧107(图1b)。在实施例中，柔性导电连接器108、108'可以包括柔性印刷电路(FPC)连接器108、108'。在实施例中，柔性导电连接器108、108'可以包括端部部分115、115'。在实施例中，柔性导电连接器108、108'的端部部分115、115'可以分别耦合/接合(bond)到滤波器104的端部部分113、113'。在实施例中，耦合/接合材料106可以将柔性连接连接器108、108'的端部部分115、115'与滤波器104的端部部分113、113'耦合。
在实施例中，耦合/接合材料106可以包括ACF材料(各向异性导电膜)。在其它实施例中，耦合/接合材料106可以包括焊接材料。在实施例中，柔性导电连接器108、108'可以通过使用热压和/或回流工艺来耦合/附接到滤波器104。
在实施例中，光学模块110可以通过利用附接过程121被附接/耦合到滤波器104的第二侧109(图1c-1d)。在实施例中，附接过程121可以包括网络相机镜头(lens)附接过程。在实施例中，光学模块110可以包括诸如孔径116、接合层118和镜头120之类的元件。在实施例中，光学模块110还可以包括可由间隔体114支撑的玻璃基板112。光学模块110可以包括特定应用可能需要的附加元件。在实施例中，光学模块110可以包括诸如网络相机之类的相机。在实施例中，光学模块110可以包括相机系统的一部分。
在实施例中，光学模块110可以包括晶圆级封装光学(WLPO)器件，并且可以通过使用环氧树脂材料直接耦合到滤波器104的第二侧107。在实施例中，光学模块110的间隔体可以直接附接到滤波器104。在实施例中，通过滤波器104耦合到柔性导电连接器108、108'的光学模块110可以包括相机，例如晶圆级封装相机119。在实施例中，相机119可以包括低于约3毫米的Z高度。在另一个实施例中，Z高度可以包括小于约1毫米。在其它实施例中，Z高度可以根据具体应用而变化。
图1e示出了3D相机模块130的一部分，其中，第一相机119的第一管芯102的第二侧100可以附接/接合到板124，并且第二相机119'的第二管芯104'的第二侧100'可以附接到板124。在实施例中，第一管芯102和第二管芯102'可以直接附接到板124。在实施例中，板124可以包括低热膨胀系数(CTE)，其中，CTE低于约10×10-6l/℃，并且可以包括诸如氮化铝、铜钨、柯伐合金(Kovar)、因瓦合金(Invar)、氧化铝和铝碳化硅之类的材料。在实施例中，第一管芯102的第二侧100和第二管芯102'的第二侧100'可以通过使用诸如环氧树脂接合材料122之类的接合材料122被接合/耦合到板124，尽管在其它实施例中也可以使用其它类型的接合/耦合材料。在实施例中，材料126(例如，不透明的密封材料126)可以设置在板124上，并且可以设置为与第一相机119和第二相机119'相邻并位于其间。
在实施例中，柔性导电连接器108可以直接附接到板124，并且在一些情况下可以用环氧树脂材料直接接合到板124。在其它情况下，柔性导电连接器108可以以任何其它合适的方式接合到板124。在实施例中，柔性导电连接器108的第一侧可以附接到滤波器104，并且与第一侧相对的第二侧可以附接到板124。在实施例中，柔性导电连接器108的末端115可以设置在接合材料122的被设置在管芯102、102'上的部分上。在其它情况下，末端115并非被设置在接合材料122的部分上。
通过将管芯直接接合到板124，降低了热阻。在一些实施例中，相机模块130的CMOS时间噪声可以降低到最小水平。此外，3D相机模块130包括具有较小镜头倾斜的刚性光学元件，因此能够改善图像质量和可靠性。相机模块130能够为诸如膝上型计算机、移动设备、游戏机、穿戴式设备、机器人、智能电话以及利用深度检测的任何其它设备之类的应用产生三维图像。3D相机模块130的稳定性允许两个相机119、119'的相对位置和角度保持固定，因而能够实现精确的3D感测。
图2a示出了类似于图1e的3D相机模块130的3D相机模块230的另一实施例，其中，相机219、219'的光学模块的玻璃基板222在两个相机219、219'的光学模块之间延伸。在实施例中，玻璃基板222耦合到相机219、219'的光学模块的间隔体214、214'，并且设置在两个相机219、219'之间。在两个相机219、219'之间设置附加间隔体214”，其中，玻璃基板222耦合到/设置在附加间隔体214”上。在实施例中，附加间隔体214”可以设置在滤波器104的一部分上，并且在其它实施例中，其可以直接设置在滤波器104的一部分上。
在实施例中，管芯202、202'可以直接耦合到板224，其中，在一些情况下板224可以包括薄金属片，但是取决于应用可以包括其它材料。在实施例中，接合材料222可以包括胶带。在实施例中，板224可以从光学模块的镜头和滤波器204机械解耦。在实施例中，材料226(例如，低热膨胀系数的密封材料或底部填充材料226)可以设置在板上，并且可以与相机219、219'相邻。
图2b示出了类似于图1e的相机模块130的相机模块231的另一实施例。在实施例中，单个滤波器204可以耦合到相机219和相机219'两者。在实施例中，单个滤波器204可以与相机219的管芯204和相机219'的管芯204'耦合，并且可以设置在两个相机219、219'之间。在实施例中，单个滤波器206可以耦合到柔性导电连接器208，其可设置在两个相机219、219'之间。在实施例中，柔性导电连接器208可以通过使用诸如ACF材料之类的接合材料206而耦合到单个滤波器204。在实施例中，柔性导电连接器208可以设置在低CTE材料226上。在实施例中，低CTE材料可以设置在板224上，并且在一些实施例中，板224可以包括柯伐合金或CuW加强件。在实施例中，柔性导电连接器208可以位于板224的中心部分225上，不被设置为与中心部分225相邻。
图2c示出了图2b的3d相机模块231的俯视图。在实施例中，两个相机219、219'耦合到滤波器204并且被布置在低CTE材料226上。在实施例中，单个柔性导电连接器208通过接合材料(例如，ACF材料)耦合到单个滤波器204，并且位于低CTE材料226的中心部分中。在实施例中，单个柔性导电连接器208通过单个滤波器204耦合到相机219、219'两者。
图3示出了形成根据实施例的3D相机模块的方法的流程图。在步骤302处，第一光学模块直接耦合到第一滤波器的第二侧以形成第一相机，其中，第一滤波器的第一侧耦合到第一管芯。在步骤304处，第二光学模块直接耦合到第二滤波器的第二侧以形成第二相机，其中，第二滤波器的第一侧耦合到第二管芯。在步骤306处，第一相机和第二相机附接到板，其中，第一管芯和第二管芯直接附接到板，并且其中，柔性导电连接器直接耦合到第一滤波器和第二滤波器。
在实施例中，本文实施例的3D相机模块和3D相机的实施例可以与任何适当类型的封装结构耦合，该封装结构能够在微电子器件(例如，管芯以及封装结构可以耦合到其的下一级部件(例如，电路板))之间提供电连通。在另一个实施例中，本文的设备/相机结构可以与封装结构耦合，该封装结构可以包括能够在管芯和与本文的设备耦合的上集成电路(IC)封装之间提供电连通的任何适当类型的封装结构。
在各个实施方式中，本文中的3D相机结构可以包括在以下各项中：膝上型计算机、上网本、笔记本、超级本、智能电话、平板计算机、个人数字助理(PDA)、超移动PC、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描仪、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数码相机、便携式音乐播放器或数字视频记录仪以及穿戴式设备。在其它实施方式中，本文中的3D相机结构可以包括在处理数据的任何其它电子设备中。
现在参考图4，示出了根据实施例的组件400的实施例。组件400包括被设置在主板410或其它电路板上的多个部件。主板410包括第一侧412和相对的第二侧414，各个部件可以设置在第一侧412和第二侧414之一或两者上。在实施例中，组件400包括被设置在主板的第一侧412上的3D相机模块402，其中，3D相机模块可以包括本文所述的任何实施例。组件400可以包括任何类型的计算系统的一部分，例如手提式或移动计算设备(例如，手机、智能电话、移动互联网设备、音乐播放器、平板计算机、膝上型计算机、网络计算机等)。然而，所公开的实施例不限于手提式计算设备和其它移动计算设备，并且这些实施例可以在其它类型的计算系统(例如，台式计算机和服务器)中找到应用。
主板410可以包括任何适当类型的电路板或者能够在被布置在板上的各个部件中的一个或多个之间提供电连通的其它基板。在一个实施例中，例如，主板410包括印刷电路板(PCB)，印刷电路板(PCB)包括通过电介质材料层403彼此分离并通过导电过孔412、通孔过孔410和沟槽414互连的多个金属层408。任何一个或多个金属层可以以期望的电路图案形成，以便(可能结合其它金属层)在与板410耦合的部件之间路由电信号。然而，应当理解，所公开的实施例不限于上述PCB，此外，主板410可以包括任何其它适当的基板。
除了3D相机模块402之外，一个或多个附加部件可以设置在主板410的一侧或两侧412、414上。作为示例，部件402可以设置在主板410的第一侧412上，部件404可以设置在主板的相对侧414上，并且可以通过焊接互连结构405耦合到相对侧414。可以设置在主板410上的附加部件包括其它微电子器件(例如，处理器件、存储器件、信号处理器件、无线通信器件、图形控制器和/或驱动器、音频处理器和/或控制器等)、功率传输部件(例如，电压调节器和/或其它功率管理设备、诸如电池之类的电源和/或诸如电容器之类的无源器件)和一个或多个用户接口设备(例如，音频输入设备、音频输出设备、键盘或其它数据输入设备，例如触摸屏显示器、和/或图形显示器等)，以及这些和/或其它设备的任何组合。
在一个实施例中，组件400包括辐射屏蔽体。在另一实施例中，组件400包括冷却溶液。在又一个实施例中，组件400包括天线。在又一个实施例中，组件400可以设置在外壳或壳体内。在主板410被设置在外壳内的情况下，组件400的一些部件(例如，诸如显示器或键盘之类的用户接口设备和/或诸如电池之类的电源)可以与主板410(和/或设置在该板上的部件)电耦合，但是可以与外壳机械耦合。
图5是根据本文包括的实施例的计算设备/系统500的示意图。计算设备500可以包括多个部件。在实施例中，这些部件附接到一个或多个母板。在替代实施例中，这些部件被制造在单个片上系统(SoC)管芯而非母板上。计算设备500中的部件包括但不限于集成电路管芯502和至少一个通信芯片508。在一些实施方式中，通信芯片508被制造为集成电路管芯502的一部分。集成电路管芯502可以包括CPU 504以及通常用作高速缓存器的管芯上存储器506，其可以由诸如嵌入式DRAM(eDRAM)或自旋转移扭矩存储器(STTM或STTM-RAM)之类的技术来提供。
计算设备500可以包括可以或可以不物理耦合和电耦合到母板或者被制造在SoC管芯内的其它部件。这些其它部件包括但不限于易失性存储器510(例如，DRAM)、非易失性存储器512(例如，ROM或闪存存储器)、图形处理单元514(GPU)、数字信号处理器516、密码处理器542(在硬件内执行加密算法的专用处理器)、芯片组520、天线522、显示器或触摸屏显示器524、触摸屏控制器526、电池528或其它电源、功率放大器(未示出)、全球定位系统(GPS)设备529、罗盘530、运动协处理器或传感器532(其可以包括加速度计、陀螺仪和罗盘)、扬声器534、相机536、用户输入设备538(例如，键盘、鼠标、触控笔和触摸板)以及大容量储存设备540(例如，硬盘驱动器、光盘(CD)、数字通用盘(DVD)等)。
通信芯片508实现了无线通信，以将数据传送到计算设备500并传送来自计算设备500的数据。术语“无线”及其派生词可以用于描述可以通过使用经调制电磁辐射经由非固态介质来传送数据的电路、设备、系统、方法、技术、通信信道等。该术语并非暗示相关联的设备不包含任何引线，尽管在一些实施例中它们可以不包含。通信芯片508可以实施多种无线标准或协议中的任意一种，包括但不限于，Wi-Fi(IEEE802.11系列)、WiMAX(IEEE802.16系列)、IEEE802.20、长期演进(LTE)、Ev-DO、HSPA+、HSDPA+、HSUPA+、EDGE、GSM、GPRS、CDMA、TDMA、DECT、蓝牙及其派生物、以及被指定为3G、4G、5G及更高的任何其它无线协议。计算设备500可以包括多个通信芯片508。例如，第一通信芯片508可以专用于近距离无线通信，例如Wi-Fi和蓝牙，第二通信芯片508可以专用于远距离无线通信，例如GPS、EDGE、GPRS、CDMA、WiMAX、LTE、Ev-DO等。
计算设备500的处理器504包括根据本文实施例形成的一个或多个器件，例如晶体管或金属互连。术语“处理器”可以指代对来自寄存器和/或存储器的电子数据进行处理以将该电子数据转换为可以存储在寄存器和/或存储器中的其它电子数据的任何器件或器件的部分。
通信芯片508也包括一个或多个器件，例如根据本文实施例形成的晶体管器件结构和封装结构。在其它实施例中，容纳在计算设备500内的另一个部件可以包含一个或多个器件，例如根据本文实施例形成的晶体管器件结构和相关联的封装结构。
在各个实施例中，计算设备500可以是膝上型计算机、上网本计算机、笔记本计算机、超级本计算机、智能电话、平板计算机、个人数字助理(PDA)、超移动PC、移动电话、台式计算机、服务器、打印机、扫描器、监视器、机顶盒、娱乐控制单元、数码相机、便携式音乐播放器、或数字视频记录仪。在其它实施方式中，计算设备500可以是处理数据的任何其它电子设备。
尽管在前描述已经详细描述了可以在实施例的方法中使用的某些步骤和材料，但是本领域技术人员将意识到，可以进行许多修改和替换。因此，旨在认为所有这样的修改、变更、替换和添加落在由所附权利要求所限定的实施例的精神和范围内。此外，本文提供的附图仅仅示出了与实施例的实践有关的示例性微电子器件以及相关联的封装结构的部分。因此，实施例不限于本文所描述的结构。
Claims (24)
1.一种微电子结构，包括：
第一滤波器，所述第一滤波器包括第一侧和第二侧；
第一管芯的第一侧，所述第一管芯的第一侧通过导电连接件而直接耦合到所述滤波器的第一侧的中心部分，其中，所述导电连接件在所述第一管芯与所述第一滤波器之间的区域中提供密封，并且其中，所述第一管芯设置在所述第一滤波器的第一侧的中心部分中，而不设置在所述第一滤波器的端部部分中；
柔性导电连接器，所述柔性导电连接器直接耦合到所述第一滤波器的第一侧的端部部分；以及
第一光学模块，所述第一光学模块直接耦合到所述第一滤波器的第二侧。
2.根据权利要求1所述的结构，还包括其中，所述柔性导电连接器与板直接耦合，并且其中，所述第一管芯的第二侧直接耦合到板，其中，所述板包括低热膨胀系数。
3.根据权利要求1所述的结构，其中，所述第一管芯包括CMOS图像传感器管芯，并且包括3D相机的部分。
4.根据权利要求1所述的结构，还包括其中，所述第一管芯与被设置在板上的环氧树脂材料直接耦合。
5.根据权利要求3所述的结构，其中，所述3D相机包括低于3毫米的Z高度。
6.根据权利要求2所述的结构，还包括其中，所述柔性导电连接器的端部部分与第二滤波器直接耦合，其中，所述第二滤波器与第二光学模块耦合。
7.根据权利要求6所述的结构，还包括其中，所述第二光学模块包括直接耦合到所述板的第二管芯。
8.根据权利要求6所述的结构，还包括其中，所述柔性导电连接器被设置在所述第一光学模块与所述第二光学模块之间，并且被设置在所述板上。
9.一种3D相机模块，包括：
板；
第一光学模块和第二光学模块，所述第一光学模块和所述第二光学模块被设置在所述板上，其中，所述第一光学模块和所述第二光学模块彼此相邻；
第一传感器管芯和第二传感器管芯，所述第一传感器管芯耦合到所述第一光学模块，所述第二传感器管芯耦合到所述第二光学模块，其中，所述第一传感器管芯和所述第二传感器管芯直接耦合到所述板；以及
柔性导电连接器，所述柔性导电连接器耦合到所述第一光学模块和第二光学模块两者，
其中，所述第一光学模块设置在第一滤波器的第二侧上，所述第一传感器管芯设置在所述第一滤波器的第一侧的中心部分中，而不设置在所述第一滤波器的端部部分中。
10.根据权利要求9所述的3D相机模块，其中，所述柔性导电连接器的第一端部部分直接耦合到第一滤波器，所述第一滤波器耦合到所述第一传感器管芯，并且其中，所述柔性导电连接器的第二端部部分耦合到第二滤波器，所述第二滤波器耦合到所述第二传感器管芯。
11.根据权利要求10所述的3D相机模块，还包括其中，至少一个玻璃基板被设置在所述第一光学模块与所述第二光学模块之间，并且延伸穿过所述第一光学模块和所述第二光学模块。
12.根据权利要求11所述的3D相机模块，其中，所述玻璃基板被设置在位于所述第一光学模块与所述第二光学模块之间的间隔体材料上。
13.根据权利要求9所述的3D相机模块，其中，所述滤波器包括红外滤波器，并且所述传感器管芯包括CMOS图像传感器管芯。
14.根据权利要求9所述的3D相机模块，其中，单个红外滤波器被设置在所述第一光学模块与所述第二光学模块之间，并且耦合到所述第一光学模块和所述第二光学模块两者。
15.根据权利要求14所述的3D相机模块，还包括其中，所述单个红外滤波器与所述柔性导电连接器耦合，其中，所述柔性导电连接器被设置在所述板的中心部分上。
16.根据权利要求9所述的3D相机模块，还包括系统，所述系统包括：
通信芯片，所述通信芯片通信地耦合到所述相机模块；以及
DRAM，所述DRAM通信地耦合到所述通信芯片。
17.根据权利要求9所述的3D相机模块，还包括其中，所述柔性导电连接器的第一端部部分耦合到第一红外滤波器，所述第一红外滤波器被设置在所述第一光学模块与所述第一传感器管芯之间，并且其中，所述柔性导电连接器的第二端部部分耦合到第二红外滤波器，所述第二红外滤波器被设置在所述第二光学模块与所述第二传感器管芯之间。
18.根据权利要求17所述的3D相机模块，其中，所述柔性导电连接器通过ACF材料或焊接材料之一耦合到所述第一红外滤波器和所述第二红外滤波器。
19.一种形成3D相机模块的方法，包括：
将第一光学模块直接耦合到第一滤波器的第二侧以形成第一相机，其中，所述第一滤波器的第一侧耦合到第一管芯；
将第二光学模块直接耦合到第二滤波器的第二侧以形成第二相机，其中，所述第二滤波器的第一侧耦合到第二管芯；以及
将所述第一相机和所述第二相机附接到板，其中，所述第一管芯和所述第二管芯直接附接到所述板，并且其中，柔性导电连接器直接耦合到所述第一滤波器和所述第二滤波器，
其中，所述第一管芯设置在所述第一滤波器的第一侧的中心部分中，而不设置在所述第一滤波器的端部部分中。
20.根据权利要求19所述的方法，还包括其中，所述第一管芯和所述第二管芯包括CMOS图像传感器设备。
21.根据权利要求19所述的方法，还包括其中，所述第一相机和所述第二相机包括低于3毫米的Z高度。
22.根据权利要求19所述的方法，还包括其中，所述板包括低CTE基板。
23.根据权利要求19所述的方法，还包括其中，所述第一管芯和所述第二管芯用焊接连接结构直接接合到所述板。
24.根据权利要求19所述的方法，还包括其中，所述第一滤波器和所述第二滤波器包括红外滤波器，并且所述第一滤波器和所述第二滤波器用选自ACF和焊料构成的组中的耦合材料直接耦合到所述柔性导电连接器。
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