CN107768389B - 拍摄单元 - Google Patents
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Abstract
本发明的第1方式中的拍摄单元具有：拍摄芯片，具有：具有像素的第1面；与第1面为相反面且设有输出从像素读出的像素信号的输出部的第2面；透光基板，其与第1面相对地配置并具有布线图案；安装基板，其与第2面相对地配置并支承拍摄芯片；转送部，其配置于安装基板，并将从输出部输出的像素信号向布线图案转送。本发明的第2方式中的拍摄装置具有上述拍摄单元。第2方式中的拍摄单元具有：拍摄芯片，其具有受光面和与受光面相反侧的安装面；安装基板，其与拍摄芯片的安装面相对地配置，并具有与拍摄芯片连接的布线图案；透光基板，其与拍摄芯片的受光面相对地配置；连接部，其将安装基板的布线图案与透光基板连接起来。
Description
本发明申请是国际申请日为2013年07月19日、国际申请号为 PCT/JP2013/004420、进入中国国家阶段的国家申请号为 201380045985.3、发明名称为“拍摄单元、拍摄装置、及拍摄单元的制造方法”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及拍摄单元、拍摄装置、及拍摄单元的制造方法。
背景技术
已知COG(Chip on Glass:玻璃覆晶封装)构造的拍摄单元。COG 构造的拍摄单元通过倒装芯片安装(flip chip mounting)技术与透光基板和拍摄芯片直接连接。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2009-246152号公报
发明内容
当在倒装芯片安装工序中加热或冷却透光基板及拍摄芯片时，在拍摄芯片产生弯曲。由此由拍摄芯片的弯曲导致对凸块施加应力，凸块有可能发生破损。
本发明的第1方式中的拍摄单元，具有：拍摄芯片，具有：具有像素的第1面；与第1面为相反面且设有输出从像素读出的像素信号的输出部的第2面；透光基板，其与第1面相对地配置并具有布线图案；安装基板，其与第2面相对地配置并支承拍摄芯片；转送部，其配置于安装基板，将从输出部输出的像素信号向布线图案转送。
本发明的第2方式中的拍摄单元，具有：拍摄芯片，其具有受光面和与受光面相反侧的安装面；安装基板，其与拍摄芯片的安装面相对地配置并具有与拍摄芯片连接的布线图案；透光基板，其与拍摄芯片的受光面相对地配置；以及连接部，其将安装基板的布线图案与透光基板连接起来。
本发明的第3方式中的拍摄装置具有上述拍摄单元。
本发明的第4方式中的拍摄单元的制造方法，具有：输出部形成阶段，将与形成于晶圆的像素电连接、用于输出像素的输出即像素信号的输出部形成于晶圆的第2面上；安装基板设置阶段，与第2面相对地设置安装基板；研磨阶段，研磨晶圆的与第2面相反侧的面而形成使入射光向像素入射的第1面；单片化阶段，将晶圆及安装基板以芯片为单位分离而单片化；透光基板设置阶段，将在与像素对应的区域的外侧即周边区域设有布线图案的透光基板设置为与第1面相对并覆盖像素，并且通过转送部将布线图案和输出部连接起来。
此外，上述的发明的概要并未列举本发明的所需特征的全部。另外，这些特征群的子组合也还能够成为发明。
附图说明
图1是表示本实施方式的拍摄单元的结构的图。
图2是表示本实施方式的拍摄装置的结构的框图。
图3是说明拍摄单元的制造方法的图。
图4是说明拍摄单元的制造方法的图。
图5是表示拍摄单元的其他结构的图。
具体实施方式
以下，通过发明的实施方式说明本发明，但以下的实施方式并不限定涉及权利要求的范围的发明。另外，在实施方式中说明的特征的全部组合未必是发明的解决手段所必须的。
图1是表示本实施方式的拍摄单元10的结构的图。拍摄单元10 是COG(Chip onGlass)构造的拍摄单元。拍摄单元10构成为包含拍摄芯片100、透光基板200、安装基板300、信号处理芯片400、及散热部件500。
拍摄芯片100是背面照射型的MOS图像传感器。拍摄芯片100 在作为受光面的第1面111侧具有像素区域101。像素区域101包含多个对入射光进行光电转换的像素。在与第1面111相反侧的安装面即第2面112上排列有作为输出从像素读出的像素信号的输出部的输出端子102。输出端子102以在第2面112的两端部向外侧延伸的方式排列。拍摄芯片100在像素区域101的外侧的区域具有包含初级放大器的列电路。
透光基板200为由硼硅酸玻璃、石英玻璃、无碱玻璃、耐热玻璃等形成的保护玻璃(cover glass)。透光基板200与拍摄芯片100的第1面111相对地配置并将像素区域101覆盖。透光基板200在与拍摄芯片100相对一侧的面上，具有向信号处理芯片400转送像素信号的第1布线图案201。
设于布线图案201的电极焊盘202经由第1凸块601与拍摄芯片 100的输出端子102电连接。在本实施方式中，第1凸块601作为将从输出端子102输出的像素信号向第1布线图案201转送的转送部的至少一部分发挥作用。电极焊盘202与输出端子102的连接部分通过形成为包围该连接部分的粘接剂701粘接。粘接剂701进一步形成为包围拍摄芯片100的周围。由此，像素区域101与透光基板200之间的空间被密封。即，粘接剂701也作为封固部件发挥作用。另外，透光基板200具有向外部转送像素信号的第2布线图案204。
安装基板300与拍摄芯片100的第2面112相对地配置并支承拍摄芯片100。由此，安装基板300承担作为支承基板的作用。安装基板300的线膨胀系数比透光基板200的线膨胀系数小。另外，也可以是，安装基板300的线膨胀系数与透光基板200的线膨胀系数之差比拍摄芯片100的线膨胀系数与透光基板200的线膨胀系数之差小。
也可以在安装基板300上形成布线图案。如果在安装基板300上形成有布线图案，则从输出端子102输出的像素信号经由安装基板 300的布线图案而向透光基板200的第1布线图案201发送。在这种情况下，第1凸块601也能够视为将安装基板300的布线图案与透光基板200连接起来的连接部。
在本实施方式的拍摄单元10中，拍摄芯片100与透光基板200 不是直接通过凸块接合，而是经由线膨胀系数在拍摄芯片100与透光基板200之间的安装基板300而接合。通过在拍摄芯片100与透光基板200之间经由安装基板300，从而能够使透光基板200与安装基板300的线膨胀系数之差与拍摄芯片100和透光基板200的线膨胀系数之差相比小。由此，能够缓和施加于第1凸块601的应力。
在此，由于拍摄芯片100为背面照射型的MOS图像传感器，所以制造阶段中拍摄芯片的背面侧被研磨。另一方面，也存在信号处理芯片400在制造阶段中未被研磨的情况。由此，拍摄芯片100与信号处理芯片400的厚度不同。因此，为了配置散热部件以使散热部件与拍摄芯片100及信号处理芯片400双方相接触，对于散热部件来说与拍摄芯片100和信号处理芯片400的厚度之差相应的层差加工可能是必要的。
在本实施方式的拍摄单元10中，与拍摄芯片100的第2面112 相对地配置有安装基板300。该安装基板300的厚度与信号处理芯片 400和拍摄芯片100的厚度之差相应地调整。由此，通过在拍摄芯片 100的第2面112侧配置安装基板300，能够在散热部件500上同一平面状地配置安装基板300和信号处理芯片400。
另外，可以在拍摄芯片100与安装基板300之间涂布导热剂。作为导热材料，能够使用热传导性比空气高的树脂。由此，能够将拍摄芯片100的列电路中产生的热量向安装基板300侧高效地散放。导热剂也可以填充到拍摄芯片100与安装基板300之间的区域整体。在这种情况下，由于导热剂与安装基板300的接触面积增加，所以能够使热电阻降低。由此，能够更加提高散热效果。
信号处理芯片400具有处理经由第1布线图案201输入的像素信号的处理电路。信号处理芯片数与像素信号的读取方式相应地适当地决定。在本实施方式中，作为像素信号的读取方式而采用双通道 (channel)读取。因此，在本实施方式中，信号处理芯片数为两个。
信号处理芯片400与拍摄芯片100并列地配置。更详细的是，载置于在透光基板200中的作为覆盖像素区域101的区域的外侧的周边区域。信号处理芯片400经由第2凸块602、透光基板200、及第1 凸块601配置在从拍摄芯片100离开的位置。由此，在信号处理芯片400中产生的热量从第2凸块602向透光基板200传输，进而从透光基板200向第1凸块601传输后，到达拍摄芯片100。与层叠有拍摄芯片和信号处理芯片的情况相比，由于从信号处理芯片400至拍摄芯片100的热量的传输路线变长，所以能够减少从信号处理芯片400向拍摄芯片100传输的热量。由此，能够抑制由信号处理芯片400的热量导致的像素区域的温度上升，所以能够减少暗电流(dark current)。其结果是能够防止画质的降低。
信号处理芯片400具有电极焊盘401及电极焊盘402。电极焊盘 401经由第2凸块602，与第1布线图案201的电极焊盘203电连接。电极焊盘401与电极焊盘203的连接部分通过形成为包围该连接部分的粘接剂702粘接。电极焊盘402经由第3凸块603，与第2布线图案204的电极焊盘205电连接。电极焊盘402与电极焊盘205的连接部分通过形成为包围该连接部分的粘接剂703粘接。
而且，第2布线图案204与未图示的柔性基板电连接，经由柔性基板向外部发送。通过以上的结构，像素区域的像素信号从拍摄芯片 100的非入射面侧取出至输出端子102后，通过第1凸块601向入射面侧传送，进而经由透光基板200及信号处理芯片400而向外部传送。
散热部件500由热传导性较高的材料，例如金属等形成。作为金属，能够使用铜、镍合金、铁、铝等。散热部件500与安装基板300 中的、和面对拍摄芯片100的面相反侧的面相接触而设置。散热部件 500还与信号处理芯片400中的、与第1布线图案201连接的面相反侧的面相接触。由于散热部件500与拍摄芯片100和信号处理芯片400 相接触，所以能够将在拍摄芯片100与信号处理芯片400双方产生的热量散放。此外，散热部件500也可以形成为翅片(fin)状。由此，散热部件500的散热面积增大，所以能够更加提高散热特性。
在此，第1凸块601的高度仅比第2凸块602及第3凸块603高出与拍摄芯片100的厚度相当的量。说明了安装基板300的厚度与信号处理芯片400和拍摄芯片100的厚度之差相应地调整，但当用与第 1凸块601及第2凸块的关系说明时，也可以说成是，安装基板300 的厚度与信号处理芯片400及第2凸块602的合计厚度和第1凸块601 的厚度之差相应地调整。即，安装基板300的厚度被调整成以使信号处理芯片400和第2凸块602的厚度之和与安装基板300和第1凸块 601的厚度之和相等。通过适当地调整安装基板300的厚度，能够在散热部件500中相同平面状地配置拍摄芯片100和信号处理芯片400。由此，可以不对散热部件500施加层差加工。散热部件500安装于例如后述的拍摄装置的主体上。
在作为拍摄芯片而使用背面照射型的MOS图像传感器的情况下，如果采用在拍摄芯片的第2面侧层叠信号处理芯片的结构，则用于将像素信号向信号处理芯片传送的TSV(硅贯通电极)形成于拍摄芯片。在这种情况下，导致拍摄芯片的宽度仅增大与形成TSV相当的量。
在本实施方式的拍摄单元10中，将输出端子102向外侧延伸地形成，并且经由透光基板200而使拍摄芯片100的输出端子102与信号处理芯片400的第1布线图案电连接。由于在拍摄芯片100上未形成TSV，所以能够将拍摄芯片100小型化。
图2是表示本实施方式的拍摄装置的结构的框图。拍摄装置800 具有作为摄影光学系统的摄影透镜820，摄影透镜820将沿光轴OA 入射的被拍摄体光束向拍摄单元10引导。摄影透镜820可以是能够相对于拍摄装置800装拆的更换式透镜。拍摄装置800主要具有拍摄单元10、系统控制部801、驱动部802、工作存储部804、记录部805、及显示部806。
摄影透镜820由多个光学透镜组构成，使来自场景的被拍摄体光束在其焦点面附近成像。此外，在图2中用配置于光瞳附近的假想的 1枚透镜为代表表示。驱动部802是按照来自系统控制部801的指示而执行拍摄单元10的定时控制、区域控制等的电荷蓄积控制的控制电路。
拍摄单元10将像素信号交给系统控制部801的图像处理部811。图像处理部811将工作存储部804作为工作空间实施各种图像处理而生成图像数据。例如，在生成JPEG文件形式的图像数据的情况下，实施白平衡处理、伽玛处理等之后执行压缩处理。生成的图像数据记录于记录部805，并且转换为显示信号而显示于显示部806。
图3是说明拍摄单元10的制造方法的图。具体地说，图3表示基于晶圆级(WaferLevel)的处理工序。首先，如图3的(a)所示那样，准备形成有多个包含多个将入射光进行光电转换的像素的像素区域101的晶圆110，将与该像素区域101电连接的、用于输出作为像素的输出的像素信号的输出端子102形成于晶圆110的第2面112 上(端子形成阶段)。
接下来，如图3的(b)所示那样，使安装基板310与第2面112 相对设置(安装基板设置阶段)。由此，成为输出端子102被晶圆110 和安装基板310夹持的状态。
接下来，如图3的(c)所示那样，研磨晶圆的与第2面112相反侧的面，形成使入射光入射进像素的第1面111(研磨阶段)。通过研磨，研磨后的晶圆120的厚度与研磨前的晶圆110相比变薄。作为研磨方法，能够利用CMP(Chemical Mechanical Polishing:化学机械研磨)，BG(Back Grinding:背面研磨)。
接下来，如图3的(d)所示那样，在将安装基板310侧配置于纸面下侧的状态下，将晶圆中的相邻的像素区域101间的区域进行局部蚀刻。由此，使形成于第2面112的输出端子102露出。
接下来，将晶圆及安装基板按每个包含像素区域101的单位电路区域切出。由此，如图3的(e)所示那样，以芯片为单位进行分离并单片化(单片化阶段)。
图4是说明拍摄单元10的制造方法的图。具体地说，表示单片化以后的工序。关于单片化以后的工序，由于对于各拍摄芯片的处理是相同的，所以着眼于一个拍摄芯片进行说明。
如图4的(a)所示那样，在作为与像素对应的区域的外侧的周边区域上，将设有第1布线图案201的透光基板200设置为与拍摄芯片100的第1面111相对而将像素覆盖，并且将第1布线图案201与输出端子102连接起来(透光基板设置阶段)。具体地说，在拍摄芯片100的输出端子102上，通过分配器(dispenser)形成粘接剂701。作为粘接剂701，能够使用热固化型树脂。使形成有粘接剂701的拍摄芯片100与预先在第1布线图案201的电极焊盘202上形成有第1 凸块601的透光基板200对位之后，使透光基板200贴合在拍摄芯片 100上。拍摄芯片100与透光基板200的贴合在加热状态下进行。
接着，如图4的(b)所示那样，将具有处理像素信号的处理电路的信号处理芯片400与第1布线图案201、第2布线图案204连接而设置于透光基板200上(信号处理芯片设置阶段)。具体地说，在信号处理芯片400的电极焊盘401上，通过分配器形成粘接剂702。相同地，在信号处理芯片400的电极焊盘402上，通过分配器形成粘接剂703。然后，形成有粘接剂702、粘接剂703的信号处理芯片400 与预先在电极焊盘203上形成有第2凸块602及在电极焊盘205上形成有第3凸块603的透光基板200对位之后，使透光基板200贴合在信号处理芯片400上。信号处理芯片400与透光基板200的贴合也在加热状态下进行。
接着，如图4的(c)所示那样，和安装基板300的与拍摄芯片 100侧的面相反侧的面，及信号处理芯片400的与透光基板200侧的面相反侧的面相接触地设置散热部件500。
在本实施方式的拍摄单元10的制造方法中，将晶圆蚀刻而露出输出端子102之后，将输出端子102与电极焊盘202凸块接合。由于没有将工序复杂的TSV形成于拍摄芯片100上，所以能够简化工序。
在以上的说明中，通过安装基板300具有拍摄芯片100与透光基板200之间的线膨胀系数而缓和了应力。即使安装基板300自身不具有拍摄芯片100与透光基板200之间的线膨胀系数，也可以将具有拍摄芯片100与透光基板200之间的线膨胀系数的膜形成于安装基板 300上。通过形成具有向与拍摄芯片100的拉伸方向相反的方向拉伸的特性的膜，能够抑制基于加热或冷却导致的拍摄单元的变形。该膜能够通过SiON类的膜实现。SiON类的膜能够通过CVD(Chemical Vapor Deposition:化学气相沉积)形成。通过改变在SiON类的膜中的氮及氧的比例，或改变该膜的形成条件，能够改变膜的特性。
在以上的说明中，虽然一个散热部件500与拍摄芯片100和信号处理芯片400双方相接触，但也可以按每个芯片而设置独立的散热部件500。由此，能够与各芯片的发热量相应地将散热部件500的尺寸最佳化。由于信号处理芯片400的发热量比拍摄芯片100的发热量多，所以优选使配置于信号处理芯片400的散热部件的面积比配置于拍摄芯片100的散热部件的面积大。例如，将配置于信号处理芯片400的散热部件形成为翅片状为好。
另外，也可以在安装基板300的表面形成将从输出端子102输出的像素信号向第1布线图案201转送的第3布线图案。在这种情况下，也可以不使输出端子102延伸到拍摄芯片100的外侧。即，在拍摄芯片100的非入射面配置输出端子102并将该输出端子102与第3布线图案凸块接合。然后，将第1布线图案201与第3布线图案通过第1 凸块601连接起来。输出端子102与第1布线图案201经由第1凸块 601及第3布线图案连接。即，第1凸块601及第3布线图案作为将从输出端子102输出的像素信号向第1布线图案201转送的转送部而发挥作用。另外，也能够将输出端子102与第1布线图案通过引线接合(wire bonding)电连接。
在以上的说明中，虽然像素区域101和处理像素信号的处理电路形成在分别的芯片上，但也可以形成在相同的芯片上。图5是表示拍摄单元10的其他构成的图。图5所示的拍摄单元10构成为包含拍摄芯片100、透光基板200、安装基板300、散热部件500、及柔性基板710。图5所示的拍摄芯片100在第1面111侧具有像素区域101。在与第1面111相反的面即第2面112上排列有作为将从像素读出的像素信号输出的输出部的输出端子102。输出端子102以在第2面112 的两端部向外侧延伸的方式排列。拍摄芯片100在像素区域101的外侧的区域具有包含初级放大器的列电路。另外，拍摄芯片100具有处理像素信号的处理电路。
在图5所示的拍摄单元10中，拍摄芯片100与透光基板200不是直接通过凸块接合，而是经由具有拍摄芯片100与透光基板200之间的线膨胀系数的安装基板300而接合。通过在拍摄芯片100与透光基板200之间经由安装基板300，使得透光基板200和安装基板300 的线膨胀系数之差与拍摄芯片100比透光基板200的线膨胀系数之差小。由此，能够缓和施加于第1凸块601的应力。
在图5所示的拍摄单元10中，柔性基板710具有电极焊盘401 及电极焊盘402。电极焊盘401经由第2凸块602，与第1布线图案 201的电极焊盘203电连接。电极焊盘401与电极焊盘203的连接部分通过形成为包围该连接部分的粘接剂702粘接。电极焊盘402经由第3凸块603，与第2布线图案204的电极焊盘205电连接。电极焊盘402与电极焊盘205的连接部分被形成为包围该连接部分的粘接剂 703粘接。根据图5所示的拍摄单元10，像素区域的像素信号从拍摄芯片100的非入射面侧取出至输出端子102后，通过拍摄芯片100内的处理电路而被处理。然后，通过第1凸块601向入射面侧传送，进而经由透光基板200及柔性基板710，向外部传送。
在以上的说明中，输出端子102形成于拍摄芯片100的第2面112 侧，但也可以形成于第1面111侧。
以上，使用实施方式说明了本发明，但本发明的技术范围不限定于上述实施方式所记载的范围。本领域技术人员应当清楚，可对上述实施方式加以各种变更或改进。由权利要求的记载可知，这种加以各种变更或改进的方式也包含在本发明的技术范围内。
关于权利要求书、说明书、及附图中的制造工序的顺序，为方便起见而使用“首先，”、“接下来，”等进行了说明，但并不意味着必须按照这样的顺序实施。
附图标记说明
10：拍摄单元；100：拍摄芯片；101：像素区域；102：输出端子； 110：晶圆；111：第1面；112：第2面；120：晶圆；200：透光基板；201：第1布线图案；202：电极焊盘；203：电极焊盘；204：第 2布线图案；205：电极焊盘；300：安装基板；310：安装基板；400：信号处理芯片；401：电极焊盘；402：电极焊盘；500：散热部件； 601：第1凸块；602：第2凸块；603：第3凸块；701：粘接剂；702：粘接剂；703：粘接剂；710：柔性基板；800：拍摄装置；801：系统控制部；802：驱动部；804：工作储存部；805：记录部；806：显示部；811：图像处理部；820：摄影透镜。
Claims (12)
1.一种拍摄单元，其特征在于，具有：
光学元件，其具有光所入射的入射面和将入射到所述入射面的光射出的射出面，所述射出面是与所述入射面相反侧的面，在所述射出面形成有第1布线；
拍摄元件，其具有光电转换部和输出部，所述光电转换部将来自所述射出面的光转换为电荷且配置在与所述射出面相对的第1面，所述输出部输出基于由所述光电转换部转换得到的电荷的信号且配置在与所述第1面相反侧的第2面；
基板，其配置有所述拍摄元件，且具有将来自所述输出部的所述信号输出的第2布线；以及
接合部，其与所述光学元件和所述基板一起形成用于密封所述拍摄元件的密封空间，
所述接合部具有将所述第1布线和所述第2布线电连接的连接部，
所述光学元件、所述拍摄元件以及所述基板分别具有不同的热膨胀系数，
所述基板的热膨胀系数与所述光学元件的热膨胀系数之差比所述拍摄元件的热膨胀系数与所述光学元件的热膨胀系数之差小。
2.根据权利要求1所述的拍摄单元，其特征在于，
所述拍摄元件在第1方向上配置在所述光学元件与所述基板之间，
所述接合部在与所述第1方向不同的第2方向上夹着所述拍摄元件而形成。
3.根据权利要求2所述的拍摄单元，其特征在于，
所述接合部包含树脂。
4.根据权利要求2所述的拍摄单元，其特征在于，
还具备信号处理芯片，所述信号处理芯片与所述第1布线连接，并对所述信号进行处理。
5.根据权利要求4所述的拍摄单元，其特征在于，
所述信号处理芯片在所述第2方向上的宽度比所述拍摄元件在所述第2方向上的宽度窄。
6.根据权利要求5所述的拍摄单元，其特征在于，
所述信号处理芯片在所述第2方向上与所述拍摄元件并列地配置。
7.根据权利要求4所述的拍摄单元，其特征在于，
所述信号处理芯片具有第1信号处理芯片和与所述第1信号处理芯片不同的第2信号处理芯片。
8.根据权利要求7所述的拍摄单元，其特征在于，
所述第1信号处理芯片和所述第2信号处理芯片在所述第2方向上夹着所述拍摄元件地配置。
9.根据权利要求4所述的拍摄单元，其特征在于，
在所述拍摄元件和所述基板之间具有导热剂。
10.根据权利要求9所述的拍摄单元，其特征在于，
具有将来自所述基板的热散放的散热部件。
11.根据权利要求10所述的拍摄单元，其特征在于，
所述散热部件将来自所述信号处理芯片的热散放。
12.一种拍摄装置，其具有权利要求1至11中任一项所述的拍摄单元。
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