CN108551545A - 成像系统及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及成像系统及其制造方法。其中一个实施例提供了一种成像系统，其包括：图像传感器芯片，包括用于感测入射光线的像素区域；光学部件，位于所述图像传感器芯片的进光侧，并且紧邻所述图像传感器芯片；以及填充物，填满所述像素区域与所述光学部件之间的空间，并且具有固体和液体中的一种形态。

Description

成像系统及其制造方法

技术领域

本公开涉及成像系统领域。

背景技术

在现有的成像系统(例如，手机等各种电子设备中的摄像头等)中，光从外部通过系统中的各种光学部件而入射到图像传感器芯片上，从而成像。然而，存在着诸多问题影响成像系统的性能，例如，入射光线利用率不高等等。

因此存在对于新的技术的需求。

发明内容

本公开的目的之一是提供一种新型的成像系统及相应的制造方法。

根据本公开的一个方面，提供了一种成像系统，其包括：图像传感器芯片，包括用于感测入射光线的像素区域；光学部件，位于所述图像传感器芯片的进光侧，并且紧邻所述图像传感器芯片；以及填充物，填满所述像素区域与所述光学部件之间的空间，并且具有固体和液体中的一种形态。

根据本公开的另一个方面，提供了一种用于制造成像系统的方法，其包括：提供图像传感器芯片，所述图像传感器芯片包括用于感测入射光线的像素区域；以及在所述图像传感器芯片的进光侧放置光学部件，其中所述光学部件紧邻所述图像传感器芯片，并且在所述像素区域与所述光学部件之间的空间中填满有填充物，所述填充物具有固体和液体中的一种形态。

通过以下参照附图对本公开的示例性实施例的详细描述，本公开的其它特征及其优点将会变得更为清楚。

附图说明

构成说明书的一部分的附图描述了本公开的实施例，并且连同说明书一起用于解释本公开的原理。

参照附图，根据下面的详细描述，可以更加清楚地理解本公开，其中：

图1示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的成像系统的截面图。

图2示出了如图1所示的成像系统的部分构件的示意性平面图。

图3示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的成像系统的截面图。

图4A-4C分别示出了在根据本公开一个或多个示例性实施例来制造成像系统的一个方法示例的各个步骤处的截面示意图。

图5A-5B分别示出了在根据本公开一个或多个示例性实施例来制造成像系统的一个方法示例的各个步骤处的截面示意图。

注意，在以下说明的实施方式中，有时在不同的附图之间共同使用同一附图标记来表示相同部分或具有相同功能的部分，而省略其重复说明。在一些情况中，使用相似的标号和字母表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

为了便于理解，在附图等中所示的各结构的位置、尺寸及范围等有时不表示实际的位置、尺寸及范围等。因此，本公开并不限于附图等所公开的位置、尺寸及范围等。

具体实施方式

下面将参照附图来详细描述本公开的各种示例性实施例。应注意到：除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本公开的范围。

以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本公开及其应用或使用的任何限制。也就是说，本文中的结构及方法是以示例性的方式示出，来说明本公开中的结构和方法的不同实施例。然而，本领域技术人员将会理解，它们仅仅说明可以用来实施的本公开的示例性方式，而不是穷尽的方式。此外，附图不必按比例绘制，一些特征可能被放大以示出具体组件的细节。

对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。

在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。

经过深入研究，本申请的发明人提出了一种新型的成像系统结构，其包括：图像传感器芯片，包括用于感测入射光线的像素区域；光学部件，位于所述图像传感器芯片的进光侧，并且紧邻所述图像传感器芯片；以及填充物，填满所述像素区域与所述光学部件之间的空间，并且具有固体和液体中的一种形态。使用本发明的成像系统结构，可以提高进入成像系统内部的光线的利用率等。

为了更全面、清楚地理解本发明，下面分别结合图1-3以一种摄像头组件为例来详细描述根据本发明的成像系统的结构及其工作原理。本领域技术人员均能理解，本发明并不限于图中所示结构，而是能够根据其工作原理改编适用于其它成像系统结构。例如，图中示出的光学系统以及图像传感器芯片的构造、安装和相对位置的布置都只是示例性的而非限制性的，本发明可以适用于任何适当的光学系统和图像传感器芯片的构造、安装和布置。虽然下文中以例如手机等的电子设备中的摄像头组件为例来讨论本发明的成像系统，但是本领域技术人员均理解，本发明并不限于此，而是可以根据其工作原理适用于任何有相同需求的其它成像系统。

图1示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的成像系统100的截面图。应注意，实际的成像系统可能还存在之前/后续制造的其它部件，而为了避免模糊本发明的要点，附图没有示出且本文也不去讨论其它部件。

如图1所示，成像系统100可以为一个安装在例如手机等电子设备中的摄像头，该摄像头将图像传感器芯片101及其上方导入光线所需的光学部件(例如红外滤色器(IRCF)103和透镜108等)组装到底板106和外壳107包围的空间中。在一些实施方式中，通常在图像传感器芯片101的进光侧并且紧邻图像传感器芯片101设置IRCF 103，用来滤除入射光中的红外线。但是，本领域技术人员均能理解，本发明并不限于此布置，即紧邻图像传感器芯片101设置的光学部件并不限于IRCF，而是可以根据需要进行选择。在本文中，用语“紧邻图像传感器芯片101”意指距离图像传感器芯片101最近但是并不直接接触。

请注意，根据需要，通常透镜108可以包括一个或多个各种形状和类型的透镜或透镜组。在本申请图中为了简化仅用一个方块来代表透镜108，而没有描绘透镜108的具体结构，而且也不意图限制透镜108的具体构成和形状。另外，虽然图中只示出了透镜108和IRCF103作为成像系统100中的光学部件，但是，本领域技术人员均能理解，成像系统100中的光学部件的类型和数量不限于此，而是可以根据需要进行增减和替换等。另外，本申请的图中的各部件(例如外壳107、底板106、IRCF 103等)的形状和相对位置、外壳与底板的安装方式、外壳与光学部件的安装方式、图像传感器芯片101与底板106的安装方式等都仅是示例性的，而非限制性的。

如图1所示，成像系统100包括图像传感器芯片101，而该图像传感器芯片101包括用于感测入射光线的像素区域102。例如，待成像物体的光通过透镜108和IRCF 103等光学部件到达图像传感器芯片101中的像素区域102，并且由像素区域102中的各像素单元通过光电效应而转换成相应的电信号，从而形成该物体的图像信号。

请注意，图中只是用方块分别示意性示出了图像传感器芯片101及其中的像素区域102，并不意图限制图像传感器芯片101和像素区域102的相对位置和形状、构造等特征。在本文中，术语“图像传感器芯片”意指封装好的图像传感器芯片，而并非以晶圆(wafer)形式加工中的或者加工切割后而未封装的裸片(die)。图像传感器芯片可以用各种已知的方式进行封装，例如，封装成单个独立的芯片，或者封装在PCB或FPC上。在直接封装在PCB或FPC上的情况下，图1中的底板106就可以是该PCB或FPC。但是在另一些实施方式中，底板106也可以是位于封装的PCB或FPC下的其他部件，可以起到支撑等其他作用。

在许多成像系统中，在图像传感器芯片101与其进光侧上最邻近的光学部件(例如IRCF 103)之间存在空隙。由于该空隙中的空气与邻近光学部件的折射率相差较大，因此，如图1中的虚线箭头表示的光线所示，很多大角度入射的光在进入图像传感器之前会被进一步偏折，从而无法到达图像传感器的像素区域，导致入射光线无法被充分利用。

对此，本发明采用了如图1所示的液态填充物104，来至少填满像素区域102与光学部件103之间的空间。如图1中的实线箭头表示的光线所示，由于像素区域102与光学部件103之间空隙的折射率与光学部件103的折射率之差缩小，因此减小了入射光在到达像素区域之前的偏折，从而提高了进入成像系统内部的光线的利用率等。

请注意，图中为了方便简化了从系统外部到光学部件103的入射光路。另外，在一些实施方式中，图像传感器芯片101可以包括各种类型的CMOS图像传感器(CIS)，例如以各种方式键合(bond)的堆叠式CIS。在一些实施方式中，通常在图像传感器的中间部分形成像素区域102，而包围像素区域102形成各种外围处理电路(图中未示出)。在很多情况下，只用填充物104填满像素区域102与光学部件103之间的空间。但是在另一些情况下也可以根据需要填满整个图像传感器芯片101与光学部件103之间的空间。

在很多情况下，填充物104可以为各种透明的性质稳定的常用液体或其组合。在一些实施方式中，填充物104为水和甘油中的一种。在一些实施方式中，考虑到相邻不同介质的折射率相差越大，在界面上的反射率就会越高，因此选择折射率与光学部件103接近的填充物材料，例如，填充物104的折射率可以在光学部件103的折射率的0.8倍到1.2倍的范围内。在一些实施方式中，填充物104的折射率可以在1.2到1.8的范围内。

在图1中，由于填充物104为液体形态，因此还设置了密封物105来将其密封在像素区域102与光学部件103之间。在一些实施方式中，密封物由粘合光学部件103和图像传感器芯片101的粘合剂构成。在一些实施方式中，该粘合剂可以为环氧树脂。

图2示出了图1的成像系统100中的部分构件的示意性平面图，其中为了避免模糊本发明的要点而省略了图1中的一些构件。从图2可以看出，密封物105包围像素区域102。当然，本领域技术人员均能理解，图2的平面图仅是示意性的，实际上其它构件的相对位置和尺寸关系等都不受限制。

图3示出了根据本公开一个或多个示例性实施例的成像系统300的截面图。图3的示例与图1的示例的区别主要在于，把图1的位于像素区域102与光学部件103之间的液态填充物104换成了图3的固态填充物304，并相应地去除了图1中的密封物105。在下文中，对于与图1相同或类似的部件不再赘述，相关描述也同样适用于图3的成像系统。

如图3所示，位于像素区域102与光学部件103之间的填充物304具有固体形态。在一些实施方式中，填充物304可以为旋涂玻璃(Spin-On Glass，SOG)。在一些实施方式中，填充物304的厚度可以在1到10微米的范围内。可以与填充物104类似地选择填充物304的折射率，即，在一些实施方式中，填充物304的折射率可以在1.2到1.8的范围内。在一些实施方式中，填充物304的折射率可以在光学部件103的折射率的0.8倍到1.2倍的范围内。虽然图3中的填充物304铺满了整个图像传感器芯片101的表面，但是本领域技术人员均能理解本发明不限于此，而是只要填满像素区域102与光学部件103之间的空间即可。与图1类似，由于像素区域102与光学部件103之间空隙的折射率与光学部件103的折射率之差缩小，因此减小了入射光在到达像素区域102之前的偏折，从而提高了进入成像系统内部的光线的利用率等。

为了更完整全面地理解本发明，下面将分别以图4A-4C和图5A-5B为例来详细描述如图1和图3所示的成像系统的制造方法的具体示例。本示例特别适用于包含CMOS图像传感器(CIS)芯片的成像系统。请注意，这个示例并不意图构成对本发明的限制。例如，本发明并不仅限于图4A-4C和图5A-5B所示出的成像系统的具体结构，而是对所有有相同需求或设计考量的成像系统都适用。上面结合图1-3所描述的内容也可以适用于对应的特征，下文不再赘述。另外，请注意，为了不模糊本发明的要点，图4A-4C和图5A-5B未示出成像系统中的一些构件，例如，外壳、底板、透镜等。

首先描述图4A-4C。图4A-4C分别示出了在制造如图1所示的成像系统的一个方法示例的各个步骤处的截面示意图。

在图4A处，提供图像传感器芯片101，该图像传感器芯片101包括用于感测入射光线的像素区域102。如前所述，图像传感器芯片101和像素区域102的封装形式、构造和形成工艺等都不受限制。

然后，在图4B处，在图像传感器芯片101的进光侧的表面上施加密封物(例如，粘合剂)105，该密封物105围绕像素区域102，例如图2的平面图所示。该密封物105能粘合光学部件103和图像传感器芯片101。在一些实施方式中，该密封物105为环氧树脂，例如包括可光固化或热固化的环氧树脂。

然后，在图4C处，在图像传感器芯片101的进光侧上放置紧邻的光学部件103，并且把液态填充物104密封在二者之间的空间中。前面已经结合图1-3描述的特征，在此不再赘述。

在一些实施方式中，可以在密封物105上放置光学部件103，以粘合光学部件103，并且在密封物105包围形成的空间中填满并密封填充物104。例如，可以先填充液态填充物104，再在上方放置并粘合光学部件103，以密封液态填充物104。或者，可以先放置并粘合光学部件103，再往空间中填入并密封液态填充物104。

下面，图5A-5B分别示出了在制造如图3所示的成像系统的一个方法示例的各个步骤处的截面示意图。其实这里省略了与图4A相同的一个步骤，即，提供图像传感器芯片101，该图像传感器芯片101包括用于感测入射光线的像素区域102。换句话说，这个方法示例可以从图4A开始，再进行到图5A-5B。

在图5A处，即，在如图4A那样提供了图像传感器芯片101之后，通过本领域常规技术(例如，通过旋涂方式)在图像传感器芯片101的进光侧的表面上施加一层填充物材料304，例如，旋涂玻璃。

然后，在图5B处，在填充物304上放置光学部件103。在填充物材料304为旋涂玻璃的一些实施方式中，可以在放置光学部件103之前和/或之后使旋涂玻璃304固化。在一些实施方式中，可以在放置光学部件103之前对填充物304进行平坦化操作。前面已经结合图1-3描述了部分特征，在此不再赘述。

本领域技术人员将理解，除了如图4A-4C和图5A-5B示出的工艺和结构之外，本公开还包括形成成像系统必需的其它任何工艺和结构。

通过例如上述图4A-4C和图5A-5B分别示出的方法示例，采用本发明的新型结构结合相应的新型工艺，至少能够提高进入成像系统内部的光线的利用率。

在说明书及权利要求中的词语“前”、“后”、“顶”、“底”、“之上”、“之下”等，如果存在的话，用于描述性的目的而并不一定用于描述不变的相对位置。应当理解，这样使用的词语在适当的情况下是可互换的，使得在此所描述的本公开的实施例，例如，能够在与在此所示出的或另外描述的那些取向不同的其他取向上操作。

如在此所使用的，词语“示例性的”意指“用作示例、实例或说明”，而不是作为将被精确复制的“模型”。在此示例性描述的任意实现方式并不一定要被解释为比其它实现方式优选的或有利的。而且，本公开不受在上述技术领域、背景技术、发明内容或具体实施方式中所给出的任何所表述的或所暗示的理论所限定。

如在此所使用的，词语“基本上”意指包含由设计或制造的缺陷、器件或元件的容差、环境影响和/或其它因素所致的任意微小的变化。词语“基本上”还允许由寄生效应、噪声以及可能存在于实际的实现方式中的其它实际考虑因素所致的与完美的或理想的情形之间的差异。

另外，前面的描述可能提及了被“连接”或“耦接”在一起的元件或节点或特征。如在此所使用的，除非另外明确说明，“连接”意指一个元件/节点/特征与另一种元件/节点/特征在电学上、机械上、逻辑上或以其它方式直接地连接(或者直接通信)。类似地，除非另外明确说明，“耦接”意指一个元件/节点/特征可以与另一元件/节点/特征以直接的或间接的方式在机械上、电学上、逻辑上或以其它方式连结以允许相互作用，即使这两个特征可能并没有直接连接也是如此。也就是说，“耦接”意图包含元件或其它特征的直接连结和间接连结，包括利用一个或多个中间元件的连接。

另外，仅仅为了参考的目的，还可以在本文中使用“第一”、“第二”等类似术语，并且因而并非意图限定。例如，除非上下文明确指出，否则涉及结构或元件的词语“第一”、“第二”和其它此类数字词语并没有暗示顺序或次序。

还应理解，“包括/包含”一词在本文中使用时，说明存在所指出的特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件，但是并不排除存在或增加一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、单元和/或组件以及/或者它们的组合。

在本公开中，术语“提供”从广义上用于涵盖获得对象的所有方式，因此“提供某对象”包括但不限于“购买”、“制备/制造”、“布置/设置”、“安装/装配”、和/或“订购”对象等。

本领域技术人员应当意识到，在上述操作之间的边界仅仅是说明性的。多个操作可以结合成单个操作，单个操作可以分布于附加的操作中，并且操作可以在时间上至少部分重叠地执行。而且，另选的实施例可以包括特定操作的多个实例，并且在其他各种实施例中可以改变操作顺序。但是，其它的修改、变化和替换同样是可能的。因此，本说明书和附图应当被看作是说明性的，而非限制性的。

另外，本公开的实施方式还可以包括以下示例：

1、一种成像系统，其特征在于，包括：

图像传感器芯片，包括用于感测入射光线的像素区域；

光学部件，位于所述图像传感器芯片的进光侧，并且紧邻所述图像传感器芯片；以及

填充物，填满所述像素区域与所述光学部件之间的空间，并且具有固体和液体中的一种形态。

2、根据1所述的成像系统，其特征在于，所述填充物的折射率在1.2到1.8的范围内。

3、根据1所述的成像系统，其特征在于，所述填充物的折射率在所述光学部件的折射率的0.8倍到1.2倍的范围内。

4、根据1所述的成像系统，其特征在于，所述填充物具有固体形态，并且所述填充物为旋涂玻璃。

5、根据4所述的成像系统，其特征在于，所述填充物的厚度在1到10微米的范围内。

6、根据1所述的成像系统，其特征在于，所述填充物具有液体形态，并且被围绕所述像素区域的密封物密封在所述像素区域与所述光学部件之间。

7、根据6所述的成像系统，其特征在于，所述填充物为水和甘油中的一种。

8、根据6所述的成像系统，其特征在于，所述密封物由粘合所述光学部件和所述图像传感器芯片的粘合剂构成。

9、根据8所述的成像系统，其特征在于，所述粘合剂为环氧树脂。

10、根据1所述的成像系统，其特征在于，所述光学部件为用于滤除红外线的红外滤色器。

11、一种用于制造成像系统的方法，其特征在于，包括：

提供图像传感器芯片，所述图像传感器芯片包括用于感测入射光线的像素区域；以及

在所述图像传感器芯片的进光侧放置光学部件，其中所述光学部件紧邻所述图像传感器芯片，并且在所述像素区域与所述光学部件之间的空间中填满有填充物，所述填充物具有固体和液体中的一种形态。

12、根据11所述的方法，其特征在于，所述填充物的折射率在1.2到1.8的范围内。

13、根据11所述的方法，其特征在于，所述填充物的折射率在所述光学部件的折射率的0.8倍到1.2倍的范围内。

14、根据11所述的方法，其特征在于，所述填充物具有固体形态，并且所述填充物为旋涂玻璃。

15、根据14所述的方法，其特征在于，所述填充物的厚度在1到10微米的范围内。

16、根据11所述的方法，其特征在于，所述填充物具有液体形态，并且被围绕所述像素区域的密封物密封在所述像素区域与所述光学部件之间。

17、根据16所述的方法，其特征在于，所述填充物为水和甘油中的一种。

18、根据16所述的方法，其特征在于，所述密封物由粘合所述光学部件和所述图像传感器芯片的粘合剂构成。

19、根据18所述的方法，其特征在于，所述粘合剂为环氧树脂。

20、根据11所述的方法，其特征在于，所述光学部件为用于滤除红外线的红外滤色器。

21、根据14所述的方法，其特征在于，放置光学部件的步骤包括：

通过旋涂方式在所述图像传感器芯片的进光侧的表面上施加一层旋涂玻璃；以及

在所述旋涂玻璃上放置所述光学部件，

其中，在放置所述光学部件之前和/或之后使所述旋涂玻璃固化。

22、根据18所述的方法，其特征在于，放置光学部件的步骤包括：

在所述图像传感器芯片的进光侧的表面上围绕所述像素区域施加所述粘合剂；

在所述粘合剂上放置所述光学部件，以粘合所述光学部件；以及

在所述粘合剂包围形成的空间中填满并密封所述填充物。

虽然已经通过示例对本公开的一些特定实施例进行了详细说明，但是本领域的技术人员应该理解，以上示例仅是为了进行说明，而不是为了限制本公开的范围。在此公开的各实施例可以任意组合，而不脱离本公开的精神和范围。本领域的技术人员还应理解，可以对实施例进行多种修改而不脱离本公开的范围和精神。本公开的范围由所附权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种成像系统，其特征在于，包括：

图像传感器芯片，包括用于感测入射光线的像素区域；

光学部件，位于所述图像传感器芯片的进光侧，并且紧邻所述图像传感器芯片；以及

填充物，填满所述像素区域与所述光学部件之间的空间，并且具有固体和液体中的一种形态。

2.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述填充物的折射率在1.2到1.8的范围内。

3.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述填充物的折射率在所述光学部件的折射率的0.8倍到1.2倍的范围内。

4.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述填充物具有固体形态，并且所述填充物为旋涂玻璃。

5.根据权利要求4所述的成像系统，其特征在于，所述填充物的厚度在1到10微米的范围内。

6.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述填充物具有液体形态，并且被围绕所述像素区域的密封物密封在所述像素区域与所述光学部件之间。

7.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于，所述填充物为水和甘油中的一种。

8.根据权利要求6所述的成像系统，其特征在于，所述密封物由粘合所述光学部件和所述图像传感器芯片的粘合剂构成。

9.根据权利要求8所述的成像系统，其特征在于，所述粘合剂为环氧树脂。

10.根据权利要求1所述的成像系统，其特征在于，所述光学部件为用于滤除红外线的红外滤色器。