CN111627941B - Cmos图像传感器封装模块及其形成方法、摄像装置 - Google Patents

Cmos图像传感器封装模块及其形成方法、摄像装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种CMOS图像传感器封装模块及其形成方法、摄像装置。CMOS图像传感器封装模块在像素电路基板上接合有信号处理芯片和DRAM芯片,信号处理芯片和DRAM芯片通过第一互连结构电连接,像素电路基板中的读出电路、信号处理芯片以及DRAM芯片均与第二互连结构电连接,再布线层与第二互连结构电连接,优化了封装模块的结构,便于将读出电路输出的数字图像信号先缓存于DRAM芯片,再由DRAM芯片传输至信号处理芯片进行处理,在所述CMOS图像传感器封装模块用于图像拍摄时,有利于提高对传输的数据以及数字图像信号的处理速度,进而提高图像质量。本发明的摄像装置包括上述CMOS图像传感器封装模块。

Description

CMOS图像传感器封装模块及其形成方法、摄像装置
技术领域
本发明涉及图像传感器领域,特别涉及一种CMOS图像传感器封装模块及其形成方法、摄像装置。
背景技术
出于拍摄景物的需要,目前诸如笔记本电脑、平板电脑、智能手机、智能玩具等设备上也配置了数字摄像头。常用的数字摄像头通过摄像镜头,将生成的光学图像投射到感光元件表层,光线被感光元件表层上的滤镜分解成不同的色光,各色光被各滤镜相对应的像素单元感知,并产生不同强度的模拟信号,再由感光元件的电路将这些信号收集起来,模拟信号通过数模转换器转换成为数字信号,再由图像信号处理器(ISP,image signalprocessor)对这些数字信号进行处理,再被送到手机处理器进行处理,然后再被传输到存储卡保存起来,成为屏幕上能够观看的图像。
目前常用的感光元件为背照式CMOS(Complementary Metal OxideSemiconductor,互补金属-氧化物-半导体)图像传感器。与CCD图像传感器相比,CMOS图像传感器能够实现更灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更低的功耗以及更加优良的系统集成等。并且,光从CMOS图像传感器的背面入射,无需穿过感光元件上的互连层即射向感光元件,减少了光线损失,在单位时间内,单个像素单元能获取的光能量更大,对画质有明显的提升。
但是,随着对CMOS图像传感器的尺寸以及成像质量等方面的要求提高,仍需要进一步优化CMOS图像传感器封装模块的结构。
发明内容
针对上述问题,本发明提供了一种CMOS图像传感器封装模块及其形成方法,以优化CMOS图像传感器封装模块的结构,便于提高利用该CMOS图像传感器封装模块进行拍摄时的成像质量。
根据本发明的一方面,提供了一种CMOS图像传感器封装模块,包括:
像素电路基板,其中包括感光区和读出电路区,CMOS图像传感器的像素阵列设置于所述感光区,读出电路设置于所述读出电路区,所述读出电路具有电路互连端,所述像素电路基板包括相对的第一表面和第二表面;接合层,铺设于所述第一表面;并列位于所述接合层上的信号处理芯片和DRAM芯片,所述信号处理芯片具有朝向所述第一表面的第一连接端和第二连接端,所述DRAM芯片具有朝向所述第一表面的第三连接端和第四连接端;第一互连结构,电连接所述第一连接端和所述第三连接端,所述第一互连结构包括嵌于所述接合层的第一连接块和嵌于所述接合层的第二连接块,所述第一连接块与所述第一连接端接触电连接,所述第二连接块与所述第三连接端接触电连接,所述第一连接块与所述第二连接块电连接;第二互连结构,设置于所述像素电路基板和所述接合层中,与所述电路互连端、所述第二连接端以及所述第四连接端均电连接;以及再布线层,铺设于所述第二表面,所述再布线层与所述第二互连结构电连接。
可选的,所述第一互连结构还包括位于所述第一表面上的互连件,所述第一连接块与所述第二连接块通过所述互连件电连接。
可选的,所述互连件包括互连线及位于所述互连线两端的第一焊垫、第二焊垫,所述第一焊垫通过所述第一连接块与所述第一连接端连接,所述第二焊垫通过所述第二连接块与所述第三连接端连接。
可选的,所述互连件包括互连线,所述互连线的两端分别通过所述第一连接块与所述第一连接端连接、通过所述第二连接块与所述第三连接端连接。
可选的,所述第一连接块和所述第二连接块为同一连接块,所述同一连接块从所述第一连接端延伸至所述第三连接端。
可选的,所述第二互连结构包括设置于所述像素电路基板中的第一导电插塞,所述第一导电插塞电连接所述电路互连端和所述再布线层。
可选的,所述电路互连端包括第一电路互连端和第二电路互连端,所述第二互连结构包括两个所述第一导电插塞,以分别电连接所述第一电路互连端与所述再布线层以及所述第二电路互连端与所述再布线层。
可选的,所述第二互连结构包括穿过所述像素电路基板和所述接合层的第二导电插塞,所述第二导电插塞电连接所述第二连接端和所述再布线层。
可选的,所述第二互连结构包括穿过所述像素电路基板和所述接合层的第三导电插塞,所述第三导电插塞电连接所述第四连接端和所述再布线层。
可选的,所述信号处理芯片和所述DRAM芯片对应于所述读出电路区设置于所述第一表面上。
可选的,所述再布线层包括再布线以及与所述再布线电连接的焊垫。
可选的,所述CMOS图像传感器封装模块还包括封装层,所述封装层设置于所述第一表面上,所述封装层覆盖所述信号处理芯片、所述DRAM芯片并填充间隙。
可选的,所述CMOS图像传感器封装模块还包括伪芯片,所述伪芯片位于所述接合层上,所述封装层还覆盖所述伪芯片。
可选的,入射光被设定为从所述第二表面一侧进入所述像素阵列,所述伪芯片对应于所述感光区设置于所述第一表面上。
可选的,所述CMOS图像传感器为背照式CMOS图像传感器。
可选的,所述接合层包括胶黏材料。
根据本发明的另一方面,提供了一种摄像装置,包括上述CMOS图像传感器封装模块。
根据本发明的再一方面,提供了一种CMOS图像传感器封装模块的形成方法,包括以下步骤:
提供像素电路基板、信号处理芯片和DRAM芯片,所述像素电路基板包括感光区和读出电路区,CMOS图像传感器的像素阵列设置于所述感光区,读出电路设置于所述读出电路区,所述读出电路具有电路互连端,所述像素电路基板包括相对的第一表面和第二表面,所述信号处理芯片具有第一连接端和第二连接端,所述DRAM芯片具有第三连接端和第四连接端;在所述第一表面形成接合层,并在所述接合层上接合所述信号处理芯片和所述DRAM芯片,所述第一连接端、所述第二连接端、所述第三连接端和所述第四连接端均朝向所述第一表面;形成第一互连结构,以电连接所述第一连接端和所述第三连接端,所述第一互连结构包括嵌于所述接合层的第一连接块和嵌于所述接合层的第二连接块,所述第一连接块与所述第一连接端接触电连接,所述第二连接块与所述第三连接端接触电连接,所述第一连接块与所述第二连接块电连接;形成第二互连结构,设置于所述像素电路基板和所述接合层中,与所述电路互连端、所述第二连接端以及所述第四连接端均电连接;以及在所述第二表面形成再布线层,所述再布线层与所述第二互连结构电连接。
可选的,在形成所述接合层之前,所述CMOS图像传感器封装模块的形成方法还包括:在所述第一表面上形成互连件,其中,所述第一连接块与所述第二连接块通过所述互连件电连接。
可选的,所述接合层中具有开口,所述开口暴露出所述互连件与所述第一连接端相对的区域和与所述第三连接端相对的区域。
可选的,形成所述第一连接块和所述第二连接块的方法包括:
将设置有所述接合层、所述信号处理芯片和所述DRAM芯片的像素电路基板放置到化学镀溶液中,所述化学镀溶液中包括金属离子和还原剂;以及经预定时间后,在所述开口中形成所述第一连接块和所述第二连接块,其中,所述第一连接块覆盖所述互连件与所述第一连接端相对的区域并与所述第一连接端接触电连接,所述第二连接块覆盖所述互连件与所述第三连接端相对的区域并与所述第三连接端接触电连接。
可选的,所述开口暴露出所述互连件,所述第一连接块和所述第二连接块为同一连接块,所述同一连接块从所述第一连接端延伸至所述第三连接端。
可选的,所述第一连接块和所述第二连接块的材料包括铜、镍、锌、锡、银、金、钨和镁中的一种或多种。
可选的,形成所述第二互连结构的方法包括从所述第二表面一侧执行孔刻蚀工艺和填孔工艺,以形成多个导电插塞。
可选的,所述多个导电插塞包括第一导电插塞,所述第一导电插塞设置于所述像素电路基板中,并电连接所述电路互连端和所述再布线层。
可选的,所述多个导电插塞包括第二导电插塞,所述第二导电插塞穿过所述像素电路基板和所述接合层,并电连接所述第二连接端和所述再布线层。
可选的,所述多个导电插塞包括第三导电插塞,所述第三导电插塞穿过所述像素电路基板和所述接合层,并电连接所述第四连接端和所述再布线层。
可选的,在形成所述第一互连结构之后、形成所述第二互连结构之前,所述CMOS图像传感器封装模块的形成方法还包括:在所述第一表面上形成封装层,所述封装层覆盖所述信号处理芯片、所述DRAM芯片并填充间隙。
可选的,在形成所述接合层之后,所述CMOS图像传感器封装模块的形成方法还包括:在所述接合层上接合伪芯片;其中所述封装层还覆盖所述伪芯片。
可选的,所述信号处理芯片和所述DRAM芯片对应于所述读出电路区接合,入射光被设定为从所述第二表面一侧进入所述像素阵列,所述伪芯片对应于所述感光区接合。
本发明提供的CMOS图像传感器封装模块,在像素电路基板上接合了信号处理芯片和DRAM芯片,信号处理芯片和DRAM芯片通过第一互连结构电连接,第二互连结构与信号处理芯片、DRAM芯片以及像素电路基板中的读出电路电连接,并设置了再布线层与第二互连结构电连接,即实现了像素电路基板、DRAM芯片和信号处理芯片三者之间的电气互连,优化了封装模块的结构,并且便于将读出电路输出的数字图像信号先缓存于DRAM芯片,再由DRAM芯片传输至信号处理芯片进行处理,在所述CMOS图像传感器封装模块用于图像拍摄时,有利于提高对传输的数据以及数字图像信号的处理速度以及图像质量。
本发明提供的摄像装置包括上述CMOS图像传感器封装模块,从而具有与上述CMOS图像传感器封装模块相同或类似的优点。
本发明提供的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,可形成上述CMOS图像传感器封装模块。其中,信号处理芯片和DRAM芯片接合在像素电路基板上,不需要在基板上设置同样功能的信号处理电路,基板的横向尺寸不需要增加,模块整体尺寸较小,并且直接接合芯片与像素电路基板,这种方法在接合之前即摒弃了例如信号处理晶圆和DRAM晶圆上的缺陷芯片,相对于晶圆级键合方式工艺难度较低。此外,在接合之后,形成了第一互连结构电连接信号处理芯片的第一连接端和DRAM芯片的第三连接端,并形成了第二互连结构电连接读出电路的电路互连端、信号处理芯片的第二连接端以及DRAM芯片的第四连接端,还形成了再布线层与第二互连结构电连接。DRAM芯片可作为CMOS图像传感器封装模块的缓存元件,在用于图像拍摄时,有利于提高对传输的数据以及数字图像信号的处理速度,进而提高图像质量。
附图说明
图1是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中像素电路基板、信号处理芯片和DRAM芯片的剖面示意图。
图2是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中利用接合层接合信号处理芯片和DRAM芯片后的剖面示意图。
图3是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中形成第一互连结构后的剖面示意图。
图4是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中形成第二互连结构后的剖面示意图。
图5是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中形成再布线层后的剖面示意图。
图6是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的剖面示意图。
附图标记说明:
100-像素电路基板;200-信号处理芯片;600-DRAM芯片;100a-第一表面;100b-第二表面;101-第一电路互连端;102-第二电路互连端;201-第一连接端;202-第二连接端;601-第三连接端;602-第四连接端;300-接合层;300a-开口;400-封装层;500-再布线层;210-第一互连结构;211-连接块;2111-第一连接块;2112-第二连接块;103-互连件;111-第一导电插塞;112-第二导电插塞;113-第三导电插塞;220-第二互连结构;10-伪芯片。
具体实施方式
目前的CMOS图像信号处理器常通过SOC(system on chip)技术集成在设置感光元件的像素电路基板上,或者通过晶圆级键合方式(通常采用金属和氧化物混合键合)与设置感光元件的像素电路基板键合在一起,工艺难度大,成本高,而且晶圆级键合方式使两个晶圆键合在一起,对例如信号处理晶圆上的缺陷芯片的处理难度很大,同样会增加成本。此外CMOS图像传感器的封装模块在应用于数字摄像时,通过像素电路基板上的像素电路(或读出电路)得到的数字信号直接输出至图像信号处理器进行处理进而通过诸如手机处理器储存到存储卡,感光元件以及像素电路处理数据的速度(例如帧频)受到了图像信号处理器的处理速度以及手机处理器的处理速度的限制,容易影响拍摄质量。随着对CMOS图像传感器的封装模块的尺寸以及成像质量等方面的要求提高,CMOS图像传感器的封装结构和封装方法仍需要改进。
基于上述研究,本发明提供一种CMOS图像传感器封装模块,在像素电路基板上接合了信号处理芯片和DRAM芯片,并利用第一互连结构使信号处理芯片和DRAM芯片互连,利用第二互连结构与读出电路、信号处理芯片和DRAM芯片均电连接,并设置再布线层与第二互连结构电连接,从而提供了一种实现像素电路基板、信号处理芯片和DRAM芯片电气互连的封装结构。独立的信号处理芯片有利于提供更佳的运算能力以及成像质量,并且接合时即摒弃了晶圆上的缺陷芯片,相对于晶圆级键合方式工艺难度较低。信号处理芯片和DRAM芯片接合在像素电路基板上,可以增加像素电路基板的设计余量,有利于缩小封装模块的整体尺寸。在用于图像拍摄时,DRAM芯片可作为缓存元件先将传输的例如图像信号数据存储起来,再根据信号处理芯片的处理速度输出,有利于提高对传输的数据以及数字图像信号的处理速度以及图像质量。
以下结合附图和具体的实施例对本发明的CMOS图像传感器封装模块及其形成方法、摄像装置作进一步详细说明。根据下面的说明,本发明的优点和特征将更清楚。应当理解,下述实施例仅是应用本发明的示例性的具体实施方式,并不构成对本发明保护范围的限制。
需说明的是,附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例,仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。除非另有其它说明,否则不同附图中的相应的数字和标号通常涉及相应的部件。并且,下文中的术语“第一”、“第二”等用于在类似要素之间进行区分,且未必是用于描述特定次序或时间顺序。要理解,在适当情况下,如此使用的这些术语可替换,例如可使得本文所述的本发明实施例能够不同于本文所述的或所示的其它顺序来操作。类似的,如果本文所述的方法包括一系列步骤,且本文所呈现的这些步骤的顺序并非必须是可执行这些步骤的唯一顺序,且一些所述的步骤可被省略和/或一些本文未描述的其他步骤可被添加到该方法。
本实施例首先介绍一种CMOS图像传感器封装模块。参照图5,本实施例的CMOS图像传感器封装模块包括一像素电路基板100,像素电路基板100内布置有感光区Ⅰ和读出电路区Ⅱ(图5示意出了感光区Ⅰ和读出电路区Ⅱ的位置,感光区Ⅰ和读出电路区Ⅱ的范围可以不限于图中所示区域),CMOS图像传感器的像素阵列设置于所述感光区Ⅰ,此处CMOS图像传感器的像素阵列指的是CMOS图像传感器的包括光电二极管的像素单元组成的阵列,读出电路设置于所述读出电路区Ⅱ,光电二极管和读出电路利用半导体工艺形成于对应区域的像素电路基板100内。所述读出电路具有用于互连的电路互连端。为了方便说明,本实施例的所述像素电路基板100包括相对的第一表面100a和第二表面100b。
像素电路基板100具体可以是在衬底上制造CMOS图像传感器的基板,所述衬底例如是硅衬底或绝缘体上硅(SOI)衬底等,衬底的材料还可以包括锗、锗化硅、碳化硅、砷化镓、镓化铟或其它Ⅲ、Ⅴ族化合物。由于已知的优点,本实施例中的CMOS图像传感器优选为背照式CMOS图像传感器。背照式CMOS图像传感器在衬底的背面一侧(即衬底上制作光电二极管时的相反一侧),通常会进行减薄并设置用于平坦化的介质层、用于得到不同颜色光线的滤色层(图中未示出)以及用于增加光入射量的透镜层(图中未示出),在衬底的正面一侧(即制作光电二极管和互连层的一侧),像素电路基板包括设置有众多光电二极管的感光层,感光层中可设置数百万个阵列分布的像素单元(pixel cell orpixel unit),每个像素单元例如包括一个光电二极管和多个用作驱动电路的MOS晶体管,在工作时,光从透镜层入射,经过滤色层和介质层进入感光层内的像素单元,形成光电流。在像素电路基板中,根据功能不同可设置多个不同的区域,通常将像素单元设置于感光区Ⅰ,而在感光区Ⅰ的周围设置外围电路,从而感光区Ⅰ和读出电路区Ⅱ也对应于像素电路基板100表面的不同区域。形成于感光层上的互连层可包括叠置在一起的多层互连金属层和连接相邻两层互连金属层的插塞层,互连层用于电连接光电二极管、驱动电路和外围电路,以对光电二极管的光电流信号进行处理。外围电路具体又可以包括模拟信号处理电路、模数转换电路、数字逻辑电路以及读出电路等,其中读出电路设置于读出电路区Ⅱ,在读出电路区Ⅱ,像素电路基板100上处理完毕的数字图像信号被输出,或者用于传输其它信号,输出的数字图像信号进入图像信号处理电路(Image Signal Processor,ISP)或者图像信号处理芯片被进一步处理。关于像素阵列基板的具体结构也可以参考公开技术实施。在另一实施例中,CMOS图像传感器也可采用前照式CMOS图像传感器,或者采用堆栈式CMOS图像传感器。
本实施例中,例如以像素电路基板100形成互连层的一侧表面作为第一表面100a,而将光入射的一侧表面作为第二表面100b,对应于所述读出电路区Ⅱ所述像素电路基板100沿第二表面100b向第一表面100a的方向依次可包括介质层、电路层以及互连层(也可包括透镜层和滤色层,图中未示出),介质层可以用于平坦化基板的表面并作为电隔离层,电路层包括上述读出电路,电路层可以与感光区Ⅰ的感光层一起制作,互连层叠加于电路层上并在其中设置了读出电路的电路互连端,所述电路互连端具体可包括多个不同连接用途的连接端,示例的,其中包括第一电路互连端101和第二电路互连端102,第一电路互连端101和第二电路互连端102与外部芯片或电路连接,用于传输图像数字信号或者其它信号。
参照图5,本实施例的CMOS图像传感器封装模块中,接合层300铺设于像素电路基板100的第一表面100a上。接合层300的材料可包括氧化物或其它合适的材料。例如,可以是键合材料,即通过熔融键合或真空键合等方式将信号处理芯片和DRAM芯片键合于像素电路基板100的第一表面100a而成。接合层300还可以包括胶黏材料,例如是粘片膜(DieAttachFilm,DAF)或干膜(dry film),即通过黏结方式将信号处理芯片和DRAM芯片接合在像素电路基板100的第一表面100a。本实施例中接合层300优选采用干膜,干膜属于粘性的光致抗蚀膜,通过紫外线的照射后能够发生聚合反应形成一种稳定的物质附着于粘着面,芯片可以黏附在干膜的上表面。
信号处理芯片200和DRAM芯片600并列设置于所述接合层300上,所述信号处理芯片200具有第一连接端201和第二连接端202,所述DRAM芯片600具有第三连接端601和第四连接端602,为了与像素电路基板100互连,信号处理芯片200和DRAM芯片600的上述连接端(可以是接触垫)优选朝向像素电路基板100的第一表面100a设置。优选方案中,信号处理芯片200和DRAM芯片600设置在像素电路基板100的读出电路区Ⅱ,以避免对感光区Ⅰ的影响。但不限于此,在不影响光线入射到感光区的像素阵列的前提下,二者也可以接合在第一表面100a上的其它区域。
具体的,信号处理芯片200可以是图像信号处理器(ISP)或者数字信号处理器(DSP)等。以图像信号处理器为例,它可以处理像素电路基板100的输出数据,例如进行自动曝光控制(AEC)、自动增益控制(AGC)、自动白平衡(AWB)、色彩校正、镜头校正(LensShading)、伽马(Gamma)校正、祛除坏点、自动黑平衡(Auto Black Level)等处理。DRAM(Dynamic RandomAccess Memory,动态随机存取存储器)为常见的系统内存装置,DRAM使用电容存储数据,隔一段时间刷新一次,如果存储单元没有被刷新,存储的信息就会丢失,从而可作为系统的缓存。本实施例在CMOS图像传感器封装模块中设置DRAM芯片600,其中一个目的是通过其与信号处理芯片200和像素电路基板100互连,在将本实施例的CMOS图像传感器封装模块用于图像拍摄设备(例如手机相机)时,DRAM芯片600可用于存储拍摄到的高速图像信息,并根据系统设计以输入接口的最佳速率输出。
信号处理芯片200和DRAM芯片600可以是独立设计和制作(相对于集成在像素电路基板上的信号处理电路)的芯片,具体可以是待封装的裸芯片(不同于晶圆上未切割的芯片),接合设置的信号处理芯片相对于集成在像素电路基板上的信号处理电路具有更佳的运算能力以及成像质量,在例如用于手机等相机设备时,独立的信号处理芯片可以由手机商向芯片提供商定制,有助于实现与相机其它组件更佳的契合度,并且还有利于像素电路基板横向尺寸的缩小,从而缩小封装模块整体尺寸。可以理解,本实施例重点说明的是包括像素电路基板100及在其第一表面100a设置信号处理芯片200和DRAM芯片600的CMOS图像传感器封装模块,但并不表示本实施例的CMOS图像传感器封装模块仅包括上述部件,像素电路基板100上也可以设置/接合有其它芯片(例如模拟信号处理芯片、模数转换芯片、逻辑芯片等等),或者设置有其它器件(例如功率器件、双极型器件、电阻、电容等等),本领域公知的器件和连接关系也可包含在其中。
本实施例的CMOS图像传感器封装模块还包括第一互连结构210,用于电连接信号处理芯片200的第一连接端201和DRAM芯片600的第三连接端601。具体的,所述第一互连结构210包括嵌于所述接合层300的连接块211,所述连接块211与信号处理芯片200的第一连接端201和DRAM芯片600的第三连接端601均接触电连接。参照图5,本发明一个实施例中,连接块211是一个整体的金属块。但本发明不限于此,图6是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的剖面示意图,参照图6,在该实施例中,第一互连结构210包括嵌于所述接合层300中的第一连接块2111和嵌于所述接合层300的第二连接块2112,所述第一连接块2111与上述第一连接端201接触电连接,所述第二连接块2112与上述第三连接端601接触电连接,所述第一连接块2111与所述第二连接块2112电连接。第一连接块2111和第二连接块2112例如是电镀或者化学镀形成的金属块。第一连接块2111和第二连接块2112可以分别相对于第一连接端201和第三连接端601设置在接合层300中,也可以连接成一个连接块,如图5中的连接块211,即第一连接块2111和所述第二连接块2112作为同一连接块,并且所述同一连接块从上述第一连接端201延伸至第三连接端601。第一连接块2111和第二连接块2112的材料可包括铜、镍、锌、锡、银、金、钨和镁中的一种或多种。
参照图5(或图6),可选实施方式中,所述第一互连结构210还包括互连件103,互连件103设置在像素电路基板100的第一表面100a,互连件103可在接合层300之前形成在第一表面100a上,接合层300中的第一连接块2111与第二连接块2112均与互连件103接触,从而可通过所述互连件103电连接。本实施例中,互连件103可以是以无源方式或有源方式被设置于像素电路基板100第一表面100a的导电元件,可选实施方式中,互连接103还可以与像素电路基板100中读出电路的电路互连端电连接。
进一步的,所述互连件103可包括在第一表面100a形成的互连线,所述互连线的一端通过所述第一连接块2111与上述第一连接端201连接,所述互连线的另一端通过所述第二连接块2112与上述第三连接端601连接。但不限于此,在另一实施例中,所述互连件可包括在第一表面100a形成的互连线及位于所述互连线两端的第一焊垫和第二焊垫,所述第一焊垫通过所述第一连接块2111与信号处理芯片200的第一连接端201连接,所述第二焊垫通过所述第二连接块2112与DRAM芯片600的第三连接端601连接。
参照图5(或图6),本发明实施例的CMOS图像传感器封装模块还包括第二互连结构220,第二互连结构220设置于所述像素电路基板100和所述接合层300中,以将像素电路基板100的读出电路与信号处理芯片200和DRAM芯片600互连。具体的,第二互连结构220与读出电路的电路互连端(本实施例包括第一电路互连端101和第二电路互连端102)、信号处理芯片200的第二连接端202以及DRAM芯片600的第四连接端602均电连接。由于DRAM芯片600与信号处理芯片200通过第一互连结构210实现了互连,从而本实施例的CMOS图像传感器封装模块通过第一互连结构210和第二互连结构220可以实现DRAM芯片600与信号处理芯片200以及像素电路基板100中任意两者之间的互连,优化了封装结构。通过系统对传输信号的设计,所述CMOS图像传感器封装模块在例如用于图像拍摄时,便于将读出电路输出的数字图像信号先缓存于DRAM芯片,再由DRAM芯片传输至信号处理芯片进行处理,有利于提高对传输的数据以及数字图像信号的处理速度,进而提高图像质量。
第二互连结构220的端部(或者电接触)可以延伸至第二表面100b,以对其连接的信号端进行重新布线。参照图5,本实施例的CMOS图像传感器封装模块还可包括再布线层500(或重布线层,RDL),其铺设于所述第二表面100b,所述再布线层500与第二互连结构220电连接。所述再布线层500可包括再布线以及与所述再布线电连接的焊垫(I/O pad)。为了避免对感光区Ⅰ入射光的影响,再布线层500优选对应于像素电路基板100的外围区域铺设于所述第二表面100b上。
上述第二互连结构220可包括形成于像素电路基板100和接合层300中的一个以上的电接触、电连接件以及在它们之间形成的电连接线。具体的,本发明一实施例中,第二互连结构可包括设置于所述像素电路基板100中的第一导电插塞111,所述第一导电插塞111的一端接触电连接读出电路的电路互连端(如本实施例中连接第一电路互连端101或第二电路互连端102),另一端朝向第二表面100b并与再布线层500电连接。本发明一实施例中,第二互连结构包括第二导电插塞112,所述第二导电插塞112的一端接触电连接信号处理芯片200的第二连接端202,另一端朝向第二表面100b并与再布线层500电连接。本发明一实施例中,第二互连结构包括第三导电插塞113,所述第三导电插塞113的一端接触电连接DRAM芯片600的第四连接端602,另一端朝向第二表面100b并与再布线层500电连接。参照图5(或图6),本实施例中,第二互连结构220包括了上述第一导电插塞111、第二导电插塞112和第三导电插塞113。此外,为了对应连接读出电路的不同的电路互连端,第一导电插塞111可以不止一个。本实施例中,所述第二互连结构220包括两个所述第一导电插塞111,以分别电连接所述第一电路互连端101和所述第二电路互连端102与所述再布线层500。
需要说明的是,附图中再布线层500仅为示例,例如在一些实施例中,再布线层还可与第二互连结构220的各导电插塞(或电连接件)分别连接。第二互连结构220和再布线层500中的每一个以及二者之间的电气连接可以依据具体电路设计,以实现预设的功能,并不以图中所示限定。
上述CMOS图像传感器封装模块还可包括封装层400,封装层400设置于像素电路基板100的第一表面100a上方,且覆盖信号处理芯片200、DRAM芯片600以及第一表面100a上的间隙(例如覆盖在第一互连结构210表面或者暴露的接合层300表面上)。从而封装层400从第一表面100a一侧将信号处理芯片200、DRAM芯片600以及暴露的第一互连结构210和接合层300均保护了起来。所述封装层400例如是可塑材料,从而在成型过程中能软化或流动以制成一定形状,所述封装层400的材料还可发生化学反应而交联固化。作为示例,所述封装层400的材料包括酚醛树脂、脲醛树脂、甲醛树脂、环氧树脂、不饱和树脂、聚氨酯、聚酰亚胺等热固性树脂中的至少一种,例如环氧树脂。封装层400中可包括填料物质以及各种添加剂(例如固化剂、改性剂、脱模剂、热色剂、阻燃剂等)。
通常在像素电路基板100的第一表面100a内,对应于感光区Ⅰ的面积较大,相对而言于对应外围电路的面积较小,因而为了优化封装效果,在接合层300上可以接合伪芯片(dummy chip)10,并使得封装层400还覆盖伪芯片10,本实施例中,例如对应于感光区Ⅰ接合伪芯片10于像素电路基板100的第一表面100a。可以理解,对应于感光区Ⅰ接合的伪芯片10设置于光入射的反面,本实施例中,光设定为从第二表面100a入射。伪芯片例如是硅芯片,根据像素电路基板100的具体情况以及伪芯片的尺寸选择,可以接合一个或多个伪芯片在感光区Ⅰ,本实施例中伪芯片10有助于控制封装模块的翘曲度。
本实施例的CMOS图像传感器封装模块,像素电路基板100上集成了信号处理芯片200和DRAM芯片600,并且两两实现了互连,优化了封装模块的结构,并且便于将读出电路输出的数字图像信号先缓存于DRAM芯片600,然后再通过DRAM芯片600与信号处理芯片200的互连,将缓存数据以信号处理芯片200的最佳速率输出。利用DRAM的缓存功能,可以充分调动CMOS图像传感器的工作,有利于解决手机连拍速度不快、视频画质不好、视频帧数低等问题,对用户来说,利用DRAM缓存之后,可以利用手机拍摄例如960fps的慢动作视频,并且可以相应的减少在拍摄高速运动物体时所产生的果冻效应,有助于提升成像的效果,提高图像质量。
本实施例还包括一种CMOS图像传感器封装模块的形成方法。可用于制作上述CMOS图像传感器封装模块。
图1是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中像素电路基板、信号处理芯片和DRAM芯片的剖面示意图。参照图1,本实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法包括第一步骤,提供像素电路基板100、信号处理芯片200和DRAM芯片600,所述像素电路基板100中设置有感光区Ⅰ和读出电路区Ⅱ,CMOS图像传感器的像素阵列设置于所述感光区Ⅰ,读出电路设置于所述读出电路区Ⅱ。所述像素电路基板100包括相对的第一表面100a和第二表面100b。信号处理芯片200包括第一连接端201和第二连接端202,DRAM芯片600具有第三连接端601和第四连接端602。CMOS图像传感器例如是背照式的,其中入射光可以从像素电路基板100的第一表面100a或者第二表面100b进入像素阵列的光电二极管,本实施例中,可设定为入射光从第二表面100b进入像素阵列的光电二极管。
关于像素电路基板100、信号处理芯片200以及DRAM芯片600各自的特征可参照上述CMOS图像传感器封装模块中的描述。另外,第一步骤中还可以提供一个或多个伪芯片10,以与信号处理芯片200和DRAM芯片600的接合位置对应接合在像素电路基板100上,以便于控制整个封装模块的翘曲度。
本实施例中,在接合信号处理芯片200和DRAM芯片600与像素电路基板100之前,在所述第一表面100a先形成了互连件103,后续可利用互连件103作为可选择信号处理芯片200和DRAM芯片600的互连部件,并且在采用电镀或者化学镀的工艺在信号处理芯片200和DRAM芯片600之间形成电连接时可以作为电镀或化学镀的种子层。互连件103可以是以无源方式或有源方式被设置于像素电路基板100的第一表面100a的导电元件,可选实施方式中,互连接103可以与像素电路基板100中读出电路的电路互连端电连接。
互连件103可具有多种形式。本发明一实施例中,互连件103是在第一表面100上形成的互连线,所述互连线的形成方法例如是在第一表面100a上沉积金属层并进行图案化处理形成。本发明一实施例中,互连件103包括互连线,还包括位于所述互连线两端的第一焊垫和第二焊垫,以便于通过第一焊垫和第二焊垫分别与信号处理芯片200和DRAM芯片600互连。
图2是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中利用接合层接合信号处理芯片和DRAM芯片后的剖面示意图。参照图2,本实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法包括第二步骤,在像素电路基板100的第一表面100a形成接合层300,并在所述接合层300上接合所述信号处理芯片200和所述DRAM芯片600,信号处理芯片200的第一连接端201和第二连接端202、DRAM芯片600的第三连接端601和第四连接端602均朝向所述第一表面100a。具体可以采用键合方式或者黏结方式将信号处理芯片200和DRAM芯片600与像素电路基板100接合,即接合层300可以是键合材料或者胶黏材料。
信号处理芯片200和DRAM芯片600可对应于像素电路基板100的外围区域例如读出电路区Ⅱ进行接合,且可对应于感光区Ⅰ接合一个或多个伪芯片10在第一表面100a上。此外,本实施例中,可选择在互连件103处将信号处理芯片200和DRAM芯片600进行互连,优选的,在接合时,信号处理芯片200的第一连接端201和DRAM芯片600的第三连接端601相对设置,并均位于互连件103上方。
进一步的,本实施例在接合信号处理芯片200和DRAM芯片600之前,在接合层300中形成了开口300a,所述开口300a至少暴露出互连件103与所述第一连接端201相对的区域(部分)和所述第三连接端601相对的区域(部分),即,开口300a可以是分开的两个小开口,以分别暴露出上述互连件103的两区域(例如对应的是互连件103的两个焊垫),开口300a也可以是一个,将上述互连件103全部暴露出来。所述开口300a用于形成第一互连结构以电连接DRAM芯片600和信号处理芯片200。可选的,可以通过仅在部分区域形成接合材料的方法使接合层300中形成开口300a,其中互连件103在接合层300中暴露出来。在另一种实施方式中,可以先形成覆盖互连件103的接合层300,然后再通过例如干法刻蚀工艺去除部分接合层300材料而形成开口300a。
图3是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中形成第一互连结构后的剖面示意图。参照图3,本实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法包括第三步骤,形成第一互连结构210,以电连接上述第一连接端201和第三连接端601,所述第一互连结构210包括嵌于所述接合层300的第一连接块和嵌于所述接合层300的第二连接块,所述第一连接块与所述第一连接端201接触电连接,所述第二连接块与所述第三连接端601接触电连接,所述第一连接块与所述第二连接块电连接。本实施例中,开口300a暴露出了全部的互连件103,所述第一连接块和所述第二连接块为连接并形成为整个的连接块211,连接块211从所述第一连接端201延伸至所述第三连接端601,可以理解,第一连接块和第二连接块也可以是如图6中的分开的设置。
如图3所示,连接块211设置于所述开口300a,具体可以利用电镀或化学镀工艺形成,其中,互连件103可以作为电镀或化学镀的种子层。以化学镀工艺为例,可包括以下步骤:将接合有信号处理芯片200和DRAM芯片600且在接合层300中形成有开口300a的像素电路基板100放置到含有金属离子的溶液(例如化学镀银、镀镍、镀铜等溶液)中,利用强还原剂使金属离子还原成金属而沉积在开口300a中,经过一段反应时间之后,金属材料形成了第一连接块和第二连接块(本实施例中,经过化学镀之后,第一连接块和第二连接块连接为一整体,可看作同一连接块,即图3中的连接块211),其中,所述第一连接块覆盖互连件103与第一连接端201相对的部分并与第一连接端201接触电连接,所述第二连接块覆盖互连件103与第三连接端601相对的部分并与第三连接端601接触电连接。第一互连结构210包括上述第一连接块和第二连接块,还可以包括互连件103。
通过在互连件103上形成第一连接块和第二连接块的方法将信号处理芯片200的第一连接端201以及DRAM芯片600的第三连接端601电连接,不需要进行引线键合或者在像素电路基板中再连接,有利于缩小封装结构的尺寸,并且对像素电路基板100中的感光层以及外围电路基本上不会造成影响,可以提高封装模块的可靠性。
图4是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中形成第二互连结构后的剖面示意图。参照图4,本实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法包括第四步骤,形成第二互连结构220,所述第二互连结构220设置于所述像素电路基板100和所述接合层300中,所述第二互连结构220与所述读出电路的电路互连端、信号处理芯片200的第二连接端202以及DRAM芯片600的第四连接端602均电连接。
本实施例中,为了避免接合在像素电路基板100上的信号处理芯片200和DRAM芯片600受到外部因素(例如水汽、氧气、振动、撞击、刻蚀等等)的影响,接合更稳固,在形成第一互连结构210之后、形成第二互连结构220之前,还可包括在第一表面100a上形成封装层400的步骤。所述封装层400覆盖信号处理芯片200、DRAM芯片600以及第一表面100a上的间隙,即封装层400也可覆盖在暴露出的接合层300、第一互连结构210上。封装层400可包括诸如氧化硅、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅等无机绝缘材料,也可包括诸如聚碳酸脂、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚醚砜、聚苯醚、聚酰胺、聚醚酰亚胺、甲基丙烯酸树脂或环聚烯烃系树脂等热塑性树脂,也可包括诸如环氧树脂、酚醛树脂、脲醛树脂、甲醛树脂、聚氨酯、亚克力树脂、乙烯酯树脂、酰亚胺类树脂、尿素树脂或三聚氰胺树脂等热固性树脂,也可包括诸如聚苯乙烯、聚丙烯腈等有机绝缘材料。封装层400可通过例如化学气相沉积工艺或者注塑工艺形成。在制作封装层400的过程中,还可通过诸如平坦化处理使其顶表面平坦,以在后续形成导电插塞及再布线层的过程中利用封装层作为支撑面。
另外,为了控制封装模块的翘曲度,在形成接合层300之后、形成封装层400之前,还可在所述接合层300上接合一个或多个伪芯片10,进而使得封装层400还覆盖所述伪芯片10。作为示例,信号处理芯片200和DRAM芯片600对应于像素电路基板100的读出电路区接合,入射光被设定为从所述第二表面100一侧进入像素阵列,所述伪芯片10对应于像素电路基板100的感光区接合。
第二互连结构220可包括形成于像素电路基板100和接合层300中的一个以上的电接触、电连接件以及在它们之间形成的电连接线。本实施例中,形成所述第二互连结构220的方法可包括包括从所述第二表面100b一侧执行孔刻蚀工艺和填孔工艺,以形成多个导电插塞(用金属等导电材料填孔)。可选的,所述多个导电插塞包括电连接读出电路的电路互连端的第一导电插塞111,所述第一导电插塞111设置于所述像素电路基板100中。可选的,所述多个导电插塞还可包括用于电连接信号处理芯片200的第二连接端202的第二导电插塞112,和/或用于电连接DRAM芯片600的第四连接端602的第三导电插塞113,所述第二导电插塞112和第三导电插塞113均穿过所述像素电路基板100和所述接合层300。并且,所述多个导电插塞可包括露出于第二表面100b的端部,以与后续形成的再布线层电连接。所述多个导电插塞也可采用公开的方法形成。
参照图4,本实施例中,所述多个导电插塞包括第一导电插塞111、第二导电插塞112和第三导电插塞113,所述第一导电插塞111接触电连接读出电路的电路互连端(如图4中的第一电路互连端101和第二电路互连端102),所述第二导电插塞112接触电连接信号处理芯片200的第二连接端202,所述第三导电插塞113接触电连接DRAM芯片600的第四连接端602。
图5是本发明一实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法中形成再布线层后的剖面示意图。参照图5,本实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法在形成上述第二互连结构220后,还包括第五步骤,形成再布线层500于像素电路基板100的第二表面100b,使所述再布线层500与所述第二互连结构220电连接。
具体的,所述再布线层500可形成于像素电路基板100第二表面100b一侧的介质层上,并与上述第二互连结构220的多个导电插塞接触,从而与第二互连结构220电连接。再布线层500的形成过程例如是先在像素电路基板100的第二表面100b利用物理气相沉积(PVD)、原子层沉积(ALD)或者化学气相沉积(CVD)等工艺沉积金属层,然后进行图形化处理以形成再布线层500。再布线层500也可以采用公开方法制作。
上述再布线层500进一步可包括再布线以及与所述再布线电连接的焊垫(I/Opad),再布线层500可以根据设计要求对第二互连结构220(进而对信号处理芯片200、DRAM芯片600和像素电路基板100)的电气连接进行重新布局。与所述再布线电连接的焊垫可用于再布线层与封装模块的外部信号或装置连接,以对再布线传输的电信号进行处理或控制。
经过上述第一步骤至第五步骤,本实施例的CMOS图像传感器封装模块的形成方法在像素电路基板100的第一表面100a上接合了信号处理芯片200和DRAM芯片600,并提供了在像素电路基板100、信号处理芯片200和DRAM芯片600两两之间形成互连的过程,DRAM芯片600可作为缓存存储读出电路的输出数据,并根据信号处理芯片200的工作速率将存储的数据输出至信号处理芯片200,从而在利用所形成的CMOS图像传感器封装模块进行图像拍摄时,有利于提高对传输的数据和数字图像信号的处理速度,进而提高图像质量。此外,将信号处理芯片200和DRAM芯片600接合在像素电路基板100上,像素阵列基板100的设计余量较大,有助于缩小封装模块整体的尺寸。接合设置的信号处理芯片有利于提供更佳的运算能力以及成像质量,在接合前即摒弃了同一晶圆上的缺陷芯片,相对于晶圆级键合方式工艺难度较低。
本发明实施例还提供一种摄像装置,具备本发明实施例所述的CMOS图像传感器封装模块。本发明实施例的摄像装置可以是微型相机、数码相机、也可以是具有微型相机功能的手机、平板、笔记本电脑、智能眼镜、数字头盔、监视器等各种电子设备。本发明实施例的摄像装置,由于采用了本发明实施例的CMOS图像传感器封装模块,有助于实现较小的尺寸以及较佳的图像质量。
本实施例中的方法和结构采用递进的方式描述,在后的方法和结构重点描述说明的是与在前的方法和结构的不同之处,相关之处可以参照理解。
上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述,并非对本发明权利范围的任何限定,任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内,都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改,因此,凡是未脱离本发明技术方案的内容,依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰,均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (30)

1.一种CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,包括:
像素电路基板,其中包括感光区和读出电路区,CMOS图像传感器的像素阵列设置于所述感光区,读出电路设置于所述读出电路区,所述读出电路具有电路互连端,所述像素电路基板包括相对的第一表面和第二表面;
接合层,铺设于所述第一表面;
并列位于所述接合层上的信号处理芯片和DRAM芯片,所述信号处理芯片具有朝向所述第一表面的第一连接端和第二连接端,所述DRAM芯片具有朝向所述第一表面的第三连接端和第四连接端;
第一互连结构,电连接所述第一连接端和所述第三连接端,所述第一互连结构包括嵌于所述接合层的第一连接块和嵌于所述接合层的第二连接块,所述第一连接块与所述第一连接端接触电连接,所述第二连接块与所述第三连接端接触电连接,所述第一连接块与所述第二连接块电连接;
第二互连结构,设置于所述像素电路基板和所述接合层中,与所述电路互连端、所述第二连接端以及所述第四连接端均电连接;以及
再布线层,铺设于所述第二表面,所述再布线层与所述第二互连结构电连接。
2.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述第一互连结构还包括位于所述第一表面上的互连件,所述第一连接块与所述第二连接块通过所述互连件电连接。
3.如权利要求2所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述互连件包括互连线及位于所述互连线两端的第一焊垫、第二焊垫,所述第一焊垫通过所述第一连接块与所述第一连接端连接,所述第二焊垫通过所述第二连接块与所述第三连接端连接。
4.如权利要求2所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述互连件包括互连线,所述互连线的两端分别通过所述第一连接块与所述第一连接端连接、通过所述第二连接块与所述第三连接端连接。
5.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述第一连接块和所述第二连接块为同一连接块,所述同一连接块从所述第一连接端延伸至所述第三连接端。
6.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述第二互连结构包括设置于所述像素电路基板中的第一导电插塞,所述第一导电插塞电连接所述电路互连端和所述再布线层。
7.如权利要求6所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述电路互连端包括第一电路互连端和第二电路互连端,所述第二互连结构包括两个所述第一导电插塞,以分别电连接所述第一电路互连端与所述再布线层以及所述第二电路互连端与所述再布线层。
8.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述第二互连结构包括穿过所述像素电路基板和所述接合层的第二导电插塞,所述第二导电插塞电连接所述第二连接端和所述再布线层。
9.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述第二互连结构包括穿过所述像素电路基板和所述接合层的第三导电插塞,所述第三导电插塞电连接所述第四连接端和所述再布线层。
10.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述信号处理芯片和所述DRAM芯片对应于所述读出电路区设置于所述第一表面上。
11.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述再布线层包括再布线以及与所述再布线电连接的焊垫。
12.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,还包括封装层,所述封装层设置于所述第一表面上,所述封装层覆盖所述信号处理芯片、所述DRAM芯片并填充间隙。
13.如权利要求12所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,还包括伪芯片,所述伪芯片位于所述接合层上,所述封装层还覆盖所述伪芯片。
14.如权利要求13所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,入射光被设定为从所述第二表面一侧进入所述像素阵列,所述伪芯片对应于所述感光区设置于所述第一表面上。
15.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述CMOS图像传感器为背照式CMOS图像传感器。
16.如权利要求1所述的CMOS图像传感器封装模块,其特征在于,所述接合层包括胶黏材料。
17.一种摄像装置,包括如权利要求1至16任一项所述的CMOS图像传感器封装模块。
18.一种CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,包括:
提供像素电路基板、信号处理芯片和DRAM芯片,所述像素电路基板包括感光区和读出电路区,CMOS图像传感器的像素阵列设置于所述感光区,读出电路设置于所述读出电路区,所述读出电路具有电路互连端,所述像素电路基板包括相对的第一表面和第二表面,所述信号处理芯片具有第一连接端和第二连接端,所述DRAM芯片具有第三连接端和第四连接端;
在所述第一表面形成接合层,并在所述接合层上接合所述信号处理芯片和所述DRAM芯片,所述第一连接端、所述第二连接端、所述第三连接端和所述第四连接端均朝向所述第一表面;
形成第一互连结构,以电连接所述第一连接端和所述第三连接端,所述第一互连结构包括嵌于所述接合层的第一连接块和嵌于所述接合层的第二连接块,所述第一连接块与所述第一连接端接触电连接,所述第二连接块与所述第三连接端接触电连接,所述第一连接块与所述第二连接块电连接;
形成第二互连结构,设置于所述像素电路基板和所述接合层中,与所述电路互连端、所述第二连接端以及所述第四连接端均电连接;以及
在所述第二表面形成再布线层,所述再布线层与所述第二互连结构电连接。
19.如权利要求18所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,在形成所述接合层之前,还包括:在所述第一表面上形成互连件,其中,所述第一连接块与所述第二连接块通过所述互连件电连接。
20.如权利要求19所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,所述接合层中具有开口,所述开口暴露出所述互连件与所述第一连接端相对的区域和与所述第三连接端相对的区域。
21.如权利要求20所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,形成所述第一连接块和所述第二连接块的方法包括:
将设置有所述接合层、所述信号处理芯片和所述DRAM芯片的像素电路基板放置到化学镀溶液中,所述化学镀溶液中包括金属离子和还原剂;以及
经预定时间后,在所述开口中形成所述第一连接块和所述第二连接块,其中,所述第一连接块覆盖所述互连件与所述第一连接端相对的区域并与所述第一连接端接触电连接,所述第二连接块覆盖所述互连件与所述第三连接端相对的区域并与所述第三连接端接触电连接。
22.如权利要求21所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,所述开口暴露出所述互连件,所述第一连接块和所述第二连接块为同一连接块,所述同一连接块从所述第一连接端延伸至所述第三连接端。
23.如权利要求18所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,所述第一连接块和所述第二连接块的材料包括铜、镍、锌、锡、银、金、钨和镁中的一种或多种。
24.如权利要求18所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,形成所述第二互连结构的方法包括从所述第二表面一侧执行孔刻蚀工艺和填孔工艺,以形成多个导电插塞。
25.如权利要求24所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,所述多个导电插塞包括第一导电插塞,所述第一导电插塞设置于所述像素电路基板中,并电连接所述电路互连端和所述再布线层。
26.如权利要求24所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,所述多个导电插塞包括第二导电插塞,所述第二导电插塞穿过所述像素电路基板和所述接合层,并电连接所述第二连接端和所述再布线层。
27.如权利要求24所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,所述多个导电插塞包括第三导电插塞,所述第三导电插塞穿过所述像素电路基板和所述接合层,并电连接所述第四连接端和所述再布线层。
28.如权利要求18所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,在形成所述第一互连结构之后、形成所述第二互连结构之前,还包括:在所述第一表面上形成封装层,所述封装层覆盖所述信号处理芯片、所述DRAM芯片并填充间隙。
29.如权利要求28所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,在形成所述接合层之后,还包括:在所述接合层上接合伪芯片;其中所述封装层还覆盖所述伪芯片。
30.如权利要求29所述的CMOS图像传感器封装模块的形成方法,其特征在于,所述信号处理芯片和所述DRAM芯片对应于所述读出电路区接合,入射光被设定为从所述第二表面一侧进入所述像素阵列,所述伪芯片对应于所述感光区接合。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114695143A (zh) * 2020-12-30 2022-07-01 中芯集成电路(宁波)有限公司 板级系统级封装方法及封装结构、电路板
CN113539854A (zh) * 2021-07-16 2021-10-22 芯知微(上海)电子科技有限公司 一种晶圆封装方法以及封装结构
CN117597780A (zh) * 2021-08-20 2024-02-23 中芯国际集成电路制造(北京)有限公司 光电传感器及其形成方法、以及电子设备

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5998251A (en) * 1997-07-19 1999-12-07 United Microelectronics Corp. Process and structure for embedded DRAM
JP2003197889A (ja) * 2001-12-25 2003-07-11 Sony Corp Mos型固体撮像装置およびその製造方法
CN101378068A (zh) * 2007-08-30 2009-03-04 夏普株式会社 固态图像捕获装置、固态图像捕获装置的制造方法及电子信息装置
EP3018092A1 (en) * 2014-11-10 2016-05-11 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft MEMS package
CN108074944A (zh) * 2016-11-14 2018-05-25 三星电子株式会社 图像传感器封装

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4236152B2 (ja) * 2002-07-29 2009-03-11 富士フイルム株式会社 固体撮像素子
EP1605509B1 (en) * 2003-03-19 2016-03-16 Fujitsu Semiconductor Limited Semiconductor device, process for producing the same and imaging device
US20120281113A1 (en) * 2011-05-06 2012-11-08 Raytheon Company USING A MULTI-CHIP SYSTEM IN A PACKAGE (MCSiP) IN IMAGING APPLICATIONS TO YIELD A LOW COST, SMALL SIZE CAMERA ON A CHIP
CN106104770B (zh) * 2014-03-12 2019-02-15 株式会社晶磁电子日本 层叠半导体集成电路装置
US10535634B2 (en) * 2015-07-22 2020-01-14 Intel Corporation Multi-layer package
CN105070667A (zh) * 2015-09-02 2015-11-18 华天科技(昆山)电子有限公司 图像传感芯片封装方法
CN105514071B (zh) * 2016-01-22 2019-01-25 中芯长电半导体(江阴)有限公司 一种扇出型芯片的封装方法及封装结构
US9691811B1 (en) * 2016-06-02 2017-06-27 Semiconductor Components Industries, Llc Image sensor chip scale packages and related methods
KR102619666B1 (ko) * 2016-11-23 2023-12-29 삼성전자주식회사 이미지 센서 패키지
US10068831B2 (en) * 2016-12-09 2018-09-04 Qorvo Us, Inc. Thermally enhanced semiconductor package and process for making the same
KR20180086804A (ko) * 2017-01-23 2018-08-01 앰코 테크놀로지 인코포레이티드 반도체 디바이스 및 그 제조 방법
KR102275684B1 (ko) * 2017-04-18 2021-07-13 삼성전자주식회사 반도체 패키지
CN107068629B (zh) * 2017-04-24 2019-11-26 华天科技(昆山)电子有限公司 晶圆级芯片封装结构及其制作方法
CN107507821A (zh) * 2017-09-05 2017-12-22 中芯长电半导体(江阴)有限公司 集成图像传感器芯片及逻辑芯片的封装结构及封装方法
US10593628B2 (en) * 2018-04-24 2020-03-17 Advanced Micro Devices, Inc. Molded die last chip combination

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5998251A (en) * 1997-07-19 1999-12-07 United Microelectronics Corp. Process and structure for embedded DRAM
JP2003197889A (ja) * 2001-12-25 2003-07-11 Sony Corp Mos型固体撮像装置およびその製造方法
CN101378068A (zh) * 2007-08-30 2009-03-04 夏普株式会社 固态图像捕获装置、固态图像捕获装置的制造方法及电子信息装置
EP3018092A1 (en) * 2014-11-10 2016-05-11 AT & S Austria Technologie & Systemtechnik Aktiengesellschaft MEMS package
CN108074944A (zh) * 2016-11-14 2018-05-25 三星电子株式会社 图像传感器封装

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