CN111682041A - 前照式图像传感器及其封装方法、屏下摄像头 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种前照式图像传感器及其封装方法、屏下摄像头，其中，前照式图像传感器包括：玻璃基板、焊垫、焊接部、滤镜透镜阵列以及透明钝化层；焊垫设置于玻璃基板的受光面，焊接部设置于玻璃基板的背光面，玻璃基板上开设有贯通其受光面和背光面的通孔，穿过通孔的互连线路连接焊垫和焊接部，滤镜透镜阵列置于玻璃基板的受光面，透明钝化层覆盖玻璃基板受光面上的滤镜透镜阵列。本发明改善了前照式图像传感器进光量少、噪点大、信噪比低等问题，进一步减小图像传感器封装后的的尺寸，以及克服目前高深宽比TSV的低温介电层沉积问题。同时，使得封装出来的前照式图像传感器具有一定透光率，达到一定的透明度，可结合应用到屏下摄像头中。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及一种前照式图像传感器及其封装方法、屏下摄像头。
背景技术
图像传感器作为一种将光学信号转化为电子信号的工具，广泛应用于手机、汽车传感器、安防系统等方面。目前，CMOS图像传感器(CMOS image sensor，CIS)在图像传感器领域取得重大进展，其具有能耗低、集成度高等特点。
然而，现有的CMOS图像传感器，当光线射入像素，经过了片上透镜和彩色滤光片后，先通过金属排线层，最后光线才被光电二极管接收，造成单像素进光量少、噪点大、信噪比低等问题。
此外，现有的CMOS图像传感器的封装有基于封装基板的(chip on board，COB)与基于硅通孔(Through Silicon Via,TSV)的晶圆级芯片封装(Wafer Level Chip ScalePackaging，WLCSP)两种，对于这两种封装形式都存在一些难以克服的工艺难点，比如COB封装中的封装体积和良率控制，WLCSP封装中高深宽比TSV的低温介电层沉积等。因此，针对上述问题，有必要提出进一步地解决方案。
发明内容
本发明旨在提供一种前照式图像传感器及其封装方法、屏下摄像头，以克服现有技术中存在的不足。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种前照式图像传感器，其包括：玻璃基板、焊垫、焊接部、滤镜透镜阵列以及透明钝化层；
所述焊垫设置于所述玻璃基板的受光面，所述焊接部设置于所述玻璃基板的背光面，所述玻璃基板上开设有贯通其受光面和背光面的通孔，穿过所述通孔的互连线路连接所述焊垫和焊接部，所述滤镜透镜阵列置于所述玻璃基板的受光面，所述透明钝化层覆盖所述玻璃基板受光面上的滤镜透镜阵列。
作为本发明的前照式图像传感器的改进，所述通孔为与所述玻璃基板的两面相垂直的直孔。
作为本发明的前照式图像传感器的改进，所述通孔的开设位置与所述焊垫的位置对应设置。
作为本发明的前照式图像传感器的改进，所述互连线路包括填充于所述通孔中的钛/铜种子层以及设置于所述玻璃基板背光面上的RDL层。
作为本发明的前照式图像传感器的改进，所述玻璃基板背光面上还设置有覆盖所述RDL层的阻焊层。
作为本发明的前照式图像传感器的改进，所述透明钝化层与焊垫之间还设置有晶圆功能层。
作为本发明的前照式图像传感器的改进，所述透明钝化层为一透明钝化胶层。
作为本发明的前照式图像传感器的改进，所述焊接部为凸点或者锡球。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种前照式图像传感器的封装方法，其包括：
将晶圆上具有焊垫的受光面与一玻璃基板键合在一起；
对晶圆的背光面进行减薄；
在晶圆的受光面制作色彩滤镜阵列和微透镜阵列；
在晶圆的受光面制作保护感光区域的透明钝化层；
在晶圆的背光面开设暴露出所述焊垫的通孔；
在所述通孔内沉积钛/铜种子层，并在所述晶圆的背光面制作RDL线路；
在所述晶圆的背光面需求焊盘位置以外的区域设置阻焊层，在焊盘处制作凸点或者锡球。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种屏下摄像头，其具有如上所述的前照式图像传感器。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明改善了前照式图像传感器进光量少、噪点大、信噪比低等问题，进一步减小图像传感器封装后的的尺寸，以及克服目前高深宽比TSV的低温介电层沉积问题。同时，使得封装出来的前照式图像传感器具有一定透光率，达到一定的透明度，可结合应用到屏下摄像头中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明前照式图像传感器一实施例的结构示意图；
图2～10为本发明前照式图像传感器封装方法一实施例的工艺原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1、2所示，本发明一实施例提供一种前照式图像传感器，其包括：玻璃基板1、焊垫2、焊接部3、滤镜透镜阵列4以及透明钝化层5。
本实施例中通过采用玻璃基板1，因此不需要制备介电绝缘层。
具体地，对比目前利用低深宽比TSV的WLCSP封装形式，由于图像传感器产品对于封装工艺有严格的温度控制条件(通常不高于200℃)，导致介电层的制备十分困难，通常采用低温PECVD沉积二氧化硅薄膜作为介电绝缘层，但低温PECVD工艺难以克服高深宽比TSV的孔底沉积覆盖率问题，所以限制了目前利用TSV技术封装CIS产品的结构往高深宽比TSV方向发展。
针对上述问题，本实施例采用玻璃作为传感器载体基板，由于玻璃本身具有很强的绝缘性，因此不需要制备介电绝缘层，形成玻璃通孔后可以直接制备金属再布线，能够满足高深宽比的通孔互连需求。
相较于现有的图像传感器COB封装方式，即利用打线的方式将芯片焊垫2连接至封装基板的方式。本实施例采用的封装形式，能够大幅减小封装模组的二维尺寸。
具体地，焊垫2设置于玻璃基板1的受光面，焊接部3设置于玻璃基板1的背光面，玻璃基板1上开设有贯通其受光面和背光面的通孔7。一个实施方式中，通孔7为与玻璃基板1的两面相垂直的直孔，通孔7的开设位置与焊垫2的位置对应设置。焊接部3为凸点或者锡球。同时，透明钝化层5与焊垫2之间还设置有晶圆功能层6。一个实施方式中，透明钝化层5可以选择主要成分为丙烯酸类树脂的胶水。
穿过通孔7的互连线路8连接焊垫2和焊接部3。其中，互连线路8包括填充于通孔7中的钛/铜种子层以及设置于玻璃基板1背光面上的RDL层。玻璃基板1背光面上还设置有覆盖RDL层的阻焊层9。进一步地，滤镜微透镜阵列4置于玻璃基板1的受光面，透明钝化层5覆盖玻璃基板1受光面上的滤镜微透镜阵列4。一个实施方式中，滤镜微透镜阵列4包括色彩滤镜阵列和微透镜阵列。透明钝化层5为一透明钝化胶层。
相比于现有的前照式图像传感器，当光线射入像素，经过了滤镜微透镜阵列4后，先通过金属排线层，最后光线才被光电二极管接收。在金属排线这层，光线就会被部分阻挡和反射掉，光电二极管吸收的光线只有入射光线的70％或更少；且反射还有可能串扰旁边的像素，导致颜色失真。
本实施例通过将RDL层、滤镜微透镜阵列4布置在背光面，光线入射时，光线能够几乎没有阻挡和干扰地能被受光面的光电二极管接收到，光线利用率高，进而能够克服前照式图像传感器进光量少、噪点大、信噪比低等问题。
本发明还提供一种前照式图像传感器的封装方法。
具体地，在前照式图像传感器晶圆完成后道工艺后制作色彩滤镜阵列和微透镜阵列之前，将晶圆和一片同样直径大小的玻璃永久键合在一起，键合方式为二氧化硅-二氧化硅键合。然后，将晶圆背面利用机械研磨和化学机械抛光减薄到硅表面距离二极管<5um，以此达到二极管接受光信号所需要的厚度。接着在硅面上制作制作色彩滤镜阵列和微透镜阵列，并且表面上旋涂上一层高透光的钝化胶以保护传感器正面的感光区域(即上述的色彩滤镜阵列和微透镜阵列)。在作业玻璃面制程前，可在正面贴上黄胶带或者临时键合一层玻璃载具以避免制程中对正面的损伤。
为了达到互连的封装目的，在晶圆背面通过激光打孔技术，在晶圆焊垫的位置上上制作玻璃通孔，因为玻璃本身的绝缘性，可以不做绝缘层而直接制作金属再布线层。具体方式为利用物理气相沉积的方式(PVD)在玻璃面和玻璃通孔内沉积上钛/铜种子层，接着整面性电镀至目标线路铜厚。然后，通过光刻保护住RDL线路，再利用湿法刻蚀掉其余部分的钛/铜层即可得到互连线路8。最后，表面旋涂上一层阻焊层，根据需求在焊盘处制作凸点或者锡球，并且将晶圆切割成芯片即得到目标封装结构。
本发明结合一实施例，对上述前照式图像传感器的封装方法进行举例说明。本实施例的前照式图像传感器的封装方法包括如下步骤：
S1、如图2、3所示，将未沉积上色彩滤镜阵列以及微透镜阵列的一片前照式图像传感器晶圆，与一片同样直径大小的玻璃1永久键合在一起，键合方式为二氧化硅-二氧化硅键合。
S2、如图4所示，将晶圆硅面利用机械研磨和化学机械抛光减薄到硅表面距离二极管<5um。
S3、如图5所示，在硅面上制作制作色彩滤镜阵列和微透镜阵列形成的阵列4。
S4、如图6所示，在色彩滤镜阵列和微透镜阵列所在表面上旋涂上一层高透光的钝化胶5，以保护传感器正面的感光区域。
S5、如图7所示，在晶圆背面通过激光打孔技术，在焊垫的位置上制作玻璃通孔7。
S6、如图8所示，利用物理气相沉积的方式(PVD)在玻璃面和玻璃通孔内沉积上钛/铜种子层，接着整面性电镀至目标线路铜厚。
S7、如图9所示，通过光刻保护住RDL线路，再利用湿法刻蚀掉其余部分的钛/铜层即可得到互连线路8。
S8、如图10和图1所示，表面旋涂上一层阻焊层9，根据需求在焊盘处制作凸点或者锡球3，并且将晶圆切割成单颗芯片。
本发明还提供一种屏下摄像头，其具有如上所述的前照式图像传感器。
由于本发明利用玻璃作为基板，玻璃本身具有较高透光率，同时，因为实现感光功能的硅功能层厚度只有数微米，也具备一定透光率，因此可实现封装出来的摄像头模组具有一定透光率，可以用于手机屏下摄像头。
目前，手机屏下摄像头实现方式为将摄像头集成到屏幕下方，通过获得屏幕像素间透过的光信号成像，由于接收到的光信号太弱，成像效果十分恶劣。因此采用本发明的屏下摄像头，通过调控加强屏下摄像头区域下方的屏幕区域亮度，可以获得无遮挡屏幕的显示效果，同时利用改模组成像时，只需关闭模组下方区域的屏幕，即可完整接收正面光信号，获得高画质成像效果。
综上所述，本发明改善了前照式图像传感器进光量少、噪点大、信噪比低等问题，进一步减小图像传感器封装后的的尺寸，以及克服目前高深宽比TSV的低温介电层沉积问题。同时，使得封装出来的前照式图像传感器具有一定透光率，达到一定的透明度，可结合应用到屏下摄像头中。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
Claims (10)
1.一种前照式图像传感器，其特征在于，所述前照式图像传感器包括：玻璃基板、焊垫、焊接部、滤镜透镜阵列以及透明钝化层；
所述焊垫设置于所述玻璃基板的受光面，所述焊接部设置于所述玻璃基板的背光面，所述玻璃基板上开设有贯通其受光面和背光面的通孔，穿过所述通孔的互连线路连接所述焊垫和焊接部，所述滤镜透镜阵列置于所述玻璃基板的受光面，所述透明钝化层覆盖所述玻璃基板受光面上的滤镜透镜阵列。
2.根据权利要求1所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述通孔为与所述玻璃基板的两面相垂直的直孔。
3.根据权利要求2所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述通孔的开设位置与所述焊垫的位置对应设置。
4.根据权利要求1所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述互连线路包括填充于所述通孔中的钛/铜种子层以及设置于所述玻璃基板背光面上的RDL层。
5.根据权利要求4所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述玻璃基板背光面上还设置有覆盖所述RDL层的阻焊层。
6.根据权利要求1所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述透明钝化层与焊垫之间还设置有晶圆功能层。
7.根据权利要求1所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述透明钝化层为一透明钝化胶层。
8.根据权利要求1所述的前照式图像传感器，其特征在于，所述焊接部为凸点或者锡球。
9.一种前照式图像传感器的封装方法，其特征在于，所述封装方法包括：
将晶圆上具有焊垫的受光面与一玻璃基板键合在一起；
对晶圆的背光面进行减薄；
在晶圆的受光面制作色彩滤镜阵列和微透镜阵列；
在晶圆的受光面制作保护感光区域的透明钝化层；
在晶圆的背光面开设暴露出所述焊垫的通孔；
在所述通孔内沉积钛/铜种子层，并在所述晶圆的背光面制作RDL线路；
在所述晶圆的背光面需求焊盘位置以外的区域设置阻焊层，在焊盘处制作凸点或者锡球。
10.一种屏下摄像头，其特征在于，所述屏下摄像头具有如权利要求1至8任一项所述的前照式图像传感器。
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2020
- 2020-06-28 CN CN202010597474.4A patent/CN111682041A/zh active Pending
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