CN113097239B - 图像传感器封装 - Google Patents
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Abstract
一种图像传感器封装包含：透明衬底，其具有形成于所述透明衬底中的凹部；以及图像传感器，其定位于所述凹部中使得入射在所述透明衬底上的光通过所述透明衬底到达所述图像传感器。所述图像传感器封装还包含电路板，其电学上安置于所述凹部中且经耦合以接收来自所述图像传感器的图像数据，且所述图像传感器定位于所述凹部中在所述电路板和所述透明衬底之间。
Description
技术领域
本公开大体上涉及半导体装置封装，且明确地说但非排他地，涉及图像传感器封装。
背景技术
图像传感器已变得随处可见。它们广泛用于数码静态相机、蜂窝式电话、安保摄像头，以及医学、汽车和其它应用。用于制造图像传感器的技术一直在高速发展。举例来说，对较高分辨率和较低功率消耗的需求已促进了这些装置的进一步小型化和集成。
典型的图像传感器操作如下。来自外部场景的图像光入射于图像传感器上。图像传感器包含多个光敏元件，使得每个光敏元件吸收入射图像光的一部分。包含在图像传感器中的例如光电二极管等光敏元件各自在吸收图像光后生成图像电荷。所生成的图像电荷的量与图像光的强度成正比。所生成的图像电荷可用于产生表示外部场景的图像。
为了产生高质量图像，图像传感器需要充分电隔离以防止不合需要的电失真。常规封装材料可能没有用于现代传感器的适当的绝缘特性。因此，可使用新的封装材料。
发明内容
本公开的一个方面涉及一种图像传感器封装，所述图像传感器封装包括：透明衬底，其具有形成于所述透明衬底中的凹部；图像传感器，其定位于所述凹部中，使得入射在所述透明衬底上的光通过所述透明衬底到达所述图像传感器；电路板，其电学上安置于所述凹部中且经耦合以接收来自所述图像传感器的图像数据，其中所述图像传感器定位于所述凹部中在所述电路板和所述透明衬底之间。
本公开的另一方面涉及一种图像传感器封装制造的方法，所述方法包括：在透明衬底中形成凹部；在所述凹部中沉积导电迹线；将图像传感器插入在所述凹部中使得所述图像传感器定位于所述凹部中以经由所述透明衬底接收光；将电路板插入在所述凹部中使得所述图像传感器定位于所述透明衬底和所述电路板之间。
附图说明
参考以下图式描述本发明的非限制性且非穷尽性的实例，其中除非另外规定，否则在各视图通篇中相同的参考标号指代相同的零件。
图1A-1C示出根据本公开的教示的图像传感器封装。
图2示出根据本发明的教示的图像传感器系统的框图。
图3A-3G示出根据本发明的教示的图像传感器封装制造的方法。
在图式的若干视图中，相应的参考标号指示相应的组件。熟练的技术人员将了解，图中的元件仅为简单及清晰起见而示出，但不一定按比例绘制。举例来说，图中的一些元件的尺寸可能相对于其它元件夸示以有助于改进对本发明的各种实施例的理解。并且，通常未描绘在商业可行的实施例中有用或必需的常见但众所周知的元件，以便呈现本发明的这些各种实施例的遮挡较少的视图。
具体实施方式
本文中描述用于图像传感器封装的设备和方法的实例。在以下描述中，陈述众多特定细节以提供对实例的透彻理解。然而，相关领域的技术人员将认识到，可在没有所述特定细节中的一或多个的情况下或使用其它方法、组件、材料等实践本文所描述的技术。在其它情况下，未展示或详细描述众所周知的结构、材料或操作以免使某些方面混淆。
在本说明书通篇中参考“一个实例”或“一个实施例”意味着结合实例描述的特定特征、结构或特性包含于本发明的至少一个实例中。因此，贯穿本说明书在不同位置中出现短语“在一个实例中”或“在一个实施例中”未必都是指相同实例。此外，所述特定特征、结构或特性可在一或多个实例中以任何合适的方式组合。
本文所论述的实例涉及一种新颖的图像传感器封装，其可包含晶片级玻璃衬底和可施加于玻璃衬底上的抗反射(AR)/红外(IR)或AR/IR膜。这实现可用于汽车应用中(例如，自主或部分自主车辆中)的高质量图像传感器封装。本文展示的结构有利地产生较小封装尺寸(例如，堆叠在竖直方向上而非横向定向中)和较薄封装高度(例如，倒装芯片接合，而非线接合)。此外，因为本文的架构可使用封装内图像传感器和ASIC系统，所以所提出的结构减小了用于图像传感器封装的组装的复杂性，从而节省成本。
以下公开内容将进一步描述上文所论述的实施例以及与图式相关的其它实施例。
图1A-1C示出根据本公开的教示的图像传感器封装100。如所展示，图1A示出图像传感器封装100的横截面图，其描绘透明衬底101、图像传感器103、电路板105、第一散热片107、第二散热片109、第一钝化层111、第二钝化层113、导电迹线115、焊球117、金属凸块119和印刷电路板121。如所展示，描绘光(hv)通过透明衬底101的光学侧到达图像传感器103，图像传感器将把图像光转换为图像电荷/图像数据。
如所展示，透明衬底101(例如，玻璃、石英、纯聚合物等)具有形成于其中的凹部。图像传感器103(例如，CMOS图像传感器等)定位于凹部中，使得入射在透明衬底101上的光通过透明衬底101到达图像传感器103。电路板105安置于凹部中，且经耦合以从图像传感器103接收图像数据，且图像传感器103定位于凹部中在电路板105和透明衬底101之间。
第一散热片107(例如，翅片式散热片、热电冷却器等)安置于图像传感器103和电路板105之间，且热耦合以从图像传感器103移除热量。如所展示，第一散热片107可具有比图像传感器103小的橫向区域(例如，其中散热片107接触图像传感器103)。在所描绘的实例中，第一散热片107还可热耦合到电路板105。第二散热片109热耦合到电路板105以从电路板105移除热量。电路板105安置于第一散热片107和第二散热片109之间。如所展示，第二散热片109可具有比电路板105小的橫向区域。在所描绘的实例中，凸耳安置于凹部中，且电路板105横跨凹部中的凸耳之间的距离。此外，凹部包含限定在凸耳之间的第一梯形区，以及大于第一梯形区的第二梯形区。然而，所属领域的一般技术人员将了解，根据本公开的教示，凹部可采取其它形状。
在所描绘的实例中，第一钝化层111(例如，透明材料，比如聚酰亚胺、光学液体硅橡胶等)形成于透明衬底101上且至少部分安置于透明衬底101和图像传感器103之间。导电迹线115(例如，金属，比如铜、金、铝等)形成于第一钝化层111上，且至少一些导电迹线115将电路板105电耦合到图像传感器103。第二钝化层113可至少部分安置于导电迹线115上以便防止导电迹线115降解/腐蚀。电路板105经由第二钝化层113中的间隙/裂缝耦合到导电迹线115。在一些实例中，电路板105包含经耦合以操纵从图像传感器输出的图像数据的功能逻辑(例如，在比如包含在电路板105中的ASIC等处理器中)。
如所展示，图像传感器103和电路板105可经由延伸穿过第二钝化层113中的裂缝的金属凸块(例如，金等)耦合到导电迹线115；且导电迹线沿着透明衬底101的侧壁延伸。如所展示，导电迹线接着可经由焊球117耦合到额外印刷电路板121等。
图1B展示图1A的图像传感器封装100的自上向下半透明3D视图。应了解，已经省略一些标签以避免混淆本公开的某些方面，但根据本公开的教示，来自图1A的所有组件都包含在图1B中。
如所描绘，凹部形状为彼此堆叠的两个三维梯形，使得顶部梯形小于底部梯形(从而形成分层锥型形状)。图像传感器103靠近较小3D梯形的顶部安置，且电路板105安置在较大3D梯形的顶部附近。如所展示，导电迹线115沿着凹部的侧部向上延伸以连接到图像传感器103和电路板105上的接触件。导电迹线115接着经由焊球117(其可包含铅、锡、铜、银、铋、铟、锌、锑等)连接到印刷电路板121(其具有与透明衬底101大体上相同的横向尺寸)。如所展示，导电迹线115的第一部分仅延伸到凹部的顶部以接触图像传感器103，且导电迹线115的第二部分仅延伸到凸耳以接触电路板105。
图1C展示图1A和1B的图像传感器封装100的下侧。在所描绘的实例中，印刷电路板121展示为部分透明以便查看其它各件装置架构。如所展示，焊球117可安装到印刷电路板121上的延伸穿过印刷电路板121的电接触件。
图2示出根据本发明的教示可包含在图1的图像传感器封装中的成像系统200的框图。成像系统200包含像素阵列205、控制电路系统221、读出电路系统211和功能逻辑215。在一个实例中，像素阵列205是光电二极管的二维(2D)阵列，或图像传感器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)。如所示出，将光电二极管布置成行(例如，行R1到Ry)和列(例如，列C1到Cx)，以获取人、地点、物体等的图像数据，其可接着用以渲染所述人、地点、物体等的2D图像。然而，光电二极管不必布置成行和列，且可采用其它配置。
在一个实例中，在像素阵列205中的每一图像传感器光电二极管/像素已获取其图像数据或图像电荷之后，读出电路系统211读出所述图像数据，且接着将所述图像数据传递到功能逻辑215。在各种实例中，读出电路系统211可包含放大电路系统、模/数(ADC)转换电路系统或其它。功能逻辑215可简单地存储图像数据，或者甚至通过应用后期图像效果(例如，自动对焦、裁剪、旋转、去除红眼、调整亮度、调整对比度或其它效果)来操纵图像数据。在一个实例中，读出电路系统211可沿(所说明)读出列线一次读出一行图像数据，或可使用多种其它技术(未说明)来读出图像数据，所述其它技术例如串行读出或同时完全并行读出所有像素。
在一个实例中，控制电路系统221耦合到像素阵列205，以控制像素阵列205中的多个光电二极管的操作。举例来说，控制电路系统221可生成用于控制图像获取的快门信号。在所描绘的实例中，快门信号是用于在单个获取窗口期间同时使得像素阵列205内的所有像素能够同时捕获其相应图像数据的全局快门信号。在另一实例中，图像获取与例如闪光等照明效果同步。在一些实施例中，控制电路系统221、读出电路系统211和功能逻辑215中的任一个可全部或部分安置在图1A中描绘的图像传感器中、电路板中，或印刷电路板中。
在一个实例中，图像传感器封装100可包含在数码相机、蜂窝电话、膝上型计算机、汽车等中。另外，成像系统200可耦合到其它件硬件，例如处理器(通用或其它)、存储器元件、输出(USB端口、无线发射器、HDMI端口等)、照明设备/闪光灯、电输入(键盘、触摸显示器、轨迹垫、鼠标、麦克风等)和/或显示器。其它件硬件可将指令递送到成像系统200，从成像系统200提取图像数据，或操纵由成像系统200供应的图像数据。
图3A-3G示出根据本发明的教示的图像传感器封装制造的方法。所属领域的技术人员将了解，图3A-3G中描绘的步骤可按任何次序乃至并行地发生。此外，根据本公开的教示，步骤可添加到方法或从方法移除。
图3A展示在透明衬底中形成凹部。在一些实例中，可蚀刻或切割一片玻璃(透明衬底材料的一个实例)以在该片玻璃上产生许多凹部。接着可将片材分割为许多衬底以供封装，其中每一封装包含一个凹部。在一些实例中，形成凹部包含形成安置于凹部中的凸耳。在一些实例中，可通过形成凹部来形成凸耳，所述凹部包含限定在凸耳之间的第一梯形区，以及第二梯形区，其中第一梯形区小于第二梯形区。
图3B描绘在透明衬底上形成(例如，利用热蒸发的沉积、化学气相沉积、流体涂覆等)钝化层。在一些实例中，钝化层还为可见光谱可透射的。应了解，两个钝化层(和导电迹线)可在分割之前形成以形成个别透明衬底。
图3C展示在第一钝化层上在凹部中形成导电迹线(例如，利用掩蔽和热蒸发，或使用印刷技术)，使得第一钝化层至少部分安置于导电迹线和透明衬底之间。导电迹线可包含金属，例如金、铝、铜、银等。
图3D示出形成第二钝化层，使得导电迹线至少部分安置于第一钝化层和第二钝化层之间。应了解，第一钝化层可以是与第二钝化层相同的材料，或它们可由不同材料制成。此外，第二钝化层中可存在裂缝(或孔)以允许形成与导电迹线的电接触。在一些实例中，这些孔可使用掩蔽或光刻技术形成。
图3E示出产生图像传感器和其它计算机芯片。图3E还描绘一旦形成芯片就分割晶片341。
图3F示出在图像传感器或电路板中的至少一个上形成一或多个金属凸块(例如，金、银、铜等)。且一旦图像传感器和电路板放置于凹部中，金属凸块就将耦合到导电迹线。
图3G描绘将图像传感器插入到凹部中使得图像传感器定位于凹部中以经由透明衬底接收光。图3G还描绘将电路板插入到凹部中使得图像传感器定位于透明衬底和电路板之间。在一个实例中，图像传感器定位于透明衬底的照明侧和电路板之间，使得导向电路板的一些光被图像传感器阻挡。在一些实例中，插入图像传感器和电路板两者可同时发生，而在其它实例中，其可在单独的时间发生。在一些实例中，将电路板放置在凹部中包含定位电路板以横跨凹部中的凸耳之间的距离(例如，电路板的边缘附接到每一凸耳)。
在所描绘的实例中，第一散热片插入到凹部中且定位于图像传感器和电路板之间，并且经热耦合以从图像传感器移除热量。类似地，第二散热片插入在凹部中且热耦合到电路板以从电路板移除热量，其中电路板安置于第一散热片和第二散热片之间。
对本发明的所说明实例的以上描述(包含摘要中所描述的内容)并不意图是穷尽性的或将本发明限制于所公开的精确形式。虽然本文中出于说明性目的描述了本发明的特定实例，但是在本发明的范围内，各种修改是可能的，如相关领域的技术人员将认识到。
可鉴于以上详细描述对本发明作出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应解释为将本发明限于本说明书中所公开的特定实例。实际上，本发明的范围应完全由所附权利要求书确定，应根据权利要求解释的已确立的原则来解释所附权利要求书。
Claims (10)
1.一种图像传感器封装，其包括：
透明衬底，其具有形成于所述透明衬底中的凹部；
图像传感器，其定位于所述凹部中，使得入射在所述透明衬底上的光通过所述透明衬底到达所述图像传感器；
电路板，其电学上安置于所述凹部中且经耦合以接收来自所述图像传感器的图像数据，其中所述图像传感器定位于所述凹部中在所述电路板和所述透明衬底之间。
2.根据权利要求1所述的图像传感器封装，其进一步包括第一散热片，所述第一散热片安置于所述图像传感器和所述电路板之间，且热耦合以从所述图像传感器移除热量。
3.根据权利要求2所述的图像传感器封装，其进一步包括第二散热片，所述第二散热片热耦合到所述电路板以从所述电路板移除热量，其中所述电路板安置于所述第一散热片和所述第二散热片之间。
4.根据权利要求1所述的图像传感器封装，其进一步包括安置于所述凹部中的凸耳，其中所述电路板横跨所述凹部中的所述凸耳之间的距离。
5.根据权利要求4所述的图像传感器封装，其中所述凹部包含限定在所述凸耳之间的第一梯形区，以及第二梯形区，其中所述第一梯形区小于所述第二梯形区。
6.根据权利要求1所述的图像传感器封装，其进一步包括第一钝化层，所述第一钝化层形成于所述透明衬底上且至少部分安置在所述透明衬底和所述图像传感器之间。
7.根据权利要求6所述的图像传感器封装，其进一步包括形成在所述第一钝化层上的导电迹线，其中至少一些所述导电迹线将所述电路板电耦合到所述图像传感器。
8.根据权利要求7所述的图像传感器封装，其进一步包括至少部分安置在所述导电迹线上的第二钝化层。
9.根据权利要求8所述的图像传感器封装，其中所述电路板经由所述第二钝化层中的间隙耦合到所述导电迹线。
10.根据权利要求1所述的图像传感器封装，其中所述电路板包含经耦合以操纵从所述图像传感器输出的所述图像数据的功能逻辑。
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