CN113489871A - 感光芯片组件及其制备方法、摄像头模组及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种感光芯片组件、感光芯片组件的制备方法、摄像头模组及电子设备，感光芯片组件包括感光芯片(110)和导光件(120)，所述感光芯片(110)为平面芯片，所述感光芯片(110)具有感光面(111)，所述导光件(120)覆盖所述感光面(111)，所述导光件(120)与所述感光面(111)相连，且所述导光件(120)背离所述感光芯片(110)的一面设有导光曲面(121)，所述导光曲面(121)向所述感光面(111)所在一侧凹陷，且所述导光曲面(121)与镜头(200)的曲面成像面相适配。该方案能够解决感光芯片的可靠性较差的问题。
Description
技术领域
本申请属于拍摄技术领域，具体涉及一种感光芯片组件、感光芯片组件的制备方法、摄像头模组及电子设备。
背景技术
随着电子设备行业的不断发展，人们对电子设备的拍摄质量的要求越来越高，这就给电子设备的结构设计带来了较大的挑战。
目前比较典型的电子设备中，摄像头模组包括镜头以及与镜头搭配的感光芯片，镜头的成像面可以为平面，对应地，感光芯片为平面芯片。由于镜头所包含的镜片通常为曲面结构，因此为了使镜头的成像面为平面，就需要额外设置部件来调整镜头的成像面，使该成像面为平面，这将增加摄像头模组的设计难度。所以，为了降低摄像头模组的设计难度，可以将感光芯片设置为曲面芯片，从而适配镜头所具备的曲面成像面。
目前比较常用的制造曲面芯片的方案为，对平面芯片施加作用力，使得平面芯片发生弯折变形，最终得到与镜头相适配的曲面芯片。采用此种方案时，曲面芯片因弯折变形而产生较大的内部应力，因此此种感光芯片的可靠性较差。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种感光芯片组件、感光芯片组件的制备方法、摄像头模组及电子设备，能够解决感光芯片的可靠性较差的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了一种感光芯片组件，其包括感光芯片和导光件，所述感光芯片为平面芯片，所述感光芯片具有感光面，所述导光件覆盖所述感光面，所述导光件与所述感光面相连，且所述导光件背离所述感光芯片的一面设有导光曲面，所述导光曲面向所述感光面所在一侧凹陷，且所述导光曲面与镜头的曲面成像面相适配。
第二方面，本申请实施例提供了一种感光芯片组件的制备方法，其包括：
制备导光件和感光芯片，所述感光芯片为平面芯片；
将所述导光件固定于所述感光芯片的感光面，以使所述导光件覆盖所述感光面；
对所述导光件实施切割操作，以在所述导光件背离所述感光芯片的一面形成导光曲面，所述导光曲面向所述感光面所在一侧凹陷，且所述导光曲面与镜头的曲面成像面相适配。
第三方面，本申请实施例提供了一种摄像头模组，其包括镜头和感光芯片组件，所述镜头具有曲面成像面，所述感光芯片组件为上述感光芯片组件，所述导光件位于所述镜头与所述感光芯片之间，所述导光曲面的曲率半径与所述曲面成像面的曲率半径相等。
第四方面，本申请实施例提供了一种电子设备，其包括上述摄像头模组。
本申请实施例额外增加导光件，感光芯片为平面芯片，导光件具有导光作用，穿过镜头的光线到达导光件的导光曲面后，进一步在导光件的作用下传播至感光芯片的感光面，从而实现成像目的。由于导光件的导光曲面与镜头的曲面成像面相适配，因此感光芯片无需弯折，所以该实施例可以避免感光芯片因弯折变形而产生较大的内部应力，从而提升感光芯片的可靠性。
附图说明
图1为本申请实施例公开的摄像头模组的结构示意图；
图2为本申请实施例公开的感光芯片组件的结构示意图；
图3为氧化硅亚微米光纤传播常数β数值求解曲线；
图4为镜头的成像面为平面成像面时的光路图；
图5为镜头的成像面为曲面成像面时的光路图。
附图标记说明：
100-感光芯片组件、110-感光芯片、111-感光面、112-红色像素区域、113-绿色像素区域、114-蓝色像素区域、120-导光件、121-导光曲面、122-封装部、123-光纤束；
200-镜头、210-平面成像面、220-曲面成像面；
300-支架；
400-滤光片；
500-电路板。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
本申请的说明书和权利要求书中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，说明书以及权利要求中“和/或”表示所连接对象的至少其中之一，字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”的关系。
下面结合附图，通过具体的实施例及其应用场景对本申请实施例提供的感光芯片组件进行详细地说明。
参考图1至图2，本申请实施例公开一种感光芯片组件100，感光芯片组件100可以应用于摄像头模组，其包括感光芯片110和导光件120。感光芯片110可以感应光信号，并将光信号转换为电信号，从而实现成像。感光芯片110为平面芯片，感光芯片110具有感光面111，即感光面111为平面。导光件120覆盖感光面111，因此外界环境中的光线需要穿过导光件120才能到达感光面111，导光件120与感光面111相连，使得两者之间尽量不产生间隙，进而使更多的光线自导光件120射出后就到达感光面111，而不需要穿过空气之后再到达感光面111。导光件120背离感光芯片110的一面设有导光曲面121，导光曲面121向感光面111所在一侧凹陷，且导光曲面121与镜头200的曲面成像面相适配，换言之，导光曲面121的曲率半径与曲面成像面的曲率半径相等，并且当感光芯片110安装于摄像头模组中时，导光曲面121可以与镜头200的曲面成像面完全重合，因此不需要额外增加部件来调整镜头200的成像面，从而降低摄像头模组的设计难度。可选地，镜头200的曲面成像面为球面，对应地，导光曲面121也为球面。
以光学总长为4.45，光圈值为1.40，像高为2.6，分辨率为110lp/mm为例，发明人进行了多次实验得出设计参数，具体如下，图4示出了镜头200的成像面为平面成像面210时的光路图，图5示出了镜头200的成像面为曲面成像面220时的光路图，表一为镜头200的成像面为平面成像面210时，镜头200的调制传递函数值，表二为镜头200的成像面为曲面成像面220时，镜头200的调制传递函数值，其中，Field表示视场范围，S表示弧矢方向，M表示子午方向。
表一
表二
根据表一和表二可以看出，在相同的大光圈条件下，相比于镜头200的成像面为平面成像面200的方案，将镜头200的成像面设置为曲面成像面220可以提升调制传递函数值，提升幅度为10个点左右，因此应用曲面成像面220可以提升镜头200的成像品质。
本申请实施例额外增加导光件120，感光芯片110为平面芯片，导光件120具有导光作用，穿过镜头200的光线到达导光件120的导光曲面121后，进一步在导光件120的作用下传播至感光芯片110的感光面111，从而实现成像目的。由于导光件120的导光曲面121与镜头200的曲面成像面相适配，因此感光芯片110无需弯折，所以该实施例可以避免感光芯片110因弯折变形而产生较大的内部应力，从而提升感光芯片110的可靠性。尤其对于存在DTI(Deep Trench Isolation，深槽隔离)的感光芯片110来说，可以更大幅度地降低其出现应力集中问题的几率，从而提升其可靠性。
上述导光件120可以采用透光材料制成，从而使得光线可以穿过导光件120进而到达感光面111。当导光件120安装于摄像头模组中时，导光件120的导光曲面121朝向镜头200，穿过镜头200的光线自导光曲面121射入导光件120，光线在导光件120内传播的过程中，一部分光线会到达导光件120对应于感光面111的区域，从而自该区域射出而到达感光面111，另一部分光线会到达导光件120的其余边界而进一步射出导光件120，这部分光线最终无法到达感光面111，这就出现了光线利用率偏低的问题。为此，可以使导光件120的折射率大于空气的折射率，从而尽量选择折射率较大的材料制备导光件120，使得导光件120内的更多光线可以在导光件120与其他介质的界面处发生全反射，从而增加到达感光面111的光线，进而提升光线利用率，改善成像质量。
可选地，上述导光件120可以采用二氧化硅等材料制成一体式结构，但是此种结构对于光线的传导存在不定向性，进而对成像质量产生不良影响。在其他可选的实施例中，导光件120可包括封装部122和多条光纤束123，各光纤束123均设置于封装部122内，各光纤束123背离感光面111的一端的端面形成导光曲面121。可选地，这里的光纤束123可以采用二氧化硅制成。当光线到达导光曲面121时，也就意味着光线可以直接进入光纤束123，并且可以在光纤束123内发生全反射，最终自光纤束123射出而到达感光面111。这里的各光纤束123彼此独立，使得导光件120为分体式结构，光纤束123可以实现光线的全反射，从而使得光线的传播方向具备更大的确定性，以便于使更多的光线到达感光面111，从而改善成像质量。此外，封装部122可以保护光纤束123，从而延长光纤束123的使用寿命。
上述光纤束123可以相对于感光面111倾斜，但这样设置方式容易导致同一束光线射入导光件120的位置和射出导光件120的位置出现错位，导致导光曲面121与感光面111需要错位设置，才能保证足够多的光线照射到感光面111，如此就会导致感光芯片110和导光件120共同占用的空间变大，不利于摄像头模组的紧凑化设计。为了解决这一问题，可以使光纤束123垂直于感光面111，使得同一束光线射入导光件120的位置和射出导光件120的位置正对，从而尽量减小导光曲面121和感光面111的错位量，最终减小感光芯片110和导光件120共同占用的空间，使得摄像头模组的整体尺寸更小。
上述的多条光纤束123可以间隔设置，在同等体积的条件下，所能够设置的光纤束123的条数较少，使得能够通过全反射的方式传导至感光面111的光线较少。因此，可选地，相邻的光纤束123相接触，此时光纤束123之间的间隙更小，从而在同等体积的条件下，所能够设置的光纤束123的条数更多，更多的光线可以通过全反射的方式传递至感光面111，从而增加到达感光面111的光线量，并且此种结构还可以使感光面111各区域的光线量更加均匀，所得到的图像的边缘的清晰度与中部的清晰度基本相当，进而获得更优异的成像效果。
可选地，光纤束123的横截面形状可以为矩形、椭圆形、圆形等，为了便于制备光纤束123，以及缓解光线传播损耗，可以将光纤束123的横截面形状设置为圆形。进一步地，由于各光纤束123相接触，因此相邻的光纤束123之间具有间隙，该间隙内填充有空气，由于光纤束123的折射率远大于空气的折射率，因此光纤束123内的光线可以更可靠地发生全反射。
光纤束123的横截面尺寸可以灵活选择，但光纤束123的横截面尺寸越小越有利于光线的定向传导，因此进一步可选的实施例中，可将光纤束123设置为亚微米光纤束。该亚微米光纤束的截面尺寸较小，从而改善光线的传导效果。此外，随着光纤束123的横截面尺寸不断减小，光纤束123的密度更大，到达导光曲面121处的光线可以更多地通过光纤束123传导至感光面111，使得导光件120的导光效果更好。需要说明的是，当光纤束123的横截面形状为圆形时，光纤束123的横截面尺寸为直径。
此外，感光芯片110的感光面111具有多个阵列排布的像素区域，这些像素区域包括红色像素区域112、绿色像素区域113和蓝色像素区域114。光纤束123与该像素区域的对应关系可以是一条光纤束123对应一个像素区域，也可以是多条光纤束123对应一个像素区域，还可以是一条光纤束123对应多个像素区域，本申请实施例对此不作限制。
当光纤束123为亚微米光纤时，其波导传输特性采用下文的Helmholtz(亥姆霍兹)方程求解：
其中，n为折射率，λ为波长，波数k＝2π/λ，β为传播常数，
为电场矢量，
为磁场矢量。
由上式可以得到HEvm和EHvm模式的本征方程：
其中，TE0m模式为：
TM0m模式为：
其中：
Jv为第一类贝塞尔函数，Kv为第二类修正贝塞尔函数。
以波长630nm为例，二氧化硅亚微米光纤传播常数随亚微米光纤直径的变化规律如图3所示，当V＝2.405时，只有HE11单模存在，即满足单模传输条件：
根据上述计算过程，可以将光纤束123的直径设置为300～400nm，从而获得更好的导光效果。
感光面111具有感光区域，除此以外可能还具有走线区域等不需要参与感光的区域，导光曲面121的面积可与感光面111的整体面积相适配，但是这样设置容易出现导光曲面121的一部分区域存在浪费，进而导致导光件120的尺寸偏大。因此，其他实施例中，在垂直于感光面111的方向上，导光曲面121的正投影轮廓线与感光区域的正投影轮廓线相重合，即导光曲面121的形状与感光区域的形状相同，且导光曲面121的面积与感光区域的面积相等，从而在满足导光需求的前提下减小导光件120的尺寸，以利于摄像头模组的紧凑化设计。
本申请实施例还公开一种感光芯片组件100的制备方法，该制备方法用于制备上述任意实施例所述的感光芯片组件100，该制备方法具体可以包括：
S100、制备导光件120和感光芯片110，感光芯片110为平面芯片。
导光件120可以通过导光件晶圆制备而成，具体可以通过切割等方式将导光件晶圆制备成形状、尺寸等满足要求的导光件120。例如，可以通过切割的方式使得导光件晶圆的形状与所需制备的导光件120的形状相同，同时使得导光件晶圆的外形尺寸(包括直径、厚度等)与所需制备的导光件120的外形尺寸相等。感光芯片110可以通过感光芯片晶圆制备而成，可选地，可以通过切割的方式使得感光芯片晶圆的形状与所需制备的感光芯片110的形状相同，同时使得感光芯片晶圆的外形尺寸(包括直径、厚度等)与所需制备的感光芯片110的外形尺寸相等。这里的感光芯片110为平面芯片，不需要进行弯折操作。
S200、将导光件120固定于感光芯片110的感光面111，以使导光件120覆盖感光面111。
可选地，可以通过粘接的方式将导光件120固定于感光芯片110的感光面111，粘接材料可以是透明树脂等具备透光性和粘性的材料，此种固定方式比较简单，且基本不会影响导光件120与感光芯片110之间的光线传导。
S300、对导光件120实施切割操作，以在导光件120背离感光芯片110的一面形成导光曲面121，导光曲面121向感光面111所在一侧凹陷，且导光曲面121与镜头200的曲面成像面相适配。
如前文所述，导光曲面121的曲率半径可与曲面成像面的曲率半径相等，并且当感光芯片110安装于摄像头模组中时，导光曲面121可以与镜头的曲面成像面完全重合，基于该结构要求对导光件120实施切割操作，即可去除导光件120的多余材料，从而在导光件120的一侧形成导光曲面121，进而得到所需的导光件120。
需要说明的是，上述各步骤并非必须按照文本描述顺序进行，制备导光件120和制备感光芯片110的工序可以同时进行，也可以先后进行，对导光件120实施切割操作可以在固定导光件120和感光芯片110之前进行，也可以在固定导光件120和感光芯片110之后进行。相对而言，固定导光件120和感光芯片110之后对导光件120实施切割操作的实施例中，由于导光曲面121尚未形成时就进行了导光件120和感光芯片110的固定操作，此时导光件120比较平整，更便于施加作用力，并且所施加的作用力也不会影响后续形成的导光曲面121，因此该实施例更便于加工，同时也可以保证导光曲面121的成型精度。此外，固定后的导光件120和感光芯片110还可以进一步划片形成更小的感光芯片组件100，之后可对该更小的感光芯片组件100实施切割操作以形成导光曲面121。
采用上述制备方法后，感光芯片110为平面芯片，导光件120具有导光作用，穿过镜头200的光线到达导光件120的导光曲面121后，进一步在导光件120的作用下传播至感光芯片110的感光面111，从而实现成像目的。由于导光件120的导光曲面121与镜头200的曲面成像面相适配，因此感光芯片110无需弯折，所以该实施例可以避免感光芯片110因弯折变形而产生较大的内部应力，从而提升感光芯片110的可靠性。
进一步地，上述步骤S100中的制备导光件120具体包括：
S100、将多条光纤束123粘合以形成光纤束组件。
即，将多个光纤束123通过粘接的方式固定到一起，从而便于对光纤束123实施后续的封装操作，同时也可以保证各光纤束123尽量靠近，从而在同等体积的情况下设置尽量多的光纤束123，使得光纤束123将更多的光线传导至感光面111。
S200、封装光纤束组件，以形成导光件120。
通过该步骤可以在光纤束123的外部形成封装部122，该封装部122可以保护光纤束123，从而延长光纤束123的使用寿命。
本申请实施例还公开一种摄像头模组，其包括支架300、滤光片400、电路板500、镜头200和感光芯片组件100。支架300与电路板500相连，镜头200设置于支架300背离电路板500的一侧，滤光片400设置于支架300内，并位于镜头200和感光芯片组件100之间。镜头200具有曲面成像面，感光芯片组件100设置于电路板500，感光芯片组件100为上述任意实施例所述的感光芯片组件100，导光件120位于镜头200与感光芯片110之间，导光曲面121的曲率半径与曲面成像面的曲率半径相等。由于感光芯片110无需弯折，进而具有更高的可靠性，因此包含该感光芯片110的摄像头模组同样具备更高的可靠性。同时，具有曲面成像面的镜头200与感光芯片110配合成像时，所得到的图像的质量更高。
可选地，感光芯片组件100可以通过粘接的方式与电路板500固定，并且感光芯片组件100可以通过金线与电路板500电连接。
本申请实施例还公开一种电子设备，其包括上述任意实施例所述的摄像头模组。本申请实施例公开的电子设备可以是智能手机、平板电脑、电子书阅读器、可穿戴设备(例如智能手表)、电子游戏机等电子设备，本申请实施例对电子设备的种类不作具体限制。
上面结合附图对本申请的实施例进行了描述，但是本申请并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本申请的启示下，在不脱离本申请宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，均属于本申请的保护之内。
Claims (12)
1.一种感光芯片组件，其特征在于，包括感光芯片(110)和导光件(120)，所述感光芯片(110)为平面芯片，所述感光芯片(110)具有感光面(111)，所述导光件(120)覆盖所述感光面(111)，所述导光件(120)与所述感光面(111)相连，且所述导光件(120)背离所述感光芯片(110)的一面设有导光曲面(121)，所述导光曲面(121)向所述感光面(111)所在一侧凹陷，且所述导光曲面(121)与镜头(200)的曲面成像面相适配。
2.根据权利要求1所述的感光芯片组件，其特征在于，所述导光件(120)的折射率大于空气的折射率。
3.根据权利要求1所述的感光芯片组件，其特征在于，所述导光件(120)包括封装部(122)和多条光纤束(123)，各所述光纤束(123)均设置于所述封装部(122)内，各所述光纤束(123)背离所述感光面(111)的一端的端面形成所述导光曲面(121)。
4.根据权利要求3所述的感光芯片组件，其特征在于，所述光纤束(123)垂直于所述感光面(111)。
5.根据权利要求3所述的感光芯片组件，其特征在于，相邻的所述光纤束(123)相接触。
6.根据权利要求5所述的感光芯片组件，其特征在于，所述光纤束(123)的横截面形状为圆形，相邻的所述光纤束(123)之间具有间隙，所述间隙内填充有空气。
7.根据权利要求3所述的感光芯片组件，其特征在于，所述光纤束(123)为亚微米光纤束。
8.根据权利要求1所述的感光芯片组件，其特征在于，所述感光面(111)具有感光区域，在垂直于所述感光面(111)的方向上，所述导光曲面(121)的正投影轮廓线与所述感光区域的正投影轮廓线相重合。
9.一种感光芯片组件的制备方法，其特征在于，包括：
制备导光件和感光芯片，所述感光芯片为平面芯片；
将所述导光件固定于所述感光芯片的感光面，以使所述导光件覆盖所述感光面；
对所述导光件实施切割操作，以在所述导光件背离所述感光芯片的一面形成导光曲面，所述导光曲面向所述感光面所在一侧凹陷，且所述导光曲面与镜头的曲面成像面相适配。
10.根据权利要求9所述的制备方法，其特征在于，所述制备导光件具体包括：
将多条光纤束粘合以形成光纤束组件；
封装所述光纤束组件，以形成所述导光件。
11.一种摄像头模组，其特征在于，包括镜头(200)和感光芯片组件(100)，所述镜头(200)具有曲面成像面，所述感光芯片组件(100)为权利要求1至8中任一项所述的感光芯片组件(100)，所述导光件(120)位于所述镜头(200)与所述感光芯片(110)之间，所述导光曲面(121)的曲率半径与所述曲面成像面的曲率半径相等。
12.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求11所述的摄像头模组。
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