CN116072689A - 曲面图像传感器装置及方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种曲面图像传感器组件及其制造方法。曲面图像传感器组件具有带有凹面的多孔载体，减薄的图像传感器通过粘合剂接合到多孔载体的凹面上；多孔载体安装在防水封装中。曲面图像传感器组件通过以下步骤制成：制作减薄的柔性的图像传感器集成电路(IC)，并在IC的非照明侧涂覆粘合剂；将IC定位在多孔载体的凹面上方；通过多孔载体施加真空，以将IC吸到多孔载体的凹面上；和固化粘合剂，以将IC接合到多孔载体的凹面上。

Description

曲面图像传感器装置及方法
技术领域
本申请涉及图像传感技术领域，具体涉及一种曲面图像传感器组件及其制造方法。
背景技术
来自远距离场景的光通过简单的单元件透镜聚焦，形成最佳焦点的、无畸变的图像表面，该图像表面是弯曲的，不平坦的，通常具有接近透镜焦距的凹曲率半径。使用这种简单的折射透镜在平面(例如传统的平面胶片或平面图像传感器)上成像远距离场景，会导致周边畸变和周边失焦。类似地，反射望远镜可能产生具有有效凸曲率半径的图像。
虽然人眼的视网膜表面呈凹形弯曲，有助于克服这种畸变，但很少能通过胶片或图像传感器的弯曲表面来克服这种畸变。自19世纪以来，校正这种畸变通常需要复杂的多元件透镜系统。
由于半导体制作设备的设计方式，集成电路，包括图像传感器集成电路，通常是在平面晶圆上制作为多个集成电路芯片。这些晶圆通常相当厚，以避免在高温处理过程中发生翘曲。
一些晶圆以及它们上的集成电路在经过高温处理后被减薄，以在它们的“正侧”表面形成晶体管和其他电路元件。在减薄的晶圆中，有承载背侧照明的图像传感器和用于可弯曲太阳能板的单晶太阳能电池的那些。减薄大大增加了电路的灵活性。
先前已经研究过一种减薄的CMV20000图像传感器(Austria Mikro SystemeInternational Aktiengesellschaft m.b.H.，
Figure BDA0003917184390000011
奥地利)，参见Simona Lombardo等人于2019年3月20日发表在Applied Optics，第58卷，第9期中的Curved detectors forastronomical applications:characterization results on different samples(Lombardo)。Lombardo的文章描述了利用凹曲率和凸曲率(曲率半径为150mm)进行减薄和变形的图像传感器。
类似地，美国专利9998643描述了一种形成弯曲图像传感器的方法，包括将减薄的图像传感器定位在涂有粘合剂的曲面基板上，并使用压缩气体或机械柱塞将图像传感器推到曲面基板上。在图像传感器的定位和弯曲过程中，特别是如果图像传感器被夹紧到曲面的基板上，可能打破图像传感器的边缘。空气也可能到达图像传感器的非照明侧，从而导致工艺失败，或者在使用空气压力将图像传感器推到曲面基板的空腔中后，气泡可能留在图像传感器电路下方。
发明内容
在一方面，提供了一种曲面图像传感器组件，其包括多孔载体，具有凹面和平面；减薄的图像传感器，通过粘合剂接合到多孔载体的凹面上；和防水封装，多孔载体的平面安装在防水封装的内表面。
在一些实施例中，图像传感器线键合到防水封装的馈通件。
在一些实施例中，图像传感器以焊料凸块键合到多孔载体的导电体上。
在一些实施例中，粘合剂通过加热固化。
在一些实施例中，防水封装内形成有真空通道。
在另一方面，提供了一种制造曲面图像传感器组件的方法，其包括：制作减薄的柔性图像传感器集成电路；在图像传感器集成电路的非照明侧涂覆粘合剂；将图像传感器集成电路定位在多孔载体的凹面上方；通过多孔载体施加真空，以将图像传感器集成电路吸到多孔载体的凹面上；和固化粘合剂，以将图像传感器集成电路接合到多孔载体的凹面上。
在一些实施例中，通过真空吸盘施加真空。
在一些实施例中，多孔载体安装在封装内，通过封装的真空通道施加真空。
在一些实施例中，上述方法进一步包括：将多孔载体安装到封装中；和将图像传感器集成电路的键合焊盘线键合到封装的馈通件。
附图说明
图1是减薄的图像传感器集成电路的横截面图，它具有粘合剂层，涂覆并定位在凹面多孔基板上方。
图2是减薄的图像传感器集成电路的横截面图，它具有粘合剂层，粘合剂层用于在将真空施加到凹面多孔基板之后，实现将减薄的图像传感集成电路固定到凹面多孔基板上，所示凹面多孔基板位于真空分配夹具上。
图3是减薄的图像传感器集成电路的横截面图，它具有粘合剂层和凹面多孔基板，粘合剂层用于将减薄的图像传感集成电路固定到凹面多孔基板上，凹面多孔基板封装在非多孔、防水的准备组装到相机中的封装中。
图4是曲面图像传感器的组装方法的流程图。
图5是一个可选的实施例中减薄的图像传感器集成电路的横截面图，它具有粘合剂环，粘合剂环用于在将真空施加到凹面多孔基板之后，实现将减薄的图像传感器集成电路固定到凹面多孔基板上。
图6是一个可选的实施例中减薄的图像传感器集成电路的横截面图，其中凹面多孔基板下方的非多孔封装具有真空分配通道并用作真空分配夹具，如图所示，在施加真空之前，减薄的图像传感器集成电路定位在凹面多孔基板上方。
图7是在施加真空、线键合和将玻璃罩贴附到封装上之后，图6中实施例的横截面图。
图8是一个可选的实施例的横截面图，其中凹面多孔基板中的电镀通孔和图像传感器集成电路上的焊料凸块替代了线键合。
具体实施方式
根据方法400(图4)制造的曲面图像传感器组件，适于包括在望远镜或相机中。参见图1和图4，在一个实施例中，制作402图像传感器集成电路(IC)作为本领域已知的CMOS和CCD图像传感器。减薄404图像传感器集成电路(以下称为图像传感器)102，使图像传感器具有与背侧照明图像传感器的薄处类似的柔性。然后执行任何必要的背侧处理406，例如为背侧照明图像传感器添加滤色器和/或微透镜，以及为正侧照明图像传感器添加金属化基板。
为了本文的目的，在图像传感器102上预期会图像光聚焦的一侧称为照明侧，且图像传感器102上与照明侧相对的一侧称为非照明侧。
按照图4的方法将图像传感器组装成曲面图像传感器组件700、800，中间步骤如图1至3和5至6所示。在一个实施例中，将粘合剂104的涂层或薄层涂覆到图像传感器102的非照明侧；在一些实施例中，该非照明侧是正侧照明图像传感器的背侧，而在其他实施例中，该非照明侧是背侧照明图像传感器的正侧。然后将图像传感器102放置410在多孔载体108的凹型腔106上。
在一些实施例中，粘合剂104是热熔粘合剂的薄层。在其他实施例中，粘合剂104是热固性环氧树脂的薄层。
在一些实施例中，多孔载体108是具有激光钻穿它的微孔图案的塑料或陶瓷载体，因此空气可以穿过其凹面110到达其底部的平面112。在一些其他的实施例中，载体108由多孔陶瓷形成。在其他实施例中，载体108由粉末冶金形成，其中金属粉末成形，然后在使金属颗粒烧结在一起的足够高的温度下，但在不会使金属颗粒熔化的足够低的温度下烧制，从而使载体形成为多孔的；铝、青铜、黄铜、铜、金、银或钢颗粒可以烧结形成多孔载体。粉末冶金形成的载体具有比激光钻孔塑料形成的载体更高的热导率，更优选用于需要主动冷却的系统，如一些红外图像传感器。
在一个实施例中，将多孔或穿孔载体108和图像传感器102放置410在真空吸盘202(图2)上，该真空吸盘202具有联接到真空泵(未示出)的真空分配通道204。通过真空吸盘202和多孔载体108施加412真空，以将图像传感器102向下吸，使图像传感器102变形，从而使图像传感器102、粘合剂104和凹面110接触。然后，在一些实施例中，通过加热真空吸盘202固化414粘合剂，以将图像传感器102接合到载体108上。
在实施例中，将贴附有图像传感器102的载体108安装416在具有馈通件304的非多孔防水封装302(图3)的内部平面上。然后，在实施例中，通过将图像传感器102的键合焊盘线键合到防水封装的馈通件304上而将图像传感器102键合418，并且可以将透明盖306密封420在图像传感器上方。在一个可选的实施例中，图像传感器的键合是通过球焊键合实现的，并且在另一个可选的实施例中，图像传感器的键合是利用各向异性导电聚合物膜进行的。
在一个可选的实施例(图5)中，作为一整层粘合剂104的替代，在多孔载体108A的凹面110A上形成一个或多个圆形凹槽502，一个或多个圆形凹槽502中略微过量填充有粘合剂。当载体108A和图像传感器102放置在真空吸盘202上时，施加412真空，且通常通过加热使粘合剂熔化或固化414，使得图像传感器102与载体108A接合。其余步骤如参见图4所描述的。
在一个可选的实施例中，在将带有粘合剂104的图像传感器102放置在载体108上之后，将载体108安装在其中形成有真空通道604的防水封装602中，通道604通过孔606可接近。通过孔606施加412真空，且通常通过加热使粘合剂熔化或固化414，键合418并密封420。在本实施例中，孔606用塞子610(图7)密封。
在另一个可选的实施例中，在图像传感器102C的非照明表面的键合焊盘上形成焊料凸块(未示出)。形成穿过多孔载体108C的导电体802，在本实施例中，载体108C由非导电塑料或陶瓷形成。在施加412真空并且粘合剂熔化或固化414后，作为线键合的替代，焊料凸块被熔化以将图像传感器102C的键合焊盘键合到防水封装302C的导电体802上。
在不脱离其范围的情况下，可以在上述系统和方法中进行改变。因此应当注意的是，以上描述中包含并且在附图中示出的内容应当被解释为说明性而不是限制性的。以下权利要求旨在覆盖本文所述的所有一般和具体特征，以及就语言而言可以说介于两者之间的本方法和系统的范围的所有陈述。

Claims (13)

1.一种曲面图像传感器组件，包括：
多孔载体，具有凹面和平面；
减薄的图像传感器，通过粘合剂接合到所述多孔载体的所述凹面上；和
防水封装，所述多孔载体的所述平面安装在所述防水封装的内表面。
2.根据权利要求1所述的图像传感器组件，其中所述图像传感器线键合到所述防水封装的馈通件。
3.根据权利要求1所述的图像传感器组件，其中所述图像传感器以焊料凸块键合到所述多孔载体的导电体上。
4.根据权利要求1所述的图像传感器组件，其中所述粘合剂通过加热固化。
5.根据权利要求2所述的图像传感器组件，其中所述粘合剂通过加热固化。
6.根据权利要求3所述的图像传感器组件，其中所述粘合剂通过加热固化。
7.根据权利要求2所述的图像传感器组件，其中所述防水封装内形成有真空通道。
8.根据权利要求3所述的图像传感器组件，其中所述防水封装内形成有真空通道。
9.一种制造曲面图像传感器组件的方法，包括：
制作减薄的柔性图像传感器集成电路；
在所述图像传感器集成电路的非照明侧涂覆粘合剂；
将所述图像传感器集成电路定位在多孔载体的凹面上方；
通过所述多孔载体施加真空，以将所述图像传感器集成电路吸到所述多孔载体的所述凹面上；和
固化所述粘合剂，以将所述图像传感器集成电路接合到所述多孔载体的所述凹面上。
10.根据权利要求9所述的方法，其中通过真空吸盘施加所述真空。
11.根据权利要求9所述的方法，其中所述多孔载体安装在封装内，通过所述封装的真空通道施加所述真空。
12.根据权利要求10所述的方法，进一步包括：
将所述多孔载体安装到封装中；和
将所述图像传感器集成电路的键合焊盘线键合到所述封装的馈通件。
13.根据权利要求11所述的方法，进一步包括：
将所述多孔载体安装到所述封装中；和
将所述图像传感器集成电路的键合焊盘线键合到所述封装的馈通件。
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