CN116093122A - 堆叠式图像传感器 - Google Patents

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Abstract

提供了一种堆叠式图像传感器。堆叠式图像传感器包括信号处理电路系统层、像素阵列基板、热输送层和热通路。信号处理电路系统层包括暴露在信号处理电路系统层的电路系统层底表面上的传导焊盘。像素阵列基板包括像素阵列，并设置在信号处理电路系统层的电路系统层顶表面上。电路系统层顶表面在电路系统层底表面与像素阵列基板之间。热输送层位于信号处理电路系统层与像素阵列基板之间。热通路将热输送层热耦合到传导焊盘。

Description

堆叠式图像传感器
技术领域
本发明涉及图像传感器，并且具体地涉及一种堆叠式图像传感器。
背景技术
诸如独立数字相机、移动设备、汽车部件和医疗设备等消费者设备中的相机模块包括图像传感器及图像传感器的像素阵列。图像传感器包括像素阵列，该像素阵列将由相机透镜成像在其上的光转换成数字信号，该数字信号被转换成包含图像数据的显示图像和/或文件。一些被称为堆叠式芯片图像传感器的图像传感器包括位于图像传感器下方的逻辑芯片，本文也称为图像传感器芯片。逻辑芯片包括模数转换电路系统和图像信号处理(ISP)电路系统。逻辑芯片的示例包括ASIC和图像信号处理器。ISP的可能功能包括图像处理、视频处理和流式传输以及高速数据传送。
当操作时，逻辑芯片生成热量，该热量传播到图像传感器芯片的一个或多个区域，这增加了这些区域中的像素中的暗电流，并导致被称为暗图像不均匀性的图像伪影。一种用于减少暗图像不均匀性的方法是在不使用时使像素电路系统断电，但是这种方案对传感器定时设置了限制，这使得图像传感器对于某些成像情景例如空闲时间相对稀少的汽车应用不兼容。用于减少暗图像不均匀性的一种不同方法是增加芯片上逻辑芯片的高功率和因此发热元件的空间均匀性。这种方法的缺点是，由于电压源与元件之间的电阻，离电压源较远定位的元件接收到较低的电压。
发明内容
在第一方面，一种堆叠式图像传感器包括信号处理电路系统层、像素阵列基板、热输送层和热通路。该信号处理电路系统层包括暴露在信号处理电路系统层的电路系统层底表面上的传导焊盘。像素阵列基板包括像素阵列，并设置在信号处理电路系统层的电路系统层顶表面上。电路系统层顶表面在电路系统层底表面与像素阵列基板之间。热输送层位于信号处理电路系统层与像素阵列基板之间。热通路将热输送层热耦合到传导焊盘。
在一些实施例中，所述像素阵列基板包括包围所述像素阵列的上周边区域。所述热输送层包括在平行于所述电路系统层底表面的水平面中延伸的突起，所述热通路在竖直平面中抵接所述突起，所述竖直平面(i)垂直于所述水平面并且(ii)与所述上周边区域相交。
在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的与所述竖直平面相交的下周边区域，所述热通路从所述热输送层延伸穿过所述下周边区域。
在一些实施例中，所述热输送层包括多个附加突起，每个所述附加突起在所述水平面中延伸，并且所述图像传感器还包括多个附加热通路，每个所述附加热通路在所述竖直平面中抵接所述多个附加突起中的相应一个。
在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的与所述竖直平面相交的下周边区域，以及所述多个附加热通路中的每一个从所述热输送层延伸穿过所述下周边区域。
在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括多个集成电路，所述热输送层包括多个不同的区域，每个所述区域在所述多个集成电路中相应一个集成电路的上方对准。
在一些实施例中，所述多个集成电路中的每一个具有多个操作功率中的相应操作功率，所述信号处理电路系统层包括操作功率小于所述多个操作功率中的最小值的附加集成电路，所述热输送层形成在所述附加集成电路与所述像素阵列之间对准的孔口和凹部之一。
在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括具有第一操作功率的第一集成电路和具有超过所述第一操作功率的第二操作功率的第二集成电路，所述热输送层的至少部分位于所述第二集成电路与所述像素阵列之间，所述热输送层形成在所述第一集成电路与所述像素阵列之间对准的孔口和凹部之一。
在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的下周边区域；以及所述热通路从所述热输送层延伸穿过所述下周边区域。
在一些实施例中，所述图像传感器还包括：在所述信号处理电路系统层上的底部互连层堆叠；以及位于所述像素阵列基板与所述底部互连层堆叠之间的顶部互连层堆叠。
在一些实施例中，所述热输送层位于所述底部互连层堆叠与所述顶部互连层堆叠之间。
在一些实施例中，所述底部互连层堆叠包括多个金属层，所述热输送层是所述多个金属层中相对于所述电路系统层底表面的最远侧金属层。
在一些实施例中，所述图像传感器还包括附加热输送层，所述附加热输送层位于所述热输送层与所述电路系统层底表面之间，并热耦合到所述传导焊盘，所述附加热输送层是所述多个金属层中靠近所述热输送层的附加金属层。
在一些实施例中，所述图像传感器还包括在所述热输送层与所述附加热输送层之间并连接所述热输送层和所述附加热输送层的多个传导通路。
在一些实施例中，所述附加金属层与所述最远侧金属层相邻并且在所述最远侧金属层与所述电路系统层底表面之间，并且所述图像传感器还包括导线的双绞线。在所述最远侧金属层中并且相对于所述最远侧金属层的第一侧，所述导线的双绞线包括：第一导线，所述第一导线包括(i)在第一方向上定向的第一近侧区段，(ii)在所述第一方向和垂直于所述第一方向的第二方向上相对于所述第一近侧区段偏移的第一远侧区段，以及(iii)将所述第一近侧区段的远侧端部连接到所述第一远侧区段的近侧端部的连接区段；第二导线，所述第二导线包括(i)在所述第二方向上与所述第一近侧区段相邻并与所述第一远侧区段共线的第二近侧区段，(ii)在所述第二方向上与所述第一远侧区段相邻并与所述第一近侧区段共线的第二远侧区段。在所述附加金属层中，所述导线的双绞线包括L形区段，所述L形区段包括：(i)第一线性区段，所述第一线性区段部分地在所述第一远侧区段下方并具有在所述第二近侧区段的远侧端部下方的近侧端部，以及(ii)在所述第二远侧区段的近侧端部下方的远侧端部。所述导线的双绞线还包括：所述多个传导通路中的第一传导通路，所述第一传导通路将所述L形区段的所述近侧端部电连接到所述第二近侧区段的所述远侧端部；以及所述多个传导通路中的第二传导通路，所述第二传导通路将所述L形区段的所述远侧端部电连接到所述第二远侧区段的所述近侧端部。
在一些实施例中，所述顶部互连层堆叠包括多个金属层，所述热输送层是所述多个金属层中相对于所述像素阵列基板在最远侧的一个层。
在一些实施例中，所述图像传感器还包括：逻辑芯片，所述逻辑芯片包括所述底部互连层堆叠和所述信号处理电路系统层；传感器芯片，所述传感器芯片设置在所述逻辑芯片上并包括所述像素阵列基板，和在所述像素阵列基板与所述底部互连层堆叠之间的所述顶部互连层堆叠；以及传导结构，所述传导结构将所述传感器芯片的所述顶部互连层堆叠电连接到所述逻辑芯片的所述底部互连层堆叠，所述传导结构是贯穿硅通路和混合键合再分布层之一。
在一些实施例中，所述热输送层包括金属化层和热粘合剂层中的至少一种。
在一些实施例中，所述图像传感器还包括散热层，所述信号处理电路系统层设置在所述散热层上。
在一些实施例中，所述散热层是印刷电路板，所述热输送层热耦合到所述印刷电路板的接地端子和电源端子之一。
在一些实施例中，所述图像传感器还包括基板，所述散热层设置在所述基板上。
在第二方面，一种堆叠式图像传感器包括散热层、设置在散热层上的信号处理电路系统层、像素阵列基板、热输送层和热通路。像素阵列基板包括像素阵列并设置在信号处理电路系统层上。热输送层位于信号处理电路系统层与像素阵列基板之间。热通路将热输送层热耦合到散热层。
附图说明
图1描绘了对场景成像的相机；该相机包括图像传感器。
图2是堆叠式芯片图像传感器的示意图，该堆叠式芯片图像传感器是图1的图像传感器的示例。
图3是信号处理电路系统层和像素阵列基板的示意性平面图，该信号处理电路系统层和像素阵列基板分别是图2的堆叠式芯片图像传感器的逻辑芯片和传感器芯片的相应示例。
图4是包括热输送层的图像传感器的等距视图，该图像传感器是图1的图像传感器的示例。
图5是图像传感器的等距视图，该图像传感器是图1的图像传感器的示例。
图6和图7中的每一个是热输送层的相应示意性平面图，该热输送层是图4的热输送层的示例。
图8是图像传感器的截面图，该图像传感器是图4的图像传感器的示例。
图9和图10是相应图像传感器的截面图，该相应图像传感器是图8的图像传感器的示例。
图11是图像传感器的截面图，该图像传感器是图9的图像传感器的示例。
图12是两个相邻热输送层的示意性平面图，这两个相邻热输送层是图11的图像传感器的相邻热输送层的相应示例。
图13是两个相邻热输送层的示意性平面图，这两个相邻热输送层也是图11的图像传感器的相邻热输送层的相应示例。
图14是双绞线的等距视图，该双绞线是图12和13的示例双绞线。
具体实施方式
贯穿本说明书中对“一个示例”或“一个实施例”的引用意味着结合该示例描述的特定特征、结构或特性包括在本发明的至少一个示例中。因此，短语“在一个示例中”或“在一个实施例中”在本说明书各处的出现不一定都指同一示例。此外，在一个或多个示例中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合。
为了便于描述，在本文中可以使用空间上相对的术语，例如“下方”、“之下”、“下部”、“下面”、“上方”、“上部”等，来描述一个元件或特征与另外的(一个或多个)元件或特征的关系，如附图中所图示的。应当理解，除了附图中描绘的取向之外，空间上相对的术语旨在涵盖使用或操作中设备的不同取向。例如，如果图中的设备被翻转，那么被描述为在其他元件或特征的“之下”或“下方”或“下面”的元件将被定向在其他元件或特征的“上方”。因此，术语“之下”和“下面”可以涵盖上方和下方的取向。该设备可以以其他方式定向(旋转90度或处于其他取向)，并且在此使用的空间相对描述词被相应地解释。此外，还应当理解，当一个层被称为在两个层“之间”时，它可以是两个层之间的唯一层，或者也可以存在一个或多个中间层。
术语半导体基板可以指由一种或多种半导体例如硅、硅锗、锗、砷化镓、砷化铟镓和本领域技术人员已知的其他半导体材料形成的基板。术语半导体基板也可以指由一种或多种半导体形成的基板，其经受在基板中形成区域和/或结的先前工艺步骤。半导体基板还可以包括各种特征，例如掺杂和未掺杂的半导体、硅外延层以及形成在基板上的其他半导体结构。应当注意，在本文件中，元素名称和符号可以互换使用(例如，Si和硅)；两者含义完全相同。
本发明涉及一种堆叠式图像传感器，并且具体地用于纠正由图像传感器下方生成的热量引起的图像伪影。
图1描绘了对场景成像的相机195。相机195包括图像传感器192，图像传感器192包括像素阵列基板190。像素阵列基板190的组成元素可包括硅和锗中的至少一种。像素阵列基板190包括像素阵列112A。图像传感器192可以是芯片级封装或板上芯片封装的一部分。相机195被示为手持设备的部件，但是应当理解，在不脱离本发明的范围的情况下，诸如安全设备、汽车相机、无人机相机等其他设备可以利用相机195。
图2是堆叠式芯片图像传感器200的示意图，其包括逻辑芯片220和在逻辑芯片220上方对准的传感器芯片280。堆叠式芯片图像传感器200是图像传感器192的示例。传感器芯片280包括由像素112的阵列形成的像素阵列112A。在操作中，逻辑芯片产生高温区域222，该高温区域222将热量传递到传感器芯片280的受热区域282。位于受热区域282中的像素112比该区域外侧的像素112表现出更高的暗电流。成像区域(例如，区域282)中增加的暗电流在像素阵列222上造成暗电流不均匀性，并导致图像伪影。
逻辑芯片220和传感器芯片280在平行于图2所图示的x-y平面的相应平面中。在本文中，x-y平面由正交轴线A1和A2形成，并且平行于x-y平面的平面被称为横向平面。轴线A1和A2中的每一个都称为“图像平面方向”，因为它们平行于相机180的图像平面。除非另有说明，本文中物体的高度是指物体沿轴线A3的范围。在本文中，对方向x、y或z的引用分别指沿着轴线A1、A2和A3的方向。此外，在本文中，水平面平行于x-y平面，长度和宽度分别指物体沿着x或y方向的范围，并且竖直方向是沿着z方向。同样在本文中，短语“沿轴线”A1、A2和A3分别意为在方向±x、±y和±z上。
图3是信号处理电路系统层320和像素阵列基板380的示意性平面图，信号处理电路系统层320和像素阵列基板380分别是逻辑芯片220和传感器芯片280的示例。信号处理电路系统层320包括中央区域321和包围中央区域321的周边区域326。中央区域321包括多个集成电路322，其中的每个集成电路都是高温区域222的示例。虽然图3描绘了五个集成电路322(1-5)，但是信号处理电路系统层320可以包括多于或少于五个集成电路322。在实施例中，信号处理电路系统层320由具有一个或多个金属化层的半导体基板(第二基板)形成或包括这样的半导体基板(第二基板)，其中集成电路322(1-5)中的每一个包括形成在半导体基板上的一个或多个晶体管和存储器设备。集成电路322的示例功能包括但不限于相位检测自动聚焦、缺陷像素校正、去马赛克和重新进行马赛克处理。在实施例中，存在以下情况中的至少一种：(i)一个集成电路322是存储器芯片，和(ii)集成电路322包括模数转换器。
图3表示焊盘327/328与集成电路322之间的最小距离325，以及焊盘387/388与像素阵列381之间的最小距离385。在实施例中，最小距离325在0.08微米与0.12微米之间。在实施例中，距离385在0.10微米与0.16微米之间。
周边区域326包括多个信号传导焊盘327(斜影线)和多个导热焊盘328(灰色填充)。在实施例中，信号传导焊盘327和导热焊盘328在结构上完全相同并且由相同的材料形成，并且仅在它们的功能方面有所区别。此外，信号传导焊盘327中的任何一个可以被配置为用作焊盘328，反之亦然。在实施例中，导热焊盘328中的一个或多个也是接地焊盘(例如，连接到接地连接件的焊盘)。在一些实施例中，导热焊盘328靠近高温区域222中的至少一个集成电路322布置。
像素阵列基板380包括由周边区域386包围的像素阵列381。像素阵列381是图1中用于成像的像素阵列112A的示例。周边区域386包括多个信号传导焊盘387(斜影线)和多个焊盘388(点线填充)。每个焊盘388可以是接地焊盘或非操作(“虚设”)焊盘之一。在实施例中，焊盘387和388在结构上完全相同并且由相同的材料形成，并且仅在它们的功能方面有所区别。在实施例中，焊盘327、328、387和388中的每一个是以下情况中的至少一种：(a)完全相同和(b)由诸如金属的传导材料形成。在实施例中，并且在x-y平面中，每个信号传导焊盘327与相应的信号传导焊盘387对准，并且每个导热焊盘328与相应的焊盘388竖直对准。例如，信号传导焊盘327(1)与信号传导焊盘387(1)对准，并且导热焊盘328(1)与焊盘388(1)对准。在实施例中，每个信号传导焊盘387还通过热通路或贯穿硅或基板通路电耦合到相应的信号传导焊盘327。在实施例中，焊盘387和/或焊盘388中的一个或多个是接地焊盘。在本文中，在此的接地焊盘可以指连接到接地端子或接地连接源的焊盘。
图4是图像传感器400的等距视图，该图像传感器400包括信号处理电路系统层320、像素阵列基板380、热输送层440和至少一个热通路450。图像传感器400还可以包括散热层410。信号处理电路系统层320设置在散热层410上。像素阵列基板380设置在信号处理电路系统层320上。热输送层440位于信号处理电路系统层320与像素阵列基板380之间。图4包括箭头402，箭头402表示从像素阵列基板380和从热输送层440通过热通路450到散热层410的热流路径。
在实施例中，热输送层440是金属化层。在一些实施例中，热输送层440是像素阵列基板380和信号处理电路系统层320外部的金属化层。在一些实施例中，热输送层440是传感器芯片和逻辑芯片外部的金属化层。在一些实施例中，热输送层440是作为传感器芯片或逻辑芯片中金属化层的一部分的金属化层。
每个热通路450将热输送层440热耦合到散热层410。在实施例中，每个热通路450与热输送层440和散热层410中的至少一个直接接触。在实施例中，热通路450是穿过信号处理电路系统层320延伸到散热层410的传导元件，例如贯穿硅通路(through-silicon via，或称为硅通孔)。热通路450可以由诸如铜的金属形成。在其他实施例中，散热层410可以是其上安装有图像传感器400的印刷电路板。
在实施例中，热输送层440包括至少一个突起446，该至少一个突起446在平行于散热层410的顶表面419的水平面中延伸。图4图示了在热输送层440的至少一侧上的多个突起446。
图5是图像传感器500的等距视图，该图像传感器500等同于包括热输送层440和至少一个热输送结构550的图像传感器400。热输送结构550可以由热粘合剂形成。在实施例中，热输送层440是金属化层和热粘合剂层之一。在实施例中，沿着轴线A1和A2中的至少一个，热输送层440的空间范围大于像素阵列基板380和信号处理电路系统层320中的每一个的空间范围，使得为了将热量从像素阵列基板380导走，热输送层440的一部分被设置在(i)像素阵列基板380和信号处理电路系统层320外侧，以及(ii)热输送层440与散热层410之间。在一个实施例中，突起446中的每一个被配置成沿着方向A1或A2延伸，具有在像素阵列基板380和信号处理电路系统层320外部的远侧端部，并且热粘合剂层可以横跨在(i)相邻突起446之间和(ii)突起446与散热层410之间，如图5所示。
图6是热输送层640的示意性平面图，该热输送层640是具有多个不同的热输送层区域642的热输送层440的示例。当图像传感器400包括信号处理电路系统层320和热输送层640时，每个热输送层区域642(k)与信号处理电路系统层320的相应集成电路322(k)对准，其中在图3和6的示例中，索引整数k≤5。
在实施例中，热输送层640包括在至少一对热输送层区域642之间的连结区段647，使得热输送层640包括比热输送层区域更少的不同片。在实施例中，连结区段647是以下情况中的至少一种：(i)由与热输送层640相同的材料制成和(ii)与热输送层640同时形成。在实施例中，热输送层640包括多个突起646，其中的每个突起是突起446的示例。
在实施例中，当集成电路322的数量为N时，对于k≤N的至少一个值，热输送层640没有区域642(k)。例如，在图6的示例中，N＝5，当集成电路322(1)比集成电路322(2-5)消耗更少的电力(例如，具有更低的操作功率或瓦数)时，热输送层可能没有用于k＝1的区域，使得热输送层640没有任何部分位于集成电路322(1)正上方。
在实施例中，热输送层640是否包括区域642(k)取决于集成电路322(k)相对于一个或多个阈值功率值的操作功率。在实施例中，(a)在集成电路322(k)的操作功率小于第一功率阈值时热输送层640没有区域642(k)，并且(b)在集成电路322(k)的操作功率超过第二功率阈值时热输送层640包括区域642(k)，第二功率阈值可以等于第一功率阈值。第一功率阈值可以在50mW与150mW之间，例如100mW。第二功率阈值可以在400mW与600mW之间，例如500mW。
图7是热输送层740的示意性平面图，该热输送层740是热输送层440的示例。热输送层740具有内表面742，该内表面742限定了穿过热输送层740的孔口744。在此示例中，孔口744与集成电路322(2)对准，例如，当集成电路322(2)比集成电路322(1,3-5)消耗更少的电力(具有更低的操作功率)时。在实施例中，内表面742延伸到热输送层740的边缘741，使得孔口744变成凹部。在这样的实施例中，热输送层740覆盖集成电路322(1,3-5)，集成电路322(1,3-5)消耗相对高的电力，即在图像传感器操作期间生成更高的温度或辐射更高的热能。热输送层740屏蔽像素阵列基板380上的像素阵列区域免受位于像素阵列基板380之下的信号处理电路系统层320中形成的集成电路322(1,3-5)的影响。
图8是图像传感器800的截面图，该图像传感器800是图4的图像传感器400的示例。图8的截面图代表在x-z平面和y-z平面中的任一者或两者中的图像传感器800。图像传感器800包括信号处理电路系统层320、热输送层840、像素阵列基板380和至少一个热通路850。
在一些实施例中，图像传感器800包括散热层810。在其他实施例中，散热层810在图像传感器800外部。例如，图像传感器800可以是安装在其上形成有散热层810的印刷电路板上的堆叠式芯片结构。在一些实施例中，图像传感器800和散热层810是相机模块的一部分。在实施例中，图像传感器800包括逻辑芯片820和传感器芯片880。散热层810、热输送层840和热通路850分别是散热层410、热输送层440和热通路450的相应示例。热输送层840具有厚度844，在实施例中，厚度844在50纳米与100纳米之间。散热层810具有顶表面819，顶表面819是顶表面419的示例。
散热层810包括在周边区域326下方对准的至少一个传导焊盘812。图8图示了每个热通路850抵接相应的区域846。在实施例中，每个区域846是从热输送层840，例如在平行于信号处理电路系统层320的底表面323的水平面(例如，该x-y平面)中延伸的突起，例如突起446。每个热通路850从热输送层840的区域846延伸。在实施例中，每个热通路850沿着平行于以下平面的方向延伸，该平面(i)垂直于信号处理电路系统层320的底表面323，(ii)与周边区域386和周边区域326相交。在实施例中，如在热输送层840的左侧下方所示，至少一个热通路850抵接信号处理电路系统层320的键合焊盘328，并且键合焊盘328例如通过通路851热耦合到传导焊盘812。
在实施例中，至少一个传导焊盘812是外部端子，例如焊料凸块，可以与散热层810分离。在实施例中，例如，当图像传感器800不包括散热层810时，至少一个传导焊盘812可以是信号处理电路系统层320的一部分。例如，一个或多个传导焊盘812可以暴露在信号处理电路系统层320的底表面323上，或者从该底表面323突出。
在实施例中，如在热输送层840的右侧下方所示，至少一个热通路850从热输送层840的区域846延伸，穿过周边区域326，并抵接相应的传导焊盘812。照此，每个热通路850将热输送层840热耦合到相应的传导焊盘812。这种热耦合将逻辑芯片820生成的热量从传感器芯片880导走，并通过逻辑芯片820导到传感器芯片880和逻辑芯片820外部的散热层810。从传感器芯片880导走热量减少了图像传感器800操作期间来自逻辑芯片820的热量对传感器芯片880的影响，并减少了像素阵列381捕获的图像的暗电流不均匀性。在实施例中，传感器芯片880是背照式图像传感器，其中像素阵列基板380的像素感测或接收入射到像素阵列基板380的背表面389的光。背表面389背离热输送层840。
在实施例中，散热层810还包括在周边区域326下方对准的至少一个传导焊盘814。在这样的实施例中，每个传导焊盘812保持在第一电压，并且每个传导焊盘814保持在不同于第一电压的第二电压。例如，当第一电压是供电电压(负或正)和地之一时，第二电压是供电电压和地中的另一个。
在实施例中，像素阵列基板包括周边区域386中的焊盘887。在实施例中，焊盘887是信号传导焊盘387或焊盘388的示例。
在实施例中，逻辑芯片820设置在散热层810上，并且包括底部互连层堆叠829和信号处理电路系统层320。信号处理电路系统层320在底部互连层堆叠829与散热层810之间。传感器芯片880设置在逻辑芯片820上，并包括顶部互连层堆叠889和像素阵列基板380。顶部互连层堆叠889在底部互连层堆叠829与像素阵列基板380之间。
底部互连层堆叠829包括多个金属层822，其中的每个金属层嵌入在堆叠829的多个底部金属间介质层中。在实施例中，每个底部金属间介质层横跨在相邻金属层822之间。顶部互连层堆叠889包括嵌入堆叠889的多个顶部金属间介质层中的多个金属层882。在实施例中，每个顶部金属间介质层横跨在相邻金属层822之间。在实施例中，多个顶部金属间介质层和底部金属间介质层包括介电或绝缘材料，例如氧化硅、氮化硅、多孔氧化物材料、低κ介电材料或其他合适的材料。
在实施例中，热输送层840位于底部互连层堆叠829与顶部互连层堆叠889之间。在实施例中，热输送层是金属层822之一或金属层882之一，如随后的图中所示。虽然本文中图像传感器800的图示包括四个金属层822(1-4)和四个金属层882(1-4)，但堆叠式图像传感器的实施例可包含少于或多于四个金属层822和/或少于或多于四个金属层882。
在实施例中，图像传感器800包括将传感器芯片880电连接到逻辑芯片820的传导元件884。传导元件884可以是贯穿硅通路或混合键合再分布层，并将传感器芯片880连接到逻辑芯片820用于信号传输。传输信号的示例包括从传感器芯片880到逻辑芯片820的图像信号和从逻辑芯片820到传感器芯片880的驱动信号。
在实施例中，散热层810是在图像传感器800外部的印刷电路板，或者图像传感器800包括基板802，散热层810设置在基板802上。基板802可以是印刷电路板。当图像传感器800包括印刷电路板例如作为散热层810或基板802时，热输送层840可以热耦合到印刷电路板的接地端子和电源端子之一。
图9是图像传感器900的截面图，该图像传感器900是当热输送层是金属层822之一时的图像传感器800的示例。图像传感器900包括堆叠有逻辑芯片920的传感器芯片880。逻辑芯片920是包括热输送层940的逻辑芯片820的示例，热输送层940是金属层822之一。热输送层940是热输送层440的示例，并且相对于信号处理电路系统320是最远侧的金属层822。例如，当金属层822中从信号处理电路320在最远侧的金属层是金属层822(N)时，其中N是大于1的整数，热输送层940是金属层822(N)的示例。
图像传感器900包括至少一个热通路950，热通路950是热通路450的示例。每个热通路950从热输送层940的区域946穿过信号处理电路系统层320的周边区域326延伸到传导焊盘812，从而将热输送层940热耦合到传导焊盘812，并将热量从传感器芯片880的像素阵列基板380导走。区域946是热输送层840的区域846的示例。在不脱离本发明实施例的范围的情况下，热输送层940可以是金属层822中不同的一个金属层，例如金属层822(3)、822(2)和822(1)中的一个。
图10是图像传感器1000的截面图，该图像传感器1000是当图像传感器800的热输送层是金属层882中的一个(例如)或是从像素阵列基板380在最远侧的金属层时的图像传感器800的示例。具体而言，图像传感器1000包括热输送层1040，热输送层1040是层882(1)和热输送层440的示例。
图像传感器1000包括至少一个热通路1050，热通路1050是热通路450的示例。每个热通路1050从热输送层1040的区域1046延伸穿过电路系统层320的周边区域326，并热耦合到散热层810，以将热量从传感器芯片880的像素阵列基板380引走。区域1046是热输送层840的区域846的示例。在不脱离本发明实施例的范围的情况下，热输送层1040可以是金属层882中不同的一个金属层，例如金属层882(2)、882(3)和882(4)中的一个。
图11是图像传感器1100的截面图，该图像传感器1100是除了热输送层940之外还包括热输送层1130和至少一个传导焊盘814的图像传感器900的示例。热输送层1130是热输送层440的示例，并且是金属层822之一。图像传感器1100包括至少一个热通路1150，热通路1150是热通路450的示例。每个热通路1150从热输送层1130的区域1136穿过周边区域326延伸到传导焊盘814，并且因此将热输送层1130热耦合到传导焊盘814。区域1136是热输送层840的区域846的示例。在实施例中，图像传感器1100包括在热输送层940与1130之间并电连接热输送层940与1130的多个传导通路1138。
热输送层1130在热输送层940与信号处理层320之间。在实施例中，热输送层1130通过堆叠829的至少一个金属间介质层与热输送层940竖直分离。在实施例中，热输送层1130与热输送层940相邻，使得在热输送层940与1130之间没有金属层822。图12是热输送层的示意性平面图。
图12是热输送层1240和1230的示意性平面图，热输送层1240和1230分别是图11的图像传感器1100的热输送层940和1130的相应示例。热输送层1240包括多条接地线1241和多条电力线1242。热输送层1230包括多条接地线1231和多条电力线1232。在图12的平面图中，热输送层1230在热输送层1240下方。在实施例中，在热输送层1240中多条接地线1241与多条电力线1242交错，使得接地线1241与电力线1242形成多条第一双绞线迹线。类似地，在热输送层1230中多条接地线1231与多条电力线1232交错，使得接地线1231与电力线1232形成多条第二双绞线迹线。
当在图像传感器中操作时，每条电力线1232和1242保持在电力电压VDD，并且每条接地线1231和1241保持在参考电压VSS。在实施例中，存在以下情况中至少一种：(i)线1241和1242分别保持在电力电压VDD和接地参考电压VSS，使得线1241和1242分别是电力线和接地线，和(ii)线1231和1232分别保持在电力电压VDD和接地参考电压VSS，使得线1231和1232分别是电力线和接地线。情况(i)、(ii)中的每一种情况以及它们的组合减少了从信号处理层320发出的电磁辐射。电力电压VDD可以是电源电压电压或正供电电压，而接地参考电压VSS可以是低内部参考电压、零伏或负电压。正供电电压可以在0.9V与4V之间。负电压可以在-1V与-0.1V之间。然而，应当理解，电力电压可以基于信号处理层320中相应耦合电路系统的所需操作电压来配置。
热输送层1230可以包括多个列端接传导焊盘1236，其中的每个列端接传导焊盘端接相应的线1231或线1232。热输送层1240可以包括多个行端接传导焊盘1246，其中的每个行端接传导焊盘端接相应的线1241或线1242。热输送层1230包括多个L形区段1233和1234。热输送层1240包括多个L形区段1243。传导焊盘1236和1246分别是图11中区域1136和946的相应示例。为了图示清楚，不是所有的传导焊盘1246都标有附图标记。
图12图示了双绞线1249、双绞线1247、双绞线1248。每个双绞线1249包括一段电力线1242、一个L形区段1233和两个传导通路1138，这两个传导通路1138将L形区段1233的相应端部电连接到相邻接地线1241的相应端部。为了图示清楚，图12仅用附图标记表示两对传导通路。
每个双绞线1247包括一段电力线1232、一个L形区段1243和两个传导通路1138，这两个传导通路1138将L形区段1243的相应端部电连接到相邻接地线1231的相应端部。每个双绞线1248包括一段接地线1241、一个L形区段1234和两个传导通路1138，这两个传导通路1138将L形区段1234的相应端部电连接到相邻电力线1242的相应端部。在实施例中，通过热输送层1230中的连接接地线1241的各段的L形区段1233传输的信号是接地信号，而通过位于L形区段1233上方的电力线1242的各段传输的信号是电力信号。
通过包括接地线和电力线的部分，双绞线1249-1248中的每一个有助于均衡电力线和接地线上的电磁干扰，从而屏蔽传感器芯片880免受电磁干扰，例如由逻辑芯片820的信号处理电路系统层中的一个或多个集成电路生成的电磁干扰。
图13是热输送层1240和1330的替代布局设计的示意性平面图。热输送层1330是图11的图像传感器1100的热输送层1130的示例。热输送层1330包括多条接地线1331和多条电力线1332。在图13的平面图中，热输送层1330在热输送层1240下方。
当在图像传感器中操作时，在实施例中，每条电力线1332保持在电力电压VDD，并且每条接地线1331保持在接地参考电压VSS。在实施例中，施加到线1331和1332的电压是相反的，使得每条线1331和1332分别是电力线和接地线。
热输送层1330可以包括端接接地线1331与电力线1332的多个列端接传导焊盘1236。接地线1331和电力线1332可以分别向信号处理电路系统层320的集成电路供应接地参考电压和电力电压。热输送层1330包括多个L形区段1233和1234。图13包括双绞线1249和双绞线1248，其中的每一个都在图12的描述中在上面进行了描述。
图14是双绞线1346的等距视图，双绞线1346是双绞线1249-1248中的每一个的示例。双绞线1346包括第一层中的第一导线1341和第二导线1342，该第一层可以是最远侧的金属层，例如热输送层1240。双绞线1346还包括在相邻金属层例如热输送层1230和1330中的L形区段1333(由虚线表示)。图14表示距离Δx1、Δy1和Δz1，在实施例中，这些距离中的每个距离大于或等于0.3微米。
第一导线1341包括(i)沿轴线A1定向的近侧区段1341(1)，(ii)沿轴线A1和A2相对于近侧区段1341(1)偏移的远侧区段1341(3)，以及(iii)将近侧区段1341(1)的远侧端部连接到远侧区段1341(3)的近侧端部的连接区段1341(2)。第二导线1342包括近侧区段1342(1)和远侧区段1342(2)。近侧区段1342(1)沿着方向A2与近侧区段1341(1)相邻并且与远侧区段1341(3)共线。远侧区段1342(2)沿着方向A2与远侧区段1341(3)相邻并且与第一近侧区段1341(1)共线。
L形区段1333包括线性区段1333(1)和与线性区段1333(1)垂直的线性区段1333(2)。线性区段1333(1)部分地在远侧区段1341(3)下方，并且具有在近侧区段1342(1)的远侧端部下方并且通过传导通路1138(1)与近侧区段1342(1)的远侧端部电连接的近侧端部。线性区段1333(2)的一端部位于远侧区段1342(2)的近侧端部下方，并通过传导通路1138(2)与远侧区段1342(2)的近侧端部电连接。
在实施例中，第一导线1341和第二导线1342通过金属间介电材料(例如，氧化硅或低κ介电材料)电隔离。在一个示例中，第一导线1341和第二导线1342嵌入在至少一个金属间介电材料层中。例如，第二导线1342的线性区段1333(1)与第一导线1341的远侧区段1341(3)通过设置在其间的金属间介电材料电隔离，并且第二导线1342的线性区段1333(2)与第一导线1341的远侧区段1341(3)通过设置在其间的金属间介电材料电隔离。传导通路1138(1)和1138(2)延伸穿过金属间介电材料，以将近侧区段1342(1)的远侧端部电连接到线性区段1333(1)，和将区段1342(2)的近侧端部电连接到线性区段1333(2)。
特征组合
在不脱离本发明的范围的情况下，上面描述的特征以及下面所要求保护的特征可以以各种方式组合。以下列举的示例说明了一些可能的、非限制性的组合。
(A1)一种堆叠式图像传感器，包括信号处理电路系统层、像素阵列基板、热输送层和热通路。该信号处理电路系统层包括暴露在信号处理电路系统层的电路系统层底表面上的传导焊盘。像素阵列基板包括像素阵列，并设置在信号处理电路系统层的电路系统层顶表面上。电路系统层顶表面在电路系统层底表面与像素阵列基板之间。热输送层位于信号处理电路系统层与像素阵列基板之间。热通路物理连接热输送层与传导焊盘。
(A2)在图像传感器(A1)的实施例中，像素阵列基板包括包围像素阵列的上周边区域，并且热输送层包括在平行于电路系统层底表面的水平面中延伸的突起。热通路在竖直平面中抵接突起，该竖直平面(i)垂直于水平面并且(ii)与上周边区域相交。
(A3)在图像传感器(A2)的实施例中，信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的与竖直平面相交的下周边区域，并且热通路从热输送层延伸穿过下周边区域。
(A4)图像传感器(A2)和(A3)中任一个的实施例包括，当热输送层包括各自在水平面中延伸的多个附加突起时，多个附加热通路各自在竖直平面中抵接多个附加突起中的相应一个。
(A5)在图像传感器(A4)的实施例中，信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的与竖直平面相交的下周边区域。在这样的实施例中，多个附加热通路中的每一个从热输送层延伸穿过下周边区域。
(A6)在图像传感器(A1)-(A5)中任一个的实施例中，信号处理电路系统层包括多个集成电路，热输送层包括多个不同的区域，每个区域在多个集成电路中相应的一个上方对准。
(A7)在图像传感器(A6)的实施例中：多个集成电路中的每一个具有多个操作功率中的相应一个；信号处理电路系统层包括操作功率小于多个操作功率中的最小值的附加集成电路；并且热输送层形成在该附加集成电路与像素阵列之间对准的孔口和凹部之一。
(A8)在图像传感器(A1)-(A7)中任一个的实施例中，信号处理电路系统层包括具有第一操作功率的第一集成电路和具有超过第一操作功率的第二操作功率的第二集成电路。热输送层的至少部分位于第二集成电路与像素阵列之间。热输送层形成在第一集成电路与像素阵列之间对准的孔口和凹部之一。
(A9)在图像传感器(A1)-(A8)中任一个的实施例中，热输送层的厚度在50纳米与100纳米之间。
(A10)在图像传感器(A1)-(A9)中任一个的实施例中，信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的下周边区域；并且热通路从热输送层延伸穿过下周边区域。
(A11)在图像传感器(A1)-(A10)中任一个的实施例中，像素阵列基板包括接地焊盘，该接地焊盘(i)位于包围像素阵列的上周边区域中，并且(ii)通过热通路热耦合到热输送层。
(A12)图像传感器(A1)-(A11)中任一个的实施例还包括底部互连层堆叠和顶部互连层堆叠。底部互连层堆叠在信号处理电路系统层上。顶部互连层堆叠位于像素阵列基板与底部互连层堆叠之间。
(A13)在图像传感器(A12)的实施例中，热输送层位于底部互连层堆叠与顶部互连层堆叠之间。
(A14)在图像传感器(A12)和(A13)中任一个的实施例中，底部互连层堆叠包括多个金属层，热输送层是多个金属层中相对于电路系统层底表面的最远侧金属层。
(A15)图像传感器(A14)的实施例还包括附加热输送层，该附加热输送层位于热输送层与电路系统层底表面之间，并且热耦合到传导焊盘。附加热输送层是多个金属层中靠近热输送层的附加的金属层。
(A16)图像传感器(A15)的实施例还包括在热输送层与附加热输送层之间并连接热输送层与附加热输送层的多个传导通路。
(A17)当附加金属层与最远侧金属层相邻并且在最远侧金属层与电路系统层底表面之间时，图像传感器(A16)的实施例包括导线的双绞线。导线的双绞线在最远侧金属层中并且相对于其第一侧包括：第一导线和第二导线。第一导线包括(i)在第一方向上定向的第一近侧区段，(ii)在第一方向和垂直于第一方向的第二方向上相对于第一近侧区段偏移的第一远侧区段，以及(iii)将第一近侧区段的远侧端部连接到第一远侧区段的近侧端部的连接区段。第二导线包括(i)在第二方向上与第一近侧区段相邻并与第一远侧区段共线的第二近侧区段，(ii)在第二方向上与第一远侧区段相邻并与第一近侧区段共线的第二远侧区段。双绞线在附加金属层中还包括L形区段，该L形区段包括(i)第一线性区段，该第一线性区段部分地在第一远侧区段下方并具有在第二近侧区段的远侧端部下方的近侧端部，以及(ii)位于第二远侧区段的近侧端部下方的远侧端部。双绞线还包括：(v1)多个传导通路中的第一传导通路，该第一传导通路将L形区段的近侧端部电连接到第二近侧区段的远侧端部；以及(v2)多个传导通路中的第二传导通路，该第二传导通路将L形区段的远侧端部电连接到第二远侧区段的近侧端部。
(A18)在图像传感器(A12)-(A17)中任一个的实施例中，顶部互连层堆叠包括多个金属层，并且热输送层是多个金属层中相对于像素阵列基板在最远侧的金属层。
(A19)图像传感器(A12)-(A18)中任一个的实施例还包括逻辑芯片、传感器芯片和传导结构。逻辑芯片包括底部互连层堆叠和信号处理电路系统层。传感器芯片设置在逻辑芯片上，并包括像素阵列基板、以及在像素阵列基板与底部互连层堆叠之间的顶部互连层堆叠。传导结构将传感器芯片的顶部互连层堆叠电连接到逻辑芯片的底部互连层堆叠。该结构是贯穿硅通路和混合键合再分布层之一。
(A20)在图像传感器(A1)-(A19)中任一个的实施例中，热输送层包括金属化层和热粘合剂层中的至少一种。
(A21)图像传感器(A1)-(A20)中任一个的实施例还包括散热层。信号处理电路系统层设置在散热层上。
(A22)在图像传感器(A21)的实施例中，散热层是印刷电路板，并且热输送层热耦合到印刷电路板的接地端子和电源端子之一。
(A23)图像传感器(A21)-(A22)中任一个的实施例还包括基板，并且散热层设置在基板上。基板可以是印刷电路板。
(B1)一种堆叠式图像传感器，包括散热层、设置在散热层上的信号处理电路系统层、像素阵列基板、热输送层和热通路。像素阵列基板包括像素阵列并设置在信号处理电路系统层上。热输送层位于信号处理电路系统层与像素阵列基板之间。热通路将热输送层热耦合到散热层。
在不脱离本实施例的范围的情况下，可以对上述方法和系统进行改变。因此，应当注意，包含在以上描述中或者在附图中示出的内容应当被解释为说明性的，而不是限制性的。在本文中，除非另有说明，短语“在实施例中”等同于短语“在某些实施例中”，而不是指所有实施例。下面的权利要求旨在覆盖本文描述的所有一般和特定特征，以及从语言的角度来说可以说落入它们之间的本发明的方法和系统的范围的所有陈述。

Claims (22)

1.一种堆叠式图像传感器，包括：
信号处理电路系统层，所述信号处理电路系统层包括暴露在所述信号处理电路系统层的电路系统层底表面上的传导焊盘；
像素阵列基板，所述像素阵列基板包括像素阵列并设置在所述信号处理电路系统层的电路系统层顶表面上，所述电路系统层顶表面在所述电路系统层底表面与所述像素阵列基板之间；
热输送层，所述热输送层位于所述信号处理电路系统层与所述像素阵列基板之间；以及
热通路，所述热通路将所述热输送层热耦合到所述传导焊盘。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中
所述像素阵列基板包括包围所述像素阵列的上周边区域，
所述热输送层包括在平行于所述电路系统层底表面的水平面中延伸的突起，所述热通路在竖直平面中抵接所述突起，所述竖直平面(i)垂直于所述水平面并且(ii)与所述上周边区域相交。
3.根据权利要求2所述的图像传感器，其中
所述信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的与所述竖直平面相交的下周边区域，
所述热通路从所述热输送层延伸穿过所述下周边区域。
4.根据权利要求2所述的图像传感器，其中所述热输送层包括多个附加突起，每个所述附加突起在所述水平面中延伸，并且所述图像传感器还包括：
多个附加热通路，每个所述附加热通路在所述竖直平面中抵接所述多个附加突起中的相应一个。
5.根据权利要求4所述的图像传感器，其中
所述信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的与所述竖直平面相交的下周边区域，以及
所述多个附加热通路中的每一个从所述热输送层延伸穿过所述下周边区域。
6.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述信号处理电路系统层包括多个集成电路，所述热输送层包括多个不同的区域，每个所述区域在所述多个集成电路中相应一个集成电路的上方对准。
7.根据权利要求6所述的图像传感器，其中所述多个集成电路中的每一个具有多个操作功率中的相应操作功率，所述信号处理电路系统层包括操作功率小于所述多个操作功率中的最小值的附加集成电路，所述热输送层形成在所述附加集成电路与所述像素阵列之间对准的孔口和凹部之一。
8.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述信号处理电路系统层包括具有第一操作功率的第一集成电路和具有超过所述第一操作功率的第二操作功率的第二集成电路，所述热输送层的至少部分位于所述第二集成电路与所述像素阵列之间，所述热输送层形成在所述第一集成电路与所述像素阵列之间对准的孔口和凹部之一。
9.根据权利要求1所述的图像传感器，其中
所述信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的下周边区域；以及
所述热通路从所述热输送层延伸穿过所述下周边区域。
10.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括：
在所述信号处理电路系统层上的底部互连层堆叠；以及
位于所述像素阵列基板与所述底部互连层堆叠之间的顶部互连层堆叠。
11.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述热输送层位于所述底部互连层堆叠与所述顶部互连层堆叠之间。
12.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述底部互连层堆叠包括多个金属层，所述热输送层是所述多个金属层中相对于所述电路系统层底表面的最远侧金属层。
13.根据权利要求12所述的图像传感器，还包括：
附加热输送层，所述附加热输送层位于所述热输送层与所述电路系统层底表面之间，并热耦合到所述传导焊盘，所述附加热输送层是所述多个金属层中靠近所述热输送层的附加金属层。
14.根据权利要求13所述的图像传感器，还包括在所述热输送层与所述附加热输送层之间并连接所述热输送层和所述附加热输送层的多个传导通路。
15.根据权利要求14所述的图像传感器，其中所述附加金属层与所述最远侧金属层相邻并且在所述最远侧金属层与所述电路系统层底表面之间，并且所述图像传感器还包括导线的双绞线，所述导线的双绞线包括：
(a)在所述最远侧金属层中并且相对于所述最远侧金属层的第一侧：
第一导线，所述第一导线包括(i)在第一方向上定向的第一近侧区段，(ii)在所述第一方向和垂直于所述第一方向的第二方向上相对于所述第一近侧区段偏移的第一远侧区段，以及(iii)将所述第一近侧区段的远侧端部连接到所述第一远侧区段的近侧端部的连接区段；
第二导线，所述第二导线包括(i)在所述第二方向上与所述第一近侧区段相邻并与所述第一远侧区段共线的第二近侧区段，(ii)在所述第二方向上与所述第一远侧区段相邻并与所述第一近侧区段共线的第二远侧区段；
以及
(b)在所述附加金属层中，L形区段，所述L形区段包括：(i)第一线性区段，所述第一线性区段部分地在所述第一远侧区段下方并具有在所述第二近侧区段的远侧端部下方的近侧端部，以及(ii)在所述第二远侧区段的近侧端部下方的远侧端部；
(c)所述多个传导通路中的第一传导通路，所述第一传导通路将所述L形区段的所述近侧端部电连接到所述第二近侧区段的所述远侧端部；以及
(d)所述多个传导通路中的第二传导通路，所述第二传导通路将所述L形区段的所述远侧端部电连接到所述第二远侧区段的所述近侧端部。
16.根据权利要求10所述的图像传感器，其中所述顶部互连层堆叠包括多个金属层，所述热输送层是所述多个金属层中相对于所述像素阵列基板在最远侧的一个层。
17.根据权利要求10所述的图像传感器，还包括：
逻辑芯片，所述逻辑芯片包括所述底部互连层堆叠和所述信号处理电路系统层；
传感器芯片，所述传感器芯片设置在所述逻辑芯片上并包括所述像素阵列基板，和在所述像素阵列基板与所述底部互连层堆叠之间的所述顶部互连层堆叠；以及
传导结构，所述传导结构将所述传感器芯片的所述顶部互连层堆叠电连接到所述逻辑芯片的所述底部互连层堆叠，所述传导结构是贯穿硅通路和混合键合再分布层之一。
18.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述热输送层包括金属化层和热粘合剂层中的至少一种。
19.根据权利要求1所述的图像传感器，还包括散热层，所述信号处理电路系统层设置在所述散热层上。
20.根据权利要求19所述的图像传感器，其中所述散热层是印刷电路板，所述热输送层热耦合到所述印刷电路板的接地端子和电源端子之一。
21.根据权利要求19所述的图像传感器，还包括基板，所述散热层设置在所述基板上。
22.一种堆叠式图像传感器，包括：
散热层；
信号处理电路系统层，所述信号处理电路系统层设置在所述散热层上；
像素阵列基板，所述像素阵列基板包括像素阵列并设置在所述信号处理电路系统层上；
热输送层，所述热输送层位于所述信号处理电路系统层与所述像素阵列基板之间；以及
热通路，所述热通路将所述热输送层热耦合到所述散热层。
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Family Cites Families (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5506755A (en) * 1992-03-11 1996-04-09 Kabushiki Kaisha Toshiba Multi-layer substrate
US6472741B1 (en) 2001-07-14 2002-10-29 Siliconware Precision Industries Co., Ltd. Thermally-enhanced stacked-die ball grid array semiconductor package and method of fabricating the same
KR100630690B1 (ko) 2004-07-08 2006-10-02 삼성전자주식회사 열 소산 경로를 구비한 멀티 칩 패키지
US20080169556A1 (en) 2007-01-16 2008-07-17 Xin Tec Inc. Chip package module heat sink
US20080173792A1 (en) * 2007-01-23 2008-07-24 Advanced Chip Engineering Technology Inc. Image sensor module and the method of the same
JP5690466B2 (ja) * 2008-01-31 2015-03-25 インヴェンサス・コーポレイション 半導体チップパッケージの製造方法
US8274101B2 (en) * 2009-10-20 2012-09-25 Omnivision Technologies, Inc. CMOS image sensor with heat management structures
JP5794002B2 (ja) * 2011-07-07 2015-10-14 ソニー株式会社 固体撮像装置、電子機器
JPWO2013190748A1 (ja) * 2012-06-22 2016-02-08 株式会社ニコン 基板、撮像ユニットおよび撮像装置
US9136293B2 (en) * 2012-09-07 2015-09-15 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Methods and apparatus for sensor module
US9159852B2 (en) * 2013-03-15 2015-10-13 Taiwan Semiconductor Manufacturing Company, Ltd. Image sensor device and method
JP6885331B2 (ja) * 2015-07-23 2021-06-16 ソニーグループ株式会社 半導体装置およびその製造方法、並びに電子機器
KR102471159B1 (ko) * 2015-10-12 2022-11-25 삼성전자주식회사 이미지 센서 및 그 제조 방법
US10602039B2 (en) * 2016-09-19 2020-03-24 Microsoft Technology Licensing, Llc Ultra-compact image sensor assembly for thin profile devices
JP7122463B2 (ja) * 2018-09-04 2022-08-19 ▲寧▼波舜宇光▲電▼信息有限公司 Ｔｏｆ撮像モジュールと電子機器および組立方法
US20220262841A1 (en) * 2019-07-23 2022-08-18 Sony Semiconductor Solutions Corporation Semiconductor package, electronic device, and method of manufacturing semiconductor package
KR20220018698A (ko) * 2020-08-07 2022-02-15 삼성전자주식회사 언더필이 구비된 이미지 센서 패키지 및 이를 포함하는 이미지 센서 모듈
KR20220070766A (ko) * 2020-11-23 2022-05-31 삼성전자주식회사 글래스 기판을 포함하는 이미지 센서 패키지

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