CN212342628U - 图像传感器及其封装设备 - Google Patents

Abstract

一种图像传感器及其封装设备，该图像传感器包括基板、感光芯片以及加强件，感光芯片设于基板的上方，感光芯片用于将光信号转成电信号；加强件安装在基板的上表面，并且位于感光芯片的下方以承载感光芯片，加强件设有朝向上的装载平面，其中，感光芯片与装载平面连接，使得感光芯片通过加强件固定在基板上，加强件的机械强度高于基板的机械强度。通过在基板设置机械强度高的加强件，从而提高基板感光芯片安装位置的机械强度，使感光芯片所在位置的平面度保持稳定。图像传感器的封装设备包括点胶机以及机械手；所述机械手用于将感光芯片装配到基板或加强件上；所述点胶机用于胶粘感光芯片或加强件。

Description

图像传感器及其封装设备

技术领域

本实用新型实施例涉及传感器技术领域，尤其涉及一种图像传感器及其封装设备。

背景技术

图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。随着数码技术、半导体制造技术以及网络的迅速发展，市场和业界都面临着跨越各平台的视讯、影音、通讯大整合时代的到来，勾划着未来人类的日常生活的美景。

图像传感器包括载板以及设于载板上的CIS(CMOS Image Sensor,CMOS图像传感器)、CCD(Charge Coupled Device,电耦合器件)等感光芯片，感光芯片用于实现光信号向电信号的转换，其是图像传感器的核心元件。如图1-2所示，感光芯片上具有用于成像的光敏面，光敏面位于感光芯片的上表面，光敏面需要位于像平面两侧的焦深范围内，才能保证整体成像清晰。感光芯片装载在载板上，因此图像传感器的感光芯片对载板的平面度要求极为严苛。而如果感光芯片所在的载板平面度不稳定，使光敏面不再位于像平面两侧的焦深范围内，会导致部分光敏面超出焦深外，进而导致成像模糊。

相关技术中，为了保证感光芯片在使用过程中保持良好的结构稳定性，防止在高温制程后因CTE(Coefficient of Thermal Expansion热膨胀系数)失配或因空腔气压变化而发生形变，如图3所示，通常采用热膨胀系数低、不易发生形变的陶瓷材料制作封装管壳。但是整个封装管壳采用陶瓷材料，加工周期长、成本高昂。

实用新型内容

第一方面，本实用新型提供一种图像传感器，所述图像传感器包括：

基板；

感光芯片，设于所述基板的上方，所述感光芯片用于将光信号转成电信号；

加强件，安装在所述基板的上表面，并且位于所述感光芯片的下方以承载所述感光芯片，所述加强件设有朝向上的装载平面，其中，

所述感光芯片与所述装载平面连接，使得所述感光芯片通过所述加强件固定在所述基板上，所述加强件的机械强度高于所述基板的机械强度。

一些可选的实施方式中，所述加强件呈板状，所述装载平面设于所述加强件沿厚度方向的顶面。

一些可选的实施方式中，所述装载平面的面积大于或等于所述感光芯片的底面的面积。

一些可选的实施方式中，所述加强件设于所述基板与所述感光芯片之间，所述装载平面位于所述加强件的顶部，所述加强件的底部与所述基板连接。

一些可选的实施方式中，所述基板设有金属层，所述金属层设于所述加强件与所述基板之间。

一些可选的实施方式中，所述基板设有沿基板的厚度方向贯通设置的安装孔，所述加强件设于所述安装孔内，所述感光芯片的底面与所述装载平面连接。

一些可选的实施方式中，所述装载平面设于所述加强件的顶面，所述加强件的底面与所述基板的底面平齐。

一些可选的实施方式中，所述基板设有第一安装槽，所述第一安装槽设于所述基板的朝向所述感光芯片的一侧，所述加强件设于所述第一安装槽内，所述感光芯片的底面与所述装载平面连接。

一些可选的实施方式中，所述装载平面与所述基板的顶面平齐。

一些可选的实施方式中，所述加强件包括第一加强板以及第二加强板，所述基板设有与所述第一加强板相适配的第二安装槽，所述基板设有与所述第二加强板相适配的第三安装槽，所述第二安装槽设于所述基板的顶部，所述第三安装槽设于所述基板的底部，所述装载平面设于所述第一加强板的顶面，所述感光芯片的底面与所述装载平面连接。

一些可选的实施方式中，所述第一加强板的面积小于所述第二加强板的面积。

一些可选的实施方式中，所述装载平面与所述基板的顶面平齐，所述第二加强板的底面与所述基板的底面平齐。

一些可选的实施方式中，所述基板设有朝上设置第四安装槽，所述加强件设于所述第四安装槽内；

所述加强件包括内衬板以及设于所述内衬板上的表层，所述装载平面设于所述内衬板的顶部，所述表层覆盖所述装载平面，所述感光芯片的底面与所述表层连接。

一些可选的实施方式中，还包括环状外框以及封装玻璃，所述环状外框设于所述基板，所述封装玻璃盖合在所述环状外框上，所述基板、所述环状外框以及所述封装玻璃围合形成容腔，所述感光芯片设于所述容腔内。

第二方面，本实用新型提供一种图像传感器的封装设备，所述封装设备包括点胶机以及机械手；

所述机械手用于将感光芯片装配到基板或加强件上；

所述点胶机用于胶粘感光芯片或加强件。

本实用新型提供的图像传感器，通过在基板设置加强件，从而提高基板感光芯片安装位置的机械强度，使感光芯片所在位置的平面度保持稳定。

附图说明

图1为图像传感器原理示意图；

图2为图像传感器的光线聚焦示意图；

图3为相关技术中的图像传感器结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图；

图5为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图；

图7为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图；

图8为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

需要说明的是，在本实用新型的描述中，术语“第一”、“第二”仅用于方便描述不同的部件，而不能理解为指示或暗示顺序关系、相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本实用新型的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本实用新型的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本实用新型。

图像传感器是一种将光学图像转换成电子信号的设备，它被广泛地应用在数码相机和其他电子光学设备中。相关技术中，图像传感器包括载板1以及设于载板1上的CIS(CMOS Image Sensor,CMOS图像传感器)、CCD(ChargeCoupled Device,电耦合器件)等感光芯片2，感光芯片2用于实现光信号向电信号的转换，感光芯片2是图像传感器的核心元件。以CIS为例，其工作模式如图1所示：光线通过镜头3聚焦到CIS的光敏面4上，光敏面4处有由若干光电二极管(PD,Photodiode)组成的感光阵列。根据光电效应，光电二极管阵列受到光照时会激发出光电子，并储存在电容中，经历一段曝光时间，电容中的电荷值与光照强度成正比例关系。感光芯片2上具有用于成像的光敏面4，光敏面4位于感光芯片2的上表面，如图2所示，光敏面4需要位于像平面两侧的焦深范围内，才能保证整体成像清晰。感光芯片2装载在载板1上，因此图像传感器的感光芯片2对载板1的平面度要求极为严苛。而如果感光芯片2所在的载板1平面度不稳定，使光敏面4不再位于像平面两侧的焦深范围内，会导致部分光敏面4超出焦深外，进而导致成像模糊。

相关技术中，为了保证感光芯片2在使用过程中保持良好的结构稳定性，防止在高温制程后因CTE(Coefficient of Thermal Expansion热膨胀系数)失配或因空腔气压变化而发生形变。对于中画幅CIS或尺寸更大的光学图像传感器芯片，往往外形尺寸大于55mm，其载板1加工和平面度控制更为困难，载板1平面度会直接影响装载在其上面的光学图像传感器芯片的平面度，从而极大影响照片的成像质量。

为保证平面度指标符合规格，如图3所示，通常采用热膨胀系数低、不易发生形变的陶瓷材料制作封装管壳5。但是整个封装管壳5采用陶瓷材料，加工周期长、成本高昂。采用陶瓷作为封装管壳5材料加工周期长、成本高昂，往往是相同尺寸有机基板的数倍到数十倍。且与有机基板相比，陶瓷基板介电常数更高，线宽线距更大，高密度布线难度更大。

由于陶瓷的CTE为5～7PPM，普通采用玻璃纤维布增强环氧树脂覆铜板的有机基板的CTE为14～17PPM，陶瓷封装的的CIS对板级长期可靠性是非常大的挑战，例如在温度循环试验中，高低温循环寿命试验。

采用有机基板如玻璃纤维布增强环氧树脂覆铜板作为载板1，可以降低成本。但是由于有机基板机械强度低，经历回流焊或其他高温制程时，受到CTE失配或空腔受热膨胀气压增大等因素影响，基板容易发生形变，超出平面度规格进而引起成像失真，难以用于制备光学图像传感器，尤其是大尺寸光学图像传感器的封装管壳5。

有鉴于此，本申请提供一种图像传感器，通过在基板设置加强件，而加强件设于感光芯片2的下方以承载感光芯片2，加强件设有朝向上的装载平面，感光芯片2与装载平面连接，加强件的机械强度高于基板的机械强度。从而提高基板感光芯片2安装位置的机械强度，使感光芯片2所在位置的平面度保持稳定。

下面结合附图，对本实用新型的一些实施方式作详细说明。在各实施例之间不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图4为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图；图5为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图；图6为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图；图7为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图；图8为本实用新型实施例提供的图像传感器的结构示意图。

请参考附图4～8，本实施例提供一种图像传感器100，该图像传感器100包括基板10、感光芯片20以及加强件30，感光芯片20设于基板10的上方，感光芯片20用于将光信号转成电信号；加强件30安装在基板10的上表面，加强件30位于感光芯片20的下方以承载感光芯片20，加强件30设有朝向上的装载平面40，其中，感光芯片20与装载平面40连接，使得感光芯片20通过加强件30固定在基板10上，加强件30的机械强度高于基板10的机械强度。

基板10作为封装管壳的一部分，以基板10作为载板，以有机材料作为主体材料，有机材料可以采用玻璃纤维布增强环氧树脂覆铜板、聚丙烯、液晶聚合物或电子封装模塑料等材料。基板10的形状可以是圆形板状或方形板状等规则形状。

感光芯片20是图像传感器100中的关键部分，其主要功能是实现光信号向电信号的转换。感光芯片20可以采用CIS或CCD，本实施例中以CIS为例进行说明。工作模式如下：光线通过镜头聚焦到CIS的光敏面上，光敏面处有由若干光电二极管组成的感光阵列。根据光电效应，光电二极管阵列受到光照时会激发出光电子，并储存在电容中，经历一段曝光时间，电容中的电荷值与光照强度成正比例关系。

加强件30安装基板10的上表面，加强件30位于感光芯片20的下方以承载感光芯片20，加强件30位于感光芯片20的下方的方式可以有多种方式实现。例如：

如图4所示，加强件30设于感光芯片20与基板10之间，加强件30设于基板10的上表面，感光芯片20则设于加强件30的上表面。

如图5所示，加强件30设于感光芯片20与基板10之间，加强件30嵌入基板10内，感光芯片20则设于加强件30的上表面。

如图6所示，加强件30设于感光芯片20与基板10之间，加强件30嵌入基板10的上表面，感光芯片20则设于加强件30的上表面。

如图7所示，加强件30嵌入基板10内部，感光芯片20则设于感光芯片20的上表面。

如图8所示，加强件30一部分设于感光芯片20与基板10之间，嵌入基板10的上表面；另一部分嵌入基板10的下表面，感光芯片20则设于基板10上表面的加强件30的上表面。

加强件30设有朝向上的装载平面40，装载平面40的平面度能够满足感光芯片20的要求，感光芯片20与装载平面40连接，连接可以是如图4、图5、图6以及图8所示的直接接触连接，也可以是如图7所示的间隔一少部分基板10的间接连接，加强件30的机械强度高于基板10的机械强度。加强件30采用比基板10机械强度高的材料制成，比如铜、铜钼铜、钨铜等金属材料，以及玻璃、亚克力板、陶瓷块等其他非金属高机械强度强度材料。

通过在基板10设置加强件30，加强件30设于感光芯片20的下方以承载感光芯片20，加强件30的机械强度高于基板10的机械强度。从而提高基板10感光芯片20安装位置的机械强度，使感光芯片20所在位置的平面度保持稳定。加强件30保证基板10在经历回流焊或其他高温制程后装载感光芯片20区域的下方不发生明显形变，且加强件30自身可单独加工，可通过常规表面加工方法较容易获得满足要求的平面度规格，能够满足光学图像传感器100对平面度的严苛要求。

进一步的，加强件30呈板状，装载平面40设于加强件30沿厚度方向的顶面。在本实施方式中，在本实施例中加强件30的形状是平板状，装载平面40设于加强件30厚度方向的一面，当然加强件30的形状也可以是半球形等其他形状，只需要具有满足平面度要求的装载平面40即可。

进一步的，装载平面40的面积大于或等于感光芯片20的底面的面积。板状加强件30的面积大于或等于感光芯片20的底面的面积，加强件30的装载平面40面积大于或等于感光芯片20的底面的面积，以保证感光芯片20的底面各部分都能获得很好的支撑效果。

在一些可选的实施方式中，加强件30设于基板10与感光芯片20之间，装载平面40位于加强件30的顶部，加强件30的底部与基板10连接。在本实施方式中，如图4所示，加强件30设于感光芯片20与基板10之间，加强件30设于基板10的上表面，感光芯片20则设于加强件30的上表面。装载平面40设于加强件30的上表面，加强件30的底面与基板10连接。

加强件30可以先通过化学机械研磨或电镀等加工方式获得平面度达到需求的装载平面40，之后再通过环氧树脂与基板10的连接。连接方式可以是通环氧树脂胶粘将粘接剂连接到基板10上表面，可通过手动或机械自动操作将所粘接的加强件30进行调平。

对于金属材料制成的加强件30，还可以通过一种方式实现形成加强件30，首先在基板10表层34预留出与加强件30尺寸相匹配的金属开窗，之后在基板10上电镀一层较厚的金属材料，包括但不限于电镀厚金、电镀厚铜、电镀钨等，通过化学机械研磨将金属表面平整化，电镀厚金属作为加强件30，保证平面度要求。当然其他表面装配方式，包括不限于焊接、包敷、浆料印刷等工艺，也可用于本实施例中的结构。

进一步的，基板10设有金属层，金属层设于加强件30与基板10之间。在本实施方式中，基板10设有金属层，对于金属制成的加强件30，加强件30可以采用焊接的方式与基板10连接。

在一些可选的实施方式中，基板10设有沿基板10的厚度方向贯通设置的安装孔11，加强件30设于安装孔11内，感光芯片20的底面与装载平面40连接。在本实施方式中，如图5所示，加强件30设于感光芯片20与基板10之间，加强件30嵌入基板10内，感光芯片20则设于加强件30的上表面。通过打磨、抛光，电镀和切削对加强件30进行加工，使装载平面40符合平面度和尺寸要求，加强件30的厚度根据基板10实际厚度调整。之后对基板10开设安装孔11，开孔大小应与加强件30的尺寸相匹配，可以略大于加强件30尺寸，保证加强件30能够顺利放置。

加强件30与基板10具体的结合方式，可以是将其与基板10进行层压结合：首先是将基板10开孔，之后将加强件30块放置于安装孔11内，整体进行压合。而对于金属加强件30，可以首先在有机基板10开孔后，向安装孔11内灌入金属浆体，待固化后，通过化学机械研磨以及电镀等加工方式将表面加工平整，达到需求的平面度要求。

对于采用铜等金属制成的加强件30，可以通过电镀工艺与基板10的线路层一起一体化成型。

进一步的，装载平面40设于加强件30的顶面，加强件30的底面与基板10的底面平齐。在本实施方式中，在加强件30与基板10连接之后，加强件30的底面与基板10的底面平齐，使基板10的底面与顶面呈整体平面，便于安装定位。

在一些可选的实施方式中，基板10设有第一安装槽12，第一安装槽12设于基板10的朝向感光芯片20的一侧，加强件30设于第一安装槽12内，感光芯片20的底面与装载平面40连接。在本实施方式中，如图6所示，加强件30设于感光芯片20与基板10之间，加强件30嵌入基板10的上表面，感光芯片20则设于加强件30的上表面。

通过打磨、抛光，电镀和切削对加强件30进行加工，使装载平面40符合平面度和尺寸要求，加强件30的厚度根据基板10实际厚度调整。之后对基板10开设第一安装槽12，开槽大小应与加强件30的尺寸相匹配，可以略大于加强件30尺寸，保证加强件30能够顺利放置。

加强件30与基板10具体的结合方式，可以是将其与基板10进行层压结合：首先是将基板10开槽，之后将加强件30块放置于第一安装槽12内，整体进行压合。而对于金属加强件30，可以首先在有机基板10开槽后，向第一安装槽12内灌入金属浆体，待固化后，通过化学机械研磨以及电镀等加工方式将表面加工平整，达到需求的平面度要求。对于采用铜等金属制成的加强件30，可以通过电镀工艺与基板10的线路层一起一体化成型。

进一步的，装载平面40与基板10的顶面平齐。在本实施方式中，在加强件30与基板10连接之后，使基板10的顶面呈整体平面，便于安装定位。

在一些可选的实施方式中，加强件30包括第一加强板31以及第二加强板32，基板10设有与第一加强板31相适配的第二安装槽13，基板10设有与第二加强板32相适配的第三安装槽14，第二安装槽13设于基板10的顶部，第三安装槽14设于基板10的底部，装载平面40设于第一加强板31的顶面，感光芯片20的底面与装载平面40连接。

在本实施方式中，如图7所示，加强件30包括第一加强板31以及第二加强板32，第一加强板31以及第二加强板32分别设置在基板10的上下两面。由于基板10采用有机材料作为主体材料，有机材料可以采用玻璃纤维布增强环氧树脂覆铜板、聚丙烯、液晶聚合物或电子封装模塑料等材料。这些材料均会吸附水汽，对整个器件的防潮气不利，而CIS或CCD等芯片均对水汽敏感，容易导致漏电流增大等影响芯片电性能，如果这些吸潮材料在整个封装占比较多，对整个器件的防潮气不利，不利于器件长期稳定工作。设置第二加强板32，使基板10与水汽隔绝，能够达到防潮气的效果。

进一步的，第一加强板31的面积小于第二加强板32的面积。在本实施方式中，第一加强板31的面积与感光芯片20的面积适配，可以大于也可以等于感光芯片20底面的面积。

进一步的，装载平面40与基板10的顶面平齐，第二加强板32的底面与基板10的底面平齐。在本实施方式中，在加强件30与基板10连接之后，装载平面40与基板10的顶面平齐，使基板10的顶面呈整体平面，便于安装定位。

在一些可选的实施方式中，基板10设有朝上设置第四安装槽15，加强件30设于第四安装槽15内；

加强件30包括内衬板33以及设于内衬板33上的表层34，装载平面40设于内衬板33的顶部，表层34覆盖装载平面40，感光芯片20的底面与表层34连接。如图8所示，在本实施方式中，加强件30包裹在基板10内部，表层34可以采用和基板10相近似的材料。

在一些可选的实施方式中，图像传感器100还包括环状外框50以及封装玻璃60，环状外框50设于基板10，封装玻璃60盖合在环状外框50上，基板10、环状外框50以及封装玻璃60围合形成容腔70，感光芯片20设于容腔70内。

如图4-8所示，在本实施方式中，将封装玻璃60与环状外框50进行封接，封接方式包括不限于胶粘、玻璃焊料封接等方式，以形成密闭的容腔70。环状外框50可以是圆环状外框50或是方形外框。

本实用新型实施例提供一种图像传感器100的封装设备，封装设备包括点胶机以及机械手；

机械手用于将感光芯片20装配到基板10或加强件30上；

点胶机用于胶粘感光芯片20或加强件30。

在本实施方式中，点胶机用于将感光芯片20、加强件30以及封装玻璃60粘接在基板10上，机械手用于抓取感光芯片20、加强件30以及封装玻璃60等元件。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (15)

1.一种图像传感器，其特征在于，包括：

基板；

感光芯片，设于所述基板的上方，所述感光芯片用于将光信号转成电信号；

加强件，安装在所述基板的上表面，并且位于所述感光芯片的下方以承载所述感光芯片，所述加强件设有朝向上的装载平面，

其中，所述感光芯片与所述装载平面连接，使得所述感光芯片通过所述加强件固定在所述基板上，所述加强件的机械强度高于所述基板的机械强度。

2.根据权利要求1所述的图像传感器，其特征在于，所述加强件呈板状，所述装载平面设于所述加强件沿厚度方向的顶面。

3.根据权利要求2所述的图像传感器，其特征在于，所述装载平面的面积大于或等于所述感光芯片的底面的面积。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述加强件设于所述基板与所述感光芯片之间，所述装载平面位于所述加强件的顶部，所述加强件的底部与所述基板连接。

5.根据权利要求4所述的图像传感器，其特征在于，所述基板设有金属层，所述金属层设于所述加强件与所述基板之间。

6.根据权利要求1-3中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述基板设有沿基板的厚度方向贯通设置的安装孔，所述加强件设于所述安装孔内，所述感光芯片的底面与所述装载平面连接。

7.根据权利要求6所述的图像传感器，其特征在于，所述装载平面设于所述加强件的顶面，所述加强件的底面与所述基板的底面平齐。

8.根据权利要求1-3中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述基板设有第一安装槽，所述第一安装槽设于所述基板的朝向所述感光芯片的一侧，所述加强件设于所述第一安装槽内，所述感光芯片的底面与所述装载平面连接。

9.根据权利要求8所述的图像传感器，其特征在于，所述装载平面与所述基板的顶面平齐。

10.根据权利要求1-3中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述加强件包括第一加强板以及第二加强板，所述基板设有与所述第一加强板相适配的第二安装槽，所述基板设有与所述第二加强板相适配的第三安装槽，所述第二安装槽设于所述基板的顶部，所述第三安装槽设于所述基板的底部，所述装载平面设于所述第一加强板的顶面，所述感光芯片的底面与所述装载平面连接。

11.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述第一加强板的面积小于所述第二加强板的面积。

12.根据权利要求10所述的图像传感器，其特征在于，所述装载平面与所述基板的顶面平齐，所述第二加强板的底面与所述基板的底面平齐。

13.根据权利要求1-3中任一项所述的图像传感器，其特征在于，所述基板设有朝上设置第四安装槽，所述加强件设于所述第四安装槽内；

所述加强件包括内衬板以及设于所述内衬板上的表层，所述装载平面设于所述内衬板的顶部，所述表层覆盖所述装载平面，所述感光芯片的底面与所述表层连接。

14.根据权利要求1-3中任一项所述的图像传感器，其特征在于，还包括环状外框以及封装玻璃，所述环状外框设于所述基板，所述封装玻璃盖合在所述环状外框上，所述基板、所述环状外框以及所述封装玻璃围合形成容腔，所述感光芯片设于所述容腔内。

15.一种图像传感器的封装设备，其特征在于，包括点胶机以及机械手；

所述机械手用于将感光芯片装配到加强件上；

所述点胶机用于胶粘所述加强件。

Images