DE102007038465A1 - Kameramodul auf Waferebene - Google Patents
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Abstract
Ziel der offengelegten Erfindung ist es ein Kameramodul vorzuschlagen, dessen Aufbau vollständig auf Waferebene erfolgt. Hierbei werden bekannte Verfahren zur Umverdrahtung der Kontakte einer Halbleiterscheibe von der aktiven Seite auf die Rückseite genutzt, und die im Wafermaßstab hergestellten Linsen und Blendenstrukturen auf die umverdrahtete Halbleiterscheibe, welche die lichtempfindlichen Elemente enthält, aufgebracht. Die Trennung des Scheibenverbunds, bestehend aus der umverdrahteten Halbleiterscheibe, den Blenden- und Linsenstrukturen, in die einzelnen Kameramodule erfolgt durch Sägen, welches je nach Aufbauhöhe mehrstufig erfolgen kann.
Description
- Beschreibung der Erfindung
- Einleitung
- Die Einsatzgebiete von Kameramodulen nehmen kontinuierlich zu, insbesondere werden durch technologische Weiterentwicklungen wie Kosten- oder Baugrössereduzierungen zunehmend neue Anwendungsbereiche erschlossen. Dazu zählt beispielsweise die Endoskopie, welche extrem kleine Kameramodule erfordert, bei gleichzeitig geringen Kosten, da viele Hersteller das Ziel haben so genannte „Wegwerfartikel" auf den Markt zu bringen, welche für den einmaligen Gebrauch bestimmt sind, um so eine aufwendige Sterilisationsprozedur überflüssig zu machen. Im Bereich Mobiltelefone werden bei Neuentwicklungen bereits zwei Kameramodule verbaut, ein hochauflösendes für die digitale Fotographie, und ein weniger auflösendes für Funktionen wie z.B. Bildtelefonie. Aufgrund des massiven Kostendrucks in diesem Bereich und die weitere Miniaturisierung wird nach neuen technologischen Wegen gesucht sowohl die Baugrösse, als auch die Kosten zu reduzieren. Maßgeblich für eine Kostenreduzierung ist in erster Linie die Reduzierung der Baugrösse des Bildaufnehmers. Durch den Einsatz moderner Halbleitertechnologien mit kleinen Strukturgrössen können die Pixel immer kleiner gestaltet werden, was dazu führt, dass bei gleicher Auflösung die Siliziumfläche, und somit die Kosten sinken und mehr Sensoren pro Siliziumscheibe (Wafer) untergebracht werden können.
- Ein Grösstmögliches Potential für eine kosteneffektive Lösung bei gleichzeitig kleinster Baugrösse bietet der Aufbau des Kameramoduls bereits vor der Vereinzelung der Bildsensoren, also auf Waferebene. Dazu ist eine Technologie hilfreich, welche vor der Vereinzelung der Sensoren die eine Umverdrahtung der Anschlusskontakte des Sensors auf die Rückseite realisiert. Des Weiteren ist eine optische Technologie nötig, welche Linsen und Blendenstrukturen ebenso auf Waferebene realisieren kann. Der Sensorwafer und der/die Optikwafer werden verbunden und anschliessend vereinzelt, indem die einzelnen so entstandenen Module ausgesägt werden. Die Baugrösse der Kameramodule entspricht weitgehend der Sensorgrösse bei geringster möglicher Bauhöhe, welche im Wesentlichen durch das optische Design bestimmt ist. Der Kostenvorteil pro Modul ist umso grösser je kleiner der einzelne Sensor ist, da hier pro Wafer viele Kameramodule realisiert werden können.
- Ziel der offen gelegten Erfindung ist es ein Kameramodul vorzuschlagen, welches auf Waferebene realisiert werden kann, und somit das Potential für eine maximale Miniaturisierung bei gleichzeitig geringsten Kosten hat.
- Beschreibung der Erfindung
- Die offen gelegte Erfindung betrifft einen Bildaufnehmer der vorzugsweise in CMOS oder CCD Technologie integriert werden kann. Dem fachkundigen Leser wird es allerdings leicht fallen, die offen gelegten Prinzipien auf andere opto-elektronische Technologien zu übertragen. So zum Beispiel auf Bipolar-technologie oder auf Elektro-optische Technologien die auf organischen Ausgangsmaterialien beruhen. Soweit die folgende Beschreibung der Erfindung Schaltungsblöcke und Prinzipien spezifisch für die CMOS Technologie beschreibt, sind diese als beispielhafte Erläuterungen der Anwendung in dieser Technologie zu verstehen, nicht jedoch als Einschränkung der Übertragbarkeit auf andere elektro-optische Technologien. Der Aufbau im Gesamtverbund vor der Vereinzelung in Module, ist in
1 gezeigt. Der Bildaufnehmer welcher auf einem Bildsensor Wafer (3 ) realisiert ist, wird noch im Waferverbund mit einem Glasswafer (2 ), oder einem Siliziumwafer mit Löchern im Bereich der optisch aktiven Fläche (7 ) verbunden, und eine Umverdrahtung der auf der Vorderseite befindlichen Kontakte zur Rückseite durch geeignete Verfahren realisiert. Insbesondere wird im erfindungsgemässen Kameramodul die Umverdrahtung von der Chip Vorderseite auf die Rückseite dadurch erreicht, dass die Kontakte durch „Löcher" im Silizium (4 ) von der elektrisch aktiven Fläche (7 ) auf die Chip Rückseite geführt werden, über eine Umverdrahtungsebene (9 ) verteilt und Kontakte (8 ) realisiert werden. - Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Optik bestehend aus Linsen (
5 ) und Blenden (6 ), welche als Matrix angeordnet und auf Waferebene realisiert ist. Geeignete Verfahren für die Erstellung dieser Optik ist beispielsweise Replikation der Linsen in Kunststoff auf ein Glassubstrat (1 ) oder direkte Strukturierung des Glassubstrats. - Die Kombination des rückseitig kontaktierten Bildsensorwafers und der im Waferverbund hergestellten Optik, welche durch sägen vereinzelt werden, stellt das eigentliche erfindungsgemässe Kameramodul dar.
- Das erfindungsgemässe Kameramodul umfasst mindestens die in
2 dargestellten Funktionsblöcke: -
- 1
- Einen rückseitig gedünnten Bildsensor
- 2
- Eine Matrix bestehend aus Lichtempfindlichen Elementen
- 3
- Rückseitig durchkontaktierte Anschlüsse
- 4
- Rückseitig umverdrahtete Kontakte
- 5
- Mit dem Bildsensor verbundenen Glassplatte
- 6
- Einer replizierten oder strukturierten Linse
- 7
- Einer Blendenebene
- 8
- Eine Glasplatte auf welche die Blendenebene und die Linse aufgebracht ist
- 9
- Ein Verbindungselement zwischen der dem Sensor zugewandten Glasplatte und der Glasplatte welche die Blende und die Linse beinhaltet
- In der einfachsten Ausführung wird das erfindungsgemässe Kameramodul wie folgt aufgebaut:
Die aktive Seite eines Bildsensor-Halbleiterscheibe wird mit einer Glasscheibe der gleichen Größe mittels eines geeigneten Klebeverfahrens verbunden. Alternativ kann statt einer Glasscheibe auch eine Siliziumscheibe aufgebracht werden, welche genau an den Stellen Löcher hat, an welchen sich die Lichtempfindlichen Elemente der Bildsensor Halbleiterscheibe befinden. Die Rückseite der Bildsensor Halbleiterscheibe wird anschliessend mittels eines Ätz- oder Schleifprozess abgetragen, bis auf eine minimal verbleibende Schichtdicke des Halbleitermaterials. Die metallisierten Anschlussflächen, welche sich auf der Vorderseite der Bildsensor Halbleiterscheibe befinden werden dann von der Rückseite aus mittels eines geeigneten Verfahrens wie beispielsweise Plasmaätzen freigelegt. Die so geöffneten Anschussbereiche werden elektrisch leitend zur Rückseite verbunden und auf vom Halbleitermaterial isolierte Kontakte geführt. Die so entstandene rückseitige Umverdrahtung dient dazu, eine Kontaktierung auf ein Substrat zu realisieren wie beispielsweise eine elektrische Leiterplatte. - Weiterhin besteht der Aufbau des erfindungsgemässen Kameramoduls aus einer Glasscheibe, welche vorteilhaft den gleichen Durchmesser wie der Verbund aus Halbleiterscheibe und Glasscheibe hat. Auf dieser Glasscheibe werden mit Hilfe geeigneter Fertigungsverfahren Linsen- und Blendenstrukturen realisiert, die auf die Position, Ausrichtung und das Rastermaß der Bildsensoren angepasst sind, welche sich auf dem Verbund von Halbleiterscheibe und Glasplatte befinden. Neben den Linsen- und Blendenstrukturen, können sich auch in einer möglichen erfindungsgemässen Ausführung des Kameramodulaufbaus spezielle Abstandshalter, oder das Verbindungselement befinden. Mittels eines geeigneten Klebeverfahrens wird die Glasscheibe auf der sich die Linsen- und Blenden- und Abstandshalterstrukturen befinden mit dem Verbund aus Waferscheibe und Glasscheibe verklebt. Auf dem Abstandshalter oder dem Verbindungselement befinden sich Referenzflächen welche direkt mit der Glasscheibe des Sensorverbunds verklebt werden.
- Statt der, auf die Glasplatte mit den Linsen- und Blendenstrukturen befindlichen Abstandshalter, kann auch beispielsweise eine separate Glasplatte eingesetzt werden in der sich strukturierte Löcher befinden, welche zwischen die beiden Scheiben Bildsensor und Optik eingebracht wird und so den genauen Abstand und die Verbindung der beiden Scheiben gewährleistet.
- In einer weiteren Ausführung des erfindungsgemässen Kameramoduls, werden mehr als eine Glasplatte, welche Linsen und Blenden enthalten aufeinander gestapelt und mittels Abstandshaltern oder Verbindungselementen zueinander fixiert.
- Der so entstandene Aufbau aus Sensor- und Optikverbund wird in dem entsprechenden Rastermaß der Bildsensoren in einzelne Elemente gesägt. Diese einzelnen so entstandenen Elemente stellen das erfindungsgemässe Kameramodul dar. Für die Zerteilung des kompletten Verbunds der Scheiben in einzelne Kameramodule kann, falls die gesamte Bauhöhe des Verbunds im Verhältnis zur Seitenlänge der Grundfläche maßgeblich grösser ist, und somit die Gefahr besteht dass die vergleichsweise hohen Elemente beim Sägen nicht fixiert bleiben, ein mehrstufiges Sägen angewandt werden. Dabei wird in einem ersten Sägeschnitt ein breiteres Sägeblatt verwendet, und der Verbund nur bis zu einer gewissen Tiefe gesägt. In einem zweiten Sägeschnitt wird ein schmaleres Sägeblatt verwendet, und der restliche Verbund gesägt, so dass die einzelnen, erfindungsgemässen Kameramodule entstehen.
Claims (18)
- Ein Kameramodul, welches auf Waferebene aufgebaut ist, und aus einem Bildaufnehmer besteht, dessen Anschlüsse auf die Rückseite geführt und umverdrahtet sind, und welches Linsen-, Blenden- und Abstandhalterstrukturen enthält.
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1 bei welchem der Bildaufnehmer in einer CMOS Technologie integriert ist
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1 bei welchem der Bildaufnehmer in einer CCD Technologie integriert ist
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1 bei welchem der Bildaufnehmer mit organischen Halbleiterelementen integriert ist
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–4 bei dem die elektrischen Anschlüsse des Bildaufnehmers durch Löcher im Silizium zur Bildaufnehmer Rückseite geführt werden.
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–4 bei welchem das Freilegen der Anschlüsse des Bildaufnehmers auf der Vorderseite und die Kontaktierung dieser durch Rückdünnen der Halbleiterscheibe, anschliessendes Plasmaätzen und Metallisierung realisiert wird
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–4 bei welchem die sich auf der Vorderseite befindlichen Kontakte durch Umverdrahtung über die Kanten der jeweiligen Bildaufnehmer durch Metallisierung erreicht wird, und diese so zur Rückseite des Bildaufnehmers geführt werden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–7 das Linsen, Blenden, und Abstandshaltermodule enthält, welche im Wafermaßstab mit dem Bildaufnehmer verbunden werden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–8 bei welchem die Linsenstrukturen aus Kunststoff mittels Replikationsverfahren auf eine Glasscheibe aufgebracht werden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–8 bei welchem die Linsenstrukturen in Kunststoff geprägt werden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–8 bei welchem die Linsenstrukturen mittels Glasätzen erzeugt werden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–8 bei welchem die Linsenstrukturen mittels Glaspressen erzeugt werden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–12 bei welchem die Abstandshalterstrukturen mittels Kunststoffreplikation erzeugt werden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–12 bei welchem die Abstandshalterstrukturen aus einer Glasplatte bestehen welche strukturierte Löcher enthält, in den Bereichen in denen sich die Linsen und Blendenstrukturen befinden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–12 bei welchem die Abstandhalterstrukturen aus Silizium bestehen, welches strukturierte Löcher enthält, in den Bereichen in denen sich die Linsen und Blendenstrukturen befinden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–15 bei welchem die Blendenstrukturen sich auf den Glas- oder Kunststoffscheiben befinden welche auch die Linsenstrukturen enthalten
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–15 bei welchem die Blendenstrukturen aus strukturierten geschwärzten Scheiben bestehen welche sich zwischen den Linsenscheiben und der Sensorscheibe befinden
- Ein Kameramodul nach Anspruch 1–17 welches mittels mehrstufigen Sägens in Einzelmodule zerteilt wird
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