DE10332294B4 - Optics sensor and method for its production and detection device - Google Patents

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Abstract

Optiksensor (1) umfassend einen Sensorchip (2) in Flip-Chip-Technik mit einer sensitiven Fläche (4), wobei um die sensitive Fläche (4) eine Fließbarriere (5) auf dem Sensorchip (2) angeordnet ist, und wobei die sensitive Fläche (4) eine aus Mikrolinsen (3) bestehende Pixelmatrix (4) ist, dadurch gekennzeichnet, dass Fließbarriere (5) und Mikrolinsen (3) aus einem gleichen Material bestehen.optical sensor (1) comprising a sensor chip (2) in flip-chip technology with a sensitive surface (4), being around the sensitive area (4) a flow barrier (5) is arranged on the sensor chip (2), and wherein the sensitive area (4) is a pixel matrix (4) consisting of microlenses (3), thereby characterized in that flow barrier (5) and microlenses (3) are made of a same material.

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Optiksensor, umfassend einen Sensorchip in Flip-Chip-Technik mit einer sensitiven Fläche, ein Verfahren zu seiner Herstellung sowie eine Erfassungseinrichtung, insbesondere eine CCD-Kamera.The The present invention relates to an optical sensor comprising Sensor chip in flip-chip technology with a sensitive surface, a process for its production and a detection device, in particular a CCD camera.

Für eine hochautomatisierte, wirtschaftliche Fertigung von Erfassungseinrichtungen in großen Stückzahlen, bietet es sich an, den Sensorchip nicht in einem speziellen Gehäuse zu verarbeiten, sondern als sogenannten Flip-Chip, also als ungehäusten Chip mit leitfähigen „Kontaktierungshügeln".For a highly automated, Economical production of large-scale capturing devices, it makes sense not to process the sensor chip in a special housing, but as a so-called flip-chip, so as unhoused chip with conductive "Kontaktierungshügeln".

Den zunehmenden Miniaturisierungsanforderungen entsprechend benötigt der Flip-Chip bis zu 40 % und somit deutlich weniger Schaltungsträgerfläche im Vergleich zum gehäusten Chip. Die sich auf den Halbleiter-Anschlussflächen befindenden „Kontakthöcker" wie Lötkugeln, Stud Bumps etc. werden durch Löten, Kleben oder Bonden mit dem Schaltungsträger bzw. Substrat verbunden. Außerdem ist mittels der Flip-Chip-Technologie die erforderliche geringe Positionstoleranz zwischen dem Sensorchip und dem Schaltungsträger in allen drei Raumrichtungen erreichbar.The the need for increasing miniaturization requirements Flip chip up to 40% and thus significantly less circuit board area compared to the housing Chip. The "contact bumps" located on the semiconductor pads, such as solder balls, Stud Bumps etc. are made by soldering, Gluing or bonding connected to the circuit substrate or substrate. Furthermore is by means of flip-chip technology the required low position tolerance between the sensor chip and the circuit carrier reachable in all three directions.

Da bei der Flip-Chip-Technologie die sensitiv aktive Fläche dem Substrat zugewandt ist, muss im Schaltungsträger bzw. Substrat eine entsprechende Öffnung vorhanden sein, um interessierende Lichtwellen oder Druckwellen, etc. durchzulassen. Um ein gegenüber den Umweltanforderungen wie Temperatur, Feuchtigkeit und mechanischen Schock zuverlässiges Sensormodul zu erhalten, muss der Sensorchip mit einem sogenannten „Underfiller" unterfüllt werden. Damit der Underfiller in den Spalt zwischen Sensorchip und Schaltungsträger fließt und den Chip gut unterfüllt, besitzt er eine verhältnismäßig geringe Viskosität und gute Fließeigenschaften. Das hat wiederum den Nachteil, dass aufgrund der engen Platzverhältnisse die sensitive Fläche des Sensorchips in den Randbereichen und den Ecken benetzt werden kann, und besagte Bereiche häufig nicht mehr voll funktionsfähig sind. Diese Problemstellung ergibt sich generell für Sensorchips in Flip-Chip-Technik wie sie z.B. in Optiksensoren, Drucksensoren etc. zunehmend Verwendung finden und bei denen die sensitiv aktive Fläche von Fremdpartikeln, Medien etc. freigehalten werden muss.There in flip-chip technology, the sensitively active surface of the Substrate facing, a corresponding opening must be present in the circuit substrate or substrate to pass light waves or pressure waves of interest, etc. To one opposite the environmental requirements such as temperature, humidity and mechanical Shock reliable Sensor module, the sensor chip must be underfilled with a so-called "underfiller". So that the underfiller flows into the gap between sensor chip and circuit carrier and the Chip well underfilled, it has a relatively low viscosity and good Flow properties. This in turn has the disadvantage that due to the limited space the sensitive area of the sensor chip in the edge areas and the corners can be wetted, and said areas frequently no longer fully functional are. This problem arises generally for sensor chips in flip-chip technique as e.g. in optical sensors, pressure sensors etc. are increasingly used and in which the sensitive active area must be kept free of foreign particles, media, etc.

Es ist bekannt, die Begrenzung des Underfill-Materials im optisch empfindlichen Bereich durch die Verwendung eines sogenannten „No Flow Underfills" zu erreichen. Dieser wird, bevor der Sensorchip auf dem Schaltungsträger bestückt wird, auf das Substrat aufgebracht. Beim Bestücken des Chips wird allerdings das Material verquetscht, so dass es sich wiederum auf die sensitiv aktive Fläche zubewegen und diese dadurch verschmutzt werden kann.It It is known to limit the underfill material in the optically sensitive Range through the use of a so-called "No Flow Underfill" is, before the sensor chip is mounted on the circuit substrate, on the substrate applied. When loading of the chip, however, the material is squeezed, so it is in turn move towards the sensitive active surface and this thereby can be contaminated.

Eine andere bekannte Möglichkeit ist die Verwendung eines kombiniert UV und thermisch aushärtenden Underfill-Materials. Hier wird während des Underfill-Prozesses oder kurz nach dem Underfill-Auftrag UV Licht durch die Öffnung im Substrat im Bereich der sensitiv aktiven Fläche eingestrahlt. Sobald der Underfiller den vom UV-Licht bestrahlten Bereich erreicht, erhöht sich die Viskosität des Materials bis hin zum ausgehärteten Zustand, so dass der Fluss des Underfill-Materials gezielt gestoppt wird. Intensität, Wellenlänge und Zeitpunkt der Bestrahlung müssen jedoch sehr exakt auf die Anwendung abgestimmt werden.A other known possibility is the use of a combined UV and thermosetting Underfill material. Here will be during the underfill process or shortly after the underfill order UV Light through the opening irradiated in the substrate in the area of the sensitively active area. As soon as the Underfiller reaches the UV light irradiated area increases the viscosity of the material to the cured Condition, so that the flow of underfill material targeted stopped becomes. Intensity, wavelength and time of irradiation need However, very precisely matched to the application.

Schließlich ist beispielsweise aus der DE 198 10 060 A1 ein Sensorchip in Flip-Chip-Technik mit einer sensitiven Fläche bekannt, wobei um die sensitive Fläche eine Fließbarriere auf dem Chip angeordnet ist, welche in vorteilhafter Weise die sensitiv aktive Fläche von Fremdpartikeln, Medien, etc. freihält; wobei sich als besonders geeigneter Schutz gegen Fremd partikel hierbei Fließbarrieren herausgestellt haben, die eine geringe bzw. schlechte Benetzungsfähigkeit besitzen.Finally, for example, from the DE 198 10 060 A1 a sensor chip in flip-chip technology with a sensitive surface known, wherein a fluid barrier on the chip is arranged around the sensitive surface, which advantageously keeps the sensitive active surface of foreign particles, media, etc.; wherein as a particularly suitable protection against foreign particles this flow barriers have been found to have a low or poor wetting ability.

Derartige Sensorchips in Flip-Chip-Technik können Teil eines Optiksensors, Drucksensors oder dergleichen sein, welcher in vorteilhafter Weise bei gleichbleibend kleiner Baugröße eine uneingeschränkt funktionstüchtige sensitiv aktive Fläche bereitzustellen vermögen.such Sensor chips in flip-chip technology can be part of an optical sensor, Pressure sensor or the like, which in an advantageous manner at a constant small size one unlimited functional sensitive active surface to provide.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen gleichermaßen einfachen wie effektiven Schutz der sensitiv aktiven Fläche eines Sensorchips in Flip-Chip-Technik vor Fremdpartikeln oder Medien wie dem Fluss eines Underfill-Materials, insb. während der Montage des Sensorchips auf eine Schaltungsträgerfläche oder ähnlichem, bereitzustellen.It The object of the present invention is an equally simple one how effective protection of the sensitive active surface of a sensor chip in flip-chip technology foreign particles or media such as the flow of an underfill material, especially during the mounting of the sensor chip on a circuit board or the like, provide.

Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen, welche einzeln oder in Kombination miteinander eingesetzt werden können, sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.These Task is solved by the independent claims. advantageous Embodiments and developments, which individually or in combination can be used together Subject of the dependent Claims.

Der erfindungsgemäße Optiksensor, umfassend einen Sensorchip in Flip-Chip-Technik mit einer sensitiven Fläche, wobei um die sensitive Fläche eine Fließbarriere auf dem Sensorchip angeordnet ist, und wobei die sensitive Fläche eine aus Mikrolinsen bestehende Pixelmatrix ist, zeichnet sich dadurch aus, dass Fließbarriere und Mikrolinsen in vorteilhafter Weise aus einem gleichen Material bestehen.The optical sensor according to the invention, comprising a sensor chip in flip-chip technology with a sensitive surface, wherein a flow barrier on the sensor chip is arranged around the sensitive surface, and wherein the sensitive surface is a pixel matrix consisting of microlenses, characterized in that the flow barrier and microlenses advantageously from a same material best hen.

Vorzugsweise bildet die Fließbarriere einen die sensitive Fläche umschließenden Rahmen.Preferably forms the flow barrier one the sensitive area enclosing Frame.

Erfindungsgemäß bevorzugt enthalten Fließbarriere und Mikrolinsen polymeres Material, beispielsweise Polyimid.According to the invention preferred contain flow barrier and microlenses polymeric material, for example polyimide.

Die Erfindung betritt auch ein Verfahren zur Herstellung eines Optiksensors umfassend einen erfindungsgemäßen Sensorchip in Flip-Chip-Technik mit einer sensitiv aktiven Fläche, welche eine aus Mikrolinsen bestehende Pixelmatrix ist. Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die Fließbarriere und die Mikrolinsen in ein und den selben Arbeitsprozess auf den Sensorchip aufgebracht werden. Indem in einem einzigen Prozessschritt sowohl das Aufbringen der Mikrolinsen als auch das Aufbringen der Fließbarriere realisiert sind ist kein zusätzlicher Prozessschritt notwendig. Diese Verarbeitung spart somit in vorteilhafter Weise Kosten.The Invention also enters a process for producing an optical sensor comprising a sensor chip in accordance with the invention Flip-chip technology with a sensitive active surface, which is one of microlenses existing pixel matrix is. The inventive method is characterized characterized by the fact that the flow barrier and the microlenses in one and the same work process on the Sensor chip are applied. In a single process step both the application of the microlenses and the application of the flow barrier realized is no additional Process step necessary. This processing thus saves in an advantageous manner Way costs.

Die vorliegende Erfindung betrifft schließlich auch eine Erfassungseinrichtung, insbesondere eine CCD-Kamera, wobei CCD für „Charge Coupled Device" steht, mit einem Optiksensor wie zuvor beschrieben, wobei der Sensorchip des Optiksensors auf einen Schaltungsträger bzw. ein Substrat gelötet ist, und wobei benachbart seiner Lötkontakte ein Underfill-Material angeordnet ist. Die erfindungsgemäße Erfassungseinrichtung zeichnet sich dadurch aus, dass die Fließbarriere auf dem Sensorchip dergestalt positioniert ist, dass konstruktiv und/oder physikalisch kontrolliert während der Montage von Sensorchip bzw. Optiksensor und Schaltungsträger eine Fließbewegung des Underfill-Materials in Richtung der sensitiven Fläche gezielt gestoppt ist.The Finally, the present invention also relates to a detection device. In particular, a CCD camera, wherein CCD stands for "Charge Coupled Device", with a Optics sensor as described above, wherein the sensor chip of the optical sensor on a circuit carrier or a substrate is soldered, and being adjacent to its solder contacts an underfill material is arranged. The detection device according to the invention is characterized by the fact that the flow barrier on the sensor chip positioned in such a way that constructive and / or physical controlled during the assembly of sensor chip or optical sensor and circuit carrier a flow movement the underfill material targeted towards the sensitive area is stopped.

Insbesondere ist die Position der Fließbarriere dergestalt exakt auf dem Sensorchip aufgebracht, dass in vorteilhafter Weise die Position der Fließbarriere von der Schaltungsträgertoleranz entkoppelt ist.Especially is the position of the flow barrier such exactly applied to the sensor chip that in an advantageous Determine the position of the flow barrier from the circuit board tolerance is decoupled.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand des optischen Sensors einer CCD-Kamera erläutert, auf welche die vorliegende Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.The The invention will be described below with reference to the optical sensor of a CCD camera explains however, to which the present invention is not limited.

Die einzige Figur zeigt den Optiksensor 1 einer CCD-Kamera, welche beispielsweise Teil eines Mobilfunkgerätes, eines Insassenschutzsystems eines Kraftfahrzeuges, oder dergleichen mehr ist. Der Optiksensor 1 umfasst einen Kamerachip 2 in Flip-Chip-Technik mit einer aus Mikrolinsen 3 bestehenden Pixelmatrix 4. Um die Pixelmatrix 4 herum ist erfindungsgemäß eine Fließbarriere 5 angeordnet. Derartige Optiksensoren 1 werden auf einen Schaltungsträger 6 gelötet, wobei benachbart der Lötkontakte 7 ein Underfill-Material 8 vorgesehen ist.The single figure shows the optical sensor 1 a CCD camera, which is for example part of a mobile device, an occupant protection system of a motor vehicle, or the like. The optics sensor 1 includes a camera chip 2 in flip-chip technology with one of microlenses 3 existing pixel matrix 4 , To the pixel matrix 4 around is inventively a flow barrier 5 arranged. Such optical sensors 1 be on a circuit carrier 6 soldered, being adjacent to the solder contacts 7 an underfill material 8th is provided.

Die Fließbarriere 5 wird sehr exakt und direkt auf dem Chip 2 aufgebracht, so dass sie 5 konstruktiv und/oder physikalisch kontrolliert die Fließbewegung des Underfillers 8 zum Stoppen bringt, insb. während der Montage des Optiksensors 1 auf die Schaltungsträgerfläche 6.The flow barrier 5 will be very accurate and directly on the chip 2 applied, so they 5 constructively and / or physically controls the flow of the underfillers 8th brings to a halt, esp. During assembly of the optical sensor 1 on the circuit board surface 6 ,

Es bietet sich an, ein polymeres Material 5 zu verwenden, welches eine für den Underfiller 8 geringe bzw. schlechte Benetzungsfähigkeit besitzt.It makes sense, a polymeric material 5 to use one for the underfiller 8th has low or poor wettability.

Durch gezieltes und exaktes prozesstechnisches Aufbringen einer rahmenförmigen Fließbarriere 5 aus besagten Material um die Pixelmatrix 4 herum kann so der Fluss des Underfiller 8 gebremst und die optisch aktive Fläche 4 geschützt werden.Through targeted and exact process engineering application of a frame-shaped flow barrier 5 from said material around the pixel matrix 4 so can the river of the underfiller 8th braked and the optically active surface 4 to be protected.

Erfindungsgemäß bevorzugt wird zum Aufbringen der Fließbarriere 5 ein und derselbe Prozess genutzt, der auch für das Aufbringen der Mikrolinsen 3 verwendet wird. Hier wird ein Polymer, beispielsweise Polyimid, auf jedes Pixel so aufgebracht, dass dieses bei Erwärmung aufschmilzt und eine Linse formt. Wird zusätzlich zu den Mikrolinsen 3 ein Rahmen gesetzt, kann somit ein Schutz 5 vor dem Fließen des Underfill-Materials 8 auf die sensitive Fläche 4 des Halbleiters 2 gewährleistet werden.According to the invention, preference is given to applying the flow barrier 5 one and the same process used, also for the application of the microlenses 3 is used. Here, a polymer, such as polyimide, is applied to each pixel so that it melts when heated and forms a lens. Is in addition to the microlenses 3 Setting a framework can thus provide protection 5 before the flow of underfill material 8th on the sensitive surface 4 of the semiconductor 2 be guaranteed.

Das erfindungsgemäß bevorzugte Ausführungsbeispiel hat zum Vorteil, dass in einem einzigen Prozessschritt sowohl das Aufbringen der Mikrolinsen 3 als auch die Fließbarriere 5 realisiert werden kann und somit kein zusätzlicher Prozess notwendig ist. Diese Verarbeitung spart Kosten. Ein weiterer Vorteil ist, dass die Position der Barriere 5 sehr exakt und direkt auf dem Halbleiter 2 aufgebracht werden kann. Die Position der Barriere 5 ist somit von den Schaltungsträgertoleranzen vorteilhaft entkoppelt und immer optimal zur Pixelmatrix positionierbar.The preferred embodiment according to the invention has the advantage that both the application of the microlenses in a single process step 3 as well as the flow barrier 5 can be realized and therefore no additional process is necessary. This processing saves costs. Another advantage is that the position of the barrier 5 very accurate and directly on the semiconductor 2 can be applied. The position of the barrier 5 is thus advantageously decoupled from the circuit board tolerances and always positioned optimally to the pixel matrix.

Claims (5)

Optiksensor (1) umfassend einen Sensorchip (2) in Flip-Chip-Technik mit einer sensitiven Fläche (4), wobei um die sensitive Fläche (4) eine Fließbarriere (5) auf dem Sensorchip (2) angeordnet ist, und wobei die sensitive Fläche (4) eine aus Mikrolinsen (3) bestehende Pixelmatrix (4) ist, dadurch gekennzeichnet, dass Fließbarriere (5) und Mikrolinsen (3) aus einem gleichen Material bestehen.Optical sensor ( 1 ) comprising a sensor chip ( 2 ) in flip-chip technology with a sensitive surface ( 4 ), whereby the sensitive surface ( 4 ) a flow barrier ( 5 ) on the sensor chip ( 2 ), and wherein the sensitive surface ( 4 ) one of microlenses ( 3 ) existing pixel matrix ( 4 ), characterized in that flow barrier ( 5 ) and microlenses ( 3 ) consist of a same material. Optiksensor (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließbarriere (5) einen die sensitive Fläche (4) umschließenden Rahmen bildet.Optical sensor ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the flow barrier ( 5 ) one the sensitive surface ( 4 ) forming an enclosing frame. Optiksensor (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass Fließbarriere (5) und Mikrolinsen (3) polymeres Material, beispielsweise Polyimid, enthalten.Optical sensor ( 1 ) according to claim 1 or 2, as characterized in that flow barrier ( 5 ) and microlenses ( 3 ) polymeric material, for example polyimide. Verfahren zur Herstellung eines Optiksensors (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, bei dem die Fließbarriere (5) und die Mikrolinsen (3) in ein und dem selben Arbeitsprozess auf den Sensorchip (2) aufgebracht werden.Method for producing an optical sensor ( 1 ) according to one of the preceding claims, in which the flow barrier ( 5 ) and the microlenses ( 3 ) in one and the same work process on the sensor chip ( 2 ) are applied. Erfassungseinrichtung, insbesondere CCD-Kamera, mit einem Optiksensor (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Sensorchip (2) des Optiksensors (1) auf einen Schaltungsträger bzw. ein Substrat (6) gelötet ist, und wobei benachbart seiner Lötkontakte (7) ein Underfill-Material (8) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Fließbarriere (5) auf dem Sensorchip (2) dergestalt positioniert ist, dass konstruktiv und/oder physikalisch kontrolliert während der Montage von Sensorchip (2) bzw. Optiksensor (1) und Schaltungsträger (6) eine Fließbewegung des Underfill-Materials (8) in Richtung der sensitiven Fläche (4) gezielt gestoppt ist.Detection device, in particular CCD camera, with an optical sensor ( 1 ) according to one of the preceding claims, wherein the sensor chip ( 2 ) of the optical sensor ( 1 ) to a circuit carrier or a substrate ( 6 ) and adjacent to its solder contacts ( 7 ) an underfill material ( 8th ), characterized in that the flow barrier ( 5 ) on the sensor chip ( 2 ) is positioned in such a way that constructively and / or physically controls during the mounting of sensor chip ( 2 ) or optical sensor ( 1 ) and circuit carrier ( 6 ) a flow movement of the underfill material ( 8th ) in the direction of the sensitive surface ( 4 ) is deliberately stopped.
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