DE19651260A1 - Bildsensor-Chip und entsprechendes Trägerelement - Google Patents
Bildsensor-Chip und entsprechendes TrägerelementInfo
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Description
Die Erfindung betrifft einen Bildsensor-Chip, ein Trägerele
ment für einen Bildsensor-Chip sowie ein Trägerelement mit
einem darauf montierten Bildsensor-Chip.
Bildsensor-Chips, also integrierte Schaltungen mit optischen
Sensorflächen gibt es in unterschiedlichen technischen Aus
führungen. Der optische Sensor kann beispielsweise als
CCD(Charge Coupled Device)-Sensor oder CMOS-Pixel-Sensor rea
lisiert sein. Es ist üblich, derartige Bildsensor-Chips vor
der Montage auf einem Trägerelement, wie beispielsweise einer
Platine, mit einem Gehäuse zu versehen. Dabei weist das Ge
häuse Anschlußbeinchen zur Befestigung des Chips auf dem Trä
gerelement und zu dessen elektrischer Kontaktierung sowie ein
Fenster an der vom Trägerelement abgewandten Seite auf, durch
welches Licht auf die optische Sensorfläche des Chips gelan
gen kann. Da integrierte Schaltungen üblicherweise auf einem
Halbleitersubstrat wie Silizium erzeugt werden, befinden sich
in der Regel sämtliche von außen zugänglichen elektrischen
oder optischen Strukturen auf einer Hauptseite eines solchen
Chips. Neben der optischen Sensorfläche befinden sich daher
bei einem Bildsensor-Chip auch die elektrischen Kontaktflä
chen (Pads) des Chips auf einer solchen Hauptseite. Deren
elektrische Verbindung zu den Anschlußbeinchen des Chipgehäu
ses wird beispielsweise durch Wire-Bonden realisiert.
Zunehmend werden Bildsensor-Chips interessant, auf denen ne
ben der Sensorfläche auch weitere Schaltungsbereiche vorhan
den sind, wie Speicher und Logik, die zu einer Verarbeitung
der durch den Sensor empfangenen Signale dienen. Insbesondere
beim CMOS-Pixel-Sensor ist ohne weiteres eine Integration an
derer CMOS-Komponenten möglich. Allerdings sind solche zu
sätzlichen Schaltungsbereich oftmals lichtempfindlich, so daß
dafür gesorgt werden muß, daß Licht zwar auf die optische
Sensorfläche, nicht jedoch auf die lichtempfindlichen Schal
tungsbereiche fällt, die häufig nur von einer lichtdurchläs
sigen Passivierungsschicht bedeckt sind.
Nachteilig ist beim geschilderten Stand der Technik, daß die
Montage des Bildsensorchips im Gehäuse aufwendig und teuer
ist. Ferner gelangt durch das Fenster des Gehäuses uner
wünschterweise Licht auch auf die lichtempfindlichen Schal
tungsbereiche, so daß diese mit einer zusätzlichen lichtun
durchlässigen Schicht versehen werden müssen, was wiederum
einen erhöhten Produktionsaufwand erfordert. Auch die mit
Fenster versehenen Spezialgehäuse an sich sind teuer.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Montage eines
Bildsensor-Chips auf einem Trägerelement zu vereinfachen.
Diese Aufgabe wird durch einen Bildsensor-Chip nach Anspruch
1, ein Trägerelement für einen Bildsensor-Chip nach Anspruch
2 und ein Trägerelement mit einem darauf montierten Bildsen
sor-Chip nach Anspruch 5 gelöst.
Der erfindungsgemäße Bildsensor-Chip ist so gestaltet, daß er
in Flip-Chip-Technik, das heißt kopfüber mit seiner Hauptsei
te nach unten auf dem Trägerelement befestigbar ist. Dazu
sind seine Kontaktflächen beziehungsweise Pads mit schmelzfä
higen Höckern versehen, über die die elektrische und mechani
sche Verbindung zum Trägerelement herstellbar ist.
Das Trägerelement, auf dem der Bildsensor-Chip befestigbar
ist, weist erfindungsgemäß eine Lichtdurchtrittsöffnung auf,
durch welche Licht auf die optische Sensorfläche des Chips
gelangen kann.
Die Erfindung ermöglicht in vorteilhafter Weise die Montage
eines Bildsensor-Chips auf einem Trägerelement ohne Verwen
dung eines Gehäuses. Insbesondere entfällt die Notwendigkeit
eines teueren Gehäuses mit Fenster, durch welches das Licht
auf die Sensorfläche fallen kann. Die Flip-Chip-Montage ist
darüber hinaus sehr einfach durchzuführen, ein Wire-Bonden
entfällt.
Durch geeignete Dimensionierung der Lichtdurchtrittsöffnung
im Trägerelement ist es möglich, daß Licht ausschließlich auf
die Sensorfläche, nicht jedoch auf andere, lichtempfindliche
Schaltungsbereiche des Bildsensor-Chips gelangt. Da bei der
Flip-Chip-Montage der Abstand zwischen der Chiphauptseite und
dem Trägerelement (beispielsweise einer Platine) sehr klein
ist, gelangt praktisch kein Licht über den Rand der Öffnung
hinaus auf Schaltungsbereiche neben der optischen Sensorflä
che des Chips. Es entfällt daher die Notwendigkeit einer zu
sätzlichen lichtundurchlässigen Schutzschicht auf der Haupt
seite des Chips über den lichtempfindlichen Schaltungsberei
chen.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 und 2,
die Ausführungsbeispiele der Erfindung zeigen, näher erläu
tert:
Fig. 1 zeigt in einem ersten Ausführungsbeispiel einen er
findungsgemäßen Bildsensor-Chip 1, der bereits auf einem Trä
gerelement 6 montiert ist. Das Trägerelement 6 kann bei
spielsweise eine Platine sein. Der Chip 1 weist auf einer
Hauptseite 2 eine optische Sensorfläche 3 sowie elektrische
Kontaktflächen 4 auf, die auch als Pads bezeichnet werden.
Die Kontaktflächen 4 weisen schmelzfähige Höcker 5 (Balls,
Bumps) auf, wie sie für die Flip-Chip-Montage üblich sind,
und die beispielsweise aus Kupfer bestehen können. Im in
Fig. 1 dargestellten Stadium ist der Chip 1 bereits mit seiner
Hauptseite nach unten über seine Höcker 5 mit Kontaktflächen
7 des Trägerelements 6 verbunden, das heißt die Höcker 5 sind
mit den Kontaktflächen 7 verschmolzen.
Das Trägerelement 6 weist eine Lichtdurchtrittsöffnung 8 auf,
durch welche bei montiertem Chip 1 Licht 9 auf die Sensorflä
che 3 gelangen kann. Es ist möglich, jedoch nicht notwendig,
daß der Chip 1 in seiner Hauptfläche 2 auch lichtempfindliche
Schaltungsbereiche 12 aufweist, an die jedoch kein Licht ge
langt, da die Öffnung 8 günstigerweise so bemessen ist, daß
Licht ausschließlich auf die optische Sensorfläche 3 des
Chips fallen kann. Gewährleistet wird dies dadurch, daß die
Streuung des einfallenden Lichts 9 minimal ist, da der Ab
stand zwischen der Hauptseite 2 des Chips und der Oberseite
des Trägerelements 6 sehr gering ist (die Figuren sind nicht
maßstäblich).
Vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelement 6 an seiner Öff
nung 8 optische Mittel 10, beispielsweise Linsen und derglei
chen aufweist, die den Strahlengang des Lichts 9 in gewünsch
ter Weise beeinflussen.
Fig. 1 sind auch Leiterbahnen 14 auf dem Trägerelement 6 zu
entnehmen, die mit den Kontaktflächen 7 des Trägerelements 6
sowie weiter über die Höcker 5 mit den Kontaktflächen 4 des
Chips 1 verbunden sind.
Zusätzlich kann, wie in Fig. 1 gezeigt, eine Versiegelung 13
über dem Chip 1 vorgesehen sein, die nach erfolgter Montage
des Chips auf dem Trägerelement 6, beispielsweise durch Ver
gießen (sogenanntes "Gobe-Top"), in einfacher Weise aufbring
bar ist. Durch den bereits erwähnten geringen Abstand zwi
schen Chip und Trägerelement kann gewährleistet werden, daß
das Material der Versiegelung 13 beim Umgießen des Chips
nicht in den Strahlengang des Lichts 9 beziehungsweise in die
Öffnung 8 oder auf die optische Sensorfläche 3 gelangt.
Fig. 2 zeigt in einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfin
dung einen Bildsensor-Chip 1, der ähnlich demjenigen aus
Fig. 1 gestaltet ist. Auch das Trägerelement 6 hat im Prinzip
denselben Aufbau. In vorteilhafter Weise ist jedoch dieses
Trägerelement 6 Bestandteil eines Gehäuses 11 einer Kamera
18, die außer dem Chip 1 auch weitere integrierte Schaltungen
oder elektrische Bauteile 15 enthalten kann.
Die Leiterbahnen 14 des Trägerelementes 6 sind bei diesem
Ausführungsbeispiel günstigerweise dreidimensional an der In
nenseite des Gehäuses 11 gestaltet und können daher in der
MID-Technik (Moulded Interconnect Device) vorteilhaft ausge
bildet werden. Ein Herstellungsverfahren für derartige MID-
Leiterbahnen 14 ist das Heißprägeverfahren. Die Leiterbahnen
14 sind durch Anschlußleitungen 17, die Bestandteile eines
Anschlußkabels 16 sind, mit dem äußeren des Kameragehäuses 11
verbunden.
Eine Kamera 18, die nach dem in Fig. 2 dargestellten Prinzip
aufgebaut ist, läßt sich ohne großen Aufwand mit nur wenigen
Komponenten und wenigen Herstellungsschritten in billiger
Weise herstellen.
Es ist auch möglich, den Chip 1 anders als in den Fig. 1
und 2 dargestellt auf dem Trägerelement 6 kopfüber zu montie
ren.
Claims (6)
1. Bildsensor-Chip (1),
- - der auf einer Hauptseite (2) eine optische Sensorfläche (3) und elektrische Kontaktflächen (4) aufweist,
- - der auf seinen Kontaktflächen (4) schmelzfähige Höcker (5) aufweist, so daß er ohne Gehäuse über die Höcker (5) auf ei nem Trägerelement (6) befestigbar ist.
2. Trägerelement (6) für einen Bildsensor-Chip,
- - mit einer Lichtdurchtrittsöffnung (8),
- - das Trägerelement (6) ist in der Weise gestaltet, daß der Chip (1) oberhalb der Öffnung (8) so befestigbar ist, daß durch die Öffnung (8) Licht (9) von der vom Chip (1) abge wandten Seite des Trägerelementes (6) auf eine Sensorfläche (3) des Chips (1) gelangen kann.
3. Trägerelement nach Anspruch 2,
bei dem an der Öffnung (8) optische Mittel (10) vorhanden
sind, um einfallendes Licht (9) vor dem Durchtritt durch die
Öffnung (8) zu beeinflussen.
4. Trägerelement nach einem der Ansprüche 2 oder 3,
das Teil eines Kameragehäuses (11) ist.
5. Trägerelement nach einem der Ansprüche 2 bis 4 mit einem
darauf montierten Bildsensor-Chip,
- - der Chip (1) weist auf einer dem Trägerelement (6) zuge wandten Hauptseite (2) eine optische Sensorfläche (3) und lichtempfindliche Schaltungsbereiche (12) auf,
- - die Öffnung (8) des Trägerelementes (6) ist so bemessen, daß Licht (9) nur auf die Sensorfläche (3), nicht jedoch auf die lichtempfindlichen Schaltungsbereiche (12) fallen kann.
6. Trägerelement nach Anspruch 5,
bei dem der Chip (1) durch eine Versiegelung (13) von seiner
vom Trägerelement (6) abgewandten Seite geschützt ist.
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