DE202004015932U1 - Cover for an optical sensor, e.g. a color image sensor, is made of glass or plastic and is placed at a distance from the sensor chip surface by means of spacer elements placed between it and the surface - Google Patents

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Abstract

Cover for an optical sensor that comprises a sensor chip with a sensor surface covered by a filter or color layer with the sensor chip mounted on a substrate to which it is electrically connected. The sensor surface is smaller than the sensor chip. The cover (9) for the chip is made from glass or plastic and is arranged at a distance from the sensor surface of the sensor chip. The distance is defined by spacer elements between the sensor surface and the glass or plastic window.

Description

Die Erfindung betrifft eine Abdeckung für optische Sensoren, bestehend aus einem Sensorchip mit einer Sensorfläche, die mit Filter- bzw. Farbschichten abgedeckt ist und wobei der Sensorchip auf einem Substrat montiert und mit diesem elektrisch verbunden ist.The The invention relates to a cover for optical sensors, consisting from a sensor chip with a sensor surface, with filter or ink layers is covered and wherein the sensor chip mounted on a substrate and is electrically connected to this.

Bei optischen Sensoren können sich auf sensitiven Bereichen optisch definierte Schichten, z.B. Farbschichten aus strukturierten organischen Materialien, befinden, die bei Farbsensoren, z.B. Imager, Photodioden, Phototransistoren, überhaupt erst in die Voraussetzung schaffen, dass Farbe oder andere optische Größen detektiert werden können. Werden diese Sensoren mittels COB-Technologie (Chip & Wire oder Flip Chip) montiert, ist es wünschenswert, die empfindlichen Schichten zu schützen, was mit Hilfe von Glasabdeckungen grundsätzlich möglich ist, jedoch ist eine direkte Montage von Glasabdeckungen, Filtern o.ä. unmittelbar auf diesen Schichten aus physikalischen und mechanischen Gesichtspunkten nicht zulässig.at optical sensors can on optically sensitive areas optically defined layers, e.g. layers of paint made of structured organic materials that are used in color sensors, e.g. Imagers, photodiodes, phototransistors, in the first place in the condition create that color or other optical quantities can be detected. Be this Sensors using COB technology (chip & wire or flip chip) mounted is it desirable that to protect sensitive layers, which is basically possible with the help of glass covers, however, is one direct mounting of glass covers, filters or similar directly on these layers not permitted for physical and mechanical reasons.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Abdeckung für optische Sensoren zu schaffen, die einerseits einfach montiert werden kann und andererseits einen zuverlässigen Schutz der Farbschichten auf der Sensorfläche bieten.Of the Invention is therefore based on the object, a cover for optical Creating sensors that can be easily mounted on the one hand and on the other hand a reliable one Provide protection of the color layers on the sensor surface.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer Abdeckung für einen Farbbildsensor der eingangs genannten Art dadurch gelöst, dass die Abdeckung aus Glas- oder Kunststoff besteht, die in einem Abstand mindestens über der Sensorfläche angeordnet ist und wobei der Abstand durch Abstandselemente zwischen der Sensorfläche und der Glas- oder Kunststoffscheibe definiert ist.The The object underlying the invention is in a cover for one Color sensor of the type mentioned solved by that the cover is made of glass or plastic, which is at a distance at least over the sensor surface arranged is and wherein the distance by spacers between the sensor surface and the glass or plastic disc is defined.

Eine solche Abdeckung lässt sich besonders einfach realisieren, wobei als einzige Voraussetzung berücksichtigt werden muss, dass auf der Oberfläche des Sensorchips um die Sensorfläche herum genügend Freiraum zur Montage der Abdeckung vorhanden ist. Die die Sensorzeile abdeckende Farbschicht muss also kleiner sein, als die Chipfläche.A leaves such cover be particularly easy to implement, taking into account as the only requirement must be that on the surface of the Sensor chips around the sensor surface enough Free space for mounting the cover is present. The sensor line covering color layer must therefore be smaller than the chip area.

Eine besonders günstige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Abdeckung als Kappe ausgebildet ist, die auf des Sensorchip aufgeklebt ist, wobei die Kappe die Sensorfläche auf dem Sensorchip vollständig umschließen kann.A especially cheap Embodiment of the invention provides that the cover is formed as a cap which is glued to the sensor chip, the cap is the sensor surface completely on the sensor chip enclose can.

Besteht die Abdeckung in einer besonderen Variante der Erfindung aus einem Glas- oder Kunststofffenster, so sind zusätzliche Abstandselemente vorgesehen, die einen Rahmen bilden. Der Rahmen umgibt dabei die Sensorfläche und ist sowohl mit der Glasscheibe oder dem Kunststofffenster als auch mit dem Sensorchip unlösbar verklebt.Consists the cover in a particular variant of the invention from a Glass or plastic windows, so additional spacers are provided, which form a frame. The frame surrounds the sensor surface and is with both the glass or the plastic window as well insoluble with the sensor chip bonded.

In einer Fortführung der Erfindung bestehen die Abstandselemente aus einem vorgefertigten Rahmen z.B. aus Glas, Polymerwerkstoffen oder Metallen.In a continuation the invention consist of the spacer elements of a prefabricated frame e.g. made of glass, polymer materials or metals.

In einer weiteren praktischen Ausgestaltung der Erfindung wird der Polymerwerkstoff bzw. der Klebstoff durch Drucken oder Dispensen auf den Sensorchip, die Sensorfläche umrandend, aufgebracht.In Another practical embodiment of the invention is the Polymer material or the adhesive by printing or dispensing on the sensor chip, the sensor surface bordering, applied.

Schließlich kann vorgesehen sein, dass die Abmessungen der Glass-oder des Kunststofffensters den Abmessungen des Sensorchips entsprechen.Finally, can be provided that the dimensions of the glass or the plastic window the Dimensions of the sensor chip correspond.

Weiterhin kann der Zwischenraum einerseits zwischen der Abdeckung und der Sensorfläche mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt werden, oder andererseits evakuiert werden, so dass ein besonderer atmosphärischer Schutz für die Farbschicht erreicht werden kann.Farther the space between the cover and the sensor surface be filled with air or another gas, or otherwise be evacuated, giving a special atmospheric protection for the paint layer can be achieved.

Auch kann die Abdeckung mit einer Beschichtung versehen sein.Also the cover may be provided with a coating.

Eine besondere Weiterführung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sensorchips im Waferverbund nebeneinander angeordnet sind und dass die Abdeckungen zumindest eine Gruppe von Sensorchips gleichzeitig in einem Montageprozess abdecken. Die nachfolgende Vereinzelung in Farbbildsensoren kann dann mit üblichen Trennverfahren, wie Trennsägen, erfolgen. Der Vorteil ist hier in der besonders kostengünstigen, weil parallelen Fertigung zu sehen.A special continuation The invention is characterized in that a plurality of sensor chips in the wafer assembly are arranged side by side and that the covers at least one group of sensor chips simultaneously in an assembly process cover. The subsequent separation in color image sensors can then with usual Separation processes, such as cutting saws, respectively. The advantage here is in the particularly cost-effective, because to see parallel manufacturing.

Die Abdeckung auf dem Waferverbund kann bevorzugt ein strukturierter Glaswafer oder auch ein Linsenarray sein. Das Linsenarray kann dabei als ein gespritztes Linsenarray ausgeführt sein, was besonders kostengünstig hergestellt werden kann.The Cover on the wafer composite may preferably be a structured Glass wafer or a lens array. The lens array can do this be designed as a sprayed lens array, which produced particularly inexpensive can be.

Die Erfindung soll nachfolgend an Ausführungsbeispielen näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:The Invention will be explained in more detail below by exemplary embodiments. In the associated Drawings show:

1: eine schematische Teilschnitt-Darstellung einer optischen Abdeckung für eine Sensorzeile eines auf einem Substrat in COB-Technologie montierten Sensorchips; 1 a schematic partial sectional view of an optical cover for a sensor line of a mounted on a substrate in COB technology sensor chip;

2: eine schematische Schnittdarstellung einer optischen Abdeckung für eine Sensorzeile aus einer Glasplatte auf einem Klebstoff-Abstandsring; und 2 : a schematic sectional view of an optical cover for a sensor row of a glass plate on an adhesive spacer ring; and

3: eine schematische Schnittdarstellung einer optischen Abdeckung für eine Sensorzeile eines Sensor chips aus einer Glasplatte, wobei der Sensorchip in Flip-Chip-Technologie auf einem Substrat montiert ist, das über dem optischen Bereich geöffnet ist. 3 : A schematic sectional view of an optical cover for a sensor line ei nes sensor chips from a glass plate, wherein the sensor chip is mounted in flip-chip technology on a substrate which is open above the optical range.

Entsprechend 1 besteht der Farbbildsensor 1 aus einem Sensorchip 2 mit einer Sensorfläche 3, die mit einer Filter- bzw. Farbschicht 4 abgedeckt. Der Sensorchip 2 ist in COB-Technologie auf einem Substrat 5 montiert und mit diesem über Drahtbrücken 6, die zwischen Bondpads 7 auf dem Sensorchip 2 und Kontaktinseln 8 auf dem Substrat 5 gezogen sind, elektrisch verbunden ist. Das Substrat 5 ist in 1 nur angedeutet.Corresponding 1 consists of the color image sensor 1 from a sensor chip 2 with a sensor surface 3 that with a filter or paint layer 4 covered. The sensor chip 2 is in COB technology on a substrate 5 mounted and with this via wire bridges 6 between bond pads 7 on the sensor chip 2 and contact islands 8th on the substrate 5 are pulled, electrically connected. The substrate 5 is in 1 only hinted.

Weiterhin ist in 1 eine auf dem Sensorchip 2 montierte Abdeckung 9 in Form einer Kappe 10 (Teilschnittdarstellung) dargestellt, welche die Sensorfläche 3 umgibt und mit dem Sensorchip 2 durch Kleben fest verbunden ist. Die Kappe 10 kann einstückig als Glas- oder Kunststoffkappe ausgebildet sein, oder aus mehreren Teilen, z.B. einer Glasplatte mit angefügten Abstandselementen 11 in Form von vorgefertigten Metall-, Keramik-, Glas- oder auch Kunststofffenster bestehen. Zusätzlich kann auf der Kappe 10 ein Filter (Farbfilter, W-Filter, IR-Filter oder auch eine Schlitzblende angeordnet werden.Furthermore, in 1 one on the sensor chip 2 mounted cover 9 in the form of a cap 10 (Partial sectional view) showing the sensor surface 3 surrounds and with the sensor chip 2 is firmly connected by gluing. The cap 10 may be integrally formed as a glass or plastic cap, or of several parts, such as a glass plate with attached spacers 11 exist in the form of prefabricated metal, ceramic, glass or plastic windows. In addition, on the cap 10 a filter (color filter, W filter, IR filter or even a slit diaphragm can be arranged.

Die Abmessungen der Glasscheiben oder der Kunststofffenster der Abdeckung 9 können den Abmessungen des Sensorchips 2 entsprechen.The dimensions of the glass panes or the plastic windows of the cover 9 can change the dimensions of the sensor chip 2 correspond.

Die den Rahmen bildenden Abstandselemente 11 sind so angeordnet, dass sie die Sensorfläche 3 umgeben und sind sowohl mit einer Glas- oder Kunststofffenster 12 als auch mit dem Sensorchip 2 unlösbar verklebt.The frame forming spacers 11 are arranged so that they cover the sensor area 3 surrounded and are both with a glass or plastic windows 12 as well as with the sensor chip 2 permanently bonded.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer optischen Abdeckung für eine Sensorzeile 3 auf einem Sensorchip 2, die aus einer Glasplatte 12 auf Abstandselementen 11 angeordnet ist, die aus einem Klebstoff-Abstandsring oder einem Polymerwerkstoff, bzw. einem anderen geeigneten Kunststoffmaterial, wie einem Glob-Top, oder einem Klebstoff bestehen, der ein UV-härtbarer Klebstoff sein kann. Der Sensorchip 2 ist hier ebenfalls in COB-Technologie auf einem Substrat 5 montiert und über Drahtbrücken 6 mit dem Substrat 5 elektrisch verbunden. Zum mechanischen Schutz der Drahtbrücken 6 sind diese mit einer Vergussmasse 13, z.B. einem Epoxydharz , umhüllt . 2 shows a schematic sectional view of an optical cover for a sensor line 3 on a sensor chip 2 made of a glass plate 12 on spacers 11 consisting of an adhesive spacer ring or a polymer material, or other suitable plastic material, such as a glob top, or an adhesive, which may be a UV-curable adhesive. The sensor chip 2 here is also in COB technology on a substrate 5 mounted and over wire bridges 6 with the substrate 5 electrically connected. For mechanical protection of the wire bridges 6 These are with a potting compound 13 , Eg an epoxy resin, wrapped.

Der als Abstandselement 11 verwendete Klebstoff kann durch Drucken oder. Dispensen auf den Sensorchip 2, die Sensorfläche 3 umrandend, aufgebracht werden.The as spacer 11 used adhesive can be printed or. Dispensing to the sensor chip 2 , the sensor surface 3 bordering, be applied.

Der Zwischenraum zwischen der Abdeckung 9 und der Sensorfläche 3 kann mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt, oder auch evakuiert werden, um für die Farbschicht 4 günstige atmosphärische Bedingungen zu schaffen.The space between the cover 9 and the sensor surface 3 can be filled with air or another gas, or even evacuated to the paint layer 4 create favorable atmospheric conditions.

Aus 3 ist schließlich eine schematische Schnittdarstellung einer optischen Abdeckung für eine Sensorzeile 3 eines Sensorchips 2 ersichtlich, bei der die Abdeckung 12 aus einer Glasplatte besteht, die analog der Ausführung nach 2 montiert ist. Der Unterschied ist hier, dass der Sensorchip 2 in Flip-Chip-Technologie auf einem Substrat 5 montiert ist, das über dem optischen Bereich des Sensorchips 2 geöffnet ist. Die elektrische Kontaktierung erfolgt hier mittels Balls (Lotkugeln) 14, Kleben oder Schweißen Die Kontaktierung mittels Schweißen, z.B. Ultraschallschweißen, ist als Technologievariante für optische Sensoren besonders geeignet, da hier keine zusätzlichen, störenden Hilfsstoffe benötigt werden.Out 3 finally, is a schematic sectional view of an optical cover for a sensor line 3 a sensor chip 2 seen in the cover 12 consists of a glass plate, analogous to the execution according to 2 is mounted. The difference here is that the sensor chip 2 in flip-chip technology on a substrate 5 mounted above the optical area of the sensor chip 2 is open. The electrical contacting takes place here by means of balls (solder balls) 14 Bonding or welding Contacting by means of welding, eg ultrasonic welding, is particularly suitable as a technology variant for optical sensors, since no additional interfering auxiliaries are required here.

Die aus den 1 bis 3 hervor gehenden Varianten können sowohl einzeln auf Substraten montiert werden, als auch derart, dass eine Vielzahl von Sensorchips 2 nebeneinander angeordnet werden und mehrere Abdeckungen 9 zumindest eine Gruppe von Sensorchips 2 gleichzeitig in einem Montagepro zess abgedeckt werden. Diese Variante ist für Zeilensensoren gut geeignet.The from the 1 to 3 Outgoing variants can both be mounted individually on substrates, as well as such that a plurality of sensor chips 2 be arranged side by side and several covers 9 at least one group of sensor chips 2 be covered simultaneously in an assembly process. This variant is well suited for line sensors.

Die Abdeckung 9 kann ein strukturierter Wafer aus Glas oder Polymer sein, oder auch ein Linsenarray sein, welches in Spritzpresstechnik hergestellt ist.The cover 9 may be a structured wafer made of glass or polymer, or may be a lens array, which is produced in injection-compression molding.

Ein besonders effektive Montagetechnologie wird erreicht, wenn auf dem Waferverbund mit in COB-Technologie montierten Sensorchips 2 zunächst in Siebdrucktechnologie einen Bi-Stage Kleber zunächst aufzudrucken oder zu dispensen, so dass die vorgesehenen Abstandselemente auf sämtlichen Sensorchips 2 gleichzeitig aufgebracht werden. Anschließend werden sämtliche Glas- oder Kunststoffscheiben 12 einzeln oder im Verbund auf den vorgefertigten Abstandselementen montiert und der Verbund danach durch Tempern verklebt und ausgehärtet, wobei gleichzeitig ein Druckausgleich zwischen dem Zwischenraum zwischen den Glas- oder Kunststoffscheiben 12 und dem Sensorchip 2 und den Umgebungsatmosphäre erfolgt.A particularly effective mounting technology is achieved when on the wafer assembly with sensor chips mounted in COB technology 2 initially in screen printing technology to print or dispense a Bi-Stage adhesive first, so that the provided spacers on all sensor chips 2 be applied simultaneously. Subsequently, all glass or plastic discs 12 mounted individually or in combination on the prefabricated spacer elements and the composite is then glued and tempered by tempering, at the same time a pressure equalization between the space between the glass or plastic discs 12 and the sensor chip 2 and the ambient atmosphere.

Die Vereinzelung der im Waferverbund gefertigten Farbbildsensoren kann anschließend mittels in der Chipfertigung üblicher Sägetechnologie erfolgen.The Singling the color composite sensors manufactured in the wafer composite can subsequently by means of customary in chip production sawing technology respectively.

11
FarbbildsensorColor sensor
22
Sensorchipsensor chip
33
Sensorfläche/SensorzeileSensor surface / sensor line
44
Filter/organische FarbschichtFilter / organic coat of paint
55
Substratsubstratum
66
Drahtbrückejumper
77
Bondpadbonding pad
88th
KontaktinselContact island
99
Abdeckungcover
1010
Kappecap
1111
Abstandselementspacer
1212
Glas- oder KunststofffensterGlass- or plastic windows
1313
Vergussmassepotting compound
1414
SolderballSolderball

Claims (16)

Abdeckung für optische Sensoren, bestehend aus einem Sensorchip mit einer Sensorfläche, die mit Filter- bzw. Farbschichten abgedeckt ist und bei dem der Sensorchip auf einem Substrat montiert und mit diesem elektrisch verbunden ist und wobei die Sensorfläche kleiner ist, als die Fläche des Sensorchips, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (9) aus Glas- oder Kunststoff besteht, die in einem Abstand mindestens über der Sensorfläche (3) des Sensorchips (2) angeordnet ist und wobei der Abstand durch Abstandselemente zwischen der Sensorfläche (3) und der Glas- oder Kunststofffenster definiert ist.Cover for optical sensors, consisting of a sensor chip with a sensor surface which is covered with filter or ink layers and in which the sensor chip is mounted on a substrate and electrically connected thereto and wherein the sensor surface is smaller than the surface of the sensor chip, characterized in that the cover ( 9 ) made of glass or plastic which is at a distance at least above the sensor surface ( 3 ) of the sensor chip ( 2 ) is arranged and wherein the distance by spacers between the sensor surface ( 3 ) and the glass or plastic window is defined. Abdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (9) als Kappe (10) ausgebildet ist, die auf den Sensorchip (2) aufgeklebt ist.Cover according to claim 1, characterized in that the cover ( 9 ) as cap ( 10 ) formed on the sensor chip ( 2 ) is glued. Abdeckung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kappe (10) die Sensorfläche (3) auf dem Sensorchip (2) umschließt.Cover according to claim 2, characterized in that the cap ( 10 ) the sensor surface ( 3 ) on the sensor chip ( 2 ) encloses. Abdeckung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (11) einen Rahmen bilden, der die Sensorfläche (3) umgibt und der sowohl mit einer Glas- oder Kunststofffenster (12) als auch mit dem Sensorchip (2) unlösbar verklebt ist.Cover according to claim 1, characterized in that the spacer elements ( 11 ) form a frame that surrounds the sensor surface ( 3 ) and with both a glass or plastic window ( 12 ) as well as with the sensor chip ( 2 ) is permanently bonded. Abdeckung nach Anspruch 1 und 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (11) bzw. der Rahmen aus einem Polymerwerkstoff, wie beispielsweise einem Glob-Top-Material, oder einem Klebstoff bestehen.Cover according to claim 1 and 4, characterized in that the spacer elements ( 11 ) or the frame made of a polymer material, such as a glob-top material, or an adhesive. Abdeckung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandselemente (11) aus einem Rahmen aus Glas Polymerwerkstoffen, Verbundwerkstoffen oder Metallen bestehen.Cover according to claim 1 or 4, characterized in that the spacer elements ( 11 ) consist of a frame of glass polymer materials, composites or metals. Abdeckung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff ein W-härtbarer Klebstoff ist.Cover according to claim 5, characterized in that that the adhesive is a W-curable adhesive is. Abdeckung nach Anspruch 5, 6 und 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Polymerwerkstoff bzw. der Klebstoff durch Drucken oder Dispensen auf den Sensorchip (2), die Sensorfläche (3) umrandend, aufgebracht ist.Cover according to claim 5, 6 and 7, characterized in that the polymer material or the adhesive by printing or dispensing on the sensor chip ( 2 ), the sensor surface ( 3 ) bordering, is applied. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Abmessungen der Glas- oder Kunststofffenster den Abmessungen des Sensorchips (2) entsprechen.Cover according to one of claims 1 to 8, characterized in that the dimensions of the glass or plastic windows the dimensions of the sensor chip ( 2 ) correspond. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet , dass der Zwischenraum zwischen der Abdeckung (9, 12) und dem Sensorchip (2) mit Luft oder einem anderen Gas gefüllt ist.Cover according to one of claims 1 to 9, characterized in that the space between the cover ( 9 . 12 ) and the sensor chip ( 2 ) is filled with air or another gas. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Zwischenraum zwischen der Abdeckung (9, 12) und dem Sensorchip (2) evakuiert ist.Cover according to one of claims 1 to 9, characterized in that the space between the cover ( 9 . 12 ) and the sensor chip ( 2 ) is evacuated. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (9) mit einer Beschichtung versehen ist.Cover according to one of claims 1 to 11, characterized in that the cover ( 9 ) is provided with a coating. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 12,dadurch gekennzeichnet, dass eine Vielzahl von Sensorchips (2) im Waferverbund nebeneinander angeordnet sind und dass die Abdeckungen (9, 12) zumindest eine Gruppe von Sensorchips (2) gleichzeitig in einem Montageprozess abdecken.Cover according to one of claims 1 to 12, characterized in that a plurality of sensor chips ( 2 ) are arranged side by side in the wafer composite and that the covers ( 9 . 12 ) at least one group of sensor chips ( 2 ) at the same time in an assembly process. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (9, 12) ein strukturierter Glaswafer ist.Cover according to one of claims 1 to 13, characterized in that the cover ( 9 . 12 ) is a structured glass wafer. Abdeckung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abdeckung (9, 12) auf dem Waferverbund ein Linsenarray ist.Cover according to one of claims 1 to 13, characterized in that the cover ( 9 . 12 ) on the wafer composite is a lens array. Abdeckung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Linsenarray ein gespritztes Linsenarray ist.Cover according to claim 15, characterized in that the lens array is a sprayed lens array.
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