TW201735335A - 覆晶式影像感測器封裝 - Google Patents

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陶曄
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Abstract

覆晶式影像感測器封裝包括基板、覆蓋玻璃、導電層和影像感測器。基板具有穿過其的光圈和各自至少部分地圍繞光圈的第一區域和第二區域。光圈具有由第一區域的邊界限定的第一寬度和由第二區域的邊界限定的第二寬度，其中第二寬度超過第一寬度。覆蓋玻璃跨越光圈並位於第一區域的上表面上。導電層與基板相鄰。影像感測器位於覆蓋玻璃的下方並電性連接至導電層。

Description

覆晶式影像感測器封裝
本發明涉及光學技術領域，尤其涉及覆晶式影像感測器封裝。
以互補金屬氧化物半導體(CMOS)技術製造的照相機模組的晶圓級製造技術已助於將照相機模組整合至大量消售的消費者產品中(例如行動裝置和機動車輛)。例如，圖1說明整合至行動裝置190中的照相機模組180。照相機模組180包括一影像感測器封裝(Image Sensor Package,ISP)100於一適用於ISP100的成像透鏡170的下方。
在一個實施例中，本發明揭露一種覆晶式影像感測器封裝(ISP)。覆晶式ISP包括基板、覆蓋玻璃、導電層和影像感測器。基板具有穿過其的光圈和各自至少部分地圍繞光圈的第一區域和第二區域。光圈具有由第一區域的邊界限定的第一寬度和由第二區域的邊界限定的第二寬度，其中第二寬度超過第一寬度。覆蓋玻璃跨越光圈並位於第一區域的上表面上。導電層和基板相鄰。影像感測器位於覆蓋玻璃的下方並電性連接至導電層。
100‧‧‧影像感測器封裝(ISP)
170‧‧‧成像透鏡
180‧‧‧照相機模組
190‧‧‧行動裝置
200‧‧‧封裝板ISP(COB ISP)
202‧‧‧印刷電路板
210、310、410‧‧‧影像感測器
210T、310T、350T、410T、440T、441T、450T‧‧‧上表面
212、312、412‧‧‧像素陣列
252‧‧‧濾光片
270‧‧‧透鏡
270B、440B、450B‧‧‧下表面
272‧‧‧工作距離
300‧‧‧倒裝晶片ISP
302‧‧‧球柵陣列球
320‧‧‧導電襯墊
330、430‧‧‧導電跡線
332、360、432、452、453‧‧‧距離
340‧‧‧基板
350、450‧‧‧覆蓋玻璃
350H‧‧‧厚度
400‧‧‧覆晶式晶片
402‧‧‧球柵陣列球
402H‧‧‧高度
433‧‧‧嵌入式導電跡線
440‧‧‧基板
441‧‧‧內部區域
441H‧‧‧第一厚度
441S、442S‧‧‧表面
442‧‧‧外部區域
442H‧‧‧第二厚度
444‧‧‧光圈
444(1)‧‧‧寬度
444(2)‧‧‧寬度
445‧‧‧凹陷區域
445H‧‧‧凹陷深度
450H‧‧‧覆蓋玻璃厚度
450S‧‧‧側表面
451‧‧‧下塗層
458‧‧‧上塗層
472‧‧‧工作距離
490‧‧‧雜散光線
600、635、700、720、730、800、830‧‧‧透射光譜
圖1說明一行動裝置具有一整合於其中且包含一ISP的照相機模組。
圖2為一剖視圖，說明與相容於圖1之ISP之功能之封裝板ISP(Chip-on-Board ISP,COB ISP)對齊的一透鏡。
圖3為一示例性覆晶式ISP的剖視圖。
圖4為一實施例中示例性覆晶式ISP的剖視圖。
圖5是圖4的覆晶式ISP的俯視圖。
圖6說明一實施例中用於圖4的覆晶式ISP的覆蓋玻璃的光學塗層的第一透射光譜。
圖7說明另一實施例中用於圖4的覆晶式ISP的覆蓋玻璃的光學塗層的第二透射光譜。
圖8說明另一實施例中用於圖4的覆晶式ISP的覆蓋玻璃的光學塗層的第三透射光譜。
圖2為一剖視圖，說明與相容於行動裝置190之照相機模組180內之ISP 100之功能之封裝板ISP(Chip-on-Board ISP,COB ISP)對齊的一透鏡270。應該理解的是，ISP 200還可以被用於任何其他成像應用方面，例如但不限於，電腦照相機，掌上型照相機和汽車的成像系統。透鏡270是成像透鏡170的範例並被適用於與COB ISP 200一起使用。COB ISP 200包括印刷電路板202上的影像感測器210。影像感測器210具有一上表面210T並包括一像素陣列212。可選地，IR截止濾光片252可以在透鏡270和COB ISP 200之間。
透鏡270具有一下表面270B以一工作距離272位於上表面210T之上。在透鏡270下方的區域中，COB ISP 200的上表面與影像感測器210的上表面210T相互對應。因此，無論在IR截止濾光片252存在或不存在的情況下，透鏡270和工作距離272可以被共同地適用以致透鏡270在影像感測器210上形成對焦圖像。在這樣的最適情形中，且在透鏡270和影像感測器210之間沒有任何光學元件(例如濾光片)的情況下，工作距離272具有理論下限值0。在此，工作距離272還可以被稱為COB最佳工作距離272，與在影像感測器210之上的透鏡270的高度對應，以致透鏡270在與上表面210T對應的像平面處形成對焦圖像。
圖3是可相容用作ISP 100的覆晶式ISP 300的剖視圖。覆晶式ISP 300包括影像感測器310、導電襯墊320、導電跡線330、基板340和覆蓋玻璃350。覆蓋玻璃350具有一厚度350H和一上表面350T。影像感測器310包括一像素陣列312且具有一上表面310T。覆蓋玻璃350和上表面310T以一距離332分開。上表面350T和影像感測器310之間的距離360是距離332和厚度350H的總和。覆晶式ISP 300還可以包括多個球柵陣列球302。
為說明之目的，圖3亦表示出COB最佳工作距離272以說明覆晶式ISP 300與透鏡270不相容。特別地，覆蓋玻璃350在影像感測器310之上的成像透鏡270的透鏡高度上造成下限(距離360)。覆蓋玻璃350防止透鏡270被定位在充分靠近表面310T(在優選工作距離272處)的情形，以致透鏡270不能在像素陣列312上形成對焦圖像。
圖4是可相容用於ISP 100功能的示例性覆晶式ISP 400的剖視圖。圖5是覆晶式400的俯視圖。在下面的說明中，最好一起查看圖4和圖5。覆晶式ISP 400包括基板440、覆蓋玻璃450、多個導電跡線430、導電襯墊320和具有像素陣列412的影像感測器410。覆晶式ISP 400還可以包括多個球柵陣列球402。
覆蓋玻璃450具有一上表面450T以一距離452位於影像感測器410的上表面410T之上。距離452小於透鏡270的COB最佳工作距離272，使得覆晶式ISP 400與透鏡270相容。亦即，覆晶片ISP400中沒有任何部分干擾被以等於或超過COB優選工作距離272的距離佈置在上表面410T之上的透鏡270。例如，覆蓋玻璃450(和其上的任何塗層)的折射率導致上表面410T之上的透鏡270的最佳工作距離偏離COB最佳工作距離272，以致其等於工作距離472，以便上表面410T與透鏡270的像平面對應。
基板440具有穿過於其的光圈444、內部區域441、外部區域442、上表面440T和下表面440B。基板440可以由陶瓷材料或本領域中已知的其他適合材料形成。內部區域441至少部分地圍繞光圈444，並具有第一厚度441H和上表面441T。外部區域442至少部分地圍繞內部區域441且具有超過第一厚度441H的第二厚度442H。
內部區域441具有圍繞光圈444且限定其內部寬度444(1)的表面441S。外部區域442具有圍繞光圈444且限定其外部寬度444(2)的表面442S。圖5示出光圈444為方形。在不脫離其範圍的情況下，光圈444可以是不同的形狀。在實施例中，光圈444是圓形的使得寬度444(1)和444(2)分別是光圈444的內直徑和外直徑。如圖5的平面圖中所示，光圈444的形狀可以是多邊形、橢圓形、凸多邊形、凹多邊形、其任何組合，最普遍的若當爾曲線(Jordan Curve)。
覆蓋玻璃450在上表面441T上並跨越光圈444，使得覆蓋玻璃450的至少一部分在凹陷區域445內。覆蓋玻璃450具有下表面450B和上表面450T，並可以包括上塗層458和下塗層451的至少一個。覆蓋玻璃450具有包括其上的任何塗層的厚度的覆蓋玻璃厚度450H。在圖4說明的實施例中，覆蓋玻璃厚度450H等於是第二厚度442H和第一厚度441H之間的差值的凹陷深度445H。在不脫離本發明範圍的情況下，覆蓋玻璃厚度450H可以大於或小於凹 陷深度445H。當凹陷深度445H等於或超過覆蓋玻璃厚度450H時，覆蓋玻璃450整體地在凹陷區域445內。
覆蓋玻璃450包括側表面450S。圖4包含一例示性雜散光線490以相對於上表面450T的非法線角入射到覆蓋玻璃450上。側表面450S反射雜散光線490，且雜散光線490朝著像素陣列412傳播。在沒有內部區域441的上表面441T的情況下，雜散光線490將被像素陣列412探測，這將導致圖像偽影。表面441T與下表面450B重疊距離453使得表面441T能阻擋雜散光線490。距離453是0.5mm且在不脫離本發明範圍的情況下，距離453可以變化。例如，距離453可以取決於覆蓋玻璃450的厚度450H。表面441T可以包括用於至少部分地吸收雜散光線490的吸收層(未示出)，且因此最小化覆蓋玻璃450的表面反射雜散光線490。
導電跡線430附接至下表面440B。影像感測器410包括像素陣列412並透過導電襯墊320電性連接至導電跡線430。在圖5中，像素陣列412和內部區域441的內邊緣被以虛線表示以指出其各自在覆蓋玻璃450下方。相似地，導電跡線430被以虛線表出以指出其各自在基板440的下方。若被包括，多個球柵陣列球402的每個電性連接至各自對應的導電跡線430。
在實施例中，覆晶式ISP 400還包括基板440的表面440B和表面440T之間的一個或多個導電跡線。例如，圖4示出可以電性連接至影像感測器410的嵌入式導電跡線433。在實施例中，覆晶式ISP 400沒有導電跡線430且嵌入式導電跡線433是各自電性連接至影像感測器410的多個嵌入式導電跡線433的一個。
像素陣列412包括N個像素412(1，2,…,N)。每個像素412(i)具有一微透鏡以收集入射到像素上的光。影像感測器410具有與覆蓋玻璃450的下表面450B分隔開非零距離432的上表面410T。由於非零距離432，與上表面410T接觸的覆蓋玻璃(覆晶式ISP 400中不存在的)對微透鏡之設計產生限制。大於0的距離432允許一個或多個像素412(1,2,…,N)的像素微透鏡的較大設計靈活性，例如微透鏡的形狀和高度。例如，像素412(i)可以具有平下表面和凸上表面(靠近覆蓋玻璃450)的顯微透鏡，凸上表面相對於與平下表面正交的軸沒有徑向對稱性。這樣的透鏡可被用於收集在上表面410T上以相對於法線入射(CRA=)的大主光線角(Large Chief-Ray Angle,Large CRA)入射到 影像感測器410上的光。例如，兩個像素412(m)和412(n)可因具有各自微透鏡不同高度之情形而具有不同的高度。
覆蓋玻璃450可以由本領域中已知的覆蓋玻璃材料形成。示例包括硼矽酸鹽玻璃，SCHOTT公司的D 263® M和阻擋近紅外光的藍色濾光片玻璃。
覆晶式ISP 400具有封裝高度400H且球柵陣列球402具有高度402H。在實施例中，封裝高度400H在680微米至800微米之間，距離452在400微米至500微米之間，且高度402H在100微米至160微米之間。例如，距離432在40微米至50微米之間。例如，覆蓋玻璃450(包括其上的任何塗層)的厚度450H在375微米至425微米之間。
覆蓋玻璃450的下塗層451和上塗層458的至少一個可以是抗反射塗層，例如，具有氧化鉭層和二氧化矽層的多層塗層。下塗層451和上塗層458的至少一個可以是紅外光(IR)截止濾光片(例如，與IR截止濾光片252相似)，例如，具有二氧化鈦和二氧化矽層的多層塗層。覆蓋玻璃450還可以具有其上的吸收層(例如，用於阻止近IR光)，例如吸收層位於下塗層451和上塗層458之間。在具體的實施例中，上塗層458是抗反射塗層且下塗層451是紅外光截止濾光片。
圖6-圖8示出下塗層451和上塗層458的示例性透射光譜。圖6是具有分別與0度和35度的光入射角度對應的透射光譜600和635的低偏移IR通濾光片的透射圖。圖7是具有分別與0度、20度和30度的光入射角度對應的透射光譜700、720和730的帶通濾光片的透射圖。圖8是具有分別與0度和30度的光入射角度對應的透射光譜800和830的帶通濾光片的透射圖。
特徵組合
在不脫離本發明範圍的情況下，上述的和以下所請求的特徵可以以各種方式進行組合。以下說明一些可能而非限制性的組合：
(A1)覆晶式ISP包括基板、覆蓋玻璃、導電層和影像感測器。基板具有穿過其的光圈和各自至少部分地圍繞光圈的第一區域和第二區域。光圈具有由第一區域的邊界限定的第一寬度和由第二區域的邊界限定的第二寬度，其中第二寬度超過第一寬度。覆蓋玻璃跨越光圈並位於第一區域的上表面上。導電層與基板相鄰。影像感測器位於覆蓋玻璃的下方並電連接至導電層。
(A2)在如(A1)表示的覆晶式ISP中，覆蓋玻璃的至少一部分可以位於基板中的由第一區域的上表面和第二區域的側表面的交界面形成的凹陷區域內，光圈穿過凹陷區域。
(A3)在如(A1)和(A2)的一個表示的覆晶式ISP中，第二區域可以至少部分地圍繞覆蓋玻璃。
(A4)在如(A1)至(A3)的一個表示的覆晶式ISP中，覆蓋玻璃可以具有不超過第二區域和第一區域之間的厚度差值的厚度。
(A5)在如(A1)至(A4)的一個表示的覆晶式ISP中，第二區域可以比第一區域厚。
(A6)在如(A1)至(A5)的一個表示的覆晶式ISP中，第一區域具有第一下表面，第二區域可以具有與第一下表面共平面的第二下表面。
(A7)在如(A1)至(A6)的一個表示的覆晶式ISP中，基板具有接近影像感測器並在下平面內的下表面，第二區域具有與下表面相對並在上平面內的上表面，覆蓋玻璃的全部可以在下平面和上平面之間。
(A8)在如(A1)至(A7)的一個表示的覆晶式ISP中，覆蓋玻璃和影像感測器可以被空間分隔開至少第一區域的厚度。
(A9)在如(A1)至(A8)的一個表示的覆晶式ISP中，影像感測器可以具有不同高度的多個像素。
(A10)在如(A1)至(A9)的一個表示的覆晶式ISP中，基板具有接近影像感測器並在下平面內的下表面，第二區域具有與下表面相對並在上平面內的上表面，導電跡線可以在下平面和上平面之間。
(A11)在如(A1)至(A10)的一個表示的倒裝晶片ISP中，覆蓋玻璃可以具有(i)在覆蓋玻璃的接近影像感測器的下表面上的下塗層和(ii)在覆蓋玻璃的與影像感測器相對的上表面上的上塗層中的至少一個。
(A12)在如(A1)至(A11)的一個表示的覆晶式倒裝晶片ISP中，下塗層和上塗層的至少一個可以是紅外光截止濾光片。
(A13)在如(A1)至(A12)的一個表示的覆晶式ISP中，下塗層和上塗層的至少一個可以是抗反射塗層。
在不脫離本發明範圍的情況下，可以對上述方法和系統做出改變。因此，應該注意的是，在上述描述中包含的或在附圖中說明的情形，應該 被理解為說明性的且不具有限制性之意義。以下申請專利範圍旨在覆蓋在此描述的所有通用和特定特徵以及本發明之方法和系統之範圍內所有之敘述。因語言之關係，申請專利範圍之所有特徵應被認為落入其間。
320‧‧‧導電襯墊
400‧‧‧覆晶式晶片
402‧‧‧球柵陣列球
402H‧‧‧高度
410‧‧‧影像感測器
410T‧‧‧上表面
412‧‧‧像素陣列
430‧‧‧導電跡線
432‧‧‧距離
433‧‧‧嵌入式導電跡線
440‧‧‧基板
440B‧‧‧下表面
440T‧‧‧上表面
441‧‧‧內部區域
441H‧‧‧第一厚度
441T‧‧‧上表面
441S‧‧‧表面
442‧‧‧外部區域
442H‧‧‧第二厚度
442S‧‧‧表面
444‧‧‧光圈
444(1)‧‧‧寬度
444(2)‧‧‧寬度
445‧‧‧凹陷區域
445H‧‧‧凹陷深度
450‧‧‧覆蓋玻璃
450B‧‧‧下表面
450T‧‧‧上表面
450H‧‧‧覆蓋玻璃厚度
450S‧‧‧側表面
451‧‧‧下塗層
452‧‧‧距離
453‧‧‧距離
458‧‧‧上塗層
472‧‧‧工作距離
490‧‧‧雜散光線

Claims (13)

  1. 一種覆晶式影像感測器封裝，包括：一基板具有：一光圈穿過該基板，以及一第一區域和一第二區域，該第一區域和該第二區域之每一者至少一部分地圍繞該光圈，該光圈具有由該第一區域的一邊界所定義的一第一寬度和由該第二區域的一邊界所定義的一第二寬度，該第二寬度超過該第一寬度；一覆蓋玻璃跨越該光圈並在該第一區域的一上表面上；一導電層與該基板相鄰；以及一影像感測器在該覆蓋玻璃的下方並電性連接至該導電層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該覆蓋玻璃的至少一部分位於該基板中由該第一區域的該上表面和該第二區域的一側表面的一交界面形成的一凹陷區域內，該光圈穿過該凹陷區域。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該第二區域至少一部分地圍繞該覆蓋玻璃。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該覆蓋玻璃具有不超過該第二區域和該第一區域之間的一厚度差值的一厚度。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該第二區域比該第一區域厚。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該第一區域具有一第一下表面，該第二區域具有與該第一下表面共平面的一第二下表面。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該基板具有接近該影像感測器並在一下平面內的一下表面，該第二區域具有與該下表面相對並在一上平面內的一上表面，所述覆蓋玻璃的整體在該下平面和該上平面之間。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該覆蓋玻璃和該影像感測器被以至少該第一區域的一厚度所空間地分隔。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該影像感測器具有不同高度的多個像素。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該基板具有接近該影像感測器並在一下平面內的一下表面，該第二區域具有與該下表面相對並在一上平面內的一上表面，以及一導電跡線在該下平面和該上平面之間。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的覆晶式影像感測器封裝，該覆蓋玻璃具有以下至少一者：(i)在靠近該影像感測器的該覆蓋玻璃的一下表面上的一下塗層，和(ii)在與該影像感測器相對的該覆蓋玻璃的一上表面上的一上塗層。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的覆晶式影像感測器封裝，該下塗層和該上塗層的至少一者是紅外光截止濾光片。
  13. 如申請專利範圍第11項所述的覆晶式影像感測器封裝，該下塗層和該上塗層的至少一者是抗反射塗層。
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