TWI267208B - Image sensor module - Google Patents

Description

1267208 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係與影像感應模組有關，特別是指一種具有高 精密度成像控制之影像感應模組。 >【先前技術】 一般影像感應模組為可適用於手機、PDA等攜帶变電 子產品的照相裝置，主要係以積體電路的影像感測製程技 4行所產生的感應0曰片組合架設透鏡組而製成的模組元件， ‘透鏡組成像t焦於感應晶片並配合感應晶片的電路運作

10則可正確地擷取影像存放於該些電子產品中；其中透鏡組 的成像聚焦效果為決定影像擷取的品質關鍵，若組裝透鏡 組的模組工程無法有效控制其精確度則使擷取影像呈現離 焦(〇Ut-〇f_f〇CUS)狀態而因此降低影像品質。 、雖然可如第一圖所示具有調整透鏡聚焦位置之一影像 15感應模組1，係包括有一鎖設結構1〇、一感應晶片U及一 透鏡組12 ,感應晶片11即設於鎖設結構1〇内，並具有一 影像擷取元件110為影像成像所在，鎖設結構1〇中^設有 一透明基座1(H及螺紋狀的一内壁收，透明基座觀鱼内 壁102所構成的容置空間即用以設置透鏡組12，透鏡級12 2〇之中固設有一成像透鏡120且外圍即為與該内壁1〇2 應吻合的螺環⑵，因此藉由旋轉透鏡組_調整螺 於内壁102的最適位置，則可控制模組工程所產生的光取 偏差，將透鏡120的成像精確聚焦於影像榻取元件ιι〇上二 然而該鎖設結構10於旋轉鎖設的調整過程難免因材料之間 4 1267208 5 15 ❿ 的摩擦使微小粒子㈣，當粒子碎轉落至咖基座101 上則使光學成像路徑中產生有不必要_質而降低影像品 質，且鎖設結構10之内壁102為了留置供透鏡組12可旋 轉調整的縱向空間幅度，在高度上便佔有相當的空間，使 該影像感應模組1之整體空間效益難以符合小型化的 型電子產品。 /另或有如第二圖所示之一種以晶圓製程結構所堆疊之 影像模組2，係有依序堆疊之一矽晶圓21、一一 ，層22、一第一覆蓋晶圓層23、一第一透鏡晶圓組二： 第二間隔晶圓層25、一第二透鏡晶圓組26、一第三間隔晶 圓層27以及-第二覆蓋晶圓層28’各間隔晶圓層22、25阳 27曰為以透明玻璃材料所製成，依照各透鏡晶圓組24、％ 的最適光學位置而以研磨拋光的製程使達到特定之高产， 並侧出有效成像光程的開口，為使光學成像準確聚=於 梦晶圓21上’當各晶圓製程層疊之後即切割為複數個如第 三圖所示之模組元件2〇，為依序對應上述各晶圓製程之一 感應晶片210、-第-間隔件22()、一第—覆蓋層23〇、一 第:透鏡組240、-第二間隔件25()、—第二透鏡組勝 U隔件27G以及-第二覆蓋層跡上述各元件之 ^有將各晶圓製程相互接合之—接合層綱，—般為具 旨材料，當各晶圓相互對準後即以熱烤之程序使 其各接合層2G0固化，因此各透鏡组、細之聚隹= 應晶片210上的成像光程同時由間隔件22〇、⑽之厚声= 及感應晶片2H)至第二魏組細之間的各接合層^之 5 20 1267208 =所控制’實務上不但製作各間隔件2H謂之 m躺厚度錄财賴差，且各接合層 =概材制厚更有大於的誤差，因此往往於多 ^的^程誤差因素下’無法準確控制透鏡組240、260之光 :„焦於感應晶片21〇上，同樣降低了模組元件2〇之 成像品質。 【發明内容】 因此’本發明之主要目的乃在於提供一種高精密度成 ^ #控制之影縣應模組，係以晶圓級透鏡組結構有效控制 模組化元件的大小尺寸，以符合應用於小型化的攜帶型電 子產品。 本發明之另-主要目的乃在於提供一種高精密度成像 控制之影像感應模組，有效降低光學模組工程的製程誤差 15因素，使獲得擷取影像之最佳品質。 為達成前揭目的，本發明所提供之一種高精密度成像 控制之影像感應模組，包括有一影像感測晶片、至少一透 鏡組以及至少一接合層，其中該影像感測晶片上可區分為 一影像擷取區及一分隔區，該影像擷取區上並具有一影像 20擷取元件，用以感測並擷取透鏡組之距焦成像，該分隔區 為環繞分佈於該影像擷取區外；該至少一透鏡組係設於該 〜像感測晶片上’该各透鏡組具有至少一光學透鏡以及一 透明基座，該各光學透鏡對應於該影像擷取區而設於透明 基座上，3亥透明基座具有良好的透光性可供光線穿透；該 1267208 至少 間隔粒子二:么物二】，’該接合層以複數個 狀結構粒子，且單一該 各該接合層之高度，其C 粒:即可控制 晶片與該透鏡組之間。 人ΰ㈢並。又於该影像感測 【實施方式】 10 以下，茲配合若干圖式列舉一 要說明如下： 發明之組成構件及功效作進一步說广::例’用以對本 ________ ^况明，其中所用圖式之簡 15 圖； 圖 .第四圖係本發明所提供第—較佳實施例之結構示 第五圖係本發明所提供第二較佳實施例之結構示 意 意 20 請參閱第四圖所示為本發明所提供第一較佳實施例之 二影像感賴組3’係為經晶圓級模組I程切割後的模組元 =，包括有由下而上依序疊置之—影像感測晶片3〇、一透 :兄組32、-間_ 34、-覆蓋層36以及依序設於上述各 疋件之間的複數個接合層31、33、％，其中： 該影減測晶片3G為以互補式金屬氧化物半導體影像 感測（CMOS Image Sensor，CIS)的製程技術所產生可 7 !267208 區分為一影像擷取區301及一分隔區302,分隔區3〇2為環 繞分佈於影像擷取301區外，影像擷取區3〇1並有一影像 擷取元件300用以感測並擷取影像。 該透鏡組32具有一透明基座320及設置於基座320上 之一透鏡321 ’該透明基座320可供光線穿透不產生光學干

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擾以維持成像品質，該透鏡321之組合成像位置即位於該 影像擷取元件300上。 該間隔層34對應該影像感測晶片3〇之分隔區3〇2而 設置，如同習用之為以玻璃材質依所需特定厚度研磨拋光 而製成。 該覆蓋層36設於該影像感應模組3之最上層，同樣為 可供光線正向穿透之透明基座，並用以保護下方透鏡組Μ 使不受環境污染以確保該影像感應模組3之品質。 該些接合層31、33、35為對應該影像感測晶片％之 分隔區逝而設置，依照透鏡組η與間隔層34製程最終 的實際厚度而提供各接合層3卜33、35所需設置的厚度條 件’其中第-接合層31為用以接合該影像制晶片％及 錢鏡組32之黏著物，由複數個間隔粒子3iq及__膠人物 3U所組成，各間隔粒子310為熱溶態二氧化_”二 =粒二it密度上粒子直徑可維持於右的 誤差控制’籍4 311為具黏著性之液體 子310及膠合物311之混和密度為接近i : 50之 該第二及第三接合層33、35係同於第 成 材料，且各有其狀尺寸及混成密度之__=^ 8 20 1267208 330、350,分別用以接合該透鏡 該間隔層34與該覆蓋層36。 ”以3隔層34以及 因此在該影像感應模組3組 _由該影像感測晶片3G及該透鏡二2所~接合層31為 ;些圓形顆粒結構的間隔粒子 、=置’由於該 積，大部分為液狀二=僅= 31承受有來自相反方向的正向 ▲田接口層 31〇則相互擠壓紐驅向其各之 $該間隔粒子 同一位能平面上，且該膠合物而皆分佈於 =於疋該影像感測晶片30及透鏡組32與各間 310之間成為點接觸的熊樣 "" ⑽該 _二 15 參 20 粒子之厚度’因此—旦較該透_ 格’則可選用最適尺寸之間隔粒子31〇以決 取上之厚Λ而控制成像光程使準確聚焦於該影像榻 、—金 ，同樣違第一及第三接合層33、35亦分別以 =子330、35〇控制該透鏡組&與該間隔層Μ 與該覆蓋層36之間的組合厚度，因此不 =㈣層34以機械研磨方式之最終製程厚度為何，二該 ^層33、35皆可使用準確的間隔粒子330、350尺寸將 $偏差彌補回來；當然本發明並不特别需精確控制各接 =之間隔粒子密度，只要維持同一接合層之間隔粒子彼 此間可順利平衡分佈於同一位能平面上，且又可承受足夠 令應力不至被來自上、下層結構所施加之作用力壓毀，則 9 1267208 可精確掌控接合層之厚度，實驗上間隔粒子之最適摻雜密 度係以1%〜10%之間皆可有等同之功效；另，本發明所提 供之間隔粒子材料可採用如二氧化矽（Si02)、碳化矽（sic) 或聚苯乙烯（Polystyrene)等擇一之材料所製成，目前已有 5之結構種類則如曰本積水化學工業（Sekisui Chemical C〇， LTD·)以微粒技術所開發的微珍珠（Micr〇peari) si—η或玻 璃光纖（Glass-fiber)等材料之各種尺寸規格，當然若使用 的間隔粒子為玻璃光纖之圓柱狀材料，則各間隔粒子係以柱軸 向之圓周長邊與上下層結構相接觸，成為線接觸的態樣。 10 當然若該影像感測晶片3〇及該透鏡組32之間需留置 有更大的空严曰 1，除了可將第一接合層31内之間隔粒子31〇 尺寸增加，亦可取代為如同以二該接合層33、35夾設間隔 層34的結構，同樣可控制該透鏡321之光學成像使準確聚 焦於該影像擷取元件300上；至於由影像感測晶片3〇向上 15疊置的透鏡組層數並不限定為單層，若需為多層的結構則 可同樣為以間隔層設於各透鏡組之間，並皆以接合 疊置接合。 另值得-提的是，上述原本以一層間隔層及兩層接合 層作為透鏡組與上層結構關之作用，可直接以—層之接 口 m:如第五圖所示本發明所提供第二較佳實施例 = 組4,係具有由下而上依序疊置之—晶片模組 、鏡、、且44、一第二透鏡組奶、該覆蓋層％以 及依序設於上述各元件之_ _接合層43、45、47，其中： 該晶片模組40為一影像感測晶片400、-接合層41 20 1267208 及一透明面板42的組裝模組，透明面板42具有良好之透 光性’藉由該接合層41緊密覆蓋該影像感測晶片4〇〇，可 維持該晶片模組40内各元件的品質避免受到污染，影像感 $晶片同樣為CIS的積體電路製程技術，亦區分為一 5影像擷取區401及周圍的一分隔區402,影像擷取區4〇1 上設有-微透鏡陣列4〇3，分隔區4〇2上則設置該接合層 41 ’微透鏡陣列403可精確接收該二透鏡組44、46於影像 掏取區401上的聚焦成像’以增加影像感測晶片彻的收 光效果。 1〇 、各該透鏡組44、46具有該透明基座320及分別設於各 透明基座320上之一第一透鏡441、一第二透鏡461，可使 該影像感應模組4同時具有廣視角及高畫質等極佳光學 像效果。 丨’ 該些接合層4卜43、45、47皆為對應該影像感測晶片 I5 400之分隔區4〇2而設置，依照該些透鏡4〇3、Mi、 的組合光學聚焦位置而提供分別所需設置的厚度條件，並 相同於上述第一較佳實施例之接合層31的材料特性，因此 分別有對應於特定尺寸大小的複數個間隔粒子41〇、43〇、 450、470，至於該些間隔粒子41〇、43〇、45〇、47〇之材料 2〇種類及摻雜密度亦與上述實施例有相同之應用，於此不再 贅述。 故本貫加例所和:供之影像感應模組4,係直接以間隔粒 子410、430、450、470之特定尺寸大小分別控制該晶片模 組40與該第一透鏡組44、該第一透鏡組44與該第二透鏡 11 1267208 組46以及該第二透鏡組46與該覆蓋層36之間距，不但可 免去如習用或上述第一較佳實施例所使用之間隔層34的破 璃材料，並少了於玻璃材料上費時的切割、研磨、蝕刻等 ‘長，尤其對於如此非單層透鏡結構的組合，將有良好厚 5度控制的接合層4卜43、45、47直接用以接合所有的透鏡 組44、46，更可使各透鏡403、44卜461的光學成像效果 更精確的聚焦於該影像感測晶片400上。 唯’以上所述者’僅為本發明之較佳可行實施例而已， 故舉凡應用本發明說明書及申請專利範圍所為之等效結構 10變化，理應包含在本發明之專利範圍内。

12 1267208 【圖式簡單說明】 組』構設結構控、 第二圖係習用以晶圓製程結構所堆 5 第二圖係上述習用以晶圓堆疊之旦二：象杈組， 元件結構示意圖； 如像扠、、且的單一模組 圖 10 圖0 ，·第四圖係本發明所提供第—較佳實施例之結構示意 第五圖係本發明所提供第二較佳實施例之結構示音 15

【主要元件符號說明】 3、4影像感應模組 30、 400影像感測晶片 301、401影像擷取區 31、 33、35、41、43、 310、330、350、410、 311膠合物 320透明基座 34間隔層 40晶片模組 42透明面板 46第二透鏡組 461第二透鏡 3〇〇影像擷取元件 302、402分隔區 45、47接合層 430、450、470間隔粒子 32透鏡組 321透鏡 36覆蓋層 403微透鏡陣列 44第一透鏡組 441第一透鏡 13 20

Claims (1)

1267208 十、申請專利範圍： 1少一種高精密度成像控制之影像感應模組，包括有： 口 一 =像感測晶片，可區分為一影像擷取區及一分隔 區，孩为隔區為環繞分佈於該影像擷取區外； 至少一透鏡組，係設於該影像感測晶片上，該各透鏡 5組具有至少—光學透鏡以及一透明基座，該各光學透鏡: /、有光本t “、、成像效果並對應於該影像操取區而設於透曰^ 基座上’该各透明基座為具有良好之透光性；以及 至少一接合層，係對應該分隔區而設置，該接合層具 有，數個間隔粒子以及一膠合物，各該接合層之各間‘ 10子尚度即為該接合層之高度，該膠合物為具黏著性之液 體，其中之一該接合層並設於該影像感測晶片與該透鏡組 之間。 2·依據申請專利範圍第1項所述高精密度成像控制 之影像感應模組，該透鏡組上設有一間隔層，係對應該分 15隔區而設置，為以特定厚度之玻璃材質所製成。 3·依據申請專利範圍第2項所述高精密度成像控制 之影像感應模組’該間隔層與該透鏡組之透明基座間並以 一層之該接合層相接合。 4·依據申請專利範圍第2項所述高精密度成像控制 20之影像感應模組’該透鏡組與該影像感測晶片之間設有一 该間隔層’該間隔層係以二該接合層分別與該透鏡組及該 衫像感測晶片相接合。 5·依據申請專利範圍第1項所述高精密度成像控制 之影像感應模組，該影像感測晶片上設有一光學微透鏡陣 Ϊ267208 列，並與各該透鏡組之光學透鏡組合聚焦成像於該影像感 測晶片上。 6·依據申請專利範圍第5項所述高精密度成像控制 之影像感應模組，該微透鏡陣列上更設有一具有良好透光 性之透明面板，该透明面板係以二該接合層分別與該透鏡 組及該影像感測晶片相接合。

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20 7 ·依據申請專利範圍第i項所述高精密度成像控制 之景彡像感應模組，係具有複數個該透鏡組依序疊設於該影 像感測晶片上，該各透鏡組間設置有至少一該接合層。 /8 ·依據申料職圍第7項所述高精密度成像控制 之影像感應模組，該各透鏡組之透明基座之間係以一層之 該接合層相接合。 之Γ據申5月專利範圍第1項所述高精密度成像控制 且’各該接合層之間隔粒子及膠合物之混和 今積比係介於1 : 10至1 : 100之間。 控制二:應 :接該:合層相接觸之_-接觸==粒： 制之旦w 1項所述高精密度成像於 制之影像絲额，各朗 丨&m絲傢控 結構，使與該接合層 之' 一 °柱狀之玻璃光纖材料 間隔粒子相接觸。 觸之、、、D構係以線接觸之態樣與該 2·依據中請專利範圍第1項所述高精密度成像控 15 l2672〇8 13依據申凊專利範圍第1項所述高精密度成像控 制之影像感應模組，該影像感測晶片為固態影像感測（s 〇! i d State Image Sensor，SSIS)之積體電路製程技術所形成。