TWI411295B - 影像感測元件之電子裝置、晶圓級透鏡組 - Google Patents

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Description

影像感測元件之電子裝置、晶圓級透鏡組
本發明係有關於一種影像感測技術，特別是有關於一種具有電磁干擾遮罩之影像感測元件。
電荷耦合元件(Charge-coupled Device，CCD)和互補式金氧半導體(CMOS)影像感測器係廣泛的使用於數位影像。由於元件搭載影像感測器，例如數位相機、數位錄影機和具有影像擷取功能的可攜式行動電話的應用激增，影像感測技術對消費者係越來越重要。
當數位相機模組使用於可攜式電子元件時，常常會發生電磁干擾(electromagnetic interference，以下可簡稱EMI)的問題，而電磁干擾會影響數位相機模組的影像品質。因此，業界需要新的影像感測器結構以減少電磁干擾(EMI)。
根據上述問題，本發明提供一種影像感測元件之電子裝置，包括一影像感測單元、一底腳結構之透鏡組和一不透光導電層。底腳結構包圍一腔室，以容納影像感測單元，不透光導電層位於至少部份透鏡組頂部、側壁和底部，其中不透光導電層係電性連接一接地層，以減少影像感測單元之電磁干擾(EMI)。
本發明提供一種晶圓級透鏡組，包括至少一基板，至少一光學表面(球面或非球面)和一孔徑光圈、一位於基板 上之第一間隙壁、一位於基板下之第二間隙壁、及一不透光導電層，覆蓋第一間隙壁之頂部、第一間隙壁之側壁、基板之側壁、第二間隙壁之側壁及第二間隙壁之底部，其中第二間隙壁包圍一腔室，以容納一影像感測單元，且不透光導電層係減少影像感測單元之電磁干擾(EMI)。
為讓本發明之上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：
第1圖顯示一影像感測器，請注意，此影像感測器並非用以判斷本發明專利性的習知技術，此影像感測元件封裝僅用以顯示發明人所發現的問題。如第1圖所示，一電子裝置包括一影像感測晶片尺寸封裝(chip scale package，以下可簡稱CSP)模組和一透鏡組152，依序固定於一印刷電路板(PCB)182。影像感測晶片尺寸封裝(CSP)模組包括一例如電荷耦合元件(CCD)和互補式金氧半導體(CMOS)之元件晶片104，位於一下基板100和一上基板102間，下基板100和上基板102可以是玻璃、石英或其它透明材料。元件晶片104係經由一環氧層112接合一下基板100，且經由一間隙壁(或間隔物)106接合一上基板102，於其間形成一腔室108。一微透鏡陣列(未繪示)位於元件晶片104上，且位於腔室108中。一導電層101沿著下基板100之側壁和底部設置，一般來說，沿著下基板100之側壁和底部設置之導電層101係圖形化，形成CSP模組之接地墊和 訊號墊，為了使圖式簡潔，於圖式中僅繪示CSP模組之兩個接地墊101a和一個訊號墊101b。位於下基板100側壁上方之導電層101係側向接觸元件晶片104之接地墊103，以電性連接至CSP模組之接地墊101a和元件晶片104之接地墊103。一保護層110覆蓋導電層101，其中位於下基板100底部之保護層110係圖案化，暴露出焊墊101a和101b。銲錫球111、113係分別位於對應的焊墊101a和101b上。
一包括多個透鏡(未繪示)之透鏡組152係固定於CSP模組上，以形成小型照相機模組(compact camera module，CCM)，小型照相機模組係藉由銲錫球111、113固定於印刷電路板182上。銲錫球111係經由印刷電路板182之接地墊186和其下之盲孔188，電性連接印刷電路板內之一接地層184，此外，銲錫球113係經由焊墊189電性連接印刷電路板128上之電路(未繪示)。為了減少電磁干擾(EMI)，一不透光導電層192覆蓋小型照相機模組(CCM)且係經由導電層101、印刷電路板182之接地墊186和其下之盲孔188電性連接接地層184。然而，此電子裝置由於其結構和製法，僅能用於晶片尺寸封裝(CSP)模組，業界需要可用於其它封裝結構，例如晶片直接安裝於基板(COB)或陶瓷引線晶片載具(ceramic leadless chip carrier，CLCC)，以提供影像感測元件更彈性的應用。
第2A圖顯示本發明一實施例影像感測元件之電子裝置，請參照第2A圖，提供一透鏡組212，本實施例之透鏡組212是晶圓級光學技術所製造之晶圓級透鏡，其包括一 第一基板202，具有一第一光學面214和相對之第二光學面216，和一第二基板204，具有第三光學面218和一相對之第四光學面220。請注意，本發明不限定於第2A圖所示包括4個表面和兩個基板之透鏡組，本發明可適用於包括至少一表面之晶圓級透鏡組。舉例來說，透鏡組可以是包括孔徑光圈之單邊透鏡或雙邊透鏡。如第2A圖所示，一第一間隙壁206位於第一基板202上，一第二間隙壁208位於第一基板202和第二基板204間，且一第三間隙壁210位於第二基板204下。值得注意的是，第三間隙壁210係用作包圍出一腔室211的腳(或可稱為底腳結構)，以容納影像感測元件封裝238之電子裝置，且如圖所示，影像感測元件封裝238位於底腳結構(第三間隙壁210)包圍之腔室211中。影像感測元件封裝238之電子裝置可包括一基板234，一光電單元陣列230、一微透鏡陣列228、一覆蓋基板232、一用以支撐覆蓋基板232之間隙壁233和複數個位於基板234下之銲錫球236。為了減少散射光照射到影像感測元件，一例如黑色光阻之黑色塗佈層222形成於透鏡組212之頂部、側壁和底部，另外，為了減少對於影像感測元件之電磁干擾，一不透光導電層224係形成於透鏡組212之頂部、側壁和底部且位於黑色塗佈層222上方。特別是，不透光導電層224覆蓋第一間隙壁206之頂部、第一間隙壁206之側壁、第一基板202之側壁、第二間隙壁208之側壁、第二基板204之側壁、第三間隙壁210之側壁，及第三間隙壁210之底部。在一實施例中，黑色塗佈層222位於不透光導電層224和基板202、204、第一間 隙壁206和第二間隙壁208間。在本實施例中，不透光導電層224可以是鋁、銅、鎳、銀或是不鏽鋼，其係連接至印刷電路板240之墊242，且經由印刷電路板240中之焊墊242和盲孔244電性連接一接地層246，以提供接地遮罩。此外，影像感測元件封裝之銲錫球236係電性連接印刷電路板之焊墊242。為了使光線能通過透鏡組，一例如銦錫氧化物(ITO)之透明導電層226係形成於部份透鏡組212之頂部，且由於不透光導電層224連接至接地層246，本實施例之影像感測元件可避免受到電磁干擾(EMI)。
另外，本發明之黑色塗佈層不限定位於不透光導電層和透鏡組間，如第2B圖所示(顯示本發明另一實施例之影像感測元件之電子裝置)，黑色塗佈層223亦可以形成於不透光導電層224之外部表面。
第3圖顯示本發明又另一實施例之影像感測元件之電子裝置，不同於第2圖所示之實施例，本實施例之影像感測元件係封裝為一直接安裝於基板(COB)之結構。請參照第3圖，提供一透鏡組312，本實施例之透鏡組是晶圓級光學技術所製造之晶圓級透鏡，其包括一具有一第一光學面314和相對之第二光學面316的第一基板302，和一具有第三光學面318和一相對之第四光學面320的第二基板304。值得注意的是，本發明不限定於第3圖所示包括4個表面和兩個基板之透鏡組，本發明可適用於包括至少一表面之晶圓級透鏡組。舉例來說，透鏡組可以是包括孔徑光圈之單邊透鏡或雙邊透鏡。如第3圖所示，一第一間隙壁306位於第一基板302上，一第二間隙壁308位於第一基 板302和第二基板304間，且一第三間隙壁310位於第二基板304下。值得注意的是，第三間隙壁310係用作包圍出一腔室315的腳，以容納影像感測元件封裝之電子裝置。影像感測晶片330係貼合一印刷電路板338以形成一直接安裝於基板(COB)結構。一導線328係連接一影像感測晶片上之焊墊(未繪示)和印刷電路板338之焊墊，以提供兩者之電性連接。為了減少散射光照射到影像感測元件，一例如黑色光阻之黑色塗佈層324形成於透鏡組312之頂部、側壁和底部，另外，為了減少對於影像感測元件之電磁干擾，一不透光導電層322係形成於透鏡組312之頂部、側壁和底部。在本實施例中，不透光導電層322可以是鋁、銅、鎳、銀或是不鏽鋼，其係連接至印刷電路板338之焊墊332，且經由印刷電路板中之焊墊332和盲孔334電性連接一接地層336，以提供接地遮罩。為了使光線能通過透鏡組，一例如銦錫氧化物(ITO)之透明導電層326係形成於部份透鏡組312之頂部，且由於不透光導電層322連接至接地層336，本實施例之影像感測元件可避免受到電磁干擾(EMI)。
第4圖顯示本發明另一實施例影像感測元件之電子裝置，不同於第2圖和第3圖所示之實施例，本實施例之影像感測元件係將一導電腳(feet)貼合透鏡組。請參照第4圖，提供一透鏡組401，本實施例之透鏡組401是晶圓級光學技術所製造之晶圓級透鏡，其包括一具有一第一光學面418和一相對之第二光學面420的第一基板402，和一具有一第三光學面422和一相對之第四光學面424的第二 基板404。請注意，本發明不限定於第4圖所示包括4個表面和兩個基板之透鏡組，本發明可適用於包括至少一表面之晶圓級透鏡組。舉例來說，透鏡組可以是包括孔徑光圈之單邊透鏡或雙邊透鏡。如第4圖所示，一第一間隙壁406位於第一基板402上，一第二間隙壁408位於第一基板402和第二基板404間，且一第三間隙壁410位於第二基板下。在本實施例之一重要特徵中，一導電腳444係接合透鏡組之第三間隙壁410，包圍出一腔室，以容納影像感測元件封裝448之電子裝置。導電腳係444由與透鏡組401相符熱膨脹係數(CTE)的金屬所構成。影像感測元件封裝448之電子裝置可包括一基板428，一光電單元陣列432、一微透鏡陣列430、一覆蓋基板426、一用以支撐覆蓋基板426之間隙壁429和複數個位於基板428下之銲錫球434。為了減少散射光照射到影像感測元件，一例如黑色光阻之黑色塗佈層414形成於透鏡組401之頂部和側壁，另外，為了減少對於影像感測元件之電磁干擾，一不透光導電層412係形成於透鏡組401之頂部和側壁和且位於導電腳444之底部。在本實施例中，不透光導電層412可以是鋁、銅、鎳、銀或是不鏽鋼，其係連接至印刷電路板442之焊墊，且經由印刷電路板中之焊墊436和盲孔438電性連接一接地層440，以提供接地遮罩。此外，影像感測元件封裝之銲錫球434係電性連接印刷電路板之焊墊436。為了使光線能通過透鏡組，一例如銦錫氧化物(ITO)之透明導電層係416形成於部份透鏡組之頂部，且由於不透光導電層412連接至接地層，本實施例之影像感測元件 可避免受到電磁干擾(EMI)。另外，包圍腔室446以容納CSP之腳444具有導電性，不透光導電層412可更確實的連接至焊墊436，提供接地遮罩，以減少電磁干擾(EMI)。
第5圖顯示本發明又另一實施例之影像感測元件之電子裝置，不同於上述之實施例，本實施例之影像感測元件封裝為一直接安裝於基板(COB)之結構，且將一導電腳(feet)貼合透鏡組。請參照第5圖，提供一透鏡組501，本實施例之透鏡組是晶圓級光學技術所製造之晶圓級透鏡，其包括一具有一第一光學面518和相對之第二光學面520的第一基板502，和一具有一第三光學面522和一相對之第四學面524的第二基板504。值得注意的是，本發明不限定於第5圖所示包括4個表面和兩個基板之透鏡組，本發明可適用於包括至少一表面之晶圓級透鏡組。舉例來說，透鏡組可以是包括孔徑光圈之單邊透鏡或雙邊透鏡。如第5圖所示，一第一間隙壁506位於第一基板502上，一第二間隙壁508位於第一基板502和第二基板504間，且一第三間隙壁510位於第二基板504下。在本實施例之一重要特徵中，一導電腳526係接合透鏡組之第三間隙壁510，包圍出一腔室503，以容納影像感測元件封裝之電子裝置。導電腳526係由與透鏡組相符熱膨脹係數(CTE)的金屬所構成。影像感測晶片528係貼合一印刷電路板538以形成一直接安裝於基板(COB)結構。一導線530係連接一影像感測晶片528上之墊(未繪示)和印刷電路板538之焊墊，以提供兩者之電性連接。為了減少散射光照射到影像感測元件，一例如黑色光阻之黑色塗佈層514形成於透鏡組501 之頂部、側壁和底部，另外，為了減少對於影像感測元件之電磁干擾，一不透光導電層514係形成於透鏡組501之頂部和側壁及導電腳526底部。在本實施例中，不透光導電層512可以是鋁、銅、鎳、銀或是不鏽鋼，其係連接至印刷電路板538之焊墊532，且經由印刷電路板中之焊墊532和盲孔534電性連接一接地層536，以提供接地遮罩。為了使光線能通過透鏡組，一例如銦錫氧化物(ITO)之透明導電層516係形成於部份透鏡組501之頂部，且由於不透光導電層516連接至接地層536，本實施例之影像感測元件可避免受到電磁干擾(EMI)。
根據上述，由於本發明形成一腔室，容納一影像感測封裝結構，位於透鏡組上的不透明導電層可不論採用哪一種封裝方法(晶片尺寸封裝CSP、陶瓷引線晶片載具CLCC或直接安裝於基板COB)均可以連接至印刷電路板之焊墊，提供接地遮罩。因此，本發明微透鏡影像感測元件更具有彈性。
雖然本發明已揭露較佳實施例如上，然其並非用以限定本發明，任何熟悉此項技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可做些許更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定為準。
100‧‧‧下基板
101‧‧‧導電層
101a‧‧‧接地墊
101b‧‧‧訊號墊
102‧‧‧上基板
103‧‧‧接地墊
104‧‧‧元件晶片
106‧‧‧間隙壁
108‧‧‧腔室
110‧‧‧保護層
112‧‧‧環氧層
111‧‧‧銲錫球
113‧‧‧銲錫球
128‧‧‧印刷電路板
152‧‧‧透鏡組
182‧‧‧印刷電路板
184‧‧‧接地層
186‧‧‧接地墊
188‧‧‧盲孔
189‧‧‧焊墊
192‧‧‧不透光導電層
202‧‧‧第一基板
204‧‧‧第二基板
206‧‧‧第一間隙壁
208‧‧‧第二間隙壁
210‧‧‧第三間隙壁
211‧‧‧腔室
212‧‧‧透鏡組
214‧‧‧第一光學面
216‧‧‧第二光學面
218‧‧‧第三光學面
220‧‧‧第四光學面
222‧‧‧黑色塗佈層
223‧‧‧黑色塗佈層
224‧‧‧不透光導電層
226‧‧‧透明導電層
228‧‧‧微透鏡陣列
230‧‧‧光電單元陣列
232‧‧‧覆蓋基板
234‧‧‧基板
236‧‧‧銲錫球
238‧‧‧影像感測元件封裝
240‧‧‧印刷電路板
242‧‧‧焊墊
244‧‧‧盲孔
246‧‧‧接地層
302‧‧‧第一基板
304‧‧‧第二基板
306‧‧‧第一間隙壁
308‧‧‧第二間隙壁
310‧‧‧第三間隙壁
312‧‧‧透鏡組
314‧‧‧第一光學面
315‧‧‧腔室
316‧‧‧第二光學面
318‧‧‧第三光學面
320‧‧‧第四光學面
322‧‧‧不透光導電層
324‧‧‧黑色塗佈層
326‧‧‧透明導電層
328‧‧‧導線
330‧‧‧影像感測晶片
332‧‧‧焊墊
334‧‧‧盲孔
336‧‧‧接地層
338‧‧‧印刷電路板
401‧‧‧透鏡組
402‧‧‧第一基板
404‧‧‧第二基板
406‧‧‧第一間隙壁
408‧‧‧第二間隙壁
410‧‧‧第三間隙壁
412‧‧‧不透光導電層
414‧‧‧黑色塗佈層
416‧‧‧透明導電層係
418‧‧‧第一光學面
420‧‧‧第二光學面
422‧‧‧第三光學面
424‧‧‧第四光學面
426‧‧‧覆蓋基板
428‧‧‧基板
429‧‧‧間隙壁
430‧‧‧微透鏡陣列
432‧‧‧光電單元陣列
434‧‧‧銲錫球
436‧‧‧焊墊
438‧‧‧盲孔
440‧‧‧接地層
442‧‧‧印刷電路板
444‧‧‧導電腳
446‧‧‧腔室
448‧‧‧感測元件封裝
501‧‧‧透鏡組
502‧‧‧第一基板
503‧‧‧腔室
504‧‧‧第二基板
506‧‧‧第一間隙壁
508‧‧‧第二間隙壁
510‧‧‧第三間隙壁
512‧‧‧不透光導電層
514‧‧‧黑色塗佈層
516‧‧‧透明導電層
518‧‧‧第一光學面
520‧‧‧第二光學面
522‧‧‧第三光學面
524‧‧‧第四光學面
526‧‧‧導電腳
528‧‧‧影像感測晶片
530‧‧‧導線
532‧‧‧焊墊
534‧‧‧盲孔
536‧‧‧接地層
538‧‧‧印刷電路板
第1圖顯示一影像感測器技術。
第2A圖顯示本發明一實施例影像感測元件之電子裝置。
第2B圖顯示本發明另一實施例影像感測元件之電子裝置。
第3圖顯示本發明另一實施例影像感測元件之電子裝置。
第4圖顯示本發明另一實施例影像感測元件之電子裝置。
第5圖顯示本發明另一實施例影像感測元件之電子裝置。
202‧‧‧第一基板
204‧‧‧第二基板
206‧‧‧第一間隙壁
208‧‧‧第二間隙壁
210‧‧‧第三間隙壁
211‧‧‧腔室
212‧‧‧透鏡組
214‧‧‧第一光學面
216‧‧‧第二光學面
218‧‧‧第三光學面
220‧‧‧第四光學面
222‧‧‧黑色塗佈層
224‧‧‧不透光導電層
226‧‧‧透明導電層
228‧‧‧微透鏡陣列
230‧‧‧光電單元陣列
232‧‧‧覆蓋基板
234‧‧‧基板
236‧‧‧銲錫球
238‧‧‧影像感測元件封裝
240‧‧‧印刷電路板
242‧‧‧焊墊
244‧‧‧盲孔
246‧‧‧接地層

Claims (12)

  1. 一種影像感測元件之電子裝置，包括：一影像感測單元；一透鏡組，包括一底腳結構，該底腳結構包圍一腔室，其中該影像感測單元係位於底該腳結構包圍之腔室中；一不透光導電層，位於至少部份該透鏡組頂部、側壁和底部；一黑色塗佈層，位於該不透光導電層和該透鏡組間，其中該不透光導電層係電性連接一接地層，以減少該影像感測單元之電磁干擾(EMI)。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之電子裝置，其中該影像感測元件係為一晶片尺寸封裝(CSP)結構、一直接安裝於基板(COB)結構或一陶瓷引線晶片載具(CLCC)結構。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之電子裝置，其中該透鏡組是一晶圓級透鏡。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之電子裝置，其中該底腳結構係為於該透鏡組底部之間隙壁或連接該透鏡組之導電腳，該導電腳係由與透鏡組相符熱膨脹係數(CTE)的金屬所構成。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之電子裝置，其中該不透光導電層是鋁、銅、鎳、銀或不鏽鋼，該影像感測元件之電子裝置更包括一透明導電層，位於該透鏡組之部份頂部，以使光線可穿透該透鏡組，該透明導電層係為銦錫氧化物(ITO)。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之電子裝置，其中該黑色塗佈層係為一黑色光阻。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之電子裝置，其中該接地層係位於一印刷電路板中，且該不透光導電層係經由該印刷電路板之一焊墊和盲孔連接至該接地層。
  8. 一種晶圓級透鏡組，包括：一基板；至少一光學表面和一孔徑光圈位於該基板上；一第一間隙壁，位於該基板上；一第二間隙壁，位於該基板下；及一不透光導電層，覆蓋該第一間隙壁之頂部、該第一間隙壁之側壁、該基板之側壁、該第二間隙壁之側壁及底部；一黑色塗佈層，位於該不透光導電層與該基板、該第一間隙壁和該第二間隙壁間，其中該第二間隙壁包圍一腔室，且一影像感測單元位於該第二間隙壁包圍之腔室中，且該不透光導電層係減少該影像感測單元之電磁干擾(EMI)。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之晶圓級透鏡組，其中該影像感測元件係為一晶片尺寸封裝(CSP)結構、一直接安裝於基板(COB)結構或一陶瓷引線晶片載具(CLCC)結構。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之晶圓級透鏡組，其中至少部份該第二間隙壁是導電間隙壁。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之晶圓級透鏡組，更包 括一黑色塗佈層，位於該不透光導電層和該透鏡組間，或位於該不透光導電層之外部表面。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之晶圓級透鏡組，其中該不透光導電層與印刷電路板之焊墊聯結。
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