TWI450580B - 用於晶圓層級照相機模組之強化結構 - Google Patents

Description

用於晶圓層級照相機模組之強化結構

本發明大體上係關於晶圓層級照相機模組，且明確言之但非排他地，係關於晶圓層級照相機模組之強化。

本申請案主張於2010年6月25日申請之美國臨時申請案第61/358,819號之權利，該案特此以引用之方式併入。

數位照相機廣泛地用在各種應用中。近來，數位照相機大小變小以裝配於新興應用中，新興應用諸如行動電話、安全及汽車照相機、醫學器件等。數位照相機包括用以形成影像之透鏡及用以俘獲所形成影像並將其轉換成電信號之影像感測器。

用於許多應用之照相機模組需要具有低製造成本及較小之水平及垂直佔據面積。此等照相機模組可使用晶圓層級技術來製造並組裝以產生晶圓層級照相機模組。光學組件中有許多(若非所有)組件係在矽、玻璃或塑膠晶圓上製造的。可將光學晶圓與影像感測器晶圓(例如，互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器晶圓)安裝到一起，且將所得晶圓堆疊切割成個別照相機模組。所完成之照相機(包括光學器件)可使用可用半導體技術來在晶圓層級上製造並封裝。

晶圓層級照相機模組通常包括一感測器封裝，該封裝中具有一影像感測器(例如，CMOS影像感測器)。一透鏡立方體安置於該感測器封裝之頂部上，該透鏡立方體將透鏡或透鏡組合固持於該立方體中。另一方面，整合式外殼可固持一或多個透鏡且亦可固持影像感測器。

參看以下圖式描述本發明之非限制性及非詳盡實施例，其中除非另有指明，否則貫穿各個視圖，相同參考數字指代相同部分。

本文中描述用於強化晶圓層級照相機模組之系統及方法之實施例。在以下描述中，陳述眾多具體細節以提供對該等實施例之透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，本文中所描述之技術可在無該等具體細節中之一或多者的情況下加以實踐或以其他方法、組件、材料等來加以實踐。在其他情況下，不詳細展示或描述熟知結構、材料或操作以避免混淆某些態樣。

遍及本說明書對「一實施例」之參考意謂結合該實施例所描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一實施例中。因此，在本說明書全文各處之片語「在一實施例中」的出現未必均指同一實施例。此外，可在一或多個實施例中以任何合適方式組合特定特徵、結構或特性。

圖1為具有透鏡立方體104及感測器封裝102之晶圓層級照相機模組100的透視圖。透鏡立方體104在圖1中展示為安置於感測器封裝102之頂部上。在一實例中，感測器封裝102之厚度107可小於透鏡立方體104之厚度105，且感測器封裝102之橫截面103可大於透鏡立方體104之橫截面101，如圖1中所展示。在另一實施例中，感測器封裝102及透鏡立方體104之橫截面可實質上相同。此外，其他大小及形狀組合為可能的。在一些情況下，在無額外強化之情況下，照相機模組100易受由衝擊、撞擊、剪力及其類似者造成之機械應力。舉例而言，撞擊可造成照相機模組100散裂，或照相機模組內部之元件(諸如，透鏡及影像感測器(未圖示))變得不對準。

圖2為用於EMI保護之先前技術金屬外罩的透視圖。如圖2中所展示，照相機模組100被外罩200圍封以保護照相機模組100免遭電磁干擾(EMI)。為提供免遭EMI之保護，外罩200由金屬製成，且除了用於使光穿過之開口之外，外罩200無開口，使得無電磁場可穿透該外罩。

外罩200具有頂部薄片元件202及四個側壁204。側壁204無開口。頂部薄片元件202具有中央開口206以允許光進入照相機模組100。雖然外罩200可充分地保護照相機模組100免遭EMI，但外罩200可能不適當且不充分地提供照相機模組100之恰當結構強化，此係因為外罩及照相機模組並不穩固地結合，如下文將更詳細描述。

圖3為安裝至照相機模組100之先前技術金屬外罩200的截面側視圖。如圖3中所展示，外罩200遮蓋照相機模組100，主要用於EMI防護。外罩200藉由以下操作而安裝至照相機模組：(1)將膠水302施配於透鏡立方體104之頂面上，(2)藉由表面對表面配合而將外罩200安置於照相機模組100之上，及(3)使膠水302固化。藉由此先前技術程序，未能使外罩200與透鏡立方體104及感測器封裝102之間的空間304適當地且充分地填以膠水。因此，外罩200與照相機模組100並不穩固地結合。甚至更糟的係，透鏡立方體104之頂部上的膠水302可能具有變化之厚度，從而造成外罩200之底緣與基座(諸如，印刷電路板(PCB))之間的空間的變化。因此，外罩200可能並不適當且穩固地固定至PCB。

因此，本發明之實施例包括用於增加晶圓層級照相機模組之結構完整性的強化結構。在一些實施例中，利用一強化結構，該強化結構在側部薄片元件中包括開口以允許經由該開口施配黏著劑以將該強化結構黏附至照相機模組之側部上。在另一實施例中，將該強化結構膠接至該照相機模組，其中照相機模組之頂面上無任何膠水，以減少強化結構之底部與PCB之間的間隔的變化，如上文所論述。在其他實施例中，在強化結構中包括短側部薄片元件，該等短側部薄片元件經組態以遵照透鏡立方體以提供對透鏡立方體之直接結構支撐。在下文中更詳細地描述此等及其他實施例。

圖4為根據本發明之一實施例的強化結構400的透視圖。強化結構400之所說明實例具有四邊形頂部薄片元件402(亦即，四個側部)以保護及強化照相機模組(例如，照相機模組100)。在一實施例中，頂部薄片元件402為矩形頂部薄片元件。如圖4中所展示，頂部薄片元件402具有中央開口404以允許入射光穿過以到達照相機模組100(圖1中所展示)。頂部薄片元件402可具有其他開口，諸如開口406，該等開口可充當用於強化結構400與照相機模組100之組裝及/或用於在將照相機模組安裝至PCB時對照相機模組定向的定向標記。

如所展示，強化結構400進一步包括四個側部薄片元件408，其中每一側部薄片元件408耦接至頂部薄片元件402之各別側部。在一實施例中，每一側部薄片元件408自頂部薄片元件402實質上垂直地延伸。側部薄片元件408係用於保護及強化照相機模組(例如，照相機模組100)及用於將強化結構400緊固至PCB。在一實例中，側部薄片元件408包括用於將側部薄片元件408焊接至PCB的支腳412。在所說明實施例中，鄰近側部薄片元件408在強化結構400之每一側邊413處間隔開，使得側部薄片元件408連接至頂部薄片元件402且並不彼此連接。

每一側部薄片元件408進一步說明為包括開口410，開口410經組態以允許經由該開口施配黏著劑以將強化結構400黏附至照相機模組100。根據本文中之教示，雖然圖4將每一側部薄片元件408說明為包括單一開口410，但每一側部薄片元件408可包括任何數目個開口410，包括一或多個。每一開口410可組態為側部薄片元件408中之狹槽(亦即，窄開口)。如圖4之實施例中所展示，開口410為側部薄片元件408及頂部薄片元件402中之狹槽。亦即，開口410可延伸越過強化結構400之頂部以提供膠水之高角度施配路徑及/或提供對膠水之更佳檢視以進行後期施配品質檢查。

強化結構400之開口410減少結構之總重量，同時提供足夠強化。此外，開口在於強化結構與照相機模組之間施配膠水方面提供便利、效力及效率。強化結構400(包括頂部薄片元件402及側部薄片元件408)可由金屬或其他材料製成。

圖5為根據本發明之一實施例的安置於晶圓層級照相機模組100之上的強化結構400的透視圖。在強化結構400安置於照相機模組100之上後，經由開口410將諸如膠水502之黏著劑施配於照相機模組100上。膠水502將填充側部薄片元件408與照相機模組100之間的空間。在適當地固化膠水502之後，強化結構元件400與照相機模組100穩固地結合到一起。應瞭解，強化結構400之至少一側部薄片元件408膠接至照相機模組100。

圖6為根據本發明之一實施例的膠接至照相機模組100之強化結構400的截面側視圖。如圖6中所展示，經由開口410施配膠水502以將強化結構400黏附至照相機模組100。詳言之，將膠水502施配於感測器封裝102之頂面上、透鏡立方體104與側部薄片元件408之間。

如先前關於圖2及圖3所提及，先前技術方法通常將膠水302安置於照相機模組100之頂面(例如，頂面416)上。然而，膠水302可能具有變化之厚度，此導致外罩200之底緣與PCB之間的空間的變化。因此，在本發明之實施例中，強化結構400可安置於照相機模組100之頂面416之上，其間無黏著劑。亦即，經由開口410將強化結構400膠接至照相機模組100，其中頂面416與頂部薄片元件402之間存在間隙605，且其中間隙605中不存在膠水。

圖6說明根據本發明之實施例的強化結構400之各種其他態樣。舉例而言，頂部薄片元件402可包括實質上等於側部薄片元件408之厚度601的厚度603。

圖7為根據本發明之一實施例的安置於晶圓層級照相機模組100之上且安裝至印刷電路板(PCB)702的強化結構400的透視圖。圖7展示在強化結構400安裝至照相機模組100之後，強化結構400之支腳412焊接至PCB 702上之焊盤704。在一些實施方案中，側部薄片元件408可具有連續之底部而非支腳(例如，無支腳)。在此種情況下，側部薄片元件408之底緣焊接至PCB 702上之焊盤。此外，根據本文中之教示，雖然諸圖將每一側部薄片元件408說明為包括兩個支腳412，但每一側部薄片元件408可包括任何數目個支腳412，包括一或多個。晶圓層級照相機模組100亦安裝並焊接至PCB 702。應瞭解，至少一側部薄片元件焊接至PCB 702。

圖8為根據本發明之一實施例的具有長側部薄片元件808及短側部薄片元件814之強化結構800的透視圖。強化結構800之所說明實例具有四邊形頂部薄片元件802(亦即，四個側部)以保護及強化照相機模組(例如，照相機模組100)。在一實施例中，頂部薄片元件802為矩形頂部薄片元件。如圖8中所展示，頂部薄片元件802具有中央開口804以允許入射光穿過以到達照相機模組100(圖1中所展示)。頂部薄片元件802可具有其他開口，諸如開口806，該等開口可充當用於強化結構800與照相機模組100之組裝及/或用於將照相機模組安裝至PCB的定向標記。

如所展示，強化結構800進一步包括兩個長側部薄片元件808及兩個短側部薄片元件814，其中每一側部薄片元件耦接至頂部薄片元件802之各別側部。在一實施例中，每一側部薄片元件808及814自頂部薄片元件802實質上垂直地延伸。側部薄片元件808及814係用於保護及強化照相機模組(例如，照相機模組100)。然而，短側部薄片元件814使開口在下方且不組態為一直延伸至PCB。在一實施例中，一對短側部薄片元件814經組態以遵照感測器封裝100之透鏡立方體104以提供對透鏡立方體104之直接結構支撐，而長側部薄片元件808經組態以遵照感測器封裝102。因此，頂部薄片元件802之兩個對置側部上的兩個面向彼此之長側部薄片元件808之間的距離801可大於在頂部薄片元件802之其他兩個對置側部上的兩個面向彼此之短側部薄片元件814之間的距離803。兩個短側部薄片元件814之間的距離803可匹配透鏡立方體104之尺寸101，且距離801可匹配感測器封裝102之尺寸103。

長側部薄片元件808進一步用於將強化結構800緊固至PCB。在一實例中，長側部薄片元件808包括用於將長側部薄片元件808焊接至PCB的支腳812。在所說明實施例中，鄰近側部薄片元件在強化結構800之每一側邊處間隔開，使得側部薄片元件808及814連接至頂部薄片元件802且並不彼此連接。長側部薄片元件808可具有兩個支腳812。強化結構800可由金屬或其他材料製成。

每一長側部薄片元件808進一步說明為包括開口810，開口810經組態以允許經由該開口施配黏著劑以將強化結構800黏附至照相機模組100。根據本文中之教示，雖然圖8將每一長側部薄片元件808說明為包括單一開口810，但每一長側部薄片元件808可包括任何數目個開口810，包括一或多個。每一開口810可組態為長側部薄片元件808中之狹槽(亦即，窄開口)。如圖8之實施例中所展示，開口810為長側部薄片元件808及頂部薄片元件802中之狹槽。亦即，開口810可延伸越過強化結構800之頂部以提供膠水之高角度施配路徑及/或提供對膠水之更佳檢視以進行後期施配品質檢查。

圖9為根據本發明之一實施例的安置於晶圓層級照相機模組100之上的具有短側部薄片元件814之強化結構800的透視圖。在強化結構800安置於照相機模組100之上後，經由長側部薄片元件808之開口810將諸如膠水902之黏著劑施配於照相機模組100上。膠水902將填充長側部薄片元件808與照相機模組100之間的空間。在適當地固化膠水902之後，強化結構元件800與照相機模組100穩固地結合到一起。應瞭解，強化結構800之至少一長側部薄片元件808膠接至照相機模組100。

圖10為根據本發明之一實施例的安置於晶圓層級照相機模組之上且安裝至PCB的具有短側部薄片元件之強化結構的透視圖。圖10展示在強化結構800安裝至照相機模組100之後，長側部薄片元件808之支腳812焊接至PCB 1002上之焊盤1004。在一些實施方案中，長側部薄片元件808可具有連續之底部而非支腳(例如，無支腳)。在此種情況下，長側部薄片元件808之底緣焊接至PCB 1002上之焊盤。此外，根據本文中之教示，雖然諸圖將每一長側部薄片元件808說明為包括兩個支腳812，但每一長側部薄片元件808可包括任何數目個支腳812，包括一或多個。晶圓層級照相機模組100亦安裝並焊接至PCB 1002。應瞭解，至少一長側部薄片元件808焊接至PCB 1002。

圖11及圖12說明根據本發明之一實施例的用於將強化結構1206安裝至晶圓層級照相機模組1208的程序1100及裝置。將參看圖11及圖12來描述程序1100。

在步驟1101中，提供具有空腔1204之底盤(base tray)1202。每一空腔1204經組態以遵照強化結構1206及照相機模組1208之大小及形狀。在步驟1102中，將照相機模組1208安置於空腔1204內之底盤1202上。在步驟1103中，將強化結構1206安置於底盤1202上在照相機模組1208之上。在步驟1104中，將力F₁ 施加至強化結構1206之頂部薄片元件1210，使得強化結構1206與底盤1202接觸。舉例而言，具有按壓銷1216之機械按壓器件1214將按壓銷1216定位於強化結構1206之頂部薄片元件1210上。應瞭解，至少一按壓銷提供力F₁ 。在步驟1105中，經由強化結構1206之側部薄片元件1222的開口1220施配膠水1218。在步驟1106中，藉由通過機械按壓器件1214之開口1234且通過頂部薄片元件1210之中央開口1226的空氣流1224所產生之空氣壓力將力F₂ 施加至照相機模組1208之頂面1212，以抵靠底盤1202來穩固地固持照相機模組1208且防止照相機模組1208之移動。藉由空氣遞送配置1228來遞送空氣1224。施加力F₁ 及F₂ 並加以維持，至少直至使膠水1218固化以足以將強化結構1206緊固至照相機模組1208。

在步驟1107中，適當地固化膠水1218。在步驟1108中，移除機械按壓器件1214及空氣遞送配置1228。機械按壓器件1214及空氣遞送配置1228可組合於單一設備中。在步驟1109中，自底盤1202移除經結合之結構(其為安裝至照相機模組1208之強化結構1206)。

底盤1202可具有孔1232以受納照相機模組1208之焊球1230。孔1232之深度D 1236控制強化結構1206之底緣與焊球1230之尖端之間的距離。由於強化結構安裝至照相機模組，且稍後經結合之強化結構及照相機模組共同地固定至PCB，因此晶圓層級照相機模組受強化結構保護以免遭機械應力，且因此其將更有可能通過製造程序中之跌落測試。

程序區塊中之一些或所有出現在程序1100中之次序不應被視為限制。實情為，受益於本發明之一般熟習此項技術者將理解，製程區塊中之一些可以未說明之各種次序來執行。

本發明之所說明實施例之以上描述(包括在摘要中所描述之內容)不意欲為詳盡的或將本發明限於所揭示之精確形式。如熟習相關技術者將認識到，雖然在本文中出於說明性目的而描述本發明之具體實施例及實例，但在本發明之範疇內各種修改係可能的。

可根據以上詳細描述而對本發明進行此等修改。在以下申請專利範圍中所使用之術語不應被理解為將本發明限於本說明書中所揭示之具體實施例。實情為，本發明之範疇將完全藉由以下申請專利範圍確定，以下申請專利範圍將根據請求項解釋之既定準則加以理解。

100．．．晶圓層級照相機模組

101．．．透鏡立方體之橫截面

102．．．感測器封裝

103．．．感測器封裝之橫截面

104．．．透鏡立方體

105．．．透鏡立方體之厚度

107．．．感測器封裝之厚度

200．．．外罩

202．．．頂部薄片元件

204．．．側壁

206．．．中央開口

302．．．膠水

304．．．空間

400．．．強化結構

402．．．頂部薄片元件

404．．．中央開口

406．．．開口

408．．．側部薄片元件

410．．．開口

412．．．支腳

413．．．側邊

416．．．頂面

502．．．膠水

601．．．側部薄片元件之厚度

603．．．頂部薄片元件之厚度

605．．．間隙

702．．．印刷電路板

704．．．焊盤

800．．．強化結構

801．．．距離

802．．．頂部薄片元件

803．．．距離

804．．．中央開口

806．．．開口

808．．．長側部薄片元件

810．．．開口

812．．．支腳

814．．．短側部薄片元件

902．．．膠水

1002．．．印刷電路板

1004．．．焊盤

1202．．．底盤

1204．．．空腔

1206．．．強化結構

1208．．．晶圓層級照相機模組

1210．．．頂部薄片元件

1212．．．頂面

1214．．．機械按壓器件

1216．．．按壓銷

1218．．．膠水

1220．．．開口

1222．．．側部薄片元件

1224．．．空氣流

1226．．．中央開口

1228．．．空氣遞送配置

1230．．．焊球

1232．．．孔

1234．．．開口

1236．．．深度

F₁ ．．．力

F₂ ．．．力

圖1為具有透鏡立方體及感測器封裝之晶圓層級照相機模組的透視圖。

圖2為用於EMI保護之先前技術金屬外罩的透視圖。

圖3為安裝至照相機模組之先前技術金屬外罩的截面側視圖。

圖4為根據本發明之一實施例的強化結構的透視圖。

圖5為根據本發明之一實施例的安置於晶圓層級照相機模組之上的強化結構的透視圖。

圖6為根據本發明之一實施例的膠接至照相機模組之強化結構的截面側視圖。

圖7為根據本發明之一實施例的安置於晶圓層級照相機模組之上且安裝至印刷電路板(PCB)的強化結構的透視圖。

圖8為根據本發明之一實施例的具有短側部薄片元件之強化結構的透視圖。

圖9為根據本發明之一實施例的安置於晶圓層級照相機模組之上的具有短側部薄片元件之強化結構的透視圖。

圖10為根據本發明之一實施例的安置於晶圓層級照相機模組之上且安裝至PCB的具有短側部薄片元件之強化結構的透視圖。

圖11為說明根據本發明之一實施例的將強化結構安裝於照相機模組之上的程序的流程圖。

圖12為根據本發明之一實施例的用於將強化結構安裝至照相機模組的裝置之截面圖。

400．．．強化結構

402．．．頂部薄片元件

404．．．中央開口

406．．．開口

408．．．側部薄片元件

410．．．開口

412．．．支腳

413．．．側邊

Claims (11)

1. 一種用於保護一晶圓層級照相機模組之強化結構，該強化結構包含：一四邊形頂部薄片元件，其待安置於該照相機模組之一頂面之上，其中該頂部薄片元件包括用於允許光穿過以到達該照相機模組之一第一開口；複數個側部薄片元件，其耦接至該頂部薄片元件以將該強化結構緊固至一印刷電路板(PCB)，每一側部薄片元件自該四邊形頂部薄片元件垂直地延伸且耦接至該四邊形頂部薄片元件之一各別側部，其中該複數個側部薄片元件包括：兩個面向彼此之長側部薄片元件；及兩個面向彼此之短側部薄片元件，其中該兩個長側部薄片元件之間的一距離大於該兩個短側部薄片元件之間的一距離；及在該複數個側部薄片元件之至少一者中之一第二開口，該第二開口經組態以允許經由該第二開口施配一黏著劑以將該強化結構黏附至該照相機模組。
2. 如請求項1之強化結構，其中該第二開口為該側部薄片元件中之一狹槽。
3. 如請求項1之強化結構，其中該第二開口為該側部薄片元件中及該頂部薄片元件中之一狹槽。
4. 如請求項1之強化結構，其中該頂部薄片元件及該側部薄片元件包含金屬。
5. 如請求項1之強化結構，其中該頂部薄片元件之一厚度實質上等於該側部薄片元件之一厚度。
6. 如請求項1之強化結構，其中鄰近側部薄片元件在該強化結構之一側邊處間隔開。
7. 如請求項1之強化結構，其中該側部薄片元件之一底緣包括用於將該側部薄片元件焊接至該PCB的複數個支腳。
8. 一種裝置，其包含：一晶圓層級照相機模組，其具有一透鏡立方體及一互補金屬氧化物半導體(CMOS)感測器封裝；及一強化結構，用於保護該照相機模組，該強化結構包含：一矩形頂部薄片元件，其安置於該照相機模組之一頂面之上，其中該頂部薄片元件包括用於允許光穿過以到達該照相機模組之一開口；四個側部薄片元件，其等自該頂部薄片垂直地延伸，每一側部薄片元件耦接至該矩形頂部薄片元件之一各別側部，其中鄰近側部薄片元件在該強化結構之一側邊處間隔開，且其中該頂部薄片元件及該四個側部薄片元件各自包含金屬；支腳，其等包括於該等側部薄片元件中之至少兩者之一底緣中以用於將該至少兩個側部薄片元件焊接至一印刷電路板(PCB)；黏著劑，其安置於該至少兩個側部薄片元件與該照 相機模組之間以用於將該強化結構黏附至該照相機模組；及在該至少兩個側部薄片元件中之每一者中的一垂直狹槽，該垂直狹槽經組態以允許經由該垂直狹槽施配該黏著劑。
9. 如請求項8之裝置，其中該四個側部薄片元件包括：兩個面向彼此之長側部薄片元件，其等在該矩形頂部薄片元件之兩個對置側部上；及兩個面向彼此之短側部薄片元件，其等在該矩形頂部薄片元件之其他兩個對置側部上，其中該兩個長側部薄片元件之間的一距離大於該兩個短側部薄片元件之間的一距離，使得該兩個長側部薄片元件遵照該感測器封裝且該兩個短側部薄片元件遵照該透鏡立方體。
10. 如請求項8之裝置，其中該矩形頂部薄片元件安置於該照相機模組之該頂面之上，其間無黏著劑。
11. 一種強化一晶圓層級照相機模組之方法，該方法包含：將一強化結構安置於該照相機模組之上，其中該強化結構包含：一頂部薄片元件，其安置於該照相機模組之一頂面之上，其中該頂部薄片元件包括用於允許光穿過以到達該照相機模組之一第一開口；一側部薄片元件，其耦接至該頂部薄片元件以將該強化結構緊固至一印刷電路板(PCB)；及在該側部薄片元件中之一第二開口； 經由該第二開口施配黏著劑以將該強化結構黏附至該照相機模組；將一第一力施加於該強化結構上並加以維持以防止該強化結構移動，直至該黏著劑實質上固化為止；及將一第二力施加於該照相機模組上並加以維持以實質上防止該照相機模組移動，直至該黏著劑實質上固化為止，其中施加及維持該第一力包括將一按壓銷定位於該頂部薄片元件上，且其中施加及維持該第二力包括經由該第一開口將一空氣流施加至該照相機模組之該頂面。