TWI453111B - 影像感測元件之製造方法及鑄造裝置 - Google Patents

Description

影像感測元件之製造方法及鑄造裝置

本發明係有關於一種影像感測技術，特別係有關於一種影像感測元件之製造方法。

影像感測元件係將光訊號轉換成電訊號。現今數位影像應用常用的技術為電荷耦合元件(charge coupled device，CCD)和互補式金氧半導體式影像感測器(CMOS Image Sensor)。隨著技術持續的發展，高效能影像感測器應用的領域和需求係增加，例如數位相機、攝錄像機、個人通訊系統、遊戲元件、監視攝影機、醫療的微相機、機器人等均需使用到影像感測器。

以下配合第1圖說明傳統影像感測透鏡封裝的製造，請參照第1圖，將一傳統透鏡102和一鏡筒104組裝，然後，將組裝好的元件與一感測器支架106和一影像感測單元108結合。傳統的鏡片封裝是使用人工組裝，因此，成本較高且良率較低。以下配合第2圖說明一習知晶圓級鏡片封裝的製造方法。如第2圖所示，一玻璃間隔物206係設置於一晶圓級透鏡202和一影像感測單元204之間，此晶圓級鏡片封裝元件係根據玻璃間隔物206的厚度調整焦距。為了符合各種的產品規格，需要使用許多玻璃間隔物206，然而，玻璃間隔物之價錢較昂貴，因此，增加晶圓級鏡片封裝的成本。

根據上述，本發明提供一種影像感測元件之製造方法，包括提供一鑄造裝置；將一透鏡放置於鑄造裝置中；將一注射材料注入鑄造裝置之一腔室中，形成連接透鏡之外殼；打開腔室以移出透鏡和連接透鏡之外殼；將外殼與一影像感測單元組裝。

本發明提供一種鑄造裝置，包括一底部鑄模；一頂部鑄模，設置於底部鑄模上方；一基礎構件，設置於頂部鑄模和底部鑄模之間；及複數個對位單元位於頂部鑄模和底部鑄模上。

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：

以下以各實施例詳細說明並伴隨著圖式說明之範例，做為本發明之參考依據。在圖式或說明書描述中，相似或相同之部分皆使用相同之圖號，且在圖式中，實施例之形狀或是厚度可擴大，並予以簡化標示。再者，圖式中各元件之部分將以分別描述說明之，值得注意的是，圖式中未繪示或描述之元件，為所屬技術領域中具有通常知識者所知的形式。另外，特定之實施例僅為揭示本發明使用之特定方式，其並非用以限定本發明。

第3A-3F圖揭示本發明一實施例影像感測封裝的製造方法。請參照第3A圖，提供一鑄造裝置302，在一實施例中，如第3A圖所示，此鑄造裝置302包括三個構件，例如一頂部鑄模304、一底部鑄模308和一基礎構件306。特別是，此鑄造裝置302可以下列步驟形成：提供一底部鑄模308；形成一頂部鑄模304於底部鑄模308上方，和形成一基礎構件306於頂部鑄模304和底部鑄模308之間。然而，本發明不限定於上述實施例，本發明於另一實施例中，鑄造裝置302可包括四個構件。之後，將透鏡310固定於鑄造裝置302中。在本實施例中，透鏡310是使用晶圓級光學技術形成的晶圓級透鏡，晶圓級透鏡310可包括一基板312，且於基板312之相對側具有一第一表面314和一第二表面316。值得注意的是，本發明不限定於第3A圖所示之透鏡，任何其它的晶圓級透鏡皆可應用於本發明。舉例來說，透鏡可以是單邊透鏡或雙邊透鏡。再者，透鏡之兩個邊可以是凸面形狀或凹面形狀，或者，其中一邊可以是凸面形狀，另一邊可以是凹面形狀。

請參照第3B圖，將鑄造裝置302之三個構件304、306、308關閉住，且上述透鏡310於此時完全固定於鑄造裝置302中。在一實施例中，關閉之鑄造裝置302中，包括一腔室317(chamber)。嵌入式鑄造(insert molding)之注射通道318(injection channel)係設置於鑄造裝置302中。值得注意的是，透鏡之光學有效表面320(optical effective surface)不可暴露，以防止注射材料於後續步驟中覆蓋光學有效表面。根據上述，透鏡310之頂部表面314和底部表面316可分別以鑄造裝置302頂部鑄模304和底部鑄模308覆蓋。接著，請參照第3C圖，進行嵌入式鑄造步驟，將一注射材料注入上述腔室中，形成連接透鏡310的外殼322。注射材料可以是耐高溫的材料，例如碳酸酯(polycarbonate，PC),丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene，ABS)，液晶聚合物(liquid crystal polymer resin，LCP)或聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)，或其它適合的材料，或將上述摻雜金屬粒子。金屬粒子較佳具有高導熱性，例如，金屬粒子可以是銅或其它適合之材料。在另一實施例中，在進行嵌入式鑄造步驟之前，可形成一金屬層(未繪示)覆蓋透鏡之表面，作為電磁干擾保護(electromagnetic protection)。若鏡片表面有形成金屬層，則不需將金屬粒子摻入注射材料中。因此，本發明可以用價格較電磁干擾(electromagnetic resistant)材料低的耐高溫材料，以節省成本。

本發明實施例可以流體分析(fluid analysis)設計注射通道318之方向和開口，以確保嵌入式鑄造過程中，不會對透鏡310造成損傷。在一實施例中，注射通道318之開口不直接朝向透鏡310，使注射材料不會傷害透鏡。在一範例中，鑄造裝置之腔室317係特別設計，使注射成形所形成之外殼322具有一凹槽，能和影像感測單元組裝。

請參照第3D圖，在注射材料冷卻之後，打開鑄造裝置302之腔室317以將透鏡310和外殼322移出。請參照第3E圖，將透鏡310和以影像感測單元324組裝。在一實施例中，影像感測單元324以下述步驟形成：提供一基板326；形成一光電單元陣列328於基板326上；形成一微透鏡陣列330於光電單元陣列328上；形成一覆蓋基板332於基板326上方；形成一間隔物334支撐覆蓋基板332；及形成複數個銲錫球335於基板326下方。如第3F圖所示，在組裝透鏡310和影像感測單元324時，以影像感測單元324之覆蓋基板332鑲入外殼322之凹槽336較佳。值得注意的是，本發明可調整凹槽336表面至透鏡310之基板的底部表面間之距離D，使其對應透鏡310之後焦長度(back focal length，BFL)。請往回參照第3D圖，本發明可特別設計鑄造裝置302之底部鑄模308，使射出成型之外殼322從凹槽336之表面至透鏡310之底部表面有適當的距離。更詳細的說明，鑄造裝置302之底部鑄模308可包括一第一凸出部338和位於第一凸出部338上之第二凸出部340，且本發明可特別設計鑄造裝置302之底部鑄模308的第一凸出部338之厚度，以使射出成型之外殼322從凹槽336之表面至透鏡310之底部表面有適當的距離，以符合透鏡310之後焦長度。因此，透鏡可直接與外殼接合，且不需要間隔物。本發明可特別設計各種尺寸的鑄造裝置之底部鑄模308，以使本發明之影像感測元件封裝能搭配各種的產品規格。另外，外殼可保護透鏡，防止其受到損壞，且防止粒子掉落在透鏡之側邊。再者，本實施例使用嵌入式鑄造技術形成連接透鏡之外殼的技術更具有使用表面黏著(SMT)自動封裝技術的優點，且其可有效率的管理零件。

以下配合第4A~4C圖描述本發明一實施例透鏡和鑄造裝置之對位。請參照第4A圖，提供一透鏡402，包括複數個微對位單元404，其中微對位單元404可以是微凹槽或微凸塊。本發明不限定微對位單元404的形狀。在一實施例中，微對位單元404可以是楔形或圓形的凹槽。在另一實施例中，微對位單元404可以是楔形或圓形的凸塊。透鏡之各邊至少包括三個或四個微對位單元404。值得注意的是，透鏡402之微對位單元404不可位於透鏡之光學有效區域406中。在一實施例中，透鏡402是一晶圓級透鏡，具有一基板408，於基板408之相反兩側包括表面410、412。微對位單元404係位於透鏡402之基板408凸面和凹面部分外的第一表面410和第二表面412上。

請參照第4B圖，提供一鑄造裝置414，包括複數個微對位單元416，其中微對位單元416可以是微凹槽或微凸塊。本發明不限定鑄造裝置414之微對位單元416的形狀。在一實施例中，鑄造裝置414之微對位單元416可以是楔形或圓形的凹槽。在另一實施例中，鑄造裝置414之微對位單元416可以是楔形或圓形的凸塊。如第4B圖所示，微對位單元416係位於鑄造裝置414之頂部鑄模418和底部鑄模420上，且鑄造裝置414之各頂部鑄模418和底部鑄模420上，至少包括三個或四個微對位單元416。值得注意的是，如第4C圖所示，鑄造裝置414之微對位單元416之圖樣必須對應於透鏡402之微對位單元404的圖樣。舉例來說，當透鏡402之微對位單元404是楔形凹槽，鑄造裝置414之微對位單元416可以是楔形凸塊。在另一實施例中，當透鏡402之微對位單元404是楔形凸塊，鑄造裝置414之微對位單元416可以是楔形凹槽。另外，當透鏡402之微對位單元404是圓形凹槽，鑄造裝置414之微對位單元416可以是圓形凸塊，當透鏡402之微對位單元404、416是圓形凸塊，鑄造裝置414之微對位單元404、416可以是圓形凹槽。在本發明一實施例中，透鏡402和鑄造裝置414上之微對位單元的尺寸兩者之尺寸皆介於0.01mm至10cm之間。當透鏡402和鑄造裝置414具有微對位單元，透鏡和鑄造裝置在進行嵌入式鑄造過程可更精準的對位，以增加光學元件封裝的製造良率。

第5A圖顯示一剖面圖，揭示本發明一實施例在進行嵌入式鑄造過程調整外殼深度之方法。請參照第5A圖，提供一鑄造裝置502包括一頂部鑄模504、一底部鑄模506和位於上述兩者之間的基礎構件508，且一透鏡510係固定於鑄造裝置502中。在進行嵌入式鑄造製程時，將注射材料注入腔室512，形成連接透境之外殼的過程中，可於底部鑄模506上使用一高度調整單元514。更仔細的說明，底部鑄模506包括一第一凸出部516和位於第一凸出部516上之第二凸出部518。第一凸出部516可以是柱狀，第二凸出部518可以是直徑小於第一凸出部516之柱狀結構，其中第二凸出部518具有一凹槽。高度調整單元514可以是位於底部鑄模506之第一凸出部516上，包圍第二凸出部518之環狀結構。請參照第5B圖，進行一嵌入式鑄造製程，將注射材料注入腔室以形成連接透境之外殼，如第5B圖所示，外殼520之凹槽的表面和透鏡510之基板的底部表面間的距離A可藉由高度調整單元514減少，因此本實施例可調整高度調整單元514的厚度，以符合透鏡510元件封裝的後焦長度。

第6圖顯示一剖面圖，揭示本發明另一實施例在進行嵌入式鑄造過程調整外殼之凹槽深度的方法。請參照第6圖，提供一鑄造裝置包括一頂部鑄模604、一底部鑄模606和位於上述兩者之間的基礎構件608，且一透鏡610係固定於鑄造裝置602中。底部鑄模606包括一第一凸出部616和一位於第一凸出部616上之第二凸出部618。在本實施例中，鑄造裝置602之第一凸出部616可向上或向下移動。當鑄造裝置602之第一凸出部616可向上移動，外殼612之凹槽的表面和透鏡610之基板的底部表面間的距離B可減少，當鑄造裝置602之第一凸出部616可向下移動，外殼612之凹槽的表面和透鏡610之基板的底部表面間的距離B可增加。因此，本實施例可藉由調整鑄造裝置602之第一凸出部616的高度，控制外殼612之凹槽的表面和透鏡610之基板的底部表面間的距離B。因此，本實施例可調整鑄造裝置602之第一凸出部616的高度，以符合透鏡各種規格之後焦。

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。

102．．．傳統透鏡

104．．．鏡筒

106．．．感測器支架

108．．．影像感測單元

202．．．晶圓級透鏡

204．．．影像感測單元

206．．．玻璃間隔物

302．．．鑄造裝置

304．．．頂部鑄模

306．．．基礎構件

308．．．底部鑄模

310．．．晶圓級透鏡

312．．．基板

314．．．第一表面

316．．．第二表面

317．．．腔室

318．．．注射通道

320．．．光學有效表面

322．．．外殼

324．．．影像感測單元

326．．．基板

328．．．光電單元陣列

330．．．微透鏡陣列

332．．．覆蓋基板

334．．．間隔物

335．．．銲錫球

336．．．凹槽

338．．．第一凸出部

340．．．第二凸出部

402．．．透鏡

404．．．微對位單元

406．．．光學有效區域

408．．．基板

410．．．第一表面

412．．．第二表面

414．．．鑄造裝置

416．．．微對位單元

418．．．頂部鑄模

420．．．底部鑄模

502．．．鑄造裝置

504．．．頂部鑄模

506‧‧‧底部鑄模

508‧‧‧基礎構件

510‧‧‧透鏡

512‧‧‧腔室

514‧‧‧高度調整單元

516‧‧‧第一凸出部

518‧‧‧第二凸出部

520‧‧‧外殼

602‧‧‧鑄造裝置

604‧‧‧頂部鑄模

606‧‧‧底部鑄模

608‧‧‧基礎構件

610‧‧‧透鏡

612‧‧‧外殼

616‧‧‧第一凸出部

618‧‧‧第二凸出部

第1圖顯示傳統影像感測透鏡封裝的剖面圖。

第2圖顯示一習知晶圓級鏡片封裝的剖面圖。

第3A~3F圖顯示本發明一實施例影像感測封裝的製造方法的剖面圖。

第4A~4C圖顯示本發明一實施例透鏡和鑄造裝置之對位。

第5A~5B圖顯示本發明一實施例在進行嵌入式鑄造過程調整外殼深度之剖面圖。

第6圖顯示本發明另一實施例在進行嵌入式鑄造過程調整外殼深度之剖面圖。

304．．．頂部鑄模

306．．．基礎構件

308．．．底部鑄模

310．．．晶圓級透鏡

318．．．注射通道

320．．．光學有效表面

322．．．外殼

Claims (8)

1. 一種影像感測元件之製造方法，包括：提供一鑄造裝置；將一透鏡放置於該鑄造裝置中；將一注射材料注入該鑄造裝置之腔室中，以形成連接該透鏡之外殼，其中提供該鑄造裝置包括：提供一底部鑄模；形成一頂部鑄模於該底部鑄模上；形成一基礎構件於該頂部鑄模和該底部鑄模之間，其中該底部鑄模包括一第一凸出部和位於該第一凸出部上之第二凸出部，其中在將該注射材料注入該鑄造裝置之腔室前，尚包括設置一高度調整單元於該第一凸出部上。
2. 申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之製造方法，其中該注射材料包括聚碳酸酯(polycarbonate，PC)、丙烯腈-苯乙烯-丁二烯共聚物(acrylonitrile butadiene styrene，ABS)、液晶聚合物(liquid crystal polymer resin，LCP)或聚氯乙烯(polyvinylchloride，PVC)。
3. 申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之製造方法，其中該注射材料摻雜複數個金屬粒子，或在將該注射材料注入該鑄造裝置之腔室前，尚包括於該透鏡上形成一金屬層。
4. 申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之製造方法，其中將該注射材料注入該鑄造裝置之腔室的步驟係經由該鑄造裝置中之一注射通道，且該注射通道之開口和方 向設計係不直接朝向該透鏡。
5. 申請專利範圍第1項所述之影像感測元件之製造方法，更包括打開該鑄造裝置之腔室，將該透鏡和連接該透鏡之外殼移出，且該影像感測元件之製造方法更包括將該外殼與一影像感測單元組裝。
6. 申請專利範圍第5項所述之影像感測元件之製造方法，更包括於該外殼形成一凹槽，其中該影像感測元件係以下列步驟形成：提供一基板；形成一光電單元陣列於該基板上；形成一微透鏡陣列於該光電單元陣列上；形成一覆蓋基板於該基板和該光電單元陣列上方；形成一間隔物支撐覆蓋該基板；及形成複數個銲錫球於該基板下方，其中將該外殼與該影像感測單元組裝的步驟，包括將該影像感測單元之覆蓋基板鑲入該外殼之凹槽。
7. 一種鑄造裝置，包括：一底部鑄模；一頂部鑄模，設置於該底部鑄模上方；一基礎構件，設置於該頂部鑄模和該底部鑄模之間；及複數個對位單元位於該頂部鑄模和該底部鑄模上，其中該底部鑄模包括第一凸出部、位於該第一凸出部上之第二凸出部和一高度調整單元，位於該第一凸出部上，其中該第一凸出部是柱狀，其中該第二凸出部是直徑小於該第 一凸出部的柱狀結構，且該第二凸出部包括一凹槽。
8. 請專利範圍第7項所述之鑄造裝置，其中該些對位單元是微凸塊或微凹槽，且該些對位單元之尺寸為0.01mm~10cm。