TWI496462B - 用於相機模組之電磁干擾屏蔽 - Google Patents
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Description
本發明大體上係關於相機模組，且更特定而言但並不純粹係關於具有整合式電磁干擾(EMI)保護之數位相機模組。
具有影像擷取能力之行動電子裝置(例如蜂巢式電話)變得越來越流行。用於製造影像感測器且尤其互補金屬氧化物半導體(CMOS)及電荷耦合裝置(CCD)影像感測器之技術已持續快速進步。對於較高解析度、較低電力消耗及較小裝置之需求已助長影像感測器及構成一數位相機模組所需要之其他相關聯元件之進一步小型化及整合。
許多數位相機模組需要保護以免受當相機靠近其他電子元件安裝時可能發生之電磁干擾(EMI)。圖1係一先前技術相機模組之圖解。相機模組100包含印刷電路板類型基板101、配置在基板102上之影像感測器、安置在影像感測器上之玻璃蓋板103，及定位在玻璃蓋板上方之透鏡固持總成104。
金屬支撐殼110覆蓋透鏡固持總成104及影像感測器基板102，且經焊接至PCB基板101之接地連接件。金屬支撐殼可提供EMI保護以及防震保護。如所示，此類型之獨立屏蔽組件變得比相機模組自身更大且更重。此外，金屬屏蔽殼通常係藉由彎曲及按壓程序之組合而製造，其將殼形狀限制為全部覆蓋相機模組之矩形柱。對於一小、薄、輕質
可攜式裝置，此係一不適宜之解決方案。
本發明之非限制及非詳盡實施例參考下文圖式而描述，其中除非另有指定，否則貫穿多種視圖之相同參考數字指相同部件。
本文描述具有整合式電磁干擾(EMI)保護之一低高度相機模組之實施例。在下文描述中，陳述許多特定細節以提供對實施例之透徹理解。然而熟悉相關技術者將認識到可在沒有該等特定細節之一者或多者之情況下或與其他方法、組件、材料等一起實踐本文描述之技術。在其他例項中，眾所周知之結構、材料或操作未詳細展示或描述，以避免模糊某些態樣。
貫穿本說明書對「一項實施例」或「一實施例」之參考意指結合該實施例所描述之一特定特徵、結構或特性包含在本發明之至少一項實施例中。因此，貫穿本說明書在多處出現之片語「在一項實施例中」或「在一實施例中」並非必要地指同一實施例。此外，該等特定特徵、結構或特性可在一項或多項實施例中以任意適宜方式組合。如在本文中使用之術語「或」通常意謂涵蓋包含性功能(例如「及/或」)之意思。
圖2繪示根據本發明之一實施例之一數位相機模組。數位相機模組可逐件製造及組裝，或用晶圓級相機(WLC)技術製造及組裝。在WLC技術中，許多光學組件可在包括矽、玻璃或塑膠之基板晶圓上製造。此等光電子晶圓與一
互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器晶圓安裝在一起且接著切割成個別相機模組。使用可用之半導體技術，可以晶圓級而製造及封裝完成之相機(包含光學元件)。藉由用全自動晶圓級處理來代替許多手動操作，WLC技術降低了製造及封裝成本，且改良品質。
晶圓級相機模組200包含感測器封裝202，及安置在感測器封裝之頂部上之透鏡總成204(具有一個或多個透鏡)。在此實施例中，透鏡總成204係立方體形狀。在其他實施例中，透鏡總成可包括配合在感測器封裝202上方之任何形狀(例如，圓柱形、自由形式等等)。感測器封裝202之厚度可小於透鏡立方體204之厚度，但感測器封裝202之寬度可大於透鏡立方體204之寬度。在其他實施例中，感測器封裝202與透鏡立方體204之寬度可相同。此外，其他大小及形狀組合係可能的。
圖3繪示根據本發明之一實施例之數位相機模組之一橫截面圖。相機總成300包含一透鏡立方體304、影像感測器封裝302及印刷電路板(PCB)基板306。PCB 306包含安置在其表面上以將影像感測器封裝302連接至其他電路元件(即，與一主機行動電話或平板電腦裝置之其他組件交換資料之電路)之金屬跡線310。
感測器封裝302包含影像感測器基板312，影像感測器基板312可包含複數個影像感測器。在一些實施例中，該複數個影像感測器可為安置在影像感測器基板312內之成像像素之一前側照明(FSI)陣列，其中每一FSI成像像素包含
一光電二極體區域，其用於回應於入射在FSI陣列之一前側上之光而累積一影像電荷。在一些實施例中，安置在影像感測器基板312內之FSI成像像素之每一者亦可包含安置在影像感測器基板之一前側上且在光電二極體區域下方且經光學對準以將自前側接收之光聚焦至光電二極體區域上之一微透鏡，及安置在微透鏡與光電二極體區域之間以過濾自前側接收之光之一彩色濾光器。
在其他實施例中，該複數個影像感測器可為安置在影像感測器基板312內之成像像素之一背側照明(BSI)陣列，其中每一BSI成像像素包含一光電二極體區域，其用於回應於入射在BSI陣列之一背側上之光而累積一影像電荷。在一些實施例中，安置在影像感測器基板312內之BSI成像像素之每一者亦可包含安置在影像感測器基板之一背側上且在光電二極體區域下方且經光學對準以將自背側接收之光聚焦至光電二極體區域上之一微透鏡，及安置在微透鏡與光電二極體區域之間以過濾自背側接收之光之一彩色濾光器。
在此實施例中，罩蓋玻璃314安置在影像感測器基板312上方，經由黏著劑316固定。焊球318將影像感測器基板312在電及結構兩者上連接至PCB 306之金屬跡線310。焊球318可經由各種程序(例如，使用一回流程序，使用一球柵陣列配置，使用覆晶技術，使用接合線，及/或類似程序)以通信方式耦合至影像感測器基板312。
在一些例項中，當相機總成300遭受EMI時，此EMI可發
射至感測器封裝302-明確地發射至影像感測器基板312，從而產生電雜訊，此可導致影像劣化。本發明之實施例提供符合行動應用需求之具有整合式EMI保護之小相機模組(例如相機模組300)。
圖4繪示根據本發明之一實施例之具有整合式EMI屏蔽之一數位相機總成。相機模組400包含透鏡立方體404、影像感測器基板412及PCB基板406。該PCB包含安置在其表面上之金屬跡線410，其可操作以將影像感測器基板412經由焊球418連接至其他系統電路元件。
影像感測器基板412係藉由黏著劑結構416直接固定至透鏡立方體404。因此，代替如圖3中展示之罩蓋玻璃314，數位相機模組400僅包含分離透鏡立方體404與影像感測器基板412之一最小空隙。在此項實施例中，在沒有一罩蓋玻璃之情況下，為相機模組400提供一低的高度。
為了提供保護以免受EMI，保護封圍物401固定至透鏡立方體404。封圍物401係由金屬製成之一罐型屏蔽件，且除了一個用於光通過之開口外無開口，使得沒有電磁場可穿透封圍物。在此實施例中，封圍物401具有一頂部片元件及四個側壁。該等側壁無開口。頂部片元件具有一中心開口以允許光及影像通過而進入相機模組400。
EMI保護封圍物401可藉由在透鏡立方體404之頂面上施配膠水402，藉由表面至表面配合而在透鏡立方體404上方安置封圍物401，及固化膠水402，而固定至透鏡立方體404。封圍物401可經由中間電饋通結構420而形成至PCB
406之一表面上之金屬跡線410之電連接。
在此實施例中，與其如圖1之先前技術相機模組100中展示之直接接觸PCB 406，不如使保護封圍物401接觸影像感測器基板412之其中形成金屬著接墊417之頂面。在封圍物401與墊417之間之電連接可用一導電黏著劑(其未展示)或其他已知之電連接方法而促成。
圖4另外繪示饋通420之一展開圖。展開圖展示穿過影像感測器基板412形成之一孔或通孔，該孔或通孔在其側上由絕緣體413加襯。該通孔可經由一已知晶片級封裝(「CSP」)或穿矽通孔(「TSV」)程序形成。金屬層414在絕緣體413上方形成且沿著基板412之下表面延伸以連接至焊球418。金屬層414亦連接至金屬墊417，金屬墊417與封圍物401直接電接觸。絕緣層411可沿著基板412之頂面橫向地包圍金屬墊417。
結構完整性及電絕緣可藉由層415之形成而促成，層415填充通孔且可由焊接遮罩材料或另一方便之絕緣材料組成。封圍物401沿著基板412之頂面自其垂直部件離開之水平延伸可在其他位置修改，且(舉例而言)在此等位置移除以防止與可能未經指派用於EMI保護之饋通(例如饋通420)之不需要之電接觸。此類其他饋通可經指派用於(舉例而言)影像感測器所需要之電力及信號功能，其亦可利用至基板412之下表面上之類似指派之焊球之電連接。
圖5繪示根據本發明之一實施例之具有整合式EMI屏蔽之一數位相機總成。相機總成500類似於圖4之相機總成
400，除了EMI保護係由EMI塗層501提供，EMI塗層501可直接在透鏡立方體404之外表面、黏著劑416及影像感測器基板412之上表面上、尤其在金屬墊417上形成。在沈積EMI塗層501之前，放置適當之遮罩結構，(舉例而言)放置在透鏡立方體404之頂部處之透鏡開口上方及已經指派用於除EMI保護外之功能之類似於金屬墊417之金屬墊上面。EMI塗層501可藉由濺鍍或噴塗或鍍敷或若干其他通常已知之薄膜沈積程序而沈積。上述遮罩結構可在EMI塗層501沈積之後移除。
圖6繪示根據本發明之一實施例之一成像系統。系統600如所繪示包含光學元件601，其可包含折射、繞射或反射光學元件或此等之組合，其耦合至影像感測器602以將一影像聚焦至影像感測器之像素陣列604中之像素上。像素陣列604擷取影像且成像系統600之其餘部分處理來自影像之像素資料。藉由本發明之上述實施例之任一者，可保護光學元件601及影像感測器602免受EMI干擾。
像素感測器602包括像素陣列604及信號讀取(即，讀出)與處理電路610。在一項實施例中，影像感測器602係包含一像素陣列604之一BSI影像感測器，像素陣列604係二維的且包含以列606及行608配置之複數個像素，但在其他實施例中，影像感測器602可為一FSI影像感測器或組合BSI與FSI之一影像感測器。
在像素陣列604擷取一影像之操作期間，像素陣列604之每一像素在某一曝光週期期間擷取入射光(即，光子)且將
收集之光子轉換為一電荷。由每一像素產生之電荷可被讀出為一類比信號，且該類比信號之一特性(例如其電荷、電壓或電流)代表在曝光週期期間入射在像素上之光之強度。
所繪示之像素陣列604呈規則形狀，但在其他實施例中，該陣列可具有不同於所展示情況之一規則或不規則配置且可包含比所展示情況更多或更少之像素、列及行。而且，在不同之實施例中，像素陣列604可為經設計以擷取光譜之可見部分內之影像之包含紅、綠及藍像素之一彩色影像感測器，或可為一黑白影像感測器及/或經設計以擷取光譜之不可見部分(例如紅外線或紫外線)內之影像之一影像感測器。
影像感測器602包含信號讀取與處理電路610。電路610尤其可包含系統地自每一像素讀取類比信號、將此等信號進行濾波、對有缺陷之像素進行校正等等之電路及邏輯。在其中電路610僅執行一些讀取與處理功能之實施例中，剩餘之功能可由一個或多個其他組件(例如信號調節器612或數位信號處理器(DSP)616)而執行。儘管圖中展示為與像素陣列604分離之一元件，但在一些實施例中，讀取與處理電路610可與像素陣列604整合在同一基板上或可包括嵌入在像素陣列內之電路及邏輯。然而，在其他實施例中，讀取與處理電路610可為如圖中展示之在像素陣列604外部之一元件。在又其他實施例中，讀取與處理電路610可為不僅在像素陣列604外部而且亦在影像感測器602外部
之一元件。
信號調節器612以通信方式耦合至影像感測器602以接收及調節來自像素陣列604及來自讀取與處理電路610之類比信號。在不同之實施例中，信號調節器612可包含用於調節類比信號的各種組件。可在信號調節器中建立之組件之實例包含濾波器、放大器、偏移電路、自動增益控制等等。在其中信號調節器612僅包含此類元件之某些且僅執行某些調節功能之實施例中，剩餘之功能可由一個或多個其他組件(例如電路610或DSP 616)而執行。類比轉數位轉換器(ADC)614以通信方式耦合至信號調節器612以自信號調節器612接收對應於像素陣列604中之每一像素之經調節之類比信號，且將此等類比信號轉換為數位值。
DSP 616以通信方式耦合至類比轉數位轉換器614以自ADC 614接收數位化像素資料且處理該數位資料以產生一最終數位影像。DSP 616可包含一處理器及一內部記憶體，在該內部記憶體中其可儲存及擷取資料。在影像由DSP 616處理後，其可輸出至一儲存單元618(例如一快閃記憶體或者一光學或磁儲存單元)及一顯示器單元620(例如一LCD螢幕)之一者或兩者。
本發明之所繪示之實施例之上文描述(包含摘要中所描述)並非意欲為詳盡的，或將本發明限制於所揭示之精確形式。儘管本文描述本發明之特定實施例及實例以用於繪示之目的，但如熟悉相關技術者將認識到，在本發明之範圍內各種修改係可能的。
可鑑於上文詳細之描述而對本發明做出此等修改。隨附申請專利範圍中使用之術語不應解釋為將本發明限制於說明書中所揭示之特定實施例。相反，本發明之範圍完全由隨附申請專利範圍決定，隨附申請專利範圍係如請求項解釋之既定教義而解釋。
100‧‧‧相機模組
101‧‧‧印刷電路板類型基板/PCB基板
102‧‧‧基板/影像感測器基板
103‧‧‧玻璃蓋板
104‧‧‧透鏡固持總成
110‧‧‧金屬支撐殼
200‧‧‧晶圓級相機模組
202‧‧‧感測器封裝
204‧‧‧透鏡總成/透鏡立方體
300‧‧‧相機總成/相機模組
302‧‧‧影像感測器封裝
304‧‧‧透鏡立方體
306‧‧‧印刷電路板(PCB)基板/PCB
310‧‧‧金屬跡線
312‧‧‧影像感測器基板
314‧‧‧罩蓋玻璃
316‧‧‧黏著劑
318‧‧‧焊球
400‧‧‧數位相機模組/相機模組/相機總成
401‧‧‧EMI保護封圍物
402‧‧‧膠水
406‧‧‧PCB基板/PCB
410‧‧‧金屬跡線
411‧‧‧絕緣層
412‧‧‧影像感測器基板
413‧‧‧絕緣體
414‧‧‧金屬層
415‧‧‧層
416‧‧‧黏著劑結構/黏著劑
417‧‧‧金屬著接墊/金屬墊/金墊
418‧‧‧焊球
420‧‧‧中間電饋通結構/饋通
500‧‧‧相機總成
501‧‧‧EMI塗層
600‧‧‧成像系統
601‧‧‧光學元件
602‧‧‧影像感測器
604‧‧‧像素陣列
606‧‧‧列
608‧‧‧行
610‧‧‧信號讀取與處理電路
612‧‧‧信號調節器
614‧‧‧類比轉數轉換器/ADC
616‧‧‧數位信號處理器/DSP
618‧‧‧儲存單元
620‧‧‧顯示器單元
圖1係一先前技術相機模組之一圖解。
圖2繪示根據本發明之一實施例之一數位相機模組。
圖3繪示根據本發明之一實施例之數位相機模組之一橫截面圖。
圖4繪示根據本發明之一實施例之具有整合式EMI屏蔽之一數位相機總成。
圖5繪示根據本發明之一實施例之具有整合式EMI屏蔽之一數位相機總成。
圖6繪示根據本發明之一實施例之一成像系統。
400‧‧‧數位相機模組/相機模組/相機總成
401‧‧‧EMI保護封圍物
402‧‧‧膠水
406‧‧‧PCB基板/PCB
410‧‧‧金屬跡線
411‧‧‧絕緣層
412‧‧‧影像感測器基板
413‧‧‧絕緣體
414‧‧‧金屬層
415‧‧‧層
416‧‧‧黏著劑結構/黏著劑
417‧‧‧金屬著接墊/金屬墊/金墊
418‧‧‧焊球
420‧‧‧中間電饋通結構/饋通
Claims (20)
- 一種相機模組，其包括：一單一未分割之影像感測器基板，其包含安置在該影像感測器基板中之複數個成像像素，其中每一成像像素包含用於回應於入射至一光電二極體上之光而累積一影像電荷之一光電二極體區域；一成像透鏡單元，其安置在該影像感測器基板之一頂側上；複數個導電連接件，其安置在該影像感測器基板之一底側上，其中該等導電連接件之至少一者包括一接地連接件；一穿矽通孔(TSV)，其延伸穿過該影像感測器基板且自該影像感測器基板之該頂側可接達且以通信方式耦合至在該底側上之該接地連接件；及一電磁干擾(EMI)屏蔽罩蓋，其安置在該成像透鏡單元之至少一部分上方且以通信方式耦合至該TSV。
- 如請求項1之相機模組，其中該EMI屏蔽罩蓋包括一金屬罐型屏蔽件。
- 如請求項1之相機模組，其中該EMI屏蔽罩蓋包括沈積在該相機模組之至少一部分上方之一金屬塗層。
- 如請求項3之相機模組，其中該金屬塗層包括經由一濺鍍沈積程序沈積在該相機模組之至少一部分上方之一金屬層。
- 如請求項1之相機模組，其中該成像透鏡單元包括一透 鏡立方體。
- 如請求項1之相機模組，其中該複數個導電連接件包括複數個焊球。
- 如請求項1之相機模組，其進一步包括：用於該複數個成像像素之每一者之複數個微透鏡，其安置在該影像感測器基板上以將所接收之光聚焦至該各自成像像素上；及用於該複數個成像像素之每一者之複數個彩色濾光器，其安置在該各自成像像素與其微透鏡之間以過濾該光。
- 如請求項7之相機模組，其進一步包括安置在該複數個微透鏡與該透鏡單元之間之一空隙。
- 如請求項1之相機模組，其中該複數個成像像素包括一前側照明(FSI)成像像素陣列。
- 如請求項1之相機模組，其中該複數個成像像素包括一背側照明(BSI)成像像素陣列。
- 一種成像系統，其包括：一數位相機模組，其包含：一單一未分割之影像感測器基板，其具有安置在該影像感測器基板中之複數個成像像素，其中每一成像像素包含用於回應於入射至一光電二極體上之光而累積一影像電荷之一光電二極體區域；一成像透鏡單元，其安置在該影像感測器基板之一頂側上；及 複數個導電連接件，其安置在該影像感測器基板之一底側上，其中該等導電連接件之至少一者包括一接地連接件；一穿矽通孔(TSV)，其延伸穿過該影像感測器基板且自該影像感測器基板之該頂側可接達且以通信方式耦合至在該底側上之該接地連接件；一電磁干擾(EMI)屏蔽罩蓋，其安置在該數位相機模組之至少一部分上方且耦合至該影像感測器基板之該TSV；及一印刷電路板(PCB)基板，其耦合至該複數個導電連接件以接收來自該數位相機模組之影像資料。
- 如請求項11之系統，其中該EMI屏蔽罩蓋包括一金屬罐型屏蔽件。
- 如請求項11之系統，其中該EMI屏蔽罩蓋包括沈積在該晶圓級相機模組之至少一部分上方之一金屬塗層。
- 如請求項13之系統，其中該金屬塗層包括經由一濺鍍沈積程序沈積在該晶圓級相機模組之至少一部分上方之一金屬層。
- 如請求項11之系統，其中該成像透鏡單元包含一透鏡立方體。
- 如請求項11之系統，其中該複數個導電連接件包括複數個焊球。
- 如請求項11之系統，該數位相機模組進一步包括：用於該複數個成像像素之每一者之複數個微透鏡，其 安置在該影像感測器基板上以將所接收之光聚焦至該各自成像像素上；及用於該複數個成像像素之每一者之複數個彩色濾光器，其安置在該各自成像像素與其微透鏡之間以過濾該光。
- 如請求項17之系統，該數位相機模組進一步包括安置在該複數個微透鏡與該透鏡單元之間之一空隙。
- 如請求項11之系統，其中該複數個成像像素包括一前側照明(FSI)成像像素陣列。
- 如請求項11之系統，其中該複數個成像像素包括一背側照明(BSI)成像像素陣列。
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