TWI590472B - 凹口間隔式相機模組及其製造方法 - Google Patents

凹口間隔式相機模組及其製造方法 Download PDF

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TWI590472B TW105131037A TW105131037A TWI590472B TW I590472 B TWI590472 B TW I590472B TW 105131037 A TW105131037 A TW 105131037A TW 105131037 A TW105131037 A TW 105131037A TW I590472 B TWI590472 B TW I590472B
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Description

凹口間隔式相機模組及其製造方法
本發明涉及晶粒級對準和晶圓級相機元件的接合，更具體而言涉及提高產量並簡化晶圓級相機模組的製造之設計。
透過CMOS技術製造的相機模組之晶圓級製造已經促進諸如行動裝置的大量消費型產品中的相機模組與機動車輛的結合。圖1是這種先前技藝的相機模組100在周遭介質102中的剖面圖。相機模組100包括透鏡172，透鏡172具有與影像感測器125對準的光軸173，其中間隔環160將透鏡172與影像感測器125分開。透鏡172和影像感測器125分別是透鏡板170和裝置層120的一部分。焊料球110電性連接至影像感測器125。焊料球110、裝置層120和防護玻璃130形成晶片尺寸封裝135，其在本文中也稱為影像感測器晶片尺寸封裝135和CSP 135。間隔環160和透鏡板170形成透鏡單元175。
在用於製造相機模組100的製程中，光軸173係對準於影像感測器125。間隔環160具有下表面165，CSP 135具有CSP上表面136。在下表面165和CSP上表面136之間，膠環140將間隔環160接合至防護玻璃130，以形成腔體148。先前技藝的相機模組100的缺點在於，在接合程序中，間隔環160使膠環140變形，使得部分的膠環140離開間隔環160和防護玻璃130之間的區域。一經固化，膠環140可能沒有將腔體148完全密封於周遭介質102，或者牢固地密封。例如，在相機模組100中，膠環140的上表面141與下表面165(1)分離。腔體148和周遭介質102之間的密封損壞使透鏡172和防護玻璃130中的至少一者受到污染的風險。為了消除前述風險，相機模組100包括額外的邊緣膠146以保證腔體148的密封。額外的邊緣膠146的應用增加了與相機模組100相關之製造成本。
一種凹口間隔式相機模組包括：晶片尺寸封裝(CSP)、透鏡單 元和膠環。CSP具有影像感測器和CSP上表面，透鏡單元具有透鏡板和間隔環，透鏡板包括透鏡。間隔環包括(i)具有門高度的膠門以及(ii)在膠門和透鏡板之間的具有基底高度之間隔基底。膠環位於間隔環和CSP上表面之間，並且具有(i)位於CSP上表面和間隔基底的下表面之間的外部區域，以及(ii)位於CSP上表面和膠門的下表面之間的具有內部厚度之內部區域。透鏡板、間隔環、膠環和CSP上表面形成了具有腔體高度的密封腔體，前述腔體高度至少等於內部厚度、門高度和基底高度之和。
一種用於製造凹口間隔式相機模組的方法包括以下步驟：(a)將具有第一厚度的膠環施加至具有影像感測器的晶片尺寸封裝之上表面，以及(b)將透鏡與影像感測器對準，透鏡是附接至間隔環的透鏡板之一部分。間隔環具有(i)具有小於第一厚度的門高度之膠門以及(ii)位於膠門和透鏡板之間的間隔基底。對準的步驟包括：將透鏡與影像感測器縱向地對準，使得膠環變形並且跨越晶片尺寸封裝的上表面和膠門的下表面之間的內部區域。
100‧‧‧相機模組
110‧‧‧焊料球
120‧‧‧裝置層
125‧‧‧影像感測器
130‧‧‧防護玻璃
135‧‧‧晶片尺寸封裝(CSP)
136‧‧‧CSP上表面
140‧‧‧膠環
141‧‧‧上表面
146‧‧‧邊緣膠
148‧‧‧腔體
160‧‧‧間隔環
165‧‧‧下表面
165(1)‧‧‧下表面
170‧‧‧透鏡板
172‧‧‧透鏡
173‧‧‧光軸
175‧‧‧透鏡單元
200‧‧‧凹口間隔式相機模組
240‧‧‧膠環
241‧‧‧內部區域
242‧‧‧外部區域
243‧‧‧內部厚度
244‧‧‧最大外部厚度
245‧‧‧高度
248‧‧‧腔體
251‧‧‧膠門
254‧‧‧下表面
255‧‧‧側表面
256‧‧‧門寬度
257‧‧‧門高度
258‧‧‧高度
260‧‧‧凹口間隔環
261‧‧‧間隔基底
263‧‧‧間隔基底下表面
265‧‧‧基底高度
266‧‧‧間隔高度
268‧‧‧膠收集區域
269‧‧‧基底寬度
271‧‧‧腔體高度
275‧‧‧透鏡單元
298‧‧‧坐標系統
300‧‧‧方法
310、320、322、324、326、330‧‧‧步驟
440‧‧‧膠環
441‧‧‧上表面
442‧‧‧寬度
443‧‧‧厚度
640‧‧‧膠環
643‧‧‧內部厚度
663‧‧‧高度
671‧‧‧預固化腔體高度
圖1是先前技藝的相機模組的剖面圖。
圖2是一實施例中的凹口間隔式相機模組的剖面圖。
圖3是說明一實施例中的用於製造圖2的凹口間隔式相機模組的方法之流程圖。
圖4A和圖4B分別顯示出了一實施例中的影像感測器晶片尺寸封裝之上表面上的膠環之平面圖和剖面圖。
圖5A和圖5B分別顯示出了一實施例中的、在圖4的晶片尺寸封裝上方橫向對準的透鏡單元之仰視平面圖和相應的剖面圖。
圖6是一實施例中的、在將圖5A和圖5B的透鏡單元與圖4的晶片尺寸封裝縱向對準之後形成的凹口間隔式相機模組之剖面圖。
圖2是示例性的凹口間隔式(Notched-Spacer)相機模組200的剖面圖。類似於相機模組100，凹口間隔式相機模組200包括位於透鏡板170和晶片尺寸封裝135之間的間隔環。凹口間隔式相機模組200包括由間隔基底261和膠門251形成的凹口間隔環260，而相機模組100包括具有平坦的下表面165之間隔環160。間隔基底261具有間隔基底下表面263。膠門251具有下表面254 和側表面255。凹口間隔環260和透鏡板170形成透鏡單元275。在不偏離本發明範圍的情況下，透鏡板170可包括多於一個透鏡。
間隔基底261和膠門251可以由下列材料中的一者或多者形成：玻璃、光阻(例如乾膜防焊阻絕層)、環氧樹脂、矽和金屬。間隔基底261和膠門251可以由不同材料形成，或者可以由相同材料形成。膠門251可以透過本領域已知的其他手段接合至間隔基底261或者附接至間隔基底261。可替代地，間隔基底261和膠門251可由相同材料形成，並且由單片材料形成，使得凹口間隔環260是單一實體。
間隔基底具有基底寬度269，膠門251具有門寬度256。間隔基底具有基底高度265，膠門251具有門高度257，使得間隔基底具有等於基底高度265及門高度257之和的間隔高度266。下表面254處於CSP上表面136上方的高度258處。在本文中除非特別指出，否則厚度和高度指的是坐標系統298的z方向中的空間維度，而寬度指的是x方向中的空間維度。
在圖2中顯示出的凹口間隔式相機模組200之實施例中，膠門251完全處於間隔基底261下方，並且基底寬度269超過門寬度256。雖然在圖2中未顯示出，但是在一實施例中，膠門251延伸到腔體248中使得膠門251不完全位於間隔基底261下方。在此實施例中，門寬度256可超過基底寬度269。
參照間隔基底261和膠門251，間隔基底下表面263、側表面255和CSP上表面136是膠收集區域268的邊界，前述膠收集區域268部分被膠環240的一部分佔據。在圖2中，間隔基底下表面263和側表面255係顯示為平坦的並且以角度Φ=90°匯合。在不偏離本發明範圍的情況下，間隔基底下表面263和側表面255中的至少一者可以是不平坦的，並且Φ≠90°。例如，角度Φ可以處於60度和120度之間。在一實施例中，部分的膠環240完全填滿膠收集區域268。
膠環240將凹口間隔環260接合至晶片尺寸封裝135的CSP上表面136，這將腔體248密封於周遭介質102。膠環240例如是可紫外線固化的環氧樹脂。膠環240具有內部區域241和外部區域242。內部區域241具有內部厚度243並且至少部分地處於CSP上表面136和膠門之下表面254之間。外部區域242具有最大外部厚度244，並且至少部分地處於CSP上表面136和間隔基底下表面263之間。圖2顯示出了等於高度258的內部厚度243。在不偏離本 發明範圍的情況下，內部區域241可包括一個或多個區域(未顯示出)，前述一個或多個區域具有小於高度258(並因此小於內部厚度243)的厚度。
如圖2所示，最大外部厚度244可超過內部厚度243。在不偏離本發明範圍的情況下，存在以下中的至少一者：(a)內部厚度243可超過或者等於最大外部厚度244，以及(b)最大外部厚度244可超過或者等於門高度257。
間隔基底下表面263處於CSP上表面136上方的高度245處。高度245是內部厚度243和門高度257之和，並且因此超過門高度257。腔體248具有腔體高度271，腔體高度271大於或者等於內部厚度243、門高度257和基底高度265之和。
凹口間隔環260使凹口間隔式相機模組200相比於相機模組100具有若干優點：提高了產量並因此降低了製造成本。這些包括晶片尺寸封裝和透鏡單元之間的更牢固的接合，以及更好地保證晶片尺寸封裝和透鏡單元之間的腔體(例如，腔體248)的牢固密封。膠門251降低了膠環240與凹口間隔環260(例如在下表面254和側表面255處)分開的風險，並因此還降低了腔體248暴露於周遭介質102中的污染物之風險。
圖3是顯示出用於製造凹口間隔式相機模組200的方法300之流程圖。圖4顯示出了透鏡板和晶片尺寸封裝的示意圖，這些示意圖對應於方法300的步驟。最好與以下描述一同查看圖3和圖4。
在步驟310中，方法300將具有第一厚度的膠環施加至具有影像感測器的晶片尺寸封裝之上表面。在步驟310的一實例中，膠環440施加至圖4A和圖4B中分別以平面圖和剖面圖的方式顯示出的晶片尺寸封裝135之CSP上表面136。膠環440具有上表面441、寬度442和厚度443。在凹口間隔式相機模組200的一實施例中，厚度443處於60μm和100μm之間，並且寬度442超過100μm。圖4B的剖面圖對應於圖4A的剖面A-A’。CSP上表面136對應於防護玻璃130的上表面。
在步驟320中，方法300將透鏡與影像感測器對準，透鏡是附接至間隔環的透鏡板之一部分，間隔環具有(i)具有小於第一厚度的第一高度之膠門和(ii)位於膠門和透鏡板之間的間隔基底。分別如以下步驟326、步驟322、和步驟324所描述，步驟320可視為包括縱向對準步驟並且選擇性地包括橫向對準步驟和角對準步驟。相對於坐標系統298的x軸、y軸和z軸；橫向對準指 的是沿著x軸和y軸的位置之自由度；角對準指的是繞著x軸和y軸的角度之自由度；並且縱向對準指的是沿著z軸的位置之自由度。在步驟320內，步驟322、步驟324和步驟326每個都可以按任意順序重複多次。
步驟320可以包括對準度的使用，對準度係表示透鏡單元275和晶片尺寸封裝135之間的對準程度。對準度例如與由影像感測器125上的透鏡172所形成的影像之調制傳遞函數(MTF)有關。
步驟322是選擇性的。在步驟322中，方法300將透鏡與影像感測器橫向對準。在步驟322的一實例中，透鏡172與影像感測器125橫向對準。透鏡172橫向對準於影像感測器125，使得例如光軸173處於影像感測器125的中心像素或者中心像素群上方。
步驟324是選擇性的。在步驟324中，方法300將透鏡有角度地對準於影像感測器。在步驟324的一實例中，透鏡172有角度地對準於影像感測器125。透鏡172可以有角度地對準於影像感測器125，使得光軸173與晶片尺寸封裝135的CSP上表面136垂直。
圖5A和圖5B分別顯示出了透鏡單元275的仰視平面圖和相應的剖面圖，上述透鏡單元275在晶片尺寸封裝135上方橫向地對準。圖5B的剖面圖對應於圖5A的剖面B-B’。在一實施例中，門寬度256小於寬度442。在一實施例中，膠門251的門高度257小於厚度443。
在步驟326中，方法300將透鏡與影像感測器縱向對準，使得膠環變形並且跨越上表面和膠門的下表面之間的內部區域。在步驟326的一實例中，透鏡172縱向對準於影像感測器125，使得膠環440變形以成為在圖6中顯示出的變形的膠環640。
在一實施例中，在步驟326中，方法300將透鏡縱向對準於影像感測器，使得膠環還跨越上表面和間隔基底的下表面之間的、具有小於(膠環的)第一厚度的外部厚度之外部區域。
圖6是在步驟326的縱向對準之後，在晶片尺寸封裝135上具有透鏡單元275的凹口間隔式相機模組600的剖面圖。間隔基底下表面263處於CSP上表面136上方的高度663處。高度663小於膠環440的厚度443。
變形的膠環640具有大於零的內部厚度643。在步驟326的一實例中，方法300將透鏡172縱向對準以決定透鏡板和CSP上表面136之間的預 固化腔體高度671，其優化了由透鏡172形成在影像感測器125上的影像之影像品質度。影像品質度例如與對應於至少一個空間頻率和光學波長的MTF之值有關。內部厚度643的值至少部分由優化了影像品質度的預固化腔體高度671來決定。當對在方法300包括將透鏡單元275接合到晶片尺寸封裝135而使得膠門251(圖5)的下表面254與CSP上表面136接觸的情況下可能不可獲得的影像品質進行優化時，內部厚度643因此提供自由度，使得間隔高度266是預固化腔體高度671的唯一可達到的值。
在步驟326中，膠門251防止膠環240的膠流至腔體248並覆蓋影像感測器125的一部分。消除先前技藝的相機模組100之此失敗模式會導致凹口間隔式相機模組200的產量提高。
步驟330是選擇性的。如果包括，則在步驟330中，方法300固化變形的膠環。在步驟340的一實例中，變形的膠環640被固化以形成膠環240，並且得到圖2的凹口間隔式相機模組200。例如透過紫外線光源來固化變形的膠環640。
例如分別根據變形的膠環640和膠環240的內部厚度643和內部厚度243的任何差異，凹口間隔式相機模組200具有可不同於預固化腔體高度671的腔體高度271。在步驟326中，預固化腔體高度671也可以被優化，以補償內部厚度643和內部厚度243之間的任何差異。
特徵的組合
上面描述的特徵以及下面要求保護的特徵可在不偏離本發明範圍的情況下，以多種方式組合。以下示例說明了一些可能的、非限制性的組合：
(A1)凹口間隔式相機模組包括晶片尺寸封裝(CSP)、透鏡單元和膠環。CSP具有影像感測器和CSP上表面，透鏡單元具有透鏡板和間隔環，並且透鏡板包括透鏡。間隔環包括(i)具有門高度的膠門和(ii)位於膠門和透鏡板之間的、具有基底高度的間隔基底。膠環位於間隔環和CSP上表面之間，並且具有(i)位於CSP上表面和間隔基底的下表面之間的外部區域，以及(ii)位於CSP上表面和膠門的下表面之間的具有內部厚度之內部區域。透鏡板、間隔環、膠環和CSP上表面形成密封腔體，前述密封腔體具有至少等於內部厚度、門高度和基底高度之和的腔體高度。
(A2)在由(A1)表示的凹口間隔式相機模組中，膠門可具有 小於膠環寬度的門寬度。
(A3)在由(A1)和(A2)中的一者表示的凹口間隔式相機模組中，膠門可具有小於間隔基底的寬度之門寬度。
(A4)在由(A1)至(A3)表示的凹口間隔式相機模組中的任一者中，內部區域可跨越CSP上表面和膠門的下表面。
(A5)在由(A1)至(A4)表示的凹口間隔式相機模組中的任一者中，外部區域可跨越CSP上表面和間隔基底的下表面。
(A6)在由(A1)至(A5)表示的凹口間隔式相機模組中的任一者中，內部厚度可小於膠環的外部區域之最大厚度。
(A7)在由(A1)至(A6)表示的凹口間隔式相機模組中的任一者中，間隔基底可具有位於CSP上表面上方的、等於內部厚度和門高度之和的高度處之下表面。
(A8)在由(A1)至(A7)表示的凹口間隔式相機模組中的任一者中，腔體高度可等於內部厚度、門高度和基底高度之和。
(A9)在由(A1)至(A8)表示的凹口間隔式相機模組中的任一者中，外部區域可具有超過門高度的最大外部厚度。
(B1)用於製造凹口間隔式相機模組的方法包括以下步驟：(a)將具有第一厚度的膠環施加至具有影像感測器的晶片尺寸封裝之上表面，以及(b)將透鏡與影像感測器對準，前述透鏡是附接至間隔環的透鏡板之一部分。間隔環具有(i)具有小於第一厚度的門高度之膠門，以及(ii)位於膠門和透鏡板之間的間隔基底。對準的步驟包括將透鏡縱向對準於影像感測器，使得膠環變形並且跨越晶片尺寸封裝的上表面和膠門的下表面之間的內部區域。
(B2)在由(B1)表示的方法中，縱向對準的步驟可使得膠環還跨越位於晶片尺寸封裝的上表面和間隔基底的下表面之間的外部區域，前述外部區域具有小於第一厚度的外部厚度。
(B3)在由(B1)和(B2)中的一者表示的任一種方法中，對準的步驟可進一步包括將透鏡橫向對準於影像感測器。
(B4)在由(B1)至(B3)表示的方法中的任一者中，對準的步驟可進一步包括將透鏡有角度地對準於影像感測器。
(B5)由(B1)至(B4)表示的方法中的任一者可進一步包括 使變形的膠環固化。
(B6)在如(B5)表示的方法中，使變形的膠環固化的步驟可形成具有腔體高度的密封腔體，該腔體高度至少等於內部厚度、門高度和基底高度之和。
可以在不偏離本發明範圍的情況下，對上面的方法和系統進行改變。因而應注意者為，在上面的描述中包含的或者在圖式中顯示出的事項應解釋為示例性的而非限制意義的。下面的申請專利範圍旨在涵蓋本文描述的全部一般的和特定的特徵，以及在文義上可能被認為落入範圍中的本方法和系統的範圍的全部陳述。
110‧‧‧焊料球
120‧‧‧裝置層
125‧‧‧影像感測器
130‧‧‧防護玻璃
135‧‧‧晶片尺寸封裝(CSP)
136‧‧‧CSP上表面
170‧‧‧透鏡板
172‧‧‧透鏡
173‧‧‧光軸
200‧‧‧凹口間隔式相機模組
240‧‧‧膠環
241‧‧‧內部區域
242‧‧‧外部區域
243‧‧‧內部厚度
244‧‧‧最大外部厚度
245‧‧‧高度
248‧‧‧腔體
251‧‧‧膠門
254‧‧‧下表面
255‧‧‧側表面
256‧‧‧門寬度
257‧‧‧門高度
258‧‧‧高度
260‧‧‧凹口間隔環
261‧‧‧間隔基底
263‧‧‧間隔基底下表面
265‧‧‧基底高度
266‧‧‧間隔高度
268‧‧‧膠收集區域
269‧‧‧基底寬度
271‧‧‧腔體高度
275‧‧‧透鏡單元

Claims (15)

  1. 一種凹口間隔式相機模組，包括：一晶片尺寸封裝(CSP)，具有一影像感測器和一CSP上表面；一透鏡單元，具有一透鏡板和一間隔環，該透鏡板包括一透鏡，該間隔環包括(i)具有門高度的一膠門，以及(ii)位於該膠門和該透鏡板之間的、具有基底高度的一間隔基底；以及一膠環，位於該間隔環和該CSP上表面之間，該膠環具有(i)一外部區域，位於該CSP上表面和該間隔基底的下表面之間；以及(ii)一內部區域，位於該CSP上表面和該膠門的下表面之間且具有內部厚度，該透鏡板、該間隔環、該膠環以及該CSP上表面形成具有腔體高度的密封腔體，該腔體高度至少等於該內部厚度、該門高度以及該基底高度之和。
  2. 如請求項1所述之凹口間隔式相機模組，其中該膠門具有小於該膠環的寬度之門寬度。
  3. 如請求項1所述之凹口間隔式相機模組，其中該膠門具有小於該間隔基底的寬度之門寬度。
  4. 如請求項1所述之凹口間隔式相機模組，其中該內部區域跨越該CSP上表面和該膠門的該下表面。
  5. 如請求項1所述之凹口間隔式相機模組，其中該外部區域跨越該CSP上表面和該間隔基底的該下表面。
  6. 如請求項1所述之凹口間隔式相機模組，其中該內部厚度小於該膠環的該外部區域之最大厚度。
  7. 如請求項1所述之凹口間隔式相機模組，其中該間隔基底具有一下表面，該間隔基底的該下表面在該CSP上表面上方的、等於該內部厚度和該門高度之和的高度處。
  8. 如請求項1所述之凹口間隔式相機模組，其中該腔體高度等於該內部厚度、該門高度和該基底高度之和。
  9. 如請求項1所述之凹口間隔式相機模組，其中該外部區域具有超過該門高度的最大外部厚度。
  10. 一種用於製造凹口間隔式相機模組的方法，包括：將具有第一厚度的膠環施加至具有影像感測器的晶片尺寸封裝之上表面；以及將透鏡與該影像感測器對準，該透鏡是附接至間隔環的透鏡板之一部分，該間隔環具有(i)膠門，具有小於該第一厚度的門高度；以及(ii)間隔基底，位於該膠門和該透鏡板之間，該對準的步驟包括：將該透鏡與該影像感測器縱向對準，使得該膠環變形並且跨越該晶片尺寸封裝的該上表面和該膠門的下表面之間的內部區域。
  11. 如請求項10所述之方法，其中該縱向對準的步驟使得該膠環還跨越該晶片尺寸封裝的該上表面和該間隔基底的下表面之間的外部區域，該外部區域具有小於該第一厚度的外部厚度。
  12. 如請求項10所述之方法，其中該對準的步驟還包括：將該透鏡與該影像感測器橫向對準。
  13. 如請求項10所述之方法，其中該對準的步驟還包括：將該透鏡與該影像感測器有角度地對準。
  14. 如請求項10所述之方法，還包括使變形的該膠環固化。
  15. 如請求項14所述之方法，其中該使變形的該膠環固化的步驟形成具有腔體高度的密封腔體，該腔體高度至少等於該內部厚度、該門高度以及該基底高度之和。
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