TWI745714B - 無腔晶片級影像感測器封裝 - Google Patents

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TWI745714B
TWI745714B TW108124344A TW108124344A TWI745714B TW I745714 B TWI745714 B TW I745714B TW 108124344 A TW108124344 A TW 108124344A TW 108124344 A TW108124344 A TW 108124344A TW I745714 B TWI745714 B TW I745714B
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Abstract

無腔晶片級影像感測器封裝包括基板、微透鏡陣列和低折射率層。基板包括形成像素陣列的多個像素。微透鏡陣列包括多個微透鏡，微透鏡各自(i)具有透鏡折射率、(ii)與多個像素中的相應一個對齊、以及(iii)具有背對多個像素中的相應一個的非平面微透鏡表面。低折射率層具有小於透鏡折射率的第一折射率。低折射率層還包括下表面，下表面的至少部分與每個非平面微透鏡表面共形。微透鏡陣列在像素陣列和低折射率層之間。

Description

無腔晶片級影像感測器封裝
本發明涉及影像感測器，並特別地涉及影像感測器的像素陣列的封裝。
於產品中的照相機模組，例如獨立的數位照相機、移動設備、汽車元件和醫療設備中的照相機模組，通常包括互補金屬氧化物半導體(CMOS)影像感測器。CMOS影像感測器將來自由照相機透鏡成像的場景的光轉換為數位信號，該數位信號被轉換為顯示的影像和/或包含影像資料的檔。CMOS影像感測器包括像素陣列和對應的微透鏡陣列，其中每個微透鏡將光聚焦在相應像素上。在許多照相機模組中，CMOS影像感測器是晶片級封裝的部分，其包括CMOS影像感測器的感光區域上方的保護層。現有影像感測器的常見問題包括分層和由保護層反射的光導致的影像偽影。
在一第一觀點，無腔晶片級影像感測器封裝包括基板、微透鏡陣列和低折射率層。基板包括形成像素陣列的多個像素。微透鏡陣列包括多個微透鏡，多個微透鏡各自(i)具有透鏡反射率，(ii)與多個像素中的相應一個對齊，以及(iii)具有背對多個像素中的相應一個的非平面微透鏡表面。低折射率層具有小於透鏡折射率的第一折射率。低折射率層還包括下表面，下表面的至少部分與每個非平面微透鏡表面共形。微透鏡陣列在像素陣列和低折射率層之間。
在一第二觀點，用於封裝影像感測器的方法包括使用具有第一折 射率的低折射率層覆蓋影像感測器的像素陣列。影像感測器包括微透鏡陣列，微透鏡陣列包括多個微透鏡，多個微透鏡各自(i)與多個像素中的相應一個對齊，以及(ii)具有背對多個像素中的相應一個的非平面微透鏡表面。覆蓋像素陣列導致低折射率層的下表面與每個非平面微透鏡表面共形。
這些優點及其他優點從以下較佳實施例之敘述及申請專利範圍將使讀者得以清楚了解本發明。
190‧‧‧照相機
100‧‧‧晶片級影像感測器封裝(CSP)
114‧‧‧像素陣列
200‧‧‧CSP
298X、298Y和298Z‧‧‧方向
210‧‧‧元件基板
230‧‧‧間隔件
250‧‧‧保護玻璃
214‧‧‧像素陣列
220‧‧‧微透鏡陣列
230‧‧‧間隔件
231‧‧‧的內表面
232‧‧‧上表面
233‧‧‧和下表面
250‧‧‧保護玻璃
250B‧‧‧的下表面
219:元件基板的上表面
206:再分佈層
204:導體
205X和205Y:尺寸
229:裸影像感測器
208:介電層
259:厚度
CSP 400:無腔
410:元件基板
430:低折射率層
222:微透鏡表面
225:最大高度
439:低折射率層上表面
431:低折射率層下表面
222:與微透鏡表面
432:共形的表面區域
205:粘結墊
430:低折射率層
437:的最小厚度
CSP 500:無腔
530:低折射率層
540:粘結層
534:體積元件
254:表面區域
224:表面區域
549:厚度
540:粘結層
532、542:的側表面
250:保護玻璃
252:的側表面
620:微透鏡陣列
640:粘結層
630:低折射率層
600:掃描電子顯微鏡影像
621:平面
624:距離
622:峰谷高度
632:微透鏡中心上方的厚度
CSP 700:無腔
410:設備基板
730:低折射率層
731:下表面
739:上表面
222:微透鏡表面
732:上方的表面區域
222:微透鏡表面
732:和表面區域
738:兩者上方的表面區域
CSP 800:無腔
830:低折射率層
840:粘結層
849:最小厚度
920:微透鏡陣列
940:粘結層
930:低折射率層
620:微透鏡陣列
932和938:表面區域
938H:峰谷高度
921:直徑
1010、1020和1030:可見光透射率曲線
1000、1100:圖示
1040、1120和1140:可見光透射率曲線
1200:用於封裝影像感測器的方法
1210和1220:步驟
如下所述之對本發明的詳細描述與實施例之示意圖，應使本發明更被充分地理解；然而，應可理解此僅限於作為理解本發明應用之參考，而非限制本發明於一特定實施例之中。
圖1顯示包括晶片級影像感測器封裝的照相機；圖2和圖3分別是晶片級影像感測器封裝的剖面示意圖和平面視圖；圖4是實施例中第一無腔晶片級影像感測器封裝的剖面示意圖；圖5是實施例中第二無腔晶片級影像感測器封裝的剖面示意圖；圖6是實施例中第三無腔晶片級影像感測器封裝的掃描電子顯微鏡影像；圖7是實施例中第四無腔晶片級影像感測器封裝的剖面示意圖；圖8是實施例中第五無腔晶片級影像感測器封裝的剖面示意圖；圖9是實施例中第六無腔晶片級影像感測器封裝的掃描電子顯 微鏡影像；圖10是顯示用於在此公開的無腔晶片級影像感測器封裝的實施例中的低折射率層的可見光透射率的圖；圖11是顯示實施例中保護玻璃的第一側上的低折射率層的可見光透射率的圖；圖12是顯示實施例中用於封裝影像感測器的方法的流程圖。
此處本發明將針對發明具體實施例及其觀點加以詳細描述，此類描述為解釋本發明之結構或步驟流程，其係供以說明之用而非用以限制本發明之申請專利範圍。因此，除說明書中之具體實施例與較佳實施例外，本發明亦可廣泛施行於其他不同的實施例中。以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技術之人士可藉由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之功效性與其優點。且本發明亦可藉由其他具體實施例加以運用及實施，本說明書所闡述之各項細節亦可基於不同需求而應用，且在不悖離本發明之精神下進行各種不同的修飾或變更。
圖1顯示對場景成像的照相機190。照相機190包括晶片級影像感測器封裝100，晶片級影像感測器封裝100包括像素陣列114。此後，“CSP”表示“晶片級影像感測器封裝”。圖2是CSP 200的剖面示意圖，CSP 200是CSP 100的一個例子。圖2的剖面示意圖與正交方向298X和298Z(298X和298Z分別與方向298Y正交)形成的平面平行。圖3是CSP 200的平面示意圖。在下面的描述中，最好一起參照圖2和圖3。
CSP 200包括元件基板210、間隔件230和保護玻璃250。為說明的清楚，圖3沒有顯示保護玻璃250。元件基板210包括像素陣列214，像素陣列214被配置為檢測由保護玻璃250透射的光。像素陣列214包括多個像素， 且是像素陣列114的例子。CSP 200還可以包括微透鏡陣列220。微透鏡陣列220包括多個微透鏡，多個微透鏡各自與像素陣列214中的多個像素中相應一個像素對齊。元件基板210可以是半導體晶粒並可以由半導體(例如矽、鍺或其組合)形成或可以包括半導體(例如矽、鍺或其組合)。元件基板210具有與方向298Z垂直的上表面219。
間隔件230在元件基板210的上表面219上，並至少部分地圍繞像素陣列214。間隔件230具有內表面231、上表面232和下表面233。保護玻璃250的下表面250B附接至間隔件230的上表面232並覆蓋像素陣列214。CSP 100可以包括(a)間隔件230的上表面232和保護玻璃250的下表面250B，以及(b)間隔件230的下表面233和元件基板210的上表面219中的至少一個之間的粘合劑。
CSP 200還可以包括一個或多個粘結墊205、再分佈層206、和介電層208。再分佈層206將像素陣列214電連接至導體204。單個粘結墊205具有尺寸205X和205Y，其各自為100±20μm。圖2指定裸影像感測器229，其包括元件基板210、像素陣列214和微透鏡陣列220。裸影像感測器229還可以包括再分佈層206、介電層208、導體204和/或粘結墊205中的一個或多個。介電層208可以由焊料遮罩材料，例如聚合物形成。
保護玻璃250可以由鋁矽酸鹽玻璃、無鹼玻璃、硼矽酸鹽玻璃、石英玻璃或其組合形成。保護玻璃250具有厚度259，其尺寸在0.20毫米和0.50毫米之間。
CSP 200的缺點在於透射通過保護玻璃250的光可以由內表面231朝微透鏡陣列220反射，這導致由照相機190捕獲的影像的偽影。CSP 200的第二缺點在於間隔件230易於與元件基板210和/或保護玻璃250剝離(delamination)。
圖4是無腔CSP 400的剖面示意圖，CSP 400是圖1的照相機190的CSP 100的一個例子。無腔CSP 400包括元件基板410和低折射率層430。元件基板410包括像素陣列214，像素陣列214上具有微透鏡陣列220。微透鏡陣列220可以在元件基板210和低折射率層430之間。元件基板410是元件基板210的一個例子。
低折射率層430可以與保護玻璃250用作相同的保護功能，保護玻璃250由CSP 200中的間隔件230支持。由於低折射率層430不要求間隔件230，低折射率層提供保護玻璃250的益處，而沒有前述的影像偽影和剝離問題。
低折射率層430具有小於微透鏡陣列220的每個微透鏡的折射率n 2的折射率n 3。微透鏡陣列220具有各自與多個微透鏡中的相應一個對應(例如對齊)的多個非平面微透鏡表面222。微透鏡表面222可以形成微透鏡陣列220的單個連續的非平面上表面。微透鏡陣列220具有上表面219上方的最大高度225。最大高度225可以對應於非平面微透鏡表面222的一個或多個的頂點或局部最大的高度。微透鏡陣列220的每個微透鏡具有在方向298X或298Y中的至少一個方向上的、在0.8微米和10微米之間的寬度(或直徑)。
低折射率層430具有下表面431和上表面439。下表面431包括與微透鏡表面222共形的表面區域432。如圖4所示，低折射率層430覆蓋微透鏡陣列220。表面區域432覆蓋微透鏡陣列220並與微透鏡表面222共形。低折射率層430和/或表面區域432可以完全覆蓋微透鏡陣列220。例如，低折射率層430和/或表面區域432覆蓋每個微透鏡表面222和相鄰微透鏡表面222之間的區域。下表面432的部分可以符合並可以鄰接設備基板410的上表面219。在不脫離其範圍的情況下，表面區域432可以對應於下表面431的整體。上表面439可以是平面的並可以在製造公差內與設備基板210的上表面219平行。低折射率層430可以覆蓋元件基板410的一個或多個粘結墊205。
在可見電磁波長處，微透鏡陣列的折射率n 2可以以至少△n=0.2超過低折射率層430的折射率n 3。透鏡折射率n 2可以在可見電磁波長處，在1.50±0.04的範圍內。折射率n 3可以在可見電磁波長處，在1.20和1.25之間。低 折射率層430具有表面區域432和上表面439之間的最小厚度437。最小厚度437可以在100和110nm之間的範圍內。最小厚度437和低折射率層430的折射率n 3的乘積可以對應於在可見電磁波長處的四分之一波長光厚度。例如，可見電磁波長可以在480納米和515納米之間，或者在525納米和575納米之間。前述的折射率範圍和厚度範圍對於優化入射到微透鏡陣列220到達像素陣列214上的光的量是有利的。
低折射率層430可以是納米多孔膜或納米多孔層，例如由二氧化矽或氫氧化鋁(ALO(OH))形成。當低折射率層430是納米多孔層，例如氣凝膠時，層可以包括具有小於一百納米的最大寬度(“孔尺寸”)的孔，以便孔不散射可見光。平均孔尺寸(例如均方根)可以在7納米和15納米之間，例如為10納米。低折射率層430可以經由斜角沉積(一種蒸汽沉積製程)形成。
圖5是無腔CSP 500的剖面示意圖，CSP 500是圖1的照相機190的CSP 100的示例。無腔CSP 500包括裸影像感測器229上的低折射率層530、粘結層540和保護玻璃250。低折射率層530是低折射率層430的例子並覆蓋裸影像感測器229的粘結墊205。在無腔CSP 500中，粘結墊205在低折射率層530、粘結層540和保護玻璃250中的至少一個下方。低折射率層530可以與粘結墊205直接接觸。與CSP 200相比，低折射率層530的材料(例如其折射率)的明智選擇也可以導致到達像素陣列214的光的透射增加。
低折射率層530可以完全覆蓋微透鏡陣列220。在實施例中，低折射率層530覆蓋每個微透鏡表面222和相鄰微透鏡表面222之間的區域。圖5表示保護玻璃250的下表面250B的表面區域254和側表面252。表面區域254在微透鏡陣列220的表面區域224上方。表面區域224可以包括：單個或多個微透鏡表面222的部分、相鄰微透鏡表面222之間的表面、與微透鏡表面222相鄰的表面、或其組合。低折射率層530可以完全覆蓋微透鏡陣列220，以便低折射率層530的體積元件534直接位於表面區域254和表面區域224之間。
粘結層540和保護玻璃250具有相應的折射率n 4和n 5，折射率n 4和n 5的每個可以超過低折射率層530的折射率n 3。折射率n 4和n 5可以近似相等，例如|n 4-n 5|<0.08，其益處在於最小化來自下表面250B的反射。在可見電磁波長處，粘結層折射率n 4和保護玻璃折射率n 5可以各自在1.50±0.04的範圍內。
粘結層540可以是環氧樹脂，例如二組分環氧樹脂並可以是室溫可固化的。粘結層540可以具有服從施加最小壓力到保護玻璃250和低折射率層530上的物理性質。例如，在微透鏡陣列220的多個微透鏡的玻璃化轉變溫度下的溫度範圍ΔT L 中，粘結層540可以具有小於200ppm/K的熱膨脹係數。溫度範圍ΔT L 可以具有大於或等於-15℃的下邊界，並可以具有小於玻璃化轉變溫度的上邊界。例如，玻璃化轉變溫度在65℃和70℃之間。在實施例中，在溫度範圍ΔT L 內，粘結層540的熱膨脹係數在130ppm/K和150ppm/K之間，且彈性模量小於350mPa。在實施例中，在溫度範圍ΔT L 內，粘結層540的熱膨脹係數在65ppm/K和75ppm/K之間，且在高於玻璃化轉變溫度的溫度範圍處，粘結層540的熱膨脹係數在200ppm/K和220ppm/K之間。
粘結層540具有厚度549和側表面542。減小厚度549產生改進的光學性能，例如通過最小化來自側表面542的反射的閃光和吸收損耗。此外，降低厚度549還降低製程良率。申請人已經確定，5微米和10微米之間的厚度549在性能和製造性之間的權衡是令人滿意的。
低折射率層530具有側表面532。在實施例中，介電層208向上延伸(沿與方向298Z相對的方向)以分別覆蓋低折射率層530、粘結層540和保護玻璃250的側表面532、542和252中的至少一個。
圖6是微透鏡陣列620和粘結層640之間的低折射率層630的掃描電子顯微鏡影像600。低折射率層630是低折射率層430和530的例子。粘結層640是粘結層540的例子。微透鏡陣列620是微透鏡陣列220的例子。
微透鏡陣列620包括多個微透鏡，多個微透鏡各自具有元件基板210上方的最大高度處的相應微透鏡中心。例如，平面621與微透鏡陣列620的 至少一個微透鏡中心相交。微透鏡陣列620和低折射率層630的下面描述將掃描電子顯微鏡影像600看作經過所述微透鏡中心的微透鏡陣列620的剖面，以便距離624是微透鏡直徑。微透鏡陣列具有峰谷(peak-to-valley)高度622。低折射率層630具有一個或多個微透鏡中心上方的厚度632。厚度632可以小於峰谷高度622。
圖7是無腔CSP 700的剖面圖，CSP 700是圖1的照相機190的CSP 100的一個例子。無腔CSP 700包括元件基板410和低折射率層730。微透鏡陣列220可以在元件基板210和低折射率層層730之間。
低折射率層730具有折射率n 3，如上關於圖4的低折射率層430所描述的。低折射率層730包括下表面731和上表面739。下表面731包括微透鏡表面222上方的表面區域732，其與微透鏡表面222共形。上表面739包括微透鏡表面222和表面區域732兩者上方的表面區域738，表面區域738與其下方的表面區域732共形，且因此還與微透鏡表面222共形。表面區域732和738可以各自直接在多個微透鏡表面222上方。表面區域738的峰和谷可以與表面區域732的相應峰和谷對齊，表面區域732的峰和谷與微透鏡表面222的相應峰和谷對齊。表面區域738可以具有小於表面區域732的峰谷高度。相比於低折射率層430，表面區域732和738與微透鏡表面222的共形可以增強低折射率層730的抗反射特性。
低折射率層730可以延伸超過微透鏡陣列220，以便下表面731與設備基板210的上表面219鄰接。在這樣的實施例中，低折射率層730可以覆蓋設備基板210的一個或多個粘結墊205。可替換地，表面區域732和738可以分別對應於下表面731和上表面739的整體。
圖8是無腔CSP 800的剖面示意圖，CSP 800是圖1的照相機190的CSP 190的一個例子，無腔CSP 800包括裸影像感測器229上的低折射率層830、粘結層840和保護玻璃250。低折射率層830是低折射率層730的示例，並覆蓋裸影像感測器229的粘結墊205。在無腔CSP 800中，粘結墊205在低折射率層830、粘結層840和保護玻璃250中的至少一個下方。低折射率層830可以與粘結墊205直接接觸。粘結層840可以由與粘結層540相同的材料形成，並因此可以具有折射率n 4。粘結層840具有微透鏡陣列220上方的最小厚度849。最小厚度849具有與圖5的粘結層540的厚度549相似的約束和範圍。在實施例中，介電層208向上(沿與方向298Z相反的方向)延伸以覆蓋低折射率層530、粘結層540和保護玻璃250中的至少一個的相應側表面。
圖9是微透鏡陣列920和粘結層940之間的低折射率層930的掃描電子顯微鏡影像。低折射率層930是低折射率層730和830的一個例子。粘結層940是粘結層540的一個例子。微透鏡陣列620是微透鏡陣列220的示例。低折射率層930包括表面區域932和938，其分別是表面區域732和738的示例。表面區域938具有峰谷高度938H，其小於表面區域932的峰谷高度932H。
微透鏡陣列的微透鏡具有直徑921，其的範圍可以從1至12微米。例如，當裸影像感測器229是移動元件的部分時，直徑921可以在1.0和1.2微米之間。當裸影像感測器229是全幀照相機的部分時，直徑921可以在8和9微米之間。峰谷高度932H例如在直徑921的百分之二十三和百分之三十三之間。峰谷高度938H例如在直徑921的百分之十三和百分之二十三之間。
圖10是顯示可見光透射率曲線1010、1020和1030的圖示1000，其中的每一個表示穿過保護玻璃和其第一側上的低折射率層530的相應示例的透射率。保護玻璃是保護玻璃250的一個例子並具有與第一側相對的第二側上的多層抗反射塗層。可見光透射率1010對應於具有厚度t 1010=109nm和跨可見電磁譜的折射率n 1010=1.10的低折射率層。可見光透射率1020對應於具有厚度t 1020=105nm和跨可見電磁譜的在1.20和1.25之間的折射率n 1020的低折射率層。可見光透射率1030對應於具有厚度t 1030=97nm和跨可見電磁譜的折射率n 1030=1.30的低折射率層。前述厚度中的每個是圖4的低折射率層430的最小厚度437。
透射率曲線1010、1020和1030對應於具有480nm和525nm之間的設計波長的四分之一波長厚度的光學塗層。低折射率層530可以具有使得其光學厚度等於可見電磁波長，例如480nm和525nm之間的波長的折射率和厚度。
圖11中的圖示1000還包括可見光透射率曲線1040，其表示具有多層塗層但第一側上不具有低折射率層的保護玻璃的透射率。多層抗反射塗層是包括三個交替對的五氧化二鉭和二氧化矽層的六層塗層。層厚度t(i)是：t(1-6)=18.49、28.45、79.36、6.75、41.91和91.66納米，其中奇數層(i是奇數)由五氧化二鉭形成，且偶數層(i是偶數)由二氧化矽形成。第一層(i=1)直接在保護玻璃的第二側上。
圖11是顯示穿過保護玻璃和其第一側上的低折射率層的可見光透射率曲線1120的圖示1100。保護玻璃是保護玻璃250的示例且具有與第一側相對的第二側上的多層抗反射塗層。可見光透射率曲線1120對應於105nm厚並具有折射率n 1020的低折射率層。
圖11中的圖示1100還包括可見光透射率曲線1140，其是具有多層塗層但在第一側上不具有低折射率層的保護玻璃的透射率。多層抗反射塗層是包括5個交替對的五氧化二鉭和二氧化矽層的10層塗層。層厚t(i)是t(1-10)=8.32、64.64、10.45、230.21、20.94、31.17、83.2、11.22、38.28和97.16，其中，奇數層(層索引i是奇整數)由五氧化二鉭形成，且偶數層(層索引i是偶整數)由二氧化矽形成。第一層(i=1)直接在保護玻璃的第二側上。
圖12是顯示用於封裝影像感測器的方法1200的流程圖。方法1200包括步驟1210和1220中的至少一個。步驟1210包括使用具有第一折射率的低折射率層覆蓋影像感測器的像素陣列。影像感測器包括微透鏡陣列，微透鏡陣列包括多個微透鏡，多個微透鏡各自(i)與多個像素中的相應一個對齊，且(ii)具有背對多個像素中的相應一個的多個非平面微透鏡表面中的相應一個。步驟1210導致低折射率層的下表面與多個非平面顯微鏡表面中的每個共形。在步驟1210中，低折射率層可以經由斜角沉積製程、旋塗製程、噴塗製程 或其組合形成。步驟1210可以是晶圓級製程，以便設備晶圓的多個影像感測器的每個像素陣列在相同的製程步驟中被塗敷有低折射率層。
在步驟1210的第一示例中，低折射率層430(圖4)沉積在裸影像感測器229上，在像素陣列214上方以覆蓋微透鏡陣列220。在步驟1210的第二示例中，低折射率層730(圖7)沉積在裸影像感測器229上，在像素陣列214上方以覆蓋微透鏡陣列220。
步驟1210可以包括覆蓋位於基板上的粘結墊，在基板中或在基板上形成影像感測器。例如，步驟1210可以包括使用低折射率層430或低折射率層730覆蓋粘結墊205。
步驟1220包括將保護玻璃粘結至低折射率層的上表面，上表面與下表面相對。在步驟1220的第一示例中，保護玻璃250通過粘結層540粘結至低折射率層530，如圖5。在步驟1220的示例中，保護玻璃250通過粘結層840粘結至低折射率層830，如圖8。
特徵的組合
在不脫離本發明的範圍的情況下，可以以各種方式組合上述特徵以及下面要求保護的特徵。以下例子說明了一些可能的非限制性組合：
(A1)表示無腔晶片級影像感測器封裝，包括基板、微透鏡陣列和低折射率層。基板包括形成像素陣列的多個像素。微透鏡陣列包括多個微透鏡，多個微透鏡各自(i)具有透鏡折射率，(ii)與多個像素中的相應一個對齊，且(iii)具有背對多個像素中的相應一個的非平面微透鏡表面。低折射率層具有小於透鏡折射率的第一折射率和下表面，下表面的至少部分與每個非平面微透鏡表面共形，微透鏡陣列在像素陣列和低折射率層之間。
(A2)在由(A1)表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，第一折射率可以在1.20至1.25之間。
(A3)在由(A1)和(A2)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，在多個微透鏡陣列中的一個的頂點上方的低折射率層的厚度可以在95納米至115納米之間。
(A4)在由(A1)至(A3)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，在可見電磁波長處，低折射率層可以具有多個微透鏡中的一個的頂點上方的四分之一波長光學厚度。
(A5)在由(A1)至(A4)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，可見電磁波長可以在480納米至515納米之間。
(A6)在如(A1)至(A5)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，對於可見電磁波長的範圍，透鏡折射率可以以至少Δn=0.20超過第一折射率。
(A7)在如(A1)至(A6)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，低折射率層可以具有與下表面相對的平面上表面。
(A8)在如(A1)至(A6)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，低折射率層可以具有與下表面相對的、與下表面共形的非平面上表面。
(A9)在如(A1)至(A8)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，低折射率層的下表面可以與多個非平面微透鏡表面鄰接。
(A10)在如(A1)至(A9)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，當像素陣列被配置為檢測入射到基板的上裸片表面的光時，上裸片表面可以包括與像素陣列相鄰並在低折射率層下方的粘結墊。
(A11)在如(A1)至(A10)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，低折射率層可以由納米多孔材料形成。
(A12)在如(A1)至(A11)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，低折射率層可以完全覆蓋微透鏡陣列。
(A13)如(A1)至(A12)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝還可以包括粘結層和保護玻璃。粘結層與低折射率層鄰接，以便低折射率層在微透鏡陣列和粘結層之間。保護玻璃被佈置在粘結層上，與低折射率層相對。粘結層和保護玻璃分別具有第二折射率和第三折射率，第二折射率和第三折射率各自超過第一折射率。
(A14)在如(A13)表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，當像素陣列被配置為檢測入射到基板的上裸片表面的光時，上裸片表面可以包括與像素陣列相鄰並在低折射率層、粘結層和保護玻璃中的每個下方的粘結墊。
(A15)在如(A13)和(A14)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，對於可見電磁波長的範圍，透鏡折射率、第二折射率和第三折射率可以近似相等，且彼此之間的差值在Δn=0.08以內。
(A16)在如(A13)至(A15)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，對於可見電磁波長的範圍，透鏡折射率、第二折射率和第三折射率可以在從1.46至1.54的範圍內。
(A17)在如(A13)至(A16)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，對於小於多個微透鏡的玻璃化轉變溫度的溫度範圍，粘結層可以具有小於200ppm/K的熱膨脹係數。
(A18)在如(A13)至(A17)中的一個表示的無腔晶片級影像感測器封裝中，粘結層可以是5微米至10微米之間厚。
(B1)表示用於封裝影像感測器的方法，包括使用具有第一折射率的低折射率層覆蓋影像感測器的像素陣列。影像感測器包括微透鏡陣列，微透鏡陣列包括多個微透鏡，多個微透鏡各自(i)具有超過第一折射率的透鏡折射率、(ii)與多個像素中的相應一個對齊、以及(iii)具有背對多個像素中的相應一個的非平面微透鏡表面。
(B2)在(B1)表示的任一方法中，其中低折射率層包括與下表面相對的上表面，方法還可包括將保護玻璃粘結至上表面。
上述敘述係為本發明之較佳實施例。此領域之技藝者應得以領會其係用以說明本發明而非用以限定本發明所主張之專利權利範圍。其專利保護範圍當視後附之申請專利範圍及其等同領域而定。凡熟悉此領域之技藝者，在不脫離本專利精神或範圍內，所作之更動或潤飾，均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且應包含在下述之申請專利範圍內。
400‧‧‧無腔CSP
410‧‧‧元件基板
430‧‧‧低折射率層
214‧‧‧像素陣列
220‧‧‧微透鏡陣列
222‧‧‧非平面微透鏡表面
298X；298Y‧‧‧方向
225‧‧‧最大高度
219‧‧‧微透鏡陣列上表面
439‧‧‧低折射率層上表面
431‧‧‧低折射率層下表面
222‧‧‧與微透鏡表面
432‧‧‧共形的表面區域
205‧‧‧粘結墊
430‧‧‧低折射率層
437‧‧‧的最小厚度

Claims (18)

  1. 一種無腔晶片級影像感測器封裝，包括：一基板，包括形成一個像素陣列的複數個像素；一微透鏡陣列，包括複數個微透鏡，該複數個微透鏡各自(i)具有一透鏡折射率、(ii)與該複數個像素中的相應一個像素對齊、以及(iii)具有背對該複數個像素中的相應一個的非平面微透鏡表面；一低折射率層，具有一個上表面和一個下表面以及小於該透鏡折射率的第一折射率，該下表面的至少部分與每個該非平面微透鏡表面共形形成一第一共形區域，且該上表面與其下方的該第一共形區域共形形成一第二共形區域，其中該第一共形區域的峰和谷與該非平面微透鏡表面的峰和谷對齊，該第二共形區域的峰和谷與第一共形區域的峰和谷對齊，該微透鏡陣列在該像素陣列和該低折射率層之間；一粘結層，與該低折射率層鄰接，以便該低折射率層在該微透鏡陣列和該粘結層之間；以及一保護玻璃，被佈置在該粘結層上，與該粘結層相對，該粘結層和該保護玻璃分別具有第二折射率和第三折射率，該第二折射率和該第三折射率各自超過該第一折射率。
  2. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述第一折射率在1.20至1.25之間。
  3. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述複數個微透鏡中的一個的頂點上方的該低折射率層的厚度範圍在95納米至115納米之間。
  4. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中在可見電磁波長處，上述低折射率層具有該複數個微透鏡中的一個的頂點上方的四分之一波長光 學厚度。
  5. 根據請求項4所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述可見電磁波長範圍在480納米至515納米之間。
  6. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中對於可見電磁波長的範圍，上述透鏡折射率超過該第一折射率至少△n=0.20。
  7. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述低折射率層具有與該下表面相對的平面上表面。
  8. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述低折射率層具有與下表面相對的非平面上表面，該非平面上表面與該下表面共形。
  9. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述低折射率層的該下表面與每個非平面微透鏡表面鄰接。
  10. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述像素陣列被配置為檢測入射到該基板的上裸片表面的光，該上裸片表面包括與該像素陣列相鄰並在該低折射率層下方的粘結墊。
  11. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述低折射率層由納米多孔材料形成。
  12. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述低折射率層完全覆蓋所述微透鏡陣列。
  13. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述像素陣列被配置為檢測入射到該基板的上裸片表面的光，該上裸片表面包括與該像素陣列相鄰並在該低折射率層、該粘結層和該保護玻璃中的每個下方的粘結墊。
  14. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中對於可見電磁波長的範圍，上述透鏡折射率、上述第二折射率和上述第三折射率是近似相等的， 以便彼此之間的差值不大於0.08。
  15. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中對於可見電磁波長的範圍，上述透鏡折射率、上述第二折射率和上述第三折射率在從1.46至1.54的範圍內。
  16. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中對於小於上述複數個微透鏡的玻璃化轉變溫度的溫度範圍，上述粘結層具有小於200ppm/K的熱膨脹係數。
  17. 根據請求項1所述的無腔晶片級影像感測器封裝，其中上述粘結層的厚度範圍在5微米至10微米之間。
  18. 一種用於封裝影像感測器的方法，包括：使用具有第一折射率的低折射率層覆蓋該影像感測器的像素陣列，該影像感測器包括微透鏡陣列，該微透鏡陣列包括複數個微透鏡，該複數個微透鏡各自(i)與複數個像素中的相應一個像素對齊、以及(ii)具有背對該複數個像素中的相應一個的非平面微透鏡表面，該低折射率層的下表面與每個非平面微透鏡表面共形形成一第一共形區域，且該低折射層的上表面與其下方的該第一共形區域共形形成一第二共形區域，其中該第一共形區域的峰和谷與該非平面微透鏡表面的峰和谷對齊，該第二共形區域的峰和谷與第一共形區域的峰和谷對齊；以及將保護玻璃粘結至上述低折射率層與上述下表面相對的上表面。
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