晶片級相機模塊及製造方法

2023-07-02 08:10:21

專利名稱：晶片級相機模塊及製造方法
技術領域：
本發明總體涉及數字相機，更具體地涉及可安裝在主裝置(host device )中的數字相機模塊。
背景技術：
數字相機模塊目前被引入各種主裝置中。該主裝置包括蜂窩電話、個人數據助理(PDA)，計算機等。並且，消費者對主裝置中的數字相機模塊的需求持續增長。
主裝置製造商優選小的數字相機模塊，使得它們可以被引入主裝置中而不增加主裝置的總體尺寸。此外，主裝置製造商期望最小地影響主裝置設計的相機模塊。此外，相機模塊和主裝置製造商需要將相機模塊引入到主裝置中而不損害圖像質量。
傳統的數字相機模塊總體包括透鏡組件、殼體、印刷電路板(PCB)、和集成圖像捕獲裝置(ICD)。典型地，部件分別形成並隨後被組裝以生成數字相機模塊。即，ICD被貼附到PCB,然後殼體被貼附到PCB使得ICD被殼體底部覆蓋。透鏡組件被安裝在殼體的對立端以聚焦入射光到ICD的圖像捕獲表面上。ICD電連接到PCB,該PCB包括多個ICD的電接觸以傳送圖像數據到主裝置用以處理、顯示和儲存。
ICD容易被損壞和汙染，特別是在殼體貼附工藝之前和期間。例如，在殼體被貼附到PCB之前，引線鍵合(wire bonds )經受不注意的接觸(例如，在處理過程中)，其可引起損壞。此外，ICD容易被微粒碎片所汙染。傳感器陣列(圖像捕獲表面)的汙染可阻擋入射光，引起被裝置捕獲的圖像中的可見的缺陷。損壞的ICD可引起成品率的降低以及勞務和材料成本的增力口。
需要一種相機模塊設計和相機模塊的製造方法，其降低損壞ICD的機率，導致更高的產率，導致更快的生產吞吐量，更少的花費，和/或導致較小的裝置尺寸。

發明內容
通過提供具有晶片級形成的透鏡的數字相機模塊，本發明實施例克服了 與現有技術相關聯的問題。本發明實施例通過消除殼體內貼附透鏡組件的需 要，有助於較高的產率、較快的吞吐量、和較低的製造成本。在一些實施例 中，由於更少的處理和更少的材料可提高質量。而且，因為模塊在晶片級制
造，淨室技術可被採用以降低ICD被損壞和汙染的風險。此外，在一些實施 例中，數字相機模塊的總體尺寸在三個維度上可被減小。
根據實施例，本發明提供了一種數字相機模塊，其包括ICD、第一透明 元件、連接所述ICD到所述第一透明元件而不阻擋入射光的接合劑(bonding agent)以及連接到所述第一透明元件的第二透明元件，ICD包括成像器。在 一個實施例中，沒有所述第 一透明元件和所述第二透明元件的部分延伸到 ICD的周邊以外。第一透明元件可包括凹-凸部分，且所述第二透明元件可 包括凸-凹部分。接合劑可包括管芯切割(die-cut)粘接片和/或分配粘接劑。 粘接片和/或分配粘結劑可包括不透明材料和/或防水材料。第一透明元件和 第二透明元件之間可形成空氣間隙，且所述第 一透明元件和所述ICD之間可 形成空氣間隙。第二透明元件可通過接合劑連接到所述第一透明元件。第二 透明元件可通過機械交互作用連接到所述第一透明元件。機械交互作用可包 括形成在所述第一透明元件和所述第二透明元件上的互補的互鎖特性。額外 的透明元件可被添加以進一 步提高成像質量。
根據本發明的另一實施例，本發明提供數字相機模塊工件，其包括ICD 晶片和第二透明元件陣列，ICD晶片包括ICD陣列，第一透明元件陣列包括 第一透明元件的陣列，每個第一透明元件位於對應的一個所述ICD之上，第 二透明元件陣列包括第二透明元件的陣列。在一個實施例中，每個第一透明 元件和其對應的第二透明元件的周邊不延伸超過其對應的ICD的周邊。工件
可進一步包括連接到ICD的金屬化物。第一透明元件陣列通過接合劑可被連 接到所述ICD晶片。ICD晶片和第一透明元件可以被背研磨(backlapped )。 ICD晶片可在所述第 一透明元件陣列的對立側上被等離子體蝕刻以形成通 向接合墊的孔。這些孔隨後被金屬化以在ICD的底面上重新定位電接觸，焊 料球可被貼附到ICD的底面以形成晶片級封裝。第二透明元件陣列通過接合 劑可^C連接到所述第一透明元件陣列。第二透明元件陣列通過機械交互作用 可被連接到所述第 一透明元件陣列。機械交互作用可包括在所述第 一透明元件和所述第二透明元件上形成的互補的互鎖特性。額外的互鎖透明元件可被 添加以進一 步提高成像質量。
根據又一實施例，本發明提供一種數字相機模塊的製造方法，其包括 提供包括ICD的陣列的ICD晶片；提供包括第一透明元件的陣列的第一透 明元件陣列；接合所述第一透明元件陣列到所述ICD晶片使得每個ICD對 應相應的第 一透明元件；提供包括第二透明元件的陣列的第二透明元件陣 列；接合所述第二透明元件陣列到所述第 一透明元件陣列使得每個第 一透明 元件對應相應的第二透明元件；單片化所述ICD晶片成單獨的ICD;單片化 所述第一透明元件陣列成為單獨的第一透明元件；並單片化所述第二透明元 件陣列成為單獨的第二透明元件。
單片化所述ICD晶片可在所述第二透明元件陣列到所述第一透明元件 陣列的所述接合之前被執行。該方法可進一步包括在接合所述第二透明元件 陣列到所述第一透明元件陣列之前，背研磨所述第一透明元件陣列。該方法 可進一步包括等離子體蝕刻所述ICD晶片。等離子體蝕刻在ICD晶片中制 造孔以通向接合墊。這些孔隨後被金屬化以在ICD的底面上重新定位電接 觸，焊料球可被貼附到ICD的底面以形成晶片級封裝。等離子體蝕刻也可單 片化所述ICD晶片成為單獨的ICD。該方法可進一步包括金屬化和圖案化所 述單獨化的ICD。所述單片化所述第一透明元件陣列和所述單片化所述第二 透明元件陣列兩者可發生在所述接合所述第二透明元件陣列到所述第一元 件陣列之後。該方法可進一步包括通過焊料墊連接器連接所述單獨化的ICD 的至少一個到電路基板。


本發明參考以下附圖被描迷，其中相似的參考標號指示相似的原件 圖1A是根據本發明的一個實施例，固定到印刷電路板(PCB)上的數
字相機模塊的立體圖1B是根據本發明的一個實施例，相對於PCB的數字相機模塊的分解
立體圖2是根據本發明的一個實施例，固定到PCB上的數字相機模塊的截 面圖。
圖3A是根據本發明的一個實施例的ICD晶片的俯視圖；圖3B是根據本發明的一個實施例的透明元件陣列的俯視圖；以及 圖4是根據本發明的一個實施例，示出製造晶片級數字相機模塊的方法 的方框具體實施例方式
在下面的描述中，許多細節被闡明以提供對本發明的全面的理解。本領 域技術人員將認識到本發明可偏離這些細節。此外，公知的實踐和部件的細 節已被省略，以避免不必要地模糊本發明。
通過提供具有形成在其上的晶片級的數字相機模塊，本發明實施例克服 與現有技術相關聯的問題。通過消除在殼體中貼附透鏡組合件的需要，本發明 實施例有助於更高的產率、更快的吞吐量、和更低的製造成本。在一些實施 例中，由於更少的處理和更少的材料可提高質量。而且，因為模塊在晶片級 製造，淨室技術可被採用以降低ICD被損壞和汙染的風險。此外，在一些實 施例中，數字相機模塊的總體尺寸，例如，在三個維度上可被減小。
圖1A是根據本發明的一個實施例，固定到印刷電路板(PCB) 110上 的數字相機模塊100的立體圖。數字相機模塊100包括ICD 102、固定到ICD 102的第一透明元件104、固定到第一透明元件104的第二透明元件106、和 ICD 102的金屬化物206。第一透明電極104通過接合劑層108可被接合到 ICD 102，接合劑例如直接施加在ICD 102的頂面和第一透明元件104的底 面之間的管芯切割粘接片和/或均勻地分配的粘接劑。第 一透明元件104可被 接合到第二透明元件106，例如使用粘接劑、機械交互作用等。ICD 102的 金屬化物206可使用傳統的蝕刻、圖案化和金屬化工藝來完成，且可包括電 介質材料。如所示的，數字相機模塊IOO沿焦線114對準，關於ICD102為 中心。
在一個實施例中，第二透明元件106包括透鏡112。透鏡112可以是由 光學玻璃或其它光學級材料構建的凸凹透鏡。儘管未示出，第 一透明元件104 也可具有由光學玻璃或其它光學級材料構建的透鏡(參見圖1B的透鏡116)。 而且，如所示的，金屬化物206可包括向內傾斜的周邊壁，使得金屬化物206 的周邊不超出ICD 102的周邊壁。
圖1B是根據本發明的一個實施例，相對於PCB IIO並沿焦線114分解 的數字相機模塊100的立體圖。數字相機模塊100包括ICD 102、金屬化物206、接合劑層108、第一透明元件104、和第二透明元件106.
如所示，ICD 102包括能從入射光捕獲圖像的成像器120。在該實施例 中，成像器120包括一個大體為矩形的周邊，儘管其它周邊形狀是可能的。 接合劑層108包括光圈118,其可具有與成像器120相同的周邊，以為光穿 過提供無障礙的路徑。同時仍允許在第一透明元件104和ICD 102之間形成 接合。在另一實施例中，光圈118可具有與成像器120不同的尺寸和/或形狀 的周邊。接合劑層108可包括遮光粘接劑材料以阻擋光通過第一透明元件 104和/或第二透明元件106的區域而不是通過透鏡元件112和116進入成像 器120。附加地或可替換地，接合劑層108可包括防水粘接劑以防止蒸汽和/ 或顆粒物質汙染空氣間隙204或成像器120。
在該實施例中，第一透明元件104包括凹-凸透鏡116 (朝ICD 120向外 凸出並遠離入射光)。第二透明元件106包括凸-凹透鏡112 (遠離ICD 120 向外凸出並朝向入射光)。第一透明元件104和第二透明元件106用以聚焦 光到成像器120上。應了解可使用額外的透明元件，例如，以改變焦距。
PCB 110包括接合墊122用以與數字相機模塊100，或更具體地與ICD 102電連接。儘管未示出，金屬化物206可具有對應接合墊12 2的圖案化和 金屬化的下面(參看圖2)。在一個實施例中，數字相機模塊IOO和PCB 110
被焊接在一起。本領域技術人員將認識到可使用其它種類的電接觸(例如， 公和母插塞塊)。
圖2是根據本發明的一個實施例，數字相機模塊100相對於PCB 110沿 焦線114的橫斷側圖。如所示，數字相機模塊100包括ICD 102、金屬化物 206、接合劑層108、第一透明元件104、和第二透明元件106。
第一透明元件104具有凹-凸透鏡元件116和座位(seat)部分150，而 第二透明元件106具有凸-凹透鏡元件112和座位部分155。在一個實施例中， 每個透鏡元件112和透鏡元件116的周邊是圓的，且每個透鏡元件112和透 鏡元件116的直徑至少與成像器120的最長的維度一樣長。如示出的，座位 部分150 (圖2中所述包括向上和向下的突出支柱)使第一透明元件104能 夠在ICD 102上水平安置，而第二透明元件106能在第一透明元件104的座 位部分150上水平安置。儘管座位部分150和座位部分155顯示為包括基本 平坦的部分，本領域技術人員將認識到它們可具有不同的形狀，包括機械密 接或快接到一起的工件。
9當第一透明元件104和第二透明元件106被組裝，透鏡元件112和透鏡 元件116之間形成空氣間隙202。此外，因為透鏡元件116被設置在第一透 明元件104的上表面和座位部分150的下表面之間，透鏡元件116和成像器 120之間也可形成空氣間隙204。應了解其它實施例可不具有空氣間隙202 和204。在一個實施例中，第一透明元件104或者第二透明元件106之一可 完全不具有透鏡聚焦能力和/或可僅包括基本平坦的片。
焊料200,例如，焊料墊，可被使用以連接數字相機模塊100到PCB 110。 焊料200有效地連接PCB IIO的接合墊122和金屬化物206,從而在ICD 102 與PCB IIO之間產生電連接。
圖3A是根據本發明的一個實施例的ICD晶片300的俯視圖。如示出的， ICD晶片300包括單獨的ICD 102的陣列，每個ICD 102包括成像器120。 單獨的ICD 102在晶片上可形成在一起，並隨後在組裝工藝中被分離。每個 ICD 102的輪廓由水平點線302和垂直點線304界定。
圖3B是根據本發明的一個實施例的透明元件陣列306的俯視圖。透明 元件陣列306包括多個單獨的透明元件308，每個透明元件308包括透4竟元 件310。單獨的透明元件308可一起形成在晶片上，隨後在組裝工藝中被分 離。在一個實施例中，單獨的透明元件308被調整尺寸和/或分開，使得每個 透明元件308對應ICD晶片300的單獨的ICD 102的相應一個。本領員4支術 人員將認識到透明元件陣列306的單獨的透明元件308可包括第一透明元件 104和/或第二透明元件106。因此，形成在其上的透鏡元件310可以是透鏡 112和/或透鏡116。每個透明元件308的輪廓是由水平點線312和垂直點線 314界定的。
圖4是4艮據本發明的一個實施例，說明製造晶片級數字相初4莫塊的方法 400的方框圖。在步驟402中，提供包括ICD陣列的ICD晶片。在步驟404 中，提供包括第一透明元件的陣列的第一透明元件陣列。在步驟406中，第 一透明元件陣列接合到ICD晶片上，例如，在第一透明元件陣列和ICD晶 片之間使用接合劑層。在步驟408中，接合的組件被背研磨，即，可能是ICD 晶片的背側(無源側)部分也可能是第一透明元件陣列的頂側部分被移除。 背研磨平坦化組件的一個或兩個側，減小組件的厚度，去除組件的一個或者
兩側中的任何不期望的彎曲，並有助於頂和底面的平坦和平行，等等。在步 驟410中，ICD晶片被等離子體蝕刻和單片化。等離子體蝕刻工藝產生穿過ICD的孔以使能電連接到在ICD的前側上的接合墊。可使用等離子體蝕刻、 切塊、或任何其它合適的方法來單片化IC晶片。單片化工藝通過例如等離 子體蝕刻、雷射切割和/或機械切割來單片化ICD。在這點上，單片化的ICD 可通過第一透明元件陣列而保持為陣列形式。在步驟412中，ICD的背側被 圖案化和金屬化以產生到ICD電路的電連接，以連接到PCB。
在步驟414中，第二透明元件陣列連接到第一透明電極陣列的頂側，使 得第二透明元件陣列的對應的第二透明元件與第 一透明元件陣列的對應的 第一透明元件對準。使用接合劑、互補的機械交互作用(例如，配合(fit) 或鎖扣(snap)到一起的工件)、或任何其它合適的連接機制，第二透明元 件陣列可被連接。在步驟416中，第一和第二透明元件陣列的第一和第二透 明元件被單片化，例如，使用機械切割，以產生單獨的數字相機模塊。
許多所述的特性可被替代，變更或省略而不偏離本發明的範圍。例如， 其它透鏡構造是可能的，例如，通過添加或刪除透鏡，通過改變透鏡的形狀、 通過改變光功率、等等。此外，ICD和PCB可被組合成一個單獨的電子元 件。組裝的順序也可被改變。如又一個示例，可省略等離子體蝕刻、金屬化、 和焊料球貼附的步驟，替代使用引線接合工藝以電連接ICD的頂面上的接合 墊(留下未被透明元件覆蓋)到PCB上的接合墊。就本公開而言，所示具 體實施例的這些和其它偏差對本領域技術人員將是明顯的。
權利要求
1.一種數字相機模塊，包括包括成像器的ICD；第一透明元件；連接所述ICD到所述第一透明元件的接合劑；以及連接到所述第一透明元件的第二透明元件。
2. 根據權利要求1的數字相機模塊，其中沒有所述第一透明元件和所述 第二透明元件的部分延伸到所述ICD的所述周邊以外。
3. 根據權利要求1的數字相機模塊，其中所述第一透明元件包括凹-凸 部分，且所述第二透明元件包括凸-凹部分。
4. 根據權利要求1的數字相機模塊，其中接合劑包括管芯切割粘接片。
5. 根據權利要求4的數字相機模塊，其中所述粘接片包括不透明材料。
6. 根據權利要求4的數字相機模塊，其中所述粘接片包括防水材料。
7. 根據權利要求1的數字相機模塊，其中所述第一透明元件和所述第二 透明元件之間形成空氣間隙，且所述第 一透明元件和所述ICD之間形成空氣 間隙。
8. 根據權利要求1的數字相機模塊，其中所述第二透明元件通過接合劑 連接到所述第 一透明元件。
9. 根據權利要求1的數字相機模塊，其中所述第二透明元件通過機械交 互作用連接到所述第 一透明元件。
10. 根據權利要求9的數字相機模塊，其中所述機械交互作用包括形成 在所述第一透明元件和所述第二透明元件上的互補的互鎖特性。
11. 一種數字相4;i4莫塊工件，包括 包括ICD陣列的ICD晶片；包括第 一透明元件的陣列的第 一透明元件陣列，每個第 一透明元件位於 所述ICD的相應一個之上；以及包括第二透明元件的陣列的第二透明元件陣列，每個第二透明元件位於 所述第一透明元件的相應一個之上。
12. 根據權利要求11的數字相機模塊工件，其中每個第一透明元件和其 對應的第二透明元件的所述周邊不延伸到其對應的ICD的周邊以外。
13. 根據權利要求11的數字相機模塊工件，進一步包括連接到所述ICD的金屬化物。
14. 根據權利要求11的數字相機模塊工件，其中所述第一透明元件陣列 通過接合劑連接到所述ICD晶片。
15. 根據權利要求11的數字相機模塊工件，其中所述ICD晶片和所述 第一透明元件被背研磨。
16. 根據權利要求11的數字相機模塊工件，其中所述ICD晶片在所述 第 一透明元件陣列的對立側上被等離子體蝕刻以形成通向接合墊的孔。
17. 根據權利要求11的數字相機模塊工件，其中所述第二透明元件陣列 通過接合劑連接到所述第一透明元件陣列。
18. 根據權利要求11的數字相機模塊工件，其中所述第二透明元件陣列 通過機械交互作用連接到所述第一透明元件陣列。
19. 根據權利要求11的數字相機模塊工件，其中所述機械交互作用包括 在所述第一透明元件和所述第二透明元件上形成的互補的互鎖特性。
20. —種數字相機模塊的製造方法，包括 提供包括ICD的陣列的ICD晶片；提供包括第 一透明元件的陣列的第 一透明元件陣列；接合所述第一透明元件陣列到所述ICD晶片使得每個ICD對應相應的 第一透明元件；提供包括第二透明元件的陣列的第二透明元件陣列；接合所述第二透明元件陣列到所述第 一透明元件陣列使得每個第 一透 明元件對應相應的第二透明元件；單片化所述ICD晶片成為單獨的ICD;單片化所述第 一透明元件陣列成為單獨的第一透明元件；以及 單片化所述第二透明元件陣列成為單獨的第二透明元件。
21. 根據權利要求20的方法，其中所述單片化所述ICD晶片在將所述 第二透明元件陣列接合到所述第 一透明元件陣列之前執行。
22. 根據權利要求20的方法，進一步包括在接合所述第二透明元件陣列 到所述第 一透明元件陣列之前背研磨所述第 一透明元件陣列。
23. 根據權利要求20的方法，進一步包括等離子體蝕刻所述ICD晶片。
24. 根據權利要求23的方法，其中所述等離子體蝕刻在所述ICD晶片中製造孔以通向接合墊。
25. 根據權利要求24的方法，其中所述等離子體蝕刻單片化所述ICD 晶片成為單獨的ICD。
26. 根據權利要求25的方法，進一步包括金屬化和圖案化所述單獨化的ICD。
27. 根據權利要求20的方法，其中所述單片化所述第一透明元件陣列和 所述單片化所述第二透明元件陣列兩者發生在將所述第二透明元件陣列接合到所述第 一元件陣列之後。
28. 根據權利要求20的方法，進一步包括通過焊料墊連接器連接所述單 獨化的ICD的至少一個到電路基板。
全文摘要
一種方法包括在晶片級ICD上形成光學透鏡，而不是貼附分離的透鏡組件。該透鏡可被形成為單獨透鏡的陣列或單獨透鏡陣列的多個(例如，兩個)陣列。該透鏡陣列可被連接到ICD的陣列。在陣列組裝中的ICD和單獨的透鏡可被單片化以形成單獨的數字相機模塊。附加地或替代地，ICD和單獨的透鏡在分離的步驟中可被單片化。
文檔編號G02B17/00GK101652695SQ200880009978
公開日2010年2月17日 申請日期2008年1月28日 優先權日2007年1月26日
發明者哈普尼特·辛格 申請人:弗萊克斯電子有限責任公司