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      緊湊透鏡塔形組件的制作方法

      文檔序號(hào):6866712閱讀:314來源:國知局
      專利名稱:緊湊透鏡塔形組件的制作方法
      技術(shù)領(lǐng)域
      本發(fā)明涉及諸如固態(tài)圖像傳感器的光電器件的裝配和封裝。
      背景技術(shù)
      諸如普通電子靜態(tài)相機(jī)和視頻相機(jī)的許多電子裝置包含固態(tài)圖像傳感器。典型固態(tài)圖像傳感器在半導(dǎo)體芯片上形成,并包括安置在本文中稱為“成像區(qū)域”的芯片前表面區(qū)域中的光敏元件陣列。色敏圖像傳感芯片可包括對不同波長的光敏感的元件陣列。各個(gè)光敏元件排列成產(chǎn)生表示落在成像區(qū)域特定一小部分上的電信號(hào)。半導(dǎo)體芯片通常還包括內(nèi)部電路,該電路被配置成將這些信號(hào)轉(zhuǎn)換成該裝置其它元件可理解的形式,例如轉(zhuǎn)換成表示落在各個(gè)單獨(dú)像素區(qū)域上的光的數(shù)字值的一個(gè)或多個(gè)流。
      圖像傳感芯片通常與諸如用于將由芯片探測到的圖像聚焦在活性區(qū)域上的透鏡以及波長選擇濾波器的光學(xué)元件一起使用。光學(xué)元件最常安置在稱為“塔”的外殼中。一般而言,塔和芯片直接或間接地安置在支持電路板上,該支持電路板支持和電連接該裝置的除圖像傳感器外的各種部件。許多圖像傳感器芯片都設(shè)置在結(jié)合有包圍芯片的電介質(zhì)外殼、且用透光窗口遮蓋芯片的成像區(qū)域的包裝中。該外殼設(shè)置有終端,從而外殼可安裝在電路板上、成像區(qū)域和遮蓋窗口面向遠(yuǎn)離電路板的上方,且終端連接于電路板的導(dǎo)電部分。然后,塔設(shè)置于包裝上。這些配置通常需要一個(gè)塔,該塔占據(jù)的電路板面積基本上比芯片包裝所占據(jù)的面積大、且基本上比圖像傳感芯片自身所占據(jù)的面積大。換言之,在平行于成像區(qū)域平面的平面中由塔占據(jù)的面積基本上大于圖像傳感芯片所占據(jù)的面積、且基本上大于容納圖像傳感芯片的包裝所占據(jù)的面積。這增加了整個(gè)裝置的尺寸。這種問題在例如結(jié)合于手機(jī)和個(gè)人數(shù)字助理(“PDA”)中的相機(jī)的極緊湊裝置情形中尤其嚴(yán)峻。
      此外,相對于圖像傳感芯片的成像區(qū)域準(zhǔn)確定位安裝在塔中的光學(xué)元件是很重要的。尤其是為了達(dá)到圖像在芯片的成像區(qū)域上的適當(dāng)聚焦,期望將透鏡的、和塔中其它光學(xué)元件的光軸定位為精確地垂直于成像區(qū)域的平面,并將透鏡置于成像區(qū)域上的期望高度。這種精確定位的需要使得組件的設(shè)計(jì)復(fù)雜化,且在一些情形中進(jìn)一步加重了上述的塔尺寸問題。
      所提出的另一種方法是將裸露或未封裝的圖像傳感芯片直接安裝在塔中。在該配置中,理論上有可能達(dá)到芯片相對于塔中光學(xué)元件的良好定位。然而,圖像傳感芯片容易受到機(jī)械損傷和來自大氣污染物的化學(xué)侵害。因此,在該配置中的塔通常必須包括用于將裸芯片容納于密封環(huán)境中的配置。此外,裸成像傳感芯片對特定污染物極其敏感。如上所述,各個(gè)光學(xué)敏感元件提供通常表示落在稱為圖片元件或“像素”的圖像較小部分中的光的電信號(hào)。如果顆粒落在特定光敏元件上,則它會(huì)阻擋光進(jìn)入該元件,從而結(jié)果信號(hào)會(huì)將像素顯示為黑。當(dāng)圖像根據(jù)信號(hào)重建時(shí),在受影響的像素中將存在黑點(diǎn)。要求裸芯片和塔組合的任何處理必須在嚴(yán)格的條件下進(jìn)行以使微粒污染物最少。此外,這種處理常常遭受由微粒污染物造成的高缺陷率。這兩個(gè)因素趨于增加所得到組件的成本。此外,這些組件通常也要求塔具有基本上比芯片自身面積大的面積。
      因此,存在對經(jīng)改進(jìn)的光電組件和組合方法的大量需求。

      發(fā)明內(nèi)容
      本發(fā)明的一個(gè)方面提供稱為相機(jī)模塊的光電組件。根據(jù)本發(fā)明該方面的模塊最佳地包括將具有前表面的半導(dǎo)體芯片與成像區(qū)域結(jié)合的傳感器單元。該芯片需要包括適于產(chǎn)生表示入射到成像區(qū)域上的光學(xué)圖像的信號(hào)的成像電路。傳感器單元較佳地還包括遮蓋芯片前表面的蓋子,該蓋子具有與芯片的成像區(qū)域?qū)R的透光區(qū)域。蓋子具有面向遠(yuǎn)離芯片向上的外表面。傳感器單元最佳地具有一個(gè)或多個(gè)曝露在蓋子外表面上的部件,本文中稱為“對齊部件”。對齊部件與芯片成像部分具有預(yù)定空間關(guān)系。例如,對齊部件可位于與芯片成像區(qū)域的平面平行的平面內(nèi)。在一配置中,蓋子的外表面是全部或部分平坦的,且對齊部件僅僅是平坦表面的各個(gè)部分。
      模塊最需要包括具有一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的光學(xué)單元,例如具有一個(gè)或多個(gè)透鏡的塔。光學(xué)單元具有一個(gè)或多個(gè)與傳感器的一個(gè)或多個(gè)對齊部件相接合的接合部件。所接合的部件至少部分地相關(guān)于所述芯片的所述成像區(qū)域定位光學(xué)單元,并從而定位光學(xué)元件。
      模塊需要包括電連接于芯片的電端子。這些端子可安裝在例如塔的光學(xué)單元上,并可電連接于曝露在傳感器單元中蓋子外表面上的觸點(diǎn),該觸點(diǎn)又連接于半導(dǎo)體芯片上的觸點(diǎn)。該單元可單個(gè)地操作、并安裝于電路板或槽中。該模塊可以是緊湊的,并且在平行于芯片前表面的平面方向上可具有等于或僅僅稍大于傳感器單元和芯片的相應(yīng)尺寸的水平尺寸。例如,整個(gè)模塊的水平面積(其在與芯片前表面平面平行的平面中的面積)可等于或小于芯片或傳感器單元的水平面積的1.2倍。
      在另一配置中,電路板可在傳感器單元和光學(xué)單元之間延伸,電路板上的導(dǎo)體可與曝露在傳感器單元蓋子的外表面上的觸點(diǎn)相接觸。電路板通常具有與半導(dǎo)體芯片的成像區(qū)域?qū)R的孔。因?yàn)閭鞲衅鲉卧凸鈱W(xué)單元設(shè)置在電路板的相反兩側(cè),所以電路板一側(cè)單元的高度或凸出得以最小化。在該配置中,電路板最佳地不在傳感器單元對齊部件和光學(xué)單元的接合部件之間延伸。例如,電路板可具有與這些部件對齊的孔,從而對齊部件、接合部件或兩者都延伸通過這些孔。
      本發(fā)明的再一方面提供制造光學(xué)模塊的方法。在根據(jù)本發(fā)明該方面的方法中,多個(gè)塔都組裝有開啟元件,它包括多個(gè)半導(dǎo)體芯片、并最佳地還包括多個(gè)與這些芯片相關(guān)聯(lián)的蓋子。例如,該開啟元件可包括晶片或晶片的一部分、以及整體的蓋子元件。較佳地在將塔組合于開啟元件之后,切斷開啟元件用于提供單獨(dú)的模塊。


      圖1是在本發(fā)明一實(shí)施方式中使用的傳感器單元的示意截面圖。
      圖2是圖1所示的傳感器單元的俯視平面圖。
      圖3是與圖1和2的傳感器單元一起使用的光學(xué)單元的仰視平面圖。
      圖4是圖3所示的光學(xué)單元的側(cè)面正視圖。
      圖5是根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式由圖1-4的單元形成的模塊的示意截面圖。
      圖6是具有傳感器單元的電路板的俯視平面圖。
      圖7是包括圖6的電路板和傳感器單元以及光學(xué)單元的組件的示意截面圖。
      圖8、9和10是根據(jù)本發(fā)明又一實(shí)施方式的組件的示意截面圖。
      圖11和12是示出根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式的模塊的各個(gè)部分的片斷截面圖。
      圖13是根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的組件的示意截面圖。
      圖14是示出根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式的制造工藝過程中的部件的示意立體圖。
      具體實(shí)施例方式
      根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施方式的模塊包括傳感器單元20(圖1和2)。傳感器單元20包括具有前或上表面24和相反方向的后或下表面26的半導(dǎo)體芯片22。前表面24包括成像區(qū)域28。芯片22包括用于產(chǎn)生表示入射到成像區(qū)域28上的光學(xué)圖像的一個(gè)或多個(gè)電信號(hào)的電子電路,示意性地在圖1中30處示出。在成像領(lǐng)域中公知的是有許多電子電路用于該目的。例如,半導(dǎo)體芯片22可以是具有諸如計(jì)時(shí)和電荷-電壓轉(zhuǎn)換電路的傳統(tǒng)電路的一般常規(guī)電荷耦合器件(CCD)成像芯片??墒褂萌魏纹渌鼈鹘y(tǒng)電路。芯片22具有電連接或曝露于前表面24上、并電連接到內(nèi)部電路30的觸點(diǎn)32。
      傳感器單元20還包括具有內(nèi)或下表面36和外或上表面38的蓋子34。該蓋子遮蓋芯片22的前表面24,且外表面38面向遠(yuǎn)離前表面的上方。蓋子34物理地附加于芯片22上、并通過密封劑或粘合材料40密封到該芯片。至少蓋子34的遮蓋成像區(qū)域28的區(qū)域基本上對由該結(jié)構(gòu)成像的波長范圍內(nèi)的光透明。在所述的特定實(shí)施方式中,蓋子34是諸如玻璃或聚合物材料的透光材料的整體板,從而整個(gè)蓋子都是透光的。傳感器單元20還包括從芯片觸點(diǎn)32延伸穿過蓋子34的金屬電連接42,從而連接42曝露于蓋子的上或前表面38。這些連接42用作整個(gè)傳感器單元的觸點(diǎn),從而包括芯片22的傳感器單元可通過這些觸點(diǎn)或連接42電連接于外部結(jié)構(gòu)。如圖2所示,連接或觸點(diǎn)42不占據(jù)外或上表面38的整個(gè)區(qū)域。因此,外或上表面38包括沿著外表面的、并平行于成像區(qū)域平面的平面,偏離水平方向的連接或觸點(diǎn)42的臺(tái)肩區(qū)域44(圖2)。該臺(tái)肩區(qū)域44與上表面的其余部分集成,并在圖2中用虛線示出以表示這些區(qū)域可與上表面38的其余部分物理地區(qū)分開。
      上表面38的臺(tái)肩區(qū)域44與芯片22的成像區(qū)域28有預(yù)定的空間關(guān)系。包括臺(tái)肩區(qū)域的前表面基本上平坦,且基本上平行于平坦的成像區(qū)域28的平面。而且,前表面位于成像區(qū)域28的平面上良好控制的高度。臺(tái)肩區(qū)域44在本文中也稱為傳感器單元的“對齊部件”。僅僅作為示例,蓋子34的前表面38可在約2弧度秒內(nèi)平行于成像區(qū)域的平面,并可在成像區(qū)域28上約5微米的名義高度內(nèi)。可根據(jù)2005年4月21日公開的美國公開專利申請No.2005/0082653和2004年9月24日提交的共同待審、共同授讓的美國專利申請No.10/949,674來制造傳感器單元,這些申請的公開內(nèi)容通過引用結(jié)合于此。如在上述申請中詳細(xì)描述的,這種單元可在晶片級(jí)或部分晶片級(jí)工藝中制造,其中較大覆蓋層結(jié)合到結(jié)合有許多半導(dǎo)體芯片的晶片或晶片一部分,進(jìn)行電連接,然后對所得配件進(jìn)行切割以形成多個(gè)單獨(dú)傳感器單元。
      光學(xué)單元50(圖3、4和5)包括塔52,在所述的特定實(shí)施方式中塔52包括外殼54和安裝于外殼54的內(nèi)桶56。該光學(xué)單元還包括光學(xué)元件,諸如安裝于塔的內(nèi)桶56的透鏡,以及同樣安裝在桶56內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)波長選擇濾波器59。光學(xué)元件尤其是透鏡58沿光軸60排列,并排列成將圖像聚焦在垂直于該軸的平面上。桶56安裝成沿光軸上下方向調(diào)節(jié)。桶和外殼54可設(shè)置有諸如用于在沿軸60的方向相對于外殼控制該桶的位置、從而控制光學(xué)元件的螺紋或凸輪面的元件?;蛘撸昂蜌?4可設(shè)置成使桶可在軸方向相對外殼54滑動(dòng),且一旦通過例如在這些元件間施加小量超聲或溶劑焊接、或通過施加粘合劑來相對于殼將桶固定到位而將桶調(diào)節(jié)到期望位置,則桶就可相對于外殼固定到位。
      塔52的殼54具有面向下方或面向后方的主表面61,并具有兩組從該主表面向下或向后凸出的后部元件62。每組后部元件沿塔的一個(gè)邊排列成行。后部元件62具有面向遠(yuǎn)離塔其余部分的下方或后方的平坦表面64。這些表面64彼此共面,且因此共同限定了位于主表面61之下的平坦的后接合表面。由各個(gè)后部元件62定義的該表面64在緊密控制的公差內(nèi)垂直于光軸60。分隔開的后部元件62的行限定通過塔底部在長度方向(從圖3的左至右)延伸的凹槽63(圖3和4)。而且,各個(gè)行中的后部元件62彼此隔開,從而限定了在殼的相對長度邊緣中延伸、并與凹槽63合并的較小間隙65。
      殼54以及因此的塔52作為整體在垂直于光軸60的平面內(nèi)具有約等于或稍小于傳感器單元20的對應(yīng)尺寸的尺寸。即,塔的長度方向尺寸LT(圖3)等于或小于傳感器單元20的長度方向尺寸LS(圖2),且塔的寬度方向尺寸WT(圖3)等于或小于傳感器單元寬度方向尺寸WS(圖2)。
      在組合模塊(圖5)中,塔52遮蓋蓋子38的外表面。塔的后部元件62與蓋子的臺(tái)肩區(qū)域44(圖2)對齊,從而后部元件62在寬度方向偏離連接42以及成像區(qū)域28。光學(xué)單元的光軸60與傳感器單元成像區(qū)域28的中心對齊。由塔上的后部元件62定義的后接合表面64鄰接臺(tái)肩區(qū)域44(圖2)。因?yàn)閭鞲衅鲉卧恼谏w外表面38、以及因此臺(tái)肩區(qū)域44中的表面精確地平行于成像區(qū)域28的平面,并且因?yàn)楣鈱W(xué)單元的后接合表面64垂直于光軸60,所以光軸60定位為在較小公差內(nèi)與成像區(qū)域28的表面垂直。此外,因?yàn)樯w子的外表面和臺(tái)肩區(qū)域44位于成像區(qū)域28上方的精確高度,所以諸如透鏡58的光學(xué)元件位于成像區(qū)域上的精確高度。
      可通過沿單元的邊緣、例如在塔的相鄰后部元件62之間的間隙65的某部分內(nèi)放置粘合劑68(圖5)來將模塊保持在該組合狀態(tài)。在該方法的變體中,粘合劑可在塔的對面后接合表面64和傳感器單元蓋子的外表面38之間延伸。然而,該區(qū)域中任何這種粘合劑的厚度應(yīng)較小并良好控制,從而基本上不會(huì)導(dǎo)致在塔的對面表面和傳感器單元之間間距的變化。在再一變體中,粘合劑可由諸如焊料的金屬結(jié)合材料代替,只要蓋子的臺(tái)肩區(qū)域44和后接合元件62是可濕焊接的即可。在又一變體中,光學(xué)單元的塔52可由具有足夠強(qiáng)度以保持后接合表面64和蓋子的臺(tái)肩區(qū)域之間的接合的彈簧夾或其它機(jī)械夾緊器件對傳感器單元夾緊。在本實(shí)施方式中所接合表面64和44并不控制光學(xué)模塊相對于傳感器模塊在水平方向、平行于傳感器單元中成像區(qū)域28的平面的定位。這些單元在水平方向的相對定位可通過在組裝過程中將單元與固定裝置(未示出)相接合來控制。通常不要求水平方向上特別精確的對齊。
      塔52的主表面61被支撐在蓋子34的前表面、以及傳感器單元的電連接或觸點(diǎn)42上。塔底部中的凹槽63以及因此塔主表面和傳感器單元之間的間隙延伸至模塊的端部(圖5中的右和左),從而電連接可通過導(dǎo)體(未示出)通過凹槽63延伸進(jìn)入主表面61下面的模塊中實(shí)現(xiàn)。類似地,導(dǎo)線可延伸進(jìn)入主表面61和傳感器單元蓋子的外表面38之間的間隙,并通過沿模塊長度方向邊緣的相鄰后部元件62之間的間隙65。
      在一配置中,延伸進(jìn)入模塊的導(dǎo)體是電路板的導(dǎo)體。如圖6所示,諸如剛性或柔性電路板70的電路板設(shè)置有稍大于傳感器單元成像區(qū)域22的孔72,以及稍大于傳感器單元蓋子的臺(tái)肩區(qū)域44的槽74。該電路板在其下表面具有導(dǎo)體76,這些導(dǎo)體在觸點(diǎn)襯墊78終止,排列成與傳感器單元20上的觸點(diǎn)42的圖案相對應(yīng)的圖案。傳感器單元20安裝于電路板的下側(cè),且孔72大致與成像區(qū)域28對齊,槽或開口74大致與遮蓋表面的臺(tái)肩區(qū)域44對齊。傳感器單元的觸點(diǎn)44結(jié)合于電路板的襯墊78,并因此電連接于導(dǎo)體76。例如,傳感器單元可使用常規(guī)焊接技術(shù)安裝于電路板。光學(xué)單元的塔52通常定位在電路板70上方。然而,塔的后部元件或凸出部分62通過電路板70的槽或開口74向下凸出,從而塔的后接合表面64與臺(tái)肩區(qū)域44在蓋子外表面38上以上述方法接合。因此,后接合表面和蓋子表面的臺(tái)肩區(qū)域如上所述地用于保持塔的光學(xué)元件的光軸與成像區(qū)域的表面之間的精確垂直,以及成像區(qū)域上方的光學(xué)元件高度的精確控制。電路板70可以是可連接于電路其它元件的小模塊電路板。此外,電路板70可以是承載器件的其它電子元件的主電路板。電路板在塔的主表面61和蓋子上表面之間的間隙中延伸。該配置提供了極低高度的組件;電路板上方組件的高度(朝向圖7中示圖的頂部)小于塔的總高度。換言之,該配置允許傳感器單元在電路板一側(cè)定位,并允許塔在另一側(cè)定位,同時(shí)保持塔相對于傳感器單元的精確定位??赏ㄟ^粘合劑結(jié)合或以其它方式將塔固定于電路板或傳感器模塊來將塔固定到位。然而,電路板70并不控制塔和成像區(qū)域的相對定位。在制造過程中,塔或傳感器單元可首先安裝于電路板。在首先安裝傳感器單元時(shí),在安裝塔之前可檢查該傳感器單元以及電路板上的其它電子部件。因?yàn)閭鞲衅鲉卧哂猩w子位于適當(dāng)位置的密封單元,所以組裝處理不需要結(jié)合處理裸傳感器芯片所需的高標(biāo)準(zhǔn)測量。
      根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的模塊(圖8)通常類似于以上所述地將光學(xué)單元與塔152和傳感器單元120相組合。此處,模塊也具有例如限定位于模塊主表面161下的后接合表面164的后接合元件162的部件。后接合表面164也與傳感器單元120上的蓋子的外或上表面138接合,從而塔、以及因此光學(xué)部件的光軸160保持為精確地垂直于傳感單元中成像區(qū)域的平面。然而,在圖8的模塊中,塔152具有曝露于主表面161、并朝向傳感器單元120面向下或向后的觸點(diǎn)襯墊102。觸點(diǎn)襯墊102從后接合元件162水平偏離、并相對于由接合元件限定的后接合表面164垂直向上凹陷。塔152還包括置于塔的在完成模塊中曝露的外表面上的端子104。因此,圖8左側(cè)的端子104a沿塔的邊緣設(shè)置,而終端104b設(shè)置在塔的面向上的傾斜外表面上。觸點(diǎn)襯墊102和端子104通過導(dǎo)線106彼此連接。諸如端子104a和觸點(diǎn)襯墊102之間的導(dǎo)線的一部分沿塔的主表面161在偏離后接合元件162的區(qū)域中延伸,而諸如端子104b和襯墊102之間示意性示出的導(dǎo)線的其它導(dǎo)線可穿過塔延伸。還有其它導(dǎo)線(未示出)可在塔的其它表面中或其上延伸,但不期望在后接合表面164上延伸。在組裝模塊的過程中,傳感器單元的電連接或觸點(diǎn)142電連接于觸點(diǎn)襯墊102。例如,電連接142可焊接于觸點(diǎn)102或用導(dǎo)電粘合劑(未示出)粘合,或通過例如擴(kuò)散或共溶結(jié)合冶金結(jié)合于觸點(diǎn)。該結(jié)合工藝可在塔的后接合表面164與傳感器模塊的外表面134進(jìn)行接合的同時(shí)進(jìn)行。在結(jié)合操作過程中,期望結(jié)合材料、觸點(diǎn)142、觸點(diǎn)襯墊102的部分或全部可產(chǎn)生或移動(dòng),以使觸點(diǎn)142和觸點(diǎn)襯墊102不限制塔152向傳感器單元120的移動(dòng)。例如,在焊接操作過程中,形成觸點(diǎn)襯墊102或觸點(diǎn)142的一部分或兩者的焊料可變軟或融化以允許塔向傳感器單元的自由移動(dòng),并因此允許后接合表面164與傳感器單元外表面138的完全接合。在焊接劑凝固之后,觸點(diǎn)142和觸點(diǎn)襯墊102之間的焊接劑可用于保持塔與傳感器單元機(jī)械接合。導(dǎo)電粘合劑或其它結(jié)合導(dǎo)電系統(tǒng)可用來代替焊料。在另一選擇中,觸點(diǎn)襯墊102可相對于塔的其余部分偏移。而且,可設(shè)置附加粘合劑(未示出)或諸如彈簧夾或夾具(未示出)的機(jī)械緊固件來保持如上所述的塔與傳感器單元的接合。傳感器單元的觸點(diǎn)142結(jié)合于觸點(diǎn)襯墊102并不關(guān)鍵。例如,觸點(diǎn)142可以是引腳或其它凸出的導(dǎo)電元件的形式,而觸點(diǎn)襯墊可以是適于容納這種引腳、并與引腳電連接的小插孔形式。在彼此進(jìn)行機(jī)械接合時(shí)會(huì)建立電接觸的其它配置可以代替引腳和插孔連接。
      在圖8的實(shí)施方式中,模塊、尤其是塔152和端子104的配置被選擇成模塊可以與插孔進(jìn)行可松開的接合,且端子與插孔電接觸。如圖8所示,端子定位在結(jié)合插孔基底112、第一組向上凸出插孔觸點(diǎn)114和第二組插孔觸點(diǎn)116的插孔110中。插孔觸點(diǎn)116從插孔基底112向上延伸、并向內(nèi)朝向插孔觸點(diǎn)114延伸。觸點(diǎn)114和116是彈性的,因此模塊可傾斜以從插孔脫離、或與插孔重新接合,如圖8中雙向箭頭所示。當(dāng)插孔接合時(shí),觸點(diǎn)的彈性使得傳感器單元120中芯片的后表面壓在插孔基底112上、并也提供接觸壓力使觸點(diǎn)104a與第一觸點(diǎn)114緊密接合,而觸點(diǎn)104b與第二觸點(diǎn)116緊密接合。插孔基底112可固定安裝于電路板170,從而插孔觸點(diǎn)114和116電連接于安裝在電路板上的其它元件(未示出)。在一個(gè)變體中,插孔基底可與電路板集成地形成。模塊在插孔和電路板上的可松開安裝提供了生產(chǎn)過程中的顯著優(yōu)點(diǎn)。模塊或其它電路元件的缺陷可能直到模塊安裝于電路板之后都未檢測。通過使該安裝松開,有可能在其它元件存在缺陷時(shí)回收模塊或者在模塊存在缺陷時(shí)回收其它元件,而不用進(jìn)行諸如通常移除固定安裝模塊并用另一個(gè)替代的去焊錫(desoldering)和焊接操作。圖8中所示的特定插孔設(shè)計(jì)、以及模塊上端子104的匹配配置僅僅是說明性的。模塊可被配置成與任何形式的插孔匹配。
      根據(jù)本發(fā)明另一實(shí)施方式的模塊(圖9)具有帶有容納光學(xué)元件的直立部分253的塔252,還具有沿該部分向上延伸的端子204。該模塊可接合在插孔210中,該插孔形成為穿過電路板270并使插孔觸點(diǎn)214圍繞該孔排列的孔。在此配置中,模塊的直立部分253期望凸出成至少部分地穿過電路板。在另一變體中,模塊的端子204由從模塊上表面向上凸出、且圍繞直立部分的引腳代替,從而整個(gè)模塊可接合于具有容納直立部分、且獨(dú)立針容納插孔圍繞在該孔周圍的類似電路板。
      在圖9的模塊中,塔252形成為單個(gè)、整體部分,而沒有上文參看圖5所述的可移動(dòng)或可調(diào)節(jié)桶。諸如透鏡258的光學(xué)元件直接安裝在該整體部分。圖9示出的結(jié)構(gòu)的該方面可用于任何本文所述的其它實(shí)施方式。
      根據(jù)本發(fā)明再一實(shí)施方式的模塊(圖10)結(jié)合有類似于上述塔的塔352。然而,塔352并不包括如上所述的后接合表面。在圖10的實(shí)施方式中,用于控制塔相對于傳感器單元320定位的部件是金屬部件,而不是與塔自身其余結(jié)構(gòu)集成的部件。部件302可以是金屬襯墊或通孔形式。這些襯墊或通孔可與接合光學(xué)元件358的塔352的那些部件形成精確定位關(guān)系,從而部件302與光學(xué)元件358的光軸360呈預(yù)選定位關(guān)系。傳感器單元320上的電連接或觸點(diǎn)342接合部件302。換言之,電連接342構(gòu)成接合部件,這些接合部件控制傳感器單元相對于塔非定位,并從而控制半導(dǎo)體芯片的成像區(qū)域328相對于光軸的定位。在該實(shí)施方式中,觸點(diǎn)342期望由在組裝工藝過程中基本上保持剛性的材料形成。例如,連接342可包括凸出傳感器單元蓋子的外或上表面338上方的較小高熔點(diǎn)金屬球或凸起。連接342可包括稱為“實(shí)心”的焊球,該焊球包括由諸如銅或鍍銅鋼的相對高熔點(diǎn)材料形成的芯和焊料的薄涂層。此外,觸點(diǎn)342可由具有金、硅、或其它適于擴(kuò)散結(jié)合于部件302的金屬薄涂層的相對剛性金屬材料形成。在該實(shí)施方式中,觸點(diǎn)342期望以與成像區(qū)域338的精確位置關(guān)系安裝。例如,所有這些觸點(diǎn)需要基本上在成像區(qū)域上方具有相同的高度。如上述實(shí)施方式中,塔的部件和傳感器單元的部件之間的接合使塔相對于成像區(qū)域定位。
      在圖10的實(shí)施方式中,通孔或部件302電連接于置于塔352外表面的終端304。終端304適于表面安裝于電路板370的部件上。期望地,傳感器單元的部件342以及塔352的部件302之間的連接被配置成使其能抵擋表面安裝過程中遇到的溫度并使其回流。
      在圖10所示方法的變體中,塔352和傳感器單元320可設(shè)置有類似部件302和342的附加部件,它們并不電連接在系統(tǒng)中、且不單獨(dú)用于傳感器單元和光學(xué)單元之間的對齊和機(jī)械接合。在提供這種附加部件時(shí),可用本文敘述的任何方法、連同其它實(shí)施方式來實(shí)現(xiàn)電連接。
      在上述實(shí)施方式中,光學(xué)單元上的蓋子基本上是平的。這種平的蓋子是有優(yōu)勢的,因?yàn)橐子谥谱骶哂芯_、平坦、可控厚度的配置的蓋子。然而,在一變體中(圖11),平的蓋子可由具有多個(gè)豎直凸起402(在圖11中僅示出其中一個(gè))的蓋434代替,這些凸起一起限定了基本上與傳感器芯片22上成像區(qū)域28的平面平行的面向上的曝露接合表面403。塔452可設(shè)置有略高地置于塔的面向下的主表面461上的凹陷接合表面406。此外,主表面461可以是平的,且蓋子的接合表面404可以與主表面相接合。此處,主表面461也可升高到稍高于蓋子的上表面438,從而蓋子上表面和主表面在這兩個(gè)表面之間限定了通向電連接424的間隙。
      在另一實(shí)施方式(圖12)中,傳感器單元520的接合部件構(gòu)成半導(dǎo)體芯片522的前表面的區(qū)域502。區(qū)域502通過穿過蓋子534延伸的孔504曝露于蓋子534的外或上表面538。如本公開中使用的,參考結(jié)構(gòu)的部件和表面,當(dāng)該部件沒有被該結(jié)構(gòu)的任何其它元件遮蓋時(shí)該部件稱為“曝露于”表面,如從結(jié)構(gòu)的外面向該表面觀看的視圖中可見。因此,芯片522的表面區(qū)域502曝露于外表面538,因?yàn)樵趶纳舷蛳掠^看表面538時(shí),這些部分502并未被傳感器單元502的任何其它元件遮蓋。使用該相同定義,從表面凸出的部件也“曝露于”表面。例如,蓋子434的凸出部件402的凸出表面403(圖11)也“曝露于”傳感器單元的外表面438,而塔452上的凹陷表面406曝露于塔的主表面461。類似地,后接合表面64(圖3和4)曝露于塔52的主表面。同樣地,蓋子上表面38的與表面38的其余部分平齊的臺(tái)肩區(qū)域44(圖2)曝露于表面38。
      在圖12的實(shí)施方式中,塔552設(shè)置有限定接合表面564的凸出后接合元件562。接合表面564鄰接或接合芯片522的表面區(qū)域502???04期望位于由光學(xué)單元520的密封504圍繞的區(qū)域外,且因此不為成像區(qū)域或芯片522的其它部件的化學(xué)成分或微粒污染物提供通道。密封540外的芯片522的區(qū)域可設(shè)置有穩(wěn)固的鈍化層(未示出)。
      在另一配置中,可整個(gè)地忽略由孔504占據(jù)的蓋子534的區(qū)域,使蓋子534終止在芯片522的邊緣內(nèi),從而使芯片的邊緣區(qū)域曝露。參看圖11和12所述的配置可用于包括以參看圖6和7討論的方式在塔和光學(xué)單元的蓋子之間延伸的電路板的實(shí)施方式。
      在上述實(shí)施方式中,光學(xué)模塊的塔具有等于或小于光學(xué)單元對應(yīng)尺寸和面積的水平尺寸以及因此的面積。這提供了極其緊湊的模塊。在圖13示出的變體中,塔652具有至少在水平方向、垂直于光軸660并平行于成像區(qū)域628的平面的一個(gè)尺寸,它大于光學(xué)單元620的對應(yīng)尺寸。塔可包括從塔的其余部分向下凸起的邊緣602。諸如由半導(dǎo)體芯片或蓋子限定的邊緣的光學(xué)單元620的邊緣可與邊緣相鄰接,以相對于塔在水平方向設(shè)置光學(xué)單元。此外,塔可設(shè)置有另一向下凸起元件604,例如向下延伸至芯片附近、且期望向下延伸至芯片后表面626的附近的一個(gè)或多個(gè)邊緣。凸出元件604期望帶有一個(gè)或多個(gè)端子606,它們以上述的任何方式電連接于傳感器單元620。根據(jù)本實(shí)施方式的模塊可以“面向上”的配置表面-安裝在電路板670上,且塔向遠(yuǎn)離電路板的上方凸出。期望地,甚至在本實(shí)施方式中,模塊的水平尺寸并不大大超過光學(xué)單元的水平尺寸。最佳地,塔652占據(jù)不大于光學(xué)單元620自身面積約1.2倍的水平面積(在垂直于光軸660、且平行于成像區(qū)域628的平面中測量)。
      根據(jù)本發(fā)明某一實(shí)施方式的模塊可分組制造。在一制造工藝中包括多個(gè)單獨(dú)塔752的塔元件702與啟動(dòng)單元704組合。該啟動(dòng)單元704包括含有多個(gè)成像傳感半導(dǎo)體芯片722的晶片706、以及含有多個(gè)單獨(dú)蓋子734的整體遮蓋板708??捎迷谕ㄟ^引用結(jié)合于此的上述共同待批、共同授讓專利申請中更詳細(xì)討論的方法來組裝遮蓋板708和晶片,從而裝配啟動(dòng)單元704。塔元件702可以是結(jié)合了限定各個(gè)塔的部分的整體。雖然劃分線710在塔元件的各個(gè)塔752之間延伸,但是這些劃分線在實(shí)際操作中是可見或不可見的。類似地,在遮蓋板的各個(gè)蓋子734之間和在晶片的各個(gè)芯片722之間的劃分線是可見或不可見的。裝配處理如此進(jìn)行,以使各個(gè)塔的光軸與相關(guān)芯片722中的成像區(qū)域(未示出)對齊,且因此將各個(gè)塔的光軸與遮蓋板的一個(gè)蓋子734對齊。
      在上述實(shí)施方式中,如上所述,定位的某些方面由塔的接合部件和傳感器單元控制。當(dāng)塔元件702為剛性時(shí),在各單個(gè)塔上提供接合部件是不重要的。將塔元件組裝于啟動(dòng)單元的工藝可在啟動(dòng)單元形成之前、過程中或之后進(jìn)行。在示出的實(shí)施方式中,在塔元件702附加于遮蓋板之前將遮蓋板708附加于晶片706。然而,在該處理的變體中,在遮蓋板附加于晶片之前、或在遮蓋板附加于晶片的同時(shí)將塔元件附加于遮蓋板。組裝之后,沿劃分線710指示的線將塔元件以及啟動(dòng)元件分割,以將各個(gè)塔和啟動(dòng)單元的不同部分分成單獨(dú)的模塊,其中各個(gè)模塊包括一個(gè)塔752與相關(guān)聯(lián)芯片722和蓋子734。諸如上述透鏡的光學(xué)元件可在塔與啟動(dòng)單元組裝之前或之后與塔組合。
      在該處理的變體中,啟動(dòng)單元可包括小于整個(gè)晶片。在另一變體中,啟動(dòng)單元可包括分開形成的單個(gè)蓋子而非整體的遮蓋板。在再一變體中,分割操作如此進(jìn)行以提供各自包括多個(gè)塔而非單個(gè)塔的模塊。分割操作可使用通常在晶片切割操作中用于將單個(gè)半導(dǎo)體芯片彼此分開的鋸來進(jìn)行。
      在上述實(shí)施方式中,半導(dǎo)體芯片被配置成響應(yīng)于可見光形成圖像。然而,本發(fā)明可用于除可見光之外、或代替可見光使用紫外線和/或紅外光的系統(tǒng)。因此,如在本公開中使用的,對光和/或光學(xué)部件的引用不應(yīng)理解為限于可見光。
      在不背離本發(fā)明的情況下,可使用許多其它改變以及上述部件的組合。在一個(gè)這種改變中,傳感器單元具有曝露于后表面而非前表面的觸點(diǎn),從而觸點(diǎn)可曝露于傳感器單元的與塔相反的平面。因此,以上描述應(yīng)該理解為是說明性的,而非限制由權(quán)利要求書限定的本發(fā)明。
      權(quán)利要求
      1.一種相機(jī)模塊,包括(a)傳感器單元,包括具有帶成像區(qū)域的前表面的半導(dǎo)體芯片、和適于產(chǎn)生表示入射在所述成像區(qū)域上的光學(xué)圖像的信號(hào)的成像電路,所述傳感器單元還包括具有與所述成像區(qū)域?qū)R的透光區(qū)域的蓋子,所述蓋子遮蓋所述前表面并固定到所述芯片,所述蓋子具有面向遠(yuǎn)離所述芯片向前的外表面,所述單元具有一個(gè)或多個(gè)曝露于所述外表面的對齊部件,所述一個(gè)或多個(gè)對齊部件與所述芯片的所述成像區(qū)域具有預(yù)定的空間關(guān)系;以及(b)光學(xué)單元,包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件,所述光學(xué)單元具有與所述單元的所述一個(gè)或多個(gè)對齊部件接合的一個(gè)或多個(gè)接合部件,從而所述被接合部件至少部分地相對于所述芯片的所述成像區(qū)域定位所述光學(xué)元件。
      2.如權(quán)利要求1所述的模塊,其特征在于,所述一個(gè)或多個(gè)對齊部件包括所述蓋子的所述外表面的至少一部分。
      3.如權(quán)利要求2所述的模塊,其特征在于,所述蓋子的所述外表面包括基本上平坦的區(qū)域,且所述光學(xué)單元的所述一個(gè)或多個(gè)接合部件包括限定了與所述外表面的所述基本上平坦的區(qū)域相接合的基本上平坦的后接合表面的一個(gè)或多個(gè)后部元件。
      4.如權(quán)利要求3所述的模塊,其特征在于,所述傳感器單元包括曝露于所述外表面的觸點(diǎn),所述光學(xué)單元的所述后部元件偏離所述觸點(diǎn)。
      5.如權(quán)利要求4所述的模塊,還包括具有導(dǎo)體的電路板,所述電路板在所述光學(xué)單元和所述蓋子之間延伸,至少一些所述觸點(diǎn)電連接于所述電路板的至少一些所述導(dǎo)體。
      6.如權(quán)利要求4所述的模塊,其特征在于,所述光學(xué)單元包括支持所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的塔,所述塔限定了所述光學(xué)單元的接合部件。
      7.如權(quán)利要求6所述的模塊,其特征在于,所述塔包括面向所述單元的導(dǎo)電襯墊,所述襯墊偏離所述一個(gè)或多個(gè)后部元件,至少一些所述觸點(diǎn)電連接于至少一些所述襯墊。
      8.如權(quán)利要求1所述的模塊,其特征在于,所述傳感器單元的所述一個(gè)或多個(gè)對齊部件包括從所述蓋子的所述外表面向前凸出的一個(gè)或多個(gè)元件。
      9.如權(quán)利要求8所述的模塊,其特征在于,至少一些所述凸出元件是電連接于所述芯片的導(dǎo)電觸點(diǎn)。
      10.如權(quán)利要求9所述的模塊,其特征在于,所述光學(xué)單元包括支持所述光學(xué)元件的塔,且其中所述光學(xué)單元的所述對齊部件包括所述塔上面向所述單元的導(dǎo)電襯墊,至少一些所述觸點(diǎn)與至少一些所述襯墊機(jī)械接合、并電連接于至少一些所述襯墊。
      11.如權(quán)利要求10所述的模塊,其特征在于,所述塔具有外表面和一個(gè)或多個(gè)曝露于所述外表面的端子,至少一些所述端子電連接于至少一些所述襯墊。
      12.如權(quán)利要求11所述的模塊,其特征在于,所述塔和所述單元被構(gòu)造和配置成所述模塊適于可松開地接合在插孔中,且至少一些所述端子與至少一些所述插孔的導(dǎo)電元件可松開地電接觸。
      13.如權(quán)利要求7所述的模塊,還包括具有導(dǎo)電元件的插孔,所述模塊可松開地接合在所述插孔中,至少一些所述端子與所述插孔的至少一些所述導(dǎo)電元件電接觸。
      14.如權(quán)利要求1所述的模塊,所述芯片的所述成像區(qū)域基本上是平坦的,所述光學(xué)元件沿光軸排列且所述被接合部件將所述光學(xué)單元定位成所述光軸基本上垂直于所述成像區(qū)域。
      15.如權(quán)利要求1所述的模塊,其特征在于,所述光學(xué)單元包括支持所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的塔,所述塔和所述傳感器單元各自具有在垂直于所述前向的平面中的水平面積,所述塔的所述水平面積是所述傳感器單元的所述水平面積的約1.2倍或更小。
      16.如權(quán)利要求15所述的模塊,其特征在于,所述芯片具有水平面積,且其中所述塔的所述水平面積是所述芯片的所述水平面積的約1.2倍或更小。
      17.如權(quán)利要求15所述的模塊,其特征在于,所述塔的所述水平面積等于或小于所述傳感器單元的所述水平面積。
      18.如權(quán)利要求1所述的模塊,其特征在于,所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件包括一個(gè)或多個(gè)透鏡。
      19.如權(quán)利要求1所述的模塊,其特征在于,所述傳感器單元的所述對齊部件包括所述半導(dǎo)體芯片上的前表面區(qū)域。
      20.如權(quán)利要求19所述的模塊,其特征在于,所述蓋子具有穿過其延伸的孔,且所述前表面的所述區(qū)域通過所述孔504曝露于所述蓋子的所述外表面。
      21.一種相機(jī)模塊,包括(a)傳感器單元,包括具有帶面向前方的成像區(qū)域的前表面的半導(dǎo)體芯片、和適于產(chǎn)生表示入射在所述成像區(qū)域上的光學(xué)圖像的信號(hào)的成像電路,所述單元具有一個(gè)或多個(gè)與所述芯片的所述成像區(qū)域具有預(yù)定空間關(guān)系的對齊部件;以及(b)光學(xué)單元,包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件和支持所述一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件的塔,所述塔具有與所述一個(gè)或多個(gè)所述單元的對齊部件相接合的一個(gè)或多個(gè)對齊元件,從而所述被接合的對齊元件和對齊部件至少部分地相對于所述芯片的所述成像區(qū)域定位所述塔和所述光學(xué)元件,其中所述塔和所述傳感器單元各自在垂直于所述前向的平面內(nèi)具有一水平面積,所述塔的所述水平面積是所述單元的水平面積的約1.2倍或更小。
      22.如權(quán)利要求21所述的模塊,其特征在于,所述芯片具有水平面積,且其中所述塔的所述水平面積是所述芯片的所述水平面積的約1.2倍或更小。
      23.如權(quán)利要求21所述的模塊,其特征在于,所述塔的所述水平面積等于或小于所述傳感器單元的水平面積。
      24.如權(quán)利要求21所述的模塊,其特征在于,所述傳感器單元包括具有與所述成像區(qū)域?qū)R的透光區(qū)域的蓋子,所述蓋子遮蓋所述前表面并固定到所述芯片,所述蓋子具有面向遠(yuǎn)離所述芯片的前向的外表面,所述單元的所述對齊部件曝露于所述蓋子的所述外表面。
      25.一種制造光學(xué)模塊的方法,包括以下步驟(a)將多個(gè)塔與啟動(dòng)單元組裝在一起,每個(gè)塔都適于支持一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件,所述啟動(dòng)單元結(jié)合具有多個(gè)各自都具有面向前方成像區(qū)域的前表面的半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體晶片的至少一部分,每個(gè)所述芯片包括適于產(chǎn)生表示入射在所述成像區(qū)域上的光學(xué)圖像的信號(hào)的成像電路,所述啟動(dòng)單元還包括遮蔽所述芯片的所述前表面、且具有與所述芯片的所述成像區(qū)域?qū)R的透光區(qū)域的蓋子。(b)切割所述啟動(dòng)單元來將至少一些所述芯片彼此分開,并因此形成多個(gè)模塊,每個(gè)模塊都包括至少一個(gè)所述芯片、至少一個(gè)所述蓋子、和至少一個(gè)所述塔。
      26.如權(quán)利要求25所述的方法,其特征在于,在所述啟動(dòng)單元中的所述蓋子是整體覆蓋元件形式,所述且割包括切割所述覆蓋元件。
      27.如權(quán)利要求25所述的方法,其特征在于,所述啟動(dòng)單元包括曝露于所述啟動(dòng)單元的面向前方表面的接合部件,所述組裝步驟包括將所述塔的接合部件與所述啟動(dòng)單元的接合部件相接合。
      28.如權(quán)利要求25所述的方法,還包括在所述切割步驟之前將所述塔結(jié)合于所述蓋子。
      29.一種相機(jī)模塊,包括(a)傳感器單元,包括具有包含面向前方的成像區(qū)域的前表面的半導(dǎo)體芯片,和適于產(chǎn)生表示入射在所述成像區(qū)域上的光學(xué)圖像的信號(hào)的成像電路,所述傳感器單元具有與所述芯片的所述成像區(qū)域具有特定空間關(guān)系的一個(gè)或多個(gè)對齊部件;(b)光學(xué)單元,包括一個(gè)或多個(gè)光學(xué)元件,所述光學(xué)單元具有與所述光學(xué)元件具有預(yù)定空間關(guān)系的一個(gè)或多個(gè)接合部件;以及(c)在所述傳感器單元和所述光學(xué)單元之間延伸的電路板,所述傳感器單元的對齊部件與所述光學(xué)單元的所述接合部件相接合,從而被接合部件至少部分地相對于所述芯片的所述成像區(qū)域來定位所述光學(xué)元件。
      30.如權(quán)利要求29所述的相機(jī)模塊,其特征在于,所述電路板在其中具有一個(gè)或多個(gè)孔,且所述光學(xué)單元、所述傳感器單元或兩者的至少一些所述接合元件延伸穿過所述一個(gè)或多個(gè)孔。
      31.如權(quán)利要求29所述的相機(jī)模塊,其特征在于,所述光學(xué)單元包括支持所述光學(xué)元件的塔,且所述塔限定所述光學(xué)單元的所述接合部件。
      32.如權(quán)利要求29所述的相機(jī)模塊,其特征在于,所述傳感器單元包括具有與所述芯片的所述成像區(qū)域?qū)R的透光區(qū)域的蓋子,且所述蓋子限定所述傳感器單元的所述接合部件。
      33.如權(quán)利要求29所述的相機(jī)模塊,其特征在于,所述電路板限定與所述成像區(qū)域?qū)R的開口。
      全文摘要
      一種電子相機(jī)模塊結(jié)合了具有諸如CCD成像器的半導(dǎo)體芯片的傳感器單元(20)和遮蓋該芯片前表面的蓋子(34)。光學(xué)單元(50)包括一個(gè)或多個(gè)諸如透鏡的光學(xué)元件(58)。該光學(xué)單元具有鄰接傳感器單元行對齊部件作為例如蓋子外表面(38)的部分(44),以保持光學(xué)單元與傳感器單元之間的精確關(guān)系的接合部件(64)。
      文檔編號(hào)H01L31/0203GK1969539SQ200580019170
      公開日2007年5月23日 申請日期2005年5月4日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月4日
      發(fā)明者G·漢普斯頓 申請人:德塞拉股份有限公司
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