CN1551619A - 固态成像装置、照相机模块和照相机模块制造方法 - Google Patents

Abstract

防护玻璃罩只覆盖形成在固态成像装置的半导体衬底上的光接收元件。除了光接收元件的其它区域被暴露。设置在光学单元和固态成像装置之间的FPC形成有开口，用于暴露防护玻璃罩和固态成像装置的装配参考平面。当固态成像装置被连接到光学单元，光学接收元件的中心被确定为参考位置。光学单元被直接连接到装配参考平面以使得参考位置与光学单元的摄影光轴重合。

Description

固态成像装置、照相机模块 和照相机模块制造方法

技术领域

本发明涉及固态成像装置、照相机模块和照相机模块制造方法，其中光轴方向的厚度较薄，并且有可能高精度地装配固态成像装置和光学单元。

背景技术

应用固态成像装置的数码相机和摄像机已经广泛使用。此外，也已经对个人计算机和便携式电话以及电子笔记本等通过并入固态成像装置和存储器而增加了照相的功能。为了容易地将照相功能添加到除了数码相机之外的电子设备上，提供了一种通用的数码相机模块，其中固态成像装置、光学单元和电路板预先装配。光学单元具有内置成像光学系统，电路板设有控制电路。

固态成像装置包括光接收元件和外部连接端子，它们形成在硅制半导体衬底上。在固态成像装置处在光接收单元没有受到保护的状态下时，即在固态成像装置是裸片的情况下，灰尘和污垢粘附到光接收元件，由此导致问题。因此，在传统固态成像装置中，裸片容纳在由陶瓷等形成的封装中。固态成像装置和封装通过引线接合而连接。防护玻璃罩连接到封装的开口以在密封的状态下提供固态成像装置。

芯片尺寸封装结构(此后缩略为CSP)作为用于减小固态成像装置的尺寸的安装方式之一，其中没有使用封装而形成安装固态成像装置(参看日本专利申请No.2002-119262)。CSP型固态成像装置设有隔离片，所述隔离片设置在半导体衬底的上表面上以围绕光接收单元。防护玻璃罩连接到隔离片的顶部以密封光接收单元。

为了通过有效利用固态成像装置的性能获得高质量照相图片，就有必要使得成像光学系统的摄影光轴与固态成像装置的光接收区域的中心重合。此外，也有必要使得固态成像装置的光接收元件垂直于成像光学系统的摄影光轴。如果成像光学系统的摄影光轴不与固态成像装置的光接收区域的中心重合，由于光量的减小、分辨率恶化、以及敏感度的不均匀，就会导致阴影等。此外，如果固态成像装置相对摄影光轴倾斜，由于所谓的“悬-斜摄影(swing-and-tilt photographing)”的情况而不可能获得合适的图像。

在传统的方式中，在为了准确装配固态成像装置和光学单元的装配操作过程中，用固态成像装置执行图像拾取。观察所拾取的图像以执行操作(对齐操作)，用于确定固态成像装置和成像光学系统的相对位置。但是，对齐操作耗时很长，这样导致成本增加，降低生产率。

为了不使用上述对齐操作而准确装配固态成像装置和光学单元，多个定位板被连接到固态成像装置的封装的外部，如日本专利公开出版物No.05-102448中所述。通过使用定位板，固态成像装置被放置并固定到光学单元。同时，如日本专利公开出版物No.11-252416中所述，连接参考平面准确地形成在封装上。连接参考平面邻接光学单元的参考平面以执行定位和固定。

至于密封在封装中的固态成像装置，相对光学单元的定位精度受封装的尺寸精度、固态成像装置和封装的装配精度、以及封装和光学单元的装配精度影响。因此，即使封装以很高的精度连接到光学单元，固态成像装置和光学单元的位置精度也不一定有很大程度的提高。仍然需要执行对齐操作以执行适当的定位。

密封在封装中的固态成像装置具有较宽的外部尺寸(垂直于光轴方向的投影区域)并在光轴方向中的尺寸(厚度尺寸)较宽。这样，其中并入固态成像装置的数码相机和照相机模块可以防止尺寸减小。

发明内容

有鉴于此，本发明的主要目标是提供一种尺寸减小的固态成像装置。

本发明的第二目标是提供一种尺寸减小的照相机模块。

本发明的第三目标是提供一种照相机模块生产方法，其中对齐操作在装配固态成像装置和光学单元时是不必要的。

为了实现上述和其它目标，根据本发明的固态成像装置包括形成在半导体衬底上的第一表面上的光接收元件。半透明件只覆盖光接收元件，从而暴露除了光接收元件以外的半导体衬底的其它区域。外部连接端子形成在半导体衬底的第二表面上，所述第二表面与第一表面相对。配线件电连接光接收元件和外部连接端子。

半导体衬底的平面精度极高。这样，当暴露固态成像装置的半导体衬底时，就有可能在照相机模块的制造过程中连接固态成像装置和光学单元时利用半导体衬底的第一表面作为装配参考平面。

光学单元被直接连接到半导体衬底的第一表面上。由于这个原因，没有什么因素会降低第一表面和光学单元的装配精度，这样就有可能以很高的精度构造照相机模块。相似地，覆盖光接收元件的半透明件也以很高的精度加工并连接到半导体衬底。因此，即使光学单元连接到半导体衬底上，与光学单元连接到半导体衬底的情况相比也可以获得等同的精度。

设有用于驱动固态成像装置的电路的电路板设置在固态成像装置与光学单元之间。可选地，电路板连接到上面没有形成光接收元件的固态成像装置的相对表面上。这就有可能根据固态成像装置和照相机模块的形式和装配位置适当选择电路板的连接位置。此外，电路板可以被折叠以放置在固态成像装置的下面。在此情况下，在垂直于光学单元的摄影光轴的平面上的投影面积减小。顺便提及的是，除了电路板，电子元件可以直接安装到固态成像装置上。

为了将固态成像装置连接到光学单元，执行步骤：通过使用电子照相机成像固态成像装置获得图像数据；由图像数据确定固态成像装置的参考位置；在垂直于摄影光轴的平面上执行定位以使得固态成像装置的参考位置与光学单元的预定参考位置相一致；以及将固态成像装置固定到光学单元。这就有可能在不使用诸如在传统方式中执行的固态成像装置的输出图像而准确地装配照相机模块。

附图说明

本发明的上述和优点将从下述优选实施例的详细说明并结合附图时变得明显，其中：

图1是根据本发明的第一实施例的照相机模块的透视图；

图2是第一实施例的照相机模块的分解透视图；

图3是第一实施例的照相机模块的部分截面图；

图4是第一实施例中所使用的固态成像装置的平面图；

图5是FPC在第一实施例的照相机模块中弯曲的状态的部分截面图；

图6是制造第一实施例的照相机模块的程序的流程图；

图7是在第一实施例的照相机模块的制造过程中确定固态成像装置的参考位置的示意图；

图8是在制造照相机模块的过程中固态成像装置被放置并且粘合剂被施加状态的示意图；

图9是在制造照相机模块的过程中固态成像装置被连接到光学单元的状态解释说明图；

图10显示了根据本发明的第二实施例的照相机模块的部分截面图；

图11显示了根据本发明的第三实施例的照相机模块的部分截面图；

图12显示了用于第三实施例的照相机模块中的固态成像装置的部分截面图；

图13显示了用于第三实施例的照相机模块中的另一种固态成像装置的部分截面图；

图14示出了用于根据本发明的第四实施例的照相机模块中的固态成像装置的部分截面图；

图15是第四实施例的照相机模块的部分截面图；以及

图16是根据本发明的第五实施例的照相机模块的部分截面图。

具体实施方式

图1是是根据本发明的第一实施例的照相机模块的透视图，图2是其分解透视图，图3是图1中所示的线A-B-C的截面图。在图3中，摄影光轴E的左侧是X方向中的截面图，右侧是Y方向中的截面图。照相机模块2包括容纳成像镜头3的光学单元4、设置在光学单元4的摄影光轴E之后的固态成像装置5、以及连接到光学单元4和固态成像装置5之间的固态成像装置5的可变形印刷电路板(FPC)6。顺便提及的是，尽管在图1中为了避免复杂化而省略了说明，密封是通过光学单元4与FPC6之间以及固态成像单元5与FPC6之间的塑料7来执行的。

固态成像装置5利用了诸如CCD。固态成像装置5具有CSP结构，而不使用封装，光接收元件9设置在具有矩形形状的半导体衬底8上。框状隔离片10连接到半导体衬底8的表面上，在所述表面上通过粘合剂等形成光接收单元9以围绕光接收单元9。在隔离片10上，设置防护玻璃罩11。防护玻璃罩11是用于覆盖光接收部件9的半透明件。

图4是固态成像装置5的平面图。如图4中所示，一对相对放置在半导体衬底8的上表面上的边部分是将被外部连接的端子区域13。在各个区域13中，设置用于电连接固态成像装置5和FPC6的外部连接端子14。外部连接端子14设置有Au块等以在倒装片(FC)安装中的FPC6上安装固态成像装置5。

另外一对垂直于端子区域13的边部分是端子未形成区域16，其中没有外部连接端子。端子未形成区域16的表面16a上没有什么东西，这样表面16a在半导体衬底8自晶片分开时具有精确的平面度。这样，端子未形成区域16的表面16a可以在连接光学单元4和固态成像装置5时用于装配的参考平面，而不用其它的处理。

光学单元4包括镜片保持器18，并且成像镜3容纳在其中。镜头保持器18由诸如塑料制造。用于容纳成像镜3的圆柱透镜镜筒18a与位于透镜镜筒18a的下端的矩形基部18b一体形成。基部18b的下表面形成一对矩形凸起19以通过粘合剂等固定到固态成像装置5的参考平面16a上。

FPC6具有矩形的形状。固态成像装置5被放置在FPC6的一侧，在另外一侧安装用于驱动固态成像装置5的IC22。IC22工作用作模拟前端电路，其中H驱动器(V驱动器)、CDS、AGC、ADC等并入诸如单个芯片中。固态成像装置5被固定到其上的FPC6的侧面形成有开口23，所述开口23的尺寸用于暴露固态成像装置5的防护玻璃罩11和端子未形成区域16a。开口23设有一对相对边部分23a。边部分23a的下表面形成有电极24，所述电极用于连接到固态成像装置5的外部连接端子14。

FPC6设置在光学单元4和固态成像装置5之间，但是没有在其间被抓住。因此，连接到FPC6的FPC6的厚度和IC22的厚度等不影响光学单元4和固态成像装置5在光轴E的方向中的测量。顺便提及的是，如图5中所示，当FPC6被弯曲以暴露固态成像装置5之下的IC22，就有可能减小在垂直于光轴E的平面的方向中的投影面积，即使照相机模块2的尺寸在光轴E的方向中稍微增加。至于电路板，FPC不是惟一的。可以使用常用的环氧玻璃板、陶瓷板等平板状板。平板状板可以有多个通过跨接电缆(jumpercable)连接的板部件构成，所述板部件可以通过弯曲跨接电缆设置在固态成像装置5之下。

上述照相机模块根据图6中所示的流程图程序制造。首先，FPC6在第一步骤中自固态成像装置5的上侧放置。固态成像装置5的防护玻璃罩11和端子未形成区域16通过FPC6的开口23暴露。此时，固态成像装置5的外部连接端子14与电极24重叠，以电连接。这样，固态成像装置5FC安装到FPC6上。

光学单元4和固态成像装置5被设置到装配装置上以定位和连接它们。在接下来的第二步骤中，固态成像装置5的参考位置在装配装置中确定。例如，参考位置是光接收元件9的光接收区域的中心位置。

如图7中所示，安装在FPC6的固态成像装置5被定位并放置在XYZ台27上，所述XYZ台27在X轴、Y轴和Z轴的方向中可以移动。在图中，X轴方向是左右方向、以及Z轴方向是上下方向。Y轴方向是垂直于X轴方向。广知的TV照相机、数码相机等的电子照相机28成像固态成像装置5的表面，在固态成像装置的表面上设有光接收元件9。自电子照相机28输出的图像数据输入到图像处理器29中，所述图像处理器29包括计算机等，并被处理以计算光接收元件9的光接收区域的中心位置。所计算的光接收元件9的中心位置被输入到系统控制器30中，所述系统控制器30用于控制组件装置。

如图8中所示，在接下来的第三步骤中，系统控制器30控制广为人知的台移动机构33，台移动机构33包括球螺丝(ball thread)、电机等，以移动XYZ台27。执行定位以使得光接收元件9的光接收区域的中心位置和光学单元4的成像镜头3的摄影光轴E在Z轴方向中重合。

当制造光学单元4时，确定成像镜头3的摄影光轴E，成像箭头3被固定到透镜镜筒18a中以将摄影光轴E设置到相对镜头保持器18的外形的预定位置。有鉴于此，通过以定位部件34在预定位置保持镜头保持器18，摄像轴E的位置可以限定在装配装置内。

在接下来的第四步骤中，固态成像装置5连接到光学单元4。粘合剂用分发器36靠近所放置的固态成像装置5的停止位置放置。分发器36提供并将粘合剂施加到固态成像装置5的装配参考平面16a。

在施加粘合剂之后，台移动机构33被启动以在Z轴方向中移动固态成像装置5，这样装配参考平面16a邻接凸起19，如图9中所示。在预定的周期之后粘合剂硬化以将固态成像装置固定到光学单元4。在接下来的第五步骤中，通过在光学单元4和FPC6之间并进一步在固态成像装置5和FPC6之间注射融化的塑料7而执行塑料密封。

顺便提及的是，粘合剂可以在将光学单元4和固态成像装置5设置到装配装置之前预先施加到光学单元4的凸起19上。在另外的方式中，粘合剂可以在定位和连接它们之后施加到光学单元4和固态成像装置5的接头部分。

如上所述，执行装配以使得成像镜头3的摄影光轴E和固态成像装置5的光接收元件的中心相重合。这样，可以防止发生光量和分辨率的降低、由感光度的不均匀所导致的阴影等。此外，由于固态成像装置5的端子未形成区域16的装配参考平面16a具有精确的平面度，固态成像装置5得以防止在倾斜的状态中被连接到光学单元4。此外，没有必要执行对齐操作，因为位置调整在确定固态成像装置5的输出图像时得以执行。这样，就有可能极大地减小制造时间和照相机模块2的成本。

固态成像装置和照相机模块的另外的实施例将在下面说明。使用在下述固态成像装置的各截面图沿着图1中所示的X轴取得。至于照相机模块的各截面图，摄影光轴E的左侧时X方向中的截面图，右侧是Y方向中的截面图。顺便提及的是，和上述实施例相等同的部件以相同的附图标记表示，此处省略其说明。

图10示出了其中照相机模块43应用了裸片状态的固态成像装置41的实施例，其中光接收元件40没有覆盖防护玻璃罩。至于此固态成像装置41，半导体衬底42具有更宽的上表面以与光学单元44装配使用。这样，就有可能准确连接固态成像装置41和光学单元44。顺便提及的是，覆盖光接收元件40的防护玻璃罩45可以容纳在光学单元44中，以保护光接收元件40。

在上述实施例中，FPC6设置在固态成像装置和光学单元之间。但是，如图11中所示，FPC48可以连接到固态成像装置47的下表面。通过这样做，整个固态成像装置47的上表面可以用于连接到光学单元57。此外，在此情况下，就有可能在摄影光轴E的方向中通过在FPC48的上表面上安装IC56而减小照相机模块的尺寸。

在此实施例中，优选地在固态成像装置47的半导体衬底50的下表面中形成外部连接端子49以使用方便的方式电连接固态成像装置47和FPC48。为了将光接收元件52连接到下表面的外部连接端子49，可以如图12所示那样使用贯通配线(through wiring)54，图12显示了固态成像装置47的截面图。连通接线54被形成这样导电膏剂可以载入半导体衬底50的上表面上的外部连接端子53的通孔中。外部连接端子49包括Au块，并形成在贯通配线54之下，这样光接收元件52和外部连接端子49被电连接。

可选地，如图13中所示，表面配线可以形成在半导体衬底61的侧表面上而不是贯通配线上，图13显示了固态成像装置60的截面图。所述表面配线连接上下表面的外部连接端子62、63。

在前述实施例中，模拟前端IC22安置在FPC上。但是，如图14中所示，IC69可以安置在固态成像装置67的半导体衬底68的下表面上。换言之，IC69作为电子元件可以安置在与形成光容纳元件的表面相对的半导体衬底的另外的表面上。在此情况下，如图15中所示，包括光学单元71和FPC72的照相机模块73的投影面积可以在垂直于摄影光轴E的平面上极大地减小。此外，光接收元件75和IC69之间的配线距离通过采用贯通配线74而变得更短，这样就有可能固定固态成像装置67的操作。顺便提及的是，也是在此实施例中，形成在半导体衬底68的侧表面上的表面配线也可以被使用而不是使用贯通配线。

在前述实施例中，装配参考表面设置在固态成像装置的端子未形成区域内以连接光学单元。但是，如图16中所示，光学单元80可以连接到固定到固态成像装置77的半导体衬底78的防护玻璃罩79上。具有CSP结构的用于固态成像装置77的防护玻璃罩79保持平面度与晶片的相同，所述晶片是半导体衬底78的基部。当防护玻璃罩79被固定到半导体衬底78上，半导体衬底78的上表面(装配参考平面)被用作参考平面，这样防护玻璃罩79得以防止倾斜固定。这样，就有可能将光学单元80与光学单元被连接到半导体衬底的情况相比而言以相同的精度连接到固态成像装置77。

在第一实施例中，光学单元4被制造以将成像镜头3的摄影光轴E固定到预定的位置。但是，根据成像镜头3的摄影光轴E的确定结果，固态成像装置5可以在固态成像装置5被连接到光学单元4时被放置。

在前述实施例中，说明了特定组合下的外部连接端子的位置、光接收元件和外部连接端子之间的配线方式、FPC相对固态成像装置的连接位置、FPC在平面状态中以及在弯曲状态中的布置、IC的连接位置、光学单元相对固态成像装置的连接位置、制造固态成像装置和光学单元的过程等。但是，这些组合不限于本发明的上述实施例。有可能根据固态成像装置和照相机模块的使用方式等采用合适的组合。

此外，应用在前述各实施例中的各照相机模块的固态成像装置也可以使用在数码相机等的不同电子设备中。本发明不限于照相机模块，也可以用于其它光学单元的制造。

尽管对本发明的一些实施例进行了全面的说明，本领域技术人员将会理解在不偏离本发明的原理和实质的情况下，可对这些实施例进行改变，其范围也落入本发明的权利要求及其等同物所限定的范围内。

Claims (23)

1、一种固态成像装置，包括：

半导体衬底，所述半导体衬底的第一表面上形成有光接收元件；

半透明件，所述半透明件连接到所述第一表面，所述半透明件只覆盖光接收元件；

外部连接端子，所述外部连接端子形成在所述半导体衬底的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对；以及

配线件，所述配线件用于电连接所述光接收元件和所述外部连接端子。

2.根据权利要求1所述的固态成像装置，其特征在于，所述配线件是贯通配线，所述贯通配线电学通过形成在所述半导体衬底上的通孔电连接所述光接收元件和所述外部连接端子。

3.根据权利要求1所述的固态成像装置，其特征在于，所述配线件是表面配线，所述表面配线通过所述半导体衬底的侧面以电连接所述光接收元件和所述外部连接端子。

4.根据权利要求1所述的固态成像装置，其特征在于，所述半导体衬底的所述第二表面具有安装在其上的电子元件以驱动所述光接收元件，所述电子元件电连接到所述配线件和/或者所述外部连接端子。

5.一种照相机模块，包括：

固态成像装置，所述固态成像装置包括半导体衬底，光接收元件形成在所述半导体衬底的第一表面上；以及

光学单元，所述光学单元具有内置式摄影光学系统以在所述光接收元件上形成对象图像，

其中所述半导体衬底的所述第一表面在所述固态成像装置和所述光学单元组合时被用作装配参考平面。

6.根据权利要求5所述的照相机模块，其特征在于，所述光学单元被直接连接到所述半导体衬底的所述第一表面上。

7.根据权利要求5所述的照相机模块，其特征在于，还包括：

半透明件，所述半透明件连接到所述半导体衬底的所述第一表面上，所述半透明件只覆盖光接收元件。

8.根据权利要求7所述的照相机模块，其特征在于，所述光学单元被直接连接到所述第一表面。

9.根据权利要求8所述的照相机模块，其特征在于，还包括：

电路板，所述电路板设有驱动所述固态成像装置的电路，所述电路板设置在所述固态成像装置和所述光学单元之间，所述电路板电连接到所述固态成像装置；以及

开口，所述开口形成在所述电路板上，所述开口暴露所述半透明件和所述半导体衬底的所述装配参考平面。

10.根据权利要求7所述的照相机模块，其特征在于，所述半透明件的平面度与所述半导体衬底的平面度相同。

11.根据权利要求10所述的照相机模块，其特征在于，所述光学单元连接至所述半透明件。

12.根据权利要求5所述的照相机模块，其特征在于，还包括：

电路板，所述电路板设有驱动所述固态成像装置的电路，所述电路板设置在所述固态成像装置和所述光学单元之间，所述电路板电连接到所述固态成像装置；以及

开口，所述开口形成在所述电路板上，所述开口暴露所述光接收元件的光接收区域和所述半导体衬底的所述装配参考平面

13.根据权利要求5所述的照相机模块，其特征在于，还包括：

电路板，所述电路板设有驱动所述固态成像装置的电路，所述电路板连接到所述半导体衬底的所述第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，并且所述电路板电连接到所述固态成像装置。

14.根据权利要求9、12和13任一中所述的照相机模块，其特征在于，所述电路板是可变形印刷电路板，所述可变形印刷电路板可以被折叠以设置在所述固态成像装置之下。

15.根据权利要求5所述的照相机模块，其特征在于，还包括：

电子元件，所述电子元件用于驱动所述固态成像装置，所述电子元件被安置在所述半导体衬底的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对，并且所述电子元件电连接到所述固态成像装置。

16.一种包括固态成像装置的照相机模块的制造方法，其中光接收元件形成在半导体衬底上，光学单元具有内置式摄影光学系统以在所述光接收元件上形成对象图像，所述制造方法包括下列步骤：

通过使用电子照相机成像所述固态成像装置而获得图像数据；

由所述图像数据确定所述固态成像装置第一参考位置；

在垂直于所述光学单元的摄影光轴的平面上进行定位，以使得所述第一参考位置和所述光学单元的预定第二参考位置相重合；以及

将所述固态成像装置固定到所述光学单元。

17.根据权利要求16中所述的照相机模块的制造方法，其特征在于，所述第一参考位置位于所述光接收元件的光接收区域的中心。

18.根据权利要求17中所述的照相机模块的制造方法，其特征在于，所述第二参考位置位于所述光学单元的所述摄影光轴上。

19.根据权利要求16中所述的照相机模块的制造方法，其特征在于，所述固态成像装置包括：

半透明件，所述半透明件连接到半导体衬底的第一表面上，在第一表面上形成所述光接收元件，所述半透明件只覆盖光接收单元；

外部连接端子，所述外部连接端子形成在所述半导体衬底的第二表面上，所述第二表面与所述第一表面相对；以及

配线件，所述配线件用于电连接所述光接收元件和所述外部连接端子。

20.根据权利要求19中所述的照相机模块的制造方法，其特征在于，所述半导体衬底的所述第一表面在所述固态成像装置被固定到所述光学单元时被用作装配参考平面。

21.根据权利要求20中所述的照相机模块的制造方法，其特征在于，所述光学单元被直接连接到所述第一表面。

22.根据权利要求20中所述的照相机模块的制造方法，其特征在于，所述半透明件具有与所述半导体衬底的相同的平面度。

23.根据权利要求22中所述的照相机模块的制造方法，其特征在于，所述光学单元被连接到所述半透明件。

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