DE102007058190A1

DE102007058190A1 - Bildsensormodul

Info

Publication number: DE102007058190A1
Application number: DE102007058190A
Authority: DE
Inventors: Wen-Kun Yang; Jui-Hsien Jhudong Chang
Original assignee: Advanced Chip Engineering Technology Inc
Current assignee: Advanced Chip Engineering Technology Inc
Priority date: 2006-12-08
Filing date: 2007-12-04
Publication date: 2008-06-12
Also published as: TW200834907A; KR20080053202A; US20080135728A1; CN101197359A; SG143208A1; JP2008167426A; US7566854B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung sieht ein Bildsensormodul vor, das einen auf einem Substrat untergebrachten Chip umfasst, wobei besagter Chip einen Mikrolinsenbereich, eine auf besagtem Substrat und über besagtem Chip untergebrachte Linsenhalterung sowie eine in besagter Linsenhalterung untergebrachte Linse umfasst. Zwischen besagter Linse und besagtem Chip befindet sich ein Filter, es ist außerdem mindestens ein passives Bauteil auf besagtem Substrat untergebracht und durch besagte Linsenhalterung abgedeckt. Auf der Unterfläche des besagten Substrats werden Kontakthöcker oder LGA untergebracht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung betrifft einen Bildsensor und insbesondere ein Bildsensormodul und das Verfahren zur Erzeugung desselben.
2. Beschreibung des bisherigen Stands der Technik
Mit der zunehmenden Verbreitung von Digitalkameras ist der Bedarf an Solid-State-Bildaufzeichnungsgeräten gestiegen. Die Aufmerksamkeit wandte sich kürzlich den CMOS-Bildaufzeichnungssensoren zu, die aus komplementärer Metalloxid-Halbleiter-(CMOS-)Technologie, deren Produktionsstückkosten niedrig sind, gefertigt werden können. Der Bildpunktabschnitt des CMOS-Bildaufbereitungssensors umfasst mehrere von in Form einer Matrix angeordnete Bildpunkte der Einheit. Jeder der Bildpunkte der Einheit umfasst eine Fotodiode und einen zum Lesen der in der Fotodiode akkumulierten Signalladungen konfigurierten Lesetransistor. Ein Steuerspannungsgenerator ist an eine Steuerelektrode des Lesetransistors angeschlossen. Ein Auswahlschalter schaltet eine auf die Steuerelektrode aufgebrachte Spannung, um den Lesetransistor ein- und auszuschalten.
Wie bereits erwähnt, wird die digitale Bildtechnik in Bildaufnahmegeräten wie Digitalkameras, Bildscanner usw. angewendet. Der konventionelle CMOS-Sensor wird auf einer Leiterplatte untergebracht. Im CMOS-Sensor ist ein Chip angebracht. Der Linsensitz weist eine Fokussierungslinse zur Einstellung des Bildes auf dem Chip des CMOS-Sensors auf. Über die Linse wird das Bildsignal vom Chip zu einem Digitalprozessor zur Konvertierung des Analogsignals in ein Digitalsignal gesendet. Der Chip des CMOS-Sensors ist für Infrarostrahlen und Staubpartikel relativ empfindlich. Werden die unerwünschten Partikel nicht vom Sensor entfernt, so fährt dies zu einer Beeinträchtigung der Qualität des Geräts. Die manuelle Entfernung zu diesem Zweck kann den empfindlichen Chip beschädigen. Typischerweise wird das Bildsensormodul durch ein COB- oder LCC-(Leadless Chip Carrier)Verfahren gebildet. Ein Nachteil von COB ist die geringere Ertragsrate während des Montageprozesses aufgrund einer Partikelkontaminierung empfindlicher Bereiche. Außerdem sind die Nachteile von LCC höhere Montagekosten und geringere Ertragsrate aufgrund einer Partikelkontaminierung empfindlicher Bereiche.
Des Weiteren sind Mikrolinsen optische Bauteile auf Halbleitern, die als Solid-State-Bildaufzeichnungsgeräte verwendet werden. Eine der wichtigsten Überlegungen bei der Kon struktion und Fertigung von Mikrolinsen ist die Lichtempfindlichkeit. Ein Grund für eine verringerte Lichtempfindlichkeit der Mikrolinsen kann darin bestehen, dass der Bereich jeder Mikrolinse unter einen optimalen Wert reduziert wurde. Die Transparenz ist aufgrund der Expoxid-Abnutzung schlecht, und die potenzielle Zuverlässigkeit möglicherweise reduziert. Das am 7. Mai 1996 an Yoshikazu Sano, et al. erteilte U.S. Patent Nr. 5.514.888 für ON-CHIP SCREEN TYPE SOLID STATE IMAGE SENSOR AND MANUFACTURING METHOD THEREOF vermittelt ein Verfahren zur Unterbringung von ladungsgekoppelten Bauelementen (charge-coupled devices = CCDS) auf einem Silikonsubstrat. Mit konventionellen Lithographie- und Reflow-Techniken wird über der CCD-Anordnung eine Mikrolinsenanordnung gebildet.
In Anbetracht des vorstehend erwähnten bietet die vorliegende Erfindung eine verbesserte Baugruppen-Struktur zur Überwindung der Nachteile.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Daher besteht das Hauptziel der vorliegenden Erfindung darin, eine Baugruppe für ein Bildsensormodul zu liefern, die ohne Anschluss an die Hauptplatine angeschlossen werden kann.
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Bildsensors mit weniger Platzbedarf (Formfaktor).
Ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Bildsensormodul bereitzustellen, das auf der Hauptplatine nacharbeitbar ist.
Die vorliegende Erfindung sieht ein Bildsensormodul vor, das einen auf einem Substrat untergebrachten Chip umfasst, wobei besagter Chip einen Mikrolinsenbereich, eine auf besagtem Substrat über besagtem Chip untergebrachte Linsenhalterung sowie eine in besagter Lin senhalterung untergebrachte Linse umfasst. In besagter Linsenhalterung und zwischen besagter Linse und besagtem Chip ist ein Filter untergebracht, sowie mindestens ein passives Bauteil auf besagtem Substrat untergebracht und durch besagte Linsenhalterung abgedeckt. Auf der Unterfläche des besagten Substrats werden Kontakthöcker oder LGA untergebracht. Der Chip wird an besagte Kontakthöcker mittels auf besagtem Chip untergebrachten Drähten angeschlossen. Der Bildsensor ist ein CMOS- oder CCD-Bildsensor. Das Substrat umfasst Keramik, Glas, Harz, Quartz, Metall, Legierung, Kunststoff (Leiterplatine). Die IR-Filterschicht umfasst TiO₂ oder Lichtkatalysator.
Im vorliegenden Schema ist sie mit Baugruppen vom Typ COB, CSP kompatibel, und das Modul kann ohne den Anschluss mit der Hauptplatine verbunden werden. Darüber hinaus nimmt das vorliegende Schema weniger Platz ein und kann somit die Größe des Geräts reduzieren. Anschlusspunkt für Lötstellen können LGA, BGA sein. Außerdem kann der Bildsensor auf der Hauptplatine nacharbeitbar sein. Das Schema kann während der Fertigung in der Modul-/Systemmontage aufgrund der während der Fertigung in der Modul-/Systemmontage auf der Mikrolinse gebildeten Schutzschicht zur Vermeidung der Partikelkontaminierung den höchsten Ertrag erzielen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorstehend genannten Zielsetzungen sowie weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden nach dem Lesen der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen ersichtlich, wobei:
1 eine schematische Darstellung des Bildsensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
2 eine schematische Darstellung des Bildsensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung ist,
3 eine schematische Darstellung des Bildsensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Nun folgt eine detailliertere Beschreibung einiger beispielhafter Ausführungsformen der Erfindung. Es sollte jedoch erkannt werden, dass die vorliegende Erfindung neben den hier ausdrücklich beschriebenen in einer breiten Vielfalt weiterer Ausführungsformen praktisch umgesetzt werden kann, und dass der Rahmen der vorliegenden Erfindung ausgenommen wie in den angehängten Ansprüchen vorgegeben ausdrücklich nicht eingeschränkt ist. Die Bestandteile der verschiedenen Elemente werden nicht maßstabgetreu dargestellt. Einige Abmessungen der zugehörigen Bestandteile sind überzeichnet und bedeutungslose Teile werden nicht gezeigt, um eine klarere Darstellung und ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen. Die Bauweise ist für Baugruppen vom Typ CSP (Chip Scale Package), FBGA (Fine-pitch Ball Grid Array) und COB (Chip On Board) anpassungsfähig. Die vorliegende Erfindung bietet geringere Kosten und einfachere Verfahren als die konventionelle Chip-Baugruppe. Das vorliegende Schema kann die mit der konventionellen Baugruppe verbundene Kostenfrage lösen. Darüber hinaus ist die Datenverarbeitungsgeschwindigkeit bei einer FBGA-Baugruppe wesentlich schneller als bei einer konventionellen TSOP-Baugruppe (TSOP = Thin Small Outline Package), welche mit Verbindungsdrähten gebaut werden.
Ein verarbeiteter Wafer 100 trägt eine Reihe von Chips mit darauf untergebrachten Bauteilen. In einem Beispiel umfassen diese Bauteile darauf untergebrachte Bildsensoren. Der Bildsensor umfasst CMOS- oder CCD-Bildsensoren. 1 zeigt ein Bildsensormodul 300, welches einen auf einem Substrat 301 untergebrachten Bild-Chip 302 mittels Klebeband (nicht ge zeigt) umfasst. Der Wirkstoff auf dem Klebeband kann jedes geeignete Klebemittel sein. in einer Ausführungsform umfasst das dehnbare Material BCB (Benzozyklobuten), SINR (Siloxanpolymer), Epoxid, Polyimide oder Harz. Des Weiteren kann der elastische Film mittels Druck-, Beschichtungs- oder Harzgewinnungsverfahren gebildet werden. Das Substrat 301 umfasst Glas, Keramik, Kunststoff, Harz, Metall, Legierung, Silikon, Leiterplatinen-Werkstoff oder Quartz. In einem Beispiel kann das Substrat 301 PCB, BT, FR4, FR5 sein. Die Dicke des Substrats 301 beträgt zwischen 300 μm und 600 μm. Zwischen dem Chip 302 und der unter dem Substrat 301 befindlichen Kontaktfläche 309 sind Drähte 303 angeschlossen; die Kontaktflächen 309 können aus Kupfer, Aluminium oder der Legierung geformt werden. Daher kann das Signal von den Flächen 309 ausgegeben oder empfangen werden, und die LGA-Lötstellenstifte können beispielsweise die Kontaktfläche darstellen. Eine Linsenhalterung 306 ist auf dem Substrat 301 angebracht, um eine Linse 308 zu halten. Ein Filter 307, beispielsweise ein IR-Filter, ist an der Linsenhalterung 138 und zwischen der Linse 308 und dem Chip 302 angebracht. Alternativ dazu kann die vorliegende Erfindung eine über Glas gebildete, als IR-Filterschicht fungierende Filterschicht umfassen, wobei die Schicht auf der Ober- oder Unterfläche des Glases aufgebracht wird, um als Filter zu fungieren. In einer Ausführungsform umfasst eine IR-Filterschicht TiO₂-, Lichtkatalysator. Der Filter 307 kann unerwünschte IR-Strahlung filtern und/oder eine Partikelkontaminierung der Mikrolinse verhindern. Der Benutzer kann die Partikel auf dem Glas mit Flüssigkeit oder Luftspülung entfernen, ohne die Mikrolinse zu beschädigen.
Gewöhnlich wird auf den Oberflächen des Bildsensors 302 ein Mikrolinsenbereich gebildet. Über dem Mikrolinsenbereich wird eine Schutzschicht 310 gebildet. Über der Farbfilterschicht wird gewöhnlich eine weitere Schicht gebildet. Es gibt mehrere Methoden zur Erzeugung einer Mikrolinse, die Fachleuten wohl bekannt sind. Ein als geeignet ermitteltes Material für die Mikrolinse ist eine Mischung aus Melaminharz und generischen auf Novolac basierten Harzen.
Wie in 1 gezeigt, kann auf dem Substrat neben dem Chip 302 und in der Linsenhalterung 306 mindestens ein passives Bauteil 304 untergebracht sein. Von der Baugruppen-Modulstruktur 300 werden Mikrolinsen auf den Oberflächen des Chips 302 gebildet. Kontaktflächen 309 befinden sich auf den unteren Flächen des Substrats 301. Ein Luftraum wird zwischen dem Chip 302 und dem Filter 307 gebildet. Die Führungsstifte 305 der Linsenhalterung 306 sind im Substrat 301 zur Fixierung der Linsenhalterung 306 angebracht. Das Substrakt kann quadratisch oder rechteckig sein oder eine sonstige geeignete Form haben. Vorzugsweise wird das passive Bauteil 304 in der Linsenhalterung 306 untergebracht und das passive Bauteil 304 wird von der Linsenhalterung 306 geschützt. Das passive Bauteil umfasst (ist jedoch nicht begrenzt auf) Kondensator, Widerstand, Induktor usw. In 1 sind die Kontaktflächen 309 entlang des Peripheriebereichs des Substrats im LGA-Schema angeordnet. Alternativ dazu sind die Kontakte in einer Matrixform im Fall des in 2 dargestellten Schemas vom Typ BGA konfiguriert.
2 zeigt ein weiteres Beispiel der vorliegenden Erfindung. Schema und Anordnung sind ähnlich wie in der vorstehenden Ausführungsform, daher wird eine ähnliche Beschreibung umgangen, um Redundanz zu vermeiden. Wie in der Abbildung gezeigt, sind zwischen dem Chip 302 und den unter dem Substrat 301 befindlichen Kontaktflächen 309 Drähte 303 angeschlossen; die Kontaktflächen 309 können aus Kupfer, Aluminium oder der Legierung geformt werden. Daher kann das Signal von den Flächen 309 ausgegeben oder empfangen werden, und die LGA-Lötstellenstifte können beispielsweise die Kontaktfläche darstellen. Eine Linsenhalterung 306 ist am Substrat 301 angebracht, um die Linse 308 und den Filter 307, der sich zwischen der Linse 308 und dem Chip 302 befindet, zu empfangen und zu halten. Wie der Illustration entnommen werden kann, werden die Kontaktflächen 309 in der Abbildung durch Kontakthöcker 409 ersetzt. Dieses Schema wird als Typ LGA bezeichnet. Alternativ dazu wird für das in 3 abgebildete LGA-Schema (LGA = leadless grid array) eine LGA-Lötanordnung 503 unter dem Substrat untergebracht. In diesem Fall gibt es keine Drähte wie in dem in 1 illustrierten Beispiel. Die LGA-(leadless grid array)Anordnung 503 ist in einer Matrixform und an die Kontaktfläche über dem Substrat 501 angeschlossen. In diesem Schema ähnelt die Chip-Größe der Baugruppen-Größe und es wird daher Chip Scale Package (CSP) genannt. In dem Schema sind keine Verbindungsdrähte erforderlich und die externe Chip-Kommunikation erfolgt über die LGA-Lötanordnung 503 unter dem Chip 501 zur LGA-Lötanordnung 509. Dieser Typ wird als CSP-Typ mit Schutzschicht über dem Chip 501 bezeichnet. Die Schutzschicht kann die Partikelkontaminierung der Mikrolinse verhindern und der Benutzer kann die Partikel mit Flüssigkeit oder Luftspülung vom Glas entfernen, ohne die Mikrolinse zu beschädigen.
Das vorliegende Schema wird für Baugruppen vom Typ COB und CSP angepasst. Das Modul kann ohne den Anschluss mit der Hauptplatine verbunden werden. Das CIS-Modul wird dann mittels SMT-Verfahren auf der Hauptplatine angebracht. Des Weiteren bietet das Schema den Vorteil, dass das Modul weniger Platz in Anspruch nimmt. Anschlusspunkte für Lötstellen können LGA, BGA sein. Außerdem kann der Bildsensor auf der Hauptplatine nacharbeitbar sein. Das Schema kann während der Fertigung in der Modul-/Systemmontage aufgrund der auf der Mikrolinse gebildeten Schutzschicht zur Vermeidung der Partikelkontaminierung den höchsten Ertrag erzielen.
In einer Ausführungsform besteht das Schutzschichtmaterial aus transparenten Werkstoffen und die Schutzmaterialien können durch Beschichtungs- oder Klebeverfahren aufgebracht werden. Das Substrat 301 umfasst LGA-Flächen oder Lötkugeln für den Anschluss zu externen Bauteilen. Im Modul kann eine Mikrolinse im Mikrolinsenbereich gebildet werden und ein Luftraum wird zwischen dem Chip 301 und dem Filter 307 erzeugt. Das Schema kann die Partikelkontamination der Mikrolinse verhindern. Der Benutzer kann die Partikel auf dem Glas mit Flüssigkeit oder Luftspülung entfernen, ohne die Mikrolinse zu beschädigen.
Obgleich spezifische Ausführungsformen illustriert und beschrieben wurden, ist für Fachleute offensichtlich, dass verschiedene Modifizierungen vorgenommen werden können, ohne davon abzuweichen, was ausschließlich von den angefügten Ansprüchen eingegrenzt werden soll.

Claims

Bildsensormodul, umfassend: einen Chip mit einem auf einem Substrat untergebrachten Mikrolinsenbereich; eine auf besagtem Substrat und über besagtem Chip untergebrachte Linsenhalterung; eine in besagter Linsenhalterung untergebrachte Linse; einen in besagter Linsenhalterung und zwischen besagter Linse und besagtem Chip untergebrachten Filter; mindestens ein auf besagtem Substrat untergebrachtes und in besagter Linsenhalterung abgedecktes passives Bauteil; sowie auf der Unterfläche des besagten Substrats untergebrachte Kontakthöcker.
Modul nach Anspruch 1, wobei besagter Chip an besagte Kontakthöcker mittels auf besagtem Chip untergebrachten Drähten angeschlossen ist und wobei besagter Filter eine IR-Filterschicht ist, wobei besagte IR-Filterschicht TiO₂ oder Lichtkatalysator umfasst.
Modul nach Anspruch 1, wobei besagtes Substrat Keramik, Glas, Harz, Quartz, Metall, Legierung, Kunststoff oder Leiterplatten-Werkstoff enthält.
Bildsensormodul, umfassend: einen Chip mit einem auf einem Substrat gebildeten Mikrolinsenbereich; eine auf besagtem Substrat und über besagtem Chip untergebrachte Linsenhalterung; eine in besagter Linsenhalterung untergebrachte Linse; einen in besagter Linsenhalterung und zwischen besagter Linse und besagtem Chip untergebrachten Filter; mindestens ein auf besagtem Substrat untergebrachtes und in besagter Linsenhalterung abgedecktes passives Bauteil; sowie auf der Unterfläche des besagten Substrats gebildete LGA-Anordnung (LGA = leiterlose Gitteranordnung; lead less grid array).
Modul nach Anspruch 4, wobei besagter Chip an besagte LGA mittels auf besagtem Chip untergebrachten Drähten angeschlossen ist und wobei besagter Filter eine IR-Filterschicht ist, wobei besagte IR-Filterschicht TiO₂ oder Lichtkatalysator umfasst.
Modul nach Anspruch 4, wobei besagtes Substrat Keramik, Glas, Harz, Quartz, Metall, Legierung, Kunststoffe oder Leiterplatten-Werkstoff enthält.
Modul nach Anspruch 4, des Weiteren umfassend eine unter besagtem Chip befindliche LGA-Lötanordnung, wobei die LGA-Lötanordnung um den Peripheriebereich an der Unterfläche des besagten Substrats befindliche Kontaktflächen und eine auf den Mikrolinsen des besagten Chips gebildete Schutzschicht umfasst, wobei besagte Schutzschicht transparente Werkstoffe umfasst.
Bildsensormodul, umfassend: ein CSP (chip scale package) mit einem auf einem Substrat gebildeten Mikrolinsenbe reich; eine auf besagtem Substrat und über besagtem Chip untergebrachte Linsenhalterung; eine in besagter Linsenhalterung untergebrachte Linse; einen in besagter Linsenhalterung und zwischen besagter Linse und besagtem Chip untergebrachten Filter; mindestens ein auf besagtem Substrat untergebrachtes und in besagter Linsenhalterung abgedecktes passives Bauteil; sowie eine erste auf der Unterfläche des besagten Chips befindliche LGA (leadless grid array) und eine zweite auf der Unterfläche des besagten Substrats befindliche LGA.
Modul nach Anspruch 8, wobei besagter Chip an besagte zweite LGA mittels besagter erster LGA angeschlossen ist und wobei besagter Filter eine IR-Filterschicht ist, wobei besagte IR-Filterschicht TiO₂ oder Lichtkatalysator umfasst.
Modul nach Anspruch 8, wobei besagtes Substrat Keramik, Glas, Harz, Quartz, Metall, Legierung, Kunststoff oder Leiterplatten-Werkstoff enthält.