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CN105336753A - 照相机模块及其制造方法 - Google Patents

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CN105336753A CN201410305618.9A CN201410305618A CN105336753A CN 105336753 A CN105336753 A CN 105336753A CN 201410305618 A CN201410305618 A CN 201410305618A CN 105336753 A CN105336753 A CN 105336753A
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Abstract

本发明的实施方式提供一种照相机模块及其制造方法，所述照相机模块包括传感器组件、至少一个半导体衬底以及模制化合物，其中所述传感器组件包括：半导体裸片；传感器电路，设置于所述半导体裸片的顶表面上；以及透明盖体，在所述半导体裸片的顶表面上面耦合到所述半导体裸片；其中每个所述半导体衬底在水平方向上布置于所述传感器组件周围；其中所述模制化合物填充在每个所述半导体衬底与所述传感器组件之间。

Description

照相机模块及其制造方法
技术领域
本发明的实施方式涉及一种照相机模块，并且更具体地，涉及一种包括用于光学传感器器件的晶片级封装的照相机模块及其制造方法。
背景技术
关于将光学传感器耦合至照相机电路，设计师面对的挑战是，器件必须定位于衬底上且光学传感器面向外，而且不存在可能干扰光学图像的接收的任何障碍物。由于照相机模块更通常地使用在小电子设备(诸如手机和平板计算机)中，所以希望降低照相机模块的高度使得它们能够安装于更薄的设备中。
图1示出了具有半导体裸片22的已知的照相机模块，光学传感器电路26形成于半导体裸片22的顶表面上。半导体裸片22装配至半导体衬底24上，并且焊线40将传感器电路26耦合至半导体衬底24中的电路。透镜组件包括透镜镜筒80、透镜载体90和包括一个或多个透镜的透镜阵列100。透镜组件可以通过粘接剂801耦合至半导体衬底24的顶表面上。此外，表面装配器件50也装配在半导体衬底24的顶表面上。
可以看出，图1的照相机模块的示例存在如下问题，因为半导体裸片22设置在半导体衬底24上，并且通过焊线40将传感器电路26电耦合至半导体衬底24中的电路，使得它在用于小电子设备中时不太令人满意，因为叠置的半导体裸片22和半导体衬底24限制了此类设备的最小厚度。
发明内容
鉴于上述现有技术存在的缺陷，本发明的实施方式的目的之一是提供一种具有减小的厚度的照相机模块以及用于制造这样的照相机模块的方法。
根据本发明的一个方面，提供了一种照相机模块，包括：
传感器组件，所述传感器组件包括：
半导体裸片；
传感器电路，设置于所述半导体裸片的顶表面上；以及
透明盖体，在所述半导体裸片的顶表面上面耦合到所述半导体裸片；
至少一个半导体衬底，每个所述半导体衬底在水平方向上布置于所述传感器组件周围；以及
模制化合物，填充在每个所述半导体衬底与所述传感器组件之间。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述半导体裸片包括电耦合到所述传感器电路的至少一个硅通孔，每个所述硅通孔分别经由焊线从每个所述半导体衬底的底表面电耦合到对应的半导体衬底中的电路；并且所述模制化合物还至少覆盖所述半导体裸片的底表面以及每个所述焊线。
根据本发明的一个示例性实施方式，还包括至少一个表面装配器件，每个所述表面装配器件从每个所述半导体衬底的顶表面电耦合到对应的半导体衬底中的电路。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述透明盖体与所述半导体裸片在水平方向上对准。
根据本发明的一个示例性实施方式，每个所述半导体衬底的顶表面分别与所述透明盖体的顶表面齐平。
根据本发明的一个示例性实施方式，每个所述半导体衬底的底表面分别与所述半导体裸片的底表面齐平。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述模制化合物的顶表面与所述透明盖体的顶表面齐平。
根据本发明的一个示例性实施方式，还包括透镜组件，所述透镜组件耦合到所述至少一个半导体衬底的顶表面。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述半导体衬底的数目为两个，两个所述半导体衬底在水平方向上分别设置于所述传感器组件的相对侧上。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述半导体衬底的数目为一个，其横截面形状为“回”形，所述传感器组件位于所述“回”形半导体衬底内。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述传感器组件位于所述“回”形半导体衬底内的中心处
根据本发明的一个示例性实施方式，所述透明盖体为具有IR涂层或者UV涂层的玻璃。
根据本发明的另一方面，提供一种照相机模块的制造方法，包括：
将多个传感器组件和多个半导体衬底以预定间隔相间定位在载体层上；其中每个所述传感器组件均具有：半导体裸片；传感器电路，设置于所述半导体裸片的顶表面上；以及透明盖体，在所述半导体裸片的顶表面上面耦合到所述半导体裸片；其中所述半导体裸片包括电耦合到所述传感器电路的至少一个硅通孔，其中所述透明盖体接近所述载体层；并且其中所述半导体衬底的顶表面接近所述载体层；
将每个所述硅通孔分别经由焊线从每个所述半导体衬底的底表面电耦合到对应的半导体衬底中的电路；
在所述多个半导体衬底与所述多个传感器组件之间填充模制化合物，并且所述模制化合物还至少覆盖所述半导体裸片的底表面以及每个所述焊线；
去除所述载体层；
切割每个所述半导体衬底以形成单片化的结构；
将透镜组件耦合到所述单片化的结构的顶表面上。
根据本发明的一个示例性实施方式，在去除所述载体层之后并且在切割每个所述半导体衬底之前所述方法还包括：在所述多个半导体衬底的顶表面上安装电耦合到对应的半导体衬底中的电路的表面装配器件。
根据本发明的一个示例性实施方式，所述透明盖体与所述半导体裸片在水平方向上对准。
根据本发明的一个示例性实施方式，每个所述半导体衬底的厚度均与所述传感器组件的厚度相同。
通过将传感器组件与半导体衬底在水平方向上并排设置，使得能够减小包括半导体衬底和传感器组件的结构在竖直方向上的尺寸，并且因而进一步能够减小照相机模块在竖直方向上的尺寸。
附图说明
现在将仅参照附图通过示例对本发明的实施方式进行描述，其中为相似的部件提供对应的附图标记，在附图中：
图1是示出根据现有技术的照相机模块的截面图；
图2是示出根据本发明的一个实施方式的包括传感器组件、半导体衬底以及模制化合物的配置的截面图；
图3至图7示出制作图2中所示配置的相应阶段的截面图；
图8是示出包括图2中所示配置的照相机模块的截面图；
图9是示出制作根据本发明的一个实施方式的照相机模块的工艺流程图；
图10示出根据本发明的另一实施方式的包括传感器组件、半导体衬底以及模制化合物的配置的截面图；
图11示出包括图10中所示配置的照相机模块的截面图；并且
图12是示出根据又一实施方式的包括传感器组件、半导体衬底以及模制化合物的配置的仰视图。
具体实施方式
下面将参考附图中示出的若干示例性实施例来描述本发明的原理和精神。应当理解，描述这些实施例仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本发明，而并非以任何方式限制本发明的范围。
图2是示出根据本发明的一个实施方式的包括传感器组件1、半导体衬底2a、2b以及模制化合物3的配置的截面图。这一配置将用于制作照相机模块。
在图2所示的配置中，传感器组件1包括半导体裸片11、光学传感器电路12和透明盖体13。可以根据现有技术中的已知工艺制作图2所示的配置。
光学传感器电路12设置于半导体裸片11的顶表面上，可以根据已知工艺在半导体裸片11的顶表面上形成多个光学传感器电路12。在附图中，并未详细示出在本领域中公知的光学传感器电路的结构，而是通过一排微透镜作为示例来表示。
透明盖体13可以通过粘接剂14耦合至半导体裸片11的顶表面，透明盖体13和光学传感器电路12之间的选定空间由粘接剂14的厚度确定。透明盖体13可以设置有本领域已知的选择性的透明涂层，诸如IR(红外线)涂层或者UV(紫外线)涂层，即透明盖体13可以是IR玻璃或者UV玻璃。透明涂层可以沉积于透明盖体13的面向光学传感电路12的表面上。透明盖体13可以与半导体裸片11在水平方向上对准，也就是说，透明盖体13可以优选与半导体裸片11在水平方向上具有相同的尺寸。然而，透明盖体13与半导体裸片11的尺寸并不限于在水平方向上相同，例如，透明盖体13的水平尺寸可以小于或大于半导体裸片11的水平尺寸，只要透明盖体13能够基本上覆盖住光学传感器电路12即可。
在图2中，作为示例，所示配置包括两个半导体衬底2a、2b，分别布置于传感器组件1的两侧，两个半导体衬底2a、2b与传感器组件1之间的距离可以根据需要进行选择，使得便于利用模制化合物3将两个半导体衬底2a、2b与传感器组件1形成整体结构。相比于现有技术中传感器组件设置于半导体衬底的顶表面上，在本实施方式中以不同方式实现传感器组件与半导体衬底的布置。具体而言，传感器组件1与半导体衬底2a、2b在水平方向上并排设置，使得能够减小上述配置在竖直方向上的尺寸，并且因而进一步能够减小照相机模块在竖直方向上的尺寸。虽然在附图中图示两个半导体衬底2a、2b作为示例，但是本领域技术人员可以构思包括其它数目的半导体衬底，只要其在水平方向上布置于传感器组件的周围以便与传感器组件形成水平布置即可，如以下将详细描述的那样。
在图2所示的示例中，两个半导体衬底2a、2b的顶表面分别与透明盖体13的顶表面基本上共面，并且两个半导体衬底2a、2b的底表面分别与半导体裸片11的底表面基本上共面。也就是说，两个半导体衬底2a、2b的厚度与传感器组件1的厚度(即从透明盖体13的顶表面到半导体裸片11的底表面的距离)基本上相同。然而，在各种实施例中，两个半导体衬底2a、2b的厚度与传感器组件1的厚度并不限于彼此相同，而是两个半导体衬底2a、2b的厚度可以大于或者小于传感器组件1的厚度。例如当两个半导体衬底2a、2b的顶表面分别与透明盖体13的顶表面基本上共面时，传感器组件1的底表面(即半导体裸片11的底表面)可以在竖直方向上高于或者低于两个半导体2a、2b的底表面。而当两个半导体衬底2a、2b的底表面分别与半导体裸片11的底表面基本上共面时，传感器组件1的顶表面(即透明盖体13的顶表面)可以在竖直方向上高于或者低于两个半导体2a、2b的顶表面。
下面结合附图具体描述传感器电路12与半导体衬底2a、2b中的电路之间的电耦合。在图2所示的配置中，半导体裸片11可以包括硅通孔(TSV)111，硅通孔111的数目可以为一个或者多个(在图中示出两个)。硅通孔111用于提供从半导体裸片11的顶表面至底表面的导电路径。硅通孔111的顶端电连接光学传感器电路12，并且硅通孔111的底端可以延伸至半导体裸片11的底表面或者可以延伸至设置于半导体裸片11的底表面处的接触焊盘112。在这一实施方式中，硅通孔111的底端电耦合至设置于半导体裸片11的底表面处的接触焊盘112。在两个半导体衬底2a、2b的底表面处，也分别设置有电耦合至半导体衬底2a、2b中的电路的接触焊盘20。在半导体裸片11的底表面处的两个接触焊盘112分别经由焊线40电连接至在两个半导体衬底2a、2b的底表面处的相应接触焊盘20。通过使用硅通孔111、接触焊盘112、焊线40和接触焊盘20，建立了从传感器组件1中的光学传感器电路12到半导体衬底2a、2b中的电路的电耦合。
在图2所示的配置中，模制化合物3填充在两个半导体衬底2a、2b与传感器组件1之间。模制化合物3是在许多不同封装工艺中用来包封半导体器件的物质，是由各种组分(诸如树脂、硬化剂、二氧化硅、催化剂、燃料和隔离剂)的混合制成的典型复合材料，并且通常以具有选定粘度的基本液体形式提供，使得它们能够被注塑或浇注。模制化合物3在来自不同制造商并且满足许多不同的标准的很宽范围的形式中可用。因此，术语“模制化合物”被广义地视为应用至所有此类化合物。通过在两个半导体衬底2a、2b与传感器组件1之间填充模制化合物1，可以将两个半导体衬底2a、2b与传感器组件1形成为整体结构，从而便于在使用图2所示的配置制造照相机模块的后续工艺中使用。
在这一实施方式中，模制化合物3的顶表面与两个半导体衬底2a、2b以及透明盖体13的顶表面基本上齐平。然而，在各种实施方式中，模制化合物3的顶表面可以略微高于或者低于两个半导体衬底2a、2b以及透明盖体13的顶表面，只要不影响光学传感器电路12接收光学图像并且能够使两个半导体衬底2a、2b与传感器组件1形成为整体结构即可。此外，在这一实施方式中，模制化合物3还覆盖半导体裸片11的底表面和两个半导体衬底2a、2b的底表面的一部分，以将接触焊盘20、焊线40和接触焊盘112包封在模制化合物3中，从而隔离图2所示的配置从底表面与外界发生电耦合。
此外，在图2所示的配置中，还包括分别安装在两个半导体衬底2a、2b的顶表面上的表面装配器件50，该表面装配器件50电耦合至两个半导体衬底2a、2b中的电路。在图2中大体示出的表面装配器件50可以包括许多种类的结构中的任一种，诸如无源电路部件(如电阻器、电容器、电感器等)以及附加的集成电路(诸如图像处理器、电压稳定器、用于透镜控制的驱动器等)。根据各个实施方式的具体要求，表面装配器件50的尺寸、形状和数量将具体改变。
以下将结合图3至图7详细描述图2所示的配置的制造工艺。
首先如图3所示，将半导体衬底2和传感器组件1倒置，并且以预定间隔相间定位在载体层60上，从而形成图4所示的结构。也就是说，将半导体衬底2和传感器组件1的顶表面向下，通过粘接剂601定位在载体层60上。其中半导体衬底2包括之前结合图2描述的配置中的两个半导体衬底2a、2b中的电路结构，以便于在后续工艺中对半导体衬底2进行切割。传感器组件1的结构与之前结合图2描述的配置中的传感器组件1的结构相同。
如图4所示，在半导体衬底2的底表面处的接触焊盘20与传感器组件1的底表面处的接触焊盘112之间连接焊线40，以将光学传感器电路12电耦合到半导体衬底2中的电路。
如图5所示，在半导体衬底2与传感器组件1之间填充模制化合物3，并且模制化合物3还至少覆盖半导体裸片11的底表面和半导体衬底2的底表面的两侧部分，以将接触焊盘20、焊线40和接触焊盘112包封在模制化合物3中，从而隔离触焊盘20、焊线40和接触焊盘112与外界发生电耦合。通过在半导体衬底2与传感器组件1之间填充模制化合物1，可以将半导体衬底2与传感器组件1形成为整体结构。
如图6所示，首先去除载体层60，然后在半导体衬底2的顶表面上安装电耦合到半导体衬底中的电路的表面装配器件50。
最后沿图6中的虚线切割半导体衬底2以形成单片化的结构，如图7所示。所形成的单片化的结构与图2中所示配置结构相同。
图8是示出包括图2中所示配置的照相机模块的截面图。除了图2中所示的配置之外，图8所示的照相机模块还包括透镜组件。透镜组件包括透镜镜筒80、透镜载体90和包括一个或多个透镜的透镜阵列100。透镜组件可以采用现有技术中的常规透镜组件，其结构和工作原理在本领域中已知，因而在此将不再赘述。透镜组件可以通过粘接剂801耦合至半导体衬底2a、2b的顶表面上。
图9是示出制作根据本发明的一个实施方式的照相机模块的工艺流程图，用于制造图8中所示的照相机模块。由于图8中所示照相机模块包括图2中所示的配置，而图2中所示配置的制造工艺已在上文中结合图3至图7进行描述，因而在此结合图3至图7将制造图2中所示配置的工艺步骤并入此。
在步骤901，将多个传感器组件1和多个半导体衬底2以预定间隔相间定位在载体层60上。其中每个传感器组件1均具有：半导体裸片11；传感器电路12，设置于半导体裸片11的顶表面上；以及透明盖体13，在半导体裸片11的顶表面上面耦合到半导体裸片11.其中半导体裸片11包括电耦合到传感器电路12的至少一个硅通孔111，其中透明盖体13接近载体层60；并且其中半导体衬底2的顶表面接近载体层60。
在步骤902，将每个硅通孔111分别经由焊线40从每个半导体衬底2的底表面电耦合到对应的半导体衬底2中的电路，以将光学传感器电路12电耦合到半导体衬底2中的电路。
在步骤903，在半导体衬底2与传感器组件1之间填充模制化合物3，并且模制化合物3还至少覆盖半导体裸片11的底表面以及每个焊线40。例如结合图4所示结构，模制化合物3覆盖半导体裸片11的底表面和半导体衬底2的底表面的两侧部分，以将接触焊盘20、焊线40和接触焊盘112包封在模制化合物3中，从而隔离触焊盘20、焊线40和接触焊盘112与外界发生电耦合。而通过在半导体衬底2与传感器组件1之间填充模制化合物1，可以将半导体衬底2与传感器组件1形成为整体结构。
在步骤904，去除载体层60。
在步骤905，在半导体衬底2的顶表面上安装电耦合到半导体衬底中的电路的表面装配器件50。根据不同需要，可以省略这一步骤，例如当不需要安装表面装配器件50时。
在步骤906，切割每个半导体衬底2以形成单片化的结构，即形成图2中所示的配置。
在步骤907，通过粘接剂801将透镜组件耦合至半导体衬底2a、2b的顶表面上，最终形成图8所示的照相机模块。
图10示出根据本发明的另一实施方式的包括传感器组件1、半导体衬底2a、2b以及模制化合物3的配置的截面图。图10所示的配置与图2所示的配置的区别仅在于：半导体衬底2a、2b的底部结构不同，并且从而模制化合物3的底部形状也不同。在此对于其它相同结构的特征将不再详述。
在图10所示的配置中，半导体衬底2a’、2b’还包括从图2所示的配置中的半导体衬底2a、2b的底表面向下突出的部分2a”、2b”。在向下突出的部分2a”、2b”之间形成选定空间，并且也利用模制化合物3填充这一选定空间。
图11示出包括图10中所示配置的照相机模块的截面图。除了图10中所示的配置之外，图8所示的照相机模块还包括透镜组件。透镜组件包括透镜镜筒80、透镜载体90和包括一个或多个透镜的透镜阵列100。透镜组件可以采用现有技术中的常规透镜组件，其结构和工作原理在本领域中已知，因而在此将不再赘述。透镜组件可以通过粘接剂801耦合至半导体衬底2a、2b的顶表面上。
虽然在图2和图10的配置中仅包括两个半导体衬底，但是上述配置也可以包括其它数目的半导体衬底，例如一个或更多个。如图11所示，当半导体衬底2的数目为一个时，其横截面形状为“回”形，即为中空的方形结构。图11所示配置与前述实施方式中所描述的配置的区别仅在于半导体衬底2的形状以及半导体衬底2与传感器组件1之间的位置关系不同。传感器组件1的电路结构与之前描述的传感器组件1可以具有相同结构，传感器组件1中的光学传感器电路12也可以经由焊线从半导体衬底2的底表面电耦合到半导体衬底2中的电路。图11所示配置与前述实施方式中所描述的配置的区别具体为：传感器组件1位于“回”形半导体衬底2内，例如传感器组件1可以位于“回”形半导体衬底2内的中心处，并且模制化合物3填充半导体衬底2与传感器组件1之间的空间，并且覆盖传感器组件1的底表面与半导体衬底2的底表面的一部分。当半导体衬底数目为三个时，三个半导体衬底例如可以分别设置于传感器组件1的三侧。
通过将传感器组件与半导体衬底在水平方向上并排设置，使得能够减小包括半导体衬底和传感器组件的结构在竖直方向上的尺寸，并且因而进一步能够减小照相机模块在竖直方向上的尺寸。
已经出于示出和描述的目的给出了本发明的说明书，但是其并不意在是穷举的或者限制于所公开形式的发明。本领域技术人员可以想到很多修改和变体。因此，实施方式是为了更好地说明本发明的原理、实际应用以及使本领域技术人员中的其他人员能够理解以下内容而选择和描述的，即，在不脱离本发明精神的前提下，做出的所有修改和替换都将落入所附权利要求定义的本发明保护范围内。

Claims (16)

1.一种照相机模块，包括：
传感器组件，所述传感器组件包括：
半导体裸片；
传感器电路，设置于所述半导体裸片的顶表面上；以及
透明盖体，在所述半导体裸片的顶表面上面耦合到所述半导体裸片；
至少一个半导体衬底，每个所述半导体衬底在水平方向上布置于所述传感器组件周围；以及
模制化合物，填充在每个所述半导体衬底与所述传感器组件之间。
2.根据权利要求1所述的照相机模块，其中：
所述半导体裸片包括电耦合到所述传感器电路的至少一个硅通孔，每个所述硅通孔分别经由焊线从每个所述半导体衬底的底表面电耦合到对应的半导体衬底中的电路；并且
所述模制化合物还至少覆盖所述半导体裸片的底表面以及每个所述焊线。
3.根据权利要求2所述的照相机模块，还包括至少一个表面装配器件，每个所述表面装配器件从每个所述半导体衬底的顶表面电耦合到对应的半导体衬底中的电路。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的照相机模块，其中所述透明盖体与所述半导体裸片在水平方向上对准。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的照相机模块，其中每个所述半导体衬底的顶表面分别与所述透明盖体的顶表面齐平。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的照相机模块，其中每个所述半导体衬底的底表面分别与所述半导体裸片的底表面齐平。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的照相机模块，其中所述模制化合物的顶表面与所述透明盖体的顶表面齐平。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的照相机模块，还包括透镜组件，所述透镜组件耦合到所述至少一个半导体衬底的顶表面。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的照相机模块，其中所述半导体衬底的数目为两个，两个所述半导体衬底在水平方向上分别设置于所述传感器组件的相对侧上。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的照相机模块，其中所述半导体衬底的数目为一个，其横截面形状为“回”形，所述传感器组件位于所述“回”形半导体衬底内。
11.根据权利要求10所述的照相机模块，其中所述传感器组件位于所述“回”形半导体衬底内的中心处。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的照相机模块，其中所述透明盖体为具有IR涂层或者UV涂层的玻璃。
13.一种照相机模块的制造方法，包括：
将多个传感器组件和多个半导体衬底以预定间隔相间定位在载体层上；其中每个所述传感器组件均具有：半导体裸片；传感器电路，设置于所述半导体裸片的顶表面上；以及透明盖体，在所述半导体裸片的顶表面上面耦合到所述半导体裸片；其中所述半导体裸片包括电耦合到所述传感器电路的至少一个硅通孔，其中所述透明盖体接近所述载体层；并且其中所述半导体衬底的顶表面接近所述载体层；
将每个所述硅通孔分别经由焊线从每个所述半导体衬底的底表面电耦合到对应的半导体衬底中的电路；
在所述多个半导体衬底与所述多个传感器组件之间填充模制化合物，并且所述模制化合物还至少覆盖所述半导体裸片的底表面以及每个所述焊线；
去除所述载体层；
切割每个所述半导体衬底以形成单片化的结构；
将透镜组件耦合到所述单片化的结构的顶表面上。
14.根据权利要求13所述的方法，其中在去除所述载体层之后并且在切割每个所述半导体衬底之前所述方法还包括：在所述多个半导体衬底的顶表面上安装电耦合到对应的半导体衬底中的电路的表面装配器件。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述透明盖体与所述半导体裸片在水平方向上对准。
16.根据权利要求13所述的方法，其中每个所述半导体衬底的厚度均与所述传感器组件的厚度相同。
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