专利名称：光学传感器、透镜模块以及照相机模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如CMOS图像传感器(CIS)的光学传感器、透镜模块以及照相机模块。
背景技术：
在包括一般CMOS图像传感器的图像拾取设备中，采用成像透镜，并且将固态成像装置设置在成像透镜的焦点位置。因此，在光学系统中对源自目标且由成像透镜捕获的光进行光学处理，以便在固态成像装置中易于转换成电信号。其后，将光引入固态成像装置的光电转换侧，并且由成像装置通过光电转换可获得的电信号由后续阶段用于信号处理的电路进行预定的信号处理 (例如，见"Introduction to CCD Camera Technology，，，Takemura Yasuo，first edition， Corona Co.，August 1998，p.2-4)。这些类型的图像拾取设备不仅用作诸如数字照相机的照相机系统，其每一个都是单一单元，而且近来也已经用于内置在诸如移动电话的小型便携式装置中。因此，为了将图像拾取设备内置在移动电话等中，对图像拾取设备的尺寸、重量和成本上的降低具有强烈的需求。就是说，通过内置尺寸小、重量轻且成本低的图像拾取设备，能够显著地促进减小诸如移动电话的小型便携式装置的尺寸、重量和成本。附带地，一般图像传感器不能通过利用单一传感器在其两侧捕获图像，但是近年来由于新开发了后侧照明图像传感器，其中光从其没有形成元件等的后侧进行入射，因此某些图像传感器在其两侧具有检测能力。然而，这种传感器较薄，因此需要使该传感器具有不透明的支撑基板，称为支撑硅 (Si)。为此，难于利用其两侧作为传感器。此外，称为相机内和相机外这样的对象，其与ISP、应用处理器和基带芯片需要有单独接口。为此，需要双倍成本来调整和检测每个连接部件。另外，作为出于降低成本的目的制造照相机模块的新方法，具有晶片级照相机模块。在这种方法中，晶片状透镜阵列与晶片一起连接到传感器晶片，并且该晶片与透镜一起切割成每个独立件，由此显著地降低其成本。然而，在这种结构中，当晶片透镜连接到双侧传感器的两侧时，不能形成提取电极。
发明内容
本发明提供一种光学传感器。例如，该光学传感器包括位于图像传感器的第一光接收表面上的第一滤光器和位于图像传感器的第二光接收表面上的第二滤光器。第二光接收表面位于图像传感器的与第一光接收表面相反的一侧。第一滤光器的特性与第二滤光器的特性不同。
图1是示出根据第一实施例的光学传感器(固态成像装置)的第一示范性构造的示意图。图2是示出根据本实施例的第一彩色滤光片和第二彩色滤光片的第一示范性构造的示意图。图3是示出根据本实施例的第一彩色滤光片和第二彩色滤光片的第二示范性构造的示意图。图4是示出制造根据第一实施例的光学传感器的基本方法的示意图。图5是示出根据第二实施例的光学传感器(固态成像装置)的第二示范性构造的示意图。图6是示出入射角和粘合剂、透明支撑板(玻璃基板)及空气层的折射率之间关系的示意图。图7是示出根据第三实施例的光学传感器(固态成像装置)的第三示范性构造的示意图。图8是示出根据第三实施例的晶片级光学传感器的切块结构的示意图。图9是示出根据第四实施例的透镜模块的第一示范性构造的示意图。图10是示出根据第五实施例的透镜模块的第二示范性构造的示意图。图11是示出图10的透镜模块的晶片级状态的示意图。图12是示出根据第六实施例的透镜模块的第三示范性构造的示意图。图13是示出图12的透镜模块的晶片级状态的示意图。图14是示出根据第七实施例的透镜模块的第四示范性构造的示意图。图15是示出图14的透镜模块的晶片级状态的示意图。图16是示出根据第八实施例的照相机模块的示范性构造的示意图。
具体实施例方式在下文，将参考附图描述实施例。图1是示出根据第一实施例的光学传感器(固态成像装置)的第一示范性构造的示意图。在该实施例中，作为光学传感器的示例，采用CMOS图像传感器(CIS)。根据第一实施例的光学传感器10包括传感器板11、第一彩色滤光片12、第二彩色滤光片13和透明支撑板14。传感器板11具有形成在其前侧的第一光接收表面111，具有形成在其后侧上的第二光接收表面112，并且形成为双侧传感器板，该双侧传感器板能够在第一光接收表面111 和第二光接收表面112上形成目标图像。第一彩色滤光片12设置(形成)在第一光接收表面111侧。第二彩色滤光片13设置(形成)在第二光接收表面112侧。透明支撑板14由光学透明玻璃基板形成，并且由光学透明粘合剂接合到第一彩色滤光片12，以通过第一彩色滤光片12支撑传感器板11的第一光接收表面111侧。
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此外，在传感器板11中，通过通孔(via)连接到布线113的连接焊盘电极15形成在第二光接收表面112侧。在第一彩色滤光片12中，作为三原色的R (红)、G (绿)和B (蓝)的彩色滤光片例如具有Bayer阵列，并且以阵列形状形成为芯片上彩色滤光片(OCCF)。在第二彩色滤光片13中，作为三原色的R (红)、G (绿)和B (蓝)的彩色滤光片例如具有Bayer阵列，并且以阵列形状形成为0CCF。然而，在第一实施例中，第一彩色滤光片12和第二彩色滤光片13在其布置 (layout)和尺寸上不同。具体地讲，如图2(A)和2(B)所示，其布置和尺寸设定为使第一光接收表面111侧上的第一彩色滤光片12用作高灵敏度传感器，并且第二光接收表面112侧上的第二彩色滤光片13用作高分辨率传感器。如上所述，OCCF (芯片上彩色滤光片)安装在第一光接收表面111和第二光接收表面112上，如果OCCF的像素单元相同，则OCCF可具有不同的图案。在图2的示例中，在第一彩色滤光片12中，一个彩色滤光片R、G、G或B形成为具有与2X2像素对应的尺寸，因此形成为用作具有像素混合功能的高灵敏度传感器。同时，在第二彩色滤光片中，一个彩色滤光片R、G、G或B形成为具有与每个像素一一对应的尺寸，因此形成为用作高分辨率传感器。在图2的示例中，红外截止滤光片(infrared cut filter，IRCF) 16分别形成为与第一彩色滤光片12和第二彩色滤光片13重叠。此外，彩色滤光片不限于Bayer图案，彼此完全独立的红外截止滤光片和彩色滤光片可形成在第一光接收表面111和第二光接收表面112上。例如，如图3(A)和3(B)所示，在采用结合夜视照相机使用的滤光构造的情况下， 形成第二光接收表面112侧的第二彩色滤光片13，类似于图2，作为结合常规IRCF的高分辨率Bayer类型。第一光接收表面111侧的第一彩色滤光片12形成为0CCF，在该OCCF上因为具有包括顶滤光片17的像素而没有安装IRCF。即使在此情况下，也形成像素混合的高灵敏度传感器。在图2和3所示的情况下，例如，在像素数为8百万的传感器后侧上形成具有RGB Bayer图案的0CCF，并且在其前侧上形成具有Bayer图案的0CCF，其中每个颜色共享四个像
ο对于这样的构造，使其前侧的分辨率低，但是通过像素共享而提高了灵敏度。因此，通过采用小的微透镜阵列，实现具有较低高度的照相机，并且能够提供不同用途的照相机。在两侧相同的OCCF的情况下，有利的是不必改变后续阶段的信号处理。图4(A)至4(F)是示出制造根据第一实施例的光学传感器的基本方法的示意图。在传感器板IlA中，在形成常规的前侧传感器的工艺之后，如图4(A)所示，作为 OCCF的第一彩色滤光片12形成在其上形成有前侧传感器的第一光接收表面111上。其后，如图4(B)所示，通过无空隙填充的粘合剂接合用于形成透明支撑板14的透明材料，例如玻璃晶片141。玻璃晶片141具有物理保护传感器晶片的功能，类似于一般后侧传感器的支撑娃。接下来，如图4(C)所示，薄化传感器板IlA的第二光接收表面侧。然后，如图4(D)所示，形成第二光接收表面112侧(后侧)上作为OCCF的第二彩色滤光片13。其后，如图4(E)和4 (F)所示，在布线接合WB提供在后侧焊盘上的情况下，形成后侧通孔114，从而在后侧上形成焊盘电极。根据第一实施例，通过采用单一传感器装置能够提供一种用于移动电话等中的具有双向拍摄功能的照相机。结果，能够显著地降低照相机模块的成本。此外，因为能够基本上同时前后拍摄，所以该实施例也可应用于低成本监视照相机和kkai照相机。图5是示出根据第二实施例的光学传感器(固态成像装置)的第二示范性构造的示意图。根据第二实施例的光学传感器IOA与根据第一实施例的光学传感器10的区别在于，微透镜(阵列)18形成在第一彩色滤光片12与透明支撑板14接合的接合表面侧。另外，在该实施例中，微透镜18由具有高折射率的高折射材料形成，并且将传感器板11侧上的微透镜18接合到透明支撑板14的粘合剂19由折射率低于微透镜18的折射材料形成。如上所述，使微透镜18的折射率与粘合剂19的折射率不同的原因如下。在传统类型的熔型(cavity-less)结构中，所有的微透镜、玻璃和粘合剂具有约 1. 5的折射率。因此，该结构不具有微透镜的有利效果，其中降低了灵敏度。相比之下，类似于第二实施例，每个微透镜18由具有高折射率的材料制造，并且粘合剂19由具有低折射率的材料制造，从而能够获得微透镜18的聚光效果。此外，由折射率高于空气层的低折射率材料制造的粘合剂19减小到每个微透镜的入射角，从而减小微透镜瞳孔(pupil)的校正量。对于这样的构造，获得提高整个传感器灵敏度的效果。从而，能够采用具有更大CRA的透镜，因此这样的构造有利于降低照相机的高度。 此外，由高折射率材料制造的微透镜18能够防止颜色混合。图6是示出入射角和粘合剂、透明支撑板(玻璃基板)和空气层的折射率之间关系的示意图。在图6中，材料a表示空气层，材料b表示玻璃基板，以及材料c表示粘合剂。从空气层a到玻璃基板的入射角由θ A表示，并且空气层a的折射率由nA表示。从玻璃基板b到粘合剂c的入射角由θ B表示，并且玻璃基板b的折射率由nB表
示粘合剂c和微透镜18之间的入射角由θ C表示，并且粘合剂19的折射率由nC表
示
这里，满足下面的关系。数值表达式1nAsin θ A = nBsin θ B = nCsin θ C =...=常数这里，当保持关系nA < nC < nB时，ΘΑ> θ C > θ B成立。
换言之，以透明支撑板14(b)的折射率nB、粘合剂19(c)的折射率nC和透明支撑板14的光入射侧(空气层a)的折射率nA的顺序，前者高于后者，于是θ A > θ C > θ B 成立。如上所述，假设θ x(x = A、B和C)是入射角，当此角小时，微透镜的瞳孔校正小。 结果，能够减小环境光量的降低，并且减少像素之间的颜色混合。此外，因为能够采用具有更大CRA的透镜，所以能够采用具有小高度的透镜。图7是示出根据第三实施例的光学传感器(固态成像装置)的第三示范性构造的示意图。根据第三实施例的光学传感器IOB与根据第一实施例的光学传感器10的区别在于下面的方面。在光学传感器IOB中，在第二光接收表面112侧上不形成电极，而是在从第一光接收表面111侧到透明支撑板14的侧部14a和14b的范围内形成贯通电极20。在第三实施例中，每个贯通电极20由所谓的侧壁玻璃通孔焊盘形成。图7示出在侧部14a穿透到透明支撑板14的光入射表面的类型，并且示出在侧部 14b穿透到透明支撑板14的中部的半通类型。此外，在光学传感器IOB中，第一彩色滤光片12A和第二彩色滤光片13 二者形成为高分辨率传感器。如上所述，在OCCF的两侧相同的情况下，有利的是不必改变后续阶段的信号处理。此外，图7没有示出微透镜，而示出粘合剂19。图8是示出根据第三实施例的晶片级光学传感器的切块结构(cutout structure)的不意图。在此示例中，贯通电极20形成在将晶片分成独立件时切割的划片线SL上，贯通电极20通过划片暴露于透明支撑板14的侧壁。此外，图8示出了具有凹口 21的结构，以便于通过形成贯通电极20的工艺形成贯通孑L。在采用贯通电极20的情况下，贯通电极20例如通过回流焊接连接到信号提取板的电极。图9是示出根据第四实施例的透镜模块的第一示范性构造的示意图。根据第四实施例的透镜模块30包括光学传感器31、作为信号提取板的印刷电路板(PCB) 32、第一透镜33、第二透镜34和透镜筒35。作为光学传感器31，主要采用根据第一实施例的光学传感器10。因此，将省略其详细描述。应当注意的是，为了便于理解，与图1相同的部件将由相同的参考标号和符号表示。然而，作为透明支撑板，采用密封玻璃熔型(seal glass cavity-less) 36。PCB 32具有形成于其上的容纳开口部分321，并且能够容纳光学传感器31，从而使光入射在光学传感器31的两侧111和112。光学传感器31设置为使第二光接收表面112与第一表面322基本上共面，并且焊盘电极15通过布线接合WB连接到PCB 32的电极。
另外，作为透明支撑板的密封玻璃熔型36被嵌入为填充在开口部分321的空间中，开口部分321形成在从光学传感器31的第一光接收表面111到PCB 32的第二表面323 的范围内。密封玻璃熔型36的光入射表面361形成为与PCB 32的第二表面323基本上共面。第一透镜33设置在密封玻璃熔型36的光入射表面361侧。第一透镜33由多透镜阵列(MLA) 331形成。如上所述，在光学传感器31中，在像素数为8百万的传感器的后侧形成具有RGB Bayer图案的0CCF，并且在其前侧形成具有Bayer图案的0CCF，其中每种颜色共享四个像
ο对于这样的构造，使其前侧的分辨率低，但是通过像素共享而提高了灵敏度。因此，通过采用小的微透镜阵列，实现具有较低高度的照相机，并且能够提供不同用途的照相机。第二透镜34由聚光透镜341等形成，其聚集且形成光学传感器31的第二光接收表面112上通过透镜筒35的开口 351入射的目标的光学图像。根据第四实施例的透镜模块，能够通过采用单一传感器装置提供移动电话等中采用的具有双向拍摄功能的照相机。结果，能够显著降低照相机模块的成本。此外，因为能够基本上同时前后拍摄，所以该实施例也可应用于低成本监视照相机和kkai照相机。图10是示出根据第五实施例的透镜模块的第二示范性构造的示意图。根据第五实施例的透镜模块30A与根据第四实施例的透镜模块30的区别在于，第二透镜34由可在晶片状态下处理的晶片级透镜342形成。在形成第二透镜34A的晶片级透镜342中形成支撑腿3421，支撑腿3421由光学传感器31的传感器板11的第二光接收表面112侧支撑。支撑腿3421具有形成为免除焊盘电极15的凹口部分3421a。另外，连接焊盘电极15通过布线接合WB连接到PCB 32的电极，PCB32是信号提取板。图11是示出图10的透镜模块的晶片级状态的示意图。在晶片级透镜342中，在多个透镜以晶片级整体形成的状态下，在晶片级透镜和与其相邻的透镜模块30A的光学传感器31之间的边界部分形成切口 3422。切口 3422在通过切割切块时形成为凹口部分3421。根据第五实施例的透镜模块，能够获得与前述第四实施例相同的效果。就是说，根据第五实施例，能够通过采用单一传感器装置提供移动电话等中采用的具有双向拍摄功能的照相机。结果，能够显著地降低照相机模块的成本。此外，因为能够基本上同时前后拍摄，所以该实施例可应用于低成本监视照相机和kkai照相机。图12是示出根据第六实施例的透镜模块的第三示范性构造的示意图。根据第六实施例的透镜模块30B与根据第一和第二实施例的透镜模块10和IOA 的区别在于，取代第二透镜，采用其上形成布线的布线透明基板37。其上形成布线的布线透明基板37设置为其上形成布线的表面371面对光学传感器31的第二光接收表面112。另外，光学传感器31的第二光接收表面112形成在透明基板37侧的布置位置，而不是PCB 32的第一表面322。据此，多透镜阵列331的每个支撑部分的一部分设置在PCB 32的开口部分321 内。另外，光学传感器31的焊盘电极15连接到与其对应的透明基板37的布线球电极 (块)38。此外，PCB 32的电极连接到与其对应的透明基板的布线球电极39。图13是示出图12的透镜模块的晶片级状态的示意图。如图13所示，在第六实施例中，透明基板37设置在后侧，并且布线图案形成在透明基板37上。然后，凸块电极38形成在传感器晶片上，附接传感器的独立件，焊料球39连接到提取布线，并且最后覆盖玻璃被沿着划片线SL切块且被切割成独立件。图14是示出根据第七实施例的透镜模块的第四示范性构造的示意图。根据第七实施例的透镜模块30C与根据第一和第二实施例的透镜模块10和IOA 的区别在于如下方面。在透镜模块30中，作为光学传感器31C，实际上采用根据第三实施例的光学传感器 IOB0此外，透镜模块由作为第一透镜33C和第二透镜34C的晶片级透镜332C和342C 形成。另外，光学传感器31C被容纳在开口部分321中，以设置到PCB 32的第二表面 323。基本上，光学传感器31C被容纳在开口部分321中，使得贯通电极20暴露到第一透镜33C侧而不是PCB 32的第二表面323。在此状态下，贯通电极20通过回流焊接连接到PCB 32的电极。图15是示出图14的透镜模块的晶片级状态的示意图。在此示例中，与图8类似，贯通电极20形成在将晶片分成独立件时切割的划片线 SL上，贯通电极20通过划片暴露于透明支撑板14的侧壁。此外，图15示出具有凹口 21的结构，以便于通过形成贯通电极20的工艺形成贯通孑L。根据第七实施例的透镜模块，能够获得与前述第四实施例相同的效果。就是说，根据第七实施例，能够通过采用单一传感器装置提供移动电话等中采用的具有双向拍摄功能的照相机。结果，能够显著地降低照相机模块的成本。此外，因为能够基本上同时前后拍摄，所以该实施例也可应用于低成本的监视照相机和kkai照相机。前述的透镜模块30至30C可应用于能够双侧成像的照相机模块。图16是示出根据第八实施例的照相机模块的示范性构造的示意图。在照相机模块50中，作为示例，采用图9的透镜模块30。除了透镜模块40外，照相机模块50还包括滑动开关51、信号提取电极52和信号处理单元53。照相机模块50采用滑动开关51作为传感器转换开关，这在安装双侧传感器时是必须的。在滑动开关51中形成开口部分511和开口部分512，开口部分511用于在第二光接收表面112侧照射光，开口部分512用于在第一光接收表面111侧照射光。开口部分511和开口部分512形成为彼此不重叠。因此，在该结构中，当采用一侧的传感器时，没有光学信号输入到另一侧的传感器，然后该转换状态被输入到信号处理单元53，从而进行所需的信号处理。信号处理单元53能够通过检测前侧和后侧传感器中哪一个被使用并结合滑动开关51而改变处理。此外，滑动开关51由致动器等电性控制。因此，通过在基本同时监视前后的监视照相机中采用该照相机模块或通过采用鱼眼透镜，通过一个装置也可进行360度监视。根据第八实施例，能够通过采用单一传感器装置提供在移动电话等中采用的具有双向拍摄功能的照相机。结果，能够显著地降低照相机模块的成本。此外，因为能够基本上同时前后拍摄，所以该实施例也可应用于低成本的监视照相机和kkai照相机。以上描述提供了光学传感器、其透镜模块和其照相机模块，该光学传感器可用作双侧的传感器，能够抑制成本的增加，并且即使在晶片透镜附着到其两侧时其中也可形成提取电极。因此，上述光学传感器可用作双侧传感器，从而能够抑制成本增加。另外，即使在晶片透镜附着到其两侧时，其中也可形成提取电极。本领域的技术人员应当理解的是，在所附权利要求或其等同方案的范围内，根据设计需要和其他因素，可以进行各种修改、结合、部分结合和替换。
权利要求
1.一种光学传感器，包括第一滤光器，位于图像传感器的第一光接收表面上；以及第二滤光器，位于该图像传感器的第二光接收表面上，该第二光接收表面位于该图像传感器的与该第一光接收表面相反的一侧；其中，该第一滤光器的特性与该第二滤光器的特性不同。
2.根据权利要求1所述的光学传感器，其中该第一滤光器的像素单元在尺寸上与该第二滤光器的像素单元不同。
3.根据权利要求1所述的光学传感器，其中该第一滤光器在布置上与该第二滤光器不同。
4.根据权利要求1所述的光学传感器，其中该第一滤光器的像素单元在过滤波长上与该第二滤光器的像素单元不同。
5.根据权利要求1所述的光学传感器，其中该第一滤光器在图案上与该第二滤光器不同。
6.根据权利要求1所述的光学传感器，其中该图像传感器包括CMOS图像传感器。
7.根据权利要求1所述的光学传感器，其中该第一滤光器和该第二滤光器是芯片上彩色滤光片。
8.根据权利要求1所述的光学传感器，其中朝向该图像传感器的该第一光接收表面形成的布线通过通孔连接到该第二光接收表面上形成的连接焊盘。
9.根据权利要求1所述的光学传感器，还包括 与该第一滤光器重叠的红外截止滤光片。
10.根据权利要求1所述的光学传感器，还包括接合到该第一滤光器的透明支撑板，该第一滤光器位于该透明支撑板和该图像传感器之间。
11.根据权利要求10所述的光学传感器，还包括 微透镜，设置在该第一滤光器和该透明支撑板之间。
12.根据权利要求11所述的光学传感器，其中该微透镜通过粘合剂接合到该透明支撑板。
13.根据权利要求12所述的光学传感器，其中该微透镜由折射率高于该粘合剂的材料形成。
14.根据权利要求10所述的光学传感器，其中朝向该图像传感器的该第一光接收表面形成的布线通过穿透该透明支撑板的一部分的贯通电极连接到侧壁玻璃通孔焊盘。
15.根据权利要求10所述的光学传感器，其中该透明支撑板位于该第一滤光器和第一透镜之间。
16.根据权利要求15所述的光学传感器，其中该第一透镜是多透镜阵列。
17.根据权利要求16所述的光学传感器，其中该第二滤光器位于该图像传感器和第二透镜之间。
18.根据权利要求17所述的光学传感器，其中该第二透镜是设置在透镜筒内的聚光透
19.根据权利要求1所述的光学传感器，其中该图像传感器是双侧图像传感器。
20.一种照相机装置，包括 根据权利要求1所述的光学传感器。
21.一种光学传感器，包括第一滤光装置，用于过滤入射在图像传感器的第一光接收表面上的光；以及第二滤光装置，用于过滤入射在该图像传感器的第二光接收表面上的光，该第二光接收表面位于该图像传感器的与该第一光接收表面相反的一侧； 其中，该第一滤光装置的特性与该第二滤光装置的特性不同。
全文摘要
本发明提供一种光学传感器、透镜模块以及照相机模块。例如，该光学传感器包括位于图像传感器的第一光接收表面上的第一滤光器和位于图像传感器的第二光接收表面上的第二滤光器。第二光接收表面位于图像传感器的与第一光接收表面相反的一侧。第一滤光器的特性与第二滤光器的特性不同。
文档编号G03B17/12GK102376729SQ201110230700
公开日2012年3月14日 申请日期2011年8月12日 优先权日2010年8月20日
发明者东堤良仁, 北村勇也, 清水聪, 铃木优美 申请人:索尼公司