图像传感器的形成方法与流程

本发明涉及指纹成像领域，特别涉及一种图像传感器的形成方法。

背景技术

指纹识别技术通过指纹成像模组采集到人体的指纹图像，然后与指纹识别系统里已有指纹成像信息进行比对，以实现身份识别。由于使用的方便性，以及人体指纹的唯一性，指纹识别技术已经大量应用于各个领域，比如：公安局、海关等安检领域，楼宇的门禁系统，以及个人电脑和手机等消费品领域等等。

指纹识别技术中所采用成像模组的成像方式有光学式、电容式、超声波式等多种技术。其中一种是通过光学成像模组采集人体的指纹图像。光学式指纹成像模组的工作原理：人的手指按压在光学式指纹成像模组的保护盖板上时，光源发出的光形成入射光；入射光透过图像传感器(sensor)和保护盖板后到投射到保护盖板与手指的界面，在手指和保护盖板相接触的位置处发生反射和折射；通过图像传感器采集所述反射光，将所述反射光的光信号转换为电信号，处理后即可得到手指的指纹图像。

但是，现有技术中的指纹成像模组存在模组厚度较大，难以提高集成度的问题。

技术实现要素：

本发明解决的问题是提供一种图像传感器的形成方法，以减小模组厚度，提高设备集成度。

为解决上述问题，本发明提供一种图像传感器的形成方法，包括：

提供叠层基板，所述叠层基板包括支撑层和位于所述支撑层上的基层；在所述基层上形成像素阵列；在所述像素阵列上形成保护层；去除所述支撑层，获得所述图像传感器。

可选的，所述叠层基板的材料为玻璃。

可选的，所述支撑层的厚度大于所述基层的厚度。

可选的，所述基层的厚度小于或等于0.1mm；所述支撑层的厚度大于或等于0.4mm。

可选的，去除所述支撑层的步骤包括：通过激光处理的方式将所述基层和所述支撑层分离，以去除所述支撑层。

可选的，形成所述保护层的步骤包括：提供上盖板；将所述上盖板贴合于所述像素阵列表面。

可选的，所述上盖板为光纤面板。

可选的，所述上盖板的厚度大于或等于0.6mm。

可选的，形成所述保护层的步骤包括：在所述像素阵列表面形成液态前驱体；对所述液态前驱体进行固化处理，以形成所述保护层。

可选的，所述液态前驱体为液态玻璃。

可选的，在所述像素阵列表面形成液态前驱体的步骤包括：通过喷涂的方式在所述像素阵列表面形成所述液态前驱体。

可选的，对所述液态前驱体进行固化处理的步骤包括：通过uv照射的方式进行所述固化处理。

可选的，所述保护层的厚度小于或等于0.01mm。

可选的，去除所述支撑层之后，形成所述保护层。

可选的，在所述基层上形成像素阵列的步骤包括：在所述基层上形成多个所述像素阵列，相邻像素阵列之间具有划片道；形成所述像素阵列之后，去除所述支撑层之前，所述形成方法还包括：沿所述划片道切割所述叠层基板，以获得图像传感器小片；在所述图像传感器小片的像素阵列一侧形成控制芯片；形成与所述控制芯片和所述像素阵列相连的电路连接件。

可选的，在形成所述多个像素阵列、沿所述划片道切割所述叠层基板、形成所述控制芯片、形成所述电路连接件以及去除所述支撑层的任意两个步骤之间形成所述保护层。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

提供包括支撑层和基层的叠层基板；所述像素阵列形成于所述基层上，之后去除所述支撑层，从而获得厚度较小的图像传感器。所述支撑层能够在工艺过程中提供足够强度的机械支撑；去除所述支撑层，能够有效减小所形成图像传感器的厚度，有利于减小所述指纹成像模组的厚度。

本发明可选方案中，通过激光处理的方式将所述基层和所述支撑层分离，从而去除所述支撑层；与通过化学刻蚀或者机械研磨进行减薄的技术方案相比，激光处理的工艺难度较小，工艺控制精度较高，能够有效减少工艺过程中的良率损失，有利于提高图像传感器的制作良率。

本发明可选方案中，通过在所述像素阵列表面形成液态前驱体并对所述液态前驱体进行固化处理以形成所述保护层。液态前驱体固化所形成的保护层表面硬度较大，厚度较小，能够有效的减小所述图像传感器的厚度，有利于所述指纹成像模组厚度的减小；而且由于所述保护层为液态前驱体固化所形成，因此在所述保护层破损后可以通过再次喷涂液态前驱体进行修复，所以能够有效降低形成过程中的损失，有利于提高图像传感器的良率。

本发明可选方案中，所述形成方法还包括：在所述像素传感器小片的像素阵列一侧形成控制芯片；以及形成与所述像素阵列和所述控制芯片相连的电路连接件；所述保护层的形成在形成所述多个像素阵列、沿所述划片道切割所述叠层基板、形成所述控制芯片、形成所述电路连接件以及去除所述支撑层的任意两个步骤之间；因此所述保护层在去除所述支撑层之前形成，所述保护层能够在去除所述支撑层之后起到机械支撑作用，这种做法能够有效提高后续工艺步骤的良率，有利于保证所形成的图像传感器的性能。

附图说明

图1是一种指纹成像模组的剖面结构示意图；

图2是另一种指纹成像模组的剖面结构示意图；

图3至图6是本发明图像传感器形成方法第一实施例各个步骤所对应的剖面结构示意图；

图7和图8是本发明图像传感器形成方法第二实施例各个步骤所对应的剖面结构示意图。

具体实施方式

由背景技术可知，现有技术中的指纹成像模组存在模组厚度过大问题。现结合一种指纹成像模组的结构分析其模组厚度过大问题的原因：

光学式指纹成像模组主要包括：保护盖板、光学传感器、集成芯片(ic)、柔性电路板(fpc)和柔性电路板上的电子器件(包括光源led)、导光板、上保护壳体以及下保护壳体等主要部件。其中光学传感器是利用非晶硅薄膜晶体管(a-sitft)、低温多晶硅薄膜晶体管(ltpstft)或氧化物半导体薄膜晶体管(ostft)等半导体工艺技术，在玻璃基底上制作的；之后经过切割、点胶、粘接等过程实现封装。

参考图1，示出了一种指纹成像模组的剖面结构示意图。

如图1所示，所述指纹成像模组为超薄型光学式指纹成像模组。所述指纹成像模组是通过光电转换原理实现指纹成像的，包括：光源11、位于所述光源11上的光学面阵传感器12以及位于所述光学面阵传感器12上的感测面13。

在采集指纹时，手指10按压于感测面13上；光源11产生的入射光投射至感测面13上，在手指10与所述感测面13接触的位置处发生反射和折射，所形成的反射光投射至光学面阵传感器12上；光学面阵传感器12采集所述反射光，并进行光电转换和信号处理，实现指纹图像的采集。

通常情况下，所述光源11为面光源，包括发光二极管和位于所述发光二极管一侧的导光板。所述发光二极管所产生的初始光投射进入所述导光板，经所述导光板反射形成光强分布更均匀的入射光。

参考图2，示出了另一种指纹成像模组的剖面结构示意图。

所述指纹成像模组中，省去了导光板的使用，所述发光二极管21设置于所述光学面阵传感器22的一侧，从而达到减小模组厚度的目的，所以所述指纹成像模组的厚度与所述光学面阵传感器22的厚度接近。

但是所述光学面阵传感器22制作于玻璃基板上，为了在制作过程中提供足够强度的机械支撑，所述玻璃基板的厚度至少为0.5mm，因此所述光学面阵传感器自身厚度较大。所以即使省去了背光板的使用，所述指纹成像模组的厚度依旧不小。

为了进一步减小模组厚度，一种方法是通过化学刻蚀或者机械研磨的方式减小玻璃基板的厚度，但是这种做法的工艺难度较高，在工艺过程中会出现较大的损失，从而造成良率降低的问题。

为解决所述技术问题，本发明提供一种图像传感器的形成方法，通过将像素阵列形成于基层上；之后去除所述支撑层，从而获得厚度较小的图像传感器。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。

参考图3至图6，示出了本发明图像传感器形成方法第一实施例各个步骤所对应的剖面结构示意图。

参考图3，提供叠层基板110，所述叠层基板110包括支撑层111和位于所述支撑层111上的基层112。

所述叠层基板110用于为所述图像传感器的形成提供工艺基础，也在形成工艺过程中起到机械支撑的作用。其中，所述支撑层111机械强度较大，因此所述支撑层111用于为所述图像传感器的形成提供机械支撑；所述基层112用于为所述图像传感器的形成工艺提供操作表面。

本实施例中，所述支撑层111和所述基层112之间通过范德瓦耳斯力实现连接。具体的，所述支撑层111具有相对设置的第一贴合面和底面；所述基层112具有相对设置的操作面和第二贴合面，所述支撑层111的第一贴合面和所述基层112的第二贴合面相对贴合。所述支撑层111的第一贴合面和所述基层112的第二贴合面的平整度均较高，因此所述第一贴合面和所述第二贴合面之间具有较强的范德瓦耳斯力，所以所述支撑层111和所述基层112之间通过所述第一贴合面和所述第二贴合面之间的范德瓦耳斯力实现相连。

使所述叠层基板110包括支撑层111和所述基层112的做法，能够通过去除所述支撑层111的做法减小所述叠层基板110的厚度，从而达到减小所形成图像传感器厚度的目的。

本实施例中，所述支撑层111的厚度大于所述基层112的厚度。所述支撑层112的厚度较大，因此所述支撑层111能够为所述指纹成像模组的形成提供足够强度的机械支撑；所述基层112的厚度较小，因此去除所述支撑层111之后，能够较大限度的减小所形成图像传感器的厚度，有利于模组厚度的减小。

具体的，所述支撑层111的厚度不宜太小。

所述支撑层111厚度如果太小，则所述支撑层111的机械强度较小，无法在所述图像传感器的形成工艺中起到机械支撑作用，可能会增大所述图像传感器形成过程中的良率损失。本实施例中，所述支撑层111的厚度大于或等于0.4mm。

所述基层112的厚度不宜太大。

所述基层112厚度如果太大，则后续去除所述支撑层111之后，剩余所述叠层基板110的厚度依旧较大，不利于所形成图像传感器厚度的减小，不利于减小指纹成像模组的厚度。本实施例中，所述基层112的厚度小于或等于0.1mm。

需要说明的是，本实施例中，所述图像传感器应用于超薄指纹成像模组中，因此光线需要透射所述图像传感器以进行指纹信息的采集；所以所述叠层基板110为透明基板，具体的，所述叠层基板110的材料为玻璃，即所述支撑层111和所述基层112的材料均为玻璃。

参考图4，在所述基层112上形成像素阵列120。

所述像素阵列120用于采集光线并将所采集光线的光信号转换为电信号以获得图像。本实施例中，所形成图像传感器应用于指纹成像模组中，所以所述像素阵列120用于采集携带有指纹信息的光线，以获得指纹图像。

所述像素阵列120包括成阵列排布的多个像素单元(图中未标示)。所述像素单元包括感光器件(图中未示出)，用于采集光信号并将所述光信号转换为电信号。具体的，所述感光器件可以为感光二极管。

所述像素阵列还可以包括互连结构(图中未示出)，所述互连结构用于实现所述感光器件之间以及所述感光器件与外部电路的之间的电连接。

如图4所示，所述像素阵列120还包括封装层(图中未标示)，所述封装层覆盖所述像素单元。所述封装层用于实现所述像素单元与外部环境的隔离，从而避免所述感光器件和所述互连结构受到外部环境的影响而出现性能退化，从而提高所形成图像传感器的稳定性。具体的，所述封装层的材料可以为uv胶或透明硅胶等材料，也可以为二氧化硅、氮化硅或氮氧化硅等材料。

具体的，在所述基层112上形成像素阵列120的步骤包括：通过半导体工艺在所述基层112的表面形成所述像素阵列120。所以形成所述像素阵列120的步骤包括一系列膜层沉积和图形化等半导体制造工艺步骤，与现有技术相同，本发明在此不再赘述。

参考图5，在所述像素阵列120上形成保护层140。

所述保护层140用于实现所述像素阵列120和外部环境的隔离，保护所述像素阵列120，避免所述像素阵列120受到损伤。

本实施例中，所述像素阵列120表面为覆盖所述像素单元的封装层，所以所述保护层140的设置能够对所述封装层表面起到保护租用，能够有效提高所述封装层表面的防刮能力，能有效减少所述封装层受损现象的出现。

此外，本实施例中，所述图像传感器应用于指纹成像模组中，所述保护层140表面还用于接受触摸以进行指纹图像的采集。所以所述保护层140还用于提供所述指纹成像模组的感测面。

本实施例中，形成所述保护层140的步骤包括：提供上盖板；将所述上盖板贴合于所述像素阵列120表面。

所述上盖板用于在所述图像传感器中保护所述像素阵列120以及其他硬件；此外，所述上盖板还用于为所形成的指纹成像模组提供感测面。

具体的，所述上盖板为光纤面板(fiberopticsplates，fop)。光纤面板是由大量光纤规则排列而形成，因此具有数值孔径大、级间耦合损失小、分辨率高、光学零厚度等特点，能够无失真地传递高清晰图像。所以采用光纤面板作为所述上盖板，能够使所述指纹成像模组中，透射所述上盖板的光线受到所述光纤面板的准直作用，从而达到提高所述指纹成像模组成像质量的目的。

需要说明的是，所述上盖板的厚度不宜太大也不宜太小。

所述上盖板的厚度如果太小，则可能会影响所述像素阵列120和外部环境的隔离，影响对所述像素阵列120的保护作用，不利于所述图像传感器稳定性的提高；所述上盖板的厚度如果太小，则不利于减小所形成图像传感器的厚度，不利于减少所述指纹成像模组的厚度。具体的，本实施例中，所述上盖板的厚度大于或等于0.6mm。

参考图6，去除所述支撑层111，获得所述图像传感器。

去除所述支撑层111的做法，用于减小所述叠层基板110的厚度，从而达到降低所形成图像传感器厚度的目的，即在垂直所述保护层140表面方向上，减小所形成图像传感器的尺寸。

本实施例中，所述支撑层111和所述基层112之间通过所述第一贴合面和所述第二贴合面之间的范德瓦耳斯力实现相连，因此当所述第一贴合面和所述第二贴合面之间的范德瓦耳斯力出现减弱或者消失时，所述支撑层111和所述基层112即可实现分离，从而能够实现所述支撑层111的去除。

本实施例中，去除所述支撑层111的步骤包括：通过激光处理的方式将所述基层112和所述支撑层111分离，以去除所述支撑层111。通过激光照射所述第一贴合面和所述第二贴合面相接触的位置，能够对所述第一贴合面和所述第二贴合面之间的材料施加扰动，使两者之间的范德瓦耳斯力减弱或者消失，从而使所述支撑层111和所述基层112实现分离。

与通过化学刻蚀或者机械研磨进行减薄的技术方案相比，激光处理的工艺难度较小，工艺控制精度较高，能够有效减少工艺过程中的良率损失，有利于提高图像传感器的制作良率。

本实施例中，通过激光处理使所述基层112和所述支撑层111分离的过程中，所采用的激光为355nm的紫外激光，激光能量大于或等于40微焦。

需要说明的是，在所述基层112上形成像素阵列120的步骤包括：在所述基层112上形成多个所述像素阵列120，相邻像素阵列120之间具有划片道(图中未示出)。

本实施例中，如图5所示，形成所述像素阵列120之后，去除所述支撑层111之前，所述形成方法还包括：沿所述划片道切割所述叠层基板110，以获得图像传感器小片；在所述图像传感器小片的像素阵列120一侧形成控制芯片130；形成电路连接件(图中未示出)，所述电路连接件与所述控制芯片130和所述像素阵列120相连。

由于所述像素阵列120是通过半导体工艺形成的，形成所述像素阵列120的步骤包括一系列膜层沉积和图形化等半导体制造工艺步骤，因此在所述基层112上形成多个像素阵列120的步骤能够有效提高形成所述像素阵列120的效率和良率，有利于成本控制。

所述划片道位于相邻像素阵列120之间，用于实现相邻像素阵列120之间的隔离。切割所述叠层基板110的步骤用于将所述叠层基板110上的多个像素阵列120分开，从而获得所述图像传感器小片。具体的，本实施例中，每个图像传感器小片具有一个像素阵列120。

所述控制芯片130与所述像素阵列120相连，用于实现所述像素阵列120所形成电信号的读取；所述控制芯片130还与外部电路相连，用于实现所述像素阵列120内像素单元的驱动以及实现所述像素阵列120的供电。

所述像素阵列120形成于部分基层112的表面，所以所述控制芯片130设置于未形成所述像素阵列120的基层112表面。具体的，所述叠层基板110包括采集区(图中未标示)和非采集区(图中未标示)，所述像素阵列120设置于所述采集区的基层112上，所以所述控制芯片130设置于所述非采集区的基层112上。本实施例中，所述控制芯片130通过各向异性导电胶(anisotropicconductivefilms，acf)的方式设置于所述基层112表面。

所述电路连接件(图中未示出)用于实现所形成的图像传感器与外部电路的连接，所以所述电路连接件与所述控制芯片130和所述像素阵列120相连，用于向所述控制芯片130和所述像素阵列120提供电源，还用于实现所述控制芯片130和所述像素阵列120与外部电路的信号连接。

本实施例中，所述电路连接件为柔性电路板(flexibleprintedcircuit，fpc)。本发明其他实施例中，所述电路连接件还可以为连接导线或者印刷电路板等其他能够实现电性连接的互联结构或部件。所以所述电路连接件可以通过各向异性导电胶实现与所述控制芯片130和所述像素阵列120的电性连接。

本实施例中，形成所述电路连接件之后，去除所述支撑层111之前，在所述像素阵列120上形成所述保护层140，即在完成所述控制芯片130和所述电路连接件的形成步骤之后，去除所述支撑层111。由于所述控制芯片130和所述电路连接件的形成步骤可能会涉及按压、贴合的动作，因此在此过程中保留所述支撑层111的做法，能够使所述叠层基板110的厚度较大，从而具有较大的机械强度，能够提高足够的机械支撑，能够有效减少叠层基板110损坏现象的出现。

而且在形成所述控制芯片130和所述电路连接件之后去除所述支撑层111的做法，也可能够有效提高控制芯片130和所述电路连接件形成时所述基层112的平整程度，能够为所述控制芯片130和所述电路连接件的形成提供平整的工艺操作表面，有利于提高所述控制芯片130和所述电路连接件的形成质量，有利于提高所形成图像传感器的质量。

本发明其他实施例中，所述形成方法还包括：在形成所述多个像素阵列、沿所述划片道切割所述叠层基板、形成所述控制芯片、形成所述电路连接件以及去除所述支撑层的任意两个步骤之间形成所述保护层。也就是说，所述保护层可以在形成所述像素阵列、切割叠层基板、形成控制芯片、形成电路连接件以及去除所述支撑层的任意两个步骤之间形成，所述保护层能够在工艺过程中起到保护所述像素阵列的作用，能够有效提高良率，而且所述保护层还能够在工艺过程中起到机械支撑作用，从减少出现叠层基板变形的现象，能够有效降低工艺难度，提高良率和所形成的图像传感器的性能。

参考图7至图8，示出了本发明图像传感器形成方法第二实施例各个步骤所对应的剖面结构示意图。

本实施例与前述实施例相同之处，本发明在此不再赘述。本实施例与前述实施例不同之处在于，本实施例中，所述保护层通过对液态前驱体的固化而形成。

本实施例中，形成所述保护层240(如图8所示)的步骤包括：参考图7，在所述像素阵列220表面形成液态前驱体241；参考图8，对所述液态前驱体241(如图7所示)进行固化处理242，以形成所述保护层240。

所述液态前驱体241用于固化后以形成所述保护层240。通过液态前驱体241形成所述保护层240的做法，能够有效减小所形成保护层240的厚度，有利于减小所形成图像传感器的厚度。

而且由于所述保护层240是通过液态前驱体241固化而形成的，因此在所述保护层240破损后可以通过再次形成所述液态前驱体241进行修复，所以能够有效降低形成过程中的损失，有利于提高图像传感器的良率。

本实施例中，所述液态前驱体241为液态玻璃。液态玻璃的主要成分是二氧化硅，因此所述液体玻璃固化后所获得膜层的性质与玻璃相接近。而且固化后的液态玻璃，表面硬度可以达到8h，因此能够有效的起到保护作用。

具体的，在所述像素阵列220表面形成液态前驱体241的步骤包括：通过喷涂的方式在所述像素阵列220表面形成所述液态前驱体241。喷涂方式形成所述液态前驱体241的做法，能够有效控制所形成液态前驱体241的厚度，控制所述液态前驱体241厚度的均匀性，有利于提高所形成保护层240的质量，有利于所形成图像传感器性能的提高。

对所述液态前驱体241进行固化处理的步骤，用于使所述液态前驱体241固化形成保护层240。

本实施例中，所述液态前驱体241为液态玻璃，所以所述固化处理用于去除所述液态玻璃中的溶剂，从而使所述液态玻璃中的二氧化硅分子之间成键，形成所述保护层240。

具体的，由于所述液态前驱体241为液态玻璃，所以对所述液态前驱体241进行固化处理的步骤包括：通过uv照射的方式进行所述固化处理。uv照射能够去除所述液态玻璃中的溶剂，从而使所述液态玻璃固化形成所述保护层240。本实施例中，所述uv照射所采用的uv光为波长为356nm的uv光，其uv光的能量大于或等于1000mw/cm²。

需要说明的是，所述保护层240的厚度不宜太大也不宜太小。

所述保护层240的厚度如果太大，则不利于所述图像传感器厚度的减小，不利于减小所形成指纹成像模组的厚度；所述保护层240的厚度如果太小，则会增大工艺难度，而且可能会影响所形成保护层240厚度的均匀性，会影响所形成图像传感器的成像质量。具体的，本实施例中，所述保护层240为液态玻璃固化而成，因此所述保护层240的厚度小于或等于0.01mm。

本实施例中，形成所述电路连接件之后，去除所述支撑层211之前，在所述像素阵列220上形成所述保护层240。但是这种做法仅为一实例。本发明其他实施例中，由于通过液态前驱体固化而形成的保护层厚度往往较小，因此所述形成方法还可以包括：去除所述支撑层之后，形成所述保护层。

所述保护层能够在去除所述支撑层之后，在图像传感器小片的像素阵列上形成，也可以在所述图像传感器封装组装完成之后，在所述像素阵列表面形成。因此所述保护层的形成无需对现有图像传感器生产产线做较大改动即可完成生产制作，所以无需增加额外的工艺成本，有利于控制成本。

综上，提供包括支撑层和基层的叠层基板；所述像素阵列形成于所述基层上，之后去除所述支撑层，从而获得厚度较小的图像传感器。所述支撑层能够在工艺过程中提供足够强度的机械支撑；去除所述支撑层，能够有效减小所形成图像传感器的厚度，有利于减小所述指纹成像模组的厚度。而且，本发明可选方案中，通过激光处理的方式将所述基层和所述支撑层分离，从而去除所述支撑层；与通过化学刻蚀或者机械研磨进行减薄的技术方案相比，激光处理的工艺难度较小，工艺控制精度较高，能够有效减少工艺过程中的良率损失，有利于提高图像传感器的制作良率。此外，本发明可选方案中，通过在所述像素阵列表面形成液态前驱体并对所述液态前驱体进行固化处理以形成所述保护层。液态前驱体固化所形成的保护层表面硬度较大，厚度较小，能够有效的减小所述图像传感器的厚度，有利于所述指纹成像模组厚度的减小；而且由于所述保护层为液态前驱体固化所形成，因此在所述保护层破损后可以通过再次喷涂液态前驱体进行修复，所以能够有效降低形成过程中的损失，有利于提高图像传感器的良率。并且，本发明可选方案中，所述形成方法还包括：在所述像素传感器小片的像素阵列一侧形成控制芯片；以及形成与所述像素阵列和所述控制芯片相连的电路连接件；所述保护层的形成在形成所述多个像素阵列、沿所述划片道切割所述叠层基板、形成所述控制芯片、形成所述电路连接件以及去除所述支撑层的任意两个步骤之间；因此所述保护层在去除所述支撑层之前形成，所述保护层能够在去除所述支撑层之后起到机械支撑作用，这种做法能够有效提高后续工艺步骤的良率，有利于保证所形成的图像传感器的性能。

虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。