用于光敏装置的透镜对准方法及设备以及其实施系统的制作方法

专利名称：用于光敏装置的透镜对准方法及设备以及其实施系统的制作方法
技术领域：
本发明的实施例涉及用于光敏装置(例如，图像传感器封装)的透镜对准、用于其 制造的晶片级结构及用于其的组件与制造方法。更明确地说，本发明的实施例涉及一个或 一个以上透镜与图像传感器的光敏区的不对称地放置的像素阵列的对准。
背景技术：
基于半导体裸片的图像传感器是电子/光子学技术领域的技术人员众所周知的， 且在小型化配置中可用于在数码相机、个人数字助理(PDA)、因特网器具、蜂窝式电话、测试 装备等中俘获电磁辐射(例如，可见、IR或UV)信息以供观看、进一步处理或其两者。对于 在前述极端竞争性市场中的商业使用来说，图像传感器封装必须非常小。对于一些应用来 说，具有约为半导体裸片或芯片自身的尺寸的封装或所谓的"芯片级"封装是合乎需要的 (如果并不是要求的话)。 尽管常规上将传统半导体装置(例如，处理器及存储器)封装于不透明的保护材 料中，但图像传感器通常包含光波长频率辐射敏感性集成电路(还称为"光敏"电路或区或 者"成像区域")，所述集成电路被制造于半导体裸片的活性表面上并由光学透射元件覆盖， 其中图像传感器的光敏电路经定位以经由光学透射元件而从外部源接收光辐射。因此，图 像传感器封装的一个表面在常规上包含透明部分，所述透明部分通常为光透射玻璃或塑料 盖。对于需要高分辨率的摄影或其它目的来说，芯片经定位以从与其相关联的光学透镜接 收聚焦辐射。图像传感器可为电荷耦合装置(CCD)或互补金属氧化物半导体(CMOS)中的 一者。每一此类传感器的光敏电路在常规上包括含有呈光门、光敏晶体管或光电二极管形 式的光传感器的像素阵列，其通常称为"成像器阵列"。 当将图像聚焦于成像器阵列上时，对应于图像的光被引导到像素。像素的成像器 阵列可包括微透镜阵列，所述微透镜阵列包括用于每一像素的凸微透镜。每一微透镜可用 以将传入光引导穿过对应像素的电路区而到达光传感器区，从而增加到达光传感器的光的 量且增加像素的填充因数。微透镜还可用以增强来自非发光显示装置(例如，液晶显示装 置)的像素的照明光以增加显示器的亮度、形成待在液晶或发光二极管打印机中打印的图 像或甚至提供聚焦以用于将发光装置或接收装置耦合到光纤。 在图像传感器封装的设计与制造中考虑各种因素。举例来说，可以晶片级来至少 部分地(如果并非完全地)同时制造大量封装的程度是重要的成本考虑因素。此外，如果 封装设计或制造方法(即使以晶片级来进行)使封装位于其上的所有图像传感器半导体裸 片成为必要而不管显著数目的裸片是否有缺陷，那么导致浪费大量材料。而且，必须相对于 光敏电路而将封装透镜仔细地定位于所述裸片中的每一者上以实现均匀高质量成像，同时
4排除湿气及其它污染物进入到在光敏电路与透镜之间界定的腔室中。 当将包含像素阵列的成像区域不对称地定位于图像传感器裸片上时，出现常规透 镜定位技术的一个显著问题，而常规透镜经配置以使得透镜的光学中心作为一个整体而对 称地或中心地定位于图像传感器上方且并不定位于像素阵列上方。像素阵列的不对称位置 经常由集成电路设计约束来规定，所述约束由电路(例如，存储器)及位于图像传感器裸片 的活性表面上的结合垫的位置强加。换句话说，由于电路设计者尝试优化图像传感器裸片 的电学方面，所以像素阵列变成被定位成偏离中心。 因此，仍然需要一种适应将成像区域不对称地定位于图像传感器上的封装技术， 所述技术可以晶片级来实现且提供并入有不对称成像区域的高质量图像传感器封装。

发明内容
本发明的一实施例包含一种用于形成图像传感器封装的方法，所述方法包含将透
镜固定于图像传感器裸片上方，所述图像传感器裸片具有不对称地位于其上的成像器阵 列，其中所述透镜与所述成像器阵列光学对准。 本发明的另一实施例包含一种图像传感器封装，其包括图像传感器，其具有不对 称地定位于其上的光敏区；安置于光敏区上方的衬底，其具有穿过其的通路；及透镜，其支 撑于所述通路上方且与不对称地定位的光敏区对准。 本发明的又一实施例包含一种形成透镜结构的方法，其包含形成透镜元件，所述 透镜元件具有透镜，所述透镜具有被定位成与所述透镜元件的至少一个其它周边边缘相比 更接近所述透镜元件的至少一个周边边缘的光学中心；及将所述透镜配置有至少一个被截 侧，所述至少一个被截侧与所述至少一个周边边缘一致。 本发明的再一实施例包含一种晶片级成像器组合件，其包含晶片级半导体衬底， 所述半导体衬底包括图像传感器阵列。每一图像传感器包括不对称地定位的成像器阵列。 所述组合件还包括晶片级衬底，所述晶片级衬底包含位于其上的透镜元件阵列，每一透镜 元件包含透镜，所述透镜具有与成像器阵列的中心对准的光学中心。
本发明的又一实施例包含一种成像系统。 本发明的额外实施例包含形成透镜元件、透镜元件阵列及透镜元件与图像传感器 的晶片级组合件的方法。


在图式中描绘本发明的实施例且各种元件未必按比例绘制，在所述图式中
图1A是根据本发明的实施例的图像传感器阵列的一部分的示意性俯视正视图， 所述图像传感器阵列具有承载于块状半导体衬底上的不对称地定位的成像区域，每一成像 区域具有不对称地定位于其上方的透镜； 图1B是沿图1A的线B-B的示意性侧面剖视正视图； 图2A是在从块状半导体衬底单一化之后图1A及图1B的图像传感器中的一者的 实施例的放大的示意性侧面剖视正视图； 图2B是在从块状半导体衬底单一化之后图1A及图1B的图像传感器中的一者的 另一实施例的放大的示意性侧面剖视正视 图3A到图3C描绘在制造本发明的透镜的一个实施例中的动作；
图4展示本发明的晶片级透镜阵列的一个实施例；及 图5是说明包括如相对于图1到图4所展示及描述的透镜的成像系统的实施例的 简化框图。
具体实施例方式
大体参看附图，以半导体封装结构及用于组装这些封装结构的方法的形式来说明 本发明的各种实施例。以相同参考标号来指定所说明的实施例的共同元件。应理解，所呈 现的图式并不打算说明特定半导体封装结构的任何特定部分的实际视图，而是仅为用以更 清楚地且完整地描绘本发明的理想化示意性表示。 仅出于方便起见而在本发明的实施例的此描述中结合图中所描绘的特征的定向 来使用术语"上部"、"下部"、"顶部"及"底部"。然而，这些术语大体上用以指示相反的方向 及位置，而并非参照重力。举例来说，实际上可在制造或使用期间将根据本发明的实施例的 图像传感器封装定向于任何合适的方向上。 本发明的各种实施例涉及光敏半导体装置，一种类型的此类装置为图像传感器。 如本文中所使用，术语"光敏"仅指示所述装置响应于可见光或其它波长的光在其上的撞 击，且并非在任何意义上限制此装置的本质。 图1A描绘块状半导体衬底100的一部分，所述块状半导体衬底100具有制造于其 上的呈半导体裸片形式的图像传感器200(其还可称为图像传感器裸片)的阵列。块状半 导体衬底100可包含常规半导体材料晶片(例如，硅、砷化镓或磷化铟晶片)，或可包含安 置于载体衬底(例如，如由玻璃上硅(SOG)衬底或蓝宝石上硅(SOS)衬底例证的绝缘体上 硅(SOI)衬底)上的半导体材料。在任何情况下，可通过所属领域的技术人员众所周知且 无需在本文中进一步描述的技术来将所述阵列的图像传感器200制造于其上。
每一图像传感器200包括位于其上的光敏区，所述光敏区呈位于其活性表面上的 成像区域202的形式，每一成像区域202包含包括多个像素P的成像器阵列204 (为清晰起 见，仅在图1A的一个传感器200上展示)，如此项技术中所知。如图1A及图1B中所描绘， 在此例子中仅借助于非限制性实例，图像传感器200的成像器阵列204被不对称地放置于 活性表面上，朝向每一图像传感器200的左上侧(当图纸被定向时)象限。换句话说，成像 器阵列204位于与至少一个其它侧相比更接近图像传感器200的一个或一个以上侧(在此 例子中，更接近最上侧及左侧)处。每一成像器阵列204的中心C因此也相对于承载所述 成像器阵列204的图像传感器200的几何中心不对称地放置或"偏离中心"。街道206(出 于清晰起见而被展示为具有夸示宽度)位于成像器传感器200之间，所述街道206横向隔 开图像传感器200，且可沿所述街道206将图像传感器200从彼此及从块状半导体衬底100 单一化。 如图1A及图1B中所示，根据本发明的实施例，透镜阵列300包含定位于图像传感 器200上方的多个透镜302，其中每一透镜302的光学中心OC(其还可称为其"光轴")与 相关联的成像器阵列204的中心C对准而非与图像传感器200的几何中心对准。透镜阵列 300可包含呈"透镜晶片"形式的块状或晶片级衬底，其包括通过链接材料而横向接合的多 个透镜302，所述链接材料可包含与街道206对准的衬底304(如下文将描述)或在一些实施例中可包含从每一透镜302横向延伸以将每一透镜接合到衬底304的中间部分。如在图 1A及图IB中可见，透镜302的邻近于街道206的某些边缘306在透镜302的与相关联的图 像传感器200的周边侧或横向边缘一致的周边侧处被截以适应其中每一透镜302的光学中 心OC位于每一相关联的成像器阵列204的中心C上方的不对称透镜放置。被截边缘306 并非为聚焦于相关联的成像器阵列204上的光学路径的部分。 图2A描绘在通过常规技术而沿街道206 (见图1A及图IB)穿过链接材料304及块 状半导体衬底100的材料从块状半导体衬底100单一化之后的具有重叠透镜302的单个图 像传感器200的实施例。如可容易看见，透镜302的被截透镜边缘306显著厚于未截边缘 308，且可呈现平坦、垂直(当图被定向时)表面310。然而，在本发明的实施例中，被截透镜 边缘306的表面310可能并非平坦或垂直的。举例来说，如在图2A中以虚线所描绘，被截 透镜边缘306'可包含被安置成与垂直(即，与透镜302的光轴)成锐角(在图2A中被夸 示)的平坦表面310'。此边缘定向可(例如)促进从用以形成透镜302的模具释放透镜 302，如下文所论述。作为另一替代方案(在图2B中以虚线所描绘)，被截透镜边缘306" 可为弓形的且呈现具有一曲率半径的弯曲表面310"或其它不同于透镜302的邻近表面S 的曲率的弯曲配置。 如图2A中所示，为了避免穿过每一透镜302的辐射发生反射，可用不透明的非反 射材料312(例如，金属或含有碳黑的聚合物)来覆盖被截边缘306的至少若干表面310。 如果需要，则可毯覆式沉积不透明材料312且接着通过常规技术来对其进行图案化以便移 除除了其涂覆所述表面306的部分以外的所有部分，或仅在另外光透射透镜材料(可从所 述光透射透镜材料形成透镜302且所述光透射透镜材料横向延伸到衬底304)的上部表面 上进行图案化以将成像器阵列204上方的孔隙316界定为在透镜元件302的所述表面(大 体在其平面中且邻近于透镜302)上无不透明的非反射材料312，从而进一步限制光穿过透 镜元件302。可通过常规技术来施加不透明的非反射材料312，所述技术例如在金属的情况 下为化学气相沉积(CVD)且在碳黑填充的聚合物的情况下为喷涂或旋涂。
图2B描绘在通过常规技术而沿街道206 (见图1A及图1B)穿过链接材料304及 块状半导体衬底100的材料从块状半导体衬底100单一化之后的具有重叠透镜302的单个 图像传感器200的另一实施例。透镜302的被截透镜边缘306显著厚于未截边缘308，且可 呈现平坦、垂直(当图被定向时)表面310。如先前所参考且在图2B中以虚线所描绘，被 截透镜边缘306"可为弓形的且呈现具有一曲率半径的弯曲表面310"或其它不同于透镜 302的邻近表面S的曲率的弯曲配置。 如图2B中所示，为了避免穿过每一透镜302的辐射发生反射，可用不透明的非反 射材料312(例如，金属或含有碳黑的聚合物)来覆盖被截边缘306的至少若干表面310。 如果需要，则可毯覆式沉积不透明材料312且接着通过常规技术来对其进行图案化以便移 除除了其涂覆所述表面306的部分以外的所有部分。在图2B的实施例中，衬底304经形成 以延伸到透镜302的位置，其中透镜302所位于的通路经定尺寸且经配置以界定透镜302 的周边。如在U处以虚线所示，通过遮蔽及蚀刻操作或在通过模制形成的衬底的情况下通 过适当地配置模具，可在图像传感器200的活性表面上方在恰当位置中对衬底304进行底 切。在此例子中，如果衬底302的材料是光透射的或为了简化用于移除不透明材料312的 图案化过程中所需的掩模，则可对不透明材料312 (在衬底304的邻近于透镜302的上部表面上以虚线所示)进行图案化以将位于成像器阵列204上方的类似于图2A的孔隙316的孔隙界定为在透镜302的表面上无不透明的非反射材料312，从而进一步限制光穿过(除了穿过透镜302以外)。 图3A到图3C说明一种以晶片或其它块状衬底级来形成透镜阵列的方法。衬底400具备位于其上的经图案化光致抗蚀剂410。衬底400可经定尺寸及成形为类似于晶片以用于通过现有半导体制造装备来处理。衬底400可包含(借助于实例)硅或硼硅酸盐材料。如本文中所使用，术语"晶片"包含常规晶片及其它块状半导体衬底，例如如由玻璃上硅(SOG)衬底及蓝宝石上硅(SOS)衬底例证的绝缘体上硅(SOI)衬底，但可能较难以使用后一种类型的结构，这归因于其多层本质。衬底400可为(例如)硅晶片，其已被确定为不适合用于其原始目的，这归因于其中的损坏或缺陷。因此，可将经再循环晶片用作衬底400。
可通过已知方法(例如，遮蔽、图案化、显影及蚀刻的光刻方法)来对光致抗蚀剂410进行图案化。可通过经图案化且显影的光致抗蚀剂410来将通路位置405暴露于衬底400上。可通过适合于衬底400的材料的湿式(化学)或干式(反应性离子蚀刻或"RIE")蚀刻技术来大致上各向异性地蚀刻衬底400以在暴露的通路位置405中形成通路420。参看图2A及图2B，应注意，通路420可经定尺寸为大于待形成于其上方的透镜302，或可经定尺寸到类似于透镜的尺寸的尺寸。在蚀刻之后，可移除光致抗蚀剂410以形成衬底400A，所述衬底400A具有延伸穿过其的通路420 (如图3B中所示)。其它形成通路420的方法(例如，通过激光切除或机械钻孔，或者若干技术的组合，例如激光切除之后接着进行化学蚀刻)也在本发明的范围内。或者，可针对衬底400来采用其它材料(例如，陶瓷及塑料)。在这些材料中的任一者的情况下，可通过常规模制技术来制造其中具有通路420的衬底400A。 转到图3C，可提供用于制造透镜302的第一模具板430及第二模具板440以用于放置于衬底400A的相对侧上。第一模具板430可包括位于其表面432上的被间隔开位置处的凹入部分435c及相关联的平坦部分435f 。凹入部分435c可在衬底400A的通路420内经定尺寸、经配置且经间隔以用于放置于被制造于块状半导体衬底100上的图像传感器200的不对称地定位的成像器阵列204(见图1A及图1B)上方，且相关联的平坦部分435f延伸到通路420的内周边。第二模具板440也可包括(仅借助于实例)位于其表面442上的被间隔开位置处的凹入部分445c及相关联的平坦部分445f 。第二模具板440的凹入部分445c可经定尺寸、经配置且经间隔以与第一模具板430的凹入部分435c对准且可被接纳于衬底400A的通路420内，所述相关联的平坦部分435f及445f延伸到通路420的内周边。当然，预期第二模具板440可呈现平坦表面，使得透镜302仅在一侧上成圆顶状，或可呈现凸起表面，使得透镜302形成有凹入下侧。可因此通过使用适当的经相反配置的模具板来实现透镜302的每一侧的任何合适配置。 可将处于可流动或另外可变形状态的透镜材料(例如，例如聚酰亚胺等聚合物)引入到衬底400A的通路420中。还可采用光聚合物，所述光聚合物可(例如)通过暴露到紫外(UV)光而固化。可(例如)通过常规的注射模制或转移模制技术来形成透镜302(及支撑结构，如果通路420具有大于透镜302的尺寸的话)。还可将玻璃材料(例如，二氧化硅、硼硅酸盐玻璃、磷硅酸盐玻璃或硼磷硅酸盐玻璃)用作透镜材料，且在处于可流动状态、经化学蚀刻到所要配置或其两者的同时来对所述玻璃材料进行成形。可选择透镜材料的热膨胀系数(CTE)以合理地匹配衬底的热膨胀系数(CTE)。因此，可避免在制造、测试及使用半导体封装中所遇到的在适温及超温范围下的热失配问题。 第一模具板430及第二模具板440可与衬底400A对准，且可使用注射或转移模制或者压印或者UV刻印光刻来形成透镜302 (图3C中以虚线所示)。在一个实施例中，第一模具板430可与衬底400A对准，且通路420可大致上填充有透镜材料，第一模具板430与衬底400A从图3C中所示的位置而倒置。可接着将第二模具板440抵靠着衬底400A按压，从而将衬底400A夹于第一模具板430与第二模具板440之间，并将可流动或可变形透镜材料按压到第一模具板430的位于第一模具板430与第二模具板440之间的凹入部分435c中。可使用模具板430、440以在冲压操作中将透镜302从透镜材料形成到其最终形状。模具板430、440可包含(例如)硅。 可采用分步重复方法来个别地形成透镜302或小群组的透镜302。可从衬底400A的一侧或两侧来冲压及固化聚合物且将衬底400A移动到下一透镜元件位置以进行冲压及固化。可使用此方法来在衬底400A内形成透镜阵列300。分步重复方法可降低形成完整晶片模具的成本，且更容易制造更小且精确度高的模具。 可依据所选择的透镜材料(例如)通过施加压力、光、热、真空或冷却中的一者或
一者以上来使位于衬底400A的通路420及第一模具板430的凹入部分435c内的透镜材料
凝固，以形成多个透镜302，每一透镜302定位于衬底400A的通路420中。图4描绘晶片级
透镜阵列300的一部分，所述透镜阵列300具有位于透镜阵列衬底470中的透镜302。透镜
阵列衬底470可使用所描述的用以形成图3B的衬底400A的方法来形成，且可经配置以具
有对应于与常规半导体制造装备一起使用的晶片的直径的尺寸与周边形状。 简单地说，可使用多种多样合适的技术中的一者来制造透镜302，例如用聚合物或
玻璃材料制造，且通过模制、按压或冲压处于可流动或另外可变形状态中的此材料来制造。此外，可通过将透镜302的图像(圆顶状表面形状，其可为凹入或凸起，或其它更复杂的所要形状)放置于聚合物中且使用所述聚合物作为图案将玻璃蚀刻到所要形状而从玻璃板中形成透镜302。在此例子中，晶片级透镜阵列的衬底或链接材料可包含与由其支撑的透镜的材料相同的材料。所采用的制造技术因此是基于被选择用于所讨论的透镜的材料来做出选择的问题。 可能需要将透镜元件形成为不对称(相对于透镜的主平面)形状以实现具有所要焦距的透镜配置。图4中所示的晶片级透镜阵列300的透镜302是不对称的，其具有凸起表面464及相对的凹入表面462。还可能需要形成可能具有或可能不具有对称轮廓的双凹或双凸透镜。透镜轮廓(不管是凹入还是凸起、球形还是非球形)将依据透镜系统的光学设计及光学性能要求而定。 仅借助于实例，可将晶片级透镜阵列300的衬底400A结合到如图4中以虚线所示的呈成像器晶片形式的块状半导体衬底100，如所属领域的技术人员所知。下文描述合适的结合技术且所述结合技术可依据针对衬底400A所采用的材料而变化。成像器晶片可包括呈图像传感器裸片或包含图像传感器200的其它光学活性裸片形式的半导体裸片阵列，术语"光学活性"包含经配置以感测或发射电磁辐射的任何半导体裸片。举例来说，图像传感器200可包含CMOS成像器，每一 CMOS成像器具有光敏电路，所述光敏电路可表征为包含成像器阵列204的光学活性区或成像区域202。
成像器晶片可进一步在常规上包括呈穿过其的导电通路的形式的外部电连接元 件、位于其上的电路迹线及终端垫或焊盘或者其组合，以用于将每一图像传感器200的包 含成像器阵列204的光敏电路与外部电路连接。可按需要选择用于实现图像传感器的外部 连接的配置。外部电连接元件可任选地经间隔以与透镜阵列衬底470的衬底材料对准，但 在任何情况下均位于"街道"线206外部，所述"街道"线206被界定于个别图像传感器200 之间(见图1A及图IB)且成像器晶片沿其而单一化。 成像器晶片可包含硅。如上文所述，透镜阵列衬底470可包含硼硅酸盐，其具有接 近硅的热膨胀系数(CTE)的CTE，从而减少与CTE失配相关联的问题。使用包含半导体材 料或具有类似CTE的其它材料(例如，陶瓷)的透镜阵列衬底470提供接近(如果并非等 同于)成像器晶片的半导体材料的CTE的CTE，从而避免在采用金属透镜框架时发生的CTE 严重失配及在图像传感器装置组合件的正常操作中所经历的热循环期间所述组合件上的 相关联应力。 可通过任何合适的方法(例如，熔融结合、阳极结合或使用环氧树脂)而 将透镜阵列衬底470结合到成像器晶片。阳极结合及熔融结合描述于A，贝特霍尔 德(A. Berthold)等人的"用于MEMS应用的低温晶片到晶片结合(Low Temperature Wafer-To-WaferBonding for MEMS Applications) "(RISC/IEEE会议记录，第31到33页， 1998年(ISBN90-73461-15-4))中。可使用阳极结合来接合硅_硅、硅_玻璃及玻璃_玻 璃，其中高电压(800V)电场在约30(TC下诱发粘着。或者，可使用较低温度的熔融结合方 法，其包括第一表面蚀刻步骤、冲洗、硝酸处理、冲洗、在力下对组件进行预结合及在稍微升 高(120°C )但大体低于用于阳极结合的温度的温度下进行退火。可通过丝网印刷、分配或 移印方法来施加环氧树脂。可将间隔物珠添加到环氧树脂以帮助准确界定粘合线间隙且维 持整个晶片上的均匀性。 以晶片级来处理透镜302使得能够将晶片级透镜阵列300精确地对准于呈成像器 晶片形式的块状半导体衬底100上方，所述块状半导体衬底100具有制造于其上的图像传 感器200的阵列。因为整个晶片级透镜阵列300及位于块状半导体衬底100上的图像传感 器200的阵列被一起对准，所以可使所述对准比个别地对准每一透镜302与图像传感器更 精确。可在相同的洁净室环境中制造晶片级透镜阵列300与成像器晶片两者并将其结合在 一起，这可减小在每一透镜与其相关联的图像传感器200之间引入颗粒物质的发生率。可 将多个晶片级透镜阵列300堆叠于单个成像器晶片上方。透镜堆叠对于在图像传感器装置 上进行最佳图像投影来说可能是必要的。 可在图像传感器200之间单一化成像器晶片以形成图像传感器封装，如先前所 述。可在单一化动作中在透镜302之间切割晶片级透镜阵列300的透镜阵列衬底470的衬 底材料475以从透镜阵列衬底470及成像器晶片产生多个图像传感器封装。每一图像传感 器封装可包括衬底470的围绕透镜元件302的一部分。当提及单一化时因为这可在常规上 通过使用(例如)晶片锯来实现而使用术语"切割"，但术语"切割"将被理解为包括机械或 水锯切、蚀刻、激光切割或适合用于切断透镜阵列衬底470的衬底材料475与成像器晶片的 其它方法。 或者，可单一化或分割透镜阵列衬底470或其堆叠以用于将单个裸片放置于晶片 或其它块状半导体衬底上。此方法的一个优势是仅已知良好的图像传感器200(先前已被测试)需要被提供透镜302。 透镜元件302的凹入表面462可经定向以面对成像器晶片且在凹入透镜表面462 与图像传感器200之间提供包含空气、气体或真空间隙的空腔或腔室。可将具有比透镜材 料的折射率小的折射率的任何合适材料用于填充空腔。透镜302可经定尺寸、经成形及另 外经配置以将辐射(例如，可见光)聚焦及/或准直到图像传感器200的光学活性区上。应 注意，在一些实施例中，可在已使衬底100足够薄以准许光透射穿过其而到达成像器阵列 204的像素P时通过将不对称地放置的透镜302安置于块状半导体衬底100的承载成像器 阵列204的背部表面上方来实践本发明，所述结构在此项技术中是已知的。
图像传感器封装可各自包括多个外部电导体，如此项技术中所知。外部电导体可 包含呈导电凸块、球、短柱、柱、支柱或焊盘形式的离散导电元件。举例来说，可将焊料球形 成或施加为外部电导体或者导电的或导体填充的环氧树脂元件。外部电导体可通过导电通 路、导电迹线或两者而与图像传感器200的成像区域202连通，如上文所述。举例来说，成 像器晶片可包括位于其背侧表面上的与延伸穿过其的导电通路连通的电路迹线的重新分 布层(RDL)。在另一方法中，可直接将外部电导体形成或安置于导电通路上方。在又一方法 中，不使用外部电导体，且可将RDL的导电通路或迹线放置成与较高阶封装的导体直接接 触。因此，可在每一图像传感器200的光敏区与外部组件(未图标)之间传送电信号。可 将合适的外部电连接器的任何布置电连接到图像传感器200以提供特定封装配置，其包括 球栅式阵列(BGA)、焊盘栅格阵列(LGA)、无引线芯片载体(LCC)、四方平坦包装(QFP)、四方 平坦无引线(QFN)或此项技术中已知的其它封装类型。 在本发明的图像传感器封装的一些实施例中，成像器传感器封装可包括透镜堆 叠，所述透镜堆叠包含堆叠于彼此之上的多个透镜或透镜阵列以便形成在必要或需要时将 辐射准直及/或聚焦到图像传感器200的光学活性区上的透镜堆叠。在其它实施例中，成 像器传感器封装可包括微透镜以及覆盖玻璃、相对较大的透镜、平场透镜或其各种组合的 堆叠。仅具有两个透镜(例如，微透镜阵列及相对较大的透镜)的透镜堆叠在本发明的范 围内。 关于图像传感器封装、透镜及透镜堆叠的制造的进一步细节因此揭示于2007年5 月21日申请的第11/751,206号美国专利申请案及2007年4月4日申请的第11/732,691 号美国专利申请案中，每一所述申请案均转让给本发明的受让人。 图5是说明根据本发明的成像系统500的一个实施例的简化框图。在一些实施例 中，成像系统500可包含(例如)数码相机、蜂窝式电话、计算机、个人数字助理(PDA)、家庭 安全系统传感器、科学测试装置或能够俘获图像的电子表示的任何其它装置或系统。根据 本发明的各种实施例，所述成像系统包括具有不对称地定位的成像区域202(见图1A)的至 少一个图像传感器200以及不对称地定位的透镜302或包含两个或两个以上重叠且不对称 地定位的透镜302的透镜堆叠。成像系统500可包括电子信号处理器510，所述电子信号 处理器510用于从图像传感器200接收图像的电子表示且将所述图像传送到成像系统500 的其它组件。成像系统500还可包括用于传输及接收数据与控制信息的通信接口 520。在 一些实施例中，成像系统500还可包括一个或一个以上存储器装置。借助于实例而非限制， 成像系统可包括局部存储装置530(例如，只读存储器(ROM)装置及/或随机存取存储器 (RAM)装置)及可装卸存储装置540 (例如，快闪存储器)。
本发明的实施例使得成像器电路设计者能够优化成像器布局而无需考虑成像器 阵列的中心接近图像传感器的中心。本发明的实施例还使得能够制造及使用厚且低垂度的 透镜而无需考虑在单一化被接合的晶片级图像传感器及透镜元件组合件之前透镜边界可 能侵占相邻图像传感器。 尽管前述描述含有许多细节，但这些细节不应被解释为限制本发明的范围，而是 仅解释为提供对一些实施例的说明。类似地，可构想出不脱离本发明的范围的本发明的其 它实施例。可组合地使用来自不同实施例的特征。因此，本发明的范围仅由所附权利要求 书及其合法等效物来指示及限制，而非由前述描述来指示及限制。应借此包含属于权利要 求书的意义及范围内的对如本文中所揭示的本发明的所有添加、删除及修改。
权利要求
一种用于形成图像传感器封装的方法，其包含将透镜固定于图像传感器裸片上方，所述图像传感器裸片具有不对称地定位于其上的成像器阵列，其中所述透镜与所述成像器阵列光学对准。
2. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包含使所述透镜形成有至少一个被截侧且将 所述至少一个被截侧放置成与所述图像传感器裸片的横向边缘大致对准。
3. 根据权利要求2所述的方法，其进一步包含致使所述至少一个被截侧为不透明且非 反射的。
4. 根据权利要求3所述的方法，其进一步包含致使支撑所述透镜且横向邻近于所述透 镜的结构的至少一部分为不透明且非反射的。
5. 根据权利要求2所述的方法，其中使所述透镜形成有至少一个被截侧包含使透镜元 件形成有两个邻近被截侧且将所述两个邻近被截侧放置成与所述图像传感器的两个邻近 侧大致对准。
6. 根据权利要求1所述的方法，其进一步包含使所述透镜的光学中心与所述成像器阵 列的中心对准。
7. —种图像传感器封装，其包含 图像传感器，其具有不对称地定位于其上的光敏区； 安置于所述光敏区上方的衬底，其具有穿过其的通路；及透镜，其支撑于所述通路上方且与所述不对称地定位的光敏区对准。
8. 根据权利要求7所述的图像传感器封装，其中所述透镜包含至少一个被截侧。
9. 根据权利要求8所述的图像传感器封装，其中所述透镜的所述至少一个被截侧是不 透明且非反射的。
10. 根据权利要求8所述的图像传感器封装，其中所述透镜的所述至少一个被截侧包 含两个邻近被截侧。
11. 根据权利要求7所述的图像传感器封装，其中将所述透镜支撑于所述衬底上且邻 近于所述透镜的结构的表面的至少一部分是不透明且非反射的。
12. 根据权利要求7所述的图像传感器封装，其中所述图像传感器包含CMOS成像器及 CCD成像器中的一者。
13. 根据权利要求7所述的图像传感器封装，其中所述衬底及所述透镜被安置于所述 图像传感器的上面定位有所述光敏区的表面上方。
14. 根据权利要求7所述的图像传感器封装，其中所述透镜的光学中心与所述光学活 性区的中心对准。
15. —种成像系统，其包含根据权利要求7到14中任一权利要求所述的成像器传感器封装； 电子信号处理器，其与所述图像传感器封装通信； 通信接口，其与所述电子信号处理器通信；及 局部存储装置，其与所述电子信号处理器通信。
16. 根据权利要求15所述的成像系统，其中所述成像系统包含以下各项中的一者数 码相机、相机(蜂窝式)电话、PDA、家庭安全系统、内窥镜、光学存储设备及科学测试设备。
17. —种用于光学活性半导体装置的透镜结构，其包含透镜，其包含光学透射材料且不对称地定位于所述透镜结构的周边内。
18. 根据权利要求17所述的透镜结构，其中所述透镜结构进一步包含位于其所述周边周围的支撑衬底。
19. 根据权利要求17所述的透镜结构，其中所述透镜包含不对称周边。
20. 根据权利要求19所述的透镜结构，其中所述透镜的所述不对称周边包含至少一个被截侧。
21. 根据权利要求20所述的透镜结构，其中所述至少一个被截侧是不透明且非反射的。
22. —种形成透镜结构的方法，其包含形成具有透镜的透镜元件，所述透镜具有被定位成与所述透镜元件的至少一个其它周边边缘相比更接近所述透镜元件的至少一个周边边缘的光学中心；及将所述透镜配置有至少一个被截侧，所述至少一个被截侧与所述至少一个周边边缘一致。
23. 根据权利要求22所述的方法，其进一步包含使所述透镜元件的所述至少一个周边边缘与图像传感器的至少一个周边边缘对准。
24. —种晶片级成像器组合件，其包含晶片级半导体衬底，其包含图像传感器阵列，每一图像传感器包括一不对称地定位的成像器阵列；及晶片级衬底，其包含位于其上的透镜元件阵列，每一透镜元件包含一具有与成像器阵列的中心对准的光学中心的透镜。
全文摘要
将不对称地定位的透镜与半导体装置一起使用，所述半导体装置包含不对称地定位于其表面上的光学活性区。所述透镜的光轴与所述光学活性区的中心对准。可制造半导体装置及透镜的晶片级组合件，将其与对准于所述不对称地放置的光学活性区上方的所述不对称地放置的透镜互相紧固，且对其进行单一化以形成封装，例如图像传感器封装。本发明还揭示相关方法以及并入有具有不对称地放置的光学活性区及经对准透镜的装置的系统。
文档编号H01L27/146GK101779289SQ200880102624
公开日2010年7月14日 申请日期2008年8月5日 优先权日2007年8月15日
发明者马克·E·塔特尔 申请人:美光科技公司