图像传感器芯片的自动化封装系统的制作方法

图像传感器芯片的自动化封装系统的制作方法
【专利摘要】一种图像传感器芯片的自动化封装系统，所述自动化封装系统包括：系统基台；芯片载台，置于所述系统基台上，适于装配图像传感器芯片；机械操作装置，置于所述系统基台上、所述芯片载台的一侧，适于自动拾取和传送所述图像传感器芯片；打线装置，置于所述系统基台上，所述芯片载台的另一侧，适于匹配由所述机械操作装置拾取的图像传感器芯片与打线装置，对所述图像传感器芯片进行金属键合；粘合装置，置于所述系统基台上，适于接收并粘合封装基板与完成金属键合的图像传感器芯片形成封装件。所述自动化封装系统可以节约占用空间，提高封装效率和封装质量。
【专利说明】图像传感器芯片的自动化封装系统

【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体【技术领域】，特别涉及一种图像传感器芯片的自动化封装系统。

【背景技术】
[0002]图像传感器(CIS:CMOS Image Sensor)是能够感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的传感器。图像传感器可以提高人眼的视觉范围，使人们看到肉眼无法看到的微观世界和宏观世界，看到人们暂时无法到达处发生的事情，看到超出肉眼视觉范围的各种物理、化学变化过程，生命、生理、病变的发生发展过程，等等。可见图像传感器在人们的文化、体育、生产、生活和科学研究中起到非常重要的作用。
[0003]在实际应用中，图像传感器是以图像传感器芯片的形式发挥其感受光学图像信息并将其转换成可用输出信号的功能的。图像传感器芯片在工作过程中容易受到外界环境的污染，所以需要对图像传感器芯片进行封装，使图像传感器芯片处于密封环境下，从而避免外界环境对图像传感器芯片的影响，从而提高图像传感器芯片的性能和使用寿命。
[0004]目前，所有的图像传感器的封装采用极高洁净环境、高污染复杂工艺设备及材料的生产线封装，主要包括板上芯片封装(C0B:Chip On Board)生产线、晶圆级封装(CSP:Chip Scale Package)生产线及倒装芯片封转(FC:Flip Chip)生产线。
[0005]COB封装生产线主要应用在高像素产品，该封装生产线主要包括PCB基板的线路制作，PCB板上点胶把裸芯片(Die)粘结在PCB上，然后进行固化，使用金线邦定机使Die的焊盘(PAD)点与PCB的PAD点进行金属线邦定，清洗后安装镜头座和镜头，完成固定模块结构。但是，该生产线存在如下明显的问题:1全线必须10级的洁净室环境，维护费用高；2产品表面全程曝露在空气中，微尘颗粒控制难度大，一次良品率不高；3模块化产品的定制化比较严重，灵活程度不高；4单条生产线产量不高，一次投资太高。
[0006]CSP封装生产线主要应用在中低端、低像素(2M像素或以下)图像传感器的WaferLevel (晶圆级)封装生产。该封装生产使用晶圆级玻璃与晶圆绑定，并在晶圆的图像传感器芯片之间使用围堰隔开，然后在研磨后的晶圆焊盘区域通过制作焊盘表面或焊盘面内孔侧面环金属连接的娃穿孔技术(TSV:Through Silicon Via)或切割后焊盘侧面的T型金属连接芯片尺寸封装技术，并在晶圆背面延伸线路上制作焊球栅阵列(BGA:Ball GridArray)，然后切割后形成单个密封空腔的图像传感器单元。后端通过表面贴片技术(SMT)形成模块结构。但是，CSP封装线存在如下明显问题:1晶圆级玻璃厚度较大影响产品的性能，尤其是小像素产品及PAD金属部分的有机保护层影响产品的可靠性；2晶圆的尺寸升级后，需要建立完全新的生产线；3生产高像素(大空腔)产品难度很大；4环境污染大，投资规模大。
[0007]FC封装线是最近兴起的闻端、闻像素(5M或以上)图像传感器的Die Level (芯片级)封装生产线。该生产线把在焊盘做好金属凸块经研磨切割后的芯片直接与PCB的焊盘通过热超声的作用一次性将所有接触凸块与焊盘进行连接，形成封装结构单元。后端通过PCB外侧的焊盘或锡球采用表面贴片技术(SMT)形成模块结构。但是，FC封装线存在如下问题:1PCB成本很高；2制造可靠性难度大，凸块与焊盘硬连接的一致性设备要求高；3微尘控制难度大、工艺环境要求高；3凸块制作成本高。
[0008]综上所述，亟需一种实现高像素、大芯片尺寸图像传感器的低成本、高性能、高可靠性、超薄的无清洗自动化一体化封装系统。
实用新型内容
[0009]本实用新型解决的问题是提供一种图像传感器芯片的自动封装系统，以提高图像传感器封装的效率及图像传感器芯片的封装质量。
[0010]为解决上述问题，本实用新型提供一种图像传感器芯片的自动封装系统，包括:系统基台；芯片载台，置于所述系统基台上，适于装配图像传感器芯片；机械操作装置，置于所述系统基台上、所述芯片载台的一侧，适于自动拾取和传送所述图像传感器芯片；打线装置，置于所述系统基台上、所述芯片载台的另一侧，适于匹配由所述机械操作装置拾取的图像传感器芯片与打线装置，对所述图像传感器芯片进行金属键合；粘合装置，置于所述系统基台上，适于接收并粘合封装基板与完成金属键合的图像传感器芯片形成封装件。
[0011]可选的，所述芯片载台适于装载包含有若干分离的图像传感器芯片的晶圆。
[0012]可选的，所述机械操作装置包括设置在一端的芯片拾取部件。
[0013]可选的，所述机械操作装置包括机械臂，包含至少一轴承，所述轴承适于控制所述芯片拾取部件沿三维空间范围内的任一方向移动。
[0014]可选的，所述轴承适于控制所述芯片拾取部件水平、垂直、或翻转移动。
[0015]可选的，所述芯片拾取部件为一个或多个，所述机械臂的数量与芯片拾取部件数量一致，单个芯片拾取部件与单个机械臂对应连接。
[0016]可选的，所述机械操作装置包括机械臂，另一端设置于第一导轨上，所述第一导轨设置于所述系统基台，所述第一导轨适于控制机械臂整体于系统基台上移动。
[0017]可选的，所述芯片拾取部件包括:置于顶端的金属键合工作台面，适于放置所述图像传感器及芯片金属键合配件。
[0018]可选的，所述机械操作装置还包括:防尘部件，布设于所述芯片拾取部件旁，适于遮盖所述图像传感器芯片的感光面。
[0019]可选的，所述机械操作装置还包括:供热部件，布设于所述芯片拾取部件旁，适于对图像传感器芯片供热。
[0020]可选的，所述自动化封装系统还包括:第一定位装置，适于定位所述图像传感器芯片与所述芯片拾取部件。
[0021]可选的，所述第一定位装置配置于所述芯片载台的上方。
[0022]可选的，所述打线装置的一端设置有键合端。
[0023]可选的，所述自动化封装系统还包括:第二定位装置，适于定位由所述机械操作装置拾取的图像传感器芯片与键合端。
[0024]可选的，所述第二定位装置配置于所述打线装置上方。
[0025]可选的，所述自动化封装系统还包括:传送带，置于所述系统基台上、所述粘合装置旁，适于接收并传送封装基板。
[0026]可选的，所述自动化封装系统还包括:旋转操作台，置于所述系统基台上、所述粘合装置旁，适于接收并传送封装基板。
[0027]可选的，所述的封装基板装载于封装基板装载盘，所述封装基板装载盘分隔地置于所述传送带或旋转操作台上。
[0028]可选的，所述粘合装置的一端设置有粘合端。
[0029]可选的，所述自动化封装系统还包括:第三定位装置，适于定位所述封装基板、完成金属键合的图像传感器芯片、粘合端。
[0030]可选的，所述第三定位装置配置于所述粘合装置上方。
[0031]可选的，所述封装系统还包括:固定装置，置于所述粘合装置上部，适于固定所述完成金属键合的图像传感器芯片的位置以匹配于所述封装基板。
[0032]可选的，其特征在于，所述的第一定位装置、第二定位装置、第三定位装置为图像定位装置。
[0033]可选的，所述图像定位装置包括相机、摄像机、图像传感器或红外传感器。
[0034]可选的，所述的粘合装置还包括:加热装置，适于在加热条件下进行粘结。
[0035]可选的，所述自动化封装系统还包括:固化装置，适于接收并固化所述封装件。
[0036]可选的，所述的固化装置提供紫外光。
[0037]与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点:
[0038]本实用新型的技术方案所提供的图像传感器芯片的自动化封装系统，将封装过程中的各个步骤的封装装置集成到一个封装系统内，降低了封装装置占据的空间。通过机械操作装置，拾取并传送图像传感器芯片，由于所述自动化封装系统占据空间小，所述图像传感器芯片在封装过程中移动的距离较小，可以提高封装系统的封装效率。可以通过单独的封装系统，完成图像传感器芯片的整个封装过程，从而使得图像传感器的整个封装过程中，不需要接触外界环境，进而可以避免图像传感器芯片在封装过程中受到污染。由于所述自动化封装系统的集成度较高，占据空间较小，所以维护所述封装系统的清洁度的成本较低。
[0039]进一步的，本实用新型的技术方案中的机械操作装置包括多个芯片拾取部件以及机械臂，从而可以同时拾取多个图像传感器芯片，分别传送至不同的装置进行处理，使得整个自动化封装系统可以同时对多个图像传感器芯片进行封装，提高所述自动化封装系统的封装效率。
[0040]进一步的，本实用新型的技术方案中的自动化封装系统还包括第一定位装置、第二定位装置和第三定位装置。可以对封装过程中的图像传感器芯片、机械操作装置、打线装置和粘合装置进行准确定位，提高封装质量。

【专利附图】

【附图说明】
[0041]图1是本实用新型所述的一实施例的自动化封装系统整体示意图。
[0042]图2是本实用新型所述的一实施例中自动化封装系统的机械操作装置、打线装置、第二定位装置的局部示意图。
[0043]图3是本实用新型所述的一实施例中自动化封装系统的粘合装置、封装基板装载盘的局部示意图。
[0044]图4至图6为本实用新型的一实施例的图像传感器芯片封装过程的结构示意图。
[0045]100系统基台；110机械操作装置；120打线装置；130粘合装置；140固化装置；150传送带；101芯片载台；102第一定位装置；103第二定位装置；104第三定位装置；105第一导轨；106封装基板装载盘；111芯片拾取部件；112金属键合工作台面；114供热部件；115轴承；121键合端；131粘合端；132加热装置；133固定装置；200图像传感器芯片晶圆；201图像传感器芯片；202焊盘；203图像感应区；204金属导线；205封装基板；206粘合层；207密封腔。

【具体实施方式】
[0046]如【背景技术】中所述，现有的图像传感器芯片的封装效率较低，芯片容易受到污染。
[0047]本实用新型的实施例提供一种图像传感器的自动化封装系统，可以提高封装效率和封装质量。
[0048]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
[0049]请参考图1，为本实施例的图像传感器芯片的自动化封装系统的整体结构示意图。
[0050]所述图像传感器芯片的自动化封装系统包括:系统基台100 ;芯片载台101，置于所述系统基台100上，适于装配图像传感器芯片；机械操作装置110，置于所述系统基台100上、所述芯片载台101的一侧，适于自动拾取和传送所述图像传感器芯片；打线装置120，置于所述系统基台100上，所述芯片载台101的另一侧，适于匹配由所述机械操作装置110拾取的图像传感器芯片与打线装置120，对所述图像传感器芯片进行金属键合；粘合装置130，置于所述系统基台100上，适于接收并粘合封装基板与完成金属键合的图像传感器芯片形成封装件。
[0051]所述系统基台100用于承载所述自动化封装系统中的各个装置，使各个装置集成于该系统基台100上。所述系统基台100可以包括方形或圆形的台面以及支撑该台面的支架，所述系统基台100支架底部可以安装有滚轮，方便移动所述系统基台100，所述基台支架也可以是可升降支架，便于调整所述系统基台100的高度。本实施例中，所述系统基台100还包括固定于台面边缘位置处的框架160，其中机械操作装置110、打线装置120、粘合装置130可以固定与所述框架160上，使得整个自动封装系统装在垂直方向分布，从而可以提高所述自动封装系统的集成度，减少所述自动封装系统占用的空间体积。
[0052]所述芯片载台101，用于装配图像传感器芯片。所述芯片载台101与系统基台100固定连接，本实施例中，所述芯片载台101位于系统基台100的中心位置处，封装系统的其他设备分布于所述芯片载台101的周围，便于机械操作装置110从芯片载台101上拾取图像传感器芯片，并移动所述图形传感器至其他设备处进行各个封装步骤。在本实用新型的其他实施例中，所述芯片载台101也可以位于系统基台100的边缘位置。
[0053]本实施例中，所述芯片载台101可以包括:支撑架以及位于所述支撑架顶部的芯片放置区。所述支撑架与系统基台100固定连接，并且所述支撑架为可升降设计，便于调整所述芯片放置区的高度。所述支撑架还可以使所述芯片放置区沿轴心位置旋转，以调整放置于所述芯片放置区上的图像传感器芯片的位置。本实施例中，所述芯片放置区域为一圆形凹槽，用于装载具有若干分离芯片的图像传感器芯片晶圆200。在本实用新型的其他实施例中，所述芯片放置区域也可以为其他形状，适于放置其他形状及大小的图像传感器芯片。
[0054]请参考图2，为从图1中A方向的机械操作装置110和打线装置120的侧视示意图。
[0055]其中，所述机械操作装置110，置于所述系统基台100上、并且位于所述芯片载台101的一侧，适于自动拾取和传送所述图像传感器芯片。所述机械操作装置110的一端与系统基台100连接，一端悬空，用于从芯片载台101上拾取图像传感芯片，并将所述图像传感芯片传送至其他封装装置中，进行处理。
[0056]本实施例中，所述机械操作装置110包括设置于一端的芯片拾取部件111，用于拾取图像传感芯片。所述芯片拾取部件111包括:置于顶端的金属键合工作台面112，适于放置所述图像传感器及芯片金属键合配件，所述金属键合工作台面112可以是非粘性材质端面，可以吸附所述图像传感器芯片。所述非粘性材质端面的材料可以是金属、陶瓷、塑料，所述芯片金属键合配件可以是加热装置、超声装置、定位装置、模具等用于金属键合的配件。
[0057]所述机械操作装置110还包括机械臂116，所述机械臂116的一端与系统基台100连接，另一端与所述芯片拾取部件111连接。所述机械臂116的一端与芯片拾取部件111可以是活动连接。可以通过所述机械臂116准确控制所述芯片拾取部件111的升降、翻转和移动等动作，以使所述芯片拾取部件111能够准确的从芯片载台101上拾取图像传感器
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[0058]本实用新型的实施例中，所述机械操作装置110至少包括一个或多个轴承115，所述机械臂116通过轴承115与所述芯片拾取部件111连接，所述轴承115适于控制所述芯片拾取部件111水平、垂直、或翻转移动。在本实用新型的其他实施例中，所述轴承115适于控制所述芯片拾取部件111沿三维空间范围内的任一方向移动，从而可以准确调整所述图像传感器芯片的位置，以便于进行后续的封装步骤。
[0059]所述机械操作装置110还可以包括第一导轨105 (请参考图1)，所述第一导轨105设置于所述系统基台100 (请参考图1)上，所述机械操作装置110的机械臂116通过所述第一导轨105与系统基台100连接。所述机械臂116的一端内嵌于所述第一导轨105内，与所述第一导轨105之间活动连接，使得所述机械臂116可以沿所述第一导轨105水平移动，从而可以扩大所述机械臂116的移动范围。
[0060]本实施例中，所述系统基台100上固定有框架160(请参考图1)，所述第一导轨105固定所述框架160表面，从而可以使得所述机械操作装置110位置高于芯片载台101，便于拾取芯片载台101上的图像传感器芯片。
[0061]在本实用新型的其他实施例中，所述芯片拾取部件111可以为两个以上，所述机械臂116的数量与芯片拾取部件111的数量一致，并且单个芯片拾取部件111与单个机械臂116对应连接。单个机械臂116单独控制一个芯片拾取部件111独立拾取和移动图像传感器芯片，使得在所述封装系统工作时，可以同时对多个图像传感器芯片进行处理，从而提高所述封装系统的工作效率。
[0062]在本实用新型的其他实施例中，所述机械操作装置110还可以包括防尘部件，布设于所述芯片拾取部件111旁，适于遮盖所述图像传感器芯片的感光面，避免所述图像传感器芯片的感光面在封装过程中受到污染，影响所述图形传感器芯片的性能。所述防尘部件可以是防尘材料、静电吸附材料、吸气或排气系统，用于吸附、阻挡或者排出图像传感器周围的微尘，从而避免图像传感器芯片受到污染。
[0063]所述机械操作装置110还包括:供热部件114，布设于所述芯片拾取部件111旁，适于对拾取的图像传感器芯片供热以便于后续进行键合步骤。所述供热部件114可以是应用电阻加热、气体加热、电磁加热或红外线加热的加热器件等。本实施例中，所述供热部件114位于芯片拾取部件111上方。
[0064]本实施例中，所述自动封装系统还包括第一定位装置102 (请参考图1)。所述第一定位装置102适于定位所述图像传感器芯片与所述芯片拾取部件111的相对位置，从而使得所述机械操作装置110能够准确拾取待处理的芯片。所述第一定位装置102可以是图像定位装置，所述第一定位装置102内可以包括相机、摄像机、图像传感器或红外传感器等图像获取部件，所述第一定位装置102内还可以包括图像处理装置，通过对获取的图形进行分析，以获取芯片以及芯片拾取部件111的位置信息。
[0065]本实施例中，所述第一定位装置102位于芯片载台101的正上方，从而可以通过所述第一定位装置102获取芯片载台101上放置的所有图像传感器芯片的位置信息，以及当芯片拾取部件111移动至芯片载台101上方时，可以通过所述第一定位装置102准确获取所述芯片拾取部件111的位置信息。
[0066]在本实用新型的其他实施例中，所述第一定位装置102还可以位于其他能够获取芯片以及芯片拾取部件111位置信息的位置处。所述第一定位装置102可以通过支撑固定于所述系统基台100上的框架160 (请参考图1)上。
[0067]所述自动封装系统中的打线装置120，用于对所述图像传感器芯片进行金属键合，所述打线装置120置于所述系统基台100上，位于所述芯片载台101的另一侧。当所述机械操作装置110从芯片载台101上拾取图像传感器芯片后，所述机械操作装置110将所述芯片移至所述打线装置120下方，所述打线装置120对所述芯片进行金属键合。
[0068]所述打线装置120 —端置于系统基台100上，另一端设置有键合端121，用于对图像芯片传感器进行键合。所述键合端121可以在垂直方向以及水平方向上移动，对芯片进行键合。
[0069]本实施例中，所述自动化封装系统还包括:第二定位装置103，适于定位所述由所述机械操作装置110拾取的图像传感器芯片与打线装置120的键合端121，以使得所述打线装置120能在图像传感器芯片的准确位置处进行键合。本实施例中，所述第二定位装置103配置于所述打线装置120上方，能够准确获知由机械操作装置110传送来的图像传感器芯片的位置信息，从而移动键合端121至准确位置，使所述键合端121的位置与图像传感器芯片待键合位置对应。
[0070]在本实用新型的其他实施例中，所述第二定位装置103还可以位于其他能够获取芯片位置信息的位置处。所述第二定位装置103可以是图像定位装置，所述第二定位装置103内可以包括相机、摄像机、图像传感器或红外传感器等图像获取部件，所述第二定位装置103内还可以包括图像处理装置，以获取芯片以及芯片拾取部件111的位置信息。
[0071]所述粘合装置130，置于所述系统基台100上，适于接收并粘合封装基板与完成金属键合的图像传感器芯片形成封装件。请参考图3，图3为所述粘合装置130的剖面示意图。所述粘合装置130的一端设置有粘合端131，通过所述粘合端131将封装基板与图像传感器芯片进行粘合。所述粘合装置130可以进行点胶、灌胶、画胶、丝网印刷或者上述方式组合的粘合方式。
[0072]本实施例中，所述粘合装置130还包括粘合胶存储装置134，所述粘合胶存储装置134用于存放粘合胶，并且所述粘合胶存储装置134与粘合端131连接，用于向粘合端131提供粘合胶。
[0073]本实施例中，所述粘合装置130还包括加热装置132，所述加热装置132适于在对芯片和封装基板进行粘合的过程中，对粘合过程使用的粘合胶进行加热，以提高粘合质量。本实施例中，所述加热装置132位于粘合胶存储装置与粘合端131的之间，适于对流向粘合端131的粘合胶进行加热，以提高所述粘合胶的流动性。同时，可以排出封装基板与图像传感器芯片之间空腔内的气体，防止高温时空腔内的压强过大，影响封装质量，所述加热装置132可以是应用电阻加热、气体加热、电磁加热或红外线加热的器件。
[0074]本实用新型的其他实施例中，所述自动封装系统还包括固定装置133。所述固定装置133设置于粘合装置130上部，适于固定所述完成金属键合的图像传感器芯片的位置以匹配于所述封装基板，并当金属键合的图像传感器芯片的位置匹配于所述封装基板时，于所述固定装置133提供竖直方向的压力，所述压力通过粘合装置130传动至图像传感器芯片，使得图像传感器芯片与封装基板压合两者不发生偏移。
[0075]请继续参考图1，本实施例中，所述自动化封装系统还包括:传送带150，所述传送带150置于所述系统基台100上、所述粘合装置130旁，适于接收并传送封装基板，所述粘合装置130的高度高于所述传送带150。所述封装基板可以是装载于封装基板装载盘106内，所述传送带150将封装基板装载盘106及位于所述封装基板装载盘106内的封转基板传送至所述粘合装置130下方，随后机械操作装置110将已经完成金属键合的图像传感器芯片至于封装基板上，再通过所述粘合装置130粘合所述封装基板与图像传感器芯片，形成封装件。本实施例中，所述封装基板装载盘106具有多个分隔区域，封装基板被分隔的至于所述封装基板装载盘106内，所述封装基板装载盘106可以同时放置多个封装基板。本实施例中，所述封装基板在封装基板装载盘内呈矩阵排列，便于后续进行对准和粘合。
[0076]在本实用新型的其他实施例中，所述自动化封装系统的封装基板的传送装置还可以是旋转操作台，所述旋转操作台具有可沿轴心旋转移动的置物台，封装基板置于所述置物台上，通过旋转移动至粘合装置130下方。
[0077]本实施例中，所述自动化封装系统还可以包括第三定位装置104，适于定位所述封装基板、完成金属键合的图像传感器芯片、粘合端131 (请参考图3)，从而使所述图像传感器芯片与封装基板之间位置关系对应，以准确粘合，形成封装件。
[0078]所述第三定位装置104可以是图像定位装置，所述第三定位装置104内可以包括相机、摄像机、图像传感器或红外传感器等图像获取部件，所述第三定位装置104内还可以包括图像处理装置，以获取封装基板、完成金属键合的图像传感器芯片以及粘合端131的位置信息，从而控制所述机械操作装置110将完成金属键合的图像传感器移动至准确位置放置于封装基板上，并移动粘合装置130至准确位置，对所述图像传感器与封装基板粘合，形成封装件。本实施例中，所述第三定位装置104设置于粘合装置130上方。
[0079]所述自动化封装系统还包括固化装置140，所述固化装置140适于接收并固化所述封装件。所述固化装置140具有紫外光发生器，能够提供紫外光。本实施例中，所述固化装置140位于粘合装置130 —侧，设置于传送带150上方，并且通过支架固定于系统基台100上。完成粘合的封装件通过传送带150传送至固化装置140下方，所述固化装置140对封装件进行紫外线辐照对所述封装件进行固化。
[0080]在本实用新型的其他实施例中，也可以通过加热方式对所述封装件进行固化。
[0081]上述自动化封装系统将封装过程中的各个步骤的封装装置集成到一个封装系统内，降低了封装装置占据的空间。通过机械操作装置，拾取并传送图像传感器芯片，由于所述自动化封装系统占据空间小，所述图像传感器芯片在封装过程中移动的距离较小，可以提高封装系统的封装效率。可以通过单独的封装系统，完成图像传感器芯片的整个封装过程，从而使得图像传感器的整个封装过程中，不需要接触外界环境，进而可以避免图像传感器芯片在封装过程中受到污染。
[0082]本实用新型的实施例还提供一种采用上述自动化封装系统进行的自动化封装系统。
[0083]请同时参考图1至图3，所述自动化封装方法包括如下步骤:通过芯片载台101接收并装配图像传感器芯片；通过机械操作装置110自动拾取位于芯片载台101上的图像传感器芯片，移动所述图像传感器芯片至打线装置120 ;通过打线装置120匹配所述机械操作装置110拾取的图像传感器芯片，并进行金属键合；通过机械操作装置110移动完成金属键合的图像传感器芯片至粘合装置130 ;通过粘合装置130，接收并粘合封装基板与完成金属键合的图像传感器芯片形成封装件。
[0084]首先，提供图像传感器芯片201 (请参考图4)。所述图像传感器芯片201的正面有图像感应区203，以及环绕图像感应区203的焊盘202。
[0085]所述芯片载台101可以包括:支撑架以及位于所述支撑架顶部的芯片放置区。所述支撑架与系统基台100固定连接，并且所述支撑架为可升降设计，便于调整所述芯片放置区的高度。本实施例中，将装载有若干分离的图像传感器芯片201的图像传感器芯片晶圆200置于芯片载台101上，且所述图像传感器芯片201的具有焊盘202的一面向下置于所述芯片载台101表面，暴露出所述图像传感器芯片201的背面。然后可以通过调整所述支撑架以调整所述芯片载台101上的晶圆于合适高度，便于通过机械操作装置110拾取图像传感器芯片201。
[0086]在本实用新型的其他实施例中，也可以在所述芯片载台101上放置单个或若干图像传感器芯片。
[0087]本实施例中，所述自动封装系统还包括第一定位装置102，所述第一定位装置102可以是图像定位装置，所述第一定位装置102内可以包括相机、摄像机、图像传感器或红外传感器等图像获取部件，所述第一定位装置102内还可以包括图像处理装置。
[0088]本实施例中，所述第一定位装置102位于芯片载台101的正上方，从而可以通过所述第一定位装置102获取芯片载台101上放置的所有图像传感器芯片的位置信息。在所述芯片载台101上放置图像传感器芯片之后，通过所述第一定位装置102获取所述图像传感器的位置信息，并且可以通过所述位置信息调整所述图形传感器至合适位置。所述芯片载台101的支撑架可以使所述芯片放置区沿轴心位置旋转，以调放置于所述芯片放置区上的图像传感器芯片的位置。本实施例中，可以使所述晶圆的对准标记与芯片载台101上的对准标记对齐，从而定位所述图像传感器的位置。
[0089]然后，通过机械操作装置110自动拾取位于芯片载台101上的图像传感器芯片201，移动所述图像传感器芯片201至打线装置120。
[0090]所述机械操作装置110，一端与系统基台100连接，一端悬空，用于从芯片载台101上拾取图像传感芯片。本实施例中，所述机械操作装置110包括设置于一端的芯片拾取部件111，用于拾取图像传感芯片。所述芯片拾取部件111包括:置于顶端的金属键合工作台面112，适于放置所述图像传感器及芯片金属键合配件，所述金属键合工作台面112可以是非粘性材质端面，所述非粘性材料端面的材料可以是金属、陶瓷或塑料等，用于吸附所述图像传感器芯片201。
[0091 ] 本实施例中，所述机械操作装置110还包括机械臂116，所述机械臂116的一端与系统基台100连接，一端与所述芯片拾取部件111连接，所述机械臂116的一端与芯片拾取部件111活动连接。可以通过所述机械臂116准确控制所述芯片拾取部件111的升降、翻转和移动等动作，以使所述芯片拾取部件111能够准确的从芯片载台101上拾取图像传感器芯片。所述机械操作装置I1的机械臂116还可以包含至少一轴承115，所述轴承115适于控制所述的芯片拾取部件111在三维空间范围内的任一方向移动。本实施例中，所述轴承115适于控制所述的芯片拾取部件111沿水平、垂直、翻转移动。
[0092]本实施例中，所述机械操作装置110还可以包括第一导轨105，所述第一导轨105设置于所述系统基台100上，所述机械操作装置110的机械臂通过所述第一导轨105与系统基台100连接。所述机械臂在沿第一导轨105移动以拾取不同位置处的图像传感器芯片。
[0093]通过所述第一导轨105移动所述机械臂116至合适位置，并通过所述机械臂116控制所述芯片拾取部件111至芯片载台101上方，使所述芯片拾取部件111的金属键合工作台面112位置与芯片载台101上的图像传感器芯片201位置对应后，降低所述芯片拾取部件111的高度，使金属键合工作台面112吸附图像传感器芯片201，完成芯片拾取动作。在本实施例中，可以通过第一定位装置102，定位所述图像传感器芯片与所述芯片拾取部件111的相对位置，从而使所述芯片拾取部件111可以准确拾取待处理的芯片。
[0094]在本实用新型的其他实施例中，所述芯片拾取部件111为一个或多个，所述机械臂116的数量与芯片拾取部件111数量一致，单个芯片拾取部件111与单个机械臂对应连接，在所述封装系统工作时，多个芯片拾取部件111依次拾取图像传感器芯片，从而使得所述自动封装系统在进行封装过程中，可以同时对多个图像传感器芯片进行处理，从而提高所述封装系统的工作效率。不同芯片拾取取件拾取图像处理器芯片的时间间隔为2秒?4秒，既可以提高封装系统的工作效率，又不会影响到相邻机械臂的工作。
[0095]在所述机械操作装置110拾取待处理图像处理芯片之后，提高所述芯片拾取部件111的高度，并将所述芯片拾取部件111垂直翻转，使图像传感器芯片201的焊盘202朝上，然后所述机械臂沿第一导轨105运动并移动至所述打线装置120下方，使所述打线装置120与图像传感器芯片201上的焊盘202相对，便于后续对所述图像传感器进行键合。
[0096]本实施例中，所述机械操作装置110还包括防尘部件，布设于所述芯片拾取部件111旁，适于遮盖所述图像传感器芯片的感光面，避免所述图像传感器芯片的感光面在移动以及封装过程中受到污染，影响所述图形传感器芯片的性能。所述防尘部件可以是防尘材料、静电吸附、吸气或排气系统。
[0097]然后，通过打线装置120匹配由所述机械操作装置110拾取的图像传感器芯片201，并对所述图像传感器芯片201进行金属键合，请参考图5为键合完成后的图像传感器芯片201。
[0098]本实施例中，所述打线装置120的一端设置有键合端121，用于对芯片焊盘202进行键合。本实施例中，可以通过打线装置120由图像传感器芯片201的焊盘202上键合金属导线204的第一端，并延伸出金属导线204的第二端，且使所述金属导线204的第二端悬空。
[0099]在本实用新型的其他实施例中，还可以通过打线装置120由图像传感器芯片201的焊盘202上键合金属导线204的第一端，延伸出金属导线204的第二端并置于芯片拾取部件111的金属键合配件表面，所述金属导线204与金属键合配件表面不产生键合作用。
[0100]所述金属导线204的材料可以为金线、铜线、铝线、银线或合金线等良导体导线。
[0101]本实施例中，所述自动化封装系统还包括第二定位装置103，所述第二定位装置103配置于所述打线装置120上方。在进行金属键合之前，可以通过第二定位装置103定位由所述机械操作装置I1拾取的图像传感器芯片与键合端121的位置，使得所述键合端121与芯片焊盘位置对应。
[0102]本实施例中，所述机械操作装置110还包括:供热部件114，布设于所述芯片拾取部件111旁，在对所述图像传感器芯片进行键合的过程中，可以对所述图像传感器芯片供热，用于促进金属键合，提高键合效率和质量，所述供热部件对图像传感器芯片加热的温度不超过250°C。所述供热部件114可以是应用电阻加热、气体加热、电磁加热、红外线加热等的加热器件。
[0103]在对所述芯片拾取部件111上的图像传感器芯片201完成金属键合之后，通过机械操作装置110移动完成金属键合的图像传感器芯片201至粘合装置130，并且通过传送带150或旋转操作台传送封装基板205 (请参考图6)至粘合装置130旁。图6为完成粘合后的封装件的结构示意图。
[0104]所述封装基板205可以是玻璃、塑料或蓝宝石等透明材料，并且所述封装基板205的大小与图像传感器芯片201的大小一一对应，且所述封装基板表面具有凹槽，粘合过程中，使图像传感器芯片201的图像感应区203置于所述凹槽内，构成密封腔207，确保所述图像感应区203不受外界环境的影响。在另一实施例中封装基板205表面未设置有凹槽，在实施例中还包括有辅助基板，辅助基板置于图像传感器芯片201与封装基板205之间，适于与图像传感器芯片201的图像感应区203构成密封腔。所述封装基板205顶部制作有红外滤光膜(IR)，在底部制作有光学增透膜(AR)，或者于顶部制作IR膜，于底部制作AR膜；从而增大封装基板205的透光性和防红外干扰性能。
[0105]所述封装基板205装载于封装基板装载盘106内，所述封装基板装载盘106分隔的置于所述传送带150或旋转操作台上，然后通过传送带150或旋转操作台传送封装基板装载盘106将封装基板205传送至粘合装置130旁。所述封装基板装载盘106可以放置I?30个封装基板205。在本实用新型的其他实施例中，可以根据不同的产品设计不同封装基板装载盘，使得所述封装基板装载盘可以放置合适数量的封装基板。
[0106]本实施例中，机械操作装置110移动所述已经完成金属键合的图像传感器芯片201至粘合装置130下方，再通过传送带150或旋转操作台传送封装基板205至粘合装置130旁。在本实用新型的其他实施例中，也可以在传送所述图像传感器芯片201的同时，将封装基板205传送至粘合装置130下方，从而可以节约等待封装基板205的时间。
[0107]然后，通过粘合装置130，接收并粘合封装基板205与完成金属键合的图像传感器芯片201形成封装件。
[0108]所述粘合装置130的一端设置有粘合端131。可以通过点胶、灌胶、画胶、丝网印刷或者上述方式的组合在图像传感器芯片201与封转基板205之间的空隙内填入粘合胶，从而粘合所述图像传感器芯片201与封转基板205。
[0109]所述粘合装置130还包括加热装置132，所述加热装置132适于在对图像传感器芯片201和封装基板205进行粘合的过程中，对粘合端131内流出的粘合胶进行加热，提高所述粘合胶的流动性，以便于填充所述封装基板205和图像传感器芯片201之间的空隙，形成较高粘合性能的粘合层206。并且，具有一定温度的粘合胶在填充封装基板205和图像传感器芯片201之间的空隙的过程中，能够对封装基板205与图像传感器芯片201之间的空腔207内的气体加热，从而排出所述空腔207内的气体，避免后续封装步骤中，空腔205内的压强过大，影响形成的封装件的质量以及图形传感器芯片201的质量
[0110]本实施例中，所述自动化封装系统还包括第三定位装置104，在进行粘合的步骤中，可以通过第三定位装置104，定位所述封装基板205、完成金属键合的图像传感器芯片201、粘合端131的相对位置。所述第三定位装置104配置于所述粘合装置130上方。
[0111]所述粘合的步骤中，可以通过置于粘合装置130上部的固定装置133，固定所述完成金属键合的图像传感器芯片201的位置以匹配于所述封装基板205，使所述图像传感器芯片201的图像感应区203置于所述封装基板205的凹槽内，形成空腔207，并当金属键合的图像传感器芯片201的位置匹配于所述封装基板205时，通过所述固定装置133提供竖直方向的压力，所述压力通过粘合装置130传动至图像传感器芯片，使得图像传感器芯片201与封装基板205压合，两者不发生偏移。
[0112]本实施例中，可以重复上述步骤将多个键合完成的图像传感器芯片均置于所述封装基板装载盘106内的封装基板205上之后，再依次对所述封装基板转载盘内对应的封装基板和图像传感器芯片201进行粘合，从而可以提闻粘合效率。
[0113]所述自动化封装系统还包括固化装置140，适于接收并固化所述封装件。所述固化装置140具有紫外光发生器，能够提高紫外光。本实施例中，所述固化装置140位于粘合装置130 —侧，设置于传送带150上方，并且通过支架固定于系统基台100上。
[0114]本实施例中，在对封装基板装载盘106内的芯片完成粘合形成封装件之后，通过传送带150连同封装基板装载盘106传送至固化装置140下方，所述固化装置140对封装件进行紫外线辐照对所述封装件进行固化，使所述封装件上的粘合胶固化成型。由于封装基板装载盘106的面积较大，可以在进行固化的同时，通过传送带150移动所述封装基板装载盘106的位置，使得所述封装基板装载盘106内的封装件都能受到紫外固化定型。在移动具有封装件的封装基板装载盘106的过程中，可以同时传送具有封转基板的封装基板装载盘106至粘合装置130下方，进行后续图像传感器芯片的粘合处理。
[0115]本实施例中，对图像传感器芯片进行键合之后直接与封装基板进行粘合并立即固化成型，免去了传统的清洗、烘烤、检验等需要高洁净环境条件的工艺，从而可以节约工艺成本。并且，最终形成的封装件仅包括图像传感器芯片以及封装基板，以及所述图像传感器芯片以及封装基板之间的粘合层，所以所述封装件的厚度较小。并且，整个封装过程在一个自动化封装系统中进行，可以避免所述图像传感器芯片接触外界环境，可以使得形成的封装后的图像传感器芯片具有较高的性能和可靠性。
[0116]虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种图像传感器芯片的自动化封装系统，其特征在于，包括: 系统基台； 芯片载台，置于所述系统基台上，适于装配图像传感器芯片； 机械操作装置，置于所述系统基台上、所述芯片载台的一侧，适于自动拾取和传送所述图像传感器芯片； 打线装置，置于所述系统基台上、所述芯片载台的另一侧，适于匹配由所述机械操作装置拾取的图像传感器芯片与打线装置，对所述图像传感器芯片进行金属键合； 粘合装置，置于所述系统基台上，适于接收并粘合封装基板，与完成金属键合的图像传感器芯片形成封装件。
2.根据权利要求1所述的自动化封装系统，其特征在于，所述芯片载台适于装载包含有若干分离的图像传感器芯片的晶圆。
3.根据权利要求1所述的自动化封装系统，其特征在于，所述机械操作装置包括设置在一端的芯片拾取部件。
4.根据权利要求3所述的自动化封装系统，其特征在于，所述机械操作装置包括机械臂，所述机械臂包含至少一轴承，所述轴承适于控制所述芯片拾取部件沿三维空间范围内的任一方向移动。
5.根据权利要求4所述的自动化封装系统，其特征在于，所述轴承适于控制所述芯片拾取部件水平、垂直、或翻转移动。
6.根据权利要求4或5所述的自动化封装系统，其特征在于，所述芯片拾取部件为一个或多个，所述机械臂的数量与芯片拾取部件数量一致，单个芯片拾取部件与单个机械臂对应连接。
7.根据权利要求6所述的自动化封装系统，其特征在于，所述机械操作装置的机械臂的另一端设置于第一导轨上，所述第一导轨设置于所述系统基台上，所述第一导轨适于控制机械臂整体于系统基台上移动。
8.根据权利要求3所述的自动化封装系统，其特征在于，所述芯片拾取部件包括:置于顶端的金属键合工作台面，适于放置所述图像传感器及芯片金属键合配件。
9.根据权利要求3所述的自动化封装系统，其特征在于，所述机械操作装置还包括:防尘部件，布设于所述芯片拾取部件旁，适于遮盖所述图像传感器芯片的感光面。
10.根据权利要求3所述的自动化封装系统，其特征在于，所述机械操作装置还包括:供热部件，布设于所述芯片拾取部件旁，适于对图像传感器芯片供热。
11.根据权利要求3所述的自动化封装系统，其特征在于，所述自动化封装系统还包括:第一定位装置，适于定位所述图像传感器芯片与所述芯片拾取部件。
12.根据权利要求11所述的自动化封装系统，其特征在于，所述第一定位装置配置于所述芯片载台的上方。
13.根据权利要求1所述的自动化封装系统，其特征在于，所述打线装置的一端设置有键合端。
14.根据权利要求13所述的自动化封装系统，其特征在于，所述自动化封装系统还包括:第二定位装置，适于定位由所述机械操作装置拾取的图像传感器芯片与键合端。
15.根据权利要求14所述的自动化封装系统，其特征在于，所述第二定位装置配置于所述打线装置上方。
16.根据权利要求1所述的自动化封装系统，其特征在于，所述自动化封装系统还包括:传送带，置于所述系统基台上、所述粘合装置旁，适于接收并传送封装基板。
17.根据权利要求1所述的自动化封装系统，其特征在于，所述自动化封装系统还包括:旋转操作台，置于所述系统基台上、所述粘合装置旁，适于接收并传送封装基板。
18.根据权利要求16或17所述的自动化封装系统，其特征在于，所述的封装基板装载于封装基板装载盘，所述封装基板装载盘分隔地置于所述传送带或旋转操作台上。
19.根据权利要求1所述的自动化封装系统，其特征在于，所述粘合装置的一端设置有粘合端。
20.根据权利要求19所述的自动化封装系统，其特征在于，所述自动化封装系统还包括:第三定位装置，适于定位所述封装基板、完成金属键合的图像传感器芯片、粘合端。
21.根据权利要求20所述的自动化封装系统，其特征在于，所述第三定位装置配置于所述粘合装置上方。
22.根据权利要求1所述的自动化封装系统，其特征在于，所述封装系统还包括:固定装置，置于所述粘合装置上部，适于固定所述完成金属键合的图像传感器芯片的位置以匹配于所述封装基板。
23.根据权利要求11所述的自动化封装系统，其特征在于，所述第一定位装置为图像定位装置。
24.根据权利要求14所述的自动化封装系统，其特征在于，所述第二定位装置为图像定位装置。
25.根据权利要求20所述的自动化封装系统，其特征在于，所述第三定位装置为图像定位装置。
26.根据权利要求23、24或25所述的自动化封装系统，其特征在于，所述图像定位装置包括相机、摄像机、图像传感器或红外传感器。
27.根据权利要求1所述的自动化封装系统，其特征在于，所述的粘合装置还包括:力口热装置，适于在加热条件下进行粘结。
28.根据权利要求1所述的自动化封装系统，其特征在于，所述自动化封装系统还包括:固化装置，适于接收并固化所述封装件。
29.根据权利要求28所述的自动化封装系统，其特征在于，所述的固化装置提供紫外光。
【文档编号】H01L27/146GK203967060SQ201420370167
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年7月4日 优先权日:2014年7月4日
【发明者】邓辉 申请人:格科微电子（上海）有限公司