摄像头模组及其装配方法与流程

本发明涉及半导体制造领域，尤其涉及一种摄像头模组的装配方法。

背景技术：

目前，主流的图像传感器（cis：cmosimagesensor）的封装方法包括：芯片级封装（chipscalepackage，csp）、板上集成封装（chiponboard，cob）及倒装芯片封装（flipchip，fc）。

ciscsp是一种目前普遍应用在中低端、低像素（2m像素或以下）图像传感器的封装技术，可采用dielevel（芯片级）或waferlevel（晶圆级）封装技术。该封装技术通常使用晶圆级玻璃与晶圆bonding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的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硅穿孔技术（tsv：throughsiliconvia）或切割后焊盘侧面的t型金属接触芯片尺寸封装技术，并在晶圆背面延伸线路后制作焊球栅阵列（bga：ballgridarray），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smt的方法形成模块组装结构。但是，csp封装具有如下明显的问题：1影响产品性能：厚的支撑玻璃对光的吸收、折射、反射及散射对图像传感器尤其是小像素尺寸产品的性能具有很大的影响；2可靠性问题：封装结构中的构件之间的热膨胀系数差异及空腔内密封气体在后面的smt工艺或产品使用环境的变化中出现可靠性问题；3投资规模大、环境污染控制要求大，生产周期较长，单位芯片成本较高尤其对于高像素大尺寸图像传感器产品。

ciscob封装是一种目前普遍应用在高端、高像素产品（5m像素或以上）图像传感器的dielevel（芯片级）封装技术。该封装技术把经研磨切割后的芯片背面bonding在pcb板的焊盘上使用键合金属导线，装上具有ir玻璃片的支架和镜头，形成组装模块结构。但是，cob封装如下明显的问题：1、微尘控制非常困难，需要超高的洁净室等级，制造维持成本高；2、产品设计定制化、周期长、灵活度不够；3不容易规模化生产；

cisfc封装最近兴起的高端、高像素（5m像素或以上）图像传感器的dielevel（芯片级）封装技术。该封装技术把在焊盘做好金素凸块经研磨切割的芯片焊盘直接与pcb的焊盘通过热超声的作用一次性所有接触凸块与焊盘进行连接，形成封装结构。后端通过pcb外侧的焊盘或锡球采用smt的方法形成模块组装结构。但是，fc封装如下明显的问题：1该封装对pcb基板要求很高，与si具有相近的热膨胀系数，成本很高；2制造可靠性难度很大，热超声所有凸块与焊盘连接的一致性要求非常高，凸块与焊盘硬连接，延展性不好；3微尘控制难度大、工艺环境要求高，成本很高；

此外，以往的cis模组的装配方法是：

步骤1，将图像传感器芯片焊接到电路板上，形成第一个部件；

步骤2，将镜头模块与套筒模块组装，形成第二个部件；

步骤3，将第一个部件和第二个部件组装，从而形成一个完整的摄像头模组。

此种摄像头模组的装配方法有如下缺点：对于摄像头模组而言，需要使用高精密的安装设备才能进行上述步骤3的精确安装，否则将影响到摄像头模组的成像效果，进而装配而成的摄像头模组的成品合格率不高；尤其是对于高像素的摄像头模组，使用普通的安装设备很难较好地完成上述步骤3的精确安装，使得高像素的摄像头模组的成像效果受到较大影响，所成图像的成像质量较差，尤其是图像四周的成像质量明显不好。

并且，在采用金属导线键合的图像传感器芯片封装工艺中，通常先将图像传感器芯片固晶（例如粘附）到转接板（柔性电路板）上，然后进行键合焊线，将金属导线的第一端连接于图像传感器芯片的焊盘上，第二端连接于转接板上，由此实现图像传感器芯片和转接板的电气连接，然后再将封装后的图像传感器芯片通过转接板上的引线或锡球连接到电路板上。

现有导线键合方法容易造成封装后的结构灵活性较差，摄像头模组的后续装配精度要求高，镜头和图像传感器芯片的相对位置难以控制影响摄像头模组的性能；而且由于现有方法的流程较长，封装效率较低，导致图像传感器芯片较长时间暴露于空气中，需要多次的检测和清洗，降低良品率，增加摄像头模组的成本。尤其是，对于一些金属导线第二端采用其他工艺进行连接的图像传感器芯片，需要一种新的键合方法和装置，以使导线的第一端连接于图像传感器芯片的焊盘，第二端悬空于图像传感器芯片之外。

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、超薄的封装结构技术。

技术实现要素：

基于以上考虑，提出一种摄像头模组的装配方法，包括以下步骤：

提供具有悬空金属导线的图像传感器芯片，所述金属导线的第一端键合于所述图像传感器芯片的焊盘，第二端悬空于所述图像传感器芯片；

将所述图像传感器芯片与设置有透光窗口的支撑框架装配成一封装件，所述封装件中图像传感器芯片、透光窗口及支撑框架形成腔体，减少外部异物对图像传感器芯片的污染；然后通过所述金属导线的第二端将所述封装件与电路板及镜头模块装配形成摄像头模组。

优选的，所述金属导线形成弹性结构，且所述金属导线的第二端低于所述图像传感器芯片下表面5微米至300微米。

优选的，于所述封装件的电性测试过程中，所述金属导线的弹性结构发生弹性形变以提供接触压力，提高金属导线与测试装置的电学连接性能；于所述封装件与电路板的装配过程中，所述金属导线的弹性结构发生弹性形变以提供接触压力，提高金属导线与电路板的电学连接性能。

优选的，通过焊接方式、压合接触方式、超声键合方式、导电胶粘合方式将所述金属导线的第二端与所述电路板电学连接。

优选的，在所述封装件与电路板装配过程中，

当所述封装件的腔体为密封时，通过控制p/(273+t)的值在某一范围内变化，使得所述腔体内部、腔体外部的气压差小于20%，其中p为腔体的外部压强，t为腔体外部的摄氏温度，以减少装配过程中腔体内外气压差对封装件的损伤；

当所述封装件的腔体为非密封时，通过控制p/(273+t)的值在某一范围内变化，使得所述腔体内部、腔体外部的气压差小于20%，其中p为腔体的外部压强，t为腔体外部的摄氏温度，减少腔体内外气流流动，从而减少装配过程中外界异物对芯片的沾污。

本发明还提供一种摄像头模组，包括：

图像传感器芯片，所述图像传感器芯片电学连接有悬空的金属导线，所述金属导线的第一端键合于所述图像传感器芯片的焊盘，第二端悬空于所述图像传感器芯片；

支撑框架，设置有透光窗口，适于与图像传感器芯片装配成一封装件；

镜头模块，适于装配于封装件中的支撑框架内并与电路板装配成摄像头模组；

电路板，所述电路板与所述封装件通过所述金属导线的第二端电学连接。

优选的，所述金属导线形成弹性结构且所述金属导线的第二端低于所述图像传感器芯片下表面5微米至300微米。

优选的，所述金属导线的第二端与所述电路板通过焊接方式、压合接触方式、超声键合方式、导电胶粘合方式电学连接

本发明的摄像头模组的装配方法使用普通的安装设备就能精确地对摄像头模组进行组装，克服了现有技术中摄像头模组的装配方法需要采用高精度的安装设备的不足，本发明的装配方法简单易行，易于调整图像传感器芯片至镜头的焦平面，易于矫正镜头和图像传感器芯片的倾斜度，以保证摄像头模组装配完成后的光学性能，本发明的装配步骤使得所述摄像头模组具有高质量的成像效果，尤其是对于高像素的摄像头模组，能够使其图像四周的成像质量显著提高。

本发明通过将图像传感器的芯片切割后通过键合金属导线形成悬空的金属导线，并且进一步将镜头模组组装至图像传感器芯片上，再通过金属导线的悬空端与电路板进行电学连接，并且金属导线为弹性结构，能发生弹性形变，能更好的提高电学性能，比传统csp的焊盘、bga及焊锡三者smt连接更具有工艺优势

本发明使用金线直接连接芯片与pcb基板焊盘，金线延展性能好，环境适应性强，可靠性佳。本发明的支撑框架可与图像传感器芯片形成开放结构，有效的减少光线在摄像头模组中的杂散光，提供模组性能。。

本发明的各个方面将通过下文中的具体实施例的说明而更加清晰。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显。

图1为依据本发明实施例的具有悬空金属导线的图像传感器芯片的示意图；

图2为依据本发明实施例的封装件的示意图；

图3为依据本发明实施例的摄像头模组的装配初始状态示意图；

图4为依据本发明实施例的摄像头模组的装配完成状态示意图；

图5为依据本发明的摄像头模组的装配方法的流程图。

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示相同或相似的装置（模块）或步骤。

具体实施方式

在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。

为了更清晰地阐述本发明的封装方法，在下面的实施例中，采用玻璃作为基板。本领域技术人员能够理解的是，基板也可以由其它透明的材质构成。

图1为依据本发明实施例的具有悬空金属导线的图像传感器芯片的示意图；图2为依据本发明实施例的封装件的示意图；图3为依据本发明实施例的摄像头模组的装配初始状态示意图；图4为依据本发明实施例的摄像头模组的装配完成状态示意图；图5为依据本发明实施例的摄像头模组的装配方法的流程图。

如图5所示，并请同时参考图1至图4该封装方法包括以下步骤：

首先，执行步骤s11：提供具有悬空金属导线120的图像传感器芯片110，所述金属导线120的第一端121键合于所述图像传感器芯片110的焊盘111，第二端122悬空于所述图像传感器芯片110。

在该步骤中，图像传感器芯片110的正面有图像感应区112，以及环绕图像感应区112的焊盘区域113，焊盘区域113包含有若干焊盘111。本步骤中金属导线120的第二端悬空不与任何介质相键合，金属导线为金线、银线、铜线等具有良好导线性能，并为弹性结构，在作用力于第二端122时能发生弹性形变；

请同时参考图2至图4，步骤s12：将所述图像传感器芯片110与设置有透光窗口133的支撑框架131装配成一封装件200，所述封装件200中图像传感器芯片110、透光窗口133及支撑框架131形成腔体134，减少外部异物对图像传感器芯片110的污染；然后通过所述金属导线的第二端122将所述封装件200与电路板300及镜头模块130装配形成摄像头模组。

在本步骤中，具有悬空金属导线的图像传感器芯片110与支撑框架131装配在一起，在一实施例中支撑框架131的内表面还具有台阶1311，适于装配一封装基板140，封装基板140为玻璃材质、塑料材质，封装基板140的表面覆盖有ir膜或ar膜；在另一实施例中未设置台阶1311和封装基板140，在镜头模块130靠近图像感应区112的表面直接覆盖ir膜或ar膜。

在完成图像传感器芯片110与支撑框架131的装配后，通过金属导线的第二端122通过焊接方式、压合接触方式、超声键合方式、导电胶粘合方式将封装件200与电路板300、镜头模块130装配形成摄像头模组400，需要指出的是，镜头模块130装配于支撑框架131对应于透光窗口的区域，装配的顺序既可以在金属导线第二端122电性连接于电路板300的焊盘310之前，也可在金属导线第二端122电性连接于电路板300的焊盘310之后。

在所述封装件与电路板装配过程中，当所述封装件的腔体为密封时，通过控制p/(273+t)的值在某一范围内变化，使得所述腔体内部、腔体外部的气压差小于20%，其中p为腔体的外部压强，t为腔体外部的摄氏温度，以减少装配过程中腔体内外气压差对封装件的损伤；当所述封装件的腔体为非密封时，通过控制p/(273+t)的值在某一范围内变化，使得所述腔体内部、腔体外部的气压差小于20%，其中p为腔体的外部压强，t为腔体外部的摄氏温度，减少腔体内外气流流动，从而减少装配过程中外界异物对芯片的沾污。

具体的，在第一实施例中采用压合接触方式则通过第二端122与电路板300上的焊盘310良好接触，封装件200通过卡扣或粘接的方式与电路板300的部分区域固定。

在第二实施例中，采用焊接方式，具体方式为：于金属导线的第二端122或者电路板300的焊盘310上镀一层金锡合金焊接层，通过局部快速焊接，控制焊接区域的热量传导，以不影响镜头部件的性能；

（一）焊盘镀金锡合金方式：s201提供摄像头模组，所述摄像头模组包含有对温度敏感的镜头，所述摄像头模组还包含有一端悬空的与图像传感器芯片电学连接的金属导线；s203提供具有若干焊盘的电路板；s205所述电路板的焊盘预先附着焊料层，对金属导线悬空端与电路板的焊盘进行快速焊接。金属导线为金线，金线的直径大于等于10微米，焊料层为锡层，通过控制锡层的厚度，使得在后续的快速局部焊接中，金线与锡层能够形成稳定的金含量较高的金锡合金焊接层。在另外一实施例中：电路板的焊盘预先附着焊料层的步骤还包括：s206采用印刷工艺与电路板的焊盘上附着焊料，回流焊形成焊料层。在另一实施例中，电路板的焊盘预先附着焊料层的步骤还包括：s206’采用波峰焊工艺于电路板的焊盘上附着焊料层。在一实施例中，控制锡层的厚度的方法包括：控制波峰焊工艺的参数，使得锡层厚度小于金线直径。在另一实施例中，控制锡层的厚度的方法包括：采用印刷工艺于电路板的焊盘上附着锡膏，回流焊形成锡层，采用风刀方式、吸枪吸取方式或焊头粘附方式使得锡层厚度小于进行厚度。锡层厚度小于金线厚度，金锡合金在焊接过程中，具有良好的材质优势，能减小晶脆，具有流动性好，电阻率低，导热性好的特点。快速焊接包括：脉冲热压焊工艺、激光焊接工艺、超声热压焊工艺，并且快速焊接为局部焊接方式，加热范围小于所述摄像头模组底部面积的1/2。

（二）金属导线第二端122镀金锡合金方式，s101提供摄像头模组，所述摄像头模组包含有对温度敏感的镜头，所述摄像头模组还包含有一端悬空的与图像传感器芯片电学连接的金属导线；s103提供具有若干焊盘的电路板；s105所述金属导线的悬空端预先附着焊料层，对金属导线悬空端与电路板的焊盘进行快速焊接。金属导线为金线，金线的直径大于等于10微米，焊料层为锡层，通过控制锡层的厚度，使得在后续的快速局部焊接中，金线与锡层能够形成稳定的金含量较高（富金）的金锡合金焊接层，其中锡层厚度小于金线厚度，金锡合金在焊接过程中，具有良好的材质优势，能减小晶脆，具有流动性好，电阻率低，导热性好的特点。快速焊接包括：脉冲热压焊工艺、激光焊接工艺、超声热压焊工艺，并且快速焊接为局部焊接方式，加热范围小于所述摄像头模组底部面积的1/2。

在第三实施例中，采用导电胶粘合方式，具体的金属导线的悬空端预先附着导电胶，在本实施例中导电胶为锡胶，对金属导线悬空端与电路板的焊盘进行固化进行电气连接。由于锡胶具有良好的粘合性、导电性可以用于做点电极浆料，在固化后根据可控的仍具有很好的性能。金属导线为金线，金线的直径大于等于5微米，锡胶的厚度为2微米至100微米。固化方式采用热固化或uv固化的方式进行。本实施例中锡胶的成分为：环氧树脂胶或者uv胶，和微小银片的混合物，锡胶的厚度为：2微米至100微米。此外还可采用：电路板的焊盘预先附着锡胶，对金属导线悬空端与电路板的焊盘进行固化并电气连接。由于锡胶具有良好的粘合性、导电性可以用于做点电极浆料，在固化后根据可控的仍具有很好的性能。金属导线为金线，金线的直径大于等于5微米，锡胶的厚度为2微米至100微米。固化方式采用热固化或uv固化的方式进行。本实施例中锡胶的成分为：环氧树脂胶或者uv胶，和微小银片的混合物，锡胶的厚度为：2微米至100微米。本实施例中导电胶还可采用具有导电性能的其他金属材质。

在形成封装件200后，还可以对封装件200进行测试，于所述封装件200的电性测试过程中，所述金属导线120的弹性结构发生弹性形变以提供接触压力，由于金属导线的第二端122低于所述图像传感器芯片110下表面5微米至300微米（请参见图1，距离为h），提高金属导线120与测试装置（未标注）的连接性能；并且在于所述封装件200与电路板300的装配过程中，所述金属导线120的弹性结构发生弹性形变以提供接触压力，由于金属导线的第二端122低于所述图像传感器芯片110下表面5微米至300微米（请参见图1，距离为h），可提高金属导线与电路板的连接性能。请参考图4，图4中虚线120’显示的为封装件200未与电路板300装配时，金属导线120的第一形状状态；实线120’’显示的为封装件200与电路板300装配完成后，金属导线的第二形状状态，此时金属导线的第二形状状态发生弹性形变，金属导线的第二端与焊盘的接触更为良好，有利于信号的传输，此时第二端与焊盘接触面积为大于等于0.01平方毫米。

本发明还提供一种摄像头模组，其特征在于，包括：图像传感器芯片，所述图像传感器芯片电学连接有悬空的金属导线，所述金属导线的第一端键合于所述图像传感器芯片的焊盘，第二端悬空于所述图像传感器芯片；支撑框架，设置有透光窗口，适于与图像传感器芯片装配成一封装件；镜头模块，适于装配于封装件中的支撑框架内并与电路板装配成摄像头模组；电路板，所述电路板与所述封装件通过所述金属导线的第二端电学连接。金属导线形成弹性结构且所述金属导线的第二端低于所述图像传感器芯片下表面5微米至300微米。金属导线的第二端与所述电路板通过压合接触方式、快速焊接方式、导电胶粘合方式或非导电胶粘合方式的方式连接。对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论如何来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明显的，“包括”一词不排除其他元素和步骤，并且措辞“一个”不排除复数。装置权利要求中陈述的多个元件也可以由一个元件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。