專利名稱：互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于移動式照相機等的圖像拾取器件。具體而言，本發(fā)明涉及一種包括具有基于互補金屬氧化物半導體器件(CMOS)的傳感器、用于拾取圖像的半導體芯片和內(nèi)置數(shù)字信號處理半導體芯片的CMOS型圖像傳感器模塊。
背景技術：
現(xiàn)有的照相機圖像傳感器模塊是包括圖像傳感半導體芯片和數(shù)字信號處理半導體芯片的多芯片器件。圖像傳感半導體芯片采集光學圖像，數(shù)字信號處理半導體芯片將光學圖像轉(zhuǎn)換成電信號。根據(jù)使用的半導體的具體類型，圖像傳感器模塊分為電荷耦合器件(CCD)或互補金屬氧化物半導體器件(CMOS)。
在由奧林巴斯光學有限公司(Olympus Optical Co.，Ltd.)于2002年8月29日提交的、題為“小型圖像拾取模塊”的美國專利申請2003-0025825號中公開了一種CMOS型圖像傳感器模塊。
圖1為所公開的CMOS型圖像傳感器模塊的截面圖。參照此圖，CMOS型圖像傳感器模塊具有圖像傳感半導體芯片12和數(shù)字信號處理半導體芯片18，其彼此橫向隔開地水平安裝在襯底11上。此外，分離透鏡組13通過灌封材料271和272連接到襯底11上，封裝材料271和272在透鏡組13與襯底11之間還起密封作用。圖像傳感半導體芯片12由透明覆層25保護。覆層25和圖像傳感半導體芯片12彼此由灌封材料261和262封牢，并與襯底11封牢。數(shù)字信號處理半導體18由注射型灌封材料密封。附圖標記14、15和16分別表示紅外濾光片、光學透鏡和光闌。
然而，上述CMOS型圖像傳感器模塊具有以下缺陷。
第一，由于在透鏡組13與襯底11之間形成密封，CMOS型圖像傳感器模塊的制造需要高生產(chǎn)成本的復雜工藝。另外，圖像傳感半導體芯片12和數(shù)字信號處理半導體芯片18通過獨立的工藝模塑到襯底11上。
第二，制造工藝的困難和復雜性尤其在批量生產(chǎn)CMOS型圖像傳感器模塊時將導致頻繁的制造缺陷。也就是說，制造現(xiàn)有的CMOS型圖像傳感器模塊的生產(chǎn)率相當?shù)汀?br> 第三，因為圖像傳感半導體芯片和數(shù)字信號處理半導體芯片橫向相互隔開地水平安裝在襯底上，所以現(xiàn)有的CMOS型圖像傳感器模塊相當大。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能使用較簡單的工藝生產(chǎn)的CMOS型圖像傳感器模塊。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種緊湊的CMOS型圖像傳感器模塊。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種便于批量生產(chǎn)的CMOS型圖像傳感器模塊。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種CMOS型圖像傳感器包括具有在襯底的任一面的芯片可以連線到其上的電路圖形的襯底、安裝在襯底上側并連線到電路圖形用于圖像傳感的第一半導體芯片、安裝在襯底下側并連線到電路圖形用于數(shù)字信號處理的第二半導體芯片、以及由透明聚合封裝材料形成至少密封第一半導體芯片的密封樹脂單元。
在密封樹脂單元僅封裝第一半導體芯片的情況下，用環(huán)氧樹脂模塑化合物(EMC)密封第二半導體芯片。
此外，密封樹脂單元可以包括螺紋，透鏡組可通過螺紋連接到該單元。透鏡組優(yōu)選包括殼體、在殼體內(nèi)相互垂直地設置的光學透鏡和紅外濾光片。還可選擇密封樹脂單元本身形成光學透鏡。在這種情況下，由密封樹脂單元構成的透鏡可用紅外濾光材料覆蓋。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，CMOS型圖像傳感器模塊的制造方法包括(a)設置具有一體化的電路圖形的襯底，襯底的任一側的芯片可以連線到電路圖形；(b)將數(shù)字信號處理半導體芯片和無源器件安裝在襯底下側；(c)將第二半導體芯片連線到襯底下側的電路上；(d)將圖像傳感半導體芯片安裝在襯底上側；(e)將圖像傳感半導體芯片連線到襯底上側的電路上；以及(f)將透明聚合封裝材料模塑到襯底上，至少覆蓋襯底上的芯片之一。
模塑工藝優(yōu)選包括注入成型。具體而言，模塑工藝可以由注入成型組成。此外，模塑工藝可以包括由傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)移模塑設備進行的轉(zhuǎn)移模塑。


通過參照附圖對優(yōu)選實施方式進行下述詳細描述，將使本發(fā)明的上述和其它特征及優(yōu)點變得更加明晰，附圖中圖1為現(xiàn)有的CMOS型圖像傳感器模塊的截面圖；圖2為本發(fā)明的CMOS型圖像傳感器模塊的第一實施方式的截面圖；圖3為本發(fā)明的CMOS型圖像傳感器模塊的第二實施方式的截面圖；圖4為本發(fā)明的CMOS型圖像傳感器模塊的第三實施方式的截面圖；以及圖5為本發(fā)明的CMOS型圖像傳感器模塊的第四實施方式的截面圖。
具體實施例方式
現(xiàn)在，將參照附圖更全面地描述本發(fā)明，附圖中示出了本發(fā)明的具體實施方式
。然而，在進行描述前應說明的是，說明書中使用的術語“模塑工藝”指的是任一類型的模塑工藝，也就是說，不局限于注入成型工藝。
參照圖2，第一實施方式的CMOS型圖像傳感器模塊100包括具有電路圖形且芯片能連線到任一側上的襯底110、安裝于襯底110的上部并連線到其電路圖形的第一半導體芯片(具有CMOS型圖像傳感器的圖像傳感芯片)120、安裝于襯底110的下部并連線到其電路圖形的第二半導體芯片(數(shù)字信號處理芯片)130、以及通過注入成型形成在襯底110表面上并在內(nèi)部密封第一半導體芯片120的透明聚合封裝材料的密封樹脂單元140。
CMOS型圖像傳感器模塊100還包括在襯底110下部上且其內(nèi)部密封有無源器件162和第二半導體芯片130的環(huán)氧樹脂模塑化合物160、結合在密封樹脂單元140側面的保護材料144、以及與密封樹脂單元140連接的透鏡組170。為此，密封樹脂單元140具有外螺紋142，透鏡組170擰在其上。
保護材料144防止光透射到密封樹脂單元內(nèi)，并優(yōu)選為帶狀形式。透鏡組170包括透鏡組殼體150、以及在透鏡組殼體150中垂直設置的光學透鏡154和紅外濾光片152。無源器件162包括如電阻和電容之類的小型電子元件。優(yōu)選用金線122和132將第一半導體芯片120和第二半導體芯片130電連接到襯底110上。附圖標記112表示作為母板的柔性印刷電路板(FPCB)，CMOS型圖像傳感器110安裝于其上。
密封樹脂單元140可以由熱塑性聚合材料制成。在此情況下，密封樹脂單元發(fā)生變形的溫度在100℃與120℃之間的較窄范圍內(nèi)變化。因此，包括這種熱塑性聚合封裝材料的CMOS型圖像傳感器模塊應使用低溫下執(zhí)行的工藝連接到FPCB 112。類似地，CMOS型圖像傳感器模塊100和FPCB 112可以在其連接處利用局部加熱或使用各向異性導電膜(ACF)連接。
通常，密封樹脂單元140的透明聚合封裝材料可以由聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、熱固性透明環(huán)氧樹脂、或透明ABS制成。PMMA是一種廣泛用于如CD、透鏡和LCD顯示器之類的光學產(chǎn)品的材料。ABS是由丙烯腈、丁二烯、以及苯乙烯制成的熱塑性樹脂，其廣泛用于電子、汽車和工業(yè)產(chǎn)品?？墒褂猛ǔＳ糜谥圃彀l(fā)光二極管(LED)的非填裝型透明環(huán)氧樹脂作為透明環(huán)氧樹脂。非填裝型透明環(huán)氧樹脂可以在約150℃的溫度下轉(zhuǎn)移模塑到襯底110上。
現(xiàn)在，參照圖3描述本發(fā)明的第二實施方式。然而，為了簡明起見，第二實施方式與第一實施方式相似的部件不再描述。
現(xiàn)在參照圖3，在第二實施方式的CMOS型圖像傳感器模塊200中，密封樹脂單元240構成塑料光學透鏡246，其起第一實施方式的透鏡組單元170中的透鏡154的作用。也就是說，塑料透鏡246是由密封樹脂單元240的彎曲上部形成的。紅外濾光片252覆蓋該光學透鏡的表面。附圖標記222、232表示連線，262表示無源器件，212表示柔性印刷電路板(FPCB)。
CMOS型圖像傳感器模塊100和200按下述方法制造。
首先，制備兩側包括電路圖形的襯底110、210。雙側襯底110、210與球形柵格陣列(BGA)封裝的襯底相似。然后，在襯底的下側安裝數(shù)字信號處理半導體芯片130、230和無源器件162、262，芯片130、230用金線132、232連線到電路圖形。
接著，將數(shù)字信號處理半導體芯片130、230和無源器件162、262密封在本身用傳統(tǒng)方法模塑在襯底110、210下側的環(huán)氧樹脂模塑化合物(EMC)160、260內(nèi)。然后，將圖像傳感半導體芯片120、220安裝在襯底110、210的上側，并用金線122、222連線到襯底110、210上的電路圖形。
最后，通過模塑透明聚合封裝材料使密封樹脂單元140、240形成于襯底110、210的上側。在第一實施方式中，模塑工藝在密封樹脂單元140的上部形成螺紋142，透鏡組170通過螺紋擰在樹脂單元140上。另一方面，在第二實施方式中，模塑工藝在密封樹脂單元240的上部形成塑料光學透鏡，然后用紅外濾光材料252覆蓋透鏡。保護材料144、244例如可以帶狀形式結合在密封樹脂單元140、240的側面上，以防止光通過密封樹脂單元140、240的側面透射。
當密封樹脂單元140、240由PC或透明ABS形成時，注入成型溫度優(yōu)選在200℃與250℃之間，注入成型壓力為800kgf/cm2。當然，這些參數(shù)要根據(jù)透明聚合封裝材料的具體組份和分子量來確定。
現(xiàn)在參照圖4描述根據(jù)本發(fā)明的CMOS型圖像傳感器的第三實施方式。
在此實施方式中，在襯底310的上部和下部兩側形成密封樹脂單元340，也就是說，環(huán)氧樹脂化合物未模塑到襯底310的下部。其余部分與圖2的實施方式相同。例如，密封樹脂單元340具有螺紋342，透鏡組擰到密封樹脂單元342上。透鏡組包括透鏡殼體350、紅外濾光片352、以及光學透鏡354。附圖標記322、332表示連線，362表示無源器件，312表示柔性印刷電路板(FPCB)。
現(xiàn)在參照圖5描述根據(jù)本發(fā)明CMOS型圖像傳感器的第四實施方式。
此實施方式中形成于襯底410上部、下部兩側的密封樹脂單元440與第三實施方式相同，也就是說，環(huán)氧樹脂化合物未模塑到襯底410的下部。此實施方式中，與圖3的第二實施方式相同，通過密封樹脂單元440的上部形成光學透鏡446，用紅外濾光片452覆蓋塑料透鏡446。附圖標記422、432表示連線，462表示無源器件，412表示柔性印刷電路板(FPCB)。
下面描述本發(fā)明的CMOS型圖像傳感器模塊300和400的制造方法。
首先，制備在兩側包括電路圖形的襯底310、410。雙側襯底310、410與球形柵格陣列(BGA)封裝的襯底相似。然后，在襯底的下部安裝數(shù)字信號處理半導體芯片330、430和無源器件362、462。芯片330、430用金線332、432連線到電路圖形。然后，將圖像傳感半導體芯片320、420安裝在襯底310、410的上部，并用金線322、422連線到襯底310、410上的電路圖形。當然，將芯片安裝到襯底上側和下側的順序可以顛倒。
接著，將透明聚合封裝材料模塑于襯底110、210的上部和下部，形成密封樹脂單元340、440，由此封裝數(shù)字信號處理半導體芯片330、430和無源器件362、462以及圖像傳感半導體芯片320、420。這種模塑方法可以由注入成型工藝組成，或可包括轉(zhuǎn)移模塑和注入成型工藝的組合。
在第三實施方式中，可用模塑工藝在密封樹脂單元340的上部形成螺紋342，透鏡組通過螺紋擰到樹脂單元340上。另一方面，在第四實施方式中，模塑工藝在密封樹脂單元340的上部形成塑料光學透鏡，然后，用紅外濾光材料352覆蓋透鏡。保護材料344、444例如可以帶狀形式結合在密封樹脂單元340、440的側面，以防止光透過密封樹脂單元340、440的側面。最后，在低溫下用ACF將襯底310、410連接到FPCB 312、412上。
因此，如上所述，本發(fā)明具有以下優(yōu)點。
第一，整個制造工藝較簡單，因此，生產(chǎn)成本維持最低。
第二，本發(fā)明使用注入成型，便于CMOS型圖像傳感器模塊的批量生產(chǎn)。
第三，因為圖像傳感芯片和數(shù)字信號處理芯片一個在另一個之上垂直排列于襯底上，所以，CMOS型圖像傳感器模塊較小。
盡管已經(jīng)參照優(yōu)選實施方式具體示出和描述了本發(fā)明，顯而易見，本領域技術人員可以對其在形式和細節(jié)上作出各種變化。例如，盡管已經(jīng)描述了用于密封樹脂單元的保護材料為帶狀形式，保護材料也可以采用其它覆層形式。因此，本發(fā)明在不超出由所附權利要求限定的本發(fā)明的構思和范圍的前提下，可以不同于說明書中詳細描述的方式實施。
權利要求
1.一種互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，包括襯底以及與其一體化的電路圖形；具有能拾取光學圖像的互補金屬氧化物半導體器件傳感器的第一半導體芯片，其安裝在所述襯底側面中的上側并連線到所述電路圖形；能處理數(shù)字信號的第二半導體芯片，其安裝在所述襯底側面中的下側并連線到所述電路圖形；以及樹脂密封單元，其包括與所述襯底一體化并封裝所述第一和第二半導體芯片中至少之一的透明聚合材料。
2.如權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述第一和第二半導體芯片中，僅所述第一半導體芯片由透明聚合材料封裝。
3.如權利要求2所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，還包括與所述襯底一體化的環(huán)氧樹脂模塑化合物，所述第二半導體芯片嵌入所述襯底側面中的下側的所述環(huán)氧樹脂模塑化合物中。
4.如權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述樹脂密封單元的所述透明聚合材料封裝所述第一和第二半導體芯片兩者。
5.如權利要求2所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述樹脂密封單元包括螺紋。
6.如權利要求2所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，還包括覆蓋所述透明聚合材料側面的不透明材料，以防止光透過透明聚合材料的側面。
7.如權利要求6所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述不透明材料呈帶狀形式。
8.如權利要求5所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，還包括與所述樹脂密封單元的所述螺紋配合的透鏡組。
9.如權利要求8所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述透鏡組包括殼體、以及設置在所述殼體內(nèi)彼此垂直隔開的光學透鏡和紅外濾光片。
10.如權利要求2所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述樹脂密封單元的透明聚合材料包括光學透鏡。
11.如權利要求10所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，還包括覆蓋所述光學透鏡表面的紅外濾光材料。
12.如權利要求3所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，還包括設置在所述襯底側面中的下側上的無源器件。
13.如權利要求12所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述無源器件被嵌入所述環(huán)氧樹脂模塑化合物中。
14.如權利要求4所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述密封樹脂單元封裝所述第一和第二半導體芯片，且在其上部具有螺紋。
15.如權利要求14所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，還包括與所述樹脂密封單元的螺紋配合的透鏡組。
16.如權利要求15所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述透鏡組包括殼體、設置在所述殼體內(nèi)彼此垂直隔開的光學透鏡和紅外濾光片。
17.如權利要求4所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述樹脂密封單元的透明聚合材料包括光學透鏡。
18.如權利要求17所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，還包括覆蓋所述光學透鏡表面的紅外濾光材料。
19.如權利要求4所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，還包括覆蓋所述透明聚合材料側面的不透明材料，以防止光透過透明聚合材料的側面。
20.如權利要求4所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，還包括設置在所述襯底側面中的下側上的無源器件。
21.如權利要求19所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述不透明材料呈帶狀形式。
22.如權利要求1所述的互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊，其中，所述密封樹脂單元的所述透明聚合材料包括聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚碳酸酯(PC)；熱固性透明環(huán)氧樹脂；或丙烯腈、丁二烯和苯乙烯(ABS)的透明樹脂。
23.一種制造互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊的方法，該方法包括設置具有一體化的電路圖形的襯底；在所述襯底側面中的下側上安裝能處理數(shù)字信號的數(shù)字信號處理半導體芯片和無源電子器件；將所述數(shù)字信號處理半導體芯片連線到所述襯底側面中的下側的所述電路圖形，以將所述數(shù)字信號處理半導體芯片電連接到所述電路圖形上；將環(huán)氧樹脂模塑化合物模塑到所述襯底側面中的下側，覆蓋所述數(shù)字信號處理半導體芯片；在所述襯底側面中的上側上安裝具有能拾取光學圖像的互補金屬氧化物半導體器件圖像傳感器的圖像傳感半導體芯片，并將所述圖像傳感半導體芯片連線到所述電路圖形，以將所述圖像傳感半導體芯片電連接到所述電路圖形上；以及將透明聚合材料模塑到所述襯底側面中的上側，覆蓋整個所述圖像傳感半導體芯片，由此形成內(nèi)部封有由所述聚合材料封裝所述圖像傳感半導體芯片的密封樹脂單元。
24.如權利要求23所述的制造方法，其中，所述聚合材料的模塑包括在所述樹脂密封單元的上部形成螺紋。
25.如權利要求24所述的制造方法，其中，還包括通過所述樹脂密封單元上的螺紋把透鏡組擰到該單元上而將所述透鏡組與所述樹脂密封單元連接。
26.如權利要求23所述的制造方法，其中，所述聚合材料的模塑包括注入成型，并用所述透明聚合材料形成光學透鏡。
27.如權利要求26所述的制造方法，其中，還包括用過濾紅外光的材料覆蓋所述透鏡。
28.如權利要求23所述的制造方法，其中，還包括使不透明材料沿所述樹脂密封單元的側面牢固連接，以防止光透過所述單元的側面。
29.如權利要求23所述的制造方法，其中，所述透明聚合材料的模塑包括注入成型。
30.一種制造互補金屬氧化物半導體器件型圖像傳感器模塊的方法，包括設置兩側都具有電路圖形的襯底；在所述襯底側面中的下側上安裝能處理數(shù)字信號的數(shù)字信號處理半導體芯片和無源電子器件；將所述數(shù)字信號處理半導體芯片連線到所述電路圖形，以將所述數(shù)字信號處理半導體芯片電連接到所述襯底上；在所述襯底側面中的上側上安裝具有能拾取光學圖像的互補金屬氧化物半導體器件圖像傳感器的圖像傳感半導體芯片，并將所述圖像傳感半導體芯片連線到所述電路圖形，以將所述圖像傳感半導體芯片電連接到所述電路圖形上；以及在整個所述圖像傳感半導體芯片和整個所述數(shù)字信號處理半導體芯片的上方，將透明聚合材料模塑到所述襯底側面中的上側和下側，由此形成內(nèi)部封有由聚合材料封裝的芯片的密封樹脂單元。
31.如權利要求30所述的制造方法，其中，所述聚合材料的模塑包括在所述樹脂密封單元的上部形成螺紋。
32.如權利要求31所述的制造方法，其中，還包括通過所述樹脂密封單元上的螺紋把透鏡組擰到該單元上而將所述透鏡組與所述樹脂密封單元連接。
33.如權利要求30所述的制造方法，其中，所述聚合材料的模塑包括注入成型，并在所述襯底側面中的上側用所述透明聚合材料形成光學透鏡。
34.如權利要求33所述的制造方法，其中，還包括用過濾紅外光的材料覆蓋所述透鏡。
35.如權利要求30所述的制造方法，其中，還包括使不透明材料沿設置于所述襯底側面中的上側上方的所述樹脂密封單元部分的側面牢固連接，以防止光透過鄰近所述圖像傳感半導體芯片的所述單元的側面。
36.如權利要求30所述的制造方法，其中，所述將透明聚合材料模塑到所述襯底上側和下側包括注入成型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于移動式照相機或PC照相機的CMOS型圖像傳感器模塊，其包括封裝在具有與芯片連接的電路的襯底上的聚合材料的透明塊內(nèi)的圖像傳感半導體芯片。圖像傳感半導體芯片設置在襯底的上表面，與安裝在襯底下表面的數(shù)字信號處理第二半導體芯片垂直間隔開。透明聚合封裝材料構成密封樹脂單元。數(shù)字信號處理第二半導體芯片也可以用密封樹脂單元封裝。可以通過注入成型和/或轉(zhuǎn)移模塑形成密封轉(zhuǎn)移單元。借助于單一的模塑工藝形成密封樹脂單元可維持較低的生產(chǎn)成本。
文檔編號H01L31/0203GK1606158SQ200410079420
公開日2005年4月13日 申請日期2004年6月11日 優(yōu)先權日2003年6月11日
發(fā)明者崔敬世 申請人:三星電子株式會社