專利名稱：晶片堆疊、集成電路器件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于集成光學器件領(lǐng)域，特別是集成照相機模塊，其具有諸如CCD傳感器 的圖像捕捉元件和例如折射和/或衍射透鏡的用于在圖像捕捉元件上對對象進行成像的 至少一個透鏡元件。集成器件意指所有組件被布置成明確限定的位置關(guān)系。此類集成照相 機模塊是例如優(yōu)選地以低成本在批量生產(chǎn)過程中制造的移動電話的照相機。更具體而言，本發(fā)明設(shè)計用于包括遮光罩的照相機模塊的光學器件，所述遮光罩 限定圖像捕捉器件的預定視場(FOV)，同時抑制來自此FOV外的點的射束路徑。本發(fā)明還涉 及表示多個此類光學器件的晶片規(guī)模封裝，具有多個遮光罩的遮光罩陣列及用于制造多個 照相機模塊和用于制造遮光罩襯底的方法。
背景技術(shù)：
特別是在具有照相機的移動電話領(lǐng)域，以及對于其它應用，期望的是具有能夠在 盡可能簡單的過程中以低成本批量生產(chǎn)的且仍具有良好的圖像質(zhì)量的照相機模塊。此 類照相機模塊包括沿著公共軸布置的至少一個透鏡元件和圖像捕捉元件且可從例如WO 2004/027880已知。已知照相機模塊是通過在盤形襯底(晶片)上復制多個透鏡元件、將襯 底堆疊且連接以形成晶片規(guī)模封裝(晶片堆疊)并切割該堆疊以便將單獨的照相機模塊相 互分離在晶片規(guī)模制造的。照相機模塊是集成光學器件，其包括諸如沿著光傳播的大體方向堆疊在一起的至 少一個透鏡和圖像捕捉器件的功能元件。這些元件被相互之間布置成預定空間關(guān)系(集成 器件)，使得不需要其它相互對準，使得只有集成器件就本身而言要與其它系統(tǒng)對準。透鏡元件的晶片規(guī)模復制允許用單個步驟來制造幾百個大體相同的器件，例如單 面或雙面UV壓印工藝。復制技術(shù)包括注塑成型、輥子熱壓印、平熱壓印、UV壓印。作為示 例，在UV壓印過程中，將靠模(master)結(jié)構(gòu)的表面拓撲復制到在襯底頂部上的諸如UV可 固化環(huán)氧樹脂的UV可固化復制材料的薄膜中。復制表面拓撲可以是折射或衍射光學有效 結(jié)構(gòu)，或兩者的組合。為了進行復制，例如由靠模制備承載多個復制部的復制工具，所述復 制部為要制造的光學結(jié)構(gòu)的負拷貝(negative copy)。然后使用該工具來對環(huán)氧樹脂進行 UV壓印?？磕？梢允窃谌廴诠枋蚬柚械墓饪讨圃旖Y(jié)構(gòu)、激光或電子束寫入結(jié)構(gòu)、經(jīng)過金剛 石切削的結(jié)構(gòu)或任何其它類型的結(jié)構(gòu)?？磕＿€可以是通過從(主)靠模((super)master) 的復制在多級生成過程中產(chǎn)生的次靠模(submaster)。在本文中所使用的意義的襯底或晶片是盤形或矩形板或任何在維度上穩(wěn)定、通常 透明的材料的任何其它形狀的板。晶片盤的直徑通常在5cm與40cm之間，例如，在IOcm與 31cm之間。其常常是圓筒形的，具有2、4、6、8或12英寸的直徑，一英寸約為2. 54cm。晶片 厚度例如在0. 2mm與IOmm之間，通常在0. 4mm與6mm之間。如果光需要穿過襯底，則襯底至少是部分透明的。否則，襯底也可以是不透明的。 在照相機模塊的情況下，至少一個襯底承載電光組件，類似于圖像捕捉器件，因此其可以是 硅或GaAs或其它基于半導體的晶片；其也可以是CMOS晶片，或承載CCD陣列或位敏檢測器陣列的晶片。
可以通過沿著對應于最小晶片尺度的方向(軸向)的軸堆疊晶片來制造此類集成 光學器件。該晶片包括功能元件，例如透鏡元件或圖像捕捉元件，在晶片上呈明確限定的空 間布置。通過以適當?shù)姆绞絹磉x擇此空間布置，可以形成包括多個大體相同的集成光學器 件的晶片堆疊，其中，光學器件的元件具有相互之間明確限定的空間關(guān)系并限定器件的主 光軸。通過隔離裝置，例如US 2003/0010431或WO 2004/027880中公開的多個單獨隔離 物或互連隔離矩陣，可以將晶片相互隔離，并且還可以在晶片之間的面對另一晶片的晶片 表面上布置透鏡元件。已知將遮光器或遮光罩設(shè)置在照相機模塊的頂部透鏡元件的前面。遮光器或遮光 罩是通過抑制來自視場(FOV)外面的點的射束路徑來限定圖像捕捉元件的此FOV的元件。 已知遮光罩由具有沿軸向的給定厚度的一層不透明材料和用于光透射的通孔組成。該通孔 通常沿著光可通過的軸向限定具有給定范圍的圓錐體。通孔的側(cè)壁的厚度以及形狀確定入 射光可以通過遮光罩并進入照相機模塊的FOV和最大角度(收集角)。常常期望收集角不 超過預定值。這是因為在較高角度下進入器件的光是漫射光和/或可以不直接落到圖像 捕捉元件的感光部分上，而是可以僅在照相機模塊內(nèi)部的一次或多次反射之后撞擊感光部 分。這可以導致由圖像捕捉元件生成的圖像中的偽象，并因此導致圖像質(zhì)量降低。已知遮光罩因此具有幾百μ m(例如，100 300 μ m)的厚度和相對于前壁的法線 方向以25 35°的角逐漸縮減的通孔側(cè)壁，使得形成具有變化橫截面的開口，所述橫截面 具有在1 3mm范圍內(nèi)的直徑。這將視場的全角限制于50至70°。通常將已知遮光罩制成單獨的部分。僅在完成制造之后、即在采用晶片規(guī)模制造 過程的情況下在切割步驟之后將其附著于集成照相機模塊。將每個單獨遮光罩附著于與之 相關(guān)的每個單獨照相機模塊的附加步驟是耗費時間且復雜的，因此是已知模塊和制造過程 的另一缺點。EP 1 434 426公開了一種用于集成照相機模塊的晶片規(guī)模制造方法，其中，將包 括孔的不透明隔膜(iris film)作為頂層沉積在晶片上，稍后，從該晶片切割單獨的照相機 模塊。隔膜材料由諸如丙烯酸膜或聚烯烴膜的膜制成，并且被結(jié)合到底層IR濾光板?；?者，可以通過在IR濾光器上或透鏡主體上印刷光屏蔽材料來形成隔膜材料。因此，由于非 常薄，所以隔膜不阻止以幾乎平行于隔膜平面的角進入照相機的漫射光。另一缺點是完全可經(jīng)由通孔進入光學系統(tǒng)、或至少頂部透鏡元件或隔膜層。這可 能導致?lián)p壞或污染。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的另一目的是提供可以以低成本在批量生產(chǎn)過程中制造的集成光學器件 及相應的制造過程。本發(fā)明的另一目的是提供包括多個大體相同的照相機和光學器件模塊的晶片規(guī) 模封裝。本發(fā)明的另一目的是提供具有多個遮光元件的遮光板及相應的制造方法。這些目的由根據(jù)相應獨立權(quán)利要求的用于提供遮光板、晶片堆疊、集成光學器件和遮光板的方法來實現(xiàn)。在從屬權(quán)利要求和說明書中描述了優(yōu)選實施例并在圖中示出。用于提供遮光板的方法是用于通過憑借在包括另外的功能元件的至少一個另外 的晶片上至少堆疊承載作為功能元件的多個透鏡的頂部晶片來產(chǎn)生晶片堆疊、并將該晶片 堆疊分離(切割)成多個集成光學器件而制造集成光學器件的方法的一部分，其中，所述頂 部晶片和另外的晶片的相應功能元件相互對準并限定多個主光軸。用于提供用于提供遮光 板作為集成光學器件的一部分的遮光板方法的方法包括步驟·提供包括多個通孔的遮光板，該通孔被布置為對應于頂部晶片上的功能元件的 布置；
·將所述遮光板堆疊在所述頂部晶片上，所述通孔與所述主光軸對準。這允許在切割之后提供包括遮光器的完整集成光學器件模塊。不需要用于添加遮 光器的其它步驟。該光學器件可能包括成像芯片，使其成為集成照相機模塊。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，該方法包括在將晶片堆疊切割成單獨的光學器件之前 在遮光板上堆疊透明蓋板的另一步驟。結(jié)果，所述集成照相機模塊還包括保護性蓋體，并且 可以將所述照相機模塊安裝在諸如移動電話的消費產(chǎn)品中而不需要在照相機上安裝保護 板或提供保護板作為消費產(chǎn)品的外殼的一部分。在上文中，堆疊的步驟通常包括例如借助于粘合劑將層粘合或結(jié)合在一起。晶片 堆疊組成晶片規(guī)模封裝。通過將所述晶片堆疊分離(切割或分割)成多個集成照相機模塊，由晶片堆疊或 晶片封裝來制造單個集成照相機模塊。根據(jù)從屬專利權(quán)利要求，其它優(yōu)選實施例是顯而易見的。可以將方法權(quán)利要求的 特征與器件權(quán)利要求的特征組合，反之亦然。
在下文中將參照附圖中示出的優(yōu)選示例性實施例來更詳細地解釋本發(fā)明的主題， 其示意性地示出圖1遮光板的立視圖；圖2和3具有遮光板的晶片堆疊的橫向剖視圖；以及圖4和5集成照相機模塊的橫向剖視圖。在圖中所使用的參考標號及其意義在參考標號列表中以概要的形式列出。原則 上，在圖中對相同的部分提供相同的參考標號。
具體實施例方式圖1示意性地示出遮光板的立視圖。遮光板1是晶片尺寸的，并包括通常布置成 網(wǎng)格或陣列的多個通孔6。通孔6從遮光板1的頂面11延伸到底面12并優(yōu)選地為圓錐形 狀。圖2和3示出具有遮光板1的晶片堆疊8的橫向剖視圖。晶片堆疊8自上而下包 括堆疊在承載例如第一透鏡9a和第二透鏡9b的頂部晶片2上的遮光板1。或者，頂部晶片 2可以僅在其頂面上或僅在其底面上承載透鏡。可以借助于復制過程在頂部晶片2上制造 透鏡，或者可以使其成形為頂部晶片2本身。頂部晶片2被堆疊在另一晶片4，可以通過隔離晶片3將其與該另一晶片4分離。另一晶片4承載成像或照相機芯片9c作為另外的功 能元件。每個照相機芯片9c與相應的透鏡或透鏡組9a、9b對準，并因此連同周圍的結(jié)構(gòu)組 件2、3、4 一起形成集成照相機。每個此類集成照相機或集成光學器件限定主光軸14。圖3 示出與圖2不同的實施例，不同之處在于其另外包括堆疊在遮光板1上的透明蓋板5。其它 實施例可以包括布置在頂部晶片2與另一晶片4之間的例如透鏡的其它層。在圖中未示出可以位于各種層之間的粘合劑層、和到照相機芯片9c的電連接。
遮光板1中的通孔6包括通常為圓錐形狀的側(cè)壁7，其相對于遮光板1的法線方向 或其頂面11以20 40°、優(yōu)選地25 35°的角逐漸縮減。根據(jù)照相機規(guī)則來確定準確 的角度且其通常約比照相機的視場大2°?；蛘?，側(cè)壁可以是垂直的，或者沿另一方向逐漸 縮減，即朝著底部打開。在本發(fā)明的其它實施例中，側(cè)壁不是筆直的，而是圓角或倒角的。遮光板1的厚度在0. 1至0. 5或1毫米的范圍內(nèi)，通孔6的頂部開口的寬度是約 1至3或5毫米，并且底部開口的寬度是例如0. 3毫米左右。遮光板1優(yōu)選地由光學不透明材料制成。遮光板1的制造過程本身可以是模制、 沖壓、或另一復制過程。作為材料，優(yōu)選地使用有或沒有填充材料的諸如熱塑塑料或環(huán)氧樹 脂的塑料材料。用于制造晶片堆疊的方法包括堆疊組成晶片堆疊的晶片和隔離物的步驟，所述晶 片堆疊包括遮光板1和可選的蓋板5。用于制造單獨光學元件的方法包括切割晶片堆疊8、 將其分離成多個集成照相機器件8的另一步驟。在圖2和3中示出相應的切割線13。圖4 和5示出通過此分離步驟產(chǎn)生的集成照相機模塊的橫向剖視圖。雖然已在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中描述了本發(fā)明，但應清楚地理解的是本發(fā)明不限 于此，而是可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)以各種方式體現(xiàn)和實施。標號列表1 遮光板2 頂部晶片3 隔離晶片4 另一晶片5 蓋板6 通孔、光圈孔7 側(cè)壁8 晶片堆疊9a 第一透鏡9b 第二透鏡9c 照相機芯片10 集成照相機器件11 頂面12 底面13 切割線14 光軸
權(quán)利要求
在一種用于通過憑借在包括另外的功能元件(9c)的至少一個另外的晶片(4)上至少堆疊承載作為功能元件的多個透鏡(9a、9b)的頂部晶片(2)來產(chǎn)生晶片堆疊(8)、并將該晶片堆疊(8)分離成多個集成光學器件(10)而制造集成光學器件(10)的方法中，其中，所述頂部晶片和另外的晶片(2、4)的相應功能元件相互對準并限定多個主光軸(14)，每個軸對應于一個集成光學器件(10)，一種用于提供遮光板作為集成光學器件(10)的一部分的方法，包括步驟·提供包括多個通孔(6)的遮光板(1)，所述通孔(6)被布置為對應于頂部晶片(2)上的功能元件的布置；·將遮光板(1)堆疊在頂部晶片(2)上，通孔(6)與所述主光軸(14)對準。
2.權(quán)利要求1的方法，包括在將晶片堆疊(8)分離成單獨的光學器件(10)之前在遮光 板(1)上堆疊透明蓋板(5)的另一步驟。
3.一種用于制造集成光學器件(10)的晶片堆疊(8)，晶片堆疊(8)包括承載作為功能 元件的多個透鏡(9a、9b)的至少頂部晶片(2)，包括另外的功能元件(9c)的至少一個另外 的晶片(4)，頂部晶片(2)被堆疊在該另外的晶片上，其中，頂部晶片和另外的晶片(2、4)的 相應功能元件相互對準并限定多個主光軸(14)，其中，晶片堆疊(8)還包括包含多個通孔(6)的遮光板(1)，遮光板(1)被堆疊在頂部 晶片⑵上，通孔(6)用所述主光軸(14)布置。
4.權(quán)利要求3的晶片堆疊(8)，還包括堆疊在遮光板(1)上的透明蓋板(5)。
5.權(quán)利要求3或權(quán)利要求4的晶片堆疊(8)，其中，通孔(6)的側(cè)面(7)相對于遮光板 (1)的法線逐漸縮減并具有在20 40°、優(yōu)選地25 35°之間的角。
6.權(quán)利要求3至5之一的晶片堆疊(8)，其中，遮光板(1)的厚度在0.1至1毫米的范 圍內(nèi)。
7.權(quán)利要求3至6之一的晶片堆疊(8)，其中，遮光板(1)由光學不透明材料制成。
8.一種集成光學器件(10)，其是通過將所述晶片堆疊(8)分離成多個集成光學器件 (10)由根據(jù)權(quán)利要求3至7中的一項的晶片堆疊制造的。
9.一種用于集成光學器件(10)的遮光板(1)，供在權(quán)利要求1至2中的一項的方法中 使用，其中，遮光板(1)包括多個通孔(6)。
全文摘要
一種集成光學器件(10)和一種用于通過憑借在包括另外的功能元件(9c)的至少一個另外的晶片(4)上堆疊至少承載作為功能元件的多個透鏡(9a、9b)的頂部晶片(2)來產(chǎn)生晶片堆疊(8)、并將該晶片堆疊(8)分離成多個集成光學器件(10)而制造集成光學器件(10)的方法，其中，所述頂部晶片和另外的晶片(2、4)的相應功能元件相互對準并限定多個主光軸(14)，提供遮光板作為集成光學器件(10)的一部分，包括步驟提供包括多個通孔(6)的遮光板(1)，所述通孔(6)被布置為對應于頂部晶片(2)上的功能元件的布置；將遮光板(1)堆疊在頂部晶片(2)上，通孔(6)與所述主光軸(14)對準。
文檔編號H01L31/0216GK101971341SQ200880127081
公開日2011年2月9日 申請日期2008年12月16日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者H·魯?shù)侣? M·羅西 申請人:赫普塔岡有限公司