Meta AR/VR专利提出减少现有摄像头模块的物理封装尺寸

小编广东客 | 分类：专利 | 发布日期 2024年6月5日

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减少现有摄像头模块的物理封装尺寸

（映维网Nweon 2024年06月05日）对于AR/VR头显，小型化是一个关键的方面，而厂商都在积极尝试一系列的组件小型化技术。Meta认为，通过使用高密度互连HDI技术制造摄像头模块，可以减少现有摄像头模块的物理封装尺寸。根据实施例，摄像头模块包括图像传感器芯片、一段HDI载带和耦合在一起形成摄像头模块的无源电子元件。

图像传感器芯片可以电耦合到具有金色螺柱凸起的HDI载带的第二侧。金螺柱凸点可用于将图像传感器的粘合垫耦合到HDI载带的痕迹的暴露部分。所述图像传感器芯片可配置为倒装芯片芯片，以降低键合的堆叠高度，

图像传感器芯片可以使用例如热声波粘合或热压缩粘合粘合到HDI载带。根据实施例，图像传感器芯片可以是使用通硅孔转换为倒装芯片配置的线键合芯片。

可以在图像传感器模具的至少一部分上施加成型以保护图像传感器模具并将图像传感器模具耦合到HDI载带。成型和HDI载带的尺寸可以与图像传感器模具的尺寸大致相同，以保持整个摄像头模块封装的减小尺寸。

所述HDI载带可以是具有图像传感器端、连接器端和柔性互连部分的柔性互连载带。所述HDI载带可包括通过柔性互连部分从图像传感器端延伸至连接器端的走线。所述走线将所述图像传感器电耦合至连接器，以使外部电路能够访问所述图像传感器芯片或与所述图像传感器芯片通信。

HDI载带可以包括包围走线的柔性绝缘层。柔性绝缘层可以是柔性聚合物薄膜。连接器可以耦合到HDI载带，并且可以包括许多连接垫。

无源电子元件可以耦合到HDI载带的第二侧。所述无源电子元件的位置可正好与所述HDI载带的图像传感器芯片相对，这样所述图像传感器芯片和所述无源电子元件均位于所述HDI载带的图像传感器端。

无源电子元件可以包括电阻、电容、电感和二极管等。无源电子元件可以使用例如锡膏电耦合到HDI载带。所述无源电子元件可以覆盖一层模塑。成型层可以将电子元件物理地耦合到HDI载带，并且可以为元件提供保护。所述成型层可为所述摄像模块的图像传感器端增加刚性，并可对所述图像传感器模具和所述无源电子元件的热量进行导热和散热。

图1A示出了使用柔性互连载带102制造的摄像头模块100的透视图。根据实施例，摄像头模块100被配置为提供与图像传感器芯片的占用空间大致相同的小占用空间，以支持例如头戴式显示器应用。

根据实施例，摄像头模块100包括传感器端104、连接器端106和柔性互连部分108。摄像头模块100的实现提供了一种小尺寸和轻量化的封装。摄像头模块100包括根据实施例从图像传感器端104延伸到连接器端106的柔性互连载带102。摄像头模块100包括根据实施例使用柔性互连载带102将图像传感器端104耦合到连接器端106的柔性互连部分108。

根据实施例，柔性互连载带102配置为将一个或多个电子元件电偶接到一个或多个其他电子元件。柔性互连载带102可以作为高密度互连HDI载带的一段来实现。柔性互连载带102包括厚度T、宽度W和长度l。

厚度T可约为0.13 mm至0.18 mm。柔性互连带102的厚度T可根据制造它的若干层而变化。例如，柔性互连载带102可以包括包含若干走线110的顶层和底层。所述层可以是柔性聚合物薄膜的柔性绝缘层。柔性互连载带102可以包括4层、6层或更多层。

根据各种实施例，迹线110将图像传感器端104耦合到连接器端106。柔性互连载带102的宽度W可以从一端变化到另一端。柔性互连带102的宽度W可以是连接器端106的连接器112的宽度，可以是柔性互连部分108的宽度，并且可以是图像传感器端104的宽度。

长度L可包括图像传感器端104的长度（例如图像传感器芯片的长度或宽度），加上连接器112的长度，加上柔性互连部分108的长度。

摄像头模块100的图像传感器端104包括部分封闭的图像传感器芯片。开口116可以是模制118中的孔。成型118可设置在柔性互连带102，并至少部分设置在图像传感器模具。根据实施例，模具118设置在图像传感器模具之上，以保护图像传感器模具。

摄像头模块100包括根据实施例将其应用于图像传感器端104上的柔性互连带102的第二表面的成型120。塑件120至少部分封装耦合到柔性互连带102的第二表面的若干电子元件。

在一个实施例中，成型120为图像传感器端104提供刚性，保护图像传感器模具不会弯曲或损坏，并提供远离电子元件的散热。所述电子元件可以是无源电子元件，并且可以包括电阻、电容器、电感和二极管等。

连接器端106包括柔性互连载带102、连接器112和若干焊盘122的一部分。焊盘122是导电焊盘，其耦合到走线110。焊盘122电耦合到位于图像传感器端104上的图像传感器芯片，并根据实施例为图像传感器芯片的各种连接提供外部接口。

图1B示出了摄像头模块100的横截面侧视图。在图1B中，根据实施例，将摄像头模块100的图像传感器模例示为图像传感器模例124，将摄像头模块100的电子元件示为电子元件128。根据实施例，图像传感器芯片124耦合到柔性互连载带102的第一侧126，电子元件128耦合到柔性互连载带102的第二侧130。

图像传感器芯片124被配置为在底面上具有多个导电垫的倒装芯片芯片，以促进与柔性互连载带102的第一侧126的电耦合。图像传感器模具124可以是用若干通硅孔（tsv） 132修改的线键合模具。

tsv 132可以在具有最大表面积的图像传感器芯片124的两侧之间形成电连接。tsv 132可将图像传感器芯片124的像素阵列侧的键合垫134耦合到图像传感器芯片124的相反的非像素阵列侧。

tsv 132可以耦合到位于图像传感器芯片124的非像素阵列侧的键合垫或镀表面，以支持与金螺柱凸块136的耦合。金螺柱凸块136是互连垫，可实现为由金制成的螺柱凸块。

图像传感器芯片124包括像素阵列114，像素阵列114可以包括多个组件。像素阵列114可以包括多个像素，每个像素单独配置为将光转换为可传输到走线110的电信号。

根据实施例，电子元件128和成型120被配置为支持图像传感器模具124的操作，并且配置为为摄像头模块100提供刚度。电子元件128和成型120被配置为支持操作并减少对图像传感器模具124的损坏的可能性。

电子元件128耦合到可访问且暴露在柔性互连载带102的第二侧130上的走线110。根据实施例，电子元件128可以是无源元件，并且可以包括但不限于电容器、电阻、电感和二极管。

根据实施例，成型120可以导热远离电子元件128、远离柔性互连带102和远离图像传感器模具124的热量。根据实施例，成型120可以配置为散热从电子元件128、柔性互连带102和图像传感器模具124传递的热量。

根据实施例，摄像头模块100可以包括配置成至少部分覆盖图像传感器芯片124的盖板玻璃142。根据实施例，盖板玻璃142可以耦合或粘附到柔性互连带102上，以覆盖和保护像素阵列114。

盖板玻璃142可以耦合到模塑118上。盖板玻璃142可以耦合到模件118以在像素阵列114和盖板玻璃142之间形成气隙144。由盖板玻璃142定义的气隙144可以保护像素阵列114免受污垢、灰尘或其他障碍物的侵损。

图1C示出了摄像头模块100的示例平面视图。如图所示，tsv 132可以分布在像素阵列114的外围。tsv 132可以耦合到图像传感器芯片124的各种组件14。组件146的示例可以包括像素阵列读出电路、处理电路、易失性存储器、非易失性存储器、驱动电路等。

例如，tsv 132可以用片上走线148耦合到元件146。片上走线148可以是位于图像传感器芯片124上和内部的导电连接。根据实施例，片上走线148、tsv 132、金钉凸点136和走线110在焊盘122和组件146之间提供电耦合，以使外部能够访问图像传感器芯片124的特征。

图2A和2B说明了用于将线键合模转换为倒装芯片模的图像传感器模200和工艺270。图像传感器芯片200是已转换为作为倒装芯片芯片运行的线键合芯片的一个示例。一般而言，线键合图像传感器芯片在与像素阵列相同的表面上具有键合垫，并且倒装芯片图像传感器芯片在与具有像素阵列的表面相反的表面上具有键合垫。

根据实施例，图像传感器芯片200可包括若干层，其中形成各种电路以支持成像操作。图像传感器芯片200可以包括衬底层202，可以是硅衬底层或块状衬底层。图像传感器芯片200可包括在衬底层202上形成的绝缘层204，并且绝缘层204可支持例如晶体管的操作。

图像传感器芯片200可具有形成于绝缘体层204之上的多晶硅层206，并且可包括由绝缘体材料210分离的多晶硅组件208的一个或多个沉积层。图像传感器芯片200可包括第一金属层212，该第一金属层212包括金属互连214，例如，该金属互连214可配置为连接到诸如源216和漏极218等其他组件。

图像传感器芯片200可包括第二多晶硅层220，多晶硅层220可包括多晶硅组件222。多晶硅组件222可与其他组件组合以形成例如多晶硅电容器224或其他器件。根据实施例，图像传感器芯片200可包括第二金属层226，该第二金属层226可通过多个过孔228连接到第一金属层212。第二金属层226可包括金属互连238，其可用于将键合垫240耦合到图像传感器芯片200的其他层上的组件。

根据实施例，图像传感器芯片200可包括多个附加层230，其中像素232形成为像素阵列234的一部分。附加层230可以包括诸如过孔236、金属层、绝缘体层、硅层等附加组件。根据实施例，可以在图像传感器芯片200的表面水平上形成键合垫240，以实现与外部电路的电耦合。

图像传感器模具200可以通过粘合剂244或模塑耦合到盖板玻璃242。在一个实施例中，在用模塑部分封装图像传感器模具200之前，将盖板玻璃242应用于图像传感器模具200。盖板玻璃242可以悬挂在像素阵列234之上，以在像素阵列234之上形成气隙246。

一种线键合模可以使键合垫与其它元件或封装基板从模的上表面进行键合。图像传感器芯片200使用设置在芯片底面上的粘接垫从底面耦合到柔性互连带，以降低包含该芯片的摄像头模块的堆叠高度。

根据实施例，tsv 248通过从上表面250到下表面252的图像传感器芯片200的几层形成，以使图像传感器芯片200能够从与像素阵列234的表面相对的表面耦合到柔性互连带。tsv 248将粘合垫240连接到粘合垫254。焊盘254可以在底面252的tsv 248的开口上镀薄来实现。

焊盘254是可用于不同互连技术的端子，例如金螺柱凸点、铜凸点或焊料球。根据实施例，金螺柱凸点256耦合到粘合垫254，以实现从金螺柱凸点256到图像传感器芯片200内组件的电气连接。

图2B示出了将线键合模转换为倒装芯片模的工艺270。

在272，工艺270根据实施例选择一种线键合图像传感器模具。

在274，工艺270激光从上表面粘合垫到模具底部钻孔。上表面粘接垫的例子包括粘接垫240。在钻孔孔后，工艺270可以包括用导电材料，例如铜、金或合金电镀或填充孔内部的通道。

在276，工艺270将导电镀层应用于所述过孔。导电电镀的例子包括焊盘254。所述导电电镀可包括覆盖所述通孔的底面的镍金合金电镀工艺，以保护所述模具的底部，并为金螺柱凸模联轴器准备衬垫或表面。

在278，工艺270将粘合剂应用于模具的顶表面。所述粘合剂可以与用于将图像传感器固定到柔性互连载带上的成型材料相同。所述粘合剂可以是电绝缘和导热的。根据实施例，处理块278继续处理块280。

在280，工艺270位置在粘合剂上覆盖玻璃。覆盖玻璃可以是覆盖玻璃242。

在282，工艺270将金螺柱凸起到模具底面的导电镀层。底镀层可作为薄焊盘所述金螺柱凸点可以是包含金、铜或另一种能够热音键合或热压键合的合金的螺柱凸点。

图3A-3F说明了使用柔性互连载带制造摄像头模块100的方法。

图3A示出根据实施例将电子元件128安装到柔性互连载带102上。根据实施例，电子元件128是无源电子元件，其耦合到柔性互连载带102的图像传感器端104上的走线110的暴露部分。

电子元件128可具有0.2 mm至0.3 mm的高度。根据实施例，将电子元件128耦合到走线110，通过走线110将电子元件128电耦合到位于连接器端106上的连接器112。

图3B示出了根据实施例在电子元件128成型120的应用。成型120覆盖并保护电子元件128。根据实施例，成型120为柔性互连载带102的图像传感器端104提供刚性。成型120同时可以从柔性互连载带102和电子元件128传递和散热。

例如，电子元件128上的成型厚度MT可以为0.1 mm厚。在一个实施例中，成型厚度MT具有0.05 mm-0.5 mm厚范围内的值。然而，所述模塑120层除模塑厚度MT外，可以将包括所述电子元件128的厚度，从而使模塑120至少部分地填充电子元件128之间的间隙。由于柔性互连带102的厚度或高度可能为0.13 mm，锡膏可能为0.05 mm厚，电子元件128可能为0.2 mm-0.3 mm厚，成型厚度MT可能为0.1 mm厚，因此摄像头模块100的这些部分的总厚度可能为0.48-0.58 mm厚。

图3C示出将金螺柱凸块136连接到图像传感器芯片124的粘合垫。螺柱凸点可以具有非球形，可以部分呈圆锥形，或者可以为球形。在将线键合模转换为倒装芯片模结构时，可以将键合垫或导电镀层添加到tsv 132的底边。

图3D示出了图像传感器芯片124与柔性互连载带102的粘合。根据实施例，图像传感器芯片124可以使用热声波（TS）粘合或热压缩（TC）粘合粘合到柔性互连载带102上。

TC粘接力可以降低，因为在柔性载带表面上的粘接可以用比印刷电路板材料所需的更小的力进行。TS和TC粘接可以包括使用导电环氧树脂、非导电浆料或各向异性导电浆料。TS粘合可以包括同时用超声波信号加热粘合金螺柱凸起136到柔性互连带102，并固化环氧树脂，NCP或ACP。然而，TC粘合可以包括将带压缩的热应用于将金螺柱凸起136粘合到柔性互连载带102。

根据实施例，可在图像传感器芯片124和柔性互连带102之间应用下填料302，其可将图像传感器芯片124热偶到柔性互连带102，以帮助散热来自图像传感器芯片124的热量。

图3E示出，在保持像素阵列114的曝光的同时，在图像传感器芯片124的部分应用模塑118。模具结构可位于图像传感器模具124上方，并且所述模具结构可使模具化合物被注射或转移到图像传感器模具124和围绕像素阵列114的外围。

图3F示出在像素阵列114应用覆盖玻璃142以保护像素阵列114。根据各种实施例，盖板玻璃142可以用粘合剂粘附到柔性互连载带102、模塑118或图像传感器模具124上。

图3G示出将透镜组件304添加到摄像头模块100。透镜组件304可以配置为将入射光聚焦到像素阵列114上。根据实施例，透镜组件304可包括透镜306和将透镜306悬挂在距像素阵列114预定距离处的主体308。在实施例中，可以使用主动对准过程连接透镜组件304，包括使用机器视觉、摄像头模块的图片和/或摄像头模块100部分的对准标记。