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TWI289365B - Wafer scale image module - Google Patents

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TWI289365B
TWI289365B TW094134100A TW94134100A TWI289365B TW I289365 B TWI289365 B TW I289365B TW 094134100 A TW094134100 A TW 094134100A TW 94134100 A TW94134100 A TW 94134100A TW I289365 B TWI289365 B TW I289365B
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photoreceptor
lens group
wafer level
level image
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Peter Zung
Hsiao-Wen Lee
Tzu-Han Lin
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Visera Technologies Co Ltd
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    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10F—INORGANIC SEMICONDUCTOR DEVICES SENSITIVE TO INFRARED RADIATION, LIGHT, ELECTROMAGNETIC RADIATION OF SHORTER WAVELENGTH OR CORPUSCULAR RADIATION
    • H10F39/00—Integrated devices, or assemblies of multiple devices, comprising at least one element covered by group H10F30/00, e.g. radiation detectors comprising photodiode arrays
    • H10F39/011—Manufacture or treatment of image sensors covered by group H10F39/12
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    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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  • Multimedia (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
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Description

1289365 九、發明說明： 、【發明所屬之技術領域】 ° 本發明係與影像模組有關，特別是指一種晶圓級影像 模組的組裝方法、影像模組結構及其組裝設備。 5【先前技術】 如第十二圖所示，係為一般常見的CMOS影像模組 (8〇)，其主要係利用一鏡片座(Lens Holder)(81)罩設於一感 > 應晶片（82)，鏡片座（81)設有一可旋轉之鏡片筒（Lens
Barrel)(83)’鏡片筒(83)中央設有一透鏡組(84)，當透鏡組(84) / 1〇成像於感應晶片（82)時，藉由旋轉鏡片筒(83)可以改變透鏡 -組(84)與晶片（82)之間的距離，進而使光線聚焦於感應晶片 (82)。 如第十三圖所示，亦有另一種如W02004/027880號專 利案所述之影像模組，其包含有一影像擷取件（1〇3)以及一 15透鏡組(111、127)，透鏡組(111、127)係呈堆疊狀地與影像 | 擷取件(103)相互貼合，使光線可經由透鏡組(ln、127)成像 於影像擷取件(103)，而該專利案之特點在於，影像擷取件 (103)與透鏡組(m、127)皆係利用積體電路製程所製造，因 : 而可縮小影像模組之體積，使影像模組適用於手機、pda 2〇等消費性電子裝置。 然而’在製造上述專利案之影像模組時，透鏡組(m、 127)常會受到製程及溫度的影響而產生變形，進而使得透鏡 組(111、127)實際製作後的成品焦距與設計理論焦距約有 0〜50μιη的誤差，當上述專利案實行時，常常無法正確地將 4 1289365 光線聚焦於影像擷取件(103)，造成透鏡組(iu、127)所成像 之影像呈離焦(0ut_0f-f0cus)狀態（如第十三圖中之虛線區域 A或B)，而且，當透鏡組(ln、127)設於影像擷取件(1〇3) 上的時候，也會因為二者各自都具有不同的厚度尺寸變 5異，如玻璃晶圓每片約有〇〜2〇μπι的厚度誤差，因而造成堆 疊後更不易控制透鏡組(111、127)與影像擷取件(1〇3)之間的 距離，同樣會產生透鏡組(111、127)無法正確聚焦於影像擷 _ 取件(103)之問題。s ^ ίο 【發明内容】 - 口此，本發明之主要目的乃在於提供一種晶圓級事傻 _ 额，其具有一調整件，該調整件可補償焦點偏移量 隹。 本發明之另一目的在於提供一種晶圓級影像模組之組 15裝設備，其可原地調整與測試影像模組，使影 、 _ n較佳。 观、且之成 赞目的則在於提供—種日日日81級影像模組之 Ixe方法，其可使影像模組之成像品質較佳。 為達成前揭目的，本發明所提供之晶圓級 包含有一感光器、一透鏡組，以及一調整件，該、=^ 用以感應光線而輪出電性訊號，該透鏡組仙㈣:二係 像於該感光H，而該調整件係設於域光器與如心成 =該調整件用以補償該透鏡組與該感光器之d 移篁，使該透鏡組將光線正確聚焦於誠光器/偏 稽此，本 5 1289365 發明即可利用調整件之。結^，達到使該晶圓級影像模 組之 成像品質較佳的目的。 【實施方式】 5 、，以下，茲配合圖式舉若干較佳實施例，用卩對本發明 做詳=說明，其中所用之圖式先簡要說明如下： 第一圖係本發明第一較佳實施例之剖視圖； 弟。一圖係本叙明弟一較佳實施例中所使用之組裝設 的立體圖； 10 第二圖係本發明第一較佳實施例之示意圖，主要顯示 曰曰圓級影像模組預定位於組裝設備之狀態； 第四圖係本發明第一較佳實施例之示意圖，主要顯示 晶圓級影像模組設於測試台之狀態； 第五圖係顯示成像於感光器之影像係呈離焦狀態； 15 第六圖係類同於第四圖，其中調整件係設於第一晶圓 (感光裔）與弟二晶圓（透鏡組)之間； 第七圖係顯示調整件設於晶圓級影像模組之後，感光 器之成像狀態； 第八圖係顯示成像於感光器之影像呈正焦狀態； 20 第九圖係本發明第二較佳實施例之剖視圖； 第十圖係本發明第三較佳實施例之剖視圖，·以及 第十一圖係本發明第四較佳實施例之剖視圖。 請參閱第一圖所示，係為本發明第一較佳實施例所提 供之晶圓級影像模組(10),晶圓級影像模組(1〇)包含有一感 6 1289365 光器(20)、一調整件(25)，以及一透鏡組(30)，該感光器(20) e 可為互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide
Semiconductor，CMOS)，或是感光麵合元件(Charge Coupled
Device, CCD)，感光器(20)可因感應到光線而輸出電性訊 5號，感光器(20)之頂側設有一可透光之間隔片（22)，該間隔 片（22)主要係用以保護感光器（2〇)免於受到外界污染及水 氣侵入；該調整件(25)具有玻璃球(Glass Ball Spacer)或是纖 維材料(Fiber Spacer)，調整件(25)係以濺鍍、點膠或是網印 之方式塗佈在感光器(20)之間隔片（22)頂面，調整件(25)的 1〇厚度約為1〜50μιη，其厚度係依據焦深要求及焦點偏移量而 決定；另外，調整件(25)亦可利用厚膜光阻製程設於間隔片 (22)，或是直接以玻璃板製成；當然亦可製作於透鏡層(3〇) 上。 該透鏡組(30)係可利用透明UV聚合材料模製成形，或 15是以蝕刻(EtchinS)方式製成，透鏡組(30)覆設於調整件(25) 上方’使調整件(25)介於透鏡組(3〇)與感光器(2〇)之間，用 以控制透鏡組(30)與感光器(2〇)之間的距離，外界光線可經 由穿過透鏡組(30)而成像於感光器(2〇)，由於透鏡組(3〇)成 像於感光器(20)之焦點偏移量約為〇〜5〇μπι，因此，當調整 2〇件(25)設於透鏡組(30)與感光器(2〇)之間時，藉由調整件 本身所具有的厚度，即可補償透鏡組(3〇)之焦點偏移量，使 透鏡組(30)之聚焦精度控制於焦深要求以内，如對於光圈值 (^Ν〇)等於2·8及感應器像素大小為3·6μιη的影像模組，其 聚焦精度要求約為1〇μιη，藉由調整件(Μ)補償光線可正:霍 7 1289365 地聚焦(in-f〇cus)於感光器(20) 〇 © §要製造上述晶圓級影像模組(10)的時候，主要係利用 一組裝設備(40)進行原地(in-situ)組裝及測試晶圓級影像模 組(10)之製造工作，卩下先針對組裝設備㈣之細部進 5 行說明。 請參閱第二至第四圖所示，組裝設備(4〇)包含有一定位 調整器(42)、一訊號擷取器(43)、一訊號處理器(46)，以及 一接合器(t)〇nding)(48);定位調整器(42)包括一基座(5〇)以 及一測試台（51)，基座(50)設有一可滑移之托盤(52)與一夾 1〇具單元(54)，托盤(52)可相對於基座(5〇)移出或收入，藉以 取放晶圓級影像模組(10)，夾具單元(54)係用以定位晶圓級 影像模組（10)，並使晶圓級影像模組（1〇)置放於測試台 (51);訊號擷取器(43)包含有一探針卡(44)，訊號擷取器(43) 設於定位調整器（42)之基座(5〇)内，訊號處理器(46)則電性 I5連接於訊號擷取器(43)，訊號處理器(46)用以判斷晶圓級影 像模組(10)所擷取之影像訊號是否呈聚焦狀，而接合器(48) 用以結合晶圓級影像模組(1〇)之感光器(2〇)、調整件(25)與 透鏡組(30)。 η 以下將說明利用上述組裝設備(4 〇)製造晶圓級影像模 20組(1〇)之製造方法，包含有下列步驟： 步驟一 ·以積體電路製程(Integrated Circuits)製備一第 一晶圓(56)，如第二圖所示，第一晶圓(56)具有多數感光器 (20)，各感光器（20)具有一第一對準標記(First Alignment Mark)。 8 1289365 步驟一 1以積體光學製程(Integrated Optics)製備一第二 晶圓（58) ’第二晶圓（5幻具有多數透鏡組(30)，各透鏡組(30) 具有苐一對準標記(Second Alignment Mark)。 步驟二：先將第一晶圓（56)設於組裝設備(40)之托盤(52) 5内’再使第二晶圓（58)疊合於第一晶圓（56)，各透鏡組(30) 之第二對準標記對正於各感光器(2〇)之第一對準標記；接著 如第三圖所示，利用夾具單元(54)預定位(pre-bonding)第一 θ晶圓（5幻及第二晶圓（58)，並且使第一晶圓（56)及第二晶圓 (58)置放於測試台（5丨），第一晶圓（56)之各感光器(2〇)對應於 ίο 探針卡(44)。 步驟四：如第四圖所示，測試台（51)帶動晶圓級影像模 組(10)電性連接於探針卡(44)，同時，測試台（51)可依測試 需求而平移晶圓級影像模組(10)，或使其呈傾斜狀。 步驟五：利用訊號處理器(46)接收訊號擷取器(43)之電 I5性訊號，進而得到各透鏡組(3〇)成像於各感光器(2〇)的焦點 偏移量’用以判斷感光器（20)係呈正焦（in_f〇cus)或離焦 (out-of-focus)狀態(如第五圖所示），以及區分出離焦狀態為 遠焦(far focal)或近焦(near focal)狀態。 步驟六：將托盤(52)移出基座(50)，並於第一晶圓（56) 2〇及弟一晶圓（58)之間塗佈調整件(25)，使調整件(25)位於各 透鏡組(30)與各感光器(20)之間，如第六圖所示，再使晶圓 級影像模組(10)電性連接於探針卡(44)。 步驟七：如是感光器(20)所產生之影像將如第七圖所示 影像品質改善，若仍呈現稍微離焦狀態時，則再重複步驟 9 1289365 六，直到所使用調整件(25)可補償上述之焦點偏移 里至如弟八圖所示之正焦狀態為止。 步驟八：_夾具單元(54)崎已補償焦闕移量之第 一晶圓（56)與第二晶圓（58)，再利用接合器(48)結合第一晶 5圓(56)、調整件(25)，與第二晶圓(58)。 步驟九：切割第一晶圓(56)與第二晶圓(58)，即可成形 晶圓級影像模組(10)。 '經由上述組裝設備(40)及製法之說明，當各透鏡組(3〇) 疊合於各感光器(20)時，利用訊號處理器(46)判斷出感光器 1〇 (20)所接收到的光線是否呈聚焦狀態，如果感光器(2〇)呈離 焦狀態時，則可進一步改變調整件(25)的厚度，使感光器(2〇) 呈正焦狀態，藉以確保晶圓級影像模組(1〇)之成像品質，同 時’利用控制調整件(25)設於感光器(20)之厚度，即可調整 透鏡組(30)與感光器(2〇)之間的距離，補償透鏡組(3〇)及感 15光裔(2〇)之間的焦點偏移量，使透鏡組(30)較為正確地聚焦 於感光器(20)。 藉此，本發明即可利用調整件之結構，達到使影像模 組之成像品質較佳的目的。 再如第九圖所示，係為本發明第二較佳實施例所提供 2〇之晶圓級影像模組(60)，其結構與第一較佳實施例大致相 同，包含有一感光器(61)、一透鏡組(62)，以及一介於二者 之間的調整件(63)，特點在於：透鏡組(62)包含有呈堆疊狀 之一第一穿透部(64)以及一第二穿透部(65)，第一穿透部(64) 及第二穿透部(65)之間利用一第一墊片（66)相互接合，第二 1289365 穿透，(65)之頂面設有一第二藝片（67)，第一穿透部(64)係 接合於調整件(幻）’使透益兄組(62)與感光器(61)相互疊合， 第一穿透部(64)及第二穿透部(65)皆呈透明狀，並且可將光 線成像於感光器（61)，藉以使影像模組具有更多的影像特 5 性。 而如第十圖所示，係為本發明第三較佳實施例所提供 之晶圓級影像模組(70) ’其組成構件與第二較佳實施例大致 θ相同，特點則在於：感光器（71)之間隔片（72)具有一開口 (73)，開口（73)係對應於感光器(71)之感光區域；另如第十 1〇 一圖所示，係為本發明第四較佳實施例所提供之晶圓級影 ‘模組(75)，其特點則在於調整件(76)係直接設於感光器（77) 之表面，而透鏡組(78)之第一穿透部(79)則貼合於調整件 (76)’藉此’上述之較佳實施例皆可達到本發明之發明目的。
11 1289365 。【圖式簡單說明】 第一圖係本發明第一較佳實施例之剖視圖； 第二圖係本發明第一較佳實施例中所使用之組裝設備 的立體圖； ，5 第三圖係本發明第一較佳實施例之示意圖，主要顯示 晶圓級影像模組預定位於組裝設備之狀態； θ 第四圖係本發明第一較佳實施例之示意圖，主要顯示 • 晶圓級影像模組設於測試台之狀態； 第五圖係顯示成像於感光器之影像係呈離焦狀態； 10 第六圖係類同於第四圖，其中調整件係設於第一晶圓 - (感光裔）與第二晶圓（透鏡組)之間； 第七圖係顯示調整件設於晶圓級影像模組後之感光器 的成像狀態； 第八圖係顯示成像於感光ϋ之影像呈正焦狀態； 15 ，九圖係本發明第二較佳實施例之剖視圖； • ，十圖係本發明第三較佳實施例之剖視圖； ，十-圖係本發明第四較佳實施例之剖視圖； 第十二圖縣影賴組之示意圖；以及 ' 針三圖係為另H影像模組之示意圖。 12 1289365 【主要元件符號說明】 10晶圓級影像模組 20感光器 22間隔片 25調整件 30透鏡組 40組裝設備 42定位調整器 5 43訊號擷取器 44探針卡 46訊號處理器 48接合器 50基座 51測試台 • 52托盤 58第二晶圓 60晶圓級影像模組 54夾具單元 56第一晶圓 10 61感光器 62透鏡組 63調整件 64第一穿透部 65第二穿透部 66第一墊片 一 67第二墊片 70晶圓級影像模組 71感光器 72間隔片 73開口 15 75晶圓級影像模組 • 76調整件 79第一穿透部 77感光器 78透鏡組 13

Claims (1)

1289365 、申請專利範圍： 種晶圓級影像模組，包含有： —感光器，該感光以感應光線 以及—透鏡組，該魏_㈣將舰錢於 間，^整件》雜件係設於誠光胃與該透鏡組之 调整件用以控制該透鏡組與該感光器離， 使該透鏡_級聚t、(in_f_)於碱光器。 —Λ依據f請專利範圍第1項所述之晶圓級影像模組，其 中该透鏡組包含有呈透明狀之―第—穿透部以及一第二穿 透部’該第-穿透部及該第二穿透部之間利用__第〆整片 相互接合，該第一穿透部係接合於該調整件。 3·依據申請專利範圍第丨項所述之晶圓級影像模組，其 中該第二穿透部之頂面設有一第二墊片。 15 4.依據申請專利範圍第1項所述之晶圓級影像模組，其 中該感光器與該調整件之間具有一呈透明狀之間隔片。 5·依據申請專利範圍第4項所述之晶圓級影像模組，其 中該間隔片具有一開口，該開口係對應於該感光器之感光 區域。 6·依據申請專利範圍第1項所述之晶圓級影像模組，其 20中該調整件具有玻璃球(Glass Ball Spacer)或是纖維材料 (Fiber Spacer)。 7·依據申請專利範圍第1項所述之晶圓級影像模組，其 中該感光器係為互補性氧化金屬半導體(Complementary Metal-Oxide Semiconductor，CMOS) 〇 1289365 處理器用以判斷該影像模組之影像訊號是否呈聚焦狀；以 及 一接合器，係用以結合該感光器、該調整件與該透鏡 組0 5 13.依據申請專利範圍第12項中所述之組裝設備，其中 該定位調整器另包含一夾具單元，該夾具單元係用以將經 該定位調整器定位完成之該感光器、該調整件及該透鏡組 進行鉗緊(clamp)，並用以進入該接合器。 14. 依據申請專利範圍第12項中所述之組裝設備，其中 ίο 該定位調整器另包含有一測試台，該測試台係用以承置該 晶圓級影像模組，並且帶動該晶圓級影像模組電性連接於 該訊號擷取器。 15. 依據申請專利範圍第12項中所述之組裝設備，其中 該訊號擷取器具有一探針卡，該探針卡係電性連接於該晶 15圓級影像模組之感光器。
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