攝像頭模組及其裝配方法與流程

本發明涉及半導體制造領域，尤其涉及一種攝像頭模組的裝配方法。

背景技術：

目前，主流的圖像傳感器（cis：cmosimagesensor）的封裝方法包括：芯片級封裝（chipscalepackage，csp）、板上集成封裝（chiponboard，cob）及倒裝芯片封裝（flipchip，fc）。

ciscsp是一種目前普遍應用在中低端、低像素（2m像素或以下）圖像傳感器的封裝技術，可采用dielevel（芯片級）或waferlevel（晶圓級）封裝技術。該封裝技術通常使用晶圓級玻璃與晶圓bonding并在晶圓的圖像傳感器芯片之間使用圍堰隔開，然后在研磨后的晶圓的焊盤區域通過制作焊盤表面或焊盤面內孔側面環金屬連接的硅穿孔技術（tsv：throughsiliconvia）或切割后焊盤側面的t型金屬接觸芯片尺寸封裝技術，并在晶圓背面延伸線路后制作焊球柵陣列（bga：ballgridarray），然后切割后形成單個密封空腔的圖像傳感器單元。后端通過smt的方法形成模塊組裝結構。但是，csp封裝具有如下明顯的問題：1影響產品性能：厚的支撐玻璃對光的吸收、折射、反射及散射對圖像傳感器尤其是小像素尺寸產品的性能具有很大的影響；2可靠性問題：封裝結構中的構件之間的熱膨脹系數差異及空腔內密封氣體在后面的smt工藝或產品使用環境的變化中出現可靠性問題；3投資規模大、環境污染控制要求大，生產周期較長，單位芯片成本較高尤其對于高像素大尺寸圖像傳感器產品。

ciscob封裝是一種目前普遍應用在高端、高像素產品（5m像素或以上）圖像傳感器的dielevel（芯片級）封裝技術。該封裝技術把經研磨切割后的芯片背面bonding在pcb板的焊盤上使用鍵合金屬導線，裝上具有ir玻璃片的支架和鏡頭，形成組裝模塊結構。但是，cob封裝如下明顯的問題：1、微塵控制非常困難，需要超高的潔凈室等級，制造維持成本高；2、產品設計定制化、周期長、靈活度不夠；3不容易規模化生產；

cisfc封裝最近興起的高端、高像素（5m像素或以上）圖像傳感器的dielevel（芯片級）封裝技術。該封裝技術把在焊盤做好金素凸塊經研磨切割的芯片焊盤直接與pcb的焊盤通過熱超聲的作用一次性所有接觸凸塊與焊盤進行連接，形成封裝結構。后端通過pcb外側的焊盤或錫球采用smt的方法形成模塊組裝結構。但是，fc封裝如下明顯的問題：1該封裝對pcb基板要求很高，與si具有相近的熱膨脹系數，成本很高；2制造可靠性難度很大，熱超聲所有凸塊與焊盤連接的一致性要求非常高，凸塊與焊盤硬連接，延展性不好；3微塵控制難度大、工藝環境要求高，成本很高；

此外，以往的cis模組的裝配方法是：

步驟1，將圖像傳感器芯片焊接到電路板上，形成第一個部件；

步驟2，將鏡頭模塊與套筒模塊組裝，形成第二個部件；

步驟3，將第一個部件和第二個部件組裝，從而形成一個完整的攝像頭模組。

此種攝像頭模組的裝配方法有如下缺點：對于攝像頭模組而言，需要使用高精密的安裝設備才能進行上述步驟3的精確安裝，否則將影響到攝像頭模組的成像效果，進而裝配而成的攝像頭模組的成品合格率不高；尤其是對于高像素的攝像頭模組，使用普通的安裝設備很難較好地完成上述步驟3的精確安裝，使得高像素的攝像頭模組的成像效果受到較大影響，所成圖像的成像質量較差，尤其是圖像四周的成像質量明顯不好。

并且，在采用金屬導線鍵合的圖像傳感器芯片封裝工藝中，通常先將圖像傳感器芯片固晶（例如粘附）到轉接板（柔性電路板）上，然后進行鍵合焊線，將金屬導線的第一端連接于圖像傳感器芯片的焊盤上，第二端連接于轉接板上，由此實現圖像傳感器芯片和轉接板的電氣連接，然后再將封裝后的圖像傳感器芯片通過轉接板上的引線或錫球連接到電路板上。

現有導線鍵合方法容易造成封裝后的結構靈活性較差，攝像頭模組的后續裝配精度要求高，鏡頭和圖像傳感器芯片的相對位置難以控制影響攝像頭模組的性能；而且由于現有方法的流程較長，封裝效率較低，導致圖像傳感器芯片較長時間暴露于空氣中，需要多次的檢測和清洗，降低良品率，增加攝像頭模組的成本。尤其是，對于一些金屬導線第二端采用其他工藝進行連接的圖像傳感器芯片，需要一種新的鍵合方法和裝置，以使導線的第一端連接于圖像傳感器芯片的焊盤，第二端懸空于圖像傳感器芯片之外。

綜上所述，亟需一種實現高像素、大芯片尺寸圖像傳感器的低成本、高性能、高可靠性、超薄的封裝結構技術。

技術實現要素：

基于以上考慮，提出一種攝像頭模組的裝配方法，包括以下步驟：

提供具有懸空金屬導線的圖像傳感器芯片，所述金屬導線的第一端鍵合于所述圖像傳感器芯片的焊盤，第二端懸空于所述圖像傳感器芯片；

將所述圖像傳感器芯片與設置有透光窗口的支撐框架裝配成一封裝件，所述封裝件中圖像傳感器芯片、透光窗口及支撐框架形成腔體，減少外部異物對圖像傳感器芯片的污染；然后通過所述金屬導線的第二端將所述封裝件與電路板及鏡頭模塊裝配形成攝像頭模組。

優選的，所述金屬導線形成彈性結構，且所述金屬導線的第二端低于所述圖像傳感器芯片下表面5微米至300微米。

優選的，于所述封裝件的電性測試過程中，所述金屬導線的彈性結構發生彈性形變以提供接觸壓力，提高金屬導線與測試裝置的電學連接性能；于所述封裝件與電路板的裝配過程中，所述金屬導線的彈性結構發生彈性形變以提供接觸壓力，提高金屬導線與電路板的電學連接性能。

優選的，通過焊接方式、壓合接觸方式、超聲鍵合方式、導電膠粘合方式將所述金屬導線的第二端與所述電路板電學連接。

優選的，在所述封裝件與電路板裝配過程中，

當所述封裝件的腔體為密封時，通過控制p/(273+t)的值在某一范圍內變化，使得所述腔體內部、腔體外部的氣壓差小于20%，其中p為腔體的外部壓強，t為腔體外部的攝氏溫度，以減少裝配過程中腔體內外氣壓差對封裝件的損傷；

當所述封裝件的腔體為非密封時，通過控制p/(273+t)的值在某一范圍內變化，使得所述腔體內部、腔體外部的氣壓差小于20%，其中p為腔體的外部壓強，t為腔體外部的攝氏溫度，減少腔體內外氣流流動，從而減少裝配過程中外界異物對芯片的沾污。

本發明還提供一種攝像頭模組，包括：

圖像傳感器芯片，所述圖像傳感器芯片電學連接有懸空的金屬導線，所述金屬導線的第一端鍵合于所述圖像傳感器芯片的焊盤，第二端懸空于所述圖像傳感器芯片；

支撐框架，設置有透光窗口，適于與圖像傳感器芯片裝配成一封裝件；

鏡頭模塊，適于裝配于封裝件中的支撐框架內并與電路板裝配成攝像頭模組；

電路板，所述電路板與所述封裝件通過所述金屬導線的第二端電學連接。

優選的，所述金屬導線形成彈性結構且所述金屬導線的第二端低于所述圖像傳感器芯片下表面5微米至300微米。

優選的，所述金屬導線的第二端與所述電路板通過焊接方式、壓合接觸方式、超聲鍵合方式、導電膠粘合方式電學連接

本發明的攝像頭模組的裝配方法使用普通的安裝設備就能精確地對攝像頭模組進行組裝，克服了現有技術中攝像頭模組的裝配方法需要采用高精度的安裝設備的不足，本發明的裝配方法簡單易行，易于調整圖像傳感器芯片至鏡頭的焦平面，易于矯正鏡頭和圖像傳感器芯片的傾斜度，以保證攝像頭模組裝配完成后的光學性能，本發明的裝配步驟使得所述攝像頭模組具有高質量的成像效果，尤其是對于高像素的攝像頭模組，能夠使其圖像四周的成像質量顯著提高。

本發明通過將圖像傳感器的芯片切割后通過鍵合金屬導線形成懸空的金屬導線，并且進一步將鏡頭模組組裝至圖像傳感器芯片上，再通過金屬導線的懸空端與電路板進行電學連接，并且金屬導線為彈性結構，能發生彈性形變，能更好的提高電學性能，比傳統csp的焊盤、bga及焊錫三者smt連接更具有工藝優勢

本發明使用金線直接連接芯片與pcb基板焊盤，金線延展性能好，環境適應性強，可靠性佳。本發明的支撐框架可與圖像傳感器芯片形成開放結構，有效的減少光線在攝像頭模組中的雜散光，提供模組性能。。

本發明的各個方面將通過下文中的具體實施例的說明而更加清晰。

附圖說明

通過參照附圖閱讀以下所作的對非限制性實施例的詳細描述，本發明的其它特征、目的和優點將會變得更明顯。

圖1為依據本發明實施例的具有懸空金屬導線的圖像傳感器芯片的示意圖；

圖2為依據本發明實施例的封裝件的示意圖；

圖3為依據本發明實施例的攝像頭模組的裝配初始狀態示意圖；

圖4為依據本發明實施例的攝像頭模組的裝配完成狀態示意圖；

圖5為依據本發明的攝像頭模組的裝配方法的流程圖。

在圖中，貫穿不同的示圖，相同或類似的附圖標記表示相同或相似的裝置（模塊）或步驟。

具體實施方式

在以下優選的實施例的具體描述中，將參考構成本發明一部分的所附的附圖。所附的附圖通過示例的方式示出了能夠實現本發明的特定的實施例。示例的實施例并不旨在窮盡根據本發明的所有實施例。可以理解，在不偏離本發明的范圍的前提下，可以利用其他實施例，也可以進行結構性或者邏輯性的修改。因此，以下的具體描述并非限制性的，且本發明的范圍由所附的權利要求所限定。

為了更清晰地闡述本發明的封裝方法，在下面的實施例中，采用玻璃作為基板。本領域技術人員能夠理解的是，基板也可以由其它透明的材質構成。

圖1為依據本發明實施例的具有懸空金屬導線的圖像傳感器芯片的示意圖；圖2為依據本發明實施例的封裝件的示意圖；圖3為依據本發明實施例的攝像頭模組的裝配初始狀態示意圖；圖4為依據本發明實施例的攝像頭模組的裝配完成狀態示意圖；圖5為依據本發明實施例的攝像頭模組的裝配方法的流程圖。

如圖5所示，并請同時參考圖1至圖4該封裝方法包括以下步驟：

首先，執行步驟s11：提供具有懸空金屬導線120的圖像傳感器芯片110，所述金屬導線120的第一端121鍵合于所述圖像傳感器芯片110的焊盤111，第二端122懸空于所述圖像傳感器芯片110。

在該步驟中，圖像傳感器芯片110的正面有圖像感應區112，以及環繞圖像感應區112的焊盤區域113，焊盤區域113包含有若干焊盤111。本步驟中金屬導線120的第二端懸空不與任何介質相鍵合，金屬導線為金線、銀線、銅線等具有良好導線性能，并為彈性結構，在作用力于第二端122時能發生彈性形變；

請同時參考圖2至圖4，步驟s12：將所述圖像傳感器芯片110與設置有透光窗口133的支撐框架131裝配成一封裝件200，所述封裝件200中圖像傳感器芯片110、透光窗口133及支撐框架131形成腔體134，減少外部異物對圖像傳感器芯片110的污染；然后通過所述金屬導線的第二端122將所述封裝件200與電路板300及鏡頭模塊130裝配形成攝像頭模組。

在本步驟中，具有懸空金屬導線的圖像傳感器芯片110與支撐框架131裝配在一起，在一實施例中支撐框架131的內表面還具有臺階1311，適于裝配一封裝基板140，封裝基板140為玻璃材質、塑料材質，封裝基板140的表面覆蓋有ir膜或ar膜；在另一實施例中未設置臺階1311和封裝基板140，在鏡頭模塊130靠近圖像感應區112的表面直接覆蓋ir膜或ar膜。

在完成圖像傳感器芯片110與支撐框架131的裝配后，通過金屬導線的第二端122通過焊接方式、壓合接觸方式、超聲鍵合方式、導電膠粘合方式將封裝件200與電路板300、鏡頭模塊130裝配形成攝像頭模組400，需要指出的是，鏡頭模塊130裝配于支撐框架131對應于透光窗口的區域，裝配的順序既可以在金屬導線第二端122電性連接于電路板300的焊盤310之前，也可在金屬導線第二端122電性連接于電路板300的焊盤310之后。

在所述封裝件與電路板裝配過程中，當所述封裝件的腔體為密封時，通過控制p/(273+t)的值在某一范圍內變化，使得所述腔體內部、腔體外部的氣壓差小于20%，其中p為腔體的外部壓強，t為腔體外部的攝氏溫度，以減少裝配過程中腔體內外氣壓差對封裝件的損傷；當所述封裝件的腔體為非密封時，通過控制p/(273+t)的值在某一范圍內變化，使得所述腔體內部、腔體外部的氣壓差小于20%，其中p為腔體的外部壓強，t為腔體外部的攝氏溫度，減少腔體內外氣流流動，從而減少裝配過程中外界異物對芯片的沾污。

具體的，在第一實施例中采用壓合接觸方式則通過第二端122與電路板300上的焊盤310良好接觸，封裝件200通過卡扣或粘接的方式與電路板300的部分區域固定。

在第二實施例中，采用焊接方式，具體方式為：于金屬導線的第二端122或者電路板300的焊盤310上鍍一層金錫合金焊接層，通過局部快速焊接，控制焊接區域的熱量傳導，以不影響鏡頭部件的性能；

（一）焊盤鍍金錫合金方式：s201提供攝像頭模組，所述攝像頭模組包含有對溫度敏感的鏡頭，所述攝像頭模組還包含有一端懸空的與圖像傳感器芯片電學連接的金屬導線；s203提供具有若干焊盤的電路板；s205所述電路板的焊盤預先附著焊料層，對金屬導線懸空端與電路板的焊盤進行快速焊接。金屬導線為金線，金線的直徑大于等于10微米，焊料層為錫層，通過控制錫層的厚度，使得在后續的快速局部焊接中，金線與錫層能夠形成穩定的金含量較高的金錫合金焊接層。在另外一實施例中：電路板的焊盤預先附著焊料層的步驟還包括：s206采用印刷工藝與電路板的焊盤上附著焊料，回流焊形成焊料層。在另一實施例中，電路板的焊盤預先附著焊料層的步驟還包括：s206’采用波峰焊工藝于電路板的焊盤上附著焊料層。在一實施例中，控制錫層的厚度的方法包括：控制波峰焊工藝的參數，使得錫層厚度小于金線直徑。在另一實施例中，控制錫層的厚度的方法包括：采用印刷工藝于電路板的焊盤上附著錫膏，回流焊形成錫層，采用風刀方式、吸槍吸取方式或焊頭粘附方式使得錫層厚度小于進行厚度。錫層厚度小于金線厚度，金錫合金在焊接過程中，具有良好的材質優勢，能減小晶脆，具有流動性好，電阻率低，導熱性好的特點。快速焊接包括：脈沖熱壓焊工藝、激光焊接工藝、超聲熱壓焊工藝，并且快速焊接為局部焊接方式，加熱范圍小于所述攝像頭模組底部面積的1/2。

（二）金屬導線第二端122鍍金錫合金方式，s101提供攝像頭模組，所述攝像頭模組包含有對溫度敏感的鏡頭，所述攝像頭模組還包含有一端懸空的與圖像傳感器芯片電學連接的金屬導線；s103提供具有若干焊盤的電路板；s105所述金屬導線的懸空端預先附著焊料層，對金屬導線懸空端與電路板的焊盤進行快速焊接。金屬導線為金線，金線的直徑大于等于10微米，焊料層為錫層，通過控制錫層的厚度，使得在后續的快速局部焊接中，金線與錫層能夠形成穩定的金含量較高（富金）的金錫合金焊接層，其中錫層厚度小于金線厚度，金錫合金在焊接過程中，具有良好的材質優勢，能減小晶脆，具有流動性好，電阻率低，導熱性好的特點。快速焊接包括：脈沖熱壓焊工藝、激光焊接工藝、超聲熱壓焊工藝，并且快速焊接為局部焊接方式，加熱范圍小于所述攝像頭模組底部面積的1/2。

在第三實施例中，采用導電膠粘合方式，具體的金屬導線的懸空端預先附著導電膠，在本實施例中導電膠為錫膠，對金屬導線懸空端與電路板的焊盤進行固化進行電氣連接。由于錫膠具有良好的粘合性、導電性可以用于做點電極漿料，在固化后根據可控的仍具有很好的性能。金屬導線為金線，金線的直徑大于等于5微米，錫膠的厚度為2微米至100微米。固化方式采用熱固化或uv固化的方式進行。本實施例中錫膠的成分為：環氧樹脂膠或者uv膠，和微小銀片的混合物，錫膠的厚度為：2微米至100微米。此外還可采用：電路板的焊盤預先附著錫膠，對金屬導線懸空端與電路板的焊盤進行固化并電氣連接。由于錫膠具有良好的粘合性、導電性可以用于做點電極漿料，在固化后根據可控的仍具有很好的性能。金屬導線為金線，金線的直徑大于等于5微米，錫膠的厚度為2微米至100微米。固化方式采用熱固化或uv固化的方式進行。本實施例中錫膠的成分為：環氧樹脂膠或者uv膠，和微小銀片的混合物，錫膠的厚度為：2微米至100微米。本實施例中導電膠還可采用具有導電性能的其他金屬材質。

在形成封裝件200后，還可以對封裝件200進行測試，于所述封裝件200的電性測試過程中，所述金屬導線120的彈性結構發生彈性形變以提供接觸壓力，由于金屬導線的第二端122低于所述圖像傳感器芯片110下表面5微米至300微米（請參見圖1，距離為h），提高金屬導線120與測試裝置（未標注）的連接性能；并且在于所述封裝件200與電路板300的裝配過程中，所述金屬導線120的彈性結構發生彈性形變以提供接觸壓力，由于金屬導線的第二端122低于所述圖像傳感器芯片110下表面5微米至300微米（請參見圖1，距離為h），可提高金屬導線與電路板的連接性能。請參考圖4，圖4中虛線120’顯示的為封裝件200未與電路板300裝配時，金屬導線120的第一形狀狀態；實線120’’顯示的為封裝件200與電路板300裝配完成后，金屬導線的第二形狀狀態，此時金屬導線的第二形狀狀態發生彈性形變，金屬導線的第二端與焊盤的接觸更為良好，有利于信號的傳輸，此時第二端與焊盤接觸面積為大于等于0.01平方毫米。

本發明還提供一種攝像頭模組，其特征在于，包括：圖像傳感器芯片，所述圖像傳感器芯片電學連接有懸空的金屬導線，所述金屬導線的第一端鍵合于所述圖像傳感器芯片的焊盤，第二端懸空于所述圖像傳感器芯片；支撐框架，設置有透光窗口，適于與圖像傳感器芯片裝配成一封裝件；鏡頭模塊，適于裝配于封裝件中的支撐框架內并與電路板裝配成攝像頭模組；電路板，所述電路板與所述封裝件通過所述金屬導線的第二端電學連接。金屬導線形成彈性結構且所述金屬導線的第二端低于所述圖像傳感器芯片下表面5微米至300微米。金屬導線的第二端與所述電路板通過壓合接觸方式、快速焊接方式、導電膠粘合方式或非導電膠粘合方式的方式連接。對于本領域技術人員而言，顯然本發明不限于上述示范性實施例的細節，而且在不背離本發明的精神或基本特征的情況下，能夠以其他的具體形式實現本發明。因此，無論如何來看，均應將實施例看作是示范性的，而且是非限制性的。此外，明顯的，“包括”一詞不排除其他元素和步驟，并且措辭“一個”不排除復數。裝置權利要求中陳述的多個元件也可以由一個元件來實現。第一，第二等詞語用來表示名稱，而并不表示任何特定的順序。