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新一代晶圆级封装技术解决图像传感器面临的各种挑战
来源:  作者:本站


  固态图像传感器要求在环境大气中得到有效防护。第一代图像传感器安装在带玻璃盖的标准半导体封装中。这种技术能使裸片得到很好的密封和异常坚固的保护,但体积比较庞大,制造成本也比较高。引入晶圆级封装后,制造工艺成本可以被晶圆上的所有合格裸片共同分担,因此成本有了显著降低,封装厚度也几乎减小了一个数量级。材料、装配工艺和半导体技术的不断创新将使这一趋势得以继续。现代固态图像传感器已经成为日常用品,总的封装厚度只有数百个微米,甚至能够满足汽车可靠性要求。

  固态图像传感器

  固态图像传感器是一种建立在硅片晶圆之上的相当传统的半导体裸片,每个裸片都有一个光敏感区域。为了确保长使用寿命,图像传感器裸片要求隔离于环境大气。引起故障的主要原因包括:

  1.腐蚀

  空气,或者更准确地讲是正常空气中所含的湿气,会极度腐蚀半导体的裸片。功能性半导体是一种非常复杂的多层组件,最外层是非常精细的铝制母线条。金属铝拥有非常高的电位势,当与其它金属接触并在有湿气的情况下组成回路时将发生快速的腐蚀效应。而根据功能需要,半导体的外部连线一般都会采用铝以外的金属制作,因此永远保持图像传感器裸片的干燥是非常重要的。

  2.机械损伤

  图像传感器的光敏感区域覆盖有微型半球状透镜阵列。该透镜将落在成像区域中每个图像单元(像素)上的光线聚焦到半导体的光线敏感区域。图像传感器的其它区域对光线不敏感,因为它们是与每个像素相关的一些电子元件和走线。这些微型透镜采用软性聚合体材料,非常精密,任何物理接触都会导致难以修复的损伤。

  3.遮盖

  现代固态图像传感器上单个像素的边长通常只有3μm,甚至更小,与普通空气中的灰尘颗粒相比要小得多。而位于每个像素上面的微型透镜不仅软和容易受损,而且由于静电充电和表面化学特性而有些粘。这意味着一旦灰尘颗粒落在像素上就无法被清除。显然,如果灰尘颗粒的大小接近像素大小,它会阻挡入射光线,导致图像上呈现黑色像素。人眼对图像中的静态缺陷非常敏感,即使单个死像素也会令人不快。

  解决上述所有故障因素的有效方法是将每个图像传感器封装起来。密封的封装可以阻止湿气达到裸片,而玻璃盖又允许光线射到敏感区域,还能保护机械损伤和颗粒遮盖。

  陶瓷图像传感器封装

  这种封装与传统半导体用的封装是一样的,除了用玻璃或石英代替传统的金属或陶瓷盖。封装的四壁和基座约1mm厚,盖子约500μm厚。陶瓷封装体积非常大,这是因为管芯底槽必须足够大才能适应装配和裸片尺寸容差。另外,裸片周围还有一圈焊盘,从而增加了封装的X/Y尺寸。再利用精细的金属线将这些焊盘与裸片上的绑定焊盘连接起来。封装的电气连接是通过下侧的边或周边引线或通过反面的焊盘或焊球阵列实现的。包含这些互连在内的封装总高度约为5mm。
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