相机模块封装技术.doc

相机模块封装技术(上)(Amkor Technology，AZ 85248，USA安靠封装测试(上海)有限公司)中图分类号：TN30594 文献标识码：D 文章编号：1004-4507(2005)05-0022-07关键词：传感器；相机模块；无源器件；封装数字影像传感器市场在过去5年中的增长迅速，不但归功于数字静态相机，更归功于相机模块在移动电话中的应用(称之为“手机相机”)。这种增长方式将在未来数年中持续，并将主要得益于在移动电话中的应用。图1显示了预计仅由移动电话所带动的相机模块增长曲线。在2004年售出的手机相机已有近2亿部，而到2008年时预计这一数字将达到6亿部。数字影像传感器除了手机相机之外还有更广泛的应用领域，例如用于监视、数字静态照相机、个人电脑摄像头、医疗仪器、条形码读码器、个人数字助理、玩具以及汽车应用产品等。从定义上而言，相机模块是封装起来的相机，也就是说它包括传感器、镜头系统以及在诸多场合中采用的影像处理芯片。相机模块有许多组装方式(见图2)，而大多设计采用的是柔性和刚性基板相结合的方式，包括：(1)在基板上放置裸芯片模块，而将无源器件放在柔性电路中；(2)将影像传感器位于信号处理芯片顶部的堆叠芯片模块放在基板上，而将无源器件置于柔性电路中或将无源器件也放在一块基板上；(3)将预先封装的影像传感器和无源器件表面安装在基板上；普遍用于预封装的晶圆规模化(Wafer-Scalle)技术由Shellcase开发。由于相机模块用于移动电话应用领域，因此尺寸、重量和成本均至关重要。1 相机模块封装材料相机模块的封装始于一组标准材料，包括硅芯片、芯片粘连环氧树脂、金导线、层压陶瓷基板、柔性电路、无源器件以及连接器。独特的方面涉及支架、镜筒、镜头元件、红外滤镜和相关的粘合剂。支架和镜筒通过注射模塑法制作。模塑材料的临界特性(Critical Property)包括熔体粘度、模压收缩率、拉伸模量、抗张强度、热膨胀系数(CTE)以及负荷变形温度。更为普遍采用的材料是液晶聚合物、聚亚苯基硫化物(PPS)、聚亚苯基氧化物(PPO)以及聚碳酸酯丙烯腈一丁二烯一苯乙烯共聚物(表1)。由于这些材料具有宽泛的临界特性，这就要求具备关于预定工艺流程的具体知识、必要资质并考虑现场应用环境才能做出合适选择。就镜头材料而言，临界光学特性包括折射系数、阿贝值、透光度和雾度(见表2)。从制程和稳定性方面看，热胀系数、湿气敏感度和双折射可能性则很关键。“加工性能”(见表2)包括将原材料加工成为镜头元件的容易程度与成本；该性能很重要，因为镜头元件要求极其严格的空间尺度控制以满足光学性能的需要。最高工作温度也很重要，因为它约束着模块制造的工艺流程与合格性测试以及现场使用环境。 丙烯酸、聚碳酸酯、聚烯烃、Arton F、黄晶、Optores和玻璃是被普遍用于镜头元件的材料。这些材料在加工性能、湿气敏感度和工作温度方面有广泛的特性。此外，玻璃的热膨胀系数明显低于聚合物材料。基于这些显著的差别，显而易见，要合适地选择任何特定的应用产品，就必须具备关于预定工艺流程的具体知识、必要资质并考虑现场使用环境。对用于支架、镜筒和镜片粘合处理的可选粘合剂材料而言，适度的固化条件和低释气性对于保持镜头元件的光学性能十分重要(见表3)。粘合强度、玻璃态转化温度、拉伸模量和热膨胀系数对结构的可靠性至关重要。一些设计倾向采用黑色的支架粘合剂，以便防止杂散光影响影像传感器。2 相机模块装配制程相机模块的基本装配制程分为5个单独流程，分别针对晶圆、基板、支架、柔性电路以及模块(见图3)。除了镜筒插入过程经常由手工完成之外，晶圆、基板、支架和柔性电路的处理步骤一般是自动化的。而在某些装配厂中，镜筒插入也已自动化。现今，尽管一些制造商正在努力实现模块流程步骤的自动化，该流程的自动化普及程度仍较低。柔性粘合方法取决于相机模块装配所选择的工艺制程。在图3所示的装配制程场合下，镜筒已经被插入、定焦和锁定。对该制程而言，柔性电路粘合处理不能超越大多由塑料制成的镜头系统的最高耐受温度。因而，柔性粘合必须保证镜头温度不会升高典型的表面安装处理并不适用。低温固化粘合剂可应用，但在大多场合下，柔性粘合处理采用的是热条(Hot Bar)粘合法。在该方法中，用了焊料之后，将层压板与柔性电路的焊盘对准，热电极直接用在焊盘之下。即便采用了高温(例如：对于SnPb共晶体，温度达到240)，其持续时间也很短。无源器件置于柔性电路上的裸芯相机模块的另一个可选装配制程是先将基板装配件与柔性电路进行表面安装，然后插入镜筒(参见图3)。因而，只有支架会受焊接温度的影响。LCP或PPS模塑材料都适合该工艺流程。这种工艺流程可以采用标准的表面安装处理。模块安装流程的其余部分则采用悬摆柔性电路(Dangling Flex)完成。这通常会使对焦、锁定和测试过程的自动化处理变得困难。但是，这种流程却避免了分散的热条柔性粘连处理。制造商决定选择图3a和3b中的哪种流程要考虑成本和产量因素及其实施自动化的能力。如果要在两个设备之中纳入影像处理芯片，则应采用堆叠芯片粘连技术以确保封装具有相同的二维尺度。由于在大多数情况下影像传感器芯片比底部芯片大，要使用一片通常为硅材料的衬垫。对于预封装的影像传感器而言工艺流程要简单一些。预封装的影像传感器和其他设备与组件基本上采用表面安装处理。镜头系统的加入也会和图3的流程所示的相同。由于无须进行芯片粘连和导线连接处理，因此它对技术能力