曲面堆叠式图像传感器制造技术

本发明专利技术的曲面堆叠式图像传感器，采用很薄的柔性堆叠式图像传感器主体，并且结合具有内曲面的封装管，下硅片与内曲面相贴合，使得下硅片底部随着内曲面而弯曲成相应的弧度，从而减小了整个堆叠式图像传感器的体积，并且，采用透光玻璃进行顶部封装，透光玻璃与上硅片顶部具有空腔，空腔内充满惰性气体，空腔侧壁具有微通孔，在地面环境中，惰性气体可以保护堆叠式图像传感器主体的洁净度，当外界大气压发生变化时，空腔内的惰性气体可以从微通孔排出到外部或者外界的气体可以从微通孔进入到空腔内，从而保持空腔内的气压与外界气压相同或相近，无论在地面环境还是在太空环境都可以避免曲面堆叠式图像传感器发生爆炸或挤扁的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及半导体
，具体涉及一种曲面堆叠式图像传感器。
技术介绍
图像传感器是组成数字摄像头的重要组成部分。根据元件的不同，可分为CCD (Charge Coupled Device，电荷親合元件)和 CMOS (Complementary Metal-OxideSemiconductor，金属氧化物半导体元件)两大类。CMOS传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、较短曝光时间和日渐缩小的像素尺寸。为了实现更高的集成度，现在一个新的技术应运而生，即堆叠式图像传感器，通常的堆叠式图像传感器有上下两部分组成，上部分为BSI硅片，下部分为传统硅片。高集成的堆叠式图像传感器可以减少图像传感器的体积。太空探测已经成为世界科学领域努力的一个方向，探空探测可以探知未知的世界，促进人类社会科技的发展，更重要的是可以找到类似与地球的星球，为人类星球迀徙带来可能。太空探测需要在探测行走的卫星记录下所扫描到的太空中各种物体的形貌，这就不可缺少要用到图像传感器技术。由于卫星发送的限制，卫星上的图像传感器的体积和质量越小越好，因此，上述的高集成堆叠式图像传感器有望应用于太空探测中。但是，太空的环境不同于地球，太空处于高真空状态，处于太空中的上述堆叠式图像传感器将会发生爆裂或爆炸问题，导致堆叠式图像传感器无法应用于太空中。
技术实现思路
为了克服以上问题，本专利技术提供了一种堆叠式图像传感器，采用曲面结构以及具有空气隙的封装结构，来降低堆叠式图像传感器的体积，并且使堆叠式图像传感器能够很好的适应太空和地面之间气压变化。为了实现上述目的，本专利技术提供了一种曲面堆叠式图像传感器，包括堆叠式图像传感器主体和封装管壳；其中，所述堆叠式图像传感器主体包括:上硅片，其底部经减薄处理，具有感光传感器像素阵列以及上引出极区；所述感光传感器像素阵列用于探测图像信号；下硅片，其底部经减薄处理，具有感光传感器像素阵列所探测的图像信号的读出电路和输出接口电路、下引出极区；所述上硅片的底部和所述下硅片的上表面键合在一起；上引出极区和下引出极区通过第一绑定线相连；所述封装管壳包括内曲面、位于内曲面两侧的接触垫、以及位于封装管壳底部的焊点；在封装管壳上部具有将封装管壳封闭的透光玻璃；所述内曲面与所述下硅片底部相贴合，使得所述下硅片底部弯曲成与所述内曲面相同曲率半径的弧度；所述封装管壳的所述接触垫与所述下引出极区通过第二绑定线相连；所述堆叠式图像传感器主体上方具有空腔，所述空腔内充满惰性气体，所述空腔的侧壁具有微通孔。优选地，所述堆叠式图像传感器主体具有柔性，其厚度为5?40 μπι。优选地，所述封装管壳底部的焊点采用球状金球焊点，所述金球焊点与外部系统连接。优选地，空腔的侧壁具有微通孔以及微通孔上的可启闭结构；常态时，可启闭结构将微通孔关闭，这样，微通孔内的惰性气体无法流出到外部；当外界气压低于空腔内的气压时，可启闭结构两侧受到的压力不同而被空腔内的惰性气体向外冲开，这样，可启闭结构打开微通孔，空腔内的惰性气体流出到外部，从而使空腔内的气压与外界气压相同或接近；当外界气压高于空腔内的气压时，可启闭结构两侧受到的压力不同而被外界气体向内冲开，这样，可启闭结构打开微通孔，外界气体流入空腔内。优选地，所述封装管壳为陶瓷CBGA封装管壳，所述透光玻璃的热膨胀系数与所述陶瓷CBGA封装管壳的陶瓷材料的热膨胀系数的差值在(-1?1)范围内。优选地，所述下硅片具体包括:将感光传感器像素阵列探测的信号的读出电路和输出接口电路、用于提供电源的电压/电流相关的辅助模块以及锁相环路，在所述下硅片边缘具有下引出极区；所述下硅片的所述读出电路和输出接口电路包括:列采样/保持器、行选择器、增益采样器、数模转换器、模数转换器、移位寄存器、图像传感器处理器、高速数据接口、行/列控制器、像素模式切换器、增益放大器、数模选择器、时序发生器、系统逻辑控制器、控制寄存器组以及与控制寄存器组相连接的I2C接口 ；所述系统逻辑控制器用于控制所述读出电路和输出接口电路的开启；所述系统逻辑控制器与所述时序发生器、所述列采样/保持器、所述模数转换器、所述行/列控制器、所述像素模式切换器、所述增益放大器、以及所述数模选择器分别相连接，用于控制它们的启闭；所述时序发生器与所述列采样/保持器、所述模数转换器、所述行/列控制器、所述像素模式切换器、所述增益放大器、以及所述数模选择器分别相连接，用于设置所述列采样/保持器、所述模数选择器、所述行/列控制器、所述像素模式切换器、以及所述增益放大器的发生顺序；所述行/列控制器与所述行选择器、所述列采样/保持器相连，所述行/列控制器控制所述列采样/保持器选择待读取的一列像素，所述行选择器选择所述一列像素中的一个行像素；所述增益采样器具有多个且与所述感光传感器像素阵列中的列一一对应连接，用于采集所选择的所述待读取的一列像素中的一个行像素的数字数据并发送给数模转换器;所述数模转换器与所述增益采样器相连接，所述数模转换器将所述增益采样器发送来的数字数据转换为模型数据并且发送给所述增益采样器，所述增益采样器将所述数模转换器发送来的模型数据发送给模数转换器；所述模数转换器具有多个且与所述增益采样器一一对应连接，用于将所述增益采样器发送来的模型数据进行模数转换得到数字数据，并且发送数字数据给所述图像传感器处理器；所述图像传感器处理器与所述模数转换器相连接，将多个所述模数转换器发送来的所述数字数据进行处理，并且将处理后的数据通过所述高速数据接口传输出去；所述移位寄存器与所述感光传感器像素阵列相连接，当所述感光传感器像素阵列中的一列读取完之后移动一位；所述像素模式切换器与所述感光传感器像素阵列相连，用于改变所述感光传感器像素阵列的曝光模式；所述增益放大器与所述增益采样器相连，用于设置所述增益采样器的增益值；所述数模选择器与所述图像传感器处理器相连，用于选择所述图像传感器处理器将数据输出的方式。优选地，所述高速数据接口为双通道并行数据接口。优选地，所述双通道中的每个通道为12位并行数据输出。优选地，所述高速数据接口为六通道串行数据接口。优选地，所述六通道包括:四个高速数据传输接口通道，一个高速数据时钟接口通道，以及一个高速数据控制接口通道。本专利技术的曲面堆叠式图像传感器，通过设置相互堆叠的上硅片和下硅片，并且对上硅片底部和下硅片底部进行减薄处理，从而形成厚度很薄的堆叠式图像传感器主体，由于堆叠式图像传感器主体很薄，因此其具有柔性特征，也就是可弯曲；再结合具有内曲面的封装管，内曲面与堆叠式图像传感器主体底部相贴合，从而使堆叠式图像传感器主体底部形成与内曲面相同的弧度而与内曲面良好的贴合在一起，并且在封装管的上方采用透光玻璃进行封装，透光玻璃与堆叠式图像传感器主体之间形成空腔，空腔内充满惰性气体，在封装管的侧壁上具有微通孔，微通孔用于空腔内的惰性气体的排出或外界气体从微通孔进入空腔，从而始终保持封装管内部的气压与外界气压相同，特别是在真空环境中，空腔内的惰性气体从微通孔排出到外界，从而使得封装管内部也成为真空状态，避免堆叠式图像传感器在太空中发生爆裂或爆炸问题，也避免了当堆叠式图像传感器从太空返回地面时发生被挤扁的问题。此外，在地面环境中，惰性气体可以保持封装本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曲面堆叠式图像传感器，其特征在于，包括堆叠式图像传感器主体和封装管壳；其中，所述堆叠式图像传感器主体包括：上硅片，其底部经减薄处理，具有感光传感器像素阵列以及上引出极区；所述感光传感器像素阵列用于探测图像信号；下硅片，其底部经减薄处理，具有所述感光传感器像素阵列所探测的图像信号的读出电路和输出接口电路、以及下引出极区；所述上硅片的底部和所述下硅片的上表面键合在一起；上引出极区和下引出极区通过第一绑定线相连；所述封装管壳包括内曲面、位于内曲面两侧的接触垫、以及位于封装管壳底部的焊点；在封装管壳上部具有将所述封装管壳封闭的透光玻璃；所述内曲面与所述下硅片底部相贴合，使得所述下硅片底部弯曲成与所述内曲面相同曲率半径的弧度；所述封装管壳的所述接触垫与所述下引出极区通过第二绑定线相连；所述堆叠式图像传感器主体上方具有空腔，所述空腔内充满惰性气体，所述空腔的侧壁具有微通孔。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李琛，周伟，赵宇航，
申请(专利权)人：上海集成电路研发中心有限公司，成都微光集电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：上海;31