CN1633162A - 图像拾取模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种图像拾取模块，包括半导体芯片以及光学元件，所述半导体芯片包括光敏元件阵列，所述光学元件将光线导入所述光敏元件阵列，其中所述光学元件包括至少一个光聚焦单元以及光遮蔽层，所述光学元件位于光入射侧，而不是在所述半导体芯片上，所述半导体芯片与所述光学部件通过粘接剂接合在一起，并且所述粘接剂至少设置在没有被所述光遮蔽层遮蔽光线的位置上。

Description

图像拾取模块
本申请是由佳能株式会社于2000年3月5日申请的、申请号为02119810.1、发明名称为“图像拾取模块以及图像拾取设备”一案的分案申请。
技术领域
本发明涉及一种图像拾取模块以及一种图像拾取设备，尤其是涉及一种集成了一个图像光学系统以及一个半导体芯片的图像拾取模块的结构。
背景技术
在传统的小型图像拾取模块中，已经集成了一个图像透镜以及一个半导体芯片。
作为小型图像拾取模块的例子，附图57A与附图57B示出了一种与日本专利申请特许公开No.09-027606中公开的距离测量模块相似的结构。附图57A和附图57B示出了一个透镜元件51以及一个COG(玻璃上的芯片)结构50，其中有一个半导体芯片54被放置于玻璃衬底53的下表面上。透镜元件51是由塑料或者玻璃浇铸而成的，并且具有透镜51L，51R，用于形成两个图像从而利用三角法则测量到达物体的距离。而且，半导体芯片54也具有由光敏器件的一维阵列构成的光敏部分57L，57R，并且由透镜51L，51R传输的物体光线分别聚焦在光敏单元57L，57R上。
在玻璃衬底53的上表面，印刷了一层如图57B所示的模型的光遮蔽层55从而形成了一个遮光膜，并且在玻璃衬底53的下表面形成了一个光遮蔽/传导元件56，用作半导体芯片54的连接终端以及用作外部终端。
这样的COG结构允许省去诸如塑料的传感器组件，并且具有透镜的完整结构允许省去透镜筒，因此制造成本可以被保持相对较低。
在另一方面，与COG结构相比，通过导线连接的半导体芯片的包将造的大而厚，并且造成了更高的成本。因此，这里建议一种使用热/紫外线可固化树脂粘接光敏单元的技术。附图58A到58H示意性的示出了表明图像拾取模块(半导体设备)的制造步骤的剖视图，公开于日本专利申请特许公开No.11-121653当中，其中附图58A是半导体芯片1的剖视图，以及附图58B是附图58A所示的从下面看的半导体芯片1的平面图。
尤其是在制造过程中，首先要准备一个半导体芯片1，该芯片具有在其外部边缘附近的电极焊盘(连接焊盘)以及由在中央位置紧密裹在一起的微透镜构成的微透镜组3。电极焊盘由例如Al或者Cr构成，以及微透镜组3由例如塑料原料构成。半导体芯片1可以是例如包括一个光电传感器以及一个CCD的固态图像拾取设备。光电传感器可以由例如用于通过将微透镜组3从外部接收的光转换成能够被CCD传送的电信号从而产生一个图像信号的光电二极管构成。
为了形成微透镜组3，首先要形成一个塑料薄膜，然后预定模式的保护膜就形成于其上。然后进行加热将保护膜的边角弄圆，这样就形成了微透镜。半导体芯片是通过已知的方法准备的。为了实现微透镜组3的聚光功能，需要将半导体芯片放置于玻璃衬底之上，且在玻璃衬底与半导体芯片的光敏元件之间形成一个中空的部分。
下文将以使用金球以及导电树脂为例解释半导体芯片1与玻璃衬底的连接。如图58C所示，一个例如大小为30-80μm的金球被球连接设备放置在半导体芯片1的电极焊盘2上。
这样，如图58D所示，导电树脂5附着在金球4的下面的部分。导电树脂5，例如通过使用一个表面被导电树脂完全覆盖的调色板，可以附着在金球4上。导电树脂5由例如分散在环氧树脂中的银质微粒(银胶)构成。
这样，如图58E所示，透明衬底7(例如玻璃衬底)的电极6通过金球4被连接在相应的半导体芯片1的电极焊盘2上，并且进行加热从而固化了导电树脂5，借此，透明衬底7的电极6以及半导体芯片1的电极焊盘2以预定的方式电连接。执行的加热可以在例如100度到200度的条件下持续30分钟。电极6由例如Cr或Ni构成，并且通过蒸发，电镀或者喷溅形成在透明衬底7之上，并且通过影印或者蚀刻成型。
透明衬底7由绝缘的透明材料例如玻璃，聚碳酸酯，聚酯或者(capton)构成，最好是玻璃。下文将介绍一个由玻璃构成的透明衬底7的例子。如图58F所示，光遮蔽罩位于玻璃衬底7的下表面相对的一侧，并且从玻璃衬底7的下面辐射电磁波(例如紫外线)15。光遮蔽罩14具有一个预定的模式用于仅在包含微透镜3的区域传送电磁波15。电磁波15可以是例如紫外线，红外线，可见光或者X射线，并且最好是紫外线。下文将介绍使用紫外线作为电磁波15的情况。在紫外线光15的照射下，绝缘的热的-紫外线可固化树脂12就从毛细管11被提供到半导体芯片1与玻璃衬底7之间的缝隙，例如在正常的温度下。
热-紫外线可固化树脂12通过毛细现象从其尾部向其中央位置流入半导体芯片1与玻璃衬底7之间的缝隙。
热-紫外线可固化树脂12能够通过紫外线照射或者加热的方式固化或者被硬化。它流入不被紫外线光15照射的区域并且在紫外线光15可照射的区域被固化。结果是，热-紫外线可固化树脂12在紫外线光可照射的区域13与没有被紫外线光照射到的区域之间的边界被硬化。
一旦热-紫外线可固化树脂12在这样的边界被硬化，它就不再流入紫外线光照射的区域13。但是，实际上，热-紫外线可固化树脂12的硬化需要一定的时间，它是在其稍稍流入紫外线可照射区域13以后被硬化的。
半导体芯片1的电极焊盘2以及玻璃衬底7的电极6通过金球4被连接起来，并且热-紫外线可固化树脂12完全覆盖了电极焊盘2和金球4以及一部分电极6。
从毛细管11提供的热-紫外线可固化树脂12在其充分的进入半导体芯片1与玻璃衬底7之间的缝隙以后终止。
如图58F所示的紫外线光照射区域13当从上面看时是一个矩形区域，如图58H所示。但是，矩形区域的中央部分不需要紫外线的照射。以这样的方式，在半导体芯片1的微透镜组3和玻璃衬底7之间就形成了一个中空的部分13，并且热-紫外线可固化树脂12就是这样形成的从而环绕这样的中空部分13。
但是，在这种情况下，只有位于边界部分的热-紫外线可固化树脂12被硬化而且在没有被紫外线光15照射的区域的热-紫外线可固化树脂12没有被硬化。
然后，如图58G所示，提供了一个加热器16用于硬化没有被紫外线光15照射到的区域的热-紫外线可固化树脂12。加热可以在例如80度的条件下进行5个小时。这样，通过加热在半导体芯片1与玻璃衬底之间的整个区域内热-紫外线可固化树脂12被完全的硬化。如图58F所示的紫外线硬化可被称为预硬化而如图58G所示的热硬化可被称为主硬化。通过上面描述的过程，就完成了COG结构。
附图58G是沿着附图58H的58G-58G线的剖视图，并且热-紫外线可固化树脂12被形成为环绕着中空部分13的形状。金球4电子的或机械地将半导体芯片1的电极焊盘2与玻璃衬底7的电极6连接起来。但是，由于通过金球4的机械连接较弱，它被位于半导体芯片1与玻璃衬底7之间的热-紫外线可固化树脂12加固。通过绝缘电连接的热-紫外线可固化树脂12没有改变半导体芯片1与玻璃衬底7之间的电连接。
通过上面描述的过程，包括微透镜的光敏单元被透明衬底以及热-紫外线可固化树脂封存，因此，能够被保护起来防止灰尘的侵入以及由于空气中的潮湿使其退化。微透镜通常具有一个凸向光的入射方向的表面从而通过光-树脂或者光-玻璃分界面上的光的衍射，使入射光聚焦在小于微透镜的光敏器件上，从而提高了光敏元件的光接收效率。
前面提到的专利申请也公开了批量制造上述的图像拾取模块的方法。
附图59是透明衬底(例如玻璃衬底)7的平面图。玻璃衬底7具有例如150mm的长，度150mm的宽度，1mm的厚度，并且被分成10*10的块，每一块都是15mm的长，15mm的宽，以及1mm的厚度。
通过在每一块内都放置一个半导体芯片1，放置在玻璃衬底7上的半导体芯片1总共有100个。每一个半导体芯片都是例如8mm的长以及6mm的宽。
然后树脂被引入到半导体芯片1与玻璃衬底7之间，并且通过诸如紫外线光进行预硬化。然后玻璃衬底7被放置在150度的烘箱中加热30分钟使树脂硬化，这样就将半导体芯片1固定在了玻璃衬底7上。然后玻璃衬底7被刀具沿这块边界线43切开，这样就分离了每一个图像拾取模块。就这样，以这种方式完成了100块图像拾取模块。
图60示出具有分布折射率透镜的传统图像拾取模块的透视图。
一个光敏单元60形成在一个由例如硅衬底构成的半导体芯片61上。多个透镜单元62在一个平面形成了一列，并且由分布折射率透镜62A到62L构成。它们以这种方式，即它们的出口终端表面与图像拾取平面60A相连的方式，被提供于光敏元件60的图像拾取平面60A上，这样许多透镜单元60传送的光就被提供给图像拾取平面60A。分布的折射率透镜62A到62L具有各自不同的折射率的分布从而具有不同的焦距或者不同的焦点，因此与物体的许多焦点位置对应的图像数据能够被同步的产生。
这样的结构，就如COG的结构的情况下，允许省去诸如塑料的传感器包而且集成的透镜结构允许省去透镜筒，因此制造成本就会保持相对较低。
但是，根据上面描述的传统技术中的透镜集成的图像拾取模块的制造存在着下述的缺点。
(技术缺陷1)
如图57A，57B以及60所示的结构允许在不需要传感器包的情况下获得图像拾取模块，但是，由于光敏元件没有被封存，所以阻止灰尘的侵入或者防止由于空气的潮湿使微透镜组或过滤层变坏是困难的。而且，使用了热-紫外线可固化树脂的封存技术，在附图58A到58H中介绍的，没有应用于图57A和57B示出的结构当中，这是由于光遮蔽层55覆盖了半导体芯片的整个表面并且截取了来自于其前侧的光线。
而且将图像透镜与半导体芯片耦合起来的步骤必须进行主动的排列，包括许多调整的步骤。
而且，即使如果图像透镜被集成在玻璃衬底7上，如图59所示，仍然需要图像透镜与相应的半导体芯片进行精确的排列校准，因此许多调整步骤仍然是不可避免的。
而且在玻璃衬底上必须形成一个ITO薄膜用于与外部的电子电路进行连接，结果导致了成本上的缺陷。
考虑到这样的技术缺陷1，本发明的目的是提供一种集成了图像透镜类型的图像拾取模块，使得光敏单元的封存变得容易。
本发明的另一个目的是简化图像透镜与半导体芯片的排列校准步骤，由此提供一种了便宜高效的集成了图像透镜类型的图像拾取模块。
(技术缺陷2)
附图57A所示的图像拾取模块由于图像透镜仅由一个单个的透镜51构成，所以其用作一种图像拾取的光学系统在光学性能上是不充分的。尽管可以想到增加透镜或者具有透镜功能的表面的数目，但是这样的增加将增加图像拾取光学系统的尺寸。而且也会产生与由分布折射率透镜构成的图像拾取光学系统的情况相似的缺陷。
考虑到这样的技术缺陷2，本发明的目的是提供一种具有改进的图像拾取功能的集成透镜类型的图像拾取模块以及一种具有这样的图像拾取模块的图像拾取设备。
发明内容
根据本发明，上文提到的技术缺陷1可以通过具有一个半导体芯片的图像拾取模块来解决，该半导体芯片包括一个光敏元件阵列以及一个用于将光线导入光敏元件阵列的光学元件，其中该光学元件包括一个成像单元以及一个光遮蔽层，而且在半导体芯片与光学元件之间但是在光的入射方向上在光遮蔽层之外形成了一个粘接剂，并且光学元件与半导体芯片通过该粘接剂被固定在一起。
根据本发明，上文提到的技术缺陷2可以通过一个图像拾取模块来解决，该图像拾取模块包括一个位于半导体芯片之上的光学元件，其中该光学元件包括一个第一透镜以及一个第二透镜，而且该第二透镜与第一透镜相应。
根据本发明的一个方面，提供了一种图像拾取模块，包括半导体芯片以及光学元件，所述半导体芯片包括光敏元件阵列，所述光学元件将光线导入所述光敏元件阵列，
其中所述光学元件包括至少一个光聚焦单元以及光遮蔽层，
所述光学元件位于光入射侧，而不是在所述半导体芯片上，
所述半导体芯片与所述光学部件通过粘接剂接合在一起，并且所述粘接剂至少设置在没有被所述光遮蔽层遮蔽光线的位置上。
根据本发明的另一个方面，提供了一种用于制造图像拾取模块的方法，所述图像拾取模块包括半导体芯片以及光学元件组件，所述半导体芯片包括光敏元件阵列，所述光学元件组件包括成像单元以及光遮蔽层，所述方法包括步骤：
向半导体晶片上的一个区域提供一个粘接剂，其中所述区域没有被所述光遮蔽层遮蔽光线，并且所述半导体晶片将被切割为多个所述半导体芯片，从而通过所述粘接剂将所述光学部件组件与所述半导体晶片接合在一起；
硬化所述粘接剂；
在没有设置光聚焦单元的位置上，切割所述光学元件组件以及所述半导体晶片。
根据本发明的再一个方面，提供了一种图像拾取模块，包括半导体芯片以及光学元件，所述半导体芯片包括光敏元件阵列，所述光学元件将光线导入所述光敏元件阵列，
其中所述光学元件包括第一透镜以及第二透镜，所述第二透镜接收穿过所述第一透镜的光线，
所述图像拾取模块还包括粘接剂，所述粘接剂用于将所述半导体芯片与所述光学部件接合在一起，并且所述粘接剂设置在没有被光遮蔽的位置上。
附图说明
附图1A是表明构成本发明的实施例1图像拾取模块的结构的示意性的剖视图；
附图1B是表明本发明的图像拾取模块的另一种结构的示意性的剖视图；
附图2A是构成本发明的实施例1的图像拾取模块的光学元件的上衬底的平面图；
附图2B是构成本发明的实施例1的图像拾取模块的光学元件的下衬底的平面图；
附图2C是本发明的实施例的图像拾取模块的半导体芯片的平面图；
附图3是沿着图2C的线3-3的半导体芯片的示意性的剖视图；
附图4是表明照射到本发明的实施例1的图像拾取模块的光线入射方向的示意性的剖视图；
附图5是表明在本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中上衬底组件的平面图；
附图6表明在本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中下衬底组件的平面图；
附图7是表明在本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中半导体晶片的平面图；
附图8是表明本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中粘接剂硬化步骤的示意性的剖视图；
附图9A是表明在本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中从光学元件-半导体晶片的连接元件中分离图像拾取模块的步骤的平面图；
附图9B是沿着图9A中的线9B-9B的示意性的剖视图；
附图10是表明形成在上衬底组件上的两个凸透镜的平面图；
附图11是表明在本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中对于光学元件-半导体晶片的连接元件的切割步骤的示意性的剖视图；
附图12是表明本发明的实施例2的图像拾取模块的示意性的剖视图；
附图13A是构成本发明的实施例2的图像拾取模块的光学元件的下衬底的平面图；
附图13B表明本发明的实施例2的图像拾取模块的半导体芯片的平面图；
附图14是表明在本发明的实施例2的图像拾取元件的制造过程中在将光学元件组件与半导体晶片连接起来的步骤中半导体晶片的平面图；
附图15A是表明本发明的实施例3的图像拾取模块的下衬底的平面图；
附图15B是表明本发明的实施例3的图像拾取模块的半导体芯片的平面图；
附图16是表明在本发明的实施例3的图像拾取模块的制造过程中下衬底组件的平面图；
附图17是表明在本发明的实施例3的图像拾取模块的制造过程中半导体晶片的平面图；
附图18是表明在本发明的实施例3的图像拾取模块的制造过程中上衬底组件的平面图；
附图19是沿着附图18的线19-19的示意性的剖视图；
附图20是表明在本发明的实施例3的图像拾取模块的制造过程中对于光学元件-半导体晶片的连接元件的切割步骤的示意性的剖视图；
附图21是本发明的实施例3的图像拾取模块的平面图；
附图22是沿图21中的线22-22的示意性的剖视图；
附图23是表明本发明的实施例3的图像拾取模块与外部电子电路的的连接状况和封存状况的示意性的剖视图；
附图24是表明在本发明的实施例4的图像拾取模块的制造过程中紫外线照射到光学元件-半导体晶片的连接元件的步骤的示意性的剖视图；
附图25是表明本发明的实施例4的图像拾取模块的示意性的剖视图；
附图26A是表明本发明的实施例5的图像拾取模块的平面图；
附图26B是沿着图26A的线26B-26B的示意性的剖视图；
附图26C是表明构成本发明的实施例5的图像拾取模块的半导体芯片的平面图；
附图27是附图26C的区域Z的放大的示意性的剖视图；
附图28表明在本发明的实施例5的图像拾取模块中提供的立体透镜的物体图像与图像拾取区域之间的位置关系；
附图29是表明当图28所示的图像拾取区域被投射的时候像素之间的位置关系；
附图30是表明被放置在本发明的实施例5的图像拾取模块上的隔离组件的平面图；
附图31是表明在本发明的实施例5的图像拾取模块的制造过程中半导体晶片的平面图；
附图32是表明在本发明的实施例5的图像拾取模块的制造过程中将隔离组件密封到半导体晶片上的步骤的平面图；
附图33是表明红外线切割滤光器的频谱传输特性的图表；
附图34是表明在本发明的实施例5的图像拾取模块的制造过程中，在将立体光学元件分离成每一个图像拾取模块之前，将立体光学元件组件与半导体晶片粘合在一起的步骤的平面图；
附图35是表明在本发明的实施例5的图像拾取模块的制造过程中对于具有切割刀片的半导体晶片的切割步骤的示意性的剖视图；
附图36是表明本发明的实施例5的图像拾取模块与外部电子电路的的连接状况与封存状况的示意性的剖视图；
附图37是表明本发明的实施例6的图像拾取模块的示意性的剖视图；
附图38是表明在本发明的实施例6的图像拾取模块的制造过程中紫外线照射到光学元件-半导体晶片的连接元件的步骤的示意性的剖视图；
附图39是表明构成本发明的实施例6的图像拾取模块的光学元件组件的平面图；
附图40A是表明本发明的实施例7的图像拾取模块的平面图；
附图40B是表明沿着图40A的线40B-40B的示意性的剖视图；
附图41是表明本发明的实施例7的图像拾取模块的图形拾取模块的下衬底的平面图；
附图42是表明本发明的实施例7的图像拾取模块的半导体芯片的平面图；
附图43是附图42中的区域Z的放大的示意性的剖视图，表明本发明的实施例7的图像拾取模块中的微透镜的操作情况；
附图44表明了半导体芯片的光敏元件阵列与本发明的实施例7的图像拾取模块中的物体图像之间的位置关系；
附图45表明了本发明的实施例7中的图像拾取模块的光敏元件阵列的操作情况；
附图46表明了本发明的实施例7的图像拾取模块与外部电子电路的连接状况与封存状况的示意性的剖视图；
附图47是表明本发明的实施例7的图像拾取模块的另一种结构的示意性的剖视图；
附图48是表明在本发明的实施例7的图像拾取模块的制造过程中上衬底组件的平面图；
附图49是表明在本发明的实施例7的图像拾取模块的制造过程中下衬底组件的平面图；
附图50是表明在本发明的实施例7的图像拾取模块的制造过程中半导体晶片的平面图；
附图51是表明在本发明的实施例7的图像拾取模块的制造过程中从光学元件-半导体晶片的连接元件中分离图像拾取模块的步骤的示意性的剖视图；
附图52是表明本发明的实施例8的图像拾取模块的平面图；
附图53是图像拾取模块沿着图52中的线53-53的示意性的剖视图；
附图54A，54B，54C表明了具有本发明的图像拾取模块的数字彩色照相机；
附图55是数字彩色照相机沿着图54A到图54C中的线55-55的示意性的剖视图；
附图56是应用了本发明中的图像拾取模块的静止视频照相机的方框图；
附图57A是传统的图像拾取模块的示意性的剖视图；
附图57B表明在传统的图像拾取模块中的光遮蔽元件的平面图；
附图58A，58B，58C，58D，58E，58F，58G以及58H是表明传统的图像拾取模块的制造步骤的示意性的剖视图；
附图59是具有多个半导体芯片的传统的透明衬底(玻璃衬底)的平面图；以及
附图60是应用了分布折射率透镜的传统的图像拾取模块的透视图。
具体实施方式
现在，本发明将参考附图进行详细描述。
(实施例1)
附图1A是表明构成本发明的实施例1的图像拾取模块的结构的示意性的剖视图，附图1B是表明本发明的图像拾取模块的另一种结构的示意性的剖视图。
参照附图1A和1B，图中示出了一个具有作为成像单元的凸透镜100的上衬底101，一个下衬底102，一个由通过例如平版印刷形成在下衬底102的上表面上的光遮蔽元件构成的光遮蔽层103，一个带有包括光敏元件的二维像素(未示出)的半导体芯片104，用于将下衬底102与半导体芯片104粘接起来的粘接剂105，一个形成在凸透镜100周围的平坦树脂部分180，一个由下衬底102的上表面上缺少光遮蔽层103的部分定义的光圈孔径200，以及一个通过将上衬底101与下衬底102粘接起来形成的光学元件107。
在附图1B中，平坦树脂部分180避免了凸透镜100在其外围部分表面精确度的恶化。平坦树脂部分180没有接触到上衬底100的底部表面，因此它不会在切割步骤中被切割刀片切开，下文将进行解释。这样，树脂就不会由于因为与切割刀片之间的摩擦生热而熔化或者产生细小的碎片或者碳的颗粒而沉积在透镜上，这样就避免了图像拾取模块的质量的恶化。
在本实施例中，将以图1A所示的结构为例进行描述。
在光学元件107中，在使用透明粘合剂将上衬底101与下衬底102粘接在一起的过程中，粘合剂不会形成一个缝隙，这样避免了在空气与上衬底101或下衬底102之间形成一个交界面，这样有利的阻止了重影信号的产生。
上衬底101与下衬底102都是由玻璃或者透明树脂构成的，当由玻璃构成时，是由玻璃的浇铸形成的，或者当由透明树脂构成时，是由注入浇铸或者压缩浇铸形成的。上衬底101也可以通过在平坦的玻璃衬底上加入一个通过复制过程形成的树脂质的透镜单元而行成。由于在线性扩张系数上与半导体芯片104有小的差别，考虑到抵御温度变化的稳定性，下衬底102最好由硼硅酸盐玻璃构成。也为了避免在半导体芯片104中由α-射线引入缺陷，上衬底101与下衬底102最好都由具有低的表面α-射线密度的光学玻璃构成，而且更为靠近半导体芯片104的下衬底102最好具有比上衬底101更低的表面α-射线密度。
附图2A是表明构成图像拾取模块的光学元件107的上衬底101的平面图，而附图2B是表明构成光学元件107的下衬底的平面图，附图2C是表明半导体芯片104的平面图，以及附图3是沿着附图2C的线3-3的示意性的剖视图。而且附图4是表明照射到本发明的图像拾取模块的光线入射方向的示意性的剖视图；
参照附图2A，2B，2C，图中示出了除了光圈孔径200之外，在光遮蔽层103的外部部分还有一个透明区域1021，以及一个穿透金属元件106，其穿过半导体芯片104用于将其主表面上的表面电极电连接到其另一个主表面上的表面电极。
附图1A示出的图像拾取模块具有这样的结构就是光学元件107与半导体芯片104被集成在一起从而可以省去传感器包或者透镜筒。
在附图1A中物体的光从上面进入光学元件107，在半导体芯片104上形成了物体图像。
光学元件107是通过将上衬底101与下衬底102粘合起来形成的，是一个半透明的圆盘型元件。
凸透镜100是一个圆形的轴对称的非球面或者球面透镜，如图2A所示。在轴向上的光圈孔径200的位置决定了光学系统的主要射线偏离轴向，并且其对控制各种失真极为重要。在透镜仅包含一个凸向物体一侧的表面的情况下，在凸透镜100与半导体芯片104之间缺少厚的空气层的情况下，隔离层最好位于凸透镜100与半导体芯片104之间并且将其中的距离大致分为1∶2的比例的位置上，从而能够圆满的校正失真。这样，如图2B所示，与凸透镜100同轴的圆形的光圈孔径200，由下衬底102的光遮蔽层103形成。
由于形成在下衬底102上的光遮蔽层103的范围是有限的，为了利用紫外线照射而使粘接剂105硬化，就形成了透明区域1021，下文将进行描述。
尤其是，透明区域1021的出现使得如图2C所示的粘接剂105能够通过紫外线从半导体芯片104的前侧(图4中的方向A)照射而硬化。在目前的说明中，从半导体芯片104的前侧照射意味着从方向A照射。
光遮蔽层103是通过蒸发或者溅射一薄层incopel，镍铬合金或者铬而形成的。在溅射的过程中，透射率能够通过遮光板的连续的位置控制而手动控制，就象在印刷过程中一样。
此外，可以通过将光圈孔径200中的透射率作为距离光轴的距离的函数而将其进行控制，从而控制图像系统的MTF。在目前的实施例中，透射率的选择是从边缘到中央单调递增的，从而降低了由于光敏元件阵列300的离散取样造成的交叠失真，这样显著的提高了低频空间频率的响应，抑制了高频空间频率的响应。
在半导体芯片104上，光学元件107形成了物体图像，该图像根据光敏阵列300的光电变换产生了一个电信号。该光敏元件阵列300是由一个许多像素的二维阵列构成的，其具有一个彩色滤光器或者所谓的贝尔滤光设备用于捕获彩色图像。而且为了实现红外线截至功能，诸如铜离子之类的红外线吸收元件应当被包含于在上衬底101与下衬底102中之一或者二者当中。
在图1A中示出的图像拾取模块中，由于在半导体芯片104之上具有一个与半导体芯片104相同的凸出形状的光学元件107，其与外部电子电路之间的电连接是通过后面的电极执行的。
在本实施例中，以这样的结构作为例子，穿透半导体芯片104的穿透金属元件106将半导体芯片104的主表面上的表面电极与其另一个主表面上的表面电极相连。
光学元件107与半导体芯片104通过粘接剂105被粘合起来，粘接剂可以是紫外线可固化树脂或者热-紫外线可固化树脂。由于厚度控制较为容易，粘接剂105最好是密封剂类型的热-紫外线可固化树脂。热-紫外线可固化树脂的一个例子是上文提到的环氧树脂。在目前的实施例中，粘接剂105是一种由热-紫外线可固化环氧树脂的丝网印刷而形成的密封层。热-紫外线可固化环氧树脂可以通过受热或者紫外线照射而硬化。环氧树脂适用于本申请因为它表现出了缓慢的硬化从而在硬化中不会出现不平坦的收缩并且表现出了应力的松弛。尽管我们已经知道粘接剂的类型可以通过加热进行固化，但是用于加热热-紫外线可固化环氧树脂的充足的热量将使未提出的彩色滤光器，拷贝部分，微透镜或者形成在半导体芯片104上的光遮蔽层103的印刷涂漆恶化，因此紫外线或者热/紫外线可固化树脂更为合适。
粘接不仅可以通过丝网印刷实现，还可以通过其他的印刷或者涂层实现。
密封步骤是通过将光学元件107放置在半导体芯片104上而执行的，然后通过紫外线照射对粘接剂105进行半硬化，然后通过按压与加热执行完全的硬化，以及调整光学元件107与半导体芯片104之间的缝隙，这样物体图像就清晰地呈现在光敏阵列300上。
由于光学元件107与半导体芯片104之间的缝隙没有完全填满树脂，所以图像形成位置的调整不需要较大的力。
在这样的操作中，由于前面已经介绍的透明区域1021形成在下衬底102的光遮蔽层103的周围，粘接剂105能够容易并且安全地被从半导体芯片的前侧(方向A)照射来的紫外线硬化。透明区域1021只是对于紫外线而言需要是透明的，而对于其它波长的光它可以是不透明的。
如上文所介绍的，由于粘接剂105穿过透明区域1021形成在光线的入射方向上，就需要提供一个能够容易地封存光敏元件阵列的外部区域的图像拾取模块。因此这为阻止由于灰尘的侵入或者空气的潮湿而引起的微透镜，或者过滤层的恶化或者铝层的电蚀刻提供了可能。
下文将参照附图5-11介绍附图1A所示的图像拾取模块的批量制造的方法。
该方法的特征在于在切割之前，光学元件107与半导体芯片104以光学元件组件和半导体晶片的状态被连接起来。在目前的说明中，构成图像拾取模块的上衬底101和下衬底102被称为光学元件，并且在被分离成单个的光学元件107之前构成图像拾取模块的阶段被称为光学元件组件。类似的，在被分成单个的上衬底101之前的阶段被称为上衬底组件以及在被分成单个的下衬底102之前的阶段被称为下衬底组件。因此，光学元件组件是一个具有由上衬底组件与下衬底组件构成的大的半透明的圆盘形的元件。
附图5是表明在本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中上衬底组件的平面图，附图6表明在本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中下衬底组件的平面图，附图7是表明在本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中半导体晶片的平面图，附图8是表明本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中粘接剂硬化步骤的示意性的剖视图。附图9A是表明在本发明的实施例1的图像拾取模块的制造过程中从光学元件-半导体晶片的连接元件中分离图像拾取模块的步骤的平面图，附图9B是沿着图9A中的线9B-9B的示意性的剖视图以及附图10是表明形成在上衬底组件上的两个凸透镜的平面图。
附图5示出了上衬底组件117；附图6示出了下衬底组件114以及在光遮蔽层1141周围的透明区域1141；附图7示出了半导体晶片110，一个定向平面109以及一个邻近半导体芯片的边界线111；以及附图8示出了由上衬底组件117和下衬底组件114连接起来形成的光学元件组件119。
在附图5中示出的下衬底组件114中，为了硬化构成粘接剂的紫外线可固化树脂，光遮蔽层103的外部形状被限制为一个岛形的形状，下文将进行介绍，正由于此，透明区域1141就形成在光遮蔽层113的周围。
轴向上的光圈孔径200的位置决定了光学系统的主要射线偏离轴向，并且其对控制各种光行差极为重要。在透镜仅包含一个凸向物体一侧的表面的情况下，在凸透镜100与半导体晶片110之间缺少空气层的情况下，通过将隔离层放在凸透镜100与半导体晶片110之间并且将其中的距离大致分为1∶2的比例的位置上，能够圆满的校正光行差。这样，与凸透镜100同轴的光圈孔径200就由由下衬底组件104的光遮蔽层103形成。
上衬底组件117与下衬底组件114都是由玻璃或者透明树脂构成的，并且当由玻璃构成时，是由玻璃的浇铸形成的，或者当由透明树脂构成时，是由注入浇铸或者压缩浇铸形成的。上衬底组件117也可以通过在平坦的玻璃衬底上加入一个通过复制过程形成的树脂质的透镜单元而形成。由于在线性扩张系数上与半导体晶片有小的差别，考虑到抵御温度变化的稳定性，下衬底组件114最好由硼硅酸盐玻璃构成。也为了避免在半导体晶片当中由α-射线引入缺陷，上衬底组件117与下衬底组件114最好都由具有低的表面α-射线密度的光学玻璃构成，而且更为靠近半导体晶片的下衬底最好具有比上衬底101更低的表面α-射线密度。
上衬底组件117与下衬底组件114通过透明粘合剂被粘合在一起从而在空气与衬底之间不会形成一个缝隙而且也不会形成一个交界面，这样就抑制了重影图像信息。
在每一个衬底上的多个单元中均具有凸透镜100以及光圈孔径200，而且它们最好以同轴的关系连接在衬底上。还有，这样的凸透镜或者这样的孔径的间距最好与形成在半导体晶片上的半导体芯片的间距相等。
另一个方面，附图7是半导体晶片的平面图。图7所示的半导体晶片110的多个单元均具有一个光敏元件阵列以及一个未提及的电路，它们通过沿着边界线111的切割而被分开并且被连接到外部电子电路上，这里每一个分开的单元都作为一个半导体芯片104。在附图7中，箭头表示在下面将要执行的切割步骤中切割刀片的位置和移动方向。
在半导体晶片110上，在光学元件组件119中的每一个凸透镜都形成了一个物体图像，并且根据半导体芯片上的光敏元件阵列的光电转换产生了一个电信号。
在半导体芯片104上，光学元件107形成了物体图像，该图像根据光敏元件阵列300的光电转换产生了一个电信号。光敏元件阵列300是由一个多个像素的二维阵列构成的，其具有一个彩色滤光器或者所谓的贝尔RGB滤光设备用于捕获彩色图像。而且为了实现红外线截至功能，诸如铜离子之类的红外线吸收元件最好应当被包含于在上衬底组件117与下衬底组件114中之一或者二者当中。
如图8所示，当构成成像单元的凸透镜100以及未提及的光敏元件阵列300按照一个预定的关系被校准以后，光学元件组件119以及半导体晶片110被粘接在一起。
半导体晶片110为晶体，并在电、光学、机械、以及化学特性上是各向异性的。因此，拉伸的结晶块在利用X射线的衍射的方法进行了高度精确的定向测量以后被切成片。在切片操作以前，在圆柱形的结晶块之上形成所谓的定向平面并且表示晶体方向的线性部分。图7所示的半导体晶片110就具有这样的定向平面109。
在半导体晶片的准备步骤中，形成了诸如光敏元件阵列300的关于定向平面109的半导体元件模型。另一方面，在光学元件组件119上，例如用于光遮蔽层103的印刷的参考模型在下衬底组件114上形成，并用于与定向平面109之间的排列，因此能够使排列极为精确。此外这样的方法的一个极为重要的优点是光学元件组件119以及半导体晶片110之间的唯一的排列完成了在下面的切割步骤中将要形成的所有图像拾取模块的排列。
图7示出的粘接剂105是由热-紫外线可固化环氧树脂的丝网印刷形成的。由于它能够使得厚度控制变得容易，在本实施例中的环氧树脂的密封层更为合适。环氧树脂适用于本申请因为它表现出了缓慢的硬化从而在硬化中不会出现不平坦的收缩并且表现出了应力的松弛。尽管我们已经知道粘合剂可以通过加热进行固化，但是用于硬化热可固化环氧树脂的充足的热量将使未提出的彩色滤光器，拷贝部分，微透镜或者光遮蔽层103的印刷涂漆恶化，因此紫外线或者热/紫外线可固化树脂更为合适。
密封步骤是通过将光学元件组件119放置在半导体晶片110上而执行的，然后通过紫外线照射对构成粘接剂105的环氧树脂进行半硬化，然后通过按压与加热执行完全的硬化，以及调整光学元件组件119与半导体晶片110之间的缝隙，这样物体图像就清晰地呈现在光敏阵列300上。
在这样的操作中，由于在前面已经介绍的透明区域1141形成在下衬底组件114的光遮蔽层103的周围，环氧树脂粘接剂105能够容易并且安全地被从半导体晶片的前侧(方向C)照射来的紫外线硬化。在半导体晶片的阶段通过粘合剂的固定也可以提供一个效果能够阻止光学图像中偏离模糊。透明区域1141只是对于紫外线而言需要是透明的，而对于其它波长的光它可以是不透明的。
在光学元件组件119与半导体晶片110的固定完成以后，获得的光学元件-半导体晶片连接元件遵照切割步骤用于将这样的元件切割成每个图像拾取元件。
下文将参照附图9A和9B介绍该步骤。
半导体晶片、玻璃衬底或者树脂衬底的切割操作可以通过例如采用在日本专利申请特许公开No.11-345785或者日本专利公开No.2000-061677中公开的切割设备或者激光工作设备来执行。在上文中介绍的具有切割刀片的切割操作的情况下，附图9B示出的切割刀片123在冷却液的冷却下受控于沿着图9A中示出的箭头B的方向。在实际的切割操作中，切割可以通过光学元件-半导体晶片连接元件的预先切割或者通过具有多个切割刀片的连接组件的同步切割来执行。
在切割操作中，可以使用一个切割印痕，它可以是通过蚀刻形成在下衬底组件114或者上衬底组件117上的沟槽，通过光刻手段形成的金属印痕或者在拷贝过程中形成的树脂质的突出。尤其是，这样的印痕的复制的形成与透镜构成成像单元是同步进行的，这就允许减少制造的步骤。
在光学元件-半导体晶片连接元件的切割步骤中，执行了半切割其中半导体晶片110还剩余50-100μm的厚度没有被切割。由于用于将半导体晶片110与光学元件组件119粘合起来的粘接剂105没有提供半导体晶片110的切割位置，粘合剂就不会由于因为与切割刀片之间的摩擦生热而熔化或者产生细小的碎片或者碳的颗粒而沉积在透镜上，这样就避免了图像拾取模块的质量的恶化。
而且在半导体元件的切割操作中激光工作设备的使用可以抑制玻璃颗粒的产生，这样就提高了制造产量。从半导体晶片110的一侧引入切割刀片如图11所示并且执行半切割，其中上衬底组件117剩余50-100μm的厚度没有被切割也是可能的。
在切割步骤之后的打碎步骤当中，半导体晶片100或上衬底组件117的50-100μm未切割的部分将被预定的辊子碾碎。
在前面的步骤中利用切割获得的图像拾取模块与图1A中示出的结构相同。与外部电子电路之间的电连接可以通过如前描述的采用后部电极与穿透金属元件的连接而实现，如图3所示。
光学元件组件的数目并不需要与形成在半导体晶片上的半导体芯片的数目相同。例如，图10示出的光学元件组件151在上衬底上配备了两个凸的透镜150a，150b，而图7所示的半导体晶片110上配备了16个光学元件组件150，而且在接下来的切割步骤中将每一块光学元件组件切成两块，从而最终获得了32块图像拾取元件。
在光学元件组件上形成的光学元件的数目少于形成在半导体晶片上的半导体芯片的数目，而且在光学元件之间形成了一个特定的缝隙，通过上述的结构，即使当这种吸力终止的时候通过后部表面与模具的吸引而保持高度精确的半导体晶片的平面被恶化时，光学元件与半导体芯片之间的位置关系也很少能被恶化。即使在近来半导体晶片的直径增加的趋势下，这样的结构也允许较为容易地获得一个高的产量。
采用粘接剂105的密封可防止由于灰尘的侵入或者空气的潮湿而引起的微透镜或者过滤层的恶化或者铝层的电腐蚀。由于这样的密封是在半导体的制造过程中进行的，所以这样的密封更为有效。
(实施例2)
下面将参照附图12-14介绍本发明的实施例2的图像拾取模块。附图12是表明本发明的实施例2的图像拾取模块的示意性的剖视图，附图13A是构成本发明的实施例2的图像拾取模块的光学元件的下衬底的平面图，附图13B表明本发明的实施例2的图像拾取模块的半导体芯片的平面图以及附图14是表明在本发明的实施例2的图像拾取模块的制造过程中在将光学元件组件与半导体晶片连接起来的半导体晶片的平面图。
附图12示出了构成粘接剂的密封剂120以及为了封存孔径400而形成的粘接剂122，附图13A和13B示出了这样配备的孔径400，粘合剂120并没有完全地环绕光敏元件阵列300。
与上文的描述中相同的元件采用同样的附图标记表示，并在下文中不再进行进一步的描述。
本实施例与第一实施例的区别在于用于密封光学元件107与半导体芯片104的密封剂具有适于提高图像性能的形状，且可获得光学元件107与半导体芯片104之间的高度精确的排列。
尤其是，在密封光学元件107与半导体芯片104的压缩步骤中，粘合剂120的特定的模型允许密封在由半导体芯片104，光学元件107以及密封剂120环绕的区域中的气体通过孔径400溢出，这样内部的压力就不会增大。
结果是，可以避免不期望的排斥力作用于光学元件107或者由于密封剂的粘性特征而引起其伴随着内部压力的增加从内部到外部的逐步运动，这样光学元件107与半导体芯片104的排列能够以更为精确的方式进行。
尤其是，在光学元件107与半导体芯片104之间的缝隙没有充满树脂，该缝隙的影响在前面的第一实施例中已经介绍，在本实施例中其影响更为强烈。
粘接并不限于密封剂120，也可以由紫外线可固化树脂构成。本实施例中采用了环氧树脂，它是一种热-紫外线可固化树脂，其功能与密封剂相同。
在密封剂120经过紫外线从半导体芯片104的前侧照射而完全硬化以后，密封剂120的孔径400就被粘接剂122而包围。粘接剂122最好由热-可固化树脂构成，而且在本发明中是环氧树脂，与密封剂120相同。粘接剂122也是通过紫外线从半导体芯片104的前侧照射而硬化。
粘接剂120和122不仅可以利用紫外线照射也可以通过加热而硬化。
因此，与第一实施例相同，为了限制光遮蔽层103的范围提供了一个透明区域1021，这样使通过紫外线从半导体芯片104的前面照射而使环氧树脂122的硬化能够进行。因此使得将多个图像拾取模块平行排列并且同步执行紫外线照射成为可能，这样体现了成本上的较大的优势。
另外，如实施例1，光学元件与半导体芯片的粘接也可以在切割之前以光学元件组件与半导体晶片的形式存在，如图14所示。在图14与2C中所示的结构的区别在于粘合剂的模式，如上文所介绍的。本实施例中的粘接剂120被配备有一个孔径400，所以，在将光学元件组件压缩到半导体晶片110上的过程中，从孔径涌出的气体能够通过半导体芯片的边界线111溢出到外部。这样，不期望的排斥力将不会施加于光学元件组件，并且其与半导体晶片110的排列能够高度精确地完成。而且，能够自然地获得实施例1中的优点。
(实施例3)
下面将参照附图15-23介绍本发明中的实施例3的图像拾取模块。
本实施例与实施例2的区别在于其具有一个通过表面电极与外部电子电路实现连接的最佳的结构。
而且这里也示出了一个实施例，其中树脂的厚度降至在切割步骤中将光学元件-半导体晶片结合元件切成图像拾取模块的切割线的位置。
附图15A是表明本发明的实施例3的图像拾取模块的下衬底的平面图，附图15B是表明实施例3的图像拾取模块的半导体芯片的平面图。
附图15A和15B示出半导体芯片104的电极焊盘132。
与上文的描述中相同的元件采用同样的附图标记表示，并不再进一步进行描述。
在附图15A和15B之间的连线表明了在本图像拾取模块中下衬底102与半导体芯片104之间的位置关系，也表明了下衬底102与半导体芯片104被固定于由附图的横向方向的特定距离所取代的状态。由于每一个制造过程的原因，下衬底102与半导体芯片104最好具有相同的外部尺寸。
如图15B所示，与外部电子电路的连接是通过形成在一个向上打开的位置上，该位置位于半导体芯片104的尾部部份，其上面没有密封剂的电极焊盘132而实现的，并且密封层120位于电极焊盘132的底部。而且，为了能够使得紫外线照射在构成形成在半导体芯片上104的密封层120的热-紫外线可固化树脂上，如实施例1，下衬底102的光遮蔽层103形成在密封层120的里面，并且透明区域1021直接位于密封层120的上面。
附图16，17示出了在切割之前的状态中满足这样的位置关系的下衬底与半导体晶片。
附图16是表明在本发明的实施例3的图像拾取模块的制造过程中下衬底组件的平面图，以及附图17是表明在本发明的实施例3的图像拾取模块的制造过程中半导体晶片的平面图。
在本实施例中，上衬底组件在下衬底组件与半导体晶片被密封以后被粘接起来。在这样的过程中，用于照射密封层120的紫外光仅在经过下衬底102之后能达到同样的效果，这样在衬底中的光吸收能够被降低。结果是，紫外线可固化树脂能够用少的光量以及短的照射时间而被硬化，这样制造过程将被简化。
下衬底组件114与半导体晶片110的粘接步骤与实施例1中的相类似。
粘接剂可以具有实施例中的密封层105的形式，但是，在本实施例中，假设密封层120的模型如实施例2的描述。
附图18是表明在本发明的实施例3的图像拾取模块的制造过程中上衬底组件的平面图。它固定在下衬底组件118上从而形成了光学元件组件。
在附图18中示出了切割线142(仅有垂直线)。
附图19示出了沿着图18中的线19-19的示意性剖视图。切割线142是通过局部的减少形成在玻璃衬底140上的树脂141的厚度而形成的。切割印痕也可以通过与凸透镜100的形成同步进行的复制方法而形成，这样就减少了制造的步骤。切割印痕可以是通过例如在上衬底组件117或者下衬底组件114上蚀刻而形成的沟槽，或者通过影印而形成的金属印痕或者是通过复制方法形成的树脂的突出部分。
由于树脂只是在切割线142处做得很薄而并没有被截至，凸透镜100可以很容易地通过注入浇铸，固化上衬底组件117的尾部位置的浇铸门而形成。上衬底组件117在与半导体晶片133精确排列以后被固定到下衬底组件114。
下文将介绍用于将这样构成的光学元件-半导体晶片连接元件分离成图像拾取模块的切割步骤。
附图20是表明在本发明的实施例3的图像拾取模块的制造过程中对于光学元件-半导体晶片的连接元件的切割步骤的示意性的剖视图。
在附图20中示出了一个通过粘接上衬底组件117，下衬底组件114以及半导体晶片110而形成的光学元件-半导体晶片连接元件138，一个用于切割由上衬底组件117与下衬底组件114构成的光学元件组件119的切割刀片136，以及一个用于切割半导体晶片110的切割刀片137。
在本实施例中，切割是从光学元件-半导体晶片连接元件138的上表面到下表面进行的。在切割操作中，切割刀片136，137在冷却液的冷却下，可以受控沿着图20所示的位置。
在切割操作中，切割可以通过预先切割光学元件-半导体晶片连接元件138或者通过多个切割刀片对连接组件的同步切割而实行。而且切割可以在同时在上层或者下表面的每一层中执行，也可以同时在两层中执行。
在切割操作中，由于构成切割线142的树脂被做得特别薄，树脂141几乎阻止了由于与切割刀片的摩擦生热而熔化在透镜上或者由于形成了小的碎片或者碳的颗粒而引起的恶化，这样就阻止了图像拾取模块的质量恶化。
在该切割步骤中，执行了半切割，在半导体晶片110与下衬底114组件中留下了50-100μm厚度未被切割。在打碎步骤中，半导体晶片133中50-100μm未被切割的厚度被一个预定的辊子碾碎。
附图21是本发明的实施例3的图像拾取模块的平面图，以及附图22是沿图21中的线22-22的示意性的剖视图。
半导体芯片104延伸至上衬底101的后部，并且电极焊盘132就位于这样的后部位置。在本实施例中，包括上衬底107与下衬底102的光学元件107以及半导体芯片104被以一个预定数量的方向所相互替代的状态粘接或固定在一起。
附图23是表明本发明的实施例3的图像拾取模块与外部电子电路的连接状况和封存状况的示意性的剖视图。
参见附图23，图中示出了一个可弯曲的印刷电路板146，它包括一个外部电子电路板，一个连接电线147用于将图像拾取模块的电极焊盘132与可弯曲印刷电路板146的电极焊盘(未示出)电连接，以及热-紫外线可固化树脂用于密封电极焊盘的外部以及连接电线147。
为了实现将可弯曲印刷电路板146安全地置于图像拾取模块154上，热-紫外线可固化树脂148被涂覆于图像拾取模块154的整个外部。选择热-紫外线可固化树脂是因为用于加热可固化环氧树脂的热量能够使未提及的形成在半导体晶片133上的彩色滤光器，复制部分，微透镜或者光遮蔽层103的印刷涂漆质量恶化。
为了硬化热-紫外线可固化树脂148，主要需要从上衬底140的上部执行紫外线照射。为了避免半导体芯片140的电极焊盘132的电腐蚀，下衬底102的侧表面与热-紫外线可固化树脂148之间的密闭连接极为重要。
在光遮蔽层103的范围不限于密封层120之内的情况下，紫外线光线通过热-紫外线可固化树脂148的层到达下衬底102的密封部分，因此该位置被最后硬化。但是，在本图像拾取模块中，由于光遮蔽层103的范围限制在密封层120的内部，就存在一个如箭头E所示的从紫外线光到下衬底102的密封部分的安全的光路，而且这样的光路允许实现热-紫外线可固化树脂不经过其层的安全的硬化以及封存。而且如箭头F所表示的光路提供了将其安装在可弯曲印刷电路板146上的高度稳定性。
如前所述，密封层120与热-紫外线可固化树脂的封存允许安全地阻止由于灰尘的侵入或者由于空气的潮湿而引起的微透镜或者过滤层的恶化以及铝层的电腐蚀。而且通过连接电线将表面电极与外部电子电路进行电连接，不需要一个ITO薄膜或者一个穿透金属元件，能够使产生以低成本进行。本实施例的结构应用于电连接时不仅可以采用连接电线，还可以采用TAB薄膜。
(实施例4)
下面将参照附图24，25描述本发明的第4实施例。
本实施例与实施例1-3的区别在于光学元件具有一个凹沟槽，这样树脂就不从表面突出出来。
附图24是表明在本发明的实施例4的图像拾取模块的制造过程中紫外线照射到光学元件-半导体晶片的连接元件的照射步骤的示意性的剖视图。
参照附图24，图中示出了一个具有多个半导体芯片的半导体晶片163，一个粘接剂165，一个光学元件组件160，它具有一个形成在多个凹沟槽中的每一个的底部的凸面，并且其将被切成光学元件而安装在图像拾取单元中，以及一个用于填满并填平光学元件组件168的凹沟槽的树脂层168。树脂层168具有一个低于光学元件组件160的折射率从而执行凸透镜161的功能，其中交界面构成了一个成像单元。由于光学元件组件160被树脂层168填平，这样填平的部分可以用于将图像拾取模块容易地安装到支撑元件。图中也示出了一个穿透金属元件160，其穿过半导体芯片用于形成后部电极并且用于通过这样的后部电极实现与外部电子电路的电连接。
与上文的描述中相同的元件采用同样的附图标记表示，并不再进一步进行描述。
光学元件组件160由例如玻璃构成。粘接剂165可以如前面描述的实施例1与2的形式构成，环绕半导体芯片的光敏元件阵列，但是，也可以形成在半导体芯片的整个表面上。但是，在这种情况下，粘接剂165最好不包括切割位置。
半导体晶片163被配备有多个电子电路，它们随后将被切割成单个的半导体芯片并且每个半导体芯片都具有一个光敏元件阵列。由光学元件组件160以及树脂层168构成的成像单元具有一个能够在半导体晶片163上形成一个物体图像的光路长度，并且这样的成像单元的间距等于形成在半导体晶片163上的半导体芯片的间距。
完成图像拾取模块的主要步骤包括，如前面的实施例中的步骤，一个在半导体晶片163上形成电路模型的已知步骤，一个在光学元件组件160上形成透镜的步骤，一个半导体晶片163与光学元件组件160的排列以及粘接步骤，以及切割步骤。
在排列-粘接步骤中，首先，半导体晶片163与光学元件组件160之间的空隙被热-紫外线可固化环氧树脂的粘接剂165填满，而没有在那里形成一个空气层，以这样的方式固化光学元件组件160与半导体晶片163之间的缝隙能够使物体图像清晰的形成。尽管我们知道粘合剂可以通过加热而固化，选择热/紫外线可固化类型的粘合剂是因为用于硬化热可固化环氧树脂的充足的热量将会使得未提及的彩色过滤层或者形成在半导体晶片163上的树脂层恶化。
然后漫射的紫外线照射通过图24中的箭头G所示，用于硬化粘接剂165的环氧树脂，从而将半导体晶片163与光学元件组件160固定起来。在平行光照射的情况下，入射光线通过成像单元的聚焦功能汇聚在光轴的一点上，但是，在本实施例中应用散射光的情况下，紫外光能够达到位于成像单元下面的整个粘接剂165，在那里粘接剂165能够被充分的硬化。
在接下来的切割步骤，切割是通过沿着图24所示的边界线166而执行的完全切割。每一切片通过与外部电子电路的连接而执行图像拾取模块的功能。由于光学元件组件160具有一个凹沟槽，树脂不会从其表面突出并且树脂也排除在切割刀片的经过路径，这样，树脂能够被阻止由于与切割刀片的摩擦而产生的熔化，或者由于形成了小的碎片或者碳的颗粒而沉淀在透镜上，这样图像拾取模块能够被阻止产生质量的恶化。
图25是表明本发明的实施例4的图像拾取模块的示意性的剖视图。
在图25中示出了一个半导体芯片173，一个粘接剂165以及一个从光学元件组件切割形成的光学元件170。
在本实施例中，粘接剂165的封存可安全地阻止由于灰尘的侵入或者由于空气中的潮湿而引起的过滤层的恶化或者半导体芯片173的铝层的电腐蚀。这样的封存在半导体晶片的阶段进行会更为有效。由于光学元件的排列能够在半导体晶片的阶段一次完成，这样就使极大地减少调整步骤的数目成为可能。
(实施例5)
附图26A是表明本发明的实施例5的图像拾取模块的平面图，附图26B是沿着图26A的线26B-26B的示意性的剖视图，以及附图26C是表明构成本发明的实施例5的图像拾取模块的半导体芯片的平面图。
参照附图26A和26B，图中示出了一个红外线截至滤光器560，一个半透明圆盘形元件550，一个由光遮蔽元件例如通过穿过红外线截至滤光器550在半透明圆盘形元件的上表面上进行平版印刷而形成的光遮蔽层506，一个红外线截至滤光器512，以及包括一个光遮蔽层506以及由凸透镜601，603和未提及的凸透镜602，604构成的立体透镜的立体光学元件，其用作成像单元。凸透镜602，604没有在附图26B中示出，但是与光圈孔径同轴，下文将进行描述。图中也示出了一个具有包括光敏元件的二维排列像素(未示出)的半导体芯片503，一个隔离装置用于确定立体光学元件512与半导体芯片503之间的距离，紫外线可固化树脂509用于将立体光学元件512与半导体芯片503通过隔离装置522进行密封，形成在立体光学元件512的上表面但是不含有光遮蔽层506的光圈孔径811，812，813，814，用作外部终端的电极焊盘513，形成在立体光学元件环绕的区域的光遮蔽部分508，用于避免四个凸透镜的光学串音的隔离装置522和半导体芯片503，用于提高每一个光敏元件的光聚光能力的微透镜516，以二维的形式在半导体芯片503上形成多个单元的光敏元件阵列821，822，823，824，一个用于将光敏元件阵列821，822，823，824的输出信号转换成数字信号的AD转换电路512，一个用于为光敏元件阵列821，822，823，823的光电转换操作产生时间信号的时间信号产生器515。
在本实施例的图像拾取模块中，立体光学元件512与半导体芯片503被集成在一起从而可以省去传感器包或透镜筒。
如在其他实施例中，从半导体芯片503的上面进入立体光学元件512的物体光线形成了多个物体图像，如图26B所示，并且其中的每个光敏元件执行光电转换。
凸透镜811到814都是通过例如复制过程形成在立体光学元件512的下表面上的树脂型的菲涅耳透镜。除了复制过程，通过将树脂材料与衬底进行注入浇铸或者压缩浇铸而形成凸透镜也是可能的。凸透镜601，602，603，604都是圆形的轴对称的非球形的或球形的菲涅耳凸透镜，它与使用连续表面的普通的光学系统相比能够较好的校正尤其是图像平面的曲率。
在半透明圆盘形元件550的上表面上配备有一个光遮蔽层506以及红外线截至滤光器560。红外线截至滤光器560可以由利用多层绝缘层上的光干涉的红外线截至滤光器构成，并且通过在整个半透明圆盘形元件550的整个表面上蒸发而形成，并且光遮蔽层506形成于其上。这样的过程在蒸发中并不需要一个遮光罩，因此其优势在于节省了成本。红外线截至滤光器在必要的时候才形成，也可以省去。在缺少红外线却端滤光器的情况下可以获得一个较薄的图像拾取模块。
在本实施例中，如前面所述的实施例，光遮蔽层506的外部形状出于硬化构成粘接剂509的紫外线可固化树脂的目的被限制成岛形的形状，下面将进行描述。在本实施例中，粘接剂509由用于预控制厚度的密封剂的环氧树脂构成，是热-紫外线可固化树脂。
光圈孔径811，812，813，814沿轴向的位置决定了光学系统的主要的光线偏离轴向，并且在控制各种失真上其尤为重要。在包括凸向图像一侧的菲涅耳透镜的成像单元中，光圈孔径最好位于靠近菲涅耳透镜的表面的球形表面的中心的附近从而能够较好的校正失真。结果是，如图26A所示，四个圆形光圈孔径811，812，813，814都形成在立体光学元件512的上表面上。
在半导体芯片503上，立体光学元件512形成了四个物体图像，它们都是遵照位于半导体芯片503上的四个光敏元件阵列821，822，823，824的光电转换产生并被捕捉作为电信号。每一个光敏元件都配备有一个微透镜516用于提高光的聚光效率。四个光敏元件阵列的每一个都具有一个绿传输滤光器(G)，一个红传输滤光器(R)，一个蓝传输滤光器(B)以及一个绿传输滤光器(G)用于获得四个在三基色上分离的图像。
半导体芯片503以及立体光学元件512之间的距离是由隔离装置522的厚度以及位于其间由热-紫外线可固化环氧树脂构成的粘接剂509的厚度总和决定的。隔离装置是通过将树脂，玻璃，硅等元件粘接到半导体芯片503上而形成的。为了将隔离装置522固定到半导体芯片503上，在制造SOI(绝缘体上的硅片)衬底中需要一个粘接步骤。
而且在粘接立体光学元件512与隔离装置522的过程中，密封层509的厚度可以调整用于执行立体光学元件512与半导体芯片503之间的缝隙的微调。这样的粘接步骤是在半导体晶片的阶段执行的。
在半导体芯片503上，立体光学元件512形成了RGBG颜色的四个物体图像，它们是遵照位于半导体芯片503上的四个光敏元件阵列821，822，823，824的光电转换而形成的并且被捕获作为电信号。每一个光敏元件都配备有一个微透镜516用于提高光聚光效率从而图像拾取模块能够容易地捕获即使是低亮度的物体的图像。
而且相对于半导体芯片503上的光敏元件微透镜516的位置偏离中心，并且这种偏移的量在每一个光敏元件阵列821，822，823和824的中心为零，但是在其外部部分变得更大。偏移的方向是沿着连接每一个光敏元件阵列的中心与每一个光敏元件的线上。
附图27是一个图26C中的Z型区域的放大的示意性的剖视图，用于解释由于微透镜516的位置偏移带来的功能。微透镜5161偏离中心的位于光敏元件8211的上面方向上，而微透镜5162偏移的位于光敏元件822的下面方向上。结果是，进入光敏元件8211的的光束被限制在阴影区域8231中，而进入光敏元件8222的光束被限制在阴影区域8232中。
光束区域8231，8232分别向相对的方向倾斜，并且分别直接对准光圈孔径811，812。结果是，通过适当的选择微透镜516的偏移量，每一个光敏元件阵列仅接收来自于特定的光圈孔径的光束。尤其是，偏移量也可以这样选择使得通过光圈孔径811的物体光线主要在光敏元件阵列821中进行光电转换，通过光圈孔径812的物体光线主要在光敏元件阵列822中进行光电转换，通过光圈孔径813的物体光线主要在光敏元件阵列823中进行光电转换，以及通过光圈孔径814的物体光线主要在光敏元件阵列824中进行光电转换。
接下来将描述物体图像与图像拾取区域之间的位置关系以及当投影到物体上时像素之间的位置关系。
附图28表明在本发明的实施例5的图像拾取模块中的立体透镜形成的的物体图像与图像拾取区域之间的位置关系，以及附图29是表明当图28所示的图像拾取区域被投射的时候像素之间的位置关系。
在附图28中示出了在半导体芯片503上的四个光敏元件阵列321，322，323，324。出于简化的目的，每一个光敏元件阵列321，322，323，324都是由8*6的像素构成的。光敏元件阵列321，324输出G图像信号，而光敏元件阵列322输出R图像信号，并且光敏元件阵列输出B图像信号。在光敏元件阵列321，324中的像素用白色的方块表示，而在光敏元件阵列322中的像素用阴影方块表示，并且在光敏元件阵列323中的像素用黑的方块表示。
在光敏元件阵列之间，形成了一个尺寸为在水平方向上有一个像素、在垂直方向上有三个像素的分离带。结果是，输出G图像的光敏元件阵列的中心之间的距离在水平以及垂直方向上相同。图中也示出了物体图像351，352，353，354。出于像素偏移的目的，物体图像351，352，353，354的中心361，362，363，364分别朝向整个光敏元件阵列的中心320偏离光敏元件阵列321，322，323，324的中心1/4个像素。
附图29示出了翻转的以预定的距离投向物体一侧的平面上的光敏元件阵列。而且在物体一侧，在光敏元件阵列321，324中的像素的翻转投影图像用白色的方块371表示，光敏元件阵列322中的像素的投影用阴影方块372表示，并且在光敏元件阵列323的像素用黑色的方块373表示。
物体图像的翻转投影图像的中心361，362，363，364互相重合在点360，并且光敏元件阵列321，322，323，324的像素以这样的方式翻转投影从而使其中心不会相互重叠。由于白的方块输出G图像信号而阴影的方块输出R图像信号并且黑色的方块输出B图像信号，因此，在物体上，执行与具有贝尔设备的彩色滤光器的图像拾取元件相等的取样。
与利用单个图像拾取透镜的图像拾取系统相比，对于一个固态的图像拾取元件中的指定的像素间距，与具有RGBG彩色滤光器的贝尔设备相比，对于半导体芯片503上的一套2*2的像素，本实施例中的系统提供了大小为 的物体图像。相应的，图像拾取透镜的焦距长度将为大致为 1 / 4 = 1 / 2 , 这样极大地减小了照相机的厚度。
下面将介绍用于制造本实施例中的图像拾取模块的方法。光学元件与半导体芯片在切割以前在立体光学元件组件与半导体晶片的状态下就被连合在一起，并且在立体光学元件组件与半导体晶片之间配备有一个隔离装置组件。
附图30是安装在本发明的实施例5中的隔离装置组件的平面图。附图30示出了一个隔离装置组件901，它将在以后被沿着分离线903分成两块图像拾取模块，并且其上配备有多个孔径902用于将来自于光学元件的光束引导入半导体芯片上的光敏元件。将要粘接并固定于隔离装置组件901上的光学元件组件本身也包括用于两个图像拾取模块的光学成分，下文将进行描述。这些成分之间的间距与形成在半导体晶片上的半导体芯片上的间距相等，下文将进行描述。隔离装置522与半导体晶片503通过热可固化树脂粘合在一起。如图26C所示的模型509通过将这样的热可固化环氧树脂进行丝网印刷而形成。
附图31是在本发明的图像拾取模块的制造过程中半导体晶片的平面图，其中半导体晶片901具有一个光敏元件阵列912以及多个单元中的电子电路，半导体晶片901将被沿着边界线911的外部切割而被分开，并且每一个切开的片都用作半导体芯片与外部的电子电路相连。箭头J表示在接下来的切割步骤中切割刀片的位置和移动方向。
隔离装置组件901通过热可固化树脂931被粘接到半导体晶片910上，如前面所述。附图31仅示出了一个隔离装置组件901。
附图32是表明在本发明的实施例5的图像拾取模块的制造过程中将隔离组件密封到半导体晶片上的步骤的平面图。由于隔离装置并不象在光学元件中那样需要精确的位置调整，所以分别为每一个半导体芯片提供一个隔离装置而不是用隔离组件也是可能的。
当隔离组件901粘接到半导体晶片910上，如图32所示，光学元件组件917接着粘接于其上。在该操作中，凸透镜601，602，603，604以及光敏元件阵列912以预定的位置关系排列在一起，并且半导体晶片912的边界线911以及光学元件组件917在对角线的方向上移动。这样的设备能够使表面电极通过连接电线与外部电子电路相连。附图32仅示出了光学元件组件917。
半导体晶片为晶体，并在电、光学、机械、以及化学特性上是各向异性的。因此，拉伸的结晶块在利用X射线的衍射的方法进行定向高度精确的测量以后被切成片。在切片操作以前，被称为定向平面并且表示晶体方向的线性部分形成在圆柱形的结晶块之上。图31所示的半导体晶片910就具有这样的定向平面909。
在半导体晶片910的准备步骤中，形成了诸如光敏元件阵列912的关于定向平面909的半导体元件模型。另一方面，在光学元件组件917上，在立体光学元件组件917上也形成了一个参考模型，并被用于与定向平面109之间的排列，因此能够使排列极为精确。此外这样的方法提供了一个极为重要的优点在于立体光学元件组件917以及半导体晶片910之间的唯一的排列完成了在下面的切割步骤中将要形成的所有图像拾取模块的排列。
图26B示出的粘接剂(密封层)509是由热/紫外线可固化环氧树脂构成的用于粘接立体光学元件组件917。环氧树脂更适用于本申请因为它表现出了缓慢的硬化从而在硬化中不会出现不平坦的收缩并且表现出了应力的松弛。尽管我们已经知道粘合剂可以通过加热进行固化，但是采用热/紫外线可固化类型的环氧树脂是因为用于硬化热可固化环氧树脂的充足的热量将使微透镜，拷贝部分或者形成与半导体晶片910上的光遮蔽层506的印刷涂漆恶化。
密封步骤是通过如图32所示，将粘接在半导体晶片910上的多个隔离组件901涂上环氧树脂而执行的，然后通过紫外线照射对环氧树脂进行半硬化，然后通过按压形成一个预定的缝隙，然后通过加热执行完全的硬化，以及调整光学元件组件917与半导体晶片910之间的缝隙，这样物体图像就清晰地呈现在光敏阵列912上。
在这样的操作中，通过形成一个具有能够在立体光学元件512上在光遮蔽层506的周围传输紫外线(波长范围为300-700nm)的光谱特征的红外线截至滤光器，如图33所示，环氧树脂能够容易并安全的通过紫外线从半导体晶片的前侧照射而硬化。这种在半导体晶片的阶段通过粘接而实现的固定也可以起到阻止光学图像中的偏离模糊的效果。
附图34示出了在本发明的实施例5中的图像拾取模块的制造过程中，在将立体光学元件组件切割成每个立体光学元件以前，立体光学元件组件与半导体晶片被粘接起来的平面图。立体光学元件组件917不具有与形成在半导体晶片上的半导体芯片相同数目的光学元件。光学元件组件917如图34所示具有两套凸透镜而半导体晶片910具有11立体光学元件组件917，并且接下来的切割步骤中将每个都切成两个立体光学元件组件，结果得到了22图像拾取元件。每一个立体光学元件组件最好选择一个能够适应于该级别的有效曝光尺寸的最大的尺寸，这样就使能够从一个晶片上制造的图像拾取模块的数目最大，从而降低了成本。
通过在立体光学元件组件917上形成立体光学元件的数目少于形成在半导体晶片910上的半导体芯片的数目，并且在立体光学元件组件之间形成一个特定的缝隙，即使当这种吸力终止的时候，通过后部表面与模具的吸引而保持高度精确的半导体晶片的平面被恶化的情况下，光学元件与半导体芯片之间的位置关系也很少能被恶化。即使在近来半导体晶片的直径增加的趋势下，这样的结构也允许较为容易地获得一个高的产量。
在半导体晶片910，隔离组件901以及立体光学元件组件917的固定完成以后，获得的光学元件-半导体晶片的连接元件将遵照切割步骤将这样的连接元件切割成每个图像拾取模块。
在切割操作中可以采用前面描述的在日本专利申请特许公开No.11-345785或者日本专利公开No.2000-061677中公开的切割设备或者激光工作设备来执行。在采用日本专利申请特许公开No.11-345785中描述的具有切割刀片的切割操作的情况下，切割刀片在冷却液的冷却下被控制沿着附图34所示的箭头J仅从其后部表面切割半导体晶片910。
然后切割刀片被控制沿着图34所示的箭头K仅从立体光学元件组件的前面表面切割立体光学元件，这里利用了切割印痕，印痕可以是通过蚀刻形成在金属元件组件917上的沟槽，通过光刻手段形成的金属印痕或者在拷贝过程中形成的树脂质的突出。尤其是，这样的印痕的复制的形成与透镜构成成像单元是同步进行的，这就允许减少制造的步骤。
由于用于将半导体晶片910与隔离组件901粘合起来以及将隔离组件901与光学元件组件917粘合起来的粘接剂不包括切割位置，环氧树脂能够被阻止由于与切割刀片的摩擦而产生的熔化，或者由于形成了小的碎片或者碳的颗粒而沉淀在透镜上，这样图像拾取模块能够被阻止产生质量的恶化。
附图35是表明在本发明的实施例5的图像拾取模块的制造过程中对于具有切割刀片的半导体晶片的切割步骤的示意性的剖视图。在该步骤中切割刀片523沿着L的方向旋转，从而在半导体晶片910被分成每个半导体芯片503以前对其进行按压，但是如果一个与凸透镜601，602，603，604连接的树脂层位于切割线上，切割刀片以这个方向对这样的树脂层施加一个力从而将其从半导体光学元件512的玻璃衬底上剥落，这样就恶化了凸透镜601，602，603，604的表面精度。
在本实施例中，由于树脂不包含在切割刀片的经过位置上，不期望的力不会施加在凸透镜601，602，603，604上，这样的缺点也不会产生。而且树脂能够被阻止由于与切割刀片的摩擦而产生的熔化，或者由于形成了小的碎片或者碳的颗粒而沉淀在透镜上，这样图像拾取模块能够被阻止产生质量的恶化。
通过上文描述的切割，就获得了在附图26A和26B中示出的本发明的图像拾取模块。
附图36是表明本发明的实施例5的图像拾取模块与外部电子电路的连接情况以及封存状况的示意性的剖视图。在图36中，示出了一个构成外部电子电路板的多层印刷电路板517，一个连接电线用于将未提及的电极焊盘513与位于多层印刷电路板517上的电极焊盘进行电连接，以及热/紫外线可固化树脂521用于封存电极焊盘的外部设备以及连接电线520。热-紫外线可固化树脂520涂覆于图像拾取模块511的整个外部用于实现图像拾取模块与多层印刷电路板517之间的稳定安装。
在本实施例中，粘接剂509与分离的热-紫外线可固化树脂的封存可安全地阻止由于灰尘的侵入或者由于空气的潮湿而引起的微透镜或者过滤层的恶化以及铝层的电腐蚀。这样的封存由于它可以在半导体准备步骤中进行而显得更为有效。而且通过连接电线将表面电极与外部电子电路进行电连接，不需要一个ITO薄膜或者一个穿透金属元件，能够使产生以低成本进行。本实施例的结构应用于电连接时不仅可以采用连接电线，还可以采用TAB薄膜。
而且本实施例使得在半导体晶片阶段光学元件的排列同步进行，不需要在图像透镜与半导体芯片的合并中为每一个图像拾取模块进行主动的排列，因此允许减少调整步骤的数目。
(实施例6)
下面将参照附图37-39描述本发明的实施例6的图像拾取模块。如实施例1，光学元件与半导体晶片在光学元件组件与半导体晶片的阶段在其被分离成各自的光学元件与半导体芯片之前被连接起来。光学元件组件是一个单个的大型的半透明的圆盘形的元件。
附图37是表明本发明的实施例6的图像拾取模块的示意性的剖视图，附图38是表明在实施例6的图像拾取模块的制造过程中紫外线照射到光学元件-半导体晶片的连接元件的步骤的示意性的剖视图，附图39是表明构成实施例6的图像拾取模块的光学元件组件的平面图。
在附图37中，示出了一个粘接剂165，一个构成成像单元的分布折射率透镜161，一个由在光学元件组件160的上表面通过光遮蔽涂漆的平版印刷形成的光遮蔽层162，以及一个形成在光遮蔽层162上的光圈孔径167。半导体晶片163倍配备有多个单元的电子电路以及光敏元件阵列并且将在下一步骤中被切成每个半导体芯片173。分布折射率透镜161具有这样的光路长度从而在半导体晶片163上形成物体图像，并且具有与形成在半导体晶片上的半导体芯片同样的间距。
与前面描述的同样的成分用同样的附图标记表示，并且以后不再介绍。
在本实施例中，如图39所示，圆形的光遮蔽层162通过印刷光遮蔽涂漆例如在光学元件组件160的上表面上平版印刷而形成。由于本实施例中的粘接剂165是由紫外线可固化树脂构成的，光遮蔽层162被限制成一个岛形从而使得粘接剂165的紫外线照射可以从图像拾取模块的前侧进行。在粘接剂165是由例如薄片形或者热可固化树脂构成的情况下，不需要紫外线照射，光遮蔽层不需要被限制为这样的岛形。
本实施例与实施例5的区别在于成像单元是由与图像拾取模块的光学元件一体的分布折射率透镜构成，分布折射率透镜是一个折射率呈轴对称分布的透镜并且越靠近光圈孔径167具有更大的折射率，并且能够被看作等同于平凸透镜。这样的透镜能够通过玻璃的离子交换或者通过具有不同折射率的树脂层的注入而产生，如在日本专利申请特许公开No.11-142611中公开的那样。考虑到抵抗温度变化的稳定性，由于与半导体晶片在线性扩张系数上的小的差别，光学元件组件160最好由硼硅酸盐玻璃构成。而且为了阻止在半导体晶片上引入α射线的误差，最好使用低表面α射线密度的光学玻璃。而且为了实现红外线截至功能，诸如铜离子之类的红外线吸收元件应当被包含于在构成的材料中。
在轴向上的光圈孔径167的位置决定了光学系统中主要的光线是偏离轴向的并且这对于控制各种失真上尤为重要。在包括凸向物体一侧的分布折射率层的透镜的情况下，失真能够通过在光入射表面的一侧放置光圈孔径而较好的校正。这样与分布折射率透镜161同轴的圆形光圈孔径167就通过在光学元件组件160上的光遮蔽层162而形成。
用于完成图像拾取模块的主要步骤包括，与前面所述的实施例相同，半导体晶片163与光学元件组件160的排列与密封步骤以及切割和打碎步骤。
在排列-密封步骤中，首先，半导体晶片163与光学元件组件160之间的空隙被热-紫外线可固化环氧树脂的粘接剂165填满，而没有在那里形成一个空气层，以这样的方式固化光学元件组件160与半导体晶片163之间的缝隙，能够使物体图像清晰的形成。尽管我们知道，这种通过加热实现的可固化类型的密封，选择热/紫外线可固化类型的粘合剂是因为用于硬化热可固化环氧树脂的充足的热量将会使得未提及的彩色过滤层，复制部分或者形成在半导体晶片163上的光遮蔽层162恶化。
然后漫射的紫外线照射通过图38中的箭头G所示，用于硬化粘接剂165的环氧树脂，从而将半导体晶片163与光学元件组件160固定起来。在该操作中，紫外线穿过光学元件组件160的透明区域(在光学元件组件160上未印刷光遮蔽层162的区域)到达粘接剂165。而且由于这里使用的是漫射光，紫外光能够达到位于光遮蔽层162下面的粘接剂165，在那里整个粘接剂165能够被充分的硬化。
在接下来的切割步骤，半切割是通过沿着图38所示的边界线166而执行的。在切割步骤以后的打碎步骤中，在半导体晶片163或者光学元件组件160中未切割的50-100μm被以一个预定的辊子碾碎。这样每一个切片通过与外部电子电路的连接都可以用作图像拾取模块。
借助粘接剂165的这种密封使得能够阻止由于灰尘的侵入或者由于空气中的潮湿而引起的过滤层的恶化或者铝层的电腐蚀。这样的密封在半导体晶片的阶段进行甚至会更为有效。而且由于光学元件的排列能够在半导体晶片的阶段一次完成，这样就能够极大地减少调整步骤的数目。
(实施例7)
附图40A和40B到46示出了实施例7的立体图像拾取模块，应用于距离测量设备或者彩色图像拾取模块。
附图40A是表明本发明的实施例7的图像拾取模块的平面图；附图40B是表明沿着图40A的线40B-40B的示意性的剖视图；附图41是表明实施例7的图像拾取模块的图形拾取模块的下衬底的平面图；附图42是表明实施例7的图像拾取模块的半导体芯片的平面图；附图43是附图42中的区域Z的放大的示意性的剖视图，表明实施例7的图像拾取模块中的微透镜的操作情况；附图44表明了实施例7的半导体芯片的光敏元件阵列与图像拾取模块中的物体图像之间的位置关系；附图45表明了实施例7中的图像拾取模块的光敏元件阵列的操作情况；以及附图46表明了具有外部电子电路的实施例7的图像拾取模块的封存状况与连接状况的示意性的剖视图。
在附图40A和40B中，示出了光学元件512的上衬底501，其下衬底502，包括一个形成在下衬底502上的第二透镜的分布折射率透镜1611，用于使光线穿过光圈孔径811，包括一个形成在下衬底502上的第二透镜的分布折射率透镜1613，用于使光线穿过光圈孔径813，一个用于定义粘接剂509的厚度的珠子510，以及由上衬底501和下衬底502构成的光学元件512。
与前面描述的同样的成分用同样的附图标记表示，并且以后不再介绍。
本实施例与实施例5的区别在于构成光学元件512的成分包括其上形成有作为第一透镜的凸透镜801，802，803，804的上衬底以及其上形成有分布折射率透镜1611，1613的下衬底502。图中也示出了光圈孔径811，813。尽管没有示出，但是在凸透镜802，804的下面当然具有光圈孔径812，814。
因此本发明的图像拾取模块包括由多个第一透镜构成的第一立体透镜一个由多个第二透镜构成的第二立体透镜。
在本实施例中，第二透镜由分布折射率透镜构成，但是它们也可以象第一透镜那样由普通的球面或非球面透镜构成。
从附图40B的上面进入光学元件512的物体光线在半导体芯片503上形成了多个物体图像，并且通过其上的光敏元件进行光电转换。
上衬底401是通过将一个通过复制过程产生的树脂型的菲涅耳透镜加到一个平的玻璃衬底上而实现的。透镜与半导体芯片上的光敏元件阵列之间的距离依靠复制层的厚度体现出来，并且上层与下层玻璃衬底玻璃厚度上的误差被复制层的厚度所吸收。也可能形成一个与衬底成为一体的透镜部分，通过例如在透镜是玻璃的情况下，通过透镜浇铸，在透镜是树脂构成的情况下，通过注入浇铸或者压缩浇铸实现。
第一透镜801，802，803，804都是如图40A所示的圆形的轴对称的非球形的或球形的菲涅耳凸透镜，它与使用连续表面的普通的光学系统相比能够较好的校正尤其是图像平面的曲率，但是也可以由复制过程产生的非球形的透镜构成。这样的透镜在光学性能上不如菲涅耳透镜，但是能够相对容易地制造并且在成本上更有优势。
另一方面，分布折射率透镜1611，1613以及未提及的透镜1612，1614都是具有轴对称的分布折射率并且越靠近光圈孔径折射率越高，下文将介绍，并且能够被看作是平凸透镜。这样的透镜能够通过玻璃的离子交换或者通过具有不同折射率的树脂层的注入而产生，如在日本专利申请特许公开No.11-142611中公开的那样。第一透镜801，802，803，804以及分布折射率透镜1611，1612，1613，1614被同轴粘接。
由于这样的分布折射率透镜能够提高光学设计的自由度，能够容易地获得优于仅使用一个透镜的光学系统的光学性能，而且光学图像甚至在更亮的F数下也不会恶化。此外还能够获得具有根高分辨力限制频率的光学系统，因为由光衍射定义的分辨力限制频率在更高的透镜中变得更高。这样的结构适于获得具有较小的像素间距的光敏元件阵列的高的分辨率。
在本实施例中，圆形的光遮蔽层506是由印刷光遮蔽涂漆例如在光学元件512的下衬底502的下表面上平板印刷而形成的。在粘接剂165是由例如薄片形或者热可固化树脂构成的情况下，光遮蔽层506不需要被限制为岛形。在本实施例中，由于粘接剂165由紫外线可固化树脂构成，光遮蔽层506被限于岛形。也可以在光遮蔽层506的周围形成一个半透明区域5061从而实现粘接剂的安全硬化，下文将作描述。
半透明区域5061可以通过例如减少印刷薄膜的厚度或者减小印刷区域的比例来形成。其也可以通过蒸发或者溅射一因钢薄层，镍铬合金或者铬的薄膜形成。在溅射过程中，透射率可以通过遮光罩的连续的位置控制而手动控制。
在利用半透明的粘合剂将上衬底501和下衬底502粘接的过程中，粘接可以不形成一个缝隙，这样就避免了在空气与衬底之间的交界面的形成，这样就有效地阻止了重影图像的产生。光遮蔽层506也可以通过在上衬底501的下表面上平板印刷光遮蔽涂漆而形成。
在轴向上的光圈孔径811，812，813，814的位置决定了光学系统中的主要的光线为偏离轴线的射线并且其在控制各种失真上尤为重要。在包括凸向物体一侧的菲涅耳透镜与包含凸向图像一侧的分布折射率透镜的成像单元中，失真可以通过在成像单元中放置一个光圈孔径而较好的校正。这样，如图40B所示，下衬底502的光遮蔽层506上形成了四个圆的光圈孔径811，812，813，814。
而且，在光圈孔径811，812，813，814中，通过丝网印刷形成了用于仅传输特定波长区域的光的彩色滤光器。绿(G)传输滤光器位于光圈孔径811，814当中，而红(R)传输滤光器位于光圈孔径812当中，而且蓝(B)传输滤光器位于光圈孔径813当中。由于在彩色滤光器与上衬底501之间存在着一薄层透明粘接剂，所以即使滤光器位于光圈孔径的平面上，它的平面也不那么重要，因此，滤光器可以通过印刷形成。
透镜801，802，803，804，光圈孔径811，812，813，814以及分布折射率透镜1611，1612，1613，1614的合并的光学性能对于彩色滤光器的每一个颜色是最优化的。尤其是，透镜801，802，803，804的形状以及光圈孔径811，812，813，814的直径大小根据彩色滤光器的颜色，即根据其传输波长，而被做的稍有不同，而分布折射率透镜1611，1612，1613，1614具有相同的折射率的分布。实际上，透镜801，802，803，804形状上的不同以及光圈孔径811，812，813，814的直径上的不同非常的小，在本说明的图中无法表示出来。
而且为每一个彩色滤光器的颜色而进行的最优化的光学性能仅是对于透镜(通过浇铸准备)以及光圈孔径(通过印刷准备)而设计的，这些可以制作的相对精确，而对于所有的分布折射率透镜光学性能是一样的，因此在图像拾取模块的制造中产量可以提高。
对于彩色滤光器的每一个颜色而言这样的图像拾取光学系统的光学性能的最优化将通过像素移位技术以高的精确度产生贝尔设备图像，该技术的细节公开在日本专利申请特许公开No.2001-78123中描述的图像拾取设备中。
这可以通过利用黑树脂填充由半切割下衬底502而形成的沟槽而形成。而且为了实现红外线切割功能，在构成上层和/或下衬底501，502的物质中应当包括诸如铜原子的红外线吸收元件。
在半导体芯片503上，如图42所示，光学元件512形成四个RGBG颜色的物体图像，它们将通过位于半导体芯片上的光敏元件阵列821，822，823，824进行光电转换并被捕捉作为电信号。附图42中示出的光敏元件阵列821，822，823，824中的每一个都是由一个多个像素的二维阵列构成的。光敏元件阵列821，822，823，824中的每一个光敏元件都配备有一个微透镜516用于提高光聚光效率。
而且相对于半导体芯片503上的光敏元件，微透镜516的位置偏离中心，并且这种偏移的量在每一个光敏元件阵列821，822，823和824的中心为零，但是在其外部部分变得更大。偏移的方向是沿着连接每一个光敏元件阵列的中心与每一个光敏元件的线上。
附图43是一个图42中的Z型区域的放大的示意性的剖视图，用于解释由于微透镜516的位置偏移带来的功能。微透镜5161偏心的位于光敏元件8211的上面方向上，而微透镜5162偏心的位于光敏元件8222的下面方向上。结果是，进入光敏元件8211的的光束被限制在阴影区域8231中，而进入光敏元件8222的光束被限制在阴影区域8232中。
光束区域8231，8232分别向相对的方向倾斜，并且分别直接对准光圈孔径811，812。结果是，通过适当的选择微透镜516的偏移量，每一个光敏元件阵列仅接收来自于特定的光圈孔径的光束。尤其是，偏移量也可以这样选择使得通过光圈孔径811的物体光线主要在光敏元件阵列821中进行光电转换，通过光圈孔径812的物体光线主要在光敏元件阵列822中进行光电转换，通过光圈孔径813的物体光线主要在光敏元件阵列823中进行光电转换，以及通过光圈孔径814的物体光线主要在光敏元件阵列824中进行光电转换。
接下来将描述物体图像与图像拾取区域之间的位置关系以及当投影到物体上时像素之间的位置关系。附图44和45是表明了这种位置关系的示图。
在附图44中示出了在半导体芯片503上的四个光敏元件阵列321，322，323，324。出于简化的目的，每一个光敏元件阵列321，322，323，324都假定由8*6的像素构成的。光敏元件阵列321，324输出G图像信号，而光敏元件阵列322输出R图像信号，并且光敏元件阵列323输出B图像信号。在光敏元件阵列321，324中的像素用空白的方块表示，而在光敏元件阵列322中的像素用阴影方块表示，并且在光敏元件阵列323中的像素用黑的方块表示。
在光敏元件阵列之间，形成了一个尺寸为在水平方向上一个像素垂直方向上三个像素的分离带。结果是，输出G图像的光敏元件阵列的中心之间的距离在水平以及垂直方向上相同。图中也示出了物体图像351，352，353，354。出于像素偏移的目的，物体图像351，352，353，354的中心361，362，363，364分别朝向整个光敏元件阵列的中心320偏离光敏元件阵列321，322，323，324的中心1/4个像素。
附图45示出了翻转的以预定的距离投向物体一侧的平面上的光敏元件阵列。而且在物体一侧，在光敏元件阵列321，324中的像素的翻转投影图像用白色的方块371表示，光敏元件阵列322中的像素的投影用阴影方块372表示，并且在光敏元件阵列323的像素用黑色的方块373表示。
物体图像的翻转投影图像的中心361，362，363，364互相重合在点360，并且光敏元件阵列321，322，323，324的像素以这样的方式翻转投影从而使其中心不会相互重叠。由于白的方块输出G图像信号而阴影的方块输出R图像信号并且黑色的方块输出B图像信号，因此，在物体上，执行与具有贝尔设备的彩色滤光器的图像拾取元件相等的取样。
与利用单个图像拾取透镜的图像拾取系统相比，对于一个固态的图像拾取元件中的指定的像素间距，与具有RGBG彩色滤光器的贝尔设备相比，对于半导体芯片503上的一套2×2的像素，本实施例中的系统提供了大小为
Figure A20041008170000491
的物体图像。相应的，图像拾取透镜的焦距长度将为大致为 1 / 4 = 1 / 2 , 这样极大地减小了照相机的厚度。
现在再来谈图像拾取模块的结构，利用热/紫外线可固化树脂光学元件512与半导体芯片503被粘接在一起。在附图42中，通过热-紫外线可固化环氧树脂的丝网印刷形成了一个密封模型509。在密封层中分布着一些直径例如为6μm的珠子从而精确确定了构成光学元件512与半导体芯片503之间的缝隙的粘接剂509的厚度，这样，物体图像就清晰地聚焦在光敏元件阵列821，822，823和824上。由于这样的缝隙能够被严格地控制，就可以阻止微透镜516接触到下衬底502并且能够提高光聚光效率，这样就提供了一个即使是在低亮度的物体情况下也能够轻松地获得图像的图像拾取模。
珠子510可以由有机聚合体或者石英构成，但是石英珠子会破坏保护薄膜，电极或者为形成缝隙在按压过程中形成在半导体晶片上的转换元件，因此有机聚合体珠子会更好因为在按压步骤中按压环境可以在一个更宽的范围内选择。
附图47是本发明的实施例7的图像拾取模块的另一种结构的示意性的剖视图。在图47所示的图像拾取模块中，在密封层的下面形成了一个隔离装置222，并且没有珠子的粘接剂223形成在其内用于定义光学元件512与半导体晶片503之间的缝隙。在这种情况下，隔离装置222可以由构成微透镜相同的原料构成并且可以在微透镜形成的步骤中同时形成。
而且密封层可以位于半导体芯片503的电路上，如图42所示，可以不应用珠子，或者应用有机聚合物的珠子510，或者对于石英珠子在按压步骤中最优化按压环境。
通过将电路部分和封存部分叠放在半导体芯片之上，芯片区域能够被减少从而提供了成本上的优势。
环氧树脂适用于本申请因为它表现出了缓慢的硬化从而在硬化中不会出现不平坦的收缩并且表现出了应力的松弛。尽管我们已经知道粘合剂可以通过加热进行固化，但是用于硬化热可固化环氧树脂的充足的热量将使微透镜516，光遮蔽层506的印刷涂漆或者形成在半导体芯片503上的彩色滤光器恶化，因此选择紫外线或者热/紫外线可固化树脂。
粘接步骤是通过将光学元件512沿着对角线方向移动叠放于半导体芯片503之上而执行的，然后通过对构成粘接剂509的环氧树脂进行紫外线照射而对其进行半硬化，接着执行按压步骤直到相应于珠子510的直径的缝隙形成，并且通过加热完成环氧树脂的完全硬化。
在这一操作中，由于透明区域5061形成在下衬底502的光遮蔽层506的周围，如前所述，构成粘接剂509的环氧树脂能够通过紫外线从半导体芯片503的前侧照射而轻松安全的硬化。透明区域仅是对紫外线而言需要是透明的，而对于其它波长的光可以是不透明的。
附图40A示出了通过上述的方法获得的图像拾取模块211，从上衬底501的主要平面一侧观看，其中半导体芯片503在上衬底501之后的部分是可见的并在其两侧都配备有电极焊盘513。
附图46表明了本实施例的图像拾取模块与外部电子电路的连接状况以及封存状况的示意性的剖视图。在本实施例中，形成在半导体芯片503上的电极焊盘513与多层印刷电路板517上的电极焊盘通过连接电线520连接在一起。
为了硬化热-紫外线可固化树脂521，主要执行从图像拾取模块的前侧的紫外线照射。为了避免半导体芯片503的电极焊盘132的腐蚀，下衬底502的侧表面与热-紫外线可固化树脂的紧密接触极为重要。
在光遮蔽层506没有被限制在粘接剂509之内的情况下，紫外线光能够穿过热-紫外线可固化树脂521的层照射到下衬底502的封存部分，因此这样的部分最后被硬化。但是在本图像拾取模块中，由于光遮蔽层506被限制在粘接剂509之内，如箭头G所示紫外线光到达下衬底502的粘接剂分有一条安全的光路，这样的光路允许不穿过其层面就能够实现安全的硬化以及热-紫外线可固化树脂的粘接。而且，由于没有光遮蔽层的半透明区域位于光遮蔽层506的周围，因此也存在着一条如箭头Ga所示的光路。尽管光的亮度较低，但是也能够实现安全的硬化与粘接。
也存在着光路H和Ha用于高度稳定的安装多层印刷电路板517。
如前所述，密封层509与热-紫外线可固化树脂521的封存允许安全地阻止由于灰尘的侵入或者由于空气的潮湿而引起的微透镜或者过滤层的恶化以及铝层的电腐蚀。而且，由于平的圆盘形的分布折射率透镜的使用，半导体芯片503能够被容易的封存。
而且通过连接电线将表面电极与外部电子电路进行电连接，不需要一个ITO薄膜或者一个穿透金属元件，能够使制造以低成本进行。本实施例的结构应用于电连接时不仅可以采用连接电线，还可以采用TAB薄膜。
在本实施例中，通过分成R，G，B三种颜色来获得物体图像并且通过图像拾取设备合成彩色图像的情况下，在图像拾取设备中第一透镜具有为每一种颜色最优化的三种光学性能，而第二透镜具有同样的一种光学性能，但是本实施例也可以应用于一个已知的二传感器图像拾取设备用于通过分解成一个亮度信号和两个色度信号或者分解成一个G信号和R，B信号来获得物体图像，然后合成一个彩色图像，其中第一立体透镜具有为亮度信号和彩色信号或者为G信号和R，B信号最优化的两种光学性能，而第二立体透镜具有一个相同的光学性能。
下面将参照48-51描述本发明中图像拾取模块的制造方法。在本实施例中，光学元件512与半导体芯片503在切割以前在光学元件组件与半导体晶片的阶段被连接在一起。
附图48是表明在本发明的实施例7的图像拾取模块的制造过程中上衬底组件的平面图，附图49是表明在实施例7的图像拾取模块的制造过程中下衬底组件的平面图，附图50是表明在实施例7的图像拾取模块的制造过程中半导体晶片的平面图，附图51是表明在实施例7的图像拾取模块的制造过程中从光学元件-半导体晶片的连接元件中分离图像拾取模块的步骤的示意性的剖视图。
在附图48中，示出了光学元件组件的上衬底组件717，其将在下一步骤中被分成用于两个图像拾取模块的两个上衬底501。在附图49中示出了光学元件组件的下衬底组件，并且这样的上衬底组件717与下衬底组件714通过半透明的粘合剂被粘接在一起，而且没有形成一个缝隙，从而得到了一个圆盘形的透明的光学元件组件。这些成分之间的间距与形成在半导体晶片上的半导体芯片的间距是相同的，下文将进行描述。
在图51所示的半导体晶片710上，光敏元件阵列912与电子电路通过一个已知的过程形成了多个单元并且被沿着边界线911的外围线切割而被分离，并且每一个切割都被用作被连接在外部电子电路上的半导体芯片。在附图51中，箭头51表明了在接下来的切割步骤中切割刀片的位置和移动方向。半导体晶片710也具有构成粘接剂713的紫外线可固化环氧树脂并且通过丝网印刷而形成，并且这样的环氧树脂被用于粘接光学元件组件和半导体晶片710。附图50仅示出了光学元件组件719。
这样的结构提供了一个非常重要的优点在于光学元件组件719与半导体晶片710之间的一次排列就完成了将在下一步骤中通过分离形成的所有的图像拾取模块的排列。
粘接步骤是这样执行的，如图50所示，通过紫外线照射半硬化形成在半导体晶片710上的环氧树脂，然后执行按压形成一个预定的缝隙，然后通过加热执行完全硬化，接着调整光学元件组件719与半导体晶片710之间的缝隙从而使得物体图像清晰的形成在光敏元件阵列712上。
附图51示出了所有光学元件组件719的粘接完成的状态。
光学元件组件719没有被配备与形成在半导体晶片710上的半导体芯片503相同数目的光学元件。如图51所示的光学元件组件719具有两套凸透镜而半导体晶片710具有11个光学元件组件719，并且接下来的切割步骤中将每个都切成两个光学元件，结果得到了22图像拾取元件。每一个立体光学元件组件719最好选择一个能够适应于该级别的有效曝光尺寸的最大的尺寸，这样就使能够从一个晶片上制造的图像拾取模块的数目最大，从而降低了成本。
通过在光学元件组件719上形成光学元件512的数目少于形成在半导体晶片710上的半导体芯片的数目，并且在光学元件组件之间形成一个特定的缝隙，光学元件与半导体芯片之间的位置关系就很少能被恶化，甚至在通过后部表面与模具的吸引而保持高度精确的半导体晶片的平面，当这种吸力终止的时候其平面被恶化的情况下。即使在近来半导体晶片的直径增加的趋势下，这样的结构也允许获得一个高的产量。而且也可以使用一个具有在半导体晶片710上的所有半导体芯片的同样数目的光学元件的大型光学元件组件。
在半导体晶片710与光学元件组件719的固定完成以后，获得的光学元件-半导体晶片的连接元件将遵照切割步骤将每一个这样的连接元件切割成每个图像拾取模块。
在半导体晶片、玻璃衬底或者树脂衬底的切割操作中，可以采用在日本专利申请特许公开No.11-345785或者日本专利公开No.2000-061677中公开的切割设备或者激光工作设备来执行。在如前所述的具有切割刀片的切割操作的情况下，切割刀片在冷却液的冷却下被控制沿着附图50所示的箭头B仅从其后部表面切割半导体晶片710。
然后切割刀片被控制沿着图50所示的箭头I仅从光学元件组件719的前面表面切割光学元件。
在这样的操作中，这里利用了切割印痕，印痕可以是通过蚀刻形成在金属元件组件917上的沟槽，通过光刻手段形成的金属印痕或者在拷贝过程中形成的树脂质的突出。尤其是，这样的印痕的复制的形成与透镜构成成像单元是同步进行的，这就允许减少制造的步骤。
由于用于将半导体晶片710与光学元件组件719粘合起来的粘接剂不包括切割位置，环氧树脂能够被阻止由于与切割刀片的摩擦而产生的熔化，或者由于形成了小的碎片或者碳的颗粒而沉淀在透镜上，这样图像拾取模块能够被阻止产生质量的恶化。
而且由于复制树脂不包含在切割刀片的经过位置，这样的复制部分保持了不会存在不期望的压力，这样就避免了透镜中的恶化或者压力。上述描述的步骤中的分离提供了如图40A和40B所示的本实施例的图像拾取模块。
在切割步骤中，由于切割是从顶部到后部以不同的相位执行的，其中对于连接导线的焊盘被曝光如图40A所示从而简化下一步骤中与电子电路的连接。
而且本实施例使得在半导体晶片阶段光学元件的排列同步进行，不需要在图像透镜801，802，803，804与半导体芯片503的合并中为每一个图像拾取模块对图像透镜和半导体芯片503进行主动的排列，因此允许减少调整步骤的数目。
(实施例8)
在本实施例中，将参照附图52，53介绍具有改进的光遮蔽特性的图像拾取模块。
附图52是表明本发明的实施例8的图像拾取模块的平面图，以及附图53是图像拾取模块沿着图52中的线53-53的示意性的剖视图。
在附图52中，示出了一个具有对于光敏元件阵列接收的波长区域充分的光遮蔽特性的光遮蔽板224。
与前面描述的同样的成分用同样的附图标记表示，并且以后不再介绍。
本实施例与实施例7的区别在于图像拾取模块具有用于改进光遮蔽特性的光遮蔽板224。
光遮蔽板被固定在实施例7的图像拾取模块的上表面，如图40A和40B所示。
光遮蔽板224具有两个孔径500，600，位于孔径500的两个凸透镜801，802，以及位于孔径600的两个凸透镜803，804。这样可以通过尽量的遮盖上衬底501上除了凸透镜801，802，803，804以外的区域而避免从光遮蔽层506的外部出现的散射光。
(实施例9)
在本实施例中将介绍利用先前描述的实施例1-8的图像拾取设备。
本实施例的图像拾取设备的特点在于通过利用实施例7中描述的立体光学元件而减小其厚度。
附图54A，54B，54C表明了具有本发明的图像拾取模块的数字彩色照相机的整个示图，其中附图54A是后视图，附图54B是从附图54A的左侧看的侧试图以及附图54C是从附图54A的右侧看的侧视图。附图55是沿着附图54A的线55-55的示意性的剖视图。在本实施例中将介绍应用了彩色滤光器的数字彩色照相机，但是本发明也可以应用于不配备彩色滤光器的数字照相机。
参考附图54A到54C，图中示出了卡式照相机的主体401，主开关405，释放开关406，用于通过用户固化照相机状态的开关407，用于表示图像拾取帧的剩余数目的显示单元410，一个观看寻像器的目镜411，从该目镜出现了进入观看寻像器的物体，一个将连接在外部计算机或者类似设备用于数据交换的标准连接终端412，一个接触保护盖423，一个位于照相机中的图像数取模块211。照相机主体为了安装于个人计算机上可以以与PC卡的大小相同的尺寸形成。在这种情况下，照相机的尺寸由85.6μm的长，54.0μm的宽，3.3μm的厚(PC卡标准类型1)或者5.0μm的厚(PC卡标准类型2)构成。本实施例仅示出了数字彩色照相机的一个例子，其形式并不局限于本实施例。
参见附图55，图中示出了一个机壳414用于容纳照相机的各种成分，一个后盖415，一个图像拾取模块211，一个开关416用于当释放开关被按压的时候而被打开，以及一个保护玻璃420。保护玻璃420具有一个用于提高透射率的涂层，从而阻止重影的产生。而且为了减少从图像获得区域以外进入图像拾取模块211的光线，在除了有效范围以外的区域配备了一个光遮蔽盖421。开关416当释放开关被半压的时候，被配备有将被关闭的第一级电路，当释放开关406被完全按压的时候，被配备有将被关闭的第二级电路。
构成寻像光学系统的第一和第二棱镜418，419由诸如丙烯酸树脂之类的透明材料构成并具有同样的折射率。棱镜的内部被填充从而使的光线能够线性的经过，而且观看寻像器的功能是通过发生在第一与第二棱镜之间的空气缝隙处的整个光线发射实现的。
而且在保护玻璃420与图像拾取模块211之间，光遮蔽板422被固定在机壳414之上，从而避免了在图像拾取模块211中在光遮蔽层506的周围通过透明区域的散射光的产生。
光遮蔽板422，如实施例7中的光遮蔽板224，被配备有用于将物体光线引入透镜801，802，803，804的孔径并且避免了其它光线的进入。因此这样的数字彩色照相机能够获得极为清晰并且没有散射光的图像。
下面将参照附图56描述将先前描述的图像拾取模块的实施例应用于一个精致照相机中的例子，其中方框图表明了本发明的图像拾取模块应用于“静态视频照相机”的情况。
参照附图56，图中示出了一个挡板1101，它被用作透镜保护并作为一个主开关，一个透镜1102用于将物体的光学图像聚焦在固态图像拾取元件1104上，一个光圈用于限制经过透镜1102的光量，一个一个固态图像拾取元件1104用于取回在透镜1102中形成的图像并将其作为图像信号。透镜1102，光圈1103以及固态图像拾取元件1104构成了一个图像拾取模块。图中也具有一个A/D转换器1106用于将从固态图像时元件1104输出的图像信号进行模拟-数字转换，一个信号处理单元用于对从A/D转换器输出的图像数据进行各种校正和数据压缩，一个时序发生器1108用于为固态图像拾取元件1104，图像信号处理单元1105，A/D转换器1106以及信号处理单元提供各种时钟信号，一个完全控制/操作单元用于控制各种操作以及整个静态视频照相，一个存储单元1110用于暂时存储图像数据，一个接口单元1111用于存储或从记录媒体读取，一个诸如半导体存储器的分离记录介质1112用于记录或读出图像数据，以及一个接口电路1113用于与外部计算机或类似设备进行通讯。
下面将介绍在图像拾取操作中具有上面所述的结构的静止视频照相机的工作。
当透镜挡板被打开的时候，首先打开了主电源供应，然后打开了控制电源供应，随后为包括A/D转换器等的图像拾取电路打开了电源供应。
然后，为了控制曝光量，整个控制/操作单元1109控制固态图像拾取元件1104的充电累积时间。从固态图像拾取元件1104输出的信号被A/D转换器1106转换并被提供给信号处理单元1107。根据这样的数据，整个控制/操作单元1109计算曝光量。
亮度是根据这样的光线出现的结果判断的，整个控制/操作单元1109再次相应的控制充电累积时间。
主要的曝光是在合适的曝光量被确定以后开始的。在曝光以后，从固态图像拾取元件1104输出的信号在A/D转换器1106中被转换，然后在信号处理单元1107中被处理并且通过整个控制/操作单元1109被写入存储单元。然后在存储单元1110中积聚的数据在整个控制/操作单元1109的控制下，通过记录媒体控制I/F单元被记录在诸如半导体存储器的分离记录介质1112中。这样的数据也可以通过外部I/F单元1113之间进入到计算机或类似设备中用于图像处理。照相机可以被制造成能够记录移动的图像。

Claims (9)

1、一种图像拾取模块，包括设置在半导体晶片上的光学元件，其中所述光学元件包括第一透镜以及第二透镜，并且所述第二透镜被设置成与所述第一透镜相对应。
2、根据权利要求1所述的图像拾取模块，其中所述第二透镜是分布式折射率透镜。
3、根据权利要求1所述的图像拾取模块，其中所述光学元件通过将上衬底与下衬底相靠近而构成，并且所述第一透镜形成在所述上衬底上，所述第二透镜形成在所述下衬底上。
4、根据权利要求1所述的图像拾取模块，其中所述第一透镜与第二透镜被调整为同轴。
5、根据权利要求1所述的图像拾取模块，其中所述光学元件是一个立体光学元件，所述立体光学元件包括由多个所述第一透镜构成的第一立体透镜以及由多个所述第二透镜构成的第二立体透镜。
6、根据权利要求1所述的图像拾取模块，其中所述光学元件包括彩色滤光器或者红外线截至滤光器。
7、根据权利要求1所述的图像拾取模块，其中所述光学元件包括一个带有孔径的光遮蔽光圈层，所述孔径与所述第一透镜或者所述第二透镜相对应，并且所述光遮蔽光圈层设置在所述第一透镜与所述第二透镜之间。
8、根据权利要求1所述的图像拾取模块，其中所述半导体芯片包括一个位于其上的微透镜。
9、一种数字照相机，包括根据权利要求1所述的图像拾取模块。
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