堆叠式图像传感器的制作方法

本发明涉及图像传感器，并且具体地涉及一种堆叠式图像传感器。

背景技术：

1、诸如独立数字相机、移动设备、汽车部件和医疗设备等消费者设备中的相机模块包括图像传感器及图像传感器的像素阵列。图像传感器包括像素阵列，该像素阵列将由相机透镜成像在其上的光转换成数字信号，该数字信号被转换成包含图像数据的显示图像和/或文件。一些被称为堆叠式芯片图像传感器的图像传感器包括位于图像传感器下方的逻辑芯片，本文也称为图像传感器芯片。逻辑芯片包括模数转换电路系统和图像信号处理(isp)电路系统。逻辑芯片的示例包括asic和图像信号处理器。isp的可能功能包括图像处理、视频处理和流式传输以及高速数据传送。

2、当操作时，逻辑芯片生成热量，该热量传播到图像传感器芯片的一个或多个区域，这增加了这些区域中的像素中的暗电流，并导致被称为暗图像不均匀性的图像伪影。一种用于减少暗图像不均匀性的方法是在不使用时使像素电路系统断电，但是这种方案对传感器定时设置了限制，这使得图像传感器对于某些成像情景例如空闲时间相对稀少的汽车应用不兼容。用于减少暗图像不均匀性的一种不同方法是增加芯片上逻辑芯片的高功率和因此发热元件的空间均匀性。这种方法的缺点是，由于电压源与元件之间的电阻，离电压源较远定位的元件接收到较低的电压。

技术实现思路

1、在第一方面，一种堆叠式图像传感器包括信号处理电路系统层、像素阵列基板、热输送层和热通路。该信号处理电路系统层包括暴露在信号处理电路系统层的电路系统层底表面上的传导焊盘。像素阵列基板包括像素阵列，并设置在信号处理电路系统层的电路系统层顶表面上。电路系统层顶表面在电路系统层底表面与像素阵列基板之间。热输送层位于信号处理电路系统层与像素阵列基板之间。热通路将热输送层热耦合到传导焊盘。

2、在一些实施例中，所述像素阵列基板包括包围所述像素阵列的上周边区域。所述热输送层包括在平行于所述电路系统层底表面的水平面中延伸的突起，所述热通路在竖直平面中抵接所述突起，所述竖直平面(i)垂直于所述水平面并且(ii)与所述上周边区域相交。

3、在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的与所述竖直平面相交的下周边区域，所述热通路从所述热输送层延伸穿过所述下周边区域。

4、在一些实施例中，所述热输送层包括多个附加突起，每个所述附加突起在所述水平面中延伸，并且所述图像传感器还包括多个附加热通路，每个所述附加热通路在所述竖直平面中抵接所述多个附加突起中的相应一个。

5、在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的与所述竖直平面相交的下周边区域，以及所述多个附加热通路中的每一个从所述热输送层延伸穿过所述下周边区域。

6、在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括多个集成电路，所述热输送层包括多个不同的区域，每个所述区域在所述多个集成电路中相应一个集成电路的上方对准。

7、在一些实施例中，所述多个集成电路中的每一个具有多个操作功率中的相应操作功率，所述信号处理电路系统层包括操作功率小于所述多个操作功率中的最小值的附加集成电路，所述热输送层形成在所述附加集成电路与所述像素阵列之间对准的孔口和凹部之一。

8、在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括具有第一操作功率的第一集成电路和具有超过所述第一操作功率的第二操作功率的第二集成电路，所述热输送层的至少部分位于所述第二集成电路与所述像素阵列之间，所述热输送层形成在所述第一集成电路与所述像素阵列之间对准的孔口和凹部之一。

9、在一些实施例中，所述信号处理电路系统层包括多个集成电路和在其周围的下周边区域；以及所述热通路从所述热输送层延伸穿过所述下周边区域。

10、在一些实施例中，所述图像传感器还包括：在所述信号处理电路系统层上的底部互连层堆叠；以及位于所述像素阵列基板与所述底部互连层堆叠之间的顶部互连层堆叠。

11、在一些实施例中，所述热输送层位于所述底部互连层堆叠与所述顶部互连层堆叠之间。

12、在一些实施例中，所述底部互连层堆叠包括多个金属层，所述热输送层是所述多个金属层中相对于所述电路系统层底表面的最远侧金属层。

13、在一些实施例中，所述图像传感器还包括附加热输送层，所述附加热输送层位于所述热输送层与所述电路系统层底表面之间，并热耦合到所述传导焊盘，所述附加热输送层是所述多个金属层中靠近所述热输送层的附加金属层。

14、在一些实施例中，所述图像传感器还包括在所述热输送层与所述附加热输送层之间并连接所述热输送层和所述附加热输送层的多个传导通路。

15、在一些实施例中，所述附加金属层与所述最远侧金属层相邻并且在所述最远侧金属层与所述电路系统层底表面之间，并且所述图像传感器还包括导线的双绞线。在所述最远侧金属层中并且相对于所述最远侧金属层的第一侧，所述导线的双绞线包括：第一导线，所述第一导线包括(i)在第一方向上定向的第一近侧区段，(ii)在所述第一方向和垂直于所述第一方向的第二方向上相对于所述第一近侧区段偏移的第一远侧区段，以及(iii)将所述第一近侧区段的远侧端部连接到所述第一远侧区段的近侧端部的连接区段；第二导线，所述第二导线包括(i)在所述第二方向上与所述第一近侧区段相邻并与所述第一远侧区段共线的第二近侧区段，(ii)在所述第二方向上与所述第一远侧区段相邻并与所述第一近侧区段共线的第二远侧区段。在所述附加金属层中，所述导线的双绞线包括l形区段，所述l形区段包括：(i)第一线性区段，所述第一线性区段部分地在所述第一远侧区段下方并具有在所述第二近侧区段的远侧端部下方的近侧端部，以及(ii)在所述第二远侧区段的近侧端部下方的远侧端部。所述导线的双绞线还包括：所述多个传导通路中的第一传导通路，所述第一传导通路将所述l形区段的所述近侧端部电连接到所述第二近侧区段的所述远侧端部；以及所述多个传导通路中的第二传导通路，所述第二传导通路将所述l形区段的所述远侧端部电连接到所述第二远侧区段的所述近侧端部。

16、在一些实施例中，所述顶部互连层堆叠包括多个金属层，所述热输送层是所述多个金属层中相对于所述像素阵列基板在最远侧的一个层。

17、在一些实施例中，所述图像传感器还包括：逻辑芯片，所述逻辑芯片包括所述底部互连层堆叠和所述信号处理电路系统层；传感器芯片，所述传感器芯片设置在所述逻辑芯片上并包括所述像素阵列基板，和在所述像素阵列基板与所述底部互连层堆叠之间的所述顶部互连层堆叠；以及传导结构，所述传导结构将所述传感器芯片的所述顶部互连层堆叠电连接到所述逻辑芯片的所述底部互连层堆叠，所述传导结构是贯穿硅通路和混合键合再分布层之一。

18、在一些实施例中，所述热输送层包括金属化层和热粘合剂层中的至少一种。

19、在一些实施例中，所述图像传感器还包括散热层，所述信号处理电路系统层设置在所述散热层上。

20、在一些实施例中，所述散热层是印刷电路板，所述热输送层热耦合到所述印刷电路板的接地端子和电源端子之一。

21、在一些实施例中，所述图像传感器还包括基板，所述散热层设置在所述基板上。

22、在第二方面，一种堆叠式图像传感器包括散热层、设置在散热层上的信号处理电路系统层、像素阵列基板、热输送层和热通路。像素阵列基板包括像素阵列并设置在信号处理电路系统层上。热输送层位于信号处理电路系统层与像素阵列基板之间。热通路将热输送层热耦合到散热层。