CN101097932A - 低噪声轻薄型光电感测装置及其制造方法 - Google Patents

低噪声轻薄型光电感测装置及其制造方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种包括光电感测基底和透明基底的低噪声轻薄光电感测装置，该光电感测基底包括光电转换元件区、可作为外部电极连接端的电极焊垫或贯穿该光电感测基底的外部电极接合榫、环绕光电转换元件区的周围电路，该电路与光电转换元件区和光电感测基底的电极焊垫和/或接合榫具有电性连接，还可作为光电信号的输出、输入、信号放大与光电转换元件画素地址的解码之用。该透明基底包含有对应于电极焊垫的凹槽，通过接合技术直接接合该透明基底与光电感测装置基底。该装置容易组装，并能以全晶片或至少一个光电感测装置的部分晶片同时大量生产制造以简化生产流程及降低生产成本。本发明还提供该光电感测装置的制造方法以及相关的光电感测模块。

Description

低噪声轻薄型光电感测装置及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种光电感测装置，特别涉及一种低噪声薄型光电感测装置。
背景技术
近年来，随着电子产业的日新月异与各类电子产品生命周期的快速缩减及电子产品同时朝向小型化、轻薄化及整合多功能化的趋势发展，而各类个人行动电子装置也普遍都配有多媒体光电感测装置模块，另外一些安全监视系统、医疗检测设备及其他热像系统等对于光电感测装置都有强烈需求。
目前一般的光电感测装置是贴附于陶瓷或塑胶封装的芯片承载器上，通过打线接合方式电性连接该光电感测装置的电极焊垫和封装体内的内引脚或电路板基系板上的电极连接端。该光电感测装置通常是个别进行组装且外加密封一透明上盖如玻璃、塑胶或高分子透明基材于该封装上，以暴露该光电感测装置的光电转换元件区域。
该光电感测装置通常是于固态半导体基底的上表面形成一光电转换元件，该光电转换元件可使入射于该元件上的电磁辐射能量的大小转换成为电荷量的多少，并进而转化成为电压、电流信号的强弱。此外还可包括一周围控制电路，可用以解码该光电转换元件阵列的光电转换像素位置与控制该光电感测装置的输出、输入电路信号及电性连接端。
当集成电路元件缩小和整合更多、更复杂的功能需求时，所面临更多输出、输入的外接电极脚数、更高的操作频率、及所伴随产生更加复杂的散热和电磁干扰等问题，对光电感测装置的品质将造成重大的影响。一般光电感测装置的噪声来源，除了光电感测装置本身产生的散弹噪声(Shot noise)和热噪声(Thermal noise)外，还包括有光电感测装置中周围电路产生的噪声、其他电路产生的噪声干扰及操作频率所产生的噪声电磁干扰等皆会严重影响光电感测装置的信号与噪声比，并进而缩小该光电感测装置的工作动态范围及降低该光电感测装置的品质。
图1为阐示传统光电感测装置及其封装的示意图，如图1所示，一传统陶瓷封装100系提供一凹槽101于一陶瓷基底103和一导电内引脚102于其封装内；一光电感测管芯104通过导电粘着膜105贴附于该凹槽101内；及使用一金属线107标准打线接合制造过程，电性连接该光电感测管芯104的电极焊垫106至内引脚102上。
图2阐示另一传统光电感测装置及其封装。如图2中，一塑胶封装110至要包含有一内引脚112和外引脚122，且该引脚电性连接至引脚架117；及一塑胶基底113上的一凹槽110；一光电感测管芯104通过一导电粘着膜115贴附于凹槽111的引脚架117；及使用一金属线107用打线接合制造过程，电性连接该光电感测管芯104的电极焊垫106至内引脚112上。
另一揭露于美国专利第6268231号的低成本电荷耦合装置封装，名为“低成本电荷耦合装置封装”于1999年10月4日公布给予KeithE.Wetzel先生，如图3所示。一电荷耦合装置(CCD)封装310其主要结构包括有一塑胶基底结构312；一塑胶环绕架314；一软性电路板318；及一玻璃盖316用以形成一密封空间，便于该内含一光电感测装置于该空间内组装。该玻璃盖316是使用来保护贴附于密封空间内软性电路板318上的光电感测管芯311，且通过金属接合线329电性连接该软性电路板318上的导电电极端至光电感测管芯311的电极焊垫。
图4为阐示另一揭露于台湾专利第TWM249376公开号、名为“低噪声影像感测器”的示意图，如图4所示，其主要结构包含一光电影像感测芯片管芯420、一透光片430、一透光红外线滤光片432及一薄膜基板410，其中该薄膜基板410包括有一介电层415、一金属线路层416和一外接电性接合端417，用以接合该光电感测管芯420的电极连接端凸块424和一窗口413用以设置该光电感测管芯420；及一覆盖该光电感测管芯420的一背面电磁屏蔽金属层440，用以避免外部电磁噪声干扰，达成降低噪声的功效。还可再包含一覆盖于该薄膜基板410上表面的另一电磁屏蔽金属层470，利用达成降低噪声的功效。
上述传统光电感测装置的主要缺点是该光电感测装置本身不具有电磁屏蔽的功效，或者需要个别进行额外电磁屏蔽层的封装制造流程，如此对该光电感测装置或模块的体积和重量便很难进一步地缩小，而且也会造成整体制造成本及生产时间的增加。另外，一般光电感测装置在组装完成后段透光片封装制造过程前，即会面临该光电感测装置因为储存环境不良或储存时间过长，可能导致该产品往后生产良率及可靠性等问题。同时，该光电感测装置都需要事先从全晶片中切割、分离成单独的光电感测管芯之后，才能再进行个别封装组合制造过程，然而在晶片切割、分裂时，容易产生硅微粒，而且该硅微粒具有污染及刮伤该光电感测装置的光学转换区域的危险，进而损伤或毁坏该光电感测装置，并影响该整体光电感测装置的品质和封装良率。
发明内容
本发明提供解决上述光电感测装置的相关问题，并且揭露一轻薄、便宜的低噪声光电感测装置，可使该光电感测装置更适合组装成为便宜的光电感测模块利于配置在行动电话、个人数字助理装置、个人电脑、摄影机、数字照相机、电脑扫描器、读条码器、安全监视系统、医疗检测器材……等各类应用产品上。
本发明目的提供一种低噪声薄型光电感测装置，该装置具有容易组装，能以全晶片或至少一个光电感测装置的部分晶片，同时大量生产制造以简化生产制造过程流程及降低生产成本。
本发明另一目的是包括于该光电感测装置基底的中形成一内嵌电磁屏蔽层，其中该电磁屏蔽层为围绕该整体光电转换元件区域或个别光电转换元件(除需预留光线开窗口的区域外)，可利用以降低该光电感测装置的电磁噪声干扰。该光电感测装置中的电磁屏蔽层，还可电性连接到内嵌于光电感测装置背面或其他电路基板的另一导电接地层，以形成该光电感测装置的一完整电磁遮蔽所(除上述所预留光线开窗口的区域外)。
本发明又一目的是提供设置至少有一凹槽的透明基材，且可通过一些接合技术，如阳极接合(anodic bonding)、共晶接合(eutecticbonding)、粘着接合(adhesive bonding)、局部接合(localized bonding)、低温接合等方式或其中任一组合方式直接接合该透明基材与光电感测装置基底，而该透明基材的凹槽为可选择对应于该光电感测基底的电极焊垫和芯片切割区。该透明基材下表面除可设置至少有一凹槽外，其下表面亦可包括形成一平面、球面、非球面、kinoform面或其中任一组合面以形成为一可具有折射或绕射的光学面，以利用提升光学功效。亦可选择于该上、下表面，附加形成至少一层光学薄膜层，用以提供IR(红外线)和/或低频滤光的功能，如此便不需要额外再搭配另一光学滤光片或一透明上盖于光电感测装置上。
本发明又一目的是可通过研磨技术，如化学机械研磨、高选择性等离子体蚀刻、抛光研磨或蚀刻技术等方式，可选择自该透明基材上表面直接磨薄该透明基材磨至该透明基材的凹槽底部，以使该光电感测基底的电极焊垫能直接暴露出来，作为该光电感测装置的外部电极连接端。
本发明的另一目的是提供一种薄型光电感测装置，该薄型光电感测装置包括一作为光电转换元件区、一可作为外部电极连接端的电极焊垫或贯穿该光电感测基底的外部电极接合榫、一环绕光电转换元件区的周围电路，该电路与光电转换元件区和光电感测基底的电极焊垫和/或接合榫具有电性连接，还可作为光电信号的输出、输入、信号放大与光电转换元件画素地址的解码之用。
本发明的又一目的为提供一种光电感测装置制造方法，该方法是利用直接接合技术取代传统需要另行插入一接合树脂底座于光电感测装置中。除外，并可直接研薄该透明基材及光电感测基底，以使该光电感测装置的电极连接端能暴露出来(例如：光电感测装置的电极焊垫、接合榫)和导电基板的预设线路，通过封装连接技术相互电性连接，例如可利用异方向性、等方向性导电性粘胶层、底层凸块金属化(UMB)、金或锡铅凸块、打线、球栅阵列、覆晶，其他金属化电极连接法或上述的一些接合方式(如阳极接合、共晶接合、粘着接合、局部接合、低温接合等方式或其中任一组合方式)等封装连接技术，使该光电感测装置能更适合利用于现在轻、薄、短小的电子装置。
本发明的优选具体实施例中，为利用设置至少有一凹槽的透明基材，直接接合贴附于在光电感测基底的上表面，并且对准覆盖于该光电感测基底的光电转换区上，藉以使光电影像辐射能量，可穿过该透明基材到达该光电元件转换区域上。而该透明基材可直接贴附于光电感测基底的上表面，而不需要额外利用另一座体，以支撑该透明基材及保护该光电感测装置。
本发明的又一目的为可配置一预先设计厚度的支撑层藉以控制该透明基材与光电感测装置的相对距离以提升光电影像成像的品质。另外，亦可选择于该光电感测基底、支撑层、透明基材的相邻表面预设形成至少有一个凹起部或凸起部，以帮助提供该光电感测基底、支撑层及透明基材中的相邻表面，能精密对准及紧密结合。
本发明的再一目的为提供一种可伸缩的支撑层，其中包含有一磁性体和导电线圈结构体，且分别固定于支撑层的上、下两端，还可利用该磁性体与导电线圈结构体所外加的电流大小，相互感应所产生的相对磁力，用以带动该支撑层的导电线圈结构体及磁性体作相对伸缩移动，及配合接合技术连带控制该透明基材与光电感测装置的相对距离，以提升光电影像成像的品质。
本发明的另一具体实施例，是可利用一透明材料填充介于光电转换区上表面及透明基材下表面的空穴。该透明材料可选择与透明基材的反射系数互相匹配的透明材料，来达到减少该光电感测基底与透明基材间的电磁辐射能量损失，增进光电元件转换区所呈现的光电影像图形品质。
于本发明的又一优选实施例为提供一电性连接的架构，该架构可电性连接该光电感测装置上表面的电极焊垫或下表面的外部电极接合榫至光电感测控制模块的电极端，该光电感测控制模块可高度整合包括一些光电感测相关控制功能区块，例如系统微处理控制器，数字信号处理器，系统时序控制单元(ASIC)，内存缓冲器，周边控制元件等区块或包括上述功能的光电感测控制系统的整合性封装模块。
本发明的结构亦适合用全晶片或含至少一个光电感测管芯的部份晶片的生产制造流程上，可大量、同时生产制造该光电感测装置，较前述利用传统个别生产光电感测装置的成本更为低。还可选择性其他光学透镜系统与该光电感测装置结合，随后再将含有电性连接端及光学透镜系统的光电感测装置切割分开，再分别利用一些封装连线技术、界面接合技术或导电材料，来电性连接该含有电性连接端的光电感测装置至其他光电感测控制模块的电极端，其中该光电感测控制模块还可包括以堆叠或平面方式电性连接一个或多个光电感测周边控制集成电路元件于该电路基板上。
附图说明
有关本发明的特色、观点及其优点将于下述说明、权利要求及附图中详加说明以利了解：
图1至图3为绘示传统现有的光电感测装置及封装的示意图；
图4为绘示现有的低噪声光电影像感测器的示意图；
图5为绘示包含有多个光电感测装置全晶片的示意图；
图6为绘示图5中光电感测装置管芯的放大示意图；
图7A～7D为绘示光电感测装置中接合栓塞和内嵌电磁屏蔽导电层的局部剖面示意图；
图8A～8C为绘示光电感测装置的局部剖面示意图；
图9A为绘示透明基底与光电感测装置全晶片相对应的示意图；
图9B为绘示部份透明基底与光电感测装置管芯相对应的放大示意图；
图10A～10D为本发明的一优选实施例的局部剖面示意图；
图11A～11D为本发明另一实施例的局部剖面示意图；
图12A～12D为本发明又一实施例的局部剖面示意图；
图13A～13C为本发明再一实施例的局部剖面示意图；
图14A为本发明包含一支撑层的实施例局部剖面示意图；
图14B为本发明可伸缩的支撑层的局部放大剖面图；
图15为本发明填充透明材料的一实施态样的局部剖面示意图；
图16A～16D为本发明光电感测装置晶片接合另一光学透镜系统的不同实施态样局部剖面示意图；
图17A～17D为本发明光电感测装置晶片接合形成一光学透镜系统的实施态样局部剖面示意图；
图18A～18D为本发明光电感测装置晶片接合形成光学透镜系统另一实施态样局部剖面示意图；
图19A～19C为本发明的三种不同方法形成外接电极接合榫的实施态样的剖面放大示意图；及
图20A～20B为本发明光电感测装置与光电感测控制模块结合的不同实施态样的示意图。
主要组件符号说明
150  光电感测晶片基底(photo sensor wafer substrate)
151  光电感测管芯(photo sensor die)152  管芯切割区
161  沟槽(trench)       160  光电感测管芯上表面
162  绝缘层             163  绝缘层
166  接合栓塞           168  外接电极接合榫
155  光电转换区
156  电磁屏蔽层         157  光电转换周围电路
159  电极焊垫端         170  介电层
180  保护层             172  介电层电性连接层
190  光电感测管芯下表面 181  保护层窗口
200  透明基底
201  透明管芯区域       202  凹槽
208  凹槽底部           203  透明基底透明区域
210  粘着层             204  透明基底接合区域
211  凸起部             212  凹起部
230  透明基底上表面     232  透明基底下表面
268  支撑层             270  透明材料
272  空穴               280  光学透镜系统
250  光电感测管芯
251  光电感测管芯上表面 259  电极焊垫端
350  光电感测管芯       359  电极焊垫端
191  背面沟槽           182  背面沟槽
198  背面电极接合榫     188  背面电极接合榫
371  光刻胶             372  步阶光刻胶结构
373  光学面             375  透镜管芯
383  光刻胶图案         384  凹部面
385  光刻胶             386  光学面
387  光电感测管芯
226  磁性体             228  导电线圈结构体
666  光电感测管芯
777  光电感测控制模块
100  陶瓷封装           101  凹槽
103  陶瓷基底           102  导电内引脚
104  光电感测管芯       105  粘着层
106  电极焊垫           107  金属线
110  塑胶封装           111  凹槽
113  塑胶基底           112  内引脚
117  引脚架             115  粘着层
122  外引脚
310  CCD封装            314  绕架
312  陶瓷基底           318  软性电路板
311  光电感测管芯       329  金属接合线
420  光电感测管芯       430  透光片
432  红外线滤光片       410  薄膜基板
415  介整层             416  金属线路层
417  外接电极接合端     424  凸块
413  窗口
440  电磁屏蔽金属层     470  电磁屏蔽金属层
具体实施方式
为了对本发明的特征、结构、方法及所达成的功效有进一步的了解与认识，用以下优选实施例及配合本发明的详细说明，说明如后。
本发明的一实施例的光电感测装置包括有一含光电元件转换区的光电感测基底与一至少设置有一凹槽的透明基材，直接通过接合技术相互接合，且使该透明基材的凹槽为对应光电感测基底的电极焊垫。另外，该光电感测装置的外部电性连接端可通过自该透明基材的上表面研薄至凹槽底部，使其内的电极焊垫暴露出来或通过另一自该光电感测基底的下表面研薄和蚀刻等步骤，使内嵌于该光电感测基底中的电极栓塞暴露出来，以作为外部电性连接端。而光电感测辐射能量可经由该透明基材到达该光电元件转换区，藉以转换感应成为光电影像。其中，该光电感测基底的电极焊垫，还可电性连接至其他具有光电感测相关功能区块的光电感测控制模块。而该光电感测功能区块可包括系统微控制器、数字信号处理单元、系统时序控制电路(ASIC)、内存缓冲区和周边控制电路，或具有包括前述功能的整合型光电感测控制系统封装模块。此外，还可以固定或可调变焦距方式，配置一光学透镜系统于该光电感测装置上，藉以增进该光电感测装置的品质及效能。
参阅图5，为绘示具有多个光电感测装置的全晶片示意图，其中该光电感测装置晶片是由单晶硅晶棒切割成单一光电感测晶片150，再利用半导体制造技术于其上制造完成多个光电感测装置，其中包含有一光电感测管芯151和一管芯切割区152，以作为该晶片150切割分裂成为个别的光电感测管芯151。
参阅图6，为图5中的光电感测管芯放大示意图，其中该光电感测管芯151包括有一光电元件转换区155，一围绕光电元件转换区155的电磁屏蔽层156和一周围控制电路157及一位于光电感测基底上表面的电极焊垫159或其内嵌的多个外接电性接合栓塞166，其中该上表面电极焊垫或其内嵌的多个接合栓塞，可作为连接至其他光电感测控制模块的电性连接终端。
参阅图7A至图7D，为阐示图6中沿AA’线方向接合栓塞166和电磁屏蔽层156的制造步骤的剖面图。根据图7A，于该光电感测管芯基底151的上表面160，利用等离子体蚀刻、湿蚀刻或雷射穿孔等技术形成多个沟槽161，其中该沟槽可利用半导体步骤用以完成该接合栓塞166和电磁屏蔽层156(还可省略沉积绝缘膜)。在本发明的实施例中，该光电感测亦可形成于其他含蓝宝石层的半导体基底上，半导体覆盖绝缘层(SOI)或在塑胶或玻璃基底上使用。
如图7B及图7C所阐示，还可包括形成一氧化膜162或另一附加氮化硅膜163等绝缘膜于该沟槽161的内壁，以作为隔离该多个沟槽161。之后，该沟槽161可填充一导电材料于其内，藉以形成接合栓塞166和电磁屏蔽层156，如图7D所示。在本发明的优选实施例中，该导电材料可为钛、氮化钛、铝、铜、汞、镍、锡、铅、银、钨、金、汞合金、银胶、锡铅、导电高分子、其他导电性物质或上述的组合物、化合物或金属合金等导电材料填充于该深沟槽内。之后，可利用化学机械研磨(CMP)、湿蚀刻、等离子体倒蚀刻或其中组合方式，自该光电感测基底的下表面研薄和蚀刻，完成各外接电极接合榫168和电磁屏蔽层156。
一般，制造完成该内嵌于光电感测装置中的接合栓塞168是非常有弹性的，形成该接合栓塞166的步骤可先于或后于光电感测装置中的层间介电绝缘层(ILD)、金属层、接孔层、复硅晶或光电转换元件155等形成步骤之前或之后。
参阅图8A，为图6光电感测管芯中沿A-A’方向的剖面图。于图7D步骤的后续制造过程中，该光电转换元件区域155形成于光电感测管芯151的上表面160，且通常位于光电感测管芯151中间区域。另外，一电磁屏蔽层156和一周围光电转换元件控制电路157配置于具有大量二维矩阵单元光电转换元件(未标示)的周边区域，通常具有光电转换元件地址解码及电信处理功能，及内嵌光电感测基底的多个外接电性接合栓塞166可作为连接至其他光电感测控制模块的电性连接端。
每一光电转换元件单元可包含有一感光二极管和/或至少一晶体管，作为放大转变电荷及转换相对光电密度的辐射量。此外，该周围电路157亦可包括一光电转换元件电荷信号的驱动电路，一模拟/数字(A/D)转换电路作为转变该电荷信号至数字信号及一数字信号处理单元电路，作为处理控制光电感测装置的输出、输入信号。再则，还可于光电转换元件155及周围电路157等区域之上，形成一层间介电质层170，如图8B所示。其中该层间介电质层170可包括电性连接层172，如多晶硅、金属层17(未示于图8B中)。此外，还可于层间介电层170上，包括形成一保护层180，其中该保护层可选择利用二氧化硅、氮化硅或其他透明材料所形成，其中该保护层180还可预留电极焊垫的开口181，作为光电感测装置电性连接之用，另外亦可形成另一彩色滤光层和微透镜阵列层于该保护层180上(未示于图8C中)，用以完成一光电感测装置，如图8C所示。
参阅图9A，为绘示可与光电感测装置晶片相互对应的透明基底的示意图，其中该透明基底200可形成多个可与该光电感测装置管芯分别对应的个别透明管芯区域201。图9B为图9A中的透明管芯区域201放大示意图，其中该个别透明管芯区域201至少设置有一凹槽202，可选择与该光电感测装置管芯151的电极焊垫159和管芯切割区152相互对应；及一光电感测透明区域203，可与光电感测装置管芯上的光电转换元件155对应。此外亦可包含一透明接合区域204，可与光电感测装置管芯接合。
参阅图10A～10D，为阐示该光电感测装置晶片150和透明基底200接合步骤的示意图。如图10A中所示，其中该透明基底200的上、下表面，亦可选择附加形成至少一层光学薄膜层(未标示于图10A)，用以提供IR(红外线)和/或低频滤光的功能。还可选择通过形成一粘着层210，其介于该光电感测装置晶片150和该透明基底200间，该粘着层210可选择覆盖于透明接合区域204及光电感测透明区域203(未标示于图10A)，用以直接接合该透明基底200与光电感测装置晶片150，其中该接合步骤可选择以全晶片和含至少一个光电感测装置的部分晶片，同时大量生产制造以简化生产制造过程流程及降低生产成本。于接合完成后，即可把该光电感测装置储存放置于非洁净室中，且该光电感测装置半制品在后续装造程序前，也不致于会因为储存时间过长或储存环境不良，导致该焊接垫腐蚀或该光电感测装置污染等问题，并且造成日后封装连线接触不良或产品可靠性等问题。换言之，本发明的光电感测装置成本会较由现有技术制造的光电感测装置为低。此外，亦可通过其他接合技术，如阳极接合、共晶接合、其他粘着接合、局部接合、低温接合等方式或其中任一组合方式，藉以直接接合该透明基底200与光电感测装置晶片150，完成和前述一样的功效。再则，该光电感测装置晶片150和该透明基底200的相邻两表面亦可选择个别形成一凸起部211和凹起部212。该凸起部211和凹起部212可通过蚀刻等制造过程所形成，亦可利用其他压模或转印制造过程技术所形成，用以增进该光电感测装置晶片150和该透明基底200的精密对准对位之用，也是本发明的精神之一。
图10B和图10C所示为透过选择使用现有的背面研磨技术如化学机械研磨、高选择性等离子体蚀刻及湿蚀刻等步骤，可自光电感测装置晶片150下表面190直接磨薄该基底，并将为该接合栓塞166暴露出来，作为该光电感测装置的电性连接的外部电极接合榫168。此外，该内嵌电磁屏蔽层156亦可经上述的研磨和蚀刻等技术，用以使该内嵌电磁屏蔽层156暴露出来，便于和其他电路基板的接地端电性相连，用以降低该光电感测装置的噪声。此外，亦可透过选择使用上述的研磨、蚀刻等步骤，可自该透明基底200的上表面230直接磨薄至该透明基底凹槽202的底部208，并将该光电感测装置管芯的电极焊垫159和管芯切割区152暴露出来。随后，即可利用切割技术把该光电感测装置晶片150切割成分开独立的低噪声薄型光电感测管芯151，如图10D所示。
参阅图11A～11D，为本发的另一具体实施例的一种低噪声薄型光电感测装置。其主要构造与图10A～10D实施例大致相同。惟本实施例中图11A所示，该光电感测装置晶片250只通过位于该光电感测装置晶片250的上表面的电极焊垫259，作为该光电感测装置的外部电性连接端，并没有设置另一内嵌接合栓塞166，以形成一外部电极接合榫168作为该光电感测装置的电性连接端。
参阅图12A～12D，为本发的再一具体实施例的一种薄型光电感测装置。其主要构造与图11A～11D实施例大致相同。惟本实施例中图12A所示，该光电感测装置晶片350只通过位于该光电感测装置晶片350的上表面的电极焊垫359，作为该光电感测装置的外部电性连接端，并没有设置另一内嵌接合栓塞166和内嵌电磁屏蔽层156，以形成一外部电极接合榫168作为该光电感测装置的电性连接端及降低该光电感测装置的噪声。
参阅图13A～13C，为本发明的又一具体实施例，还可于该透明基底200的下表面232，形成具有一平面、球面镜、非球面镜、Kinoform面或上述各光学绕射或折射面的其中的任一组合光学组合面，增进光电元件转换区所呈现的光电影像图形品质(非球面镜、Kinoform等未示于图13A～13C)。
参阅图14A，本发明的各实施例中，亦可选择性地插入一预设高度支撑层268介于该光电感测装置管芯和该透明基底间形成一预设空穴272，配合上述该透明基底200的下表面232的光学面，以增进该光电感测装置晶片上的光电转换元件155效率(只选择其一结构代表说明)。其中该支撑层亦可选择预设形成包括有一内嵌导电线圈结构体228及一磁性体226，而该支撑层268内的导电线圈结构体228及磁性体226，还可利用一粘着层210分别固定于支撑层268的上、下两端(上述接合技术之一)及配合该支撑层268的内嵌导电线圈结构体228所外加的电流大小与磁性体226，来感应产生的相对的磁力作用，用以带动该支撑层268的导电线圈结构体228及磁性体226作相对伸缩移动。此外，还可通过前述的任一接合技术分别接合该支撑层268的上、下两端于该光电感测装置晶片基底150和该透明基底200，进而达成带动该光电感测装置晶片基底150和该透明基底200移动彼此间的相对位置，而不用使用传统复杂的外加机械性的伸缩结构，来达成调整焦距(变焦)的功用，如图14B所示。
参阅图15所示，本发明的各实施例亦可选择通过填充一透明材料270介于该光电感测装置晶片基底150和该透明基底200间的一预设空穴272内。该透明材料270可为硅环氧树脂、硅胶质、高分子材料、聚亚刘胺、液晶、塑胶或其他气体。更特别地，该透明材料272还可选择与该透明基底200和该光电感测装置管芯上的保护层180相互匹配的折射率材料，降低各材料间因为不同折射率所造成的光电转换效率的损失，以增进该光电感测装置管芯的光电转换元件155的光度。
参阅图16A～16C示意图，为本发明各实施例中，除了可通过上述的接合技术，直接接合该光电感测装置晶片基底150和该透明基底200外，还可再利用上述接合技术其中之一或其组合方式，以全晶片或含至少一个光电感测装置的部分晶片方式，于该透明基底200的上表面230接合另一光学透镜系统280(如图16A～16C所示为通过另一粘着层210的方式)。其中该光学透镜系统280可至少包括有一平面、球面镜、非球面镜、Kinoform面或上述各光学绕射或折射面的其中的任一组合光学组合面，还可包括插入一支撑层于光学透镜系统中，使其具有固定焦距和调整焦距(变焦)的功用，以增进该光电感测装置管芯的光电转换元件155的感光度。随后，即可利用切割技术把该光电感测装置晶片基底150切割成一结合光学透镜的分开独立的低噪声薄光电感测管芯374，如图16D所示。
参阅图17A～17D示意图，为本发明于该透明基底200上设置另一光学透镜系统的局部剖面示意图。如图所示，本发明的另一光学透镜系统的结构，为通过沉积至少一层光刻胶层371于该透明基底200的上表面230，如图17A所示。还可通过后续曝光、蚀刻、清洗等步骤，形成步阶形状的光刻胶结构图案372，如图17B所示。此外，还可通过后续光刻胶回温控制，使该步阶形状的光刻胶结构形成具有一预计光学透镜功能的光学面373，如图17C所示。随后，即可利用切割技术把该光电感测装置晶片150切割成一结合光学透镜的分开独立的光电感测管芯375，如图17D所示。
参阅图18A～18D示意图，为本发明于该透明基底200上形成再一光学透镜系统的局部剖面示意图。如图所示，本发明的再一光学透镜系统的结构，为通过该透明基底200上表面230的预设光刻胶图案383，如图18A所示。随后，通过后续曝光、蚀刻、清洗等步骤于该透明基底200的上表面230，形成一具有不同深度的凹部面384，如图18B～18C所示。此外，通过沉积至少一层光刻胶层385于该透明基底200上表面230的不同深度凹部面384上，还可通过后续光刻胶回温控制，使该不同深度凹部面384上的光刻胶层385结构形成具有一预计光学透镜功能的光学面386，如图18C所示。随后，即可利用切割技术把该光电感测装置晶片150切割成一结合光学透镜的分开独立的光电感测管芯387，如图18D所示。
参阅图19A～19C，即特别阐示本发明的三种接合榫168，以不同方式所建构形成的示意图。其中图19A为经由上述图10A～10D等制造步骤后的放大剖面示意图。另外，参阅图19B，亦可直接选择自光电感测装置基底150的下表面190蚀刻完成多个背面沟槽191，并相对于上述的内嵌接合栓塞166，且彼此相互电性连接。之后，还可建构一绝层于该背面沟槽191的内壁上，而后再以前述导电性材料填充该背面沟槽内，如此便能建构出背面接合榫198。该背面接合榫电性连接至上述的内嵌接合栓塞166，如此便形成一完整的外部电极接合榫198。
相反地，亦可自基底背面直接建构该接合榫作为外部电极连接端，无论该光电感测装置基底150磨薄与否，该背面接合榫188可自该光电感测装置基底150的下表面190贯穿自上表面160的单一背面深沟槽182所构成，随后亦可沉积绝缘膜及填充导电材料于其内，其中该背面接合榫188可电性连结至位于该光电感测装置上的介电质170内的电性连接层172，如图19C。
参阅图20A～20B示意图，本发明的光电感测装置更可与其他光电感测控制模块组合成一轻巧的光电感测模块装置，适合应用于各类电子装置。图20A、20B是阐示光电感测装置与光电感测控制模块组合的示意图，一低噪声轻薄光电感测模块由前述各别的低噪声轻薄光电感测管芯666与一光电感测控制模块777相结合，可选择通过低噪声轻薄光电感测管芯上的外部电极焊垫端及外部电极接合榫连接电性连接至一光电感测控制模块777所建构而成。该光电感测控制模块777是由光电感测相关功效电路区块整合而成，其中该电路区块包括系统控制器、数字电信处理单位、系统时序控制电路、内存缓冲器和周边控制电路。还可利用一些封装连接技术及材料，例如同方向性导电粘着胶、其他传统的表面粘着、异方向性导电接合胶、金或锡铅凸块接合、传统绕线、球脚格状阵列、各类导电线或覆晶技术等，以形成该整合性的轻巧低噪声轻薄光电感测模块。
任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神或范围内，可作各种结构的更动与修饰，凡依本发明精神及以下权利要求所作的各种变动及修饰均属本发明的范围。

Claims (32)

1.一种低噪声轻薄光电感测装置，其主要构造包含有：
一光电感测基底，其包含有：
一光电转换元件区，该光电转换元件可使入射于该元件上的电磁辐射能量的大小转换成为电荷量的多少；
一电极焊垫和外部电极接合榫，其可作为该光电感测装置的外部电性连接端；
一周围电路，其环绕光电转换元件区，并与光电转换元件和电极焊垫具有电性连接；
一电磁屏蔽层，其以导电材料形成，并可与其他电路的接地端作电性连接，以降低该光电感测装置的电磁噪声干扰；及
一透明基底，其包含有对应于光电感测基底上电极焊垫的一凹槽，通过接合技术直接接合该透明基底与光电感测装置基底。
2.根据权利要求1所述的光电感测装置，其中该接合技术可选择以阳极接合、共晶接合、其他粘着接合、局部接合、低温接合等方式或其组合的其中之一接合制作。
3.根据权利要求1所述的光电感测装置，还可包括形成一粘着层于该光电感测基底及透明基底间。
4.根据权利要求1所述的光电感测装置，其中该接合技术可以全晶片或含至少一个光电感测装置的部分晶片方式接合。
5.根据权利要求1所述的光电感测装置，其中该透明基底下表面可选择形成为一平面、球面镜、非球面镜、Kinoform面或上述各光学绕射或折射面的其中的任一组合光学组合面，用以增进该光电元件转换区所呈现的光电影像图形品质。
6.根据权利要求1所述的光电感测装置，其中该透明基底表面可选择包括形成至少一层光学薄膜层，用以选择提供红外线过滤及低频滤光等功能。
7.根据权利要求1所述的光电感测装置，还可包括形成一支撑层，介于该光电感测装置管芯和该透明基底间，以使该光电感测装置具有定焦或变焦的功能。
8.根据权利要求7所述的光电感测装置，其中该支撑层还可包括有一导电线圈结构体和磁性体，感应产生相对的磁力作用。
9.根据权利要求1所述的光电感测装置，还可自该光电感测基底及透明基底的表面直接磨薄该光电感测基底及透明基底。
10.根据权利要求9所述的光电感测装置，该磨薄方式可选择化学机械研磨、高选择性等离子体蚀刻、抛光研磨或蚀刻技术及其中的任一组合方式制作。
11.根据权利要求1所述的光电感测装置，该透明基底的上表面还可接合另一光学透镜系统。
12.根据权利要求11所述的光电感测装置，该光学透镜系统可包括至少有一平面、球面镜、非球面镜、Kinoform面或上述各光学绕射或折射面的其中的任一组合光学组合面，以增进该光电感测装置管芯的光电转换元件的感光度。
13.根据权利要求11所述的光电感测装置，该光学透镜系统可通过光刻胶，经回温控制后形成具有一预计光学透镜面功能。
14.根据权利要求1所述的光电感测装置，其中该光电感测基底包括贯穿基底的多个接合榫，该接合榫可选择与周围电路、光电转换元件区和电极焊垫电性连接。
15.根据权利要求1所述的光电感测装置，该光电感测基底、支撑层、透明基材的相邻表面，还可选择预设形成至少有一个凹起部和凸起部，以帮助提供该光电感测基底、支撑层及透明基材中的相邻表面，能精密对准及紧密结合。
16.根据权利要求1所述的光电感测装置，还可选择以透明材料填充介于该光电转换区上表面及透明基材下表面的空穴。
17.根据权利要求16所述的光电感测装置，该透明材料可选择为硅环氧树脂、硅胶质、高分子材料、聚亚刘胺、液晶、塑胶、其他气体及其中的任一组合。
18.根据权利要求1所述的光电感测装置，该透明材料还可选择与透明基底和光电感测装置上的保护层相互匹配的反射系数透明材料，来达到减少该光电感测基底与透明基材间的电磁辐射能量损失。
19.根据权利要求1所述的光电感测装置，其中该电磁屏蔽层和外接电极接合榫为一导电材料所形成。
20.根据权利要求19所述的光电感测装置，其中该导电材料可选择为钛、氮化钛、铝、铜、汞、镍、锡、铅、银、钨、金、汞合金、银胶、锡铅、导电高分子、其他导电性物质或上述的组合物、化合物或金属合金等导电材料。
21.一种低噪声轻薄光电感测装置，其主要构造包含有：
一光电感测基底，其包含有：
一光电转换元件区，该光电转换元件可使入射于该元件上的电磁辐射能量的大小转换成为电荷量的多少；
一电极焊垫，其可作为该光电感测装置的外部电性连接端；
一周围电路，其环绕光电转换元件区，并与光电转换元件和电极焊垫具有电性连接；
一电磁屏蔽层，其以导电材料形成，并可与其他电路的接地端作电性连接，以降低该光电感测装置的电磁噪声干扰；及
一透明基底，其包含有对应于光电感测基底上电极焊垫的凹槽，通过接合技术，直接接合该透明基底与光电感测装置基底。
22.一种轻薄光电感测装置，其主要构造包含有：
一光电感测基底，其包含有：
一光电转换元件区，该光电转换元件可使入射于该元件上的电磁辐射能量的大小转换成为电荷量的多少；
一电极焊垫，其可作为该光电感测装置的外部电性连接端；
一周围电路，其环绕光电转换元件区，并与光电转换元件和电极焊垫具有电性连接；
一透明基底，其包含有对应于光电感测基底上电极焊垫的凹槽，通过接合技术，直接接合该透明基底与光电感测装置基底。
23.一种光电感测模块，主要构造包含有：
一光电感测基底，其包含有：
一光电转换元件区，该光电转换元件可使入射于该元件上的电磁辐射能量的大小转换成为电荷量的多少；
一电极焊垫或外部电极接合榫，其可作为该光电感测装置的外部电性连接端；
一周围电路，其环绕光电转换元件区，并与光电转换元件和电极焊垫具有电性连接；
一透明基底，其包含有对应于光电感测基底上电极焊垫的凹槽，通过接合技术，直接接合该透明基底与光电感测装置基底；及
一光电感测控制模块，为可电性连接至该光电感测装置的电极焊垫或外部电极接合榫，达成一轻巧的光电感测模块装置。
24.根据权利要求23所述的光电感测模块，其中该透明基底上表面还可接合另一光学透镜系统。
25.根据权利要求23所述的光电感测模块，其中该光电感测基底还可包括有一电磁屏蔽层，其以导电材料形成，并可与其他电路的接地端作电性连接，以降低该光电感测装置的电磁噪声干扰。
26.根据权利要求24所述的光电感测模块，其中该光学透镜系统至少包括有一平面、球面镜、非球面镜、Kinoform面或上述各光学绕射或折射面的其中的任一组合光学组合面。
27.根据权利要求24所述的光电感测模块，其中该光学透镜系统还可包括插入一支撑层于光学透镜系统中，使其具有固定焦距和调整焦距(变焦)的功用，以增进该光电感测装置管芯的光电转换元件的感光度。
28.根据权利要求24所述的光电感测模块，其中该光电感测控制模块包括系统控制器、数字电信处理单位、系统时序控制电路、内存缓冲器和周边控制电路。
29.根据权利要求24所述的光电感测模块，还可选择利用同方向性导电粘着胶、其他传统的表面粘着、异方向性导电接合胶、金或锡铅凸块接合、传统绕线、球脚格状阵列、各类导电线及覆晶技术等，以形成该整合性的轻巧低噪声轻薄光电感测模块。
30.一种低噪声轻薄光电感测装置的制造方法，该方法包括：
提供一光电感测基底；
形成一光电转换元件区、电极焊垫、周围电路，其中该周围电路环绕于光电转换元件并与光电转换元件电极焊垫相连接；
形成一电磁屏蔽层，以作为降低该光电感测装置的电磁噪声干扰；
提供一透明基底，其中包括有对应于光电感测基底上电极焊垫的凹槽，并可通过接合技术，直接接合该透明基底与光电感测装置基底。
31.根据权利要求30所述的光电感测装置制造方法，其中该光电感测基底包括于该基底表面形成一外接电极接合榫。
32.根据权利要求31所述的光电感测装置制造方法，其中该形成外接电极接合榫步骤包括：
形成多个沟槽于光电感测基底的表面；
形成绝缘层于该沟槽内；
填充一导电材料于沟槽内，藉以形成多个接合栓塞；及
选择磨薄及蚀刻方式，使该光电感测基底变薄，藉以暴露该接合栓塞的底部，使之成为外接电极接合榫。
CNA2006101005192A 2006-06-30 2006-06-30 低噪声轻薄型光电感测装置及其制造方法 Pending CN101097932A (zh)

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