CN101339951A - 利用可移除式保护膜之影像传感器封装及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明揭露利用可移除式保护膜之影像传感器封装结构。本结构包含基板，其具有晶粒接收孔及互连通孔。终端垫形成于互连通孔之下方，以及金属垫形成于基板之上表面。晶粒系藉由黏胶材料配置于晶粒接收孔内。输出入焊垫形成于晶粒之上部边缘。接合导线耦合至金属垫及输出入焊垫。保护层形成于微透镜区域上方以防止微透镜受到粒子污染。可移除式保护膜形成于保护层上方，以防止微透镜于封装及组装程序期间受到水、油、灰尘或暂时性冲击。
Description
技术领域：
本发明系有关于影像传感器封装结构，特定而言系有关于利用可移除式保护膜之影像传感器封装结构。
背景技术：
于半导体组件之领域中，组件之密度持续增加且组件之尺寸持续缩小。为配合上述情况，如此高密度组件中封装或互连技术之需求亦日益增加。传统上，覆晶封装(flip-chip)附着方法中焊锡凸块数组系形成于晶粒之表面。焊锡凸块之形成可利用焊锡复合材料透过防焊层(solder mask)而予以施行，以用于产生期望之焊锡凸块形态。芯片封装之功能包含功率分配、信号分配、散热、保护及支撑等。当半导体变为更加复杂，传统封装技术例如导线架封装、软性封装、刚性封装技术已无法满足欲产生具较高密度组件之较小芯片之需求。
互补型金属氧化物半导体(CMOS)组件日渐受到需要以用于电子装置例如数字相机。传统上，此类传感器已藉由固定于基板并将其封闭于外壳组件内而加以封装以便利用。外壳组件包含透明盖，以允许光线或其它型式之辐射被传感器所接收。该盖可为平坦窗状或成形为透镜状以提供光学特性。由于相关之传统结构，此封装技术可能为昂贵且难以制造。发给摩托罗拉公司(美国伊利诺伊州商堡)之美国第6,809,008号专利揭露用于提供积体感光组件之示范性系统及方法，该积体感光组件适于利用于互补型金属氧化物半导体(CMOS)成像应用。
此外，因传统封装技术必须将晶圆上之晶粒分割成各别之晶粒且接着各别封装该晶粒，故此类技术对于制造程序而言系为耗时。因芯片封装技术系大为受到集成电路发展之影响，故当电子装置之尺寸变为高要求时，封装技术亦系如此。由于上述之理由，封装技术之趋势系朝向现今之锡球数组(BGA)、覆晶封装(覆晶锡球数组(FC-BGA))、芯片尺寸封装(CSP)、晶圆级封装(WLP)。「晶圆级封装」(WLP)系被了解为晶圆上整体封装、所有互连及其它程序步骤系于分离成晶粒之前施行。一般而言，于完成所有组装程序或封装程序之后，独立之半导体封装系与具数个半导体晶粒之晶圆分开。该晶圆级封装具有极小之尺寸并结合极佳之电子特性。
晶圆级封装(WLP)技术系为高级封装技术，藉其晶粒系于晶圆上予以制造及测试，且接着藉切割而分离以用于在表面黏着生产线中组装。因晶圆级封装技术利用整个晶圆作为目标，而非利用单一芯片或晶粒，因此于进行分离程序之前，封装及测试皆已完成。此外，晶圆级封装(WLP)系如此之高级技术，因此线接合、晶粒黏着及底部填充之程序可予以忽略。藉利用晶圆级封装技术，可减少成本及制造时间且晶圆级封装之最终结构尺寸可相当于晶粒大小，故此技术可满足电子装置之微型化需求。虽晶圆级封装技术具有上述优点，然而仍存在一些影响晶圆级封装技术之接受度之问题。例如，虽利用晶圆级封装技术可减少集成电路与互连基板间之热膨胀系数(CTE)不匹配，然而当组件尺寸缩小，晶圆级封装结构之材料间之热膨胀系数差异变为另一造成结构之机械不稳定之关键因素。再者，于此晶圆级芯片尺寸封装中，形成于半导体晶粒上之数个接合垫系透过牵涉到重分布层(RDL)之习用重分布程序予以重分布进入数个区域数组形之金属垫。焊锡球系直接熔接于金属垫上，而金属垫系用重分布程序以区域数组形式形成。一般而言，所有经堆栈之重分布层系形成于晶粒上之积层上。因此，封装之厚度会增加。其可能与减少芯片尺寸之需求相抵触。
关于利用芯片直接封装(COB)或具线接合结构之有引线芯片封装(LCC)之传统封装影像传感器组件之方法受困于制程期间之产量问题，其系由于微透镜区域上无法于制程程序后移除之粒子污染。
发明内容：
因此，本发明之目的是提供上述问题之解决方案，以于整体制程程序期间防止微透镜区域受到粒子污染及减少晶粒封装之厚度。
根据本发明，一影像传感器封装结构系予以提供，其包含基板，具有形成其内之晶粒接收孔及形成穿过其中之互连通孔。终端垫形成于互连通孔之下方，以及第一垫形成于基板之上表面。具微透镜区域之晶粒系藉由黏胶材料配置于晶粒接收孔内。输出入焊垫形成于晶粒之上部边缘。形成于晶粒及基板上用以电性连接之连接线系耦合至第一垫及输出入焊垫。保护层形成于微透镜区域上方以防止微透镜受到粒子污染。可移除式保护膜形成于保护层上方，以防止微透镜于封装及组装程序期间受到水、油、灰尘或暂时性冲击。可移除式保护膜系于影像传感器封装形成之后且于固定具透镜之透镜支架于影像传感器顶端之前予以移除，以形成影像传感器模块。
根据本发明之另一观点，有一方法系予以提供以用于组装影像传感器封装，其包含涂布具防水及防油性之保护层于具微透镜之硅晶圆上；涂布可移除式保护膜于保护层上；切开硅晶圆之非微透镜区域；配置晶粒于具晶粒接收孔之基板内且藉由黏胶材料黏着晶粒；形成连接线以耦合晶粒之输出入焊垫及基板之第一垫；藉由表面黏着技术(SMT)程序固定影像传感器封装于印刷电路板(PCB)上；以及从微透镜区域剥除可移除式保护膜。切开硅晶圆之非微透镜区域之步骤包含暴露及形成程序(exposure anddeveloping processes)以切开非微透镜区域。再者，该方法包含于涂布顶端保护层及固定具透镜之透镜支架于互补型金属氧化物半导体影像传感器(CIS)封装区域上之前，形成重分布层(RDL)或线接合以形成模块。
本发明之一优点为于晶圆出晶圆厂之后及/或具防水及防油性之保护层经涂布之后涂布于微透镜上之可移除式保护膜。
本发明之另一优点为于封装及组装程序期间微透镜区域上之可移除式保护膜可暂时性受到碰撞。
本发明之又一优点为可移除式保护膜可防止封装及组装程序期间微透镜区域上任何之粒子污染。
本发明之另一优点为可移除式保护膜可于封装及组装程序完成之后及透镜支架放置于晶粒封装上之前从微透镜区域剥除。
本发明之又一优点为可移除式保护膜可促进程序简易化及具高产量。
本发明之又一优点为利用可移除式保护膜可不需要洁净程序。
本发明之另一优点为可移除式保护膜可广泛应用于多种封装及组装程序，例如芯片直接封装(COB)、有引线芯片封装(LCC)、芯片尺寸封装(CSP)、扩散型晶圆级封装(FO-WLP)。
此类及其它之优点从以下较佳实施例之叙述并伴随后附图式及权利要求书将使读者得以清楚了解本发明。
附图说明：
图1系根据本发明之一实施例之影像传感器封装之横切面示意图。
图2系根据本发明之另一实施例之影像传感器封装之横切面示意图。
图3系影像传感器封装之横切面示意图，其说明上述实施例之保护膜可从微透镜区域剥除。
图4系根据本发明之暴露及形成程序中影像传感器之硅晶圆之横切面示意图。
图中：
1基板
2晶粒接收孔
3晶粒
4接合垫(输出入焊垫)
5金属垫
6终端垫
7黏胶材料
8互连通孔
9接合导线
10隔离层
11保护层
12微透镜
13可移除式保护膜
14重分布层导线
15介电层
16顶部介电层
17切割巨
18硅晶圆
具体实施方式：
本发明将以较佳实施例及所附图式加以详细叙述。然而，此领域之技艺者将得以领会，本发明之较佳实施例系为说明而叙述，而非用以限制本发明之权利要求。除此处明确叙述之较佳实施例之外，本发明可广泛实行于其它实施例，且本发明之范围除后附权利要求书所明定之外系不特别受限。
本发明揭露利用可移除式保护膜之影像传感器封装结构。图1系根据本发明之一实施例说明影像传感器之硅晶圆封装之横切面示意图。如图1所示，硅晶圆封装结构包含基板1，其具有形成于其内之晶粒接收孔2以接收晶粒3。晶粒接收孔2之宽度尺寸可于每一侧大于晶粒3之宽度尺寸约100微米。晶粒3与接收孔2之侧壁及底壁间之间隔系以黏胶材料7填充以固定晶粒3，以便保护晶粒3之背侧。黏胶材料7可包含弹性材料、感光材料、混合物、环氧树脂或硅橡胶。接合垫4(输出入焊垫)系形成于晶粒3之上侧边缘附近。金属垫5系形成于基板1之上表面，而终端垫6系形成于基板1之下表面。接合垫(输出入焊垫)4、金属垫5及终端垫6均为导电性。基板1内之数个互连通孔8系从基板1之上表面穿过基板1至其下表面，且以导电材料例如金属加以填充以用于电性连接。金属垫5及终端垫6均系透过导电材料连接至互连通孔8。接合导线9系连接于金属垫5及接合垫4(输出入焊垫)之间，且因此透过接合垫(输出入焊垫)4与晶粒3保持电性连接，藉此透过金属垫5与终端垫6形成互连接触。
此外，隔离层10可形成于基板1之侧壁上以便与黏胶材料7有更强黏附，如图1所说明。一实施例中，隔离层10可为利用金属电镀方法之金属层。此领域之技艺者应得以领会，接合垫4系利用金属电镀方法形成于晶粒3上。保护层11系形成于微透镜12上，微透镜12则系配置于晶粒3上方。保护层11具有防水防油特性以防止微透镜12受到粒子污染，且最好具有0.1至0.3微米之厚度及接近1(空气反射系数)之反射系数。该程序可以旋涂玻璃(SOG)技术予以执行，且可以硅晶圆形式或板晶圆形式进行，最好系以硅晶圆形式以避免于进一步之程序期间受到粒子污染。保护层11之材料可为二氧化硅、三氧化二铝或氟聚合物。再者，如图1所示，根据本发明可移除式保护膜13系涂布于保护层11上以防止微透镜12于封装及组装程序期间受到水、油、灰尘或暂时性冲击，且可藉真空吸器、超音波、浸洗或空气压力予以剥除，如图3所示。可移除式保护膜13最好系由感光材料组成且具有5至12微米之厚度，该厚度大于微透镜之高度。可移除式保护膜13之面积系稍微大于微透镜12区域。此领域之技艺者应注意，保护层11系为透明以允许光通过保护层11，以便暴露微透镜12。
参照图2，于另一实施例中，上述接合导线(bonding wire)可以重分布层(RDL)导线14代替。根据此实施例，介电层15系形成于基板之上表面及晶粒之上部边缘上。重分布层(RDL)导线14，亦称为金属导线14，系藉由移除形成于介电层15上之预定部分金属层而予以形成于介电层15之上，其中重分布层(RDL)导线14透过接合垫与晶粒保持电性连接，藉此透过金属垫与终端垫形成互连接触。顶部介电层16系形成于重分布层(RDL)14上方以保护重分布层14。此实施例中，介电层15及顶部介电层16可藉由具感光特性之涂布或印刷方法予以形成。同样地，保护膜系形成于微透镜上之保护层上方以防止微透镜受到粒子污染。其它部分系类似于图1，因此省略类似部分之相同说明及组件符号。上述结构系构成平面闸格数组(LGA)型封装(外围型)。
基板之材料最好为有机基板，例如具已定义开孔之耐高温玻璃纤维板(FR5)、玻璃纤维板(FR4)、双马来酰亚胺三氮杂苯树脂(BT)、印刷电路板(PCB)或具预蚀刻电路之镍铁合金(Alloy42)。具高玻璃化转变温度(Tg)之有机基板最好为环氧型耐高温玻璃纤维板(FR5)或双马来酰亚胺三氮杂苯树脂(BT)型基板以便有较佳制程表现。镍铁合金(Alloy42)系由42％之镍及58％之铁所组成。柯弗合金(Kover)亦可予以利用，其系由29％之镍、17％之钴及54％之铁所组成。玻璃、陶瓷或硅因具较低之热膨胀系数(CTE)故可予以利用为基板。
本发明之一实施例中，介电层15及顶部介电层16最好为弹性介电材料，其系以含硅介电型材料组成，包含硅氧烷聚合物(SINR)、道康宁(Dow Corning)WL5000系列及其结合。另一实施例中，介电层15及顶部介电层16系由包含苯环丁烯(BCB)、聚亚酰胺(PI)或树脂之材料所组成。其最好为感光层以简化制程。本发明之一实施例中，弹性介电层为一种具有大于100(ppm/℃)之热膨胀系数、约40％之伸长率(最好30％至50％)及介于塑料及橡胶之间之硬度之材料。弹性介电层15之厚度系取决于在温度循环测试期间累积于重分布层/介电层界面内之应力。
本发明之一实施例中，重分布层14之材料包含钛/铜/金合金或钛/铜/镍/金合金，其厚度系于2微米至15微米之间。钛/铜合金系藉由溅镀技术形成为种子金属层，且铜/金或铜/镍/金合金系藉由电镀技术形成。利用电镀程序形成重分布层可使重分布层之厚度足以抵抗温度循环期间之热膨胀系数不协调。接合垫可为铝或铜或其结合。若图2中之结构利用硅氧烷聚合物(SINR)作为弹性介电层且利用铜作为重分布层之金属，根据未图示于此之应力分析，累积于重分布层/介电层界面内之应力则会降低。
基板可为圆形例如晶圆型，其半径可为200毫米、300毫米或以上。此外，基板可为矩形例如板型，且其尺寸可适合放入打线机。如图1及图2所示，接合导线9及重分布层(RDL)导线14向外扩散出晶粒3且与金属垫5及接合垫4相连通。其与层层堆栈于晶粒上因此增加封装厚度之先前技术不同。反之，终端垫6系设置于相对于晶粒之垫侧之外部表面上。沟通迹线透过互连通孔8穿过基板1且引导信号至终端垫6。此外，于封装及组装程序完成之后，可移除式保护膜13可于晶粒与透镜支架组装之前剥除。因此，晶粒封装之厚度系明显减少。本发明之晶粒封装将较先前技术为薄，且可于整体封装及组装程序期间受到保护免于粒子污染及暂时性冲击。再者，于封装之前基板1系预先备妥且晶粒接收孔2及互连通孔8系预先决定。因此，生产率将较以前得到改善。
本发明之程序包含涂布具防水及防油性之保护层于硅晶圆18上约0.1微米至0.3微米之厚度。接着，可移除式保护膜系予以涂布于保护层上约5微米至12微米之厚度，接续为利用暴露及形成程序(exposure and developing processes)以切开具可移除式保护膜之非微透镜区域，如图4所示。于暴露及形成程序中，系利用切割巨17以切割无微透镜之硅晶圆区域，如图4所示。再者，将晶粒配置于具晶粒接收孔之基板内且藉由黏胶材料黏着晶粒，接续为形成连接线以耦合晶粒之接合垫(输出入焊垫)至基板之金属垫。可移除式保护膜于整个程序期间系黏着于微透镜。此外，扩散型晶圆级封装(FO-WLP)系利用重分布层(RDL)或接合导线而形成。可移除式保护膜13可于程序期间防止微透镜受到水、油、灰尘、暂时性冲击或其它污染。接着，影像传感器封装将利用表面黏着技术(SMT)程序予以固定于印刷电路板(PCB)上，且可移除式保护膜系从微透镜区域剥除。另一实施例中，可藉由晶粒附着程序将影像传感器封装固定于印刷电路板(PCB)上。其后，具透镜之透镜支架将固定于互补型金属氧化物半导体影像传感器(CIS)封装区域上以形成模块。
虽本发明之较佳实施例已叙述如上，然而，此领域之技艺者将得以了解，本发明不应受限于所述之较佳实施例。更确切言之，此领域之技艺者可于后附权利要求书所定义之本发明之精神及范围内做若干改变或修改。
Claims (11)
1.一影像传感器封装结构，其特征在于，包含：
一晶粒，其顶面上具有微透镜区域；
一保护层，其形成于微透镜区域上；以及
一可移除式保护膜，其形成于该保护层上以防止微透镜于封装及组装程序期间受到水、油、灰尘及暂时性冲击，其中该可移除式保护膜系于固定具透镜之透镜支架于影像传感器顶端之前移除。
2.根据权利请求1所述之影像传感器封装结构，其特征在于，还包含：
一基板，其具有形成于其内之一晶粒接收孔，该晶粒系藉由一黏胶材料配置于该晶粒接收孔内；
互连通孔，其形成穿过该基板，其中终端垫系形成于该互连通孔之下方以及第一垫系形成于该基板之上表面；以及
一连接线，其耦合该晶粒之输出入焊垫至该基板之该第一垫。
3.根据权利请求1所述之影像传感器封装结构，其特征在于，其中该保护层之材料包含二氧化硅、三氧化二铝或氟聚合物。
4.根据权利请求1所述之影像传感器封装结构，其特征在于，其中该保护层具有防水及防油特性。
5.根据权利请求1所述之影像传感器封装结构，其特征在于，其中该可移除式保护膜之材料包含感光材料。
6.根据权利请求1所述之影像传感器封装结构，其特征在于，其中该可移除式保护膜之厚度系超过微透镜之高度。
7.一用于组装影像传感器封装之方法，其特征在于，包含：
涂布具防水性及防油性之一保护层于具微透镜之一晶粒(硅晶圆)上；
涂布一可移除式保护膜于该保护层上；以及
切开该晶粒(硅晶圆)之非微透镜区域。
8.根据权利请求7所述之用于组装影像传感器封装之方法，其特征在于，还包含：
配置该晶粒于具晶粒接收孔之一基板内且藉由黏胶材料黏着该晶粒；以及
形成一连接线以耦合该晶粒之输出入焊垫及该基板之第一垫。
9.根据权利请求8所述之用于组装影像传感器封装之方法，其特征在于，还包含：
藉由表面黏着技术(SMT)程序固定该影像传感器封装于一印刷电路板(PCB)上；
从微透镜区域剥除该可移除式保护膜；以及
固定具透镜之一透镜支架于该影像传感器封装上以形成模块。
10.根据权利请求7所述之用于组装影像传感器封装之方法，其特征在于，还包含：
藉由晶粒附着程序固定该影像传感器封装于一印刷电路板(PCB)上；
形成一连接线以耦合该晶粒之输出入焊垫及该基板之第一垫；
从微透镜区域剥除该可移除式保护膜；以及
固定具透镜之一透镜支架于该影像传感器封装上以形成模块。
11.一影像传感器封装结构，其特征在于，包含：
一晶粒，其顶面上具有微透镜区域；以及
一可移除式保护膜，其形成于该微透镜区域上以防止微透镜于封装及组装程序期间受到水、油、灰尘及暂时性冲击，其中该可移除式保护膜系于固定具透镜之透镜支架于影像传感器顶端之前移除。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20090107 |