CN102569324A

CN102569324A - 图像传感器的封装结构及封装方法

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Publication number: CN102569324A
Application number: CN2012100410187A
Authority: CN
Inventors: 王之奇; 俞国庆; 王�琦; 喻琼; 王蔚
Original assignee: China Wafer Level CSP Co Ltd
Current assignee: China Wafer Level CSP Co Ltd
Priority date: 2012-02-22
Filing date: 2012-02-22
Publication date: 2012-07-11
Anticipated expiration: 2032-02-22
Also published as: CN102569324B

Abstract

一种图像传感器的封装结构及封装方法，所述图像传感器的封装结构包括：待封装芯片，所述待封装芯片具有感光区以及位于感光区周围的第一焊垫；位于所述待封装芯片表面的PCB板，所述PCB板具有贯穿所述PCB板的第一开口和位于所述第一开口周围的第二焊垫，所述第一开口暴露出待封装芯片的感光区，所述第二焊垫与第一焊垫相连接。由于所述图像传感器的封装结构只有两层结构，即待封装芯片和位于待封装芯片表面的PCB板，制作工艺简单，可有效降低最后形成的产品的厚度，有利于产品的小型化。

Description

图像传感器的封装结构及封装方法

技术领域

本发明涉及芯片封装领域，特别涉及图像传感器的封装结构及封装方法。

背景技术

随着图像传感器的尺寸越来越小，焊垫数目不断增多，焊垫间距越来越窄，相应地，对图像传感器封装提出了更高的要求。

传统的图像传感器封装方法通常是采用引线键合(Wire Bonding)进行封装，但随着集成电路的飞速发展，较长的引线使得产品尺寸无法达到理想的要求，因此，晶圆级封装(Wafer Level Package，WLP)逐渐取代引线键合封装成为一种较为常用的封装方法。在公开号为US2008/0157312A1的美国专利文件中，可以发现更多有关晶圆级封装的资料，请参考图1，现有的晶圆级封装结构1包括：衬底2，所述衬底2内具有贯穿所述衬底2的导电插塞20，所述导电插塞20靠近衬底2的第一表面形成有第一金属层21，所述导电插塞20靠近衬底2的第二表面形成有第二金属层22；所述衬底2内还具有凹槽，所述凹槽作为图像传感器芯片容纳部；位于所述凹槽侧壁的导电层7；位于凹槽内的待封装的图像传感器芯片6，所述待封装的图像传感器芯片6表面形成有微透镜60；位于所述凹槽的侧壁、底面与待封装的芯片6之间的黏胶层5，用于固定待封装的图像传感器芯片6；位于所述待封装的图像传感器芯片6表面的接触电极61，所述接触电极61通过互连线9与第一金属层21电连接，使得所述图像传感器芯片6通过第二金属层22可与PCB板电连接；位于所述衬底2、待封装的图像传感器芯片6部分表面的介质层8；位于所述介质层8表面且覆盖所述微透镜60的覆盖层4。

请参考图2，在现有技术中，所述晶圆级封装结构1还需通过倒装芯片(FlipChip)的工艺步骤将图1中的第二金属层22与PCB板50上的焊接点55进行焊接从而实现芯片与PCB板的电连接。

但现有技术的封装结构形成工艺较为复杂，而且体积较大，随着图像传感器变得越来越小，现有技术的封装结构不利于产品的小型化。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种图像传感器的封装结构及封装方法，使得封装后产品的尺寸变得更小，且简化了工艺流程，提高了产品的可靠性。

为解决上述问题，本发明实施例提供了一种图像传感器的封装结构，包括：

待封装芯片，所述待封装芯片具有感光区以及位于感光区周围的第一焊垫；

位于所述待封装芯片表面的PCB板，所述PCB板具有贯穿所述PCB板的第一开口和位于所述第一开口周围的第二焊垫，所述第一开口暴露出待封装芯片的感光区，所述第二焊垫与第一焊垫相连接。

可选的，还包括，所述PCB板上与第二焊垫所在的表面相对的第二表面形成有镜头组件。

可选的，所述镜头组件包括透镜和透镜支架。

可选的，所述透镜的位置对应于PCB板的第一开口的位置。

可选的，所述透镜的尺寸大于或等于所述第一开口的尺寸。

可选的，所述PCB板和镜头组件之间具有电阻、电感、电容、集成电路块或光学组件。

可选的，所述第一开口的尺寸大于或等于所述感光区的尺寸。

可选的，所述第一焊垫与第二焊垫的位置相对应。

可选的，所述第一焊垫位于感光区的四个侧边，对应的，所述第二焊垫位于所述第一开口的四个侧边。

可选的，所述第一焊垫位于感光区的两侧，对应的，所述第二焊垫位于所述第一开口的两侧。

可选的，所述第二焊垫与第一焊垫通过第二焊垫上的焊接凸点相连接。

可选的，当所述第一焊垫的材料为Al，所述焊接凸点的材料为Au，通过超声热压方式将第一焊垫与所述焊接凸点相连接。

可选的，当所述第一焊垫的材料为Au，所述焊接凸点的材料为Sn，通过共晶键合方式将第一焊垫与所述焊接凸点相连接。

可选的，所述待封装芯片的感光区内形成有图像传感器单元。

可选的，所述图像传感器单元表面形成有微透镜。

本发明实施例还提供了一种图像传感器的封装结构的封装方法，包括：

提供待封装芯片和PCB板，所述待封装芯片具有感光区以及位于感光区周围的第一焊垫，所述PCB板具有贯穿所述PCB板的第一开口和位于所述第一开口周围的第二焊垫；

将所述第一焊垫和第二焊垫相对放置并进行对准，使得所述PCB板的第一开口暴露出待封装芯片的感光区；

将所述第一焊垫和第二焊垫进行焊接，从而将待封装芯片和PCB板封装在一起。

可选的，还包括，在所述PCB板上与第二焊垫所在的表面相对的第二表面形成镜头组件。

可选的，还包括，在所述PCB板和镜头组件之间的PCB板的第二表面形成电阻、电感、电容、集成电路块或光学组件。

可选的，所述第二焊垫与第一焊垫通过第二焊垫上的焊接凸点相连接，当所述第一焊垫的材料为Al，所述焊接凸点的材料为Au，通过超声热压方式将第一焊垫与所述焊接凸点相连接。

可选的，所述第二焊垫与第一焊垫通过第二焊垫上的焊接凸点相连接，当所述第一焊垫的材料为Au，所述焊接凸点的材料为Sn，通过共晶键合方式将第一焊垫与所述焊接凸点相连接。

与现有技术相比，本发明实施例具有以下优点：

由于本发明实施例的图像传感器的封装结构只有两层结构，即待封装芯片和位于待封装芯片表面的PCB板，与现有技术相比不需要使用衬底和覆盖层，制作工艺简单，可有效降低最后形成的产品的厚度，有利于产品的小型化，且所述待封装芯片的感光区通过PCB板的第一开口直接接受光线，不需要玻璃作为覆盖层，提高了成像质量。

进一步的，本发明实施例在所述PCB板的第二表面形成有镜头组件，由于所述镜头组件与PCB板之间没有元器件，可降低镜头组件的高度，有效地缩小最终封装形成的图像传感器的厚度，有利于提高产品的小型化。

附图说明

图1、图2为现有技术的图像传感器的封装结构的剖面结构示意图；

图3为本发明的图像传感器的封装结构的一个实施例的剖面结构示意图；

图4为本发明的图像传感器的封装结构的另一个实施例的剖面结构示意图；

图5为本发明实施例图像传感器的封装结构的封装方法的流程示意图。

具体实施方式

在现有技术中，图像传感器的封装结构包括PCB板，位于所述PCB板表面用于封装图像传感器芯片的衬底，位于所述衬底凹槽内的图像传感器芯片，位于所述衬底和图像传感器芯片上的覆盖层。由于所述图像传感器的封装结构为多层结构，使得最终形成的图像传感器较厚，不利于产品的小型化，且所述图像传感器的封装结构制作流程较为复杂，对晶圆级封装工艺要求高；此外，由于所述覆盖层通常为玻璃，在形成所述玻璃的工艺中通常会给晶圆级封装结构带入污染，且所述玻璃的透光率会对感光区的感光有影响，采用现有技术的封装结构的图像传感器有时候会出现色差、鬼影等光学现象，从而使得所述图像传感器的成像质量变差。

因此，发明人经过研究，提出了一种图像传感器的封装结构，包括：待封装芯片，所述待封装芯片具有感光区以及位于所述感光区周围的第一焊垫；位于所述待封装芯片表面的PCB板，所述PCB板具有贯穿所述PCB板的第一开口和位于所述第一开口周围的第二焊垫，所述第一开口暴露出待封装芯片的感光区，所述第二焊垫与第一焊垫相连接。由于所述图像传感器的封装结构只有两层结构，即待封装芯片和位于待封装芯片表面的PCB板，与现有技术相比不需要使用衬底和覆盖层，制作工艺简单，可有效降低最后形成的产品的厚度，有利于产品的小型化，且不需要玻璃作为覆盖层，光线可直接被待封装芯片的感光区获得，提高了成像质量。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明的保护范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

请参考图3，为本发明实施例的图像传感器的封装结构的剖面结构示意图，所述图像传感器的封装结构包括：

待封装芯片100，所述待封装芯片100具有感光区110以及位于所述感光区110周围的第一焊垫120；

位于所述待封装芯片100表面的PCB板200，所述PCB板200具有贯穿所述PCB板200的第一开口210和位于所述第一开口210周围的第二焊垫220，所述第一开口210暴露出待封装芯片100的感光区110，所述第二焊垫220与第一焊垫210相连接。

所述待封装芯片100为图像传感器芯片，所述图形传感器为互补金属氧化物(CMOS)图像传感器和电子耦合器件(CCD)图像传感器其中的一种。所述待封装芯片100的中间位置形成有感光区110，所述感光区100中具有图像传感器单元(未图示)，所述图像传感器单元表面形成有微透镜111，所述微透镜111用于汇集照射到感光区110表面的入射光并传递到图像传感器单元内。所述感光区110周围形成有第一焊垫120，所述第一焊垫120的材料为金属，如Al、Au、Cu等。所述第一焊垫120和感光区110表面的微透镜111位于所述待封装芯片100的同一侧面。所述第一焊垫120位于所述感光区110的若干个侧边。在本实施例中，所述第一焊垫120位于所述感光区110的四个侧边，呈矩形分布，每一个边形成有若干个第一焊垫120(第一焊垫的数量取决于芯片的类型)。在其他实施例中，所述第一焊垫位于感光区的两侧。由于所述第一焊垫120根据不同的芯片和PCB板可形成不同的分布形状，因此，所述第一焊垫120的分布位置不应限制本发明的保护范围。

所述待封装芯片100除了具有感光区110以及位于所述感光区110周围的第一焊垫120以外，还可以形成有驱动芯片的驱动单元(未图示)、获取感光区电流的读取单元(未图示)、处理感光区电流的处理单元(未图示)。

所述PCB板200具有若干贯穿PCB板200的第一开口210，所述第一开口210暴露出待封装芯片100的感光区110。其中，所述第一开口210的尺寸大于或等于所述感光区110的尺寸，且小于所述待封装芯片100的尺寸。利用所述第一开口210，使得入射光可直接入射到感光区110表面。且本发明实施例的第一开口210表面没有覆盖层或覆盖结构，从而能够避免现有封装结构在感光区上方覆盖玻璃，导致利用现有技术封装结构的图像传感器出现色差或鬼影等光学现象，且由于所述第一开口210表面不覆盖任何材料，避免覆盖工艺带来的污染，提高封装结构的封装质量。

所述第一开口210周围的PCB板200的第一表面201具有第二焊垫220，所述第二焊垫220的材料为Al、Au、Cu等。所述第一表面201即为PCB板200与待封装芯片100相对的一侧表面。且所述第二焊垫220的位置与第一焊垫120的位置相对应。在本实施例中，由于所述第一焊垫120位于所述感光区110的四个侧边，呈矩形分布，每一个边形成有若干个第一焊垫120，则所述第二焊垫220也位于第一开口210的四个侧边，呈矩形分布，每一个边形成有同样多个第二焊垫220，且所述第二焊垫220的间距与第一焊垫120的间距相同。在其他实施例中，当所述第一焊垫120位于感光区110的两侧，所述第二焊垫220也位于第一开口210的两侧。

在本实施例中，所述第二焊垫220表面还形成有焊接凸点225，所述焊接凸点225的材料为Au、Sn等。所述焊接凸点225用于与第一焊垫120相结合，从而使得PCB板200和待封装芯片100封装在一起，且所述第一焊垫120、第二焊垫220、焊接凸点225都为金属，所述PCB板200与待封装芯片100通过第一焊垫120、第二焊垫220、焊接凸点225传送电信号。所述焊接凸点225的材料与第一焊垫120的材料、连接工艺相关。当所述第一焊垫120的材料为Al时，所述焊接凸点225的材料为Au，连接工艺为超声热压方式；当所述第一焊垫120的材料为Au时，所述焊接凸点225的材料为Sn，连接工艺为共晶键合方式。在其他实施例中，所述焊接凸点位于第一焊垫的表面，通过焊接将所述焊接凸点与第二焊垫进行连接，从而使得PCB板和待封装芯片封装在一起。

所述图像传感器的封装结构只有两层结构，包括待封装芯片和位于所述芯片表面的PCB板，所述PCB板具有暴露出待封装芯片的感光区的第一开口，与现有技术相比，所述封装结构不需要衬底、覆盖层，所述待封装芯片和PCB板直接连接在一起，缩短了互连距离，且降低了图像传感器的封装结构的厚度，节约了封装成本。且所述图像传感器的封装结构只需要将待封装芯片和PCB板直接连接在一起即可，不需要有形成覆盖层、将芯片与衬底相连接等步骤，简化了工艺流程，提高了产品的可靠性。

进一步的，与所述PCB板的第一表面相对的第二表面还形成有其他电学或光学器件。

请参考图4，在本实施例中，所述PCB板200的第二表面202形成有镜头组件300，所述镜头组件300包括透镜310和透镜支架320。所述透镜310的位置对应于所述第一开口210的位置，且所述透镜310的尺寸大于或等于所述第一开口210的尺寸，使得外界光能透过所述透镜310照射到图像传感器芯片的感光区110表面。与现有技术相比，所述透镜310和PCB板200之间没有了用于封装图像传感器芯片的衬底、图像传感器芯片、覆盖层，可以大幅降低镜头组件300的高度，使得所述镜头310可以非常靠近PCB板200，可有效地缩小最终封装形成的图像传感器的厚度，有利于提高产品的小型化。且在现有技术中，由于所述透镜支架与PCB板之间形成有待封装芯片和衬底，所述透镜支架320占据的PCB板的面积至少大于衬底的面积，而在本实施例中，所述镜头组件和PCB板之间没有形成其他元器件，只需要保证所述透镜310位于第一开口的上方，所述透镜支架320占据的PCB板的面积可以比较小，可有效地节约PCB板的面积，提高器件集成度。

其他实施例中，在所述透镜支架320和PCB板200之间的PCB板200第二表面202具有其他器件，例如电阻、电感、电容、集成电路块或光学组件等，具体器件的类型可根据PCB板和芯片的类型进行选择。由于在透镜支架和第一开口边缘有一定的距离，且所述PCB板和透镜之间也有一定的距离，在所述透镜支架和PCB板之间的PCB板第二表面形成有其他器件可实现有限空间内的高密度堆叠结构。此外，在所述透镜和第一开口之间还可以形成光学组件，例如偏振镜、红外线滤镜等，用于提高图像传感器的成像质量。

本发明实施例还提供了一种所述图像传感器的封装结构的封装方法，请参考图5，为所述图像传感器的封装结构的封装方法的流程示意图，具体包括：

步骤S101，提供待封装芯片和PCB板，所述待封装芯片具有感光区以及位于感光区周围的第一焊垫，所述PCB板具有贯穿所述PCB板的第一开口和位于所述第一开口周围的第二焊垫；

步骤S102，将所述第一焊垫和第二焊垫相对放置并进行对准，使得所述PCB板的第一开口暴露出待封装芯片的感光区；

步骤S103，将所述第一焊垫和第二焊垫进行焊接，从而将待封装芯片和PCB板封装在一起。

具体的，请参考图3，提供待封装芯片100和PCB板200。所述待封装芯片100具有感光区110以及位于感光区110周围的第一焊垫120。所述感光区110具有若干图像传感器单元用来接收光信号并形成图像，所述第一焊垫120的材料为金属，如Al、Au、Cu等。所述PCB板200具有贯穿所述PCB板200的第一开口210和位于所述第一开口210周围的第二焊垫220。所述第一开口210的尺寸大于或等于所述感光区110的尺寸，且小于所述待封装芯片100的尺寸，所述第二焊垫220的材料为金属，如Al、Au、Cu等。在所述第二焊垫220表面还形成有焊接凸点225，所述焊接凸点225的材料为Sn或Au。其中，所述第一焊垫120和第二焊垫220的位置和数量都是对应一致的。

将所述第一焊垫120和第二焊垫220相对放置并进行对准，使得所述PCB板200的第一开口210暴露出待封装芯片100的感光区110。在本实施例中，所述PCB板200的第一表面201形成有芯片位置标志，所述芯片位置标志位于第一开口210的周围且位于第二焊垫220的外围。例如所述待封装芯片100的形状为正方形，则对应的在所述PCB板200的第一表面201形成有正方形的图案，所述正方形的图案的尺寸与待封装芯片100的尺寸相比大小相同或稍大，且所述第一开口210、第二焊垫220位于所述正方形的图案内。由于芯片位置标志的尺寸与待封装芯片100的尺寸相比大小相同或稍大，且所述第一焊垫120和第二焊垫220的位置和数量都是对应一致的，当所述待封装芯片100放置在芯片位置标志上后，第一焊垫120和第二焊垫220会自动地对准。在其他实施例中，所述PCB板200和待封装芯片100上都形成有对准标记，将两个对准标记对准后，即可实现将第一焊垫120和第二焊垫220进行对准。

将所述第一焊垫120和第二焊垫220进行焊接，从而将待封装芯片100和PCB板200封装在一起。所述焊接是通过将所述第二焊垫220表面形成的焊接凸点225与第一焊垫120相焊接，使得所述第一焊垫120和第二焊垫220连接在一起。所述焊接方式包括共晶键合、超声热压、热压焊接、超声波压焊等。在本实施例中，当所述第一焊垫120的材料为Al时，所述焊接凸点225的材料为Au，连接工艺为超声热压方式；当所述第一焊垫120的材料为Au时，所述焊接凸点225的材料为Sn，连接工艺为共晶键合方式。由于所述超声热压方式和共晶键合方式为本领域技术人员的公知技术，在此不作详述。

进一步的，请参考图4，在所述PCB板的第二表面202形成镜头组件300，所述镜头组件300包括透镜310和透镜支架320。其中所述透镜310的位置对应于所述第一开口210的位置，且所述透镜310的尺寸大于或等于所述第一开口210的尺寸，使得外界光能透过所述透镜310照射到图像传感器芯片的感光区110表面。所述透镜支架320贴装在PCB板上。

在其他实施例中，在所述透镜支架320和PCB板200之间的PCB板200第二表面202形成其他器件，例如电阻、电感、电容、集成电路块或光学组件等。

进一步的，所述PCB板上与第二焊垫所在的表面相对的第二表面形成有镜头组件，由于所述镜头组件与PCB板之间没有元器件，可降低镜头组件的高度，有效地缩小最终封装形成的图像传感器的厚度，有利于提高产品的小型化。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims

1.一种图像传感器的封装结构，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，还包括，所述PCB板上与第二焊垫所在的表面相对的第二表面形成有镜头组件。

3.如权利要求2所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述镜头组件包括透镜和透镜支架。

4.如权利要求3所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述透镜的位置对应于PCB板的第一开口的位置。

5.如权利要求4所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述透镜的尺寸大于或等于所述第一开口的尺寸。

6.如权利要求2所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述PCB板和镜头组件之间具有电阻、电感、电容、集成电路块或光学组件。

7.如权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述第一开口的尺寸大于或等于所述感光区的尺寸。

8.如权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述第一焊垫与第二焊垫的位置相对应。

9.如权利要求8所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述第一焊垫位于感光区的四个侧边，对应的，所述第二焊垫位于所述第一开口的四个侧边。

10.如权利要求8所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述第一焊垫位于感光区的两侧，对应的，所述第二焊垫位于所述第一开口的两侧。

11.如权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述第二焊垫与第一焊垫通过第二焊垫上的焊接凸点相连接。

12.如权利要求11所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，当所述第一焊垫的材料为Al，所述焊接凸点的材料为Au，通过超声热压方式将第一焊垫与所述焊接凸点相连接。

13.如权利要求11所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，当所述第一焊垫的材料为Au，所述焊接凸点的材料为Sn，通过共晶键合方式将第一焊垫与所述焊接凸点相连接。

14.如权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述待封装芯片的感光区内形成有图像传感器单元。

15.如权利要求14所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述图像传感器单元表面形成有微透镜。

16.一种图像传感器的封装结构的封装方法，其特征在于，包括：

17.如权利要求16所述的图像传感器的封装方法，其特征在于，还包括，在所述PCB板上与第二焊垫所在的表面相对的第二表面形成镜头组件。

18.如权利要求17所述的图像传感器的封装方法，其特征在于，还包括，在所述PCB板和镜头组件之间的PCB板的第二表面形成电阻、电感、电容、集成电路块或光学组件。

19.如权利要求16所述的图像传感器的封装方法，其特征在于，所述第二焊垫与第一焊垫通过第二焊垫上的焊接凸点相连接，当所述第一焊垫的材料为Al，所述焊接凸点的材料为Au，通过超声热压方式将第一焊垫与所述焊接凸点相连接。

20.如权利要求16所述的图像传感器的封装方法，其特征在于，所述第二焊垫与第一焊垫通过第二焊垫上的焊接凸点相连接，当所述第一焊垫的材料为Au，所述焊接凸点的材料为Sn，通过共晶键合方式将第一焊垫与所述焊接凸点相连接。