CN104103651A - 背照式光感测元件封装体 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种背照式光感测元件封装体，其包括线路子基座、背照式光感测元件、多个导电端子以及散热结构。背照式光感测元件包括内连线层以及光感测元件阵列，其中内连线层位于线路子基座上，且位于光感测元件阵列与线路子基座之间。导电端子位于内连线层与线路子基座之间，以电性连接内连线层与线路子基座。散热结构位于内连线层下，且散热结构与光感测元件阵列分别位于内连线层的两对侧。
Description
技术领域
本发明是有关于一种光感测元件封装体，且特别是有关于一种背照式光感测元件封装体。
背景技术
随着影音多媒体的盛行，数字图像设备相继推出，其关键核心零组件光感测元件的地位也日益重要。光感测元件主要负责将光的图像信号转换成电的信号，而依光感测元件的类型通常可分为电荷耦合元件（Charge Coupled Device,CCD）以及互补式金属氧化物半导体（Complementary Metal OxideSemiconductor,CMOS）光感测元件等等。
图1A绘示为现有的一种正面照光的光感测元件封装体的剖面示意图。图1B绘示为现有的一种背面照光的光感测元件封装体（也称作背照式光感测元件封装体）的剖面示意图。请参照图1A，正面照光的光感测元件封装体100A是将内连线层120设置在光感测元件阵列110的受光面S1上，并将微光学结构层140以及彩色滤光层130设置在内连线层120上。因此，光束L除了通过微光学结构层140以及彩色滤光层130之外，还必须经过内连线层120，才能被光感测元件阵列110所接收。由于内连线层120中的金属层122会反射光束而降低光感测元件阵列110所感测到的光强度，因此现有的正面照光的光感测元件封装体100A有低光填充率（fill factor，指单一像素中可接收到光束的面积对整个像素的比例）以及低对比（contrast）等缺点。
因此，有技术提出一种背照式光感测元件封装体100B（如图1B所示），其是将内连线层120设置于光感测元件阵列110的背面S2（指受光面S1的对面），且将微光学结构层140以及彩色滤光层130设置在光感测元件阵列110的受光面S1上。因此，光束L仅需通过微光学结构层140以及彩色滤光层130而不需要经过内连线层120，即可被光感测元件阵列110所接收。如此一来，可以避免光束L被内连线层120反射，进而可以提升光感测元件封装体100B的光填充率以及对比。
然而，位于背照式光感测元件封装体100B的背面S2的内连线层120通常还需与线路基板（未绘示）连接，由于线路基板的热传导率不佳，以致背照式光感测元件封装体100B无法顺利地散热，而产生漏电流，进而造成背照式光感测元件封装体100B的灵敏度不佳、信号干扰以及成像不均匀等问题。
发明内容
本发明提供一种背照式光感测元件封装体，其通过改善漏电流的问题来提供良好的成像品质。
本发明的一种背照式光感测元件封装体，其包括线路子基座、背照式光感测元件、多个导电端子以及散热结构。背照式光感测元件包括内连线层以及光感测元件阵列，其中内连线层位于线路子基座上，且位于光感测元件阵列与线路子基座之间。导电端子位于内连线层与线路子基座之间，以电性连接内连线层与线路子基座。散热结构位于内连线层下，且散热结构与光感测元件阵列分别位于内连线层的两对侧。
本发明的背照式光感测元件封装体利用散热结构以将光感测元件阵列的热量导出，由此降低因热而产生的漏电流所造成的信号干扰。如此一来，背照式光感测元件封装体可具有良好的灵敏度以及成像品质。
附图说明
图1A是现有的一种正面照光的光感测元件封装体的剖面示意图。
图1B是现有的一种背面照光的光感测元件封装体的剖面示意图。
图2是依照本发明的一实施例的背照式光感测元件封装的剖面示意图。
图3及图4是依照本发明的其他实施例的背照式光感测元件封装体的剖面示意图。
图5A至图5G是依照本发明的图2的实施例的背照式光感测元件封装的制作流程的剖面示意图。
图6及图7是依照本发明的其他实施例的背照式光感测元件封装体的剖面示意图。
其中，附图标记：
100A：光感测元件封装体
100B、200、300、400：背照式光感测元件封装体
110、224：光感测元件阵列
112：光感测元件 120、222：内连线层
122：金属层 130、250：彩色滤光层
140、260：微光学结构层 210：线路子基座
212：子基座 214：线路层
214A、222A：介电层 214B、222B：焊垫
220：背照式光感测元件 222C：介层窗插塞
230：导电端子 240A、240B、240C：散热结构
242：导电柱 242A：N型导电柱
242B：P型导电柱 244A、244B：散热柱
252、254、256：彩色滤光图案 262：微透镜
510：光感测元件基板 512：基板
520：暂时性基板 530、540：粘着层
550：盖板 560：电路板
570：凸块 580：导电结构
L：光束 S1：受光面
S2：背面 V1：散热贯孔
V2：导电贯孔
具体实施方式
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
图2是依照本发明的一实施例的背照式光感测元件封装的剖面示意图。请参照图2，本实施例的背照式光感测元件封装体200包括线路子基座210、背照式光感测元件220、多个导电端子230以及散热结构240A。
线路子基座210包括子基座212以及配置于子基座212上的线路层214，其中线路层214例如包括介电层214A以及分布于介电层214A中的多个横向的焊垫214B。
背照式光感测元件220可以是互补金属氧化物半导体光感测元件或电荷耦合元件。进一步而言，背照式光感测元件220包括内连线层222以及光感测元件阵列224，其中内连线层222位于线路子基座210上，且位于光感测元件阵列224与线路子基座210之间。
内连线层222包括介电层222A、多层横向的金属层（包括多个焊垫222B）以及多个纵向的介层窗插塞222C，其中金属层以及介层窗插塞222C通常为遮光的导电材料，例如是钨、铜、铝、铝铜合金或铝硅铜合金等。
现有正面照光的光感测元件封装体100A（绘示于图1A）将内连线层120设置在光感测元件阵列110的受光面S1上，以致光束L需要经过内连线层120才可被光感测元件112所接收。因此，为避免内连线层120中易遮光的膜层（金属层122）遮蔽到光感测元件阵列110，必须改变内连线层120中的线路布局，以避开各光感测元件112的上方。相较之下，本实施例的内连线层222是配置于光感测元件阵列224的背面S2上，而非受光面S1上，因此可以不用去改变内连线层222中的线路布局即可具有较佳的光填充率以及对比。
请再参照图2，本实施例的导电端子230位于内连线层222与线路子基座210之间，以电性连接内连线层222与线路子基座210。进一步而言，内连线层222中的焊垫222B可通过导电端子230而与线路子基座210中对应焊垫222B的焊垫214B电性连接。
散热结构240A位于内连线层222下，且散热结构240A与光感测元件阵列224分别位于内连线层222的两对侧。由于散热结构240A是配置于光感测元件阵列224的背面S2（指受光面S1的对面），因此散热结构240A的材料除了可采用光穿透率高的复合高分子的导热材料之外，也可采用金属、合金等导热良好但易遮光的材料。
在本实施例中，散热结构240A的材料以热电材料举例说明，但本发明不限于此。所述热电材料即是将电能与热能相互转换的材料，如碲化铋（Bismuthtelluride）及其合金、碲化铅（Lead telluride）及其合金、硅锗合金（silicongermanium）等。如此一来，本实施例可通过对散热结构240A施以电压，来导出光感测元件阵列224的背面S2的热量，此即所谓的热电致冷却（thermoelectric cooling）。
此外，本实施例的散热结构240A例如包括多个彼此分离的导电柱242，其中各导电柱242连接线路子基座210与内连线层222，且不与导电端子230连接。亦即是，本实施例的导电柱242并不是作为信号传递之用，而是作为散热用。
在本实施例中，相邻的导电柱242之间，以及导电柱242与导电端子230之间可以不填充其他介质。如此，本实施例除了可通过散热结构240A以热传导的方式来导出光感测元件阵列224的背面S2的热量外，还可通过热对流的方式来导出光感测元件阵列224的背面S2的热量。然而，为了增加背照式光感测元件封装体200整体的结构强度，使用者也可选择性地于相邻的导电柱242之间，及/或导电柱242与导电端子230之间填充其他介质。
另一方面，为了进一步提高散热效率，本实施例可通过设置多个N型导电柱242A以及多个P型导电柱242B，并使N型导电柱242A与P型导电柱242B通过内连线层222中的焊垫222B以及线路子基座210中对应焊垫222B的焊垫214B彼此交替串接，以将光感测元件阵列224的背面S2的热量导出。
详言之，本实施例的各导电柱242的两端例如分别与内连线层222中的焊垫222B以及线路子基座210（线路层214）中对应焊垫222B的焊垫214B连接，且相邻的导电柱242通过对应的焊垫214B、222B而彼此串接，并形成一往返于内连线层222与线路层214之间的电流流通路径。在此架构下，通过设置多个N型导电柱242A以及多个P型导电柱242B并使N型导电柱242A与P型导电柱242B通过内连线层222中的焊垫222B以及线路子基座210中对应焊垫222B的焊垫214B彼此交替串接即形成等效于多个彼此串联的PN二极管。如此一来，通过施予电压，而导通等效于彼此串联之PN二极管的导电柱242，则可将光感测元件阵列224的背面S2的热量导出，进而可降低因热而产生的漏电流所造成的信号干扰，来使背照式光感测元件封装体200具有良好的成像品质以及灵敏度。
需说明的是，上述的N型导电柱242A指的是掺杂有施体（Donor）掺质（dopant）的导电柱（亦即是N型导电柱242A的多数载子为电子，少数载子为电洞），而上述的P型导电柱242B指的是掺杂有受体（Acceptor）掺质的导电柱（亦即是P型导电柱242B的多数载子为电洞，少数载子为电子）。此处，施体掺质以及受体掺质的材料选择端视导电柱242的材料而定。举例来说，当导电柱242的材料为三碲化二铋（Bi2Te3）时，可通过将六A族元素掺杂于三碲化二铋中，例如是将硒（Se）掺杂于三碲化二铋中，来形成N型导电柱242A，并可选用五A族元素，例如是锑（Sb），来形成P型导电柱242B，进而提高散热效率。
在本实施例中，N型导电柱242A与P型导电柱242B的排列方式虽是以交替地排列作为说明，但本发明不限于此。在其他实施例中，使用者可通过其需求去设计内连线层222中的线路布局以及N型导电柱242A与P型导电柱242B的排列方式，而达到与上述相同或相似的散热效果。
需说明的是，本实施例虽以多个导电柱242举例说明散热结构的实施形态，但本发明的散热结构并不限于此。举例而言，如图3所示，散热结构240B也可以是连接于线路子基座210与内连线层222之间的块状散热柱244A，其中散热柱244A的材料可以是复合高分子的导热材料或是金属、合金等材料。又或者，如图4所示，散热结构240C还可以是从内连线层222的表面延伸至线路子基座210的底面的散热柱244B。详言之，线路子基座210可进一步包括散热贯孔V1，且散热柱244B从内连线层222的表面延伸至散热贯孔V1中。此外，在图4的实施例中，可进一步于线路子基座210与散热柱244B之间形成封胶（例如是散热胶或绝缘胶）以提升背照式光感测元件封装体400的信赖性。
在图3及图4的实施例中，通过增加散热柱244A、244B与内连线层222之间的接触面积，可提升散热效率，进而可降低因热而产生的漏电流所造成的信号干扰，来提升背照式光感测元件封装体300、400的成像品质以及灵敏度。
另外，请参照图2至图4，背照式光感测元件封装体200、300、400可进一步包括彩色滤光层250以及微光学结构层260，其中彩色滤光层250与内连线层222分别位于光感测元件阵列224的两对侧，而微光学结构层260与光感测元件阵列224分别位于彩色滤光层250的两对侧。
彩色滤光层250例如包括多个彩色滤光图案252、多个彩色滤光图案254以及多个彩色滤光图案256，其中彩色滤光图案252、254、256可以分别是现有的红色、绿色以及蓝色滤光图案，但本发明不限于此。进一步而言，使用者可视其需求去改变彩色滤光层250中滤光图案的颜色种类或是滤光图案的排列方式。
微光学结构层260例如包括多个阵列排列的微透镜（micro-lens）262，且本实施例的各个微透镜262对应其中一个彩色滤光图案252、彩色滤光图案254或彩色滤光图案256设置，但本发明不限于此。
以下将以图5A至图5G说明图2的背照式光感测元件封装体200的制作方法。请参照图5A，提供光感测元件基板510，所述光感测元件基板510包括形成有光感测元件阵列的基板512以及内连线层222，其中基板512例如是晶片。
请参照图5B，将光感测元件基板510与暂时性基板520接合，其中内连线层222位于形成有光感测元件阵列的基板512与暂时性基板520之间。在本实施例中，光感测元件基板510与暂时性基板520例如是通过粘着层530接合。
此外，本实施例可选择进一步地薄化形成有光感测元件阵列的基板512而形成图2及图5C所示的光感测元件阵列224。
请参照图5C，于光感测元件阵列224上依序形成彩色滤光层250以及微光学结构层260，并通过粘着层540将盖板550与微光学结构层260接合。盖板550例如是透光的塑胶基板或透光的强化玻璃基板。详言之，盖板550的材料可以是聚甲基丙烯酸酯(polymethyl methacrylate，PMMA)、丙烯酸树酯(acrylic resin)或是其他合适的透光材料。
请参照图5D，移除暂时性基板520以及粘着层530，并于内连线层222下形成散热结构240A，其中本实施例的散热结构240A例如是多个导电柱242，且各导电柱242设置在内连线层222中对应的焊垫222B下。在本实施例中，移除暂时性基板520以及粘着层530之后，例如是先将整个结构倒置，以将工艺面（即内连线层222与形成散热结构240A的表面）朝向上，再接续散热结构240A的制作。因此，在散热结构240A的制作过程中，盖板550除了可作为承载整体结构的基板之外，还可保护微光学结构层260。
请参照图5E，于内连线层222下形成多个导电端子230，且导电端子230分别设置在内连线层222中对应的焊垫222B（指配置有导电柱242以外的焊垫222B）下。
在本实施例中，若前述的导电柱242的材料与导电端子230的材料相同（例如是铜），则导电柱242与导电端子230可以是同时形成，然而，若导电柱242的材料与导电端子的材料不同（导电柱242的材料采用复合高分子的导热材料或是前述的热电材料），导电柱242与导电端子230则于不同步骤中形成。
此外，若导电柱242的材料采用的是前述的热电材料，则在形成导电端子230之前，可先形成前述的N型导电柱与P型导电柱（通过掺杂不同的掺质）。另外，在形成导电端子230的步骤中，可进一步地于导电端子230与导电柱242上通过电镀或印刷的方式形成一层锡（Sn），以利后续导电端子230以及导电柱242与线路子基座210（绘示于图5F）的接合。
请参照图5F，将导电端子230以及导电柱242与线路子基座210接合，其中所述接合的方法可以是使前述形成的锡呈熔融态，而使导电端子230以及导电柱242与线路子基座210接合。
线路子基座210包括子基座212以及配置于子基座212上的线路层214，且线路层214包括介电层214A以及分布于介电层214A中的多个横向的焊垫214B。导电端子230以及导电柱242例如是与介电层214A中对应的焊垫214B连接，亦即是，导电端子230以及导电柱242分别连接对应的焊垫214B（位于线路子基座210的线路层214中）与焊垫222B（位于内连线层222中）。如此，则初步完成图2所示的背照式光感测元件封装体200。需说明的是，图5F相较于图2更多了粘着层540以及盖板550等构件，然而，这两个构件并非背照式光感测元件封装体200的必要构件，使用者可视其所需而选择保留或移除粘着层540以及盖板550，本发明并不限于此。
请参照图5G，在本实施例中，可进一步于图2所示的背照式光感测元件封装体200下配置电路板560。在配置电路板560之前，更包括于线路子基座210对应导电端子230处形成多个导电贯孔V2以及位于导电贯孔V2中的多个导电结构580。接着，可通过凸块570将线路子基座210的导电结构580与电路板560电性连接。如此一来，内连线层222可通过导电端子230、导电结构580以及凸块570而与电路板560电性连接。因此，光感测元件阵列224所接收到的光信号在转为电信号之后，即可经由内连线层222中的金属层及焊垫222B以及导电端子230、导电结构580与凸块570，而输出至电路板560。
需说明的是，前述图5A至图5G的制作方法除了适用于背照式光感测元件封装体200之外，也适用于背照式光感测元件封装体300、400。以背照式光感测元件封装体300为例，其也可通过相似于图5A至图5G的制作方法而形成如图6所示的结构，差异在于在图5D的步骤中，散热结构240B形成的是块状的散热柱244A，且与散热柱244A连接的焊垫214B、222B可以分别是单个横向的焊垫214B、222B。至于背照式光感测元件封装体400，其也可通过相似于图5A至图5G的制作方法而形成如图7所示的结构，差异在于在图5D的步骤中，散热结构240C形成的是块状的散热柱244B，其中块状的散热柱244B的厚度会大于散热柱244A的厚度。此外，在图5F的步骤中，在与线路子基座210接合之前，更包括于线路子基座210中形成散热贯孔V1，而于接合后，散热柱244B会配置于散热贯孔V1中。另外，使用者可视其需求让散热柱244B与电路板560直接连接（例如通过调变散热柱244B的厚度）。如此，可进一步提升散热效率，并降低因热而产生的漏电流。
综上所述，本发明的背照式光感测元件封装体将内连线层配置在光感测元件阵列的背面，来解决现有内连线层配置于光感测元件阵列的受光面上所造成的金属层反射以及光感测元件阵列收光效果不佳等问题，来具有良好的光填充率以及对比。此外，本发明的背照式光感测元件封装体通过将散热结构配置于内连线层下，以将光感测元件阵列的热量导出，来改善散热效率不佳所造成的漏电流的问题，进而使背照式光感测元件封装体具有良好的成像品质以及灵敏度。
虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变更与修改，故本发明的保护范围当以权利要求为准。
Claims (8)
1.一种背照式光感测元件封装体，其特征在于，包括：
线路子基座；
背照式光感测元件，包括：
内连线层，位于所述线路子基座上；
光感测元件阵列，其中所述内连线层位于所述光感测元件阵列与所述线路子基座之间；
多个导电端子，位于所述内连线层与所述线路子基座之间，以电性连接所述内连线层与所述线路子基座；以及
散热结构，位于所述内连线层下，且所述散热结构与所述光感测元件阵列分别位于所述内连线层的两对侧。
2.如权利要求1所述的背照式光感测元件封装体，其特征在于，所述背照式光感测元件包括互补金属氧化物半导体光感测元件或电荷耦合元件。
3.如权利要求1所述的背照式光感测元件封装体，其特征在于，所述散热结构包括多个导电柱，各所述导电柱连接所述线路子基座与所述内连线层。
4.如权利要求3所述的背照式光感测元件封装体，其特征在于，所述导电柱包括多个N型导电柱以及多个P型导电柱，且所述N型导电柱与所述P型导电柱通过所述内连线层以及所述线路子基座彼此交替串接。
5.如权利要求1所述的背照式光感测元件封装体，其特征在于，所述散热结构包括散热柱，连接所述线路子基座与所述内连线层。
6.如权利要求5所述的背照式光感测元件封装体，其特征在于，所述线路子基座包括散热贯孔，且所述散热柱从所述内连线层的表面延伸至所述散热贯孔中。
7.如权利要求1所述的背照式光感测元件封装体，其特征在于，还包括：
电路板，其中所述线路子基座配置于所述电路板上，且所述线路子基座更包括对应所述导电端子设置的多个导电贯孔以及位于所述导电贯孔中的多个导电结构，各所述导电端子分别与其中一所述导电结构电性连接，以使所述内连线层通过所述导电端子以及所述导电结构而与所述电路板电性连接。
8.如权利要求1所述的背照式光感测元件封装体，其特征在于，还包括：
彩色滤光层，其中所述彩色滤光层与所述内连线层分别位于所述光感测元件阵列的两对侧；以及
微光学结构层，其中所述微光学结构层与所述光感测元件阵列分别位于所述彩色滤光层的两对侧。
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