CN109256362A - 具有盖帽的图像感测装置和相关方法 - Google Patents

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Abstract

一种图像感测装置，包括：互连层；多个栅格阵列接触，被布置在所述互连层的底侧上；图像传感器集成电路(IC)，由所述互连层承载，所述图像传感器IC具有图像感测表面；多个电连接，耦合在所述图像传感器IC和所述互连层的上侧之间，所述上侧与所述底侧相对；透明板，位于所述图像传感器IC的所述图像感测表面上；以及盖帽，由所述互连层承载并且具有位于所述透明板和所述图像感测表面上的开口，其中所述盖帽具有在所述互连层和所述图像传感器IC上方间隔开的上壁以限定内部空腔，并且其中所述盖帽限定了耦合在所述内部空腔与外部大气环境之间的通气孔，使得所述内部空腔自由地和流动地耦合至所述外部大气环境。

Description

具有盖帽的图像感测装置和相关方法
本申请是于2015年9月17日提交的申请号为201510595000.5的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本公开涉及电子装置领域，并且更具体地涉及半导体装置和相关方法。
背景技术
在具有集成电路(IC)的电子装置中，IC通常安装至电路板上。为了电耦合电路板和IC之间的连接，通常“封装”了IC。IC封装通常提供了用于物理保护IC的小型封套并且提供了用于耦合至电路板的接触焊盘。在一些应用中，封装IC可以经由焊料凸块耦合至电路板。
初始地参照图1，现在描述典型的图像感测装置100。图像感测装置100包括互连层105，由互连层承载的多个球栅阵列(BGA)接触106a－106h，在互连层之上的图像传感器IC103，以及在互连层和图像传感器IC之间的粘合层107。图像感测装置100包括耦合在图像传感器IC 103和互连层105之间的接合布线104a－104b，与图像传感器IC的图像感测表面对准的透明板102，以及完全围绕了图像传感器IC和透明板的封装材料101。
现在参照图2，现在描述另一典型的图像感测装置200。图像感测装置200包括互连层205，由此承载的多个BGA接触206a－206h，以及在互连层之上的图像传感器IC 203。图像感测装置200包括耦合在图像传感器IC 203和互连层205之间的接合布线204a－204b，与图像传感器IC图像感测表面对准的透明板202，在图像传感器IC和透明板之间的环形粘合层208，以及在围绕了图像传感器IC和透明板的两个堆叠层201a、201b中的封装材料。
发明内容
通常而言，图像感测装置可以包括互连层以及由此承载的多个栅格阵列接触，以及由互连层承载并且耦合至多个栅格阵列接触的图像传感器IC。图像传感器IC可以具有图像感测表面。图像感测装置可以包括由图像传感器IC承载并且与图像感测表面对准的透明板，以及由互连层承载并且使得开口与图像感测表面对准的盖帽。盖帽可以具有在互连层和图像传感器IC之上间隔的上壁以限定内部空腔，并且盖帽可以限定耦合至内部空腔的通气孔。
在一些实施例中，盖帽具有与透明板的相邻部分间隔开的内侧外周边缘以限定通气孔。内侧外周边缘可以横向地延伸在透明板的相邻部分之上。
在其他一些实施例中，通气孔延伸穿过盖帽的上壁。透明板可以容纳在盖帽的开口内。图像感测装置可以也包括在盖帽和透明板之间的粘合材料。
然而，图像感测装置可以进一步包括延伸在图像传感器IC和互连层之间的多个接合布线。图像感测装置也可以包括覆盖了多个接合布线的一部分的封装材料。图像感测装置可以进一步包括在盖帽和互连层之间的第一粘合层，以及在透明板和图像传感器IC之间的第二粘合层。
另一方面涉及用于制造图像感测装置的方法。该方法可以包括，将图像传感器IC耦合至互连层并耦合至由互连层所承载的多个栅格阵列接触，图像传感器IC具有图像感测表面，以及将透明板耦合至图像传感器IC并且与图像感测表面对准。方法可以包括将盖帽耦合至互连层并且使得开口与图像感测表面对准，盖帽具有间隔在互连层和图像传感器IC之上的上壁以限定内部空腔，以及盖帽限定了耦合至内部空腔的通气孔。
附图说明
图1和图2是根据现有技术的图像感测装置的示意性截面图。
图3是根据本公开的图像感测装置的示意性截面图。
图4是根据本公开的图像感测装置的另一实施例的示意性截面图。
图5A－图5E是制造图3的图像感测装置的步骤的示意性截面图。
图6A－图6F是制造图4的图像感测装置的步骤的示意性截面图。
具体实施方式
现在将参照其中示出了本发明数个实施例的附图在下文中更详细描述本公开。然而本公开可以实施为许多不同形式，并且不应构造为限定于在此所列举的实施例。相反，提供这些实施例以使得本公开全面和完整，并且将向本领域技术人员完全传达本公开的范围。全文中相同附图标记涉及相同元件，并且主要符号用于指示备选实施例中类似元件。
现在参照图3，现在描述根据本公开的图像感测装置10。图像感测装置10示意性地包括具有上表面和下表面的互连层11，以及由互连层的下表面所承载的多个栅格阵列接触12a－12h。图像感测装置10示意性地包括由互连层的上表面承载、并且(例如使用通孔)耦合至多个栅格阵列接触的图像传感器IC 13。例如，栅格阵列接触12a－12h可以包括所示的BGA接触或者焊区栅格阵列(LGA)接触。图像传感器IC 13示意性地包括衬底14(例如硅)，以及在衬底上表面上的图像感测表面15。
图像感测装置10示意性地包括由图像传感器IC 13承载并且与图像感测表面15对准的透明板16，以及由互连层11的上表面承载并且使得开口28与图像感测表面对准的盖帽17。盖帽17示意性地包括间隔在互连层11和IC之上的上壁22以限定内部空腔20。盖帽17限定了耦合至内部空腔20的通气孔21。
在所示的实施例中，盖帽17具有与透明板16的相邻部分间隔开的内侧外周边缘18以限定通气孔21。内侧外周边缘18在透明板16的相邻部分之上横向地延伸。在该实施例中，通气孔21可以具有约250－500微米的垂直间隙。
此外，图像感测装置10示意性地包括在图像传感器IC 13和互连层11之间延伸的多个接合布线25a－25b。图像感测装置10示意性地包括覆盖了多个接合布线25a－25b的一部分(远端)的封装材料26。图像感测装置10示意性地包括在盖帽17和互连层11之间的第一粘合层24，以及在透明板16和图像传感器IC 13之间的第二粘合层25。
此外，图像感测装置10示意性地包括由互连层11的上表面所承载的表面安装部件(SMC)27(例如电容器、电阻器)。SMC 27取决于布置至少部分地由封装材料26所围绕。图像感测装置10可以包括由互连层11的上表面所承载并且耦合至SMC 27、多个接合布线25a－25b以及多个栅格阵列接触12a－12h的导电迹线(未示出)。
现在额外地参照图5A－5E，另一方面涉及一种用于制造图像感测装置10的方法。方法可以包括将图像传感器IC 13耦合至互连层11并且耦合至由互连层所承载的多个栅格阵列接触12a－12h，图像传感器IC具有图像感测表面15，以及将透明板16耦合至图像传感器IC并且与图像感测表面对准。方法可以包括将盖帽17耦合至互连层11并且具有与图像感测表面15对准的开口28，盖帽具有在互连层和图像传感器IC 13之上间隔的上壁22以限定内部空腔20，以及盖帽限定了耦合至内部空腔的通气孔21。
在所示实施例中，方法示意性包括图像传感器IC 13附接步骤(图5A)，布线接合形成步骤(图5B)，以及透明板16(例如玻璃板)附接步骤(图5C)。方法进一步示意性地包括盖帽17附接步骤(图5D)，以及BGA接触12a－12j附接步骤(图5E)。
或许最佳如图3所示，盖帽17的上壁22包括多级肩部。多级肩部可以在盖帽附接步骤(图5D)期间防止盖帽17挠曲。多级肩部示意性地包括与外侧周缘相邻的第一部分19a，以及比第一部分更薄并且与图像传感器IC 13相邻的第二部分19b。
有利地，图像感测装置10可以提供致力于现有技术图像感测装置100、200具有的潜在问题的方案。在图像感测装置100、200中构造有机衬底可以需要热膨胀系数(CTE)与芯片厚度、板厚度、粘合材料厚度和成分、衬底厚度、以及模具化合物和厚度相平衡以防止断裂和脱层。
简言之，因为图像感测装置100、200可以在诸如汽车应用之类的高应力应用中翘曲，所以图像感测装置可能在使用期间故障失效。自然，这可以减小现有技术图像感测装置100、200的可靠性。
有益的，图像感测装置10提供了开放空腔方案以致力于现有技术图像感测装置100、200具有的问题。特别地，图像感测装置10可以限制应力因子，因为减小了CTE失配。在图像感测装置10中，通气孔21提供了内部空腔20和外部环境之间的耦合，防止了额外的CTE失配应力。图像感测装置10可以在汽车应用中相当有用，由于温度和湿度变化。
现在额外地参照图4和图6A－图6F，现在描述图像感测装置10’的另一实施例。在图像感测装置10’的该实施例中，已经参照图2和图5A－图5E如上所述的那些实施例给定了主要符号，并且无需在此进一步讨论。该实施例不同于之前实施例之处在于，该图像感测装置10’具有延伸穿过盖帽17’的上壁22’的通气孔21’。透明板16’示意性地容纳在盖帽17’的开口28’内。此外，透明板16’比以上实施例中更厚，并且也与盖帽17’齐平。在其他实施例中(未示出)，透明板16’可以与盖帽17’偏移。
图像感测装置10’示意性地包括在盖帽17’和透明板16’之间的粘合材料23’。通气孔21’可以具有约250微米的宽度，并且例如可以具有圆柱形。
用于制造图像感测装置10’的方法示意性地包括图像传感器IC13’芯片附接步骤(图6A)，布线接合步骤(图6B)，以及透明板16’附接/粘合密封步骤(图6C)。方法进一步示意性地包括盖帽17’附接和粘合密封步骤(图6D和图6E)，以及BGA接触附接步骤(图6F)。
如图6D中最佳可见，盖帽17’的内外周边缘18’包括多表面肩部。多表面肩部可以在盖帽附接步骤(图6E)期间防止盖帽17’挠曲。多表面肩部示意性地包括弯曲的凹陷，与弯曲凹陷相邻的平坦表面，以及与平坦表面和图像传感器IC 13’相邻的平坦倾斜表面。
受益于前述说明书和相关附图中所展示的教导，本公开的许多修改例和其他实施例将对于本领域技术人员而言是明显的。因此，应该理解的是，本公开不限于所公开的具体实施例，并且修改例和实施例意在包括在所附权利要求的范围内。

Claims (24)

1.一种图像感测装置，包括：
互连层；
多个栅格阵列接触，被布置在所述互连层的底侧上；
图像传感器集成电路(IC)，由所述互连层承载，所述图像传感器IC具有图像感测表面；
多个电连接，耦合在所述图像传感器IC和所述互连层的上侧之间，所述上侧与所述底侧相对；
透明板，位于所述图像传感器IC的所述图像感测表面上；以及
盖帽，由所述互连层承载、并且具有位于所述透明板和所述图像感测表面上的开口，其中所述盖帽具有在所述互连层和所述图像传感器IC上方间隔开的上壁以限定内部空腔，并且其中所述盖帽限定耦合在所述内部空腔与外部大气环境之间的通气孔，使得所述内部空腔自由地和流动地耦合至所述外部大气环境。
2.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述盖帽具有与所述透明板的相邻部分间隔开的内侧外周边缘以限定所述通气孔。
3.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述内侧外周边缘在所述透明板的相邻部分之上横向地延伸。
4.根据权利要求2所述的图像感测装置，其中，所述盖帽的所述上壁包括多级肩部。
5.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述通气孔延伸穿过所述盖帽的所述上壁。
6.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中，所述通气孔垂直地延伸穿过所述盖帽的所述上壁。
7.根据权利要求5所述的图像感测装置，其中，所述透明板被容纳在所述盖帽的所述开口内。
8.根据权利要求7所述的图像感测装置，进一步包括：在所述盖帽和所述透明板之间的粘合材料。
9.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述透明板的顶表面与所述盖帽的上表面齐平。
10.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述多个电连接包括在所述图像传感器IC和所述互连层之间延伸的多个接合布线。
11.根据权利要求10所述的图像感测装置，进一步包括：覆盖所述多个接合布线的一部分的封装材料。
12.根据权利要求1所述的图像感测装置，进一步包括：在所述盖帽和所述互连层之间的第一粘合层、以及在所述透明板和所述图像传感器IC之间的第二粘合层。
13.根据权利要求1所述的图像感测装置，其中，所述通气孔具有250－500微米的垂直间隙。
14.根据权利要求1所述的图像感测装置，进一步包括：位于所述互连层上、并与所述图像传感器IC横向地间隔开的表面安装部件。
15.根据权利要求14所述的图像感测装置，其中，所述表面安装部件包括电阻器或电容器。
16.一种图像感测装置，包括：
互连层，以及由此承载的多个球栅阵列(BGA)接触；
图像传感器集成电路(IC)，由所述互连层承载、并且耦合至所述多个BGA接触，所述图像传感器IC具有图像感测表面；
透明板，由所述图像传感器IC承载、并且与所述图像感测表面对准；
盖帽，由所述互连层承载、并且具有与所述图像感测表面对准的开口，其中所述盖帽具有在所述互连层和所述图像传感器IC上方间隔开的上壁以限定内部空腔，并且其中所述盖帽限定通气孔，所述通气孔延伸穿过所述盖帽的所述上壁、并且耦合至所述内部空腔。
17.根据权利要求16所述的图像感测装置，进一步包括：
多个接合布线，在所述图像传感器IC和所述互连层之间延伸；以及
封装材料，覆盖所述多个接合布线的一部分。
18.根据权利要求16所述的图像感测装置，其中，所述透明板被容纳在所述盖帽的所述开口内。
19.根据权利要求18所述的图像感测装置，进一步包括：在所述盖帽和所述透明板之间的粘合材料。
20.一种制造图像感测装置的方法，所述方法包括：
将图像传感器集成电路(IC)附接至互连层的上表面，多个栅格阵列接触被承载在所述互连层的下表面上；
将所述图像传感器IC电连接至所述互连层；
将透明板耦合至所述图像传感器IC，使得所述透明板位于所述图像传感器IC的图像感测表面上；以及
将盖帽耦合至所述互连层，以在所述图像传感器IC与所述盖帽的上壁之间形成内部空腔，所述上壁具有暴露所述透明板的开口，其中所述盖帽限定耦合在所述内部空腔与外部大气环境之间的通气孔，使得所述内部空腔自由地和流动地耦合至所述外部大气环境。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，将所述盖帽耦合至所述互连层包括：耦合所述盖帽，使得所述盖帽的内侧外周边缘与所述透明板的相邻部分间隔开以限定所述通气孔。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，所述通气孔垂直地延伸穿过所述盖帽的所述上壁。
23.根据权利要求20所述的方法，其中，将所述图像传感器IC电连接至所述互连层包括：布线接合操作。
24.根据权利要求20所述的方法，进一步包括：在将所述盖帽耦合至所述互连层之后，将所述栅格阵列接触附接至所述互连层。
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