CN1692501A - 光传感器封装 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种图像传感器器件，其包括QFN型引线框架，该引线框架具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域。传感器IC被固定到固定板。该IC具有第一表面，该第一表面具有有效区域和包括焊盘的外围焊盘区域。导线被引线接合到各个IC的焊盘和对应的各个引线框架焊盘，从而将IC和引线框架电连接。在IC的第一表面上形成柱形凸起，透明盖被布置在IC有效区域之上并搁置在柱形凸起上。所述盖允许光穿过并到达IC有效区域。在引线框架、引线接合点和盖的外围部分之上形成模制化合物。

Description

光传感器封装
技术领域
本发明涉及图像和光学传感器，更具体地，涉及封装光传感器的方法和由此得到的封装传感器产品。
背景技术
一直存在对更小更智能的工业和消费电子产品比如数码相机、摄录一体机和音频播放器等的需求。这样的小型化以及增加的功能已经从半导体电路和晶圆(晶片)的设计和制造的发展中受益。在电子产品中光学和图像传感器的使用也显著增加。这样的传感器器件以各种方式封装。例如，陶瓷无引线芯片载体中的光学传感器具有良好的光学品质，但是具有很大的封装形状因子(form factor)。晶圆级封装具有较小的形状因子和良好的光学品质，其非常昂贵。图像传感器也可以用模制四边扁平封装(四线扁平封装，QFP)。虽然QFP成本适中，但它具有低光学品质和很大的封装形状因子。
提供一种具有低封装形状因子、适中的成本和高光学品质的封装图像传感器是有益的。
附图说明
当结合附图阅读时，可以更好地理解前面的概述以及下面对本发明的详细描述。为了举例说明本发明，在附图中示出了当前优选的实施例。但是，应该理解，本发明不限于示出的精确方案和手段。在附图中：
图1是根据本发明的光学传感器器件的放大剖面图；
图2是根据本发明的光学传感器器件的放大分解透视图；
图3是根据本发明的光学传感器器件的另一个实施例的放大剖面图。
图4A-4E是图示了形成图1和图2的传感器器件的步骤的放大剖面图。
具体实施方式
下面结合附图的详细描述是作为本发明的优选实施例的描述，并不是表示可以实现本发明的仅有的形式。应该理解，可以由不同的实施例实现相同的或者等效的功能，这些实施例都包括在本发明的构思和范围内。
为了描述的方便，图中的某些特征被放大了，并且图和图中的元素不必是符合合适的比例。但是，本领域技术人员应该容易地理解这样的细节。在所有的图中，类似的标号表示类似的元素。
本发明在基于标准高密度阵列格式四边扁平无引线(QFN)组装架构的接近芯片规模封装中提供具有低成本高光学品质的图像传感器器件。组件高度和独特的机械结构设计的精密公差提供了与模制腔高度的紧密尺寸匹配。封装传感器器件使用柱形凸起(stud bump)作为精密高度支撑物以在传感器的有效区域上方组装一个窗口。在组装期间位于器件下方的真空孔用于形成凸块，该凸块具有双重功能：模制时的高度补偿，以及避免由于高度不匹配造成的挤压损害。窗口维持与模制腔表面接触，这最小化了树脂渗出，并有助于模制后的清洁。
更具体地，在一个实施例中，本发明提供了包括QFN型引线框架的图像传感器，所述QFN型引线框架具有中央芯片固定板(dieattach flag)和具有多个焊盘的外部焊盘区域。传感器集成电路(IC)被连接到固定板。IC具有第一表面，该第一表面具有有效区域的和包括焊盘的外围焊盘区域。多个导线被引线接合到各个IC焊盘和对应的各个引线框架焊盘，从而将IC和引线框架电连接。多个柱形凸起布置在IC的第一表面，透明盖被布置在IC有效区域之上并搁置在柱形凸起上。所述盖允许光通过并到达IC有效区域上。在引线框架、引线接合点(wirebond)和盖的外围部分上形成模制化合物。
在另一个实施例中，本发明提供了包括QFN型引线框架的图像传感器，所述QFN型引线框架具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域。固定板具有周围环形件(perimeter ring)，该周围环形件形成高度大约等于引线框架的厚度的接合衬(bond line)。利用在固定板周围环形件内布置的低模量粘合剂将传感器集成电路(IC)连接到固定板。IC具有第一表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域。外围焊盘区域包括焊盘。多个金导线被引线接合到各个IC焊盘和对应的各个引线框架焊盘，从而将IC和引线框架电连接。在IC的第一表面的有效区域上形成多个金柱形凸起。在IC有效区域上布置了透明化合物(clear compound)。将透明玻璃盖布置在IC有效区域上的透明化合物之上并搁置在柱形凸起上。光可以穿过盖和透明化合物到达IC有效区域上。在引线框架、引线接合点和盖的外围部分上形成模制化合物。该器件具有小于大约40密耳的高度。
在另一个实施例中，本发明是包括QFN型引线框架的图像传感器，所述QFN型引线框架具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域。传感器IC被连接到固定板。IC具有第一表面，该第一表面具有有效区域、无效区域和包括焊盘的外围焊盘区域。多个导线被引线接合到各个IC焊盘和对应的各个引线框架焊盘，从而将IC和引线框架电连接。在IC有效区域上布置了透明化合物，在IC有效区域上的透明化合物之上布置了透明玻璃盖。光能够穿过盖和透明化合物到达IC有效区域。在引线框架、引线接合点、IC引线接合点、IC无效区域和盖的外围部分之上形成模制化合物。
在另一个实施例中，本发明提供了制造图像传感器器件的方法，包括如下步骤：
提供QFN型引线框架，其具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域，其中所述固定板具有周围环形件，该周围环形件形成高度大约等于所述引线框架的厚度的接合衬；
在所述固定板上所述周围环形件内布置芯片固定材料；
利用所述芯片固定材料将传感器集成电路(IC)连接到所述固定板，所述IC具有第一表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域，所述外围焊盘区域包括焊盘；
利用多个导线通过引线接合将各个集成电路焊盘和对应的各个引线框架焊盘电连接；
在所述IC的第一表面上形成多个柱形凸起；
在所述IC有效区域之上放置透明盖，使得所述盖搁置在所述柱形凸起上，其中光可以穿过所述盖到达所述IC有效区域；以及
在所述引线框架、引线接合点和所述盖的外围部分之上形成模制化合物。
在另一个实施例中，本发明提供了一种制造图像传感器器件的方法，包括如下步骤：
提供QFN型引线框架，其具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域，其中所述固定板具有周围环形件，该周围环形件形成高度大约等于所述引线框架的厚度的接合衬；
在所述固定板上所述周围环形件内布置芯片固定材料；
利用所述芯片固定材料将传感器集成电路(IC)连接到所述固定板，所述IC具有第一表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域，所述外围焊盘区域包括焊盘；
将所述引线框架放置在分段固化加热模块(stage curing heatblock)上，所述分段固化加热模块在所述固定板之下的中心位置具有真空孔；
利用多个导线通过引线接合将各个IC焊盘和对应的各个引线框架焊盘电连接；
在IC有效区域上施加透明化合物；
在所述IC有效区域之上的透明化合物上放置透明盖，其中光可以穿过所述盖和所述化合物到达所述IC有效区域；以及
在所述引线框架、引线接合点和所述盖的外围部分之上形成模制化合物。
参照图1和图2，图1是根据本发明的图像传感器器件10的放大侧视图，图2是传感器器件10的放大分解图。传感器器件10包括金属QFN(四边扁平无引线)引线框架12。由于QFN引线框架的小形状因子、低外形(profile)和低组装成本，所以它是优选的。引线框架12具有中央芯片固定板14和具有多个焊盘18的外部焊盘区域16。固定板还具有形成接合衬的周围环形件20。周围环形件20的高度大约等于引线框架12的厚度。
传感器集成电路(IC)22最好利用布置在固定板周围环形件20内的低应力低模量芯片固定粘合剂24固定到引线框架12的固定板14上。IC 22具有第一表面，该第一表面具有有效区域26(图2)和外围焊盘区域28。外围焊盘区域28包括焊盘30。IC 22最好是本领域技术人员公知且容易在市场上获得的类型的CMOS传感器器件。IC 22具有大约15密耳的厚度或者高度。IC 22除了包括光接收区域(有效区域26)外，还包括电路和逻辑，例如A/D转换器和DSP或者用于执行算数型操作的逻辑区域。多个导线32被引线接合到各个IC焊盘30和对应的各个引线框架焊盘18，从而将IC 22和引线框架12电连接起来。导线32可以由任何导电金属或者金属的结合，例如本领域技术人员公知的导电金属或者金属的结合形成。合适的接合衬一般包括诸如铜或者金的导电金属，并且可以是细导线(直径小于50μm)或者粗导线(直径大于50μm)。在优选实施例中，导线32是由金形成的细导线。
术语“引线接合(wirebonding)”一般是指芯片和基片的经由导线形成的互连。将导线连接到焊盘上的最常用的方法是通过热声压焊(thermosonic bonding)或者超声焊接。超声引线接合使用振动和压力的结合来摩擦导线和焊盘之间的界面，引起局部温度升高，促使分子跨边界扩散。热声压焊除了使用振动外还使用热，这进一步促进了材料的迁移。
在IC 22的第一表面上形成多个柱形凸起34。在优选实施例中，柱形凸起34是由与导线32相同的材料形成的，例如金。柱形凸起34高度约为3密耳，并且其位置靠近IC有效区域26。使用用于执行引线接合的引线接合器的毛细管在IC 22上形成柱形凸起34。即，除了没有循环成形(loop formation)和第二焊接成形步骤外，形成柱形凸起34的工艺非常类似于普通的热超声金球焊接工艺。更具体地，由电火焰形成脱离的自由空气球并将其捕获在毛细管中，接着在IC 22的表面上形成第一焊点。在形成第一焊点之后，释放尾部长度，并且执行尾部分割(脱离第一焊点)。对每个柱形凸起重复该处理。
将透明盖36(图2)布置在IC有效区域26上，并且搁置在柱形凸起34上。在目前的优选实施例中，盖36包括布置在IC有效区域26之上的透明化合物和上覆透明化合物38并且搁置在柱形凸起34上的窗口40。这样，柱形凸起34用作窗口的40的支撑。盖36允许光穿过并到达IC有效区域26上。窗口40最好是无反射光学级玻璃，且厚度为大约15到16密耳。窗口40可以涂覆各种材料以按照需要过滤光。透明化合物38在固化之前可以是液体形式的透明环氧树脂。透明化合物38可以由任何分配系统淀积在传感器有效区域26上。接着，窗口40被放置在透明化合物38(和柱形凸起34)的上方。接着执行热固化处理以固化并硬化环氧树脂，这样，环氧树脂就将窗口40固定到IC有效区域26上。
为了完成器件10，在引线框架12、引线接合点和盖36的外围部分之上形成模制化合物42。柱形凸起34用作精密高度支撑，并且保持窗口40处于IC 22和模制化合物42之间的位置。图像传感器器件10整体高度大约40密耳。
现在参照图3，图3示出了根据本发明的另一个实施例的图像传感器器件44的放大侧视图。除了传感器器件44的传感器IC 45具有较大的无效区域外，传感器器件44类似于传感器器件10(图1)。即，传感器IC 45的顶表面具有有效的光接收区域、不包括光电元件的无效区域和外围焊盘区域。在IC有效区域上布置透明化合物38，盖46具有只覆盖有效区域的尺寸，且盖46经由透明化合物38粘附到有效区域。在引线框架12、导线32、IC 45的无效区域和盖46的外围部分之上形成模制化合物48。因为模制化合物48覆盖IC 45的无效区域，所以只有IC 45的有效区域暴露在光线下。从而，如果IC 45包括对光敏感的存储单元，则这样的单元通过模制化合物48的屏蔽而不受光的影响。
应该注意，传感器器件44不包括柱形凸起，尽管如果需要它可以包括柱形凸起。本领域技术人员应该理解，没有柱形凸起34也可以形成第一实施例(器件10)。
现在参照图4A-4E，图4A-4E示出了形成图1和图2的传感器器件10的步骤的放大剖面图。图4A示出的金属QFN引线框架12具有中央芯片固定板14和具有多个焊盘的外部焊盘区域。固定板14具有周围环形件20，周围环形件20形成接合衬且高度大约等于引线框架12的厚度。在固定板14上周围环形件20内布置了芯片固定材料24。即，固定板14具有用于接收低模量粘合糊或者芯片粘合剂的中心开口。芯片固定材料24是公知类型的，并且以传统的方式被分配在固定板14上。传感器集成电路(IC)22通过芯片固定材料24固定到固定板14。引线框架12可以装有模制屏蔽带(mold masking tape)。如前面参照图1和2讨论的，IC 22具有第一表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域。外围焊盘区域包括焊盘。
在IC 22被固定到引线框架12的固定板14后，组件被传输到分段固化加热模块50，后者具有真空孔52。如图4B所示，将组件定位于加热模块50上，使得固定板14在孔52之上。施加真空力，使得所述带和芯片固定材料24塌陷到真空孔中。塌陷动作是由施加的真空力的大小和孔52的大小控制的。几乎同时，芯片固定材料24固化。在完成固化周期后，形成了从芯片固定层伸出的凸块54。凸块54通常是柔软的和可塑的。如下面进一步的讨论，凸块54用于模制步骤期间的高度补偿。
参照图4C，组件移动到传统的引线接合器。引线接合器包括具有孔58的加热模块56，孔58的尺寸比凸块54大且允许组件稳定地置于加热模块56上。以传统的方式执行引线接合，以利用多条导线将各个IC焊盘和对应的各个引线框架焊盘电连接。并且，利用引线接合器毛细管60在IC 22的第一表面上形成柱形凸起34。如前面讨论的，柱形凸起34由与导线32相同的材料形成，即，金。另外，柱形凸起34的形成不需要对毛细管60进行修改。
参照图4D，透明化合物或者凝胶38被分配在传感器IC 22的有效区域26上。透明化合物38的接合衬厚度由柱形凸起34的高度决定。根据本发明，柱形凸起34的高度大约为3密耳。接着，在IC有效区域26上放置窗口40，使得窗口40搁置在柱形凸起34上，窗口40最好是玻璃的。透明化合物38使窗口40附着于IC有效区域26上，但是窗口40与IC 22被柱形凸起34隔开一定距离。总的组件厚度被控制在非常精密的公差。例如，引线框架12、IC 22、柱形凸起34和窗口40的一般的高度变化大约为+/-1.5密耳。窗口40和透明化合物38允许光穿过并到达IC有效区域26上。
最后，如图4E所示，在引线框架12、引线接合点和盖40的外围部分之上形成顶部模制化合物(图1中的化合物42)。模制腔深度A等于IC 22加柱形凸起34加窗口40的厚度。凸块54的高度等于IC22、柱形凸起34和窗口40的总的公差范围，大约为3密耳。在引线框架12、引线接合点和窗口40的外围部分之上形成模制化合物之后，凸块54塌陷以产生用于维持窗口40和模制腔62接触的力。即，当组件被围在模具中时，玻璃窗口40通过凸块54的塌陷而产生的很小的力与顶部模制腔62接触。因为窗口靠在模制腔62上，所以渗出的树脂量受到限制。任何渗到玻璃表面的少量的树脂可以由随后的喷水清洗来去除。另外，与玻璃窗口40的很小的接触力也使得即使不使用保护带，也能避免潜在的表面划伤。如果同时形成多个器件，则它们一起形成图1所示的器件10。完成的器件的高度小于大约40密耳。
这里已经为了举例说明和描述的目的给出了本发明的优选实施例的说明，但是该说明不是穷尽的，也不是要将本发明限制为所公开的形式。本领域技术人员应该理解，可以不偏离本发明的很宽的发明构思而对上述实施例作出改变。从而，应该理解本发明不限于所公开的具体的形式，而是覆盖了由权利要求定义的本发明的构思和范围内的修改。

Claims (25)

1.一种图像传感器器件，包括：
四边扁平无引线型引线框架，该引线框架具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域；
固定到所述固定板上的传感器集成电路，所述集成电路具有第一表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域，所述外围焊盘区域包括焊盘；
多个导线，其被引线接合到所述各个集成电路焊盘和对应的所述各个引线框架焊盘，从而将所述集成电路和所述引线框架电连接；
在所述集成电路的所述第一表面上的多个柱形凸起；
透明盖，其被设置在所述集成电路有效区域之上并搁置在所述柱形凸起上，所述盖允许光穿过并到达所述集成电路有效区域；和
模制化合物，其形成在所述引线框架、引线接合点和所述盖的外围部分之上。
2.如权利要求1所述的图像传感器器件，其中所述固定板具有周围环形件，该周围环形件形成高度大约等于所述引线框架的厚度的接合衬。
3.如权利要求2所述的图像传感器器件，其中所述集成电路通过布置在所述固定板周围环形件内的低模量粘合剂固定到所述固定板上。
4.如权利要求1所述的图像传感器器件，其中所述柱形凸起由金形成。
5.如权利要求4所述的图像传感器器件，其中所述柱形凸起的高度约为3密耳。
6.如权利要求4所述的图像传感器器件，其中所述导线由金形成。
7.如权利要求1所述的图像传感器器件，还包括布置在所述集成电路有效区域和所述盖之间的透明化合物。
8.如权利要求7所述的图像传感器器件，其中所述盖由玻璃形成。
9.如权利要求1所述的图像传感器器件，其中所述柱形凸起形成在所述集成电路有效区域上。
10.如权利要求1所述的图像传感器器件，其中所述器件的高度约为40密耳。
11.一种图像传感器器件，包括：
四边扁平无引线型引线框架，该引线框架具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域，其中所述固定板具有周围环形件，该周围环形件形成高度大约等于所述引线框架的厚度的接合衬；
通过布置在所述固定板周围环形件内的低模量粘合剂固定到所述固定板上的传感器集成电路，所述集成电路具有第一表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域，所述外围焊盘区域包括焊盘；
多个金导线，这些金导线被引线接合到所述各个集成电路焊盘和对应的所述各个引线框架焊盘，从而将所述集成电路和所述引线框架电连接起来；
形成在所述集成电路第一表面的所述有效区域上的多个金柱形凸起；
布置在所述集成电路有效区域上的透明化合物；
透明玻璃盖，其布置在所述集成电路有效区域上的所述透明化合物之上并搁置在所述柱形凸起上，其中光可以穿过所述盖和所述透明化合物到达所述集成电路有效区域；和
模制化合物，其形成在所述引线框架、引线接合点和所述盖的外围部分之上，其中所述器件的高度小于大约40密耳。
12.一种图像传感器器件，包括：
四边扁平无引线型引线框架，其具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域；
固定到所述固定板的传感器集成电路，所述集成电路具有第一表面，该第一表面具有有效区域、无效区域和外围焊盘区域，所述外围焊盘区域包括焊盘；
多个导线，其被引线接合到所述各个集成电路焊盘和对应的所述各个引线框架焊盘，从而将所述集成电路和所述引线框架电连接起来；
布置在所述集成电路有效区域上的透明化合物；
透明玻璃盖，其布置在所述集成电路有效区域上的所述透明化合物之上，其中光可以穿过所述盖和所述透明化合物到达所述集成电路有效区域；和
模制化合物，其形成在所述引线框架、引线接合点、集成电路引线接合点、集成电路无效区域和所述盖的外围部分之上。
13.一种制造图像传感器器件的方法，包括如下步骤：
提供四边扁平无引线型引线框架，其具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域，其中所述固定板具有周围环形件，该周围环形件形成高度大约等于所述引线框架的厚度的接合衬；
在所述固定板上所述周围环形件内布置芯片固定材料；
利用所述芯片固定材料将传感器集成电路固定到所述固定板上，所述集成电路具有第一表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域，所述外围焊盘区域包括焊盘；
利用多个导线通过引线接合将所述各个集成电路焊盘和对应的所述各个引线框架焊盘电连接；
在所述集成电路的所述第一表面上形成多个柱形凸起；
在所述集成电路有效区域之上放置透明盖，使得所述盖搁置在所述柱形凸起上，其中光可以穿过所述盖到达所述集成电路有效区域；以及
在所述引线框架、引线接合点和所述盖的外围部分之上形成模制化合物。
14.如权利要求13所述的制造图像传感器器件的方法，其中所述柱形凸起由金形成，并且高度约为3密耳。
15.如权利要求14所述的制造图像传感器器件的方法，其中所述导线是金的。
16.如权利要求13所述的制造图像传感器器件的方法，还包括如下步骤：
在所述柱形凸起上放置所述盖之前，在所述集成电路有效区域上分配透明化合物，其中所述化合物的厚度大约等于所述柱形凸起的高度。
17.如权利要求16所述的制造图像传感器器件的方法，其中所述盖包括玻璃。
18.如权利要求13所述的制造图像传感器器件的方法，还包括如下步骤：
在将所述集成电路固定到所述固定板上之后，将所述引线框架放置在分段固化加热模块上，所述分段固化加热模块在所述固定板之下的中心位置具有真空孔。
19.如权利要求18所述的制造图像传感器器件的方法，还包括如下步骤：
产生使所述芯片固定材料塌陷到所述孔中的真空力；以及
固化所述芯片固定材料。
20.如权利要求19所述的制造图像传感器器件的方法，其中使所述芯片固定材料塌陷到所述孔中的真空力和所述固化步骤形成从所述芯片固定材料伸出的凸块。
21.如权利要求20所述的制造图像传感器器件的方法，还包括如下步骤：
在所述引线框架、引线接合点和所述盖的外围部分之上形成所述模制化合物之后，使所述凸块塌陷以产生维持所述盖与模制腔接触的力。
22.一种制造图像传感器器件的方法，包括如下步骤：
提供四边扁平无引线型引线框架，其具有中央芯片固定板和具有多个焊盘的外部焊盘区域，其中所述固定板具有周围环形件，该周围环形件形成高度大约等于所述引线框架的厚度的接合衬；
在所述固定板上所述周围环形件内布置芯片固定材料；
利用所述芯片固定材料将传感器集成电路固定到所述固定板上，所述集成电路具有第一表面，该第一表面具有有效区域和外围焊盘区域，所述外围焊盘区域包括焊盘；
将所述引线框架放置在分段固化加热模块上，所述分段固化加热模块在所述固定板之下的中心位置具有真空孔；
利用多个导线通过引线接合将所述各个集成电路焊盘和对应的所述各个引线框架焊盘电连接；
在所述集成电路有效区域之上分配透明化合物；
在所述集成电路有效区域上的所述透明化合物之上放置透明盖，其中光可以穿过所述盖和所述化合物到达所述集成电路有效区域；以及
在所述引线框架、引线接合点和所述盖的外围部分之上形成模制化合物。
23.如权利要求22所述的制造图像传感器器件的方法，还包括如下步骤：
产生使所述芯片固定材料塌陷到所述孔中的真空力；以及
固化所述芯片固定材料。
24.如权利要求23所述的制造图像传感器器件的方法，其中使所述芯片固定材料塌陷到所述孔中的真空力和所述固化步骤形成从所述芯片固定材料伸出的凸块。
25.如权利要求24所述的制造图像传感器器件的方法，还包括如下步骤：
在所述引线框架、引线接合点和所述盖的外围部分之上形成所述模制化合物之后，使所述凸块塌陷以产生维持所述盖与模制腔接触的力。
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