KR20080106082A - 다이 수용 오프닝을 갖는 ｃｍｏｓ 이미지 센서 칩 스케일패키지 및 그 방법 - Google Patents

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흐시엔-웬 흐수
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Abstract

본 발명은 관통하여 형성된 다이 스루홀 및 접점 스루홀 구조를 갖는 기판을 포함하는 패키지 구조를 제공하며, 여기서 단자 패드는 상기 접점 스루홀들 구조 아래 형성되며 접점 패드는 상기 기판의 상부 표면 상에 형성된다. 마이크로 렌즈 영역을 갖는 다이가 접착에 의하여 상기 다이 스루홀 내에 배치된다. 두꺼운 유전체층이 마이크로 렌즈, 본딩 패드들 및 접점 패드들을 제외한 다이 및 기판 상에 형성된다. 와이어 본딩이 상기 다이 및 상기 기판 상에 형성되며, 다이 및 접점 패드들에 결합된다. 코어 페이스트가 다이 에지 및 상기 기판의 다이 스루홀의 측벽 사이의 갭으로 충진된다. 투명 커버가 그 사이에 갭을 형성하도록 접착에 의하여 상기 다이 및 상기 두꺼운 유전체층 상에 배치된다.

Description

다이 수용 오프닝을 갖는 ＣＭＯＳ 이미지 센서 칩 스케일 패키지 및 그 방법{CMOS Image sensor chip scale package with die receiving opening and method of the same}
본 발명은 다음의 계류 중인 2007년 2월 8일자 출원된 "다이 수용 오프닝을 갖는 이미지 센서 패키지 및 그 방법"에 대한 출원번호 11/703,663에 관련되며, 이 출원은 현재의 양수인에게 공통적 양도되었으며, 그 내용은 참조로서 여기에 포함된다.
본 발명은 패널 레벨 패키지(PLP)의 구조에 관련되며, 더욱 상세하게는 PLP용 이미지 센서 다이를 수용하기 위해 다이 수용 오프닝을 갖는 기판에 관련된다.
반도체 디바이스 분야에 있어서, 계속적으로 디바이스 밀도는 증가되고 디바이스 크기는 감소되고 있다. 이러한 고밀도 디바이스들에서 패키징 또는 상호접속(interconnecting) 기술들에 대한 요구는 상기한 상황에 맞추기 위해 또한 증가되고 있다. 종래에는, 플립칩 부착 방법에 있어서, 솔더 범프들(solder bumps)의 배열은 다이의 표면 상에 형성된다. 솔더 범프들의 형성은 원하는 패턴의 솔더 범프들을 생성하기 위하여 솔더 마스크를 통해 솔더 복합 재료를 이용하여 수행될 수 있다. 칩 패키지의 기능은 전력 분배(distribution), 신호 분배, 열 소산(heat dissipation), 보호 및 서포트 등을 포함한다. 반도체가 더 복잡해짐에 따라 전통적인 패키지 기술 예를 들면, 리드 프레임 패키지, 플렉스 패키지, 리지드 패키지 기술은 칩 상에 고밀도 요소들을 갖는 더 작은 칩을 생성하는 것에 대한 요구를 충족시킬 수가 없다.
나아가, 종래의 패키지 기술들은 웨이퍼 상의 다이스(dice)를 각각의 다이들(dies)로 분할하고 이후 다이 각각을 패키지하여야만 하기 때문에, 이들 기술들은 제조 공정에 대하여 시간 소모적이다. 칩 패키지 기술은 집적 회로들의 개발에 의해 매우 영향을 받기 때문에, 전자 제품의 크기에 대한 요구는 점점 더 커지고 있으며, 패키지 기술에 대해서도 마찬가지이다. 상기한 이유들로 인하여 패키지 기술의 경향은 오늘날 볼 그리드 어레이(BGA), 플립칩(FC-BGA), 칩 스케일 패키지(CSP), 웨이퍼 레벨 패키지(WLP)를 향하고 있다. "웨이퍼 레벨 패키지"는 다른 공정 단계들 뿐만 아니라 전체 패키징 및 웨이퍼 상의 모든 상호접속들이 칩들(다이들(dies))로 싱귤레이션(다이싱)하기 전에 수행되는 것을 의미하는 것으로 이해되어야 한다. 일반적으로 모든 조립 공정들 또는 패키징 공정들의 완료 이후에 개별 반도체 패키지들이 복수의 반도체 다이들을 갖는 웨이퍼로부터 분리된다. 웨이퍼 레벨 패키지는 극도로 양호한 전기적 특성들을 갖고 결합된 극히 작은 디멘젼들(dimensions)을 갖는다.
WLP 기술은 진화된 패키징 기술이며, 이에 의하여 다이가 웨이퍼 상에서 제조되고 테스트되며, 이후 표면 마운트 라인에서 조립을 위하여 다이싱함으로써 개 별 분리된다(singulated). 웨이퍼 레벨 패키지 기술은 단일 칩 또는 다이를 이용하지 않고 하나의 오브젝트로서 전체의 웨이퍼를 이용하기 때문에, 그러므로, 스크라이빙(scribing) 공정을 수행하기 전에 패키징 및 테스팅이 완료되었다. 나아가 WLP는 이러한 진화된 기술이어서 와이어 본딩, 다이 마운트 및 언더필 공정이 생략될 수 있다. WLP 기술을 이용함으로써, 비용 및 제조 시간이 단축될 수 있으며, WLP의 결과적인 구조는 다이와 동일하게 될 수 있다. 그러므로 이 기술은 전자 디바이스들의 소형화 요구들을 충족시킬 수 있다.
상기한 WLP 기술의 이점들에도 불구하고 몇 가지 문제점이 WLP 기술의 수용에 영향을 미치며 여전히 존재한다. 예를 들어, WLP 기술을 이용하는 것은 디바이스 사이즈가 최소화됨에 따라 IC와 상호접속 기판 사이의 CTE 오매치를 감소시킬 수 있다 하더라도, WLP 구조의 재료들 사이의 CTE 차이는 구조의 기계적 불안정성에 대한 또 하나의 결정적인 요인이 된다. 나아가 웨이퍼 레벨 칩 스케일 패키지에 있어서, 반도체 다이 상에 형성된 복수의 본드 패드들은 재배선층(redistribution layer)을 포함하는 종래의 재배선 공정들을 통해 영역 어레이 타입(area array type)에서 복수의 금속 패드들로 재배선된다. 솔더볼들은 금속 패드들 상에 직접 퓨즈되며, 이는 재배선 공정에 의해 영역 어레이 타입으로 형성된다. 전형적으로, 적층 재배선층들 모두는 다이 위의 빌트업층 위에 형성된다. 그러므로, 패키지의 두께가 증가한다. 이는 칩의 크기를 감소시키려는 요구와 상충할 수 있다.
그러므로 본 발명은 상기한 문제점을 극복하기 위하여 패키지 두께를 감소시키도록 적층 빌트업층 및 RDL없는 FO-WLP 구조를 제공하며, 또한 온도 사이클링의 보다 나은 보드 레벨 신뢰성 테스트를 제공한다.
본 발명은 관통하여 형성된 다이 스루홀 및 접점 스루홀 구조를 갖는 기판을 포함하는 패키지 구조를 제공하며, 여기서 단자 패드들은 상기 접점 스루홀들 구조 아래 형성되며 접점 패드들은 상기 기판의 상부 표면 상에 형성된다. 마이크로 렌즈 영역을 갖는 다이가 접착에 의하여 상기 다이 스루홀 내에 배치된다. 두꺼운 유전체층이 마이크로 렌즈, 본딩 패드들 및 접점 패드들을 제외한 다이의 활성 표면 및 기판의 상부 표면 상에 형성된다. 와이어 본딩이 상기 다이 및 상기 기판 상에 형성되며, 다이의 본딩 패드들 및 상기 기판의 상기 접점 패드들에 결합된다. 코어 페이스트(다이 부착 재료)가 다이 에지, 다이 후면 및 상기 기판의 다이 스루홀의 측벽 사이의 갭으로 충진된다. 투명 커버가 그 사이에 갭을 형성하도록 접착에 의하여 상기 다이 및 상기 두꺼운 유전체층 상에 배치된다. 전도성 범프들이 선택적 공정으로서 상기 단자 패드들에 결합된다.
본 발명은 CMOS 이미지 센서(CIS)와 같은 반도체 디바이스 패키지를 형성하는 방법을 제공한다는 것이 주지되어야 한다. 먼저, 공정은 관통하여 툴 상에 형성된 다이 스루홀들 및 접점 스루홀들을 가지며, 단자 패드들이 상기 접점 스루홀 구조 아래 형성되며 접점 패드들이 상기 기판의 상부 표면 상에 형성되는 기판을 제공하는 단계를 포함한다. 이어서 피크앤플레이스 파인 얼라인먼트 시스템(pick and place fine alignment system)이 원하는 피치로 툴 상에 공지의 양호한 다이스 이미지 센서 칩들을 재배선(re-distribute)시키기 위해 이용된다. 코어 페이스트가 상기 다이 에지, 다이 후면 및 상기 다이 스루홀의 측벽 사이의 갭으로 충진되고 진공 경화 이후 상기 툴을 분리한다. 다음으로 두꺼운 유전체층이 패널 상에 형성되어 마이크로 렌즈 영역, 본딩 패드 영역 및 접점 패드 영역을 오픈시킨다. 와이어 본딩이 상기 칩 및 상기 기판의 접점 패드 사이를 결합하기 위해 형성된다. 이후 인스크라이브된(inscribed) 라인들을 갖는 투명 커버가 두꺼운 유전체층 위의 패널 상에 본딩된다. 다음으로, 패널을 기판의 단자 금속 지점으로부터 절단하는 단계가 수행된다. 마지막으로, 스크라이브 라인들을 따라 투명 커버를 브레이킹(breaking)함으로써 개별 유닛들로 싱귤레이트된다.
이미지 센서 칩들은 마이크로 렌즈 영역 상에서 보호층(필름)으로 코팅된다. 보호층(필름)(40)은 마이크로 렌즈 영역 상의 파티클(particles) 오염을 방지할 수 있는 발수성 및 발유성을 갖는다. 보호층(필름)의 두께는 바람직하게 약 0.1㎛ 내지 0.3㎛이며, 공기 반사 지수 1에 가까운 반사 지수를 갖는다. 이 공정은 SOG(spin on glass) 기술에 의하여 수행될 수 있으며, 실리콘 웨이퍼 폼으로 가공될 수 있다. 보호층의 재료들은 SiO2, Al2O3 또는 플루오르-폴리머 등일 수 있다.
기판(2)의 재료는 유기 에폭시 타입 FR4, FR5, BT, PCB(인쇄 회로 기판), 합금 또는 금속을 포함한다. 합금은 합금42 (42%Ni-58%Fe) 또는 코바(Kovar) (29%Ni-17%Co-54%Fe)를 포함한다. 택일적은 기판은 유리, 세라믹, 실리콘일 수 있다.
두꺼운 유전체층의 재료는 투명 커버를 본딩하여 최종 경화하면 포토-센시티브와 접착 특성들을 갖는 실리콘 폴리머 기반, 폴리이미드 기반, 실리콘 러버 타입 및 에폭시 레진 타입을 포함한다.
본 발명은 본 발명의 바람직한 실시예들과 첨부된 예시들을 가지고 더 상세히 설명될 것이다. 그럼에도 불구하고 본 발명의 바람직한 실시예들은 단지 예시를 위한 것이라는 것이 인식되어야 한다. 여기에 언급된 바람직한 실시예 외에도 본 발명은 명백히 설명된 것들에 부가하여 다른 넓은 범위의 실시예들로 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위는 첨부하는 청구항에 구체화된 것처럼 명백히 제한되는 것은 아니다.
본 발명은 기설정된 다이 스루홀들 및 형성된 접점(상호-접속) 스루홀들을 갖는 기판을 이용하는 패널 레벨 패키지(PLP) 구조를 개시하며, 스루홀들의 금속을 통해 상부면 상의 접점 금속 패드들 및 하부면 상에 단자 금속 패드들이 형성되며,복수의 오프닝들은 기판을 관통한다. 와이어 본딩은 이미지 센서 다이 상에 형성된 패드들 및 미리 형성된 기판의 접점 금속 패드들 사이에 결합된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CIS-CSP(CMOS 이미지 센서-칩 스케일 패키지)의 횡단면도를 도시한다. 도 1에 도시된 바와 같이, PLP의 구조는 그 안에 형성된 기설정된 다이 스루홀들(10)과 접점(상호-접속) 스루홀들(6)을 갖는 기판(2)을 포함하며, 여기서 다이 스루홀은 다이(16)를 수용하기 위한 것이다. 바람직하게, 다이(16)는 이미지 센서 다이이다. 복수의 접점 스루홀들(6)이 기판(2)의 상부 표면으로부터 하부 표면으로 기판(2)을 관통하여 형성되며, 여기서 접점(상호-접속) 스루홀들(6)은 기판(2)에 의해 둘러싸인다(페리퍼럴(peripheral) 타입). 전도성 재료가 전기적 소통(electrical communication)을 위하여 스루홀들(6)로 재충진될 것이다. 단자 패드들(8)이 기판(2)의 하부 표면 상에 위치되며 전도성 재료로 접점 스루홀들(6)과 연결된다. 접점 전도성, 예를 들어 금속, 접점 패드들(22)은 기판(2)의 상부 표면 상에 위치되며 또한 전도성 재료로 접점 스루홀들(6)에 연결된다. 단자 전도성 패드(30)는 외부 오브젝트를 솔더 조인하기(solder joining) 위해 기판(2)의 하부 표면 상에 구성된다. 와이어 본딩(24)은 다이(16)의 패드들(20) 및 미리 형성된 기판(2)의 접점 금속 패드들(22) 사이에 결합된다. 두꺼운(thick) 유전체층(38), 예를 들어 실리콘 폴리머 기반 재료가 투명 커버와의 접착을 위해 와이어 본딩(24) 영역, 마이크로 렌즈 영역(46) 및 접점 패드 영역(22)을 제외한 상부 표면 위에 형성된다. 코어 페이스트(50)는 다이 부착 재료들로서 다이(16) 에지 및 다이 스루홀(10)의 측벽 및 다이 후면 사이의 갭 내로 충진된다. 일 실시예에 있어서, 두꺼운 유전체층(38)의 재료는 실리콘 폴리머 기판 타입, 폴리이미드 기반, 실리콘 러버 타입, 에폭시 레진 타입, 탄성 재료, 포토센시티브 재료를 포함하며, 두꺼운 유전체층(38)은 포토-센시티브 특성들을 갖고 코팅 또는 프린팅 방법에 의하여 형성될 수 있다.
다이(16)는 다이 스루홀(10) 내에 배치되며 다이의 후면을 위한 보호 재료로서 코어 페이스트(다이 부착) 재료(50)에 의해 고정된다. 코어 페이스트 재료(50)는 콤파운드, 에폭시 레진, 실리콘 러버를 포함한다. 다이 스루홀(10)의 폭의 크 기(사이즈)는 각 면 당 약 100㎛인 다이(16)의 폭 보다 더 넓을 수 있다. 아는 바와 같이, 접점 패드들(본딩 패드들)(20)은 금속 도금 방식에 의하여 다이(16) 상에 형성된다. 일 실시예에 있어서, 코어 페이스트(50)는 다이 부착 재료로서 스루홀들(10)(다이 에지 및 다이 수용 스루홀의 측벽 사이) 및 다이(16)의 후면의 갭으로 재충진될 것이다. 일 실시예에 있어서, 코어 페이스트 재료(50)는 탄성 재료, 포토센시티브 재료 또는 에폭시 레진, 실리콘 러버 재료이다. 이외에도, 배리어층(32)이 예를 들어 금속 도금 방식을 이용하여, 코어 페이스트(50)와의 보다 나은 접착을 위하여 기판(2)의 측벽 상에 형성될 수 있다. 코어 페이스트(50)와 같은 다이 부착 재료들은 다이(16), 기판(2) 및 다이 후면 사이의 갭으로 형성(프린트)될 수 있다. 와이어 본딩(24)이 다이(16) 상에 형성되며, 이는 I/O 패드들(20) 및 접점 패드들(22)을 통해 다이(16)와 전기적인 연결을 유지하며, 그럼으로써 단자 패드들(8)에 접촉하기 위한 상호 접속 접점을 형성한다. 두꺼운 유전체층(38)은 포토 센시티브 공정에 의하여 접착 패턴(도 3에 도시된 점선)을 형성하기 위해 패키지의 활성 표면의 상부에 형성되며, 이것은 와이어 본딩을 위하여 I/O 패드들(20) 및 접점 패드들(22)을 오픈시키고 마이크로 렌즈 영역을 오픈시키는 것을 가능하게 한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CIS-CSP(CMOS 이미지 센서-칩 스케일 패키지)의 상면도를 도시한다. 두꺼운 유전체층(38)이 투명(transparent) 커버(36) 및 마이크로 렌즈 영역(42) 사이의 갭을 형성하기 위하여 투명 커버(36)에 부착된다. 상기한 구조는 LGA 타입(패키지의 둘레(peripheral)에 단자 패드들을 갖는) 패키지를 형성한다.
오프닝(46)은 CMOS 이미지 센서(CIS)용 다이(16)의 마이크로 렌즈 영역(42)을 노광시키기 위해 다이(16) 및 보호층(필름)(40) 상에 형성된다는 것이 주지되어야 한다. 보호층(필름)(40)은 마이크로 렌즈 영역(42) 상의 마이크로 렌즈 위에 형성될 수 있다. 이미지 센서 칩들은 마이크로 렌즈 영역 상에서 보호층(필름)(40)으로 코팅된다. 보호층(필름)(40)은 마이크로 렌즈 영역 상의 파티클(particle) 오염을 방지할 수 있는 발수성 및 발유성을 갖는다. 보호층(필름)(40)의 두께는 바람직하게 약 0.1㎛ 내지 0.3㎛이며, 공기 반사 지수 1에 가까운 반사 지수를 갖는다. 이 공정은 SOG(spin on glass) 기술에 의하여 수행될 수 있으며, 실리콘 웨이퍼 폼으로 가공될 수 있다. 보호층의 재료들은 SiO2, Al2O3 또는 플루오르-폴리머 등일 수 있다.
마지막으로, 코팅 IR 필터(선택적)를 갖는 투명 커버(36)가 보호를 위해 마이크로 렌즈 영역 위에 형성된다. 투명 커버(36)는 글라스, 석영 등으로 구성된다.
택일적인 실시예가 도 2에서 도시될 수 있는데, 전도성 볼들(30)이 접점 단자 패드들(8) 아래 형성된다. 이 형태는 BGA(Ball Grid Array) 타입으로 불린다. 도 2에서, 접점(상호-접속) 스루홀들(6), 예를 들어, 반구형 형상(semi-spherical shape)이 기판(2)을 관통하여 스크라이브 라인에 형성되며, 상호 접속 스루홀들(6)에 대한 반구형 형상은 또한 다이 수용 스루홀(미도시)의 측벽 영역에 형성될 수 있으며, 다른 부분들은 도 1에 유사하다. 그러므로, 유사한 부분들의 참조부호들은 생략된다. 접점 스루홀들(6)은 스크라이브 라인에 있다. 그러므로 각 패키지는 반 쪽 스루홀을 가지므로 솔더 조인(solder join) 품질을 향상시키며 풋프린트(foot print)를 감소시킨다. 바람직하게, 기판(2)의 재료는 FR5, FR4, BT(비스말레이미드 트리아진)과 같은 유기 기판, 형성된 오프닝을 갖는 PCB 또는 사전(pre) 에칭 회로를 갖는 합금42이다. 높은 유리 전이 온도(Tg)를 갖는 유기 기판은 보다 나은 가공 성능을 위하여 에폭시 타입 FR5 또는 BT(비스말레이미드 트리아진) 타입 기판이다. 합금42는 42%Ni 및 58%Fe로 구성된다. 코바(Kovar)가 또한 사용될 수 있으며, 이는 29%Ni, 17%Co, 54%Fe로 구성된다. 유리, 세라믹, 실리콘이 더 낮은 CTE로 인하여 기판으로 이용될 수 있다.
기판은 패널 폼과 같은 장방형 타입일 수 있으며, 그 크기는 와이어 본더 머신에 조립될 수 있다. 도 1 및 2에 도시된 바와 같이 와이어 본딩(24)은 다이로부터 팬아웃하여 접점 패드들(22) 및 I/O 금속 패드들(20)과 소통한다. 이는 다이 위에 층들을 적층하여 패키지의 두께를 증가시키는 종래의 기술과 다르다. 이는 다이 패키지 두께를 감소시키려는 규칙을 위반한다. 이와는 반대로, 단자 패드들(8)은 다이 패드 면에 대항인 표면에 위치된다. 소통 트레이스들(communication traces)은 접점 스루홀들(6)을 경유하여 기판(2)을 관통하며 신호를 단자 패드들(8)로 인도한다. 그러므로, 다이 패키지의 두께는 명백히 감소된다. 본 발명의 패키지는 종래 기술보다 더 얇아질 것이다. 나아가 기판은 패키지 전에 미리 준비된다. 다이 스루홀(10) 및 접점 스루홀들(60)은 또한 기설정된다. 따라서 수득률은 더 증가될 것이다. 본 발명은 와이어 본딩 위에 적층된 빌트업층들이 없는 PLP를 개시한다.
패널/웨이퍼 폼용 CIS 칩 패키지를 제조하는 공정 단계들은 발수 및 발유성 을 가지며 두께 0.1~0.3μ의 보호층(박막)을 코팅하고 이후 보호층을 경화하는 단계를 포함한다. 보호층(필름)은 본딩 패드 영역을 형성(오픈)하기 위하여 스루홀 마스크를 갖고 플라즈마 에칭(또는 습식 에칭)에 의하여 수행된다. 웨이퍼는 래핑되어(lapped) 복수의 개별 유닛들(CIS 칩들)이 되도록 예를 들어 웨이퍼 기판을 스크라이브 라인에서 절단함으로써 분리되도록 다이싱 소된다(dicing sawed). 스크라이브 라인은 유닛들의 각각을 분리하기 위해 유닛들 사이에 형성되는 에칭된 영역에 위치된다.
다음으로, 원하는 CIS 다이스가 피킹(picking)되어 패턴 글루들(pattern glues)을 가진 툴들 상에 배치된다. 다이 스루홀 및 접촉 스루홀들을 가진 기판은 패턴 글루들을 가진 툴 상으로 본딩된다. 다이 부착 재료들, 예를 들어, 코어 페이스트는 다이와 기판 및 다이 후면 사이의 갭으로 프린트된다. 마지막으로 "패널"웨이퍼가 툴로부터 분리되고 CIS 칩 패키지의 활성 표면은 클린된다.
본 발명에 있어서, 두꺼운 유전체층(38)은 갭으로 마이크로 렌즈 영역을 노광시키기 위한 공간을 형성하기 위해 프린팅 또는 코팅, 바람직하게는 포토-센시티브 타입을 이용함으로써 접착 패턴을 형성하도록 패널의 활성 표면 위에 형성된다. 두꺼운 유전체층(38)은 마이크로 렌즈 영역(46), 본딩 패드들(20) 영역 및 기판의 접점 패드들(22) 영역을 노광시키기 위해 마이크로 렌즈 영역을 둘러싼다는 것이 주지되어야 하며, 그럼으로써 투명 패널이 마이크로 렌즈를 오염으로부터 보호한다.
도 4a ~ 4e는 패널 폼용 보호 투명 커버를 가진 패널 레벨 CIS 칩 스케일 패 키지를 제조하는 공정 단계를 도시한다(단면도). 본 발명의 공정은 위에 정렬(alignment) 패턴이 형성된 정렬툴(alignment)(칩 재배선툴)(91)을 제공하는 단계를 포함한다. 이후 패턴 글루들(탄성 접착 재료들)이 툴(91) 상에 프린트(코팅)되며(다이스의 활성 표면을 부착하기 위해 사용되며- 도면에는 도시되지 않는다), 원하는 피치로 툴(91) 상에 공지의 양호한 다이스를 재배선시키기 위해 다이 본딩 기능을 갖는 피크앤플레이스 미세 정렬 시스템(pick and place fine alignment system)을 이용하는 단계가 뒤따른다. 패턴 글루들은 툴(91) 상에 칩들을 부착할 것이다. 이어서, 다이 스루홀들(94) 및 접점 스루홀(96)과 상부면 상에 접점 패드(22) 및 하부면 상에 단자 패드들(8)을 갖는 기판(92)이 도 4a에 도시된 바와 같이 툴(91) 상에 제공된다. 전도성 재료는 전기적 소통을 위해 스루홀들(96)로 재충진된다(미리 형성된 기판). 다음으로, 그 위에 마이크로 렌즈가 형성된 다이, 예를 들어 도 1 및 2의 다이(98)는 다이 활성면에서 패턴 글루들에 의하여 기판의 다이 스루홀들(94)로 삽입되어 부착된다. 이후 다이 부착 재료들, 예를 들어 코어 페이스트(95)가 툴(91)과 패널을 분리하기 위하여 경화 단계 이후에 다이(98), 기판(92) 및 다이 후면 사이의 갭으로 형성(프린트)될 수 있다. 다음 단계는 패널의 활성 표면을 클린하는 것이며 도 4b에 도시된 바와 같이 서포팅 캐리어(90) 상으로 적절한 본딩을 하는 것이다. 다음으로, 두꺼운 유전체층(38)을 코팅하는 단계, 노광 및 현상 공정을 이용하는 단계는 마이크로 렌즈 영역(46), 본딩 패드 영역(20) 및 접점 패드 영역(22)을 오픈하기 위한 것이며, 이는 도 3 및 도 4b에 도시된다. 이후, 도 4c에 도시된 바와 같이 와이어 본딩(104)이 다이(98)의 패드들 및 미리 형성된 기판(92)의 접점 금속 패드들 사이를 결합하기 위해 형성된다. 이후, CIS 칩 스케일 패키지의 활성 표면이 클린된다. 이어서, 스크라이브 라인(101)과 실질적으로 동일한 패널 폼 사이즈인 글라스(100)가 얼라인먼트 및 진공에 의하여 두꺼운 유전체층(38)을 갖는 "패널" 상으로 본딩된다. 스크라이브 라인은 다이아몬드 소 스크라이버(diamond saw scriber)에 의하여 새겨진다(inscribed). 두꺼운 유전체층(38)은 글라스(100)와 패널을 접착하기 위해 경화된다. 패널 서포팅 캐리어(90)가 도 4d에 도시된 바와 같이 진공 경화 이후에 패널로부터 분리된다.
단자 금속 패드들 상에 볼 배치(ball placement) 또는 솔더 페이스트 프린팅 이후, 열 리플로우(heat re-flow) 공정이 솔더 범프들(BGA 타입용)을 형성하기 위해 기판 면 상에 리플로우하도록 수행된다. 테스팅이 수행된다. 패널 레벨 최종 테스팅이 수직 프로브 카드(vertical probe card)를 이용하여 수행된다. 테스팅 이후, 패널(110)은 청색 테이프(blue tape) 상에 마운팅되며, 패널을 단자 금속 지점으로부터 절단하는데, 단지 기판의 저면으로부터 기판 지점이 절단된다. 마지막으로, 글라스(100)는 도 4e에 도시된 바와 같이 개별 유닛들로 패키지를 싱귤레이트하고 분리하기 위하여 스크라이브 라인(101)을 따라 쪼개진다. 이후 패키지들은 각각 피킹되어 트레이 또는 테이프 및 릴 상에 배치된다.
도 5를 참조하면, 본 발명에서 CIS-CSP를 이용하는 개별 CMOS 이미지 센서 모듈이다. 다이는 CMOS 센서 또는 CCD 이미지 센서를 포함한다. CIS-CSP(116)의 단자 전도성 패드들(30)은 그 위에 형성된 커넥터(124)(마더 보드와의 연결을 위한)를 갖고 연성(flex) 인쇄 회로 기판(FPC)의 접속 패드들에 연결된다(SMT 공정-솔더 링 조인에 의해). CIS-CSP(116)는 예를 들어 도 1 및 도 2의 유니트 패키지이다. 이후, 렌즈(128)는 빛이 통과하도록 하기 위해 CIS-CSP(116)의 투명 커버(글라스)(36) 위로 배치된다. 동시에, 마이크로 렌즈는 마이크로 렌즈 영역 상에 형성될 수 있으며, 갭이 다이(16)와 투명 커버(글라스)(36) 사이에 형성된다. 렌즈 홀더(126)는 CIS-CSP(116)의 상부의 렌즈(128)를 홀딩하기 위하여 인쇄 회로 기판(120) 상에 고정된다. 필터(130), 예를 들어 IR 필터가 렌즈 홀더(126)에 고정된다. 택일적으로, 필터(130)는 필터로서 기능하도록 투명 커버(글라스)(36)의 상부 또는 하부 표면에 형성된 필터링층, 예를 들어, IR 필터링층을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, IR 필터링층은 TiO2, 광촉매를 포함한다. 투명 커버(글라스)(36)는 마이크로 렌즈가 파티클 오염되는 것을 방지할 수 있다. 사용자는 마이크로 렌즈를 손상시키지 않고 투명 커버(글라스)(36) 상의 파티클들을 제거하도록 리퀴드 또는 에어 플러쉬를 사용할 수 있다. 나아가 패시브(passive) 디바이스(122)가 인쇄 회로 기판(120) 상에 구성될 수 있다.
그러므로 본 발명의 이점들은 다음과 같다.
기판은 미리 형성된 스루홀 및 배선 회로(wiring circuit)를 갖고 미리 준비된다. 이는 기판 내부에 다이 인서트로 인하여 두께 200㎛ 이하(이미지 센서 표면으로부터)의 초박 패키지를 생성할 수 있다. 이것은 실리콘 다이(CTE ~2.3) 및 기판(FR5/BT- CTE ~16) 사이의 CTE 차이로 인한 열적 응력을 흡수하기 위해 실리콘 러버 또는 리퀴드 콤파운드 재료들을 충진함으로써 응력 버퍼 릴리징 영역으로 사용될 수 있다. 패키지 수득률은 간단한 공정(다이 본딩, 와이어 본딩, 보호층 및 절단, 이는 이미지 센서 칩들의 낮은 핀 카운트 구조에 기인한다)을 적용함으로 인하여 증가될 것이다(제조 사이클 타임을 감소되었다). 단자 패드들은 다이스 활성 표면(미리 형성된)의 대향 표면 상에 형성된다. 다이스 배치 공정은 현재의 공정-다이 본딩과 동일하다. 모듈에 대한 공정 중 어떠한 파티클 오염도 본 발명에 대하여 생성되지 않으며, 본 발명은 조립 완료시에 웨이퍼 폼 내에 글라스 커버를 둔다. 다이 및 기판의 표면 레벨은 다이가 기판의 다이 스루홀 상에 부착된 이후에 동일해질 수 있다. 패키지는 마이크로 렌즈 상의 글라스 커버로 인하여 클린가능하다. 칩 스케일 패키지는 약 칩 크기 플러스 0.5mm/면의 크기를 갖는다. 패키지 및 보드 레벨 양자에 대한 신뢰성은 더 나아지며 특히 보드 레벨 온도 사이클링 테스트에 대하여 그러하며 이는 기판 및 PCB 마더 보드의 CTE가 동일한 것에 기인하며, 따라서 어떠한 열적 기계적 응력도 솔더 범프들/볼들 상에 가해지지 않는다. 비용은 낮아지고 공정은 간단해진다. 제조 공정은 SMT 공정을 이용함으로써 특히 모듈 어셈블리에서 완전히 자동적으로 적용될 수 있다. 이것은 콤보 패키지(듀얼 다이스 패키지)를 형성하기 쉽다. LGA 타입 패키지는 SMT 공정을 위해 페리퍼럴 단자 패드들을 구비한다. 이것은 파티클들이 없으며, 간단한 공정과 완전 자동화로 인하여 높은 생산율을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시예들이 개시되었지만, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자들은 본 발명이 설명된 바람직한 실시예들로 제한되어서는 안된다는 것을 이해할 것이다. 오히려, 다음의 청구항에 의해 정해지는 것처럼 다양한 변화와 수정들이 본 발명의 정신 및 범위 내에서 이루어질 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 CIS-CSP(CMOS 이미지 센서-칩 사이즈 패키지)의 횡단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 CIS-CSP(CMOS 이미지 센서-칩 사이즈 패키지)의 횡단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 CIS-CSP(CMOS 이미지 센서-칩 사이즈 패키지)의 상면도를 도시한다.
도 4a~4e는 패널 폼용 보호 투명 커버를 갖는 패널 레벨 CIS 칩 스케일 패키지를 제조하는 공정 단계들을 도시한다(단면도).
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 CIS 모듈의 횡단면도를 도시한다.

Claims (5)

  1. 기판을 관통하여 형성된 다이 스루홀 및 접점 스루홀들을 가지며, 단자 패드들이 상기 접점 스루홀 구조 아래 형성되며, 접점 패드들이 상기 기판의 상부 표면 상에 형성되는, 기판;
    상기 다이 스루홀 내에 배치된 마이크로 렌즈 영역을 갖는 다이;
    상기 마이크로 렌즈 영역, 본딩 패드 영역 및 접점 패드 영역을 제외한 상기 다이 및 상기 기판 상에 형성된 유전체층;
    상기 다이 및 상기 기판 상에 형성되며 상기 다이 및 상기 접점 패드에 결합되는 와이어 본딩;
    상기 다이 에지 및 상기 기판의 상기 다이 스루홀의 측벽 및 상기 다이 후면 사이의 갭에 형성되는 코어 페이스트 재료; 및
    사이에 갭을 형성하도록 접착에 의해 상기 다이 및 상기 유전체층 상에 배치되는 투명 커버를 특징으로 하는 기판을 포함하는 이미지 센서 패키지 구조.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 기판의 상기 다이 스루홀의 측벽 상에 형성된 배리어층을 더 포함하는 이미지 센서 패키지 구조.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 마이크로 렌즈의 파티클 오염을 방지하기 위해 상기 마이크로 렌즈 영역 상에 형성된 보호층을 더 포함하는 이미지 센서 패키지 구 조.
  4. 관통하여 툴 상에 형성된 다이 스루홀들 및 접점 스루홀들을 가지며, 단자 패드들이 상기 접점 스루홀 구조 아래 형성되며 접점 패드들이 상기 기판의 상부 표면 상에 형성되는 기판을 제공하는 단계;
    원하는 피치로 상기 툴 상에 공지의 양호한 다이스 이미지 센서 칩들을 재배선(re-distribute)시키기 위해 피크앤플레이스 파인 얼라인먼트 시스템(pick and place fine alignment system)을 이용하는 단계;
    상기 다이 에지 및 상기 기판의 상기 다이 스루홀의 측벽 및 상기 다이 후면 사이의 갭으로 코어 페이스트를 충진하고 상기 툴을 분리하는 단계;
    상기 칩의 마이크로 렌즈, 상기 칩의 본딩 패드들 및 상기 기판의 접점 패드들을 제외한 활성 표면을 덮도록 유전체층을 형성하는 단계;
    상기 칩 및 상기 기판의 접점 패드 사이를 결합하기 위해 와이어 본딩을 형성하는 단계;
    상기 유전체층 위의 패널 상에 인스크라이브된 라인들을 갖는 투명 커버를 본딩하는 단계;
    상기 기판의 단자 금속 지점으로부터 상기 패널을 절단하는 단계; 및
    상기 패키지를 개별 유닛들로 싱귤레이트하고 분리하기 위해 상기 스크라이브 라인들을 따라 상기 투명 커버를 분리하는 단계를 특징으로 하는 기판을 포함하는 반도체 디바이스 패키지를 형성하는 방법.
  5. 배선 회로, 커넥션 패드들 및 커넥터를 갖는 연성 인쇄 회로 기판;
    상기 연성 인쇄 회로 기판의 커넥션 패드들 및 기판의 단자 패드들을 솔더링하기 위한 솔더 페이스트;
    상기 기판을 관통하여 형성된 다이 스루홀들 및 접점 스루홀들 구조를 가지며, 상기 단자 패드들은 상기 접점 스루홀 구조 아래 형성되며 접점 패드들은 상기 기판의 상부 표면 상에 형성되는, 기판;
    상기 다이 스루홀 내에 배치된 마이크로 렌즈 영역을 갖는 다이;
    상기 마이크로 렌즈 영역, 본딩 패드 영역 및 접점 패드 영역을 제외한 상기 다이 및 상기 기판 상에 형성된 유전체층;
    상기 다이 및 상기 기판 상에 형성되며 상기 다이 및 상기 접점 패드에 결합되는 와이어 본딩;
    상기 다이 에지 및 상기 기판의 상기 다이 스루홀의 측벽 및 상기 다이 후면 사이의 갭에 형성되는 코어 페이스트 재료;
    사이에 갭을 형성하도록 접착에 의해 상기 다이 및 상기 유전체층 상에 배치되는 투명 커버; 및
    상기 연성 인쇄 회로 기판 상에 고정되며 빛이 상기 마이크로 렌즈 영역을 통과하도록 상기 투명 커버 상부에 배치되는 렌즈를 갖는 렌즈 홀더를 특징으로 하는 연성 인쇄 회로 기판을 포함하는 이미지 센서 모듈 구조.
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