TW201622118A - 光學感測器封裝及光學感測器總成 - Google Patents

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Abstract

一種光學感測器封裝，包含一半導體基底層。該半導體基底層之一第一表面形成有一像素陣列、複數銲錫球以及一光學元件，藉以當該光學感測器封裝組裝於一基板時，該光學元件容納於該基板之一容納透孔中以降低整體厚度。

Description

光學感測器封裝及光學感測器總成
本發明說明係有關一種光學感測器封裝及光學感測器總成，更特別有關一種利用晶圓級製程製作的光學感測器封裝及光學感測器總成。
利用晶圓級製程製作的影像感測器封裝通常包含一透鏡設置於一感測面上方以作為一保護層，並具有複數銲錫球用以與外部元件進行信號傳遞。然而，習知影像感測器封裝中，該等銲錫球與透鏡分別位於一影像感測器晶粒的兩相對面，因此所述封裝具有相當的厚度且製程複雜。
有鑑於此，本發明說明提出一種具有低厚度之光學感測器總成。
本發明說明提供一種光學感測器封裝，其具較簡單的製程。
本發明說明提供一種光學感測器總成，其具有較低的雜散光干擾。
本發明說明提供一種光學感測器封裝，包含一基底層、複數銲錫球以及一光學元件。該基底層包含一像素陣列設置於靠近該基底層之一第一表面。該等銲錫球設置於該基底層之該第一表面上並位於該像素陣列以外。該光學元件覆蓋於該像素陣列上並包含一透光層、一濾光層及一阻光層。該透光層貼附於該基底層之該第一表面並覆蓋於該像素陣列上。該濾光層覆蓋於該透光層上。該阻光層覆蓋於該透光層及該濾光層並曝露出一部分該濾光層以作為一透光孔。
本發明說明另提供一種光學感測器總成，包含一光學感測器封裝以及一基板。該光學感測器封裝包含一基底層及一光學元件。該基 底層之一第一表面形成有一像素陣列及複數銲錫球。該光學元件貼附於該基底層之該第一表面及覆蓋於該像素陣列上，並具有一透光孔相對該像素陣列。該基板包含一第一表面、一第二表面、一容納透孔及複數接合墊。該容納透孔容納該光學感測器封裝之該光學元件。該等接合墊形成於該基板之該第一表面，電性連接該光學感測器封裝之該等銲錫球。
本發明說明另提供一種光學感測器封裝，包含一基底層、一像素陣列、複數銲錫球以及一光學元件。該基底層具有一第一表面。該像素陣列設置於該第一表面上。該等銲錫球設置於該第一表面上並位於該像素陣列以外。該光學元件覆蓋於該像素陣列上。
本發明說明另提供一種光學感測器總成，包含一光學感測器封裝以及一基板。該光學感測器封裝包含一基底層及一光學元件。該基底層之一第一表面形成有一像素陣列。該光學元件覆蓋於該像素陣列上並具有一透光孔相對該像素陣列。該基板包含一容納透孔容納該光學感測器封裝之該光學元件，其中該基板與該基底層的部分該第一表面電性連接。
本發明說明之光學感測器封裝較佳於晶圓級製程製作。所完成的光學感測器封裝適於與具有容納透孔之一基板結合以完成本發明說明實施例之光學感測器總成，所提出的結構相較於習知封裝結構具有較薄的厚度並具有較簡單的製程。
為了讓本發明說明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，詳細說明如下。此外，於本發明說明中，相同之構件係以相同之符號表示，於此合先述明。
1‧‧‧光學感測器封裝
100‧‧‧光學感測器總成
10‧‧‧基底層
10S‧‧‧第一表面
12‧‧‧像素陣列
14‧‧‧接合墊
16‧‧‧銲錫球
18、48‧‧‧光學元件
182‧‧‧透光層
184‧‧‧濾光層
186‧‧‧阻光層
188、488‧‧‧透光孔
20‧‧‧光源
30‧‧‧基板
31‧‧‧容納透孔
316‧‧‧接觸墊
32‧‧‧光源容納透孔
326‧‧‧結合區
40‧‧‧膠帶
42‧‧‧玻璃層
44‧‧‧光阻層
441‧‧‧圖案化光阻層
421‧‧‧獨立元件
46‧‧‧阻光層
48‧‧‧獨立元件
第1圖為本發明說明一實施例之光學感測器封裝之部分剖視圖。
第2圖為本發明說明一實施例之光學感測器封裝之立體圖。
第3圖為第2圖之光學感測器封裝之剖視圖。
第4A~4F圖為製作本發明說明一實施例之光學感測器封裝之光學元件之示意圖。
第5圖為本發明說明一實施例之光學感測器總成之分解圖。
第6圖為本發明說明一實施例之光學感測器總成之透視圖。
第7圖為本發明說明另一實施例之光學感測器總成之透視圖。
請參照第1及2圖所示，第1圖為本發明說明一實施例之光學感測器封裝之部分剖視圖；第2圖為本發明說明一實施例之光學感測器封裝之立體圖。本實施例之光學感測器封裝1包含一基底層10、一像素陣列12、複數接合墊(bond pad)14、複數銲錫球(solder ball)16以及一光學元件18；其中，該光學感測器封裝1為一晶圓級封裝構造(wafer level package structure)。
該基底層10為一半導體基底層，其具有一第一表面(例如第1圖所示下表面)10S用以接收入射光。該基底層10內靠近該第一表面10S的一側形成有該像素陣列12，且該像素陣列12係佔據該第一表面10S的一部分，例如中央區域，但並不以此為限。例如，該像素陣列12包含複數光二極體(photodiode)排列成矩陣，用以將入射光能量轉換為電信號。根據不同應用，該像素陣列12上另可形成複數微透鏡(microlens)及/或複數濾光層；其中，每一微透鏡可對應至少一個光二極體，用以調整入射光之角度以提高光感測效率；每一濾光層可對應至少一個光二極體，用以阻擋目標光譜以外的光；其中所述目標光譜係指該像素陣列12所欲偵測的光譜。於一基底層形成一像素陣列12的方式已為習知，故於此不再贅述。
此外，根據不同應用，該基底層10內另可形成有一控制電路(未繪示)電性耦接該像素陣列12，用以控制該像素陣列12之電荷獲取(charge acquisition)、重置(reset)及電荷轉移(charge transferring)等。更詳言 之，該控制電路可包含複數電晶體(transistor)用以控制該像素陣列12之光二極體之電荷獲取、重置及電荷轉移等。某些實施例中，該控制電路還可直接進行影像信號的後處理而輸出數位信號，端視不同應用而定。
該等接合墊14由導電材質(例如金屬)經圖案化而形成，其與該基底層10內的金屬線路電性耦接。該等接合墊14用作為該基底層10之第一表面10S與該等銲錫球16間的接合介面。
該等銲錫球16設置於該基底層10之第一表面10S上並位於該像素陣列12以外。一實施例中，該等銲錫球16可透過焊接的方式結合於該等接合墊14，用作為該像素陣列12(及該控制電路)與外部元件的信號傳輸媒介。較佳地，該等銲錫球16位於該光學元件18與該第一表面10S之邊緣間。某些實施例中，該等銲錫球16可以銲錫凸塊(solder bump)取代。
該光學元件18貼附於該基底層10之第一表面10S並覆蓋於該像素陣列12上，用以保護該像素陣列12並遮蔽雜散光。例如，該光學元件18可透過黏膠黏附於該基底層10之第一表面10S，或透過其他習知方式與該基底層10之第一表面10S結合。例如，該光學元件18具有一透光孔188相對該像素陣列12，以使被感測光線透過該透光孔188傳遞至該像素陣列12。該光學元件18之其餘表面則以一不透光材料覆蓋，藉以遮蔽來自側向的雜散光。
請參照第3圖所示，其為第2圖之光學感測器封裝1延線段III-III'之剖視圖。該光學元件18包含一透光層182、一濾光層184及一阻光層186；其中，該阻光層186係由不透光材料製成並具有該透光孔188用以供光線進入；其中，該透光孔188較佳相對於該像素陣列12。
該透光層182例如為一玻璃層或一塑膠層，其相對目標光譜為透明。該透光層182直接貼附於該基底層10之第一表面10S並覆蓋於該像素陣列12上，例如透過黏膠黏合於該第一表面10S；其中，該黏膠亦相對該目標光譜為透明。較佳地，該透光層182之截面積係大於等於該像素陣列12之面積，以有效保護該像素陣列12。
該濾光層184覆蓋於該透光層182上，例如利用黏合的方式進行結合或直接塗佈於其上。一實施例中，該濾光層184的截面積係配合該透光層182之截面積，但並不以此為限。根據不同應用，該濾光層184 可不予實施，例如當該像素陣列12本身具有相對光二極體之濾光層時，該濾光層184可不予實施。該濾光層184之透射光譜係根據目標光譜而定，例如該濾光層184可為一紅外光濾光層，但並不以此為限。
該阻光層186係覆蓋於該透光層182之全部側面及該濾光層184之該透光孔188以外的部分，藉以阻擋來自側面的入射光。更詳言之，該阻光層186覆蓋於該透光層182及該濾光層184的表面並曝露出一部分該濾光層184以作為該透光孔188供光線通過。
請參照第4A~4F圖所示，其為製作本發明說明一實施例之光學感測器封裝之光學元件之示意圖。該光學元件18例如在晶圓級封裝製程時另行製作成一光學元件18之陣列，其在切割矽晶圓前貼合於光學感測器晶粒上，以形成如第2及3圖所示的光學感測器封裝1。
例如第4A圖中，一玻璃層42(可包含或不包含一濾光層)係形成於一膠帶(tape)40上。接著，於第4B圖中，於該玻璃層42上形成一光阻層(photoresist)44。接著，利用黃光微影製程(Photolithography)將該光阻層44形成一圖案化光阻層441，其係對位於第2~3圖的透光孔188，如第4C圖所示。第4D圖中，將該玻璃層42切割為複數個獨立元件421；其中每個獨立元件421係對位於即將結合的矽晶圓上光學感測器晶粒的位置。切割完畢後，如第4E圖所示一阻光層46係形成於每一獨立元件421的表面上，以作為第2~3圖所示的該光學元件18之阻光層186；其中，該阻光層46可利用適當方式形成，並無特定限制，例如利用濺鍍(sputtering)的方式。第4F圖中，去除該圖案化光阻層441以分別於每一獨立元件421上形成一透光孔488，而同時完成複數光學元件48。最後，在將該膠帶40移除後，該等光學元件48即可於晶圓級封裝製程中同時貼合於矽晶圓上相對應的光學感測器晶粒上，例如利用黏膠進行黏合。
請參照第5及6圖所示，第5圖為本發明說明一實施例之光學感測器總成之分解圖；第6圖為本發明說明一實施例之光學感測器總成之透視圖。本實施例之光學感測器總成100包含一光學感測器封裝1、一基板30以及一光源20。光學感測器封裝1例如為第1~3圖所示者，其包含一基底層10，且該基底層10之一第一表面10S設置有一像素陣列12及複數銲錫球16，如第1~3圖所示；其中，該像素陣列12上方另覆蓋有一光學 元件18。本實施例之光學感測器總成100例如可應用於一近接感測器(proximity sensor)、一距離感測器(distance sensor)、一環境光感測器(ambient light sensor)、一手勢辨識裝置(gesture recognition device)等，但並不以此為限。
該光源20例如可為一同調光源、一部分同調光源或一非同調光源，並無特定限制，例如一發光二極體或一雷射二極體。該光源20用以發出一目標光譜用以照射一外部物件，以使該外部物件之反射光由該光學感測器封裝1所接收。該光源20本身可具有調整發光角度的光學元件。
該基板30例如可為一印刷電路板(PCB)或一軟性電路板(FCB)，並具有一第一表面(此處例如為下表面)及一第二表面(此處例如為上表面)。該基板30包含一容納透孔31以及複數接觸墊316。該容納透孔31用以容納該光學感測器封裝1之光學元件18。該等接觸墊316設置於該基板30之下表面並對位於該光學感測器封裝1之該等銲錫球16。藉此，當該光學感測器封裝1結合於該基板30(如第6圖所示)時，該等接觸墊316電性連接該光學感測器封裝1之該等銲錫球16，用作為該等銲錫球16與該基板30的接合介面。
一實施例中，該基板30之上表面形成有至少一結合區326，用以設置並電性連接該光源20。本實施例中，由於該光學感測器封裝1係從該基板30之下表面結合於該基板30，故該光學感測器封裝1之光學元件18係置入該容納透孔31，以有效降低光學感測器總成100之整體厚度。此外，根據此結構，該光學感測器封裝1用以接收來自該基板30之上表面前方的光線，可避免直接接收來自該光源20之雜散光。
請參照第7圖所示，其為本發明說明另一實施例之光學感測器總成100'之透視圖。第7圖與第5圖之差異在於，第7圖中，該光學感測器封裝1及該光源20均從該基板30之下表面與該基板30結合。因此，本實施例中，該基板30另包含一光源容納透孔32且該結合區326係形成於該基板30之下表面用以設置並電性連接該光源20。本實施例中，由於該光學感測器封裝1及該光源20均從該基板30之下表面結合於該基板30，故該光學感測器封裝1之光學元件18係置入該容納透孔31內而光源20係置入該光源容納透孔32內，以有效降低光學感測器總成100之整體厚度。 此外，根據此結構，該光學感測器封裝1用以接收來自該基板30之上表面前方的光線而該光源20用以朝向該基板30之上表面前方發射光線，以使該光學感測器封裝1不會直接接收來自該光源20之雜散光。
必須說明的是，本發明說明中各圖式中的元件間的比例僅用以說明，並非用以限定本發明說明。
綜上所述，習知影像感測器封裝中，由於焊錫球與透鏡係分別位於一影像感測晶粒的兩相對面，因此具有相當的厚度且製程複雜，例如製程中需要翻轉晶粒。因此，本發明說明另提供一種光學感測器封裝(第1~3圖)及光學感測器總成(第5~7圖)，其包含一光感測區及複數銲錫球形成於一光學感測器晶粒之基底層的一相同面上，以使該光學感測器晶粒組裝於一基板時，該光學感測器晶粒之一光學元件置入該基板之一容納透孔內，以降低整體厚度及製程複雜度。
雖然本發明說明已以前述實例揭示，然其並非用以限定本發明說明，任何本發明說明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明說明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明說明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧光學感測器封裝
10‧‧‧基底層
12‧‧‧像素陣列
14‧‧‧接合墊
16‧‧‧銲錫球
182‧‧‧透光層
184‧‧‧濾光層
186‧‧‧阻光層
188‧‧‧透光孔

Claims (19)

  1. 一種光學感測器封裝，包含：一基底層，包含一像素陣列設置於靠近該基底層之一第一表面；複數銲錫球，設置於該基底層之該第一表面上並位於該像素陣列以外；以及一光學元件，覆蓋於該像素陣列上，該光學元件包含：一透光層，貼附於該基底層之該第一表面並覆蓋於該像素陣列上；一濾光層，覆蓋於該透光層上；及一阻光層，覆蓋於該透光層及該濾光層並曝露出一部分該濾光層以作為一透光孔。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器封裝，其中該等銲錫球設置於該光學元件與該第一表面之邊緣間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器封裝，另包含複數接合墊介於該基底層之該第一表面與該等銲錫球間。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器封裝，其中該光學元件透過黏膠黏附於該基底層之該第一表面。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器封裝，其中該透光層為一玻璃層或一塑膠層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器封裝，其中該濾光層為一紅外光濾光層。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光學感測器封裝，其中該基底層內另包含一控制電路電性耦接該像素陣列。
  8. 一種光學感測器總成，包含：一光學感測器封裝，該光學感測器封裝包含：一基底層，其中該基底層之一第一表面形成有一像素陣列及複數銲錫球；及一光學元件，貼附於該基底層之該第一表面及覆蓋於該像素陣列上，並具有一透光孔相對該像素陣列；以及一基板，該基板包含：一第一表面及一第二表面；一容納透孔，容納該光學感測器封裝之該光學元件；及複數接觸墊，形成於該基板之該第一表面，電性連接該光學感測器封裝之該等銲錫球。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學感測器總成，另包含一光源設置於該基板之該第二表面。
  10. 如申請專利範圍第8項所述之光學感測器總成，其中該光學感測器總成另包含一光源且該基板另包含一光源容納透孔，該光源電性連接該基板之該第一表面並容納於該光源容納透孔內。
  11. 如申請專利範圍第8項所述之光學感測器總成，其中該光學感測器封裝另包含複數接合墊介於該基底層之該第一表面與該等銲錫球間。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之光學感測器總成，其中該光學感測器封裝之該等銲錫球位於該光學元件與該第一表面之邊緣間。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之光學感測器總成，其中該光學元件透過黏膠黏附於該基底層之該第一表面。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之光學感測器總成，其中該基底層內另包含一控制電路電性耦接該像素陣列。
  15. 如申請專利範圍第8項所述之光學感測器總成，其中該光學元件包含：一透光層，貼附於該基底層之該第一表面並覆蓋於該像素陣列上；一濾光層，覆蓋於該透光層上；及一阻光層，覆蓋於該透光層及該濾光層並曝露出一部分該濾光層以作為一透光孔。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之光學感測器總成，其中該透光層為一玻璃層或一塑膠層。
  17. 如申請專利範圍第15項所述之光學感測器總成，其中該濾光層為一紅外光濾光層。
  18. 一種光學感測器封裝，包含：一基底層，具有一第一表面；一像素陣列，設置於該第一表面上；複數銲錫球，設置於該第一表面上並位於該像素陣列以外；以及一光學元件，覆蓋於該像素陣列上。
  19. 一種光學感測器總成，包含：一光學感測器封裝，該光學感測器封裝包含： 一基底層，該基底層之一第一表面形成有一像素陣列；一光學元件，覆蓋於該像素陣列上並具有一透光孔相對該像素陣列；以及一基板，該基板包含：一容納透孔，容納該光學感測器封裝之該光學元件，其中該基板與該基底層的部分該第一表面電性連接。
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