TW201813066A - 多晶片塑膠球狀陣列封裝結構 - Google Patents
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Abstract
一種多晶片塑膠球狀陣列封裝結構包括：基板、第一晶片、第一封膠體、擋體、第二晶片、光學元件以及第二封膠體。基板具有上表面及與上表面相對的下表面。第一晶片設置於下表面且電性連接於基板。第一封膠體包覆第一晶片。擋體以第一表面設置於下表面並包圍第一封膠體。第二晶片設置於上表面且電性連接於基板。光學元件以共晶接合結構設置於第二晶片。第二封膠體包覆第二晶片、光學元件及共晶接合結構。光學元件使得與第二晶片所感測波長範圍一致的光線通過。藉由本發明的實施，晶片上的密封及真空效果良好。
Description
本發明為一種多晶片塑膠球狀陣列(MCPBGA)封裝結構，特別為一種基板上下兩面皆固著晶片而能提升封裝結構可靠度的多晶片塑膠球狀陣列(MCPBGA)封裝結構。
由於科技快速地進步，因此也加速了影音多媒體普及化的速度，加上數位相機、數位攝影機以及數位掃瞄器…等產品大量問世，使得影像數位化成為了必然的趨勢。而影像感測器則為這些數位產品中的關鍵元件，影像感測器可用以接收光信號或影像信號，並將所接收的信號轉換成電信號後，再將電信號傳送至電路板以進行分析，使得數位產品可提供照相、攝影…等功能。
為了要使得數位產品可滿足輕薄短小的市場需求，因此目前主要使用的影像感測器，包括了：電荷耦合元件影像感測器(CCD)、互補式金屬氧化半導體影像感測器(CMOS)…等，因此如何改善影像感測器的封裝技術，並使得影像感測器的體積可微小化，變成了影響數位產品尺寸的關鍵。
此外，影像感測器封裝技術除了須提供可大量生產以及材料成本低廉的優點以外，因為影像感測器上的感光區相當敏感，所以需要以適當封裝方式加以保護避免受到塵粒與水氣的影響，如此才可確保數位產品的使用壽命及品質，進而可提高影像感測器的成像性能及封裝可靠度。
有鑑於此，如何通過結構上的改良以發展出一種封裝結構， 可以提升感測靈敏度且簡化複雜的製作工藝，以降低成本，已然成為一個重要的課題。
本發明要解決的技術問題是提供一種多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，提高第二晶片上的密封及真空效果，減小整體封裝面積並避免基板產生翹曲，確保產品可靠度。
本發明解決其技術問題是採用以下技術方案來實現的。
本發明公開一種多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，該多晶片塑膠球狀陣列封裝結構包括：基板，該基板具有上表面及與該上表面相對的下表面；第一晶片，設置於該下表面且電性連接於該基板；第一封膠體，包覆該第一晶片；擋體，該擋體以其第一表面設置於該下表面並包圍該第一封膠體；第二晶片，設置於該上表面且電性連接於該基板；光學元件，該光學元件以共晶接合結構設置於該第二晶片；以及第二封膠體，包覆該第二晶片、該光學元件及該共晶接合結構。
本發明解決其技術問題還可採用以下技術措施進一步實現。
上述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該光學元件以及該第二晶片之間通過該共晶接合結構以形成真空區域，且該第二晶片具有感測部位於該真空區域。
上述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該第一晶片通過至少一第一打線電性連接於該基板，該第一封膠體覆蓋該第一晶片以及該第一打線，且該第二晶片通過至少一第二打線電性連接於該基板，該第二封膠體包覆該第二晶片、該第二打線以及該光學元件。
上述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該擋體的週邊與該基板的週邊齊平。
上述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該第二封膠體的週邊與該基板的週邊切齊。
上述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該基板的厚度大於等於該第二封膠體最大厚度的20%。
上述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該擋體的該第一表面以黏著層黏附固設於該基板的該下表面。
上述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該第一封膠體的厚度小於等於該擋體加上該黏著層的厚度。
上述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該第二封膠體的上緣與該光學元件上緣延伸的平面形成介於0-60度之間的夾角。
上述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構還包括至少一個被動元件，該被動元件電性連接於該基板，且該被動元件被該第二封膠體所覆蓋。
本發明為多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，該多晶片塑膠球狀陣列封裝結構包括：基板、第一晶片、第一封膠體、擋體、第二晶片、光學元件以及第二封膠體。該基板具有上表面及與該上表面相對的下表面。該第一晶片設置於該下表面且電性連接於該基板。該第一封膠體包覆該第一晶片。該擋體以其第一表面設置於該下表面並包圍該第一封膠體。該第二晶片設置於該上表面且電性連接於該基板。該光學元件以共晶接合結構設置於該第二晶片。第二封膠體包覆該第二晶片、該光學元件及該共晶接合結構結構。該光學元件使得與該第二晶片所感測波長範圍一致的光線通過。
藉由本發明的實施，至少可以達到下列進步功效：
不須複雜製作工藝或昂貴製造設備，實施成本低廉。
第二晶片上的密封及真空效果良好。
可以解決晶片小背大或是相鄰擺放大幅增加整體封裝面積的缺點。
可以避免基板產生翹曲，確保產品可靠度。
擋體完全包覆第一晶片及第一打線，避免第一封膠體溢膠對 焊接端點產生污染。
第二封膠體上緣呈特定範圍夾角θ的傾斜，可以避免第二封膠體溢膠至光學元件表面產生污染。
為使任何熟習相關技術者瞭解本發明的技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露的內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技術者可輕易地理解本發明相關的目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明的詳細特徵以及優點。
100‧‧‧多晶片塑膠球狀陣列封裝結構
10‧‧‧基板
11‧‧‧上表面
12‧‧‧下表面
20‧‧‧第一晶片
21‧‧‧第一打線
25‧‧‧第三晶片
27‧‧‧第三打線
30‧‧‧第一封膠體
40‧‧‧擋體
41‧‧‧第一表面
42‧‧‧第二表面
43‧‧‧黏著層
50‧‧‧焊接端點
60‧‧‧第二晶片
61‧‧‧第二打線
62‧‧‧感測部
70‧‧‧光學元件
80‧‧‧共晶接合結構
81‧‧‧真空區域
90‧‧‧第二封膠體
95‧‧‧被動組件
d‧‧‧第一厚度
D‧‧‧第二厚度
h1‧‧‧基板厚度
h2‧‧‧第二封膠體90的最大厚度
圖1為本發明實施例的一種多晶片塑膠球狀陣列封裝結構的剖視示意圖。
圖2為本發明實施例的另一種多晶片塑膠球狀陣列封裝結構的剖視示意圖。
圖3為本發明實施例的一種第二封膠體具有傾斜角及限定第一封膠體的厚度的剖視示意圖。
圖4為本發明實施例的一種基板上進一步設置被動元件的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構的剖視示意圖。
圖5為本發明實施例的一種基板下表面設置兩個晶片的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構的剖視示意圖。
請參考圖1所示，為實施例的一種多晶片塑膠球狀陣列封裝結構100，其具有：基板10(Base Core)；第一晶片20；第一封膠體30(First Compound)；擋體40(Dam Core)；第二晶片60；光學元件70；以及第二封膠體90(Second Compound)。
如圖1所示，基板10，其可以為塑膠基板，具有上表面11及與上表面11相對的下表面12，而基板10也可以是一個具有至少一組電路(Electric Traces)結合至少一個貫孔(Through Hole)的塑膠電路基板(Plastic PCB)。
如圖1所示，第一晶片20，設置於基板10的下表面12，並 且可以通過至少一條第一打線21(First Bonding Wire)與基板10電性連接，至於第一晶片20設置於下表面12的方式則可以是以固設或黏著的方式為之。
第一晶片20可以為系統晶片，舉例來說：數位文書處理器晶片(DSP，Digital Signal Processor)或是紅外線信號處理晶片(IR Signal Processor)，且第一晶片20的厚度可以大於100微米，在本實施例中，第一晶片20的厚度選擇在200微米加減10%的範圍。
另一方面，將第一晶片20與基板10電性連接的第一打線21可以使用金線、銅線、導電合金線或是其他導電性佳且不易產生氧化或化學作用的金屬線。
同樣如圖1所示，第一封膠體30(First Compound)，可以完整包圍且覆蓋第一晶片20。第一封膠體30的材料可以選自為液態封膠體(Liquid Compound)或是熱固型封膠體，而且第一封膠體30具有能完全包覆並覆蓋第一晶片20的厚度，藉此達到保護第一晶片20的功效。
再如圖1所示，擋體40(Dam Core)具有第一表面41以及相對於第一表面41的第二表面42。擋體40通過第一表面41設置於基板10的下表面12，並且擋體40直接包圍第一封膠體30。擋體40的第二表面42上設置有與基板10電性連接的多個焊接端點50，其中焊接端點50可以為焊接球(Solder Ball)或是焊接腳墊(Solder Pad)。
如圖1至圖3所示，擋體40的週邊可以與基板10的週邊齊平，而且擋體40的第一表面41可以透過黏著層43黏附固設於基板10的下表面12，藉由黏著層43可以用來保護基板10下表面12的電路或貫孔(圖中未顯示)。
如圖3所示，在本實施例當中，第一封膠體30具有第一厚度d小於等於擋體40的厚度加上黏著層43厚度所形成的第二厚度D，如此擋體40便能防止第一封膠體30溢流至擋體40的第二表 面42，進而導致焊接端點50或焊接腳墊產生污染，影響其正常功能。
仍請參考圖1所示，第二晶片60例如為影像感測晶片(Image Sensor Chip)，設置於(固設、黏著)基板10的上表面11，所述的第二晶片60通過第二打線61與基板10電性連接。
再者，第二晶片60還具有感測部62，且第二晶片60以與感測部62相對的一面固設於基板10的上表面11，如此，感測部62可接收感測媒介並正常運作。
而與第二晶片60以及基板10電性連接的第二打線61可以使用金線、銅線、導電合金線或是其他導電性佳且不易產生氧化或化學作用的金屬線。
由於第二晶片60的尺寸(第二晶片60與基板10接觸面積)通常大於第一晶片20的尺寸(第一晶片20與基板10接觸面積)，且第二晶片60必須以感測部62感測影像信號，如上所述的第二晶片60及第一晶片20分別固設於基板10的上表面11及下表面12，可以避免兩者相鄰擺放大幅增加整體封裝面積的缺點或是由第一晶片20上方疊置第二晶片60所產生晶片小背大的問題。
而為了可以負擔第二晶片60及第一晶片20，並且在封裝製作工藝中不會產生翹曲導致多晶片塑膠球狀陣列封裝結構100異常或失效，基板10在設計上需要具有特定的厚度h1。第二封膠體90的最大厚度h2，則是指第二封膠體90上緣與光學元件70相接處至基板10的上表面11的垂直距離。因此，基板10的厚度h1以大於等於第二封膠體90的最大厚度h2的20%為原則。在本實施例中，可以選用大於等於0.3毫米(mm)的基板10，或是選用厚度為第二封膠體90厚度的30%到80%之間的基板10。
而前述的第一晶片20或第二晶片60，可以為互補式金氧半導體晶片(CMOS Chip)，其製作工藝成熟、使用量大、且成本較為低廉。
請再參考圖1所示，光學元件70(Filter)，其是以共晶接合結構80(Eutectic Joining Ring)固設於第二晶片60上，且不遮蔽第二晶片60的感測部62。
光學元件70可以提供特定波長範圍的光線通過，而濾除其他的光信號，消除雜光干擾並確保第二晶片60的影像感測功能。所述特定波長範圍則是與第二晶片60所能感測的光線的波長範圍一致。
如此，光學元件70以及第二晶片60通過共晶接合結構80圍繞形成一個真空區域81，而第二晶片60的感測部62位於真空區域81內且不受遮蔽。
所述的共晶接合結構80，可以選擇為一個具有真空密封的效果的焊錫環(Solder Ring)，或其他金屬材質或合金材質所形成的共晶接合結構80。
以金屬材質或合金材質所形成的共晶接合結構80，其真空密封效果較業界使用的有機接著體(Organic Seal Material)更為優異，可以避免水氣進入真空區域81，並使真空區域81維持在有效的真空狀態。
請再參考圖1所示，第二封膠體90包覆第二晶片60、光學元件70及共晶接合結構80的周圍。
第二封膠體90的週邊可以與基板10的週邊齊平，且第二封膠體90的材料可以選自為液態封膠體(Liquid Compound)或是熱固型封膠體，本發明並不以此為限制。
請參考圖1至圖3所示，第二封膠體90的上緣可以呈特定範圍夾角θ的傾斜，且高度自第二封膠體90與光學元件70上緣交接處向邊緣遞減，如此，第二封膠體90的上緣與光學元件70上緣延伸的平面便形成一夾角θ，可以控制使第二封膠體90不會爬膠(溢膠)到光學元件70上而影響第二晶片60的感測功能，其中夾角θ可以選擇為介於0-60度之間。
接著，請參考圖4所示，多晶片塑膠球狀陣列封裝結構的基板10的上表面11可以進一步設置一個以上的被動元件95，被動元件95除了與基板10電性相連接之外，也同時受第二封膠體90所覆蓋與保護。進一步來說，被動元件95可以為電容、電阻或其他的被動式電子元件。
再如圖5所示，在應用需要時，多晶片塑膠球狀陣列封裝結構100的基板10下表面12也可以設置多個晶片。在本實施例中，基板10的下表面設置第一晶片20以及設置於第一晶片20上的第三晶片25，且第一晶片20以第一打線21電性連接於基板10且第三晶片25以第三打線27電性連接於基板10。
而設置所述第一晶片20及第三晶片25的總厚度或是第一封膠體30的第一厚度d，會小於等於擋體40的厚度加上黏著層43的厚度以形成的第二厚度D。
總而言之，多晶片塑膠球狀陣列封裝結構100因為具有所述的特徵：將面積較小的第一晶片20與面積較大的第二晶片60放在基板10的兩面，第一晶片20並被擋體40所包圍；僅可讓紅外光穿透的光學元件70並以真空密封良好的共晶接合結構80固著於外線感測晶片60並露出感測部62；第二封膠體90完全包覆第二打線61並包覆於與第二晶片60及光學元件70的邊緣，第一封膠體30則完全包覆住第一晶片20以及第一打線21；第二封膠體90上緣呈特定範圍夾角θ的傾斜，亦即與光學元件70具有0-60度的夾角θ，以防止溢膠到光學元件70；基板10的厚度選擇大於0.3mm，而能承受第一晶片20及第二晶片60兩個晶片的重量，並且於製作工藝中不產生翹曲(warpage)；以及第一封膠體30完全包覆第一晶片20及第一打線21，且其厚度不大於擋體40加上黏著層43的厚度，因此具備了不須複雜製作工藝或昂貴製造設備，實施成本低廉；第二晶片60的密封及真空效果良好；可以解決晶片疊置上因面積小背負面積大而使得可靠度下降，或是相鄰擺放大 幅增加整體封裝面積的缺點；可以避免基板10產生翹曲，確保產品可靠度；擋體40完全包覆第一晶片20及第一打線21，避免第一封膠體30溢膠對焊接端點50或焊接腳墊產生污染；以及第二封膠體90上緣呈特定範圍夾角θ的傾斜，可以避免第二封膠體90溢膠至光學元件70表面產生污染的優點及進步功效。
而上述各實施例中，第一晶片20與第二晶片60並可以分別以晶片結合樹脂(die bond epoxy)分別固設於基板10的下表面12與上表面11。
上述各實施例是用以說明本發明的特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明的內容並據以實施，而非限定本發明的專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示的精神而完成的等效修飾或修改，仍應包含在申請專利範圍中。
Claims (10)
- 一種多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，包括：基板，該基板具有上表面及與該上表面相對的下表面；第一晶片，設置於該下表面且電性連接於該基板；第一封膠體，包覆該第一晶片；擋體，該擋體以其第一表面設置於該下表面並包圍該第一封膠體；第二晶片，設置於該上表面且電性連接於該基板；光學元件，該光學元件以共晶接合結構設置於該第二晶片；以及第二封膠體，包覆該第二晶片、該光學元件及該共晶接合結構。
- 根據請求項1所述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該光學元件以及該第二晶片之間通過該共晶接合結構以形成真空區域，且該第二晶片具有感測部位於該真空區域。
- 根據請求項1所述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該第一晶片通過至少一第一打線電性連接於該基板，該第一封膠體覆蓋該第一晶片以及該第一打線，且該第二晶片通過至少一第二打線電性連接於該基板，該第二封膠體包覆該第二晶片、該第二打線以及該光學元件。
- 根據請求項1所述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該擋體的週邊與該基板的週邊齊平。
- 根據請求項1所述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該第二封膠體的週邊與該基板的週邊切齊。
- 根據請求項1所述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該基板的厚度大於等於該第二封膠體最大厚度的20%。
- 根據請求項1所述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該檔體的該第一表面以黏著層黏附固設於該基板的該下表面。
- 根據請求項7所述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該第一封膠體的厚度小於等於該擋體加上該黏著層的厚度。
- 根據請求項1所述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其中該第二封膠體的上緣與該光學元件上緣延伸的平面形成介於0-60度之間的夾角。
- 根據請求項1所述的多晶片塑膠球狀陣列封裝結構，其還包括至少一個被動元件，該被動元件電性連接於該基板，且該被動元件被該第二封膠體所覆蓋。
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