TW202046462A

TW202046462A - 堆疊式感測器封裝結構

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Publication number: TW202046462A
Application number: TW108119310A
Authority: TW
Inventors: 彭宇強
Original assignee: 勝麗國際股份有限公司
Priority date: 2019-06-04
Filing date: 2019-06-04
Publication date: 2020-12-16
Also published as: TWI685926B

Abstract

本發明公開一種堆疊式感測器封裝結構，包含一基板、安裝於該基板上的一半導體晶片、電性耦接該基板與該半導體晶片的多條第一金屬線、設置於該基板上並位於該半導體晶片外側的一第一支撐膠體、設置於該基板上並間隔地圍繞於該第一支撐膠體外側的一第二支撐膠體、設置於該第一支撐膠體與該第二支撐膠體上的一感測晶片、及電性耦接該感測晶片與該基板的多條第二金屬線。每條第一金屬線的至少部分埋置於該第一支撐膠體內，而該感測晶片與該半導體晶片間隔一距離。

Description

堆疊式感測器封裝結構

本發明涉及一種封裝結構，尤其涉及一種堆疊式感測器封裝結構。

現有的感測器封裝結構為了使其尺寸縮小，大都將其內部元件以堆疊方式設置。然而，在現有感測器封裝結構的架構之下，還是容易衍生內部元件之間的脫落或熱干涉的問題，進而影響現有感測器封裝結構的良率與效能。

於是，本發明人認為上述缺陷可改善，乃特潛心研究並配合科學原理的運用，終於提出一種設計合理且有效改善上述缺陷的本發明。

本發明實施例在於提供一種堆疊式感測器封裝結構，其能有效地改善現有感測器封裝結構所可能產生的問題。

本發明實施例公開一種堆疊式感測器封裝結構，包括：一基板，於其上表面形成有多個第一焊墊及位於該些第一焊墊外側的多個第二焊墊；一半導體晶片及多條第一金屬線，該半導體晶片安裝於該基板上且位於該些第一焊墊的內側，該半導體晶片通過該些第一金屬線而電性耦接於該些第一焊墊；一第一支撐膠體，設置於該基板上並位於該半導體晶片的外側，每條該第一金屬線的至少部分埋置於該第一支撐膠體；一第二支撐膠體，呈環狀且設置於該基板上，該第二支撐膠體位於該些第二焊墊的內側、並間隔地圍繞於該第一支撐膠體的外側；一感測晶片及多條第二金屬線，該感測晶片的尺寸大於該半導體晶片的尺寸，該感測晶片設置於該第一支撐膠體與該第二支撐膠體上、並與該半導體晶片間隔一距離，該感測晶片通過該些第二金屬線而電性耦接於該些第二焊墊；一透光層與一間隔層，該透光層通過該間隔層而設置於該感測晶片上；以及一封裝體，設置於該基板上並包覆該第二支撐膠體的外側緣、該感測晶片的外側緣、該透光層的外側緣、及該間隔層的外側緣。

本發明實施例也公開一種堆疊式感測器封裝結構，包括：一基板，於其上表面形成有多個第一焊墊及位於該些第一焊墊外側的多個第二焊墊；一半導體晶片及多條第一金屬線，該半導體晶片安裝於該基板上且位於該些第一焊墊的內側，該半導體晶片通過該些第一金屬線而電性耦接於該些第一焊墊；一第一支撐膠體，設置於該基板上並位於該半導體晶片的外側，每條該第一金屬線的至少部分埋置於該第一支撐膠體；一第二支撐膠體，呈環狀且設置於該基板上，該第二支撐膠體位於該些第二焊墊的內側、並間隔地圍繞於該第一支撐膠體的外側；以及一感測晶片及多條第二金屬線，該感測晶片的尺寸大於該半導體晶片的尺寸，該感測晶片設置於該第一支撐膠體與該第二支撐膠體上、並與該半導體晶片間隔一距離；該感測晶片通過該些第二金屬線而電性耦接於該些第二焊墊。

綜上所述，本發明實施例所公開的堆疊式感測器封裝結構，其通過在該基板上形成間隔設置的該第一支撐膠體與該第二支撐膠體來支撐該感測晶片，據以強化元件之間的結合效果，並且該基板、該感測晶片、及該第二支撐膠體能夠包圍形成較小的封閉空間，據以能夠縮小該堆疊式感測器封裝結構的體積、並能夠同時降低該感測晶片與該半導體晶片之間的熱干涉。再者，每條第一金屬線能以其至少部分埋置於該第一支撐膠體內，進而通過該第一支撐膠體來保護每條第一金屬線。

為能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與附圖，但是此等說明與附圖僅用來說明本發明，而非對本發明的保護範圍作任何的限制。

請參閱圖1至圖6所示，其為本發明的實施例，需先說明的是，本實施例對應附圖所提及的相關數量與外型，僅用來具體地說明本發明的實施方式，以便於了解本發明的內容，而非用來侷限本發明的保護範圍。

[實施例一]

請參閱圖1和圖2所示，其為本發明的實施例一。本實施例公開一種堆疊式感測器封裝結構100，其較佳是適用於系統級封裝（system in package，SIP），但本發明不受限於此。需說明的是，內部元件非為堆疊形式的任何感測器封裝結構，結構設計基礎不同於本實施例所指的堆疊式感測器封裝結構100，故兩者之間並無比較基礎存在。

該堆疊式感測器封裝結構100包含有一基板1、安裝於該基板1上的一半導體晶片2、電性耦接該基板1與該半導體晶片2的多條第一金屬線3、間隔地設置於該基板1上且位於該半導體晶片2外側的一第一支撐膠體4與一第二支撐膠體5、設置於該第一支撐膠體4與該第二支撐膠體5上的一感測晶片6、電性耦接該基板1與該感測晶片6的多條第二金屬線7、設置於該感測晶片6上的一間隔層8、通過該間隔層8而設置於該感測晶片6上的一透光層9、及設置於該基板1上且包圍在上述元件外側的一封裝體P。

其中，該堆疊式感測器封裝結構100於本實施例中雖是以包含上述元件來做說明，但也可以依據設計需求而加以調整變化。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，該堆疊式感測器封裝結構100也可以包含有上述基板1、半導體晶片2、多條第一金屬線3、第一支撐膠體4、第二支撐膠體5、感測晶片6、及多條第二金屬線7；也就是說，該堆疊式感測器封裝結構100可以將上述間隔層8、透光層9、及封裝體P省略或是以其他方式設置。

需先闡明的是，為便於說明本實施例堆疊式感測器封裝結構100，圖1是以剖視圖呈現，但可以理解的是，在圖1所未呈現的堆疊式感測器封裝結構100之部位也會形成有相對應的構造。例如：圖1僅呈現兩條第一金屬線3與兩條第二金屬線7，但在圖1所未呈現的堆疊式感測器封裝結構100之部位還包含其他條第一金屬線3與其他條第二金屬線7。以下將分別就本實施例堆疊式感測器封裝結構100的各個元件構造與連接關係作一說明。

該基板1於本實施例中為呈方形或矩形的一印刷電路板（printed circuit board，PCB），但本發明不受限於此。其中，該基板1於其上表面的大致中央處設有一晶片固定區11，並且該基板1於其上表面形成有位於該晶片固定區11外側的多個第一焊墊12以及位於該些第一焊墊12外側的多個第二焊墊13。該些第一焊墊12（或該些第二焊墊13）於本實施例中是大致排列呈環狀，但本發明不限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，該些第一焊墊12（或該些第二焊墊13）也可以是在該晶片固定區11的相反兩側分別排成兩列。

此外，在本發明未繪示的其他實施例中，該基板1也可以於其下表面設有多個焊接球（圖未示），並且該堆疊式感測器封裝結構100能通過該些焊接球而焊接固定於一電子構件上，據以使該堆疊式感測器封裝結構100能電性連接該電子構件。

該半導體晶片2於本實施例中是以數位信號處理器（digital signal processor，DSP）來說明，但本發明不受限於此。其中，該半導體晶片2是固定於該基板1的晶片固定區11，也就是說，該半導體晶片2是位於該些第一焊墊12的內側。

再者，該些第一金屬線3的一端連接於該半導體晶片2，而該些第一金屬線3的另一端分別連接於該基板1的該些第一焊墊12，據以使該半導體晶片2能通過該些第一金屬線3而電性耦接於該些第一焊墊12。需說明的是，本實施例的半導體晶片2是限定以該些第一金屬線3電性耦接於該基板1。

該第一支撐膠體4於本實施例中呈環狀（如：方環狀）且間隔地（與獨立地）圍繞於該半導體晶片2的外側。該第一支撐膠體4相對於基板1的一高度是大於該半導體晶片2相對於該基板1的一高度、也大於任一條第一金屬線3相對於該基板1的一高度。此外，在本發明未繪示的其他實施例中，該第一支撐膠體4也可以是非呈環形（如：該第一支撐膠體4包含分別平行於該半導體晶片2多個邊緣的多條長形構造）。

再者，該第一支撐膠體4於該基板1上所處的位置較佳是能夠使該些第一焊墊12皆埋置於其內（也就是說，該第一支撐膠體4的寬度較佳是大於第一焊墊12的寬度），並且每條第一金屬線3的部分埋置於該第一支撐膠體4內，但本發明不受限於此。

舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，該第一支撐膠體4也可以是覆蓋在該半導體晶片2的多個邊緣，並且該些第一焊墊12與該些第一金屬線3皆完全埋置於該第一支撐膠體4內。據此，上述每條第一金屬線3於本發明中能以其至少部分埋置於該第一支撐膠體4內，進而通過該第一支撐膠體4來保護每條第一金屬線3。

該第二支撐膠體5呈環狀（如：方環狀）且間隔地（與獨立地）圍繞於該第一支撐膠體4的外側，並且該第二支撐膠體5相對於基板1的一高度大致等於該第一支撐膠體4相對於基板1的高度。也就是說，該第一支撐膠體4與該第二支撐膠體5之間於本實施例中形成有一環形間隙G，以使該第一支撐膠體4不接觸該第二支撐膠體5。再者，該第二支撐膠體5位於該基板1的該些第二焊墊13的內側，並且該第二支撐膠體5的寬度較佳是大致等於該第一支撐膠體4的寬度。

該感測晶片6於本實施例中是以一影像感測晶片來說明，但不以此為限。其中，該感測晶片6的尺寸大於該半導體晶片2的尺寸，該感測晶片6設置於該第一支撐膠體4與該第二支撐膠體5上、並與該半導體晶片2間隔一距離。於本實施例中，該感測晶片6與該半導體晶片2是以空氣隔開，並且該感測晶片6的中心軸線較佳是與該半導體晶片2的中心軸線重疊，但不受限於此。

更詳細地說，該感測晶片6（的外表面）包含有位於相反兩側的一頂面61及一底面62、及相連於該頂面61與底面62邊緣的一外側緣63。其中，該感測晶片6於其頂面61的大致中央處設有一感測區611，該感測晶片6的底面62設置於該第一支撐膠體4與該第二支撐膠體5上，而該感測晶片6的外側緣63於本實施例中從該第二支撐膠體5的外側緣51向外略突伸出，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，該感測晶片6的外側緣63也可以是大致切齊於該第二支撐膠體5的外側緣51。

再者，該些第二金屬線7的一端連接於該感測晶片6，而該些第二金屬線7的另一端分別連接於該基板1的該些第二焊墊13，據以使該感測晶片6能通過該些第二金屬線7而電性耦接於該些第二焊墊13。其中，鄰近於該感測晶片6的每條第二金屬線7部位較佳是位於該第二支撐膠體5的上方（或正上方），據以通過該第二支撐膠體5支撐該感測晶片6，使該些第二金屬線7和接到該感測晶片6時，施加在該感測晶片6的力量能被承受住。

依上所述，本實施例的堆疊式感測器封裝結構100通過在該基板1上形成間隔設置的該第一支撐膠體4與該第二支撐膠體5來支撐該感測晶片6，據以強化元件之間的結合效果，並且該基板1、該感測晶片6、及該第二支撐膠體5能夠包圍形成較小的封閉空間，據以能夠縮小該堆疊式感測器封裝結構100的體積、並能夠同時降低該感測晶片6與該半導體晶片2之間的熱干涉。

該間隔層8的材質於本實施例中是相同於該第一支撐膠體4與該第二支撐膠體5的材質，但本發明不受限於此。其中，該間隔層8設置於該感測晶片6的頂面61上、並位於該感測區611的外側及該些第二金屬線7的內側。再者，該間隔層8較佳是位於該第一支撐膠體4的正上方，據以通過該第一支撐膠體4支撐經由該間隔層8而施加於該感測晶片6的作用力（如：該透光層9的重量）。

該透光層9於本實施例中是以呈透明狀的一平板玻璃來說明，但本發明不受限於此。該透光層9設置於該間隔層8上，據以通過該間隔層8而設置於該感測晶片6上。其中，該透光層9、該間隔層8、及該感測晶片6共同包圍形成有一封閉空間E，而該感測晶片6的感測區611位於該封閉空間E內且面向該透光層9。再者，該透光層9的外側緣91於本實施例中是大致切齊於該間隔層8的外側緣81，但於本發明未繪示的其他實施例中，該透光層9的外側緣也可以突伸出該間隔層8的外側緣81。

該封裝體P設置於該基板1上並包覆該第二支撐膠體5的外側緣51、該感測晶片6的外側緣63、該透光層9的外側緣91、及該間隔層8的外側緣81。再者，該些第二焊墊13及該些第二金屬線7皆完全埋置於該封裝體P內。

更詳細地說，該封裝體P於本實施例中包含有形成於該基板1上的一第一封膠P1及形成於該第一封膠P1上的一第二封膠P2。其中，該第一封膠P1為液態封膠（liquid compound），而該第二封膠P2為模制封膠（molding compound）。

再者，該第一封膠P1包覆該第二支撐膠體5的外側緣51、該感測晶片6的外側緣63、該透光層9的外側緣91、及該間隔層8的外側緣81，並且該些第二焊墊13及該些第二金屬線7皆完全埋置於該第一封膠P1內，而該第二封膠P2的頂緣大致共平面於該透光層9的頂面，但本發明不受限於此。舉例來說，在本發明未繪示的其他實施例中，該封裝體P也可以僅為液態封膠或模制封膠。

[實施例二]

請參閱圖3和圖4所示，其為本發明的實施例二。基於本實施例類似於上述實施例一，所以兩個實施例的相同處則不再加以贅述，而兩個實施例的差異大致說明如下：該堆疊式感測器封裝結構100於本實施例中進一步包含有呈間隔設置的多個內支撐膠體S，並且每個內支撐膠體S呈環狀（如：方環狀）且夾持於該半導體晶片2與該感測晶片6之間，而每條第一金屬線3的相反兩端部位分別埋置於該第一支撐膠體4及相鄰於該第一支撐膠體4的該內支撐膠體S。

此外，在本發明未繪示的其他實施例中，該堆疊式感測器封裝結構100的內支撐膠體S數量也可以是至少一個，並且至少一個該內支撐膠體S呈環狀（如：方環狀）且夾持於該半導體晶片2與該感測晶片6之間，而每條該第一金屬線3的相反兩端部位分別埋置於該第一支撐膠體4及至少一個該內支撐膠體S。

據此，本實施例的堆疊式感測器封裝結構100通過在該半導體晶片2與該感測晶片6之間夾持有至少一個內支撐膠體S，據以使該感測晶片6能夠進一步被該內支撐膠體S所支撐，並且避免該半導體晶片2的熱能對該感測晶片6產生熱干涉。

[實施例三]

請參閱圖5所示，其為本發明的實施例三。基於本實施例類似於上述實施例一，所以兩個實施例的相同處則不再加以贅述，而兩個實施例的差異大致說明如下：該堆疊式感測器封裝結構100於本實施例中進一步包含有呈十字狀的一內支撐膠體S，並且該內支撐膠體S位於呈方環狀的該第一支撐膠體4的內側。其中，該內支撐膠體S的局部夾持於該半導體晶片2與該感測晶片6之間，而該內支撐膠體S的四個末端點分別連接於該第一支撐膠體4的四個邊長的中心。

[實施例四]

請參閱圖6所示，其為本發明的實施例四。基於本實施例類似於上述實施例三，所以兩個實施例的相同處則不再加以贅述，而兩個實施例的差異大致說明如下：該內支撐膠體S的四個末端點於本實施例中分別連接於該第一支撐膠體4的四個角落。

[本發明實施例的技術效果]

另，本發明實施例所公開的堆疊式感測器封裝結構，其能夠通過該第一支撐膠體與該第二支撐膠體的位置選擇，來使整體構造更為穩固。如：鄰近於該感測晶片的每條第二金屬線部位是位於該第二支撐膠體的上方，據以通過該第二支撐膠體支撐該感測晶片，使該些第二金屬線焊接到該感測晶片時，施加在感測晶片上的力量能被承受住。或者，該間隔層是位於該第一支撐膠體的正上方，據以通過該第一支撐膠體支撐經由該間隔層而施加於該感測晶片的作用力（如：該透光層的重量）。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的專利範圍內。

100:堆疊式感測器封裝結構1:基板11:晶片固定區12:第一焊墊13:第二焊墊2:半導體晶片3:第一金屬線4:第一支撐膠體5:第二支撐膠體51:外側緣6:感測晶片61:頂面611:感測區62:底面63:外側緣7:第二金屬線8:間隔層81:外側緣9:透光層91:外側緣P:封裝體P1:第一封膠P2:第二封膠E:封閉空間G:環形間隙S:內支撐膠體

圖1為本發明實施例一的堆疊式感測器封裝結構的剖視示意圖。

圖2為本發明實施例一的堆疊式感測器封裝結構的俯視示意圖（省略間隔層、透光層、及封裝體）。

圖3為本發明實施例二的堆疊式感測器封裝結構的剖視示意圖。

圖4為本發明實施例二的堆疊式感測器封裝結構的俯視示意圖（省略間隔層、透光層、及封裝體）。

圖5為本發明實施例三的堆疊式感測器封裝結構的俯視示意圖（省略間隔層、透光層、及封裝體）。

圖6為本發明實施例四的堆疊式感測器封裝結構的俯視示意圖（省略間隔層、透光層、及封裝體）。

100:堆疊式感測器封裝結構

1:基板

11:晶片固定區

12:第一焊墊

13:第二焊墊

2:半導體晶片

3:第一金屬線

4:第一支撐膠體

5:第二支撐膠體

51:外側緣

6:感測晶片

61:頂面

611:感測區

62:底面

63:外側緣

7:第二金屬線

8:間隔層

81:外側緣

9:透光層

91:外側緣

P:封裝體

P1:第一封膠

P2:第二封膠

E:封閉空間

G:環形間隙

Claims

一種堆疊式感測器封裝結構，包括：一基板，於其上表面形成有多個第一焊墊及位於該些第一焊墊外側的多個第二焊墊；一半導體晶片及多條第一金屬線，該半導體晶片安裝於該基板上且位於該些第一焊墊的內側，該半導體晶片通過該些第一金屬線而電性耦接於該些第一焊墊；一第一支撐膠體，設置於該基板上並位於該半導體晶片的外側，每條該第一金屬線的至少部分埋置於該第一支撐膠體；一第二支撐膠體，呈環狀且設置於該基板上，該第二支撐膠體位於該些第二焊墊的內側、並間隔地圍繞於該第一支撐膠體的外側；一感測晶片及多條第二金屬線，該感測晶片的尺寸大於該半導體晶片的尺寸，該感測晶片設置於該第一支撐膠體與該第二支撐膠體上、並與該半導體晶片間隔一距離，該感測晶片通過該些第二金屬線而電性耦接於該些第二焊墊；一透光層與一間隔層，該透光層通過該間隔層而設置於該感測晶片上；以及一封裝體，設置於該基板上並包覆該第二支撐膠體的外側緣、該感測晶片的外側緣、該透光層的外側緣、及該間隔層的外側緣。
如請求項1所述的堆疊式感測器封裝結構，其中，該些第一焊墊埋置於該第一支撐膠體內。
如請求項1所述的堆疊式感測器封裝結構，其中，該堆疊式感測器封裝結構進一步包含有至少一個內支撐膠體，並且至少一個該內支撐膠體夾持於該半導體晶片與該感測晶片之間。
如請求項3所述的堆疊式感測器封裝結構，其中，每條該第一金屬線的相反兩端部位分別埋置於該第一支撐膠體及至少一個該內支撐膠體。
如請求項1所述的堆疊式感測器封裝結構，其中，該堆疊式感測器封裝結構進一步包含有呈十字狀的一內支撐膠體，並且該內支撐膠體位於該第一支撐膠體的內側；該內支撐膠體的局部夾持於該半導體晶片與該感測晶片之間。
如請求項5所述的堆疊式感測器封裝結構，其中，該第一支撐膠體呈方環狀，並且該內支撐膠體的四個末端點分別連接於該第一支撐膠體的四個角落。
如請求項1所述的堆疊式感測器封裝結構，其中，該間隔層位於該第一支撐膠體的正上方。
如請求項1所述的堆疊式感測器封裝結構，其中，鄰近於該感測晶片的每條該第二金屬線部位是位於該第二支撐膠體的上方。
如請求項1所述的堆疊式感測器封裝結構，其中，每條該第二金屬線完全埋置於該封裝體內。
一種堆疊式感測器封裝結構，包括：一基板，於其上表面形成有多個第一焊墊及位於該些第一焊墊外側的多個第二焊墊；一半導體晶片及多條第一金屬線，該半導體晶片安裝於該基板上且位於該些第一焊墊的內側，該半導體晶片通過該些第一金屬線而電性耦接於該些第一焊墊；一第一支撐膠體，設置於該基板上並位於該半導體晶片的外側，每條該第一金屬線的至少部分埋置於該第一支撐膠體；一第二支撐膠體，呈環狀且設置於該基板上，該第二支撐膠體位於該些第二焊墊的內側、並間隔地圍繞於該第一支撐膠體的外側；以及一感測晶片及多條第二金屬線，該感測晶片的尺寸大於該半導體晶片的尺寸，該感測晶片設置於該第一支撐膠體與該第二支撐膠體上、並與該半導體晶片間隔一距離；該感測晶片通過該些第二金屬線而電性耦接於該些第二焊墊。