TWI278121B - FBGA and COB package structure for image sensor - Google Patents
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Description
1278:121 五、發明說明(1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係與一種封裝結構有 測器封裝結構,可防止微透 關’特別是有關於一種影像感 鏡受到微粒污染。 【先前技術】 封裝(package)可以包含_核心晶片(⑶厂幻,並由一 通用材料例如玻璃環氧樹脂(glass ep〇xy)包覆所形 成,亚且其中可以包含附加層(addi ti〇nal layer)疊加 (laminated)於上述核心晶片之上。上述附加層即熟知 之内建層(build-up layer)。上述内建層通常由介電 材料以及導電材料之交替層形成。透過各種蝕刻製程,例 如濕蝕刻,可以形成金屬或導電層之,上述濕蝕刻係一習 知技術,在此將不進一步描述。金屬形成於孔洞中一般稱 為vias,其係用於連接不同金屬層以產生内連線 (interconnects)。使用這些膜層以及vias可以建立一 些内連線(interconnections)。 數位影像技術已廣泛應用至射影(image sh〇oting)儀 器,例如數位相機、影像掃描器等。上述常見之互補式金 氧半導體(CMOS)感測器係配置於一電路板上/上述互補 式金氧半導體感測器具有一晶粒(die)固定(secured) 於其中。上述鏡座(lens seat)具有一聚焦鏡(f〇CUs 1 e n s) ’用於將上述影像聚焦至上述互補式影像感測器之 晶粒上。透過上述透鏡,上述影像信號由上述晶粒傳送至
1278 m __ 五、發明說明(2) ^ .數位處理窃中,以轉換類比信號為數位信號◊丄述互補 式金氧半導體感測器之晶粒對於紅外線(infrared ray) 或灰塵微粒相對地敏感《若上述有害(unwan1;ed)之微粒 未自上述感測器去除,會導致上述裝置之品質降低。為了 ^到上述目的,.由人工去除可能會傷害.上述感應晶片。通 g ,上述影像感測器模組係使用Chip On B〇ard ( c〇B)封 裝型態或是無引線晶片载體(Leadless Chip Carrier: LCC)之方法形成。上述c〇B之一缺點為良率低,其係由於 封裝過程中感應區域上之微粒污染所造成。此外,上述無 引線晶片載體之缺點為封裝成本較高並且良率偏低,其係 由於感應區域上之微粒污染所造成0 再者,微透鏡(micro lens)為半導體上之光學元件,其 係=來作為固態影像元件。微透鏡之設計以及製造最重要 考置之一為光感度(photosensitivity) 。微透鏡光感度 降低原因之一為每一個微透鏡之區域降低至一最佳值之 下。此外,SHELL CASE公司也發展晶圓級封裝(wafer 1 e v e 1)技術’由於製造需要兩塊玻璃板以及製程複雜, 上述SHELL CASE封裝之影像感測器晶粒之成本較高。而 且,由於環氧樹脂(epoxy)之磨損使得透明度不佳,可 能降低其可靠度(rel iabi 1 i ty)。公告於1 9 9 6年5月7日 之第5,514,88 85虎之美國專利’其中提出〇n 一 j)ie Screen 型固悲影像感測器及其製造方法,其係由Y〇shikazu Sano | 專人申請,其教示一種用於形成電荷耗合元件(CCD)於
第7頁 Τ27812Ί ^ 1 v1· '. —— " __ _____ 五、發明說明(3) 一石夕基板上之方法。其中說明可利用一微透鏡陣歹j使用·傳 統之微影以及熱回流(f 1 ow)技術製作形成於電荷耦 合元件(CCD)之上。 鐾於前面所述之觀點,本發明提供一改進之封裝結構以克 服上述缺點。 【發明内容】
因此,本發明之主要目的在於提供一種用於影像感測器之 封裝及其製造方法,上述封裝例如晶片直接封裝(c〇B (Chip On Board)或微小間距球陣列(fbga,Fine-pitch
Ball Grid Array)封裝結構,該結構於微透鏡上不會產 生微粒污染。 ί ί,之另一目的在於使用破螭基板以避免上述微透鏡受 J诚粒污染。 鲫^ 4月之又一目的在於提供一種互補式金氧半導體影像感 染=封裝模組結構,上述封裝可直接清洗以去除微粒污 逯^明提供一種封裝結構。上述封裝結構包括一具有一微 基^區域之晶粒 '黏性薄膜圖案形成於上述晶片上以及一 貼附於上述黏性薄膜圖案上以覆蓋上述晶片上之微透
$ 8頁 4228121__^_ 五、發明說明(4) |鏡區域,進而產生一空氣間隙於其中。 ; 丨本發明提供另一種封裝結構。上述封裝結構包括一基板, 其包含=複數個連接墊(connecti〇n pads)。一晶粒置 |放=上述基板上,上述晶粒具有複數個焊墊,其係分別透 過複數個焊接線而連接上述連接墊。一黏性薄膜圖案形成 |於^述晶片上。一複數個燁.接球(s〇lder bai 1)形成於 上,基板上。一玻璃基板貼附於上述黏性薄膜上以覆蓋上 |述曰曰片上之一微透鏡區域,進而產生一空氣間隙於其中。 述封裝結構更包括一保護材料,覆蓋上述複數個焊接 、’17 。上數晶粒包括一微透鏡形成於其中。 I卜:本發明亦提供其他實施例之封裝模組之結構。上述 一裝杈組織結構包括一印刷電路板,包含複數個連接墊。 ^晶粒置放於上述印刷電路板之上,並且上述晶粒具有複 固焊墊分別透過複數個焊接線而連接上述之連接墊。一 2 =薄膜圖案形成於上述晶片上,一玻璃基板貼附於上述 薄膜圖案上以覆蓋上述晶片上之一微透鏡區域,進而 [7空氣間隙於其中。一透鏡座固定於上述印刷電路板 ’並且上述透鏡座包含至少一透鏡配置於其中。 li ί封裝模組ΐ ϊ更包括一保護材料’覆蓋上述複數個焊 上述封衣果組結構更包括一紅外線濾除裝置(I κ
第9頁 •1278121 _ I i- :------- -- 五、發明說明(5) 彳 〜〜 -— CART) /紅外線滤光器(i r f i 11 er)固定於上述‘鏡座之 •内或形成於上述玻璃基板之上,係用以濾除紅外線广丄 【實施方式】 U發明之一些實施例將詳細地敘述。然而,應該了解 除了這些明確之敘述外,本發明可以實施在一廣泛範圍2 其它實施例中’並且本發明之範圍沒有明確限制於上、成总 施例中,當視其後面之專利申請範圍而定。此外,不^, 件之部件並未依照比例顯示。上述相關部件之尺寸係被擴 大,並且無意義之部份將不顯示,以提供本發明更清楚= 敘述與理解。上述結構可適應於微小間距球陣列(F⑽ 以及COBS怨之封裝。本發明之封裝與晶片尺寸封裝(csp )比較,具有成本低以及製程簡單之優勢。上述晶片尺寸 封裝型態之封裝具有較高成本之問題。此外,上述微小間 距球陣列封裝之資料處理速度遠比傳統的利用内連接線設 計之薄型小尺寸封裝(TS0P,Thin SmaU 〇utUne
Package)來的、决。 :考_,提供一已處理晶圓100。上述已處理E 1φ 數個晶粒,其具有元件形成於其中。在一例 ::包;括影像感測器形成於其上。上述靡 ,1±尊g ffl : 了 口、凡件或互補式金氧半導體感測器。一1 、十,邦f生i二FI安形成於—基板1 0 1上,顯示如第一 8圖。上 述黏性溥馭圖案1 0 2之;^ M或π u Μ ;、為彈性材料,例如紫外線型態
1278121 a- 【… ' 丨· ..... 五、發明說明(6) •或熱型態材料。在一實施例中,上述彈性材料包^苯并環 ,丁貌(BCB)、石夕氧烧聚合物(SINR,Siloxane polymer )、環氧樹脂、聚醯亞胺(poly im ides)或樹脂。此外, 彈性薄膜圖案1 0 2可以由印刷、塗佈或黏貼方法形成。上 述基板101包括玻璃或石英。上述基板101之厚度大約自 1 0 0微米至2 0 0微米。接著,上述晶圓1 〇 〇之晶片邊(或元 件邊)連接至上述玻璃1 0 1之一彈性薄膜圖案】〇 2以暴露焊 墊1 0 5,例如鋁墊,顯示於第二圖中。因此,晶圓1 〇 〇中之 影像感測器(未顯示)之一微透鏡區域1 〇 4,覆蓋於上述 玻璃1 0 1之下。一微透鏡通常形成於影像感測器上表面之 上。上述晶粒之邊緣可以與上述彈性薄膜圖案1 〇 2接觸。 銘墊1 0 5不與上述彈性薄膜圖案1 〇 2接觸。上述已處理晶圓 1 0 0包括一複數個影像感測器元件於感測區域中。在習知 技術中,上述景> 像感測器包括一絕緣層形成於晶圓1 〇 〇 上。一彩色濾光層接著形成於具有次像素區域 (sub-pixel areas)之上述絕緣層之上,其適當地對準 晶圓100中之主動元件.另一層通常形成於^述^色滤光 層之上。一微透鏡可以利用熟知該項技術之技藝之一些方 法來處理.。適合作為微透鏡之一材料為三聚氰二樹脂一 (melamine resin)以及通用酚醛清漆(n〇v〇1 a幻基板 樹脂之一混合物。接著,一光阻形成於上述玻璃1〇1之 上。然後使用傳統之微影技術透過曝光以及顯影步驟形成 圖案103於上述光阻中。上述步驟實施於上述晶粒形成之
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1278121 -- ---- _ & ) 一- > ------- 五、發明說明(7) ' --- -
I
一光=形成圖案於玻璃101上,並暴露不與上述影像感測 益區域或微边鏡區域104對齊之區域。然後上述玻璃1〇1由 一濕姓刻製程蝕刻以去除位於—F , ^域1 0 6下之光阻曝露區 域之部份玻璃,結果曝露鋁墊丨η ζ、 _ 1丄05以及部分矽晶粒。舉例 而吕,上述濕I虫刻溶液為氫氟酸 (n0F>, ^ 丄 -(犯)或氧化蝕刻緩衝液 C BOL·)寺。然後去除光阻。上、+ , 1 η ^ &城透鏡區域1 0 4由玻璃 1 0 1保瘦以避免微粒污染。 參考第三圖,切割上述晶圓以怨 厶®主道邱七千」* 侍到一複數個個別之互補式 i ί + ^: 何件影像感測器晶粒110。由上述 :別々巧:微透鏡形成於上述晶粒110之上表面 上,上述分離玻璃1 11之邊绫盥 >从曰4 η , 遠'、象與味性薄膜圖案1 1 2相接觸。 位於日日粒11 〇邊緣之接觸執1 1 q土 a ^ A =又接觸墊U3未與彈性薄模圖案112接 =,璃m边過上述彈性薄膜圖案112附著於晶粒⑴之 氣間隙115產生於上述晶粒110與玻璃⑴之 間以及i政透鏡區域1 1 4之上。 ::第,目#為一細密球型網陣列封裝。上述微小間距 L二呌FBG-A)封裝之資料處理速度遠比傳統的利用内連 接線吕又计之薄型小尺寸封获广 丁訂衣(TSOP)來的快。類似以上之 敘述,一玻璃123係透過彈性薄膜圖案124附著於一晶粒 121之上表面、。接觸塾129形成於晶粒121之上邊以用於連 接V秦’。上述晶粒i 2 1包括互補式金氧半導體感測器或電
>第12頁 1278121 五、發明說明(8) f,合元件。鋁墊129分別透過複數條焊接線125遠:接至一 基板之連接塾128。接著,一保護材料或封裝材料126 約略覆盍玻璃1 2 3上之外的頂端複數條連接導線丨2 5、鋁墊 129以及連接墊128,以允許光通過其中。在一實施例中, 保護材料126包括複合物、液體複合物,兹且保護材料126 可以藉由灌膠或黏膠方法形成。舉例而言,上述基板12〇 包括一複數個焊接球122連接外部裝置。相同地,一微透 鏡可形成於微透鏡區域1 27之上,並且空氣間隙產生於上 述晶粒1 2 1以及玻璃1 2 3之間。玻璃1 2 3可以防止微透鏡受 到微粒污染。使用者可以使用液體或空氣沖洗以去除玻璃 1 2 3上的微粒而不傷害微透鏡。 · 參考第五圖,其係為一個別直接.晶片封裝之封裝模組。類 似以上所述,玻璃132透過彈性薄膜圖案133附著於一晶粒 1 3 1之上表面’並暴露鋁墊1 3 4以利於導線之連接。上述晶 粒121包括互補式金氧半導體感測器或電荷耦合元件影像 感測器。銘塾1 3 4分別透過複數個連接導線1 3 6連接至一印 刷電路板130之連接墊135。接著,一保護材料U7約略覆. 盍玻璃1 3 2上部之外的複數個連接導線1 3 6、鋁塾1 3 4以及 連接墊1 35,以允許光透過其中。在一實施例中,保護材 料1 3 7包括複合物、液體複合物,並且保護材料丨3 7可以藉 由灌膠或黏膠方法形成。同理,一微透鏡可以形於 鏡區域141之上,並且一空氣間隙產生於上述晶粒i3i以及 玻璃1 32之間。一透鏡座1 38係固定於印刷電路板i 3〇上以
1278121 __________ 五、發明說明(9) 固定一透鏡1 4 0。一濾光器]3 9,例如紅外線渡除政置(I R CART),固定至透鏡座138,用以濾除紅外線。在其它是 實例中,上述濾光器1 3 9包括一濾光膜層,例如紅外線濾 光層用以濾除紅外線,形成於玻璃132之上表面或下表面 以作為一濾光器。在一實施例中,紅外\線濾光層包括二氧 化鈦(Ti 02)、光觸媒。上述玻璃132可以防止微透鏡受 到微粒污染。使用者可以使用液體或空氣以去除玻璃1 3 2 上之微粒而不傷害微透鏡。 因此,根據本發明,前述封裝結構有以下優點:本發明之 上述微小間距球陣列或晶片直接封裝可防止微透鏡受到微 粒污染。此外,互補式金氧半導體/電荷耦合元件影像感 測器封裝模組結構可以直接清洗以去除微粒污染。’本發明 之細密球型網陣列或晶片直接封裝之製程十分簡單。 雖然特殊實施例已被描述與敘述,凡熟悉此領域之技藝. 者,在不脫離本專利精神或範圍内,所作之更動或潤飾, 均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計,且 應包含在下述之申請專利範圍内。
第14頁 1278121 ----V —......... "i:------- ----------------*------- ------------ 圊式簡單說明 【圖式簡單說明】 / 第一 A圊為本發明之包含一彈性薄膜圖案之一玻璃基板之 鲁 示意圖。 第一 B圖為本發明之一已處理晶圓之示意圖。 第二圖為本發明之晶圓與玻璃之結合之示意圖。 第三圖為本發明之一互補式金氧半導體/電荷耦合元件影 像感測Is晶粒之不意圖。 第四圖為本發明之一個別細密球型網陣列封裝結構之示意 圖。 第五圖為本發明之一個別晶片直接封裝之封裝模組結構之 示意圖。 【主要元件符號說明】 已處理晶圓 100 基板 1 01、1 2 0 彈性薄膜圖案 102、124、133 晶粒 10 3 微透鏡區域 104、127 焊墊 1 0 5 區域 1 0 6 影像感測器晶粒 1 10 玻璃 11 1、1 2 3、1 3 2 彈性薄膜圖案 1 1 2 接觸墊 11 3
>第15頁 1278121__ — 圊式簡單說明 微透鏡區域 11 4、1 4 1 •空氣間隙 115 晶粒 1 2 1、1 3 1 焊接球 1 2 2 焊接線 1 2 5、1 3 6 保護材料 1 2 6、1 3 7 連接墊 128、135 I呂 ^ 129、 134 印刷電路板 130 透鏡座 138 濾光器 139 透鏡140
第16頁
Claims (1)
1278121 ______ —_ 六、申請專利範圍 —1. 一種微小間距球陣列封裝結構,包括: 、晶粒,形成於一基板上,該晶粒具有一微透鏡區域; 黏性薄膜圖案,形成於該晶粒上; 透明材料,附著於該黏性薄膜圖案之上,以覆蓋該晶片上 之該微透鏡區域,進而產生一空氣間隙i其中; 第一焊墊形成於該基板之上以及第二焊墊形成於該晶粒 上; 導線,連接於該第一焊墊以及第二焊墊之間; 封裝材料覆蓋該導線;以及 導電凸塊附著於該基板之下表面上。 2.如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構,其 中該晶粒為一影像感測器。 3 .如申請專利範圍第2項之微小間距球陣列封裝結構,其 中該影像感測器為一互補式金氧半導體影像感測器。 4. 如申請專利範圍第2項之微小間距球陣列封裝結構,其 中該影像感測器為——電荷耦合元件影像感測器。 5. 如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構,其 中該黏性薄膜圖案為一彈性材料。 6. 如申請專利範圍第5項之微小間距球陣列封裝結構,其
第17頁 1278121_ __ _ 六、申請專利範圍 中該彈性材料包括紫外線型態或熱型態材料。 / 7. 如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構,其 中該黏性薄膜圖案係藉由印刷或黏貼方法形成。 8. 如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構,其 中該透明材料包括玻璃或石英。 9 .如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構,其 中該透明材料之厚度約為1 0 0微米至2 0 0微米。 1 0.如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構,其 中該封裝材料包括複合物或液體複合物。 1 1.如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構,其 中該封裝材料係藉由灌膠或黏膠方法形成。 1 2 . —種封裝模組之COB結構,包括: 一基板; 一晶粒,置於該基板之上,該晶粒具有複數個焊墊分別透 過複數個連接導線連接; 黏性薄膜圖案,形成於該晶粒上; 一透明材料附著於該黏性薄膜圖案上以覆蓋該晶粒上之一 微透鏡區域,進而產生一空氣間隙於其間;
第18頁 1278121 ___一 六、申請專利範圍 _ 一透鏡座固定於該基板上,該透鏡座包含至少一i鏡置放 、於其中; 第一焊墊,形成於該基板上,以及第二焊墊形成於該晶粒 上; 導線,連接於該第一焊墊以及第二焊墊之間;以及 封裝材料,覆蓋上述之導線。 13.如申請專利範圍第12項之封裝模組之COB結構,其中該 晶粒為一影像感測器。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之COB結構,其中該影像感測器 為一互補式金氧半導體影像感測器。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之封裝模組之COB結構,其中該 影像感測器為電荷耦合元件影像感測器。 16.如申請專利範圍第12項之封裝模組之COB結構,其中該 黏性薄膜之材料為彈性材料。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之封裝模組之COB結構,其中該 彈性材料包括紫外線型態或是熱型態材料。 1 8 .如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之COB結構,其中該 黏性薄膜圖案係藉由印刷或黏貼方法形成。
第19頁 Ι278Ί21 _________ _ 六、申請專利範圍 1 9.如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之COB結構,其中該 透明材料包括玻璃或石英。 2 0.如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之COB結構,其中該 透明材料之厚度為1 0 0微米至2 0 0微米。 2 1.如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之C0B結構,其中該 基板包括印刷電路板。 2 2 .如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之C0B結構,其中該 封裝材料包括複合物或液體複合物。 2 3 .如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之COB結構,其中該 封裝材料係利用灌膠或黏膠方法形成。 2 4 .如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之C0B結構,更包括 一濾光器形成於該透鏡座之内。 25.如申請專利範圍第24項之封裝模組之COB結構,其中該 濾光器為一紅外線濾光層形成於該基板之一表面上。 2 6 .如、申請專利範圍第2 5項之封裝模組之C0B結構,其中該 紅外線濾光層之材料包括二氧化鈦、光觸媒。 1278121_ ./ — a- -- ί - - —— - 一厂「 - -— --- 一 ' — ---------- 六、申請專利範圍 * « 27.如申請專利範圍第24項之封裝模組之COB結構,其中該 濾光器為紅外線濾光器,固定於該透鏡座中。
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