TWI449162B - 具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組之製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係為一種影像感測器模組之製造方法，特別為一種應用於減少影像感測器模組高度及簡化製程之具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組之製造方法。
習知照相機模組中包含有影像感測器、IR濾光片、透鏡和用於固持這些元件的固持器。其中，影像感測器為用以拍攝物體影像的半導體器件，並可應用於數位相機(DSC)、數位攝影機(DV)、安全監控、行動電話、車用影像感測器模組等各式電子產品。然而，為了滿足各種電子產品需具有輕薄短小之優點並可大量製造之需求，因此必須有效地簡化製造流程以及縮小影像感測器模組結構的尺寸，所以各廠商無不在製程和結構上做改良。
影像感測器模組的封裝方式主要有二種，一種是COB(Chip On Board)方式，其係將影像感測器晶片直接安裝在基板上，並藉由金屬導線電性連接影像感測晶片與基板，接著再將一透光蓋(例如玻璃)設置於影像感測晶片的上方，進而使光線可穿透過透光蓋並被影像感測晶片所擷取。而另一種則是晶片尺寸級封裝(Chip Scale Package,CSP)方式，而以晶片尺寸級封裝方式封裝的影像感測器模組，其尺寸大小更可符合縮小封裝體體積的要求。
但是，以COB方式封裝影像感測器模組卻會遇到以下的問題及限制。例如，單位級封裝方式所造成的低生產率、在製造過程期間易因塵粒的引入而造成的高缺陷率、高潔淨度的無塵室(clean room)設備的高投資和維護費用、對小型化的限制…等。
所以，由以上可得知封裝過程及其結構實在是影響產品良率的重要因素之一，而且該如何有效縮小影像感測器模組的高度、體積也是各界亟欲努力達成的目標。此外，若可大幅縮短影像感測器模組製程的週期時間(Cycle Time)、提升單位時間產出(throughput)及整體產品良率，也將可有助於增加影像感測器模組的市場應用。
本發明係為一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組之製造方法，其係藉由將影像感測晶片及晶圓級透鏡組依其製造品質進行分級篩選，再根據品質分級篩選結果分配晶圓級透鏡組設置於同等級的影像感測晶片，進而提高影像感測器模組之製造良率。
本發明係為一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組之製造方法，因封裝製程所使用的封裝膠材可包覆晶圓級透鏡組的四周，並可達到遮光的功效，因此無須再增加遮光罩或於晶圓級透鏡組側邊塗上遮光材料的製程。
本發明係為一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組
之製造方法，藉由封裝膠材包覆晶圓級透鏡組之四周，可避免光線由晶圓級透鏡組的側邊漏光並入射至影像感測晶片，因此可維持影像感測器模組之影像感測效能。
本發明係為一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組之製造方法，透過晶圓級製程可降低影像感測器模組整體的高度，更可減少材料之使用而達到降低成本的功效。
為達上述功效，本發明係提供一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組結構之製造方法，其包括下列步驟：提供一矽晶圓，其包括複數個影像感測晶片，每一影像感測晶片具有一感光區；提供一透鏡組晶圓，其包括複數個晶圓級透鏡組，每一晶圓級透鏡組皆具有一特定焦距；將此些影像感測晶片及此些晶圓級透鏡組根據不同品質分級篩選；依照品質分級篩選結果分配每一晶圓級透鏡組設置於同等級之每一影像感測晶片上，並使每一晶圓級透鏡組正對一感光區；以及進行一封裝製程，利用一封裝膠材設置於矽晶圓之一第一表面上，並使封裝膠材包覆此些晶圓級透鏡組之四周。
藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效：
一、透過品質分級篩選的機制將品質較佳的晶圓級透鏡組封裝於同樣品質較佳的影像感測晶片，以達到提高影像感測器模組產品製造良率之功效，並使得本製造方法更適合於量產。
二、利用晶圓級封裝方式以降低影像感測器模組結構之高度及整體體積，並且因整體材料使用較為節省，故可達到成本降低之目的。
三、封裝膠材不但可以用以封裝影像感測器模組、保護晶圓級透鏡組，更可用以防止光線經由晶圓級透鏡組側邊入射至影像感測晶片而造成的雜散光。
四、因為晶圓級透鏡組是已預先組立並測試完成的零組件，所以無需再進行調焦製程，因此可減少調焦設備與調焦人力的成本支出，更可簡化製造影像感測器模組的製程。
五、由於晶圓級透鏡組已預先組立並測試完成，因此使得元件的組合更為簡單，而且接合介面更少，所以可大幅減少累積的傾斜公差，並使得晶圓級透鏡組相對於成像面的傾斜度控制更為容易，因此可提升影像感測器模組之產品良率。
六、可達到輕薄短小外型之功效，以符合目前電子產品之需求。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
第1圖係為本發明之一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組結構之結構實施例圖。第2圖係為本發明之一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組結構之製造方法流程實施例
圖。第3圖係為第2圖中進行封裝製程步驟之第一實施流程圖。第4圖係為第2圖中進行封裝製程步驟之第二實施流程圖。
第5A圖係為本發明之一種具有複數個影像感測晶片10的矽晶圓40之實施例示意圖。第5B圖係為本發明之一種具有晶圓級透鏡組20的透鏡組晶圓60之實施例示意圖。第5C圖係為第2圖中依照品質分級篩選結果分配每一晶圓級透鏡組20設置於同等級之每一影像感測晶片10上之實施例示意圖。第6A圖至第6C圖係為第3圖中進行封裝製程步驟之第一實施流程之示意圖。第7A圖至第7C圖係為第4圖中進行封裝製程步驟之第二實施流程之示意圖。第8圖係為本發明之一種於矽晶圓40第二表面42佈植焊球50之實施例示意圖。第9圖係為本發明之一種切割矽晶圓40以形成複數個影像感測器模組結構之實施例示意圖。
如第1圖所示，本實施例係提供一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組結構，其包括：一影像感測晶片10；一晶圓級透鏡組20；以及一封裝膠材30。
其中，影像感測晶片10係具有一第一表面11及一第二表面12，其分別為影像感測晶片10的上表面及下表面。第一表面11上設置有複數個感光元件13，並且感光元件13係排列成陣列並設置於第一表面11上的感光區111中，進而用以感測光線。於第一表面11上設置有複數個第一導電接點112，其係圍繞設置於感光區111之外側，並電性連接於感光元件13(透過影像感測晶片10內設置的電路結構)。
又影像感測晶片10包含至少一導電通道14，其係穿透影
像感測晶片10，並且導電通道14的一端電性連接於第一導電接點112，而另一端則電性連接於第二表面12上的複數個植球焊墊121，以作為感光元件13與外界電性連接的通道。
而於影像感測晶片10之第二表面12上可進一步佈植焊球50，並電性連接於植球焊墊121，以於第二表面12上形成一球柵陣列51(請同時參考第8圖)。焊球50不但電性連接於植球焊墊121，而且也透過植球焊墊121與導電通道14電性連接，因此可作為感光元件13與外界電性連接的介面。
接著，請繼續參考第1圖，晶圓級透鏡組20，係對應設置於感光區111上方。其中，晶圓級透鏡組20指的是以晶圓製造方式所製造的高準度透鏡組，並且因在製造時已經經過精確地測試，所以晶圓級透鏡組20具有一特定焦距，而且因晶圓級透鏡組20為預先組立測試完成的模組，所以在本晶圓級影像感測器模組的製造過程無需再經過影像調焦的製程，故可以減少調焦設備的投資與調焦人力的成本。
封裝膠材30，其設置於第一表面11上並包覆著晶圓級透鏡組20的四周。其中，依封裝方式的不同，封裝膠材30可為一模塑封膠(mold compound)或一液態封膠(liquid compound)。又由於封裝膠材30可以為不透光的材質，因此可利用不透光的封裝膠材30避免光線由晶圓級透鏡組20的側邊入射至影像感測器模組結構中。
如第2圖至第4圖所示，上述之具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組結構之製造方法包括下列步驟：提供一矽晶圓(S100)；提供一透鏡組晶圓(S200)；根據不同品質分級篩選影
像感測晶片及晶圓級透鏡組(S300)；依照品質分級篩選結果分配每一晶圓級透鏡組設置於同等級之每一影像感測晶片上(S400)；進行一封裝製程(S500)；佈植焊球(S600)；以及切割矽晶圓，以形成複數個影像感測器模組結構(S700)。
提供一矽晶圓(S100)：如第5A圖所示，矽晶圓40可以為一矽導孔(Through-Silicon Vias,TSV)晶圓。矽導孔晶圓的剖視結構係如第1圖所示，其藉由在晶圓結構上形成導孔，並於導孔中設置導電通道14，以利用導電通道14與矽晶圓40的第一表面41(即影像感測晶片10的第一表面11)上的第一導電接點112電性連接，而且導電通道14也可延伸設置於第二表面42(即影像感測晶片10的第二表面12)。又可形成一再佈線層(Re-distribution Layer)(圖未示)於第二表面42，而再佈線層可以與形成柵格陣列(Land Grid Array,LGA)形式的植球焊墊121電性連接，以藉由再佈線層佈置於植球焊墊121間之間距。
矽晶圓40中包括複數個影像感測晶片10，並且於每一影像感測晶片10的第一表面11(即為矽晶圓40的第一表面41)上皆具有一感光區111，而第一導電接點112則環繞設置於感光區111的外側(請參考第1圖)。
提供一透鏡組晶圓(S200)：如第5B圖所示，透鏡組晶圓60係為以晶圓製造方式所製造的高準度透鏡組，並且包括複數個晶圓級透鏡組20。而且因在製造過程晶圓級透鏡組20已經過精確地測試，所以晶圓級透鏡組20已具有經過測試的特定焦距，並且透鏡組晶圓60在經過切割後可分為複數個晶圓級透鏡組20。
根據不同品質分級篩選影像感測晶片及晶圓級透鏡組(S300)：矽晶圓40中的每一影像感測晶片10都要先經過測試，以確定影像感測晶片10可正常運作並確認其品質。同樣的，晶圓級透鏡組20也需要經過測試，以檢查晶圓級透鏡組20的品質。因此，在測試檢查影像感測晶片10及晶圓級透鏡組20後，可依據不同品質分級篩選影像感測晶片10及晶圓級透鏡組20，以將影像感測晶片10及晶圓級透鏡組20進行分類。
依照品質分級篩選結果分配每一晶圓級透鏡組設置於同等級之每一影像感測晶片上(S400)：根據品質分級篩選結果，可將影像感測晶片10及晶圓級透鏡組20至少大致區分為良好及較差兩大類，因此如第5C圖所示，可將良好的晶圓級透鏡組20分配設置於良好的影像感測晶片10上，而將相對較差的晶圓級透鏡組20分配設置於相對較差的影像感測晶片10上，藉此可以提高影像感測器模組結構產品的製造良率。
其中，每一晶圓級透鏡組20係正對每一影像感測晶片10之感光區111(如第1圖所示)，以使得光線可穿透過晶圓級透鏡組20中的透鏡，並聚焦於影像感測晶片10的感光元件13。
進行一封裝製程(S500)：可同時參照第6C圖及第7C圖，藉由封裝製程使封裝膠材30設置於矽晶圓40之第一表面41上，並使封裝膠材30包覆晶圓級透鏡組20之四周，以封裝矽晶圓40上的晶圓級透鏡組20及影像感測晶片10。其中，封裝製程(S500)可為二種實施態樣，分別敘述如下。
如第3圖所示，封裝製程(S500)的第一種實施態樣包括下列步驟：設置一攔壩於第一表面之邊緣，並形成一環狀結構
(S510)；以及塗佈封裝膠材於攔壩內，且使封裝膠材包覆晶圓級透鏡組之四周(S511)。
設置一攔壩於第一表面之邊緣，並形成一環狀結構(S510)：如第6A圖所示，於矽晶圓40第一表面41之邊緣設置一攔壩43，以於矽晶圓40的外圍形成一環狀結構，進而使設置有晶圓級透鏡組20的影像感測晶片10都在攔壩43所形成的環狀結構中。
塗佈封裝膠材於攔壩內，且使封裝膠材包覆晶圓級透鏡組之四周(S511)：如第6B圖及第6C圖所示，利用點膠(dispensing)技術使封裝膠材30塗佈於第一表面41上，並使得封裝膠材30填滿攔壩43及晶圓級透鏡組20之間，以使得封裝膠材30包覆晶圓級透鏡組20之四周，但不覆蓋到晶圓級透鏡組20的上緣，其中所使用的封裝膠材30為液態封膠(liquid compound)。
又如第4圖所示，封裝製程(S500)的第二種實施態樣包括下列步驟：放置具有晶圓級透鏡組之矽晶圓於一模具中(S520)；注入封裝膠材於模具之模穴中，以使封裝膠材包覆晶圓級透鏡組之四周(S521)；以及轉移成型並固化封裝膠材(S522)。
放置具有晶圓級透鏡組之矽晶圓於一模具中(S520)：如第7A圖所示，將已設置有晶圓級透鏡組20的矽晶圓40放置於一模具70中。而模具70包括有一上模具71及一下模具72，其中上模具71之內表面係抵住晶圓級透鏡組20之上緣，而下模具72用以承載矽晶圓40並抵住矽晶圓40的第二表面42。
又為了避免模造成型時，上模具71直接接觸到晶圓級透
鏡組20的上緣而造成晶圓級透鏡組20上緣溢膠，上模具71可包含利用真空吸附之一緩衝層73，並設置於晶圓級透鏡組20與上模具71之間，用以抵住晶圓級透鏡組20的上緣，進而防止晶圓級透鏡組20上緣之溢膠現象。
注入封裝膠材於模具之模穴中，以使封裝膠材包覆晶圓級透鏡組之四周(S521)：請參考第7A圖，可將封裝膠材30注入於模具70所形成的模穴中，並使得封裝膠材30得以包覆晶圓級透鏡組20之四周，但不覆蓋到晶圓級透鏡組20的上緣。
轉移成型並固化封裝膠材(S522)：請再同時參考第7B圖及第7C圖，將封裝膠材30注入模具70之模穴後，可藉由模具70加壓以使得封裝膠材30轉移成型後，再開模進行後烘烤(Post Mold Cure)製程以固化封裝膠材30。其中，所使用的封裝膠材30為一模塑封膠(mold compound)。
請再參考第2圖，完成上述封裝製程(S500)後，可再進行佈植焊球(S600)；以及切割矽晶圓，以形成複數個影像感測器模組結構(S700)。
佈植焊球(S600)：如第8圖所示，於完成封裝製程後，可翻轉矽晶圓40並於第二表面42上佈植焊球50，並使焊球50佈植於植球焊墊121上，並形成一球柵陣列51，藉此使影像感測晶片10可經由第一導電接點112、導電通道14、植球焊墊121及焊球50與外部裝置(如電路基板)進行電性連接。
切割矽晶圓，以形成複數個影像感測器模組結構(S700)：請同時參考第9圖，可依照預設的切割線80切割矽晶圓40，藉此形成複數個影像感測器模組結構，而影像感測器模組結構
則如第1圖所示。
藉由本實施例之實施，可利用依品質分級篩選的機制，使同等級的晶圓級透鏡組20和影像感測晶片10可相互組裝，進而提高影像感測器模組結構產品之製造良率。再者，因可以選用不透光的封裝膠材30，所以可以達到遮光的功效，因此無須再增加遮光罩或再增加塗佈遮光材料的製程即可避免因光線由晶圓級透鏡組20側邊入射所造成之影像品質不良問題，例如眩光(Flare)問題。
此外，因為是使用矽導孔製程技術的矽晶圓40，所以不但可以免去如COB製程中基板的設置，並可藉此減少影像感測器模組結構整體的高度。而且因晶圓級透鏡組20的組裝結構於製造時已固定，並具有特定的焦距，所以也無須再經過調焦製程，因此不但可以簡化影像感測器模組結構的製程步驟，更可減少影像感測器模組的高度，以達到減少材料使用而達到降低成本的功效。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
10‧‧‧影像感測晶片
11、41‧‧‧第一表面
111‧‧‧感光區
112‧‧‧第一導電接點
12、42‧‧‧第二表面
121‧‧‧植球焊墊
13‧‧‧感光元件
14‧‧‧導電通道
20‧‧‧晶圓級透鏡組
30‧‧‧封裝膠材
40‧‧‧矽晶圓
43‧‧‧攔壩
50‧‧‧焊球
51‧‧‧球柵陣列
60‧‧‧透鏡組晶圓
70‧‧‧模具
71‧‧‧上模具
72‧‧‧下模具
73‧‧‧緩衝層
80‧‧‧切割線
第1圖係為本發明之一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組結構之結構實施例圖。
第2圖係為本發明之一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模
組結構之製造方法流程實施例圖。
第3圖係為第2圖中進行封裝製程步驟之第一實施流程圖。
第4圖係為第2圖中進行封裝製程步驟之第二實施流程圖。
第5A圖係為本發明之一種具有複數個影像感測晶片的矽晶圓之實施例示意圖。
第5B圖係為本發明之一種具有晶圓級透鏡組的透鏡組晶圓之實施例示意圖。
第5C圖係為第2圖中依照品質分級篩選結果分配每一晶圓級透鏡組設置於同等級之每一影像感測晶片上之實施例示意圖。
第6A圖至第6C圖係為第3圖中進行封裝製程步驟之第一實施流程之示意圖。
第7A圖至第7C圖係為第4圖中進行封裝製程步驟之第二實施流程之示意圖。
第8圖係為本發明之一種於矽晶圓第二表面佈植焊球之實施例示意圖。
第9圖係為本發明之一種切割矽晶圓以形成複數個影像感測器模組結構之實施例示意圖。
10‧‧‧影像感測晶片
11‧‧‧第一表面
111‧‧‧感光區
112‧‧‧第一導電接點
12‧‧‧第二表面
121‧‧‧植球焊墊
13‧‧‧感光元件
14‧‧‧導電通道
20‧‧‧晶圓級透鏡組
30‧‧‧封裝膠材
50‧‧‧焊球
Claims (4)
- 一種具有特定焦距之晶圓級影像感測器模組結構之製造方法，其包括下列步驟：提供一矽晶圓，其包括複數個影像感測晶片，每一該影像感測晶片具有一感光區；提供一透鏡組晶圓，其包括複數個晶圓級透鏡組，每一該晶圓級透鏡組皆具有一特定焦距；將該些影像感測晶片及該些晶圓級透鏡組根據不同品質分級篩選；依照品質分級篩選結果分配每一該晶圓級透鏡組設置於同等級之每一該影像感測晶片上，並使每一該晶圓級透鏡組正對一該感光區；以及進行一封裝製程，利用一封裝膠材設置於該矽晶圓之一第一表面上，並使該封裝膠材包覆該些晶圓級透鏡組之四周；其中，該進行一封裝製程之步驟又包括有下列流程步驟：設置一攔壩於該第一表面之邊緣，並形成一環狀結構；塗佈該封裝膠材於該攔壩內，且使該封裝膠材包覆該些晶圓級透鏡組之四周，但不覆蓋該些晶圓級透鏡組之上緣；放置具有該些晶圓級透鏡組之該矽晶圓於一模具中，其中該模具包括一上模具及一下模具，且該上模 具具有利用真空吸附之一緩衝層以抵制住該些晶圓級透鏡組之上緣，而該下模具則抵制住該矽晶圓之一第二表面；注入該封裝膠材於該模具之模穴中，以使該封裝膠材包覆該些晶圓級透鏡組之四周，但不覆蓋該些晶圓級透鏡組之上緣；及轉移成型該封裝膠材後，開模並進行後烘烤製程以固化該封裝膠材。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該矽晶圓係為一矽導孔(Through-Silicon Vias,TSV)晶圓，該矽導孔晶圓之一第二表面形成有一再佈線層，並於該第二表面形成有複數個植球焊墊。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其中該封裝膠材係為一模塑封膠(mold compound)。
- 如申請專利範圍第1項所述之製造方法，其於進行該封裝製程後進一步包括下列步驟：於該矽晶圓之一第二表面佈植焊球；以及切割該矽晶圓，以形成複數個影像感測器模組結構。
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