TWI469332B - 晶圓級影像晶片封裝及光機結構 - Google Patents

Description

晶圓級影像晶片封裝及光機結構

本發明係關於適用於晶圓級封裝技術的光機結構，更進一步的說，本發明係因應晶圓級封裝技術中，以透明材料包覆半導體結構的影像感測器的光機結構。

現行的影像感測器晶片(IC)主要係將裸晶(die)自晶圓(wafer)上切割下來後，再利用各種封裝方式封裝為晶片，例如以iDip、LGA或COB等封裝技術進行封裝。此類封裝技術是熟知本領域技術者所熟悉的技術內容，故於此不再贅述。

利用類似上述封裝技術所完成的晶片，具有一共通的外型特徵，即晶片外圍都被一黑色腔體所包覆，亦即現今常見的晶片形式。對於影像感測器晶片而言，此特徵可阻隔外界環境雜散光，因此影像感測器晶片在封裝完成後，可以直接適用於各種應用場合，例如使用在光學滑鼠中。影像感測器晶片可以直接經由高度定位而後固定，便可用來感測桌面的反射光線，以進行光學導航操作。

然而隨著半導體製程技術的演進，晶圓級封裝逐漸成為成熟的技術，在晶圓級封裝技術中，有以透明材料，例如玻璃或樹脂(Epoxy)，包覆在裸晶 上形成封裝結構的作法；例如，「晶片等級封裝(Chip Scale Package,CSP)」技術、「直通矽晶穿孔(Through -Silicon Via,TSV)」技術、OPLGA技術等等，皆可利用透明的玻璃或樹脂覆蓋在裸晶上以進行封裝。因此，這種封裝晶片並沒有黑色腔體結構，導致應用於影像感測器晶片時，周遭的光線可能會透過透明的玻璃或樹脂影響感測器的運作。

有鑑於此，可因應晶圓級封裝技術的新型態光機與定位結構，為影像感測業界所亟需。

本發明之目的係提出一適用於晶圓級封裝技術的光機結構與定位結構，特別適用於晶圓級影像晶片封裝。由於晶圓級封裝技術可使用透明材料，例如玻璃或樹脂，來覆蓋半導體電路的外層，因此完成封裝後的晶圓級影像晶片封裝表面並不具備黑色腔體的結構，無法有效阻擋周遭光線。因此，本發明提出一種光機結構與定位結構，用以將完成晶圓封裝後的晶片與光機結構及/或定位結構緊配固定在基板上，例如印刷電路板(PCB)，同時阻擋或吸收其餘不必要的光線。對於需要感測光線以產生影像訊號的影像感測器晶片而言，可有效避免影像感測器晶片受到周圍光線干擾而影響最後成像效果。

為達成上述目的，本發明提供一種晶圓級影像 晶片封裝，包含一裸晶、一中間層及一透明層。該裸晶具有一感測面且該感測面具有一感測區。該中間層設置於該感測面上該感測區外。該透明層透過該中間層結合於該裸晶，其中該透明層至少一部分表面上形成有一濾光層及一阻光層。

本發明另提供一種光機結構，包含一基板、一晶圓級影像晶片封裝、一光源及一緊配件。該晶圓級影像晶片封裝附接於該基板之一正面上並具有一感測區。該光源附接於該基板之該正面上。該緊配件固定於該基板，且包含一第一容置空間用以容置該光源、一第二容置空間用以容置該晶圓級影像晶片封裝及一阻隔區介於該第一容置空間及該第二容置空間之間。

本發明另提供一種光學滑鼠之光機結構，包含一基板、一晶圓級影像晶片封裝、一光源及一緊配件。該晶圓級影像晶片封裝及該光源附接於該基板上，且彼此相距一橫向距離。該緊配件固定於該基板並圍繞該晶圓級影像晶片封裝及該光源。

本發明實施例之光機結構中，該緊配件另包含一第一透光區及一第二透光區；該第一透光區係供該光源所發出之光穿透出該光機結構至一反射面；該第二透光區供該光機結構外該反射面之反射光穿透並到達該感測區；其中，該第一透光區及該第二 透光區為透鏡結構。

本發明實施例之光機結構中，該晶圓級影像晶片封裝具有彼此相對之一感測面及一背面，其中該晶圓級影像晶片封裝透過該背面附接於該基板之一正面上；該基板之該正面上具有電路配置以耦接該晶圓級影像晶片封裝。

本發明實施例之晶圓級影像晶片封裝中，提供至少一特定光波長濾光層塗布於該透明層及/或該裸晶之感測面至少一部分表面上，以使特定波長的光線能夠通過；例如，紅外光及藍光穿透濾光層(B+IR濾光層)即可使藍光與紅外光通過；紅外光穿透濾光層(IR濾光層)即可使紅外光通過。

本發明實施例之晶圓級影像晶片封裝中，提供至少一反光層，包含金屬成份，塗布於該透明層及/或該裸晶之感測面至少一部分表面上，以使特定光線能被該反光層反射，而無法進入影像晶片。

本發明實施例之光機結構中，提供一緊配件固定於基板上，並在影像晶片塗布了阻光層以及特定波長濾波層後，直接將晶片固定在基板上。

本發明實施例之光機結構中，晶圓級影像晶片封裝可直接焊接於基板上，而後直接將緊配件合於晶圓級影像晶片封裝上，並將緊配件固定於基板 上，緊配件與影像晶片便可維持穩定的相對位置。

為了讓本發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，作詳細說明如下。以下實施例及圖式中，與本發明無關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例，於此合先敘明。

第1圖顯示本發明實施例之晶圓級影像晶片封裝1之示意圖。晶圓級影像晶片封裝1包含一透明層11、一裸晶13及一中間層15；其中，該透明層11例如為一玻璃層或一樹脂層；該中間層15介於該裸晶13與該透明層11之間而具有緩衝以及結合該透明層11及該裸晶13的功能。該裸晶13為一光感測元件，其係為形成於晶圓上之一半導體電路結構；該裸晶13具有一感測面131且該感測面具有一感測區132；其中，該感測區132可大致位於該感測面131的中央，但並不以此為限。該中間層15位於該感測面131上該感測區132之外側，當然較佳避免遮蔽該感測區132。該透明層11具有一內表面11_IS 面向該裸晶13、一外表面11_OS 相對該內表面11_IS 以及一側面11_SS 。本發明實施例中，該透明層11及/或該裸晶13之感測面131至少一部分表面上形成有一濾光層及一阻光層；其中該阻光層可為一反光 層或一吸收層(容詳述於後)。

本實施例中，反光層可塗布於位置101、111、131及151至少其中之一上；特定波長濾光層可塗布於位置103、113及133至少其中之一上；亦即，濾光層可形成於內表面11_IS 、外表面11_OS 及裸晶13之感測面131至少其中之一至少一部分表面上，其中濾光層較佳相對於裸晶13之感測區132；反光層可形成於內表面11_IS 、外表面11_OS 、側面11_SS 及裸晶13之感測面131至少其中之一至少一部分表面上。由於反光層具有金屬成份，例如鉻或者其他金屬成份，故可以有效限制光線從不具有反光層塗布的範圍進入透明層11或裸晶13。特定波長濾光層可與反光層可部份重疊，並不會影響彼此的功能。本實施例中，位置103、113及133可視為光感測元件之一有效視野範圍，其較佳相對感測區132。

當反光層係以較高溫度形成時，透明層11的材料便需要選擇可以耐受高溫的材料，例如玻璃，此時便不適用不具耐熱特性的樹脂。

特定波長濾光層用以使特定波長的光線能夠通過，例如紅外光及藍光穿透濾光層(B+IR濾光層)即可使藍光與紅外光通過；紅外光穿透濾光層(IR濾光層)即可使紅外光通過。隨著晶片1不同的設計，可選用不同的濾光層；舉例而言，在使用藍色光源的 光學滑鼠，便可選用B+IR濾光層；而在使用不可見光的光學滑鼠，便可選用IR濾光層。

某些特定光波長濾光層為軟質，則不適合塗布在晶圓級影像晶片封裝1的最外層，亦即不適合塗布在位置133，以避免濾光層被破壞或者刮傷。此時，濾光層較佳形成於透明層11之內表面11_IS 或直接塗佈於裸晶13之感測面131。

前述濾光層與反光層可搭配光機與感測元件的設計，同時塗布在不同位置上，以促使其整體反射與吸收效果合於整體設計，例如可同時在位置103與113塗布濾光層。

另一實施例中，當所要接收的光為可見光時，可利用IR濾光層來吸收阻擋可見光，此時IR濾光層便可以塗佈於前一實施例中反光層所形成的位置，亦即位置101、111、131及151至少其中之一，以作為吸收層；換句話說，位置101、111、131及151至少其中之一上可形成一反光層或一吸收層以作為一阻光層。由於IR濾光層可吸收可見光，因此僅有未被IR濾光層所覆蓋的區域可容許可見光通過，以達成有效限制可見光通過的目的。換句話說，透明層11及裸晶13之感測面131上形成反光層或吸收層係根據光感測元件之操作特性而決定。

第2圖顯示本發明實施例之光機結構之示意 圖；其中，晶圓級影像晶片封裝21(以下簡稱為晶片21)係為已經完成晶圓級封裝的感測晶片，其可利用如第1圖的方式形成；亦即，晶片21包含一裸晶13及一透明層11經由一中間層15互相結合；該透明層11及/或該裸晶13之感測面131至少一部分表面上形成有一反光層及一阻光層(參考第1圖及相關說明)。第2圖係為光機結構應用於一光學滑鼠之示意圖，因此還包含一光源24，其可發射光線穿過緊配件23抵達一反射面S，而後反射的光線再穿過緊配件23後抵達晶片21。

詳而言之，本實施例之光機結構包含一基板22、一晶圓級影像晶片封裝21、一緊配件23及一光源24。該晶片21附接於該基板22之一正面22S上並具有一感測區132(如第1圖所示)。該光源24附接於該基板22之該正面22S上，並朝向遠離該正面22S之方向發光。該緊配件23固定於該基板22；其中，該緊配件23較佳圍繞該晶片21及該光源24以避免灰塵進入。該緊配件23具有一第一容置空間231用以容置該光源24、一第二容置空間232用以容置該晶片21以及一阻隔區235介於該第一容置空間231及該第二容置空間232之間。該緊配件23並具有一第一透光區233相對該光源24及一第二透光區234相對該晶片21，較佳相對該晶片21之感測區132。該第一透光區233係供該光源24所發出之 光穿透出光機結構至該反射面S；該第二透光區234供光機結構外該反射面S之反射光穿透至該晶片21之該感測區132。

本實施例之光機結構通常設置於一殼體3內，例如一滑鼠殼體，殼體3可置放於一反射面S供一使用者操控且殼體3具有一底孔30。光源24發出的光經過第一透光區233及底孔30照明反射面S；反射面S之反射光(包含雜散光)再度透過底孔30並穿過第二透光區234到達晶片21之感測區132。

緊配件23的形狀可配合晶片21與光源24而設計，但並不以此為限，只要能夠達成避免灰塵進入的功能即可。

本發明實施例中，緊配件23可透過懸臂樑的結構扣合在基板22上，因此基板22需要預先鏤空孔洞，以使懸臂樑能夠穿過孔洞扣合，孔洞的尺寸需可容納懸臂樑穿過，但無須緊密貼合懸臂樑。

由第2圖可知，緊配件23在晶片21前方(即第二透光區234)及光源24前方(即第一透光區233)設置有導光結構。本實施例中，光源24前方的導光結構主要係使光源24所發射的光線能夠彎折而朝向反射面S，而在晶片21前端的導光結構主要係匯聚來自反射面S的反射光線；亦即，第一透光區233及第二透光區234例如可為透鏡結構。可以了解的 是，第2圖中所顯示的光行進方向僅為例示性。

晶片21係可透過焊球或凸塊方式連接基板22。

本發明實施例中，緊配件23內在光源24與晶片21之間所設置之阻隔區235可為一鏤空區域、一表面粗糙的鏤空區域或者填入其他填充物，以使光源24的光線不會側向洩漏到晶片21所在的區域；其中，該填充物可為任何適當材料之不透光填充物。

本實施例同時揭露緊配件23位於光源24前端的導光結構(即第一透光區233)與位於晶片21前端的導光結構(即第二透光區234)，不需位於同一平面，可視需求進行調整。當然，第一透光區233及第二透光區234亦可位於相同平面。

請參照第3圖所示，其顯示本發明另一實施例之光機結構之示意圖；其與第2圖所示實施例的主要差異在於，緊配件23可無須貼合晶片21，由於晶片21已經塗布阻光層及濾波層(參考第1圖及相關說明)。因此本實施例中，緊配件23僅需維持與晶片21之間的相對位置。換句話說，本發明實施例中，緊配件23可貼合或不貼合晶片21。

前述實施例中的基板22可為印刷電路板等硬質的基板，用以結合並固定緊配件23，同時基板22之正面22S上具有電路布局，以便與晶片21電性連 結。另外，緊配件23能夠藉由其他結合方式與基板22結合，例如但不限於，以螺絲鎖住緊配件23與基板22，以便維持各元件間穩定的相對位置。

綜上所述，本發明之光機結構可將晶圓級影像晶片封裝定位在預設位置，同時在影像感測應用技術的應用場合中，可透過阻光層阻擋或者吸收影像感測元件周遭的光線，使影像感測系統順利運作。

雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧晶圓級影像晶片封裝

11‧‧‧透明層

11_IS ‧‧‧透明層之內表面

11_OS ‧‧‧透明層之外表面

11_SS ‧‧‧透明層之側面

13‧‧‧裸晶

131‧‧‧感測面

132‧‧‧感測區

15‧‧‧中間層

101、111、131、151‧‧‧阻光層

103、113、133‧‧‧濾光層

21‧‧‧晶圓級影像晶片封裝

22‧‧‧基板

22S‧‧‧基板正面

23‧‧‧緊配件

231‧‧‧第一容置空間

232‧‧‧第二容置空間

233‧‧‧第一透光區

234‧‧‧第二透光區

235‧‧‧阻隔區

24‧‧‧光源

3‧‧‧殼體

30‧‧‧底孔

S‧‧‧反射面

第1圖顯示本發明實施例之晶圓級影像晶片封裝之示意圖。

第2圖顯示本發明實施例之光機結構及應用該光機結構之光學滑鼠之示意圖。

第3圖顯示本發明另一實施例之光機結構及應用該光機結構之光學滑鼠之示意圖。

21‧‧‧晶圓級影像晶片封裝

22‧‧‧基板

22S‧‧‧基板正面

23‧‧‧緊配件

231‧‧‧第一容置空間

232‧‧‧第二容置空間

233‧‧‧第一透光區

234‧‧‧第二透光區

235‧‧‧阻隔區

24‧‧‧光源

3‧‧‧殼體

30‧‧‧底孔

S‧‧‧反射面

Claims (19)

1. 一種晶圓級影像晶片封裝，包含：一裸晶，具有一感測面，該感測面具有一感測區；一中間層，設置於該感測面上該感測區外；以及一透明層，透過該中間層結合於該裸晶，其中該透明層至少一部分表面上形成有一濾光層，該透明層垂直該感測面之一側面塗布一阻光層。
2. 依申請專利範圍第1項之晶圓級影像晶片封裝，其中該透明層另具有一內表面面向該裸晶及一外表面相對該內表面，該濾光層形成於該內表面及該外表面至少其中之一上，該阻光層另形成於該內表面及該外表面至少其中之一上。
3. 依申請專利範圍第1項之晶圓級影像晶片封裝，其中該裸晶之該感測面上另形成有一濾光層及一阻光層。
4. 依申請專利範圍第1至3項其中一項之晶圓級影像晶片封裝，其中該濾光層為一紅外光穿透濾光層或一紅外光及藍光穿透濾光層。
5. 依申請專利範圍第1至3項其中一項之晶圓級影像晶片封裝，其中該濾光層對位於該感測區。
6. 依申請專利範圍第1項之晶圓級影像晶片封裝，其中該透明層為一玻璃層或一樹脂層。
7. 一種光機結構，包含：一基板，具有一正面； 一晶圓級影像晶片封裝，附接於該基板之該正面上並具有一感測區；一光源，附接於該基板之該正面上；以及一緊配件，固定於該基板且貼合該晶圓級影像晶片封裝，並包含一第一容置空間用以容置該光源、一第二容置空間用以容置該晶圓級影像晶片封裝及一阻隔區，該阻隔區為該緊配件之一部分延伸至該基板之該正面且介於該第一容置空間及該第二容置空間之間。
8. 依申請專利範圍第7項之光機結構，其中該光機結構應用於一光學滑鼠。
9. 依申請專利範圍第7項之光機結構，其中該緊配件另包含一第一透光區相對該光源及一第二透光區相對該晶圓級影像晶片封裝之該感測區。
10. 依申請專利範圍第9項之光機結構，其中該第一透光區及該第二透光區為透鏡結構。
11. 依申請專利範圍第7項之光機結構，其中該晶圓級影像晶片封裝包含一裸晶及一透明層經由一中間層相結合，該晶圓級影像晶片封裝之該感測區位於該裸晶之一感測面上，該透明層至少一部分表面上形成有一濾光層及一阻光層。
12. 依申請專利範圍第11項之光機結構，其中該透明層具有一內表面面向該裸晶、一外表面相對該內表面及一側面，該濾光層形成於該內表面及該外表面 至少其中之一上，該阻光層形成於該內表面、該外表面及該側面至少其中之一上。
13. 依申請專利範圍第11項之光機結構，其中該裸晶之該感測面上另形成有一濾光層及一阻光層。
14. 依申請專利範圍第11至13項其中一項之光機結構，其中該濾光層為一紅外光穿透濾光層或一紅外光及藍光穿透濾光層。
15. 依申請專利範圍第7項之光機結構，其中該阻隔區為一鏤空區域或一不透光填充物。
16. 一種光學滑鼠之光機結構，包含：一基板；一晶圓級影像晶片封裝，附接於該基板上；一光源，附接於該基板上；以及一緊配件，固定於該基板且貼合該晶圓級影像晶片封裝，並包含圍繞該晶圓級影像晶片封裝及該光源之至少一側壁，其中該側壁之至少一部份延伸至該基板並介於該晶圓級影像晶片封裝及該光源間。
17. 依申請專利範圍第16項之光機結構，其中該晶圓級影像晶片封裝包含一裸晶及一透明層經由一中間層相結合，該透明層及/或該裸晶至少一部分表面上形成有一濾光層及一阻光層。
18. 依申請專利範圍第17項之光機結構，其中該透明層具有一內表面面向該裸晶、一外表面相對該內表面及一側面，該濾光層形成於該內表面、該外表面 及該裸晶至少其中之一上，該阻光層形成於該內表面、該外表面、該側面及該裸晶至少其中之一上。
19. 依申請專利範圍第16項之光機結構，其中該緊配件另包含一透鏡結構相對該晶圓級影像晶片封裝及一透鏡結構相對該光源。