TWI476876B - 窗口式影像模組結構 - Google Patents

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Description

窗口式影像模組結構
本發明係關於半導體元件結構，特別係一整合透鏡架以及影像感測器以降低元件尺寸之窗口式影像模組結構。
半導體技術快速發展，傳統之覆晶結構中，錫球陣列形成於晶粒之表面，透過傳統之錫膏藉由錫球罩幕製作以形成所欲之圖案。封裝功能包含散熱、訊號傳輸、電源分配、保護等，當晶片更加複雜，傳統之封裝如導線架封裝、軟式封裝、剛性封裝、無法滿足高密度小尺寸晶片之需求。晶圓級封裝技術係為高級封裝技術，藉其晶粒係於晶圓上加以製造及測試，且接著藉切割而分離以用於在表面黏著生產線中組裝。因晶圓級封裝技術利用整個晶圓作為目標，而非利用單一晶片或晶粒，因此於進行分離程序之前，封裝及測試皆已完成。此外，晶圓級封裝係如此之高級技術，因此打線接合、晶粒黏著及底部填充之程序可予以省略。藉利用晶圓級封裝技術，可減少成本及製造時間且晶圓級封裝之最後結構尺寸可相當於晶粒大小，故此技術可滿足電子裝置之微型化需求。
現用於照相模組的覆晶技術係以打線設備在整片晶圓上進行結線凸塊(stud bump)的製程，由結線凸塊來取代錫球。
藉由電子封裝技術，互補式金氧半場效電晶體(CMOS)影像感測器晶片係製作於CMOS影像感測器模組之中。此 模組被應用到各種電子產品中，並且CMOS影像感測器模組所需的封裝規格需求取決於此產品的特性。尤其是最近的CMOS影像感測器模組的傾向，高電性能力、小型化、高密度、低功耗、多功能、高速信號處理以及可靠度等，是電子產品的小型化的典型特徵。
相反於一般的CMOS晶片，CMOS影像感測器在過去的物理環境是可行的，然可能被雜質污染；當其大小不被認為是重要的，無引線晶片載體LCC型態封裝可以被使用。然而，在最近的市場趨勢，要求薄化以及簡單化的特點，例如照相手機、智慧型手機，板上晶片(chip-on-board：COB)、薄膜上晶片(chip-on-film：COF)或晶片尺寸封裝(CSP)等，也普遍地被使用。
在目前的覆晶封裝結構中，雖然可以降低模組結構的高度，然而覆晶封裝的機器設備過於昂貴並且其量產速度(Unit Per Hour)過慢。因此，其投資需要龐大的經費，且良率低及不易控制。
根據以上之習知技術的缺點，本發明提出一種嶄新的窗口式影像感測晶片之模組結構，無需新增的投資成本，並且可以得到較佳的製程良率。
鑒於上述之缺點，本發明之一目的在於提供一種窗口式影像模組結構，具有較薄的模組結構。
本發明另一目的在於提供一整合透鏡架以及影像感測器之窗口式影像模組結構，可以利用標準相同的TTL lens 設計，結果得以提昇良率、可靠度以及降低模組結構尺寸。
本發明再一目的在於提供具有良好的熱效能(thermal performance)、成本低廉且製程簡易之窗口式影像模組結構。
本發明提供一種窗口式影像模組結構，包含：一第一基板；一晶片，配置於第一基板之上，具有一第一接觸墊及一感測區域；一第二基板，配置於第一基板之上，具有一穿孔結構及一第二接觸墊，其中晶片置於穿孔結構中，第一接觸墊透過一焊接線電性連接第二接觸墊；一透鏡架，配置於第二基板之上，一透鏡位於透鏡架之上方，一透明基板配置於透鏡架或第二基板之上，其中透鏡約略對準透明基板及感測區域。
上述模組結構之透鏡架包括一上半部及一下半部，透鏡配置於上半部，透明基板位於下半部。第二基板透過一導電層附著於該第一基板之上，以電性連接彼此。此外，第一基板為一印刷電路板或軟性印刷電路板，其上具有一導線。晶片透過一黏著層附著於第一基板之上。
在另一例子中，第二基板之上表面包含二個不同高度的區域，其中第二接觸墊形成於高度相對較低的上表面區域之上；在再一例子中，透明基板形成於高度相對較高的上表面區域之上。
在又一例子中，上述模組結構更包括一保護層，形成於晶片、第二基板與第一基板之上，保護層可以完全、部份或不覆蓋焊接線。
本發明將配合實施例與隨附之圖式詳述於下。應可理解者為本發明中所有之實施例僅為例示之用，並非用以限制。因此除文中之實施例外，本發明亦可廣泛地應用在其他實施例中。且本發明並不受限於任何實施例，應以隨附之申請專利範圍及其同等領域而定。
本發明提供一種窗口式影像模組結構，此結構可以利用晶片直接封裝(chip-on-board：COB)的製程來完成。晶片直接封裝是積體電路封裝的一種方式，其係將晶片直接黏附在電路板或基板上，可有效地將晶片的封裝與測試步驟轉移到電路板組裝之後進行。
第一圖顯示覆晶封裝結構之截面圖。如第一圖所示，其中覆晶封裝結構100包含基板106、晶片105、被動元件107、透鏡架104、透鏡101以及透明基板102。基板106具有形成於其內之凹槽結構以接收晶片105以及導電層108。晶片105與導電層108形成於基板106之下，其中導電層108電性連接基板106與晶片105上的電性接觸墊。透鏡架104包括一夾具部分103，以用於固定透鏡101。至少一被動元件107可以形成(附著)於透鏡架104內之基板106上。透鏡101形成於透鏡架104之最上方。另外，透明基板102，可選擇性地配置於透鏡架104之內，以及透鏡101與晶片105之間。透鏡架104可以利用一黏著層附著於基板106之上。此外，覆晶封裝結構更包括一印刷電路板109。印刷電路板109於模組結構體之基板106之外 的延伸區域，具有導線以電性連接其他電子部件。基板106透過一導電層110附著於印刷電路板109之上，以電性連接彼此。晶片105與印刷電路板109間形成一散熱層111以利於散熱。
第二圖顯示根據本發明之整合透鏡架以及影像感測器之窗口式影像模組結構之截面圖。如第二圖所示，其中窗口式影像模組結構200整合透鏡架以及影像感測器而成為一具有感光作用的模組結構，其可以應用於手機或其他可攜式電子元件之照相模組。其中窗口式影像模組結構200包含基板209及211、晶片206、透鏡架上半部/下半部203a/203b、透鏡201以及透明基板202。
晶片206之上表面完全裸露於穿孔結構中，感測區域206a與接觸墊(I/O墊)208裸露於該窗口區域。在一例子中，晶片206電性連接基板211上的導線。舉例而言，晶片206為一影像感測器，其上表面具有一感測區域206a以及接觸墊208形成於其上；基板211為一印刷電路板或軟性印刷電路板。
焊接線205電性連接基板209上之接觸墊207以及晶片206上之接觸墊208，其可以利用一焊接線製程來完成。
透鏡架(包括上半部203a以及下半部203b)附著於基板209之上，以形成模組結構200。透鏡架可以為單純塑膠件或驅動機構(actuator)。此外，透鏡架亦可以整合上半部與下半部為同一部件。透明基板202直接形成(附著)於透鏡架下半部203b之上；可以先形成一黏著層204a於透 鏡架下半部203b之上，透明基板202再藉由黏著層204a而附著於透鏡架下半部203b之上。透明基板202例如為一玻璃基板或其他透明材料所形成之基板，配置於透鏡架下半部203b之上以約略對準感測區域206a；透鏡架下半部203b具有一穿孔結構，使得透明基板202覆蓋穿孔結構，可以讓經過透明基板202的光完全不會被遮蔽，而直接到達感測區域206a。透明基板202覆蓋透鏡架下半部203b之穿孔結構，使得感測區域206a與透明基板202之間形成一封閉空間，可以減少粒子污染以提升模組結構之良率。透明基板202可以與感測區域206a所佔面積相同或者比其稍大。
透明基板(玻璃基板)202可以為圓形或方形型態。透明基板202可以選擇性地塗佈紅外線塗層，例如為紅外線濾波器，以用於過濾通過透鏡201的某一波段的光波。在一例子中，透明基板202可以藉由黏膠而附著於透鏡架之下半部203b之上。
其中透鏡201係固定於透鏡架之上半部203a之中，透過透鏡架之上半部203a以支撐透鏡201。此外，透鏡架亦可以固定於基板209上以支撐透鏡201。透鏡201可以選擇性地配置於透鏡架之最上方。在本實施例之模組結構200中，透明基板202可選擇性地配置於透鏡架之內，以及透鏡201與晶片206之間。換言之，透鏡201係約略對準透明基板202與晶片206，使得光可以直接入射到感測區域206a。
基板209係藉由導電層210a而附著於基板211之上。基板209上的導線得以透過該導電層210a而電性連接基板211上的導線。在本發明之一實施例中，導電層210a之材料包括導電膠或導電膜，可透過一印刷、塗佈或其它製程以形成一圖案於基板之上。導電材料層210a可以選擇性地形成於基板211之上。舉一實施例而言，基板209具有形成於其內之穿孔結構，以接收或容納晶片206得以配置於該穿孔結構之中。穿孔結構係貫穿基板209的上表面及下表面。通常通孔結構係位於基板209之中間部分。基板209的尺寸較晶片206的尺寸大。在本實施例中，基於基板209內具有穿孔結構，相當於基板209開一個窗口區域。此外，基板209之上表面形成一接觸墊207。此外晶片206可以直接透過黏著層210附著於基板211之上。黏著層210與導電層210a可以利用相同或不相同材質、相連或不相連，黏著層210可以利用單一製程/材料或多種製程/材料所製成。基板209與晶片206之間並無重疊的區域，因此整體模組結構之高度得以變的更小。
基板211的尺寸大於基板209的尺寸，使得二者黏著之後，基板211得以向基板209之外延伸。而透鏡架整合透明基板202、基板209、基板211之一部分以及影像感測器106，以形成立方體模組結構。基於基板211向立方體模組結構之外延伸，透過基板211上的導線得以將模組結構200上的電訊號傳遞至結構體外的其他元件。
如第三圖所示，顯示本發明之窗口式影像模組結構之 另一實施例。在本實施例中，基板209a之上表面包含二個不同高度的區域，其中接觸墊207形成於高度相對較低的上表面區域之上，以使得基板209a之接觸墊207的高度約略相當於晶片206之接觸墊208的高度；而黏著層204b形成於高度相對較高的上表面區域之上，以使得透鏡架之下半部203b黏著基板209a之該上表面區域。其他結構部分類似第二圖，省略詳細之描述。
如第四圖所示，顯示本發明之窗口式影像模組結構之再一實施例。類似地，在本實施例中，基板209a之上表面包含二個不同高度的區域，其中接觸墊207形成於高度相對較低的上表面區域之上；而黏著層204形成於高度相對較高的上表面區域之上，以使得透鏡架203之周圍黏著基板209a之該上表面區域。此外，透明基板202直接形成(附著)於基板209a之高度相對較高的上表面區域之上；可以先形成一黏著層204c於該上表面區域之上，然後透明基板202係藉由黏著層204c而附著於其上。換言之，透明基板202係形成於透鏡架203之內而非其上(如前面的實施例)。其他結構部分類似第三圖，省略其詳細描述。
如第五圖所示，顯示本發明之窗口式影像模組結構之又一實施例。在本實施例中，模組結構類似第二圖之模組結構。本實施例之模組結構200更包括一保護層220形成於晶片206、基板209與載板之上，其可以完全、部份或不覆蓋焊接線205；以及填入晶片206與基板209之間的縫隙，並裸露感測區域206a。保護層220之材料例如為一 膠(glue)。
如第六圖所示，顯示本發明之窗口式影像模組結構之一實施例。在本實施例中，類似第五圖，唯一不同處在於其中基板209a之上表面包含二個不同高度的區域，結構部分已於前面敘述，因此省略詳細之描述。
如第七圖所示，顯示本發明之窗口式影像模組結構之再一實施例。類似地，在本實施例中，基板209a之上表面包含二個不同高度的區域，其中接觸墊207形成於高度相對較低的上表面區域之上；而黏著層204形成於高度相對較高的上表面區域之上，以使得透鏡架203之周圍黏著基板209a之該上表面區域。透明基板202直接形成(附著)於基板209a之高度相對較高的上表面區域之上。類似地，透明基板202係形成於透鏡架203之內而非其上(如前面的實施例)。其他結構部分類似第六圖，省略其詳細描述。
在本發明之一實施例中，基板209為一印刷電路板，其材質可為有機基板，例如具有預設開孔之環氧樹脂型FR5或FR4、BT(Bismaleimide Triazine)。此外，玻璃、陶瓷以及矽亦可以作為基板209之材質。
本發明之優點包含：具有較薄的模組結構，利用目前容易且較便宜的焊接線製程，良好的熱效能，成本低廉且製程簡易，易製作多晶片封裝。
對熟悉此領域技藝者，本發明雖以實例闡明如上，然其並非用以限定本發明之精神。在不脫離本發明之精神與範圍內所作之修改與類似的配置，均應包含在下述之申請 專利範圍內，此範圍應覆蓋所有類似修改與類似結構，且應做最寬廣的詮釋。
100‧‧‧覆晶封裝結構
101、201‧‧‧透鏡
102、202‧‧‧透明基板
103‧‧‧夾具部分
104、203‧‧‧透鏡架
105、206‧‧‧晶片
106、209、209a、211‧‧‧基板
107‧‧‧被動元件
108、110‧‧‧導電層
109‧‧‧印刷電路板
111‧‧‧散熱層
200‧‧‧窗口式影像模組結構
203a‧‧‧透鏡架上半部
203b‧‧‧透鏡架下半部
204、204a、204b、204c‧‧‧黏著層
205‧‧‧焊接線
206a‧‧‧感測區域
207、208‧‧‧接觸墊
210‧‧‧黏著層(膠)圖案
210a‧‧‧導電層
220‧‧‧保護層
第一圖顯示覆晶封裝結構之截面示意圖。
第二圖顯示根據本發明之窗口式影像模組結構之截面示意圖。
第三圖顯示根據本發明之一實施例之窗口式影像模組結構之截面示意圖。
第四圖顯示根據本發明之另一實施例之窗口式影像模組結構之截面示意圖。
第五圖顯示根據本發明之再一實施例之窗口式影像模組結構之截面示意圖。
第六圖顯示根據本發明之又一實施例之窗口式影像模組結構之截面示意圖。
第七圖顯示根據本發明之一實施例之窗口式影像模組結構之截面示意圖。
200‧‧‧窗口式影像感測晶片之模組結構
201‧‧‧透鏡
202‧‧‧透明基板
203a‧‧‧透鏡架上半部
203b‧‧‧透鏡架下半部
204a、204b‧‧‧黏著層
205‧‧‧焊接線
206‧‧‧晶片
206a‧‧‧感測區域
207、208‧‧‧接觸墊
209、211‧‧‧基板
210‧‧‧黏著層(膠)圖案
210a‧‧‧導電層

Claims (17)

  1. 一種窗口式影像感測晶片之模組結構，包含：一第一基板；一晶片，配置於該第一基板之上，具有一第一接觸墊及一感測區域，該晶片與覆晶封裝結構之一印刷電路板形成一散熱層；一第二基板，配置於該第一基板之上，具有一穿孔結構及一第二接觸墊，其中該晶片置於該穿孔結構中，該第一接觸墊透過一焊接線電性連接該第二接觸墊；以及一透鏡架，配置於該第二基板之上，一透鏡位於該透鏡架之上方，其中該透鏡約略對準該感測區域。
  2. 如請求項第1項之窗口式影像模組結構，其中該第一基板透過一導電層附著於該第二基板之上。
  3. 如請求項第1項之窗口式影像模組結構，更包括一保護層，形成於該晶片、該第二基板與該第一基板之上，該保護層可以完全、部份或不覆蓋該焊接線。
  4. 如請求項第1項之窗口式影像模組結構，其中該第一基板為一印刷電路板或一軟性印刷電路板，該第二基板為一印刷電路板，其材質包含環氧樹脂型FR5或FR4、BT(Bismaleimide Triazine)、玻璃、矽或陶瓷。
  5. 如請求項第4項之窗口式影像模組結構，其中該印刷電路板或該軟性印刷電路板之上具有其各自的導線。
  6. 如請求項第1項之窗口式影像模組結構，其中該第二基板之上表面包含二個不同高度的區域，其中該第二接觸墊形成於高度相對較低的上表面區域之上。
  7. 如請求項第6項之窗口式影像模組結構，更包括一保護層，形成於該晶片、該第二基板與該第一基板之上，該保護層可以完全、部份或不覆蓋該焊接線。
  8. 如請求項第6項之窗口式影像模組結構，更包括一透明基板形成於高度相對較高的上表面區域之上。
  9. 如請求項第8項之窗口式影像模組結構，更包括一保護層，形成於該晶片、該第二基板與該第一基板之上，該保護層可以完全、部份或不覆蓋該焊接線。
  10. 如請求項第1項之窗口式影像模組結構，更包括一透明基板配置於該透鏡架或該第二基板之上，其中該透鏡約略對準該透明基板及該感測區域。
  11. 如請求項第10項之窗口式影像模組結構，其中該第一基板透過一導電層附著於該第二基板之上。
  12. 如請求項第10項之窗口式影像模組結構，更包括一保護層，形成於該晶片、該第二基板與該第一基板之上，該保護層可以完全、部份或不覆蓋該焊接線。
  13. 如請求項第10項之窗口式影像模組結構，其中該第一基板為一印刷電路板或一軟性印刷電路板，該第二基板為一印刷電路板，其材質包含環氧樹脂型FR5或FR4、BT(Bismaleimide Triazine)、玻璃、矽或陶瓷。
  14. 如請求項第13項之窗口式影像模組結構，其中該第一、該第二印刷電路板或軟性印刷電路板之上具有其各自的導線。
  15. 如請求項第10項之窗口式影像模組結構，其中該第二基板之上表面包含二個不同高度的區域，其中該第二接觸墊形成於高度相對較低的上表面區域之上。
  16. 如請求項第15項之窗口式影像模組結構，其中該透明基板形成於高度相對較高的上表面區域之上。
  17. 如請求項第15項之窗口式影像模組結構，更包括一保護層，形成於該晶片、該第二基板與該第一基板之上，該保護層可以完全、部份或不覆蓋該焊接線。
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