TWI502690B - 基板內嵌式模組結構 - Google Patents

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Description

基板內嵌式模組結構
本發明係關於半導體元件模組結構，特別係一整合基板、透鏡架以及影像感測器以降低元件尺寸之基板內嵌式模組結構。
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基板內嵌式模組結構，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基板 內嵌式模組結構，具有較薄的模組結構。
本發明另一目的在於提供一整合基板、透鏡架以及影像感測器之基板內嵌式模組結構，該結構可以提昇良率、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基板內嵌式模組結構。
本發明提供一種基板內嵌式模組結構，包含：一第一基板，具有一凹槽結構；一晶片，配置於第一基板之凹槽結構之上，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，具有至少一穿孔結構及一第二接觸墊，第一接觸墊透過一焊接線電性連接第二接觸墊，第二基板包含第一部分內嵌於模組結構之內，及第二部分延伸至模組結構之外側，穿孔結構及第二接觸墊係形成於第一部分之中；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之內或第二基板之上，其中透鏡約略對準透明基板及感測區域。
第一基板透過一導電層或黏著層附著於該第二基板之上，以電性連接彼此或無電性連接。此外，第二基板為一印刷電路板或軟性印刷電路板，其上具有一導線。晶片係透過一第一黏著層以附著於第一基板之上，透鏡架係透過一第二黏著層附著於第二基板之上。
在另一例子中，第一接觸墊係形成於第一基板之上。 在一例子中，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。
在又一例子中，上述模組結構更包括一保護層，形成於晶片與第一基板之上，保護層可以完全、部份或不覆蓋焊接線。
根據本發明之另一觀點，提供一種基板內嵌式模組結構，包含：一晶片，具有一第一接觸墊及一感測區域；一基板，配置於晶片之上，具有第一穿孔結構、第二穿孔結構及第二接觸墊，其中第一接觸墊透過一焊接線穿過第一穿孔結構而電性連接第二接觸墊，基板包含第一部分內嵌於模組結構之內，及第二部分延伸至模組結構之外側，第一與第二穿孔結構及第二接觸墊係形成於第一部分之中；以及一透鏡架，配置於基板之上，一透鏡位於該透鏡架之上方，一透明基板配置於基板之上，其中該透鏡約略對準透明基板及感測區域。
在一例子中，基板包括一第一基板及一第二基板，其中第一基板內嵌於模組結構之內，而第二基板之第三部分位於該模組結構之內，第四部分延伸至該模組結構之外側，該第一基板附著於該第二基板之上該第三部分之上。
上述模組結構更包括一黏著層，形成於晶片之背面與基板之下表面之上；一材料層形成於黏著層之上。
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。
本發明提供一種基板內嵌式模組結構，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可以利用一黏著層而附著於基板106之上。
第二圖顯示另一例子之覆晶封裝結構之截面圖。如第 二圖所示，在本例子中，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之間形成一散熱層111以利於散熱。
第三圖顯示根據本發明之整合透鏡架以及影像感測器之基板內嵌式模組結構之截面圖。如第三圖所示，其中基板內嵌式模組結構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。其中基板內嵌式模組結構200包含基板209及211、晶片206、透鏡架203、透鏡201以及透明基板202。基板211之一部分內嵌於模組結構之中(內)，其中接觸墊208以及至少一電子元件212形成模組結構內之基板211之上。換言之，基板211係位於模組結構的內層或中間層，而基板209則位於模組結構的底部。電子元件212例如為主動元件或被動元件，其中主動元件包含半導體積體電路，被動元件包含電容或電感。
上述模組結構200中，一導電層或黏著層204a形成於基板209或基板211之上，其中基板209係藉由導電層或黏著層204a而附著於基板211之上。基板211上的導線得以透過該導電層204a而電性連接基板209上的導線。在本發明之一實施例中，導電層204a之材料包括導電膠或導電膜，透過一印刷或塗佈製程以形成一圖案膠於基板之上。導電材料層204a可以選擇性地塗佈於基板211或基板209之上，基板209亦可為無導線之基板藉由導電層或黏著層 204a而附著於基板211之上。
舉一實施例而言，基板211之一部分內嵌於模組結構中，而內嵌於模組結構中之基板211具有一穿孔結構、一接觸墊208以及至少一電子元件212形成模組結構內之基板211之上，基板211之另一部分延伸至模組結構之外，其中包含一導線以電性連接其他電子元件；基板209具有形成於其內之凹槽結構，以接收或容納晶片206使其得以配置於該凹槽結構之中。舉例而言，基板211之穿孔結構位於基板209之凹槽結構的上方，且基板211之穿孔結構大小與基板209之凹槽結構大小約略相當。通常上述穿孔結構與凹槽結構係位於基板的中間部分，其大小較晶片206的尺寸大。舉例而言，上述穿孔結構與凹槽結構可以藉由沖孔或鑽孔等製程而分別形成於基板211與基板209之中。在本實施例中，基於基板211與基板209內分別具有穿孔結構及凹槽結構，相當於二個基板中開一個窗口區域。此外，基板211之上表面形成一接觸墊208。
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(以及模組結構體)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206，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。舉例而言，基板211為一印刷電路板或軟性印刷 電路板(FPC)。
晶片206形成於基板209之上。晶片206之上表面完全裸露於穿孔結構與凹槽結構中，感測區域206a與接觸墊(I/O墊)207裸露於該窗口區域。一黏著層(膠)圖案210形成於凹槽結構中基板209之底部表面上，晶片206再透過黏著層(膠)圖案210而附著於基板209表面之上。在一例子中，晶片206電性連接基板209上的導線。舉例而言，晶片206為一影像感測器晶片，其上表面具有一感測區域206a以及接觸墊207形成於其上。舉例而言，基板209為一印刷電路板或無線路之凹槽結構。
焊接線205電性連接基板211上之接觸墊208以及晶片206上之接觸墊207，其可以透過一焊接線製程來完成。其中接觸墊208係形成於基板211上之焊接區域(wire bonding area)之上。上述焊接線205係穿過穿孔結構而電性連接接觸墊207與接觸墊208。
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，配置於基板211之上以約略對準感測區域206a；基於上述穿孔結構與凹槽結構，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以用於過濾通過透鏡201的某一波段的光波。
透鏡架下半部203b附著(holder mount)於基板211之上。透鏡架上半部203a可以為單純塑膠件或驅動機構(Actuator)。此外，透鏡架上半部203a與透鏡架下半部203b亦可以整合為同一部件。一黏著層204形成於基板211之上，透鏡架下半部203b藉由黏著層204而附著於基板211之上。
其中透鏡201係固定於透鏡架上半部203a之中，透過透鏡架上半部203a以支撐透鏡201。此外，透鏡架亦可以固定於基板211上。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，透鏡架之內具有一凹槽結構或容置空間，以使得透明基板202可以選擇性地配置於其內，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。
如第四圖所示，顯示本發明之基板內嵌式模組結構之另一實施例。在本實施例中，基板209具有形成於其內之凹槽結構，以接收或容納晶片206使其得以配置於該凹槽結構之中，並且具有接觸墊208形成該凹槽結構中的基板之表面上；而黏著層204b形成於基板211之上表面之上，以使得透明基板202附著於基板211之該上表面區域。其他結構部分類似第三圖，省略詳細之描述。
在本實施例之模組結構300中，接觸墊208係形成於模組結構底部的基板209之凹槽結構中的基板之表面上， 而非形成於內嵌於模組結構內的基板211之上。上述焊接線205形成於基板211之下，因此無需穿過穿孔結構，而電性連接接觸墊207與接觸墊208。而透明基板202係配置於基板211之上；透明基板202可以藉由黏著層204b而附著於基板211之上。
如第五圖所示，顯示本發明之基板內嵌式模組結構之另一實施例。在本實施例中，透明基板202係配置於基板211之上；透明基板202可以藉由黏著層204b而附著於基板211之上。此外，基板211還包括另一穿孔結構，使得焊接線205可以穿過該穿孔結構而電性連接接觸墊207與接觸墊208。其他結構部分類似第三圖，省略詳細之描述。
如第六圖所示，顯示本發明之基板內嵌式模組結構之另一實施例。在本實施例之模組結構300中，基板209a包含一形成於其內的穿孔結構或凹槽結構以容納晶片206，以及包含二個不同高度的上表面區域，其中接觸墊208形成於高度相對較低的上表面區域之上；而黏著層204a形成於高度相對較高的上表面區域之上，以使得基板112黏著基板209a之該上表面區域。另外，一保護層220形成於晶片206與基板209a之上，可以完全、部份或不覆蓋焊接線205；以及填入晶片206與基板209a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)。其他結構部分類似第四圖，省略詳細之描述。
如第七圖所示，顯示本發明之基板內嵌式模組結構之 又一實施例。在本實施例之模組結構300中，更包含一黏著層222形成於基板209a、晶片206(黏著層210)與保護層220之下表面之上；一材料層230形成於黏著層222之上。材料層230之材質可以為一散熱材質、不透光材質或抗EMI(電磁干擾)材質，或具有上述組合功能之材質。
如第八圖所示，顯示本發明之基板內嵌式模組結構之再一實施例。在本實施例之模組結構200中，其結構係基於第五圖之模組結構。其中只利用一個基板211，省略基板209。基板211延伸至模組結構體之外，透過基板211於模組結構之外所形成的導線可以電性連接其他電子元件。一黏著層222形成於晶片206之背後表面以及基板211之下表面之上，且如第八圖所示，晶片206直接接觸基板211之一面。
。一材料層230形成於黏著層222之上。材料層230之材質可以為一散熱材質、不透光材質或抗EMI(電磁干擾)材質，或具有上述組合功能之材質。
如第九圖所示，顯示本發明之基板內嵌式模組結構之再一實施例。在本實施例之模組結構200中，其結構係基於第八圖之模組結構。其中基板部分係利用一個基板209b連接一個可以往結構體外延伸的基板211a組合而成，其可以透過黏著層204a達到此目的。在一例子中，基板211a僅在黏著區域部分與基板209b有重疊，其他部分二基板均無相連或重疊；而基板211a與晶片206二者之間並無重 疊。一黏著層222形成於晶片206之背後表面以及基板211a之下表面之上。一材料層230形成於黏著層222之上。類似地，材料層230之材質可以為一散熱材質、不透光材質或抗EMI(電磁干擾)材質，或具有上述組合功能之材質。
在本發明之一實施例中，基板209(209a)為一印刷電路板(PCB)基板，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(209a)之材質。
本發明之優點包含：具有較薄的模組結構高度，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
104、203‧‧‧透鏡架
203a‧‧‧透鏡架上半部
203b‧‧‧透鏡架下半部
105、206‧‧‧晶片
106、209、209a、209b、211、211a‧‧‧基板
107‧‧‧被動元件
108、110‧‧‧導電層
109‧‧‧印刷電路板
111‧‧‧散熱層
200、300‧‧‧基板內嵌式模組結構
204、204a、204b、204c、222‧‧‧黏著層
205‧‧‧焊接線
206a‧‧‧感測區域
207、208‧‧‧接觸墊
210‧‧‧黏著層(膠)圖案
212‧‧‧電子元件
220‧‧‧保護層
230‧‧‧材料層
第一圖顯示覆晶封裝結構之截面示意圖。
第二圖顯示另一例子之覆晶封裝結構之截面示意圖。
第三圖顯示根據本發明之一實施例之基板內嵌式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基板內嵌式模 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基板內嵌式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基板內嵌式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基板內嵌式模組結構之截面示意圖。
第八圖顯示根據本發明之再一實施例之基板內嵌式模組結構之截面示意圖。
第九圖顯示根據本發明之另一實施例之基板內嵌式模組結構之截面示意圖。
200‧‧‧基板內嵌式模組結構
201‧‧‧透鏡
202‧‧‧透明基板
203a‧‧‧透鏡架上半部
203b‧‧‧透鏡架下半部
204、204a、204b、204c‧‧‧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
212‧‧‧電子元件

Claims (14)

  1. 一種基板內嵌式模組結構，包含：一第一基板，具有一凹槽結構；一晶片，配置於該第一基板之該凹槽結構之上，具有一第一接觸墊及一感測區域；一第二基板，配置於該第一基板之上，具有至少一穿孔結構及一第二接觸墊，該第一接觸墊透過一焊接線電性連接該第二接觸墊，該第二基板包含第一部分內嵌於模組結構之內，及第二部分延伸至模組結構之外側，該至少一穿孔結構及該第二接觸墊係形成於該第一部分之中；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項之基板內嵌式模組結構，其中該第一基板透過一導電層或黏著層附著於該第二基板之上，而該晶片係透過一第一黏著層以附著於該第一基板之上，該透鏡架係透過一第二黏著層附著於該第二基板之上。
  3. 如請求項第1項之基板內嵌式模組結構，更包括一透明基板配置於該透鏡架之內或該第二基板之上。
  4. 一種基板內嵌式模組結構，包含： 一第一基板，具有一凹槽結構，其中該凹槽結構具有一底部表面和兩側面，及一第一接觸墊，設置於該凹槽結構之底部表面上；一晶片，配置於該第一基板之該凹槽結構之上，具有一第二接觸墊及一感測區域，該第一接觸墊透過一焊接線電性連接該第二接觸墊；一第二基板，配置於該第一基板之上，具有一穿孔結構，該第二基板包含第一部分內嵌於模組結構之內，及第二部分延伸至模組結構之外側，該穿孔結構係形成於該第一部分之中；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。
  5. 如請求項第4項之基板內嵌式模組結構，其中該第一基板透過一導電層附著於該第二基板之上，而該晶片係透過一第一黏著層以附著於該第一基板之上，該透鏡架係透過一第二黏著層附著於該第二基板之上。
  6. 如請求項第4項之基板內嵌式模組結構，更包括一透明基板配置於該第二基板之上。
  7. 一種基板內嵌式模組結構，包含：一第一基板，具有一穿孔結構及一第一接觸墊； 一晶片，配置於該第一基板之該穿孔結構之中，具有一第二接觸墊及一感測區域，該第一接觸墊透過一焊接線電性連接該第二接觸墊；一保護層，形成於該晶片之與該第一基板之上；一第二基板，配置於該第一基板之上，具有一穿孔結構，該第二基板包含第一部分內嵌於模組結構之內，及第二部分延伸至模組結構之外側，該穿孔結構係形成於該第一部分之中；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；以及一黏著層，形成於該晶片之背面、該保護層與該第一基板之下表面之上。
  8. 如請求項第7項之基板內嵌式模組結構，其中該第一基板之上表面包含二個不同高度的區域，其中該第一接觸墊形成於高度相對較低的上表面區域之上。
  9. 如請求項第7項之基板內嵌式模組結構，更包括一透明基板配置於該第二基板之上。
  10. 一種基板內嵌式模組結構，包含：一晶片，具有一第一接觸墊及一感測區域； 一基板，配置於該晶片之上，具有第一穿孔結構、第二穿孔結構及第二接觸墊，其中該第一接觸墊透過一焊接線穿過該第一穿孔結構而電性連接該第二接觸墊，該基板包含第一部分內嵌於模組結構之內，及第二部分延伸至模組結構之外側，該第一與該第二穿孔結構及該第二接觸墊係形成於該第一部分之中；以及一透鏡架，配置於該基板之上，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，其中該晶片直接接觸該基板之一面。
  11. 如請求項第10項之基板內嵌式模組結構，其中該基板包括一第一基板及一第二基板，其中該第一基板內嵌於模組結構之內，而該第二基板之第三部分位於該模組結構之內，第四部分延伸至該模組結構之外側，該第一基板附著於該第二基板之上該第三部分之上。
  12. 如請求項第10項之基板內嵌式模組結構，更包括一黏著層，形成於該晶片之背面與該基板之下表面之上。
  13. 如請求項第12項之基板內嵌式模組結構，更包括一材料層形成於該黏著層之上。
  14. 如請求項第10項之基板內嵌式模組結構，更包括一透 明基板配置於該基板之上。
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