TWI671891B - 影像感測器之小尺寸、重量及封裝 - Google Patents

影像感測器之小尺寸、重量及封裝 Download PDF

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麥可Ａ 二世 立蘭
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Abstract

本發明揭示一種影像感測器裝置之方法及結構，該影像感測器裝置包括一讀出積體電路(ROIC)及一光二極體陣列(PDA)。一實施例可包括具有一凹口及該凹口內之一凸起基座之一封裝基板；一讀出積體電路(ROIC)，其實體上附接至該凸起基座；一光二極體陣列(PDA)，其實體上附接至該ROIC且與其電耦合；及一印刷電路板(PCB)，其在該封裝基板中之該凹口內，其中該PCB在其中具有一開口且該凸起基座至少部分延伸穿過該PCB中之該開口。

Description

影像感測器之小尺寸、重量及封裝 【相关申请交叉参考】
本申請案主張2013年4月23日申請之美國臨時申請案第61/815,192號之權利，該案之全部內容係以引用之方式併入本文。
本教示係關於積體電路之領域，且更特定言之係關於用於包含光二極體陣列及讀出積體電路之焦平面陣列裝置之封裝。
諸如焦平面陣列(FPA)裝置之光敏影像感測器包含封裝有讀出積體電路(ROIC)之光二極體陣列(PDA)。許多不同FPA封裝組態係可用的，包含(例如)引線封裝及無引線封裝。FPA之每個習知封裝類型可包含各種共用特性。
圖6描繪封裝為無引線晶片載體(LCC)之FPA裝置200之示意截面圖。圖6包含陶瓷、塑膠或樹脂載體202，其包含電耦合至外部襯墊或堡狀物206之內部跡線204。外部襯墊206可使用導體表面安裝至電路板，或裝置200可置於LCC插座中。圖6進一步描繪使用黏著劑210實體附接至載體202之ROIC 208。接合線212將ROIC 208上之接合襯墊(為簡單起見未個別描繪)電耦合至載體202內之跡線204使得ROIC 208上之電路可透過外部襯墊206而電存取。PDA 214使用不導電黏著劑(為簡單起見未個別描繪)安裝至ROIC 208之上表面。其他接合線218將PDA 214上之電路電耦合至ROIC 208上之電路。氣密密封至載體202之封裝蓋罩216包含使PDA 214曝露於外部光之透明窗216A。在圖6之裝置200中，載體202經組態使得蓋罩216之下表面不接觸接合線212、218中之迴路。包含以不同封裝風格設置之ROIC及PDA之FPA係眾所周知的。
半導體裝置工程師之設計目標包含設置具有較小尺寸及重 量、成本減小且可靠性改良之裝置。將期望有助於完成一或多個此等目標之裝置設計。
下文呈現簡單發明內容以提供對本教示之一或多個實施例之一些態樣之基本理解。此發明內容並非廣泛概述，不旨在識別本教示之關鍵或重要元件亦不旨在描繪本發明之範疇。實情係，其主要目的僅僅係以簡單形式呈現一或多個概念作為隨後呈現之詳細描述之緒論。
在一實施例中，一影像感測器可包含：一封裝基板，其包括一凹口及該凹口內之一凸起基座；一讀出積體電路(ROIC)，其實體上附接至該凸起基座；一光二極體陣列(PDA)，其實體上附接至該ROIC且與其電耦合；及一印刷電路板(PCB)，其在該封裝基板中之該凹口內，其中該PCB在其中具有一開口且該凸起基座至少部分延伸穿過該PCB中之該開口。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含一金屬封裝基板。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含一囊封層，其將該PCB之一表面環保地密封在該封裝基板內。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含電耦合至該PCB之一電連接器，其中該電連接器自該電路板延伸穿過該囊封層以對該PCB提供一外部封裝電連接。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含形成於該封裝基板之一第一側上之囊封層，且該裝置進一步包括一電連接器，其電耦合至該PCB且自該封裝基板中與該第一側相對之一第二側延伸以對該PCB提供一外部封裝電連接。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含附接至該PDA之一光學透明窗，其中該囊封層實體上接觸該光學透明窗。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含將該PCB電耦合至該ROIC之複數個接合線。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實 施例可包含覆晶安裝至該ROIC之一PDA，且該複數個接合線透過該ROIC電耦合至該PDA。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含：該ROIC、該PDA及該PCB其等全部接納在該封裝基板中之該凹口內。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含360度包圍該ROIC及該PDA之一PCB。
在另一實施例中，用於形成一影像感測器之一方法可包含：將一印刷電路板(PCB)附接在一封裝基板中之一凹口內使得該封裝基板之該凹口內之一凸起基座至少部分延伸穿過該PCB內之一開口；將一讀出積體電路(ROIC)附接至該封裝基板之該凸起基座；將一光二極體陣列(PDA)附接至該ROIC，其中該PDA電耦合至該ROIC且將該ROIC電耦合至該PCB。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含將該PCB附接在該封裝基板之該凹口內會將該PCB附接至一金屬封裝基板。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含將一囊封層施配在該封裝基板中之該凹口內以將該PCB之一表面環保地密封在該封裝基板內。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含在該囊封層之施配期間使一電連接器實體上接觸該囊封層，其中繼施配該囊封層之後，該電連接器延伸穿過該囊封層以對該PCB提供一外部封裝電連接。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含將該囊封層施配在該封裝基板之一第一側上使得一電連接器自該封裝基板中與該第一側相對之一第二側延伸且該電連接器對該PCB提供一外部封裝電連接。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含將一光學透明窗附接至該PDA之一表面，其中該囊封層之施配 使該光學透明窗實體上接觸該囊封層。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含使用複數個接合線將該PCB電耦合至該ROIC。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含將該PDA覆晶安裝至該ROIC且使用該複數個接合線將該PCB電耦合至該ROIC會將該PCB電耦合至該PDA。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含將該ROIC、該PDA及該PCB其等全部置於該封裝基板中之該凹口內。
除上文描述之特徵之一或多者以外或作為一替代，其他實施例可包含繼該PCB附接在該封裝基板中之該凹口內、該ROIC附接至該封裝基板之該凸起基座及該PDA附接至該ROIC之後，該PCB 360度包圍該ROIC及該PDA。
10‧‧‧封裝基板
12‧‧‧凹口
14‧‧‧基座
16‧‧‧孔
18‧‧‧孔
20‧‧‧印刷電路板(PCB)
22‧‧‧開口
24‧‧‧電路
26‧‧‧第一電連接器
28‧‧‧上表面
30‧‧‧第二電連接器
32‧‧‧下表面
34‧‧‧通孔
40‧‧‧連接技術
42‧‧‧讀出積體電路(ROIC)
44‧‧‧介電質黏著劑
46‧‧‧光二極體陣列(PDA)
48‧‧‧窗
50‧‧‧接合線
52‧‧‧囊封層
200‧‧‧FPGA裝置
202‧‧‧載體
204‧‧‧內部跡線
206‧‧‧外部襯墊或堡狀物
208‧‧‧ROIC
210‧‧‧黏著劑
212‧‧‧接合線
214‧‧‧PDA
216‧‧‧封裝蓋罩
216A‧‧‧窗
218‧‧‧接合線
併入本說明書之部分中且構成本說明書之部分之隨附圖式繪示本教示之實施例且連同該描述一起用以解釋本發明之原理。在圖式中：圖1係根據本教示之實施例之基板(諸如金屬基板)之透視圖；圖2係根據本教示之實施例之加窗印刷電路板之透視圖；圖3係根據本教示之實施例之影像感測器總成之透視圖；圖4係圖3總成之截面圖；圖5係在囊封程序之後圖3影像感測器總成之透視描繪；且圖6係描繪習知焦平面陣列之截面圖。
應注意圖之一些細節已簡化且按比例繪製以促進理解本教示而非維持嚴格結構精確度、細節及尺度。
現在將詳細參考本教示之例示性實施例，其中的實例在隨附圖式中加以繪示。無論在何種情況下，相同參考數字將在圖式內用來指 代相同或相似部分。
在習知裝置封包內達成可靠電連接在降低裝置尺寸方面變得更具挑戰性。諸如圖6中描繪之裝置包含可不利地影響裝置組裝及操作之許多不同材料介面。整個電子行業不斷推動減小裝置之大小、重量及功率。諸如圖6中描繪之光電裝置之封裝可受限於三個因素，包含電信號之佈線、光學信號之傳送及熱量耗散。然而，此總成方法論產生可導致相對大型裝置的功率操作效率較低之多個電、光學及熱介面。
本教示之實施例可導致裝置與一些習知裝置相比大小、重量有所減小且封裝有所改良。雖然上文已參考圖1至圖4描述本教示之實施例，但是應瞭解亦預期對所描繪設計作出各種修改。
圖1描繪可加工或模製之裝置封裝基板10。封裝基板10可(部分或全部)為導體(例如諸如鋁之金屬)或例如陶瓷或聚合物之介電質。若由金屬形成，則封裝基板10可更有效地用作用於如下文描述般組裝之內部電子器件之散熱片。封裝基板10可包含凹口12及凸起基座14。基座14之大小可小於將如下文描述般附接至基座14之讀出積體電路(ROIC)或約與讀出積體電路(ROIC)之大小相同。封裝基板10亦可包含孔16(諸如螺紋孔)以促進如下文描述般連接印刷電路板(PCB)，但是亦預期其他機械連接技術及化學連接，例如黏著劑。封裝基板10亦可包含大小經調整以如下文描述般接納電連接器之一或多個孔18。
封裝基板10之凹口12之輪廓經大小調整以容納諸如圖2中描繪之有機或陶瓷PCB 20。PCB 20包含穿過其之開口22，其大小經調整以如下文描述般接納ROIC。PCB 20上面包含電路24。電路24之電路設計大體上可如此項技術中已知用來操作包含光二極體陣列(PDA)及ROIC之焦平面陣列(FPA)裝置。
PCB 20可包含PCB 20之上表面28上之第一電連接器26、PCB 20之下表面32上之第二電連接器30(該等連接器延伸穿過孔18)或第一電連接器26及第二電連接器30二者。電連接器26、30將在完整裝置與其中安裝完整裝置之設備之間傳遞功率、接地及運算信號。PCB 20可進一步包含通孔34以促進連接至封裝基板10。
圖3係透視圖且圖4係截面圖，其等描繪使用諸如螺釘之連接技術40或另一連接技術連接至封裝基板10之後的PCB 20。圖3及圖4進一步描繪例如使用介電質黏著劑44(圖4)附接至基座14之ROIC 42及附接至ROIC 42之PDA 46。PDA 46可覆晶安裝至ROIC 42使得PDA 46上之電路使用(例如)插置在PDA 46與ROIC 42之間之球狀柵格陣列(BGA)連接件(為簡單起見未加以描繪)電耦合至ROIC 42上之電路。圖3及圖4之裝置亦可包含使用(例如)玻璃粉或另一光學透明黏著劑附接至PDA 46之上表面之光學透明窗或蓋罩48。如圖3及圖4中描繪，在此實施例中，PCB 20、ROIC 42及PDA 46其等全部接納在封裝主體中之凹口12內，但是亦預期其他實施例。
ROIC 42之上表面上之電路可使用(例如)接合線50電耦合至PCB 20。接合線50亦可透過ROIC 42上之電路將PDA 46上之電路電耦合至PCB上之電路。
因此在所描述之實施例中，ROIC 42之上表面及下表面以及PDA 46之上表面及下表面各自處於低於封裝基板10之上表面之層級處。在附接至PDA 46之後，窗48之上表面可為約與封裝基板10之上表面相同之層級。在其他實施例中，窗48之上表面可低於或高於封裝基板10之上表面。此外，PCB 20可如圖3中描繪般360度包圍ROIC 42及PDA 46，但是PCB 20亦可經設計以僅部分包圍ROIC 42及PDA 46。
圖3裝置之組裝可按任何可工作順序執行。在實施例中，PCB 20可在ROIC 42附接至基座14之前或之後附接至封裝基板10。PDA 46可在ROIC 42附接至基座14之前或之後附接至ROIC 42。
此時在組裝期間，可對圖3及圖4之裝置進行電功能測試。若裝置出現故障，則其可被容易拆卸並經返工以替換故障組件。
在完成圖3及圖4之裝置之後，可藉由將囊封材料施配在凹口之剩餘部分內以使用介電質囊封層(諸如如圖5中描繪之囊封層52)填充凹口12之剩餘部分來囊封該裝置。囊封層可將PCB 20、ROIC 42及PDA 46之至少一表面環保地密封在封裝基板10內。囊封層52可實體上接觸窗48。
在完成如圖5中描繪之裝置之後，可使用第一連接器26、第二連接器30或其二者對諸如PDA 46、ROIC 42及PCB 20之內部裝置電子器件執行外部封裝電連接。如描繪，第一連接器26電耦合至PCB 20且自裝置之第一表面延伸且穿過囊封層52。第一連接器26因此對PCB 20提供外部封裝電連接。圖5之裝置亦可包含第二電連接器30，其電耦合至PCB 20且自與該裝置之第一表面相對之第二表面延伸。第二電連接器30因此對PCB 20提供外部封裝電連接。裝置可包含連接器26或電連接器30或其二者。
儘管陳述教示之廣泛範疇之數字範圍及參數係近似值，但是具體實例中陳述之數值仍被視為儘可能精確。然而，任何數值固有地含有某些誤差，該等誤差一定係由其等各自測試量測中發現之標準偏差所致。此外，本文揭示之所有範圍應被理解為涵蓋包含在其中之任何及所有子範圍。例如，「小於10」之範圍可包含介於最小值0與最大值10之間(且包含最小值0及最大值10)之任何及所有子範圍，即，具有等於或大於0之最小值及等於或小於10之最大值之任何及所有子範圍(例如1至5)。在某些情況下，規定用於參數之數值可採用負值。在此情況下，規定為「小於10」之例示性範圍值可採取負值，例如-1、-2、-3、-10、-20、-30等等。
雖然已關於一或多個實施方式繪示教示，但是在不脫離隨附申請專利範圍之精神及範疇之情況下亦可對所繪示實例作出更改及/或修改。例如，應明白雖然程序被描述為一系列動作或事件，但是該等教示並未受限於此等動作或事件之順序。一些動作可以不同順序發生及/或與除本文描述之動作或事件以外之其他動作或事件同時發生。此外，實施根據本教示之一或多個態樣或實施例之方法論可能並不需要所有處理階段。應明白，可添加結構組件及/或處理階段或可移除或修改現有結構組件及/或處理階段。進一步言之，可在一或多個單獨動作及/或階段中實行本文描繪之動作之一或多者。此外，就術語「包含(including)」、「包含(includes)」、「具有(having)」、「具有(has)」、「具有(with)」或其等變體用於詳細描述及申請專利範圍而言，此等術語旨在以類似於術語「包括(comprising)」之一方式包含。術語「至少一者」用以意謂可選擇所列出項之一或多者。進一步言之，在 本文之論述及申請專利範圍中，對兩種材料使用之術語「上面」(一種材料在另一者「上面」)意謂該等材料之間存在至少一定的接觸，而「上方」意謂材料靠近但是可能具有一或多種額外中間材料使得可能接觸但無需接觸。「上面」或「上方」皆不暗示如本文使用之任何方向性。術語「保形」描述其中由保形材料維持下伏材料之角度之塗層材料。術語「約」指示所列出的值可能經過稍許更改，前提係該更改並未導致程序或結構不順從所繪示之實施例。最後，「例示性」指示該描述用作實例而非暗示其並非理論。本領域一般技術者在考慮本文揭示之說明書及實踐之後將明白本教示之其他實施例。希望該說明書及該等實例被僅視為例示性，使得由以下申請專利範圍指示本教示之真正範疇及精神。
基於平行於習知平面或工件之工作表面之平面定義如本申請中使用之相對位置之術語，而無關於工件之定向為何。如本申請中使用之術語「水平」或「橫向」被定義為平行於習知平面或工件之工作表面之平面，而無關於工件之定向為何。術語「垂直」係指垂直於水平之方向。諸如「上面」、「側」(如「側壁」中)、「較高」、「較低」、「上方」、「頂部上」及「下方」之術語係關於習知平面或工件之頂面上之工作表面定義，而無關於工件之定向為何。

Claims (4)

  1. 一種影像感測器，其包括：一封裝基板，其包括一凹口及該凹口內之一凸起基座；一讀出積體電路(ROIC)，其實體上附接至該凸起基座；一光二極體陣列(PDA)，其實體上附接至該ROIC且與其電耦合；一印刷電路板(PCB)，其在該封裝基板中之該凹口內，其中該PCB在其中具有一開口且該凸起基座至少部分延伸穿過該PCB中之該開口；將該PCB電耦合至該ROIC之複數個接合線，其中該PDA覆晶安裝至該ROIC且該複數個接合線透過該ROIC電耦合至該PDA；一囊封層，該囊封層將該PCB之一表面環保地密封在該封裝基板內；及電耦合至該PCB之一電連接器，其中該電連接器自該電路板延伸穿過該囊封層以對該PCB提供一外部封裝電連接。
  2. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中該囊封層形成於該封裝基板之一第一側上，且該裝置進一步包括一電連接器，該電連接器電耦合至該PCB且自該封裝基板中與該第一側相對之一第二側延伸以對該PCB提供一外部封裝電連接。
  3. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其進一步包括附接至該PDA之一光學透明窗，其中該囊封層實體上接觸該光學透明窗。
  4. 如申請專利範圍第1項之影像感測器，其中該ROIC、該PDA及該PCB其等全部接納在該封裝基板中之該凹口內。
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