TWI812908B - 影像感測器封裝 - Google Patents
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Abstract
一種影像感測器封裝包括：一透明基板，其具有形成於該透明基板中之一凹部；以及一影像感測器，其定位於該凹部中，使得入射在該透明基板上之光通過該透明基板到達該影像感測器。該影像感測器封裝亦包括一電路板，其電學上安置於該凹部中且經耦接以自該影像感測器接收影像資料，且該影像感測器定位於該凹部中在該電路板與該透明基板之間。
Description
本發明大體上係關於半導體裝置封裝，且尤其但非排他地係關於影像感測器封裝。
影像感測器已變得隨處可見。其廣泛用於數位靜態相機、蜂巢式電話、保全攝影機，以及醫學、汽車及其他應用。用於製造影像感測器之技術一直在高速發展。舉例而言，對較高解析度及較低功率消耗之需求已促進此等裝置之進一步小型化及整合。
典型的影像感測器操作如下。來自外部場景之影像光入射於影像感測器上。影像感測器包括複數個感光元件，使得每一感光元件吸收入射影像光之一部分。包括在影像感測器中之例如光電二極體等感光元件各自在吸收影像光後就產生影像電荷。所產生之影像電荷之量與影像光之強度成正比。所產生之影像電荷可用於產生表示外部場景之影像。
為了產生高品質影像，影像感測器需要充分電隔離以防止不合需要的電失真。習知封裝材料可能沒有用於現代感測器之適當絕緣性質。因此，可使用新式封裝材料。
本文中描述用於影像感測器封裝之設備及方法之實例。在以下描述中，陳述眾多特定細節以提供對實例之透徹理解。然而，熟習相關技術者將認識到，可在沒有該等特定細節中之一或多者的情況下或使用其他方法、組件、材料等實踐本文所描述之技術。在其他情況下，未展示或詳細描述眾所周知的結構、材料或操作以免使某些態樣混淆。
在本說明書通篇中參考「一個實例」或「一個實施例」意謂結合實例描述之特定特徵、結構或特性包括於本發明之至少一個實例中。因此，貫穿本說明書在不同位置中出現片語「在一個實例中」或「在一個實施例中」未必都係指相同實例。此外，該等特定特徵、結構或特性可在一或多個實例中以任何合適方式組合。
本文所論述之實例係關於一種新穎影像感測器封裝，其可包括晶圓級玻璃基板及可施加於玻璃基板上之抗反射(AR)/紅外線(IR)或AR/IR膜。此實現可用於汽車應用中(例如，自主或部分自主車輛中)之高品質影像感測器封裝。本文展示之結構有利地產生較小封裝尺寸(例如，堆疊在豎直方向上而非橫向定向中)及較薄封裝高度(例如，覆晶接合，而非線接合)。此外，因為本文之架構可使用封裝內影像感測器及ASIC系統，所以所提出之結構減小了用於影像感測器封裝之組裝之複雜性，從而節省成本。
以下揭示內容將進一步描述上文所論述之實施例以及與圖式相關之其他實施例。
圖 1A 至圖 1C
繪示根據本發明之教示之影像感測器封裝100。如所展示，圖 1A
繪示影像感測器封裝100之橫截面圖，其描繪透明基板101、影像感測器103、電路板105、第一散熱片107、第二散熱片109、第一鈍化層111、第二鈍化層113、導電跡線115、焊球117、金屬凸塊119及印刷電路板121。如所展示，描繪光(hv
)通過透明基板101之光學側到達影像感測器103，影像感測器會將影像光轉換為影像電荷/影像資料。
如所展示，透明基板101 (例如，玻璃、石英、純聚合物等)具有形成於其中之凹部。影像感測器103 (例如，CMOS影像感測器等)定位於凹部中，使得入射在透明基板101上之光通過透明基板101到達影像感測器103。電路板105安置於凹部中，且經耦接以自影像感測器103接收影像資料，且影像感測器103定位於凹部中在電路板105與透明基板101之間。
第一散熱片107 (例如，鰭片式散熱片、熱電冷卻器等)安置於影像感測器103與電路板105之間，且經熱耦接以自影像感測器103移除熱。如所展示，第一散熱片107可具有比影像感測器103小之橫向區域(例如，其中散熱片107接觸影像感測器103)。在所描繪之實例中，第一散熱片107亦可熱耦接至電路板105。第二散熱片109熱耦接至電路板105以自電路板105移除熱，且電路板105安置於第一散熱片107與第二散熱片109之間。如所展示，第二散熱片109可具有比電路板105小之橫向區域。在所描繪之實例中，凸耳安置於凹部中，且電路板105跨越凹部中之凸耳之間的距離。此外，凹部包括界定在凸耳之間的第一梯形區，以及大於第一梯形區之第二梯形區。然而，一般技術者將瞭解，根據本發明之教示，凹部可採取其他形狀。
在所描繪之實例中，第一鈍化層111 (例如，透明材料，比如聚醯亞胺、光學液體矽橡膠等)形成於透明基板101上且至少部分地安置於透明基板101與影像感測器103之間。導電跡線115 (例如，金屬，比如銅、金、鋁等)形成於第一鈍化層111上，且至少一些導電跡線115將電路板105電耦接至影像感測器103。第二鈍化層113可至少部分地安置於導電跡線115上以便防止導電跡線115降解/腐蝕。電路板105經由第二鈍化層113中之間隙/裂縫耦接至導電跡線115。在一些實例中，電路板105包括經耦接以操縱自影像感測器輸出之影像資料之功能邏輯(例如，在比如包括在電路板105中之ASIC等處理器中)。
如所展示，影像感測器103及電路板105可經由延伸穿過第二鈍化層113中之裂縫之金屬凸塊(例如，金等)耦接至導電跡線115；且導電跡線沿著透明基板101之側壁延伸。如所展示，導電跡線接著可經由焊球117耦接至額外印刷電路板121等。
圖 1B
展示圖 1A
之影像感測器封裝100的自上向下半透明3D視圖。應瞭解，已經省略一些標籤以避免混淆本發明之某些態樣，但根據本發明之教示，來自圖 1A
之所有組件都包括在圖 1B
中。
如所描繪，凹部形狀為彼此堆疊之兩個三維梯形，使得頂部梯形小於底部梯形(從而形成分層錐型形狀)。影像感測器103靠近較小3D梯形之頂部安置，且電路板105安置在較大3D梯形之頂部附近。如所展示，導電跡線115沿著凹部之側部向上延伸以連接至影像感測器103及電路板105上之接觸件。導電跡線115接著經由焊球117 (其可包括鉛、錫、銅、銀、鉍、銦、鋅、銻等)連接至印刷電路板121 (其具有與透明基板101實質上相同之橫向尺寸)。如所展示，導電跡線115之第一部分僅延伸至凹部之頂部以接觸影像感測器103，且導電跡線115之第二部分僅延伸至凸耳以接觸電路板105。
圖 1C
展示圖 1A
及圖 1B
之影像感測器封裝100之下側。在所描繪之實例中，印刷電路板121展示為部分透明以便查看其他各件裝置架構。如所展示，焊球117可安裝至印刷電路板121上之延伸穿過印刷電路板121之電接觸件。
圖 2
繪示根據本發明之教示可包括在圖 1
之影像感測器封裝中之成像系統200的方塊圖。成像系統200包括像素陣列205、控制電路系統221、讀出電路系統211及功能邏輯215。在一個實例中，像素陣列205係光電二極體之二維(2D)陣列，或影像感測器像素(例如，像素P1、P2…、Pn)。如所繪示，將光電二極體配置成列(例如，列R1至Ry)及行(例如，行C1至Cx)，以獲取人、地點、物件等之影像資料，其可接著用以渲染該人、地點、物件等之2D影像。然而，光電二極體不必配置成列及行，且可採取其他組態。
在一個實例中，在像素陣列205中之每一影像感測器光電二極體/像素已獲取其影像資料或影像電荷之後，讀出電路系統211讀出該影像資料，且接著將該影像資料傳遞至功能邏輯215。在各種實例中，讀出電路系統211可包括放大電路系統、類比至數位(ADC)轉換電路系統或其他者。功能邏輯215可簡單地儲存影像資料，或者甚至藉由應用後期影像效果(例如，自動對焦、裁剪、旋轉、去除紅眼、調整亮度、調整對比度或其他效果)來操縱影像資料。在一個實例中，讀出電路系統211可沿(所繪示)讀出行線一次讀出一列影像資料，或可使用多種其他技術(未繪示)來讀出影像資料，該等其他技術係例如串列讀出或同時完全並列讀出所有像素。
在一個實例中，控制電路系統221耦接至像素陣列205，以控制像素陣列205中之複數個光電二極體之操作。舉例而言，控制電路系統221可產生用於控制影像獲取之快門信號。在所描繪之實例中，快門信號係用於在單一獲取窗口期間同時使得像素陣列205內之所有像素能夠同時捕捉其各別影像資料之全域快門信號。在另一實例中，影像獲取與例如閃光等照明效果同步。在一些實施例中，控制電路系統221、讀出電路系統211及功能邏輯215中之任一者可全部或部分地安置在圖 1A
中描繪之影像感測器中、電路板中，或印刷電路板中。
在一個實例中，影像感測器封裝100可包括在數位相機、蜂巢電話、膝上型電腦、汽車等中。另外，成像系統200可耦接至其他件硬體，例如處理器(通用或其他)、記憶體元件、輸出(USB埠、無線發射器、HDMI埠等)、照明設備/閃光燈、電輸入(鍵盤、觸控顯示器、軌跡墊、滑鼠、麥克風等)及/或顯示器。其他件硬體可將指令遞送至成像系統200，自成像系統200提取影像資料，或操縱由成像系統200供應之影像資料。
圖 3A 至圖 3G
繪示根據本發明之教示之影像感測器封裝製造方法。熟習此項技術者將瞭解，圖 3A 至 圖 3G
中描繪之步驟可按任何次序乃至並列地發生。此外，根據本發明之教示，步驟可添加至方法或自方法移除。
圖 3A
展示在透明基板中形成凹部。在一些實例中，可蝕刻或切割一片玻璃(透明基板材料之一個實例)以在該片玻璃上產生許多凹部。接著可將片材分割為許多基板以供封裝，其中每一封裝包括一個凹部。在一些實例中，形成凹部包括形成安置於凹部中之凸耳。在一些實例中，可藉由形成凹部來形成凸耳，該凹部包括界定在凸耳之間的第一梯形區，以及第二梯形區，其中第一梯形區小於第二梯形區。
圖 3B
描繪在透明基板上形成(例如，利用熱蒸鍍之沈積、化學氣相沈積、流體塗覆等)鈍化層。在一些實例中，鈍化層亦為可見光譜可透射的。應瞭解，兩個鈍化層(及導電跡線)可在分割之前形成以形成個別透明基板。
圖 3C
展示在第一鈍化層上在凹部中形成導電跡線(例如，利用遮蔽及熱蒸鍍，或使用印刷技術)，使得第一鈍化層至少部分地安置於導電跡線與透明基板之間。導電跡線可包括金屬，例如金、鋁、銅、銀等。
圖 3D
繪示形成第二鈍化層，使得導電跡線至少部分地安置於第一鈍化層與第二鈍化層之間。應瞭解，第一鈍化層可以係與第二鈍化層相同之材料，或其可由不同材料製成。此外，第二鈍化層中可存在裂縫(或孔)以允許形成與導電跡線之電接觸。在一些實例中，此等孔可使用遮蔽或光微影技術形成。
圖 3E
繪示產生影像感測器及其他電腦晶片。圖 3E
亦描繪一旦形成晶片就分割晶圓341。
圖 3F
繪示在影像感測器或電路板中之至少一者上形成一或多個金屬凸塊(例如，金、銀、銅等)。且一旦影像感測器及電路板置放於凹部中，金屬凸塊就將耦接至導電跡線。
圖 3G
描繪將影像感測器插入至凹部中，使得影像感測器定位於凹部中以經由透明基板接收光。圖 3G
亦描繪將電路板插入至凹部中，使得影像感測器定位於透明基板與電路板之間。在一個實例中，影像感測器定位於透明基板之照明側與電路板之間，使得導向電路板之一些光被影像感測器阻擋。在一些實例中，插入影像感測器及電路板兩者可同時發生，而在其他實例中，其可在單獨的時間發生。在一些實例中，將電路板置放在凹部中包括定位電路板以跨越凹部中之凸耳之間的距離(例如，電路板之邊緣附接至每一凸耳)。
在所描繪之實例中，第一散熱片插入至凹部中且定位於影像感測器與電路板之間，並且經熱耦接以自影像感測器移除熱。類似地，第二散熱片插入在凹部中且熱耦接至電路板以自電路板移除熱，其中電路板安置於第一散熱片與第二散熱片之間。
對本發明之所說明實例之以上描述(包括摘要中所描述之內容)並不意欲係窮盡性的或將本發明限制於所揭示之精確形式。雖然本文中出於說明性目的而描述本發明之特定實例，但在本發明之範疇內，各種修改係可能的，如熟習相關技術者將認識到。
可鑒於以上詳細描述對本發明作出此等修改。所附申請專利範圍中使用之術語不應被解釋為將本發明限於本說明書中所揭示之特定實例。實際上，本發明之範疇應完全由所附申請專利範圍確定，應根據請求項解譯之已確立原則來解釋所附申請專利範圍。
100:影像感測器封裝
101:透明基板
103:影像感測器
105:電路板
107:第一散熱片
109:第二散熱片
111:第一鈍化層
113:第二鈍化層
115:導電跡線
117:焊球
119:金屬凸塊
121:印刷電路板
200:成像系統
205:像素陣列
211:讀出電路系統
215:功能邏輯
221:控制電路系統
301:玻璃
341:晶圓
C1:行
C2:行
C3:行
C4:行
C5:行
Cx:行hv:光
P1:像素
P2:像素
P3:像素
Pn:像素
R1:列
R2:列
R3:列
R4:列
R5:列
Ry:列
參考以下圖式描述本發明之非限制性且非窮盡性之實例，其中除非另外規定，否則在各視圖通篇中相同的參考標號係指相同的零件。
圖 1A 至圖 1C
繪示根據本發明之教示之影像感測器封裝。
圖 2
繪示根據本發明之教示之影像感測器系統的方塊圖。
圖 3A 至圖 3G
繪示根據本發明之教示之影像感測器封裝製造方法。
在圖式之若干視圖中，對應參考標號指示對應組件。熟習此項技術者將瞭解，圖中之元件僅為簡單及清晰起見而繪示，但未必按比例繪製。舉例而言，圖中之一些元件之尺寸可能相對於其他元件誇示以有助於改良對本發明之各種實施例之理解。並且，通常未描繪在商業可行的實施例中有用或必需的常見但眾所周知的元件，以便呈現本發明之此等各種實施例之遮擋較少的視圖。
100:影像感測器封裝
101:透明基板
103:影像感測器
105:電路板
107:第一散熱片
109:第二散熱片
111:第一鈍化層
113:第二鈍化層
115:導電跡線
117:焊球
119:金屬凸塊
121:印刷電路板
hv:光
Claims (10)
- 一種影像感測器封裝，其包含：一透明基板，其具有形成於該透明基板中之一凹部(recess)；一影像感測器，其定位於該凹部中，使得入射在該透明基板上之光通過該透明基板到達該影像感測器；一電路板，其電學上安置於該凹部中且經耦接以自該影像感測器接收影像資料，其中該影像感測器定位於該電路板與該透明基板之間的該凹部中。
- 如請求項1之影像感測器封裝，其進一步包含一第一散熱片，該第一散熱片安置於該影像感測器與該電路板之間，且經熱耦接以自該影像感測器移除熱。
- 如請求項2之影像感測器封裝，其進一步包含一第二散熱片，該第二散熱片熱耦接至該電路板以自該電路板移除熱，其中該電路板安置於該第一散熱片與該第二散熱片之間。
- 如請求項1之影像感測器封裝，其進一步包含安置於該凹部中之凸耳(ledges)，其中該電路板跨越該凹部中之該等凸耳之間的距離。
- 如請求項4之影像感測器封裝，其中該凹部包括界定在該等凸耳之間的一第一梯形區，以及一第二梯形區，其中該第一梯形區小於該第二梯形 區。
- 如請求項1之影像感測器封裝，其進一步包含一第一鈍化層，該第一鈍化層形成於該透明基板上且至少部分地安置在該透明基板與該影像感測器之間。
- 如請求項6之影像感測器封裝，其進一步包含形成在該第一鈍化層上之導電跡線，其中至少一些該等導電跡線將該電路板電耦接至該影像感測器。
- 如請求項7之影像感測器封裝，其進一步包含至少部分地安置在該等導電跡線上之一第二鈍化層。
- 如請求項8之影像感測器封裝，其中該電路板經由該第二鈍化層中之間隙耦接至該等導電跡線。
- 如請求項1之影像感測器封裝，其中該電路板包括經耦接以操縱自該影像感測器輸出之該影像資料之功能邏輯。
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