TWM486862U - 光電元件之封裝體 - Google Patents

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Chau-Chun Wen
Hsing-Wu Li
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Upi Semiconductor Corp
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Description

光電元件之封裝體
本創作與半導體封裝有關，特別是關於一種光電元件之封裝體。
請參照圖1，圖1繪示傳統的光電元件之封裝體結構的示意圖。如圖1所示，於光電元件之封裝體1中，光電元件10設置於基板(或導線架)12上，並以可固化的透明材料14覆蓋光電元件10，待透明材料14固化後，再透過模具對環氧樹脂18進行模壓成型。
然而，由於模具與透明材料14之間的公差，使得在固化後的透明材料14上會留下一些殘膠16，導致透明材料14的透光度變差，阻礙部分的光線射入光電元件10。此外，光電元件之封裝體1需設置透鏡17來聚集光線。由於環氧樹脂18與基板(或導線架)12之間需透過黏接、焊接或卡合相連，其結合性較差。再加上傳統的光電元件之封裝製程僅能針對單個光電元件10進行，無法大量一次生產且每個光電元件之封裝體1之間的變異量亦難以控制，導致傳統的光電元件之封裝製程的穩定性及良率不佳。
因此，本創作提出一種光電元件之封裝體，以解決先前技術所遭遇到之上述問題。
根據本創作之一具體實施例為一種光電元件之封裝體。於此實施例中，光電元件之封裝體包括載體、光電元件及透光膠體。光電元件具有彼此相對之第一表面及第二表面與彼此相對之兩側表面。第二表面耦接載體。兩側表面均與第一表面及第二表面相鄰。透光膠體具有彈性且覆 蓋光電元件之第一表面與兩側表面中之至少一側表面。
於一實施例中，透光膠體之邵氏(shore)A硬度值介於30A至70A之間。
於一實施例中，光電元件之封裝體更包括一不透光膠體，設置於載體上且覆蓋至少部分透光膠體。
於一實施例中，不透光膠體之硬度大於透光膠體之硬度。
於一實施例中，不透光膠體具有開孔。開孔之至少一部分的位置對應於光電元件之第一表面且開孔貫穿至透光膠體之外表面。
於一實施例中，透光膠體之外表面係呈現一曲面。
於一實施例中，曲面係具有至少一曲率。
於一實施例中，曲面係具有至少一凹陷區域。
於一實施例中，光電元件為半導體晶粒。
根據本創作之另一具體實施例為一種光電元件之封裝體。於此實施例中，光電元件之封裝體包括載體、光電元件及透光膠體。光電元件設置於載體上。透光膠體具有一彈性係數，且覆蓋至少部分光電元件。封裝膠體包覆至少部分透光膠體並包覆載板。其中，透光膠體之彈性係數為邵氏A硬度值介於30A至70A之間。
於一實施例中，封裝膠體為不透光膠體，且封裝膠體具有開孔，開孔曝露至少部分透光膠體。
於一實施例中，光電元件為半導體感測器晶粒，包含第一表面、第二表面、感測部及多個導電連接體。當光電元件耦接於載體時，第一表面面對載體。第二表面與第一表面相背，且具有窗口。感測部設置於第一表面及第二表面間，且至少部分暴露於窗口。多個導電連接體設置於第一表面，並與感測部電性耦接，供光電元件耦接於載體。
於一實施例中，封裝膠體之硬度大於透光膠體之硬度。
相較於先前技術，本創作所提出之光電元件之封裝體具有下列優點：
(1)可透過同一模具一次生產大量的光電元件之封裝體，不僅可大幅提升生產效率並降低生產成本之外，還可有效降低每個光電元件 之封裝體之間的變異量，以增進光電元件之封裝製程的穩定性。
(2)由於透光膠體與覆蓋其上的不透光膠體均為膠體，兩者之間的結合性較佳。
(3)由於透光膠體之外表面呈現曲面狀，可達到聚光至光電元件之效果，不必如同先前技術一樣於光電元件上方額外設置透鏡，可簡化結果並降低成本。
關於本創作之優點與精神可以藉由以下的創作詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。
1、2、3、4、5、6A、6B、7‧‧‧光電元件之封裝體
10、20、30、40、50、70‧‧‧光電元件
12‧‧‧基板(或導線架)
14‧‧‧透明材料
16‧‧‧殘膠
18‧‧‧環氧樹脂
17‧‧‧透鏡
60A‧‧‧第一光電元件
60B‧‧‧第二光電元件
22、32、42、52、62、72‧‧‧載體
24、34、44、54、74‧‧‧透光膠體
64A‧‧‧第一透光膠體
64B、64B’‧‧‧第二透光膠體
26、36、46、56、66‧‧‧不透光膠體
27、29、37、39、47、49、57、59‧‧‧導線
67A、69A‧‧‧第一導線
67B、69B‧‧‧第二導線
28、38、48、58、78‧‧‧開孔
68A‧‧‧第一開孔
68B、68B’‧‧‧第二開孔
M‧‧‧模具
R‧‧‧凹陷區域
75‧‧‧導電連接體
76‧‧‧封裝膠體
701‧‧‧第一表面
702‧‧‧第二表面
703‧‧‧感測部
704‧‧‧窗口
705‧‧‧基材
706‧‧‧覆體
圖1繪示傳統的光電元件之封裝體結構的示意圖。
圖2至圖7分別繪示本創作的光電元件之封裝體之不同實施例的示意圖。
圖8A至圖8D分別繪示圖2中之光電元件之封裝體的各製造步驟之示意圖。
根據本創作之一較佳具體實施例為一種光電元件之封裝體。於此實施例中，本創作提出的光電元件之封裝體所封裝的光電元件並無特定之限制，光電元件可以是光發射晶片、光感測晶片或其他任意光電元件，可視實際需求而定。
請參照圖2，圖2繪示此實施例的光電元件之封裝體的示意圖。如圖2所示，光電元件之封裝體2包括光電元件20、載體22、透光膠體24、不透光膠體26以及導線27及29。實際上，載體22可以是導線架、陶瓷基板或印刷電路板。
光電元件20具有彼此相對之上表面及下表面與彼此相對之兩側表面。兩側表面均與上表面及下表面相鄰。光電元件20設置於載體22上，並透過導線27及29與載體22電性連接。光電元件20之下表面位於載體22上。
需說明的是，雖然此實施例中之光電元件20所採用的是打線載板(Wire Bond,WB)封裝方式，透過導線27及29電性連接至載體(例如打線載板)22，但於另一實施例中，光電元件亦可採用覆晶載板(Flip Chip,FC)封裝方式，透過導電連接體(例如凸塊接點)將光電元件(例如IC晶片)電性連接至載體(例如覆晶載板)，容後詳述於圖7及相關說明。
透光膠體24覆蓋光電元件20之上表面與兩側表面。透光膠體24具有彈性且其外表面呈現一曲面。
需說明的是，雖然此實施例中之透光膠體24之曲面狀的外表面僅具有單一曲率，但實際上，透光膠體之曲面狀的外表面亦可具有不同的多個曲率，待後面的圖4至圖6B進行詳細說明。
不透光膠體26設置於載體22上且覆蓋透光膠體24。不透光膠體26具有開孔28，且開孔28會貫穿不透光膠體26至透光膠體24之外表面。
需說明的是，雖然此實施例中之開孔28之全部的位置均對應於光電元件20之上表面，但實際上，不透光膠體的開孔亦可僅有部分的位置對應於光電元件之上表面，待後面的圖5及圖6B進行詳細說明。
接著，要針對光電元件之封裝體2中的透光膠體24與不透光膠體26之硬度進行探討。
於本創作中，不透光膠體26之硬度會大於透光膠體24之硬度。也就是說，光電元件之封裝體2係由材質較硬且彈性較差的不透光膠體26覆蓋著材質較軟且彈性較佳的透光膠體24。
需說明的是，本創作所採用的透光膠體24經固化後具有的邵氏(shore)A硬度值介於30A至70A之間。若以實際物體來比擬，透光膠體24之材質硬度大致介於滑鼠墊至皮帶之間，除了滑鼠墊及皮帶等材質之外，例如橡皮擦及跑鞋的鞋底等材質之硬度亦落在此一硬度範圍之內。
於一較佳實施例中，透光膠體24具有55A的邵氏(shore)A硬度值，其硬度大致介於橡皮擦的硬度與跑鞋的鞋底之硬度之間，但不以此為限。
至於本創作所採用的不透光膠體26則可以是常見的封裝用 黑膠，其固化後會變得很硬，故其具有的邵氏(shore)A硬度值會高於70A。
請參照圖3，圖3繪示另一實施例的光電元件之封裝體的示意圖。如圖3所示，光電元件之封裝體3包括光電元件30、載體32、透光膠體34、不透光膠體36以及導線37及39。
圖3與圖2不同之處在於：圖2中之透光膠體24覆蓋到光電元件20之上表面與兩側表面，但圖3中之透光膠體34僅覆蓋到光電元件30之上表面與左側表面，並未覆蓋到光電元件30之右側表面。
此外，圖2中之導線27及29電性連接至載體22的位置均是被透光膠體24所覆蓋，至於圖3中之導線39電性連接至載體32的位置雖亦是被透光膠體34所覆蓋，但導線37電性連接至載體32的位置則是被不透光膠體36所覆蓋。
請參照圖4，圖4繪示另一實施例的光電元件之封裝體的示意圖。如圖4所示，光電元件之封裝體4包括光電元件40、載體42、透光膠體44、不透光膠體46以及導線47及49。
圖4與圖2不同之處在於：圖2中之透光膠體24之曲面狀的外表面僅具有單一曲率且未形成任何凹陷區域，但圖4中之透光膠體44之曲面狀的外表面具有兩個不同曲率且形成有凹陷區域R。
請參照圖5，圖5繪示另一實施例的光電元件之封裝體的示意圖。如圖5所示，光電元件之封裝體5包括光電元件50、載體52、透光膠體54、不透光膠體56以及導線57及59。
圖5與圖4不同之處在於：圖4中之不透光膠體46的開孔48之全部的位置均對應於光電元件40之上表面，但圖5中之不透光膠體56的開孔58僅有部分的位置對應於光電元件50之上表面，另一部分的位置則對應到載體52。
需說明的是，上述實施例中之光電元件之封裝體2至5均僅對單一個光電元件進行封裝，但實際上本創作之光電元件之封裝體亦可依照實際需求同時封裝多個光電元件。
舉例而言，如圖6A所示，光電元件之封裝體6A包括第一光電元件60A、第二光電元件60B、載體62、第一透光膠體64A、第二透光 膠體64B、不透光膠體66、第一導線67A及69A以及第二導線67B及69B。不透光膠體66具有第一開孔68A及第二開孔68B。
第一透光膠體64A之曲面狀的外表面具有兩個不同曲率且形成有一凹陷區域R。第二透光膠體64B之曲面狀的外表面具有單一曲率而未形成任何凹陷區域。不透光膠體66的第一開孔68A之部分的位置對應於第一光電元件60A之上表面。不透光膠體66的第二開孔68B之全部的位置均對應於第二光電元件60B之上表面。
第一透光膠體64A覆蓋到光電元件60A之上表面與左側表面，至於光電元件60A之右側表面則是被不透光膠體66所覆蓋。光電元件60B之上表面與兩側表面則均被第二透光膠體64B所覆蓋。
假設第一光電元件60A及第二光電元件60B分別是光發射晶片及光感測晶片，第一光電元件(光發射晶片)60A所發出的光可透過第一透光膠體64A及不透光膠體66的第一開孔68A射出封裝體6A外，外界的光亦可透過不透光膠體66的第二開孔68B射入第二透光膠體64B，並經由第二透光膠體64B之聚光後射入第二光電元件(光感測晶片)60B。藉此，圖6A所繪示的光電元件之封裝體6A可用來作為接近感測器。
如圖6B所示，光電元件之封裝體6B包括第一光電元件60A、第二光電元件60B、載體62、第一透光膠體64A、第二透光膠體64B’、不透光膠體66、第一導線67A及69A以及第二導線67B及69B。不透光膠體66具有第一開孔68A及第二開孔68B’。
第一透光膠體64A之曲面狀的外表面具有兩個不同曲率且形成有一凹陷區域R。第二透光膠體64B’之曲面狀的外表面具有單一曲率而未形成任何凹陷區域。不透光膠體66的第一開孔68A之部分的位置對應於第一光電元件60A之上表面。不透光膠體66的第二開孔68B’之全部的位置均對應於第二光電元件60B之上表面。
第一透光膠體64A覆蓋到光電元件60A之上表面與左側表面，至於光電元件60A之右側表面則是被不透光膠體66所覆蓋。不同於圖6A中之光電元件60B之上表面與兩側表面均被第二透光膠體64B所覆蓋，圖6B中之第二透光膠體64B’僅覆蓋到光電元件60B之上表面與右側表 面，至於光電元件60B之左側表面則是被不透光膠體66所覆蓋。
假設第一光電元件60A及第二光電元件60B分別是光發射晶片及光感測晶片，第一光電元件(光發射晶片)60A所發出的光可透過第一透光膠體64A及不透光膠體66的第一開孔68A射出封裝體6外，外界的光亦可透過不透光膠體66的第二開孔68B’射入第二透光膠體64B’，並經由第二透光膠體64B’之聚光後射入第二光電元件(光感測晶片)60B。藉此，圖6B所繪示的光電元件之封裝體6B可用來作為接近感測器。
根據本創作之另一較佳具體實施例亦為一種光電元件之封裝體。於此實施例中，本創作提出的光電元件之封裝體所封裝的光電元件並無特定之限制，光電元件可以是光發射晶片、光感測晶片或其他任意光電元件，可視實際需求而定。
如圖7所示，光電元件之封裝體7包括光電元件70、載體72、透光膠體74、多個導電連接體75及封裝膠體76。光電元件70設置於載體72上，且光電元件70透過多個導電連接體75耦接於載體72。透光膠體74具有一彈性係數，且覆蓋至少部分光電元件70。於此實施例中，封裝膠體76之硬度大於透光膠體74之硬度。透光膠體74的彈性係數為邵氏A硬度值介於30A至70A之間，但不以此為限。
封裝膠體76包覆至少部分透光膠體74並包覆載板72。於此實施例中，封裝膠體76為不透光膠體，且封裝膠體76具有開孔78。開孔會曝露至少部分透光膠體74。
假設光電元件70為半導體感測器晶粒，如圖7所示，光電元件70包含第一表面701、第二表面702、感測部703、基材705及覆體706。當光電元件70耦接於載體72時，光電元件70的第一表面701會面對載體72。光電元件70的第二表面702會與第一表面701相背，且第二表面702會具有窗口704。感測部703設置於光電元件70的第一表面701及第二表面702間，且至少部分的感測部703會暴露於窗口704。多個導電連接體75設置於光電元件70的第一表面701，並與感測部703電性耦接，供光電元件70耦接於載體72。
需說明的是，雖然圖7所示之光電元件之封裝體7的透光 膠體74覆蓋了整個光電元件70，但實際上光電元件之封裝體7的透光膠體74亦可僅覆蓋光電元件70的一部分，例如透光膠體74僅覆蓋光電元件70的第一表面701及一側表面，但不以此為限。
再者，雖然圖7所示之光電元件之封裝體7的透光膠體74之曲面狀的外表面具有單一曲率而未形成任何凹陷區域，但實際上透光膠體74之曲面狀的外表面亦可具有兩個不同曲率且形成凹陷區域，並不以此例為限。
此外，雖然圖7所示之封裝膠體76的開孔78之全部的位置均對應於光電元件70之第二表面702，但實際上封裝膠體76的開孔78亦可僅有部分的位置對應於光電元件70之第二表面702，並不以此例為限。
接下來，透過圖8A至圖8D的示意圖來說明圖2中之光電元件之封裝體2之製造方法的各步驟。
首先，如圖8A所示，將光電元件20設置於載體22上，並透過導線27及29與載體22電性連接。光電元件20具有彼此相對之上表面及下表面與彼此相對之兩側表面。兩側表面均與上表面及下表面相鄰。光電元件20之下表面位於載體22上。
需說明的是，圖8A所繪示的光電元件20係採用打線載板(Wire Bond,WB)封裝方式，透過導線27及29電性連接至載體22。實際上，本創作亦可採用圖7所示之覆晶載板(Flip Chip,FC)封裝方式，透過導電連接體75將光電元件70電性連接至載體72，並無特定之限制。
接著，如圖8B所示，將透光膠體24覆蓋光電元件20之上表面與兩側表面。透光膠體24具有彈性且其外表面呈現一曲面。
然後，如圖8C所示，將模具M設置於尚未固化的透光膠體24之外表面上。此時，模具M會施加一壓力於尚未固化的透光膠體24上，使得具有彈性的透光膠體24之外表面可能會受到模具M施加的壓力而產生變形。實際上，模具M設置於尚未固化的透光膠體24之外表面上的位置可視實際需求而調整，以使得不透光膠體26的開孔28形成於想要的位置上。
當設置好模具M之後，該方法再將不透光膠體26注入模 具M內，以使得不透光膠體26設置於載體22上並覆蓋透光膠體24，如圖7D所示。當不透光膠體26及透光膠體24均固化後，固化後的不透光膠體26之硬度會大於固化後的透光膠體24之硬度，因此，除了模具M會施加壓力在透光膠體24上之外，硬度較大且彈性較差的不透光膠體26亦會施加壓力在硬度較小且彈性較佳的透光膠體24上。
實際上，本創作所採用的透光膠體24經固化後具有的邵氏(shore)A硬度值介於30A至70A之間。若以實際物體來比擬，透光膠體24之材質硬度大致介於滑鼠墊至皮帶之間，除了滑鼠墊及皮帶等材質之外，例如橡皮擦及跑鞋的鞋底等材質之硬度亦落在此一硬度範圍之內。
於一較佳實施例中，透光膠體24具有55A的邵氏(shore)A硬度值，其硬度大致介於橡皮擦的硬度與跑鞋的鞋底之硬度之間，但不以此為限。至於本創作所採用的不透光膠體26則可以是常見的封裝用黑膠，其固化後會變得很硬，故其具有的邵氏(shore)A硬度值會高於70A。
當注入模具M內的不透光膠體26完成固化後，將模具M移除，即可得到如同圖2所示之光電元件之封裝體2。需說明的是，完成固化後的不透光膠體26會具有開孔28。由於模具M設置於透光膠體24之外表面上，使得不透光膠體26的開孔28會貫穿不透光膠體26至透光膠體24之外表面。實際上，不透光膠體26之開孔28的位置可全部或部分對應於光電元件20之上表面，端視實際需求而定。
此外，由於透光膠體24具有良好的彈性，因此，當設置於透光膠體24之外表面上的模具M移除時，透光膠體24之外表面所受到之模具M的壓力消失，使得透光膠體24之曲面狀的外表面可能會稍微伸入不透光膠體26之開孔28內而變形。
相較於先前技術，本創作所提出之光電元件之封裝體具有下列優點：
(1)可透過同一模具一次生產大量的光電元件之封裝體，不僅可大幅提升生產效率並降低生產成本之外，還可有效降低每個光電元件之封裝體之間的變異量，以增進光電元件之封裝製程的穩定性。
(2)由於透光膠體與覆蓋其上的不透光膠體均為膠體，兩者 之間的結合性較佳。
(3)由於透光膠體之外表面呈現曲面狀，可達到聚光至光電元件之效果，不必如同先前技術一樣於光電元件上方額外設置透鏡，可簡化結果並降低成本。
藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本創作之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本創作之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本創作所欲申請之專利範圍的範疇內。
2‧‧‧光電元件之封裝體
20‧‧‧光電元件
22‧‧‧載體
24‧‧‧透光膠體
26‧‧‧不透光膠體
27‧‧‧導線
28‧‧‧開孔
29‧‧‧導線

Claims (13)

  1. 一種光電元件之封裝體，包括：一載體；一光電元件，具有彼此相對之一第一表面及一第二表面與彼此相對之兩側表面，其中該第二表面耦接該載體，該兩側表面均與該第一表面及該第二表面相鄰；以及一透光膠體，具有彈性且覆蓋該光電元件之該第一表面與該兩側表面中之至少一側表面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件之封裝體，其中該透光膠體之邵氏(shore)A硬度值介於30A至70A之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件之封裝體，更包括：一不透光膠體，設置於該載體上且覆蓋至少部分該透光膠體。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之光電元件之封裝體，其中該不透光膠體之硬度大於該透光膠體之硬度。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之光電元件之封裝體，其中該不透光膠體具有一開孔，該開孔之至少一部分的位置對應於該光電元件之該第一表面且該開孔貫穿至該透光膠體之外表面。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之光電元件之封裝體，其中該透光膠體之外表面係呈現一曲面。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之光電元件之封裝體，其中該曲面係具有至少一曲率。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之光電元件之封裝體，其中該曲面係具有至少一凹陷區域。
  9. 如申請專利範圍第6項所述之光電元件之封裝體，其中該光電元件為一半導體晶粒。
  10. 一種光電元件之封裝體，包括：一載體；一光電元件，設置於該載體上；一透光膠體，具有一彈性係數，且覆蓋至少部分該光電元件；以及一封裝膠體，包覆至少部分該透光膠體並包覆該載板，其中，該彈性係數為邵氏A硬度值介於30A至70A之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之光電元件之封裝體，其中該封裝膠體為一不透光膠體，且該封裝膠體具有一開孔，該開孔曝露至少部分該透光膠體。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之光電元件之封裝體，其中該光電元件為一半導體感測器晶粒，包含：一第一表面，當該光電元件耦接於該載體時，該第一表面面對該載體；一第二表面，與該第一表面相背，且具有一窗口；一感測部，設置於該第一表面及該第二表面間，且至少部分暴露於該窗口；以及多個導電連接體，設置於該第一表面，並與該感測部電性耦接，供該光電元件耦接於該載體。
  13. 如申請專利範圍第10項所述之光電元件之封裝體，其中該封裝膠體 之硬度大於該透光膠體之硬度。
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