TW201903999A - 半導體封裝裝置及製造半導體封裝裝置之方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種半導體封裝裝置，其包含一基板、一光發射器、一光偵測器及一透明導電薄膜。該基板具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面。該光發射器安置於該基板之該第一表面上，且具有鄰接於該基板之該第一表面的一光發射區域。該光偵測器安置於該基板之該第一表面上，且具有鄰接於該基板之該第一表面的一光接收區域。該透明導電薄膜安置於該基板之該第二表面上。

Description

半導體封裝裝置及製造半導體封裝裝置之方法

本發明係關於一種半導體封裝裝置，且更特定言之，係關於一種包括心動電流描記法(electrocardiography；ECG)偵測裝置之半導體封裝裝置。

在ECG偵測裝置中，ECG信號係使用光發射器及光偵測器來量測。為增大ECG之量測結果之精確度及準確度，可藉由光學方式及電方式兩者量測ECG信號。在包括光學偵測組件及電偵測組件兩者之ECG偵測裝置中，光發射器及光偵測器安置於基板上，且一導電蓋板置放於該基板上，其增加該偵測裝置之整體大小及製造該偵測裝置之複雜度。此外，為避免光發射器與光偵測器之間的串擾，阻光壁安置於該基板上且光發射器與光之間。然而，自光發射器發射之光可立即經由該阻光壁下面之過度滲出的透明模製化合物被光偵測器接收，而不傳播通過身體，其可導致偵測裝置故障。

在一些實施例中，根據本發明之一態樣，一種半導體封裝裝置包含一基板、一光發射器、一光偵測器及一透明導電薄膜。該基板具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面。該光發射器安置於該基板之該第一表面上，且具有鄰接於該基板之該第一表面的一發光區域。該光偵測器安置於該基板之該第一表面上，且具有鄰接於該基板之該第一表面的一光接收區域。該透明導電薄膜安置於該基板之該第二表面上。該半導體封裝裝置可包含安置於該基板內且該光發射器與該光偵測器之間的一阻光元件。 在一些實施例中，根據本發明之另一態樣，一種半導體封裝裝置包含一不透光層、一第一電子組件、一基板，及一透明導電薄膜。該不透光層具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面。該第一電子組件安置於該不透光層內且鄰接於該不透光層之該第一表面。該第一電子組件之一主動表面之至少一部分被該不透光層曝露。該基板安置於該不透光層之該第一表面上。該基板經組態以使光透射。一透明導電薄膜安置於該基板上。該半導體封裝裝置可進一步包含一第二電子組件，其安置於該不透光層內且鄰接於該不透光層之該第一表面。該第二電子組件之一主動表面之至少一部分由該不透光層曝露。該第二電子組件之該主動表面經組態以接收自該第一電子組件之該主動表面發射之一光。該半導體封裝裝置可進一步包含安置在該基板內且該第一電子組件與該第二電子組件之間的一阻光元件。 在一些實施例中，根據本發明之另一態樣，一種用於偵測身體資訊之方法包含：提供一基板，該基板包含在該基板之一第一表面上的一第一導電層；自該基板的與一身體之一第一部分接觸之該第一導電層偵測一第一電位；藉由一光發射器發射一光，該光穿過該基板到達該身體之該第一部分；及藉由一光偵測器偵測自該身體之該第一部分反射的該光。

圖1A說明根據本發明之一些實施例之半導體封裝裝置1的橫截面視圖。該半導體封裝裝置1包括不透光層10，電子組件11、12，基板13，阻光元件14，透明導電薄膜15及至少一個導電元件16。 基板13具有表面131及與該表面131相對之表面132。在一些實施例中，基板13之表面131被稱為下表面或第一表面，而基板13之表面132被稱為頂表面或第二表面。基板13之材料可經選擇以允許由電子組件11及/或12發射或接收之光透射。在一些實施例中，基板13係玻璃基板。 電子組件11安置於基板13之下表面131上。在一些實施例中，電子組件11可為光發射器或發光裝置，諸如發光二極體(light-emitting diode；LED)或其他發光晶粒。舉例而言，電子組件11可包括(例如) LED、雷射二極體、可包括一或多個半導體層之另一裝置，或其兩者或多於兩者之組合。半導體層可包括矽、碳化矽、氮化鎵或任何其他半導體材料。電子組件11可例如藉助於覆晶或導線接合技術連接至基板13。電子組件11具有朝向基板13之下表面131的發光區域111 (亦被稱作主動表面)。電子組件11之發光區域111由底部填充件11u覆蓋或囊封。底部填充件11u之材料經選擇以允許藉由電子組件11發射之光透射。在一些實施例中，底部填充件11u包括環氧樹脂。 電子組件12安置於基板13之下表面131上，且與電子組件11實體上分離。在一些實施例中，電子組件12可為光偵測器，其例如可為PIN二極體、光電二極體，或光電晶體。電子組件12可例如藉助於覆晶或導線接合技術連接至基板13。電子組件12具有朝向基板13之下表面131的光接收區域121 (亦被稱作主動表面)。電子組件12之光接收區域121由底部填充件12u覆蓋或囊封。底部填充件12u之材料經選擇以允許藉由電子組件12接收之光透射。在一些實施例中，底部填充件12u包括環氧樹脂。 不透光層10安置於基板13之下表面131上以覆蓋或囊封電子組件11、12。不透光層10曝露電子組件11之發光區域111及電子組件12之光接收區域121。在一些實施例中，不透光層10可有助於防止藉由電子組件11發射之光立即透射至電子組件12而不傳播通過身體。在一些實施例中，不透光層10可由黑色模製化合物形成或至少包括黑色模製化合物。 透明導電薄膜15安置於基板13之頂表面132上。透明導電薄膜15係由光學透明導電材料形成或包括光學透明導電材料。透明導電薄膜15允許藉由電子組件11發射且藉由電子組件12接收之光透射。在一些實施例中，透明導電薄膜15包含透明導電氧化物(transparent conductive oxide；TCO)(例如，氧化銦錫(indium tin oxide；ITO))、導電聚合物、金屬柵格、碳奈米管(carbon nanotube；CNT)、石墨烯、奈米線網格、超薄金屬薄膜，或其兩者或多於兩者之組合。 阻光元件14安置於基板13內且電子組件11與電子組件12之間。阻光元件14大體上不透光以防止藉由電子組件11發射之非期望之光被立即透射至電子組件12而不傳播通過身體。阻光元件14係導電的，且穿過基板13以將透明導電薄膜15與安置於基板13之下表面131上之導電襯墊13c電連接。在一些實施例中，阻光元件14係石墨烯。在一些實施例中，如在說明圖1A中所示之半導體封裝裝置1之仰視圖之圖1B中所展示，阻光元件14可包圍電子組件11及12以阻止電子組件11及12被非期望之外部光干擾。在一些實施例中，阻光元件14之寬度D1大於例如約10微米(μm)、約25 μm、約50 μm，或約75 μm以有效地阻斷光。 導電元件16穿過不透光層10以將基板13之下表面131上的導電襯墊13c電連接至不透光層10之下表面102上之導電觸點16c。因此，基板13之頂表面132上的透明導電薄膜15及不透光層10之下表面102上之導電觸點16c經由阻光元件14、導電襯墊13c及導電元件16電連接。 為準確量測ECG信號，包括光學偵測組件及電偵測組件兩者之ECG偵測裝置可以光學方式及電方式兩者來量測ECG信號。根據本發明之展示於圖1A及圖1B中之實施例，電子組件11及12之主動表面(例如，發光區域111及光接收區域121)安置於透明基板13 (例如，玻璃基板)上，且阻光元件14嵌入於透明基板13中且電子組件11與12之間。在一些實施例中，半導體封裝裝置1不包括用於固持電子組件11及12之背表面之額外基板，且因此半導體封裝裝置1之整體大小及製造成本可得以降低。此外，由於阻光元件14嵌入於透明基板13內且穿過基板13，因此可避免、減小或消除阻光壁之過度滲出問題。 在一些實施例中，半導體封裝裝置1可用於量測ECG信號。舉例而言，在用於量測人(或動物)之ECG之程序期間，人皮膚之第一部分接觸透明導電薄膜15或電連接至透明導電薄膜15之任何其他導電觸點；且人皮膚之第二部分接觸導電觸點16c或電連接至導電觸點16c之任何其他導電觸點。舉例而言，人的一個手指接觸透明導電薄膜15，同時人的另一手指接觸導電觸點16c。自電子組件11發射之光通過底部填充件11u、基板13及透明導電薄膜15透射至人皮膚之第一部分。電子組件12用於偵測或接收通過透明導電薄膜15、基板13及底部填充件12u自人皮膚之第一部分反射的光。可計算或處理由電子組件12接收之反射光以獲得人之第一信號。此外，透明導電薄膜15(人皮膚之第一部分置放於上面)、導電觸點16c(人皮膚之第二部分置放於上面)及人體形成環路以獲得第二信號(例如，人心臟之電活動)。在一些實施例中，以光學方式量測之第一信號及以電方式量測之第二信號可經計算或處理以獲得該人之準確ECG信號。在一些實施例中，光學信號及電信號被同時偵測到。替代地，光學信號及電信號可在不同時間點被偵測到。 圖2說明根據本發明之一些實施例的ECG偵測裝置2。在一些實施例中，ECG偵測裝置2可為智慧型電話、平板電腦或任何其他合適裝置。圖1A中所示之半導體封裝裝置1可被整合至ECG偵測裝置2中。ECG偵測裝置2具有與半導體封裝裝置1之透明導電薄膜15電連接的第一觸點21，及與半導體封裝裝置1之導電觸點16c電連接之第二觸點22。在ECG信號之偵測期間，待偵測之人之一手指接觸第一觸點21，且該人之另一手指接觸第二觸點22。 對於比較性ECG偵測裝置，兩個觸點可置放於ECG偵測裝置之同一側上，或可分開很遠。因此，待測試之人必須使用兩隻手以量測ECG信號。如圖2中所示，由於第一觸點21及第二觸點22位於ECG偵測裝置2之不同側上且緊密地置放，因此可藉由使用單手來偵測ECG信號。 圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E及圖3F說明根據本發明之一些實施例的半導體封裝製造製程之各種階段。 參看圖3A，提供基板33。基板33具有表面331及與表面331相對之表面332。在一些實施例中，基板33係玻璃基板。 形成複數個開口33h以穿透基板33。在一些實施例中，開口33h可由例如佈線、蝕刻、雷射鑽孔或其他適合製程形成。在一些實施例中，開口33h之寬度D2大於例如約10 μm、約25 μm、約50 μm，或約75 μm。 參看圖3B，不透光導電材料被填充在基板33之開口33h內以形成阻光元件34。在一些實施例中，阻光元件14係由石墨烯形成或包括石墨烯。 參看圖3C，導電層33c形成於基板33之表面331上且與阻光元件34電連接。導電層33c可藉由例如濺鍍、塗佈或其他適合製程形成。在一些實施例中，導電層33c可為晶種層，從而促進在隨後製程中形成導電柱。 透明導電薄膜35形成於基板33之表面332上且與阻光元件34電連接。透明導電薄膜35係由光學透明導電材料形成。在一些實施例中，透明導電薄膜35包含TCO、導電聚合物、金屬柵格、CNT、石墨烯、奈米線網格、超薄金屬薄膜，或其兩者或多於兩者之組合。在一些實施例中，透明導電薄膜35可藉由塗佈或其他適合製程形成。 參看圖3D，電子組件31安置於基板33之表面331上且電連接至導電層33c。在一些實施例中，電子組件31可為光發射器或發光裝置，諸如LED或其他發光晶粒。舉例而言，電子組件31可包括LED、雷射二極體，或可包括一或多個半導體層之另一裝置。半導體層可包括矽、碳化矽、氮化鎵或任何其他半導體材料。電子組件31可例如藉助於覆晶或導線接合技術連接至基板33。電子組件31具有朝向基板33之表面311之發光區域311 (亦被稱作主動表面)。 電子組件32安置於基板33之表面331上且電連接至導電層33c。在一些實施例中，電子組件32可為光偵測器，該光偵測器可為例如PIN二極體、光電二極體，或光電晶體。電子組件32可例如藉助於覆晶或導線接合技術連接至基板33。電子組件32具有朝向基板33之表面331的光接收區域321 (亦被稱作主動表面)。 底部填充件31u及32u經形成以分別覆蓋或囊封電子組件31之發光區域311及電子組件31之光接收區域321。底部填充件31u及32u之材料經選擇以允許藉由電子組件11發射且藉由電子組件12接收之光透射。在一些實施例中，底部填充件31u及32u包括環氧樹脂。 在一些實施例中，在圖3C中所示之操作之後，半導體結構可經由黏著劑(例如，膠帶)附接至載體以促進將電子組件31、32置放在基板33上之隨後製程。該載體可接著在圖3D中所示之操作之後被移除。 參看圖3E，導電柱36形成於基板33之導電層33c上。在一些實施例中，導電柱36可藉由以下操作形成：(i)在基板33之表面331上置放光阻(例如，負型光阻)；(ii)在預定位置處形成複數個開口以曝露導電層33c；(iii)藉由例如電鍍或其他適合製程將導電材料(例如，銅)填充至該等開口中；及(iv)自基板33移除光阻。 參看圖3F，不透光層30形成於基板33之表面331上且囊封電子組件31、32及導電柱36。不透光層30曝露電子組件31之發光區域311及電子組件32的光接收區域321。不透光層30可有助於防止藉由電子組件31發射之光被立即透射至電子組件32而不傳播通過身體。在一些實施例中，不透光層30可由黑色模製化合物形成或可包括黑色模製化合物。在一些實施例中，不透光層30可由諸如轉移模製或壓縮模製之模製技術形成。 在一些實施例中，在形成不透光層30之後，不透光層30之一部分藉由例如磨削或其他適合製程被移除，以曝露導電柱36之頂表面361。 導電觸點36c(例如，焊球)形成於導電柱36之頂表面361的曝露部分上以形成半導體封裝裝置3。在一些實施例中，半導體封裝裝置3類似於圖1A中所示之半導體封裝裝置1。 在一些實施例之描述中，提供在另一組件「上」之組件可涵蓋前一組件直接在後一組件上(例如，與之實體接觸)之狀況，以及一或多個介入組件位於前一組件與後一組件之間的情形。 在一些實施例之描述中，表徵為「光透射」或「透明」之組件可指如下組件：在相關波長或相關波長範圍內，諸如由光發射器發射之紅外波長峰值或紅外波長範圍內，具有至少80%諸如至少85%或至少90%之透光率。在一些實施例之描述中，表徵為「光屏蔽」、「阻光」或「不透光」之組件可指如下組件：在相關波長或相關波長範圍內，諸如由光發射器發射之紅外波長峰值或紅外波長範圍內，具有不超過20%，諸如不超過15%或不超過10%之透光率。 另外，有時在本文中按範圍格式呈現量、比率及其他數值。可理解，此類範圍格式出於便利及簡潔起見而使用，且應被靈活地理解為不僅包括明確地指定為範圍限值之數值，而且包括涵蓋於該範圍內之所有個別數值或子範圍，如同明確地指定每一數值及子範圍一般。 如本文中所使用，術語「大約」、「大體上」、「大體」及「約」用以描述及慮及小的變化。當與事件或情形結合使用時，術語可指事件或情形精準地發生之情況以及事件或情形極近似地發生之情況。舉例而言，當結合數值使用時，術語可指小於或等於彼數值之±10%的變化範圍，諸如小於或等於±5%、小於或等於±4%、小於或等於±3%、小於或等於±2%、小於或等於±1%、小於或等於±0.5%、小於或等於±0.1%、或小於或等於±0.05%的變化範圍。 儘管本發明已參考其特定實施例予以了描述並說明，但此等描述及說明並不限制本發明。熟習此項技術者將清楚地理解，在不背離如由隨附申請專利範圍所定義之本發明之真實精神及範疇的情況下可作出各種改變，且該等實施例內之等效物可經取代。圖解可不必按比例繪製。歸因於製造製程之類中的變數，本發明中之藝術再現與實際設備之間可存在區別。可存在並未特定說明的本發明之其他實施例。應將本說明書及圖式視為說明性而非限制性的。可作出修改，以使特定情形、材料、物質組成、方法或製程適應於本發明之目標、精神及範疇。所有此類修改意欲在此處附加之申請專利範圍之範疇內。儘管已參看以特定次序執行之特定操作來描述本文中所揭示之方法，但應理解，在不脫離本發明之教示的情況下，可組合、再細分，或重新定序此等操作以形成等效方法。因此，除非在本文中特定指示，否則操作之次序及分組並非本發明之限制。

1‧‧‧半導體封裝裝置

2‧‧‧心動電流描記法(ECG)偵測裝置

3‧‧‧半導體封裝裝置

10‧‧‧不透光層

11‧‧‧電子組件

11u‧‧‧底部填充件

12‧‧‧電子組件

12u‧‧‧底部填充件

13‧‧‧基板

13c‧‧‧導電襯墊

14‧‧‧阻光元件

15‧‧‧透明導電薄膜

16‧‧‧導電元件

16c‧‧‧導電觸點

21‧‧‧第一觸點

22‧‧‧第二觸點

30‧‧‧不透光層

31‧‧‧電子組件

31u‧‧‧底部填充件

32‧‧‧電子組件

32u‧‧‧底部填充件

33‧‧‧基板

33c‧‧‧導電層

33h‧‧‧開口

34‧‧‧阻光元件

35‧‧‧透明導電薄膜

36‧‧‧導電柱

36c‧‧‧導電觸點/焊球

102‧‧‧下表面

111‧‧‧發光區域/主動表面

121‧‧‧光接收區域/主動表面

131‧‧‧第一表面/下表面

132‧‧‧第二表面/頂表面

311‧‧‧發光區域

321‧‧‧光接收區域/主動表面

331‧‧‧表面

332‧‧‧表面

361‧‧‧頂表面

D1‧‧‧寬度

D2‧‧‧寬度

當結合附圖閱讀時，自以下實施方式最佳地理解本發明之一些實施例的態樣。應注意，各種結構可能未按比例繪製，且各種結構之尺寸可出於論述清晰起見任意增大或減小。 圖1A說明根據本發明之一些實施例之半導體封裝裝置的橫截面視圖。 圖1B說明根據本發明之一些實施例之半導體封裝裝置的仰視圖。 圖2說明根據本發明之一些實施例之ECG偵測裝置。 圖3A說明根據本發明之一些實施例之半導體封裝製造製程的一或多個階段。 圖3B說明根據本發明之一些實施例之半導體封裝製造製程的一或多個階段。 圖3C說明根據本發明之一些實施例之半導體封裝製造製程的一或多個階段。 圖3D說明根據本發明之一些實施例之半導體封裝製造製程的一或多個階段。 圖3E說明根據本發明之一些實施例之半導體封裝製造製程的一或多個階段。 圖3F說明根據本發明之一些實施例之半導體封裝製造製程的一或多個階段。 貫穿圖式及實施方式使用共同參考編號以指示相同或相似組件。結合隨附圖式，自以下實施方式可最好地理解本發明。

Claims (25)

1. 一種半導體封裝裝置，其包含： 一基板，該基板具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面； 一光發射器，該光發射器係在該基板之該第一表面上，且具有鄰接於該基板之該第一表面的一發光區域； 一光偵測器，該光偵測器係在該基板之該第一表面上，且具有鄰接於該基板之該第一表面的一光接收區域；及 一透明導電薄膜，其係在該基板之該第二表面上。
2. 如請求項1之半導體封裝裝置，其中該透明導電薄膜包含一透明導電氧化物、一導電聚合物、一金屬柵格、碳奈米管、石墨烯、一奈米線網格或一超薄金屬薄膜。
3. 如請求項1之半導體封裝裝置，其進一步包含安置於該基板內且該光發射器與該光偵測器之間的一阻光元件。
4. 如請求項3之半導體封裝裝置，其中該基板進一步包含鄰接於該基板之該第一表面的一導電層，且該導電層經由該阻光元件電連接至該透明導電薄膜。
5. 如請求項3之半導體封裝裝置，其中該阻光元件包含石墨烯。
6. 如請求項1之半導體封裝裝置，其進一步包含： 一第一透明層，該第一透明層係在該光發射器與該基板之該第一表面之間； 一第二透明層，該第二透明層係在該光偵測器與該基板之該第一表面之間。
7. 如請求項6之半導體封裝裝置，其中該第一透明層及該第二透明層係底部填充件。
8. 如請求項6之半導體封裝裝置，其進一步包含該基板之該第一表面上之一不透光層以覆蓋該光發射器、該光偵測器、該第一透明層及該第二透明層之至少一部分。
9. 如請求項8之半導體封裝裝置，其中該不透光層包含一模製化合物。
10. 如請求項1之半導體封裝裝置，其中該基板係一玻璃基板。
11. 一種半導體封裝裝置，其包含： 一不透光層，該不透光層具有一第一表面及與該第一表面相對之一第二表面； 一第一電子組件，該第一電子組件係在該不透光層內且鄰接於該不透光層之該第一表面，其中該第一電子組件之一主動表面之至少一部分由該不透光層曝露； 一基板，該基板係在該不透光層之該第一表面上，其中該基板經組態以使光透射；及 該基板上之一透明導電薄膜。
12. 如請求項11之半導體封裝裝置，其中該透明導電薄膜包含一透明導電氧化物、一導電聚合物、一金屬柵格、碳奈米管、石墨烯、一奈米線網格或一超薄金屬薄膜。
13. 如請求項11之半導體封裝裝置，其中該透明導電薄膜電連接至該不透光層之該第二表面。
14. 如請求項11之半導體封裝裝置，其進一步包含在該不透光層內且鄰接於該不透光層之該第一表面的一第二電子組件，其中該第二電子組件之一主動表面之至少一部分自該不透光層曝露，其中該第二電子組件之該主動表面經組態以接收自該第一電子組件之該主動表面發射之一光。
15. 如請求項14之半導體封裝裝置，其進一步包含在該基板內且該第一電子組件與該第二電子組件之間的一阻光元件。
16. 如請求項15之半導體封裝裝置，其中該阻光元件包含石墨烯。
17. 如請求項11之半導體封裝裝置，其進一步包含安置於該第一電子組件之該主動表面之該曝露部分上的一透明層。
18. 如請求項17之半導體封裝裝置，其中該透明層係一底部填充件。
19. 如請求項11之半導體封裝裝置，其中該不透光層包含一模製化合物。
20. 如請求項11之半導體封裝裝置，其中該基板係一玻璃基板。
21. 一種用於偵測身體資訊之方法，該方法包含： 提供一基板，該基板在該基板之一第一表面上包含一第一導電層； 自該基板的與一身體之一第一部分接觸之該第一導電層偵測一第一電位； 藉由一光發射器發射一光，該光穿過該基板到達該身體之該第一部分；及 藉由一光偵測器偵測自該身體之該第一部分反射之該光。
22. 如請求項21之方法，其中該基板包含嵌入在其中且在該光發射器與該光偵測器之間的一阻光元件，其中該阻光元件將該第一導電層電連接至與該基板之該第一表面相對的一第二表面。
23. 如請求項21之方法，其中該第一電位與該反射光被同時偵測到。
24. 如請求項21之方法，其中 該光發射器及該光偵測器安置於與該基板之該第一表面相對之一第二表面上； 該光發射器及該光偵測器藉由一不透光層覆蓋；及 該光發射器及該光偵測器之主動表面之至少一部分自該不透光層曝露。
25. 如請求項21之方法，其進一步包含： 自一導電觸點偵測一第二電位，該導電觸點與該基板之一第二表面上之一第二導電層電連接，該導電觸點與該身體之一第二部分接觸。