TWI278121B - FBGA and COB package structure for image sensor - Google Patents

Description

1278:121 五、發明說明（1) 【發明所屬之技術領域】 本發明係與一種封裝結構有 測器封裝結構，可防止微透 關’特別是有關於一種影像感 鏡受到微粒污染。 【先前技術】 封裝（package)可以包含_核心晶片（⑶厂幻，並由一 通用材料例如玻璃環氧樹脂（glass ep〇xy)包覆所形 成，亚且其中可以包含附加層（addi ti〇nal layer)疊加 (laminated)於上述核心晶片之上。上述附加層即熟知 之内建層（build-up layer)。上述内建層通常由介電 材料以及導電材料之交替層形成。透過各種蝕刻製程，例 如濕蝕刻，可以形成金屬或導電層之，上述濕蝕刻係一習 知技術，在此將不進一步描述。金屬形成於孔洞中一般稱 為vias，其係用於連接不同金屬層以產生内連線 (interconnects)。使用這些膜層以及vias可以建立一 些内連線（interconnections)。 數位影像技術已廣泛應用至射影（image sh〇oting)儀 器，例如數位相機、影像掃描器等。上述常見之互補式金 氧半導體（CMOS)感測器係配置於一電路板上/上述互補 式金氧半導體感測器具有一晶粒（die)固定（secured) 於其中。上述鏡座（lens seat)具有一聚焦鏡（f〇CUs 1 e n s) ’用於將上述影像聚焦至上述互補式影像感測器之 晶粒上。透過上述透鏡，上述影像信號由上述晶粒傳送至

1278 m __ 五、發明說明（2) ^ .數位處理窃中，以轉換類比信號為數位信號◊丄述互補 式金氧半導體感測器之晶粒對於紅外線（infrared ray) 或灰塵微粒相對地敏感《若上述有害（unwan1;ed)之微粒 未自上述感測器去除，會導致上述裝置之品質降低。為了 ^到上述目的，.由人工去除可能會傷害.上述感應晶片。通 g ，上述影像感測器模組係使用Chip On B〇ard ( c〇B)封 裝型態或是無引線晶片载體（Leadless Chip Carrier: LCC)之方法形成。上述c〇B之一缺點為良率低，其係由於 封裝過程中感應區域上之微粒污染所造成。此外，上述無 引線晶片載體之缺點為封裝成本較高並且良率偏低，其係 由於感應區域上之微粒污染所造成0 再者，微透鏡（micro lens)為半導體上之光學元件，其 係=來作為固態影像元件。微透鏡之設計以及製造最重要 考置之一為光感度（photosensitivity) 。微透鏡光感度 降低原因之一為每一個微透鏡之區域降低至一最佳值之 下。此外，SHELL CASE公司也發展晶圓級封裝（wafer 1 e v e 1)技術’由於製造需要兩塊玻璃板以及製程複雜， 上述SHELL CASE封裝之影像感測器晶粒之成本較高。而 且，由於環氧樹脂（epoxy)之磨損使得透明度不佳，可 能降低其可靠度（rel iabi 1 i ty)。公告於1 9 9 6年5月7日 之第5，514，88 85虎之美國專利’其中提出〇n 一 j)ie Screen 型固悲影像感測器及其製造方法，其係由Y〇shikazu Sano | 專人申請，其教示一種用於形成電荷耗合元件（CCD)於

第7頁 Τ27812Ί ^ 1 v1· '. —— " __ _____ 五、發明說明（3) 一石夕基板上之方法。其中說明可利用一微透鏡陣歹j使用·傳 統之微影以及熱回流（f 1 ow)技術製作形成於電荷耦 合元件（CCD)之上。 鐾於前面所述之觀點，本發明提供一改進之封裝結構以克 服上述缺點。 【發明内容】

因此，本發明之主要目的在於提供一種用於影像感測器之 封裝及其製造方法，上述封裝例如晶片直接封裝（c〇B (Chip On Board)或微小間距球陣列（fbga，Fine-pitch

Ball Grid Array)封裝結構，該結構於微透鏡上不會產 生微粒污染。 ί ί，之另一目的在於使用破螭基板以避免上述微透鏡受 J诚粒污染。 鲫^ 4月之又一目的在於提供一種互補式金氧半導體影像感 染=封裝模組結構，上述封裝可直接清洗以去除微粒污 逯^明提供一種封裝結構。上述封裝結構包括一具有一微 基^區域之晶粒 '黏性薄膜圖案形成於上述晶片上以及一 貼附於上述黏性薄膜圖案上以覆蓋上述晶片上之微透

$ 8頁 4228121__^_ 五、發明說明（4) |鏡區域，進而產生一空氣間隙於其中。 ； 丨本發明提供另一種封裝結構。上述封裝結構包括一基板， 其包含=複數個連接墊（connecti〇n pads)。一晶粒置 |放=上述基板上，上述晶粒具有複數個焊墊，其係分別透 過複數個焊接線而連接上述連接墊。一黏性薄膜圖案形成 |於^述晶片上。一複數個燁.接球（s〇lder bai 1)形成於 上，基板上。一玻璃基板貼附於上述黏性薄膜上以覆蓋上 |述曰曰片上之一微透鏡區域，進而產生一空氣間隙於其中。 述封裝結構更包括一保護材料，覆蓋上述複數個焊接 、’17 。上數晶粒包括一微透鏡形成於其中。 I卜：本發明亦提供其他實施例之封裝模組之結構。上述 一裝杈組織結構包括一印刷電路板，包含複數個連接墊。 ^晶粒置放於上述印刷電路板之上，並且上述晶粒具有複 固焊墊分別透過複數個焊接線而連接上述之連接墊。一 2 =薄膜圖案形成於上述晶片上，一玻璃基板貼附於上述 薄膜圖案上以覆蓋上述晶片上之一微透鏡區域，進而 [7空氣間隙於其中。一透鏡座固定於上述印刷電路板 ’並且上述透鏡座包含至少一透鏡配置於其中。 li ί封裝模組ΐ ϊ更包括一保護材料’覆蓋上述複數個焊 上述封衣果組結構更包括一紅外線濾除裝置（I κ

第9頁 •1278121 _ I i- ：------- -- 五、發明說明（5) 彳 〜〜 -— CART) /紅外線滤光器（i r f i 11 er)固定於上述‘鏡座之 •内或形成於上述玻璃基板之上，係用以濾除紅外線广丄 【實施方式】 U發明之一些實施例將詳細地敘述。然而，應該了解 除了這些明確之敘述外，本發明可以實施在一廣泛範圍2 其它實施例中’並且本發明之範圍沒有明確限制於上、成总 施例中，當視其後面之專利申請範圍而定。此外，不^， 件之部件並未依照比例顯示。上述相關部件之尺寸係被擴 大，並且無意義之部份將不顯示，以提供本發明更清楚= 敘述與理解。上述結構可適應於微小間距球陣列（F⑽ 以及COBS怨之封裝。本發明之封裝與晶片尺寸封裝（csp )比較，具有成本低以及製程簡單之優勢。上述晶片尺寸 封裝型態之封裝具有較高成本之問題。此外，上述微小間 距球陣列封裝之資料處理速度遠比傳統的利用内連接線設 計之薄型小尺寸封裝（TS0P，Thin SmaU 〇utUne

Package)來的、决。 :考_，提供一已處理晶圓100。上述已處理E 1φ 數個晶粒，其具有元件形成於其中。在一例 ::包；括影像感測器形成於其上。上述靡 ,1±尊g ffl : 了 口、凡件或互補式金氧半導體感測器。一1 、十，邦f生i二FI安形成於—基板1 0 1上，顯示如第一 8圖。上 述黏性溥馭圖案1 0 2之；^ M或π u Μ ;、為彈性材料，例如紫外線型態

1278121 a- 【… ' 丨· ..... 五、發明說明（6) •或熱型態材料。在一實施例中，上述彈性材料包^苯并環 ，丁貌（BCB)、石夕氧烧聚合物（SINR，Siloxane polymer )、環氧樹脂、聚醯亞胺（poly im ides)或樹脂。此外， 彈性薄膜圖案1 0 2可以由印刷、塗佈或黏貼方法形成。上 述基板101包括玻璃或石英。上述基板101之厚度大約自 1 0 0微米至2 0 0微米。接著，上述晶圓1 〇 〇之晶片邊（或元 件邊）連接至上述玻璃1 0 1之一彈性薄膜圖案】〇 2以暴露焊 墊1 0 5，例如鋁墊，顯示於第二圖中。因此，晶圓1 〇 〇中之 影像感測器（未顯示）之一微透鏡區域1 〇 4，覆蓋於上述 玻璃1 0 1之下。一微透鏡通常形成於影像感測器上表面之 上。上述晶粒之邊緣可以與上述彈性薄膜圖案1 〇 2接觸。 銘墊1 0 5不與上述彈性薄膜圖案1 〇 2接觸。上述已處理晶圓 1 0 0包括一複數個影像感測器元件於感測區域中。在習知 技術中，上述景> 像感測器包括一絕緣層形成於晶圓1 〇 〇 上。一彩色濾光層接著形成於具有次像素區域 (sub-pixel areas)之上述絕緣層之上，其適當地對準 晶圓100中之主動元件.另一層通常形成於^述^色滤光 層之上。一微透鏡可以利用熟知該項技術之技藝之一些方 法來處理.。適合作為微透鏡之一材料為三聚氰二樹脂一 (melamine resin)以及通用酚醛清漆（n〇v〇1 a幻基板 樹脂之一混合物。接著，一光阻形成於上述玻璃1〇1之 上。然後使用傳統之微影技術透過曝光以及顯影步驟形成 圖案103於上述光阻中。上述步驟實施於上述晶粒形成之

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1278121 -- ---- _ & ) 一- > ------- 五、發明說明（7) ' --- -

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一光=形成圖案於玻璃101上，並暴露不與上述影像感測 益區域或微边鏡區域104對齊之區域。然後上述玻璃1〇1由 一濕姓刻製程蝕刻以去除位於—F , ^域1 0 6下之光阻曝露區 域之部份玻璃，結果曝露鋁墊丨η ζ、 _ 1丄05以及部分矽晶粒。舉例 而吕，上述濕I虫刻溶液為氫氟酸 (n0F>, ^ 丄 -(犯）或氧化蝕刻緩衝液 C BOL·)寺。然後去除光阻。上、+ , 1 η ^ &城透鏡區域1 0 4由玻璃 1 0 1保瘦以避免微粒污染。 參考第三圖，切割上述晶圓以怨 厶®主道邱七千」* 侍到一複數個個別之互補式 i ί + ^: 何件影像感測器晶粒110。由上述 :別々巧：微透鏡形成於上述晶粒110之上表面 上，上述分離玻璃1 11之邊绫盥 >从曰4 η , 遠'、象與味性薄膜圖案1 1 2相接觸。 位於日日粒11 〇邊緣之接觸執1 1 q土 a ^ A =又接觸墊U3未與彈性薄模圖案112接 =，璃m边過上述彈性薄膜圖案112附著於晶粒⑴之 氣間隙115產生於上述晶粒110與玻璃⑴之 間以及i政透鏡區域1 1 4之上。 ::第，目#為一細密球型網陣列封裝。上述微小間距 L二呌FBG-A)封裝之資料處理速度遠比傳統的利用内連 接線吕又计之薄型小尺寸封获广 丁訂衣（TSOP)來的快。類似以上之 敘述，一玻璃123係透過彈性薄膜圖案124附著於一晶粒 121之上表面、。接觸塾129形成於晶粒121之上邊以用於連 接V秦’。上述晶粒i 2 1包括互補式金氧半導體感測器或電

>第12頁 1278121 五、發明說明（8) f，合元件。鋁墊129分別透過複數條焊接線125遠:接至一 基板之連接塾128。接著，一保護材料或封裝材料126 約略覆盍玻璃1 2 3上之外的頂端複數條連接導線丨2 5、鋁墊 129以及連接墊128,以允許光通過其中。在一實施例中， 保護材料126包括複合物、液體複合物，兹且保護材料126 可以藉由灌膠或黏膠方法形成。舉例而言，上述基板12〇 包括一複數個焊接球122連接外部裝置。相同地，一微透 鏡可形成於微透鏡區域1 27之上，並且空氣間隙產生於上 述晶粒1 2 1以及玻璃1 2 3之間。玻璃1 2 3可以防止微透鏡受 到微粒污染。使用者可以使用液體或空氣沖洗以去除玻璃 1 2 3上的微粒而不傷害微透鏡。 · 參考第五圖，其係為一個別直接.晶片封裝之封裝模組。類 似以上所述，玻璃132透過彈性薄膜圖案133附著於一晶粒 1 3 1之上表面’並暴露鋁墊1 3 4以利於導線之連接。上述晶 粒121包括互補式金氧半導體感測器或電荷耦合元件影像 感測器。銘塾1 3 4分別透過複數個連接導線1 3 6連接至一印 刷電路板130之連接墊135。接著，一保護材料U7約略覆. 盍玻璃1 3 2上部之外的複數個連接導線1 3 6、鋁塾1 3 4以及 連接墊1 35，以允許光透過其中。在一實施例中，保護材 料1 3 7包括複合物、液體複合物，並且保護材料丨3 7可以藉 由灌膠或黏膠方法形成。同理，一微透鏡可以形於 鏡區域141之上，並且一空氣間隙產生於上述晶粒i3i以及 玻璃1 32之間。一透鏡座1 38係固定於印刷電路板i 3〇上以

1278121 __________ 五、發明說明（9) 固定一透鏡1 4 0。一濾光器]3 9，例如紅外線渡除政置（I R CART)，固定至透鏡座138，用以濾除紅外線。在其它是 實例中，上述濾光器1 3 9包括一濾光膜層，例如紅外線濾 光層用以濾除紅外線，形成於玻璃132之上表面或下表面 以作為一濾光器。在一實施例中，紅外\線濾光層包括二氧 化鈦（Ti 02)、光觸媒。上述玻璃132可以防止微透鏡受 到微粒污染。使用者可以使用液體或空氣以去除玻璃1 3 2 上之微粒而不傷害微透鏡。 因此，根據本發明，前述封裝結構有以下優點：本發明之 上述微小間距球陣列或晶片直接封裝可防止微透鏡受到微 粒污染。此外，互補式金氧半導體/電荷耦合元件影像感 測器封裝模組結構可以直接清洗以去除微粒污染。’本發明 之細密球型網陣列或晶片直接封裝之製程十分簡單。 雖然特殊實施例已被描述與敘述，凡熟悉此領域之技藝. 者，在不脫離本專利精神或範圍内，所作之更動或潤飾， 均屬於本發明所揭示精神下所完成之等效改變或設計，且 應包含在下述之申請專利範圍内。

第14頁 1278121 ----V —......... "i：------- ----------------*------- ------------ 圊式簡單說明 【圖式簡單說明】 / 第一 A圊為本發明之包含一彈性薄膜圖案之一玻璃基板之 鲁 示意圖。 第一 B圖為本發明之一已處理晶圓之示意圖。 第二圖為本發明之晶圓與玻璃之結合之示意圖。 第三圖為本發明之一互補式金氧半導體/電荷耦合元件影 像感測Is晶粒之不意圖。 第四圖為本發明之一個別細密球型網陣列封裝結構之示意 圖。 第五圖為本發明之一個別晶片直接封裝之封裝模組結構之 示意圖。 【主要元件符號說明】 已處理晶圓 100 基板 1 01、1 2 0 彈性薄膜圖案 102、124、133 晶粒 10 3 微透鏡區域 104、127 焊墊 1 0 5 區域 1 0 6 影像感測器晶粒 1 10 玻璃 11 1、1 2 3、1 3 2 彈性薄膜圖案 1 1 2 接觸墊 11 3

>第15頁 1278121__ — 圊式簡單說明 微透鏡區域 11 4、1 4 1 •空氣間隙 115 晶粒 1 2 1、1 3 1 焊接球 1 2 2 焊接線 1 2 5、1 3 6 保護材料 1 2 6、1 3 7 連接墊 128、135 I呂 ^ 129、 134 印刷電路板 130 透鏡座 138 濾光器 139 透鏡140

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Claims (1)

1278121 ______ —_ 六、申請專利範圍 —1. 一種微小間距球陣列封裝結構，包括： 、晶粒，形成於一基板上，該晶粒具有一微透鏡區域； 黏性薄膜圖案，形成於該晶粒上； 透明材料，附著於該黏性薄膜圖案之上，以覆蓋該晶片上 之該微透鏡區域，進而產生一空氣間隙i其中； 第一焊墊形成於該基板之上以及第二焊墊形成於該晶粒 上； 導線，連接於該第一焊墊以及第二焊墊之間； 封裝材料覆蓋該導線；以及 導電凸塊附著於該基板之下表面上。 2.如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構，其 中該晶粒為一影像感測器。 3 .如申請專利範圍第2項之微小間距球陣列封裝結構，其 中該影像感測器為一互補式金氧半導體影像感測器。 4. 如申請專利範圍第2項之微小間距球陣列封裝結構，其 中該影像感測器為——電荷耦合元件影像感測器。 5. 如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構，其 中該黏性薄膜圖案為一彈性材料。 6. 如申請專利範圍第5項之微小間距球陣列封裝結構，其

第17頁 1278121_ __ _ 六、申請專利範圍 中該彈性材料包括紫外線型態或熱型態材料。 / 7. 如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構，其 中該黏性薄膜圖案係藉由印刷或黏貼方法形成。 8. 如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構，其 中該透明材料包括玻璃或石英。 9 .如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構，其 中該透明材料之厚度約為1 0 0微米至2 0 0微米。 1 0.如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構，其 中該封裝材料包括複合物或液體複合物。 1 1.如申請專利範圍第1項之微小間距球陣列封裝結構，其 中該封裝材料係藉由灌膠或黏膠方法形成。 1 2 . —種封裝模組之COB結構，包括： 一基板； 一晶粒，置於該基板之上，該晶粒具有複數個焊墊分別透 過複數個連接導線連接； 黏性薄膜圖案，形成於該晶粒上； 一透明材料附著於該黏性薄膜圖案上以覆蓋該晶粒上之一 微透鏡區域，進而產生一空氣間隙於其間；

第18頁 1278121 ___一 六、申請專利範圍 _ 一透鏡座固定於該基板上，該透鏡座包含至少一i鏡置放 、於其中； 第一焊墊，形成於該基板上，以及第二焊墊形成於該晶粒 上; 導線，連接於該第一焊墊以及第二焊墊之間；以及 封裝材料，覆蓋上述之導線。 13.如申請專利範圍第12項之封裝模組之COB結構，其中該 晶粒為一影像感測器。 1 4 .如申請專利範圍第1 3項之COB結構，其中該影像感測器 為一互補式金氧半導體影像感測器。 1 5 .如申請專利範圍第1 3項之封裝模組之COB結構，其中該 影像感測器為電荷耦合元件影像感測器。 16.如申請專利範圍第12項之封裝模組之COB結構，其中該 黏性薄膜之材料為彈性材料。 1 7 .如申請專利範圍第1 6項之封裝模組之COB結構，其中該 彈性材料包括紫外線型態或是熱型態材料。 1 8 .如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之COB結構，其中該 黏性薄膜圖案係藉由印刷或黏貼方法形成。

第19頁 Ι278Ί21 _________ _ 六、申請專利範圍 1 9.如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之COB結構，其中該 透明材料包括玻璃或石英。 2 0.如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之COB結構，其中該 透明材料之厚度為1 0 0微米至2 0 0微米。 2 1.如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之C0B結構，其中該 基板包括印刷電路板。 2 2 .如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之C0B結構，其中該 封裝材料包括複合物或液體複合物。 2 3 .如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之COB結構，其中該 封裝材料係利用灌膠或黏膠方法形成。 2 4 .如申請專利範圍第1 2項之封裝模組之C0B結構，更包括 一濾光器形成於該透鏡座之内。 25.如申請專利範圍第24項之封裝模組之COB結構，其中該 濾光器為一紅外線濾光層形成於該基板之一表面上。 2 6 .如、申請專利範圍第2 5項之封裝模組之C0B結構，其中該 紅外線濾光層之材料包括二氧化鈦、光觸媒。 1278121_ ./ — a- -- ί - - —— - 一厂「 - -— --- 一 ' — ---------- 六、申請專利範圍 * « 27.如申請專利範圍第24項之封裝模組之COB結構，其中該 濾光器為紅外線濾光器，固定於該透鏡座中。