TWI479646B - 晶圓級影像晶片封裝及包含該封裝之光機結構 - Google Patents

Description

晶圓級影像晶片封裝及包含該封裝之光機結構

本發明係關於適用於晶圓級封裝技術的光機結構，更進一步的說，本發明係因應晶圓級封裝技術中，以透明材料包覆半導體結構的影像感測器的光機結構。

現行的影像感測器晶片(IC)主要係將裸晶(die)自晶圓(wafer)上切割下來後，再利用各種封裝方式封裝為晶片，例如以iDip、LGA或COB等封裝技術進行封裝。此類封裝技術是熟知本領域技術者所熟悉的技術內容，故於此不再贅述。

利用類似上述封裝技術所完成的晶片，具有一共通的外型特徵，即晶片外圍都被一黑色腔體所包覆，亦即現今常見的晶片形式。對於影像感測器晶片而言，此特徵可阻隔外界環境雜光，因此影像感測器晶片在封裝完成後，可以直接適用於各種應用場合，例如使用在光學滑鼠中。影像感測器晶片可以直接經由高度定位而後固定，便可用來感測桌面的反射光線，以進行光學導航操作。

然而隨著半導體製程技術的演進，晶圓級封裝逐漸成為成熟的技術，在晶圓級封裝技術中，有以透明材料，例如玻璃或樹脂(Epoxy)，包覆在裸晶 上形成封裝結構的作法；例如，「晶片等級封裝(Chip Scale Package,CSP)」技術、「直通矽晶穿孔(Through-Silicon Via,TSV)」技術、OPLGA技術等等，皆可利用透明的玻璃或樹脂覆蓋在裸晶上以進行封裝。因此，這種封裝晶片並沒有黑色腔體結構，導致應用於影像感測器晶片時，周遭的光線可能會透過透明的玻璃或樹脂影響感測器的運作。

有鑑於此，可因應晶圓級封裝技術的新型態光機與定位結構，為影像感測業界所亟需。

本發明之目的係提出一適用於晶圓級封裝技術的光機結構與定位結構，特別適用於晶圓級影像晶片封裝。由於晶圓級封裝技術可使用透明材料，例如玻璃或樹脂，來覆蓋半導體電路的外層，因此完成封裝後的晶圓級影像晶片封裝表面並不具備黑色腔體的結構，無法有效阻擋周遭光線。因此，本發明提出一種光機結構與定位結構，用以將完成晶圓封裝後的晶片與光機結構及/或定位結構緊配固定在基板上，例如印刷電路板(PCB)，同時阻擋或吸收其餘不必要的光線。對於需要感測光線以產生影像訊號的影像感測器晶片而言，可有效避免影像感測器晶片受到周圍光線干擾而影響最後成像效果。

為達成上述目的，本發明提供一種晶圓級影像 晶片封裝，包含一裸晶、一中間層及一透明層。該裸晶具有一感測面且該感測面具有一感測區。該中間層設置於該感測面上該感測區外。該透明層透過該中間層結合於該裸晶，其中該透明層至少一部分表面上形成有一濾光層。

本發明另提供一種光機結構，包含一基板、一晶圓級影像晶片封裝、一光源、一阻隔件及一緊配件。該晶圓級影像晶片封裝附接於該基板之一正面上並具有一感測區。該光源附接於該基板之該正面上。該阻隔件包覆該晶圓級影像晶片封裝，並具有一開孔用以至少暴露出該晶圓級影像晶片封裝之該感測區。該緊配件包覆該阻隔件用以將該阻隔件固定於該基板，其中該緊配件具有一第一透光區相對該光源以及一第二透光區相對該阻隔件之該開孔。

本發明另提供一種光學滑鼠之光機結構，包含一基板、一晶圓級影像晶片封裝、一光源、一阻隔件及一緊配件。該晶圓級影像晶片封裝及該光源附接於該基板上。該阻隔件包覆該晶圓級影像晶片封裝之一部分並圍繞該光源。該緊配件包覆該阻隔件用以將該阻隔件固定於該基板。

本發明實施例之光機結構中，該第一透光區係供該光源所發出之光穿透出該光機結構至一反射面；該第二透光區供該光機結構外該反射面之反射 光穿透並經由該阻隔件之該開孔到達該感測區。

本發明實施例之光機結構中，該晶圓級影像晶片封裝具有彼此相對之一感測面及一背面，其中該晶圓級影像晶片封裝透過該背面附接於該基板之該正面上；該基板之該正面上具有電路配置以耦接該晶圓級影像晶片封裝。

本發明實施例之晶圓級影像晶片封裝中，提供至少一特定光波長濾光層塗布於該透明層及/或該裸晶之感測面至少一部分表面上，以使特定波長的光線能夠通過；例如，紅外光及藍光穿透濾光層(B+IR濾光層)即可使藍光與紅外光通過；紅外光穿透濾光層(IR濾光層)即可使紅外光通過。

本發明實施例之晶圓級影像晶片封裝中，提供至少一反光層，包含金屬成份，塗布於該透明層及/或該裸晶之感測面至少一部分表面上，以使特定光線能被該反光層反射，而無法進入影像晶片。

本發明實施例之光機結構中，提供一阻隔件包覆於晶圓級影像晶片封裝上，同時該阻隔件需搭配一緊配件。該緊配件固定於基板上並同時直接固定阻隔件。因此當緊配件固定於基板上後，該緊配件、阻隔件與晶圓級影像晶片封裝便可維持穩定的相對位置，同時阻隔件可阻擋周遭的雜散光線進入晶片。

本發明實施例之光機結構中，該晶圓級影像晶片封裝可直接焊接於基板上，而後將阻隔件合於晶圓級影像晶片封裝上以固定其相對位置，最後將緊配件合於阻隔件上並將緊配件固定於基板上；藉此，該緊配件、阻隔件與晶圓級影像晶片封裝便可維持穩定的相對位置。

其他實施例中，該阻隔件本身亦可直接固定於該基板，接著將緊配件合於阻隔件上並固定於基板。

為了讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明顯，下文將配合所附圖示，作詳細說明如下。以下實施例及圖式中，與本發明無關之元件已省略而未繪示，且圖式中各元件間之尺寸關係僅為求容易瞭解，非用以限制實際比例，於此合先敘明。

第1圖顯示本發明實施例之晶圓級影像晶片封裝1之示意圖。晶圓級影像晶片封裝1包含一透明層11、一裸晶13及一中間層15；其中，該透明層11例如為一玻璃層或一樹脂層；該中間層15介於該裸晶13與該透明層11之間而具有緩衝以及結合該透明層11及該裸晶13的功能。該裸晶13為一光感測元件，其係為形成於晶圓上之一半導體電路結構；該裸晶13具有一感測面131且該感測面具有一感測區132；其中，該感測區132可大致位於該感 測面131的中央，但並不以此為限。該中間層15位於該感測面131上該感測區132之外，當然較佳避免遮蔽該感測區132。該透明層11具有一內表面11_IS 面向該裸晶13、一外表面11_OS 相對該內表面11_IS 以及一側面11_SS 。本發明實施例中，該透明層11及/或該裸晶13之感測面131至少一部分表面上形成有一濾光層及/或一反光層(容詳述於後)。

本實施例中，反光層可塗布於位置101、111、131及151至少其中之一上；特定波長濾光層可塗布於位置103、113及133至少其中之一上；亦即，濾光層可形成於內表面11_IS 、外表面11_OS 及裸晶13之感測面131至少其中之一至少一部分表面上，其中濾光層較佳係相對於裸晶13之感測區132；反光層可形成於內表面11_IS 、外表面11_OS 、側面11_SS 及裸晶13之感測面131至少其中之一至少一部分表面上。由於反光層具有金屬成份，例如鉻或者其他金屬成份，故可以有效限制光線從不具有反光層塗布的範圍進入透明層11或裸晶13。特定波長濾光層可與反光層部份重疊，並不會影響彼此的功能。本實施例中，位置103、113及133可視為光感測元件之一有效視野範圍，其較佳相對感測區132。

當反光層係以較高溫度形成時，透明層11的材料便需要選擇可以耐受高溫的材料，例如玻璃，此 時便不適用不具耐熱特性的樹脂。

特定波長濾光層係用以使特定波長的光線能夠通過，例如紅外光及藍光穿透濾光層(B+IR濾光層)即可使藍光與紅外光通過，紅外光穿透濾光層(IR濾光層)即可使紅外光通過。隨著晶片1不同的設計，可選用不同的濾光層；舉例而言，在使用藍色光源的光學滑鼠，便可選用B+IR濾光層；而在使用不可見光的光學滑鼠，便可選用IR濾光層。

某些特定光波長濾光層為軟質，則不適合塗布在晶圓級影像晶片封裝1的最外層，亦即不適合塗布在位置133，以避免濾光層被破壞或者刮傷。此時，濾光層較佳形成於透明層11之內表面11_IS 或直接塗佈於裸晶13之感測面131。

前述濾光層與反光層可搭配光機與感測元件的設計，同時塗布在不同位置上，以促使其整體反射與吸收效果合於整體設計，例如可同時在位置103與113塗布濾光層。

另一實施例中，當所要接收的光為可見光時，可利用IR濾光層來吸收阻擋可見光，此時IR濾光層便可以塗佈於前一實施例中反光層所形成的位置，亦即位置101、111、131及151至少其中之一，以作為吸收層。由於IR濾光層可吸收可見光，因此僅有未被IR濾光層所覆蓋的區域可容許可見光通 過，以達成有效限制可見光通過的目的。換句話說，透明層11及裸晶13之感測面131上形成反光層或吸收層係根據光感測元件之操作特性而決定。

第2圖顯示本發明實施例之光機結構之示意圖；其中，晶圓級影像晶片封裝21(以下簡稱為晶片21)係為已經完成晶圓級封裝的感測晶片，可利用如第1圖的方式形成；亦即，晶片21包含一裸晶13及一透明層11經由一中間層15互相結合。第2圖係為光機結構應用於一光學滑鼠之示意圖，因此還包含一光源25，其可發射光線穿過緊配件24抵達一反射面S，而後反射的光線再穿過緊配件24後抵達晶片21。

詳而言之，本實施例之光機結構包含一基板22、一晶圓級影像晶片封裝21、一光源25、一阻隔件23及一緊配件24。該晶片21附接於該基板22之一正面22S上並具有一感測區132(如第1圖所示)。該光源25附接於該基板22之該正面22S上，並朝向遠離該正面22S之方向發光。該阻隔件23包覆該晶片21之一部分，例如具有一開孔232用以至少暴露出該晶片21之該感測區132。該緊配件24包覆該阻隔件23用以將該阻隔件23固定於該基板22；其中，該緊配件24較佳具有一第一透光區241相對該光源25以及一第二透光區242相對該阻隔件 23之該開孔232。該第一透光區241係供該光源25所發出之光穿透出光機結構至該反射面S；該第二透光區242供光機結構外該反射面S之反射光穿透並經由該阻隔件23之該開孔232到達該裸晶13之該感測區132。

本實施例之光機結構通常設置於一殼體3內，例如一滑鼠殼體，殼體3可置放於一反射面S供一使用者操控且殼體3具有一底孔30。光源25發出的光經過第一透光區241及底孔30照明反射面S。反射面S之反射光(包含雜散光)再度透過底孔30並穿過第二透光區242及開孔232到達晶片21之感測區132。

本實施例中，晶片21的大部份面積係受到阻隔件23覆蓋，故光線僅能透過阻隔件23於晶片21上方的部份開孔232抵達晶片21，以阻擋不必要的光線進入晶片21。一種實施例中，阻隔件23也可環繞光源25而設置，以避免光源25所發出的光於殼體3內四處散射；此時，阻隔件23可另具有一透光孔231供光源25所發出的光射出阻隔件23。阻隔件23的形狀係配合晶片21與光源25而設計，同時能夠與緊配件24緊密結合。當緊配件24被固定於基板22，即可使阻隔件23、晶片21及光源25維持穩定的相對位置。可以了解的是，若阻隔件23能夠 良好遮蔽晶片21，阻隔件23亦可不圍繞光源25。

本發明實施例中，緊配件24可透過懸臂樑的結構扣合在基板22上，因此基板22需要預先鏤空孔洞，以使懸臂樑能夠穿過孔洞扣合，孔洞的尺寸需可容納懸臂樑穿過，但無須緊密貼合懸臂樑。進一步言，若以晶片21朝下的平面代表水平面，藉由阻隔件23與晶片21的接合，能夠使阻隔件與晶片21維持穩定的水平相對位置，而緊配件24固定於基板22之後，由於阻隔件23能夠與緊配件24緊密結合，因此緊配件24、阻隔件23與晶片21在垂直於水平面的垂直面上，亦能夠維持穩定的垂直相對位置。

由第2圖可知，緊配件24在阻隔件23之部份開孔232處(即第二透光區242)及光源25前方(即第一透光區241)設置有導光結構。本實施例中，光源25前方的導光結構主要係使光源25所發射的光線能夠彎折而朝向反射面S，而在晶片21前端的導光結構主要係匯聚來自反射面S的反射光線；亦即，第一透光區241及第二透光區242例如可為一透鏡結構。可以了解的是，第2圖中所顯示的光行進方向僅為例示性。

第2圖中為了顯示各構成元件彼此間的關係，係以類似爆炸圖的方式呈現，實際上緊配件24與阻隔件23及/或阻隔件23與晶片21係設計為可互相 緊密貼合，以使阻隔件23與晶片21透過緊配件24能保持固定的相對位置(如第3圖)；其中，晶片21可透過焊球或凸塊方式連接基板22。另外，阻隔件23可選用不透光的有色材料製成，例如黑色阻隔件。

前述實施例中的基板22可為印刷電路板等硬質的基板，用以結合並固定緊配件24，同時基板22之正面22S上具有電路布局，以便與晶片21電性連結。另外，緊配件24能夠藉由其他結合方式與基板22結合，例如以螺絲鎖住緊配件24與基板22，以便維持各元件間穩定的相對位置。其他實施例中，阻隔件23本身亦可直接固定於基板22，接著將緊配件24合於阻隔件23上並固定於基板22。

綜上所述，本發明之光機結構可將晶圓級影像晶片封裝定位在預設位置，同時在影像感測應用技術的應用場合中，可以阻擋或者吸收影像感測元件周遭的光線，使影像感測系統順利運作。如此一來，本發明之光機與定位結構輸入裝置便可適用於晶圓級封裝的晶片。

雖然本發明已以前述實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與修改。因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1‧‧‧晶圓級影像晶片封裝

11‧‧‧透明層

11IS‧‧‧透明層之內表面

11OS‧‧‧透明層之外表面

11_SS ‧‧‧透明層之側面

13‧‧‧裸晶

131‧‧‧感測面

132‧‧‧感測區

15‧‧‧中間層

101、111、131、151‧‧‧反光層

103、113、133‧‧‧濾光層

21‧‧‧晶圓級影像晶片封裝

22‧‧‧基板

22S‧‧‧基板正面

23‧‧‧阻隔件

232‧‧‧開孔

231‧‧‧透光孔

24‧‧‧緊配件

241‧‧‧第一透光區

242‧‧‧第二透光區

25‧‧‧光源

3‧‧‧殼體

30‧‧‧底孔

S‧‧‧反射面

第1圖顯示本發明實施例之晶圓級影像晶片封裝之示意圖。

第2圖顯示本發明實施例之光機結構及應用該光機結構之光學滑鼠之示意圖。

第3圖顯示本發明實施例之光機結構及應用該光機結構之光學滑鼠之另一示意圖。

21‧‧‧晶圓級影像晶片封裝

22‧‧‧基板

22S‧‧‧基板正面

23‧‧‧阻隔件

232‧‧‧開孔

231‧‧‧透光孔

24‧‧‧緊配件

241‧‧‧第一透光區

242‧‧‧第二透光區

25‧‧‧光源

3‧‧‧殼體

30‧‧‧底孔

S‧‧‧反射面

Claims (16)

1. 一種晶圓級影像晶片封裝，包含：一裸晶，具有一感測面，該感測面具有一感測區，其中該裸晶之該感測區上形成有一濾光層；一中間層，設置於該感測面上該感測區外；以及一透明層，透過該中間層結合於該裸晶。
2. 依申請專利範圍第1項之晶圓級影像晶片封裝，其中該透明層至少一部分表面上形成有另一濾光層。
3. 依申請專利範圍第2項之晶圓級影像晶片封裝，其中該透明層具有一內表面面向該裸晶及一外表面相對該內表面，該另一濾光層形成於該內表面及該外表面至少其中之一上。
4. 依申請專利範圍第2至3項其中一項之晶圓級影像晶片封裝，其中該濾光層及該另一濾光層為一紅外光穿透濾光層或一紅外光及藍光穿透濾光層。
5. 依申請專利範圍第1項之晶圓級影像晶片封裝，其中該透明層及/或該裸晶之該感測面至少一部分表面上形成有一反光層。
6. 依申請專利範圍第1項之晶圓級影像晶片封裝，其中該透明層為一玻璃層或一樹脂層。
7. 一種光機結構，包含：一基板，具有一正面； 一晶圓級影像晶片封裝，附接於該基板之該正面上並包含一裸晶具有一感測區，其中該裸晶之該感測區上形成有一濾光層；一光源，附接於該基板之該正面上；一阻隔件，包覆該晶圓級影像晶片封裝，並具有一開孔用以至少暴露出該晶圓級影像晶片封裝之該感測區；以及一緊配件，包覆該阻隔件用以將該阻隔件固定於該基板，其中該緊配件具有一第一透光區相對該光源以及一第二透光區相對該阻隔件之該開孔。
8. 依申請專利範圍第7項之光機結構，其中該光機結構應用於一光學滑鼠。
9. 依申請專利範圍第7項之光機結構，其中該第一透光區及該第二透光區為一透鏡結構。
10. 依申請專利範圍第7項之光機結構，其中該阻隔件係以不透光材料所製成。
11. 依申請專利範圍第7項之光機結構，其中該晶圓級影像晶片封裝另包含一透明層經由一中間層與該裸晶相結合，該透明層至少一部分表面上形成有另一濾光層相對該感測區。
12. 依申請專利範圍第11項之光機結構，其中該透明層具有一內表面面向該裸晶及一外表面相對該內表面，該另一濾光層形成於該內表面及該外表面至少其中之一上。
13. 依申請專利範圍第11至12項其中一項之光機結構，其中該濾光層及該另一濾光層為一紅外光穿透濾光層或一紅外光及藍光穿透濾光層。
14. 一種光學滑鼠之光機結構，包含：一基板；一晶圓級影像晶片封裝，附接於該基板上，並包含一裸晶，其中該裸晶之一感測區上形成有一濾光層；一光源，附接於該基板上；一阻隔件，包覆該晶圓級影像晶片封裝之一部分並圍繞該光源；以及一緊配件，包覆該阻隔件用以將該阻隔件固定於該基板。
15. 依申請專利範圍第14項之光機結構，其中該晶圓級影像晶片封裝另包含一透明層經由一中間層與該裸晶相結合，該透明層至少一部分表面上形成有另一濾光層。
16. 依申請專利範圍第14或15項之光機結構，其中該透明層及/或該裸晶之該感測面至少一部分表面上形成有一反光層。