專利名稱：一種光感應的半導體器件的電子封裝及其制作和組裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體涉及一種半導體集成電路的電子封裝，更具體地說，涉及光感應的半導體器件的電子封裝。
背景技術(shù)：
光感應的半導體器件通常安裝在陶瓷封裝內(nèi)。圖1示出了陶瓷無引線芯片載體(CLCC)的剖面示意圖，這是光感應器件最常見的封裝形式。如圖所示，在玻璃蓋子6所覆蓋區(qū)域的內(nèi)部，采用環(huán)氧材料或類似的材料將光感應半導體芯片正面朝上地固定在陶瓷襯底4上。焊接引線8通常用于將光感應芯片2連接到陶瓷襯底4上。在陶瓷襯底4的底部提供可焊接的焊盤10來將封裝連接到電路板上。
也許這種封裝的最重要的缺陷是價格非常昂貴。另一個缺陷是對于一些手持的應用來說封裝的尺寸不夠小，例如以尺寸小和重量輕為必要特征的便攜式電話中的照相機。再一個缺陷是，由于光感應芯片由環(huán)氧材料或類似的材料來固定，并且封裝本身采用焊膏來固定，因此封裝的結(jié)構(gòu)使得難以相對于例如透鏡的焦平面非常準確地放置光感應器件。
題為“光學設(shè)備的半導體絕緣”的第5,302,778號美國專利，披露了通過在提供定位針的模制裝配封裝中集成傳感器、透鏡和模制架，從而將光傳感器安裝在印制電路板上。上述專利相對于之前的透鏡系統(tǒng)，在傳感器的定位準確性方面提供了有限的改進。而上述專利在將封裝本身放置在安裝板上方面只不過提供了一般的準確性。
另一種公知的光感應半導體器件的封裝方法是由Shellcase公司提供的。美國專利5,716,759、6,040,235和6,117,707披露了具體的技術(shù)。圖2示出根據(jù)這些技術(shù)形成的封裝的剖面示意圖。將構(gòu)圖的金屬層施加到光感應的半導體晶片上，以將焊接盤延長到晶片的劃片區(qū)域，所述劃片區(qū)域在臨近的芯片之間具有較窄寬度。采用環(huán)氧樹脂將光感應晶片附接到玻璃襯底上。之后，對晶片的背面進行磨片以使晶片變薄。然后將劃片區(qū)域的硅去除以暴露出金屬線。需要更多的處理步驟來完成制作，但是由于對其清楚的理解對于本發(fā)明來說并不是必須的，因此在此省略了具體的說明。
與CLCC封裝相比，這種封裝的優(yōu)點在于其尺寸更小。盡管如此，這種封裝中也存在著多個缺陷。也許這種封裝的最主要的缺陷是其結(jié)構(gòu)和制作過程的復雜性。由于復雜性會使工藝成品率下降，因此這種復雜性在大量生產(chǎn)中是至關(guān)重要的因素。由于復雜性和隨之而來的產(chǎn)量損失，因此制作這種封裝是昂貴的。
此項技術(shù)的其他主要缺點包括，需要較寬的劃片線，這與半導體制作中減小劃片線寬度以在每個晶片中實現(xiàn)更多芯片的趨勢相反。目前典型的劃片線寬度約為100微米，不足以支持這項技術(shù)。因此，所述的封裝技術(shù)與具有標準的劃片線寬度的半導體晶片是不兼容的，需要特定的措施來使得劃片線寬度比通常的劃片線寬度更寬。
因此，本發(fā)明的一個目的在于提供一種用于光感應器件的更低成本的封裝。本發(fā)明的另一個目的在于提供一種用于光感應器件的足夠緊湊的封裝，以適應象便攜式電話照相機那樣的手持應用，其中小尺寸可能是唯一最重要的封裝因素。本發(fā)明的又一個目的在于提供一種簡單而便于制作和組裝的封裝，其中，可以以簡單的方式來實現(xiàn)水平面上和垂直面上的焦平面的精確定位。

發(fā)明內(nèi)容
簡而言之，根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，本發(fā)明涉及一種光感應半導體器件的電子封裝結(jié)構(gòu)及其制作和組裝的方法。
根據(jù)本發(fā)明，通過“晶片凸點形成”或本領(lǐng)域中公知的任何其他的適當?shù)募夹g(shù)，在光感應半導體晶片上提供多個焊料凸點。之后，形成有凸點的晶片被劃片而分成用于形成傳感部分的單個芯片。
襯底是單獨制作的。所述襯底可以配置成例如圓形的晶片或矩形的平板。與具有多個芯片的半導體晶片一樣，所述襯底將具有多個單元襯底。每個單元襯底成為一個組裝部分，在完成制作和封裝之后與傳感部分一起構(gòu)成電子封裝。用于襯底的材料優(yōu)選為在光感應器件所響應的光的波長處透明。在可見光譜部分中，硼硅玻璃是用于光感應器件的具有足夠的透明度的材料的一個例子。這種襯底的制作包括采用精通半導體制作領(lǐng)域的技術(shù)人員公知的任何適當?shù)姆椒?，通過沉積和構(gòu)圖至少形成一個構(gòu)圖的金屬層，以制作焊料凸點焊盤和在焊料凸點焊盤之間的互連線。將這些焊料凸點焊盤至少分成兩組。第一組中的焊料凸點焊盤相對較小，并且與光感應芯片的焊料凸點相對應，用于形成與那些光感應芯片的互聯(lián)。第二組中的焊料凸點焊盤相對較大，并且用于形成所得到的封裝本身到外部電路的互連，例如支撐印制電路板。在構(gòu)圖的金屬層之上，所述襯底還包括至少一個構(gòu)圖的鈍化層來保護由此形成的互連線。所述構(gòu)圖的鈍化層在所述焊料凸點焊盤處具有開口。優(yōu)選地在光感應區(qū)域周圍、構(gòu)圖的鈍化層之上，所述焊盤還包括構(gòu)圖的防塵密封層，用于防止灰塵粒子進入該區(qū)域。
將焊料凸點設(shè)置在第二組焊料凸點焊盤上，以將所得到的封裝連接到外部電路。類似于BGA或CSP焊料球的設(shè)置方式，在該焊料凸點形成過程中可以使用預形成的焊料球。該過程通常包括將助焊劑施加到焊料凸點焊盤上，將焊料球放置到施加有助焊劑的焊料凸點焊盤上，以及將襯底加熱到焊料的典型的回流溫度以使得焊料球融化、向下浸潤到焊料凸點焊盤上。
然后，優(yōu)選為采用精通半導體制作領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的適當?shù)牡寡b芯片安裝技術(shù)，將形成有凸點的和已劃片的光感應芯片安裝到襯底上。該過程包括將每個光感應芯片連續(xù)的拾取-倒裝-放置到襯底的預定位置，直到每個單元襯底如所設(shè)計的、在其上放置有所有必需的光感應芯片。所述拾取-倒裝-放置過程通常包括將助焊劑施加到焊接區(qū)域，之后將襯底加熱到焊料凸點的典型的回流溫度，以形成單元襯底和光感應芯片之間的互連。
然后對大的襯底進行劃片，以將每個單元襯底分離。然后，可以將每個襯底單元拾取-放置到優(yōu)選的封裝介質(zhì)中，例如盤、管、或帶和卷軸。
CLCC封裝需要用于互連的陶瓷襯底和用于光透射的玻璃蓋，但是根據(jù)本發(fā)明形成的封裝只需要具有以上兩種功能的玻璃襯底。另外本發(fā)明采用了批處理，例如用于光感應器件晶片的晶片凸點形成。本發(fā)明還采用了批處理來制作和組裝具有多個單元襯底的襯底。這種簡化和批處理的結(jié)果是，本發(fā)明大大降低了封裝成本。與之前公知的一些封裝技術(shù)不同的是，例如，本發(fā)明采用簡單并且經(jīng)過證明的倒裝芯片安裝技術(shù)來代替需要將焊接盤延伸到劃片區(qū)域、使晶片變薄以及去除硅以暴露劃片區(qū)域的金屬的非常復雜的過程。另外，諸如將光感應芯片安裝到襯底上的倒裝芯片安裝、以及用于未封閉的封裝的焊料凸點的使用和布置等特征以容易的方式提供了焦平面在水平方向和垂直方向的可靠的和精確的導引定位。自對準有效地出現(xiàn)在焊接回流過程中。


圖1是用于光感應器件的現(xiàn)有技術(shù)的CLCC封裝的剖面示意圖；圖2是另一現(xiàn)有技術(shù)的光感應封裝的剖面示意圖；圖3A是在處理之前，本發(fā)明的一個示范性實施例中的未劃片的光感應半導體晶片的剖面示意圖；圖3B是施加了構(gòu)圖的金屬層之后，本發(fā)明的一個示范性實施例中的未劃片的光感應半導體晶片的剖面示意圖；圖3C是在焊盤形成之后，本發(fā)明的一個示范性實施例中的未劃片的光感應半導體晶片的剖面示意圖；圖4是示出從低折射率的介質(zhì)向高折射率介質(zhì)轉(zhuǎn)變的入射光從空氣到玻璃的傳輸和反射的說明性的示意圖；圖5是用圖表示出的由于在襯底上形成了光學濾波器，光感應響應變化的示例的說明性示意圖；圖6A是在本發(fā)明的一個示范性實施例中，在制作的某個階段的已劃片的單元襯底的剖面示意圖；圖6B是采用多個金屬層的本發(fā)明的另一個示范性實施例中，在制作的某個階段的已劃片的單元襯底的剖面示意圖；
圖7是在本發(fā)明的一個示范性實施例中，在制作的某些階段的未劃片的襯底的一系列剖面示意圖；圖8是在本發(fā)明的一個示范性實施例中，在制作的某些更進一步階段的未劃片的襯底的一系列剖面示意圖；圖9是在本發(fā)明的一個示范性實施例中，未劃片的襯底上的光感應芯片的倒裝芯片組件的一系列剖面示意圖；圖10是根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例形成的電子封裝的剖面示意圖，其被示出為示例性地安裝到印制電路板上；圖11是示出用于根據(jù)本發(fā)明的示范性實施例形成電子封裝的制作和組裝步驟的方框圖；以及圖12是示出用于根據(jù)本發(fā)明的另一示范性實施例形成電子封裝的制作和組裝步驟的方框圖。
具體實施例方式
一種光感應的半導體晶片具有多個芯片，并且象在其他的半導體晶片中一樣，每個芯片具有在所述晶片的正面形成的集成電路。每個芯片具有多個焊接盤。所述晶片的正面上具有構(gòu)圖的鈍化層，以保護其下面的集成電路。所述鈍化層在所述的焊接盤上存在開口。每個這樣的光感應芯片在正面上至少具有一個光感應區(qū)域。
晶片凸點形成技術(shù)是眾所周知的技術(shù)(如后來轉(zhuǎn)讓給IBM的、題為“制作微型功能元件的方法”的第3,292,240號美國專利中所描述的)，這項技術(shù)一出現(xiàn)就得到了廣泛使用。典型的晶片凸點形成工藝至少包括一個構(gòu)圖的金屬層來制作連接到晶片的焊接盤上的焊料凸點焊盤。用于焊料凸點焊盤的合金通常指凸點下合金(UBM)，并且通常采用多層結(jié)構(gòu)來提供多種功能，例如較好的粘附在焊接盤上，防止焊料擴散的良好擴散阻擋，以及對焊接的良好潤濕性(以及氧化保護，如果需要的話)?？梢垣@得用于沉積UBM的各種技術(shù)，包括濺射，電鍍，無電電鍍以及類似的技術(shù)。
將預定量的焊接材料施加到焊料凸點焊盤上。有多種方法來施加焊料-電鍍，焊膏印制等。在晶片凸點形成中有幾種經(jīng)常使用的焊接材料-共熔的錫-鉛，高濃度鉛(鉛的重量比例在80％以上的錫-鉛焊料)，以及無鉛材料(通常是基于錫的焊料，例如純錫，錫-銀，錫-銅，錫-銀-銅等)。
所述晶片凸點形成工藝還包括將晶片加熱到焊料的典型的回流溫度從而使得焊料連接到焊料凸點焊盤上。晶片凸點形成可以有選擇地至少包括一個在構(gòu)圖的金屬層下面的構(gòu)圖的鈍化層，即所謂的“再鈍化”。晶片凸點形成還可以有選擇的包括焊接盤和焊料凸點焊盤之間的互連金屬跡線，即所謂的“再分配”。這種再分配通常需要另一個構(gòu)圖的鈍化層來保護互連金屬跡線。這些用于晶片凸點形成的多種結(jié)構(gòu)是精通晶片凸點形成領(lǐng)域的技術(shù)人員所熟知的。
根據(jù)本發(fā)明，形成有凸點的晶片優(yōu)選地用于制作光感應器件的電子封裝，但是并不限于任何一種具體的結(jié)構(gòu)、凸點形成技術(shù)或者在這些晶片凸點形成中使用的焊接材料。在優(yōu)選的實施例中，在晶片凸點形成之后，光感應晶片的焊料凸點的高度優(yōu)選為低于100微米。圖3A-圖3C分別示出了在處理之前的光感應半導體晶片100、在施加了構(gòu)圖的金屬層來形成多個焊料凸點焊盤102之后、以及在焊料凸點形成(用于形成多個焊料凸點104)之后的剖面示意圖。
在晶片凸點形成之前、期間或之后，如必要的話，可以采用半導體制作領(lǐng)域中的任何適當?shù)姆绞?，通過機械研磨將晶片100減薄到一定的厚度。這一減薄工藝的目的將在本部分中稍后進行解釋。優(yōu)選地，減薄后的晶片100的厚度約為250-350微米，而厚度約為150-350微米都是可用的。此后，再次采用半導體制作領(lǐng)域中公知的任何適當?shù)姆绞?，沿著劃片線103，對所述光感應晶片進行劃片以分離每個芯片101。
襯底是單獨制作的。所述襯底優(yōu)選為具有大的面積的晶片或平板形式，其面積足夠用來以類似于使半導體晶片具有多個芯片的方式，在批處理過程中形成多個單元襯底。通常，對襯底材料的主要要求包括透明度、機械硬度以及化學穩(wěn)定性。所選擇的襯底材料對于一定的波長或波長范圍內(nèi)的光是透明的，以便將這種光傳輸?shù)焦飧袘骷?。適當?shù)囊r底材料包括但不限于玻璃、石英、藍寶石、硅或其他此類的紅外線透明材料。襯底材料的選擇取決于所感興趣的波長范圍，從而使得工作在紫外線、可見光或紅外光譜中的任何一個波長上的光感應器件都可以從本發(fā)明中獲益。需要耐化學腐蝕性和機械穩(wěn)定性來承受制作過程中的溫度和各種處理步驟，以及在所制造器件的預期壽命內(nèi)抵抗環(huán)境的影響。用于工作在可見光波長范圍內(nèi)的光感應器件的典型的襯底材料是硼硅玻璃。由于可以以合理的成本來獲得其化學的和溫度的穩(wěn)定性，并且其可以從許多資源中獲得，因此硼硅玻璃是優(yōu)選的材料。
可以在所述襯底的兩個表面上至少鍍上一層薄膜層，以提高其光透射率。例如，可以采用抗反射涂層(ARC)或者精通于光學領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的其他適當?shù)耐繉?。使用涂層的一個目的在于使所感興趣的整個光譜內(nèi)的光的反射損耗最小化。圖4示出通過襯底的光的反射。
類似地，可以只在襯底的一個表面上至少鍍上一層薄膜，以提高或降低特定的波長范圍內(nèi)的光的透射率?？梢圆捎霉鈱W領(lǐng)域中所公知的任何適當?shù)募夹g(shù)來實現(xiàn)這種“光學濾波”，如1955年巴特沃茲出版、O.S.Heavens所著的“薄固態(tài)膜的光學特性(Optical Properties of ThinSolid Films)”，1969年美國人Elsevier出版、H.A.Macleod所著的“薄膜光學濾波器(Thin-Film Optical Filters)”，1976年John Wiley出版、Z.Knittl所著的“薄膜光學，一種光學多層理論(Optics of Thin Films，an Optical Multilayer Theory)”，或1987年Macmillan出版、J.D.Rancourt所著的“光學薄膜的用戶手冊(Optical Thin Film′s User′s Handbook)”等書中所記載的技術(shù)。
圖5示出采用放置在光感應器件前面的濾波器來獲得已調(diào)整的光響應的例子。在這個特殊的例子中，所述濾波器被設(shè)計成具有能夠模仿人眼睛的靈敏度并切斷紫外線(UV)和紅外區(qū)域中的硅的本征響應的光感應器件。在優(yōu)選實施例中，大的硼硅酸鹽晶片或面板被用作襯底，其厚度優(yōu)選地約為400-800微米，如果可獲得的資源允許，則厚度甚至可以為250-800微米。另外在優(yōu)選實施例中，在所述襯底的一個表面或前后表面上至少鍍上一層薄膜，以便使反射損耗最小化，或者提高或較低所感興趣的波長范圍內(nèi)的光的透射率。
參照圖6A-圖8，將至少一個構(gòu)圖的金屬層202施加到襯底200的正面204上，來制作焊料凸點焊盤206a、206b以及連接所述焊料凸點焊盤206a、206b的互連線208。然后，將至少一個構(gòu)圖的鈍化層210施加到構(gòu)圖的金屬層202上來保護由此形成的互連線208。焊料凸點焊盤206a、206b被分成兩組。第一組中的焊料凸點焊盤206a相對較小，以用于形成與光感應半導體芯片101的互連。第二組中的焊料凸點焊盤206b相對較大，以將所得到的電子封裝本身與外部電路或諸如印制電路板等裝置互連。
廣泛采用兩種方法來制作焊料凸點焊盤、互連線以及鈍化。如圖6A所示的第一種方法是采用一個構(gòu)圖的金屬層202來提供焊料凸點焊盤206a、206b和互連線208，在所述金屬層的適當部分上形成有一個構(gòu)圖的鈍化層210來保護互連線208。如圖6B所示的第二種方法是采用一個構(gòu)圖的金屬層212來形成互連線214，采用一個構(gòu)圖的鈍化層216來保護互連金屬線部分214，然后施加另一個具有218a和218b部分的構(gòu)圖的金屬層，與金屬層212在其下面的部分來形成焊料凸點焊盤220a和220b。在后面一種情況中，通過鈍化層216上的開口來實現(xiàn)第一和第二金屬層212、218a和218b之間的互連。在兩種選擇中，用于焊料凸點焊盤的金屬層本身通常具有多層結(jié)構(gòu)，包括黏合層，用于提供與下面鄰近的材料的好的黏合；用于焊料的好的擴散阻擋層以及用于焊接材料的具有良好潤濕性的層(以及如果需要時的氧化保護層)，類似于如前所述的用于形成光感應晶片的焊料凸點焊盤的UBM的結(jié)構(gòu)。
第一種選擇比較經(jīng)濟，因為其僅使用一層金屬層202；但是，從本質(zhì)上來講，所述互連的金屬層包括一層擴散阻擋層材料，其對于互連金屬線不但是不必要的，而且還導致了高的薄膜壓力。由于這種薄膜壓力會引起壓力轉(zhuǎn)移甚至薄膜的分層，因此其在可靠性方面是有害的。第二種選擇由于在互連的金屬線中不包括擴散阻擋層，因此在可靠性方面較好；但是，這種選擇需要多個構(gòu)圖的金屬層212、218a和218b，這就導致了制作成本增加。因此，這些選項中的選擇通常取決于兩個主要的要求，即成本和可靠性，二者會根據(jù)所需應用的改變而改變。
在示出的第一種選擇的優(yōu)選實施例中，約為1-2微米的鋁層被用作粘合層，約為200-500納米的Ni-V層被用作擴散阻擋層，約為500-1000納米的銅層被用作焊料浸潤層。這些層連續(xù)地沉積在襯底上，從而共同形成在焊料凸點焊盤206a和206b處的金屬層202，優(yōu)選地在每層的沉積過程之間不破壞真空狀態(tài)的情況下來通過濺射進行沉積。
在示出的第二種選擇的優(yōu)選實施例中，優(yōu)選采用濺射的方法在襯底上沉積大約1-2微米的鋁層，以制作互連金屬線。通過連續(xù)地沉積用作互連的金屬線粘合層的約為200-2000鈉米的鋁層、用作擴散阻擋層的約為200-500納米的鎳-V層以及用作焊料浸潤層的約為500-1000納米的銅層來形成第二種選擇中的焊料凸點焊盤220a和220b。優(yōu)選地在每層的沉積過程之間不破壞真空狀態(tài)的情況下來通過濺射進行沉積。
在兩種選擇中，優(yōu)選為采用聚合物層來作為鈍化層210和216。聚合物鈍化層的厚度優(yōu)選地約為4-20微米，其可以通過精通半導體制作領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的任何適當?shù)姆绞絹硇纬伞?br> 參照圖7-圖8，其示出了不同的制作階段的未劃片的襯底200(其為玻璃片的形式)的剖面示意圖。通過劃片線203將襯底200分成多個單元襯底210，所述單元襯底210具有用于定義焊料凸點206a、206b和傳輸區(qū)域223的構(gòu)圖的金屬層202、鈍化層210和防塵密封層222。如圖8所示，在金屬層和鈍化層202和210形成之后，可以將至少一層構(gòu)圖的防塵密封層222施加到襯底200上，從而防止灰塵粒子到達和遮蔽光感應區(qū)域?？梢耘渲脴?gòu)圖的防塵密封層222，以在所得到的封裝的透光區(qū)域223的光感應區(qū)域周圍形成防塵密封的結(jié)構(gòu)。任何阻隔光的灰塵都將引起光感應誤差。因此，是否需要該防塵密封層取決于在所感興趣的應用中對灰塵粒子的所需的限制。在示出的優(yōu)選實施例中，防塵密封層222的厚度優(yōu)選為小于80微米，并且防塵密封層222優(yōu)選為采用聚合材料。
有多種方法來制作防塵密封層222。最一般的方法是分配環(huán)氧樹脂或相似的材料。另一種方法是涂布聚合物層并通過利用光刻工藝對其進行構(gòu)圖。根據(jù)本發(fā)明，可以采用精通半導體制作和封裝領(lǐng)域的技術(shù)人員所公知的這些或任何其他的適當?shù)姆椒ā?br> 接下來，將焊料凸點224安裝到形成在襯底200上方的第二組焊料凸點焊盤206b上。在示出的優(yōu)選實施例中，優(yōu)選為通過絲網(wǎng)印刷將助焊劑施加到每個適當?shù)暮噶贤裹c焊盤206b上，然后將預先形成的焊料球224放置到具有助焊劑的第二組的每個焊料凸點焊盤206b上。將所得到的襯底結(jié)構(gòu)加熱到焊接材料特有的回流溫度，以便將所放置的焊料球224熔化并且使得它們向下浸潤到焊料凸點焊盤上。焊料凸點224的高度優(yōu)選地(但并非必須)大于250微米。
在本發(fā)明中可以采用多種焊接材料。共熔的錫-鉛焊料是常見的材料。由于在半導體工業(yè)中通常存在的排除鉛的嚴格限制，因此在將來可能廣泛采用無鉛焊料，例如純錫、錫-銀、錫-銅以及錫-銀-銅焊料。對于高溫應用來說，重量比為含鉛80％以上的高鉛含量焊料是常用的焊接材料，因為鉛具有較高的熔點和并且消耗較少的焊料凸點焊盤中的擴散阻擋層。本發(fā)明不限于任何特定的焊接材料。
一旦襯底200被制作成如上所述的多個單元襯底或組裝部分201，則將構(gòu)成感應部分的光感應芯片101安裝到襯底200的組裝部分201上，優(yōu)選地采用本領(lǐng)域所公知的適當?shù)牡寡b芯片組裝過程。如圖9的示意性圖解，該倒裝芯片組裝過程包括將具有焊料凸點104的每個光感應芯片101拾取-倒裝-放置到襯底200的每個單元襯底201的預定位置上，直到所有的適當?shù)膯卧r底201上都設(shè)置有它們所必需的光感應芯片101。可以將多個相同的或不同類的光感應芯片101安裝到一個單元襯底201上。也可以將其他非感光的有源的和/或無源芯片(未示出)安裝到單元襯底201上以構(gòu)成多芯片模塊。
每個半導體芯片101的焊料凸點104與相應設(shè)置在每個單元襯底201上的焊料凸點焊盤206a的接合保證了光感應芯片101和單元襯底201的方便而一貫精確的相對定位。當將光感應芯片101放置到單元襯底201上時，預形成的焊料凸點與接納它們的焊料凸點焊盤的成對的接合起到自對準的功能。
所述的拾取-倒裝-放置操作包括將助焊劑施加到光感應芯片110的焊料凸點104上，優(yōu)選為通過倒裝芯片封裝領(lǐng)域所公知的適當?shù)摹敖?dipping)”工藝。在本發(fā)明中可以采用基于松脂的可溶于水的助焊劑或者其他的適當?shù)牟牧稀Ｒ部梢圆捎没谟袡C物的所謂的“免清洗”助焊劑。然后將所述襯底加熱到焊接材料的特定的回流溫度，以便熔化焊料112并在襯底200的第一組焊料凸點焊盤206a和每個光感應芯片101之間形成焊接接合點104。在示出的優(yōu)選實施例中，連接襯底200和半導體芯片101的焊接結(jié)合點104的高度優(yōu)選為低于80微米。
最后，沿著劃片線203將襯底200劃片成從而分離單元襯底201。然后，將所產(chǎn)生的每個電子封裝300(具有至少一個單元襯底結(jié)構(gòu)201)拾取-放置到用于包裝和封裝的優(yōu)選的封裝介質(zhì)中，例如盤、管、或膠帶和卷軸。
參照圖10，可以通過采用球柵陣列(BGA)封裝技術(shù)將根據(jù)本發(fā)明形成的電子封裝300組裝到PCB板400上，每個單元襯底結(jié)構(gòu)201被形成為與在封裝300的外圍部分具有焊料凸點224的典型的BGA封裝十分類似。該過程通常包括將焊膏施加到相對的PCB部分的焊料凸點焊盤上402，之后將封裝300翻轉(zhuǎn)并安裝到PCB板400上。從而，將焊料凸點224放置到其上施加有焊膏的對應的焊盤402上。
圖11以方框圖的形式說明性地示出了前面的附圖中所討論的封裝300的優(yōu)選實施例的制作和組裝步驟。圖12以方框圖的形式說明性地示出了在形成每個單元襯底的焊料凸點的過程中，采用多個金屬層的封裝的另一個示范性實施例的類似的制作和組裝步驟。
在所示的優(yōu)選實施例中，由焊料凸點224(其將所得到的封裝300與PCB板400連接)形成的每個大的焊接接點的高度優(yōu)選為大于由焊料凸點104(其將光感應芯片101連接到單元襯底201上)形成的小焊接接點的共同高度以及光感應芯片101的厚度。這就保證了在光感應芯片101與PCB板400之間保持有縫隙。在所示的優(yōu)選實施例中，如前所述，優(yōu)選為將光感應半導體晶片100(光感應芯片101由其形成)減薄到約250-350微米(150-350微米是可用的)；連接光感應芯片101與單元襯底201的小的焊接接點104的高度設(shè)置為約低于80微米；以及連接所得到的封裝300與PCB板400的大的焊接接點224的高度設(shè)置為高于250微米。
本發(fā)明中的新的封裝可用于通過各種技術(shù)(例如CCD或CMOS技術(shù))所制作的所有類型的光傳感器或光探測器。本發(fā)明可用于使用圖像傳感器的所有領(lǐng)域，例如可攜式攝像機，數(shù)字靜止照相機，PC照相機，手機照相機，PDA和手持照相機，安全照相機，玩具，汽車，生物測定學等等。本發(fā)明也適用于線性陣列圖像傳感器，例如傳真機，掃描儀，條形碼讀取器和掃描儀，數(shù)字復印機等設(shè)備中所使用的線性陣列圖像傳感器。本發(fā)明也同樣適用于封裝非圖像的光學傳感器，例如單個二極管或移動探測器中使用的四象限二極管，光能級傳感器，定位或跟蹤系統(tǒng)等等。
盡管本發(fā)明是結(jié)合其特定的形式和實施例來描述的，但是應該理解，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，除以上討論之外，可以做出對本發(fā)明的的各種修改，例如，用同等元件來代替具體示出或描述的元件，獨立于其他的特征而使用某些特征，以及在不背離所附權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，在某些情況下可以顛倒或插入制作或封裝步驟的特殊的合并。
權(quán)利要求
1.一種光感應器件的封裝，包括(a)組裝部分，包括i.由能夠充分地透過預定波長范圍內(nèi)的光的材料構(gòu)成的襯底；ii.在所述襯底上的正面區(qū)域周圍形成的至少一層第一金屬層；以及iii.在所述第一金屬層上延伸形成的至少一層鈍化層，對所述鈍化層進行構(gòu)圖，以限定出多個第一和第二凹入開口來分別在所述第一金屬層上定出多個第一和第二焊料凸點焊盤，每個所述第一焊料凸點焊盤至少與一個所述第二焊料凸點焊盤互連；(b)感應部分，包括至少一個光感應芯片，所述光感應芯片在前向表面上至少形成一個光感應區(qū)域，以將所述預定波長范圍內(nèi)的光進行光電轉(zhuǎn)換，所述光感應區(qū)域與所述組裝部分襯底的正面區(qū)域相對，所述光感應芯片上形成有多個與所述光感應區(qū)域電耦合的焊料凸點焊盤；以及(c)多個第一焊接接點，用于連接所述感應部分和組裝部分，每個所述第一焊接接點在所述感應部分的一個所述焊料凸點焊盤和所述組裝部分的一個所述第一焊料凸點焊盤之間延伸。
2.如權(quán)利要求1所述的光感應器件的封裝，進一步包括多個第二焊接接點，其從所述第二焊料凸點焊盤延伸，通過所述組裝部分的一個所述第二凹入開口，以安裝到外部電路。
3.如權(quán)利要求2所述的光感應器件的封裝，其中每個所述第二焊接接點從所述第二凸起焊盤橫向地延伸到所述連接到此的感應部分的所述光感應芯片之外。
4.如權(quán)利要求1所述的光感應器件的封裝，其中所述組裝部分包括在所述襯底上的正面區(qū)域周圍形成的至少一個防塵密封層，所述防塵密封層在所述襯底和所述光感應芯片之間橫向延伸，以包圍在其間密封的部分。
5.如權(quán)利要求4所述的光感應器件的封裝，其中所述防塵密封層由聚合材料構(gòu)成。
6.如權(quán)利要求1所述的光感應器件的封裝，其中所述襯底由硼硅玻璃材料構(gòu)成。
7.如權(quán)利要求6所述的光感應器件的封裝，其中所述襯底的厚度范圍大約在250-800微米之間。
8.如權(quán)利要求4所述的光感應器件的封裝，其中所述襯底由厚度范圍大約在250-800微米之間的硼硅玻璃材料構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1所述的光感應器件的封裝，其中將所述光感應芯片的光感應區(qū)域被設(shè)置為與所述襯底的正面區(qū)域光學對準，以接收通過所述襯底的光。
10.如權(quán)利要求1所述的光感應器件的封裝，其中所述組裝部分包括至少部分在所述鈍化層上形成的第二金屬層，所述第二金屬層被構(gòu)圖為至少部分地在所述第一和第二凹入開口上延伸，從而使第一和第二焊料凸點焊盤接觸。
11.如權(quán)利要求1所述的光感應器件的封裝，其中所述襯底包括與所述正面相對的背面，所述襯底的所述正面和背面至少之一上形成有薄膜涂層，用于改變所通過的預定波長范圍內(nèi)的光的透射率。
12.如權(quán)利要求4所述的光感應器件的封裝，其中所述襯底包括與所述正面相對的背面，所述襯底的所述正面和背面至少之一上形成有薄膜涂層，用于改變所通過的預定波長范圍內(nèi)的光的透射率。
13.如權(quán)利要求1所述的光感應器件的封裝，其中所述感應部分的焊料凸點焊盤與所述組裝部分的第一和第二焊料凸點焊盤中的每一個都具有至少包括粘合層、擴散阻擋層和焊接浸潤層的多層結(jié)構(gòu)。
14.一種光感應器件的封裝方法，包含以下步驟(a)設(shè)置至少一個光感應芯片，所述光感應芯片在其前向表面限定有至少一個集成的光感應區(qū)域，用于對預定波長范圍內(nèi)的光進行光電轉(zhuǎn)換；(b)在所述光感應芯片上形成多個電耦合到所述光感應區(qū)域的第一焊料凸點；(c)至少設(shè)置一個由充分地透過預定波長范圍內(nèi)的光的材料構(gòu)成的單元襯底；(d)在所述單元襯底的正面區(qū)域周圍至少形成一層金屬層；(e)對所述金屬層進行設(shè)置，以限定出多個第一和第二焊料凸點焊盤和多個互連線，其中每一條互連線在至少一個第一焊料凸點焊盤和至少一個第二焊料凸點焊盤之間延伸；(f)至少形成一層在所述金屬層之上延伸的鈍化層；(g)對所述鈍化層進行設(shè)置，以限定出多個分別對準所述第一和第二焊料凸點焊盤的第一和第二凹入開口；(h)以倒置的方式將所述光感應芯片放置在所述單元襯底上，所述第一焊料凸點中的每一個都與一個所述鈍化層的第一凹入開口相接合，以接觸一個所述第一焊料凸點焊盤，由此導引所述光感應芯片的光感應區(qū)域使其與所述單元襯底的正面區(qū)域?qū)剩?i)將所述第一焊料凸點加熱到其典型的回流溫度，以與所述單元襯底的第一焊料凸點焊盤附接。
15.如權(quán)利要求14所述的光感應器件的封裝方法，進一步包括通過所述第二凹入開口，將多個第二焊料凸點分別附接到所述第二焊料凸點焊盤上的步驟。
16.如權(quán)利要求14所述的光感應器件的封裝方法，進一步包括在步驟(g)之后，在所述單元襯底的正面區(qū)域周圍形成防塵密封層的步驟。
17.如權(quán)利要求15所述的光感應器件的封裝方法，進一步包括預先形成具有焊料球結(jié)構(gòu)的所述第一和第二焊料凸點的步驟，其中所述第二焊料凸點的直徑比所述第一焊料凸點的直徑大。
18.如權(quán)利要求14所述的光感應器件的封裝方法，進一步包括至少部分在所述鈍化層上形成上層金屬層的步驟，所述上層金屬層被設(shè)置為至少部分地延伸到所述第一和第二凹入開口之上，從而使所述第一和第二焊料凸點焊盤接觸。
19.如權(quán)利要求14所述的光感應器件的封裝方法，其中在襯底上集成地限定出多個所述單元焊盤，在步驟(i)之后對所述襯底進行劃片，以使所述單元襯底彼此分離。
20.如權(quán)利要求14所述的光感應器件的封裝方法，其中在晶片上集成地限定出多個所述光感應芯片，在步驟(h)之后對所述晶片進行劃片，以使所述光感應芯片彼此分離。
21.如權(quán)利要求20所述的光感應器件的封裝方法，其中連續(xù)地執(zhí)行拾取-倒裝-放置操作，從而將所述光感應芯片分別放置在相應的所述單元襯底之一上。
22.一種光感應半導體器件的封裝方法，包含以下步驟(a)設(shè)置至少一個半導體芯片，所述半導體芯片在其前向表面限定有至少一個集成的光感應區(qū)域，用于對預定波長范圍內(nèi)的光進行光電轉(zhuǎn)換；(b)在所述半導體芯片上形成多個待與所述光感應區(qū)域電耦合的焊料凸點焊盤；(c)將多個第一焊料凸點分別附接到在所述半導體芯片上形成的所述焊料凸點焊盤上；(d)至少設(shè)置一個由可以充分地透過預定波長范圍內(nèi)的光的材料構(gòu)成的單元襯底；(e)在所述單元襯底的正面區(qū)域周圍至少施加第一金屬層；(f)有選擇地去除所述第一金屬層的一部分，以限定出多個第一和第二焊料凸點焊盤和多個互連線，其中每一條互連線在至少一個所述第一焊料凸點焊盤和至少一個所述第二焊料凸點焊盤之間延伸；(g)至少形成一層在所述金屬層之上延伸的鈍化層；(h)有選擇地去除所述鈍化層的一部分，以限定出多個分別與所述第一和第二焊料凸點焊盤對準的第一和第二凹入開口；(i)以倒置的方式將所述半導體芯片放置在所述單元襯底上，所述第一焊料凸點中的每一個都與一個所述鈍化層的第一凹入開口相接合，以接觸一個所述第一焊料凸點焊盤，由此導引所述半導體芯片的光感應區(qū)域使其與所述單元襯底的正面區(qū)域?qū)剩?j)將所述第一焊料凸點加熱到其典型的回流溫度，以與所述單元襯底的第一焊料凸點焊盤附接。
23.如權(quán)利要求22所述的光感應半導體器件的封裝方法，進一步包括通過所述第二凹入開口，將多個第二焊料凸點分別附接到所述第二焊料凸點焊盤上的步驟。
24.如權(quán)利要求22所述的光感應半導體器件的封裝方法，進一步包括在步驟(h)之后將防塵密封材料施加到至少部分鈍化層上，并且選擇性地去除所述防塵密封材料的一部分，以圍繞所述單元襯底的所述正面區(qū)域形成防塵密封層的步驟。
25.如權(quán)利要求22所述的光感應半導體器件的封裝方法，其中在襯底上集成地限定出多個所述單元焊盤，在步驟(j)之后對所述襯底進行劃片，以使所述單元襯底彼此分離。
26.如權(quán)利要求22所述的光感應半導體器件的封裝方法，其中在晶片上集成地限定出多個所述半導體芯片，在步驟(i)之后對所述晶片進行劃片，以使所述半導體芯片彼此分離。
27.如權(quán)利要求26所述的光感應半導體器件的封裝方法，其中連續(xù)地執(zhí)行拾取-倒裝-放置操作，從而將所述半導體芯片分別放置在相應的所述單元襯底之一上。
28.如權(quán)利要求22所述的光感應半導體器件的封裝方法，進一步包括在步驟(c)和步驟(i)之前，將助焊劑材料分別施加到所述半導體芯片的焊料凸點焊盤和所述單元襯底的第一焊料凸點焊盤上的步驟。
29.如權(quán)利要求22所述的光感應半導體器件的封裝方法，進一步包括至少部分地在所述鈍化層上形成第二金屬層，對所述第二金屬層進行構(gòu)圖，以使其至少部分地在所述第一和第二凹入開口上延伸，從而使所述第一和第二焊料凸點焊盤接觸。
全文摘要
提供了一種光感應器件的封裝以及封裝此類器件的方法。所述封裝包括組裝部分，具有由能夠充分地透過預定波長范圍內(nèi)的光的材料構(gòu)成的襯底；感應部分，包括至少一個光感應芯片，用于對預定波長范圍內(nèi)的光進行光電轉(zhuǎn)換；以及連接感應部分和組裝部分的多個第一焊接接點。所述組裝部分至少具有在所述襯底的正面區(qū)域周圍形成的第一金屬層，以及在所述第一金屬層上延伸形成的至少一層鈍化層。所述封裝便宜而緊湊，并且易于制作。
文檔編號H01L27/14GK1864263SQ200480028908
公開日2006年11月15日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2003年10月1日
發(fā)明者金德勛, 約翰·J·H·雷歇 申請人:阿帕托佩克股份有限公司