專利名稱：光電元件芯片及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明關(guān)于一種光電元件芯片，且特別是關(guān)于一種具有復合間隙壁結(jié)構(gòu)的光電元件芯片，和一種具有復合間隙壁結(jié)構(gòu)的光電元件芯片的制造方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)今數(shù)字影像元件已廣泛的使用于許多電子產(chǎn)品，舉例來說，數(shù)字影像元件可以使用于數(shù)字相機、數(shù)字錄像機、具有拍照功能的移動電話和安全控制監(jiān)視器等等。
數(shù)字影像元件通常包括光電元件芯片，例如CCD影像感測芯片或是CMOS影像感測芯片，而這種影像感測芯片可采用稱為晶片級芯片尺寸封裝(Wafer level chip scale package，以下可簡稱WLCSP)的先進封裝技術(shù)進行封裝。在傳統(tǒng)的封裝技術(shù)中，先將具有微元件的晶片切割成多個芯片，再將芯片封裝，其中微元件可例如為電子元件、微機電元件或是光電元件。然而，例如影像傳感器的微元件，可使用晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)技術(shù)，使其在晶片級進行封裝，舉例來說，微元件可以在其仍為晶片階段時進行封裝。
Badehi申請的美國專利第6,777,767號揭示一種晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)的方法，如圖1所示，準備一包括基底400和復合間隙壁406的封裝層，間隙壁406由例如環(huán)氧化物為基礎(chǔ)的光致抗蝕劑材料所組成，且將光致抗蝕劑材料圖形化以形成如圖所示的結(jié)構(gòu)。
請參照圖2A至圖2E，施加黏著劑402于鄰接間隙壁406和間隙壁406間的位置，如此，封裝層可和包括多個微元件的另一基底404貼合。接著，請參照圖2B，在貼合之后，研磨和蝕刻基底404以形成薄分隔部分407，且定義出位于上基底400和基底404之間的腔體405。接著，請參照圖2C，通過一樹脂層408將一下封裝層410黏合于上述結(jié)構(gòu)。請參照圖2D，以機械方法將封裝層410和樹脂層408刻出凹口，之后，在其上形成電性接觸412和凸塊414。接著，請參照圖2E，沿著虛線切割所形成的結(jié)構(gòu)，以形成多個封裝芯片。
然而，不同于其它電子元件和微機電元件，在應用上述晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)技術(shù)對例如數(shù)字影像元件的光電元件進行封裝時，有一獨特的考慮腔體405的高度對于光電元件的光特性是非常關(guān)鍵的，在一數(shù)字影像元件芯片中，由于腔體405的高度是覆蓋玻璃和聚焦平面間的距離，因此需準確地控制該距離，以最佳化光特性。在一數(shù)字影像元件芯片中，厚度的容許度應是不超過聚焦深度的范圍，而其依照有關(guān)影像元件芯片的光學系統(tǒng)的像素尺寸和數(shù)值孔徑(FNo)決定，舉例來說，在一數(shù)值孔徑等于2.8的光學系統(tǒng)中，一3.6μm傳感器(例如像素尺寸為3.6μm)的聚焦深度約為10.08μm；一2.2μm傳感器的聚焦深度約為6.16μm；一1.8μm傳感器的聚焦深度約為5.04μm；一1.2μm傳感器的聚焦深度約為3.36μm。
然而，根據(jù)Badehi的發(fā)明，腔體405的高度由間隙壁406和黏著劑402的復合厚度所決定，其中間隙壁406是由黃光光刻工藝形成，須注意的是，形成間隙壁406的光致抗蝕劑不同于用于圖形化半導體基底電路層的光致抗蝕劑層(其厚度一般在1μm范圍)，如此厚的光致抗蝕劑層可能會導致嚴重的均勻性的問題，一般來說，因為旋轉(zhuǎn)涂布工藝和光致抗蝕劑黏性的因素，光致抗蝕劑厚度會有晶片間±(10％～20％)的變化，換句話說，對于40μm目標厚度的間隙壁，其可能會有±4μm～±8μm厚度的變化，因為當像素尺寸小于2.2μm可能會導致嚴重的失焦(defocus)的問題，如此大的變化是不可接受的，舉例來說，圖7顯示在一像素尺寸為1.8μm且目標厚度為40μm的案例中聚焦深度分別為46/43/40/37/34μm的光點尺寸(spot size)，如圖所示，在光點尺寸在聚焦深度為46μm和34μm時變得不可接受的大，而光點尺寸越大，調(diào)制轉(zhuǎn)換函數(shù)(modulation transfer function)表現(xiàn)變得越差，因此，需要開發(fā)一新的間隙壁結(jié)構(gòu)，使得例如聚焦深度的厚度變化在容許范圍內(nèi)，以得到整個晶片更佳的光學均勻度的表現(xiàn)。
除了上述的缺點，由間隙壁406和黏著劑402形成的復合結(jié)構(gòu)沒有足夠的強度抵抗張應力或是壓應力、熱量和剪切力，而在圖2A接合步驟后的工藝在環(huán)境測試中可能會導致晶片碎裂或是剝離。
因此，對于例如數(shù)字影像元件的光電元件，需要改進晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)方法，提供更結(jié)實的間隙壁結(jié)構(gòu)，且更精準的控制間隙壁厚度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的第一目的為提供一光電元件芯片，可更精確地通過一堅固的復合間隙壁結(jié)構(gòu)控制光學聚焦。本發(fā)明的第二目的為提供上述具有堅固的復合間隙壁結(jié)構(gòu)的光電元件芯片的制造方法以抵抗嚴格的環(huán)境測試。本發(fā)明的第三目的為提供一光電元件芯片，可在其上表面提供外部電性連接。
本發(fā)明提供一種光電元件芯片。在一元件基底上提供一光電元件。一復合間隙壁鄰接光電元件，且連接一上封裝層和元件基底，其中復合間隙壁包括一黏性材料和多個散布于黏性材料中的粒子。
本發(fā)明提供一種光電元件芯片，包括一元件基底；一光電元件，設(shè)置于該元件基底上；一上封裝層；及一復合間隙壁，鄰接該光電元件，且連接該上封裝層和該元件基底，其中該復合間隙壁包括一黏性材料和多個散布于該黏性材料中的粒子。
根據(jù)所述的光電元件芯片，其中該上封裝層的底部表面和該元件基底的頂部表面的間距為一目標間距增加或是減去一相關(guān)光學系統(tǒng)的聚焦深度。
根據(jù)所述的光電元件芯片，其中該黏性材料包括可在紫外光下固化的光致抗蝕劑材料，且該粒子由聚合物或是樹脂組成。
根據(jù)所述的光電元件芯片，其中該復合間隙壁具有異向?qū)щ娦浴?br> 根據(jù)所述的光電元件芯片，其中該黏性材料是一絕緣黏性材料，且該粒子具有導電性。
根據(jù)所述的光電元件芯片，還包括一導電墊，位于該上封裝層的底部表面。
根據(jù)所述的光電元件芯片，還包括一導電層，至少位于該上封裝層中，且連接該導電墊。
本發(fā)明提供一種光電元件芯片的制造方法，包括下列步驟。首先，提供一上封裝層，并在上封裝層的底部表面的預定位置提供一復合材料。接著，提供一元件基底，其上形成有一光電元件，貼合上封裝層和元件基底。接著，使復合材料變成固體結(jié)構(gòu)，其中復合材料包括一黏性材料和多個散布于黏性材料中的粒子。
根據(jù)所述的光電元件芯片的制造方法，其中該上封裝層的底部表面和該元件基底的頂部表面的間距為一目標間距增加或是減去一相關(guān)光學系統(tǒng)的聚焦深度。
根據(jù)所述的光電元件芯片的制造方法，其中該黏性材料包括可在紫外光下固化的光致抗蝕劑材料，且該粒子由玻璃、聚合物或是樹脂組成。
根據(jù)所述的光電元件芯片的制造方法，其中該固體結(jié)構(gòu)具有異向?qū)щ娦浴?br> 根據(jù)所述的光電元件芯片的制造方法，其中該黏性材料是一絕緣黏性材料，且該粒子具有導電性。
根據(jù)所述的光電元件芯片的制造方法，還包括在該上封裝層中提供一穿孔；且至少在該穿孔中形成一導電層，以電性連接該固體結(jié)構(gòu)。
根據(jù)所述的光電元件芯片的制造方法，還包括提供一導電墊，介于該復合材料和該上封裝層的底部表面之間，且該導電層經(jīng)由該導電墊電性連接該固體結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的光電元件芯片及其制造方法提供整個晶片間均勻的間距，以較佳地控制光電元件的光特性，并且，該方法形成的間隙壁以可對于應力或是其它因素有良好的抵抗性，尤其是，該工藝提供將光電元件電性連接另一外部電路的另一選擇從光電元件芯片的頂部表面連接。


圖1揭示一種公知晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)的方法。
圖2A至圖2E是一種公知晶片級芯片尺寸封裝的工藝步驟。
圖3A至圖3C揭示本發(fā)明一實施例晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)工藝的剖面圖。
圖4A至圖4D揭示本發(fā)明一實施例制作晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)工藝的后續(xù)步驟。
圖5A至圖5C揭示本發(fā)明另一實施例晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)工藝的剖面圖。
圖6A至圖6E揭示本發(fā)明又另一實施例晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)工藝的剖面圖。
圖7顯示由于不均勻厚度造成光點尺寸變動的范例。
其中，附圖標記說明如下100 透明上基底；101 黏凸塊；102 粒子； 103 黏性材料；104 元件基底； 105 光電元件；106 導電墊；112 間隙壁；113 黏性材料； 114 底封裝層；115 電性接觸； 116 凸塊；204 元件基底； 205 光電元件；206 導電墊；210 穿孔；220 導電層；222 保護層；300 透明上基底；301 黏性凸塊；302 導電粒子； 303 黏性材料；304 元件基底； 305 光電元件；306 導電墊；307 導電墊；312 間隙壁；320 導電層；322 金錫墊；400 基底；402 膠黏劑；404 其它基底；405 腔體； 406 復合間隙壁；407 薄分隔部分；408 樹脂層；410 封裝層；412 電性接觸；414 凸塊具體實施方式
圖3A至圖3C為本發(fā)明一優(yōu)選實施例的剖面圖，其揭示封裝例如影像傳感器的光電元件芯片的晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)工藝。請參照圖3A，提供一元件基底104，其上形成有例如影像傳感器的光電元件105芯片。多個導電墊106鄰近于上述元件105，導電墊的尺寸可依照電路或是制造工藝需要設(shè)計，元件105和導電墊106可使用例如金屬氧化物半導體(CMOS)工藝制作于基底上。一用作上封裝層的透明上基底100設(shè)置于元件基底104上方，如圖所示，多個黏凸塊101設(shè)置于透明上基底100上，而這些黏凸塊101由尚未轉(zhuǎn)換成固態(tài)的復合材料所組成，其中復合材料包括黏性材料103和多個散布于黏性材料103中的粒子102，黏性材料103優(yōu)選是可以紫外光照射固化的光聚合物或是樹脂，粒子102可以是用聚合物或樹脂形成。在附圖中，粒子102概要的繪示為圓形剖面，但其也可為其它形狀，特別是，粒子102可大體上為球狀、橢圓狀、盒狀或是纖維狀。復合材料可散布于基底100上，或是通過網(wǎng)版印刷形成于基底100上。
之后，請參照圖3B，通過黏性材料103將上基底100和元件基底104貼合，在該貼合步驟中，粒子102用于在兩個基底間定義整個晶片間均勻的間距，兩個基底間實際間距由元件設(shè)計決定，但對于影像感測芯片，其間距一般介于10μm～50μm，在本發(fā)明的實施例中，間距的變化范圍約介于1％～2.5％，其不超過數(shù)值孔徑(FNo)等于例如2.8的相關(guān)光學系統(tǒng)的聚焦深度，且其甚至可適用于像素尺寸相對小的影像傳感器。
請參照圖3C，當黏性材料103是光聚合物材料，則在后續(xù)步驟進行一固化工藝以使黏性材料103變成固態(tài)，并且復合材料變成固體間隙壁112，當黏性材料103是由其它材料組成，則應進行其它步驟以固化黏性材料，例如干燥工藝。
上述優(yōu)選實施例提供整個晶片的均勻間距，且因此，可更精準的控制光電元件例如光聚焦的光特性，特別是，該工藝所形成的復合間隙壁112相比于公知技術(shù)的壓合結(jié)構(gòu)比較不會因應力或是其它因素損壞。
在圖3C之后，以下揭示另外制作晶片級芯片尺寸封裝(WLCSP)工藝的方法，圖4A至圖4D揭示其一實施范例，首先，請參照圖4A，在固化步驟之后，研磨元件基底104，且以蝕刻工藝刻化基底。在刻化步驟之后，請參照圖4B，在基底104的底部表面涂布黏性材料113，且將其貼合于一底封裝層114。接著，請參照圖4C，再一次對晶片的底部表面進行刻化(例如以切割工藝)，且于其上形成電性接觸115和凸塊116，之后，可沿著虛線切割晶片，以形成多個封裝光電元件芯片，如圖4D所示。
另外，不同于圖4A至圖4D的實施例，本實施于圖5A至圖5C采用穿孔(through-hole)內(nèi)連線工藝，首先，請參照圖5A，將一已進行圖3A至圖3C工藝步驟的晶片進行一研磨步驟和一蝕刻步驟，如此元件基底204會蝕刻出穿孔210，而到達鄰接光電元件205的導電墊206，在該穿孔內(nèi)連線工藝中，導電墊206不必須延伸至間隙壁下方。之后，請參照圖5B，進行一電鍍工藝，將導電墊206的底部和穿孔210的側(cè)壁覆蓋導電層220，附圖中的導電層220完全填滿穿孔210，但本發(fā)明不限于此，導電層也可不完全填滿穿孔，也即，將導電層220覆蓋導電墊206的底部和至少穿孔210的部分側(cè)壁即可，之后，形成一保護層222于晶片的底部側(cè)。接著，請參照圖5C的范例，依序進行一凸塊底金屬(Under bump metal，UBM)形成工藝和一球柵陣列(Ballgrid array，BGA)形成工藝，凸塊底金屬(UBM)形成工藝和球柵陣列(BGA)形成工藝為所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所公知，在此為簡潔，不詳細描述。最后在晶片上形成球柵陣列，且可將其切割成多個芯片(未示出)。
以下在圖6A至圖6E揭示本發(fā)明另一優(yōu)選實施例，首先，請參照圖6A，提供一元件基底304，包括光電元件305和導電墊306，將一用作上封裝層的透明上基底300放置于元件基底304上方，上基底300也形成有多個對應于導電墊306的導電墊307，每一導電墊307上形成有黏性凸塊301，而凸塊301由異向性導電黏性材料所組成，其包括一絕緣黏性材料303和散布于絕緣黏性材料303中的導電粒子302，絕緣黏性303材料可由熱固性環(huán)氧化物或是聚合物所組成，導電粒子302可以是在包括聚合物或是樹脂的核心表面涂布例如金屬層的導電層。在附圖中，導電粒子302概要的繪示為圓形剖面，但是其也可以為其它形狀，特別是，導電粒子102可大體上為球狀、橢圓狀、盒狀或是纖維狀，異向性導電黏性材料可散布于基底300上，或是以網(wǎng)版印刷方法形成于基底300上。
之后，請參照圖6B，通過絕緣黏性材料303將上基底300和元件基底304貼合，在該貼合步驟中，導電粒子302用作定義兩基板間整個晶片的均勻間距，據(jù)此，可將間距變化控制在1％～2.5％之間，另外，導電粒子302也用做電性連接導電墊306和導電墊307，須注意的是，因為異向性導電黏性材料具有異向性導電特性，導電粒子不提供任何側(cè)向的傳導。
請參照圖6C，以例如熱工藝固化絕緣黏性材料303，如此，非等向性導電黏性材料變成固體間隙壁312，請注意，上述步驟不限于熱工藝，其也可依照非等向性導電黏性材料中的絕緣黏性材料303組成決定。
之后，請參照圖6D，蝕刻上基底300以形成多個穿孔，并進行一電鍍工藝以形成導電層320，覆蓋穿孔的側(cè)壁和底部，導電層320于圖中完全填滿穿孔，但本發(fā)明不限于此，導電層320也可不完全填滿穿孔，也即，將導電層覆蓋導電墊的底部和至少穿孔的部分側(cè)壁即可。之后，請參照圖6E，形成金或是金錫所組成的墊322于導電層320的頂部表面。
在圖6E之后，可進行例如卷帶的傳統(tǒng)工藝，以將一軟性電路板(flexibleprinted circuit，以下可簡稱FPC)貼合于晶片上，軟性電路板(FPC)可通過超音波能量(ultra-sonic energy)或是紅外線回流(infrared reflow)等公知的方法貼合于上封裝層的墊上。接著，可將制成的晶片切割成多個芯片(未示出)，以制作出封裝的光電元件芯片。
上述優(yōu)選的實施例提供整個晶片間均勻的間距，以較佳地控制光電元件的光特性，并且，該工藝形成的間隙壁312以可對于應力或是其它因素有良好的抵抗性，尤其是，該工藝提供將光電元件電性連接另一外部電路的另一選擇從光電元件芯片的頂部表面連接。
雖然本發(fā)明已以優(yōu)選實施例揭示如上，然而其并非用以限定本發(fā)明，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，可作些許的更動與潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當視后附的權(quán)利要求所界定的范圍為準。
權(quán)利要求
1.一種光電元件芯片，包括一元件基底；一光電元件，設(shè)置于該元件基底上；一上封裝層；及一復合間隙壁，鄰接該光電元件，且連接該上封裝層和該元件基底，其中該復合間隙壁包括一黏性材料和多個散布于該黏性材料中的粒子。
2.如權(quán)利要求1所述的光電元件芯片，其中該上封裝層的底部表面和該元件基底的頂部表面的間距為一目標間距增加或是減去一相關(guān)光學系統(tǒng)的聚焦深度。
3.如權(quán)利要求1所述的光電元件芯片，其中該黏性材料包括可在紫外光下固化的光致抗蝕劑材料，且該粒子由聚合物或是樹脂組成。
4.如權(quán)利要求1所述的光電元件芯片，其中該復合間隙壁具有異向?qū)щ娦浴?br> 5.如權(quán)利要求4所述的光電元件芯片，其中該黏性材料是一絕緣黏性材料，且該粒子具有導電性。
6.如權(quán)利要求4所述的光電元件芯片，還包括一導電墊，位于該上封裝層的底部表面。
7.如權(quán)利要求6所述的光電元件芯片，還包括一導電層，至少位于該上封裝層中，且連接該導電墊。
8.一種光電元件芯片的制造方法，包括提供一上封裝層；在該上封裝層的底部表面的預定位置提供一復合材料；提供一元件基底，其上形成有一光電元件；貼合該上封裝層和該元件基底；及使該復合材料變成固體結(jié)構(gòu)，其中該復合材料包括一黏性材料和多個散布于該黏性材料中的粒子。
9.如權(quán)利要求8所述的光電元件芯片的制造方法，其中該上封裝層的底部表面和該元件基底的頂部表面的間距為一目標間距增加或是減去一相關(guān)光學系統(tǒng)的聚焦深度。
10.如權(quán)利要求8所述的光電元件芯片的制造方法，其中該黏性材料包括可在紫外光下固化的光致抗蝕劑材料，且該粒子由玻璃、聚合物或是樹脂組成。
11.如權(quán)利要求8所述的光電元件芯片的制造方法，其中該固體結(jié)構(gòu)具有異向?qū)щ娦浴?br> 12.如權(quán)利要求11所述的光電元件芯片的制造方法，其中該黏性材料是一絕緣黏性材料，且該粒子具有導電性。
13.如權(quán)利要求11所述的光電元件芯片的制造方法，還包括在該上封裝層中提供一穿孔；且至少在該穿孔中形成一導電層，以電性連接該固體結(jié)構(gòu)。
14.如權(quán)利要求13所述的光電元件芯片的制造方法，還包括提供一導電墊，介于該復合材料和該上封裝層的底部表面之間，且該導電層經(jīng)由該導電墊電性連接該固體結(jié)構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種光電元件芯片及其制造方法。該光電元件芯片中一光電元件設(shè)置于一元件基底上，包括一鄰接光電元件的復合間隙壁，且連接一上封裝層和元件基底，其中復合間隙壁包括一黏性材料和多個散布于黏性材料中的粒子。在一實施例中，粒子具有導電性，黏性材料具有絕緣性，如此，復合間隙壁為異方向性導電。本發(fā)明的光電元件芯片及其制造方法提供整個晶片間均勻的間距，以較佳地控制光電元件的光特性，并且形成的間隙壁對于應力或是其它因素有良好的抵抗性。
文檔編號H01L21/50GK101079398SQ20071008878
公開日2007年11月28日 申請日期2007年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月22日
發(fā)明者李孝文, 戎柏忠, 林孜翰, 林孜穎, 張家揚, 林建邦 申請人:采鈺科技股份有限公司