專利名稱：光電裝置封裝結構及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種半導體封裝技術，特別是涉及一種適用于光電裝置晶片級芯片尺寸封裝(wafer-level chip scale package, WLCSP)結構。
技術背景數(shù)碼影像器件廣泛運用于諸如數(shù)碼相機、數(shù)碼影像記錄器、具有影像拍 攝功能的手機、以及監(jiān)視器。而數(shù)碼影像傳感器通常包括一光電裝置芯片， 例如電荷耦合裝置(charge-coupled device, CCD)影像感測芯片及CMOS影 像感測芯片。上述影像感測芯片可通過一種稱作WLCSP的先進封裝技術來完成封 裝。在傳統(tǒng)的封裝技術中，先將具有如電子裝置、微機電裝置、或是光電裝 置等微裝置的晶片切割成多個芯片之后，再將其封裝。而不同于傳統(tǒng)的封裝 方式，在WLCSP技術中，微裝置的封裝是在晶片切割成多個芯片之前進行。圖1和圖2分別繪示出用于前發(fā)光及背發(fā)光的一對光電裝置封裝結構剖 面示意圖。其中，光電裝置，例如影像傳感器，采用WLCSP進行封裝。在 圖1中，每一封裝結構包括一裝置芯片，其設置于一對玻璃基板100及110 之間。裝置芯片包括一裝置基板106，其上具有微裝置(未示出)以及一介 電層104。 一延伸接墊105形成于介電層104中，包括一接墊部103及一延 伸部IOI。裝置芯片通過一黏膠層102而貼附于玻璃基板100上。再者，裝 置芯片通過一黏膠層108而貼附于玻璃基板110上。 一緩沖層112設置于玻 璃基板110上。一金屬層114覆蓋玻璃基板IOO及110且直接與延伸接墊105 的接墊部103側(cè)壁接觸。 一保護層116設置于金屬層114上，其具有一開口 位于緩沖層112上。 一錫球118設置于該開口中，以與金屬層114電連接而作為內(nèi)部與外部電路的連接。在圖2中，每一封裝結構也包括設置于一對玻璃基板200及212之間的 一裝置芯片。裝置芯片反置于一承載基板208上，其包括一裝置基板204以及位于裝置基板204與承載基板208之間的一介電層206。 一延伸接墊205 形成于介電層206中，其包括一接墊部203及一延伸部201 。黏膠層202及 210分別用以將裝置芯片貼附于玻璃基板200及212。類似于圖1所示的封 裝結構， 一緩沖層214、 一金屬層216、 一保護層218、及一錫球220依序設 置于玻璃基板212上。在上述的封裝結構中，封裝金屬層114或216與延伸接墊105或205之 間的接觸面積受限于延伸接墊105或205的接墊部103或203的厚度。因此， 當為了增加裝置密度而縮小裝置尺寸時，延伸接墊105或205的電阻值上升 而裝置的效能降低。盡管延伸接墊105或205的延伸部101或201能夠降低 其電阻值，然而裝置尺寸會因此而增加。如此一來，縮小裝置尺寸的困難度 會因而增加。再者，金屬層與延伸接墊之間的接觸面積小并不利于金屬層與 延伸接墊之間的附著。因此，有必要尋求一種可以增加接墊與封裝金屬層之間接觸面積的光電 裝置封裝結構。發(fā)明內(nèi)容有鑒于此，本發(fā)明的目的在于提供一種光電裝置封裝結構及其制造方 法，以增加接墊與封裝金屬層之間接觸面積。根據(jù)上述的目的，本發(fā)明提供一種光電裝置封裝結構，該封裝結構包括反置于一第一基板上的一裝置芯片，該裝置芯片包括 一第二基板以及位于 第一及第二基板之間的一第一介電層。第一介電層包括一接墊，形成于第一 介電層未與第二基板重疊的一角落中，使接墊的表面及側(cè)壁露出。 一金屬層， 直接位于接墊所露出的表面上并覆蓋第二基板。 一保護層，覆蓋金屬層，并 具有一開口而露出第二基板上一部分的金屬層。 一錫球，設置于開口中，以 電連接金屬層。根據(jù)上述的目的，本發(fā)明還提供一種光電裝置封裝結構，包括設置于 一第一基板與一第二基板之間的一裝置芯片，該裝置芯片包括鄰近于該第 一基板的一第三基板以及位于該第二及該第三基板之間的一第一介電層。第 一介電層包括一接墊，形成于第一介電層未與第二基板重疊的一角落中，使 接墊的表面及側(cè)壁露出。 一金屬層，直接位于接墊所露出的表面上并覆蓋第二基板。 一保護層，覆蓋金屬層，并具有一開口而露出第二基板上一部分的 金屬層。
一錫球，設置于開口中，以電連接金屬層。根據(jù)上述的目的，本發(fā)明還提供一種光電裝置封裝結構的制造方法。將 一裝置晶片反置于一第一基板上，其中裝置晶片包括 一第二基板以及位于 第一及第二基板之間的一第一介電層，其中第一介電層包括至少一對接墊， 形成于第一介電層中。在第二基板及第一介電層中形成一第一開口，以露出 此對接墊的表面及側(cè)壁。在每一接墊所露出的表面上直接形成一金屬層，并 覆蓋第二基板。在金屬層上形成一保護層并填入位于第一介電層中的第一開 口。在保護層中形成至少一第二開口，其對應于這些接墊的一并露出第二基 板上一部分的金屬層。在第二開口中形成一錫球，以電連接金屬層。沿著位 于第一介電層中的第一開口切割裝置晶片及第一基板。根據(jù)上述的目的，本發(fā)明還提供了 一種光電裝置封裝結構的制造方法。 將一裝置晶片置于一第一基板與一第二基板上，其中裝置晶片包括鄰近于 第一基板一的第三基板以及位于第二及第三基板之間的一第一介電層，其中 第一介電層包括至少一對接墊，形成于第一介電層中。在第二基板及第一介 電層中形成一第一開口，以露出此對接墊的表面及側(cè)壁。在每一接墊所露出 的表面上直接形成一金屬層，并覆蓋第二基板。在金屬層上形成一保護層并 填入位于第一介電層中的第一開口。在保護層中形成至少一第二開口，其對 應于這些接墊的一并露出第二基板上一部分的金屬層。在第二開口中形成一 錫球，以電連接金屬層。沿著位于第一介電層中的第一開口切割裝置晶片及 第一基板。根據(jù)本發(fā)明的封裝結構，僅僅使用單一玻璃基板。相較于現(xiàn)有封裝結構 中采用兩個玻璃基板而言，可縮小封裝尺寸。由于以接墊的表面作為與金屬 層之間的接觸面比以接墊的側(cè)壁作為接觸面要大，故可加強接墊與金屬層之 間的附著力而增加裝置的可靠度。再者，由于利用接墊表面作為接觸面并不 會受限于接墊的厚度，故封裝結構中的芯片可使用沒有延伸部的接墊，以增 加芯片中的裝置密度。另外，由于保護層延伸至接墊的側(cè)壁而完全的覆蓋接 墊上的金屬層，故可在將晶片切割成多個芯片之后，避免金屬層受到水氣損 害，因而進一步提升裝置可靠度。


圖1示出了用于前發(fā)光的一對光電裝置封裝結構剖面示意圖；圖2示出了背發(fā)光的一對光電裝置封裝結構剖面示意圖；圖3A、圖3B、圖3C、圖3D、圖3E、圖3F和圖3G示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于前發(fā)光的光電裝置封裝結構制造方法的剖面示意圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于前發(fā)光的一對光電裝置封裝結構剖面示意圖；圖5A、圖5B、圖5C、圖5D、圖5E、圖5F和5G圖示出了根據(jù)本發(fā)明 實施例的用于背發(fā)光的光電裝置封裝結構制造方法的剖面示意圖；以及圖6示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于背發(fā)光的一對光電裝置封裝結構剖 面示意圖。其中，附圖標記說明如下-現(xiàn)有100、 110、 200、 212 玻璃基板 102、 108、 202、 210 黏膠層； 104、 206 介電層； 106、 204 裝置基板； 114、 216 金屬層； 118、 220 錫球； 本發(fā)明300、 300a、 400 裝置基板； 301a、 401a 表面； 302、 308、 402、 410 介電層；304、 304a、 304b、 406、楊a、 406b 黏膠層;305、 310a、權a、 405、306、 408~基板； 312、 414~保護層； 315、 415~圍堰； 404、 404a 承載基板。101、 201 延伸部; 103、 203 接墊部； 105、 205 延伸接墊; 112、 214 緩沖層; 116、 218 保護層； 208 承載基板。301、 401 接墊; 301b、 401MI410a 開口；310、 412~金屬層；314、 416~錫球；317、 417 空腔；具體實施方式
以下說明本發(fā)明實施例的制作與使用。然而，可輕易了解本發(fā)明所提供 的實施例僅用于說明以特定方法制作及使用本發(fā)明，并非用以限制本發(fā)明的 專利保護范圍。本發(fā)明涉及一種光電裝置封裝結構及其制造方法。圖3G示出了根據(jù)本 發(fā)明實施例的用于前發(fā)光的一對光電裝置封裝結構，例如影像傳感器封裝結 構。每一封裝結構包括一裝置芯片，該裝置芯片通過一黏膠層304而貼附于 一基板306上，使該裝置芯片反置于基板306上。裝置芯片可包括一裝置基 板300a以及位于基板306與裝置基板300a之間的介電層302。在本實施例 中，介電層302包括一接墊301，其形成于介電層302未與裝置基板300a重 疊的一角落中，使接墊301的表面301a及側(cè)壁301b露出。在其它實施例中， 接墊301可具有一延伸部(未示出)，如圖1或圖2中的延伸接墊105或205 所示。一介電層308覆蓋反向的裝置基板300a，用以作為后續(xù)形成金屬層時的 絕緣層。 一金屬層310直接形成于接墊301所露出的表面301a并覆蓋位于 裝置基板300a上方的介電層308。 一保護層312覆蓋金屬層310，其具有一 開口 310a而露出位于裝置基板300a上一部分的金屬層310。再者，保護層 312延伸至接墊301所露出的側(cè)壁301b，以防止金屬層310及接墊301曝露 于空氣中。 一錫球314設置于開口 310a中，以與金屬層310電連接。在其它實施例中， 一圍堰315可形成于基板306與裝置芯片的介電層302 之間，以在其間形成一空腔317，如圖4所示。圖3A至圖3G圖示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于前發(fā)光的光電裝置封 裝結構制造方法的剖面示意圖。請參照圖3A，提供一光電裝置晶片以及一 基板306，例如一玻璃基板或其它透明基板。光電裝置晶片通過一黏膠層304 而反向貼附于基板306上。在本實施例中，光電裝置晶片包括 一裝置基板 300，例如一硅基板或其它半導體基板，以及位于裝置基板300上的一介電 層302。裝置基板300可具有不同的元件，例如晶體管、電阻、以及其它公 知的半導體元件。裝置基板300也可具有導電層、絕緣層、或其它隔離結構。 導電層通常包括金屬，例如銅金屬，用于半導體工業(yè)中電連接位于基板上或 基板內(nèi)部分離的光電裝置，例如影像傳感器。此處為了簡化附圖，僅示出了依平整的基板。介電層302設置于裝置基板300上，可由氧化硅或其它低介電常數(shù)(low k)材料所構成，例如氟硅玻璃(FSG)、摻雜碳的氧化物、甲基硅酸鹽類 (MSQ)、含氫硅酸鹽類(HSQ)、或氟四乙基硅酸鹽(fluorine tetra-ethyl-orthosilicate，F(xiàn)TEOS)。另外，在其它實施例中，介電層302可為 多層結構。多個接墊嵌入于介電層302中。為了簡化附圖，此處僅繪示出一 對接墊301。在本實施例中，接墊301可由金屬所構成，例如銅或鋁金屬。 如之前所述，接墊301可具有一延伸部(未示出)。在將裝置晶片置于基板 306之后，可通過研磨或蝕刻而將裝置基板300的厚度減至一既定厚度，以 留下一部分的裝置基板300a，如圖3B所示。在其它實施例中，裝置基板300 也可在裝置晶片貼附于基板306的前先進行薄化。請參照圖3C，將裝置基板300a及介電層302依序圖案化，以在其中形 成一開口 305，而露出位于該處的接墊301的表面301a及側(cè)壁301b。接下來，通過現(xiàn)有沉積技術，例如化學氣相沉積(CVD)，在裝置基板 300a上以及開口 305內(nèi)表面順應性沉積一介電層308。之后，通過蝕刻去除 位于接墊301的表面301a及側(cè)壁301b上方的介電層308，如圖3D所示。通過現(xiàn)有沉積技術，例如CVD或濺鍍(sputtering)，在介電層308上 以及開口 305內(nèi)表面順應性沉積一金屬層310，使金屬層310直接形成于接 墊301的表面301a。之后，通過蝕刻去除位于介電層302的開口 305內(nèi)表面 的金屬層310，如圖3E所示。剩余的金屬層310電連接接墊301與后續(xù)形成 的錫球。請參照圖3F， 一保護層312，例如一氮化硅層，可通過CVD形成之， 以覆蓋金屬層310并填入位于介電層302中的開口 305。之后，在保護層312中形成多個開口，其對應于每一接墊301，以露出 金屬層310。為了簡化附圖，此處僅示出兩個開口 310a，如圖3G所示。錫 球314對應地形成于開口 310a中，使每一錫球314經(jīng)由金屬層310而電連 接至對應的接墊301。在形成錫球314之后，沿著介電層302中的開口 305 依序切割裝置晶片以及基板306，以形成多個已封裝的裝置芯片。在其它實 施例中， 一圍堰315可形成于介電層302與基板306之間，以在其間形成一 空腔317。圍堰315可通過黏膠層304a及304b而分別貼附于介電層302與基板306，如圖4所示。圖5G示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于背發(fā)光的一對光電裝置封裝結 構。每一封裝結構包括一裝置芯片，其設置于基板408與基板404a之間。 裝置芯片可包括一裝置基板400，鄰近于基板408,以及位于基板404a與裝 置基板400之間的介電層402。在本實施例中，介電層402包括一接墊401， 其形成于介電層402未與基板404a重疊的一角落中，使接墊401的表面401a 及側(cè)壁401b露出。在其它實施例中，接墊401可具有一延伸部(未示出)， 如圖1或圖2中的延伸接墊105或205所示。一介電層410覆蓋基板404a，用以作為后續(xù)形成金屬層時的絕緣層。一 金屬層412直接形成于接墊401所露出的表面401a并覆蓋位于基板404a上 方的介電層410。 一保護層414覆蓋金屬層412，其具有一開口410a而露出 位于基板404a上一部分的金屬層412。 一錫球416設置于開口 410a中，以 與金屬層412電連接。在其它實施例中， 一圍堰415可形成于基板408與裝置芯片的裝置基板 400之間，以在其間形成一空腔417，如圖6所示。圖5A至圖5G示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的用于背發(fā)光的光電裝置封裝 結構制造方法的剖面示意圖。請參照圖5A，提供一光電裝置晶片以及一承 載基板404，例如一硅基板。光電裝置晶片反向貼附于承載基板404上。在 本實施例中，光電裝置晶片包括 一裝置基板400以及位于裝置基板400上 的一介電層402。裝置基板400,例如一硅基板或其它半導體基板，相似于 圖3A中所示的裝置基板300。介電層402設置于裝置基板400上，可由氧化硅或其它低介電常數(shù)(low k)材料所構成。另外，在其它實施例中，介電層402可為多層結構。多個 接墊嵌入于介電層402中。為了簡化附圖，此處僅繪示出一對接墊401。如 之前所述，接墊401可具有一延伸部(未示出)。在將裝置晶片置于承載基 板404之后，蝕刻裝置基板400，以在該對接墊401之間形成一開口 400a。接下來，通過在裝置基板400上涂布一黏膠層406并填入開口 400a而 將一基板408，例如一玻璃基板或其它透明基板，貼附于裝置基板400上， 如圖5B所示。之后，可通過研磨或蝕刻而將承載基板404的厚度減至一既 定厚度，以留下一部分的承載基板404a。請參照圖5C，將承載基板404a及介電層402依序圖案化，以在其中形 成一開口 405，而露出位于該處的接墊401的表面401a及側(cè)壁401b。請參照圖5D，通過現(xiàn)有沉積技術，例如CVD，在承載基板404a上以及 開口 405內(nèi)表面順應性沉積一介電層410。之后，通過蝕刻去除位于接墊401 的表面401a及側(cè)壁401b上方的介電層410。請參照圖5E，通過現(xiàn)有沉積技術，例如CVD或濺鍍，在介電層410上 以及開口 405內(nèi)表面順應性沉積一金屬層412,使金屬層412直接形成于接 墊401的表面401a。之后，通過蝕刻去除位于介電層402的開口 405內(nèi)表面 的金屬層412。剩余的金屬層412電連接接墊401與后續(xù)形成的錫球。請參照圖5F， 一保護層312，例如一氮化硅層，可通過CVD形成之， 以覆蓋金屬層310并填入位于介電層302中的開口 305。之后，在保護層414中形成多個開口，其對應于每一接墊401，以露出 金屬層412。為了簡化附圖，此處僅示出兩個開口 410a，如圖5G所示。錫 球416對應地形成于開口 410a中，使每一錫球416經(jīng)由金屬層412而電連 接至對應的接墊401。在形成錫球416之后，沿著介電層402中的開口 405 依序切割裝置晶片以及基板408，以形成多個已封裝的裝置芯片。在其它實 施例中， 一圍堰415可形成于基板408與裝置基板400之間，以在其間形成 一空腔417。圍堰415可通過黏膠層406a及406b而分別貼附于基板408與 裝置基板400，如圖6所示。根據(jù)本發(fā)明的封裝結構，僅僅使用單一玻璃基板。相較于現(xiàn)有封裝結構 中采用兩個玻璃基板而言，可縮小封裝尺寸。由于以接墊的表面作為與金屬 層之間的接觸面比以接墊的側(cè)壁作為接觸面要大，故可加強接墊與金屬層之 間的附著力而增加裝置的可靠度。再者，由于利用接墊表面作為接觸面并不 會受限于接墊的厚度，故封裝結構中的芯片可使用沒有延伸部的接墊，以增 加芯片中的裝置密度。另外，由于保護層延伸至接墊的側(cè)壁而完全的覆蓋接 墊上的金屬層，故可在將晶片切割成多個芯片之后，避免金屬層受到水氣損 害，因而進一步提升裝置可靠度。雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，但是并非用以限定本發(fā)明，任何 本領域普通技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，應當可以作更動與 潤飾，因此本發(fā)明的保護范圍應當以所屬權利要求書所界定保護范圍為準。
權利要求
1. 一種光電裝置封裝結構，包括一裝置芯片，反置于一第一基板上，并包括一第二基板；以及一第一介電層，位于該第一及該第二基板之間，且包括一接墊，該接墊形成于該第一介電層未與該第二基板重疊的一角落中，使該接墊的表面及側(cè)壁露出；一金屬層，直接位于該接墊所露出的表面上并覆蓋該第二基板；一保護層，覆蓋該金屬層，并具有一開口而露出該第二基板上一部分的該金屬層；以及一錫球，設置于該開口中，以電連接該金屬層。
2. 如權利要求1所述的光電裝置封裝結構，其中該保護層延伸至該接墊 所露出的側(cè)壁上。
3. 如權利要求1所述的光電裝置封裝結構，還包括一第二介電層，該第 二介電層位于該第二基板與該金屬層之間。
4. 如權利要求1所述的光電裝置封裝結構，還包括一圍堰，該圍堰設置 于該第一基板與該第一介電層之間，以在該第一基板與該第一介電層之間形 成一空腔。
5. —種光電裝置封裝結構的制造方法，包括將一裝置晶片反置于一第一基板上，其中該裝置晶片包括 一第二基板; 以及一第一介電層，位于該第一及該第二基板之間，包括至少一對接墊，形 成于該第一介電層中；在該第二基板及該第一介電層中形成一第一開口，以露出該對接墊的表面及側(cè)壁；在每一該接墊所露出的該表面上直接形成一金屬層，并覆蓋該第二基板；在該金屬層上形成一保護層并填入位于該第一介電層中的該第一開口 ； 在該保護層中形成至少一第二開口 ，其對應于所述接墊之一并露出該第 二基板上一部分的該金屬層；在該第二開口中形成一錫球，以電連接該金屬層；以及 沿著位于該第一介電層中的該第一開口切割該裝置晶片及該第一基板。
6. 如權利要求5所述的光電裝置封裝結構的制造方法，還包括在該第二 基板與該金屬層之間形成一第二介電層。
7. 如權利要求5所述的光電裝置封裝結構的制造方法，還包括在該第一 基板與該第一介電層之間形成一圍堰，以在該第一基板與該第一介電層之間 形成一空腔。
8. —種光電裝置封裝結構，包括一裝置芯片，設置于一第一基板與一第二基板之間，且包括 一第三基 板，鄰近于該第一基板；以及一第一介電層，位于該第二及該第三基板之間， 且包括一接墊，形成于該第一介電層未與該第二基板重疊的一角落中，使該 接墊的表面及側(cè)壁露出；一金屬層，直接位于該接墊所露出的表面上并覆蓋該第二基板；一保護層，覆蓋該金屬層，具有一開口而露出該第二基板上一部分的該 金屬層；以及一錫球，設置于該開口中，以電連接該金屬層。
9. 如權利要求8所述的光電裝置封裝結構，其中該保護層延伸至該接墊 所露出的側(cè)壁上。
10. 如權利要求8所述的光電裝置封裝結構，還包括一第二介電層，該第 二介電層位于該第二基板與該金屬層之間。
11. 如權利要求8所述的光電裝置封裝結構，還包括一圍堰，該圍堰設置 于該第一基板與該第三基板之間，以在該第一基板與該第三基板之間形成一 空腔。
12. —種光電裝置封裝結構的制造方法，包括將一裝置晶片置于一第一基板與一第二基板上，其中該裝置晶片包括 一第三基板，鄰近于該第一基板；以及一第一介電層，位于該第二及該第三 基板之間，包括至少一對接墊，形成于該第一介電層中；在該第二基板及該第一介電層中形成一第一開口，以露出該對接墊的表 面及側(cè)壁；在每一該接墊所露出的該表面上直接形成一金屬層，并覆蓋該第二基板；在該金屬層上形成一保護層并填入位于該第一介電層中的該第一開口 ；在該保護層中形成至少一第二開口，其對應于所述接墊的一并露出該第 二基板上一部分的該金屬層；在該第二開口中形成一錫球，以電連接該金屬層；以及 沿著位于該第一介電層中的該第一開口切割該裝置晶片及該第一基板。
13. 如權利要求12所述的光電裝置封裝結構的制造方法，還包括在該第 二基板與該金屬層之間形成一第二介電層。
14. 如權利要求12所述的光電裝置封裝結構的制造方法，還包括在該第 一基板與該第三基板之間形成一圍堰，以在該第一基板與該第三基板之間形 成一空腔。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種光電裝置封裝結構。所述封裝結構包括反置于一第一基板上的一裝置芯片，其包括一第二基板以及位于第一及第二基板之間的一第一介電層。第一介電層包括一接墊，形成于第一介電層未與第二基板重疊的一角落中，使接墊的表面及側(cè)壁露出。一金屬層，直接位于接墊所露出的表面上并覆蓋第二基板。一保護層，覆蓋金屬層，并具有一開口而露出第二基板上一部分的金屬層。一錫球，設置于開口中，以電連接金屬層。本發(fā)明還公開了該封裝結構的制造方法。本發(fā)明的光電裝置封裝結構能夠增加接墊與封裝金屬層之間接觸面積。
文檔編號H01L23/488GK101221939SQ20071010184
公開日2008年7月16日 申請日期2007年4月25日 優(yōu)先權日2007年1月11日
發(fā)明者劉芳昌, 王凱芝 申請人:采鈺科技股份有限公司