專利名稱：利用可移除式保護膜之影像傳感器封裝及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明系有關(guān)于影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，特定而言系有關(guān)于利用可移除式保護膜之影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：
于半導(dǎo)體組件之領(lǐng)域中，組件之密度持續(xù)增加且組件之尺寸持續(xù)縮小。為配合上述情況，如此高密度組件中封裝或互連技術(shù)之需求亦日益增加。傳統(tǒng)上，覆晶封裝(flip-chip)附著方法中焊錫凸塊數(shù)組系形成于晶粒之表面。焊錫凸塊之形成可利用焊錫復(fù)合材料透過防焊層(solder mask)而予以施行，以用于產(chǎn)生期望之焊錫凸塊形態(tài)。芯片封裝之功能包含功率分配、信號分配、散熱、保護及支撐等。當半導(dǎo)體變?yōu)楦訌?fù)雜，傳統(tǒng)封裝技術(shù)例如導(dǎo)線架封裝、軟性封裝、剛性封裝技術(shù)已無法滿足欲產(chǎn)生具較高密度組件之較小芯片之需求。
互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)組件日漸受到需要以用于電子裝置例如數(shù)字相機。傳統(tǒng)上，此類傳感器已藉由固定于基板并將其封閉于外殼組件內(nèi)而加以封裝以便利用。外殼組件包含透明蓋，以允許光線或其它型式之輻射被傳感器所接收。該蓋可為平坦窗狀或成形為透鏡狀以提供光學(xué)特性。由于相關(guān)之傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，此封裝技術(shù)可能為昂貴且難以制造。發(fā)給摩托羅拉公司(美國伊利諾伊州商堡)之美國第6,809,008號專利揭露用于提供積體感光組件之示范性系統(tǒng)及方法，該積體感光組件適于利用于互補型金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)成像應(yīng)用。
此外，因傳統(tǒng)封裝技術(shù)必須將晶圓上之晶粒分割成各別之晶粒且接著各別封裝該晶粒，故此類技術(shù)對于制造程序而言系為耗時。因芯片封裝技術(shù)系大為受到集成電路發(fā)展之影響，故當電子裝置之尺寸變?yōu)楦咭髸r，封裝技術(shù)亦系如此。由于上述之理由，封裝技術(shù)之趨勢系朝向現(xiàn)今之錫球數(shù)組(BGA)、覆晶封裝(覆晶錫球數(shù)組(FC-BGA))、芯片尺寸封裝(CSP)、晶圓級封裝(WLP)?！妇A級封裝」(WLP)系被了解為晶圓上整體封裝、所有互連及其它程序步驟系于分離成晶粒之前施行。一般而言，于完成所有組裝程序或封裝程序之后，獨立之半導(dǎo)體封裝系與具數(shù)個半導(dǎo)體晶粒之晶圓分開。該晶圓級封裝具有極小之尺寸并結(jié)合極佳之電子特性。
晶圓級封裝(WLP)技術(shù)系為高級封裝技術(shù)，藉其晶粒系于晶圓上予以制造及測試，且接著藉切割而分離以用于在表面黏著生產(chǎn)線中組裝。因晶圓級封裝技術(shù)利用整個晶圓作為目標，而非利用單一芯片或晶粒，因此于進行分離程序之前，封裝及測試皆已完成。此外，晶圓級封裝(WLP)系如此之高級技術(shù)，因此線接合、晶粒黏著及底部填充之程序可予以忽略。藉利用晶圓級封裝技術(shù)，可減少成本及制造時間且晶圓級封裝之最終結(jié)構(gòu)尺寸可相當于晶粒大小，故此技術(shù)可滿足電子裝置之微型化需求。雖晶圓級封裝技術(shù)具有上述優(yōu)點，然而仍存在一些影響晶圓級封裝技術(shù)之接受度之問題。例如，雖利用晶圓級封裝技術(shù)可減少集成電路與互連基板間之熱膨脹系數(shù)(CTE)不匹配，然而當組件尺寸縮小，晶圓級封裝結(jié)構(gòu)之材料間之熱膨脹系數(shù)差異變?yōu)榱硪辉斐山Y(jié)構(gòu)之機械不穩(wěn)定之關(guān)鍵因素。再者，于此晶圓級芯片尺寸封裝中，形成于半導(dǎo)體晶粒上之數(shù)個接合墊系透過牽涉到重分布層(RDL)之習(xí)用重分布程序予以重分布進入數(shù)個區(qū)域數(shù)組形之金屬墊。焊錫球系直接熔接于金屬墊上，而金屬墊系用重分布程序以區(qū)域數(shù)組形式形成。一般而言，所有經(jīng)堆棧之重分布層系形成于晶粒上之積層上。因此，封裝之厚度會增加。其可能與減少芯片尺寸之需求相抵觸。
關(guān)于利用芯片直接封裝(COB)或具線接合結(jié)構(gòu)之有引線芯片封裝(LCC)之傳統(tǒng)封裝影像傳感器組件之方法受困于制程期間之產(chǎn)量問題，其系由于微透鏡區(qū)域上無法于制程程序后移除之粒子污染。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明之目的是提供上述問題之解決方案，以于整體制程程序期間防止微透鏡區(qū)域受到粒子污染及減少晶粒封裝之厚度。
根據(jù)本發(fā)明，一影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)系予以提供，其包含基板，具有形成其內(nèi)之晶粒接收孔及形成穿過其中之互連通孔。終端墊形成于互連通孔之下方，以及第一墊形成于基板之上表面。具微透鏡區(qū)域之晶粒系藉由黏膠材料配置于晶粒接收孔內(nèi)。輸出入焊墊形成于晶粒之上部邊緣。形成于晶粒及基板上用以電性連接之連接線系耦合至第一墊及輸出入焊墊。保護層形成于微透鏡區(qū)域上方以防止微透鏡受到粒子污染?？梢瞥奖Ｗo膜形成于保護層上方，以防止微透鏡于封裝及組裝程序期間受到水、油、灰塵或暫時性沖擊?？梢瞥奖Ｗo膜系于影像傳感器封裝形成之后且于固定具透鏡之透鏡支架于影像傳感器頂端之前予以移除，以形成影像傳感器模塊。
根據(jù)本發(fā)明之另一觀點，有一方法系予以提供以用于組裝影像傳感器封裝，其包含涂布具防水及防油性之保護層于具微透鏡之硅晶圓上；涂布可移除式保護膜于保護層上；切開硅晶圓之非微透鏡區(qū)域；配置晶粒于具晶粒接收孔之基板內(nèi)且藉由黏膠材料黏著晶粒；形成連接線以耦合晶粒之輸出入焊墊及基板之第一墊；藉由表面黏著技術(shù)(SMT)程序固定影像傳感器封裝于印刷電路板(PCB)上；以及從微透鏡區(qū)域剝除可移除式保護膜。切開硅晶圓之非微透鏡區(qū)域之步驟包含暴露及形成程序(exposure anddeveloping processes)以切開非微透鏡區(qū)域。再者，該方法包含于涂布頂端保護層及固定具透鏡之透鏡支架于互補型金屬氧化物半導(dǎo)體影像傳感器(CIS)封裝區(qū)域上之前，形成重分布層(RDL)或線接合以形成模塊。
本發(fā)明之一優(yōu)點為于晶圓出晶圓廠之后及/或具防水及防油性之保護層經(jīng)涂布之后涂布于微透鏡上之可移除式保護膜。
本發(fā)明之另一優(yōu)點為于封裝及組裝程序期間微透鏡區(qū)域上之可移除式保護膜可暫時性受到碰撞。
本發(fā)明之又一優(yōu)點為可移除式保護膜可防止封裝及組裝程序期間微透鏡區(qū)域上任何之粒子污染。
本發(fā)明之另一優(yōu)點為可移除式保護膜可于封裝及組裝程序完成之后及透鏡支架放置于晶粒封裝上之前從微透鏡區(qū)域剝除。
本發(fā)明之又一優(yōu)點為可移除式保護膜可促進程序簡易化及具高產(chǎn)量。
本發(fā)明之又一優(yōu)點為利用可移除式保護膜可不需要潔凈程序。
本發(fā)明之另一優(yōu)點為可移除式保護膜可廣泛應(yīng)用于多種封裝及組裝程序，例如芯片直接封裝(COB)、有引線芯片封裝(LCC)、芯片尺寸封裝(CSP)、擴散型晶圓級封裝(FO-WLP)。
此類及其它之優(yōu)點從以下較佳實施例之敘述并伴隨后附圖式及權(quán)利要求書將使讀者得以清楚了解本發(fā)明。



圖1系根據(jù)本發(fā)明之一實施例之影像傳感器封裝之橫切面示意圖。
圖2系根據(jù)本發(fā)明之另一實施例之影像傳感器封裝之橫切面示意圖。
圖3系影像傳感器封裝之橫切面示意圖，其說明上述實施例之保護膜可從微透鏡區(qū)域剝除。
圖4系根據(jù)本發(fā)明之暴露及形成程序中影像傳感器之硅晶圓之橫切面示意圖。
圖中 1基板 2晶粒接收孔 3晶粒 4接合墊(輸出入焊墊) 5金屬墊 6終端墊 7黏膠材料 8互連通孔 9接合導(dǎo)線 10隔離層 11保護層 12微透鏡 13可移除式保護膜 14重分布層導(dǎo)線 15介電層 16頂部介電層 17切割巨 18硅晶圓
具體實施例方式 本發(fā)明將以較佳實施例及所附圖式加以詳細敘述。然而，此領(lǐng)域之技藝者將得以領(lǐng)會，本發(fā)明之較佳實施例系為說明而敘述，而非用以限制本發(fā)明之權(quán)利要求。除此處明確敘述之較佳實施例之外，本發(fā)明可廣泛實行于其它實施例，且本發(fā)明之范圍除后附權(quán)利要求書所明定之外系不特別受限。
本發(fā)明揭露利用可移除式保護膜之影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)。圖1系根據(jù)本發(fā)明之一實施例說明影像傳感器之硅晶圓封裝之橫切面示意圖。如圖1所示，硅晶圓封裝結(jié)構(gòu)包含基板1，其具有形成于其內(nèi)之晶粒接收孔2以接收晶粒3。晶粒接收孔2之寬度尺寸可于每一側(cè)大于晶粒3之寬度尺寸約100微米。晶粒3與接收孔2之側(cè)壁及底壁間之間隔系以黏膠材料7填充以固定晶粒3，以便保護晶粒3之背側(cè)。黏膠材料7可包含彈性材料、感光材料、混合物、環(huán)氧樹脂或硅橡膠。接合墊4(輸出入焊墊)系形成于晶粒3之上側(cè)邊緣附近。金屬墊5系形成于基板1之上表面，而終端墊6系形成于基板1之下表面。接合墊(輸出入焊墊)4、金屬墊5及終端墊6均為導(dǎo)電性?；?內(nèi)之數(shù)個互連通孔8系從基板1之上表面穿過基板1至其下表面，且以導(dǎo)電材料例如金屬加以填充以用于電性連接。金屬墊5及終端墊6均系透過導(dǎo)電材料連接至互連通孔8。接合導(dǎo)線9系連接于金屬墊5及接合墊4(輸出入焊墊)之間，且因此透過接合墊(輸出入焊墊)4與晶粒3保持電性連接，藉此透過金屬墊5與終端墊6形成互連接觸。
此外，隔離層10可形成于基板1之側(cè)壁上以便與黏膠材料7有更強黏附，如圖1所說明。一實施例中，隔離層10可為利用金屬電鍍方法之金屬層。此領(lǐng)域之技藝者應(yīng)得以領(lǐng)會，接合墊4系利用金屬電鍍方法形成于晶粒3上。保護層11系形成于微透鏡12上，微透鏡12則系配置于晶粒3上方。保護層11具有防水防油特性以防止微透鏡12受到粒子污染，且最好具有0.1至0.3微米之厚度及接近1(空氣反射系數(shù))之反射系數(shù)。該程序可以旋涂玻璃(SOG)技術(shù)予以執(zhí)行，且可以硅晶圓形式或板晶圓形式進行，最好系以硅晶圓形式以避免于進一步之程序期間受到粒子污染。保護層11之材料可為二氧化硅、三氧化二鋁或氟聚合物。再者，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明可移除式保護膜13系涂布于保護層11上以防止微透鏡12于封裝及組裝程序期間受到水、油、灰塵或暫時性沖擊，且可藉真空吸器、超音波、浸洗或空氣壓力予以剝除，如圖3所示?？梢瞥奖Ｗo膜13最好系由感光材料組成且具有5至12微米之厚度，該厚度大于微透鏡之高度?？梢瞥奖Ｗo膜13之面積系稍微大于微透鏡12區(qū)域。此領(lǐng)域之技藝者應(yīng)注意，保護層11系為透明以允許光通過保護層11，以便暴露微透鏡12。
參照圖2，于另一實施例中，上述接合導(dǎo)線(bonding wire)可以重分布層(RDL)導(dǎo)線14代替。根據(jù)此實施例，介電層15系形成于基板之上表面及晶粒之上部邊緣上。重分布層(RDL)導(dǎo)線14，亦稱為金屬導(dǎo)線14，系藉由移除形成于介電層15上之預(yù)定部分金屬層而予以形成于介電層15之上，其中重分布層(RDL)導(dǎo)線14透過接合墊與晶粒保持電性連接，藉此透過金屬墊與終端墊形成互連接觸。頂部介電層16系形成于重分布層(RDL)14上方以保護重分布層14。此實施例中，介電層15及頂部介電層16可藉由具感光特性之涂布或印刷方法予以形成。同樣地，保護膜系形成于微透鏡上之保護層上方以防止微透鏡受到粒子污染。其它部分系類似于圖1，因此省略類似部分之相同說明及組件符號。上述結(jié)構(gòu)系構(gòu)成平面閘格數(shù)組(LGA)型封裝(外圍型)。
基板之材料最好為有機基板，例如具已定義開孔之耐高溫玻璃纖維板(FR5)、玻璃纖維板(FR4)、雙馬來酰亞胺三氮雜苯樹脂(BT)、印刷電路板(PCB)或具預(yù)蝕刻電路之鎳鐵合金(Alloy42)。具高玻璃化轉(zhuǎn)變溫度(Tg)之有機基板最好為環(huán)氧型耐高溫玻璃纖維板(FR5)或雙馬來酰亞胺三氮雜苯樹脂(BT)型基板以便有較佳制程表現(xiàn)。鎳鐵合金(Alloy42)系由42％之鎳及58％之鐵所組成?？赂ズ辖?Kover)亦可予以利用，其系由29％之鎳、17％之鈷及54％之鐵所組成。玻璃、陶瓷或硅因具較低之熱膨脹系數(shù)(CTE)故可予以利用為基板。
本發(fā)明之一實施例中，介電層15及頂部介電層16最好為彈性介電材料，其系以含硅介電型材料組成，包含硅氧烷聚合物(SINR)、道康寧(Dow Corning)WL5000系列及其結(jié)合。另一實施例中，介電層15及頂部介電層16系由包含苯環(huán)丁烯(BCB)、聚亞酰胺(PI)或樹脂之材料所組成。其最好為感光層以簡化制程。本發(fā)明之一實施例中，彈性介電層為一種具有大于100(ppm/℃)之熱膨脹系數(shù)、約40％之伸長率(最好30％至50％)及介于塑料及橡膠之間之硬度之材料。彈性介電層15之厚度系取決于在溫度循環(huán)測試期間累積于重分布層/介電層界面內(nèi)之應(yīng)力。
本發(fā)明之一實施例中，重分布層14之材料包含鈦/銅/金合金或鈦/銅/鎳/金合金，其厚度系于2微米至15微米之間。鈦/銅合金系藉由濺鍍技術(shù)形成為種子金屬層，且銅/金或銅/鎳/金合金系藉由電鍍技術(shù)形成。利用電鍍程序形成重分布層可使重分布層之厚度足以抵抗溫度循環(huán)期間之熱膨脹系數(shù)不協(xié)調(diào)。接合墊可為鋁或銅或其結(jié)合。若圖2中之結(jié)構(gòu)利用硅氧烷聚合物(SINR)作為彈性介電層且利用銅作為重分布層之金屬，根據(jù)未圖示于此之應(yīng)力分析，累積于重分布層/介電層界面內(nèi)之應(yīng)力則會降低。
基板可為圓形例如晶圓型，其半徑可為200毫米、300毫米或以上。此外，基板可為矩形例如板型，且其尺寸可適合放入打線機。如圖1及圖2所示，接合導(dǎo)線9及重分布層(RDL)導(dǎo)線14向外擴散出晶粒3且與金屬墊5及接合墊4相連通。其與層層堆棧于晶粒上因此增加封裝厚度之先前技術(shù)不同。反之，終端墊6系設(shè)置于相對于晶粒之墊側(cè)之外部表面上。溝通跡線透過互連通孔8穿過基板1且引導(dǎo)信號至終端墊6。此外，于封裝及組裝程序完成之后，可移除式保護膜13可于晶粒與透鏡支架組裝之前剝除。因此，晶粒封裝之厚度系明顯減少。本發(fā)明之晶粒封裝將較先前技術(shù)為薄，且可于整體封裝及組裝程序期間受到保護免于粒子污染及暫時性沖擊。再者，于封裝之前基板1系預(yù)先備妥且晶粒接收孔2及互連通孔8系預(yù)先決定。因此，生產(chǎn)率將較以前得到改善。
本發(fā)明之程序包含涂布具防水及防油性之保護層于硅晶圓18上約0.1微米至0.3微米之厚度。接著，可移除式保護膜系予以涂布于保護層上約5微米至12微米之厚度，接續(xù)為利用暴露及形成程序(exposure and developing processes)以切開具可移除式保護膜之非微透鏡區(qū)域，如圖4所示。于暴露及形成程序中，系利用切割巨17以切割無微透鏡之硅晶圓區(qū)域，如圖4所示。再者，將晶粒配置于具晶粒接收孔之基板內(nèi)且藉由黏膠材料黏著晶粒，接續(xù)為形成連接線以耦合晶粒之接合墊(輸出入焊墊)至基板之金屬墊?？梢瞥奖Ｗo膜于整個程序期間系黏著于微透鏡。此外，擴散型晶圓級封裝(FO-WLP)系利用重分布層(RDL)或接合導(dǎo)線而形成?？梢瞥奖Ｗo膜13可于程序期間防止微透鏡受到水、油、灰塵、暫時性沖擊或其它污染。接著，影像傳感器封裝將利用表面黏著技術(shù)(SMT)程序予以固定于印刷電路板(PCB)上，且可移除式保護膜系從微透鏡區(qū)域剝除。另一實施例中，可藉由晶粒附著程序?qū)⒂跋駛鞲衅鞣庋b固定于印刷電路板(PCB)上。其后，具透鏡之透鏡支架將固定于互補型金屬氧化物半導(dǎo)體影像傳感器(CIS)封裝區(qū)域上以形成模塊。
雖本發(fā)明之較佳實施例已敘述如上，然而，此領(lǐng)域之技藝者將得以了解，本發(fā)明不應(yīng)受限于所述之較佳實施例。更確切言之，此領(lǐng)域之技藝者可于后附權(quán)利要求書所定義之本發(fā)明之精神及范圍內(nèi)做若干改變或修改。
權(quán)利要求
1.一影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含
一晶粒，其頂面上具有微透鏡區(qū)域；
一保護層，其形成于微透鏡區(qū)域上；以及
一可移除式保護膜，其形成于該保護層上以防止微透鏡于封裝及組裝程序期間受到水、油、灰塵及暫時性沖擊，其中該可移除式保護膜系于固定具透鏡之透鏡支架于影像傳感器頂端之前移除。
2.根據(jù)權(quán)利請求1所述之影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，還包含
一基板，其具有形成于其內(nèi)之一晶粒接收孔，該晶粒系藉由一黏膠材料配置于該晶粒接收孔內(nèi)；
互連通孔，其形成穿過該基板，其中終端墊系形成于該互連通孔之下方以及第一墊系形成于該基板之上表面；以及
一連接線，其耦合該晶粒之輸出入焊墊至該基板之該第一墊。
3.根據(jù)權(quán)利請求1所述之影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該保護層之材料包含二氧化硅、三氧化二鋁或氟聚合物。
4.根據(jù)權(quán)利請求1所述之影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該保護層具有防水及防油特性。
5.根據(jù)權(quán)利請求1所述之影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該可移除式保護膜之材料包含感光材料。
6.根據(jù)權(quán)利請求1所述之影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，其中該可移除式保護膜之厚度系超過微透鏡之高度。
7.一用于組裝影像傳感器封裝之方法，其特征在于，包含
涂布具防水性及防油性之一保護層于具微透鏡之一晶粒(硅晶圓)上；
涂布一可移除式保護膜于該保護層上；以及
切開該晶粒(硅晶圓)之非微透鏡區(qū)域。
8.根據(jù)權(quán)利請求7所述之用于組裝影像傳感器封裝之方法，其特征在于，還包含
配置該晶粒于具晶粒接收孔之一基板內(nèi)且藉由黏膠材料黏著該晶粒；以及
形成一連接線以耦合該晶粒之輸出入焊墊及該基板之第一墊。
9.根據(jù)權(quán)利請求8所述之用于組裝影像傳感器封裝之方法，其特征在于，還包含
藉由表面黏著技術(shù)(SMT)程序固定該影像傳感器封裝于一印刷電路板(PCB)上；
從微透鏡區(qū)域剝除該可移除式保護膜；以及
固定具透鏡之一透鏡支架于該影像傳感器封裝上以形成模塊。
10.根據(jù)權(quán)利請求7所述之用于組裝影像傳感器封裝之方法，其特征在于，還包含
藉由晶粒附著程序固定該影像傳感器封裝于一印刷電路板(PCB)上；
形成一連接線以耦合該晶粒之輸出入焊墊及該基板之第一墊；
從微透鏡區(qū)域剝除該可移除式保護膜；以及
固定具透鏡之一透鏡支架于該影像傳感器封裝上以形成模塊。
11.一影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于，包含
一晶粒，其頂面上具有微透鏡區(qū)域；以及
一可移除式保護膜，其形成于該微透鏡區(qū)域上以防止微透鏡于封裝及組裝程序期間受到水、油、灰塵及暫時性沖擊，其中該可移除式保護膜系于固定具透鏡之透鏡支架于影像傳感器頂端之前移除。
全文摘要
本發(fā)明揭露利用可移除式保護膜之影像傳感器封裝結(jié)構(gòu)。本結(jié)構(gòu)包含基板，其具有晶粒接收孔及互連通孔。終端墊形成于互連通孔之下方，以及金屬墊形成于基板之上表面。晶粒系藉由黏膠材料配置于晶粒接收孔內(nèi)。輸出入焊墊形成于晶粒之上部邊緣。接合導(dǎo)線耦合至金屬墊及輸出入焊墊。保護層形成于微透鏡區(qū)域上方以防止微透鏡受到粒子污染?？梢瞥奖Ｗo膜形成于保護層上方，以防止微透鏡于封裝及組裝程序期間受到水、油、灰塵或暫時性沖擊。
文檔編號H01L21/02GK101339951SQ20081013294
公開日2009年1月7日 申請日期2008年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月3日
發(fā)明者楊文焜, 張瑞賢, 李基城, 楊文彬 申請人:育霈科技股份有限公司