專利名稱：晶圓級圖像芯片封裝及包含所述封裝的光學結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及適用于晶圓級封裝技術的光學結構，更進一步地說，本發(fā)明涉及晶圓級封裝技術中，以透明材料覆蓋半導體結構的圖像感測器的光學結構。
背景技術：
現(xiàn)行的圖像感測器芯片(IC)主要系將裸芯片(die)從晶圓(wafer)上切割下來后，再利用各種封裝方式封裝為芯片，例如以iDip、LGA或COB等封裝技術進行封裝。此類封裝技術是本領域技術人員所熟悉的技術內(nèi)容，故于此不再贅述。利用類似上述封裝技術所完成的芯片，具有共同的外型特征，即芯片外圍都被黑色腔體所覆蓋，亦即現(xiàn)今常見的芯片形式。對于圖像感測器芯片而言，此特征阻隔了外界環(huán)境雜光，因此圖像感測器芯片在封裝完成后，可以直接適用于各種應用場合，例如使用在光學鼠標中。圖像感測器芯片可以直接經(jīng)由高度定位而后固定，便可用來感測桌面的反射光線，以進行光學導航操作。然而隨著半導體制作技術的演變，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 )，覆蓋在裸芯片上形成封裝結構的作法；例如，“芯片等級封裝(Chip Scale Package, CSP)^技術、“穿透娃通孔(Through-SiliconVia, TSV)”技術、OPLGA技術等等，皆可利用透明的玻璃或樹脂覆蓋在裸芯片上來進行封裝。因此，這種封裝芯片并沒有黑色腔體結構，導致應用于圖像感測器芯片時，周圍的光線可能會通過透明的玻璃或樹脂影響感測器的運作。鑒于此，可知晶圓級封裝技術的新型態(tài)光學與定位結構，為圖像感測業(yè)界所亟需。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提出適用于晶圓級封裝技術的光學結構與定位結構，特別適用于晶圓級圖像芯片封裝。 由于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，因此完成封裝后的晶圓級圖像芯片封裝表面并不具備黑色腔體的結構，無法有效阻擋周圍光線。因此，本發(fā)明提出一種光學結構與定位結構，用于將完成晶圓封裝后的芯片與光學結構和/或定位結構裝配固定在基板上，例如印刷電路板(PCB)，同時阻擋或吸收其余不必要的光線。對于需要感測光線以產(chǎn)生圖像信號的圖像感測器芯片而言，可有效避免圖像感測器芯片受到周圍光線干擾而影響最后成像效果。為達到上述目的，本發(fā)明提供一種晶圓級圖像芯片封裝，包含裸芯片、中間層及透明層。所述裸芯片具有感測面且所述感測面具有感測區(qū)。所述中間層設置于所述感測面上的所述感測區(qū)之外。所述透明層通過所述中間層結合在所述裸芯片上，其中所述透明層的至少一部分表面上形成有濾光層。本發(fā)明還提供一種光學結構，包含基板、晶圓級圖像芯片封裝、光源、阻隔件及裝配件。所述晶圓級圖像芯片封裝附著在所述基板的正面上并具有感測區(qū)。所述光源附著在所述基板的所述正面上。所述阻隔件覆蓋所述晶圓級圖像芯片封裝，并具有開孔，該開孔用于至少暴露出所述晶圓級圖像芯片封裝的所述感測區(qū)。所述裝配件覆蓋所述阻隔件以將所述阻隔件固定于所述基板，其中所述裝配件具有與所述光源相對的第一透光區(qū)以及與所述阻隔件的所述開孔相對的第二透光區(qū)。本發(fā)明還提供一種光學鼠標的光學結構，包含基板、晶圓級圖像芯片封裝、光源、阻隔件及裝配件。所述晶圓級圖像芯片封裝及所述光源附接在所述基板上。所述阻隔件覆蓋所述晶圓級圖像芯片封裝的一部分并圍繞所述光源。所述裝配件覆蓋所述阻隔件以將所述阻隔件固定于所述基板上。本發(fā)明實施方式的光學結構中，所述第一透光區(qū)使所述光源所發(fā)出的光穿出所述光學結構到達反射面；所述第二透光區(qū)使所述光學結構外所述反射面的反射光穿透并經(jīng)由所述阻隔件的所述開孔到達所述感測區(qū)。本發(fā)明實施方式的光學結構中，所述晶圓級圖像芯片封裝具有彼此相對的感測面及背面，其中所述晶圓級圖像芯片封裝通過所述背面附著在所述基板的所述正面上；所述基板的所述正面上具有電路配置以耦接所述晶圓級圖像芯片封裝。本發(fā)明實施方式的晶圓級圖像芯片封裝中，提供至少一個特定光波長的濾光層，其涂布于所述透明層和/或所述裸芯片的感測面的至少一部分表面上，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(fā)明實施方式的晶圓級圖像芯片封裝中，提供至少一個反光層，包含金屬成份，其涂布于所述透明層和/或所述裸芯片的感測面的至少一部分表面上，以使特定光線能被所述反光層反射，而無法進入圖像芯片。本發(fā)明實施方式的光學結構中，提供阻隔件覆蓋于晶圓級圖像芯片封裝上，同時所述阻隔件需搭配裝配件。所述裝配件固定于基板上并同時直接固定阻隔件。因此當裝配件固定于基板上后，所述裝配件、阻隔件與晶圓級圖像芯片封裝便可維持穩(wěn)定的相對位置，同時阻隔件可阻擋周圍的雜散光線 進入芯片。本發(fā)明實施方式的光學結構中，所述晶圓級圖像芯片封裝可直接焊接在基板上，而后將阻隔件合于晶圓級圖像芯片封裝上以固定其相對位置，最后將裝配件合于阻隔件上并將裝配件固定于基板上；藉此，所述裝配件、阻隔件與晶圓級圖像芯片封裝便可維持穩(wěn)定的相對位置。其他實施方式中，所述阻隔件本身亦可直接固定于所述基板，接著將裝配件合于阻隔件上并固定于基板上。


圖1示出本發(fā)明實施方式的晶圓級圖像芯片封裝的示意圖；圖2示出本發(fā)明實施方式的光學結構及應用所述光學結構的光學鼠標的示意圖；圖3示出本發(fā)明實施方式的光學結構及應用所述光學結構的光學鼠標的另一示意圖。附圖標記說明I晶圓級圖像芯片封裝11透明層IlIS透明層的內(nèi)表面IlOS透明層的外表面
Ilss透明層的側面13裸芯片131感測面132感測區(qū)15 中間層101、111、131、151 反光層103、113、133濾光層21晶圓級圖像芯片封裝22基板22S基板正面23阻隔件232開孔231透光孔24裝配件241第一透光區(qū)242第二透光區(qū)25光源3殼體30底孔S反射面。
具體實施例方式為了讓本發(fā)明的上述和其他目的、特征和優(yōu)點能更明顯，下文將配合附圖作詳細說明。以下實施方式及附圖中，與本發(fā)明無關的元件已省略而未示出，且附圖中各元件間的尺寸關系僅為了容易了解，非用于限制實際比例，在此先說明。圖1示出本發(fā)明實施方式的晶圓級圖像芯片封裝I的示意圖。晶圓級圖像芯片封裝I包含透明層11、裸芯片13及中間層15 ;其中，所述透明層11例如為玻璃層或樹脂層；所述中間層15介于所述裸芯片13與所述透明層11之間而具有緩沖以及結合所述透明層11和所述裸芯片13的功 能。所述裸芯片13為光感測元件，其為形成于晶圓上的半導體電路結構；所述裸芯片13具有感測面131，且所述感測面具有感測區(qū)132 ;其中，所述感測區(qū)132可大致位于所述感測面131的中央，但并不以此為限。所述中間層15位于所述感測面131上的所述感測區(qū)132之外，當然優(yōu)選避免遮蔽所述感測區(qū)132。所述透明層11具有內(nèi)表面Ilis、外表面Ilffi以及側面Ilss,所述內(nèi)表面Ilis面向所述裸芯片13，所述外表面Ilffi與所述內(nèi)表面Ilis相對。本發(fā)明實施方式中，所述透明層11和/或所述裸芯片13的感測面131的至少一部分表面上形成有濾光層和/或反光層(詳述于后)。本實施方式中，反光層可涂布于位置101、111、131及151至少其中之一上；特定波長濾光層可涂布于位置103、113及133至少其中之一上；亦即，濾光層可形成于內(nèi)表面Ilis、外表面Ilffi及裸芯片13的感測面131中的至少一者的至少一部分表面上，其中濾光層優(yōu)選與裸芯片13的感測區(qū)132相對；反光層可形成于內(nèi)表面Ilis、外表面11吣側面Ilss及裸芯片13的感測面131中的至少一者的至少一部分表面上。由于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涂布的范圍進入透明層11或裸芯片13。特定波長濾光層可與反光層部分重疊，并不會影響彼此的功能。本實施方式中，位置103、113及133可視為光感測元件的有效視野范圍，其優(yōu)選與感測區(qū)132相對。當反光層以較高溫度形成時，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。特定波長濾光層用于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)可使藍光與紅外光通過，紅外光穿透濾光層(IR濾光層)可使紅外光通過。隨著芯片I設計的不同，可選用不同的濾光層；舉例而言，在使用藍色光源的光學鼠標時，便可選用B+IR濾光層；而在使用不可見光的光學鼠標時,便可選用IR濾光層。
某些特定光波長濾光層為軟質，則不適合涂布在晶圓級圖像芯片封裝I的最外層，也就是不適合涂布在位置133，以避免濾光層被破壞或者刮傷。此時，濾光層優(yōu)選形成在透明層11的內(nèi)表面Ilis或直接涂布于裸芯片13的感測面131。前述濾光層與反光層可搭配光學與感測元件的設計，同時涂布在不同位置上，以促使其整體反射與吸收效果與整體設計相符合，例如可同時在位置103與113涂布濾光層。另一實施方式中，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濾光層便可以涂布于前一實施方式中反光層所形成的位置，亦即位置101、111、131及151中的至少一者，以作為吸收層。由于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(qū)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及裸芯片13的感測面131上形成反光層或吸收層是根據(jù)光感測元件的操作特性而決定的。圖2示出本發(fā)明實施方式的光學結構的示意圖；其中，晶圓級圖像芯片封裝21(以下簡稱為芯片21)為已經(jīng)完成晶圓級封裝的感測芯片，可利用如圖1的方式形成；亦即，芯片21包含裸芯片13及透明層11，裸芯片13及透明層11經(jīng)由中間層15互相結合。圖2為光學結構應用于光學鼠標的示意圖，因此還包含光源25，其可發(fā)射光線，該光線穿過裝配件24抵達反射面S，之后反射的光線再穿過裝配件24后抵達芯片21。詳細而言，本實施方式的光學結構包含基板22、晶圓級圖像芯片封裝21、光源25、阻隔件23及裝配件24。所述芯片21附著(attach)在所述基板22的正面22S上并具有感測區(qū)132 (如圖1所示)。所述光源25附著在所述基板22的所述正面22S上，并朝向遠離所述正面22S的方向發(fā)光。所述阻隔件23覆蓋所述芯片21的一部分，例如具有開孔232，開孔232用于至少暴露出所述芯片21的所述感測區(qū)132。所述裝配件24覆蓋所述阻隔件23以將所述阻隔件23固定于所述基板22 ;其中，所述裝配件24優(yōu)選具有與所述光源25相對的第一透光區(qū)241以及與所述阻隔件23的所述開孔232相對的第二透光區(qū)242。所述第一透光區(qū)241使所述光源25所發(fā)出的光穿出光學結構至所述反射面S ;所述第二透光區(qū)242使光學結構外的所述反射面S的反射光穿透并經(jīng)由所述阻隔件23的所述開孔232到達所述裸芯片13的所述感測區(qū)132。本實施方式的光學結構通常設置于殼體3內(nèi)，例如鼠標殼體,殼體3可置放于反射面S供使用者操控且殼體3具有底孔30。光源25發(fā)出的光經(jīng)過第一透光區(qū)241和底孔30照明反射面S。反射面S的反射光(包含雜散光)再度通過底孔30并穿過第二透光區(qū)242及開孔232到達芯片21的感測區(qū)132。本實施方式中，芯片21的大部份面積受到阻隔件23覆蓋，故光線僅能通過阻隔件23在芯片21上方的部分開孔232抵達芯片21，以阻擋不必要的光線進入芯片21。一種實施方式中，阻隔件23也可環(huán)繞光源25而設置，以避免光源25所發(fā)出的光在殼體3內(nèi)四處散射；此時，阻隔件23還可具有透光孔231供光源25所發(fā)出的光射出阻隔件23。阻隔件23的形狀配合芯片21與光源25而設計，同時能夠與裝配件24緊密結合。當裝配件24被固定于基板22時，即可使阻隔件23、芯片21及光源25維持穩(wěn)定的相對位置?？梢粤私獾氖?，若阻隔件23能夠良好遮蔽芯片21，阻隔件23亦可不圍繞光源25。本發(fā)明實施方式中，裝配件24可通過懸臂梁的結構扣合在基板22上，因此基板22需要預先鏤空孔洞，以使懸臂梁能夠穿過孔洞扣合，孔洞的尺寸需可容納懸臂梁穿過，但無須緊密貼合懸臂梁。進一步來說，若以芯片21朝下的平面代表水平面，藉由阻隔件23與芯片21的接合，能夠使阻隔件與芯片21維持穩(wěn)定的水平相對位置，而裝配件24固定于基板22之后，由于阻隔件23能夠與裝配件24緊密結合，因此裝配件24、阻隔件23與芯片21在垂直于水平面的垂直面上，也能夠維持穩(wěn)定的垂直相對位置。由圖2可知，裝配件24在阻隔件23的部分開孔232處(即第二透光區(qū)242)及光源25前方(即第一透光區(qū)241)設置有導光結構。本實施方式中，光源25前方的導光結構主要使光源25所發(fā)射的光線能夠彎折而朝向反射面S，而在芯片21前端的導光結構主要匯聚來自反射面S的反射光線；亦即，第一透光區(qū)241及第二透光區(qū)242例如可為透鏡結構?？梢粤私獾氖?，圖2中所示出的光行進方向僅為例示性。圖2中為了示出各構成元件彼此間的關系，以類似爆炸圖的方式呈現(xiàn)，實際上裝配件24與阻隔件23和/或阻隔件23與芯片21設計為可互相緊密貼合，以使阻隔件23與芯片21通過裝配件24能保持固定的相對位置(如圖3);其中，芯片21可通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制成，例如黑色阻隔件。前述實施方式中的基板22可為印刷電路板等硬質的基板，用于結合并固定裝配件24，同時基板22的正面22S上具有電路布局，以便與芯片21電性連結。另外，裝配件24能夠藉由其他結合方式與基板22結合，例如以螺絲鎖住裝配件24與基板22，以便維持各元件間穩(wěn)定的相對位置。其他實施方式中，阻隔件23本身也可直接固定于基板22，接著將裝配件24合于阻隔件23上并固定于基板22。綜上所述，本發(fā)明的光學結構可將晶圓級圖像芯片封裝定位在預設位置，同時在圖像感測應用技術的應用場合中，可以阻擋或者吸收圖像感測元件周圍的光線，使圖像感測系統(tǒng)順利運作。如此一來，本發(fā)明的光學與定位結構輸入裝置便可適用于晶圓級封裝的
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心/T O雖然本發(fā)明已以前述實施方式公開，然其并非用于限定本發(fā)明，任何本發(fā)明所屬技術領域中的技術人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，當可作各種變動與修改。因此本發(fā)明的保護范圍當視所附的權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種晶圓級圖像芯片封裝，該晶圓級圖像芯片封裝包含: 裸芯片，具有感測面，所述感測面具有感測區(qū)； 中間層，設置于所述感測面上的所述感測區(qū)之外；以及 透明層，通過所述中間層結合在所述裸芯片上，其中所述透明層的至少一部分表面上形成有濾光層。
2.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級圖像芯片封裝，其中所述透明層具有內(nèi)表面和外表面，該內(nèi)表面面向所述裸芯片，所述外表面與所述內(nèi)表面相對，所述濾光層形成于所述內(nèi)表面和所述外表面中的至少一者上。
3.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級圖像芯片封裝，其中所述裸芯片的所述感測區(qū)上還形成有濾光層。
4.根據(jù)權利要求1到3中任意一項權利要求所述的晶圓級圖像芯片封裝，其中所述濾光層為紅外光穿透濾光層或紅外光及藍光穿透濾光層。
5.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級圖像芯片封裝，其中所述透明層和/或所述裸芯片的所述感測面的至少一部分表面上形成有反光層。
6.根據(jù)權利要求1所述的晶圓級圖像芯片封裝，其中所述透明層為玻璃層或樹脂層。
7.一種光學結構，該光學結構包含: 基板，具有正面； 晶圓級圖像芯片封裝， 附著在所述基板的所述正面上并具有感測區(qū)； 光源，附著在所述基板的所述正面上； 阻隔件，覆蓋所述晶圓級圖像芯片封裝，并具有開孔，該開孔用于至少暴露出所述晶圓級圖像芯片封裝的所述感測區(qū)；以及 裝配件，覆蓋所述阻隔件以將所述阻隔件固定在所述基板上，其中所述裝配件具有與所述光源相對的第一透光區(qū)以及與所述阻隔件的所述開孔相對的第二透光區(qū)。
8.根據(jù)權利要求7所述的光學結構,其中所述光學結構應用于光學鼠標。
9.根據(jù)權利要求7所述的光學結構，其中所述第一透光區(qū)及所述第二透光區(qū)為透鏡結構。
10.根據(jù)權利要求7所述的光學結構，其中所述阻隔件用不透光材料制成。
11.根據(jù)權利要求7所述的光學結構，其中所述晶圓級圖像芯片封裝包含裸芯片和透明層，所述裸芯片和所述透明層經(jīng)由中間層相結合，所述透明層的至少一部分表面上形成有與所述感測區(qū)相對的濾光層。
12.根據(jù)權利要求11所述的光學結構，其中所述透明層具有內(nèi)表面和外表面，該內(nèi)表面面向所述裸芯片，所述外表面與所述內(nèi)表面相對，所述濾光層形成于所述內(nèi)表面和所述外表面中的至少一者上。
13.根據(jù)權利要求11所述的光學結構，其中所述裸芯片的所述感測面上還形成有與所述感測區(qū)相對的濾光層。
14.根據(jù)權利要求11到13中任意一項權利要求所述的光學結構，其中所述濾光層為紅外光穿透濾光層或紅外光及藍光穿透濾光層。
15.一種光學鼠標的光學結構，該光學結構包含: 基板；晶圓級圖像芯片封裝，附著在所述基板上； 光源，附著在所述基板上； 阻隔件，覆蓋所述晶圓級圖像芯片封裝的一部分并圍繞所述光源；以及 裝配件，覆蓋所述阻隔件以將所述阻隔件固定在所述基板上。
16.根據(jù)權利要求15所述的光學結構，其中所述晶圓級圖像芯片封裝包含裸芯片和透明層，所述裸芯片和所述透明層經(jīng)由中間層相結合，所述透明層和/或所述裸芯片的至少一部分表面上形成有濾光層。
17.根據(jù)權利要求15 或16所述的光學結構，其中所述透明層和/或所述裸芯片的所述感測面的至少一部分表面上形成有反光層。
全文摘要
本發(fā)明提供一種晶圓級圖像芯片封裝及包含所述封裝的光學結構，所述光學結構包含基板、芯片、光源、阻隔件及裝配件。所述芯片附著在所述基板上，并且所述芯片具有感測區(qū)。所述光源附著在所述基板上。所述阻隔件覆蓋所述芯片，并且，所述阻隔件具有開孔用于至少暴露出所述芯片的所述感測區(qū)。所述裝配件覆蓋所述阻隔件以將所述阻隔件固定在所述基板上。
文檔編號H01L27/146GK103151362SQ20121030286
公開日2013年6月12日 申請日期2012年8月23日 優(yōu)先權日2011年12月7日
發(fā)明者陳暉暄, 劉恬嘉, 游家欣 申請人:原相科技股份有限公司