光電晶片的多晶片增層封裝構造及其製造方法
2024-03-08 09:37:15 1
專利名稱：光電晶片的多晶片增層封裝構造及其製造方法
技術領域：
本發明是有關於光電晶片的封裝技術，特別是有關於一種光電晶片的多晶片增層封裝構造及其製造方法。
背景技術：
光電晶片是應用於視頻電子產品，達到影像感測、影像顯示、照明、光儲存、光輸出或光輸入等各種功能。由於以往的光電晶片的封裝尺寸較大，因此會佔據視頻電子產品的組裝空間，且其電性傳遞路徑亦相當長，容易有串音效應(cross-talk effect)。
請參閱圖1，一種習知影像傳感器的光電晶片封裝構造100是為單晶片封裝型態，主要包含有基板110、光電晶片120、數個焊線130以及透光片140。該基板110是具有上表面111以及下表面112，其包含有電性導通該上表面111與該下表面112的線路結構(圖未繪出)，通常該基板110是為多層印刷電路板。在該基板110的該上表面111結合有一環壁113，以使該基板110與環壁113構成一容晶穴114。該光電晶片120是為影像感測晶片，其是以黏貼方式設置於該基板110的該上表面111而位在該容晶穴114。在該光電晶片120的主動面是形成有一感測區121以及數個焊墊122。該些焊線130是以打線形成於該容晶穴114內，其是電性連接該光電晶片120的該些焊墊122與該基板110。該透光片140是設置於該環牆113上，以氣閉密封該光電晶片120與該些焊線130。在上述的光電晶片封裝構造100中，該光電晶片120是藉由該些焊線130、該基板110以電性傳導至一外部電路板的數位訊號處理器晶片(圖未繪出)，其傳導路徑較長而無法快速地進行影像處理且容易引發串音效應(cross-talk effect)。
臺灣專利證書號數第M246808號「影像傳感器的增層結構」揭露，一影像傳感器封裝構造是包含有線路增層結構，影像感測晶片是容置於一載板的一晶穴內且其感測區朝上，該線路增層結構是形成於該載板且在該影像感測晶片上，由於該線路增層結構是形成於該影像感測晶片的主動面與該載板之上，在增層封裝製程中容易汙染至該影像感測晶片的感測區，並且該線路增層結構必須具有一窗口，該窗口是不可遮蓋至該感測區，因此該線路增層結構內的導電線路配置受到限制，而無法密集化。此外，該線路增層結構需預留該窗口導致製造成本增加。
發明內容
本發明的主要目的是在於提供一種光電晶片的多晶片增層封裝構造及其製造方法，在金屬載體的上方是依續迭置有集成電路晶片、增層封裝結構以及光電晶片等，該增層封裝結構的數個介電層是嵌埋該集成電路晶片與該光電晶片，以該增層封裝結構的數個線路層並配合透光導電基板以及數個導電組件，使得嵌埋與該些介電層中的該集成電路晶片與該光電晶片電性互連，其是可以縮短晶片間電性傳導路徑，以加快光電作動速率。此外，該增層封裝結構不會影響該光電晶片的一光電作動區，並且該些線路層可以密集化。本發明是能薄化光電產品並能增進被嵌埋集成電路晶片與光電晶片之間電性互連與密封。用以提升組裝性、互連可靠度(interconnection reliability)與電性效能、增加後續封裝密度以及降低串音效應(cross-talk effect)。
本發明的次一目的是在於提供一種光電晶片的多晶片增層封裝構造及其製造方法，該增層封裝結構的一介電層是具有數個導通孔，其是貫通至該金屬載體，以利該增層封裝結構的該些線路層與該金屬載體的電性互連，其可被應用於電源提供或是電源接地。較佳地，該金屬載體是經圖案化而具有數個連接墊，以供對外導接。
本發明的再一目的是在於提供一種光電晶片的多晶片增層封裝構造及其製造方法，其中該金屬載體是經圖案化而具有數個連接墊以及一散熱片部，該散熱片部是可供被嵌埋於該些介電層中的集成電路晶片貼附，以增進被嵌埋集成電路晶片的散熱性。
依據本發明，一種光電晶片的多晶片增層封裝構造主要包含金屬載體、集成電路晶片、光電晶片及增層封裝結構的第一介電層、第二介電層、第一線路層、數個導電組件以及透光導電基板。該集成電路晶片是設於該金屬載體上並具有數個第一電極。該第一介電層是形成於該金屬載體上，並覆蓋該集成電路晶片而顯露該些第一電極。該第一線路層是形成於該第一介電層上，並且電性連接至該些第一電極。該光電晶片是設於該第一介電層的上方，並具有數個第二電極以及一光電作動區。該第二介電層是形成於該第一介電層的上方，以局部覆蓋該光電晶片而顯露該些第二電極與該光電作動區。該些導電組件是電性連接至該第一線路層並顯露於該第二介電層之外。該透光導電基板是設置於該第二介電層與該光電晶片之上，並以該透光導電基板的一導電線路層電性連接該些導電組件與該些第二電極。用以達到以增層方式嵌埋的集成電路晶片與光電晶片電性互連。
圖1習知影像傳感器的光電晶片封裝構造的截面示意圖。
圖2依據本發明的一具體實施例，一種光電晶片的多晶片增層封裝構造的截面示意圖。
圖3A至3K依據本發明的第一具體實施例，該光電晶片的多晶片增層封裝構造於製程中的截面示意圖。
主要組件符號說明100光電晶片封裝構造110基板 111上表面 112下表面113環牆 114容晶穴120光電晶片 121感測區 122焊墊130焊線 140透光片200光電晶片的多晶片增層封裝構造210金屬載體 211黏著層 212散熱片部213連接墊 214電鍍層220集成電路晶片 221主動面 222背面223第一電極
230增層封裝結構231第一介電層 231A導通孔232第一線路層 232A延伸線路232B導電物質233第二介電層 234導電組件235第三介電層 236第二線路層237第四介電層 238第三線路層240光電晶片 241黏著層 242主動面243背面 244光電作動區 245第二電極250透光導電基板 251導電線路層260異方性導電層 270焊罩層 310蝕刻屏蔽具體實施方式
請參閱圖2，一種光電晶片的多晶片增層封裝構造200主要包含金屬載體210、集成電路晶片220、包含至少二介電層與至少一線路層的增層封裝結構230、光電晶片240、以及透光導電基板250。在本實施例中，該金屬載體210是為一銅箔並經圖案化，在圖案化的前，該增層封裝結構230是形成於該金屬載體210上，該增層封裝結構230是至少包含第一介電層231、第一線路層232、第二介電層233、數個位於該第二介電層233的導電組件234、第三介電層235、第二線路層236、第四介電層237、以及第三線路層238，其是以增層方式形成於該金屬載體210上。其中，該第一介電層231、該第二介電層233、該第三介電層235與該第四介電層237等介電層的材質是可為如PI或PET等電絕緣性物質。而該第一線路層232、該第二線路層236、該第三線路層238與該些導電組件234的材質是可為銅或金等導電金屬。
該集成電路晶片220是具有主動面221以及背面222並具有數個形成於該主動面221的第一電極223。該集成電路晶片220是以一黏著層211黏設該背面222至該金屬載體210上。而該些第一電極223是可為凸塊或是焊墊等。在本實施例中，該增層封裝結構230的該第一介電層231是形成於該金屬載體210上，以覆蓋該集成電路晶片220並顯露出該些第一電極223。該第一線路層232是形成於該第一介電層231上，並且電性連接至該些第一電極223。該第一介電層231是高於該集成電路晶片220的該主動面221而覆蓋至該主動面221，以達到電性絕緣的功效。在本實施例中，該第一線路層232是具有數個延伸至該集成電路晶片220上方的延伸線路232A，以增加線路密集度。此外，該第一介電層231是具有數個導通孔231A，其是貫通至該金屬載體210，在該些導通孔231A中是可形成有如電鍍層、金屬栓、導電樹脂等導電物質232B，以電性連接該第一線路層232與該金屬載體210，其可被應用於提供電源或是作為電源接地。
如圖2所示，該光電晶片240是設於該第一介電層231上方，其是可以一黏著層241將該光電晶片240黏設於該第一介電層231上方。該光電晶片240是具有主動面242以及背面243，在該主動面242上是形成有數個第二電極245以及一形成於該主動面242的光電作動區244。較佳地，該光電晶片240是以位置垂直向的方式對準於該集成電路晶片220，以縮小該光電晶片的多晶片增層封裝構造200的表面覆蓋面積(footprint area)。
該第二介電層233是形成於該第一介電層231的上方，並且局部覆蓋該光電晶片240而顯露該些第二電極245與該光電作動區244，以達到局部嵌埋該光電晶片240的功效。在本實施例中，該第二介電層233是覆蓋該光電晶片240在該主動面242與該背面243之間的數個側面。此外，例如鍍通孔、金屬栓或金屬墊等的該些導電組件234是電性連接至該第一線路層232並顯露於該第二介電層233之外。
該透光導電基板250是設置於該第二介電層233與該光電晶片240之上，其是具有一導電線路層251，以電性連接該些導電組件234與該些第二電極245。在本實施例中，該透光導電基板250是為一具有線路圖案的玻璃基板，而該導電線路層251的材質是可為氧化錫銦(Indium Tin Oxide，ITO)。較佳地，在該第二介電層233與該透光導電基板250之間形成有一異方性導電層260，可為膜片型態或粘膠型態並具有等粒徑的導電粒子，而該些第二電極245是為凸塊，該些第二電極245與該些導電組件234均突出於該第二介電層233，故能以熱壓合方式使該些第二電極245與該些導電組件234經由達到該異方性導電層260縱向電性連接至該導電線路層251。
此外，在本實施例中，該增層封裝構造的該第一介電層231與該第二介電層233間另形成有該第三介電層235與該第四介電層237。該第三介電層235是形成於該第一介電層231與該第一線路層232上。該第二線路層236是形成於該第三介電層235上並經由該第三介電層235的開孔而電性連接至該第一線路層232。同樣地，該第四介電層237是形成於該第三介電層235與該第二線路層236上。該第三線路層238是形成於該第四介電層237上並經由該第四介電層237的開孔而電性連接至該第二線路層236。如此，可以逐層往上形成介電層與線路層直到所需的線路層數，該些導電組件234是能經由該第三線路層238與該第二線路層236電性連接至該第一線路層232。而在本實施例中，僅是以兩層介電層與兩層線路層例舉說明的。
較佳地，該集成電路晶片220是為數位訊號處理器晶片(Digital SignalProcessor，DSP)，而該光電晶片240是可為CMOS(ComplementaryMetal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化半導體)影像傳感器晶片。藉由該增層封裝結構230的該些線路層電性連接該光電晶片與該集成電路晶片，以使該集成電路晶片220是能快速處理由該光電晶片240接收的影像信息。
因此，用以上述形成於一金屬載體210上的增層封裝結構230以及該透光導電基板250，能嵌埋該集成電路晶片220與該光電晶片240並達到多晶片之間電路互連的功效，使得由該光電晶片240接收的影像信號能在極短電性傳導路徑下以該集成電路晶片220快速處理，故能降低串音效應(cross-talk effect)。另，該增層封裝結構230的線路層可以密集化設計，以薄化光電產品並能增進被嵌埋集成電路晶片220與光電晶片240的電性互連與密封度。用以提升組裝性、互連可靠度(interconnection reliability)與電性效能、增加後續封裝密度，達到多晶片內部電性互連的光電封裝。
此外，該圖案化金屬載體210是可圖案化而形成一散熱片部212以及數個連接墊213，並且該第一介電層231具有一顯露表面。該散熱片部212是供該集成電路晶片220的貼附，以增進對該集成電路晶片220的散熱效能與保護性。該些連接墊213是經由該些導通孔231A內導電物質232B電性連接至該第一線路層232，以供對外表面接合。該光電晶片的多晶片增層封裝構造200可另包含有一焊罩層270，其是形成於該第一介電層231的該顯露表面，以阻隔表面接合時焊料的不當橋接短路，且該焊罩層270至少顯露該散熱片部212與該些連接墊213，該散熱片部212與該些連接墊213具有一顯露表面。一如鎳-金材質的電鍍層214可形成於該散熱片部212與該些連接墊213的該顯露表面，以防止該散熱片部212與該些連接墊213氧化。
關於該光電晶片的多晶片增層封裝構造200的製造方法請參照圖3A至3K。首先，請參閱圖3A，提供該金屬載體210，其中該金屬載體210是可為一完整片狀的銅箔。將該集成電路晶片220貼附於該金屬載體210上。之後，請參閱圖3B，利用數字噴墨印刷(digital inkjet printing)或是鋼版印刷方式形成該第一介電層231於該金屬載體210。其中以數字噴墨印刷方式形成該第一介電層231為較佳，可使該第一介電層231達到各式圖案變化並能控制該第一介電層231在不同區域的厚度差，例如該第一介電層231在該集成電路晶片220的該主動面221上的厚度可較薄，而在該金屬載體210上的厚度可較厚，並可於適當位置顯露該些第一電極223。此外可於同一步驟中同時形成該些導通孔231A與顯露該些第一電極223，或者可在形成該第一介電層231之後，另以顯影、蝕刻或雷射鑽孔步驟形成該些導通孔231A，該些導通孔231A是貫通至該金屬載體210。
接著，請參閱圖3C，利用沉積或電鍍等技術將該第一線路層232形成於該第一介電層231上，該第一線路層232的一部分的線路是可連接至該些第一電極223，而該第一線路層232的另一部分的線路是可經由該些導通孔231A內的導電物質232B連接至該金屬載體210。此外，部分的延伸線路232A是可形成於該第一介電層231上並位於該集成電路晶片220的上方。
之後，請參閱圖3D，將該第三介電層235形成於該第一介電層231與該第一線路層232上，而露出該第一線路層232的內連接端。並請參閱圖3E，將該第二線路層236是形成於該第三介電層235上並經由該第三介電層235的開孔而電性連接至該第一線路層232。之後，同樣地，如圖3F所示，將該第四介電層237是形成於該第三介電層235與該第二線路層236上，再將該第三線路層238是形成於該第四介電層237上並電性連接至該第二線路層236。
之後，請參閱圖3G，運用黏晶技術將該光電晶片240設於該第四介電層237上或是該第三線路層238上，即該該光電晶片240是設於該第一介電層231的上方，此時，該光電晶片240的數個該些第二電極245與該光電作動區244是為朝上。
之後，請參閱圖3H，將該第二介電層233形成於該第三線路層238與該第四介電層237上，並局部覆蓋該光電晶片240而顯露該些第二電極245與該光電作動區244。該第二介電層233大致與該光電晶片240為等高或是稍高於該光電晶片240的主動面242，使該光電晶片240為嵌埋型態。此外，並藉由在該第二介電層233內該些導電組件234電性連接該第三線路層238，並且該些導電組件234是部分顯露於該第二介電層233之外。
之後，請參閱圖31，利用熱壓合方式將該透光導電基板250設置於該第二介電層233與該光電晶片240之上，如圖3J所示，該透光導電基板250的導電線路層251是能電性連接該些導電組件234與該些第二電極245。本實施例在熱壓合步驟中，在該透光導電基板250與該第二介電層233之間預形成有一異方性導電層260，以達到在較低的熱壓合溫度下達到縱嚮導電路徑的形成，故該光電晶片240可藉由該透光導電基板250、該異方性導電層260、該些導電組件234、該第三線路層238、該第二線路層236、該第一線路層232，能內部電性連接至該集成電路晶片220。
較佳地，可以進一步圖案化該金屬載體210。請參閱圖3K，在該金屬載體210覆蓋一蝕刻屏蔽310。在本實施例中，該蝕刻屏蔽310是為光阻材料，須經曝光顯影方可形成圖案。經過一蝕刻步驟之後，以圖案化該金屬載體210而形成該些連接墊213與該散熱片部212，並且使得該第一介電層231具有一顯露表面(如圖2所示)。該散熱片部212是供該集成電路晶片220的貼附，而該些連接墊213是電性連接至該第一線路層232，進而電性連接至該集成電路晶片220，以供對外表面接合。如圖2所示，該焊罩層270是可形成於該第一介電層231的該顯露表面，並顯露該金屬載體210的該散熱片部212與該些連接墊213，該散熱片部212與該些連接墊213具有一顯露表面。之後再形成一電鍍層214於該散熱片部212與該些連接墊213的該顯露表面，以製成該光電晶片的多晶片增層封裝構造200。
本發明的保護範圍當視權利要求範圍所界定者為準，任何熟知此項技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內所作的任何變化與修改，均屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種光電晶片的多晶片增層封裝構造，包含金屬載體，金屬載體經圖案化形成一散熱片部以及數個連接墊，且該散熱片部與該些連接墊具有一顯露表面；集成電路晶片，其是設於該金屬載體上並具有數個第一電極；第一介電層，其是形成於該金屬載體上，以覆蓋該集成電路晶片並顯露該些第一電極；第一線路層，其是形成於該第一介電層上，該第一線路層是電性連接至該些第一電極；光電晶片，其是設於該第一介電層的上方，並具有數個第二電極以及一光電作動區；第二介電層，其是形成於該第一介電層的上方，以局部覆蓋該光電晶片並顯露該些第二電極與該光電作動區；數個導電組件，其是電性連接至該第一線路層並顯露於該第二介電層之外；透光導電基板，其是設置於該第二介電層與該光電晶片之上，並電性連接該些導電組件與該些第二電極；以及一焊罩層，其是形成於該第一介電層的該顯露表面。
2.如權利要求1所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造，其中該第一介電層是具有數個導通孔，其是貫通至該金屬載體。
3.如權利要求1或2所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造，其中該金屬載體是經圖案化，且該第一介電層具有一顯露表面。
4.如權利要求3所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造，另包含有一電鍍層，其是形成於該散熱片部與該些連接墊的該顯露表面。
5.如權利要求1所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造，其中該第一線路層是具有數個延伸至該集成電路晶片上方的線路。
6.如權利要求1所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造，另包含有一異方性導電層，其是形成於該第二介電層與該透光導電基板之間。
7.如權利要求1所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造，其中該第一介電層與該第二介電層之間另形成有至少一第三介電層及至少一第二線路層，該第二線路層是電性連接該些導電組件與該第一線路層。
8.如權利要求1所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造，其中該光電晶片是縱向對準於該集成電路晶片。
9.一種光電晶片的多晶片增層封裝構造的製造方法，包含提供金屬載體；設置集成電路晶片於該金屬載體上，該集成電路晶片是具有數個第一電極；形成第一介電層於該金屬載體上，以覆蓋該集成電路晶片並顯露該些第一電極；形成第一線路層於該第一介電層上，該第一線路層是電性連接至該些第一電極；設置光電晶片於該第一介電層的上方，該光電晶片是具有數個第二電極以及一光電作動區；形成第二介電層於該第一介電層的上方，以局部覆蓋該光電晶片並顯露該些第二電極與該光電作動區；形成數個導電組件，其是電性連接至該第一線路層並顯露於該第二介電層之外；設置一透光導電基板於該第二介電層與該光電晶片之上，並用以電性連接該些導電組件與該些第二電極；以及形成一焊罩層於該第一介電層的該顯露表面。
10.如權利要求9所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造的製造方法，另包含形成數個導通孔於該第一介電層，其是貫通至該金屬載體。
11.如權利要求9或10所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造的製造方法，另包含圖案化該金屬載體，使得該第一介電層具有一顯露表面。
12.如權利要求11所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造的製造方法，其中經圖案化的該金屬載體是形成一散熱片部以及數個連接墊，且該散熱片部與該些連接墊具有一顯露表面；以及形成一電鍍層於該散熱片部與該些連接墊的該顯露表面。
13.如權利要求9所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造的製造方法，其中設置該透光導電基板的方法包含熱壓合，且一異方性導電層是形成於該第二介電層與該透光導電基板之間。
14.如權利要求9所述的光電晶片的多晶片增層封裝構造的製造方法，其中形成該第一介電層的方法包含數字噴墨印刷。
全文摘要
一種光電晶片的多晶片增層封裝構造，主要包含金屬載體、集成電路晶片、光電晶片、增層封裝結構的數個介電層與數個線路層以及透光導電基板。該集成電路晶片是設於該金屬載體上，且被其中一介電層覆蓋，該集成電路晶片的數個電極並電性連接至該些線路層。該光電晶片則局部嵌埋於其中一介電層內，並顯露出該光電晶片的一光電作動區以及數個電極。該透光導電基板是設置於該些介電層與該光電晶片之上，並藉由該些線路層電性連接該光電晶片與該集成電路晶片，使得以增層方式嵌埋的集成電路晶片與光電晶片能電性互連。
文檔編號H01L21/02GK101026148SQ20071008968
公開日2007年8月29日 申請日期2007年3月27日 優先權日2007年3月27日
發明者王建皓 申請人:日月光半導體製造股份有限公司