影像感測元件封裝構件及其製作方法
2023-07-15 23:39:06
專利名稱：影像感測元件封裝構件及其製作方法
技術領域：
本發明涉及光學元件封裝技術領域，特別是涉及一種具備多層重布線路 (multi-layer RDL)的影像感測元件封裝構件及其製作方法。
背景技術：
近年來，固態影像感測元件已被大量運用在手機、汽車以及電腦產業，然而，當固態影像感測元件朝向更高的圖元解析度與更小的圖元尺寸發展時，合格卻受到衝擊，而相機模塊在組裝過程中的物理性汙染，也會降低合格。因此，封裝半導體晶粒逐漸成為在業界中被廣泛採用的方案。其中，由於晶片級技術在製作工藝上具備經濟效益，逐漸成為較佳的解決方案。晶片級封裝較具挑戰性的層面之一，就是內部連結設計。在頂部、側面、底部接點三種選擇中，又以底部接點最具吸引力，因為它能使影像感測晶粒能正面朝上，以配合相機模塊組裝所需的方向。由於高解析度影像感測器越來越需要高密度焊接墊，因此和焊接墊相容的直通矽晶穿孔技術(through silicon via，簡稱為TSV)也隨之受到注目。
發明內容
本發明的主要目的在於提供一種採用直通矽晶穿孔技術及具備多層重布線路的影像感測元件封裝構件及其製作方法。為達上述目的，本發明較佳實施例提供一種影像感測元件封裝構件，包含有一影像感測晶粒，其具有一主動面以及相對於該主動面的一背面，且在該主動面上設有一影像感測元件區域以及一外接墊；一直通矽晶穿孔結構，貫穿該影像感測晶粒，連接該外接墊； 一第一絕緣層，形成在該影像感測晶粒的該背面及該矽晶穿孔結構內；一第一重布線路層， 形成在該第一絕緣層上並與該外接墊電連接；一第二絕緣層，覆蓋該第一重布線路層及該第一絕緣層；一第二重布線路層，形成在該第二絕緣層上並與該第一重布線路層電連接； 以及一防焊層，覆蓋在該第二重布線路層及該第二絕緣層上。從另一角度來看，本發明提供一種影像感測元件封裝構件，包含有一影像感測晶粒，其具有一主動面以及相對於該主動面的一背面，且在該主動面上設有一影像感測元件區域以及一外接墊；一直通矽晶穿孔結構，貫穿該影像感測晶粒，連接該外接墊；多層重布線路，形成在該像感測晶粒的該背面上；以及一防焊層，覆蓋在該多層重布線路上。其中在該防焊層中設有至少一開孔，曝露出一焊接墊，並在該焊接墊上設有一焊接錫球。在該防焊層中設有多個假開孔，用來釋放應力。該多層重布線路至少包含有一防電磁幹擾金屬圖案。為讓本發明的上述目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施方式，並配合所附圖式，作詳細說明如下。然而如下的較佳實施方式與圖式僅供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。
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圖1為本發明一較佳實施例所繪示的影像感測元件封裝構件的剖面示意圖；圖2為本發明另一較佳實施例所繪示的影像感測元件封裝構件的剖面示意圖。圖3為本發明又另一較佳實施例所繪示的影像感測元件封裝構件的剖面示意圖；圖4至圖11例示本發明影像感測元件封裝構件的製作方法。主要元件符號說明1影像感測元件封裝構件Ia影像感測元件封裝構件10影像感測晶粒IOa主動面IOb 背面11影像感測元件區域12夕卜接墊13直通矽晶穿孔結構14第一絕緣層15第一重布線路層15a連接墊1釙防電磁幹擾金屬圖案16第二絕緣層16a 開？L17第二重布線路層17a焊接墊18防焊層18a 開？L18b假開孔19焊接錫球20封裝用光學蓋板22支撐堰體結構24凹穴結構100影像感測晶片IOOa 主動面IOOb 背面
具體實施例方式本發明運用創新的連結技術，貫穿矽晶層直接連結至影像感測晶粒的外接墊；小巧的尺寸與連結的位置，讓封裝背面可支援高密度的球柵陣列封裝介面，使後續的封裝相容於表面粘著組裝製作工藝。本發明可以相容於晶片級封裝(wafer-level packaging，簡稱為WLP)製作工藝並且採用直通矽晶穿孔技術，其中所謂的晶片級封裝製作工藝系在晶片狀態時就封裝晶粒，再進行後段組裝製作工藝，然後，晶片再進行切割，成為獨立封裝晶粒。
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請參閱圖1，其為依據本發明一較佳實施例所繪示的影像感測元件封裝構件的剖面示意圖。如圖1所示，影像感測元件封裝構件1包含有一影像感測晶粒10，其具有一主動面IOa以及相對於主動面(active side) IOa的一背面(backside) 10b，且在主動面IOa上設有一影像感測元件區域11以及外接墊12。影像感測元件區域11可以是CMOS影像感測元件，但不限於此。在影像感測晶粒10的主動面IOa上另覆蓋一封裝用光學蓋板20，例如，透鏡等級玻璃或石英，而在封裝用光學蓋板20與影像感測晶粒10的主動面IOa之間另設有支撐堰體結構22，例如，環氧樹脂(印oxy resin)、聚亞醯胺(polyimide)、光致抗蝕劑或防焊阻劑 (solder resist)材料等等，如此使光學蓋板20、支撐堰體結構22與影像感測晶粒10的主動面IOa之間構成一密閉的凹穴結構M，而影像感測元件區域11就是位於凹穴結構M內部。此外，支撐堰體結構22與影像感測晶粒10的主動面IOa之間可以利用接合材料(圖未示)進行粘合。根據本發明的較佳實施例，影像感測元件封裝構件1另包含有一直通矽晶穿孔 (TSV)結構13，其貫穿影像感測晶粒10，並連通影像感測晶粒10的主動面IOa與背面10b， 用來曝露出位於影像感測晶粒10的主動面IOa上部分的外接墊12。在影像感測晶粒10的背面IOb以及矽晶穿孔結構13的側壁上則順應的形成有第一絕緣層14，例如，氧化矽、氮化矽或氮氧化矽等等。此外，第一絕緣層14也可以採用有機高分子絕緣材料。在第一絕緣層14上形成有一第一重布線路層15，例如，鋁金屬線路圖案或者銅金屬線路圖案。第一重布線路層15順應的覆蓋在矽晶穿孔結構13的側壁上以及底部，並且與外接墊12電連接。此外，第一重布線路層15至少包含有一連接墊15a。在第一重布線路層15以及第一絕緣層14上另有一第二絕緣層16，例如，氧化矽、氮化矽或氮氧化矽等等。 第二絕緣層16也可以採用有機高分子絕緣材料。在第二絕緣層16中設有至少一開孔16a， 曝露出部分的連接墊15a。在第二絕緣層16上形成有一第二重布線路層17，例如，鈦、銅、鎳、金、鋁或上述金屬之組合。第二重布線路層17可以是由可焊接(soldable)金屬材料所構成者。第二重布線路層17與第一重布線路層15可以採用相同的導電材料或者不同的導電材料，也可以是不同的厚度。第二重布線路層17填入開孔16a，並與曝露出的連接墊15a電連接。第二重布線路層17至少包含有一焊接墊(solder pad) 17a。在第二重布線路層17以及第二絕緣層16上另有一防焊層18，例如，環氧樹脂、聚亞醯胺、光致抗蝕劑等等。在防焊層18中設有至少一開孔18a，曝露出部分的焊接墊17a。在焊接墊17a上則設有焊接錫球19。請參閱圖2，其為依據本發明另一較佳實施例所繪示的影像感測元件封裝構件的剖面示意圖。如圖2所示，影像感測元件封裝構件Ia同樣包含有一影像感測晶粒10，其具有一主動面IOa以及相對於主動面IOa的一背面10b，且在主動面IOa上設有一影像感測元件區域11以及外接墊12。同樣的，影像感測元件封裝構件Ia包含有一直通矽晶穿孔結構13，其貫穿影像感測晶粒10，並連通影像感測晶粒10的主動面IOa與背面10b，用來曝露出位於影像感測晶粒10的主動面IOa上部分的外接墊12。在影像感測晶粒10的背面IOb以及矽晶穿孔結構 13的側壁上則順應的形成有第一絕緣層14，例如，氧化矽、氮化矽或氮氧化矽等等。第一絕緣層14也可以採用有機高分子絕緣材料。
根據本發明的另一較佳實施例，在第一絕緣層14上形成有一第一重布線路層15， 例如，鋁金屬線路圖案或者銅金屬線路圖案。第一重布線路層15順應的覆蓋在矽晶穿孔結構13的側壁上以及底部，並且與外接墊12電連接。此外，第一重布線路層15至少包含有一連接墊15a以及一防電磁幹擾金屬圖案15b。在第一重布線路層15以及第一絕緣層14 上另有一第二絕緣層16，例如，氧化矽、氮化矽或氮氧化矽等等。在第二絕緣層16設有至少一開孔16a，曝露出部分的連接墊15a。在第二絕緣層16上形成有一第二重布線路層17，例如，鈦、銅、鎳、金、鋁或上述金屬的組合。第二重布線路層17填入開孔16a，並與曝露出的連接墊15a電連接。第二重布線路層17至少包含有一焊接墊17a。在第二重布線路層17以及第二絕緣層16上另有一防焊層18，例如，環氧樹脂、聚亞醯胺、光致抗蝕劑等等。在防焊層18設有至少一開孔18a，曝露出部分的焊接墊17a。在焊接墊17a上則設有焊接錫球19。此外，在防焊層18設有多個假開孔(dummy openings) 18b，其中，假開孔18b可以是圓形、矩形、長條形、鋸齒形或不規則形狀。圖2中的影像感測元件封裝構件Ia與圖1中的影像感測元件封裝構件1的差別在於1)圖2中的影像感測元件封裝構件Ia具有一防電磁幹擾金屬圖案15b，可以保護影像感測晶粒10免受電磁幹擾；以及2、圖2中的影像感測元件封裝構件Ia在防焊層18設有多個假開孔18b，可以釋放形成在影像感測晶粒10的背面IOb上的絕緣層所產生的應力， 也可以用來作為破裂停止(crack stop)機制。請參閱圖3，其為依據本發明又另一較佳實施例所繪示的影像感測元件封裝構件的剖面示意圖。如圖3所示，同樣的，在第二重布線路層17以及第二絕緣層16上設有一防焊層18，例如，環氧樹脂、聚亞醯胺、光致抗蝕劑等等。在防焊層18設有至少一開孔18a，曝露出部分的焊接墊17a。在焊接墊17a上則設有焊接錫球19。在防焊層18設有多個假開孔 18b，其中，假開孔18b可以填入絕緣材料，以釋放影像感測晶粒10的背面IOb上的應力。圖4至圖11例示製作如圖1中的影像感測元件封裝構件1的方法。首先，如圖 4所示，提供一影像感測晶片100，其具有一主動面IOOa以及相對於主動面IOOa的一背面 100b，且在主動面IOOa上設有至少一影像感測元件區域11以及外接墊12。影像感測元件區域11可以是CMOS影像感測元件，但不限於此。在影像感測晶片100的主動面IOOa上另覆蓋一封裝用光學蓋板20，例如，透鏡等級玻璃或石英，而在封裝用光學蓋板20與影像感測晶片100的主動面IOOa之間另設有支撐堰體結構22，例如，環氧樹脂、聚亞醯胺、光致抗蝕劑或防焊阻劑材料等等，如此使光學蓋板20、支撐堰體結構22與影像感測晶片100的主動面IOOa之間構成一密閉的凹穴結構M， 而影像感測元件區域11就是位於凹穴結構M內部。此外，支撐堰體結構22與影像感測晶片100的主動面IOOa之間可以利用接合材料(圖未示)進行粘合。接著，將影像感測晶片 100的背面IOOb研磨掉一預定厚度。如圖5所示，在完成晶片晶背研磨製作工藝之後，接著利用光刻及蝕刻製作工藝， 從影像感測晶片100的背面IOOb蝕刻出直通矽晶穿孔(TSV)結構13，其貫穿影像感測晶片 100，並連通影像感測晶片100的主動面IOOa與背面100b，用來曝露出位於主動面IOOa上部分的外接墊12。如圖6所示，在影像感測晶片100的背面IOOb以及矽晶穿孔結構13的側壁上順
7應的形成一第一絕緣層14，例如，氧化矽、氮化矽或氮氧化矽等等。第一絕緣層14也可以採用有機高分子絕緣材料。然後再利用光刻及蝕刻製作工藝，在矽晶穿孔結構13的底部上的第一絕緣層14中形成一開口 14a，曝露出部分的外接墊12。如圖7所示，接下來，在第一絕緣層14上形成一第一重布線路層15，例如，鋁金屬線路圖案或者銅金屬線路圖案。第一重布線路層15順應的覆蓋在矽晶穿孔結構13的側壁上以及底部，並且與外接墊12電連接。此外，第一重布線路層15至少包含有一連接墊 15a0如圖8所示，接著，在第一重布線路層15以及第一絕緣層14上形成一第二絕緣層 16，例如，氧化矽、氮化矽或氮氧化矽等等。第二絕緣層16也可以採用有機高分子絕緣材料。然後再利用光刻及蝕刻製作工藝，在第二絕緣層16形成至少一開孔16a，曝露出部分的連接墊Ba。如圖9所示，接下來，在第二絕緣層16上形成一第二重布線路層17，例如，鈦、銅、 鎳、金、鋁或上述金屬之組合。第二重布線路層17也可以是由可焊接金屬材料所構成者。第二重布線路層17與第一重布線路層15可以採用相同的導電材料或者不同的導電材料，也可以是不同的厚度。第二重布線路層17填入開孔16a，並與曝露出的連接墊15a電連接。 第二重布線路層17至少包含有一焊接墊17a。如圖10及圖11所示，在第二重布線路層17以及第二絕緣層16上形成一防焊層 18，例如，環氧樹脂、聚亞醯胺、光致抗蝕劑等等。然後在防焊層18中形成至少一開孔18a， 曝露出部分的焊接墊17a。然後，在開孔18a內的焊接墊17a上形成一焊接錫球19。最後， 進行晶片切割製作工藝，形成如圖1中的影像感測元件封裝構件1。熟悉該項技術人士應能理解圖4至圖11中雙層的重布線路層的製作方法僅為示意，本發明並不限於雙層的重布線路層，熟悉該項技術人士更可以利用所揭露的方法步驟形成多層的重布線路層。本發明的主要技術特徵至少包括1)採晶片級封裝製作工藝結合直通矽晶穿孔技術，並在影像感測晶粒的背面形成多層重布線路，故在設計上允許更多數量的輸出輸入 (I/O)接點，以及具備更彈性的線路布局與成本上優勢；幻在第一重布線路層中可以形成防電磁幹擾金屬圖案，可以保護影像感測晶粒免受電磁幹擾；以及；3)在防焊層可以設有多個假開孔，用來釋放絕緣層所產生的應力，也可以用來作為破裂停止機制。以上所述僅為本發明的較佳實施例，凡依本發明權利要求所做的均等變化與修飾，皆應屬本發明的涵蓋範圍。
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權利要求
1.一種影像感測元件封裝構件，包含有影像感測晶粒，其具有主動面以及相對於該主動面的背面，且在該主動面上設有影像感測元件區域以及外接墊；直通矽晶穿孔結構，貫穿該影像感測晶粒，連接該外接墊； 第一絕緣層，形成在該影像感測晶粒的該背面及該矽晶穿孔結構內； 第一重布線路層，形成在該第一絕緣層上並與該外接墊電連接； 第二絕緣層，覆蓋該第一重布線路層及該第一絕緣層； 第二重布線路層，形成在該第二絕緣層上並與該第一重布線路層電連接；以及防焊層，覆蓋在該第二重布線路層及該第二絕緣層上。
2.如權利要求1所述的影像感測元件封裝構件，其中在該影像感測晶粒的該主動面上另覆蓋一封裝用的光學蓋板。
3.如權利要求2所述的影像感測元件封裝構件，其中在該封裝用光學蓋板與該影像感測晶粒的該主動面之間另設有一支撐堰體結構。
4.如權利要求2所述的影像感測元件封裝構件，其中該支撐堰體結構包含有環氧樹脂、聚亞醯胺、光致抗蝕劑或防焊阻劑。
5.如權利要求1所述的影像感測元件封裝構件，其中在該防焊層中設有至少一開孔， 曝露出一焊接墊，並在該焊接墊上設有一焊接錫球。
6.如權利要求1所述的影像感測元件封裝構件，其中在該防焊層中設有多個假開孔， 用來釋放該第一或第二絕緣層所產生的應力，以及用來作為破裂停止機制。
7.如權利要求6所述的影像感測元件封裝構件，其中在該多個假開孔內填入一絕緣材料。
8.如權利要求1所述的影像感測元件封裝構件，其中該第一重布線路層至少包含有連接墊以及防電磁幹擾金屬圖案。
9.一種影像感測元件封裝構件，包含有影像感測晶粒，其具有主動面以及相對於該主動面的背面，且在該主動面上設有影像感測元件區域以及外接墊；直通矽晶穿孔結構，貫穿該影像感測晶粒，連接該外接墊；以及多層重布線路，形成在該像感測晶粒的該背面上。
10.如權利要求9所述的影像感測元件封裝構件，其中在該影像感測晶粒的該主動面上另覆蓋一封裝用光學蓋板。
11.如權利要求10所述的影像感測元件封裝構件，其中在該封裝用光學蓋板與該影像感測晶粒的該主動面之間另設有一支撐堰體結構。
12.如權利要求9所述的影像感測元件封裝構件，其中另包含有防焊層，其覆蓋在該多層重布線路上。
13.如權利要求12所述的影像感測元件封裝構件，其中在該防焊層中設有至少一開孔，曝露出一焊接墊，並在該焊接墊上設有一焊接錫球。
14.如權利要求12所述的影像感測元件封裝構件，其中在該防焊層中設有多個假開孔，用來釋放應力。
15.如權利要求14所述的影像感測元件封裝構件，其中在該多個假開孔內填入一絕緣材料。
16.如權利要求9所述的影像感測元件封裝構件，其中該多層重布線路至少包含有一防電磁幹擾金屬圖案。
17.一種影像感測元件封裝構件的製作方法，包含有提供一晶片，其具有至少一主動面及至少一背面，且在該主動面上設有至少一影像感測元件區域及一外接墊；在晶片的該主動面上覆蓋一光學蓋板；從該晶片的該背面蝕刻出至少一直通矽晶穿孔結構，其貫穿該晶片，曝露出位於該主動面上部分的該外接墊；在該晶片的該背面及該矽晶穿孔結構的側壁上順應的形成一第一絕緣層； 在該矽晶穿孔結構內的該第一絕緣層中形成一開口，曝露出部分的該外接墊； 在該第一絕緣層上形成一第一重布線路層，且該第一重布線路層與該外接墊電連接； 在該第一重布線路層上形成一第二絕緣層；在該第二絕緣層形成至少一第一開孔，曝露部分該第一重布線路層；以及在該第二絕緣層上形成一第二重布線路層，該第二重布線路層經由該第一開孔與該第一重布線路層電連接。
18.如權利要求17所述的影像感測元件封裝構件的製作方法，其中形成一第二重布線路層之後另包含以下步驟在該第二重布線路層上形成一防焊層；在該防焊層中形成至少一第二開孔，曝露出部分的該第二重布線路層；以及在該第二開孔上形成一焊接錫球。
19.如權利要求18所述的影像感測元件封裝構件的製作方法，其中形成該第二開孔的同時，在該防焊層中形成多個假開孔。
20.如權利要求19所述的影像感測元件封裝構件的製作方法，其中該多個假開孔，用來釋該第一、第二放絕緣層所產生的應力。
21.如權利要求19所述的影像感測元件封裝構件，其中在該多個假開孔內填入一絕緣材料。
全文摘要
本發明公開一種影像感測元件封裝構件及其製作方法，該影像感測元件封裝構件，其包含有一影像感測晶粒，其具有一主動面以及相對於該主動面的一背面，且在該主動面上設有一影像感測元件區域以及一外接墊；一直通矽晶穿孔結構，貫穿該影像感測晶粒，連接該外接墊；多層重布線路，形成在該像感測晶粒的該背面上；以及一防焊層，覆蓋在該多層重布線路上。
文檔編號H01L21/768GK102194781SQ201110067998
公開日2011年9月21日 申請日期2011年3月21日 優先權日2010年3月19日
發明者張恕銘, 黃田昊 申請人:精材科技股份有限公司