晶圓級圖像晶片封裝及光學結構的製作方法

2023-04-26 03:57:41 3

專利名稱：晶圓級圖像晶片封裝及光學結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及適用於晶圓級封裝技術的光學結構，更進一步地說，本發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：
現行的圖像感測器晶片(IC)主要是將裸晶片(die)自晶圓(wafer)上切割下來後，再利用各種封裝方式封裝為晶片，例如以iDip、LGA或COB等封裝技術進行封裝。此類封裝技術是熟知本領域的技術人員所熟悉的技術內容，故於此不再贅述。利用類似上述封裝技術所完成的晶片，具有共同的外型特徵，即晶片外圍都被黑色腔體所覆蓋，也就是現今常見的晶片形式。對於圖像感測器晶片而言，此特徵可阻隔外界環境雜散光，因此圖像感測器晶片在封裝完成後，可以直接適用於各種應用場合，例如使用在光學滑鼠中。圖像感測器晶片可以直接經由高度定位之後固定，便可用來感測桌面的反射光線，以進行光學導航操作。然而隨著半導體製作技術的演變，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 )，覆蓋在裸晶片上形成封裝結構的作法；例如，「晶片等級封裝(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晶片上來進行封裝。因此，這種封裝晶片並沒有黑色腔體結構，導致應用於圖像感測器晶片時，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。鑑於此，可知晶圓級封裝技術的新型態光學與定位結構，為圖像感測業界所亟需。
發明內容
本發明的目的是提出適用於晶圓級封裝技術的光學結構與定位結構，特別適用於晶圓級圖像晶片封裝。由於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，因此完成封裝後的晶圓級圖像晶片封裝表面並不具備黑色腔體的結構，無法有效阻擋周圍光線。因此，本發明提出一種光學結構與定位結構，用於將完成晶圓封裝後的晶片與光學結構和/或定位結構裝配固定在基板上，例如印刷電路板(PCB)，同時阻擋或吸收其餘不必要的光線。對於需要感測光線以產生圖像信號的圖像感測器晶片而言，可有效避免圖像感測器晶片受到周圍光線幹擾而影響最後成像效果。為達到上述目的，本發明提供一種晶圓級圖像晶片封裝，包含裸晶片、中間層及透明層。所述裸晶片具有感測面且所述感測面具有感測區。所述中間層設置於所述感測面上的所述感測區之外。所述透明層通過所述中間層結合在所述裸晶片上，其中所述透明層的至少一部分表面上形成有一濾光層和阻光層。

本發明還提供一種光學結構，包含基板、晶圓級圖像晶片封裝、光源及裝配件。所述晶圓級圖像晶片封裝附著在所述基板的正面上並具有感測區。所述光源附著在所述基板的所述正面上。所述裝配件固定於所述基板上，且包含用於容納所述光源的第一容納空間、用於容納所述晶圓級圖像晶片封裝的第二容納空間和介於所述第一容納空間及所述第二容納空間之間的阻隔區。本發明還提供一種光學滑鼠的光學結構，包含基板、晶圓級圖像晶片封裝、光源和裝配件。所述晶圓級圖像晶片封裝和所述光源附著在所述基板上，且彼此相距橫向距離。所述裝配件固定於所述基板上並圍繞所述晶圓級圖像晶片封裝和所述光源。本發明實施方式的光學結構中，所述裝配件還包含第一透光區和第二透光區；所述第一透光區使所述光源所發出的光穿出所述光學結構至反射面；所述第二透光區使所述光學結構外所述反射面的反射光穿透併到達所述感測區；其中，所述第一透光區和所述第二透光區為透鏡結構。本發明實施方式的光學結構中，所述晶圓級圖像晶片封裝具有彼此相對的感測面和背面，其中所述晶圓級圖像晶片封裝通過所述背面附著在所述基板的正面上；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晶片封裝。本發明實施方式的晶圓級圖像晶片封裝中，提供至少一個特定光波長的濾光層，該濾光層塗布於所述透明層和/或所述裸晶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，紅外光和藍光穿透濾光層(B+IR濾光層)可使藍光和紅外光通過；紅外光穿透濾光層(IR濾光層)可使紅外光通過。本發明實施方式的晶圓級圖像晶片封裝中，提供至少一個反光層，包含金屬成份，塗布於所述透明層和/或所述裸晶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，而無法進入圖像晶片。本發明實施方式的光學結構中，提供裝配件固定於基板上，並在圖像晶片塗布了阻光層以及特定波長的濾波層後，直接將晶片固定在基板上。

本發明實施方式的光學結構中，晶圓級圖像晶片封裝可直接焊接於基板上，而後直接將裝配件合於晶圓級圖像晶片封裝上，並將裝配件固定於基板上，裝配件與圖像晶片便可維持穩定的相對位置。


圖1示出本發明實施方式的晶圓級圖像晶片封裝的示意圖；圖2示出本發明實施方式的光學結構及應用所述光學結構的光學滑鼠的示意圖；圖3示出本發明另一實施方式的光學結構及應用所述光學結構的光學滑鼠的示意圖。附圖標記說明I晶圓級圖像晶片封裝11透明層Ilis透明層的內表面Ilre透明層的外表面Ilss透明層的側面13裸晶片131感測面132感測區15 中間層101、111、131、151 阻光層103、113、133濾光層21晶圓級圖像晶片封裝22基板22S基板正面23裝配件231第一容納空間
232第二容納空間233第一透光區234第二透光區235阻隔區24光源3殼體30底孔S反射面。
具體實施例方式為了讓本發明的上述和其他目的、特徵和優點能更明顯，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係僅為了容易了解，並非用於限制實際比例，在此先說明。圖1示出本發明實施方式的晶圓級圖像晶片封裝I的示意圖。晶圓級圖像晶片封裝I包含透明層11、裸晶片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介於所述裸晶片13與所述透明層11之間而具有緩衝和結合所述透明層11及所述裸晶片13的功能。所述裸晶片13為光感測元件，其為形成於晶圓上的半導體電路結構；所述裸晶片13具有感測面131且所述感測面具有感測區132 ;其中，所述感測區132可大致位於所述感測面131的中央，但並不以此為限。所述中間層15位於所述感測面131上所述感測區132的外側，當然優選避免遮蔽所述感測區132。所述透明層11具有面向所述裸晶片13的內表面Ilis、與所述內表面Ilis相對的外表面Ilff1、和側面llss。本發明實施方式中，所述透明層11和/或所述裸晶片13的感測面131的至少一部分表面上形成有濾光層和阻光層；其中所述阻光層可為反光層或吸收層(詳述於後)。本實施方式中，反光層可塗布於位置101、111、131及151中的至少一者上；特定波長濾光層可塗布於位置103、113及133中的至少一者上；亦即，濾光層可形成於內表面Ilis、外表面Ilffi及裸晶片13的感測面`131中的至少一者的至少一部分表面上，其中濾光層優選與裸晶片13的感測區132相對；反光層可形成於內表面Ilis、外表面11唚側面Ilss及裸晶片13的感測面131中的至少一者的至少一部分表面上。由於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塗布的範圍進入透明層11或裸晶片13。特定波長濾光層可與反光層可部分重疊，並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範圍，其優選與感測區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。特定波長的濾光層用於使特定波長的光線能夠通過，例如紅外光和藍光穿透濾光層(B+IR濾光層)可使藍光和紅外光通過；紅外光穿透濾光層(IR濾光層)可使紅外光通過。隨著晶片I的設計不同，可選用不同的濾光層；舉例而言，在使用藍色光源的光學滑鼠時，便可選用B+IR濾光層；而在使用不可見光的光學滑鼠時，便可選用IR濾光層。某些特定光波長濾光層為軟質，則不適合塗布在晶圓級圖像晶片封裝I的最外層，亦即不適合塗布在位置133，以避免濾光層被破壞或者刮傷。此時，濾光層優選形成於透明層11的內表面Ilis或直接塗布於裸晶片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，同時塗布在不同位置上，以促使其整體反射與吸收效果合於整體設計，例如可同時在位置103與113塗布濾光層。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濾光層便可以塗布於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；換句話說，位置101、111、131及151中的至少一者上可形成反光層或吸收層以作為阻光層。由於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及裸晶片13的感測面131上形成反光層或吸收層根據光感測元件的操作特性而決定。圖2示出本發明實施方式的光學結構的示意圖；其中，晶圓級圖像晶片封裝21(以下簡稱為晶片21)為已經完成晶圓級封裝的感測晶片，其可利用如圖1的方式形成；亦即，晶片21包含裸晶片13及透明層11，裸晶片13及透明層11經由中間層15互相結合；所述透明層11和/或所述裸晶片13的感測面131的至少一部分表面上形成有反光層及阻光層(參考圖1及相關說明)。圖2為光學結構應用於光學滑鼠的示意圖，因此還包含光源24，其可發射光線，該光線穿過裝配件23抵達反射面S，而後反射的光線再穿過裝配件23後抵達晶片21。詳細而言，本實施方式的光學結構包含基板22、晶圓級圖像晶片封裝21、裝配件23和光源24。所述晶片21附著(attach)在所述基板22的正面22S上並具有感測區132(如圖1所示)。所述光源24附著在所述基板22的所述正面22S上，並朝向遠離所述正面22S的方向發光。所述裝配件23固定於所述基板22上；其中，所述裝配件23優選圍繞所述晶片21和所述光源24以避免灰塵進入。所述裝配件23具有第一容納空間231，用於容納所述光源24、第二容納空間232，用於容納所述晶片21，以及阻隔區235，介於所述第一容納空間231及所述第二容納空間232之間。所述裝配件23具有與所述光源24相對的第一透光區233及與所述晶片21相對的第二透光區234，優選與所述晶片21相對的感測區132。所述第一透光區233使所述光源24所發出的光穿出光學結構至所述反射面S ;所述第二透光區234使光學結構外所述反射面S的反射光穿透至所述晶片21的所述感測區132。本實施方式的光學結構通常設置於殼體3內，例如滑鼠殼體,殼體3可置放於反射面S供使用者操控且殼體3具有底孔30。光源24發出的光經過第一透光區233及底孔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並穿過第二透光區234到達晶片21的感測區132。裝配件23的形狀可配合晶片21與光源24而設計，但並不以此為限，只要能夠達成避免灰塵進入的功能即可。本發明實施方式中，裝配件23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。由圖2可知，裝配件23在晶片21前方(即第二透光區234)及光源24前方(即第一透光區233)設置有導光結構。本實施方式中，光源24前方的導光結構主要使光源24所發射的光線能夠彎折而朝向反射面S，而在晶片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233及第二透光區234例如可為透鏡結構。可以了解的是，圖2中所示出的光行進方向僅為例示性。晶片21可通過焊球或凸塊方式連接基板22。本發明實施方式中，裝配件23內在光源24與晶片21之間所設置的阻隔區235可為鏤空區域、表面粗糙的鏤空區域或者填入其他填充物，以使光源24的光線不會側向洩漏到晶片21所在的區域；其中，所述填充物可為任何適當材料的不透光填充物。本實施方式同時公開裝配件23位於光源24前端的導光結構(即第一透光區233)與位於晶片21前端的導光結構(即第二透光區234)，不需位於同一平面，可視需求進行調整。當然，第一透光區233及第二透光區234亦可位於相同平面。參照圖3所示，其示出本發明另一實施方式的光學結構的示意圖；其與圖2所示實施方式的主要差異在於，裝配件23可無須貼合晶片21，由於晶片21已經塗布阻光層和濾波層(參考圖1及相關說明)。因此本實施方式中，裝配件23僅需維持與晶片21之間的相對位置。換句話說，本發明實施方式中，裝配件23可貼合或不貼合晶片21。前述實施方式中的基板22可為印刷電路板等硬質的基板，用於結合併固定裝配件23，同時基板22的正面22S上具有電路布局，以便與晶片21電性連結。另外，裝配件23能夠藉由其他結合方式與基板22結合，例如但不限於，以螺絲鎖住裝配件23與基板22，以便維持各元件間穩定的相對位置。綜上所述，本發明的光學結構可將晶圓級圖像晶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，可通過阻光層阻擋或者吸收圖像感測元件周圍的光線，使圖像感測系統順利運作。雖然本發明已以前述實施方式公開，然其並非用於限定本發明，任何本發明所屬技術領域中的技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作各種變動與修改。因此本發明的保護範圍當視所附的權利要求書所界定的為準。
權利要求
1.一種晶圓級圖像晶片封裝，該晶圓級圖像晶片封裝包含: 裸晶片，具有感測面，所述感測面具有感測區； 中間層，設置於所述感測面上的所述感測區之外；以及 透明層，通過所述中間層結合在所述裸晶片上，其中所述透明層的至少一部分表面上形成有濾光層及阻光層。
2.根據權利要求1所述的晶圓級圖像晶片封裝，其中所述透明層具有面向所述裸晶片的內表面、與所述內表面相對的外表面、和側面，所述濾光層形成在所述內表面和所述外表面中的至少一者上，所述阻光層形成於所述內表面、所述外表面及所述側面中的至少一者上。
3.根據權利要求1所述的晶圓級圖像晶片封裝，其中所述裸晶片的所述感測區上還形成有濾光層和阻光層。
4.根據權利要求1到3中的任意一項權利要求所述的晶圓級圖像晶片封裝，其中所述濾光層為紅外光穿透濾光層或紅外光和藍光穿透濾光層。
5.根據權利要求1到3中的任意一項權利要求所述的晶圓級圖像晶片封裝，其中所述濾光層與所述感測區相對。
6.根據權利要求1所述的晶圓級圖像晶片封裝，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； 晶圓級圖像晶片封裝，附著在所述基板的所述正面上並具有感測區； 光源，附著在所述基板的所述正面上；以及 裝配件，固定於所述基板上，且包含用於容納所述光源的第一容納空間、用於容納所述晶圓級圖像晶片封裝的第二容納空間和介於所述第一容納空間與所述第二容納空間之間的阻隔區。
8.根據權利要求7所述的光學結構,其中所述光學結構應用於光學滑鼠。
9.根據權利要求7所述的光學結構，其中所述裝配件還包含與所述光源相對的第一透光區及與所述晶圓級圖像晶片封裝的所述感測區相對的第二透光區。
10.根據權利要求9所述的光學結構，其中所述第一透光區和所述第二透光區為透鏡結構。
11.根據權利要求7所述的光學結構，其中所述晶圓級圖像晶片封裝包含裸晶片和透明層，所述裸晶片和所述透明層經由中間層相結合，所述晶圓級圖像晶片封裝的所述感測區位於所述裸晶片的感測面上，所述透明層的至少一部分表面上形成有濾光層及阻光層。
12.根據權利要求11所述的光學結構，其中所述透明層具有面向所述裸晶片的內表面、與所述內表面相對的外表面、和側面，所述濾光層形成於所述內表面和所述外表面中的至少一者上，所述阻光層形成於所 述內表面、所述外表面和所述側面中的至少一者上。
13.根據權利要求11所述的光學結構，其中所述裸晶片的所述感測面上還形成有濾光層及阻光層。
14.根據權利要求11到13中的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和藍光穿透濾光層。
15.根據權利要求7所述的光學結構，其中所述阻隔區為鏤空區域或不透光填充物。
16.根據權利要求7所述的光學結構，其中所述裝配件貼合或不貼合所述晶圓級圖像晶片封裝。
17.一種光學滑鼠的光學結構，該光學結構包含: 基板； 晶圓級圖像晶片封裝，附著在所述基板上； 光源，附著在所述基板上；以及 裝配件，固定於所述基板並圍繞所述晶圓級圖像晶片封裝和所述光源。
18.根據權利要求17所述的光學結構，其中所述晶圓級圖像晶片封裝包含裸晶片和透明層，所述裸晶片和所述透明層經由中間層相結合，所述透明層和/或所述裸晶片的至少一部分表面上形成有濾光層和阻光層。
19.根據權利要求18所述的光學結構，其中所述透明層具有面向所述裸晶片的內表面、與所述內表面相對的外表面、和側面，所述濾光層形成於所述內表面、所述外表面和所述裸晶片中的至少一者上，所述阻光層形成於所述內表面、所述外表面、所述側面及所述裸晶片中的至少一者上。
20.根據權利要求17所述的光學結構，其中所述裝配件還包含與所述晶圓級圖像晶片封裝相對的透鏡結構和與所述光 源相對的透鏡結構。
全文摘要
本發明提供一種晶圓級圖像晶片封裝及光學結構，所述光學結構包含基板、晶片、光源及裝配件。所述晶片和所述光源附著在所述基板上。所述裝配件固定於所述基板上，且包含用於容納所述光源的第一容納空間、用於容納所述晶片的第二容納空間和介於所述第一容納空間與所述第二容納空間之間的阻隔區。
文檔編號H01L27/146GK103151361SQ201210302818
公開日2013年6月12日 申請日期2012年8月23日 優先權日2011年12月7日
發明者陳暉暄, 劉恬嘉, 遊家欣 申請人:原相科技股份有限公司