晶片封裝體的製作方法
2023-05-18 06:44:36 2
專利名稱：晶片封裝體的製作方法
技術領域：
本發明有關於晶片封裝體，且特別是有關於光學感測晶片或發光晶片的封裝體。
背景技術：
光感測元件或發光元件等光電元件在擷取影像或照明的應用中扮演著重要的角色，這些光電元件均已廣泛地應用於例如是數字相機(digital camera)、數字攝錄象機 (digital video recorder)、行動電話(mobile phone)、太陽能電池、屏幕、照明設備等的電子元件中。隨著科技的演進，對於光感測元件的感測精準度或發光元件的發光精準度的需求亦隨之提高。
發明內容
本發明提供一種晶片封裝體，包括一基底，具有一第一表面及一第二表面；一光學元件，設置於該第一表面上廣導電層，位於該第二表面上，且電性連接該光學元件；一保護層，設置於該第二表面及該導電層之上，該保護層具有一開口，露出該導電層；一導電凸塊，設置於該第二表面上，該導電凸塊具有一底部部分及一上部部分，該底部部分填充於該開口中而與露出的該導電層電性接觸，該上部部分位於該開口之外，並朝遠離該開口的方向延伸；一凹陷，自該導電凸塊的一表面朝向該導電凸塊的內部延伸；以及一遮光層，設置於該第二表面上，且延伸至該導電凸塊的該上部部分之下，並部分位於該凹陷之中而與部分的該導電凸塊重疊。本發明所述的晶片封裝體，部分該遮光層位於該導電凸塊與該保護層之間。本發明所述的晶片封裝體，部分該遮光層位於該導電凸塊與該導電層之間。本發明所述的晶片封裝體，部分該保護層介於該導電凸塊與該遮光層之間。本發明所述的晶片封裝體，該遮光層不與該導電凸塊直接接觸。本發明所述的晶片封裝體，還包括一凸塊下金屬層，該凸塊下金屬層位於該導電凸塊與該導電層之間，且位於該導電凸塊與該遮光層之間。本發明所述的晶片封裝體，部分該遮光層直接接觸該凸塊下金屬層。本發明所述的晶片封裝體，該遮光層不直接接觸該凸塊下金屬層。本發明所述的晶片封裝體，該遮光層包括一負型光致抗蝕劑。本發明所述的晶片封裝體，該遮光層至少包括一金屬材料層與一絕緣層，該絕緣層至少介於該金屬材料層與該凸塊下金屬層之間，或至少介於該金屬材料層與該導電層之間。本發明所述的晶片封裝體，還包括一孔洞，該孔洞自該第二表面朝該第一表面延伸，且該導電層延伸於該孔洞的一側壁。本發明所述的晶片封裝體，該遮光層不位於該孔洞之中。本發明所述的晶片封裝體，該保護層延伸至該導電凸塊的該上部部分之下而與部分的該導電凸塊重疊。本發明所述的晶片封裝體，該導電凸塊與該保護層重疊的部分大於該導電凸塊與該遮光層重疊的部分。本發明所述的晶片封裝體，該導電凸塊與該保護層重疊的部分小於該導電凸塊與該遮光層重疊的部分。本發明所述的晶片封裝體，該凹陷的一側壁具有一平坦表面，該平坦表面平行於該基底的該第二表面。本發明所述的晶片封裝體，該遮光層不直接接觸該導電層。本發明所述的晶片封裝體，該遮光層直接接觸該導電層。本發明所述的晶片封裝體，該遮光層具有一側邊緣，該側邊緣位於該孔洞與該光學元件之間。本發明所述的晶片封裝體，該遮光層的該側邊緣位於導電墊結構於該第二表面上的一正投影區域之中。本發明所述的晶片封裝體可使光學元件更為精確地運作而不受光線或噪聲的影響。
圖IA至圖IC顯示根據本發明一實施例的晶片封裝體的製程剖面圖。圖2A至圖2C顯示根據本發明一實施例的晶片封裝體的製程剖面圖。圖3A至圖;3B顯示根據本發明一實施例的晶片封裝體的製程剖面圖。圖4A至圖4C顯示根據本發明多個實施例的晶片封裝體的剖面圖。圖5顯示根據本發明一實施例的晶片封裝體的導電墊結構示意剖面。圖6A至圖6B分別顯示根據本發明實施例的晶片封裝體的剖面圖。圖7A至圖7B顯示根據本發明實施例的晶片封裝體的俯視示意圖。
具體實施例方式以下將詳細說明本發明實施例的製作與使用方式。然應注意的是，本發明提供許多可供應用的發明概念，其可以多種特定型式實施。文中所舉例討論的特定實施例僅為製造與使用本發明的特定方式，非用以限制本發明的範圍。此外，在不同實施例中可能使用重複的標號或標示。這些重複僅為了簡單清楚地敘述本發明，不代表所討論的不同實施例及 /或結構之間具有任何關連性。再者，當述及一第一材料層位於一第二材料層上或之上時， 包括第一材料層與第二材料層直接接觸或間隔有一或更多其他材料層的情形。本發明一實施例的晶片封裝體可用以封裝光感測元件或發光元件。然其應用不限於此，例如在本發明的晶片封裝體的實施例中，其可應用於各種包含有源元件或無源元件(active or passive elements)、數字電路或模擬電路(digital or analog circuits) 等集成電路的電子元件(electronic components)，例如是有關於光電元件(opto electronic devices) ^ ^ ^ (Micro Electro Mechanical System ；MEMS) ,WfiW 系統(micro fluidic systems)、或利用熱、光線及壓力等物理量變化來測量的物理感測器 (Physical Sensor)。特別是可選擇使用晶圓級封裝(wafer scale package ；WSP)製程對
5影像感測元件、發光二極體(light-emitting diodes ;LEDs)、太陽能電池(solar cells)、 射頻元件(RF circuits)、加速計(accelerators)、陀螺儀(gyroscopes)、微制動器(micro actuators)、表面聲波兀件(surface acoustic wave devices)、壓力感測器(process sensors)、噴墨頭(ink printer heads)或功率模組(power modules)等半導體晶片進行封裝。其中上述晶圓級封裝製程主要指在晶圓階段完成封裝步驟後，再予以切割成獨立的封裝體，然而，在一特定實施例中，例如將已分離的半導體晶片重新分布在一承載晶圓上，再進行封裝製程，亦可稱之為晶圓級封裝製程。另外，上述晶圓級封裝製程亦適用於通過堆疊(stack)方式安排具有集成電路的多片晶圓，以形成多層集成電路(multi-layer integrated circuit devices)的晶片封裝體。圖IA至圖IC顯示根據本發明一實施例的晶片封裝體的製程剖面圖。如圖IA所示，提供基底100，其例如為半導體基底或陶瓷基底。在一實施例中，基底100為半導體晶圓(如矽晶圓)而可進行晶圓級封裝以節省製程時間與成本。基底100具有表面100a與 IOOb0表面100a與100b例如彼此相對。如圖IA所示，在一實施例中，表面100b上設置有光學元件101。光學元件101可包括(但不限於)光學感測元件或發光元件。光學感測元件例如是CMOS影像感測元件，而發光元件例如是發光二極體元件。光學元件101例如可與形成於表面100b上的導電墊結構104電性連接，並可通過導電墊結構104而與其他導電通路連結。雖然，圖IA中僅顯示出單層的導電墊結構104。然而，多個導電墊可能彼此堆疊及/或排列於基底100之上。例如，在一實施例中，導電墊結構104為多個彼此堆疊的導電墊、或至少一導電墊、或至少一導電墊與至少一層內連線結構所組成的導電墊結構。例如， 請參照圖5，其顯示一實施例的晶片封裝體的導電墊結構104。導電墊結構104具有多個導電墊，且這些導電墊例如可形成於基底100上的介電層105之中，並通過形成於介電層105 之中的內連線而彼此電性接。在以下的實施例中，為方便說明，不於圖式中顯示介電層105 及多個導電墊，圖式中僅顯示單層導電墊結構104以簡化圖式。如圖IA所示，基底100的另一表面100a上設置有導電層102。導電層102與光學元件101電性連接。例如，導電層102可通過導電墊結構104而電性連接至光學元件101， 其中導電層102與導電墊結構104之間的導電通路例如可以是穿基底導電結構或延伸於基底100的外側的線路重布層。在圖IA的實施例中，以穿基底導電結構為例。基底100中包括孔洞132，其自基底100的表面100a朝表面100b延伸。在一實施例中，孔洞132露出部分的導電墊結構104。此外，導電層102延伸於孔洞132的側壁與基底100的表面100a之上，並電性連接導電墊結構104。導電層102的材質例如為(但不限於)金屬材料，如銅、 鋁、金或前述的組合等。應注意的是，當基底100的材質具有導電性時，(例如是矽)，需於導電層102與基底100之間形成絕緣層以避免發生短路。例如，在圖IA的實施例中，可選擇性於基底100與導電層102之間形成絕緣層130。相似地，亦可視情況於其他導電性結構與基底100之間形成絕緣層。如圖IA所示，在表面100a及導電層102上設置有保護層106。保護層106例如包括(但不限於)防焊材料、聚醯亞胺樹脂(polyimide)或綠漆等。保護層106中定義有至少一開口 108，其露出部分的導電層102。
接著，如圖IB所示，於基底100的表面IOOa上形成遮光層110。在此實施例中，遮光層110形成於保護層106之上。遮光層110的材質例如可為高分子材料，或金屬材料層與絕緣層的組合，該絕緣層至少介於該金屬材料層與凸塊下金屬層11 (詳述於後)之間， 或至少介於該金屬材料層與導電層102之間。在一實施例中，遮光層110為一光致抗蝕劑層而可便於將之圖案化。例如，遮光層110可為一黑色的光致抗蝕劑層。在一實施例中，遮光層110為一負型光致抗蝕劑層。在一實施例中，可例如以塗布的方式將遮光層110形成於基底100之上，並接著將之圖案化，例如圖案化為如圖IB所示的結構。遮光層110可有助於阻擋來自晶片封裝體外部的光線，尤其是來自基底100的表面IOOa後的光線，因而可有利於光學元件101的運作。例如，當光學元件101為影像感測元件時，遮光層110可擋住來自基底100的表面IOOa的光線而避免造成影像噪聲。或者，當光學元件101為發光元件時，遮光層Iio可擋住來自基底100的表面IOOa的光線而避免晶片封裝體所發出的光線的波長及/或強度受到外界光線的影響。接著，如圖IC所示，於基底100的表面IOOa上設置導電凸塊112。在一實施例中， 可選擇性於形成導電凸塊112之前，於導電層102之上形成凸塊下金屬層112a。凸塊下金屬層11 可沿著保護層106的開口 108的側壁延伸，並進一步延伸至保護層106上的遮光層110之上。接著，可於保護層106的開口 108上設置導電凸塊112。如圖IC所示，導電凸塊112包括底部部分113a及上部部分11北。底部部分113a 填充於保護層106的開口 108中而與露出的導電層102電性接觸。導電凸塊112的上部部分11 位於保護層106的開口 108之外，並且朝著遠離開口 108的方向延伸。例如，導電凸塊112的上部部分11 由開口 108的邊緣大抵水平地朝外延伸，因而至少部分位於遮光層110上而與凸塊下金屬層11 及下方的遮光層110重疊。換言之，在一實施例中，晶片封裝體包括一凹陷114，其自導電凸塊112的一表面朝嚮導電凸塊112的內部延伸。設置於表面IOOa上的遮光層110延伸至導電凸塊112的上部部分11 之下而部分位於凹陷114中。由於遮光層110延伸進入導電凸塊112的凹陷 114中，將能更為有效地阻擋來自表面IOOa上的外界光線，避免光線或噪聲傳至表面IOOb 處的光學元件101。此外，在一實施例中，凹陷114具有一側壁114a，其具有大抵順應性平坦的表面，且大抵平行於基底100的表面100a。在圖IC的實施例中，保護層106延伸至導電凸塊112的上部部分11 之下而與部分的導電凸塊112重疊。在一實施例中，導電凸塊112與保護層106重疊的部分大於與遮光層110重疊的部分。在圖IC的實施例中，遮光層110與導電凸塊112之間可隔有其他材料層，例如是凸塊下金屬層112a。在此情形下，遮光層110直接接觸凸塊下金屬層112a。此外，在一實施例中，遮光層110不直接接觸導電層102，其間例如隔有保護層106。圖2A至圖2C顯示根據本發明另一實施例的晶片封裝體的製程剖面圖，其中相同或相似的標號用以標示相同或相似的元件。再者，部分的元件及其材質與形成方法大抵相似於圖IA至圖IC的實施例，因而不再重複說明。如圖2A所示，在一實施例中，在形成保護層之前，先於基底100的表面IOOa上形成遮光層110。遮光層110例如可延伸導電層102之上。在一實施例中，遮光層與導電層直接接觸。然而，應注意的是，本發明實施例的實施方式不限於此。在其他實施例中，遮光層110可僅形成於表面IOOa之上，但不延伸至導電層102之上而不與之直接接觸。或者， 遮光層110雖延伸至導電層102之上，但兩者之間可形成有其他材料層而彼此不直接接觸。 在一實施例中，遮光層110經圖案化而具有至少一開口，其使導電層102至少部分露出。接著，如圖2B所示，於基底100的表面IOOa上形成保護層106。保護層106經圖案化而僅覆蓋部分的遮光層110與部分的導電層102。在圖2B的實施例中，保護層106覆蓋部分的遮光層110，且保護層106的開口 108使另一部分的遮光層110露出。接著，如圖2C所示，於保護層106的開口 108所露出的導電層102上形成導電凸塊112，並可選擇性於導電凸塊112與導電層102之間形成凸塊下金屬層112a。導電凸塊 112包括填充於保護層106的開口 108中的底部部分113a及開口 108外的上部部分113b。 此外，導電凸塊112亦具有一凹陷114，其自導電凸塊112的一表面朝嚮導電凸塊112的內部延伸。遮光層110延伸至上部部分11 之下，並部分位於凹陷114之中，因而可有效阻擋光線或噪聲傳至光學元件101而影響其運作。在圖2C實施例中，保護層106延伸至導電凸塊112的上部部分11 之下而與部分的導電凸塊112重疊。在一實施例中，導電凸塊112與保護層106重疊的部分小於與遮光層110重疊的部分。圖3A至圖;3B顯示根據本發明又一實施例的晶片封裝體的製程剖面圖，其中相同或相似的標號用以標示相同或相似的元件。再者，部分的元件及其材質與形成方法大抵相似於圖IA至圖IC的實施例，因而不再重複說明。如圖3A所示，在一實施例中，在形成保護層之前，先於基底100的表面IOOa上形成遮光層110。遮光層110例如可延伸導電層102之上。遮光層110經圖案化而具有至少一開口而使導電層102至少部分露出。接著，於基底100的表面IOOa上形成保護層106。保護層106經圖案化而具有露出部分的導電層102的開口 108。在圖3A的實施例中，保護層106將導電層102上的遮光層110大抵完全覆蓋。接著，如圖:3B所示，於保護層106的開口所露出的導電層102上形成導電凸塊 112，並可選擇性於導電凸塊112與導電層102之間形成凸塊下金屬層112a。導電凸塊112 包括填充於保護層106的開口 108中的底部部分113a及開口 108外的上部部分11北。此外，導電凸塊112亦具有一凹陷114，其自導電凸塊112的一表面朝嚮導電凸塊112的內部延伸。遮光層110延伸至上部部分11 之下，並部分位於凹陷114之中，因而可有效阻擋光線或噪聲傳至光學元件101而影響其運作。在圖;3B實施例中，保護層106延伸至導電凸塊112的上部部分11 之下而與部分的導電凸塊112重疊。在一實施例中，導電凸塊112與保護層106重疊的部分大於與遮光層110重疊的部分。此外，由於保護層106完全覆蓋導電層102上的遮光層110而位於導電凸塊112與遮光層110之間。遮光層110不與導電凸塊112直接接觸。在形成有凸塊下金屬層11 的情形下，遮光層110亦不與凸塊下金屬層11 直接接觸。圖4A至圖4C顯示根據本發明多個實施例的晶片封裝體的剖面圖，其中相同或相似的標號用以標示相同或相似的元件。再者，部分的元件及其材質與形成方法大抵相似於圖IA至圖;3B的實施例，因而不再重複說明。在圖4A至圖4C的晶片封裝體中，穿基底導電結構可有其他變化。在圖4A至圖4C的實施例中，孔洞132具有「倒角結構」。即，孔洞132的上開口 (接近表面IOOa的開口) 的口徑小於下開口(接近表面IOOb的開口)。在一些實施例中，形成具「倒角結構」的孔洞 132將有利於後續各製程的進行。如圖4A至圖4C的實施例所示，遮光層110皆不位於孔洞 132中。如此，可增進晶片封裝體的可靠度。圖6A至圖6B分別顯示根據本發明實施例的晶片封裝體的剖面圖，其中相似或相同的標號用以標示相似或相同的元件。圖7A至圖7B顯示根據本發明實施例的晶片封裝體的俯視示意圖。圖6A顯示根據本發明一實施例的晶片封裝體，其相似於顯示於圖2C的結構。然而，主要差別在於圖6A實施例的遮光層110具有介於孔洞132與光學元件101之間的側邊緣(side edge) IlOa0在此實施例中，遮光層110的側邊緣IlOa位於區域R之中，其為導電墊結構104於表面IOOa上的正投影區域。在此情形中，如圖7A所示，遮光層110與部分的導電墊結構104重疊。遮光層110的側邊緣IlOa位於光學元件101與孔洞132之間，且進一步位於區域R之中。相似地，圖6B顯示根據本發明一實施例的晶片封裝體，其相似於顯示於圖4C的結構。主要差別在於圖6B實施例的遮光層110具有介於孔洞132與光學元件101之間的側邊緣(side edge) IlOa0在此實施例中，遮光層110的側邊緣IlOa位於區域R之中，其為導電墊結構104於表面IOOa上的正投影區域。在此情形中，如圖7A所示，遮光層110與部分的導電墊結構104重疊。遮光層110的側邊緣IlOa位於光學元件101與孔洞132之間，且進一步位於區域R之中。然應注意的是，本發明實施例不限於此。在其他實施例中，遮光層110的側邊緣 IlOa可不位於表面IOOa上的導電墊結構104的正投影區域之中。請參照圖7B，在此實施例中，遮光層110的側邊緣IlOa位於光學元件101與孔洞132之間，且不與其上的導電墊
結構104重疊。如上所述，在本發明實施例的晶片封裝體中，遮光層設置於基底的一表面上，並進一步延伸於導電凸塊的凹陷中而與導電凸塊之間具有較大的重疊部分。因此，晶片封裝體的光學元件可更為精確地運作而不受光線或噪聲的影響。以上所述僅為本發明較佳實施例，然其並非用以限定本發明的範圍，任何熟悉本項技術的人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，可在此基礎上做進一步的改進和變化，因此本發明的保護範圍當以本申請的權利要求書所界定的範圍為準。附圖中符號的簡單說明如下100 基底；100a、100b 表面；101 光學元件；102 導電層；104 導電墊結構； 105 介電層；106 保護層；108 開；110 遮光層；IlOa 側邊緣；112 導電凸塊；112a 凸塊下金屬層；113aU13b 部分；114 凹陷；114a 側壁；130 絕緣層；132,402 孔洞；R 區域。
權利要求
1.一種晶片封裝體，其特徵在於，包括 一基底，具有一第一表面及一第二表面； 一光學元件，設置於該第一表面上；一導電層，位於該第二表面上，且電性連接該光學元件；一保護層，設置於該第二表面及該導電層之上，該保護層具有一開口，露出該導電層； 一導電凸塊，設置於該第二表面上，該導電凸塊具有一底部部分及一上部部分，該底部部分填充於該開口中而與露出的該導電層電性接觸，該上部部分位於該開口之外，並朝遠離該開口的方向延伸；一凹陷，自該導電凸塊的一表面朝向該導電凸塊的內部延伸；以及一遮光層，設置於該第二表面上，且延伸至該導電凸塊的該上部部分之下，並部分位於該凹陷之中而與部分的該導電凸塊重疊。
2.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，部分該遮光層位於該導電凸塊與該保護層之間。
3.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，部分該遮光層位於該導電凸塊與該導電層之間。
4.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，部分該保護層介於該導電凸塊與該遮光層之間。
5.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，該遮光層不與該導電凸塊直接接觸。
6.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，還包括一凸塊下金屬層，該凸塊下金屬層位於該導電凸塊與該導電層之間，且位於該導電凸塊與該遮光層之間。
7.根據權利要求6所述的晶片封裝體，其特徵在於，部分該遮光層直接接觸該凸塊下
8.根據權利要求6所述的晶片封裝體，其特徵在於，該遮光層不直接接觸該凸塊下金屬層。
9.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，該遮光層包括一負型光致抗蝕劑。
10.根據權利要求6所述的晶片封裝體，其特徵在於，該遮光層至少包括一金屬材料層與一絕緣層，該絕緣層至少介於該金屬材料層與該凸塊下金屬層之間，或至少介於該金屬材料層與該導電層之間。
11.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，還包括一孔洞，該孔洞自該第二表面朝該第一表面延伸，且該導電層延伸於該孔洞的一側壁。
12.根據權利要求11所述的晶片封裝體，其特徵在於，該遮光層不位於該孔洞之中。
13.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，該保護層延伸至該導電凸塊的該上部部分之下而與部分的該導電凸塊重疊。
14.根據權利要求13所述的晶片封裝體，其特徵在於，該導電凸塊與該保護層重疊的部分大於該導電凸塊與該遮光層重疊的部分。
15.根據權利要求13所述的晶片封裝體，其特徵在於，該導電凸塊與該保護層重疊的部分小於該導電凸塊與該遮光層重疊的部分。
16.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，該凹陷的一側壁具有一平坦表面，該平坦表面平行於該基底的該第二表面。
17.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，該遮光層不直接接觸該導電層。
18.根據權利要求1所述的晶片封裝體，其特徵在於，該遮光層直接接觸該導電層。
19.根據權利要求11所述的晶片封裝體，其特徵在於，該遮光層具有一側邊緣，該側邊緣位於該孔洞與該光學元件之間。
20.根據權利要求19所述的晶片封裝體，其特徵在於，該遮光層的該側邊緣位於導電墊結構於該第二表面上的一正投影區域之中。
全文摘要
一種晶片封裝體，包括基底，具有第一表面及第二表面；光學元件，設置於該第一表面上；導電層，位於該第二表面上，且電性連接該光學元件；保護層，設置於該第二表面及該導電層之上，該保護層具有開口，露出該導電層；導電凸塊，設置於該第二表面上，該導電凸塊具有底部部分及上部部分，該底部部分填充於該開口中而與露出的該導電層電性接觸，該上部部分位於該開口之外，並朝遠離該開口的方向延伸；凹陷，自該導電凸塊的表面朝向該導電凸塊的內部延伸；以及遮光層，設置於該第二表面上，且延伸至該導電凸塊的該上部部分之下，並部分位於該凹陷之中而與部分的該導電凸塊重疊。本發明可使光學元件更為精確地運作而不受光線或噪聲的影響。
文檔編號H01L31/0203GK102201458SQ20111007620
公開日2011年9月28日 申請日期2011年3月23日 優先權日2010年3月23日
發明者樓百堯, 許傳進, 邱新智, 鄭家明 申請人:精材科技股份有限公司