专利名称：影像感测器晶粒封装结构及封装方法
技术领域：
本发明涉及一种晶粒封装结构及封装方法，尤其是涉及一种影像感测器晶粒封装结构及封装方法。
影像感测器因可以在空间中检测光源并将之转换为电子讯号，已经被广泛应用在各种光电产品中，而成为其关键零组件之一。影像感测器形成于晶片上经切割后成为影像感测器晶粒，而如何满足轻薄短小的要求、有效地简化制造流程及降低成本以封装影像感测器晶粒，已成为非常重要的课题。
习知影像感测器晶粒封结构及方法之一如
图1a至图1d所示。
这种结构的制程必须先备妥涂有密封玻璃10的陶瓷基座11(ceramic base)，将金属导电架12(lead frame)放在陶瓷基座11与陶瓷框架13(Window frame)中间，两端使用夹子夹紧再送入炉子烘烤，以高温使密封玻璃10融解，在恢复室温时三部份即合在一起，其整个就是所谓的陶瓷封装基座，如图1a所示。
之后，使用银胶14(silver epoxy)将影像感测器晶粒15粘着在如图1a所示的陶瓷封装基座上，接着使用焊线机(wire bonder)由影像感测器晶粒焊垫连接一引线16到金属导电架12焊垫上，如图1b所示。
接着，将具有密封树脂17(sealing epoxy)的光输入玻璃18盖在该陶瓷封装基座上，两端使用夹具夹紧后放入无尘烤箱烘烤，使该光输入玻璃18与陶瓷封装基座紧密结合，完成一立体型陶瓷集成电路(C-DIP)，如图1c所示。
在应用上，必须将该立体型陶瓷集成电路(C-DIP)再组装在穿孔式FR4基板19上，如图1d所示。这种组装方式会在陶瓷基座11与FR4基板19间产生空隙，使高度增加。
再者，习知影像感测器晶粒穿孔式的封装因具有固定陶瓷宽度及脚位间距，所以使用面积受到限制，且因穿孔式封装基板19反面为焊锡位置，因此表面粘着技术(surface mount technology,SMT)元件所能利用的有效面积也为减少。
总而言之，该习知封装在影像感测元件的系统应用上，会有成本高，体积大，制造复杂的缺点。
习知影像感测器晶粒封装结构及方法之二如图2a至图2c所示，其是以一种晶片位于基板上(chip on board简称COB)的基本封装。
采用COB封装方式时，须先在FR4基板20上印制需要的电路21，再将影像感测器晶粒22以粘着剂23粘着在基板20上。
使用焊线机自晶粒22焊垫连接一引线24到基板20上，如图2b所示。再使用树脂25将引线24及晶粒22密封，如图2c所示。该种封装的缺点在于树脂直接接触晶粒，在高温时会产生应力且散热不良；另一缺点是树脂无法控制其平坦性，且透光均匀性差，较不适合做为影像感测器晶粒的透光与绝缘材料。
上述COB封装的另一种密封方法如图3所示，在基板30上粘着影像感测器晶粒31，接着使用陶瓷，玻璃及密封树脂等将光输入玻璃32密封而保护该影像感测晶粒31。
当该基板30为FR4基板时，因为陶瓷与FR4基板材料热膨胀系数差异太大，当热膨胀或冷收缩时，材料介面会有剪应力(shearstress)产生，使封装模组自陶瓷框架与基板间裂开，故无法通过高温高压蒸煮及温度循环等可靠性测试。因此，该种密封方法虽然成本低且体积缩小，但缺点是散热不良，透光均匀度不佳，且可靠性不良。
当该基板30为混合集成电路基板时，则成为一种影像感测器晶粒混合集成电路封装，其缺点是封装模组的制程自动化不容易，且无法及时测试。
本发明的目的在于提供一种影像感测器晶粒封装结构及方法，其不仅制程简单、成本低，而且还具有较高的制程自动化程度以及封装集成密度。
为实现上述目的，本发明的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于包含一玻璃基板，该玻璃基板上形成有多个导电线路并具有两端面；一影像感测器晶粒，具有一接收光面以及一底表面，该晶粒通过多个位于该接收光面上的金属突块与该导电线路相连接，该接收光面面对于该玻璃基板，以接受透过该玻璃基板而来的光线；以及一位于该晶粒底表面以及该玻璃基板上的保护层。
所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一导线架。
所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一外勾导线架。
所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一内勾导线架。
所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一电路板，该电路板具有一用以容纳该晶粒的孔洞，该玻璃基板上的导电线路叠接在该电路板表面上。
所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一导线架及一电路板，该导线架以连接该导电线路以及该电路板。
本发明的一种影像感测器晶粒封装方法，其特征在于包含下列步骤(1)提供一玻璃基板；(2)于该玻璃基板上形成多个导电线路；(3)提供一具有一接收光面以及一底表面的影像感测器晶粒；(4)于该接收光面上形成多个金属突块；(5)通过连接该金属突块以及该导电线路以将该晶粒贴合到该玻璃基板上；(6)于该晶粒底表面以及该玻璃基板上，涂布一保护该晶粒的保护层。
所述的影像感测器晶粒封装方法，其特征在于于该步骤(5)中将该晶粒贴合到该玻璃基板上是利用晶粒反转贴合技术。
所述的影像感测器晶粒封装方法，其特征在于于该步骤(5)之后，还包含一于该玻璃基板上连接一导线架的步骤。
所述的影像感测器晶粒封装方法，其特征在于于玻璃基板上连接一电线架的步骤后，还包含一将该导线架连接上一电路板的步骤。
所述的影像感测器晶粒封装方法，其特征在于于该步骤(5)之后，还包含一利用表面粘着技术将该玻璃基板接合上一电路板的步骤。
采用了上述结构后，本发明具有下列优点和效果第一，制程更为简单化。因该制程使用晶粒反转技术，不需要使用传统焊线机一根线、一根线的打，而能一次性完成贴合内接引线，且完成每一个制程所需的时间较短，不需使用陶瓷框架，或外接引脚。
第二，体积更密集化。使用晶粒反转技术，因不需焊线而没有线弧(wire loop)的高度，也不需在实际生产上为避免塌线而必须预留上盖与焊线之间的距离，同时也不必为焊线而在两点之间保留适当的距离，所以使本发明中横向(玻璃)宽度可节省约1/3。
第三，生产成本降低。就生产而言可分为材料成本及人工成本。就本发明的材料成本的降低而言，因不需使用陶瓷框架或陶瓷基座，玻璃面积减少约1/3，还可不需要使用外接引脚。就人工成本的降低而言，因制程简化，完成每一个所需的时间较短，同时制程自动化的可行性更高，从而可大大降低人工成本。
第四，自动化程度高。因传统封装制程分为(1)晶粒粘着，先将基板涂胶，再将晶粒放定位，放入烤箱烘烤；(2)焊线，先将完成晶粒粘着的基座放在焊线机垫块(chock)定位，开始焊线之前必需先对准(alignment)三点，完成整个焊线后再卸下来；以及(3)封盖，先将玻璃上盖放到已焊线完成的陶瓷基座上，再使用夹具固定基座两端，放入烤箱烘烤。
相比较而言，本发明封装制程不需晶粒粘着，而且焊线不须一根一根打，可一次完成内接引线，也不须封封盖，只须涂胶覆盖，这个步骤可在晶粒反转贴合完成时马上涂布，则上述三个步骤即可一次完成，所以实现自动化较为容易。
第五，可及时测试。因晶粒反转贴合是同时内接引线，在接合的同时可使用控针在外接引线的另一端焊垫控测以测取基本的电性。如果电性不良则及时报废，以避免到完成再报废造成更大损失。这是习知技术无法达到的。
下面，结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细的描述。
图1a至1d是习知影像感测器晶粒封装结构于制造流程各步骤中的剖面图。
图2a至2c是另一习知影像感测器晶粒封装结构于制造流程各步骤中的剖面图。
图3是为另一习知影像感测器晶粒封装结构的剖面图。
图4a至图4e显示本发明的一个实施例的制造流程各步骤中的影像感测器晶粒封装结构，其中图4a是导线镀在玻璃基板上的俯视图；图4b是将金属突块设在影像感测器晶粒上的侧视图；图4c是利用晶粒反转贴合技术将晶粒贴合在玻璃基板上的俯视图；图4d是图4c的侧视图；图4e是涂布树脂在晶粒背面的剖面图。
图5是本发明的另一实施例的影像感测器晶粒封装结构的剖面图。
图6是本发明的又一实施例的影像感测器晶粒封装结构的剖面图。
图7是本发明所揭示的影像感测器晶粒封装结构可以及早进行测试的示意图。
图8是本发明的再一实施例的影像感测器晶粒封装结构的剖面图。
图9是本发明的另一实施例的影像感测器晶粒封装结构的剖面图。
参阅图4a至图4e，为本发明的一种影像感测器晶粒封装结构及方法。
首先，备妥一平面玻璃基板41，利用金属溅镀(melt deposition)方法，将所需导电线路42镀在该玻璃基板41上，如图4a所示。
另一方面，于一影像感测器晶粒44上，形成多个金属突块43，该影像感测器晶粒44具有一用以接收光源的接收光面以及一底表面，该等金属突块43形成于该接收光面上的晶粒焊垫区，这金属突块43较佳者为焊锡凸块，如图4b所示。
接着，通过连接该等金属突块43以及该等导电线路42以将该晶粒44粘合到该玻璃基板41上。于一实施例中，其是利用晶粒反转贴合技术，使用超音波振荡及压力使金属突块43与玻璃基板41上的导电线路42金属熔合，使影像感测器晶粒44贴合到玻璃基板41上，如图4c及4d所示。
最后，于该晶粒44底表面以及该玻璃基板41上，涂布一保护层45，用以保护该晶粒44，如图4e所示。该保护层45较佳者为黑色密封树脂，可防止磨损、水气或电气破坏。
本发明所揭示的影像感测器晶粒封装结构中的玻璃基板41，不同于习知晶粒位于玻璃上(chip-on-glass,COG)的封装，习知COG封装的玻璃基板只用于驱动晶粒，而本发明所揭示的封装结构中的玻璃基板41还作为该封装结构的视窗，使该晶粒44通过多个位于该接收光面上的金属突块43与该等导电线路42相连接，且该接收光面面对于该玻璃基板41，以接受透过该玻璃基板41而来的光线。
于另一实施例中，本发明中还于该玻璃基板41上连接一导线架。如图5所示，该导线架是一外勾导线架46，具有一外勾引脚；另一方面，如图6所示，该导线架也可是一内勾导线架46，具有一内勾引脚。
本发明所揭示的封装结构及方法，因晶粒反转贴合是同时内接引线，如图7所示，在接合玻璃基板41与晶粒44的同时，可使用探针48在外接导线路42的另一端焊垫上探测以测取基本的电性，如果晶粒的电性不良则能及时报废，以避免到完成时再报废会造成更大损失。
本发明的封装还可利用表面粘着技术将该玻璃基板41接合上一电路板49，该电路板49具有一用以容纳该晶粒44的孔洞，且该玻璃基板41的两端面是贴合在该电路板49表面上，如图8所示，这种封装结构，可使模组最薄。其模组高度(1/4H)相比较于如图1d所示的习知封装结构高度(4H)，只有习知的十六分之一；另一方面，相比较于如图3所示的习知封装结构高度(2H)，只有习知的八分之一。而其模组宽度(L)相比较于如图1d及3所示的习知封装结构宽度(3L)，只有习知的三分之一，所以可以大幅度降低封装空间，增加集成密度。
在连接一导线架46于玻璃基板44上的封装当中，如图9所示，如果电路板50要增加使用面积，还可以将该导线架46连接上电路板50，并通过该导线架46连接该导电线路以及该电路板50。这种封装结构，其模线高度(H)相比较于如图1d所示的习知封装结构高度(4H)，只有习知的四分之一；另一方面，相比较于如图3所示的习知封装结构高度(2H)，只有习知的二分之一。而其模组宽度(L)相比较于如图1d及3所示的习知封装结构宽度(3L)，只有习知的三分之一，也可以大幅度降低封装空间，增加集成密度。
本发明直接将影像感测器晶粒使用晶粒反转贴合技术，组装在印有导线的玻璃基板上，再使用黑色树脂在晶粒背面涂布以达保护晶粒的效果，同时使玻璃基板保持有良好透光度、平坦度，共同具有承载导线的功能。进一步而言，本发明结合了晶粒反转贴合技术、表面粘着技术及封装技术的各项优点，并应用在影像感测器元件的模组版上，以达到封装集成化、简化制程、降低成本、可预测试以及生产自动化的效果。
权利要求
1.一种影像感测器晶粒封装结构，其特征在于包含一玻璃基板，该玻璃基板上形成有多个导电线路并具有两端面；一影像感测器晶粒，具有一接收光面以及一底表面，该晶粒通过多个位于该接收光面上的金属突块与该导电线路相连接，该接收光面面对于该玻璃基板，以接受透过该玻璃基板而来的光线；以及一位于该晶粒底表面以及该玻璃基板上的保护层。
2.如权利要求1所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一导线架。
3.如权利要求1所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一外勾导线架。
4.如权利要求1所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一内勾导线架。
5.如权利要求1所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一电路板，该电路板具有一用以容纳该晶粒的孔洞，该玻璃基板上的导电线路叠接在该电路板表面上。
6.如权利要求1所述的影像感测器晶粒封装结构，其特征在于还包含一导线架及一电路板，该导线架以连接该导电线路以及该电路板。
7.一种影像感测器晶粒封装方法，其特征在于包含下列步骤(1)提供一玻璃基板；(2)于该玻璃基板上形成多个导电线路；(3)提供一具有一接收光面以及一底表面的影像感测器晶粒；(4)于该接收光面上形成多个金属突块；(5)通过连接该金属突块以及该导电线路以将该晶粒贴合到该玻璃基板上；(6)于该晶粒底表面以及该玻璃基板上，涂布一保护该晶粒的保护层。
8.如权利要求7所述的影像感测器晶粒封装方法，其特征在于于该步骤(5)中将该晶粒贴合到该玻璃基板上是利用晶粒反转贴合技术。
9.如权利要求7所述的影像感测器晶粒封装方法，其特征在于于该步骤(5)之后，还包含一于该玻璃基板上连接一导线架的步骤。
10.如权利要求9所述的影像感测器晶粒封装方法，其特征在于于玻璃基板上连接一电线架的步骤后，还包含一将该导线架连接上一电路板的步骤。
11.如权利要求7所述的影像感测器晶粒封装方法，其特征在于于该步骤(5)之后，还包含一利用表面粘着技术将该玻璃基板接合上一电路板的步骤。
全文摘要
一种影像感测器晶粒的封装结构及封装方法,包含:一玻璃基板,一影像感测器晶粒以及一位于该晶粒底表面以及该玻璃基板上的保护层。该玻璃基板上形成有多个导电线路并具有两端面;该影像感测器晶粒具有一接收光面以及一底表面,该晶粒通过多个位于该接收光面上的金属突块与该导电线路相连接,该接收光面面对于该玻璃基板,以接受透过该玻璃基板而来的光线。该结构及其制程均较简化,不仅自动化程度高,还可降低成本。
文档编号G02F1/13GK1309321SQ0010089
公开日2001年8月22日 申请日期2000年2月16日 优先权日2000年2月16日
发明者杨显捷 申请人:京元电子股份有限公司