专利名称：电子器件封装及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种电子器件封装及其制造方法，更具体而言，涉及一种使得可保护电子器件封装免受污染并可使电子器件牢固地耦合至基板的电子器件封装及其制造方法。
背景技术：
光传感器(photo sensor)是用以捕捉物体图像的半导体器件，其广泛用于各种领域中。例如，数码照相机(digital camera)、摄像机(camcorder)及移动电话便可包含光传感器。此种光传感器在其中心部中包括像素区域(pixel region)，并在其周边部中包括端子。像素区域用于感测图像，端子则用于传送或接收在像素处所拍摄的图像的电信号或其它信号、抑或用于供电。在像素区域中堆叠有光电二极管(Photo diode)、保护层 (passivation layer)、滤色片(color filter)及微透镜(microlens)。光传感器是例如使用芯片级封装(chip scale package,CSP)方法进行封装。在芯片级封装方法中，将光传感器芯片与透明基板(例如玻璃基板)相互粘合在一起并进行封装以便安装于照相机模块上，从而有效地使光传感器封装小型化。同时，灰尘或湿气可能会被引入光传感器封装中。在这种情况下，灰尘或湿气可能会附着至像素区域而导致所捕捉的图像出现瑕疵。另外，被引入至光传感器封装的湿气可使光传感器芯片的滤色片或微透镜劣化。因此，为防止在进行封装之后弓I入灰尘或湿气，会对光传感器封装的像素区域进行牢靠地密封。为此，使用密封环(sealing ring)。此种密封环环绕像素区域，并由例如环氧树脂的树脂形成。然而，由于灰尘或湿气可穿过树脂，因而由树脂形成的密封环可能无法对像素区域进行完全密封。当将光传感器芯片粘合至透明基板时，像素区域被保持处于高的压力。 此时，像素区域的高的压力可能会使由树脂形成的密封环爆裂(blown out)。为解决由树脂形成的密封环的缺陷(例如爆裂)，密封环可由例如SnAg的焊料 (solder material)形成，并可具有排气孔(air vent)，以用于在将焊料粘合至物体时排出空气。为形成排气孔，密封环可具有螺旋状结构，所述螺旋状结构的一端环绕另一端。然而，当密封环具有排气孔时，可能会沿排气孔而引入灰尘或湿气，因此难以完全阻挡灰尘及湿气。另外，在后续所要执行的高温工艺(例如次级底座工艺(sub-mount process))中， 密封环的内部压力可能会升高，并且因此，湿气或气体可能会穿过密封环的下侧进行扩散并可能会接触光传感器芯片的滤色片及微透镜。另外，密封环可由具有低熔点的SniVg形成为闭合环圈(closed loop)形式，但 SMg在例如次级底座工艺的高温工艺中会液化，从而因中空部的内部压力而导致爆裂。另外，可同时形成密封环与多个倒装芯片接合部(flip chip joint)。在这种情况下，密封环形成于微透镜上，而倒装芯片接合部设置于密封环以外的保护层上。因此，当密封环接触透明基板时，微透镜及滤色片的厚度会使倒装芯片接合部与透明基板间隔开。这样一来，由于倒装芯片接合部不完全接触透明基板，因而难以对光传感器芯片供电，从而导致光传感器封装出现电性缺陷。由此可见，上述现有的电子器件封装及其制造方法在制造方法及使用上，显然仍存在有不便与缺陷，而亟待加以进一步改进。为了解决上述存在的问题，相关厂商莫不费尽心思来谋求解决之道，但长久以来一直未见适用的设计被发展完成，而一般方法及制造方法又没有适切的方法及制造方法能够解决上述问题，此显然是相关业者急欲解决的问题。 因此如何能创设一种新的电子器件封装及其制造方法，实属当前重要研发课题之一，亦成为当前业界极需改进的目标。
发明内容
本发明提供一种电子器件封装及其制造方法，所述电子器件封装能防止异物被引入电子器件的密封区域并且包括密封环，其中所述密封区域包括光传感器芯片的像素区域，所述密封环具有闭合环圈形状并耐爆裂。本发明还提供一种电子器件封装及其制造方法，所述电子器件封装包括呈闭合环圈形式的密封环，以防止引入异物以及爆裂，其中所述密封环具有由密封层与粘合层形成的堆叠结构。本发明还提供一种电子器件封装及其制造方法，其在提供密封环的区域中移除聚合物层(例如微透镜及滤色片)以在保护层上形成密封环，从而进一步防止引入湿气或异物，并使密封环与倒装芯片接合部具有相同的高度以防止因倒装芯片接合部接触不良而造成电性缺陷。根据实例性实施例，提供一种电子器件封装，包括电子器件，包括聚合物层及保护层，所述保护层用以保护器件层；基板总成，面朝所述电子器件；以及密封环，以闭合环圈形式形成于所述电子器件与所述基板总成之间，并环绕密封区域，其中所述密封环的至少一个侧面接触所述聚合物层，且所述密封环设置于所述保护层上。所述电子器件可包括光传感器、微机电系统(micro electro mechanical system, MEMS)器件、硅基器件、GaAs基器件、或InP基器件。从光方面而言，所述基板总成可包括透明基板、半透明基板、或不透明基板，且从电方面而言，所述基板总成可包括导电基板、半导体基板、或绝缘基板。所述保护层可设置于所述电子器件的整个区域上，且所述聚合物层可设置于所述保护层上的所述密封区域中。所述保护层可由单个层或叠置的多个层形成，所述单个层或叠置的多个层包含二氧化硅(Si02)、四乙氧基硅烷(TEOS)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮氧化硅(SiON)、钻石混合物、及其混合物中的一种。所述聚合物层可包括滤色片及微透镜。所述密封环可包括由密封层与粘合层形成的堆叠结构。所述粘合层可通过使低熔点材料层与所述密封层进行反应而形成，并可包含金属间化合物，所述低熔点材料层所具有的熔点低于所述密封层的熔点。所述密封层可包含Cu、Au、Sn、SnAg, SnAgCu、Ag、及Ni中的至少一种。所述低熔点材料层可包含Sn、SnAg、Ti/In/Au堆叠结构、Bi、及h中的至少一种。所述密封层及所述低熔点材料层可分别包含Cu及SruCu及SnAg、Au及Ti/In/Au堆叠结构、Sn 及 Bi、SnAg 及 Bi、SnAgCu 及 Bi、Ag 及 h、或 Ni 及 Sn。所述粘合层可包含CuSn、CuSnAg, AuIn, SnBi、Sn、AgBi、SnAgCuBi、Agin、及 NiSn 中的一种。所述电子器件封装还可包括接合部，所述接合部设置于所述密封环以外并接触所述保护层。所述电子器件封装还可包括设置于所述密封环以内的接合部，其中所述接合部的侧面接触所述聚合物层，且所述接合部的底面接触所述保护层。所述电子器件封装还可包括设置于所述密封环以外的树脂密封环。根据另一实例性实施例，一种制造电子器件封装的方法包括在基板上形成电子器件，所述电子器件包括保护层与聚合物层的堆叠结构；移除所述聚合物层的一部分；在所述电子器件与基板总成中的一者上，在对应于所述聚合物层的被移除部分的区域中，堆叠密封层与低熔点材料层；在所述电子器件与所述基板总成中不存在所述密封层及所述低熔点材料层的一者上，形成密封环衬垫；使所述电子器件接触所述基板总成，以使所述低熔点材料层对应于所述密封环衬垫；以及通过使所述低熔点材料层熔化并使所述低熔点材料层与所述密封层及所述密封环衬垫发生反应，形成粘合层。可以闭合环圈形式移除所述聚合物层。可在所述电子器件上形成所述密封层及所述低熔点材料层，且所述接合部可与所述密封层及所述低熔点材料层间隔开。所述接合部、所述密封层、及所述低熔点材料层可由相同的材料同时形成。所述粘合层可被热处理成具有与所述低熔点材料层的金属间化合物不同的金属间化合物。综上所述，本发明所述的电子器件封装包括电子器件，包括聚合物层及保护层， 所述保护层用以保护器件层；基板总成，面朝所述电子器件；以及密封环，以闭合环圈形式形成于所述电子器件与所述基板总成之间，并环绕密封区域。所述密封环的至少一个侧面接触所述聚合物层，且所述密封环设置于所述保护层上。从提供密封环的区域移除例如微透镜及滤色片等聚合物层，以在保护层上形成密封环，从而使密封环与接合部具有相同的高度，进而防止出现电性缺陷。本发明在技术上有显著的进步，并具有明显的积极效果，诚为一新颖、进步、实用的新设计。上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段， 而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图，详细说明如下。
结合附图阅读下文说明，可更详尽地理解本发明的实例性实施例，附图中图1是绘示根据实例性实施例的光传感器封装的平面图。图2是沿图1中的线A-A，截取的剖视图。图3是绘示根据实例性实施例的一种制造光传感器封装的方法的流程图。图4A至图4F是绘示根据图3的方法的剖视图。图5A及图5B是平面图像及剖视图像，其绘示由SniVg形成的密封环以及绘示现有技术的密封环的爆裂。
图6是绘示根据实例性实施例的使用Cu及SnAg所形成的密封环的剖视图像。
图7是绘示根据另一i实例性实施例的光传感器封装的剖视图。
10 光传感器晶圆20 透明晶圆
100光传感器芯片110像素区域
122保护层124聚合物层
200基板总成210透明基板
220金属线230绝缘层
300连接部310接合部
312导电层314 粘合层
314a 低熔点材料层320焊球
340树脂密封环400密封环
410密封层420粘合层
420a 低熔点材料层430密封环衬垫
A-Mi裂SllCI S150 操作
具体实施例方式为更进一步阐述本发明为达成预定发明目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及较佳实施例，对依据本发明提出的电子器件封装及其制造方法其具体实施方式
、制造方法、步骤、特征及其功效，详细说明如后。以下，将参阅附图详细说明本发明的具体实施例。然而，本发明也可实施为不同的形式，而不应被视为仅限于本文所述的实施例。相反，提供这些实施例是为了使本发明内容将更透彻及完整，并将向所属领域的技术人员全面传达本发明的范围。在附图中，为清楚地进行图解说明，会夸大各个层及区域的尺寸。在整个说明书中，相同的编号表示相同的元件。还应理解，当称一个层、膜、区域或板位于另一个“上”时，其可直接位于所述另一个上， 或者也可存在一个或多个中间的层、膜、区域或板。此外，应理解，当称一个层、膜、区域或板位于另一个“下面”时，其可直接位于所述另一个下面，也可存在一个或多个中间的层、膜、 区域或板。另外，还应理解，当称一个层、膜、区域或板位于两个层、膜、区域或板“之间”时， 其可以是位于这两个层、膜、区域或板之间的唯一的层、膜、区域或板，或者也可存在一个或多个中间的层、膜、区域或板。图1是绘示根据实例性实施例的光传感器封装的平面图。图2是沿图1中的线 A-A'截取的剖视图。参阅图1及图2，根据实例性实施例的光传感器封装包括光传感器芯片100，用以感测图像；基板总成200，面朝光传感器芯片100并电性连接至光传感器芯片100 ；连接部 300，用以将光传感器芯片100电性连接至基板总成200 ；以及密封环400，用以防止异物被引入至光传感器芯片100的像素区域110。光传感器芯片100包括像素区域110，设置于其中心部中，用以感测图像；以及端子部(图中未示出)，设置于其周边部中。端子部用于传送由像素区域110所捕捉的图像的电信号或传送及接收其它信号、抑或用于供电。例如，像素区域110可通过堆叠以下各层而形成光伏转换层(photovoltaic conversion layer)(图中未示出)，用以将光转换成电信号；保护层122，设置于光伏转换层上；以及聚合物层124，设置于保护层122 上。光伏转换层(图中未示出)可在半导体基板上包含光电二极管、光电晶体管(Photo transistor)、光电门传感器(photo gate)、销接光电二极管(pinned photo diode, PPD)、 及其组合。可在光伏转换层上设置多个层，这多个层可包括至少一个包含金属线的层以及至少一个层间绝缘层(interlayer insulation layer)。保护层122设置于光伏转换层与所述光伏转换层上的各个层上，用于保护光伏转换层以及例如金属线等结构不受外部湿气影响。在包括端子部的周边部中以及在像素区域110中也可设置保护层122。亦即，保护层122形成于光传感器芯片100的整个表面上。保护层122可包含二氧化硅(Si02)、四乙氧基硅烷(tetraethoxysilane, TE0S)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮氧化硅(SiON)、钻石混合物、及其混合物中的一种。另一选择为，可通过堆叠二氧化硅(Si02)、四乙氧基硅烷 (tetraethoxysilane, TE0S)、氮化硅(SiN)、碳化硅(SiC)、氮氧化硅(SiON)、钻石混合物、 及其混合物中的至少两种来形成保护层122。然而，保护层122的材料并不仅限于此，只要根据器件的特性保护下面的结构即可。聚合物层1 包括滤色片及微透镜。滤色片设置于保护层122上，并具有分开的红色、绿色及蓝色。微透镜设置于滤色片上，用以将光聚集至光伏转换层并提高光伏转换层的灵敏度。滤色片及微透镜设置于光传感器芯片100的像素区域110中。密封环400设置于聚合物层IM的预定区域上。根据本实施例，移除了聚合物层124的设置有密封环400的部分。亦即，沿密封环400的形状(例如沿闭合环圈)移除聚合物层124的一部分，以暴露出底侧的保护层122，并且密封环400接触保护层122。因此，当密封环400与连接部300(特别是密封环400与接合部310)同时形成时，密封环400 与接合部310可具有相同的高度。这样，便可防止由于在接合部310与密封环400分别设置于保护层122与聚合物层IM上时所出现的高度差而造成接合部310接触不良。在滤色片与微透镜之间可形成平坦化膜(planarization film)。所述平坦化膜消除了当滤色片设置于与光伏转换层相对应的区域中时所可能出现的高度差。平坦化膜的形成有密封环400 的部分也被移除，以暴露出保护层122。 基板总成200包括透明基板210 ；金属线220，选择性地设置于透明基板210的在上面安装有光传感器芯片100的表面上；以及绝缘层230，设置于金属线220上，以对金属线220进行绝缘。透明基板210是由例如玻璃及塑料的透明材料形成，并可形成为具有预定厚度的板形状。透明基板210的设置有金属线220的表面或透明基板210的不具有金属线220的第二表面可被涂覆以光学材料，以改善对所期望波长带中的光的感测或过滤。例如，透明基板210的接收入射光的第二表面可被涂覆以红外线(infrared，IR)截止滤波器 (cutoff filter)(图中未示出)，以用于透射或阻挡特定波长带的光，或者可对透明基板 210的接收入射光的第二表面贴附顶截止膜(图中未示出)。金属线220设置于透明基板 210的第一表面上与像素区域110相对应的区域之外。金属线220可通过利用印刷工艺进行图案化而形成，或者可通过沉积金属、然后利用光学及蚀刻工艺将金属图案化来形成。绝缘层230设置于金属线220上，以暴露出金属线220的预定区域。亦即，绝缘层230局部地暴露出连接至光传感器芯片100及印刷电路板(图中未示出)的金属线220。绝缘层230 也可通过利用印刷工艺进行图案化而形成，或者可通过沉积绝缘材料、然后利用光学及蚀刻工艺将绝缘材料图案化来形成。
连接部300包括接合部310，用于将光传感器芯片100电性连接至基板总成200 ； 以及焊球(solder ball)320，用于将印刷电路板(图中未示出)电性连接至基板总成200。 接合部310在基板总成200与光传感器芯片100之间设置于密封环400之外。接合部310 可设置于光传感器芯片100上的预定区域中。更详细地说，接合部310可设置于像素区域 110之外，即设置于聚合物层IM外的保护层122上。另一选择为，接合部310可设置于密封环400以内。在这种情况下，聚合物层IM的设置有接合部310的区域被移除，以在保护层122上形成接合部310。接合部310可包括由导电层312与粘合层314形成的堆叠结构。 接合部310可与密封环400(将在下文中予以说明)具有相同的材料及结构。导电层312 可由导电材料(例如铜)形成。粘合层314可由熔点低于导电层312及基板总成200的金属线220的材料(例如SnAg)形成，以与导电层312及金属线220发生反应。亦即，低熔点材料层在预定温度下(即在等于或高于其熔化温度的温度下)熔化，且熔化的低熔点材料层与导电层312及基板总成200的金属线220发生反应，以形成粘合层314。例如，构成低熔点材料层的SnAg与构成导电层312及金属线220的Cu发生反应，以形成构成粘合层314 的CuSnAg。焊球320熔融至沿光传感器芯片100的周边的基板总成200的金属线220，以将基板总成200电性连接至印刷电路板。例如，焊球320沿着为四边形的透明基板210的周边相互间隔恒定的距离。这些焊球320中的至少一个可使用至少一个无源器件(图中未示出)代替。所述无源器件包括解耦电容器(decoupling capacitor)、电感器(inductor)、 电阻器(resistor)、变阻器(varistor)、及滤波器(filter)中的至少一者，并能消除在印刷电路板与光传感器芯片10之间传送的信号的噪声。密封环400设置于光传感器芯片100与基板总成200之间，以环绕包括光传感器芯片100的像素区域110的密封区域。设置于光传感器芯片100上的密封环400附装至基板总成200，并形成于构成像素区域110的聚合物层IM的被移除区域中。亦即，密封环400 形成于保护层122的通过局部移除聚合物层IM而暴露出的部分上。密封环400防止异物被引入至基板总成200与光传感器芯片100之间的密封区域中。密封环400包括设置于光传感器芯片100上的密封层410、以及设置于密封层410上的粘合层420。此外，密封环400 可包括密封环衬垫(sealing ring pad) 430，密封环衬垫430设置于透明基板210的预定区域中并粘合至粘合层420。密封环400可形成为闭合环圈形式，以环绕像素区域110。亦即，由透明基板210、光传感器芯片100及密封环400所界定的内部空间与外部分离并密封隔绝，且像素区域110设置于所述内部空间中。密封层410形成为闭合环圈形式，以环绕像素区域110，且粘合层420可形成于密封层410上。绝缘层230设置于密封环衬垫430上， 并局部地暴露出密封环衬垫430。密封环衬垫430可通过与基板总成200的金属线220相同的工艺由相同的材料形成。此时，密封环衬垫430与金属线220间隔开。另一选择为，密封层410可设置于透明基板210上，且密封环衬垫430可设置于光传感器芯片100上。密封层410及密封环触点430可由金属(例如铜)形成。粘合层420可通过以下方式制作形成熔点低于密封层410及密封环衬垫430的低熔点材料层，然后使所述低熔点材料层与密封层410及密封环衬垫430发生反应。例如，密封层410可包含Cu、Au、Sn、SnAg、CuSnAg、Ag、 及Bi、或其合金中的至少一者，低熔点材料层则可包含Sn、SnAg、Ti/In/Au堆叠结构、Bi、及 In、或其合金中的至少一者。亦即，低熔点材料层可由熔点低于密封层410的材料形成。此外，密封层410可由原本将构成低熔点材料层的材料形成。在这种情况下，构成低熔点材料层的材料的熔点低于构成密封层410的材料的熔点。例如，密封层410及低熔点材料层可分别包含Cu及Sn、Cu及SnAg, Au及Ti/In/Au堆叠结构、Sn及Bi、SnAg及Bi、CuSnAg及 Bi、Ag及In、或Ni及Sn。低熔点材料层在预定温度下熔化，并与密封环衬垫430及密封层 410发生反应而形成粘合层420。亦即，低熔点材料层在其熔化温度或更高温度下熔化，且熔化的低熔点材料层中的元素与密封环衬垫430及密封层410中的元素发生反应而形成粘合层420。亦即，在物理/化学上不同于密封层410、密封环衬垫430及低熔点材料层的粘合层420可由具有预定组成比率(composition ratio)的金属间化合物形成，且所具有的熔点高于低熔点材料层的熔点。例如，当密封层410及密封环衬垫430是由Cu形成且低熔点材料层是由SnAg形成时，SnAg熔化而与上侧及下侧的Cu发生反应，从而形成由CuSnAg 构成的粘合层420。粘合层420固化，从而使密封层410及密封环衬垫430牢固地粘合至粘合层420。相应地，光传感器芯片100耦合至基板总成200。如上所述所形成的粘合层420 所具有的熔点高于低熔点材料层的熔点。例如，CuSniVg具有从约400°C至约500°C的熔化温度。在这种情况下，CuSniVg在温度为约230°C的回流工艺(reflow process)中不会熔化，以防止因压力而出现例如爆裂等缺陷。粘合层420的材料可根据构成低熔点材料层、密封层 410及密封环衬垫430的元素加以确定。例如，粘合层420可由CuSn、CuSnAg、Auh、SnBi、 Sn、AgBi、CuSnAgBi、Agh、或NiSn形成。可根据光传感器芯片100与基板总成200之间的距离来调整密封层410的厚度。例如，密封层410可具有从约6 μ m至约IOOym的厚度，且优选地具有约30 μ m的厚度。低熔点材料层可具有从约2 μ m至约12 μ m的厚度，且优选地具有约8ym的厚度。低熔点材料层可具有将被完全转变成粘合层420的厚度。亦即，低熔点材料层可具有将被完全转变成由金属间化合物形成的粘合层420的厚度，所述金属间化合物所具有的特性不同于低熔点材料层的特性。因此，低熔点材料层可具有任意厚度，只要低熔点材料层通过完全与密封层410及密封环衬垫430发生反应而完全转变成粘合层420 即可。如果低熔点材料层过薄，则粘合层420也偏薄并因而可能会较弱地粘合至基板总成 200。而如果低熔点材料层过厚，则低熔点材料层可只是部分地转变成粘合层420。在这种情况下，低熔点材料层的残留物会在例如次级底座工艺的高温工艺中再次熔化，且低熔点材料层的内部压力升高而造成爆裂。亦即，尽管熔化温度或熔化时间增大，低熔点材料层可能只是部分地熔化，且低熔点材料层的残留物可存在于预定厚度内而不构成粘合层420，从而可在随后所要进行的工艺中造成缺陷。因此，低熔点材料层可具有能牢固地粘合于光传感器芯片100与基板总成200之间并完全转变成粘合层420的厚度。印刷电路板(图中未示出)可通过连接焊盘(connection pad)而连接至焊球 320，且在印刷电路板(图中未示出)上印刷有电路图案，以通过基板总成200将来自外部的驱动电压及驱动电流提供至光传感器芯片100。印刷电路板可具有任何用于将来自外部的驱动电压及驱动电流提供至光传感器芯片100的结构，例如呈单层或多层形式的金属印刷电路板及柔性印刷电路板(flexible printed circuit board)。如上文所述，根据本实施例，由于密封环400设置于通过局部地移除构成像素区域110的聚合物层IM而形成的区域上，因而密封环400与接合部310可设置于同一高度。 因此，当接合部310及密封环400同时形成时，可防止原本在接合部310与基板总成200之间所将发生的因接触不良所造成的电性缺陷。因密封层410与粘合层420相堆叠而形成密封环400，且粘合层420将密封层410牢固地粘合至透明基板210上的密封环衬垫430，因此光传感器芯片100可被牢固地粘合至基板总成200。熔点低于密封层410及密封环衬垫430的低熔点材料层熔化并与密封层 410及密封环衬垫430发生反应而形成粘合层420。因此，因具有高熔点的密封层410在后续所要进行的例如次级底座工艺的高温工艺中不熔化，故可防止密封环400出现例如爆裂等缺陷。因此，密封环400可维持闭合环圈形状，并可有效地防止从外部引入例如灰尘及湿气等异物。参阅 图3，在根据本实施例的一种制造光传感器封装的方法中，在操作SllO中， 在光传感器芯片上移除聚合物层的一部分；在操作S120中，在光传感器芯片与基板总成中的一者上以闭合环圈形式形成密封层及低熔点材料层；在操作S130中，在光传感器芯片与基板总成中的一者上在与密封层及低熔点材料层相对应的区域中形成密封环衬垫；在操作 S140中，使设置于光传感器芯片或基板总成上的低熔点材料层接触密封环衬垫；以及在操作S150中，使低熔点材料层在其熔点或更高温度下熔化，并与密封层及密封环衬垫发生反应而形成粘合层。以下，将参阅图4A至图4F更详细地说明根据本实施例的制造光传感器封装的方法。图4A至图4F是绘示根据本发明实施例的一种制造光传感器封装的方法的剖视图。参阅图4A，提供多个光传感器芯片100，且光传感器晶圆10包括这些光传感器芯片100。这些光传感器芯片100中的每一者均在其中心部中具有用于感测图像的像素区域、以及在像素区域的周边处具有端子部。光伏转换层及金属线层形成于像素区域中，所述光伏转换层包括例如多个用于将光转换成电信号的光电二极管，所述金属层包括至少一个层。保护层122完整地形成于包括光伏转换层的像素区域中。聚合物层124(例如滤色片及微透镜)形成于保护层122上。此时，聚合物层124可仅形成于设置有光伏转换层的区域中，即仅形成于像素区域110中。光传感器芯片100的聚合物层124的一部分被移除。聚合物层124的被移除部分是提供密封环400的区域，并具有与密封环400的形状相对应的形状，例如可具有闭合环圈的形状。参阅图4B，导电层312及密封层410形成于包括光传感器芯片100的光传感器晶圆10上，且低熔点材料层314a及420a分别形成于导电层312及密封层410上。导电层 312与低熔点材料层314a用于形成接合部，密封层410及低熔点材料层420a则用于形成密封环。导电层312可与密封层410间隔开预定的距离，且密封层410可形成为闭合环圈形式。亦即，密封层410可沿光传感器芯片100的聚合物层124的被移除部分形成，且导电层312可在聚合物层124以外的像素区域110之外形成于保护层122上。因此，密封层410 及导电层312形成于同一高度。低熔点材料层314a及420a是由熔点低于导电层312及密封层410的材料形成。例如，导电层312及密封层410可包含Cu、Au、Sn、SnAg、CuSnAg、Ag 或Ni，且低熔点材料层314a及420a可包含Sn、SnAg、Ti/In/Au堆叠结构、Bi、或In。低熔点材料层314a及420a可利用原本将构成导电层312及密封层410的材料形成。在这种情况下，构成导电层312及密封层410的材料的熔点低于用于形成低熔点材料层314a及420a 的材料的熔点。例如，导电层312或密封层410、以及低熔点材料层314a或420a可通过堆叠 Cu 及 Sn、Cu 及 SnAg、Au 及 Ti/In/Au 堆叠结构、Sn 及 Bi、SnAg 及 Bi、SnAgCu 及 Bi、Ag 及In、或Ni及Sn而形成。导电层312、密封层410、及低熔点材料层314a及420a可利用电镀(electroplating)或印刷方法而形成。可在光传感器晶圆10上形成粘合层，以增大光传感器晶圆10与导电层312及密封层410 二者之间的耦合力。可在粘合层上形成种子层 (seed layer)，以改善对导电层312及密封层410的电镀。现在，将参阅图4C来说明一种用于透明晶圆20的过程，所述过程是与光传感器晶圆10分别地执行。可执行批式过程(batch process)，其中可使用具有大面积的透明晶圆 20来形成多个作为单位基板(unit substrate)的透明基板210。透明晶圆20具有预定的透射率(transmissivity)、热稳定性、机械耐久性及化学稳定性。对于用以感测可见光频带的光传感器，可使用通常的光学玻璃作为透明晶圆20，从而以低成本实现批量生产。可在透明晶圆20的至少一个表面上形成光学晶圆。例如，透明基板210可被涂覆以顶截止滤波器(图中未示出)以透射或阻挡特定波长带的光、或可对透明基板210贴附顶截止膜 (图中未示出)，抑或可在透明晶圆210上形成用于增大在可见光频带内的透射率的抗反射涂层(anti-reflection coating layer)。在如上所述形成的透明晶圆20上，形成至少一条金属线220及至少一个绝缘层230。密封环衬垫430可与金属线220间隔开。亦即，金属线220及密封环衬垫430形成于透明晶圆20的表面上，且绝缘层230形成于透明晶圆20 上以覆盖金属线220的至少一部分及密封环衬垫430的至少一部分，以便可暴露出金属线 220的至少一部分以及密封环衬垫430的至少一部分。如此一来，便形成电性输入/输出接触端子以及电连接至这些接触端子的电线。金属线220及密封环衬垫430可通过相同的工艺由相同的材料形成。例如，金属线220及密封环衬垫430可通过以下方式形成通过減射 (sputtering)而在透明基板210的表面上沉积金属层，然后通过光学及蚀刻工艺来蚀刻所述金属层，或者通过以电镀对金属层进行图案化来形成。绝缘层230可由例如氧化硅或氮化硅的绝缘材料形成。为此，沉积绝缘材料，然后通过光学或蚀刻工艺将所述绝缘材料图案化。绝缘层230暴露出金属线220的至少一部分以及密封环衬垫430的至少一部分。密封环衬垫430以闭合环圈形式形成于光传感器晶圆10上与密封层410及低熔点材料层420a 相对应的区域上。焊球320可形成于透明基板210上，作为用于将光传感器封装连接至印刷电路板的端子。为此，利用某种方法(例如在透明晶圆20的周边上进行印刷)在例如金属线220上施加助熔剂(flux)，接着将具有球形状的焊料(即焊球320)附着至助焊剂上， 然后执行回流焊接工艺(solder reflow process)。在回流焊接工艺之后，执行清洁工艺以移除助焊剂残留物。于是，光传感器晶圆10及透明晶圆20便制作完成。然后，参阅图4D，沿切割线 (dicing line)切割光传感器晶圆10，以分离各个光传感器芯片100。接着，利用倒装芯片贴装设备(flip chip mounting apparatus)将没有缺陷的光传感器芯片100设置于透明晶圆20的透明基板210上。亦即，将光传感器芯片100在透明晶圆20上设置成使光传感器芯片100的密封层410及低熔点材料层420a对应于透明基板210的密封环衬垫430。参阅图4E，使设置有光传感器芯片100的透明晶圆20穿过回流焊炉(reflow oven)，所述回流焊炉的熔点等于或高于低熔点材料层31 及420a的熔点。因此，低熔点材料层31 及420a熔化并液化，且低熔点材料层31 的元素与导电层312及金属线220 的元素发生反应，且低熔点材料层420a的元素与密封层410及密封环衬垫430的元素发生反应，从而形成粘合层314及420。密封层410及低熔点材料层420a可分别包含Cu及Sn、 Cu 及 SnAg、Au 及 Ti/ln/Au 堆叠结构、Sn 及 Bi、SnAg 及 Bi、CuSnAg 及 Bi、Ag 及 In、或 Ni
12及 Sn，以形成包含 CuSn、 CuSnAg、AuIruSnBi、Sn、AgBi、CuSnAgBi、Agin、或 NiSn 的粘合层。 如此一来，便形成包含导电层312及粘合层314的倒装芯片焊料凸块(flip chip solder bump)(也标记为310)、以及包含密封层410及粘合层420的密封环400。参阅图4F，将透明晶圆20分割成多个单位封装，以形成根据本实施例的光传感器封装。图5A及图5B是平面图像及剖视图像，其绘示在现有技术中由SnAg形成的闭合环圈状密封环的爆裂。亦即，密封环可由SnAg形成为闭合环圈形式，但SnAg在例如次级底座工艺的高温工艺中会液化，从而因中空部的内部压力而造成爆裂A。在这种情况下，无法维持密封区域的压力，并可通过发生暴露的部分而从外部引入异物，从而造成像素缺陷。然而，图6是绘示根据本发明实施例的CuSn粘合层的剖视图像，所述CuSn粘合层是通过使SnAg低熔点材料层在无聚合物层的区域上与Cu密封层及Cu密封环衬垫二者发生反应而形成。亦即，在透明基板210上形成Cu密封环衬垫430，并在光传感器芯片100 上形成Cu密封层410以及SnAg低熔点材料层，然后在等于或高于低熔点材料层的熔点的温度下使Cu与SnAg发生反应，以形成CuSnAg粘合层420。因粘合层420具有从约400°C 至约500°C的熔点，因而粘合层420在后续所要进行的工艺(例如在约230°C下进行的回流工艺)中不会熔化，从而防止粘合层420爆裂。参阅图6，可在光传感器芯片100与密封层 410之间无聚合物层(例如滤色片及微透镜)的情况下形成光传感器芯片100或保护层。图7是绘示根据另一实施例的光传感器封装的剖视图。在密封环400与接合部 310之间的空间中以及在光传感器芯片100与基板总成200之间的接合部310之外的空间中设置树脂密封环340。树脂密封环340能防止引入污染物。根据本发明的实施例，密封环400设置于构成像素区域110的聚合物层12的被移除部分中，从而使密封环400设置于聚合物层124内。亦即，密封环400的内表面及外表面接触聚合物层124。然而，仅有密封环400的与像素区域110相邻的内表面可接触聚合物层 124。亦即，密封环400可设置于像素区域110以外，以使密封环400的内表面接触聚合物层 124。尽管在本发明的实施例中将光传感器芯片100耦合至基板总成200而形成光传感器封装，然而本发明的揭露内容也可应用于除光传感器封装以外的各种其它电子器件封装。亦即，本发明的揭露内容可应用于各种如下的电子器件封装所述电子器件封装包括耦合至电子器件芯片的基板总成且具有用于密封基板总成与电子器件芯片之间的保护区域的密封环，例如微机电系统(micro electro mechanical system，MEMS)器件、硅基器件、 GaAs基器件、InP基器件。Si基器件包括包含硅基板及多晶硅的半导体存储器件，GaAs基器件及InP基器件则包括由GaAs及InP形成的发光器件，例如发光二极管(light emitting diode, LED)发光层。尽管在本发明的实施例中是例示光传感器封装且基板总成200包括透明基板，然而本发明的揭露内容也可应用于电子器件封装。在这种情况下，基板总成200 可包括不透明基板。因此，当在电子器件封装中使用基板总成200时，基板总成200可包括由选自由Si、Ge、SiGe, GaP、GaAs, SiC、SiGeC, InAs、及InP组成的群组的至少一种材料形成的基板，且所述基板可掺杂有预定的杂质。亦即，基板总成200可包括不透明或半透明基板以及透明基板，并可包括半导体基板或导电性基板以及绝缘基板。当基板总成200包括导电性基板时，可在所述导电性基板上涂覆绝缘材料。
根据本实施例，由于密封层与粘合层相堆叠而形成密封环，且粘合层将密封层牢固地粘合至基板总成上的密封环衬垫，因而电子器件芯片可牢固地粘合至基板总成。熔点低于密封层及密封环衬垫的低熔点材料熔化，并与密封层及密封环衬垫发生反应而形成粘合层。因此，由于粘合层的熔点高于低熔点材料层的熔点，且具有高熔点的密封层以及粘合层在后续所要进行的高温工艺(例如次级底座工艺)中不会熔化，因而可防止出现例如密封环爆裂等缺陷。相应地，密封环可形成为闭合环圈形状，并可有效地防止从外部引入例如灰尘及湿气等异物。另外，在提供密封环的区域中，聚合物层(例如滤色片及微透镜)被移除，且密封环接触保护层。因此，可防止将湿气或异物引入至保护层与聚合物层之间的空间中。由于密封环及接合部形成于保护层上，因而密封环与接合部可具有相同的高度。因此，当同时形成密封环及接合部时，接合部可完全接触透明基板，从而防止因接合部接触不良而造成电性缺陷。此外，由于电子器件可牢固地耦合至基板总成，因而可改善电子器件的特性及使用寿命，并可使用通常的制造工艺来提高其生产率。另外，本发明可应用于各种包括耦合至电子芯片的基板总成且有密封环环绕保护区域的电子器件封装，以及应用于光传感器封装。尽管是参阅具体实例性实施例来说明电子器件封装及其制造方法，然而所述电子器件封装及其制造方法并不仅限于此。因此，所属领域的技术人员将易于理解，可在不脱离由随附权利要求书所界定的本发明精神及范围的条件下对其作出各种修饰及更动。以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。
权利要求
1.一种电子器件封装，其特征在于其包括电子器件，包括聚合物层及保护层，所述保护层用以保护器件层； 基板总成，面朝所述电子器件；以及密封环，以闭合环圈形式形成于所述电子器件与所述基板总成之间，并环绕密封区域， 其中所述密封环的至少一个侧面接触所述聚合物层，且所述密封环设置于所述保护层上。
2.如权利要求1所述的电子器件封装，其特征在于其所述电子器件包括光传感器、微机电系统器件、硅基器件、GaAs基器件、或InP基器件。
3.如权利要求2所述的电子器件封装，其特征在于其从光方面而言，所述基板总成包括透明基板、半透明基板、或不透明基板，且其从电方面而言，所述基板总成包括导电基板、半导体基板、或绝缘基板。
4.如权利要求1所述的电子器件封装，其特征在于其所述保护层设置于所述电子器件的整个区域上，且所述聚合物层设置于所述保护层上的所述密封区域中。
5.如权利要求4所述的电子器件封装，其特征在于其所述保护层是由单个层或叠置的多个层形成，所述单个层或叠置的多个层包含二氧化硅、四乙氧基硅烷、氮化硅、碳化硅、氮氧化硅、钻石混合物、及其混合物中的一种。
6.如权利要求4所述的电子器件封装，其特征在于其所述聚合物层包括滤色片及微透^Mi O
7.如权利要求1所述的电子器件封装，其特征在于其所述密封环包括由密封层与粘合层形成的堆叠结构。
8.如权利要求7所述的电子器件封装，其特征在于其所述粘合层是通过使低熔点材料层与所述密封层进行反应而形成，并包含金属间化合物，所述低熔点材料层所具有的熔点低于所述密封层的熔点。
9.如权利要求8所述的电子器件封装，其特征在于其所述密封层包含CU、AU、Sn、SnAg、 SnAgCu、Ag、及Ni中的至少一种。
10.如权利要求8所述的电子器件封装，其特征在于其所述低熔点材料层包含Sn、 SnAg、Ti/In/Au堆叠结构、Bi、及h中的至少一种。
11.如权利要求8所述的电子器件封装，其特征在于其所述密封层及所述低熔点材料层分别包含Cu及Sn、Cu及SnAg、Au及Ti/ln/Au堆叠结构、Sn及Bi、SnAg及Bi、SnAgCu及 Bi、Ag 及 h、或 Ni 及 Sn。
12.如权利要求11所述的电子器件封装，其特征在于其所述粘合层包含CuSruCuSnAg、 AuIn, SnBi、Sn、AgBi、SnAgCuBi、Agin、及 NiSn 中的一种。
13.如权利要求1所述的电子器件封装，其特征在于其还包括接合部，所述接合部设置于所述密封环以外并接触所述保护层。
14.如权利要求1所述的电子器件封装，其特征在于其还包括设置于所述密封环以内的接合部。
15.如权利要求1所述的电子器件封装，其特征在于其还包括设置于所述密封环以外的树脂密封环。
16.一种制造电子器件封装的方法，其特征在于其所述方法包括在基板上形成电子器件，所述电子器件包括保护层与聚合物层的堆叠结构； 移除所述聚合物层的一部分；在所述电子器件与基板总成中的一者上，且在对应于所述聚合物层的所述被移除部分的区域中，堆叠密封层与低熔点材料层；在所述电子器件与所述基板总成中不存在所述密封层及所述低熔点材料层的一者上， 形成密封环衬垫；使所述电子器件接触所述基板总成，以使所述低熔点材料层对应于所述密封环衬垫；以及通过使所述低熔点材料层熔化并使所述低熔点材料层与所述密封层及所述密封环衬垫发生反应，形成粘合层。
17.如权利要求16所述的制造电子器件封装的方法，其特征在于其以闭合环圈形式移除所述聚合物层。
18.如权利要求16所述的制造电子器件封装的方法，其特征在于其在所述电子器件上形成所述密封层及所述低熔点材料层，以及在所述保护层上形成接合部，且所述接合部与所述密封层及所述低熔点材料层间隔开。
19.如权利要求18所述的制造电子器件封装的方法，其特征在于其所述接合部、所述密封层、及所述低熔点材料层是由相同的材料同时形成。
20.如权利要求16所述的制造电子器件封装的方法，其特征在于其所述粘合层被热处理成具有与所述低熔点材料层的金属间化合物不同的金属间化合物。
全文摘要
本发明是有关于一种电子器件封装及其制造方法，其所述电子器件封装包括电子器件，包括聚合物层及保护层，所述保护层用以保护器件层；基板总成，面朝所述电子器件；以及密封环，以闭合环圈形式形成于所述电子器件与所述基板总成之间，并环绕密封区域。所述密封环的至少一个侧面接触所述聚合物层，且所述密封环设置于所述保护层上。从提供密封环的区域移除例如微透镜及滤色片等聚合物层，以在保护层上形成密封环，从而使密封环与接合部具有相同的高度，进而防止出现电性缺陷。
文档编号H01L27/146GK102237384SQ201110105949
公开日2011年11月9日 申请日期2011年4月22日 优先权日2010年4月23日
发明者曹永尚 申请人:艾普特佩克股份有限公司