專利名稱：一種具有雙層基板的影像感測器封裝結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種影像感測器封裝結構，特別涉及一種含有晶粒嵌入雙層基板的影像感測器封裝結構。
背景技術：
在半導體元件的領域中，隨著元件尺寸不斷地縮小，元件密度也不斷地提高。在封裝或是內(nèi)部連線方面的技術需求也必須要提高以符合上述情況。傳統(tǒng)上，在覆晶連接方法(flip-chip attachment method)中，一焊料凸塊陣列形成于上述晶粒的表面。上述焊料凸塊的形成可以藉由使用一焊接復合材料(solder composite material),經(jīng)過一焊接點遮罩(solder mask)來制造出所要的焊料凸塊圖案。晶片封裝的功能包含功率傳送(powerdistribution)、訊號傳送(signal distribution)、散熱(heat dissipation)、保護與支撐等等。當半導體變的更復雜，傳統(tǒng)的封裝技術，例如導線架封裝(lead frame package)、收縮式封裝(flex package)、硬式封裝技術(rigid package technique),已無法滿足在一個更小的晶片上制造高密度元件的需求。當半導體變的更復雜，傳統(tǒng)的封裝技術，例如導線架封裝(lead frame package)、收縮式封裝(flex package)、硬式封裝技術(rigid packagetechnique)，已無法滿足在一個更小的晶片上制造高密度元件的需求。今日的封裝技術的發(fā)展趨勢是朝向球狀矩陣排列(BGA, ball grid array)、覆晶(FC-BGA, flip-chip)、晶片尺寸封裝(CSP, chip scale package)和晶圓級封裝(WL-CSP, wafer level chip scalepackage)。現(xiàn)今影像感測器廣泛使用在數(shù)位相機、手機、行動電話及其他應用。在制造影像感測器的技術上，特別是CMOS影像感測器，都有很大的進步。舉例而言，對于高解析度及低功率消耗的需求，都促使影像感測器朝最小化及整合方面邁進。在絕大部分的影像感測器常使用一種稱為孔扎式光電二極體(pinnedphotodiode)及嵌入式光電二極體(buried photodiode)的光電二極體，因為這種光電二極體有較低的雜訊表現(xiàn)。這種光電二極體結構的正極層通常是嵌入該光電二極體的表面或是下方而接近一傳輸閘(transfer gate),而負極層則是嵌入一娃系基板較深的位置,這種嵌入式層可儲存電荷并遠離表面區(qū)域，意即可避免該硅系基板表面的缺陷，而正極層的目的則是在于提供光電二極體有增加的儲存容量及鈍化在光電二極體表面的缺陷。有許多影像感測器晶片使用覆晶式封固結構，都企圖發(fā)展將影像感測器封裝架構簡單化。美國專利6，144，507揭露一種直接將影像感測器晶片封固于印刷電路板(PCB，printed circuit board)上的技術。—影像感測晶片藉由覆晶式封固結構封固在PCB里的一個孔洞上，及一透明蓋體也直接附加在該晶片的主動側(cè)表面或是粘合在該影像感測晶片封固在該PCB里孔洞上的相對側(cè)。雖然這些方法都省略引線焊接的困難處，然而該PCB為了符合該影像感測晶片及該透明蓋體的尺寸，該PCB的尺寸通常會非常大。美國專利5，786，589揭露一種膠粘標簽片狀物于玻璃基板上及膠粘一影像感測晶片及一導電薄膜至該標簽片。因為標簽片導線的緣故，所以這種設計需要一種特殊的基板附接技術。再者，該導電薄膜可能會干擾該影像感測晶片上的感測電路及需要形成一虛擬配線或是壩體結構來彌補這個問題。美國專利6，885，107揭露一種傳統(tǒng)影像感測晶片封裝結構。其采用一種在基板底層具有多個焊錫球及該晶粒外露于基板的BGA封裝。根據(jù)該發(fā)明所提供的影像感測器封裝結構的制作具有前述及其他的有利特點及方法。一影像感測晶片利用一覆晶方式安裝在一透明基板的一第一表面上的導電跡線。該影像晶片的主動面則藉由安裝后在該影像晶片的主動面及該基板的該第一表面的周圍空間沉積封膠珠來保護避免污染，因此省略了先前技術另外所需的壩體結構或間隔框架。分散的傳導元件如焊錫球及柱狀物則粘附在該導電跡線末端而形成一陣列圖形，該分散的傳導元件從該第一表面上的該導電跡線橫向外擴至大致上超過該影像感測晶片的一背表面的共用平面。這樣的結構包含了一種BOC (board-on-chip)的封裝排列。但由于該結構的焊錫球高度及該押出模接受結構而讓該基板厚度無法減小而限制了封裝結構的尺寸的縮小。先前技術形成該影像感測晶片封裝具有復雜的過程，以及該封裝結構太高及無法被縮減。此外，這些先前技術僅揭露單晶片的封裝并無說明多晶片的結構。
發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其具有預先形成穿透孔洞及晶粒接受開口的雙層基板。本發(fā)明的另一目的在于提供一種具有晶粒開口窗的雙層基板的影像感測器封裝結構，用以改善裝置的可靠性及縮減裝置的尺寸。本發(fā)明的又一目的在于提供一種具有利用銅箔基板及電鍍銅金或銅鎳金的合金金屬可增加電性傳導形成的布線圖位于雙層基板下方及上方的影像感測器封裝結構。為達到上述目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的:
一種具有雙層基板的影像感測器封裝結構，包含一具有晶粒接受開口的第一基板及多個第一穿透孔洞，其穿透該第一基板；一第二基板，其形成于該第一基板之上，其中該第一基板具有一第一布線圖及一第二布線圖，其形成于該第一基板的下方及上方表面，而該第二基板具有一第三布線圖及一第四布線圖，其形成于該第二基板的下方及上方表面，部分的第二布線圖與部分的第三布線圖耦合；一影像晶粒其包含一導電墊及一接收感測陣列，其中該晶粒接受開口及該感測陣列窗暴露于該晶粒開口窗及一穿透孔洞導電材料，用以填充于該多個第二穿透孔洞，其中該多個第二穿透孔洞中的部分孔洞與該影像晶粒的導電墊耦合。—光學玻璃基板，其形成于該第二基板及該晶粒開口窗之上。一透鏡固定架包含一透鏡，其形成于該光學玻璃基板之上，及其中該透鏡與該影像感測晶粒對齊。一紅外線濾波器，其形成于該透鏡固定架之內(nèi)。一被動式晶粒及/或一主動式晶粒，其形成于該第二基板之上，其中該主動式晶粒包含:晶片尺寸封裝、圓級晶片尺寸封裝、球狀矩陣排列及覆晶晶粒。另外，該多個第一穿透孔洞的至少一側(cè)壁包含傳導金屬。該穿透孔洞導電材料，包含金屬或合金，如焊錫及異向性導電膜。一含有一透鏡的透鏡固定架，其形成于該第二基板之上，其中該透鏡與該影像感測晶粒對齊。一紅外線濾波器，其形成于該透鏡固定架之內(nèi)。一被動式晶粒，其形成于該第二基板之上。一主動式晶粒，其形成于該第二基板之上。該主動式晶粒包含:晶片尺寸封裝、圓級晶片尺寸封裝、球狀矩陣排列及覆晶晶粒。該多個第一穿透孔洞的至少一側(cè)壁包含一傳導金屬。該穿透孔洞導電材料，包含金屬或合金或異方性導電膜。該第一基板及該第二基板材料，包含耐高溫環(huán)氧玻璃纖維板(FR5)或FR4。另外，該第一基板及該第二基板材料，包含雙馬來酰亞胺三氮雜苯樹脂、硅系、印刷電路板材料、玻璃、陶瓷、金屬或合金。本發(fā)明所提供的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，具有以下優(yōu)點:其具有預先形成穿透孔洞及晶粒接受開口的雙層基板。具有晶粒開口窗的雙層基板的影像感測器封裝結構，能夠改善封裝結構的可靠性及縮減封裝結構的尺寸。利用銅箔基板及電鍍銅金或銅鎳金的合金金屬可增加電性傳導形成的布線圖位于雙層基板下方及上方的影像感測器封裝結構。
圖1為根據(jù)本發(fā)明繪示一第一基板、一第二基板及影像感測器連結前的截面圖。圖2為根據(jù)本發(fā)明繪示第一基板與具有晶粒開口的第二基板組合的截面圖。圖3為根據(jù)本發(fā)明繪示第一基板接受晶粒的截面圖。圖4為根據(jù)本發(fā)明繪示形成焊錫球于穿透孔洞的截面圖。
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圖5為根據(jù)本發(fā)明繪示第二基板的附屬玻璃基板的截面圖。圖6為根據(jù)本發(fā)明繪示透鏡固定架形成于該第二基板之上的截面圖。圖7為根據(jù)本發(fā)明繪示另一實施例的截面圖。主要組件符號說明
100第一基板
101第一布線圖 102第二布線圖 103傳導穿透孔 104第二基板 105晶粒接受開口 106第三布線圖 106a第四布線圖 107晶粒開口窗 120晶粒(晶片)
121導電墊 122感測陣列 159傳導穿透孔 159a傳導穿透孔 160光學玻璃元件 162導電材料 164黏附材料 180主動(被動)元件 182透鏡固定架 184光學透鏡 186可撓式印刷電路板 188紅外線濾波器。
具體實施例方式下面結合附圖及本發(fā)明的實施例對本發(fā)明的具有雙層基板的影像感測器封裝結構及方法作進一步詳細的說明。如圖6及圖7所示，本發(fā)明揭露一種晶粒(或多晶片)嵌入式基板結構及在兩側(cè)表面建構雙層結構，及說明一系統(tǒng)封裝結構的剖面圖，其包含一具有晶粒嵌入的雙層基板及被動元件，及根據(jù)本發(fā)明在頂端建構層及在相對側(cè)的接腳，以球狀矩陣排列(BGA，ballgrid array)、覆晶(FC-BGA, flip-chip)、晶片尺寸封裝(CSP, chip scale package)和晶圓級封裝(WL-CSP, wafer level chip scale package)等做表面貼裝。一影像感測器封裝結構，其包含一第一基板100，其中該第一基板100更包含一第一布線圖101位于該第一基板上表面,及一第二布線圖102位于該第二基板下表面。一傳導穿透孔103可穿透該第一基板100用以與該第一布線圖101及該第二布線圖102連結。該第一基板100具有一晶粒接受開口 105用以接受一晶粒/晶片120，該一晶粒/晶片120具有一感測陣列122形成于其中。該晶粒(影像感測器)120包含一傳導(如鋁或金)墊121(輸入輸出墊)形成于其中。該晶粒120暴露于該第一基板100的晶粒接受開口 105中。一第二基板104其形成于該第一基板100上,該第二基板104包含一晶粒開口窗107、一第三布線圖106位于該第二基板104上表面及一第四布線圖106a位于該第二基板104下表面。該第三布線圖106連結至該第一布線圖101。一傳導穿透孔159可穿透該第二基板104及連結該第一布線圖101。另一傳導穿透孔洞159a可穿透該第二基板104及連結該影像感測器120的傳導(如鋁或金)墊121。該傳導穿透孔159、159a可以傳導材料填充，如金屬或合金。在一例子中可以焊錫或異向性導電膜形成。在一實施例，該傳導穿透孔洞159a連結至該晶粒傳導墊121。一光學玻璃基板160藉由一黏附材料164粘附于該第二基板104上。至少一主動或被動兀件180焊接于該第二基板104上表面的第四布線圖106a。前述的系統(tǒng)封裝構造建構了一個柵格陣列(land grid array package-LGA)形式的封裝結構,其省略焊錫球來縮減封裝結構的厚度。該第一基板101及該第二基板104的材料以有機基板例如環(huán)氧樹脂(耐高溫玻璃纖維板(FR5)、雙馬來酰亞胺三氮雜苯樹脂(BT))以及印刷電路板為佳。該第一基板100與該第二基板104的熱膨脹系數(shù)與主機板(印刷電路板)一樣為佳。上述有機基板以具有高玻璃轉(zhuǎn)換溫度(Tg)的環(huán)氧樹脂(耐高溫環(huán)氧玻璃纖維板、雙馬來酰亞胺三氮雜苯樹脂)為佳，上述材料可以輕易地形成電路圖案以及內(nèi)部連線穿孔中。金屬銅的熱膨脹系數(shù)大約為16，也可應用于第一與第二基板材料之中。而玻璃、陶瓷以及硅也可用來當作基板。上述粘著材料122以硅橡膠基彈性材料為佳。上述環(huán)氧樹脂(耐高溫玻璃纖維板、雙馬來酰亞胺三氮雜苯樹脂)的有機基板的熱膨脹系數(shù)在X、Y方向約為1Γ17，在Z方向約為3(Γ60如此可以降低粘著材料在溫度固化過程中晶粒位移問題。在本發(fā)明之一實施例中，布線層102、101、106、106a的材料包含:銅鎳金的合金及，或，銅鎳的合金；該布線層厚度為5 um至25 um(如果有需要時，其厚度可超過25um)。銅箔基板(copper clad laminated)亦如金屬晶種層以層疊形成,而該銅/鎳合金及銅/鎳/金合金以電鍍形成；利用電鍍制程所成形的布線層有足夠的厚度及較佳的機械特性，能在溫度循環(huán)和機械彎曲中承受熱膨脹系數(shù)不匹配的問題。該傳導墊可為金或銅/金或招或及其組合。在本發(fā)明之一實施例中，如圖1所不，一第一基板100包含一傳導布線圖101形成于該第一基板的上表面，及一傳導布線圖102形成于該第一基板100的下表面。該布線圖101及該布線圖102包含以銅箔基板及電鍍形成的電鍍銅或銅鎳金的合金金屬。該晶粒120具有一傳導(招或金)墊121 (輸入輸出墊)形成于其中。該晶粒120暴露于該第一基板100的晶粒接受開口 105中。一第二基板104其形成于該第一基板100上，該第二基板104包含一晶粒開口窗107、一第三布線圖106位于該第二基板104上表面及一第四布線圖106a位于該第二基板104下表面。本發(fā)明形成影像感測器封裝的封裝方法，如圖1所示，包含準備一第一基板100及一第二基板104(較佳為FR4/FR5/BT系列材料的有機基板)及該第一基板具有布線電路102及101，分別形成于該第一基板100的上表面及下表面。該布線圖106a及106則分別形成于該第二基板104的上表面及下表面。該基板中的101、102、106a及106層可以電鍍形成的電鍍銅或銅/鎳/金合金金屬形成。該連結傳導穿透孔103可以穿透該第一基板100形成。如圖1及圖2所示,該第一基板100具有一預先形成的晶粒接受開口 105及該晶粒開口窗107亦為預先形成，該晶粒接受開口 105藉由雷射切割或機械沖壓(多骰沖床)，其開口尺寸大于該晶粒，其開口每邊比晶粒的大小增加約100ιιπΓ200ιιπι。如圖2所示，該第二基板104黏附(附著性膠膜)在該第一基板100。下一步驟，如圖3所示，則是將該影像感測器120設置于該晶粒接受開口 105及該藉由晶粒/基板校準工具將感測區(qū)域122外露于該第二基板104上的晶粒開口窗107。而下一步驟，則是形成該導電材料162 (如焊接劑)于該第二基板104的該傳導穿透孔159、159a。該填充步驟可形成于該第二基板104粘附于該第一基板100之前。IR回焊制程則是于該焊接劑流向穿透孔床新填充焊接劑后執(zhí)行，及在穿透孔159a中連接至該傳導墊121。當焊接劑162重新回填至該該穿透孔159、159a，該玻璃基板160隨后藉由該粘附材料164形成于該第二基板104之上當做另外一可選擇的封裝方法。該主動或被動裝置180亦粘附(表面貼裝，SMT)在如圖5所示層上，接著如圖6所示，具有一透鏡184的透鏡固定架182，其粘附于該第二基板104之上并與該影像感測晶粒120對齊。該第一基板100可藉由焊 接劑或異向性導電膜(ACF)粘附在軟性電路板186上。該光學透鏡高度則視其光學表現(xiàn)及物理參數(shù)而定。如圖7所示，一紅外線濾波器188可形成于該透鏡固定架182之內(nèi)(該紅外線濾波器188可以該玻璃基板160置換)。
該被動元件180可為電容或電阻，而另以晶圓級封裝(WL_CSP，wafer level chipscale package)、晶片尺寸封裝(CSP, chip scale package)、覆晶(FC-BGA, flip-chip)和球狀矩陣排列(BGA,ball grid array)的晶粒亦可安裝在該第二基板104的頂端電路上。因此建構至少兩晶片可一起嵌入里面，及具有傳導穿透孔用以作為電子訊號內(nèi)部連結。所有的傳導穿透孔159、159a及103可以CNC或雷射鉆孔形成。本系統(tǒng)影像感測晶片封裝結構及制程皆比欠缺揭露多晶片及雙層結構的傳統(tǒng)影像感測晶片封裝來的簡單。而本系統(tǒng)影像感測晶片封裝結構厚度可以容易控制，并可消除在制程中會造成晶片移位的問題。并可以省略射出成型工具；也不須導入化學機械研磨制程及本制程也不會產(chǎn)生翹曲。該基板為一具有預先形成晶粒開口窗、內(nèi)部連結穿透孔的預先準備基板；該晶粒開口窗尺寸等于該晶粒尺寸每邊增加大約IOOum至200um ;藉由填充彈性核心膠體，上述開口可以作為應力緩沖釋放區(qū)域，吸收由硅晶粒與基板(耐高溫玻璃纖維板/雙馬來酰亞胺三氮雜苯樹脂)之間熱膨脹系數(shù)不匹配，所造成的熱應力。此外，也可以在晶粒與基板側(cè)壁間隙之間填充彈性介電材料，以吸收由熱膨脹系數(shù)不匹配所造成的機械彎曲及/或熱應力。由于同時在上表面與底表面施加上述簡單增層，故可增加封裝生產(chǎn)率(減少制造周期)。該晶粒及基板(即該第一基板及該第二基板)粘合在一起。上述封裝與主機板(母板)級封裝的可靠度也比以前更好。特別對主機板級封裝溫度循環(huán)測試而言，由于基板與印刷電路板(母板)的熱膨脹系數(shù)一致，故不會有任何施加于焊錫凸塊/球的熱機械應力；對主機板級封裝機械彎曲測試而言，支撐機械強度的基板底側(cè)可以吸收基板上側(cè)的晶粒區(qū)域與邊界區(qū)域的應力。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
1.一種具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，其包含: 一第一基板，其包含:一晶粒接受開口，及多個第一穿透孔洞，其穿透該第一基板；一第二基板，形成于該第一基板之上，其包含:一晶粒開口窗，及多個第二穿透孔洞，其穿透該第二基板； 該第一基板，包含:一第一布線圖，其形成于該第一基板的下表面，及 一第二布線圖，其形成于該第一基板的上表面； 該第二基板，包含:一第三布線圖，其位于該第二基板的下表面，及一第四布線圖，其位于該第二基板的上表面； 該第二布線圖部分與該第三布線圖部分耦合；一影像感測晶粒，其包含:一導電墊，及一接收感測陣列；該晶粒接受開口及該接收感測陣列暴露于該晶粒開口窗；一穿透孔洞導電材料，用以填充于該多個第二穿透孔洞，其中該多個第二穿透孔洞中的部分孔洞與該導電墊耦合。
2.按權利要求1所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，更包含: 一光學玻璃基板，其形成于該第二基板及該晶粒開口窗之上。
3.按權利要求2所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，更包含: 一透鏡固定架，其包含: 一透鏡，其形成于該光學玻璃基板之上，及 其中該透鏡與該影像感測晶粒對齊。
4.按權利要求3所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，更包含: 一紅外線濾波器，其形成 于該透鏡固定架之內(nèi)。
5.按權利要求1所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，更包含: 一含有一透鏡的透鏡固定架，其形成于該第二基板之上，其中該透鏡與該影像感測晶粒對齊。
6.按權利要求5所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，更包含: 一紅外線濾波器，其形成于該透鏡固定架之內(nèi)。
7.按權利要求1所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，更包含:一被動式晶粒，其形成于該第二基板之上。
8.按權利要求7所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，更包含:一主動式晶粒，其形成于該第二基板之上。
9.按權利要求8所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，其中: 該主動式晶粒包含:晶片尺寸封裝、圓級晶片尺寸封裝、球狀矩陣排列及覆晶晶粒。
10.按權利要求1所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，其中: 該多個第一穿透孔洞的至少一側(cè)壁包含一傳導金屬。
11.按權利要求1所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，其中: 該穿透孔洞導電材料，包含金屬或合金或異方性導電膜。
12.按權利要求11所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，其中: 該穿透孔洞導電材料，包含焊錫。
13.按權利要求1所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，其中: 該第一基板及該第二基板材料，包含F(xiàn)R4或耐高溫環(huán)氧玻璃纖維板FR5。
14.按權利要求1所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，其中: 該第一基板及該第二基板材料，包含雙馬來酰亞胺三氮雜苯樹脂、硅系、印刷電路板材料、玻璃、陶瓷、金屬或合金。
15.按權利要求1所述的具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其特征在于，其中: 該第一布線圖、該第二布線圖、該第三布線圖及該第四布線圖，包含以銅箔基板及電鍍形成的電鍍銅或 銅鎳金的合金金屬。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有雙層基板的影像感測器封裝結構，其包含一含有晶粒接受開口的第一基板，其包含多個第一穿透孔洞，其穿透該第一基板；一第二基板，形成于該第一基板之上，其包含一晶粒開口窗及多個第二穿透孔洞，其穿透該第二基板；部分的第二布線圖與部分的第三布線圖耦合；一影像晶粒其包含一導電墊及一接收感測陣列，其中該晶粒接受開口及該感測陣列窗暴露于該晶粒開口窗；及一穿透孔洞導電材料，用以填充于該多個第二穿透孔洞，其中該多個第二穿透孔洞中的部分孔洞與該影像晶粒的導電墊耦合。
文檔編號H01L27/146GK103094291SQ201210220408
公開日2013年5月8日 申請日期2012年6月29日 優(yōu)先權日2011年11月4日
發(fā)明者楊文焜 申請人:金龍國際公司