CN102201458B - 晶片封装体 - Google Patents
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Abstract
一种晶片封装体，包括：基底，具有第一表面及第二表面；光学元件，设置于该第一表面上；导电层，位于该第二表面上，且电性连接该光学元件；保护层，设置于该第二表面及该导电层之上，该保护层具有开口，露出该导电层；导电凸块，设置于该第二表面上，该导电凸块具有底部部分及上部部分，该底部部分填充于该开口中而与露出的该导电层电性接触，该上部部分位于该开口之外，并朝远离该开口的方向延伸；凹陷，自该导电凸块的表面朝向该导电凸块的内部延伸；以及遮光层，设置于该第二表面上，且延伸至该导电凸块的该上部部分之下，并部分位于该凹陷之中而与部分的该导电凸块重叠。本发明可使光学元件更为精确地运作而不受光线或噪声的影响。
Description
技术领域
本发明有关于晶片封装体，且特别是有关于光学感测晶片或发光晶片的封装体。
背景技术
光感测元件或发光元件等光电元件在撷取影像或照明的应用中扮演着重要的角色，这些光电元件均已广泛地应用于例如是数字相机(digital camera)、数字摄录象机(digital videorecorder)、移动电话(mobile phone)、太阳能电池、屏幕、照明设备等的电子元件中。
随着科技的演进，对于光感测元件的感测精准度或发光元件的发光精准度的需求亦随之提高。
发明内容
本发明提供一种晶片封装体，包括：一基底，具有一第一表面及一第二表面；一光学元件，设置于该第一表面上；一导电层，位于该第二表面上，且电性连接该光学元件；一保护层，设置于该第二表面及该导电层之上，该保护层具有一开口，露出该导电层；一导电凸块，设置于该第二表面上，该导电凸块具有一底部部分及一上部部分，该底部部分填充于该开口中而与露出的该导电层电性接触，该上部部分位于该开口之外，并朝远离该开口的方向延伸；一凹陷，自该导电凸块的一表面朝向该导电凸块的内部延伸；以及一遮光层，设置于该第二表面上，且延伸至该导电凸块的该上部部分之下，并部分位于该凹陷之中而与部分的该导电凸块重叠。
本发明所述的晶片封装体，部分该遮光层位于该导电凸块与该保护层之间。
本发明所述的晶片封装体，部分该遮光层位于该导电凸块与该导电层之间。
本发明所述的晶片封装体，部分该保护层介于该导电凸块与该遮光层之间。
本发明所述的晶片封装体，该遮光层不与该导电凸块直接接触。
本发明所述的晶片封装体，还包括一凸块下金属层，该凸块下金属层位于该导电凸块与该导电层之间，且位于该导电凸块与该遮光层之间。
本发明所述的晶片封装体，部分该遮光层直接接触该凸块下金属层。
本发明所述的晶片封装体，该遮光层不直接接触该凸块下金属层。
本发明所述的晶片封装体，该遮光层包括一负型光致抗蚀剂。
本发明所述的晶片封装体，该遮光层至少包括一金属材料层与一绝缘层，该绝缘层至少介于该金属材料层与该凸块下金属层之间，或至少介于该金属材料层与该导电层之间。
本发明所述的晶片封装体，还包括一孔洞，该孔洞自该第二表面朝该第一表面延伸，且该导电层延伸于该孔洞的一侧壁。
本发明所述的晶片封装体，该遮光层不位于该孔洞之中。
本发明所述的晶片封装体，该保护层延伸至该导电凸块的该上部部分之下而与部分的该导电凸块重叠。
本发明所述的晶片封装体，该导电凸块与该保护层重叠的部分大于该导电凸块与该遮光层重叠的部分。
本发明所述的晶片封装体，该导电凸块与该保护层重叠的部分小于该导电凸块与该遮光层重叠的部分。
本发明所述的晶片封装体，该凹陷的一侧壁具有一平坦表面，该平坦表面平行于该基底的该第二表面。
本发明所述的晶片封装体，该遮光层不直接接触该导电层。
本发明所述的晶片封装体，该遮光层直接接触该导电层。
本发明所述的晶片封装体，该遮光层具有一侧边缘，该侧边缘位于该孔洞与该光学元件之间。
本发明所述的晶片封装体，该遮光层的该侧边缘位于导电垫结构于该第二表面上的一正投影区域之中。
本发明所述的晶片封装体可使光学元件更为精确地运作而不受光线或噪声的影响。
附图说明
图1A至图1C显示根据本发明一实施例的晶片封装体的制程剖面图。
图2A至图2C显示根据本发明一实施例的晶片封装体的制程剖面图。
图3A至图3B显示根据本发明一实施例的晶片封装体的制程剖面图。
图4A至图4C显示根据本发明多个实施例的晶片封装体的剖面图。
图5显示根据本发明一实施例的晶片封装体的导电垫结构示意剖面。
图6A至图6B分别显示根据本发明实施例的晶片封装体的剖面图。
图7A至图7B显示根据本发明实施例的晶片封装体的俯视示意图。
具体实施方式
以下将详细说明本发明实施例的制作与使用方式。然应注意的是，本发明提供许多可供应用的发明概念，其可以多种特定型式实施。文中所举例讨论的特定实施例仅为制造与使用本发明的特定方式，非用以限制本发明的范围。此外，在不同实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关连性。再者，当述及一第一材料层位于一第二材料层上或之上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层的情形。
本发明一实施例的晶片封装体可用以封装光感测元件或发光元件。然其应用不限于此，例如在本发明的晶片封装体的实施例中，其可应用于各种包含有源元件或无源元件(active orpassive elements)、数字电路或模拟电路(digital or analogcircuits)等集成电路的电子元件(electronic components)，例如是有关于光电元件(opto electronic devices)、微机电***(MicroElectro Mechanical System；MEMS)、微流体***(micro fluidicsystems)、或利用热、光线及压力等物理量变化来测量的物理感测器(Physical Sensor)。特别是可选择使用晶圆级封装(waferscale package；WSP)制程对影像感测元件、发光二极管(light-emitting diodes；LEDs)、太阳能电池(solar cells)、射频元件(RF circuits)、加速计(accelerators)、陀螺仪(gyroscopes)、微制动器(micro actuators)、表面声波元件(surface acoustic wavedevices)、压力感测器(process sensors)、喷墨头(ink printer heads)或功率模组(power modules)等半导体晶片进行封装。
其中上述晶圆级封装制程主要指在晶圆阶段完成封装步骤后，再予以切割成独立的封装体，然而，在一特定实施例中，例如将已分离的半导体晶片重新分布在一承载晶圆上，再进行封装制程，亦可称之为晶圆级封装制程。另外，上述晶圆级封装制程亦适用于通过堆叠(stack)方式安排具有集成电路的多片晶圆，以形成多层集成电路(multi-layer integrated circuit devices)的晶片封装体。
图1A至图1C显示根据本发明一实施例的晶片封装体的制程剖面图。如图1A所示，提供基底100，其例如为半导体基底或陶瓷基底。在一实施例中，基底100为半导体晶圆(如硅晶圆)而可进行晶圆级封装以节省制程时间与成本。基底100具有表面100a与100b。表面100a与100b例如彼此相对。
如图1A所示，在一实施例中，表面100b上设置有光学元件101。光学元件101可包括(但不限于)光学感测元件或发光元件。光学感测元件例如是CMOS影像感测元件，而发光元件例如是发光二极管元件。光学元件101例如可与形成于表面100b上的导电垫结构104电性连接，并可通过导电垫结构104而与其他导电通路连结。
虽然，图1A中仅显示出单层的导电垫结构104。然而，多个导电垫可能彼此堆叠及/或排列于基底100之上。例如，在一实施例中，导电垫结构104为多个彼此堆叠的导电垫、或至少一导电垫、或至少一导电垫与至少一层内连线结构所组成的导电垫结构。例如，请参照图5，其显示一实施例的晶片封装体的导电垫结构104。导电垫结构104具有多个导电垫，且这些导电垫例如可形成于基底100上的介电层105之中，并通过形成于介电层105之中的内连线而彼此电性接。在以下的实施例中，为方便说明，不于图式中显示介电层105及多个导电垫，图式中仅显示单层导电垫结构104以简化图式。
如图1A所示，基底100的另一表面100a上设置有导电层102。导电层102与光学元件101电性连接。例如，导电层102可通过导电垫结构104而电性连接至光学元件101，其中导电层102与导电垫结构104之间的导电通路例如可以是穿基底导电结构或延伸于基底100的外侧的线路重布层。在图1A的实施例中，以穿基底导电结构为例。基底100中包括孔洞132，其自基底100的表面100a朝表面100b延伸。在一实施例中，孔洞132露出部分的导电垫结构104。此外，导电层102延伸于孔洞132的侧壁与基底100的表面100a之上，并电性连接导电垫结构104。导电层102的材质例如为(但不限于)金属材料，如铜、铝、金或前述的组合等。应注意的是，当基底100的材质具有导电性时，(例如是硅)，需于导电层102与基底100之间形成绝缘层以避免发生短路。例如，在图1A的实施例中，可选择性于基底100与导电层102之间形成绝缘层130。相似地，亦可视情况于其他导电性结构与基底100之间形成绝缘层。
如图1A所示，在表面100a及导电层102上设置有保护层106。保护层106例如包括(但不限于)防焊材料、聚酰亚胺树脂(polyimide)或绿漆等。保护层106中定义有至少一开口108，其露出部分的导电层102。
接着，如图1B所示，于基底100的表面100a上形成遮光层110。在此实施例中，遮光层110形成于保护层106之上。遮光层110的材质例如可为高分子材料，或金属材料层与绝缘层的组合，该绝缘层至少介于该金属材料层与凸块下金属层112a(详述于后)之间，或至少介于该金属材料层与导电层102之间。在一实施例中，遮光层110为一光致抗蚀剂层而可便于将之图案化。例如，遮光层110可为一黑色的光致抗蚀剂层。在一实施例中，遮光层110为一负型光致抗蚀剂层。在一实施例中，可例如以涂布的方式将遮光层110形成于基底100之上，并接着将之图案化，例如图案化为如图1B所示的结构。遮光层110可有助于阻挡来自晶片封装体外部的光线，尤其是来自基底100的表面100a后的光线，因而可有利于光学元件101的运作。例如，当光学元件101为影像感测元件时，遮光层110可挡住来自基底100的表面100a的光线而避免造成影像噪声。或者，当光学元件101为发光元件时，遮光层110可挡住来自基底100的表面100a的光线而避免晶片封装体所发出的光线的波长及/或强度受到外界光线的影响。
接着，如图1C所示，于基底100的表面100a上设置导电凸块112。在一实施例中，可选择性于形成导电凸块112之前，于导电层102之上形成凸块下金属层112a。凸块下金属层112a可沿着保护层106的开口108的侧壁延伸，并进一步延伸至保护层106上的遮光层110之上。接着，可于保护层106的开口108上设置导电凸块112。
如图1C所示，导电凸块112包括底部部分113a及上部部分113b。底部部分113a填充于保护层106的开口108中而与露出的导电层102电性接触。导电凸块112的上部部分113b位于保护层106的开口108之外，并且朝着远离开口108的方向延伸。例如，导电凸块112的上部部分113b由开口108的边缘大抵水平地朝外延伸，因而至少部分位于遮光层110上而与凸块下金属层112a及下方的遮光层110重叠。
换言之，在一实施例中，晶片封装体包括一凹陷114，其自导电凸块112的一表面朝向导电凸块112的内部延伸。设置于表面100a上的遮光层110延伸至导电凸块112的上部部分113b之下而部分位于凹陷114中。由于遮光层110延伸进入导电凸块112的凹陷114中，将能更为有效地阻挡来自表面100a上的外界光线，避免光线或噪声传至表面100b处的光学元件101。此外，在一实施例中，凹陷114具有一侧壁114a，其具有大抵顺应性平坦的表面，且大抵平行于基底100的表面100a。
在图1C的实施例中，保护层106延伸至导电凸块112的上部部分113b之下而与部分的导电凸块112重叠。在一实施例中，导电凸块112与保护层106重叠的部分大于与遮光层110重叠的部分。
在图1C的实施例中，遮光层110与导电凸块112之间可隔有其他材料层，例如是凸块下金属层112a。在此情形下，遮光层110直接接触凸块下金属层112a。此外，在一实施例中，遮光层110不直接接触导电层102，其间例如隔有保护层106。
图2A至图2C显示根据本发明另一实施例的晶片封装体的制程剖面图，其中相同或相似的标号用以标示相同或相似的元件。再者，部分的元件及其材质与形成方法大抵相似于图1A至图1C的实施例，因而不再重复说明。
如图2A所示，在一实施例中，在形成保护层之前，先于基底100的表面100a上形成遮光层110。遮光层110例如可延伸导电层102之上。在一实施例中，遮光层与导电层直接接触。然而，应注意的是，本发明实施例的实施方式不限于此。在其他实施例中，遮光层110可仅形成于表面100a之上，但不延伸至导电层102之上而不与之直接接触。或者，遮光层110虽延伸至导电层102之上，但两者之间可形成有其他材料层而彼此不直接接触。在一实施例中，遮光层110经图案化而具有至少一开口，其使导电层102至少部分露出。
接着，如图2B所示，于基底100的表面100a上形成保护层106。保护层106经图案化而仅覆盖部分的遮光层110与部分的导电层102。在图2B的实施例中，保护层106覆盖部分的遮光层110，且保护层106的开口108使另一部分的遮光层110露出。
接着，如图2C所示，于保护层106的开口108所露出的导电层102上形成导电凸块112，并可选择性于导电凸块112与导电层102之间形成凸块下金属层112a。导电凸块112包括填充于保护层106的开口108中的底部部分113a及开口108外的上部部分113b。此外，导电凸块112亦具有一凹陷114，其自导电凸块112的一表面朝向导电凸块112的内部延伸。遮光层110延伸至上部部分113b之下，并部分位于凹陷114之中，因而可有效阻挡光线或噪声传至光学元件101而影响其运作。
在图2C实施例中，保护层106延伸至导电凸块112的上部部分113b之下而与部分的导电凸块112重叠。在一实施例中，导电凸块112与保护层106重叠的部分小于与遮光层110重叠的部分。
图3A至图3B显示根据本发明又一实施例的晶片封装体的制程剖面图，其中相同或相似的标号用以标示相同或相似的元件。再者，部分的元件及其材质与形成方法大抵相似于图1A至图1C的实施例，因而不再重复说明。
如图3A所示，在一实施例中，在形成保护层之前，先于基底100的表面100a上形成遮光层110。遮光层110例如可延伸导电层102之上。遮光层110经图案化而具有至少一开口而使导电层102至少部分露出。
接着，于基底100的表面100a上形成保护层106。保护层106经图案化而具有露出部分的导电层102的开口108。在图3A的实施例中，保护层106将导电层102上的遮光层110大抵完全覆盖。
接着，如图3B所示，于保护层106的开口所露出的导电层102上形成导电凸块112，并可选择性于导电凸块112与导电层102之间形成凸块下金属层112a。导电凸块112包括填充于保护层106的开口108中的底部部分113a及开口108外的上部部分113b。此外，导电凸块112亦具有一凹陷114，其自导电凸块112的一表面朝向导电凸块112的内部延伸。遮光层110延伸至上部部分113b之下，并部分位于凹陷114之中，因而可有效阻挡光线或噪声传至光学元件101而影响其运作。
在图3B实施例中，保护层106延伸至导电凸块112的上部部分113b之下而与部分的导电凸块112重叠。在一实施例中，导电凸块112与保护层106重叠的部分大于与遮光层110重叠的部分。此外，由于保护层106完全覆盖导电层102上的遮光层110而位于导电凸块112与遮光层110之间。遮光层110不与导电凸块112直接接触。在形成有凸块下金属层112a的情形下，遮光层110亦不与凸块下金属层112a直接接触。
图4A至图4C显示根据本发明多个实施例的晶片封装体的剖面图，其中相同或相似的标号用以标示相同或相似的元件。再者，部分的元件及其材质与形成方法大抵相似于图1A至图3B的实施例，因而不再重复说明。
在图4A至图4C的晶片封装体中，穿基底导电结构可有其他变化。在图4A至图4C的实施例中，孔洞132具有“倒角结构”。即，孔洞132的上开口(接近表面100a的开口)的口径小于下开口(接近表面100b的开口)。在一些实施例中，形成具“倒角结构”的孔洞132将有利于后续各制程的进行。如图4A至图4C的实施例所示，遮光层110皆不位于孔洞132中。如此，可增进晶片封装体的可靠度。
图6A至图6B分别显示根据本发明实施例的晶片封装体的剖面图，其中相似或相同的标号用以标示相似或相同的元件。图7A至图7B显示根据本发明实施例的晶片封装体的俯视示意图。
图6A显示根据本发明一实施例的晶片封装体，其相似于显示于图2C的结构。然而，主要差别在于图6A实施例的遮光层110具有介于孔洞132与光学元件101之间的侧边缘(side edge)110a。在此实施例中，遮光层110的侧边缘110a位于区域R之中，其为导电垫结构104于表面100a上的正投影区域。在此情形中，如图7A所示，遮光层110与部分的导电垫结构104重叠。遮光层110的侧边缘110a位于光学元件101与孔洞132之间，且进一步位于区域R之中。
相似地，图6B显示根据本发明一实施例的晶片封装体，其相似于显示于图4C的结构。主要差别在于图6B实施例的遮光层110具有介于孔洞132与光学元件101之间的侧边缘(sideedge)110a。在此实施例中，遮光层110的侧边缘110a位于区域R之中，其为导电垫结构104于表面100a上的正投影区域。在此情形中，如图7A所示，遮光层110与部分的导电垫结构104重叠。遮光层110的侧边缘110a位于光学元件101与孔洞132之间，且进一步位于区域R之中。
然应注意的是，本发明实施例不限于此。在其他实施例中，遮光层110的侧边缘110a可不位于表面100a上的导电垫结构104的正投影区域之中。请参照图7B，在此实施例中，遮光层110的侧边缘110a位于光学元件101与孔洞132之间，且不与其上的导电垫结构104重叠。
如上所述，在本发明实施例的晶片封装体中，遮光层设置于基底的一表面上，并进一步延伸于导电凸块的凹陷中而与导电凸块之间具有较大的重叠部分。因此，晶片封装体的光学元件可更为精确地运作而不受光线或噪声的影响。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
100：基底；100a、100b：表面；101：光学元件；102：导电层；104：导电垫结构；105：介电层；106：保护层；108：开；110：遮光层；110a：侧边缘；112：导电凸块；112a：凸块下金属层；113a、113b：部分；114：凹陷；114a：侧壁；130：绝缘层；132、402：孔洞；R：区域。
Claims (21)
1.一种晶片封装体，其特征在于，包括：
一基底，具有一第一表面及一第二表面；
一光学元件，设置于该第一表面上；
一导电层，位于该第二表面上，且电性连接该光学元件；
一保护层，设置于该第二表面及该导电层之上，该保护层具有一开口，露出该导电层；
一导电凸块，设置于该第二表面上，该导电凸块具有一底部部分及一上部部分，该底部部分填充于该开口中而与露出的该导电层电性接触，该上部部分位于该开口之外，并朝远离该开口的方向延伸；
一凹陷，自该导电凸块的一表面朝向该导电凸块的内部延伸；以及
一遮光层，设置于该第二表面上，且延伸至该导电凸块的该上部部分之下，并部分位于该凹陷之中而与部分的该导电凸块重叠。
2.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，部分该遮光层位于该导电凸块与该保护层之间。
3.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，部分该遮光层位于该导电凸块与该导电层之间。
4.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，部分该保护层介于该导电凸块与该遮光层之间。
5.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层不与该导电凸块直接接触。
6.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，还包括一凸块下金属层，该凸块下金属层位于该导电凸块与该导电层之间，且位于该导电凸块与该遮光层之间。
7.根据权利要求6所述的晶片封装体，其特征在于，部分该遮光层直接接触该凸块下金属层。
8.根据权利要求6所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层不直接接触该凸块下金属层。
9.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层包括一负型光致抗蚀剂。
10.根据权利要求6所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层至少包括一金属材料层与一绝缘层，该绝缘层至少介于该金属材料层与该凸块下金属层之间。
11.根据权利要求6所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层至少包括一金属材料层与一绝缘层，该绝缘层至少介于该金属材料层与该导电层之间。
12.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，还包括一孔洞，该孔洞自该第二表面朝该第一表面延伸，且该导电层延伸于该孔洞的一侧壁。
13.根据权利要求12所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层不位于该孔洞之中。
14.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，该保护层延伸至该导电凸块的该上部部分之下而与部分的该导电凸块重叠。
15.根据权利要求14所述的晶片封装体，其特征在于，该导电凸块与该保护层重叠的部分大于该导电凸块与该遮光层重叠的部分。
16.根据权利要求14所述的晶片封装体，其特征在于，该导电凸块与该保护层重叠的部分小于该导电凸块与该遮光层重叠的部分。
17.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，该凹陷的一侧壁具有一平坦表面，该平坦表面平行于该基底的该第二表面。
18.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层不直接接触该导电层。
19.根据权利要求1所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层直接接触该导电层。
20.根据权利要求12所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层具有一侧边缘，该侧边缘位于该孔洞与该光学元件之间。
21.根据权利要求20所述的晶片封装体，其特征在于，该遮光层的该侧边缘位于导电垫结构于该第二表面上的一正投影区域之中。
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