DE102007031966A1 - Struktur eines Bildsensormoduls und Herstellungsverfahren für ein Wafer-Level-Package - Google Patents
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Abstract
Die
vorliegende Erfindung offenbart ein Bildsensormodul und ein Verfahren
zur Bildung eines Wafer-Level-Package. Das Bildsensormodul umfaßt eine
Metalllegierungsgrundplatte, ein Wafer-Level-Package, einen Linsenhalter
und flexible gedruckte Schaltungen (F.P.C.). Das Wafer-Level-Package
verfügt über mehrere
Bildsensor-Chips und mehrere Lotkugeln sind an der Metalllegierungsgrundplatte
angebracht. Mehrere Linsen sind im Linsenhalter angeordnet und der
Linsenhalter ist auf den Bildsensor-Chips angeordnet. Der Linsenhalter
ist in den flexiblen gedruckten Schaltungen (F.P.C.) angeordnet
und die flexiblen gedruckten Schaltungen (F.P.C.) haben mehrere
Lötverbindungen,
die in Verbindung mit den Lotkugeln stehen, für eine unkomplizierte Überrmittlung von
Signalen der Bildsensor-Chips. Darüber hinaus können die
Bildsensor-Chips beim Packaging mit passiven Bauteilen oder anderen
Chips nebeneinanderliegend oder stapelförmig angeordnet werden.
Description
- Diese Erfindung betrifft ein Bildsensormodul und insbesondere ein Bildsensormodul und eine Struktur und ein Herstellungsverfahren für ein Wafer-Level-Package, die die Kosten senken und die Ausbeute und Zuverlässigkeit erhöhen können.
- Die Halbleitertechnologie entwickelt sich sehr schnell, und insbesondere die Halbleiter-Chips (Dice) tendieren zur Miniaturisierung. Die Anforderungen hinsichtlich der Funktionen der Halbleiter-Chips haben allerdings eine umgekehrte Tendenz zur Vielfältigkeit hin. Das heißt, die Halbleiter-Chips müssen mehr Ein-/Ausgabe-Pads auf einer kleineren Fläche haben, so daß sich die Pin-Dichte schnell erhöht. Dadurch wird die Kapselung (das Packaging) der Halbleiter-Chips schwieriger und die Ausbeute geringer.
- Der Hauptzweck der Package-Struktur besteht darin, die Chips vor Beschädigungen von außen zu schützen. Darüber hinaus muß die Wärme, die von den Chips erzeugt wird, effizient über die Package-Struktur abgeleitet werden, um den Betrieb der Chips zu gewährleisten.
- Die frühere Leadframe-Package-Technologie eignet sich für die fortgeschrittenen Halbleiter-Chips schon nicht mehr, weil die Pin-Dichte zu hoch ist. Folglich wurde eine neue Package-Technologie, das Ball Grid Array (BGA) entwickelt, um die Packaging-Anforderungen der die fortgeschrittenen Halbleiter-Chips zu befriedigen. Das BGA-Package hat den Vorteil, daß die kugelförmigen Pins einen kürzeren Abstand (pitch) haben als die des Leadframe-Package und die Pins schwer zu beschädigen oder zu verformen sind. Zudem ist der kürzere Signalübertragungsweg nützlich, um die Betriebsfrequenz zu erhöhen und den Anforderungen einer höheren Arbeitsleistung gerecht zu werden. Die meisten Package-Technologien teilen die Chips (Dice) auf einem Wafer in jeweilige Chips (Dice) auf und plazieren dann den jeweiligen Chip in ein Gehäuse und testen ihn. Mit einer anderen Package-Technologie namens Wafer-Level-Packaging (WLP) können die Chips auf einem Wafer mit Gehäuse versehen werden, bevor sie in die jeweiligen Chips aufgeteilt werden. Die WLP-Technologie hat einige Vorteile, wie beispielsweise kürzere Produktionszykluszeiten, geringere Kosten und die Tatsache, daß kein Unterfüllen oder Nachformen erforderlich ist.
- Die Chips sind beispielsweise Bildsensor-Chips. Jetzt wird das Bildsensormodul mit Hilfe eines COB- oder LCC-Verfahrens gebildet. Der eine Nachteil des COB-Verfahrens ist die geringere Ausbeute beim Packaging-Verfahren wegen der Partikelverunreinigung der Meßfläche. Weitere Nachteile des LCC-Verfahrens sind höhere Packaging-Kosten aufgrund der Werkstoffe und eine geringere Ausbeute beim Packaging-Verfahren wegen der Partikelverunreinigung der Meßfläche. Darüber hinaus entwickelt das Unternehmen SHELL CASE auch Wafer-Level-Package-Technik, die von SHELL CASE eingehausten Bildsensor-Chips sind teurer, weil zwei Glasplatten und ein kompliziertes Verfahren erforderlich sind. Und die Transparenz ist schlecht, weil Epoxid verschleißt, und die potentielle Zuverlässigkeit kann sich verringern.
- Daher wurde die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die oben genannten Probleme beim Stand der Technik gemacht, und eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuen Bildsensormoduls und einer Struktur und eines Herstellungsverfahrens für ein Wafer-Level-Package.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines Bildsensormoduls für eine unkomplizierte Endprüfung des Wafer-Level-Package.
- Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist eine Verringerung der Kosten der Package-Struktur.
- Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Erhöhung der Ausbeute der Package-Struktur.
- Noch eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines dünneren Körpers des Bildsensorgehäuses und -moduls.
- Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung einer Package-Struktur mit einer hohen Ausbeute und Zuverlässigkeit, die auch für die Halbleiterbranche und die LCD-Branche verwendet werden kann.
- Wie erwähnt, bietet die vorliegende Erfindung ein Bildsensormodul und ein Herstellungsverfahren für ein Wafer-Level-Package. Das Bildsensormodul umfaßt eine Metalllegierungsgrundplatte, ein Wafer-Level-Package, einen Linsenhalter und flexible gedruckte Schaltungen (flexible printed circuit (F.P.C.))/Leiterplatte. Der Werkstoff der Metalllegierungsgrundplatte umfaßt Fe-Ni-Legierung, Fe-Ni-Co-Legierung, Cu-Fe-Legierung, Cu-Cr-Legierung, Cu-Ni-Si-Legierung, Cu-Sn-Legierung oder mit Fe-Ni-Legierung laminierte Glasfaserwerkstoffe. Das Wafer-Level-Package, das über mehrere Bildsensor-Chips und mehrere Lotkugeln oder Lotperlen verfügt, ist an der isolierenden Grundplatte befestigt. Mehrere Linsen sind im Linsenhalter angeordnet und der Linsenhalter ist auf dem Bildsensor-Chips (Dice) angeordnet. Der Linsenhalter ist in der flexiblen gedruckten Schaltung (F.P.C.) angeordnet und die flexible gedruckte Schaltung (F.P.C.) verfügt über mehrere Lötverbindungen, die mit den Lotkugeln in Verbindung stehen, um auf unkomplizierte Weise Signale des Bildsensor-Chips zu übermitteln. Darüber hinaus kann der Bildsensor-Chip mit passiven Bauteilen oder anderen Dice beim Packaging nebeneinanderliegend oder stapelförmig angeordnet werden.
- Die vorliegende Erfindung bietet auch eine Wafer-Level-Package-Struktur. Die Package-Struktur umfaßt eine Metalllegierungsgrundplatte, einen ersten Chip und einen zweiten Chip, eine erste dielektrische Schicht, eine zweite dielektrische Schicht, eine leitende Kontaktschicht, eine Isolierschicht und Lotkugeln. Der erste Chip und der zweite Chip sind an der Metalllegierungsgrundplatte festgeklebt. Die erste dielektrische Schicht wird auf der Metalllegierungsgrundplatte gebildet und füllt einen Raum auf der Metalllegierungsgrundplatte aus, außer dort, wo sich der erste Chip und der zweite Chip befinden. Die zweite dielektrische Schicht wird auf dem zweiten Chip gebildet. Die leitende Kontaktschicht wird auf einem ersten Metall-Pad des ersten Chips und einem zweiten Metall-Pad des zweiten Chips gebildet, um das erste Metall-Pad und das zweite Metall-Pad zu bedecken, und die leitende Kontaktschicht hat eine elektrische Verbindung jeweils mit dem ersten Metall-Pad und dem zweiten Metall-Pad. Die Isolierschicht wird auf der leitenden Kontaktschicht gebildet und auf der Isolierschicht werden Öffnungen zur leitenden Kontaktschicht gebildet. Die Lotkugeln oder Lotperlen sind auf die Öffnungen geschweißt und haben jeweils eine elektrische Verbindung zur leitenden Kontaktschicht. Der erste Chip (Dice) ist ein DSP-Chip, ein aktiver Chip, ein passiver Chip, ein Unterstützungs-Chip, ein CPU-Chip oder ein Prozessor-Chip und der zweite Chip ist ein CMOS-Bildsensor-Chip. Der Bildsensor-Chip und der DSP-Chip, aktive Chip, passive Chip, Unterstützungs-Chip, CPU-Chip oder Prozessor-Chip werden beim Packaging nebeneinander angeordnet.
- Die vorliegende Erfindung bietet auch eine Wafer-Level-Package-Struktur. Die Package-Struktur umfaßt eine Metalllegierungsgrundplatte, einen ersten Chip und einen zweiten Chip, eine erste dielektrische Schicht, eine zweite dielektrische Schicht, eine erste und zweite leitende Kontaktschicht, eine Isolierschicht und Lotkugeln. Der erste Chip ist an der Metalllegierungsgrundplatte festgeklebt. Die erste dielektrische Schicht wird auf der Metalllegierungsgrundplatte gebildet und füllt einen Raum auf der Metalllegierungsgrundplatte aus, außer dort, wo sich der erste Chip befindet. Die erste leitende Kontaktschicht wird auf einem ersten Metall-Pad des ersten Chips gebildet, um das erste Metall-Pad zu bedecken, und die erste leitende Kontaktschicht hat jeweils eine elektrische Verbindung zum ersten Metall-Pad. Der zweite Chip ist am ersten Chip festgeklebt. Die zweite dielektrische Schicht wird auf der ersten dielektrischen Schicht gebildet und füllt einen Raum aus, außer dort, wo sich der zweite Chip befindet, und auf der zweiten dielektrischen Schicht ist ein Via-Loch zur ersten leitenden Kontaktschicht gebildet. Die dritte dielektrische Schicht wird auf dem zweiten Chip gebildet. Die zweite leitende Kontaktschicht wird auf einem zweiten Metall-Pad des zweiten Chips gebildet und in besagtes Via-Loch gefüllt, um das zweite Metall-Pad zu bedecken, und die zweite leitende Kontaktschicht hat eine elektrische Verbindung zum zweiten Metall-Pad und zur ersten leitenden Kontaktschicht. Die Isolierschicht wird auf der zweiten leitenden Kontaktschicht gebildet und auf der Isolierschicht werden Öffnungen zur zweiten leitenden Kontaktschicht gebildet. Die Lotkugeln sind auf die Öffnungen geschweißt und haben jeweils eine elektrische Verbindung zur zweiten leitenden Kontaktschicht. Der erste Chip ist ein DSP-Chip, ein aktiver Chip, ein passiver Chip, ein Unterstützungs-Chip, ein CPU-Chip oder ein Prozessor-Chip und der zweite Chip ist ein CMOS-Bildsensor-Chip. Der Bildsensor-Chip und der DSP-Chip, aktive Chip, passive Chip, Unterstützungs-Chip, CPU-Chip oder Prozessor-Chip werden beim Packaging stapelförmig angeordnet.
- Die vorliegende Erfindung bietet auch ein Wafer-Level-Package-Verfahren. Zuerst wird ein Fotolackmuster auf Metall-Pads von mehreren Chips (Dices) auf einem Wafer gebildet, um die Metall-Pads zu bedecken. Eine Siliziumdioxidschicht wird auf dem ersten Fotolackmuster und den mehreren Chips gebildet. Anschließend wird die Siliziumdioxidschicht ausgehärtet. Das erste Fotolackmuster wird entfernt. Die mehreren Chips auf dem Wafer werden gesägt, um einzelne Chips zu erhalten. Als Nächstes werden die guten Chips ausgewählt und an einer Metalllegierungsgrundplatte befestigt. Die Metalllegierungsgrundplatte wird ausgehärtet. Eine Werkstoffschicht wird auf der Metalllegierungsgrundplatte gebildet, um einen Raum neben den mehreren Chips auf der Metalllegierungsgrundplatte auszufüllen. Die Werkstoffschicht wird ausgehärtet. Eine zweite dielektrische Schicht wird auf der Werkstoffschicht und den Metall-Pads gebildet. Danach wird ein Teilbereich der zweiten dielektrischen Schicht auf den Metall-Pads geätzt, um erste Öffnungen auf den Metall-Pads zu bilden. Die zweite dielektrische Schicht wird ausgehärtet. Eine leitende Kontaktschicht wird auf den ersten Öffnungen gebildet, um jeweils eine elektrische Verbindung zu den Metall-Pads herzustellen. Eine zweite Fotolackschicht wird auf der leitenden Kontaktschicht gebildet. Anschließend wird ein Teilbereich der zweiten Fotolackschicht entfernt, um ein zweites Fotolackmuster zu bilden und die leitende Kontaktschicht freizulegen, um zweite Öffnungen zu bilden. Die leitenden Linien werden auf dem zweiten Fotolackmuster und den zweiten Öffnungen gebildet und jeweils mit der leitenden Kontaktschicht verbunden. Der Rest der zweiten Fotolackschicht wird entfernt. Daraufhin wird eine Isolierschicht auf den leitenden Linien und der zweiten dielektrischen Schicht gebildet. Ein Teilbereich der Isolierschicht auf den Stromleitungen wird entfernt, um dritte Öffnungen zu bilden. Die Isolierschicht wird ausgehärtet. Schließlich werden die Lotkugeln auf die dritten Öffnungen geschweißt.
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1 ist eine schematische Darstellung eines Bildsensormoduls gemäß der vorliegenden Erfindung; -
2 ist eine schematische Darstellung eines Gehäuses (package) mit einer Struktur mit Nebeneinanderanordnung gemäß der vorliegenden Erfindung; -
3 ist eine schematische Darstellung eines Gehäuses (package) mit einer Struktur mit stapelförmiger Anordnung gemäß der vorliegenden Erfindung. -
4A bis4J sind schematische Darstellungen eines Herstellungsverfahrens für ein Wafer-Level-Package gemäß der vorliegenden Erfindung; -
5 ist eine schematische Darstellung einer Endprüfung eines Multi-CSP gemäß der vorliegenden Erfindung; -
6 ist eine schematische Darstellung einer Anwendung für die LCD-Branche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. - Einige Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun ausführlicher beschrieben. Dennoch ist zu erkennen, daß die vorliegende Erfindung in einer breit gefächerten Reihe anderer Ausführungsformen neben den ausdrücklich beschriebenen angewandt werden kann, und der Umfang der vorliegenden Erfindung ist ausdrücklich nicht begrenzt, außer durch die Spezifikationen in den beigefügten Ansprüchen.
- Außerdem sind die Bestandteile der verschiedenen Elemente nicht maßstabsgetreu abgebildet. Manche Abmessungen der jeweiligen Bestandteile sind vergrößert und bedeutungslose Teile sind nicht gezeichnet, um eine klarere Beschreibung und ein besseres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu ermöglichen.
- Das Packaging des Chips (die) der vorliegenden Erfindung kann mit passiven Bauteilen (Beispiel: Kondensatoren) oder mit anderen Chips nebeneinanderliegend oder stapelförmig erfolgen. Das IC-Gehäuse kann von der Halbleiterbranche und der LCD- und PCB-Branche fertiggestellt werden.
- Wie bereits erwähnt, sieht die Erfindung ein Bildsensormodul vor, wie es in
1 abgebildet ist. Der Querschnitt der Wafer-Level-Package-Struktur der vorliegenden ist mit101 bezeichnet. Das Bildsensormodul umfaßt eine Metalllegierungsgrundplatte100 , ein Wafer-Level-Package101 , einen Linsenhalter102 und flexible gedruckte Schaltungen (F.P.C.)103 . Der Werkstoff der Metalllegierungsgrundplatte umfaßt beispielsweise: Fe-Ni-Legierung, Fe-Ni-Co-Legierung, Cu-Fe-Legierung, Cu-Cr-Legierung, Cu-Ni-Si-Legierung, Cu-Sn-Legierung oder mit Fe-Ni-Legierung laminierte Glasfaserwerkstoffe etc., wobei die Form der Grundplatte rund oder rechteckig sein kann. Die Fe-Ni-Legierung umfaßt beispielsweise ASTM F30 oder Legierung42 (42Ni58Fe), wobei die Zusammensetzung der Fe-Ni-Legierung 42 % Ni und 58 % Fe enthält. Die Haupteigenschaften der Legierung42 umfassen: CET zirka 4,0 ~ 4,7 (ppm/°C), Wärmeleitfähigkeit zirka 12 (W/m – °C), elektrischer Widerstand zirka 70 (μΩ – cm) und Fließ-Biegewechsel-Dauerfestigkeit (Yield bend fatigue strength) zirka 620 (MPa). Außerdem umfaßt die Fe-Ni-Co-Legierung ASTM F15 oder Kovar (29Ni17Co54Fe), wobei die Zusammensetzung der Fe-Ni-Co-Legierung 29 % Ni, 17 % Co und 54 % Fe umfaßt. Auf ähnliche Weise umfassen die Haupteigenschaften des Kovars: CET zirka 5,1 ~ 8,7 (ppm/°C), Wärmeleitfahigkeit zirka 40 (W/m – °C) und elektrischer Widerstand zirka 49 (μΩ – cm). Mit anderen Worten, die Metalllegierung der vorliegenden Erfindung kann als Anschluß/Anschlußrahmen (lead/leadframe) Legierungen verwendet werden. Speziallegierungen wie ASTM F30 oder Legierung42 und ASTM F15 oder Kovar haben wegen ihren thermischen Ausdehnungskoeffizienten, die denen von Keramikwerkstoffen sehr nahe kom men, und ihrer guten Formbarkeit große Verbreitung gefunden. Legierung42 und Kovar werden in der Regel zur Herstellung von Anschlüssen und Anschlußrahmen in keramischen Chip-Trägern verwendet. Wie oben erwähnt, passen die thermischen Ausdehnungskoeffizienten dieser beiden Werkstoffe gut zu denen von Silizium, die 2,3 ppm/°C betragen, und dem von Keramiksubstrat (3,4 bis 7,4 ppm/°C). Kovar und Legierung42 verfügen außerdem über eine hohe Dauerfestigkeit. Legierung42 hat eine Dauerfestigkeit von 620 MPa, während die meisten Kupferlegierungen nur 380–550 MPa aufweisen. Der Anschlußwerkstoff sollte elektrisch leitend sein, um als elektrischer Pfad für die Signale zu dienen. Außerdem sollte der Anschlußwerkstoff korrosionsfest sein, weil Korrosion den elektrischen Widerstand der Anschlüsse erhöht, zu elektrischen Defekten führt und schließlich auch zu mechanischem Versagen führen kann. Die Anschlußwerkstoffe für die vorliegende Erfindung können Fe-Ni-Legierung, Fe-Ni-Co-Legierung, Cu-Fe-Legierung, Cu-Cr-Legierung, Cu-Ni-Si-Legierung, Cu-Sn-Legierung oder mit Fe-Ni-Legierung laminierte Glasfaserwerkstoffe etc. umfassen. - Das Wafer-Level-Package
101 verfügt über mehrere Bildsensor-Chips (Dice)104 und die Chips105 , zum Beispiel Chips für digitale Signalverarbeitung (DSP-Chips), die nebeneinander angeordnet sind. Es ist zu beachten, daß die Chips105 optional angeordnet sind. Die Bildsensor-Chips104 können CMOS-Bildsensor-Chips sein. Die Chips105 sind ein DSP-Chip, ein aktiver Chip, ein passiver Chip, ein Unterstützungs-Chip, ein CPU-Chip oder ein Prozessor-Chip etc. Die Bildsensor-Chips104 und die Chips105 werden beim Packaging nebeneinander angeordnet. Im Wafer-Level-Package101 sind die Bildsensor-Chips104 und die Chips105 mit einem unter UV-Licht aushärtenden und/oder wärmehärtenden Haftmittel106 mit guter Wärmeleitfähigkeit an der Metalllegierungsgrundplatte100 festgeklebt. Das Wafer-Level-Package101 verfügt über mehrere Metalllotkugeln107 als Mechanismus zur Signalübertragung. Die Metalllotkugeln107 können Lotkugeln oder Lotperlen sein. - Eine dielektrische Schicht
108 wird auf der Metalllegierungsgrundplatte100 gebildet und füllt einen Raum auf der Metalllegierungsgrundplatte100 aus, außer dort, wo sich die Bildsensor- Chips104 und die Chips105 befinden. Der Werkstoff der dielektrischen Schicht108 kann ein Werkstoff auf Silikonkautschukbasis sein. - Eine leitende Kontaktschicht
109 wird auf Metall-Pads115 des Bildsensor-Chips104 und Metall-Pads116 des Chips105 gebildet, um die Metall-Pads115 ,116 zu bedecken. Das heißt, die leitende Kontaktschicht109 kann elektrisch mit den Metall-Pads115 bzw.116 verbunden werden. Der Werkstoff der leitenden Kontaktschicht109 kann Ni, Cu, Au oder eine Kombination davon sein. - Darüber hinaus können die Bildsensor-Chips
104 mit einer Filmschicht110 bedeckt werden. Der Werkstoff der Filmschicht110 ist SiO2, Al2O3 oder eine Fluorpolymer-Filmschicht, die aufgeschleudert (sein-coated) wird, um als Schutzfilm zu dienen. Die Dicke der Filmschicht110 wird kontrolliert und sollte vorzugsweise weniger als 0,2 μm (Mikrometer) betragen, so daß sie die Funktion der Bildsensor-Chips104 nicht beeinträchtigen kann. Die Filmschicht110 kann eine Filterschicht111 (optionale Schicht) umfassen, zum Beispiel eine IR-Filterschicht, die auf der Filmschicht110 gebildet wird, um als Filter zu dienen. - Eine Isolierschicht
112 wird auf der leitenden Kontaktschicht109 gebildet, und die Isolierschicht112 hat Öffnungen zur leitenden Kontaktschicht109 . Die Isolierschicht112 sollte den Bildsensorbereich der Chips104 nicht bedecken, um das Bild gut zu erfassen. Der Werkstoff der Isolierschicht112 ist Epoxid, Harz, SINR, BCB, PI oder eine Kombination daraus. - Der Linsenhalter
102 ist auf den Bildsensor-Chips104 angeordnet und die Linsen113 ,114 sind im Linsenhalter102 plaziert. Der Linsenhalter102 ist in den flexiblen gedruckten Schaltungen (F.P.C.)103 plaziert und die flexiblen gedruckten Schaltungen (F.P.C.)103 verfügen über mehrere Lötverbindungen117 , die sie mit den Lotkugeln107 verbinden, um eine unkomplizierte Signalübertragung zu ermöglichen. Daher hat die Kombination aus Linsenhalter102 und flexiblen gedruckten Schaltungen (F.P.C.)103 der vorliegenden Erfindung die Funk tion einer Testkarte (Probe card) und kann, wie in5 gezeigt, zur Endprüfung des Multi-CSP verwendet werden. - Wie zuvor erwähnt, bietet die vorliegende Erfindung auch eine Wafer-Level-Package-Struktur, wie sie in
2 abgebildet ist. Die Package-Struktur umfaßt eine Metalllegierungsgrundplatte200 , Bildsensor-Chips201 und Chips202 , eine erste dielektrische Schicht205 , eine zweite dielektrische Schicht207 , leitende Kontaktschicht206 , Isolierschicht209 und Lotkugeln208 . In einer Ausführungsform umfaßt der Werkstoff der Metalllegierungsgrundplatte200 Fe-Ni-Legierung, Fe-Ni-Co-Legierung, Cu-Fe-Legierung, Cu-Cr-Legierung, Cu-Ni-Si-Legierung oder Cu-Sn-Legierung etc., wobei die Form der Grundplatte rund oder rechteckig sein kann. Die Bildsensor-Chips201 und die Chips202 sind beim Packaging nebeneinander angeordnet. Die Bildsensor-Chips201 und die Chips202 sind mit einem unter UV-Licht aushärtenden und/oder wärmehärtenden Haftmittel203 mit guter Wärmeleitfähigkeit an der Metalllegierungsgrundplatte200 festgeklebt. Die erste dielektrische Schicht205 wird auf der Metalllegierungsgrundplatte200 gebildet und füllt einen Raum auf der Metalllegierungsgrundplatte200 aus, außer dort, wo sich die Bildsensor-Chips201 und die Chips202 befinden. Der Werkstoff der ersten dielektrischen Schicht205 kann ein Werkstoff auf Silikonkautschukbasis sein. - Die zweite dielektrische Schicht
207 wird auf den Bildsensor-Chips201 gebildet, um eine Aufnahmefläche der Bildsensor-Chips201 zu bedecken. Der Werkstoff der zweiten dielektrischen Schicht207 ist SiO2, Al2O3 oder eine Fluorpolymer-Filmschicht, um als Schutzfilm zu dienen. Außerdem kann eine Filterschicht auf der zweiten dielektrischen Schicht207 gebildet werden, und die Filterschicht soll, zum Beispiel als IR-Filterschicht, als Filter dienen. Die zweite dielektrische Schicht207 kann mit einem Wafer-level-Verfahren gebildet werden, bevor der Siliziumwafer in Chips zersägt wird. - Die leitende Kontaktschicht
206 wird auf Metall-Pads210 der Bildsensor-Chips201 und auf Metall-Pads204 der Chips202 gebildet, um die Metall-Pads210 ,204 zu bedecken. Das heißt, die leitende Kontaktschicht206 kann elektrisch mit den Metall-Pads210 bzw.204 verbunden werden. Der Werkstoff der leitenden Kontaktschicht206 kann Ni, Cu, Au oder eine Kombination davon sein. Die Metall-Pads210 ,204 sind zum Beispiel Al-Pads. Die Isolierschicht209 wird auf der leitenden Kontaktschicht206 gebildet und die Isolierschicht209 hat Öffnungen zur leitenden Kontaktschicht206 . Der Werkstoff der Isolierschicht209 ist Epoxid, Harz, SINR (Siloxanpolymer), BCB oder PI. Die Metalllotkugeln208 werden durch ein Schweißverfahren auf den Öffnungen gebildet, so daß die Metalllotkugeln208 jeweils elektrisch mit der leitenden Kontaktschicht206 verbunden sind. Die Metalllotkugeln208 können Lotkugeln oder Lotperlen208 sein. - Die Chips
202 können ein DSP-Chip, ein aktiver Chip, ein passiver Chip, ein Unterstützungs-Chip, ein CPU-Chip oder ein Prozessor-Chip sein und die Bildsensor-Chips201 sind CMOS-Bildsensor-Chips. Die Bildsensor-Chips201 und die Chips202 werden beim Packaging nebeneinander angeordnet. - Darüber hinaus bietet die vorliegende Erfindung auch eine andere Wafer-Level-Package-Struktur, wie sie in
3 abgebildet ist. In einer Ausführungsform werden die Chips beim Packaging stapelförmig angeordnet. Die Package-Struktur umfaßt eine Metalllegierungsgrundplatte300 , Bildsensor-Chips301 und Chips302 , eine erste dielektrische Schicht303 , eine zweite dielektrische Schicht304 , eine dritte dielektrische Schicht311 , leitende Kontaktschicht305a ,305b , eine Isolierschicht306 und Lotkugeln307 . Der Werkstoff der Metalllegierungsgrundplatte300 umfaßt beispielweise: Fe-Ni-Legierung, Fe-Ni-Co-Legierung, Cu-Fe-Legierung, Cu-Cr-Legierung, Cu-Ni-Si-Legierung, Cu-Sn-Legierung oder mit Fe-Ni Legierung laminierte Glasfaserwerkstoffe etc. Wie oben erwähnt, kann die Form der Grundplatte rund oder rechteckig sein. Die Bildsensor-Chips301 und die Chips302 sind beim Packaging stapelförmig angeordnet. Die Chips302 sind mit einem unter UV-Licht aushärtenden und/oder wärmehärtenden Haftmittel310a mit guter Wärmeleitfähigkeit an der Metalllegierungsgrundplatte300 festgeklebt. Die erste dielektrische Schicht303 wird auf der Metalllegierungsgrundplatte300 gebildet und füllt einen Raum auf der Metalllegierungsgrundplatte300 aus, außer dort, wo sich die Chips302 befinden. Der Werkstoff der ersten dielektrischen Schicht303 kann ein Werkstoff auf Silikonkautschukbasis sein. - Die leitende Kontaktschicht
305a wird auf den Metall-Pads309 der Chips302 gebildet, um die Metall-Pads309 zu bedecken, um jeweils eine elektrische Verbindung zu den Metall-Pads309 herzustellen. Die Bildsensor-Chips301 sind mit einem unter UV-Licht aushärtenden und/oder wärmehärtenden Haftmittel310b mit guter Wärmeleitfähigkeit an die Chips302 festgeklebt. Die zweite dielektrische Schicht304 wird auf der ersten dielektrischen Schicht303 gebildet und füllt einen Raum aus, außer dort, wo sich die Bildsensor-Chips301 befinden, und die zweite dielektrische Schicht304 weist ein Via312 zur leitenden Kontaktschicht305a auf. Der Werkstoff der zweiten dielektrischen Schicht304 ist Silikonkautschuk, PI, SINR, BCB etc. - Außerdem wird die dritte dielektrische Schicht
311 auf den Bildsensor-Chips301 gebildet, um eine Meßfläche der Bildsensor-Chips301 zu bedecken. Die dritte dielektrische Schicht311 sollte aber die Funktion der Bildsensor-Chips301 nicht beeinträchtigen. Der Werkstoff der dritten dielektrischen Schicht311 ist SiO2, Al2O3 oder eine Fluorpolymer-Filmschicht, um als Schutzfilm zu dienen. Speziell kann eine Filterschicht auf der dritten dielektrischen Schicht311 auf den Bildsensor-Chips301 gebildet werden und die Filterschicht soll, zum Beispiel als IR-Filterschicht, als Filter dienen. Die zweite dielektrische Schicht311 kann mit einem Wafer-level-Verfahren gebildet werden, bevor der Siliziumwafer in Chips zersägt wird. - Die leitende Kontaktschicht
305b wird auf Metall-Pads308 der Bildsensor-Chips301 gebildet und in das Via-Loch312 gefüllt, um die Metall-Pads308 zu bedecken. Das heißt, die leitende Kontaktschicht305b ist elektrisch mit den Metall-Pads308 und der leitenden Kontakt schicht305a verbunden. Der Werkstoff der leitenden Kontaktschicht305a ,305b kann Ni, Cu, Au oder eine Kombination davon sein. Die Metall-Pads308 ,309 sind zum Beispiel Al-Pads. Die Isolierschicht306 wird auf der leitenden Kontaktschicht305b gebildet und die Isolierschicht306 hat Öffnungen zur leitenden Kontaktschicht305b . Der Werkstoff der Isolierschicht306 ist Epoxid, Harz, SINR, BCB, PI oder eine Kombination davon. - Die Metalllotkugeln
307 werden durch ein Schweißverfahren auf den Öffnungen gebildet, so daß die Metalllotkugeln307 jeweils elektrisch mit der leitenden Kontaktschicht305b verbunden sind. Die Metalllotkugeln307 können Lotkugeln oder Lotperlen307 sein. - Die Chips
302 können ein DSP-Chip, ein aktiver Chip, ein passiver Chip, ein Unterstützungs-Chip (Support die), ein CPU-Chip oder ein Prozessor-Chip sein und die Bildsensor-Chip301 sind CMOS-Bildsensor-Chips. Die Bildsensor-Chips301 und die Chips302 sind stapelförmig angeordnet. - Die
4A bis4J sind schematische Darstellungen eines Herstellungsverfahrens für Wafer-Level-Package gemäß der vorliegenden Erfindung. - Darüber hinaus bietet die vorliegende Erfindung ein Wafer-Level-Package-Verfahren. Zuerst wird ein erstes Fotolackmuster
402 auf Metall-Pads401 von mehreren Chips400 auf einem Wafer gebildet, um die Metall-Pads401 , wie in4A abgebildet, zu bedecken. Eine erste dielektrische Schicht wird auf dem ersten Fotolackmuster402 und den Chips400 gebildet. Dann wird die erste dielektrische Schicht ausgehärtet. Das erste Fotolackmuster402 wird entfernt, um eine dielektrische Schicht403 zu bilden. Der Werkstoff der dielektrischen Schicht403 ist aufgeschleudertes (sein coating) SiO2 (SOG), das als Schutzfilm dient. Wie in4B abgebildet, werden die mehreren Chips400 auf dem Wafer entlang der Sägelinie404 gesägt, um einzelne Chips zu bilden. Speziell kann auf der dielektrischen Schicht403 eine dün ne Filterschicht gebildet werden und die Filterschicht sollte, zum Beispiel als IR-Filterschicht, als Filter dienen, wie im Hinblick auf die obige Ausführungsform. - In einem Schritt namens Backlapping wird der verarbeitete Siliziumwafer nach Entfernung des ersten Fotolackmusters
402 auf eine Dicke von zirka 50–300 μm geläppt. Der verarbeitete Siliziumwafer mit der erwähnten Dicke ist leicht zu sägen, um die Chips400 auf dem Wafer in die jeweiligen Chips aufzuteilen. Der Läppschritt kann ausgelassen werden, wenn der verarbeitete Siliziumwafer auch ohne Läppen nicht schwer zu sägen ist. Die Chips400 umfassen mindestens zwei Chip-Typen. - Als Nächstes werden die aufgeteilten Chips geprüft, um Chips in Standardgüte
400 daraus auszuwählen. Die Chips in Standardgüte400 werden aufgenommen und mit einem größeren Abstand zwischen zwei nebeneinanderliegenden Chips auf einer Metalllegierungsgrundplatte405 abgesetzt und mit einem unter UV-Licht aushärtenden und/oder wärmehärtenden Haftmittel406 mit guter Wärmeleitfähigkeit an der Metalllegierungsgrundplatte405 festgeklebt. Die Metalllegierungsgrundplatte405 wird, wie in4C abgebildet, mit UV-Licht oder Wärme ausgehärtet. Das Haftmittel406 ist Überzug auf der Metalllegierungsgrundplatte405 und die Dicke des Haftmittels406 beträgt vorzugsweise 20–60 μm. Auf ähnliche Weise umfaßt der Werkstoff der Metalllegierungsgrundplatte405 : Fe-Ni-Legierung, Fe-Ni-Co-Legierung, Cu-Fe-Legierung, Cu-Cr-Legierung, Cu-Ni-Si-Legierung, Cu-Sn-Legierung oder mit Fe-Ni-Legierung laminierte Glasfaserwerkstoffe etc., wobei die Form der Grundplatte rund oder rechteckig sein kann. - Die Chips
400 verfügen an der Oberseite über Ein-/Ausgabe-Pads401 . Das Haftmittel406 der vorliegenden Erfindung ist vorzugsweise ein Werkstoff mit guter Wärmeleitfähigkeit, so daß die Probleme (wie beispielsweise Spannung), die sich aus dem Temperaturunterschied zwischen den Chips400 und der Metalllegierungsgrundplatte405 ergeben, vermieden werden können. - Eine Werkstoffschicht
407 wird auf der Metalllegierungsgrundplatte405 gebildet, um den Raum um den Chip400 und die umgebenden Chips400 zu füllen, und die Oberfläche der Werkstoffschicht407 und die Oberfläche des Chips400 befinden sich auf derselben Höhe, wie in4D abgebildet. Der Werkstoff der Werkstoffschicht407 kann ein unter UV-Licht aushärtender oder wärmehärtender Werkstoff sein. Anschließend wird die Werkstoffschicht407 durch UV-Licht oder Wärme ausgehärtet. Die Werkstoffschicht407 kann mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens oder eines fotolithografischen Verfahrens gebildet werden. Die Werkstoffschicht407 dient als Pufferschicht, um durch die Temperatur und aus anderen Gründen entstehende Spannung zu verringern. Die Werkstoffschicht407 kann ein UV- und/oder warmehärtender Werkstoff wie Silikonkautschuk, Epoxid, Harz, BCB, SINR, PI und so weiter sein. - Eine zweite dielektrische Schicht
409 wird als Überzug auf die Werkstoffschicht407 und Metall-Pads401 aufgebracht. Der Werkstoff der zweiten dielektrischen Schicht kann SINR, BCB, PI, Epoxid etc. sein. - Anschließend wird die Teilfläche der zweiten dielektrischen Schicht auf den Metall-Pads
401 entfernt, indem eine Fotomaske benutzt wird, um erste Öffnungen408 zu den Metall-Pads401 zu bilden, und dann wird die dielektrische Schicht409 mit UV-Licht oder Wärme ausgehärtet, wie in4E abgebildet. Als Nächstes kann gegebenenfalls Plasmaätzen (RIE) verwendet werden, um die Oberfläche der Metall-Pads401 zu reinigen, um sicherzustellen, daß keine Rückstände auf den Metall-Pads401 verbleiben. - Die leitende Kontaktschicht
410 wird an den ersten Öffnungen408 gebildet, um jeweils eine elektrische Verbindung zu den Metall-Pads401 herzustellen, wie in4F abgebildet. Der bevorzugte Werkstoff der leitenden Kontaktschicht410 ist Ti, Cu oder eine Kombination davon. Die leitende Kontaktschicht410 kann durch ein physikalisches Verfahren, ein chemi sches Verfahren oder eine Kombination davon gebildet werden, zum Beispiel: CVD, PVD, Sputtern und Elektroplattieren. - Eine zweite Fotolackschicht wird auf der leitenden Kontaktschicht
410 gebildet. Und anschließend wird ein Teilbereich der zweiten Fotolackschicht belichtet und entwickelt, wobei eine Fotomaske benutzt wird, um ein zweites Fotolackmuster411 zu bilden und die leitende Kontaktschicht410 zu belichten und zweite Öffnungen412 zu bilden, wie in4G abgebildet. - Anschließend werden im Elektroplattierverfahren an den zweiten Öffnungen
412 leitende Linien413 gebildet, um jeweils eine Verbindung mit der leitenden Kontaktschicht413 herzustellen, wie in4H abgebildet. Der Werkstoff der Stromleitungen413 ist vorzugsweise Cu, Ni, Au oder eine Kombination davon. Die Stromleitungen413 werden Redistribution Lager (RDL) genannt. - Die verbleibende zweite Fotolackschicht
411 wird entfernt. Eine Isolierschicht wird auf den Stromleitungen413 und der dielektrischen Schicht409 gebildet. Ein Teilbereich der Isolierschicht wird entfernt, um eine Isolierschicht414 und dritte Öffnungen415 an den Stromleitungen413 zu bilden, wie in4I abgebildet. Die Isolierschicht kann durch ein Aufschleuderverfahren (Sein coating) oder ein Siebdruckverfahren gebildet werden. - Die vorliegende Erfindung kann gegebenenfalls einen Schritt umfassen, in dem auf der Rückseite der Metalllegierungsgrundplatte
405 eine Epoxidschicht (nicht abgebildet) gebildet wird. - Die Isolierschicht
414 wird ausgehärtet. Die UBM (nicht abgebildet) und Lotkugeln416 werden auf den dritten Öffnungen415 gebildet, wie in4J abgebildet. Die Lotkugeln416 können mit Hilfe eines Siebdruckverfahrens auf die dritten Öffnungen415 plaziert werden und die Lotkugeln416 mit Hilfe des IR-Reflow-Verfahrens mit den Oberflächen der Stromleitungen413 verbunden werden. - Schließlich wird die Metalllegierungsgrundplatte
405 entlang der Sägelinie417 zersägt, um einzelne IC-Gehäuse voneinander zu trennen. - Daher können das Bildsensormodul und das Wafer-Level-Package der vorliegenden Erfindung die Kosten der Package-Struktur senken und die Ausbeute der Package-Struktur erhöhen. Darüber hinaus kann die Package-Größe der vorliegenden Erfindung leicht für Prüfanlagen, Package-Anlagen etc. angepaßt werden.
- Darüber hinaus kann die vorliegende Erfindung für das Packaging von Halbleiterbauteilen und für ein IC-Packaging von LCD/PCB-Bauteilen angewandt werden.
6 ist eine schematische Darstellung einer Anwendung für die LCD-Branche gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Panel-Scale-Packages (PSPs)601 werden auf einer Grundplatte600 gebildet. - Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein.
-
- 42
- Legierung
- 100
- Metalllegierungsplatte
- 101
- Wafer-Level-Package
- 102
- Linsenhalter
- 103
- flexible Schaltung
- 104
- Bildsensor-Chip
- 105
- Chip
- 106
- Haftmittel
- 107
- Metalllotkugel
- 109
- Kontaktsschicht
- 110
- Filmschicht
- 111
- Filterschicht
- 112
- Isolierschicht
- 115, 116
- Metall-Pads
- 200
- Metalllegierungsgrundplatte
- 201
- Bildsensor-Chip
- 202
- Chip
- 203
- Haftmittel
- 205
- dielektrische Schicht
- 206
- Kontaktschicht
- 207
- dielektrische Schicht
- 208
- Lotkugel
- 209
- Isolierschicht
- 210
- Metall-Pads
- 300
- Metalllegierungsgrundplatte
- 301
- Bildsensor-Chip
- 302
- Chip
- 303
- dielektrische Schicht
- 304
- dielektrische Schicht
- 305a, 305b
- leitende Kontaktschicht
- 306
- Isolierschicht
- 307
- Metalllotkugel
- 310a, 310b
- Haftmittel
- 308, 309
- Metall-Pads
- 311
- dielektrische Schicht
- 312
- Via-Loch
- 400
- Chip
- 401
- Metall-Pads
- 402
- Fotolackmuster
- 403
- dielektrische Schicht
- 404
- Sägelinie
- 405
- Metalllegierungsgrundplatte
- 406
- Haftmittel
- 407
- Werkstoffschicht
- 408
- erste Öffnung
- 409
- dielektrische Schicht
- 410
- Kontaktschicht
- 411
- Fotolackmuster
- 412
- zweite Öffnung
- 413
- Kontaktschicht
- 414
- Isolierschicht
- 415
- dritte Öffnung
- 416
- Lotkugel
- 417
- Sägelinie
Claims (10)
- Bildsensormodul, umfassend: eine Metalllegierungsgrundplatte, wobei der Werkstoff dieser Metalllegierungsgrundplatte umfasst: Fe-Ni-Legierung, Fe-Ni-Co-Legierung, Cu-Fe-Legierung, Cu-Cr-Legierung, Cu-Ni-Si-Legierung, Cu-Sn-Legierung oder mit Fe-Ni-Legierung laminierte Glasfaserwerkstoffe; einen Bildsensor-Chip mit mehreren Lotkugeln, die mit der Metalllegierungsgrundplatte verbunden sind; einen Schutzfilm, der auf dem Mikrolinsenbereich des Bildsensor-Chips gebildet ist; einen Linsenhalter mit mehreren Linsen, die auf dem Bildsensor-Chip angeordnet sind und flexible gedruckte Schaltungen (F.P.C.) mit mehreren leitenden Lötverbindungen, die mit besagten Lotkugeln zur Übermittlung von Signalen des Bildsensor-Chips verbunden sind, wobei besagter Linsenhalter in den flexiblen gedruckten Schaltungen angeordnet ist.
- Modul nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Bildsensormodul einen zweiten Chip umfaßt, der beim Packaging mit besagtem Bildsensor-Chip entweder nebeneinanderliegend oder stapelförmig angeordnet ist.
- Modul nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß besagter zweiter Chip ein DSP-Chip, ein aktiver Chip, ein passiver Chip, ein Unterstützungs-Chip, ein CPU-Chip oder ein Prozessor-Chip ist.
- Modul nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine erste dielektrische Schicht, die auf besagter Metalllegierungsgrundplatte gebildet ist und einen Raum auf besagter Metalllegierungsgrundplatte ausfüllt, außer dort, wo sich der besagte Bildsensor-Chip und der zweite Chip befinden; eine zweite dielektrische Schicht, die auf besagtem zweiten Chip gebildet ist; eine leitende Kontaktschicht, die auf einem ersten Metall-Pad des Bildsensor-Chips und einem zweiten Metall-Pad des zweiten Chip gebildet ist, um das erste Metall-Pad und zweite Metall-Pad zu bedecken, wobei die leitende Kontaktschicht jeweils eine elektrische Verbindung zu dem ersten Metall-Pad und zweiten Metall-Pad hat; eine Isolierschicht, die auf der leitenden Kontaktschicht gebildet ist und Öffnungen zu dieser leitenden Kontaktschicht hat und UBM und Lotkugeln (oder Lotperlen), die auf diese Öffnungen geschweißt sind und jeweils eine elektrische Verbindung zur leitenden Kontaktschicht haben.
- Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der ersten dielektrischen Schicht Silikonkautschuk ist.
- Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der zweiten dielektrischen Schicht Epoxid, SINR (Siloxanpolymer), BCB oder PI ist.
- Modul nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der Isolierschicht Epoxid, Harz, Silikonkautschuk, SINR, BCB, PI oder eine Kombination daraus ist.
- Modul nach Anspruch 2, ferner umfassend: eine erste dielektrische Schicht, die auf besagter Metalllegierungsgundplatte gebildet ist und einen Raum auf besagter Metalllegierungsgrundplatte ausfüllt, außer dort, wo sich der zweite Chip befindet; eine erste leitende Kontaktschicht, die auf einem ersten Metall-Pad des zweiten Chips gebildet ist, um besagtes erstes Metall-Pad vollständig zu bedecken, wobei die erste leitende Kontaktschicht eine elektrische Verbindung zu besagtem ersten Metall-Pad herstellt; einen Bildsensor-Chip, der auf den zweiten Chip gestapelt und an diesem befestigt ist; eine zweite dielektrische Schicht, die auf der besagten ersten dielektrischen Schicht gebildet ist und einen Raum ausfüllt, außer dort, wo sich der Bildsensor-Chip befindet, wobei auf der zweiten dielektrischen Schicht ein Via-Loch zur ersten leitenden Kontaktschicht gebildet ist; eine dritte dielektrische Schicht, die auf besagtem Bildsensor-Chip gebildet ist; eine zweite leitende Kontaktschicht, die auf einem zweiten Metall-Pad von besagtem Bildsensor-Chip gebildet ist und in besagtes Via-Loch gefüllt ist, um besagtes zweites Metall-Pad zu bedecken, wobei besagte zweite leitende Kontaktschicht eine elektrische Verbindung mit besagtem zweiten Metall-Pad und besagter ersten leitenden Schicht hat; eine Isolierschicht, die auf der zweiten leitenden Kontaktschicht gebildet ist, wobei die Isolierschicht Öffnungen zur zweiten leitenden Kontaktschicht hat, und Lotkugeln, die auf besagte Öffnungen geschweißt sind und jeweils eine elektrische Verbindung zur zweiten leitenden Kontaktschicht haben.
- Modul nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der ersten dielektrischen Schicht Silikonkautschuk ist.
- Modul nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß der Werkstoff der zweiten dielektrischen Schicht Polyimid (PI), BT, SINR (Siloxanpolymer), Epoxid oder Silikonkautschuk ist.
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