TWI414061B - 具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法 - Google Patents
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Description
本發明係為一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，尤指一種將封裝膠材結合於影像感測器模組側邊的方法。
由於結合有影像擷取設備的行動裝置已成為現代潮流，無論是筆電、手機或是PDA等隨身工具，皆可發現影像擷取的應用。然而，影像擷取設備內之影像感測器模組的優劣更會大大影響影像擷取設備的品質，其中又特別是影像感測晶片的封裝對於影像感測器模組優劣的影響更為劇烈。
封裝的目的在於防止影像感測器模組在使用的過程中受到外力或環境因素等影響而造成破壞，並且提供影像感測器模組與外在環境的電氣連結，以確保訊號的傳遞。
然而，目前各種封裝或構裝的方式尚仍存在缺點或是可改進的空間，例如：
1.空間問題：目前COB(Chip On Board)封裝/構裝方式中，係因其具有金屬導線打線的結構，故需要較大的空間來容納。又，目前COB的封裝/構裝方式係將影像感測晶片黏著於基板(Substrate)或電路板上，因此，整體高度皆需加上基板或電路板的厚度，故整體高度難以調降。若欲解決COB封裝/構裝方式中打線結構佔用空間的問題，而改採晶片尺寸級封裝結構結合晶圓級透鏡組封裝(CSP+WLO)的方式，卻又會因晶片尺
寸級封裝結構需有一片玻璃保護晶片感測區，因此，整體光學焦距需配合玻璃厚度而增加，亦難以降低整體模組高度。另外，以COB方式進行封裝必需再添加基板或電路板的購置，造成製造成本亦隨著水漲船高。
2.側面漏光問題：目前習知的封裝方式，皆會有側面漏光的問題，必需增加遮光罩或是於透鏡組側邊塗上遮光層。因此，額外添加的遮光罩或是塗料不但會增加原料費用，更增添製造工序上的步驟。
3.必需調焦：以傳統的方式進行封裝時，必需利用調焦設備進行調焦，以使光學焦距能直接落於於影像感測晶片上；此步驟係需要特定的設備與工序，亦會造成成本上的壓力。
本發明係為一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，由於本發明不使用打線接合的方式(Wire Bond)，故可縮小構裝尺寸，並與影像感測晶片尺寸接近；再者，本發明不需使用基板，故整體構裝高度較傳統COB低。又，因不需使用基板，故整體材料使用量減少，可降低材料費用。
本發明較CSP+WLO方式少一片玻璃，故除了於整體高度得以調降外，更可節省空間。再者，使用具有特定焦距並且預先組立測試完成的晶圓級透鏡組，故無需影像調焦製程，可減少調焦設備的支出以及減少工序。
另外，本發明藉由低透射比之封裝膠材直接包覆於影像感測器模組之側邊，故無漏光問題，更不須另外增加遮光罩或是
遮光層，可減少工序與降低成本。
又，本發明係於周圍包覆封裝膠材，可加強其封裝結構的強度，故可避免因影像感測晶片太薄而引發晶片崩裂等結構性的問題。
為達上述功效，本發明係提供一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，其包括下列步驟：提供一矽晶圓，其係包括複數個影像感測晶片，且每一影像感測晶片包含一影像感測區及複數個植球焊墊；切割矽晶圓，用以分割出此些影像感測晶片；提供一透鏡組晶圓，係包含複數個晶圓級透鏡組；組成複數個半成品，每一半成品係由至少一晶圓級透鏡組對應至少一影像感測區置放於影像感測晶片結合而成；進行封裝製程，其係提供一第一載具，其中第一載具包含一第一膠膜及一第一框架，第一膠膜包含一第一黏膠面，第一膠膜係貼附於第一框架之一側，並使第一黏膠面露出於第一框架內以形成一第一載放區域，複數個半成品係以植球焊墊側置放於第一載具的第一黏膠面上，再將一封裝膠材填入於置放在第一載具的此些半成品之間，且封裝膠材係僅包覆每一半成品之側邊並且與每一半成品的頂端及底端切齊；佈植焊球步驟，將此些焊球佈植於此些植球焊墊上；以及封裝膠材切割步驟，將每一半成品之間的封裝膠材進行切割分離。
藉由本發明的實施，至少可達到下列進步功效：
一、可縮小封裝尺寸，以使得封裝後的體積與影像感測晶片尺寸接近。
二、可降低封裝高度，以縮小晶圓級影像感測器模組整體的體積。
三、因不需使用基板、金線、遮光罩，故整體材料使用減少，可降低成本。
四、直接克服側邊漏光問題，不須額外增加遮光罩或遮光層。
五、可同時批次大量製造，良率提升，適合量產。
六、不需調焦設備，減少了調焦設備成本的支出及所需的工序。
七、在晶圓級影像感測器模組的周圍直接包覆封裝膠材，並特別包覆至影像感測晶片的側緣，以防止影像感測晶片發生崩裂。
為了使任何熟習相關技藝者了解本發明之技術內容並據以實施，且根據本說明書所揭露之內容、申請專利範圍及圖式，任何熟習相關技藝者可輕易地理解本發明相關之目的及優點，因此將在實施方式中詳細敘述本發明之詳細特徵以及優點。
第1圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法流程圖。第2圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之矽晶圓10示意圖。第3圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之影像感測晶片11之側視示意圖。
第4圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影
像感測器模組之矽晶圓10切割後示意圖。第5圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之透鏡組晶圓20示意圖。第6圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之晶圓級透鏡組21側視圖。
第7圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之半成品30示意圖。第8圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之半成品30側視圖。
如第1圖所示，本實施例係為一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組及其製造方法，其中製造方法包括下列步驟：提供一矽晶圓(S11)；切割矽晶圓(S12)；提供一透鏡組晶圓(S13)；組成複數個半成品(S14)；進行封裝製程(S15)；佈植焊球步驟(S16)；以及封裝膠材切割步驟(S17)。
提供一矽晶圓(S11)：請配合第2圖及第3圖所示，矽晶圓10係包括複數個影像感測晶片11，且每一影像感測晶片11包含一影像感測區111及複數個植球焊墊112。且，植球焊墊112與影像感測區111係設置於影像感測晶片11上之相對兩側。
切割矽晶圓(S12)：請參閱第4圖所示，於此步驟將影像感測晶片11逐一從矽晶圓10上切割。
提供一透鏡組晶圓(S13)：請參閱第5圖與第6圖所示，所述之透鏡組晶圓20係包含複數個晶圓級透鏡組21。
組成複數個半成品(S14)：如第7圖及第8圖所示，所述之每一半成品30係包括一晶圓級透鏡組21及一影像感測晶片
11，其中晶圓級透鏡組21係對應至少一影像感測區111並置放於影像感測晶片11上。再者，可先透過品質分級篩選，挑選適當之晶圓級透鏡組21與影像感測晶片11，並將品質好的晶圓級透鏡組21與品質好的影像感測晶片11結合形成半成品30，藉此可提高產品的良率。另外，因晶圓級透鏡組21為預先組立測試完成的模組，故在製造過程中無需再經過影像調焦的製程，故可以減少調焦設備的投資與調焦人力的成本。
第9圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之填入封裝膠材40之示意圖。第10圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之植球示意圖。第11圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之單一影像感測器植球後之示意圖。第12圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之封裝膠材40切割後示意圖。第13圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之結構示意圖。
進行封裝製程(S15)：請配合第9圖所示，此步驟係將一封裝膠材40填入於半成品30之間，且封裝膠材40係僅包覆每一半成品30之側邊。其中，封裝膠材40係與半成品30的頂端及底端切齊，故未遮敝於晶圓級透鏡組21的上方。
進行佈植焊球步驟(S16)：如第10圖及第11圖所示，待封裝膠材40包覆於每一半成品30之側邊後，將焊球B佈植於植球焊墊112上。
封裝膠材切割步驟(S17)：請配合參閱第12圖及第13圖，
其係將每一半成品30之間的封裝膠材40進行切割分離，使得每一半成品30皆被封裝膠材40包覆其周圍。
經由上述實施例所述之步驟，所得到之影像感測器模組之周圍皆包覆有封裝膠材40，因不需基板、電路板或是第二塊玻璃，故可達到封裝尺寸縮小，並使其封裝高度較傳統的封裝結構低；又，整體材料使用減少故可降低成本。又不須額外增加遮光罩或遮光層，可直接克服側邊漏光的問題，再者，不需調焦設備，所以減少了調焦設備所需的成本支出及工序。更佳的是，於半成品30的周圍直接包覆有封裝膠材40，因此可避免影像感測晶片11發生崩裂。
其中，請繼續參閱第13圖所示，所得之具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組，其包括一半成品30；複數個焊球B以及一封裝膠材40，其中半成品30係包含一影像感測晶片11及一晶圓級透鏡組21。所述之影像感測晶片11係包含一影像感測區111及複數個植球焊墊112，且影像感測區111係與植球焊墊112置於相對側。所述之晶圓級透鏡組21則與影像感測晶片11結合，並對應影像感測區111置放，而焊球B則分別佈植於植球焊墊112上。所述之封裝膠材40係圍繞於半成品30之側邊設置，故可避免因光線由晶圓級透鏡組21側邊入射所造成之影像品質不良問題，例如眩光(Flare)問題。
第14圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之封裝製程之實施示意流程圖。第15圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之第一載具50俯視圖。第16圖係為本發明實施例之一種具有
封裝結構之晶圓級影像感測器模組之第一載具50剖面圖。第17圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之第二載具60俯視圖。第18圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之第二載具60剖面圖。第19圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之封裝製程之另一實施示意流程圖。第20圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之模具組70示意圖。第21圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之模具組70內注入封裝膠材40之狀態示意圖。
進者，請參閱第14圖至第16圖所示，其於所述之封裝製程(S15)係進一步包含下列步驟：提供一第一載具(S151)；設置一攔壩(S152)；置入封裝膠材(S153)；以及進行烘烤固化(S154)。
提供一第一載具(S151)：如第15圖及第16圖所示，係將複數個半成品30置放於第一載具50上；其中第一載具50係包含一第一膠膜51及一第一框架52，其中第一膠膜51係包含一第一黏膠面511，第一膠膜51係貼附於第一框架52之一側，並使第一黏膠面511露出第一框架52內以形成一第一載放區域。半成品30係依陣列方式排列於第一載放區域上，並且半成品30之間係相距一預設距離，又半成品30係以植球焊墊112側置放於第一黏膠面511上。
設置一攔壩(S152)：攔壩53係設置於第一載具50上並形成一環狀結構用以將半成品30包圍在其中，又攔壩53之高度
係等於或略小於半成品30之總高度。
置入封裝膠材(S153)：如第16圖所示，使封裝膠材40包覆於半成品30的側邊外圍，但不覆蓋到半成品30上之晶圓級透鏡組21的上緣。由於半成品30底面已貼附於第一載具50的第一膠膜51上，因此，封裝膠材40不會流入半成品30的植球焊墊112側。
然後，進行烘烤固化(S154)：藉此步驟使封裝膠材40固化成型，其中所使用之封裝膠材40可為液態封膠。
如第17圖及第18圖所示，於佈植焊球步驟(S16)進一步包含下列步驟：將完成封裝製程之半成品30置入一第二載具60上，並使半成品30之植球焊墊112露出。其中，第二載具60係包含一第二膠膜61及一第二框架62，又第二膠膜61包含一第二黏膠面611，且第二膠膜61係貼附於第二框架62之一側，並使第二黏膠面611露出於第二框架62內以形成一第二載放區域，並使半成品30上之晶圓級透鏡組21側黏附於第二黏膠面611，如此即可使植球焊墊112露出於上方，以便於後續植球製程。其中，焊球B係以球柵陣列方式排列於植球焊墊112上。藉此，即完成如第13圖所示之具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組。
另外，本實施例係再提供一種封裝製程(S15)，藉此可使封裝膠材40固定於半成品30的周圍，請參閱第19圖，其係包括：提供一第一載具(S155)；提供一模具組(S156)；將置有半成品之第一載具置入模具組內(S157)；注入封裝膠材於模具組(S158)；進行持壓與加熱(S159)；以及進行後烘烤製程
(S150)。
提供一第一載具(S155)：請參閱第15圖與第16圖，所述之第一載具50係用以置放半成品30，第一載具50係與步驟S151中所提之第一載具50具有相同的結構，故於此不再加以贅述。
提供一模具組(S156)：如第20圖與第21圖所示，模具組70係包含一第一模具71與一第二模具72，第一模具71與第二模具72係可相互組裝，並於二者中間設有容置空間，用以置放第一載具50。
將置有半成品之第一載具置入模具組內(S157)：如第20圖與第21圖所示，在半成品30之第一載具50置入模具組70內後，再使第一模具71抵住半成品30之一端，第二模具72抵住第一載具50之一側。
注入封裝膠材於模具組(S158)：請再參閱第21圖，接著注入封裝膠材40於模具組70內，使封裝膠材40包覆於半成品30的側圍，由於第一模具71已抵住半成品30之一端(即晶圓級透鏡組21之頂面)，且第一載具50抵住影像感測晶片11的下端(即植球焊墊112側)，故封裝膠材40僅會包覆於半成品30之側邊，但不覆蓋到晶圓級透鏡組21的上緣。
進行持壓與加熱(S159)：待注入封裝膠材40後，使封裝膠材40成型；然後再進行後烘烤製程(S150)，使封裝膠材40固化。其中，於此處所使用的封裝膠材40係可為模塑封膠。
再者，如第21圖所示，第一模具71可進一步包含一真空吸附緩衝層711，藉此加強第一模具71與半成品30頂面緊密
貼合。
又，上述之矽晶圓10係可為一矽導孔(Through-Silicon Vias,TSV)晶圓。使用矽導孔製程技術的矽晶圓10，不但可以免去如COB製程中基板的設置，亦可藉此減少影像感測器模組結構整體的高度。
藉由本發明之具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組，係可將影像感測器的周圍包覆封裝膠材40，並可達到封裝尺寸縮小、封裝高度降低、整體材料減少、成本降低、不須額外增加遮光罩或遮光層、不需調焦設備及避免影像感測晶片11發生崩裂等優點。
惟上述各實施例係用以說明本發明之特點，其目的在使熟習該技術者能瞭解本發明之內容並據以實施，而非限定本發明之專利範圍，故凡其他未脫離本發明所揭示之精神而完成之等效修飾或修改，仍應包含在以下所述之申請專利範圍中。
10‧‧‧矽晶圓
11‧‧‧影像感測晶片
111‧‧‧影像感測區
112‧‧‧植球焊墊
20‧‧‧透鏡組晶圓
21‧‧‧晶圓級透鏡組
30‧‧‧半成品
40‧‧‧封裝膠材
50‧‧‧第一載具
51‧‧‧第一膠膜
511‧‧‧第一黏膠面
52‧‧‧第一框架
53‧‧‧攔壩
60‧‧‧第二載具
61‧‧‧第二膠膜
611‧‧‧第二黏膠面
62‧‧‧第二框架
70‧‧‧模具組
71‧‧‧第一模具
711‧‧‧真空吸附緩衝層
72‧‧‧第二模具
B‧‧‧焊球
第1圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法流程圖。
第2圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之矽晶圓示意圖。
第3圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之影像感測晶片之側視示意圖。
第4圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之矽晶圓切割後示意圖。
第5圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之透鏡組晶圓示意圖。
第6圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之晶圓級透鏡組側視圖。
第7圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之半成品示意圖。
第8圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之半成品側視圖。
第9圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之填入封裝膠材之示意圖。
第10圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之植球示意圖。
第11圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之單一影像感測器植球後之示意圖。
第12圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之封裝膠材切割後示意圖。
第13圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之結構示意圖。
第14圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之封裝製程之實施示意流程圖。
第15圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之第一載具俯視圖。
第16圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之第一載具剖面圖。
第17圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之第二載具俯視圖。
第18圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之第二載具剖面圖。
第19圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之封裝製程之另一實施示意流程圖。
第20圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之模具組示意圖。
第21圖係為本發明實施例之一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組之模具組內注入封裝膠材之狀態示意圖。
11‧‧‧影像感測晶片
111‧‧‧影像感測區
112‧‧‧植球焊墊
21‧‧‧晶圓級透鏡組
30‧‧‧半成品
40‧‧‧封裝膠材
B‧‧‧焊球
Claims (10)
- 一種具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，其包括下列步驟：提供一矽晶圓，其係包括複數個影像感測晶片，且每一該影像感測晶片包含一影像感測區及複數個植球焊墊；切割該矽晶圓，用以分割出該些影像感測晶片；提供一透鏡組晶圓，係包含複數個晶圓級透鏡組；組成複數個半成品，每一該半成品係由至少一該晶圓級透鏡組對應至少一該影像感測區置放於該影像感測晶片結合而成；進行封裝製程，其係提供一第一載具，其中該第一載具包含一第一膠膜及一第一框架，該第一膠膜包含一第一黏膠面，該第一膠膜係貼附於該第一框架之一側，並使該第一黏膠面露出於該第一框架內以形成一第一載放區域，複數個該半成品係以該植球焊墊側置放於該第一載具的該第一黏膠面上，再將一封裝膠材填入於置放在該第一載具的該些半成品之間，且該封裝膠材係僅包覆每一該半成品之側邊並且與每一該半成品的頂端及底端切齊；佈植焊球步驟，將該些焊球佈植於該些植球焊墊上；以及封裝膠材切割步驟，將每一該半成品之間的該封裝膠材進行切割分離。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有封裝結構之晶圓級影像 感測器模組製造方法，其中該封裝製程係包含下列步驟：設置一攔壩，該攔壩係設置於該第一載具上並用以包圍該些半成品；置入該封裝膠材，其中該封裝膠材係為液態封膠；以及進行烘烤固化，使該封裝膠材成型。
- 如申請專利範圍第1項所述之具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，其中該封裝製程係包含下列步驟：提供一模具組，該模具組係包含一第一模具與一第二模具；將置有該些半成品之該第一載具置入該第一模具與該第二模具之間，並且使該第一模具抵住該些半成品之一端，該第二模具抵住該第一載具之一側；注入該封裝膠材於該模具組內，使該封裝膠材包覆於該些半成品的側邊，其中該封裝膠材係為模塑封膠；進行持壓與加熱，使該封裝膠材成型；以及進行後烘烤製程，使該封裝膠材固化。
- 如申請專利範圍第3項所述之具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，其中該第一模具係進一步包含一真空吸附緩衝層。
- 如申請專利範圍第2或4項所述之具有封裝結構之晶圓級 影像感測器模組製造方法，其中該些半成品係依陣列方式排列於該第一載放區域上。
- 如申請專利範圍第5項所述之具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，其中該佈植焊球步驟係進一步包含下列步驟：將完成封裝製程之該些半成品置入一第二載具上，並使該些半成品之該些植球焊墊露出。
- 如申請專利範圍第6項所述之具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，其中該第二載具係包含一第二膠膜及一第二框架，其中該第二膠膜係包含一第二黏膠面，該第二膠膜係貼附於該第二框架之一側，並使該第二黏膠面露出於該第二框架內以形成一第二載放區域，並使該半成品的該晶圓級透鏡組黏附於該第二黏膠面。
- 如申請專利範圍第7項所述之具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，其中該些植球焊墊與該些影像感測區係設置於相對側。
- 如申請專利範圍第8項所述之具有封裝結構之晶圓級影像感測器模組製造方法，其中該些焊球係以球柵陣列方式排列於該植球焊墊上。
- 如申請專利範圍第9項所述之具有封裝結構之晶圓級影像 感測器模組製造方法，其中該矽晶圓係為一矽導孔(Through-Silicon Vias,TSV)晶圓。
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