TWI754971B

TWI754971B - 感測元件封裝結構及其封裝方法

Info

Publication number: TWI754971B
Application number: TW109121258A
Authority: TW
Inventors: 廣力宋; 蘇瑞巴舒尼加古納; 龐茜
Original assignee: 新加坡商光寶科技新加坡私人有限公司
Priority date: 2020-06-23
Filing date: 2020-06-23
Publication date: 2022-02-11
Also published as: TW202201572A

Abstract

本發明提供一種感測元件封裝結構，其包括導線架、晶片、絕緣殼體、感測器與保護層。導線架具有一第一表面以及一相反於第一表面的第二表面，導線架的第一固晶區與多個打線區設置在第一表面上，且第二固晶區設置在第二表面上。晶片設置在導線架的第一固晶區，且晶片電連接導線架的多個打線區。絕緣殼體包覆晶片以及部分的導線架，感測器設置在導線架的第二固晶區上，保護層設置於感測器的上方。

Description

感測元件封裝結構及其封裝方法

本發明涉及一種感測元件封裝結構及其封裝方法，特別是涉及一種用於微小化裝置的感測元件封裝結構及其封裝方法。

在科技日益進步的時代，智慧型助聽裝置變得越來越普及，而且，智慧型助聽裝置的功能性日益增進，而非僅可作為助聽使用，其功能越來越多，且可用時間也越來越長。舉例來說，在智慧型助聽裝置中，更可以安裝感測元件(例如紅外線溫度感測元件等)以感測使用者的體溫，進而檢測使用者的健康狀況，或可控制助聽裝置的開啟與關閉，甚至可以控制噪音或具有睡眠監控的效果。

然而，當助聽裝置或智慧型裝置越來越小，而且需要在助聽裝置或微小化內安裝許多元件，但是感測元件的體積過大，故，如何通過封裝結構設計的改良，來降低感測元件的體積，且可進一步降低製造成本，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。

本發明所要解決的技術問題在於應用在助聽裝置的感測元件體積過大，需要通過改善封裝結構，達到縮小感測元件體積的目的。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種感測元件封裝結構，其包括一導線架、一晶片、一絕緣殼體、一感測器與一保護層。導線架具有一第一表面以及一相反於第一表面的第二表面，導線架的第一固晶區與多個打線區設置在第一表面上，且第二固晶區設置在第二表面上。晶片設置在導線架的第一固晶區，且晶片電連接導線架的多個打線區。絕緣殼體包覆晶片以及部分的導線架，感測器設置在導線架的第二固晶區上，保護層設置於感測器的上方。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另一技術方案是提供一種感測元件的封裝方法，其包括：提供一導線架；設置一晶片在導線架的一第一固晶區中；將晶片電連接導線架的多個打線區；填充一封膠材料在導線架上，以形成包覆晶片與部分導線架的一絕緣殼體；設置一感測器在導線架的一第二固晶區，且第一固晶區與第二固晶區分別位於導線架的不同平面上；以及設置一保護層在感測器上。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的感測元件封裝結構，其能通過分別將晶片與感測器設置在相反的第一表面與第二表面上，以達到縮小感測元件封裝結構的體積的目的。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“感測元件封裝結構及其封裝方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

[第一實施例]

圖1為本發明實施例的感測元件封裝結構的底視圖，圖2為本發明實施例的感測元件封裝結構的俯視透視圖，圖3A為本發明第一實施例的感測元件封裝結構的剖面圖，圖3B為本發明第二實施例的感測元件封裝結構的剖面圖，圖4為本發明實施例的感測元件封裝結構的***圖，圖5為本發明的導線架的示意圖，請參閱圖1至圖5所示，本發明實施例的感測元件封裝結構10主要包括一導線架11、一晶片12、一絕緣殼體13、一感測器14以及一保護層15。

如圖4與圖5所示，導線架11包括第一表面111與第二表面112，第二表面112相反於第一表面111，導線架11的一第一固晶區113與多個打線區114位在導線架11的第一表面111上，而一第二固晶區115與多個接墊區117位在導線架的第二表面112上，第一固晶區113對應第二固晶區115，多個打線區114對應多個接墊區117。多個打線區114環繞第一固晶區113設置。另外，由圖5可以看出，多個打線區114其係分別沿第一方向(-X軸方向或+X軸方向)或第二方向(-Y軸方向或+Y軸方向)向外延伸出多個接腳116，當導線架11在安裝於電子裝置(未圖示)中時，通過接腳116使感測元件封裝結構10可電連接其它的電子元件(未圖示)。而且，接腳116的數量可依照不同的晶片12而有所不同。

另外，接腳116的形狀也可以不同，在本發明的較佳實施例中，如圖4或圖5中所示，在第一表面111上，多個打線區114其係沿一方向彎折後向外延伸出多個接腳116，該方向可以為朝向底面方向，更進一步的說，多個打線區114分別向外延伸並往第一方向或第二方向(X軸方向或Y軸方向)以一個預設角度彎折而形成多個對應環繞第一固晶區113的結構，更進一步的說，該接腳116包含外接部1161與彎折部1163，且接腳116的一端會形成與打線區114表面平行的多個接觸面1165，且打線區114的表面與接腳116的接觸面1165之間存在一段差L，如圖3A所示。另外，本發明的圖式僅是舉例說明，並非在此侷限本發明的導線架11僅能以圖式中的外觀呈現，不同實施例中，接腳116的形狀可有所不同。

本發明的晶片12較佳為特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)晶片，晶片12設置在導線架11的第一表面111的第一固晶區113中，再透過多個導線16以導線接合的方式將晶片12與導線架11第一表面111的多個打線區114電連接。另外，由於接腳116形成環繞第一固晶區113的結構，可以保護晶片12以及導線16受到外力的破壞。進一步來說，打線區114的表面與接腳116的接觸面1165之間的段差L高度係依據晶片12所需的整體封裝高度而定，而晶片12所需的整體封裝高度是依據晶片12高度與後續的導線16所需的打線高度相加而定。

另外，在此需要說明的是，如圖3A所示，在導線架11的第一表面111，接腳116的段差L高於導線16的垂直高度，因此可以在後續的封膠製程中，使封膠材料覆蓋至與導線架11之接腳116的接觸面1165齊平，而使部分的絕緣殼體13可以完全覆蓋晶片12與導線16，達到保護晶片12與導線16的目的。另外，在本發明的較佳實施例中，在導線架11與晶片12之間，更可以設置一散熱膜17，讓晶片12在運作時所產生的熱能經由散熱膜17更快速地傳遞至導線架11，達到良好散熱的效果。然而，在不同實施例中，也可以使用不同的導熱材料，舉例來說，可以在導線架11與晶片12之間塗佈散熱膏，同樣可以達到晶片12散熱的目的，或者，在又一實施例中，在導線架11與晶片12之間並未設置或塗佈任何薄膜或散熱材料，在此並不侷限。

在本發明的實施例中，絕緣殼體13包覆所述晶片12以及部分的導線架11，絕緣殼體13可區分為第一部分131與第二部分132，第一部分131位在導線架11的第一表面111，第二部分132位在第二表面112。詳細來說，第一部分131位於多個接腳116之間，且覆蓋在晶片12與導線16上，且第一部分131的一頂面133與接腳116的接觸面1165齊平，達到保護晶片12以及導線16的效果。第一部分131亦充填於第一固晶區113與多個打線區114的間隙，與導線架11的第二表面112齊平，提供後續感測器14固晶的一平整表面，並提供第一固晶區113與多個打線區114電性分離。第二部分132設置在導線架11之接腳116周圍且位於第二表面112上，可用於保護接腳116，並與保護層15相接。另外，如圖3A以及圖3B所示，絕緣殼體13藉由第一部分131和第二部分132完全包覆導線架11的彎折部1163，可加強結構強度。接腳116在鄰近絕緣殼體13的第二部分132的區域較佳為一階梯狀結構S，也就是說接腳116在絕緣殼體13的側表面外露的厚度小於所述打線區114的厚度，較佳不大於打線區114的厚度的一半，此外，接腳116的側面可以由絕緣殼體13露出或者為與絕緣殼體13的表面齊平，在此並不侷限，接腳116具有一階梯狀結構S，除提高導線架11與絕緣殼體13的接合外，還有助於降低下單顆感測元件封裝結構10時切割的應力，並避免切割過程所產生的毛邊。

如圖3A所示，第二部分132具有一殼體壁134，殼體壁134環繞導線架11的第二固晶區115周圍以形成一容置槽18，讓後續設置的感測器14可以放置在容置槽18中，並暴露感測器14於容置槽18中。另外，在絕緣殼體13之第二部分132的表面上可形成至少一凹槽136，讓使用者可通過至少一凹槽136將保護層15從絕緣殼體13上分離，如圖2與圖4所示，位於絕緣殼體13之第二部分132的兩相對應側頂面形成有相對應的兩凹槽136。絕緣殼體13的材料較佳可以是矽膠(Silicone)或環氧樹脂(Epoxy)，且絕緣殼體13的材料顏色較佳為黑色，藉以防止周圍的環境光干擾感測器14的感測，然而在不同實施例中，絕緣殼體13也可以是其他顏色，任何可以阻隔環境光線而只能傳遞紅外線光的顏色都可以是本發明封膠材料的顏色，但在此並不侷限。

依舊參閱圖3A，感測器14設置在第二表面112的第二固晶區115上，也就是將感測器14放置在絕緣殼體13的第二部分132所形成的容置槽18中。本發明的感測器14較佳為紅外線感測器，感測器14的底部除了直接接觸導線架11之第二表面112的第二固晶區115，並電連接導線架11的接腳116，感測器14更直接接觸環繞第二固晶區115的多個接墊區117，因此可以讓感測器14在工作時產生的熱可以快速地傳遞至導線架11的第二固晶區115以及多個接墊區117，進而使感測器14的溫度盡可能地維持與外界環境的溫度一樣。

然後，將保護層15設置在感測器14上方，如圖4所示，保護層15設置在感測器14上，並無直接接觸感測器14，而是由位於接腳116周圍的絕緣殼體13的第二部分132支撐保護層15，在保護層15與感測器14之間可形成一間隙C，確保保護層15與感測器14不會碰撞。保護層15較佳是由只允許紅外線穿透的玻璃所構成，然而，在不同實施例中，保護層15也可以是由其他材料所構成，例如塑膠等，在此並不侷限。在本發明中，分別在導線架11不同的第一表面111與第二表面112設置晶片12與感測器14，相較於傳統將晶片12與感測器14設置在相同平面上，可以達到縮小感測元件封測結構10的目的，因為若將晶片12與感測器14放在相同平面上時，需要較大的面積才能將晶片12與感測器14放在相同平面，從而使整體尺寸增大，因此將晶片12與感測器14放在不同平面，達到降低所需使用面積的目的，進而降低整體尺寸。

[第二實施例]

然而，如圖3B所示，在第二實施例中，保護層15可以是一U形結構，而第二部分132的表面與第二固晶區115的表面齊平，保護層15的左右兩端會凸出並抵靠在絕緣殼體13的第一部分131的表面上。在圖3B的第二實施例中，絕緣殼體13同樣包括第一部分131與第二部分132，第一部分131與第二部分132的設置位置與第一實施例的相似，在此不再贅述。不同之處在於，第二實施例的第二部分132的表面與接墊區117齊平，進一步的說，第一部分131的底面、第二部分132的表面、第二固晶區115的表面與接墊區117的表面共平面，而保護層15以一U形結構呈現，同樣可以在保護層15左右兩端之間形成容置槽18，讓後續設置的感測器14可以放置在容置槽18中。另外，由於在第二實施例的感測元件封裝結構10的其他元件都與第一實施例的感測元件封裝結構10相同，因此，在此省略有關於第二實施例的其他元件的描述。

圖6為本發明實施例的感測元件封裝結構的製造方法流程圖。請參閱圖6，並參考圖1至圖5以及其元件標號，在步驟S601中，提供一導線架11，導線架11可以是一金屬導線架，導線架11可以壓鑄方式一體成形，如何形成導線架11為本領域具有通常知識者所熟知，在此不再贅述。導線架11包括一第一表面111以及相反於第一表面111的第二表面112，導線架11包括一第一固晶區113、多個打線區114、一第二固晶區115以及多個接墊區117。在步驟S602，在導線架11的第一固晶區113中設置一晶片12，並在步驟S603中，以打線接合方式通過導線16將晶片12電連接導線架11的多個打線區114。進一步來說，晶片12可以直接設置在導線架11的第一固晶區113，或者在不同實施例中，可以在第一固晶區113上先設置一散熱膜17，然而在於散熱膜17上設置晶片12，在此並不侷限。晶片12上具有多個接點121，每個導線16的兩端即可以分別連接晶片12的接點121以及每個打線區114，達到晶片12與導線架11電連接的目的。

另外，導線16可以正向打線或反向打線的方式將晶片12電連接導線架11的多個打線區114，在此並不侷限。為了讓晶片12在工作時所產生的熱可以傳導至導線架11，晶片12可以直接接觸第一固晶區113，或晶片12可以通過散熱膜17再接觸第一固晶區113，在此並不侷限，另外，如何將晶片12設置在導線架11的第一表面111的第一固晶區113上為本領域具有通常知識者所熟知，在此不再贅述。

在步驟S604中，在導線架11上填充封膠材料。詳細來說，封膠材料可以一次充填在導線架11的第一表面111或第二表面112，然後，封膠材料會自動流至第二表面112或第一表面111，而形成第一實施例與第二實施例中的絕緣殼體13的第一部分131與第二部分132，或以二次充填在導線架11上，先一次充填形成絕緣殼體13的第二部分132，而後再次充填形成絕緣殼體13的第一部分131。舉例來說，在導線架11完成安裝晶片12以及導線16的打線接合的步驟後，利用具有高低落差的模具(未圖示)，將導線架11放入模具中，在模具內填充形成絕緣殼體13的材料至導線架11的第一表面111或第二表面112，其中絕緣殼體13的第一部分131位在多個接腳116之間，且會覆蓋晶片12以及導線16，而絕緣殼體13的第二部分132設置在接腳116周圍，且向一方向延伸並環繞導線架11第二表面112的周圍，進而在第二表面112形成一容置槽18或是與多個接墊區117表面形成一齊平面。在本發明的實施例中，封膠材料的顏色較佳為黑色，因為黑色的封膠材料可以阻隔大部分的環境光線傳遞至感測器14，以防止環境光線所造成感測器14的感測準確度下降。另外，本發明的絕緣殼體13只能允許紅外線光傳遞至感測器14，可阻絕除了紅外線光以外的光線。

在步驟S605中，將感測器14設置在導線架11的第二表面112的第二固晶區115。詳細來說，感測器14設置在導線架11上，且位於第一實施例之絕緣殼體13形成的容置槽18或第二實施例之保護層15形成的容置槽18中，感測器14會與導線架11的第二固晶區115接觸，進而可以將感測器14在運作時所產生的熱傳遞至導線架11，達到感測器14散熱的效果。在步驟S606中，將保護層15設置在感測器14上，且保護層15位於絕緣殼體13上，詳細來說，將保護層15設置在絕緣殼體13上，由設置在接腳116周圍的第二部分132支撐保護層15，進而達到保護感測器14，防止外界環境光照射至感測器14，完成設置保護層15的步驟。保護層15較佳是由玻璃所構成，除了可以達到防止感測器14直接接觸外在環境，更可以阻隔除了紅外線以外的光線傳遞至感測器14。在本發明中，保護層15較佳是由只允許紅外線光穿透的玻璃材料所構成，或者可以通過在保護層15上塗佈特殊材料，達到阻隔環境光線而只允許紅外線光傳遞的目的，如何塗佈保護層15使之只允許紅外線光傳遞至感測器14為本領域具有通常知識者所熟知，在此不再贅述。

在完成保護層的設置後，即完成本發明感測元件封裝結構的製程步驟，另外，在本發明中，更可以包括一額外步驟，將製作完成在模具內的多個感測元件封裝結構10切割為一個一個的感測元件封裝結構10，或在不同實施例中，也可以進一步包括一測試步驟，測試每個感測元件封裝結構10的感測效果，完成本發明之感測元件封裝結構10的完整製程步驟。

[實施例的有益效果]

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

10:感測元件封裝結構 11:導線架 111:第一表面 112:第二表面 113:第一固晶區 114:打線區 115:第二固晶區 116:接腳 1161:外接部 1163: 彎折部 1165:接觸面 117:接墊區 12:晶片 121:接點 13:絕緣殼體 131:第一部分 132:第二部分 133:頂面 134: 殼體壁 136:凹槽 14:感測器 15:保護層 16:導線 17:散熱膜 18:容置槽 L:段差 C:間隙 S:階梯狀結構 S601-S606:步驟

圖1為本發明實施例的感測元件封裝結構的底視圖。

圖2為本發明實施例的感測元件封裝結構的俯視透視圖。

圖3A為本發明實施例的感測元件封裝結構的剖面圖。

圖3B為本發明另一實施例的感測元件封裝結構的剖面圖。

圖4為本發明實施例的感測元件封裝結構的***圖。

圖5為本發明的導線架的示意圖。

圖6為本發明實施例的感測元件封裝結構的製造方法流程圖。

10:感測元件封裝結構 111:第一表面 112:第二表面 114:打線區 1161:外接部 1163:彎折部 1165:接觸面 117: 接墊區 13: 絕緣殼體 131:第一部分 132:第二部分 133:頂面 134: 殼體壁 14:感測器 15:保護層 16:導線 17:散熱膜 18:容置槽 L:段差 C:間隙 S:階梯狀結構

Claims

一種感測元件封裝結構，其包括：一導線架，其具有一第一表面以及一相反於所述第一表面的第二表面，所述導線架的一第一固晶區與多個打線區設置在所述第一表面上，且一第二固晶區設置在所述第二表面上且對應所述第一固晶區；一晶片，其設置在所述導線架的所述第一固晶區，且所述晶片電連接所述導線架的多個所述打線區；一絕緣殼體，包覆所述晶片以及部分的所述導線架；一感測器，其設置在所述導線架的所述第二固晶區上；以及一保護層，設置於所述感測器的上方。
如請求項1所述的感測元件封裝結構，其中，所述導線架的所述多個打線區沿著一方向向外彎折延伸出多個接腳，且多個所述接腳環繞所述第一固晶區以保護所述晶片以及所述導線。
如請求項2所述的感測元件封裝結構，其中，所述打線區的表面與所述接腳的一接觸面之間形成一段差，且所述接腳的所述接觸面與所述絕緣殼體的一頂面齊平。
如請求項1所述的感測元件封裝結構，其中，所述保護層可以為一U形玻璃或平板玻璃，與絕緣殼體共同定義出一容置空間，所述感測器位於所述容置空間內。
如請求項1所述的感測元件封裝結構，其中，所述絕緣殼體包括一第一部分與一第二部分，所述第一部分覆蓋位於第一表面的所述晶片以及部分的所述導線，所述第二部分環繞所述第二表面的周圍，並與所述保護層相接，定義出容納所述感測器的一容置空間。
如請求項1至5中任一項所述的感測元件封裝結構，進一步包括：一散熱膜，其設置在所述晶片與所述導線架的所述第一固晶區之間。
如請求項1至5中任一項所述的感測元件封裝結構，其中，在所述感測器與所述保護層之間形成一間隙，且所述絕緣殼體為黑色材料的矽膠(Silicone)或環氧樹脂(Epoxy)。
一種感測元件的封裝方法，其包括：提供一導線架；設置一晶片在所述導線架的一第一固晶區中；將所述晶片電連接所述導線架的多個打線區；填充一封膠材料在所述導線架上，以形成包覆所述晶片與部分所述導線架的一絕緣殼體；設置一感測器在所述導線架的一第二固晶區，所述第二固晶區對應於所述第一固晶區，且所述第一固晶區與所述第二固晶區分別位於所述導線架的不同平面上；以及設置一保護層在所述感測器上。
如請求項8所述的感測元件的封裝方法，其中，在填充所述封膠材料步驟中，所述導線架的所述多個打線區更包含外露於所述絕緣殼體的多個接腳。
如請求項8或9中任一項所述的感測元件的封裝方法，其中，在設置所述保護層步驟中，所述保護層可以為一U形玻璃或平板玻璃，且與所述絕緣殼體共同定義出一容置空間，所述感測器位於所述容置空間內。