專利名稱：影像感測(cè)元件及其封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種影像感測(cè)元件，特別是涉及一種用于互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體(CMOS)的影像感測(cè)元件及其封裝方法。
半導(dǎo)體封裝的技術(shù)，特別是晶片封裝方法，是半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)所通用及熟知的技術(shù)。而針對(duì)晶片的不同特殊性的要求，封裝程序也會(huì)隨著變更。例如，常用于光盤機(jī)、數(shù)位攝影機(jī)或掃描器中的光學(xué)影像擷取裝置便需要將互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體影像感測(cè)晶片的感光側(cè)以光學(xué)材料(玻璃或塑膠)保護(hù)并使影像訊號(hào)可被接收。
參考

圖1，為一影像感測(cè)晶片的立體圖，影像感測(cè)晶片10通常是一互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體，其包括一玻璃板11、載具12及印刷電路板13，其中半導(dǎo)體131是被固定在印刷電路板13中央且具有多數(shù)個(gè)導(dǎo)電墊形成在外側(cè)并透過玻璃板11接收影像訊號(hào)。進(jìn)一步參考圖2說明影像感測(cè)晶片10的結(jié)構(gòu)，印刷電路板13是由半導(dǎo)體131、導(dǎo)線132及基板133所組成。先將印刷電路板13粘著在載具12上，再將玻璃板11粘接在載具12上便可完成影像感測(cè)晶片的制造。習(xí)知的影像感測(cè)晶片通常使用陶瓷導(dǎo)線晶片封裝制法(CLCC，ceramic leadless chipcarrier)，即使用陶瓷的載具12作為封裝程序的材料。陶瓷具有高硬度、耐熱、穩(wěn)定及低化性等特點(diǎn)，非常適合作為載具的材料。只是其來源受制于國外廠商而造價(jià)偏高，因此影像感測(cè)晶片整體制造成本大幅增加。再者，影像感測(cè)晶片在制造時(shí)，其內(nèi)部壓力必須大于大氣壓力。所以，當(dāng)影像感測(cè)晶片安裝在一裝置上使用時(shí)，由于壓力變化造成空氣中濕氣進(jìn)入影像感測(cè)元件，使得影像感測(cè)晶片容易有水蒸氣滲入其中而使晶片的使用壽命縮短，要求影像感測(cè)晶片在制造時(shí)，其內(nèi)部壓力必須大于大氣壓力。
此外，在習(xí)知的影像感測(cè)晶片封裝程序中，最大的問題在于濕氣與粉塵粒子無法控制時(shí)，會(huì)影響晶片上的感測(cè)能力，使其無法接受到正常的畫面，造成產(chǎn)品的合格率降低。
本發(fā)明的目的在于提供一種影像感測(cè)元件及其封裝方法，其產(chǎn)品合格率高，制造成本低，使用壽命長，能夠大批量生產(chǎn)。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種影像感測(cè)元件封裝方法，該影像感測(cè)元件是由印刷電路板、載具及玻璃板構(gòu)成，所述多數(shù)個(gè)印刷電路板、載具及玻璃板是分別放置于一主托盤、第一托盤及第二托盤以進(jìn)行封裝，其包括下列步驟所述印刷電路板、載具及玻璃板是分別在各主托盤、第一托盤及第二托盤中進(jìn)行洗凈流程的預(yù)處理；在所述印刷電路板封膠后，將位于第一托盤的載具擷取至主托盤的各個(gè)印刷電路板上；進(jìn)行所述印刷電路板及載具的熱壓及粘著處理；在所述玻璃板封膠后，將位于第二托盤的各個(gè)玻璃扳擷取至主托盤上；及在高壓氣體的工作環(huán)境中，將所述玻璃板熱壓粘著在載具上。
所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述洗凈流程的預(yù)處理包括下列步驟脫脂洗凈，是在中性洗凈液中以超音波震蕩清除有機(jī)物質(zhì)及雜質(zhì)；純水洗凈，是在去離子純水中以超音波震蕩清除非有機(jī)物質(zhì)及雜質(zhì)；熱烘干燥，以去除水分。
所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于對(duì)所述玻璃板的洗凈流程的預(yù)處理是包括下列步驟純水洗凈，是在去離子純水中以超音波震蕩清除非有機(jī)物質(zhì)及雜質(zhì)；熱烘干燥，以去除水分。
所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述載具的材料為具有高密度、耐高溫及低濕性特性的塑膠。
所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述高壓氣體為氮?dú)饣蚝猓宜龈邏簹怏w的壓力范圍在8kg到12kg之間。
所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述印刷電路板及載具的粘著處理包括晶片粘著處理及導(dǎo)線粘接處理。
所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述晶片粘著處理還包括低溫冷卻、氮?dú)獯邓图盁岷娓稍锊襟E。
所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述封膠為點(diǎn)膠或網(wǎng)印。
本發(fā)明還提供了一種影像感測(cè)元件，其特征在于包括有一印刷電路板，具有一半導(dǎo)體晶片，該半導(dǎo)體晶片位于該印刷電路板中；塑膠載具，是粘著在該印刷電路板上；及玻璃板，是粘著在該塑膠載具上且與印刷電路板和塑膠載具共同局限出一空間，且在該空間中封裝有一高壓氣體。
所述的影像感測(cè)元件，其特征在于所述塑膠是具有高密度、耐高溫及低濕性特性的塑膠。
所述的影像感測(cè)元件，其特征在于所述高壓氣體為壓力范圍在8kg到12kg間的氮?dú)饣蚝狻?br> 所述的影像感測(cè)元件，其特征在于還包括有多數(shù)個(gè)導(dǎo)電墊，該多數(shù)個(gè)導(dǎo)電墊是形成在該影像感測(cè)晶片外側(cè)。
采用了上述技術(shù)方案后，因本發(fā)明主要是使用塑膠導(dǎo)線晶片封裝程序(PLCC，plastic leadless chip carrier)，由此可使用較便宜的塑膠載具制造影像感測(cè)晶片以降低成本。另外，本發(fā)明所提供的影像感測(cè)元件封裝方法，其是在制造過程中將干燥的高壓氣體密封在影像感測(cè)晶片內(nèi)部，所以內(nèi)部壓力一定大于大氣壓力。由此，使影像感測(cè)晶片在裝置中使用時(shí)，不會(huì)因壓力變化造成空氣中濕氣進(jìn)入影像感測(cè)元件，而縮短影像感測(cè)晶片的使用壽命。
本發(fā)明中，由于是在制造過程中將多數(shù)個(gè)不同元件放置于特別設(shè)計(jì)的各工程塑膠托盤中，此工程塑膠為耐高溫(300℃～600℃)的耐磨耗材料。因此，各個(gè)不同元件可分別在托盤中處理后，在制造時(shí)每一程序均用同一托盤，再轉(zhuǎn)回主程序進(jìn)行制造，因?yàn)槭且回灥牧鞒趟阅軌蛴趯?shí)際上提供一種可大量生產(chǎn)的程序。
而且，本發(fā)明中，因各個(gè)元件可分別經(jīng)過洗凈流程后進(jìn)行粘著制造，因此，在制造過程中不會(huì)因?yàn)闈駳馀c粉塵粒子等環(huán)境因素導(dǎo)致產(chǎn)品的合格率降低。
下面，結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的描述。
圖1為影像感測(cè)晶片的立體圖。
圖2為圖1中影像感測(cè)晶片的分解示意圖。
圖3為本發(fā)明中用于承載元件的托盤的立體圖。
圖4為本發(fā)明封裝方法中洗凈流程的方塊示意圖。
圖5為本發(fā)明影像感測(cè)晶片的制造過程的流程示意圖。
圖6為圖5中玻璃板粘著程序的方塊示意圖。
參考圖1，影像感測(cè)晶片10通常是一互補(bǔ)金氧半導(dǎo)體，其用于光盤機(jī)、數(shù)位攝影機(jī)或掃描器等光學(xué)影像擷取裝置，其包括一玻璃板11、載具12及印刷電路板13，其中半導(dǎo)體131是被固定在印刷電路板13中央且具有多數(shù)個(gè)導(dǎo)電墊形成在外側(cè)并透過玻璃板11接收影像訊號(hào)。圖2說明影像感測(cè)晶片10的結(jié)構(gòu)，其中，印刷電路板13是由半導(dǎo)體131、導(dǎo)線132及基板133所組成。先將印刷電路板13粘著在載具12上，再將玻璃板11粘接在載具12上便可完成影像感測(cè)晶片的制造，關(guān)于影像感測(cè)晶片10的詳細(xì)程序，將于后文描述。值得注意的是，本發(fā)明在載具12材料的選擇上是以塑膠載具取代習(xí)知的陶瓷載具，其原因是塑膠的成本遠(yuǎn)低于陶瓷。雖然塑膠導(dǎo)線晶片封裝制法常用于不同晶片的封裝，但是對(duì)于在制造中需要經(jīng)過高溫高壓程序且封裝過程易受環(huán)境因素(例如濕氣或微粒子)影響的影像感測(cè)晶片10而言，塑膠的硬度及化學(xué)性能仍無法承受，所以至今在影像感測(cè)晶片中仍沒有可用以大量生產(chǎn)的方法。因此，本發(fā)明是以耐高溫(高TG點(diǎn)，例如150℃～300℃間)、低濕性(例如23℃，24hr相對(duì)濕度0.05～0.3)及高密度等適當(dāng)?shù)奈锢硇约盎瘜W(xué)性來選定材料。
首先，本發(fā)明為達(dá)成影像感測(cè)晶片10制法的自動(dòng)化，使用如圖3所示的托盤20，該托盤20具有多數(shù)個(gè)收容槽21形成于其上。每一個(gè)收容槽21均貫穿托盤20且其在托盤20上表面開口面積約等于影像感測(cè)晶片10的表面積，而收容槽21的下表面開口面積則略小于上表面開口面積。如此，則將每個(gè)影像感測(cè)晶片10的相同元件(玻璃板11、載具12及印刷電路板13)安置于每一托盤20中以分別進(jìn)行處理。以本發(fā)明為例，多數(shù)個(gè)印刷電路板13放置于一主托盤(因?yàn)樵谥圃觳襟E中無需移動(dòng)印刷電路板13)、多數(shù)個(gè)載具12是放置于一第一托盤，而多數(shù)個(gè)玻璃板11是放置于一第二托盤。另外，為了達(dá)成程序的自動(dòng)化，托盤20還包括形成在一側(cè)的晶片粘著標(biāo)示22及形成在相對(duì)側(cè)導(dǎo)線粘接標(biāo)示23。所以，在晶片粘著步驟及導(dǎo)線粘接步驟中，均可通過晶片粘著標(biāo)示22及導(dǎo)線粘接標(biāo)示23來定位托盤20而使整個(gè)程序可在同一個(gè)托盤20內(nèi)完成。當(dāng)然，托盤20并不限于使用在塑膠導(dǎo)線晶片封裝程序中，也可使用在陶瓷導(dǎo)線晶片封裝程序或其他封裝中。再者，為了防止制造過程中因?yàn)闈駳馀c微粒子等環(huán)境因素導(dǎo)致產(chǎn)品的合格率降低，本發(fā)明提供了一洗凈流程30，如圖4所示，該洗凈流程30是在各元件粘著前預(yù)先處理以去除附著在元件上任何可能導(dǎo)致不良率的因素，例如靜電、濕氣與微粒子。因?yàn)橛∷㈦娐钒?3、載具12及玻璃板11分別放置于主托盤、第一托盤及第二托盤，所以各個(gè)元件的洗凈流程30可獨(dú)立進(jìn)行而不會(huì)影響整個(gè)程序的效率。繼續(xù)參考圖4，洗凈流程30包括下列步驟脫脂洗凈31、純水洗凈36、熱純水洗凈33、風(fēng)刀排水34、熱烘干燥35、冷卻36及去除靜電37。脫脂洗凈31主要用于清除附著在元件上的有機(jī)物質(zhì)及雜質(zhì)，其將托盤置于一中性洗凈液的容槽內(nèi)，并以高頻率的超音波震蕩使有機(jī)物質(zhì)及雜質(zhì)溶解并脫落，中性洗凈液可選擇SWAJ(商標(biāo))溶液。為使洗凈完全，脫脂洗凈31可連續(xù)進(jìn)行兩次。純水洗凈32及熱純水洗凈33主要用于清除附著在元件上的非有機(jī)物質(zhì)及其他雜質(zhì)，其將托盤置于一去離子水的容槽內(nèi)，并以高頻率的超音波震蕩使非有機(jī)物質(zhì)及雜質(zhì)溶解并脫落。脫脂洗凈31、純水洗凈32及熱純水洗凈33的處理等級(jí)要求為Class 1000。風(fēng)刀排水34及熱烘干燥35主要是去除元件上的水氣，因?yàn)樵谟跋窀袦y(cè)晶片10的制造中，水氣通常會(huì)造成封裝時(shí)的粘著不完全而使合格率偏低。所以，先用高速風(fēng)力將元件上的水分除去再以高溫(60℃到100℃)使水分蒸發(fā)。接著，再經(jīng)過冷卻36及去除靜電37處理后，各個(gè)元件便可送入制造過程中加工。風(fēng)刀排水34、熱烘干燥35、冷卻36及去除靜電37的處理等級(jí)要求為Class100。當(dāng)然，洗凈流程30并不限于使用在塑膠導(dǎo)線晶片封裝程序中，也可使用在陶瓷導(dǎo)線晶片封裝方法或其他封裝方法中。
圖5為本發(fā)明影像感測(cè)晶片10的制造流程方塊圖，印刷電路板13、載具12及玻璃板11分別放置于主托盤、第一托盤及第二托盤，其分別為步驟41、42及43，以進(jìn)行影像感測(cè)晶片封裝制造流程40。為了進(jìn)一步描述本發(fā)明第一實(shí)施例的實(shí)施原理，繼續(xù)參考圖5，首先將印刷電路板13放置于主托盤后，進(jìn)行上述的洗凈流程30。之后，再將印刷電路板13上封膠44(dispenser)處理。封膠44的方法可為點(diǎn)膠、網(wǎng)印或其他方式。載具12置于第一托盤上后，則進(jìn)行上述的洗凈流程30。之后，再進(jìn)行各個(gè)載具12擷取至主托盤的步驟421，其方法可為真空吸取或手工方式。當(dāng)各個(gè)載具12放置并定位到對(duì)應(yīng)主托盤上的印刷電路板13上后，則進(jìn)行熱壓步驟45、晶片粘著步驟46及導(dǎo)線粘接步驟47。其中，熱壓步驟45的溫度為60℃到200℃范圍、壓力為2kg/cm2到8kg/cm2間，且熱壓時(shí)間約為0.5到500分鐘，晶片粘著步驟46可使用銀膠作為粘著的材料，導(dǎo)線粘接步驟47則可使用金線、鋁線或銅線。值得注意的是在晶片粘著步驟46中也可將半成品進(jìn)行低溫冷卻(-40℃二氧化碳)、氮?dú)獯邓图盁岷娓稍锏忍幚韺⑺旨半s質(zhì)進(jìn)一步清除。由于托盤20一次可承載30至50片載具12及印刷電路板13，所以本發(fā)明的封裝方法可一次同時(shí)完成30至50片影像感測(cè)晶片10而可大幅增加制造的效率。
繼續(xù)參考圖5說明本發(fā)明的程序，于玻璃板11放置于第二托盤后，進(jìn)行上述的洗凈流程30。值得注意的是，因?yàn)椴ＡО?1不會(huì)附著有機(jī)物質(zhì)，所以洗凈流程30可省略脫脂洗凈31而僅包括純水洗凈32、熱純水洗凈33、風(fēng)刀排水34、熱烘干燥35、冷卻36及去除靜電37等步驟。之后，再于玻璃板11上進(jìn)行封膠431處理。封膠431的方法可為點(diǎn)膠、網(wǎng)印或其他方式。接著，再將各個(gè)玻璃板11進(jìn)行翻轉(zhuǎn)步驟432以使封膠的表面朝下后擷取至主托盤的步驟433，其方法可為真空吸取或手工方式。由于封膠的表面朝下，所以玻璃扳11可直接對(duì)準(zhǔn)主托盤以進(jìn)行玻璃粘著步驟48。
參考圖6說明玻璃板粘著步驟48的方塊圖，玻璃板粘著步驟48是在一密封的機(jī)臺(tái)上進(jìn)行加工的。玻璃板粘著步驟48包括抽真空步驟481、充高壓氣體步驟482及熱壓步驟483。抽真空步驟481主要是將環(huán)境中水分及雜質(zhì)去除，充高壓氣體步驟482則將化學(xué)性能穩(wěn)定的氣體(例如氮?dú)饣蚝?充入機(jī)臺(tái)內(nèi)，該高壓氣體的壓力范圍在8kg到12kg之間，接著再將玻璃扳11熱壓粘著在載具12上而完成制造，熱壓步驟483的溫度為60℃到200℃范圍、壓力2kg/cm2到8kg/cm2間，且熱壓時(shí)間約為0.5到500分鐘。在此同時(shí)，化學(xué)性能穩(wěn)定的高壓氣體將一并被封存在影像感測(cè)晶片10內(nèi)，所以當(dāng)把影像感測(cè)晶片10設(shè)置在一影像裝置中操作時(shí)，由于影像感測(cè)晶片10的內(nèi)壓大于外部的操作壓力，則使外界的水分或雜質(zhì)較不易滲入影像感測(cè)晶片10內(nèi)部而可延長影像感測(cè)晶片10的使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種影像感測(cè)元件封裝方法，該影像感測(cè)元件是由印刷電路板、載具及玻璃板構(gòu)成，所述多數(shù)個(gè)印刷電路板、載具及玻璃板是分別放置于一主托盤、第一托盤及第二托盤以進(jìn)行封裝，其包括下列步驟所述印刷電路板、載具及玻璃板是分別在各主托盤、第一托盤及第二托盤中進(jìn)行洗凈流程的預(yù)處理；在所述印刷電路板封膠后，將位于第一托盤的載具擷取至主托盤的各個(gè)印刷電路板上；進(jìn)行所述印刷電路板及載具的熱壓及粘著處理；在所述玻璃板封膠后，將位于第二托盤的各個(gè)玻璃扳擷取至主托盤上；及在高壓氣體的工作環(huán)境中，將所述玻璃板熱壓粘著在載具上。
2.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述洗凈流程的預(yù)處理包括下列步驟脫脂洗凈，是在中性洗凈液中以超音波震蕩清除有機(jī)物質(zhì)及雜質(zhì)；純水洗凈，是在去離子純水中以超音波震蕩清除非有機(jī)物質(zhì)及雜質(zhì)；熱烘干燥，以去除水分。
3.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于對(duì)所述玻璃板的洗凈流程的預(yù)處理是包括下列步驟純水洗凈，是在去離子純水中以超音波震蕩清除非有機(jī)物質(zhì)及雜質(zhì)；熱烘干燥，以去除水分。
4.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述載具的材料為具有高密度、耐高溫及低濕性特性的塑膠。
5.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述高壓氣體為氮?dú)饣蚝猓宜龈邏簹怏w的壓力范圍在8kg到12kg之間。
6.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述印刷電路板及載具的粘著處理包括晶片粘著處理及導(dǎo)線粘接處理。
7.如權(quán)利要求6所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述晶片粘著處理還包括低溫冷卻、氮?dú)獯邓图盁岷娓稍锊襟E。
8.如權(quán)利要求1所述的影像感測(cè)元件封裝方法，其特征在于所述封膠為點(diǎn)膠或網(wǎng)印。
9.一種影像感測(cè)元件，其特征在于包括有一印刷電路板，具有一半導(dǎo)體晶片，該半導(dǎo)體晶片位于該印刷電路板中；塑膠載具，是粘著在該印刷電路板上；及玻璃板，是粘著在該塑膠載具上且與印刷電路板和塑膠載具共同局限出一空間，且在該空間中封裝有一高壓氣體。
10.如權(quán)利要求9所述的影像感測(cè)元件，其特征在于所述塑膠是具有高密度、耐高溫及低濕性特性的塑膠。
11.如權(quán)利要求9所述的影像感測(cè)元件，其特征在于所述高壓氣體為壓力范圍在8kg到12kg間的氮?dú)饣蚝狻?br> 12.如權(quán)利要求9所述的影像感測(cè)元件，其特征在于還包括有多數(shù)個(gè)導(dǎo)電墊，該多數(shù)個(gè)導(dǎo)電墊是形成在該影像感測(cè)晶片外側(cè)。
全文摘要
一種影像感測(cè)元件及其封裝方法,該影像感測(cè)元件是由一印刷電路板、載具及玻璃板構(gòu)成,其封裝步驟為:將印刷電路板、載具及玻璃板分別在各托盤中進(jìn)行洗凈流程的預(yù)處理;在印刷電路板封膠后將位于第一托盤的載具擷取至主托盤的各個(gè)印刷電路板上;進(jìn)行印刷電路板及載具的熱壓及粘著處理;在玻璃板封膠后將位于第二托盤的各個(gè)玻璃扳擷取至主托盤上;在高壓氣體的工作環(huán)境中將玻璃板熱壓粘著在載具上。其產(chǎn)品質(zhì)量高,成本低,使用壽命長。
文檔編號(hào)H01L21/02GK1350324SQ0012986
公開日2002年5月22日 申請(qǐng)日期2000年10月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年10月20日
發(fā)明者林文新, 王法臺(tái) 申請(qǐng)人:臺(tái)宏半導(dǎo)體股份有限公司