CN107527928A - 光学组件封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种光学组件封装结构，包括：基板，具有相对的第一表面及第二表面；阻隔结构，形成于该基板的该第一表面上，围绕该基板上的一容置区域；光学组件芯片，放置于该基板的该第一表面上并位于该容置区域内；至少一打线，电性连接该光学组件芯片与外部电路；接合层，形成于该阻隔结构的部分上缘上方；透光板，放置于该接合层上，完全覆盖该接合层及该容置区域，该透光板的侧缘超出该接合层的外缘，该透光板具有相对的第一表面及第二表面，该第二表面朝向该容置区域；以及封胶体，完全覆盖该透光板的该侧缘及该接合层的该外缘，并部分覆盖该透光板的该第二表面及该阻隔结构的该上缘。上述光学组件封装结构可节省制造成本。
Description
技术领域
本发明涉及一种光学组件封装结构，尤指一种具有较佳可靠度及较小封装尺寸的光学组件封装结构。
背景技术
图1为现有影像传感器封装结构10的侧面剖视图，其中，影像感测芯片12固定在基板11上，并透过打线13及基板11内的通孔14电性连接至外部线路(未绘示)，影像感测芯片12的周围设有阻隔结构15，透光板16放置在阻隔结构15上，使得影像感测芯片12位于基板11、阻隔结构15及透光板16围成的容置空间内，最外层的封胶体17则包覆固定基板11、阻隔结构15及透光板16。
当环境或测试条件严峻时，例如其条件涉及高温或高湿度环境，从通孔14进入的水气如果在影像感测芯片12的感测面或透光板16的下表面凝结成小水珠，将严重影响影像感测芯片12撷取影像的质量，渗入的湿气也会影响封装内部的电气性能，因此整个光学组件质量及可靠度皆产生大幅下降，往往不合产品规格或是长期正常使用的需求。
另一方面，现有的影像传感器封装结构10的封装尺寸往往过于庞大，不但生产材料的耗用成本无法下降，制造工具的使用耗损及维护成本也甚为庞大。
再者，现有的影像传感器封装结构10的封胶体17包覆到透光板16的上表面，容易于制程中污染透光板16，影响影像传感器封装结构10的功能的正常使用。
因此，在不影响正常功能的条件下，提出一种小型化且具有高可靠度性能的光学组件封装结构为发展本发明的主要目的之一。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种小型化光学组件封装结构，使用的封装材料可减量，节省制造成本。
为了解决上述问题，本发明提出一种具较佳可靠度的光学组件封装结构，可改善水气进入光学组件封装结构内影响内部光学组件的情况。
本发明提供一种光学组件封装结构，包括：一基板，具有相对的第一表面及第二表面；一阻隔结构，形成于该基板的该第一表面上，围绕该基板上之一容置区域；一光学组件芯片，放置于该基板的该第一表面上并位于该容置区域内；至少一打线，电性连接该光学组件芯片与一外部电路；一接合层，形成于该阻隔结构的部分上缘上方；一透光板，放置于该接合层上，完全覆盖该接合层及该容置区域，该透光板的侧缘超出该接合层的外缘，该透光板具有相对的第一表面及第二表面，该第二表面朝向该容置区域；以及一封胶体，完全覆盖该透光板的该侧缘及该接合层的该外缘，并部分覆盖该透光板的该第二表面及该阻隔结构的该上缘。
在一实施例中，该封胶体的外缘与该阻隔结构的外缘对齐。
在一实施例中，该封胶体更完全覆盖该阻隔结构的外缘，并部分覆盖该基板的该第一表面，该封胶体的外缘与该基板的侧缘对齐。
在一实施例中，该封胶体的上缘与该透光板的该第一表面的延伸平面呈一夹角，该夹角介于5度～60度之间。
在一实施例中，该光学组件芯片为一影像感测芯片。
在一实施例中，该影像感测芯片的感测面上设置多个光学微结构。
在一实施例中，该影像感测芯片堆栈于一电路芯片之上。
在一实施例中，更包括多个焊垫，与该至少一打线连接，每一焊垫设置于该基板的该第一表面上或该阻隔结构的该上缘。
在一实施例中，该基板内具有多个通孔，贯通该基板的该第一表面及该第二表面，该些通孔于该基板的该第一表面的开口是位于该光学组件芯片、该阻隔结构或该封胶体下方，该些开口与该光学组件芯片、该阻隔结构或该封胶体之间形成一保护膜。
在一实施例中，该透光板具有一阶梯状侧缘，该封胶体完全覆盖该阶梯状侧缘。
本发明提供一种光学组件封装结构，包括：一基板，具有相对的第一表面及第二表面；一阻隔结构，形成于该基板的该第一表面上，围绕该基板上之一容置区域；一光学组件芯片，放置于该基板的该第一表面上并位于该容置区域内；至少一打线，电性连接该光学组件芯片与一外部电路；一透光板，放置于该阻隔结构上，完全覆盖该容置区域；以及一封胶体，完全覆盖该透光板的侧缘及该阻隔结构的外缘，其中，该基板内具有多个通孔，贯穿该基板的该第一表面及该第二表面，该些通孔于该基板的该第一表面的开口是位于该光学组件芯片、该阻隔结构或该封胶体下方，该些开口与该光学组件芯片、该阻隔结构或该封胶体之间形成一保护膜，该打线通过该通孔电性连接至该外部电路。
在一实施例中，该保护膜为一防焊漆。
在一实施例中，该通孔内填塞入导电材料、防焊漆或树脂。
在一实施例中，更包括一接合层，位于该透光板与该阻隔结构之间，该透光板完全覆盖该接合层且该透光板的侧缘超出该接合层的外缘。
附图说明
图1为现有的影像传感器封装结构的侧面剖视图。
图2为根据本发明一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图。
图3为根据本发明另一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图。
图4为根据本发明又一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图。
图5为根据本发明又一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图。
图6为根据本发明又一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图。
图7为根据本发明又一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图。
图8为根据本发明又一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图。
图9为根据本发明又一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图。
图10为根据本发明又一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图。
图11A为用于生成本发明一实施例的光学组件封装结构的基板设计上视图。
图11B为使用图11A的基板设计所生成光学组件封装结构的侧视图。
图12A为用于生成本发明另一实施例的光学组件封装结构的基板设计上视图。
图12B为使用图12A的基板设计所生成光学组件封装结构的侧视图。
图13A为用于生成本发明又一实施例的光学组件封装结构的基板设计上视图。
图13B为使用图13A的基板设计所生成光学组件封装结构的侧视图。
具体实施方式
实现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后续的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。
图2为根据本发明一实施例的光学组件封装结构的侧面剖视图，光学组件封装结构20包括基板21、光学组件芯片22、阻隔结构25、接合层28，透光板26以及封胶体27。其中，基板21(例如为塑料基板)具有相对的第一表面211及第二表面212，光学组件芯片22固定在基板21的第一表面211上(例如以黏着层、胶体、或是芯片接着树脂(die bond epoxy)等固着方式)，光学组件芯片22的工作面(感测面)221朝向远离基板21的方向，亦即朝向透光板26，在基板21的第一表面211上另外设置可与第二表面212上的接脚、引脚、接垫、接线或电极等(未绘示)电性连接的焊垫231，光学组件芯片22藉由打线23与焊垫231完成电性连接，焊垫231与打线23的数量依实际需求配置，使光学组件芯片22的感测信号可以传送到外部电路(未绘示)、或自外部电路接收驱动信号。本发明的光学组件芯片22例如为影像感测芯片，但并不限于此，任何易受湿气影响的其他光学组件芯片均可利用本发明各实施例的封装结构以提高其耐候性及可靠性。
在基板21上方设置有阻隔结构25，围绕在光学组件芯片22的外围，阻隔结构25可以和基板21的材质相同，例如塑料，另外亦可使用弹性体或硅胶，用于隔离外部环境并保护光学组件芯片22，阻隔结构25可利用已知的方式固定在基板21的第一表面211上，较佳者，可利用层合膜(lamination film)31将阻隔结构25贴附在基板21的第一表面211上。
透光板26具有相对的第一表面261和第二表面262，其中第二表面262朝向光学组件芯片22，透光板26藉由阻隔结构25跨设在光学组件芯片22上方，亦即透光板26与光学组件芯片22之间具有间隙，透光板26可以为光学玻璃、透镜或是透光板状体，更进一步可以具有单面镀膜或是双面镀膜，而单面镀膜或双面镀膜的任一镀膜层可以包括抗反射层、红外线穿透层、抗红外线层或抗紫外线层等具有特殊效果的膜层。
在阻隔结构25与透光板26之间设置了一圈接合层28(例如以涂布方式形成)，其材质可为玻璃接着树脂(glass mount epoxy，GME)，特别是对于玻璃有较佳的黏着性，因此基板21、阻隔结构25、接合层28及透光板26围出密闭空间的容置区域35，光学组件芯片22便放置在容置区域35内。接合层28的内缘281大致上不超出阻隔结构25的内缘251，举例来说接合层28的内缘281与阻隔结构25的内缘251对齐，或是接合层28的内缘281位于阻隔结构25的内缘251及外缘252之间，如此涂布的树脂不会流入容置区域35内与线材接触；另外，透光板26的侧缘263则超出接合层28的外缘282，亦即接合层28的上表面完全被透光板26覆盖。接合层28的高度D2和阻隔结构25的高度D1总合定义了容置区域35的高度，因此可藉由调整阻隔结构25的高度D1及/或接合层28的高度D2来控制光学组件芯片22到透光板26的第一表面261之间的距离，亦即光学组件芯片22的工作距离，至于要调整何者的高度则可视制程难易度、可靠性等参数进行选择，当工作距离越大时，于透光板26的第一表面261上的微粒或污染的成像越不明显，但是增加封装体整体高度，以及增加容置区域35的高度，对于可靠性会有所影响。
封胶体27形成于基板21的部分第一表面211上，可以有效减缓水气进入容置区域35的情况，封胶体27的材料为模造封胶体(molding compound)，其外缘272与基板21的侧缘213对齐，内缘271则完全覆盖透光板26的侧缘263、接合层28的外缘282以及阻隔结构25的外缘252，其上缘273与透光板26的第一表面261大致上齐平。因为接合层28的外缘282比透光板26的侧缘263及阻隔结构25的外缘252内缩(即接合层28内缘281到外缘282的距离小于接合层28内缘281到透光板26侧缘263的距离，也小于接合层28内缘281到阻隔结构25外缘252的距离)，因此封胶体27的内缘271接触并黏附在透光板26的侧缘263、透光板26的部分第二表面262(接合层28的外缘282到透光板26的侧缘263之间)、接合层28的外缘282、阻隔结构25的部分上缘253(接合层28的外缘282到阻隔结构25的外缘252之间)、以及阻隔结构25的外缘252，封胶体27并黏附在基板21的部分第一表面211(阻隔结构25的外缘252到基板21的侧缘213之间)，增加了封胶体27与其他组件之间不同方向的接触面积，可降低透光板26、接合层28及阻隔结构25各接触面之间的界面应力，提供更紧密的咬合或嵌合效果。另外，当封胶体27的上缘273没有超出透光板26的第一表面261时，在制程中可达到避免溢胶而污染到透光板26，确保光学组件封装结构20的功能正常，也可减少制程后续清洁的麻烦，而且扣除掉凸出透光板26的封胶体27部分，封胶体27的使用量可以减少，降低制造成本。
完成的光学组件封装结构20必须经过封装后温度循环测试(temperature cycletest)，例如作为车用电子产品规范的AEC-Q100测试，其中在测试机械应力的阶段，光学组件封装结构20会经过上千次-65℃～150℃温度来回变化，以检测光学组件封装结构20是否能耐得住热胀冷缩而不会产生各界面剥离现象，前述位于阻隔结构25及基板21间之层合膜31可以吸收结构应力，避免基板21和阻隔结构25之间发生脱层(delamination)现象，能够有效提高光学组件封装结构20的耐候性及可靠性。
为了使基板21的第一表面211上的焊垫231、布线、接线(trace)或电路与第二表面212上的接脚、引脚、接垫、接线或电极形成电性连接，必须有贯穿第一表面211与第二表面212之间的导电结构，例如通孔(through hole/via)一般多设于焊垫231的下方，本发明的光学组件封装结构20则可再进一步改良，请参阅图3，通孔(through hole)24在基板21第一表面211的开口可位于光学组件芯片22、阻隔结构25、封胶体27或其他电路芯片(未绘示)的下方，如果有层合膜31则可位于层合膜31下方，配合在基板21的第一表面211上的布线232，完成连通外部电路与光学组件封装结构20内部，布线232上方再覆盖一层保护膜32，保护膜32例如为防焊漆(绿漆)，可保护布线232不受刮伤或是与外界空气接触而产生氧化和腐蚀，并提供防焊功能，避免造成短路或断路，请注意图中的通孔数量及相对位置仅为示意，不用于限定本发明的实施方式。另外，因为光学组件芯片22、阻隔结构25、封胶体27及保护膜32的阻碍，水气更不容易进入容置区域35，因此光学组件封装结构20能长时间保持质量，大大提升了其耐候性及可靠度。
通孔24内部则可视制程或需求，填塞入填充物241，填充物241可以是电镀铜等导电材料、防焊漆或树脂，以增加电性连结的稳定或进一步阻隔湿气渗透进入容置区域35。通孔24在基板21第二表面212的开口则可配合不同的封装形式与接脚、引脚、接垫、接线或电极等(未绘示)连接，例如球栅阵列(ball grid array，BGA)、无引脚(leadless chipcarrier，LCC)、平面栅格阵列(land grid array，LGA)、方形扁平封装(quad flatpackage，QFP)、方形扁平无引脚(quad flat no-lead，QFN)或其他封装形式。本实施例的通孔结构可应用至后文所述的所有实施例而不再于各实施例中赘述。
图4～图10显示本发明的光学组件封装结构的多种实施样态及变化，以下仅说明主要相异特点，其他未提到的组件可与本发明所有实施例中所提到的相似组件通用，其材质、功能、外观等不再赘述，并请注意各实施例中的主要相异点也可应用至其他实施例，而不限于个别图式所显示的样态。
于图4中，视应用的需要可于光学组件芯片22的工作面(感测面)221上设置多个光学微结构222，形成例如微透镜阵列，用以提供绕射、聚焦或校正等特定功能，以加强光学组件芯片22的感测效果。
于图5中，如果封胶体27’由液态封胶体(liquid compound)固化生成，封胶体27’的上缘273’可能不会与透光板26第一表面261呈现平行的状态，例如封胶体27’的上缘273’会与透光板26第一表面261的延伸平面呈一夹角θ，根据液态封胶体对透光板26的附着力和本身的内聚力，夹角θ大约介于5度～60度之间。
于图6中，容置区域35内可以设置超过一个芯片，如图中堆栈设置的光学组件芯片22及电路芯片42，其中光学组件芯片22可以是影像感测芯片而电路芯片42可以是影像信号处理芯片(image signal processor，ISP)或是数字信号处理芯片(digital signalprocessor，DSP)，基板21的第一表面211上设置多个焊垫231与431，堆栈结构上方的光学组件芯片22利用打线23与焊垫231电性连接，下方的电路芯片42利用打线43与焊垫431电性连接，如此可以实现多芯片封装(multi-chip package)，整合多个芯片于一个封装结构中，比个别封装节省了许多空间，有助于缩小电子产品的体积。
于图7中，与光学组件芯片22电性连接的焊垫231位置可由基板21的第一表面211移到阻隔结构25上表面，此时接合层28的内缘281没有与阻隔结构25的内缘251对齐，而是向阻隔结构25的外缘252移动空出部分阻隔结构25的上缘253，供放置焊垫231，于此实施例中，阻隔结构25内部布置有导电结构(未绘示)使得焊垫231可以与内部电路或外部电路(未绘示)电性连接。对于多芯片封装结构，容置区域35内有多个对应的焊垫231，根据不同的结构设计，全部的焊垫231可以选择性放置在基板21的第一表面211上或阻隔结构25的上缘253，或是部分放置在基板21的第一表面211上而部分放置在阻隔结构25的上缘253。
于图8中，光学组件封装结构20可进一步包含至少一个被动组件51，被动组件51设置在阻隔结构25的上缘253上，被封胶体27’包覆而受到保护。于此实施例中，阻隔结构25内部布置有导电结构(未绘示)使得被动组件51可以与内部电路或外部电路(未绘示)电性连接。
于图9中，透光板26’具有阶梯状(step cut)侧缘263’，封胶体27’的内缘271’完全覆盖透光板26’的阶梯状侧缘263’，因此增加了封胶体27’与透光板26’在不同方向的接触面积，提供更紧密的咬合或嵌合效果，使封胶体27’与透光板26’的结合更为牢固，光学组件封装结构20的可靠性更高。
于图10中，因为接合层28的外缘282比透光板26的侧缘263及阻隔结构25的外缘252内缩(即接合层28内缘281到外缘282的距离小于接合层28内缘281到透光板26侧缘263的距离，也小于接合层28内缘281到阻隔结构25外缘252的距离)，如前所述可降低透光板26及接合层28接触面之间的界面应力，提供更紧密的咬合或嵌合效果，所以在咬合力提升的前提下，可以进一步减少封胶体57的使用量，使封胶体57外缘572突出于阻隔结构25外缘252的部分逐步减少，甚至到两者是对齐的，因此封胶体57不与基板21接触，即封胶体57的内缘571接触并黏附在透光板26的侧缘263、透光板26的部分第二表面262(接合层28的外缘282到透光板26的侧缘263之间)、接合层28的外缘282、阻隔结构25的部分上缘253(接合层28的外缘282到阻隔结构25的外缘252之间)，可缩小基板21的面积并减少了封胶体57的使用量，同时达到封装结构小型化以及制造成本降低的效果。
图3～图10相关实施例中所包含的特点包括通孔位置、光学微结构、封胶体斜面上缘、堆栈芯片、焊垫位置变更、被动组件、透光板阶梯状侧缘、小尺寸结构等可单独或组合应用至图2之实施例，应注意本发明不限于个别图式所显示的样态。
图11A显示用于生成本发明光学组件封装结构的基板设计，在已完成通孔、布线、保护膜(防焊漆)的基板21上方形成阻隔结构25，阻隔结构25会露出将成为容置区域35部分的基板21，以及在容置区域35四周所提供的凹槽65，接着在容置区域35内完成贴附芯片、连接打线、形成接合层、放上透光板等步骤，然后整体涂布封胶体，封胶体的高度大致上与透光板表面齐平，或是在两个单元之间有些凹下，最后沿着凹槽65进行切割作业，会得到如图11B侧视图所示的光学组件封装结构，基本上整个封装结构被封胶体27’覆盖，仅在四角露出部分的阻隔结构25。
图12A显示用于生成本发明光学组件封装结构的另一基板设计，在已完成通孔、布线、保护膜(防焊漆)的基板21上方形成阻隔结构25，阻隔结构25仅形成在容置区域35周围，两个单元之间以间隔66分开，接着在容置区域35内完成贴附芯片、连接打线、形成接合层、放上透光板等步骤，然后整体涂布封胶体，封胶体的高度大致上与透光板表面齐平，或是在两个单元之间有些凹下，最后沿着间隔66进行切割作业，会得到如图12B侧视图所示的光学组件封装结构，可看出整个结构被封胶体27’覆盖。
图13A显示用于生成本发明光学组件封装结构的另一基板设计，在已完成通孔、布线、保护膜(防焊漆)的基板21上方形成阻隔结构25，阻隔结构25会露出将成为容置区域35部分的基板21，接着在容置区域35内完成贴附芯片、连接打线、形成接合层、放上透光板等步骤，然后整体涂布封胶体，封胶体的高度大致上与透光板表面齐平，或是在两个单元之间有些凹下，最后进行切割作业，会得到如图10所示的光学组件封装结构，图13B为其侧视图，封胶体57覆盖在阻隔结构25上，没有与基板21接触，阻隔结构25的外缘252与基板21的侧缘213对齐。
应注意图11A～图13A所示基板内的单元数量仅为示意之用，并不用于限制本发明的范围，其数量可视制程线宽依实际设计及需求来调整。
综上所述，本发明藉由提供内缩的接合层增加封胶体的固定及附着能力，藉以减少封装材料的使用量并可避免污染透光板，另外藉由阻隔水气进入的途径，大幅推迟水气进入光学组件封装结构内部，达到提高光学组件封装结构的耐候性及可靠性并缩小封装尺寸的功效。
Claims (11)
1.一种光学组件封装结构，其特征在于，包含：
一基板，具有相对的第一表面及第二表面；
一阻隔结构，形成于该基板的该第一表面上，围绕该基板上的一容置区域；
一光学组件芯片，放置于该基板的该第一表面上并位于该容置区域内；
至少一打线，电性连接该光学组件芯片与一外部电路；
一接合层，形成于该阻隔结构的部分上缘上方；
一透光板，放置于该接合层上，完全覆盖该接合层及该容置区域，该透光板的侧缘超出该接合层的外缘，该透光板具有相对的第一表面及第二表面，该第二表面朝向该容置区域；以及
一封胶体，完全覆盖该透光板的该侧缘及该接合层的该外缘，并部分覆盖该透光板的该第二表面及该阻隔结构的该上缘。
2.如权利要求1所述的光学组件封装结构，其特征在于，该封胶体的外缘与该阻隔结构的外缘对齐。
3.如权利要求1所述的光学组件封装结构，其特征在于，该封胶体更完全覆盖该阻隔结构的外缘，并部分覆盖该基板的该第一表面，该封胶体的外缘与该基板的侧缘对齐。
4.如权利要求1所述的光学组件封装结构，其特征在于，该封胶体的上缘与该透光板的该第一表面的延伸平面呈一夹角，该夹角介于5度～60度之间。
5.如权利要求1所述的光学组件封装结构，其特征在于，还包括多个焊垫，与该至少一打线连接，每一焊垫设置于该基板的该第一表面上或该阻隔结构的该上缘。
6.如权利要求1所述的光学组件封装结构，其特征在于，该基板内具有多个通孔，贯通该基板的该第一表面及该第二表面，该些通孔于该基板的该第一表面的开口是位于该光学组件芯片、该阻隔结构或该封胶体下方，该些开口与该光学组件芯片、该阻隔结构或该封胶体之间形成一保护膜。
7.如权利要求1所述的光学组件封装结构，其特征在于，该透光板具有一阶梯状侧缘，该封胶体完全覆盖该阶梯状侧缘。
8.一种光学组件封装结构，其特征在于，包含：
一基板，具有相对的第一表面及第二表面；
一阻隔结构，形成于该基板的该第一表面上，围绕该基板上的一容置区域；
一光学组件芯片，放置于该基板的该第一表面上并位于该容置区域内；
至少一打线，电性连接该光学组件芯片与一外部电路；
一透光板，放置于该阻隔结构上，完全覆盖该容置区域；以及
一封胶体，完全覆盖该透光板的侧缘及该阻隔结构的外缘，
其中，该基板内具有多个通孔，贯穿该基板的该第一表面及该第二表面，该些通孔于该基板的该第一表面的开口是位于该光学组件芯片、该阻隔结构或该封胶体下方，该些开口与该光学组件芯片、该阻隔结构或该封胶体之间形成一保护膜，该打线通过该通孔电性连接至该外部电路。
9.如权利要求8所述的光学组件封装结构，其特征在于，该保护膜为一防焊漆。
10.如权利要求8所述的光学组件封装结构，其特征在于，该通孔内填塞入导电材料、防焊漆或树脂。
11.如权利要求8所述的光学组件封装结构，其特征在于，还包括一接合层，位于该透光板与该阻隔结构之间，该透光板完全覆盖该接合层且该透光板的侧缘超出该接合层的外缘。
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