近年来由于技术之不断精进，新一代数位产品不仅可整合来自资讯、消费及通讯三大领域的技术，更同时具备多媒体效能的特性。而在此特性中，影像处理技术也随着各种零组件技术的成熟及日益增加的应用面，逐渐成为受消费者注目的发展领域。

影像处理技术的应用，除了在传统的传真机或扫瞄器可看到之外，我们发现愈来愈多的数位产品也都具有此功能，例如，目前广受市场欢迎的数位式摄录影机、数位相机，而具备照相功能的行动电话更是当下炙手可热的产品；此外，其他如监视用相机、玩具等也是影像处理厂商不会忽视的应用领域。

影像感测器的分类

在影像应用需求大幅提升的推波助澜下，60年代早已问世的影像感测器晶片，也再度受到市场重视。影像感测晶片在系统中的作用，正如同人的眼睛，在影像撷取功能上占十分重要地位。目前具备此功能的元件主要为CCD（电荷耦合器）感测器与CMOS（互补式金属氧化物半导体）感测器两种。

CCD与CMOS两种元件分别早在1969年与1967年就已问世，虽然两者的功能相同，其信号传递方式却是大异其趣。现在就让我们来看看这两者运作逻辑与特色。

CCD影像感测器

为因应不同的产品应用需求，CCD感测器可分为线型与面型两种。其中线型CCD感测器常见于数位影印机、扫瞄器与传真机，面型CCD感测器则主要应用在数位相机与摄录影机等产品中。

当感测到外界传送来的信号时，CCD感测器会先把这些信号转换成电荷，透过系统施加电流脉冲后再以一个图素接一个图素的方式传递电荷，最后汇集于输出放大器并一一被转换成电压讯号。经由其他系统晶片读取这些电压讯号并最后转换成可储存或显示之影像。电压高低对应着影像亮度强弱，虽然速度较慢，但​​具有较高的外界杂讯干扰抵抗能力及较佳的动态影像功能，因此影像的品质较佳。另外CCD感测器由MOS（金属氧化物半导体）设计法则制成，而绝大多数之系统支援晶片为CMOS设计法则制成，因相容问题无法整合成单一晶片。

CMOS影像感测器

CMOS感测器虽然比CCD感测器较早问世，但因量产技术的开发脚步较慢，因此未能掌握先发者的优势。 CMOS感测器可分为被动式与主动式两种，早期的产品多属被动式产品，但由于所获得的影像品质不佳，因此有了主动式CMOS感测器的产生，并使得CMOS感测器的应用可以不再局限于中、低阶像素产品，可向上延伸至原本由CCD感测器主导的高阶产品。

由于利用半导体CMOS制程，且七成以上与传统半导体产品诸如微处理器，微控制器及记忆晶片的制程逻辑相似，因此CMOS影像感测器的制造厂商，不必再另外购买昂贵的半导体设备，即可利用既有设备从事生产。此外，CMOS感测器尚具有低耗电量的特性。由于CMOS影像感测器中的每一个图素都内建有电晶体，虽然这样的设计限制了图素在晶圆上的数目，使其画素值通常不及CCD感测器，但这种方式让驱动信号的电压降低许多，进而协助产品免去对额外电压支援的需求。

虽然CMOS影像感测器具备成本效益的优势，但基于原有设计上之限制，在某些效能表现上，CMOS并没有办法达到像CCD感测器一样的品质，当它遭遇外界干扰时，即无法对影像做非常细致化的处理，尤其在面对一些动态影像时，更是如此。

影像感测器晶片的应用趋势

CCD与CMOS影像感测器因为各有不同优势，也造就了它们在不同应用领域之发展。 CCD感测器的影像品质较佳，因此在某些对影像产品要求较严格的高阶应用领域，保有十分坚固的地位。

而CMOS影像感测器则因为其设计方式及采用半导体制程，具备了省电与整合的优势，再加上制程技术成熟，所以价格比较低，并且被广泛地应用在各种对价格敏感的资讯及消费性电子产品中。尤其重要的是，这些特性也正符合目前市场上许多数位产品所强调的轻薄短小设计概念，因此其发展亦不容小觑之。

也正因为是采半导体制程来生产，所以市占率不断提升的CMOS影像感测器，不仅为前段的晶片制造厂商带来商机，也同样为后段封装测试厂商带来新的发展领域。不过，由于CMOS影像感测器本质上可同时处理光学与电子讯号，与传统晶片不同，对作业环境与制程的要求因而更严格。接下来，我们将针对CMOS感测器谈谈其技术架构与发展现况。

CMOS影像感测器之封装技术

目前CMOS影像感测器所采用的封装型态，分为CLCC（Ceramic Leadless Chip Carrier；陶瓷无引线晶片载具）、OLCC（Organic Leadless Chip Carrier；有机无引线晶片载具）和相机模组式（ Camera Module）封装等三种。其中，CLCC技术主要应用于封装尺寸较大或130万画素以上之影像感测器的封装；而OLCC封装技术则由于可使用混合型基板，成本相对上较低，同时在基板设计方面也具有高度弹性，因此多半应用在对价格敏感的消费性数位产品上；至于相机模组式的封装则将应用锁定在新兴的相机手机市场。

基本上，CLCC与OLCC的封装流程相似，都要经过晶圆针测（wafer probe）、黏晶圆（wafer mount）、晶圆切割（wafer saw）、黏晶片（die attach）、打金线（ wire bond）、上盖（lid attach）及印字（marking）、成品测试(final test)等步骤，其间也都穿插进行着各种严格的检测作业，最后才将成品运交至客户手中。此外，CLCC及OLCC与现行某些无引脚阵列（Leadless Chip Carrier）或平面格栅阵列（Land Grid Array）封装步骤近似，经由切割成单颗（singulation）的形式，最后再做测漏测试。这两种制程相似的封装，其差别为所使用材料与结构不同。

CLCC封装

顾名思义，CLCC封装采用的是以陶瓷为材料的基板，基板透过高温一体烧结成型，其结构比较坚固，可承受较高的测试要求。因而在应用方面，CLCC封装的晶片适合对于可靠度要求较高之高阶应用领域；参考(图一)。

《图一 CLCC影像传感器芯片切面图》

PLCC封装

OLCC（有机无引线晶片载具）封装技术方面，一般采用的是高分子材料所做成的基板。由于高分子材料的材质比较软，而且支撑件（Dam）是由其他种类的有机材料所做成，因此须利用焊接、或藉由热固型胶水，将它黏附到基板上。此种非一体成型的结构，使其在可靠度测试方面不能承受较高的要求，因此适用于中低阶产品之应用。不过，由于OLCC封装之设计特性，可使用混合型基板，成本也相对降低，同时在基板设计方面也具高度弹性，因此能够广泛应用在中、低阶的消费性电子产品上，包括PC相机、 3G功能行动电话、数位相机、影像电话、扫描器等诸多商品，逐渐成为影像感测器晶片封装型态中的主流技术。参考(图二)。

《图二 OLCC影像传感器芯片切面图》

相机模组式封装

至于相机模组式的封装流程，首先须将各种被动元件及影像感测处理器（Image Sensor Processor）以表面​​黏着技术放置到基座上并加以清洗，然后进行影像感测晶粒黏着及焊线等步骤，套上镜头组的封套，再分视个别产品的需求而做不同的处理。相机模组式封装的效益在于其已包含镜头，因此本身拥有聚焦及提供保护之功能；此外，软板的运用也使其进一步缩小体积，更适合应用至对体积敏感的产品上，如3G影像行动电话等。参考(图三)。

《图三 Camera Module封装流程图》

CMOS影像感测器晶片封装的关键技术与挑战

虽然CMOS影像感测器晶片的制程为一标准制程，晶圆代工厂只需以现有的设备来生产，不需要再额外添购新设备，但对后段封装测试业者而言，其所面临到的，是一连串技术上的挑战。

在此先利用与传统晶片成本结构的比较，以协助读者更了解封装业者在CMOS影像感应晶片上所投入的心力。传统晶片的制造成本，其中80％是用在前段的晶片生产，15％是用在封装，另外5％则是在测试；但对CMOS影像感测器而言，晶片生产只占它成本中的50％，其封装成本则高达40％，而测试的比重也提升到10％。

对封装环境之落尘控制要求

造成这样的改变，起因于CMOS影像感测晶片对封装环境中的落尘控制，较一般晶片严格许多，业者必须建立高规格的洁净室，才能满足CMOS影像感测晶片封装的需求。一般晶片对封装作业所在之洁净室要求的等级，大约在Class 10000到Class 7000之间，也就是说它对落尘的敏感度并不是很高，但对影像感测元件而言，其标准则须使用Class 100，甚至Class 10的洁净室。如此高标准，是封装测试业者在生产CMOS影像感测器时所面临到的第一项挑战，同时更是业者要提供这项服务时，所必须掌握到的技术门槛。

目前一般晶片焊垫（bond pad）的大小，大约是70微米与100微米左右，它对小于30微米以下的落尘并不在意；但对影像感测器来说，其图素尺寸目前已缩小到3微米，对于100万画素或200万画素者，只要其中一个区域受到落尘影响，整个产品就等于报废。因此，如何控制环境的洁净度，并且检验出这些落尘以提升良率，对业者来说绝对是当务之急。目前一般晶片的封装良率已可达到99％以上，但在影像感测晶片的组装生产，能有90％或稍高一点的良率，就已经是达到高标准。

对检测机台精密度的要求

除了环境的控制外，影像感测器晶片的检测机台也必须相对地更精密，才能更确切掌握产品的品质。例如，一般晶片对检测机台放大倍率的要求大约是50倍，但对影像感测器晶片则要100倍以上。

其实，落尘的来源并不仅止于生产环境，举凡制程中所用到的元件、设备及工作人员等，都可能对整个晶片封装过程进行污染。此外，当材料在环境中停留愈久，环境落尘的累积也就愈多。目前市售机台中，并没有一个很稳定的设备可以进行自动检验作业，所以很多检验工作还是靠人力来处理，因此，厂商更必须分析制程中各站所产生的落尘情形，进而思考如何将这些外在因素降到最低，从而达到提升良率的目的。

对光学玻璃片洁净度的要求

另外一个关键性技术是光学玻璃片的问题。首先必须确保玻璃片的高洁净度，若玻璃上产生一些油污或指纹，即会造成产品瑕疵；再者则需注意玻璃片在切割后，是否产生微小裂缝，因为这些裂缝也可能会对封装的品质带来负面影响。

至于相机模组式的封装，它并不像CLCC或OLCC一样有一个标准制程，而这也是这种封装技术的一大特色。相机模组式封装技术会牵涉到许多非标准化元件，再加上各种影像产品的设计也不相同，因此这类封装要看个别产品的需求而定，同时也要与上下游的相关业者充分沟通，因此，它所突显出的是供应链管理的重要性。

CMOS影像感测晶片的测试关键技术

影像感测晶片测试与传统晶片测试步骤相同，皆须经过晶圆针测、光学对准与最终测试等步骤。如同封装一般，目前测试时的主要关键技术，亦是在于作业环境洁净程度的掌控。

此外，因目​​前各测试设备所采用的光源与光学仪器测量不尽相同，并没有统一的标准，因此测试时的光源强度，距离及对焦亦会造成测试精密度与流明度的差别。在机台方面，因为测试业者没有办法以编程的方式来更新机台的测试能力，所以大部份都要重新添购新机台，以满足新产品的测试需求。

目前CMOS影像感测器晶片的封装测试，业者所面临到的最大挑战，仍是在于落尘的控制与检测。落尘的控制可透过洁净室的建立而达成目的，但检测的部份则有待进一步努力。而部分业者也正与检测机台的供应厂商合作，希望可以开发出自动化程度更高的自动光学检测（AOI）设备，同时还要具备能检测出3微米以下落尘的能力。一般而言，自动化的程度愈高，就可减少元件暴露在外的时间，也就能降低落尘对产品的影响，从而提升品质与良率。

CMOS影像感测器未来的发展蓝图

未来随着具数位相机功能的行动电话及数位相机的大量需求，影像感测器之市场潜力无穷。根据美国研究机构InStat/MDR预测显示，从2001年至2005年期间，全球影像感测器市场会以每年25％的速度成长。目前35万像素至130万像素的中、低阶产品则以CMOS影像感测器为主流；而CMOS影像感测器之技术也不断改良，并积极迈向高阶产品的市场。

综观来看，目前绝大多数国内外业者所进行的影像感测器封装服务，基本上都是处于晶片级封装，只有少数业者能透过技术转移，建立晶圆层级的CMOS影像感测晶片之封装服务，而目前台湾也只有一家业者表示正在从事相关的服务。但就整体而言，此一技术仍处在萌芽的阶段。日月光也希望凭借着现有的基础，在未来朝向晶圆级封装发展，达到制程成本更低，良率也大幅提高之目标；同时也与多家国际IC设计公司紧密合作，积极发展CMOS影像感测器高阶产品之应用领域。

（作者为日月光半导体研发部总经理）