近年來由於技術之不斷精進，新一代數位產品不僅可整合來自資訊、消費及通訊三大領域的技術，更同時具備多媒體效能的特性。而在此特性中，影像處理技術也隨著各種零組件技術的成熟及日益增加的應用面，逐漸成為受消費者注目的發展領域。

影像處理技術的應用，除了在傳統的傳真機或掃瞄器可看到之外，我們發現愈來愈多的數位產品也都具有此功能，例如，目前廣受市場歡迎的數位式攝錄影機、數位相機，而具備照相功能的行動電話更是當下炙手可熱的產品；此外，其他如監視用相機、玩具等也是影像處理廠商不會忽視的應用領域。

影像感測器的分類

在影像應用需求大幅提昇的推波助瀾下，60年代早已問世的影像感測器晶片，也再度受到市場重視。影像感測晶片在系統中的作用，正如同人的眼睛，在影像擷取功能上佔十分重要地位。目前具備此功能的元件主要為CCD（電荷耦合器）感測器與CMOS（互補式金屬氧化物半導體）感測器兩種。

CCD與CMOS兩種元件分別早在1969年與1967年就已問世，雖然兩者的功能相同，其信號傳遞方式卻是大異其趣。現在就讓我們來看看這兩者運作邏輯與特色。

CCD影像感測器

為因應不同的產品應用需求，CCD感測器可分為線型與面型兩種。其中線型CCD感測器常見於數位影印機、掃瞄器與傳真機，面型CCD感測器則主要應用在數位相機與攝錄影機等產品中。

當感測到外界傳送來的信號時，CCD感測器會先把這些信號轉換成電荷，透過系統施加電流脈衝後再以一個圖素接一個圖素的方式傳遞電荷，最後匯集於輸出放大器並一一被轉換成電壓訊號。經由其他系統晶片讀取這些電壓訊號並最後轉換成可儲存或顯示之影像。電壓高低對應著影像亮度強弱，雖然速度較慢，但具有較高的外界雜訊干擾抵抗能力及較佳的動態影像功能，因此影像的品質較佳。另外CCD感測器由MOS（金屬氧化物半導體）設計法則製成，而絕大多數之系統支援晶片為CMOS設計法則製成，因相容問題無法整合成單一晶片。

CMOS影像感測器

CMOS感測器雖然比CCD感測器較早問世，但因量產技術的開發腳步較慢，因此未能掌握先發者的優勢。CMOS感測器可分為被動式與主動式兩種，早期的產品多屬被動式產品，但由於所獲得的影像品質不佳，因此有了主動式CMOS感測器的產生，並使得CMOS感測器的應用可以不再侷限於中、低階像素產品，可向上延伸至原本由CCD感測器主導的高階產品。

由於利用半導體CMOS製程，且七成以上與傳統半導體產品諸如微處理器，微控制器及記憶晶片的製程邏輯相似，因此CMOS影像感測器的製造廠商，不必再另外購買昂貴的半導體設備，即可利用既有設備從事生產。此外，CMOS感測器尚具有低耗電量的特性。由於CMOS影像感測器中的每一個圖素都內建有電晶體，雖然這樣的設計限制了圖素在晶圓上的數目，使其畫素值通常不及CCD感測器，但這種方式讓驅動信號的電壓降低許多，進而協助產品免去對額外電壓支援的需求。

雖然CMOS影像感測器具備成本效益的優勢，但基於原有設計上之限制，在某些效能表現上，CMOS並沒有辦法達到像CCD感測器一樣的品質，當它遭遇外界干擾時，即無法對影像做非常細緻化的處理，尤其在面對一些動態影像時，更是如此。

影像感測器晶片的應用趨勢

CCD與CMOS影像感測器因為各有不同優勢，也造就了它們在不同應用領域之發展。CCD感測器的影像品質較佳，因此在某些對影像產品要求較嚴格的高階應用領域，保有十分堅固的地位。

而CMOS影像感測器則因為其設計方式及採用半導體製程，具備了省電與整合的優勢，再加上製程技術成熟，所以價格比較低，並且被廣泛地應用在各種對價格敏感的資訊及消費性電子產品中。尤其重要的是，這些特性也正符合目前市場上許多數位產品所強調的輕薄短小設計概念，因此其發展亦不容小覷之。

也正因為是採半導體製程來生產，所以市佔率不斷提昇的CMOS影像感測器，不僅為前段的晶片製造廠商帶來商機，也同樣為後段封裝測試廠商帶來新的發展領域。不過，由於CMOS影像感測器本質上可同時處理光學與電子訊號，與傳統晶片不同，對作業環境與製程的要求因而更嚴格。接下來，我們將針對CMOS感測器談談其技術架構與發展現況。

CMOS影像感測器之封裝技術

目前CMOS影像感測器所採用的封裝型態，分為CLCC（Ceramic Leadless Chip Carrier；陶瓷無引線晶片載具）、OLCC（Organic Leadless Chip Carrier；有機無引線晶片載具）和相機模組式（Camera Module）封裝等三種。其中，CLCC技術主要應用於封裝尺寸較大或130萬畫素以上之影像感測器的封裝；而OLCC封裝技術則由於可使用混合型基板，成本相對上較低，同時在基板設計方面也具有高度彈性，因此多半應用在對價格敏感的消費性數位產品上；至於相機模組式的封裝則將應用鎖定在新興的相機手機市場。

基本上，CLCC與OLCC的封裝流程相似，都要經過晶圓針測（wafer probe）、黏晶圓（wafer mount）、晶圓切割（wafer saw）、黏晶片（die attach）、打金線（wire bond）、上蓋（lid attach）及印字（marking）、成品測試(final test)等步驟，其間也都穿插進行著各種嚴格的檢測作業，最後才將成品運交至客戶手中。此外，CLCC及OLCC與現行某些無引腳陣列（Leadless Chip Carrier）或平面格柵陣列（Land Grid Array）封裝步驟近似，經由切割成單顆（singulation）的形式，最後再做測漏測試。這兩種製程相似的封裝，其差別為所使用材料與結構不同。

CLCC封裝

顧名思義，CLCC封裝採用的是以陶瓷為材料的基板，基板透過高溫一體燒結成型，其結構比較堅固，可承受較高的測試要求。因而在應用方面，CLCC封裝的晶片適合對於可靠度要求較高之高階應用領域；參考(圖一)。

《圖一　CLCC影像感測器晶片切面圖》

OLCC封裝

OLCC（有機無引線晶片載具）封裝技術方面，一般採用的是高分子材料所做成的基板。由於高分子材料的材質比較軟，而且支撐件（Dam）是由其他種類的有機材料所做成，因此須利用焊接、或藉由熱固型膠水，將它黏附到基板上。此種非一體成型的結構，使其在可靠度測試方面不能承受較高的要求，因此適用於中低階產品之應用。不過，由於OLCC封裝之設計特性，可使用混合型基板，成本也相對降低，同時在基板設計方面也具高度彈性，因此能夠廣泛應用在中、低階的消費性電子產品上，包括PC相機、3G功能行動電話、數位相機、影像電話、掃描器等諸多商品，逐漸成為影像感測器晶片封裝型態中的主流技術。參考(圖二)。

《圖二　OLCC影像感測器晶片切面圖》

相機模組式封裝

至於相機模組式的封裝流程，首先須將各種被動元件及影像感測處理器（Image Sensor Processor）以表面黏著技術放置到基座上並加以清洗，然後進行影像感測晶粒黏著及銲線等步驟，套上鏡頭組的封套，再分視個別產品的需求而做不同的處理。相機模組式封裝的效益在於其已包含鏡頭，因此本身擁有聚焦及提供保護之功能；此外，軟板的運用也使其進一步縮小體積，更適合應用至對體積敏感的產品上，如3G影像行動電話等。參考(圖三)。

《圖三　Camera Module封裝流程圖》

CMOS影像感測器晶片封裝的關鍵技術與挑戰

雖然CMOS影像感測器晶片的製程為一標準製程，晶圓代工廠只需以現有的設備來生產，不需要再額外添購新設備，但對後段封裝測試業者而言，其所面臨到的，是一連串技術上的挑戰。

在此先利用與傳統晶片成本結構的比較，以協助讀者更了解封裝業者在CMOS影像感應晶片上所投入的心力。傳統晶片的製造成本，其中80％是用在前段的晶片生產，15％是用在封裝，另外5％則是在測試；但對CMOS影像感測器而言，晶片生產只佔它成本中的50％，其封裝成本則高達40％，而測試的比重也提昇到10％。

對封裝環境之落塵控制要求

造成這樣的改變，起因於CMOS影像感測晶片對封裝環境中的落塵控制，較一般晶片嚴格許多，業者必須建立高規格的潔淨室，才能滿足CMOS影像感測晶片封裝的需求。一般晶片對封裝作業所在之潔淨室要求的等級，大約在Class 10000到Class 7000之間，也就是說它對落塵的敏感度並不是很高，但對影像感測元件而言，其標準則須使用Class 100，甚至Class 10的潔淨室。如此高標準，是封裝測試業者在生產CMOS影像感測器時所面臨到的第一項挑戰，同時更是業者要提供這項服務時，所必須掌握到的技術門檻。

目前一般晶片銲墊（bond pad）的大小，大約是70微米與100微米左右，它對小於30微米以下的落塵並不在意；但對影像感測器來說，其圖素尺寸目前已縮小到3微米，對於100萬畫素或200萬畫素者，只要其中一個區域受到落塵影響，整個產品就等於報廢。因此，如何控制環境的潔淨度，並且檢驗出這些落塵以提昇良率，對業者來說絕對是當務之急。目前一般晶片的封裝良率已可達到99％以上，但在影像感測晶片的組裝生產，能有90％或稍高一點的良率，就已經是達到高標準。

對檢測機台精密度的要求

除了環境的控制外，影像感測器晶片的檢測機台也必須相對地更精密，才能更確切掌握產品的品質。例如，一般晶片對檢測機台放大倍率的要求大約是50倍，但對影像感測器晶片則要100倍以上。

其實，落塵的來源並不僅止於生產環境，舉凡製程中所用到的元件、設備及工作人員等，都可能對整個晶片封裝過程進行污染。此外，當材料在環境中停留愈久，環境落塵的累積也就愈多。目前市售機台中，並沒有一個很穩定的設備可以進行自動檢驗作業，所以很多檢驗工作還是靠人力來處理，因此，廠商更必須分析製程中各站所產生的落塵情形，進而思考如何將這些外在因素降到最低，從而達到提昇良率的目的。

對光學玻璃片潔淨度的要求

另外一個關鍵性技術是光學玻璃片的問題。首先必須確保玻璃片的高潔淨度，若玻璃上產生一些油污或指紋，即會造成產品瑕疵；再者則需注意玻璃片在切割後，是否產生微小裂縫，因為這些裂縫也可能會對封裝的品質帶來負面影響。

至於相機模組式的封裝，它並不像CLCC或OLCC一樣有一個標準製程，而這也是這種封裝技術的一大特色。相機模組式封裝技術會牽涉到許多非標準化元件，再加上各種影像產品的設計也不相同，因此這類封裝要看個別產品的需求而定，同時也要與上下游的相關業者充分溝通，因此，它所突顯出的是供應鏈管理的重要性。

CMOS影像感測晶片的測試關鍵技術

影像感測晶片測試與傳統晶片測試步驟相同，皆須經過晶圓針測、光學對準與最終測試等步驟。如同封裝一般，目前測試時的主要關鍵技術，亦是在於作業環境潔淨程度的掌控。

此外，因目前各測試設備所採用的光源與光學儀器測量不盡相同，並沒有統一的標準，因此測試時的光源強度，距離及對焦亦會造成測試精密度與流明度的差別。在機台方面，因為測試業者沒有辦法以編程的方式來更新機台的測試能力，所以大部份都要重新添購新機台，以滿足新產品的測試需求。

目前CMOS影像感測器晶片的封裝測試，業者所面臨到的最大挑戰，仍是在於落塵的控制與檢測。落塵的控制可透過潔淨室的建立而達成目的，但檢測的部份則有待進一步努力。而部分業者也正與檢測機台的供應廠商合作，希望可以開發出自動化程度更高的自動光學檢測（AOI）設備，同時還要具備能檢測出3微米以下落塵的能力。一般而言，自動化的程度愈高，就可減少元件暴露在外的時間，也就能降低落塵對產品的影響，從而提昇品質與良率。

CMOS影像感測器未來的發展藍圖

未來隨著具數位相機功能的行動電話及數位相機的大量需求，影像感測器之市場潛力無窮。根據美國研究機構InStat/MDR預測顯示，從2001年至2005年期間，全球影像感測器市場會以每年25％的速度成長。目前35萬像素至130萬像素的中、低階產品則以CMOS影像感測器為主流；而CMOS影像感測器之技術也不斷改良，並積極邁向高階產品的市場。

綜觀來看，目前絕大多數國內外業者所進行的影像感測器封裝服務，基本上都是處於晶片級封裝，只有少數業者能透過技術轉移，建立晶圓層級的CMOS影像感測晶片之封裝服務，而目前台灣也只有一家業者表示正在從事相關的服務。但就整體而言，此一技術仍處在萌芽的階段。日月光也希望憑藉著現有的基礎，在未來朝向晶圓級封裝發展，達到製程成本更低，良率也大幅提高之目標；同時也與多家國際IC設計公司緊密合作，積極發展CMOS影像感測器高階產品之應用領域。

（作者為日月光半導體研發部總經理）