CN107230684B - 晶圆级影像传感芯片的封装结构及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封装结构，包括：透明基材、芯片、密封盖、密封圈，所述密封圈夹在所述密封盖的第一面和所述透明基材的第二面之间，并且使得由密封槽与透明基材形成的空间密封。本发明的一些实施例将影像传感芯片密封在载片内并通过金属密封圈进行密封，芯片应力小，可靠性好，密封效果好。

Description

晶圆级影像传感芯片的封装结构及其制造方法

技术领域

本发明涉及封装领域，尤其涉及晶圆级影像传感芯片的封装结构及其制造方法。

背景技术

随着影像传感器的尺寸越来越小，焊点数目不断增多，焊点间距越来越窄，相应地，对影像传感器封装提出了更高的要求。

传统的影像传感器封装方法通常是采用引线键合进行封装，但随着集成电路的飞速发展，较长的引线使得封装尺寸无法达到理想的要求，因此，晶圆级封装(WLP)逐渐取代引线键合封装成为一种较为常用的封装方法。晶圆级封装(WLP)技术是对整片晶圆进行封装测试后再切割得到单个成品芯片的技术，封装后的芯片尺寸与裸片完全一致，顺应了市场对微电子产品日益轻、小、短、薄化和低价化要求。

利用现有的晶圆级封装技术对影像传感器进行封装时，为了在封装过程中保护影像传感器的感光区不受损伤及污染，通常需要在感光区位置形成一个封装盖从而保护其感光区。

图1示出了根据现有技术的影像传感器的封装结构，包括透明基材1、影像传感芯片2、封闭框3和基板4。透明基材第二表面的周边有金属重布线区域和焊盘网络13，影像传感器芯片主动面上的焊盘24和凸点25与透明基材上的部分焊盘形成电连接，基板的第一表面上有电路布线和接垫网络13，封闭框围合在影像传感器芯片***，封闭框两端分别与透明基材和基板接触，内置于封闭框的导电件分别与透明基材的焊盘及基板的接垫电连接，在封闭框3***设置有封胶5。

然而，现有的影像传感芯片封装通常需要在玻璃上制备聚合物围堰，形成一定高度并用于密封。但是聚合物围堰会有较多颗粒污染，胶密封效果差。

因此，需要一种基于非聚合物围堰的影像传感芯片的封装结构。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，根据本发明的一个实施例，提供一种封装结构，包括：透明基材，所述透明基材具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，所述第二表面的周边形成有金属重布线区域，所述金属重布线区域包括介质层和在其内部或表面形成的金属布线，所述金属布线上设置有一个或多个第一金属互连结构以及一个或多个第二金属互连结构；芯片，所述芯片包括正面和背面，所述芯片的正面具有一个或多个凸点、功能区以及在所述凸点与功能区之间形成电连接的电路，所述芯片的正面面对所述透明基材的第二表面，所述芯片的正面的一个或多个凸点分别与所述透明基材上的对应的第一金属互连结构电连接；密封盖，所述密封盖包括第一面以及与第一面相对的第二面，所述密封盖的第一面面对所述透明基材的第二表面，在所述密封盖的第一面中具有用于容纳所述芯片的密封槽，所述芯片的背面附连到所述密封槽的槽底，所述密封盖还包括设置在所述密封槽的侧壁上从所述第一面延伸到所述第二面的一个或多个通孔，所述通孔内设置有导电件，所述导电件与所述密封盖的第一面上的一个或多个第一焊盘电连接，并且所述导电件与所述密封盖的第二面上的一个或多个第二焊盘电连接，所述一个或多个第一焊盘分别与所述透明基材上的对应的第二金属互连结构电连接；以及密封圈，所述密封圈夹在所述密封盖的第一面和所述透明基材的第二面之间，并且使得由密封槽与透明基材形成的空间密封。

根据本发明的一个实施例，封装结构还包括形成在所述透明基材的第一表面和/或第二表面上的增透膜或防反射膜。

根据本发明的一个实施例，所述通孔内的导电件为实心导电件或涂覆在通孔内壁的导电层。

根据本发明的一个实施例，密封圈由一层或多层金属层形成，所述密封圈的材料选自：铜、钛、银、金、锡及其合金。

根据本发明的一个实施例，在所述密封盖的第二面上具有重布线层、设置在重布线层上的所述一个或多个第一焊盘、和/或所述第一焊盘上的焊料凸起。

根据本发明的一个实施例，在所述密封盖的第一面上具有重布线层、设置在重布线层上的所述一个或多个第二焊盘、和/或所述第二焊盘上的焊料凸起。

根据本发明的另一个实施例，提供一种封装结构的制造方法，包括：在衬底的第一面上形成密封槽和孔洞作为密封盖；在所述孔洞内形成导电件并在所述衬底的第一面上形成一个或多个第一焊盘；在所述衬底的第一面上形成包围所述密封槽的第一密封层；将芯片的背面附连到密封槽的槽底，其中所述芯片包括正面和背面，所述芯片的正面具有一个或多个凸点、功能区以及在所述凸点与功能区之间形成电连接的电路；在透明基材的一表面的周边形成金属重布线区域，所述金属重布线区域包括介质层和在其内部或表面形成的金属布线，并在所述金属布线上设置一个或多个第一金属互连结构以及一个或多个第二金属互连结构，所述芯片的正面的一个或多个凸点分别与所述第一金属互连结构中的一个相对应，且所述一个或多个第一焊盘分别与所述第二金属互连结构中的一个相对应；在透明基材的所述表面上形成与所述第一密封层对应的第二密封层；将所述透明基材与所述密封盖及所述芯片对位并键合，使得所述芯片的正面的一个或多个凸点分别与对应的第一金属互连结构形成电连接，所述一个或多个第一焊盘分别与对应的第二金属互连结构形成电连接，且所述第一密封层与所述第二密封层接合形成密封结构；在所述密封盖的第二面形成导电结构。

根据本发明的另一个实施例，所述衬底选自：半导体衬底、金属衬底、聚合物衬底或玻璃衬底。

根据本发明的另一个实施例，该方法还包括在所述孔洞内形成导电件之前在所述衬底的表面、所述密封槽的表面以及所述孔洞的侧壁上形成绝缘层。

根据本发明的另一个实施例，将芯片的背面附连到密封槽的槽底包括通过粘合层将芯片的背面粘合到槽底。

根据本发明的另一个实施例，在所述密封盖的第二面形成导电结构包括：对所述密封盖的第二表面进行减薄，以便露出所述孔洞内的导电件；在所述第二表面上形成绝缘层；在所述绝缘层上钻孔，露出所述孔洞内的导电件；以及形成重布线结构和凸点。

本发明的一些实施例将影像传感芯片密封在载片内并通过金属密封圈进行密封，芯片应力小，可靠性好，密封效果好。由于本发明的实施例避免使用聚合物围堰，因此颗粒污染少，良率高。

附图说明

为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。

图1示出根据现有技术的影像传感器的封装结构。

图2示出根据本发明的实施例的晶圆级影像传感芯片的封装结构200的横截面示意图。

图3示出根据本发明的实施例的密封圈的俯视图。

图4A至图4I示出根据本发明的实施例形成晶圆级影像传感芯片的封装结构的过程的剖面示意图。

图5示出根据本发明的实施例形成晶圆级影像传感芯片的封装结构的流程图。

具体实施方式

在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。

在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。

需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对工艺步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据工艺的调节来调整各步骤的先后顺序。

为了解决现有技术的影像传感器的封装结构中，聚合物围堰颗粒污染较多，胶密封效果差的问题，本发明提出将影像传感芯片密封在载片内并通过金属密封圈进行密封，芯片应力小，可靠性好，密封效果好。由于本发明的实施例避免使用聚合物围堰，因此颗粒污染少，良率高。

图2示出根据本发明的实施例的晶圆级影像传感芯片的封装结构200的横截面示意图。如图2所示，影像传感芯片的封装结构200包括透明基材210、影像传感器芯片220、密封盖230和密封圈240。

进一步地，如图2所示，透明基材210包括第一表面211及与第一表面相对的第二表面212。在本发明的具体实施例中，可在第一表面211和/或第二表面212上形成增透膜或防反射膜，从而增加光穿透率及减少光线反射以防止强光照射使影像出现白雾、鬼影。第二表面212的周边形成有金属重布线区域213。金属重布线区域213包括介质层和在其内部或表面形成的金属布线(图中未示出)，金属布线上设置有一个或多个第一金属互连结构214以及一个或多个第二金属互连结构215。第一金属互连结构和第二金属互连结构215可以是焊盘、焊球、凸起或其它用于形成电连接的结构。第一金属互连结构214与影像传感器芯片220形成电连接。第二金属互连结构215与密封盖230上的金属布线形成电连接。

影像传感器芯片220包括第一表面221和第二表面222，影像传感器芯片220的第一表面221内形成有一个或多个凸点223、影像传感区224以及在凸点223与影像传感区224之间形成电连接的电路(图中未示出)。影像传感区224内形成有影像传感器单元和与影像传感器单元相连接的关联电路，利用所述影像传感器单元将外界光线接收并转换成电学信号，并将电学信号利用凸点223、第一金属互连结构214、金属重布线213、第二金属互连结构215和密封盖230上的导电线路传送给其他电路。

在本实施例中，为了便于布线，影像传感区224位于芯片的中间位置，凸点223位于芯片的边缘位置。在其他实施例中，凸点和影像传感区的位置也可以根据布线要求灵活调整。

密封盖230包括第一面231和第二面232。在密封盖230的第一面231中具有用于容纳影像传感器芯片220的从第一面231凹陷的密封槽233，密封槽233的大小根据影像传感器芯片220确定。影像传感器芯片220的第二表面222附连到密封槽233的槽底。在本发明的实施例中，影像传感器芯片220可通过粘结层234粘结到密封槽233的槽底。密封槽233的侧壁上设置有一个或多个通孔235。通孔235内设置有导电件236，导电件可以为实心导电件或为涂覆在通孔内壁的导电层。导电件236电连接密封盖230第一面231上的一个或多个焊盘237a与第二面232上的一个或多个焊盘237b。在密封盖230的第一面上可具有重布线层和设置在重布线层上的焊盘和焊球。在密封盖230的第二面上具有重布线层(图中未示出)，和设置在重布线层上的焊盘和焊球238，用于形成与外部电路连接的金属互连结构。密封盖230可以由以下材料形成：半导体衬底，例如，硅衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底等；金属衬底；聚合物衬底；玻璃衬底等。在密封盖230第一面231上的一个或多个焊盘237a与透明基材210上的第二金属互连结构215形成电连接。影像传感器芯片220的电信号通过其上凸点223传递到第一金属互连结构214，再经透明基材210上的重布线层213传送到第二金属互连结构215，经过密封盖230第一面231上的焊盘237a传送到通孔235中的导电件236，进而传送到密封盖230第二面232上的重布线层和焊球238，通过第二面232上的焊球238实现与外部电路的信息交换。

在密封盖230和透明基材210之间具有密封圈240。密封圈240使得由密封槽233与透明基材210形成的空间密封，由此将影像传感芯片密封在密闭空间中。密封圈240可设置在密封盖230和透明基材210在最***。图3示出根据本发明的实施例的密封圈230的俯视图。在本发明的实施例中，密封圈240的材料可以是金属，例如，铜、钛、银、金、锡；合金，例如，锡银合金、锡银铜合金、铜钛合金等等。密封圈240还可包括层叠的多层金属层。密封圈240起固定密封作用，并防止水汽、颗粒等外部因素对影像传感器芯片的影响。

下面结合图4和图5描述根据本发明的一个实施例形成晶圆级影像传感芯片的封装结构的过程。图4A至图4I示出根据本发明的实施例形成晶圆级影像传感芯片的封装结构的过程的剖面示意图。图5示出根据本发明的实施例形成晶圆级影像传感芯片的封装结构的流程图。

在步骤501，在衬底上制备密封盖结构。在本发明的实施例中，用于制备密封盖的衬底可选自：半导体衬底，例如，硅衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底等；金属衬底；聚合物衬底；玻璃衬底等。首先，如图4A所示，在衬底401的第一表面上形成密封槽402和孔洞403。孔洞403可以是贯穿衬底401的通孔或具有特定深度的盲孔。在本发明的实施例中，可通过干法或湿法刻蚀的方法来形成密封槽402和孔洞403。如图4B所示，在衬底401的表面、密封槽402的表面以及孔洞的侧壁上形成绝缘层404，绝缘层404的材料可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高K介质材料，该绝缘层404可用于在导电层和衬底401之间进行电隔离。如果衬底401是绝缘衬底，则没有必要形成绝缘层404。

在步骤502，如图4C所示，在衬底401的第一面形成导电结构，并衬底401的第一面上形成包围密封槽402的第一密封层407。在本发明的实施例中，在孔洞403内形成导电件405并在端口形成焊盘406，导电件可以为实心导电件或为涂覆在通孔内壁的导电层。还可根据实际的电路布线要求，在衬底401的第一面上形成布线层。在图4C所示的实施例中，第一密封层407包围密封槽402以及焊盘406。然而，本发明的范围不限于此，例如，第一密封层407可紧邻密封槽，金属互连结构位于第一密封层407的外部。第一密封层407的材料可以与导电件405及焊盘406材料相同，也可以是不同的材料。

在步骤503，将芯片正装在密封槽中。如图4D所示，影像传感器芯片408包括第一表面409和第二表面410，影像传感器芯片408的第一表面409内包括影像传感区以及一个或多个凸点411。在本发明的实施例中，可通过粘结层412影像传感器芯片408粘结到密封槽的槽底的指定位置。

在步骤504，如图4E所示，在透明基材413上制备导电结构和第二密封层。在本发明的具体实施例中，可在透明基材的表面上形成增透膜或防反射膜，从而增加光穿透率及减少光线反射以防止强光照射使影像出现白雾、鬼影。透明基材413上的导电结构414包括介质层和在其内部或表面形成的金属布线(图中未示出)，金属布线上设置有一个或多个第一金属互连结构415以及一个或多个第二金属互连结构416。第一金属互连结构和第二金属互连结构可以是焊盘、焊球、凸起或其它用于形成电连接的结构。第一金属互连结构415与影像传感器芯片上的凸点411形成电连接。第二金属互连结构416与密封盖401上的焊盘406形成电连接。透明基材413上的第二密封层417用于与密封盖401第一表面上的第一密封层407键合形成密封结构。因此，可根据密封盖401第一表面上的焊盘和第一密封层的尺寸和位置，确定在透明基材上的导电线路、焊盘和第二密封层的尺寸和位置。在本发明的具体实施例中，可任选地在透明基材的焊盘上形成焊球。

接下来，在步骤505，如图4F所示，将透明基材413与密封盖401及影像传感器芯片408对位并键合。影像传感器芯片408上的凸点411与透明基材413上的第一金属互连结构415对位连接并形成电连接。密封盖401上的焊盘406与第二金属互连结构416对位连接并形成电连接。密封盖401上的第一密封层407与透明基材413上的第二密封层接合并形成密封结构。

在步骤506，在密封盖401的第二表面418上形成重布线层、焊盘和/或焊球结构。首先，如图4G所示，对密封盖401的第二表面418进行减薄，以便露出通孔。接下来，在第二表面418上形成绝缘层419，如图4H所示。接下来，在绝缘层419上钻孔，露出通孔导电层。最后，形成重布线结构和凸点，如图4I所示。

在本发明的一些实施例中，透明基材与影像传感器芯片的结合，密封盖与透明基材的结合以及第一密封层与第二密封层的结合可以同时进行。在影像传感器芯片主动面上覆盖透明基材可以降低后续制程中的微粒污染，提高制程良率，降低生产成本，密封盖既能保护影像传感器芯片，又能通过内置导电件构成导电通道。通过金属密封圈进行密封，芯片应力小，可靠性好，密封效果好。

尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (11)

1.一种封装结构，包括：

透明基材，所述透明基材具有第一表面及与第一表面相对的第二表面，所述第二表面的周边形成有金属重布线区域，所述金属重布线区域包括介质层和在其内部或表面形成的金属布线，所述金属布线上设置有一个或多个第一金属互连结构以及一个或多个第二金属互连结构；

芯片，所述芯片包括正面和背面，所述芯片的正面具有一个或多个凸点、功能区以及在所述凸点与功能区之间形成电连接的电路，所述芯片的正面面对所述透明基材的第二表面，所述芯片的正面的一个或多个凸点分别与所述透明基材上的对应的第一金属互连结构电连接；

密封盖，所述密封盖包括第一面以及与第一面相对的第二面，所述密封盖的第一面面对所述透明基材的第二表面，在所述密封盖的第一面中具有用于容纳所述芯片的密封槽，所述芯片的背面附连到所述密封槽的槽底，所述密封盖还包括设置在所述密封槽的侧壁上从所述第一面延伸到所述第二面的一个或多个通孔，所述通孔内设置有导电件，所述导电件与所述密封盖的第一面上的一个或多个第一焊盘电连接，并且所述导电件与所述密封盖的第二面上的一个或多个第二焊盘电连接，所述一个或多个第一焊盘分别与所述透明基材上的对应的第二金属互连结构电连接；以及

密封圈，所述密封圈夹在所述密封盖的第一面和所述透明基材的第二面之间，并且使得由密封槽与透明基材形成的空间密封。

2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，还包括形成在所述透明基材的第一表面和/或第二表面上的增透膜或防反射膜。

3.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述通孔内的导电件为实心导电件或涂覆在通孔内壁的导电层。

4.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，密封圈由一层或多层金属层形成，所述密封圈的材料选自：铜、钛、银、金、锡及其合金。

5.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，在所述密封盖的第二面上具有重布线层、设置在重布线层上的所述一个或多个第一焊盘、和/或所述第一焊盘上的焊料凸起。

6.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，在所述密封盖的第一面上具有重布线层、设置在重布线层上的所述一个或多个第二焊盘、和/或所述第二焊盘上的焊料凸起。

7.一种封装结构的制造方法，包括：

在衬底的第一面上形成密封槽和孔洞作为密封盖；

在所述孔洞内形成导电件并在所述衬底的第一面上形成一个或多个第一焊盘；

在所述衬底的第一面上形成包围所述密封槽的第一密封层；

将芯片的背面附连到密封槽的槽底，其中所述芯片包括正面和背面，所述芯片的正面具有一个或多个凸点、功能区以及在所述凸点与功能区之间形成电连接的电路；

在透明基材的一表面的周边形成金属重布线区域，所述金属重布线区域包括介质层和在其内部或表面形成的金属布线，并在所述金属布线上设置一个或多个第一金属互连结构以及一个或多个第二金属互连结构，所述芯片的正面的一个或多个凸点分别与所述第一金属互连结构中的一个相对应，且所述一个或多个第一焊盘分别与所述第二金属互连结构中的一个相对应；

在透明基材的所述表面上形成与所述第一密封层对应的第二密封层；

将所述透明基材与所述密封盖及所述芯片对位并键合，使得所述芯片的正面的一个或多个凸点分别与对应的第一金属互连结构形成电连接，所述一个或多个第一焊盘分别与对应的第二金属互连结构形成电连接，且所述第一密封层与所述第二密封层接合形成密封结构；

在所述密封盖的第二面形成导电结构。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，所述衬底选自：半导体衬底、金属衬底、聚合物衬底或玻璃衬底。

9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，还包括在所述孔洞内形成导电件之前在所述衬底的表面、所述密封槽的表面以及所述孔洞的侧壁上形成绝缘层。

10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，将芯片的背面附连到密封槽的槽底包括通过粘合层将芯片的背面粘合到槽底。

11.如权利要求7所述的方法，其特征在于，在所述密封盖的第二面形成导电结构包括：

对所述密封盖的第二表面进行减薄，以便露出所述孔洞内的导电件；

在所述第二表面上形成绝缘层；

在所述绝缘层上钻孔，露出所述孔洞内的导电件；以及

形成重布线结构和凸点。