CN116936371A - 一种封装结构的制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种封装结构的制备方法，属于半导体器件技术领域。封装结构的制备方法包括：提供载板，所述载板包括衬底基板，以及阵列设置于所述衬底基板上的多个半导体传感器芯片；采用喷墨3D打印的方式，在各所述半导体传感器芯片远离所述衬底基板的一侧，打印各所述半导体传感器芯片对应的围坝；在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板，得到各所述半导体传感器芯片的封装结构。本发明实施例可以简化封装结构的制备流程，降低封装结构的制备成本。
Description
技术领域
本发明涉及半导体器件技术领域，尤其涉及一种封装结构的制备方法。
背景技术
目前，诸如CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互补金属氧化物半导体)传感器、MEMS(Micro-Electro-Mechanical System，微电子机械***)传感器和LED(Light-Emitting Diode)传感器等半导体传感器，在制备过程中，需要在传感器芯片的感应区域上方设置围坝，形成空腔结构(Wafer Cavity)，以便于后续盖板等封装部件的设置。
现有技术中，通常采用多重曝光工艺制备围坝。受限于最大可显影膜厚，每次曝光显影过程中可制作的膜厚有限，由于围坝膜厚较大，现有围坝的制备工艺为减成法工艺，需要多次进行旋转涂覆→曝光→显影的制备流程。因此，现有的围坝制备流程复杂，成本较高。
发明内容
本发明提供了一种封装结构的制备方法，以简化封装结构的制备流程，降低封装结构的制备成本。
本发明实施例提供了一种封装结构的制备方法，包括：
提供载板，所述载板包括衬底基板，以及阵列设置于所述衬底基板上的多个半导体传感器芯片；
采用喷墨3D打印的方式，在各所述半导体传感器芯片远离所述衬底基板的一侧，打印各所述半导体传感器芯片对应的围坝；
在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板，得到各所述半导体传感器芯片的封装结构。
可选地，所述围坝采用粘性材料制备；
所述在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板包括：
将所述盖板与所述围坝远离所述半导体传感器芯片一侧的表面粘接。
可选地，所述围坝采用无粘性的材料制备；
所述在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板包括：
在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置粘合胶；
提供所述盖板，使所述盖板通过所述粘合胶与所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧粘接。
可选地，所述围坝为围绕所述半导体传感器芯片的感应区域设置的框状围坝，沿所述围坝的环绕方向，在所述围坝的内侧面和外侧面中的至少一个侧面形成有围绕所述围坝的侧面设置的多个凸起部；所述凸起部在所述载板厚度方向上的高度与所述围坝在所述载板厚度方向上的高度相同。
可选地，在所述围坝的内侧面和外侧面均设置有多个凸起部；
针对所述内侧面和所述外侧面中的任一侧面，相邻两个所述凸起部的边缘间隔设置或接触设置。
可选地，所述凸起部为沿所述载板的厚度方向延伸的半圆柱或半椭圆柱；各所述凸起部与所述围坝一体成型设置。
可选地，所述围坝在所述载板厚度方向上的高度范围为：50-100微米。
可选地，在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板之后，还包括：
对形成有所述围坝和所述盖板的载板进行烘烤，以消除喷墨3D打印过程中残留的溶剂。
可选地，在打印各所述半导体传感器芯片对应的围坝的同时，采用紫外线灯固化各所述围坝。
可选地，在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板之前，还包括：
采用紫外线灯固化各所述围坝，并持续固化预设时间。
本发明实施例提供的封装结构的制备方法中，采用喷墨3D打印工艺替代现有的多次旋涂曝光显影工艺，来制备各半导体传感器芯片的围坝，可以有效减少围坝制造工序，简化制备工艺，降低原有封装湿制程的污染及材料浪费，降低封装空腔结构的生产制造成本。
应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本发明的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本发明的范围。本发明的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的一种封装结构的制备方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种封装结构的制备方法在S110-S130中的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的一种半导体传感器在S110-S130中的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种半导体传感器在S140中的结构示意图；
图5是本发明实施例提供的一种围坝的结构示意图；
图6是本发明实施例提供的另一种围坝的结构示意图；
图7是本发明实施例提供的围坝的一条边的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。
本发明实施例提供了一种封装结构的制备方法，适用于半导体传感器封装结构的制备需求。图1是本发明实施例提供的一种封装结构的制备方法的流程示意图；图2是本发明实施例提供的一种封装结构的制备方法在S110-S130中的结构示意图；图3是本发明实施例提供的一种半导体传感器在S110-S130中的结构示意图。参见图1-3，该制备方法包括以下步骤：
S110、提供载板，载板包括衬底基板，以及阵列设置于衬底基板上的多个半导体传感器芯片。
其中，载板可以是待加工的晶圆，例如为8寸或其他尺寸的晶圆。此处所提供的载板为已经在衬底基板11上制备好各个半导体传感器芯片12的载板。单个半导体传感器在制备过程中的结构可参见图3，具体而言，一个半导体传感器至少可包括依次层叠设置的衬底111、半导体传感器芯片12、围坝20以及盖板结构301。其中，衬底111位于衬底基板11上，衬底111上可以设置连接电极13，半导体传感器芯片12自身的信号引脚可通过连接线14连接对应的连接电极13。半导体传感器在应用时，半导体传感器芯片12可通过连接电极13与外部电路进行信号交互。
示例性地，载板可以是单片，也可是多片，根据生产线流程及生产设备结构，载板可置于料盒/花篮中。半导体传感器芯片12可以是CMOS传感器、MEMS传感器或LED传感器等任意类型的半导体传感器芯片。例如，半导体传感器芯片12可以是图像传感器芯片。
S120、采用喷墨3D打印的方式，在各半导体传感器芯片远离衬底基板的一侧，打印各半导体传感器芯片对应的围坝。
示例性地，围坝20可以是围绕半导体传感器芯片12的感应区域设置的框状围坝，围坝20内部构成空腔结构21。半导体传感器芯片12的信号引脚可伸出至围坝20的外侧，以实现半导体传感器芯片12的信号传输功能。示例性地，半导体传感器芯片12为图像传感器芯片，围坝20可围绕其顶面的感光区域设置。感光区域上方例如可以设置光学透镜等结构。
其中，围坝20在载板厚度方向上的高度h范围例如为：50-100微米，具体可以是50微米、60微米、70微米、80微米、90微米或100微米。若采用现有技术中的旋涂曝光显影的方法制备围坝20，受限于最大可显影膜厚，每次旋转涂覆过程中的膜厚能做到20-30微米，因此需要重复多次才能制备出所需的围坝20。但本实施例中直接采用喷墨3D打印方式制备围坝20，其对围坝20的高度范围并无限制，只需要在打印前通过三维建模建立好围坝20的三维模型，即可根据模型打印出目标形状和高度的围坝20，可有效简化制备工艺，并节省制备成本。并且，喷墨3D打印过程中并不需要多次旋涂曝光显影所制备的膜层的对位过程，可有效避免对位误差，提高围坝20的制备精度。
S130、在围坝远离半导体传感器芯片的一侧设置盖板，得到各半导体传感器芯片的封装结构。
其中，盖板30例如可以采用玻璃材料制备。示例性地，盖板30可以是一体设置，覆盖衬底基板11上所有半导体传感器芯片12的玻璃盖板。一个半导体传感器芯片12及其对应的封装结构构成一个半导体传感器。在晶圆的封装结构制备完成后，可通过裁切得到各个半导体传感器，相应的，盖板30在裁切后，针对各个半导体传感器，可以得到如图3所示覆盖空腔结构21的盖板结构301。
本发明实施例提供的封装结构的制备方法中，采用喷墨3D打印工艺替代现有的多次旋涂曝光显影工艺，来制备各半导体传感器芯片12的围坝20，可以有效减少围坝20的制造工序，简化制备工艺，降低原有封装湿制程的污染及材料浪费，降低封装空腔结构21的生产制造成本。
在上述各实施方式的基础上，可选地，采用喷墨3D打印制备围坝20时，对围坝20的固化方式有多种，下面就其中的几种进行说明，但不作为对本发明的限定。
在一种实施方式中，可选地，可以在喷墨3D打印机中喷涂完成各个围坝20所需的打印材料之后，将载板移出打印机，采用紫外线灯(UV灯)对打印材料进行固化，使各围坝20定型。
参见图3，在另一种实施方式中，可选地，可以在打印各半导体传感器芯片12对应的围坝20的同时，采用紫外线灯(UV灯)70固化各围坝20。具体而言，喷墨3D打印机中设置有打印喷头60，用于向制备围坝20的目标位置喷涂打印材料，例如打印墨水。并且，打印喷头60附近设置有紫外线灯70，可以在打印喷头60喷涂打印材料的同时开启紫外线灯70，在围坝20打印的过程中，同步实现对打印材料的固化。其中，由于固化时间在ms级，在喷涂打印材料的同时就可以完成材料的固化，因此无需在喷涂完成后，再进行额外的固化，这样可以进一步简化制备工艺，缩短生产制程。或者，在喷涂完成后，可以保持紫外线灯70继续开启预设时间，以确保围坝20固化，保证定型效果。
在上述各实施方式的基础上，可选地，在围坝20远离半导体传感器芯片12的一侧设置盖板30之后，该制备方法还包括：对形成有围坝20和盖板30的载板进行烘烤，以消除喷墨3D打印过程中残留的溶剂。其中，固化过程可以使围坝20定型，但无法消除承载打印墨水的溶剂，通过设置烘烤步骤，可以使残留的溶剂蒸发，保证载板干燥再进入下一制程。
图4是本发明实施例提供的一种半导体传感器在S140中的结构示意图。参见图4，在上述各实施方式的基础上，可选地，在烘烤步骤之后，该制备方法还包括：
S140、形成各半导体传感器的封装层。
具体地，针对各个半导体传感器，封装层40可以是包裹传感器中各个部件的膜层。或者，封装层也可以是承载传感器中各个部件的中空外壳。封装层40的具体结构可根据实际需求设置，此处不做限定。以及，封装材料可以在晶圆裁切前一体制备，通过裁切得到各半导体传感器的封装层40，或者，封装层40可以在晶圆裁切后再制备。
上述各实施方式对封装结构的整体制备流程进行了说明。下面就围坝20及盖板30可能采取的制备细节进行具体说明。
图5是本发明实施例提供的一种围坝的结构示意图。图5给出了围坝20的俯视图，参见图5，在一种实施方式中，可选地，围坝20为围绕半导体传感器芯片12的感应区域设置的框状围坝，例如可以是方框结构。考虑到喷墨3D打印更易于制备平滑曲线，围坝20可以设计为倒圆角的方框。示例性地，围坝可以具有内侧面221和外侧面222。其中，内侧面221和外侧面222均可以垂直于半导体传感器芯片12的顶面设置，或者与半导体传感器芯片12的顶面具有一定倾角。围坝20的宽度w1，例如为内侧面221和外侧面222之间的垂直距离，可以设置在200-500微米之间，例如为200微米、300微米、400微米或500微米。
在上述各实施方式的基础上，可选地，围坝20可采用粘性材料或非粘性材料制备。围坝20的材料与后续盖板30的制备过程相关，下面分别进行示例性说明。
在一种实施方式中，可选地，围坝20采用粘性材料制备。那么，可以直接将盖板30与围坝20远离半导体传感器芯片12一侧的表面粘接，从而省去键合胶水点胶工艺相关的制程，有效简化封装结构的制备工艺。
在另一种实施方式中，可选地，围坝20采用无粘性的材料制备。那么，盖板30可通过键合胶水点胶工艺与围坝20键合。在围坝20远离半导体传感器芯片12的一侧设置盖板30具体包括：在围坝20远离半导体传感器芯片12的一侧设置粘合胶；提供盖板30，使盖板30通过粘合胶与围坝20远离半导体传感器芯片12的一侧粘接。
图6是本发明实施例提供的另一种围坝的结构示意图。参见图6，在上述实施方式的基础上，可选地，当围坝20采用无粘性的材料制备时，可以设置沿围坝20的环绕方向r，在围坝20的内侧面221和外侧面222中的至少一个侧面形成有围绕围坝20的侧面设置的多个凸起部201。图6中示例性地给出了在围坝20的外侧面222设置凸起部201。以及，图6中为清楚展示凸起部201的设置方式，提供了方框区域A的放大示意图。其中，凸起部201在载板厚度方向上的高度与围坝20在载板厚度方向上的高度相同。这样设置，可以有效增大围坝20顶面的面积，相当于增大围坝20与盖板30之间的粘合面积，有利于围坝20与盖板30之间更牢固的键合；以及，通过在围坝20的侧面制备凸起部201，可以构成锯齿状外沿面。粘合胶具备流动性，基于锯齿状外沿面的毛细吸附作用，可以使粘合胶更多且更平整的停留在围坝20和凸起部201的顶面上，以提高盖板30与围坝20的粘合效果。示例性地，各凸起部201可以与围坝20一体成型设置。也就是说，在三维建模时，可以直接提供围坝20添加各个凸起部201之后的三维模型，并根据该三维模型进行打印。
优选地，如图7所示，可以在围坝20的内侧面和外侧面均设置多个凸起部201，以实现盖板30与围坝20之间更好的粘合效果。需要说明的是，图7中仅对围坝20一条边的相关结构进行了示例性展示，以及，图7中为清楚展示凸起部201的设置方式，提供了方框区域B的放大示意图。
在上述各实施方式的基础上，可选地，针对内侧面221和外侧面222中的任一侧面，相邻两个凸起部201的边缘可以如图6所示间隔设置，或者如图7所示接触设置，具体可根据实际需求制备。
在上述各实施方式的基础上，可选地，凸起部201的形状可以是沿载板的厚度延伸，具有任意截面形状的柱状体。基于喷墨3D打印机易于打印圆滑形状的考虑，可以设置凸起部201为半圆柱或半椭圆柱。
在上述各实施方式的基础上，可选地，凸起部201与围坝20侧面的最大垂直距离w2可以设置为大于或等于50微米，以便于喷墨3D打印机进行打印。例如，当凸起部201为半圆柱时，可设置其底面半径大于或等于50微米。
应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发明中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本发明的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。
上述具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限制。本领域技术人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、子组合和替代。任何在本发明的精神和原则之内所作的修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明保护范围之内。
Claims (10)
1.一种封装结构的制备方法，其特征在于，包括：
提供载板，所述载板包括衬底基板，以及阵列设置于所述衬底基板上的多个半导体传感器芯片；
采用喷墨3D打印的方式，在各所述半导体传感器芯片远离所述衬底基板的一侧，打印各所述半导体传感器芯片对应的围坝；
在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板，得到各所述半导体传感器芯片的封装结构。
2.根据权利要求1所述的封装结构的制备方法，其特征在于，所述围坝采用粘性材料制备；
所述在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板包括：
将所述盖板与所述围坝远离所述半导体传感器芯片一侧的表面粘接。
3.根据权利要求1所述的封装结构的制备方法，其特征在于，所述围坝采用无粘性的材料制备；
所述在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板包括：
在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置粘合胶；
提供所述盖板，使所述盖板通过所述粘合胶与所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧粘接。
4.根据权利要求3所述的封装结构的制备方法，其特征在于，所述围坝为围绕所述半导体传感器芯片的感应区域设置的框状围坝，沿所述围坝的环绕方向，在所述围坝的内侧面和外侧面中的至少一个侧面形成有围绕所述围坝的侧面设置的多个凸起部；所述凸起部在所述载板厚度方向上的高度与所述围坝在所述载板厚度方向上的高度相同。
5.根据权利要求4所述的封装结构的制备方法，其特征在于，在所述围坝的内侧面和外侧面均设置有多个凸起部；
针对所述内侧面和所述外侧面中的任一侧面，相邻两个所述凸起部的边缘间隔设置或接触设置。
6.根据权利要求4所述的封装结构的制备方法，其特征在于，所述凸起部为沿所述载板的厚度方向延伸的半圆柱或半椭圆柱；各所述凸起部与所述围坝一体成型设置。
7.根据权利要求1-6任一项所述的封装结构的制备方法，其特征在于，所述围坝在所述载板厚度方向上的高度范围为：50-100微米。
8.根据权利要求1所述的封装结构的制备方法，其特征在于，在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板之后，还包括：
对形成有所述围坝和所述盖板的载板进行烘烤，以消除喷墨3D打印过程中残留的溶剂。
9.根据权利要求1所述的封装结构的制备方法，其特征在于，在打印各所述半导体传感器芯片对应的围坝的同时，采用紫外线灯固化各所述围坝。
10.根据权利要求1或9所述的封装结构的制备方法，其特征在于，在所述围坝远离所述半导体传感器芯片的一侧设置盖板之前，还包括：
采用紫外线灯固化各所述围坝，并持续固化预设时间。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| CB02 | Change of applicant information |
Country or region after: China Address after: 518000, Building 101 and 201, Runheng Industrial Plant, Fuyuan 1st Road, Zhancheng Community, Fuhai Street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province, China Applicant after: Shenzhen Jinxin Technology Co.,Ltd. Address before: 518000 1st floor, factory building, Fanda Industrial Park, Langxin community, Shiyan street, Bao'an District, Shenzhen City, Guangdong Province Applicant before: SHENZHEN JINXIN TECHNOLOGY Co.,Ltd. Country or region before: China |
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| CB02 | Change of applicant information |