CN203013700U - 基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构，其包括硅衬底，硅衬底内凹设有封装槽，封装槽的侧壁及部分底壁覆盖有绝缘支撑层，且延伸覆盖封装槽槽口外侧硅衬底的表面；绝缘支撑层上设有第一连接层，第一连接层上设有第二连接层，安装孔贯通绝缘支撑层、第一连接层及第二连接层；安装孔内安装有透光芯片，透光芯片通过连接线与第二连接层电连接；第二连接层上设有玻璃封盖，玻璃封盖位于封装槽槽口的正上方，玻璃封盖与下方的封装槽间形成用于透光的空腔；第二连接层上设有与第二连接层电连接的连接电极。本实用新型结构紧凑，封装工艺可靠，适应范围广，安全实用。

Description

基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构

技术领域

本实用新型涉及一种透光封装结构，尤其是一种基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构，属于半导体封装的技术领域。

背景技术

目前，透光的感测芯片在封装时以陶瓷基板或具有预封树脂的基板为载体，将感测芯片粘着并打线，接着粘上高透光率玻璃，接着传感器封装体和可绕性软板粘着。但是，现有的封装陶瓷基板成本高，预封树脂的基板封装结构较差，不能满足现代半导体发展的要求。

发明内容

本实用新型的目的是克服现有技术中存在的不足，提供一种基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构，其结构紧凑，封装工艺可靠，适应范围广，安全实用。

按照本实用新型提供的技术方案，所述基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构，包括硅衬底，所述硅衬底内凹设有封装槽，所述封装槽的侧壁及部分底壁覆盖有绝缘支撑层，且所述绝缘支撑层延伸覆盖封装槽槽口外侧硅衬底的表面；绝缘支撑层上设有第一连接层，所述第一连接层上设有第二连接层，封装槽中心区的底部由绝缘支撑层、第一连接层及第二连接层间形成安装孔，所述安装孔贯通绝缘支撑层、第一连接层及第二连接层；安装孔内安装有透光芯片，所述透光芯片通过连接线与第二连接层电连接；第二连接层上设有玻璃封盖，所述玻璃封盖位于封装槽槽口的正上方，玻璃封盖与下方的封装槽间形成用于透光的空腔；第二连接层上设有与第二连接层电连接的连接电极。

所述透光芯片通过芯片连接层安装于安装孔内，并支撑于封装槽槽底对应的硅衬底表面。

所述连接电极为金属连接球形电极或带状电极。

所述玻璃封盖上设有连接凸块，所述连接凸块上设有封盖连接层，玻璃封盖通过封盖连接层与第二连接层连接固定。

所述透光芯片包括影像传感器、环境光源传感器或发光二极管。

本实用新型的优点：在硅衬底内设置封装槽，封装槽内设置绝缘支撑层、第一连接层及第二连接层，并在封装槽内形成用于安装透光芯片的安装孔，透光芯片安装于安装孔内后，玻璃封盖连接固定在第二连接层上，实现对透光芯片的保护，同时玻璃封盖与硅衬底之间的空腔能够作为光线传播的通道，以满足透光芯片的工作要求，其结构紧凑，封装工艺可靠，适应范围广，安全实用。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2~图26为本实用新型具体实施工艺步骤的剖视图，其中：

图2为本实用新型在硅衬底上得到掩膜层后的剖视图。

图3为本实用新型在硅衬底上得到第一光刻胶层后的剖视图。

图4为本实用新型得到第一窗口后的剖视图。

图5为本实用新型得到第二窗口后的剖视图。

图6为本实用新型去除第一光刻胶层后的剖视图。

图7为本实用新型在硅衬底内得到封装槽后的剖视图。

图8为本实用新型去除掩膜层后的剖视图。

图9为本实用新型淀积得到绝缘支撑层后的剖视图。

图10为本实用新型在绝缘支撑层上得到第一连接层后的剖视图。

图11为本实用新型在第一连接层上对第二光刻胶层进行曝光和显影后的剖视图。

图12为本实用新型在第一连接层上得到第二连接层后的剖视图。

图13为本实用新型去除第二光刻胶层得到第三窗口后的剖视图。

图14为本实用新型得到第四窗口后的剖视图。

图15为本实用新型得到第五窗口后的剖视图。

图16为本实用新型安装透光芯片后的剖视图。

图17为本实用新型透光芯片通过连接线与第二连接层电连接后的剖视图。

图18为本实用新型高透光性玻璃晶圆的剖视图。

图19为本实用新型在高透光性玻璃晶圆上涂布第三光刻胶层并曝光显影后的剖视图。

图20为本实用新型对高透光性玻璃晶圆进行刻蚀得到连接凸块后的剖视图。

图21为本实用新型在连接凸块上得到封盖连接层后的剖视图。

图22为本实用新型将高透光性玻璃晶圆与硅衬底进行连接固定后的剖视图。

图23为本实用新型对高透光性玻璃晶圆进行切割后的剖视图。

图24为本实用新型对硅衬底进行切割后的剖视图。

图25为本实用新型在第二连接层上形成带状电极的剖视图。

图26为本实用新型在第二连接层上形成金属连接球状电极的剖视图。

附图标记说明：1-硅衬底、2-绝缘支撑层、3-芯片连接层、4-第一连接层、5-透光芯片、6-连接线、7-第二连接层、8-带状电极、9-玻璃封盖、10-封盖连接层、11-安装孔、12-空腔、13-掩膜层、14-第一光刻胶层、15-第一窗口、16-第二窗口、17-封装槽、18-第二光刻胶层、19-第三窗口、20-第四窗口、21-第五窗口、22-高透光性玻璃晶圆、23-第三光刻胶层、24-第六窗口、25-连接凸块、26-第七窗口及27-金属连接球形电极。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

如图1所示：为了能够对透光芯片5实现可靠封装，本实用新型包括硅衬底1，所述硅衬底1内凹设有封装槽17，所述封装槽17的侧壁及部分底壁覆盖有绝缘支撑层2，且所述绝缘支撑层2延伸覆盖封装槽17槽口外侧硅衬底1的表面；绝缘支撑层2上设有第一连接层4，所述第一连接层4上设有第二连接层7，封装槽17中心区的底部由绝缘支撑层2、第一连接层4及第二连接层7间形成安装孔11，所述安装孔11贯通绝缘支撑层2、第一连接层4及第二连接层7；安装孔11内安装有透光芯片5，所述透光芯片5通过连接线6与第二连接层7电连接；第二连接层7上设有玻璃封盖9，所述玻璃封盖9位于封装槽17槽口的正上方，玻璃封盖9与下方的封装槽17间形成用于透光的空腔12；第二连接层7上设有与第二连接层7电连接的连接电极。

具体地，所述透光芯片5通过芯片连接层3安装于安装孔11内，并支撑于封装槽17槽底对应的硅衬底1表面。所述连接电极为金属连接球形电极27或带状电极8。所述玻璃封盖9上设有连接凸块25，所述连接凸块25上设有封盖连接层10，玻璃封盖9通过封盖连接层10与第二连接层7连接固定。所述透光芯片5包括影像传感器、环境光源传感器或发光二极管。透光芯片5通过空腔12及玻璃封盖9实现接收外部光线或将光线透射出去。

如图2~26所示：上述透光封装结构可以采用下述工艺步骤制备得到，所述具体的制备工艺包括如下步骤：

a、提供所需的硅衬底1，并在所述硅衬底1的表面淀积掩膜层13，所述掩膜层13覆盖硅衬底1的表面；

如图2所示，所述掩膜层13为氮化硅层，利用掩膜层13能够对硅衬底1进行刻蚀；

b、在所述掩膜层13上涂布第一光刻胶层14，如图3所示，第一光刻胶层14覆盖掩膜层13的表面；

c、对上述第一光刻胶层14进行曝光和显影，在掩膜层13上得到第一窗口15，掩膜层13与第一窗口15对应的区域裸露；

如图4所示：对第一光刻胶层14进行曝光和显影后，在掩膜层13上得到第一窗口15，，掩膜层13通过第一窗口15裸露，第一窗口15的位置根据需要进行设置，为本技术领域人员所熟知；

d、利用上述第一窗口15对掩膜层13进行刻蚀，刻蚀与第一窗口15对应的掩膜层13，并在硅衬底1得到第二窗口16；

如图5所示：由于掩膜层13与第一窗口15对应的区域裸露，通过常规的刻蚀工艺，将第一窗口15内的掩膜层13刻蚀掉，可达到第二窗口16，第二窗口16从第一光刻胶层14的上表面向下延伸至硅衬底1的表面；

e、去除上述第一光刻胶层14；如图6所示，得到第二窗口16后，将工艺中不需要的第一光刻胶层14去除；

f、利用上述掩膜层13及第二窗口16对硅衬底1进行刻蚀，以在硅衬底1内得到所需的封装槽17；如图7所示：利用掩膜层13作为遮挡，对硅衬底1进行刻蚀，在硅衬底1内得到封装槽17，所述封装槽17的槽口位置与第二窗口16相对应；

g、去除硅衬底1表面上的掩膜层13；如图8所示，得到封装槽17后将掩膜层13去除，以进行后续所需工艺步骤；

h、在上述硅衬底1表面淀积绝缘支撑层2，所述绝缘支撑层2覆盖封装槽17的侧壁、底壁及封装槽17槽口外侧硅衬底1的表面；

如图9所示：所述绝缘支撑层2为二氧化硅层，利用二氧化硅层实现绝缘支撑的目的；

i、在上述绝缘支撑层2上设置第一连接层4；

如图10所示：所述第一连接层4为复合层，第一连接层4包括溅射在绝缘支撑层2上的钛金属层以及溅射在所述钛金属层上的镍金属层，由于绝缘支撑层2为二氧化硅层，利用钛金属层能够实现与绝缘支撑层2之间的连接，利用镍金属层能实现与第二连接层7之间的连接，第一连接层4的制备工艺及复合层结构均为本技术领域所熟知，为通过常规的技术手段及工艺要求制备得到。

j、在上述第一连接层4上涂布第二光刻胶层18，并对所述第二光刻胶层18进行曝光和显影，以利用第二光刻胶层18遮挡所需的第一连接层4区域；

如图11所示：涂布第二光刻胶层18后，第二光刻胶层18覆盖在第一连接层4的表面，为了能够得到所需的第二连接层7，将第二光刻胶层18进行曝光和显影，保留位于封装槽17中心区的第二光刻胶层18；

k、在上述第一连接层4上设置第二连接层7，所述第二连接层7覆盖第一连接层4对应的表面区域；

如图12所示：所述第二连接层7同样为复合层结构，第二连接层包括电镀在第一连接层4上的镍金属层以及电镀于所述镍金属层上的金层，通过镍金属层能实现与第一连接层4之间的连接，利用金层实现与外部及连接电极之间的连接；第二连接层7的制备工艺及复合结构均为本技术领域所熟知，为通过常规的技术手段及工艺要求制备得到；本实用新型实施例中，第二连接层7覆盖未被第二光刻胶层18覆盖的第一连接层4上。

l、去除第一连接层4上的第二光刻胶层18，以在封装槽17的下部得到贯通第二连接层7的第三窗口19；

如图13所示：去除第二光刻胶层18后，在之前第二光刻胶层18的区域位置得到第三窗口19，所述第三窗口19从第二连接层7的上表面延伸至第一连接层4的表面，即形成贯通第二连接层7的孔结构；

m、利用上述第三窗口19刻蚀第一连接层4，以得到贯通第一连接层4及第二连接层7的第四窗口20；

如图14所示：利用第三窗口19对第一连接层4进行刻蚀后，对第一连接层4刻蚀的区域与第三窗口19对应一致，刻蚀掉第一连接层4后得到第四窗口20；

n、利用上述第四窗口20刻蚀绝缘支撑层2，以在硅衬底1上方得到贯通绝缘支撑层2、第一连接层4及第二连接层7的第五窗口21；

如图15所示，利用第四窗口21对绝缘支撑层2进行刻蚀，将于第四窗口21对应的绝缘支撑层2刻蚀掉后，形成第五窗口21，第五窗口21延伸至硅衬底1的表面，也即封装槽17的底部；

o、提供所需的透光芯片5，并将所述透光芯片5安装于第五窗口21的底部，透光芯片5支撑于硅衬底1上；

如图16所示，当经过上述工艺后，第五窗口21与第一连接层4、第二连接层7及绝缘支撑层2之间形成安装孔11，即安装孔11与第五窗口21相对应，透光芯片5通过芯片连接层3安装于安装孔11内，透光芯片5通过芯片连接层3实现与硅衬底1的固定连接；芯片连接层3采用常规的连接材料。

p、将上述透光芯片5利用连接线6与第二连接层7电连接；如图17所示：透光芯片5通过打线或焊线方式与第二连接层7连接，与第二连接层7电连接后，能够通过第二连接层7或第二连接层7上的连接电极与外部电路的连接；

q、提供高透光性玻璃晶圆22；

如图18所示，所述高透光性玻璃晶圆22可以采用常规的封盖玻璃；

r、在上述高透光性玻璃晶圆22上涂布第三光刻胶层23，并对所述第三光刻胶层23进行曝光和显影，以在高透光性玻璃晶圆22上方得到第六窗口24；

如图19所示：在高透光性玻璃晶圆22上涂布第三光刻胶层23，以实现对高透光性玻璃晶圆22进行刻蚀，第三光刻胶层23与高透光性玻璃晶圆22的表面之间形成第六窗口24；

s、利用上述第六窗口24对高透光性玻璃晶圆22进行刻蚀，并去除所述第三光刻胶层23，以得到位于高透光性玻璃晶圆22上的连接凸块25；

如图20所示：采用常规的刻蚀技术手段对高透光性玻璃晶圆22进行刻蚀，去除与第六窗口24对应的区域，刻蚀工艺完成后，去除第三光刻胶层23，形成凸出于高透光性玻璃晶圆22上的连接凸块25，连接凸块25与高透光性玻璃晶圆22的表面之间形成第七窗口26；

t、在上述连接凸块25上印刷封盖连接层10；如图21所示：所述封盖连接层10通过印刷形成在连接凸块25上，封盖连接层10采用苯并环丁烯(Benzocyclobutene，BCB)的连接材料制成；

u、将上述高透光性玻璃晶圆22利用封盖连接层10连接固定在上述硅衬底1上方的第二连接层7上，封盖连接层10位于封装槽17槽口的外侧；

如图22所示：为了能够对透光芯片5进行保护，将上述处理后的高透光性玻璃晶圆22通过封盖连接层10连接固定在第二连接层7上；

v、对上述高透光性玻璃晶圆22进行切割，以在硅衬底1上得到位于封装槽17正上方的玻璃封盖9；

如图23所示：根据透光芯片5的位置，切除封装槽17两侧不需要的高透光性玻璃晶圆22，以实现将得到透光芯片5上方的玻璃封盖9，即玻璃封盖9为对高透光性玻璃晶圆22切割得到；

w、对上述硅衬底1进行所需的硅晶圆切割，以得到所需的透光封装结构；

如图24所示：为了能够得到单个透光芯片5的封装结构，需要对硅衬底1进行切割，本实用新型实施例中，对硅衬底1及高透光性玻璃晶圆22的切割均采用常规的半导体切割工艺；

x、在上述透光封装结构上制造所需的连接电极。

在对硅衬底1切割完成后，需要在封装结构上制造连接电极，以通过连接电极与外部电路的连接，本实用新型实施例中，根据具体连接形式的不同，连接电极包括金属连接球形电极27或带状电极8，其中，图25示出了第二连接层7上设置带状电极8的结构，图26示出了第二连接层7上设置金属连接球形电极27，在具体实施例时，金属连接球形电极27的高度高于玻璃封盖9的高度，以便通过金属连接球形电极27与外部电路的接触连接，本实用新型实施例中，图26仅仅示出了在第二连接层7上设置金属连接球形电极27的结构。本实用新型实施例中，连接电极的材料可以采用常用的金。

本实用新型在硅衬底1内设置封装槽17，封装槽17内设置绝缘支撑层2、第一连接层4及第二连接层7，并在封装槽17内形成用于安装透光芯片5的安装孔11，透光芯片5安装于安装孔11内后，玻璃封盖9连接固定在第二连接层7上，实现对透光芯片5的保护，同时玻璃封盖9与硅衬底1之间的空腔12能够作为光线传播的通道，以满足透光芯片5的工作要求，其结构紧凑，封装工艺可靠，适应范围广，安全实用。

Claims (5)

1.一种基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构，其特征是：包括硅衬底（1），所述硅衬底（1）内凹设有封装槽（17），所述封装槽（17）的侧壁及部分底壁覆盖有绝缘支撑层（2），且所述绝缘支撑层（2）延伸覆盖封装槽（17）槽口外侧硅衬底（1）的表面；绝缘支撑层（2）上设有第一连接层（4），所述第一连接层（4）上设有第二连接层（7），封装槽（17）中心区的底部由绝缘支撑层（2）、第一连接层（4）及第二连接层（7）间形成安装孔（11），所述安装孔（11）贯通绝缘支撑层（2）、第一连接层（4）及第二连接层（7）；安装孔（11）内安装有透光芯片（5），所述透光芯片（5）通过连接线（6）与第二连接层（7）电连接；第二连接层（7）上设有玻璃封盖（9），所述玻璃封盖（9）位于封装槽（17）槽口的正上方，玻璃封盖（9）与下方的封装槽（17）间形成用于透光的空腔（12）；第二连接层（7）上设有与第二连接层（7）电连接的连接电极。

2.根据权利要求1所述的基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构，其特征是：所述透光芯片（5）通过芯片连接层（3）安装于安装孔（11）内，并支撑于封装槽（17）槽底对应的硅衬底（1）表面。

3.根据权利要求1所述的基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构，其特征是：所述连接电极为金属连接球形电极（27）或带状电极（8）。

4.根据权利要求1所述的基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构，其特征是：所述玻璃封盖（9）上设有连接凸块（25），所述连接凸块（25）上设有封盖连接层（10），玻璃封盖（9）通过封盖连接层（10）与第二连接层（7）连接固定。

5.根据权利要求1所述的基于硅衬底和玻璃封盖的透光封装结构，其特征是：所述透光芯片（5）包括影像传感器、环境光源传感器或发光二极管。

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