CN204991710U - 封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种封装结构,所述封装结构包括:芯片单元,所述芯片单元的第一表面包括感应区域;上盖板,所述上盖板的第一表面具有支撑结构,所述上盖板覆盖所述芯片单元的第一表面,所述支撑结构位于所述上盖板和所述芯片单元之间,且所述感应区域位于所述支撑结构和所述芯片单元的第一表面围成的空腔之内;其中,所述上盖板具有预设厚度,使得从所述上盖板的侧壁反射的光线不能直接照射所述感应区域。本实用新型的封装结构可以减少入射至所述感应区域的干扰光线。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域,尤其涉及一种封装结构。
背景技术
传统技术上,IC芯片与外部电路的连接是通过金属引线键合(WireBonding)的方式实现。随着IC芯片特征尺寸的缩小和集成电路规模的扩大,引线键合技术不再适用。
晶圆级芯片封装(WaferLevelChipsizePackaging,WLCSP)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一致。晶圆级芯片封装技术颠覆了传统封装如陶瓷无引线芯片载具(CeramicLeadlessChipCarrier)、有机无引线芯片载具(OrganicLeadlessChipCarrier)的模式,顺应了市场对微电子产品日益轻、小、短、薄化和低价化要求。经晶圆级芯片封装技术封装后的芯片达到了高度微型化,芯片成本随着芯片的减小和晶圆尺寸的增大而显著降低。晶圆级芯片封装技术是可以将IC设计、晶圆制造、封装测试、整合为一体的技术,是当前封装领域的热点和发展趋势。
影像传感器芯片作为一种可以将光学图像转换成电子信号的芯片,其具有感应区域。当利用现有的晶圆级芯片封装技术对影像传感器芯片进行封装时,为了在封装过程中保护上述的感应区域不受损伤和污染,通常会在感应区域位置形成一个上盖基板。所述上盖基板在完成晶圆级芯片封装后,可以继续保留,在影像传感器芯片的使用过程中继续保护感应区域免受损伤和污染。
但是,采用上述晶圆级芯片封装技术形成的影像传感器性能不佳。
实用新型内容
本实用新型解决的问题是现有技术形成的影像传感器性能不佳。
为解决上述问题,本实用新型实施例提供了一种封装结构。所述封装结构包括:芯片单元,所述芯片单元的第一表面包括感应区域;上盖板,所述上盖板的第一表面具有支撑结构,所述上盖板覆盖所述芯片单元的第一表面,所述支撑结构位于所述上盖板和所述芯片单元之间,且所述感应区域位于所述支撑结构和所述芯片单元的第一表面围成的空腔之内;其中,所述上盖板具有预设厚度,使得从所述上盖板的侧壁反射的光线不能直接照射所述感应区域。
可选地,所述预设厚度为50μm~200μm。
可选地,所述预设厚度为100μm。
可选地,所述预设厚度基于所述感应区域的宽度、所述支撑结构的宽度和高度确定。
可选地,所述封装结构还包括位于所述芯片单元第一表面和所述上盖板第一表面之间的粘合层。
可选地,所述芯片单元还包括:位于所述感应区域外的焊垫;从所述芯片单元的与第一表面相对的第二表面贯穿所述芯片单元的通孔,所述通孔暴露出所述焊垫;覆盖所述芯片单元第二表面和所述通孔侧壁表面的绝缘层;位于所述绝缘层表面且与所述焊垫电学连接的金属层;位于所述金属层和所述绝缘层表面的阻焊层,所述阻焊层具有暴露出部分所述金属层的开孔;填充所述开孔,并暴露在所述阻焊层表面之外的外接凸起。
与现有技术相比,本实用新型实施例的技术方案具有以下优点:
本实用新型实施例的封装结构包括芯片单元和上盖板,所述芯片单元的第一表面包括感应区域,所述上盖板的第一表面具有支撑结构,所述上盖板覆盖所述芯片单元的第一表面,所述支撑结构位于所述上盖板和所述芯片单元之间,且所述感应区域位于所述支撑结构和所述芯片单元的第一表面围成的空腔之内,并且所述上盖板具有预设厚度,厚度较薄,使得从所述上盖板的侧壁反射的光线不能直接照射所述感应区域,因此提高了作为影像传感器的封装结构的成像质量。
附图说明
图1示出了现有技术的影像传感器芯片的剖面结构示意图;
图2示出了本实用新型一实施例的封装结构的剖面结构示意图;
图3至图9示出了本实用新型一实施例的封装方法中所形成的中间结构的结构示意图。
具体实施方式
由背景技术可知,现有技术形成的影像传感器的性能不佳。
本实用新型的发明人对现有技术采用晶圆级芯片封装技术对影像传感器芯片进行封装的工艺进行了研究,发现现有技术形成的影像传感器的性能不佳的原因在于,在芯片封装过程中形成于感应区域之上的上盖基板会对进入感应区域的光线产生干扰,降低了成像质量。
具体地,参考图1,图1示出了现有技术形成的影像传感器芯片的剖面结构示意图。所述影像传感器芯片包括:衬底10;位于所述衬底10第一表面的感应区域20;位于所述衬底10第一表面,所述感应区域20两侧的焊垫21;从所述衬底10的与所述第一表面相对的第二表面贯穿所述衬底10的通孔(未标示),所述通孔暴露出所述焊垫21;位于所述通孔侧壁及衬底10第二表面的绝缘层11;从所述第二表面覆盖所述焊垫21及部分绝缘层11的线路层12;覆盖所述线路层12和绝缘层11的阻焊层13,所述阻焊层13具有开口;位于所述阻焊层13开口内通过所述线路层12与所述焊垫21电学连接的焊球14;位于所述衬底10第一表面的感应区域20周围的空腔壁31;以及位于所述空腔壁上的上盖基板30。所述上盖基板30与空腔壁21以及衬底10的第一表面构成空腔,使得所述感应器20位于所述空腔内,避免感应区20在封装和使用过程中受到污染和损伤。通常所述上盖基板30的厚度较大,例如400微米。
本实用新型的发明人发现,在上述的影像传感器芯片的使用过程中,光线I1入射影像传感器的上盖基板30,进入上盖基板30的部分光线会照射至上盖基板30的侧壁30s,产生折射和反射现象,反射光线如果入射至所述感应区域20,就会对影像传感器的成像造成干扰。在具体影像传感器的成像过程中,所述干扰体现为在反射光线I2光路的反方向上构成虚像,降低了成像质量。
此外,随着晶圆级芯片封装的微型化趋势,晶圆级芯片上集成的传感器芯片的封装体越多,单个成品芯片封装体的尺寸越小,上盖基板30的侧壁与感应区20边缘的距离也越来越近,上述的干扰现象也更为明显。
基于以上研究,本实用新型实施例提供了一种封装结构和形成所述封装结构的封装方法。所述封装结构包括芯片单元和上盖板,所述芯片单元的第一表面包括感应区域,所述上盖板的第一表面具有支撑结构,所述上盖板覆盖所述芯片单元的第一表面,所述支撑结构位于所述上盖板和所述芯片单元之间,且所述感应区域位于所述支撑结构和所述芯片单元的第一表面围成的空腔之内。本实用新型的封装结构中,所述上盖板具有预设厚度,使得从所述上盖板的侧壁反射的光线不能直接照射所述感应区域,减少了进入感应区域的干扰光线,提高了所述感应区域的成像质量。对应的,本实用新型实施例形成上述封装结构的封装方法也具有以上优点。
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂,下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
需要说明的是,提供这些附图的目的是有助于理解本实用新型的实施例,而不应解释为对本实用新型的不当的限制。为了更清楚起见,图中所示尺寸并未按比例绘制,可能会做放大、缩小或其他改变。
首先,本实用新型实施例提供了一种封装结构。参考图2,所述封装结构包括芯片单元210,所述芯片单元210具有第一表面210a和与所述第一表面210a相对的第二表面210b,所述第一表面210a包括感应区域211;上盖板330,所述上盖板330包括第一表面330a和与所述第一表面330a相对的第二表面330b,所述第一表面330a具有支撑结构320,所述上盖板330覆盖所述芯片单元210的第一表面210a,所述支撑结构320位于所述上盖板330和所述芯片单元210之间,且所述感应区域211位于所述支撑结构320和所述芯片单元210的第一表面210a围成的空腔之内;其中,所述上盖板330具有预设厚度,使得从所述上盖板330的侧壁330s反射的光线不能直接照射所述感应区域211。
本实用新型实施例中,所述上盖板330的预设厚度为50μm~200μm,例如100μm。由于所述上盖板330的厚度较薄,可以使得从所述上盖板330的侧壁330s反射的光线不能直接照射所述感应区域211。所述直接照射是指光线不经过其他界面的反射而产生的照射。具体地,本实用新型实施例的封装结构与图1所示的现有技术的影像传感器相比,相同的入射光线I1,在图1中,会入射所述影像传感器的上盖基板30,并在上述上盖基板30的侧壁30s处发生反射,照射感应区域20,干扰感应区域20的成像;而参考图2,在本实用新型实施例的封装结构中,所述上盖板330具有预设厚度,例如100μm,厚度较薄,所述光线I1不会进入所述上盖板330,也就不会在所述上盖板330的侧壁330s产生反射光线,不会对感应区域211产生干扰。
在一些实施例中,所述上盖板330的预设厚度基于所述感应区域330的宽度、所述支撑结构320的宽度和高度确定。具体地,继续参考图2,假设光线I3可以入射所述上盖板330,并在侧壁330s发生反射,在一些情况下,所述反射光线为I4,I4经所述上盖板330的侧壁330s反射后,照射至所述支撑结构320的顶表面,因此,反射光线I4能否直接照射至所述感应区域211与所述支撑结构320的宽度有关;在另一些情况下,所述反射光线为I5,I5经过所述上盖板330的侧壁330s反射后,进入所述感应区域211所在的空腔,并越过所述感应区域211照射至相对侧的支撑结构320上,因此,反射光线I5能否直接照射至所述感应区域211还与所述支撑结构320的高度和所述感应区域221的宽度有关,也就是与所述感应区域211所在的空腔的形状有关。综上,本实用新型实施中,为了使得从所述上盖板330的侧壁330s反射的光线不能直接照射所述感应区域211,所述上盖板330的预设厚度需要基于所述感应区域211的宽度、所述支撑结构320的宽度和高度确定。
在其他一些实施例中,所述上盖板330的预设厚度的确定还需要考虑所述感应区域211与所述支撑结构320内侧壁之间的距离,以及所述上盖板330的折射率等因素。总之,只要使得所述上盖板330的预设厚度使得从所述上盖板330的侧壁330s发射的光线不能直接照射所述感应区域211即可。
本实施例中,所述封装结构还包括:位于所述感应区域211外的焊垫212;从所述芯片单元210的与第一表面210a相对的第二表面210b贯穿所述芯片单元210的通孔(未标示),所述通孔暴露出所述焊垫212;覆盖所述芯片单元210第二表面210b和所述通孔侧壁表面的绝缘层213;位于所述绝缘层213表面且与所述焊垫212电学连接的金属层214;位于所述金属层214和所述绝缘层213表面的阻焊层215,所述阻焊层215具有暴露出部分所述金属层214的开孔(未标示);填充所述开孔,并暴露在所述阻焊层215表面之外的外接凸起216。上述的结构可以将感应区域211通过所述焊垫212、金属层214和外接凸起216与外部电路连接,传输相应的电信号。
对应地,本实用新型实施例提供了一种封装方法,用于形成如图2所示的封装结构。请参考图3至图9,为本实用新型实施例的封装方法的封装过程中形成的中间结构示意图。
首先,参考图3和4,提供待封装晶圆200,其中,图3为所述待封装晶圆200的俯视结构示意图,图4为图3沿AA1方向的剖视图。
所述待封装晶圆200具有第一表面200a和与所述第一表面相对200a相对的第二表面200b。所述待封装晶圆200的第一表面200a上具有多个芯片单元210和位于所述芯片单元210之间的切割道区域220。
本实施例中,所述待封装晶圆200上的多个芯片单元210呈阵列排布,所述切割道区域220位于相邻的芯片单元210之间,后续沿所述切割道区域220对所述待封装晶圆200进行切割,可以形成多个包括所述芯片单元210的芯片封装结构。
本实施例中,所述芯片单元210为图像传感器芯片单元,所述芯片单元210具有感应区211和位于所述感应区域211之外的焊垫212。所述感应区域211为光学感应区,例如,可以由多个光电二极管阵列排布形成,所述光电二极管可以将照射至所述感应区域211的光学信号转化为电学信号。所述焊垫212作为所述感应区域211内器件与外部电路连接的输入和输出端。在一些实施例中,所述芯片单元210形成于硅衬底上,所述芯片单元210还包括形成于所述硅衬底内的其他功能器件。
需要说明的是,在本实用新型实施例的封装方法的后续步骤中,为了简单明了起见,仅以图3所示的沿所述待封装晶圆200的AA1方向的截面图为例进行说明,在其他区域执行相似的工艺步骤。
接着,参考图5,提供封盖基板300,所述封盖基板300包括第一表面300a以及与所述第一表面300a相对的第二表面300b,在所述封盖基板300的第一表面300a上形成多个支撑结构320,所述支撑结构320与所述第一表面300a围成的凹槽结构与所述待封装晶圆200上的感应区域211相对应。
本实施例中,所述封盖基板300在后续工艺中覆盖所述待封装晶圆200的第一表面200a,用于对所述待封装晶圆200上的感应区域211进行保护。由于需要光线透过所述封盖基板300到达感应区域211,因此,所述封盖基板300具有较高的透光性,为透光材料。所述封盖基板300的两个表面300a和300b均平整、光滑,不会对入射光线产生散射、漫反射等。具体地,所述封盖基板300的材料可以为无机玻璃、有机玻璃或者其他具有特定强度的透光材料。
在一些实施例中,所述支撑结构320通过在所述封盖基板300的第一表面300a上沉积支撑结构材料层后刻蚀形成。具体地,首先形成覆盖所述封盖基板300第一表面300a的支撑结构材料层(未示出),接着对所述支撑结构材料层进行图形化,去除部分所述支撑结构材料层后,形成所述支撑结构320。所述支撑结构320与所述第一表面300a围成的凹槽结构在所述封盖基板300上的位置与所述感应区域211在所述待封装晶圆200上位置相对应,从而使得在后续的结合工艺后,所述感应区域211可以位于所述支撑结构320与所述凹槽内。在一些实施例中,所述支撑结构材料层的材料为湿膜或干膜光刻胶,通过喷涂、旋涂或者黏贴等工艺形成,对所述支撑结构材料层进行曝光和显影进行图形化后形成所述支撑结构320。在一些实施例中,所述支撑结构材料层还可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘介质材料,通过沉积工艺形成,后续采用光刻和刻蚀工艺进行图形化形成所述支撑结构320。
在其他一些实施例中,所述支撑结构320还可以通过对所述封盖基板300进行刻蚀后形成。具体地,可以在所述封盖基板300上形成图形化的光刻胶层,然后再以所述图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀所述封盖基板300,在所述封盖基板300内形成所述支撑结构320,所述支撑结构320即为所述封盖基板300第一表面300a上的凸起部分。
本实用新型实施例中,所述封盖基板300具有预设厚度,后续在将所述封盖基板进行切割形成封装结构的上盖板后,所述上盖板也具有所述预设厚度,使得从所述上盖板的侧壁反射的光线不能直接照射所述芯片单元的感应区域211。在一些实施例中,所述预设厚度可以为50μm~200μm,例如,100μm。
在一些实施例中,直接提供具有预设厚度的封盖基板300,后续在所述封盖基板300上形成支撑结构320并与所述待封装晶圆200结合。在另一些实施例中,提供具有大于所述预设厚度的封盖基板300,在所述封盖基板300的第一表面300a上形成支撑结构320后,再从所述第二表面300b对所述封盖基板300进行减薄至所述预设厚度,具有较大厚度的封盖基板300可以在形成所述支撑结构320的过程中提供更强的机械支撑,避免损坏。在另一些实施例中,提供具有大于所述预设厚度的封盖基板300,在所述封盖基板300形成支撑结构320,并将所述封盖基板320与所述待封装晶圆200结合后,再从所述封盖基板的第二表面300b对所述封盖基板300进行减薄至所述预设厚度,同样地,具有较大厚度的封盖基板300可以为后续工艺提供更强的机械支撑。上述的减薄工艺可以采用掩膜、刻蚀等工艺,本实用新型对此不作限定。
接着,参考图6,将所述封盖基板300的第一表面300a与所述待封装晶圆200的第一表面200a相对结合,所述支撑结构320位于所述封盖基板300的第一表面300a与所述待封装晶圆200的第一表面200a之间,使得所述支撑结构320与所述待封装晶圆200的第一表面200a围成空腔(未标示),所述感应区域211位于所述空腔内。
本实施例中,通过粘合层(未示出)将所述封盖基板300和所述待封装晶圆200相结合。例如,可以在所述封盖基板300第一表面300a的支撑结构320的顶表面上,和/或所述待封装晶圆200的第一表面200a上,通过喷涂、旋涂或者黏贴的工艺形成所述粘合层,再将所述封盖基板300的第一表面300a与所述待封装晶圆200的第一表面200a相对压合,通过所述粘合层结合。所述粘合层既可以实现粘接作用,又可以起到绝缘和密封作用。所述粘合层可以为高分子粘接材料,例如硅胶、环氧树脂、苯并环丁烯等聚合物材料。
本实施例中,将所述封盖基板300的第一表面300a与所述待封装晶圆200的第一表面200a相对结合后,所述支撑结构320与所述待封装晶圆200的第一表面200a围成空腔。所述空腔的位置与所述感应区域211的位置相对应,且所述空腔面积略大于所述感应区域211的面积,可以使得所述感应区域211位于所述空腔内。本实施例中,将所述封盖基板300和所述待封装晶圆200相结合后,所述待封装晶圆200上的焊垫212被所述封盖基板300上的支撑结构320覆盖。所述封盖基板300可以在后续工艺中,起到保护所述待封装晶圆200的作用。
接着,参考图7,对所述待封装晶圆200进行封装处理。
具体地,首先,从所述待封装晶圆200的第二表面200b对所述待封装晶圆200进行减薄,以便于后续通孔的刻蚀,对所述待封装晶圆200的减薄可以采用机械研磨、化学机械研磨工艺等;接着,从所述待封装晶圆200的第二表面200b对所述待封装晶圆200进行刻蚀,形成通孔(未标示),所述通孔暴露出所述待封装晶圆200第一表面200a一侧的焊垫212;接着,在所述待封装晶圆200的第二表面200b上以及所述通孔的侧壁上形成绝缘层213,所述绝缘层213暴露出所述通孔底部的焊垫212,所述绝缘层213可以为所述待封装晶圆200的第二表面200b提供电绝缘,还可以为所述通孔暴露出的所述待封装晶圆200的衬底提供电绝缘,所述绝缘层213的材料可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者绝缘树脂;接着,在所述绝缘层213表面形成连接所述焊垫212的金属层214,所述金属层214可以作为再布线层,将所述焊垫212引至所述待封装晶圆200的第二表面200b上,再与外部电路连接,所述金属层214经过金属薄膜沉积和对金属薄膜的刻蚀后形成;接着,在所述金属层214表面及所述绝缘层213表面形成具有开孔(未标示)的阻焊层215,所述开孔暴露出部分所述金属层214的表面,所述阻焊层215的材料为氧化硅、氮化硅等绝缘介质材料,用于保护所述金属层214;再接着,在所述阻焊层215的表面上形成外接凸起216,所述外接凸起216填充所述开孔,所述外接凸起216可以为焊球、金属柱等连接结构,材料可以为铜、铝、金、锡或铅等金属材料。
对所述待封装晶圆200进行封装处理后,可以使得后续切割获得的芯片封装结构通过所述外接凸起216与外部电路连接。所述芯片单元的感应区域211在将光信号转换为电信号后,所述电信号可以依次通过所述焊垫212、金属层214和外接凸起216,传输至外部电路进行处理。
接着,参考图8和图9,沿所述切割道区域220(同时参考图4)对所述待封装晶圆200和所述封盖基板300进行切割,形成多个如图2所示的封装结构。所述封装结构包括芯片单元210;以及位于所述芯片单元210上的由切割所述封盖基板300形成的上盖板330,所述上盖板330具有预设厚度,使得从所述上盖板330的侧壁330s反射的光线不能直接照射所述感应区域。
本实施例中,对所述待封装晶圆200和所述封盖基板300的切割包括第一切割工艺和第二切割工艺。具体地,参考图8,首先,执行第一切割工艺,所述第一切割工艺沿如图4所示的切割道区域220从所述待封装晶圆200的第二表面200b开始切割,直至到达所述待封装晶圆200的第一表面200a形成第一切割沟槽410。所述第一切割工艺可以采用切片刀切割或者激光切割,所述切片刀切割可以采用金属刀或者树脂刀。
接着,参考图9,执行第二切割工艺,所述第二切割工艺沿与图4所述的切割道区域220对应的区域从所述封盖基板300的第二表面300b开始,对所述封盖基板300切割,直至到达所述待封装晶圆200的第一表面200a,形成贯通所述第一切割沟槽410的第二切割沟槽420,同时形成多个封装结构,从而完成切割工艺。所述第二切割工艺也可以采用切片刀切割或者激光切割。
在其他一些实施例中,所述第二切割工艺也可以沿所述第一切割沟槽410从所述封盖基板300的第一表面300a继续切割所述封盖基板300,形成贯穿所述封盖基板300的第二切割沟槽420,完成切割。
需要说明的是,在其他一些实施例中,所述第一切割工艺可以在所述第二切割工艺之后执行;在其他一些实施例中,还可以仅通过一次切割工艺完成对所述待封装晶圆200和所述封盖基板300的切割,本实用新型对此不作限定。
关于本实用新型实施例的封装方法所形成的封装结构的具体描述可以参考对于图2所示的封装结构的描述,在此不再赘述。
虽然本实用新型披露如上,但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本实用新型的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (6)
1.一种封装结构,其特征在于,包括:
芯片单元,所述芯片单元的第一表面包括感应区域;
上盖板,所述上盖板的第一表面具有支撑结构,所述上盖板覆盖所述芯片单元的第一表面,所述支撑结构位于所述上盖板和所述芯片单元之间,且所述感应区域位于所述支撑结构和所述芯片单元的第一表面围成的空腔之内;
其中,所述上盖板具有预设厚度,使得从所述上盖板的侧壁反射的光线不能直接照射所述感应区域。
2.如权利要求1所述的封装结构,其特征在于,所述预设厚度为50μm~200μm。
3.如权利要求2所述的封装结构,其特征在于,所述预设厚度为100μm。
4.如权利要求1所述的封装结构,其特征在于,所述预设厚度基于所述感应区域的宽度、所述支撑结构的宽度和高度确定。
5.如权利要求1所述的封装结构,其特征在于,还包括:位于所述芯片单元第一表面和所述上盖板第一表面之间的粘合层。
6.如权利要求1所述的封装结构,其特征在于,所述芯片单元还包括:
位于所述感应区域外的焊垫;
从所述芯片单元的与第一表面相对的第二表面贯穿所述芯片单元的通孔,所述通孔暴露出所述焊垫;
覆盖所述芯片单元第二表面和所述通孔侧壁表面的绝缘层;
位于所述绝缘层表面且与所述焊垫电学连接的金属层;
位于所述金属层和所述绝缘层表面的阻焊层,所述阻焊层具有暴露出部分所述金属层的开孔;
填充所述开孔,并暴露在所述阻焊层表面之外的外接凸起。
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