CN215312439U - 一种流体检测芯片的封装结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及芯片封装技术领域，公开了一种流体检测芯片的封装结构。流体检测芯片的封装结构包括透明盖板、晶圆片、围堰和焊球。透明盖板上垂直开设有通液孔。晶圆片包括相背设置的第一端面和第二端面，第一端面上设有感光检测区和焊垫，第二端面上设有刻蚀凹部，焊垫与刻蚀凹部正对设置。围堰首尾相连呈封闭状，且围堰的一端与透明盖板连接，另一端与晶圆片连接，以使透明盖板、晶圆片和围堰之间形成空腔，感光检测区置于空腔内，通液孔与空腔正对设置。焊球设置在第二端面上并与焊垫电连接。本实用新型提高了检测结果的准确性与可靠性，降低了生产难度和生产成本，提高了生产效率。

Description

一种流体检测芯片的封装结构

技术领域

本实用新型涉及芯片封装技术领域，尤其涉及一种流体检测芯片的封装结构。

背景技术

近几年，半导体产业发展迅猛，半导体芯片具有尺寸小、灵敏度、易集成等优势，近年来获得了广泛的研究和应用。微流控芯片因功能单元尺寸小、精度高和检测快速方便等优点，在细胞分析方面表现出了明显的优势。该技术可以将现行所有的细胞分析步骤和过程整合于一块芯片上，实现分析操作的一体化，可以减少操作过程中对细胞样本的损伤和污染，非常适合少量细胞特征参数的快速高灵敏检测。本实用新型提供的流体检测芯片就是此种微流控芯片，一些流体检测芯片的晶圆片上一般凹设有微流道，微流道底部设置感光检测区，将例如血液等液体通过微流道流向感光检测区，并对感光检测区进行光照，即可自动完成分析全过程。现有技术中，为了防止流体污染，会在感光检测区上方覆盖一层封装盖板，晶圆片与封装盖板之间通过胶层连接，为了保证检测过程中的光照，一般在胶层上开设透光孔，透光孔与感光检测区相对应。此种结构的加工过程复杂，降低了生产效率，提高了生产成本。而且仅在对应感光检测区的胶层上开设透光孔，使得微流道内的其他区域不可见，无法排除其他因素对检测结果的影响。

基于此，亟需一种流体检测芯片的封装结构用来解决如上提到的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种流体检测芯片的封装结构，提高了检测结果的准确性与可靠性，降低了生产难度和生产成本，提高了生产效率。

为达此目的，本实用新型采用以下技术方案：

一种流体检测芯片的封装结构，包括：

透明盖板，所述透明盖板上垂直开设有通液孔；

晶圆片，包括相背设置的第一端面和第二端面，所述第一端面上设有感光检测区和焊垫，所述第二端面上设有刻蚀凹部，所述焊垫与所述刻蚀凹部正对设置；

围堰，所述围堰首尾相连呈封闭状，且所述围堰的一端与所述透明盖板连接，另一端与所述晶圆片连接，以使所述透明盖板、所述晶圆片和所述围堰之间形成空腔，所述感光检测区置于所述空腔内，所述通液孔与所述空腔正对设置；

焊球，设置在所述第二端面上并与所述焊垫电连接。

优选地，所述流体检测芯片的封装结构还包括金属导电层，所述金属导电层设置在所述第二端面上和所述刻蚀凹部内，所述金属导电层与所述焊垫和所述焊球均电连接。

优选地，所述流体检测芯片的封装结构还包括钝化层，所述钝化层设置在所述晶圆片与所述金属导电层之间。

优选地，所述刻蚀凹部内的所述钝化层上开设有激光孔，所述激光孔与所述焊垫正对设置，所述金属导电层通过所述激光孔电连接于所述焊垫。

优选地，所述流体检测芯片的封装结构还包括阻焊层，所述阻焊层设置在所述金属导电层相背于所述晶圆片的一侧；且所述阻焊层上开设有开口，所述焊球的一端置于所述开口内并与所述金属导电层电连接，另一端凸出于所述开口。

优选地，所述晶圆片与所述围堰之间设置有键合胶层。

优选地，所述空腔的横截面呈圆形、椭圆形、长方形、U形或Z形。

优选地，所述透明盖板的材质为玻璃。

优选地，所述金属导电层由钛层、铜层、镍层和金层依次叠放组成，所述钛层与所述钝化层连接。

优选地，所述金属导电层由铝层、镍层和金层依次叠放组成，所述铝层与所述钝化层连接。

本实用新型的有益效果：

本实施例提供的流体检测芯片的封装结构，采用在透明盖板上开设通液孔，且透明盖板、晶圆片和围堰之间围成空腔，感光检测区和通液孔对应设置在空腔内，空腔作为微流道，流体能够直接通过通液孔进入空腔内，且光能够通过透明盖板直接照射至感光检测区上。本实施例提供的封装结构，透明盖板使得流体在进入芯片后的各个过程均可见，能够排除其他因素对于检测结果的影响，从而提高了检测结果的准确性与可靠性，且结构简单，省去了在晶圆片上加工微流道的过程，降低了生产难度和生产成本，提高了生产效率。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的流体检测芯片的封装结构的截面图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本实用新型实施例提供的围堰第一种横截面形状的结构示意图；

图4是本实用新型实施例提供的围堰第二种横截面形状的结构示意图；

图5是本实用新型实施例提供的围堰第三种横截面形状的结构示意图；

图6是本实用新型实施例提供的围堰第四种横截面形状的结构示意图；

图7是本实用新型实施例提供的围堰第五种横截面形状的结构示意图；

图8是本实用新型实施例提供的在带通液孔的透明盖板上设置围堰后的结构示意图；

图9是本实用新型实施例提供的将围堰与晶圆片键合后的结构示意图；

图10是本实用新型实施例提供的减薄晶圆片后的结构示意图；

图11是本实用新型实施例提供的在晶圆片上形成第一种形式的刻蚀凹部的结构示意图；

图12是本实用新型实施例提供的在晶圆片上形成第二种形式的刻蚀凹部的结构示意图；

图13是本实用新型实施例提供的在晶圆片上形成第三种形式的刻蚀凹部的结构示意图；

图14是本实用新型实施例提供的在钝化层上设置钝化层和金属导电层后的结构示意图；

图15是本实用新型实施例提供的在金属导电层上设置阻焊层后的结构示意图；

图16是本实用新型实施例提供的在晶圆片上划分出单颗芯片的结构示意图。

图中：

10、单颗芯片；

1、透明盖板；11、通液孔；

2、晶圆片；21、感光检测区；22、刻蚀凹部；23、焊垫；

3、围堰；31、空腔；4、钝化层；5、金属导电层；

6、焊球；7、键合胶层；8、阻焊层。

具体实施方式

为使本实用新型解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施例的技术方案做进一步的详细描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域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，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”、“固定”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下面结合附图并通过具体实施方式来进一步说明本实用新型的技术方案。

本实施例提供了一种流体检测芯片的封装结构。具体地，如图1-图2所示，流体检测芯片的封装结构包括透明盖板1、晶圆片2、围堰3和焊球6。透明盖板上垂直开设有通液孔11。晶圆片2包括相背设置的第一端面和第二端面，第一端面上设有感光检测区21和焊垫23，第二端面上设有刻蚀凹部22，焊垫23 与刻蚀凹部22正对设置。围堰3首尾相连呈封闭状，且围堰3的一端与透明盖板1连接，另一端与晶圆片2连接，以使透明盖板1、晶圆片2和围堰3之间形成空腔31，感光检测区21置于空腔31内，通液孔11与空腔31正对设置。焊球6设置在第二端面上并与焊垫23电连接。本实施例提供的流体检测芯片的封装结构，采用在透明盖板1上开设通液孔11，且透明盖板1、晶圆片2和围堰3 之间围成空腔31，感光检测区21和通液孔11对应设置在空腔31内，空腔31 作为微流道，流体能够直接通过通液孔11进入空腔31内，且光能够通过透明盖板1直接照射至感光检测区21上。本实施例提供的封装结构，透明盖板1使得流体在进入芯片后的各个过程均可见，能够排除其他因素对于检测结果的影响，从而提高了检测结果的准确性与可靠性，且结构简单，省去了在晶圆片2 上加工微流道的过程，降低了生产难度和生产成本，提高了生产效率。

在本实施例中，通液孔11为两个，一个通液孔11作为进液孔，另一个作为出液孔。在其他实施例中，通液孔11的数量还可适应性调整，在此不作限定。

在本实施例中，晶圆片2与围堰3之间设置有键合胶层7，保证了晶圆片2 与围堰3之间的键合的牢固程度，提高了芯片的结构强度和实用性。具体通过键合机将晶圆片2与围堰3键合。在其他实施例中，晶圆片2与围堰3还可以不通过键合胶层直接键合，在此不作限定。

如图3-图7所示，优选地，提供了五种空腔31横截面的形状。空腔31的横截面呈圆形(图3)、椭圆形(图4)、长方形(图5)、U形(图6)或Z形(图 7)。具体实际形状可根据实际情况而调整，围堰3形成的空腔31作为被检测的液体的流道，保证每个通液孔11均与空腔31连通。

优选地，透明盖板1的材质为玻璃。玻璃的绝缘性、透光性和散热性较好，且具有一定的结构强度，能够观察到液体检测的过程，保证了检测的可靠性，而且避免了芯片温度过高，影响检测过程，提高了芯片的实用性，也能很好的保护被检测的液体，避免了空气中的杂质影响检测过程，提高了检测结果的精确性与可靠性。在其他实施例中，透明盖板1的材质还可以为有机薄膜。

在本实施例中，刻蚀凹部22可为直孔、TSV孔或斜切槽，具体实际形状可根据实际情况而调整。

具体地，流体检测芯片的封装结构还包括金属导电层5。金属导电层5设置在第二端面上和刻蚀凹部22内，金属导电层5与焊垫23和焊球6均电连接。设置金属导电层5能够实现将焊垫23与焊球6电连接，保证焊球6能够与晶圆片2电连接，便于采用焊球6进行测试芯片或监测流体，且将金属导电层5作为重布线层，便于根据实际需求在晶圆片2上布线，提高了实用性。在本实施例中，金属导电层5通过电镀的方式加工到晶圆片2上，且金属导电层5的材质可为铜等导电材质。

进一步地，流体检测芯片的封装结构还包括钝化层4。钝化层4设置在晶圆片2与金属导电层5之间。保证了晶圆片2与金属导电层5之间的绝缘性，并保护晶圆片2，提高了芯片的耐用性和实用性。在本实施例中，钝化层4的材质为聚酰胺(polyamide，缩写PA)。在其他实施例中，钝化层4可由其他绝缘材料制成，在此不作限定。

在一些实施例中，金属导电层5由钛层、铜层、镍层和金层依次叠放组成，钛层与钝化层4连接。在另一些实施例中，金属导电层5由铝层、镍层和金层依次叠放组成，铝层与钝化层4连接。可以理解的是，金属导电层5的材质还可根据时机需求而调整，在此不作限定。金属导电层5的厚度为2～20μm。

具体地，刻蚀凹部22内的钝化层4上开设有激光孔。激光孔与焊垫23正对设置，金属导电层5通过激光孔电连接于焊垫23。开设激光孔，便于金属导电层5与焊垫23电连接，从而实现焊球6与焊垫23之间的电连接。在本实施例中，激光孔通过激光打孔的方式开设形成，使得焊垫23通过激光孔露出，金属导电层5直接延伸至焊垫23上，实现焊垫23与金属导电层5电连接。在其他实施例中，还可通过其他工艺开设孔，便于金属导电层5与焊垫23电连接，在此不作限定。

优选地，流体检测芯片的封装结构还包括阻焊层8。阻焊层8设置在金属导电层5相背于晶圆片2的一侧；且阻焊层8上开设有开口，焊球6的一端置于开口内并与金属导电层5电连接，另一端凸出于开口。设置阻焊层8，具有绝缘作用也能够保护金属导电层5，避免金属导电层5被侵蚀，提高了芯片的耐用性和实用性。在阻焊层8上设置开口，便于露出金属导电层5，实现焊球6与金属导电层5之间的电连接。具体地，阻焊层8为绝缘材质。

本实施例提供的芯片封装结构使用如下方法封装。方法包括：

S1、提供带有通液孔11的透明盖板1；

S2、在带孔的透明盖板1上制作围堰3；

S3、提供晶圆片2，晶圆片2的第一端面上设置感光检测区21和焊垫23；

S4、将带有围堰3的透明盖板1与晶圆片2的第一端面键合；

S5、磨削晶圆片2的第二端面，减薄晶圆片2至预设厚度；

S6、在磨削后的第二端面上刻蚀形成刻蚀凹部22；

S7、在晶圆片2的第二端面上设置焊球6；

S8、对晶圆片2切割，形成单颗芯片10。

本实施例提供的流体检测芯片的封装方法，将透明盖板1与晶圆片2之间通过围堰3连接，三者之间形成空腔31作为微流道，液体能够通过通液孔11 进入微流道，流向感光检测区21，实现液体的检测过程。避免了在晶圆片2上开设微流道，降低了生产与封装的操作难度和生产成本，提高了生产效率。且先对晶圆片2封装再切割形成多个单颗芯片10，避免了因刻蚀的过程中芯片尺寸过小而降低加工精度，从而提高了刻蚀凹部22的精度。

如图8-图16所示为本实施例提供的流体检测芯片的封装方法的分步过程图，参照图8-图16，详细说明流体检测芯片的封装方法。

S1、提供带有通液孔11的透明盖板1；

在本实施例中，采用开设有通液孔11的玻璃板作为透明盖板1。玻璃片可为圆形或方形。

S2、在带孔的透明盖板1上制作围堰3。

具体地，如图8所示，围堰3通过光刻工艺固定在透明盖板1上，将光刻胶涂抹在透明盖板1上，使用光刻仪在透明盖板1上制作光阻层作为围堰3。围堰3能够围成的空腔31的横截面可为圆形、椭圆形、长方形、U形或Z形。

具体地，步骤S2之后，还包括：S21、清洗带有围堰3的透明盖板1。

具体地，一般通过等离子体轰击被清洗产品表面，实现分子级水平的污染物去除，或将带有围堰3的玻璃盖板1浸泡在药液内的方式来实现，清洗透明盖板1，有利于改善封装后流体检测芯片的空腔31内的环境，避免了空腔31内残留粉尘与光刻胶等杂质，避免了其他因素影响测试结果，保证了检测芯片的在检测液体的测试结果的准确性与可靠性。此外，在清洗透明盖板1后，挑选完整的透明盖板1进行后续的封装步骤，保证后续芯片产品的合格率。

S3、提供晶圆片2，晶圆片2的第一端面上设置感光检测区21和焊垫23。

具体地，晶圆片2上均匀间隔布置有多个感光测试区21和多个焊垫23。

S4、将带有围堰3的透明盖板1与晶圆片2的第一端面键合；

如图9所示，具体地，在步骤S4的键合过程中，为了保证液体能够通过通液孔11进入空腔，并能够在空腔31内完成检测过程，需要保证透明盖板1上的通液孔11与流体检测芯片的感光检测区21相对应，使用对准机台进行键合前的对位，保证对位后透明盖板1上的通液孔11与感光检测区21能够精准匹配，保证流体检测芯片的功能性与实用性，也保证了检测过程的可见性。

进一步地，将透明盖板1与围堰3对位完成后，使用键合机台，通过密闭的真空环境下给定一定的压力温度，将对位好的晶圆片2与透明盖板1键合。避免了高温高压的键合过程，也降低了键合过程对于芯片及感光检测区21的影响，进一步保证了流体检测芯片的功能性与实用性。

在本实施例中，步骤S4中，具体为通过键合胶层7将透明盖板1的围堰3 与晶圆片2键合。在其他实施例中，透明盖板1与围堰3之间的键合构成还可以部设置键合胶层7，或通过其他方式将透明盖板1与晶圆片1连接，在此不作限定。

S5、磨削晶圆片2的第二端面，减薄晶圆片2至预设厚度。

具体地，如图10所示，根据实际芯片的高度要求，直接通过磨削来物理减薄晶圆片2的高度，并可根据实际需求适应性调整。

S6、在磨削后的第二端面上刻蚀形成刻蚀凹部22。

具体地，如图11-图13所示，刻蚀凹部22具体可选择为TSV孔(图11)、直孔(图12)或斜面槽(图13)，可根据需求调整刻蚀凹部22的截面形状。且使用干法刻蚀的工艺加工刻蚀凹部22，既能够得到刻蚀凹部22也能去除晶圆片 2的表面应力。

S7、在晶圆片2的第二端面上设置焊球6。

如上述，流体检测芯片的封装结构还包括金属导电层5和阻焊层8，金属导电层5设置在第二端面上和刻蚀凹部22内，阻焊层8设置在金属导电层5相背于晶圆片2的一侧并与焊垫23电连接，阻焊层8上开设开口。

那么，步骤S7中，具体包括：

S71、在晶圆片2上设置金属导电层5。

金属导电层5便于芯片的重布线，提高了实用性。

且又根据前文的描述，流体检测芯片的封装结构还包括钝化层4，钝化层4 设置在晶圆片2与金属导电层5之间，刻蚀凹部22内的钝化层4上开设有激光孔，激光孔与焊垫23正对设置，金属导电层5通过激光孔电连接于焊垫23。

那么，步骤S71中，如图14所示，具体包括：

S711、在晶圆片2上设置钝化层4。

具体地，可采用涂抹或喷涂的方式将钝化层4铺设在晶圆片2上，提高了晶圆片2的第二端面与金属导电层5之间的绝缘性能。在喷涂钝化层4的过程中，可使用少量多次的喷涂方法，便于检查每层的喷涂质量。在其他实施例中，也可以通过PECVD(Plasma EnhancedChemical Vapor Deposition，等离子体增强化学的气相沉积法)在晶圆片2的表面上溅镀一层绝缘介质作为钝化层4；或是在使用PECVD的方法溅镀一层绝缘介质后，再在绝缘介质上喷涂一层PA层作为钝化层4。

S712、在刻蚀凹部22内的钝化层4上激光打孔形成激光孔，以使焊垫23 从激光孔中露出。

在钝化层4上开设激光孔，便于金属导电层5与焊垫23之间的导电连接，保证能够通过设置在金属导电层5上的焊球6进行芯片的使用与质检。

S713、在钝化层4相背于晶圆片2的一侧和激光孔内设置金属导电层5。

具体地，通过电镀、PVD(物理气相沉积)或化学镀等方式设置金属导电层 5，便于在芯片的晶圆片2上重布线的铺设。进一步地，首先在钝化层4上溅镀钛层和铜层或溅镀铝层，然后在铜层或铝层的预设位置上涂抹光刻胶，使用光刻仪进行曝光显影和湿法刻蚀的步骤，得到所需的重布线的图形，在所需的重布线的图形上通过置换反应将镍层和金层置换再铜层或铝层上。

S72、在金属导电层5上设置阻焊层8。

如图15所示，阻焊层8为绝缘材质，通过旋涂或喷涂的方式铺设在金属导电层5上，保护金属导电层5，并在阻焊层8上设置多个开口，便于设置焊球6。在喷涂阻焊层8的过程中，可使用少量多次的喷涂方法，便于检查每层的喷涂质量。在阻焊层8的预设位置上涂抹光刻胶，通过曝光显影得到具有开口的阻焊层8。

S73、焊球6置于阻焊层8上的开口内。

具体地，通过焊球印刷工艺或植球工艺将焊球6设置在阻焊层8上的开口内，以形成图1中的芯片的封装结构。焊球6的材质为金属锡或锡的合金，锡与金属导电层5的金层接触，能够实现电连接。

S8、对晶圆片2切割，形成单颗芯片10。

如图16所示，将晶圆片2根据多个感光检测区分别对应划分形成多个芯片封装，通过机械切割或激光切割将整个封装好的流体检测晶圆片切割为单颗的流体检测芯片，形成如图1所示的芯片封装结构。便于挑选合格的芯片，避免了不合格芯片流入后续生产加工过程。

显然，本实用新型的上述实施例仅仅是为了清楚说明本实用新型所作的举例，而并非是对本实用新型的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种流体检测芯片的封装结构，其特征在于，包括：

透明盖板(1)，所述透明盖板上垂直开设有通液孔(11)；

晶圆片(2)，包括相背设置的第一端面和第二端面，所述第一端面上设有感光检测区(21)和焊垫(23)，所述第二端面上设有刻蚀凹部(22)，所述焊垫(23)与所述刻蚀凹部(22)正对设置；

围堰(3)，所述围堰(3)首尾相连呈封闭状，且所述围堰(3)的一端与所述透明盖板(1)连接，另一端与所述晶圆片(2)连接，以使所述透明盖板(1)、所述晶圆片(2)和所述围堰(3)之间形成空腔(31)，所述感光检测区(21)置于所述空腔(31)内，所述通液孔(11)与所述空腔(31)正对设置；

焊球(6)，设置在所述第二端面上并与所述焊垫(23)电连接。

2.根据权利要求1所述的流体检测芯片的封装结构，其特征在于，所述流体检测芯片的封装结构还包括金属导电层(5)，所述金属导电层(5)设置在所述第二端面上和所述刻蚀凹部(22)内，所述金属导电层(5)与所述焊垫(23)和所述焊球(6)均电连接。

3.根据权利要求2所述的流体检测芯片的封装结构，其特征在于，所述流体检测芯片的封装结构还包括钝化层(4)，所述钝化层(4)设置在所述晶圆片(2)与所述金属导电层(5)之间。

4.根据权利要求3所述的流体检测芯片的封装结构，其特征在于，所述刻蚀凹部(22)内的所述钝化层(4)上开设有激光孔，所述激光孔与所述焊垫(23)正对设置，所述金属导电层(5)通过所述激光孔电连接于所述焊垫(23)。

5.根据权利要求2所述的流体检测芯片的封装结构，其特征在于，所述流体检测芯片的封装结构还包括阻焊层(8)，所述阻焊层(8)设置在所述金属导电层(5)相背于所述晶圆片(2)的一侧；且所述阻焊层(8)上开设有开口，所述焊球(6)的一端置于所述开口内并与所述金属导电层(5)电连接，另一端凸出于所述开口。

6.根据权利要求1所述的流体检测芯片的封装结构，其特征在于，所述晶圆片(2)与所述围堰(3)之间设置有键合胶层(7)。

7.根据权利要求1所述的流体检测芯片的封装结构，其特征在于，所述空腔(31)的横截面呈圆形、椭圆形、长方形、U形或Z形。

8.根据权利要求1所述的流体检测芯片的封装结构，其特征在于，所述透明盖板(1)的材质为玻璃。

9.根据权利要求3所述的流体检测芯片的封装结构，其特征在于，所述金属导电层(5)由钛层、铜层、镍层和金层依次叠放组成，所述钛层与所述钝化层(4)连接。

10.根据权利要求3所述的流体检测芯片的封装结构，其特征在于，所述金属导电层(5)由铝层、镍层和金层依次叠放组成，所述铝层与所述钝化层(4)连接。

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