CN102810549A - 图像传感器的晶圆级封装的制作方法 - Google Patents

Abstract

图像传感器的晶圆级封装的制作方法，包括：提供形成有多个图像传感器的晶圆，图像传感器一侧的表面具有引脚，图像传感器另一侧表面具有第一绝缘层，第一绝缘层覆盖图像传感器的表面和侧壁；在每一图像传感器引脚对应区域的第一绝缘层内形成通孔，通孔暴露出图像传感器引脚；在第一绝缘层表面形成焊盘，并在第一绝缘层表面和通孔侧壁，形成与焊盘和图像传感器的引脚电连接的金属线层；去除相邻图像传感器之间区域的金属线层，暴露出金属线层侧壁；形成包裹金属线层侧壁的第二绝缘层；在第二绝缘层包裹金属线层侧壁后，切割晶圆，形成独立的图像传感单元，所述图像传单元中金属线层侧壁由第二绝缘层包裹。封装后形成的图像传感单元的性能稳定。

Description

图像传感器的晶圆级封装的制作方法

技术领域

本发明涉及芯片封装领域，特别涉及一种图像传感器的晶圆级封装的制作方法。

背景技术

图像传感器是一种将一维或二维光学信息（optical information）转换为电信号的装置。图像传感器可以被进一步地分为两种不同的类型：互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器和电荷耦合器件（CCD）图像传感器。其中CMOS图像传感器具有比CCD图像传感器更广泛的应用。CMOS图像传感器包括用于感测辐射光的光电二极管以及用于将所感测的光处理为电信号数据的CMOS逻辑电路。

芯片级封装（Chip Scale Package,CSP）是一种广泛应用的图像传感器的封装技术。随着芯片的尺寸越来越小，功能越来越强，焊垫数目增多，间距变窄，相应地，对芯片封装也提出了较高的要求，晶圆级封装逐渐应用到图像传感器的封装中。

然而，现有技术采用晶圆级封装图像传感器时，形成的图像传感单元的性能不够稳定。

更多有关晶圆级封装的资料请公开号为CN101740422A的中国专利文件。

发明内容

本发明解决的问题是提供一种图像传感器的晶圆级封装的制作方法，形成的图像传感单元的性能稳定。

为解决上述问题，本发明的实施例提供了一种图像传感器的晶圆级封装的制作方法，包括：

提供形成有多个图像传感器的晶圆，所述图像传感器一侧的表面具有引脚，所述图像传感器另一侧表面具有第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述图像传感器的表面和侧壁；

在每一图像传感器引脚对应区域的第一绝缘层内形成通孔，所述通孔暴露出图像传感器引脚；

在所述第一绝缘层表面形成焊盘，并在第一绝缘层表面和通孔侧壁形成金属线层，所述金属线层与焊盘和图像传感器引脚电连接；

去除相邻图像传感器之间区域的金属线层，暴露出金属线层侧壁；

形成包裹所述金属线层侧壁的第二绝缘层；

在第二绝缘层包裹所述金属线层侧壁后，切割晶圆，形成独立的图像传感单元，所述图像传单元中金属线层侧壁由第二绝缘层包裹。

可选地，去除相邻两个图像传感器之间区域的金属线层的方法为：湿法刻蚀工艺。

可选地，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀溶液为由磷酸、硝酸和乙酸组合而成的三酸蚀刻液，所述三酸蚀刻液的比重为1.5-1.6，刻蚀温度为40摄氏度-60摄氏度。

可选地，去除相邻两个图像传感器之间区域的金属线层的方法为激光刻蚀工艺。

可选地，所述激光刻蚀时的激光功率为2瓦-10瓦。

可选地，在每一图像传感器引脚对应区域的第一绝缘层内形成通孔的个数为一个或多个。

可选地，所述第二绝缘层的材料为环氧树脂。

可选地，所述第二绝缘层的厚度为10微米-20微米。

可选地，还包括：刻蚀与所述焊盘相对应处的所述第二绝缘层，直至暴露出焊盘；在所述焊盘表面形成焊点。

可选地，还包括：提供基板，所述晶圆位于基板表面，且图像传感器的感光单元靠近所述基板表面；位于所述基板和晶圆之间的通孔基板，所述通孔基板暴露出图像传感器的感光单元。

可选地，所述通孔基板的材料为陶瓷、玻璃、BT树脂、耐燃材料或高聚物光刻材料。

与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：

形成金属线层后，首先去除相邻图像传感器之间区域的金属线层，然后形成覆盖剩余金属线层表面和侧壁的第二绝缘层，最后再切割晶圆，形成多个独立的图像传感单元，切割后，所述图像传感单元中金属线层仍然被第二绝缘层包裹。不会暴露出金属线层侧壁，金属线层不易被氧化。封装形成的图像传感单元的性能稳定。

附图说明

图1是现有技术的图像传感器的晶圆级封装的制作过程的剖面结构示意图；

图2是本发明实施例的图像传感器的晶圆级封装的制作方法的流程示意图；

图3-图10是本发明实施例的图像传感器的晶圆级封装的制作过程的剖面结构示意图。

具体实施方式

正如背景技术所述，现有技术采用晶圆级封装图像传感器时，形成的图像传感单元的性能不够稳定。

经过研究，发明人发现，请参考图1，现有技术采用晶圆级封装图像传感器的过程，包括：提供形成有多个图像传感器13的晶圆，所述图像传感器13一侧的表面13a具有引脚11；形成位于所述图像传感器13另一侧表面13b和侧壁13c的第一绝缘层15，所述第一绝缘层15覆盖所述图像传感器13的表面13b和侧壁13c；在每一图像传感器13的引脚11对应区域的第一绝缘层15内形成通孔（未标示），所述通孔暴露出图像传感器13的引脚11；在所述第一绝缘层15表面形成焊盘17，并在第一绝缘层15表面和通孔侧壁形成金属线层19，所述金属线层19与焊盘17和图像传感器13的引脚11电连接；形成覆盖所述金属线层19的第二绝缘层21；刻蚀所述第二绝缘层21暴露出焊盘17，并在所述焊盘17表面形成焊点23；待形成焊点23后，切割所述晶圆、第一绝缘层15、第二绝缘层21和金属线层19，形成多个独立的图像传感单元（未标示）。

由于所述晶圆、第一绝缘层15、第二绝缘层21和金属线层19在同一工艺步骤中切割，虽然可以节省工艺步骤，但是形成的独立的图像传感单元侧壁暴露出金属线层19，所述金属线层19的侧壁暴露在空气中容易被氧化，造成所述图像传感单元的性能不稳定。

经过进一步研究，发明人提供了一种图像传感器的晶圆级封装的制作方法，在形成金属线层后，首先去除相邻图像传感器之间区域的金属线层，暴露出金属线层侧壁；然后形成包裹所述金属线层表面和侧壁的第二绝缘层；最后，在第二绝缘层包裹所述金属线层侧壁后，切割晶圆，形成独立的图像传感单元。采用此种晶圆级封装的制作方法，形成图像传感单元侧壁不会有金属线层暴露，形成的图像传感单元的性能稳定。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

请参考图2，本发明实施例的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，包括：

步骤S101，提供基板和位于基板表面的晶圆，所述晶圆表面形成有多个图像传感器，所述图像传感器靠近基板一侧的表面具有感光单元和与所述感光单元电连接的引脚；

步骤S103，形成位于所述图像传感器背离基板一侧表面的第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述图像传感器背离基板一侧的表面和侧壁；

步骤S105，在每一图像传感器引脚对应区域的第一绝缘层内形成通孔，所述通孔暴露出图像传感器引脚；

步骤S107，在所述第一绝缘层表面形成焊盘，并在第一绝缘层表面和通孔侧壁形成金属线层，所述金属线层与焊盘和图像传感器引脚电连接；

步骤S109，去除相邻图像传感器之间区域的金属线层，暴露出金属线层侧壁；

步骤S111，形成包裹所述金属线层表面和侧壁的第二绝缘层；

步骤S113，在第二绝缘层包裹所述金属线层侧壁后，切割晶圆，形成独立的图像传感单元，所述图像传感单元中金属线层侧壁由第二绝缘层包裹。

具体的，请参考图3-图10，图3-图10示出了本发明实施例的图像传感器的晶圆级封装的制作过程的剖面结构示意图。

请参考图3，提供基板200和位于基板200表面的晶圆（未标示），所述晶圆表面形成有多个图像传感器203，所述图像传感器203靠近基板一侧的表面203a具有感光单元205和与所述感光单元205电连接的引脚207。

所述基板200用于为图像传感器203的晶圆级封装的制作提供工作平台。所述基板200通常由透光材料制成。在本发明的实施例中，所述基板200的材料为玻璃。

所述晶圆的材料为单晶硅。在本发明的实施例中，所述晶圆表面形成有多个图像传感器203。所述图像传感器203靠近基板200一侧的表面203a具有感光单元205，用于后续接收光信号，并将接收到的光信号转换成电信号。所述图像传感器203靠近基板200一侧的表面203a还具有引脚207，所述引脚207与感光单元205电连接，用于传递感光单元205产生的电信号。

需要说明的是，在本发明的实施例中，基板200与晶圆之间还具有通孔基板201，所述通孔基板201具有开口（未标示），用于暴露出图像传感器203的感光单元205。所述通孔基板201的材料为陶瓷、玻璃、BT树脂（即以双马来酰亚胺（BMI）和三嗪为主树脂成分，并加入环氧树脂、聚丙醚树脂（PPE）或烯丙基化合物等作为改性组分，形成的热固性树脂）、耐燃材料（例如环氧玻璃布层压板）或高聚物光刻材料。在本发明的实施例中，所述通孔基板201的材料为BT树脂。

需要说明的是，为固定所述晶圆，所述通孔基板201表面和晶圆之间还具有粘结层211。所述粘结层211靠近晶圆一侧的表面与引脚207表面齐平。本发明的实施例中，所述粘结层211的材料为环氧树脂材料。

请参考图4，形成位于所述图像传感器203背离基板200一侧表面203b的第一绝缘层213，所述第一绝缘层213覆盖所述图像传感器203的背离基板200一侧表面203b和侧壁203c。

所述第一绝缘层213覆盖所述图像传感器203背离基板200一侧的表面203b和侧壁203c，用于后续隔离图像传感器和金属线层。所述第一绝缘层213的形成工艺为沉积工艺，例如物理沉积工艺或化学气相沉积工艺。所述第一绝缘层213的材料为环氧树脂或氧化硅。

在本发明的实施例中，所述第一绝缘层213采用化学气相沉积工艺形成，所述第一绝缘层213除覆盖图像传感器203背离基板200一侧的表面203b和侧壁203c外，还覆盖相邻图像传感器203之间区域的引脚207和粘结层211。所述第一绝缘层213的材料为氧化硅。

请参考图5，在每一图像传感器203的引脚207对应区域的第一绝缘层213内形成通孔215，所述通孔215暴露出图像传感器203的引脚207。

由于所述通孔215内后续用于沉积与引脚207电连接的金属线层，所述通孔215贯穿第一绝缘层213的厚度，且所述通孔215暴露出图像传感器203的引脚207。由于所述晶圆表面具有多个图像传感器203，所述通孔215的个数至少与图像传感器203的个数相同，即每一图像传感器203引脚207对应区域的第一绝缘层213内至少形成一个通孔215，以暴露出每一图像传感器203的引脚207。在本发明的实施例中，为防止后续金属线层与引脚207的接触不良，导致封装的图像传感单元的信号传输不畅，每一所述图像传感器203对应于多个通孔215，例如2-6个，优选2-3个，以提高后续封装的图像传感单元的稳定性。

所述通孔215的形成工艺为刻蚀工艺，例如各向异性的干法刻蚀工艺。在本发明的实施例中，所述通孔215的形成工艺为：激光打孔。所述激光打孔时的功率为2瓦-10瓦。

请参考图6，在所述第一绝缘层213表面形成焊盘217，并在第一绝缘层215表面和通孔215侧壁形成金属线层219，所述金属线层219与焊盘217和图像传感器203的引脚207电连接。

所述焊盘217用于后续在其表面形成焊球，与电路板（未图示）电连接。所述焊盘217的材料为导电材料，比如为铜、铝、金等导电金属。在本发明的实施例中，所述焊盘217的材料为导电性能好的铜。

所述金属线层219电连接焊盘217和图像传感器203的引脚207，用于传递电信号。所述金属线层219的材料为导电材料，比如为铜、铝、金等导电金属。本发明的实施例中，所述焊盘217和金属线层219在同一工艺步骤中刻蚀导电材料后形成。所述图像传感器203的感光单元205产生的电信号通过引脚207、金属线层219、焊盘217、焊点等传送至电路板。所述金属线层219的材料为导电性能好的铜。

需要说明的是，由于所述焊盘217和金属线层219的形成工艺已为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

请参考图7，去除相邻图像传感器203之间区域的金属线层219（图6所示），暴露出金属线层219a侧壁。

发明人发现，由于所述具有多个图像传感器的晶圆后续会被切割，形成多个独立的图像传感单元，如果所述金属线层219在切割晶圆的同时切割，虽然可以节省工艺步骤，但是形成的独立的图像传感单元暴露出金属线层219侧壁，所述金属线层219a侧壁暴露在空气中容易被氧化，造成所述图像传感单元的性能不稳定。

发明人发现，如果在形成金属线层219后，首先去除相邻图像传感器203之间区域的金属线层219，暴露出金属线层219a侧壁；然后形成包裹所述金属线层219a表面和侧壁的第二绝缘层；最后，在第二绝缘层包裹所述金属线层219a侧壁后，切割晶圆，形成独立的图像传感单元。采用此种晶圆级封装的制作方法，形成图像传感单元侧壁不会有金属线层219a暴露，形成的图像传感单元的性能稳定。

所述去除相邻图像传感器203之间区域的金属线层219的方法为：湿法刻蚀工艺，以利于后续形成的第二绝缘层包裹金属线层219a的侧壁。在本发明的实施例中，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀溶液为由磷酸、硝酸和乙酸组合而成的三酸蚀刻液，所述三酸蚀刻液的比重为1.5-1.6，刻蚀温度为40摄氏度-60摄氏度。所述相邻图像传感器203之间区域的金属线层219去除的干净，并且不会对金属线层219底部的第一绝缘层213造成影响。

需要说明的是，当采用上述三酸蚀刻液去除相邻图像传感器203之间区域的金属线层219时，通常去除200-300片晶圆的金属线层219后，更换新的三酸蚀刻液。

需要说明的是，在本发明的其他实施例中，还可以采用激光刻蚀的方法去除相邻两个图像传感器203之间区域的金属线层219的方法为激光刻蚀工艺，例如，所述激光刻蚀时的激光功率为2瓦-10瓦。相对于传统的刻蚀工艺，采用激光刻蚀的方法去除金属线层219的速度更快。并且由于第一绝缘层213为透明材质，对激光的吸收较少，所述第一绝缘层213不易在去除金属线层219时被破坏，后续封装形成的图像传感单元的性能好。

请参考图8，形成包裹所述金属线层219a表面和侧壁的第二绝缘层221。

所述第二绝缘层221在去除相邻图像传感器203之间区域的金属线层219（图6所示）后形成，用于包裹金属线层219a的表面和侧壁。所述第二绝缘层221的材料为环氧树脂。

为使所述第二绝缘层221能够较好的防止所述金属线层219a被氧化，所述第二绝缘层221的厚度不宜太薄，并且考虑到降低封装后的图像传感单元的体积，所述第二绝缘层221的厚度也不宜太厚。本发明的实施例中，所述第二绝缘层221的厚度为10微米-20微米，较好的防止了金属线层219a的氧化，封装后的图像传感单元的性能稳定，且图像传感单元的体积小。

请参考图9，刻蚀与所述焊盘217相对应处的所述第二绝缘层221，直至暴露出焊盘217；在所述焊盘217表面形成焊点223。

实际封装时，还需要在所述焊盘217表面形成焊点223，通过所述焊点223将封装后的图像传感单元焊接在电路板上。因此，在本发明的实施例中，还需要刻蚀与所述焊盘217相对应处的所述第二绝缘层221，直至暴露出焊盘217。所述去除第二绝缘层221的工艺为刻蚀工艺，例如各向异性的干法刻蚀工艺。由于刻蚀第二绝缘层221暴露出焊盘217的工艺已为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

所述焊点223的形成工艺为回流焊工艺，所述焊点223的材料为锡。由于采用回流焊工艺形成焊点223的工艺已为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

请参考图10，在第二绝缘层221包裹所述金属线层219a侧壁后，切割晶圆，形成独立的图像传感单元230，所述图像传感单元230中金属线层219a侧壁由第二绝缘层221包裹。

当形成焊点之后，图像传感单元230已经形成，包括：图像传感器203，所述图像传感器203一侧表面203a具有感光单元205，以及与所述感光单元205电连接的引脚207；位于所述图像传感器203另一侧表面203b和侧壁203c的第一绝缘层213；位于所述第一绝缘层表面的焊盘217；与所述焊盘217和引脚207电连接的金属线层219a；位于所述焊盘217表面的焊点223。但是此时图像传感单元230还形成在晶圆表面，需要采用切割工艺将所述晶圆切割，形成多个独立的图像传感单元230。

由于第二绝缘层221已事先包裹金属线层219a表面和侧壁，后续切割晶圆时切割刀具作用于相邻图像传感单元230之间的区域，并不会暴露出金属线层219a的侧壁，所述金属线层219a不会被氧化而影响图像传感单元230的性能，采用此种方法封装后得到的图像传感单元230的性能稳定。

需要说明的是，为防止切割过程时晶圆断裂，影响图像传感单元的成品率。切割晶圆时，还包括：切割通孔基板201和基板200。切割所述晶圆采用的方法为：刀片机械切割。由于切割所述晶圆、通孔基板201和基板200的工艺已为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。

上述步骤完成之后，本发明实施例的图像传感器的晶圆级封装的制作方法完成。形成金属线层后，首先去除相邻图像传感器之间区域的金属线层，然后形成覆盖剩余金属线层表面和侧壁的第二绝缘层，最后再切割晶圆，形成多个独立的图像传感单元，切割后，所述图像传感单元中金属线层仍然被第二绝缘层包裹。不会暴露出金属线层侧壁，金属线层不易被氧化。封装形成的图像传感单元的性能稳定。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (11)

1.一种图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，包括：

提供形成有多个图像传感器的晶圆，所述图像传感器一侧的表面具有引脚，所述图像传感器另一侧表面具有第一绝缘层，所述第一绝缘层覆盖所述图像传感器的表面和侧壁；

在每一图像传感器引脚对应区域的第一绝缘层内形成通孔，所述通孔暴露出图像传感器引脚；

在所述第一绝缘层表面形成焊盘，并在第一绝缘层表面和通孔侧壁形成金属线层，所述金属线层与焊盘和图像传感器引脚电连接；

去除相邻图像传感器之间区域的金属线层，暴露出金属线层侧壁；

形成包裹所述金属线层侧壁的第二绝缘层；

在第二绝缘层包裹所述金属线层侧壁后，切割晶圆，形成独立的图像传感单元，所述图像传单元中金属线层侧壁由第二绝缘层包裹。

2.如权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，去除相邻两个图像传感器之间区域的金属线层的方法为：湿法刻蚀工艺。

3.如权利要求2所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，所述湿法刻蚀工艺采用的刻蚀溶液为由磷酸、硝酸和乙酸组合而成的三酸蚀刻液，所述三酸蚀刻液的比重为1.5-1.6，刻蚀温度为40摄氏度-60摄氏度。

4.如权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，去除相邻两个图像传感器之间区域的金属线层的方法为激光刻蚀工艺。

5.如权利要求4所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，所述激光刻蚀时的激光功率为2瓦-10瓦。

6.如权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，在每一图像传感器引脚对应区域的第一绝缘层内形成通孔的个数为一个或多个。

7.如权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，所述第二绝缘层的材料为环氧树脂。

8.如权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，所述第二绝缘层的厚度为10微米-20微米。

9.如权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，还包括：刻蚀与所述焊盘相对应处的所述第二绝缘层，直至暴露出焊盘；在所述焊盘表面形成焊点。

10.如权利要求1所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，还包括：提供基板，所述晶圆位于基板表面，且图像传感器的感光单元靠近所述基板表面；位于所述基板和晶圆之间的通孔基板，所述通孔基板暴露出图像传感器的感光单元。

11.如权利要求10所述的图像传感器的晶圆级封装的制作方法，其特征在于，所述通孔基板的材料为陶瓷、玻璃、BT树脂、耐燃材料或高聚物光刻材料。

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