CN103367382B - 一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，包括通过分布在每个图像传感器芯片之间的支撑侧墙将图像传感器晶圆正面、面积大于或等于图像传感器晶圆的第一基板相粘合；从背面研磨所述的图像传感器晶圆，使其厚度减至200微米以下；通过刻蚀、沉积工艺将所述图像传感器晶圆的焊盘电学连接至图像传感器晶圆背面的焊接点；以及切割所述图像传感器晶圆，通过控制所述支撑侧墙宽度使其匹配于切割通道的宽度，切除置于图像传感器芯片之间的支撑侧墙，使切割后得到的所述图像传感器芯片和所述第一基板剥离。

Description

一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法

技术领域

本发明涉及集成电路制造领域，更具体地，本发明涉及图像传感器芯片的晶圆级封装方法。

背景技术

目前，主流的CIS(CMOSImageSensor)芯片封装技术包括：COB(ChipsOnBoard)、CSP(ChipScalePackaging)。

在CSP的晶圆级(WaferLevel)封装的过程中，往往首先将包含有若干CIS芯片的晶圆本体键合于玻璃材质的封装基板上，在封装基板上预先制作对应环绕于每一CIS芯片的支撑侧墙。然后进行对晶圆背面线路工艺的处理例如：硅穿孔技术(TSV，ThroughSiliconVia)或T型接触芯片尺寸封装技术(T-ContactCSP)，在完成相关的工艺后针对晶圆进行切割，形成单个CIS芯片的封装结构。封装基板的作用在于：可形成一密闭的空间，无论是在封装的过程中还是封装完毕后的模组制造中防止尘埃、水汽以及外部的直接接触等因素污染CIS芯片的感光面，并且封装基板在封装加工中会提供一定的支撑以加强加工强度。但是，CSP封装芯片存在如下问题：1、表面的封装基板会带来入光线损失并带来反射光的眩扰(flare)；2、由于CSP封装的结构是由上表面(玻璃)和下表面(硅片)及四周侧墙所形成的的密封结构，当芯片尺寸较大时，在模组制作的热过程中，封装基板和硅片之间的气压变化容易造成硅片的应力过大，带来芯片的失效的问题。

由于CSP封装的上述问题，目前CSP封装主要被用于中低端、低像素CMOS图像传感器产品。而高像素或超高像素CIS芯片的封装采用的是COB技术，以满足性能和可靠性方面的要求。但是另一方面，COB封装也存在量产规模化投资巨大，设计、生产周期长、不灵活等劣势。

发明内容

现有的晶圆级CIS芯片CSP封装技术，无论是T-Contact技术还是TSV技术，一般通过粘结剂使晶圆的正面(也就是与CIS芯片的感光面朝向相同的那面)与相应有形成支撑侧墙(如DAM或CavityWall)的封装基板键合，使得CIS芯片的感光面被包围在一个密闭的空间内，防止环境及其他因素对CIS芯片的影响，防止影响CIS芯片的良品率。

本发明的一方面提供了一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，包括通过分布在每个图像传感器芯片之间的支撑侧墙将对应于图像传感器晶圆正面的、并且面积大于或等于图像传感器晶圆的第一基板相粘合；从背面研磨所述的图像传感器晶圆，使其厚度减至200微米以下；通过刻蚀、沉积工艺将所述图像传感器晶圆的焊盘电学连接至图像传感器晶圆背面的焊接点；切割所述图像传感器晶圆，通过控制所述支撑侧墙宽度使其匹配于切割通道的宽度，切除置于图像传感器芯片之间的支撑侧墙，使切割后得到的所述图像传感器芯片和所述第一基板剥离。

相应的，上述方法还包括，制作具有窗口的支撑框架，在所述窗口上密闭覆盖有透明的第二基板。

相应的，所述透明的第二基板为玻璃材质或塑料材质，所述第二基板的单面镀上红外滤光膜或双面上分别镀有红外滤光膜和光学增透膜，以提高所述透明材料的光学性能。

相应的，所述方法包括粘合切割分离后的所述图像传感器芯片于所述支撑框架上，所述图像传感器芯片的光学面均朝向所述第二基板，使图像传感器芯片光学面免受环境灰尘及其他人为沾污；所述图像传感器芯片的光学面与所述第二基板之间的距离大于10微米。

相应的，所述方法中的通过刻蚀、沉积工艺将所述图像传感器晶圆的焊盘电学连接至图像传感器晶圆背面的焊接点步骤还包括，图形化刻蚀减薄后的所述图像传感器晶圆的背面以产生V型切槽或硅通孔并露出图像传感器芯片的焊盘；在刻蚀完V型切槽或硅穿孔的所述图像传感器晶圆的背面上淀积或涂布一层绝缘层；通过刻蚀或激光钻孔或机械切割方式使得所述图像传感器芯片的焊盘部分或全部暴露；制作金属连线将所述图像传感器芯片的焊盘电学连接至图像传感器晶圆背面的焊接点。

相应的，上述方法中的制作金属连线将所述图像传感器芯片的焊盘电学连接至图像传感器晶圆背面的焊接点步骤包括，通过植球或印刷焊膏及回流焊的方法于所述焊接点上形成焊球凸点的阵列。

相应的，所述支撑侧墙宽度小于所述图像传感器晶圆切割通道宽度与切割通道相邻的两焊盘宽度距离之和。

相应的，所述支撑侧墙的高度为2到100微米。

相应的，所述支撑侧墙的材质为环氧树脂；所述支撑侧墙上有一个开口向上的通道。

相应的，所述支撑框架设置有基部和沿基部垂直方向延伸的壁部；所述支撑框架通过所述基部粘合至切割后的所述多个图像传感器芯片的支撑侧壁上，通过所述壁部粘合架设第二基板。

相应的，所述支撑框架的壁部高度至少为150微米，所述透明基板的厚度至少为50微米。

相应的，所述图像传感器的晶圆级封装方法通过芯片级封装技术、激光钻孔硅穿孔技术或等离子体刻蚀硅穿孔技术实现。

附图说明

通过参照附图阅读以下所作的对非限制性实施例的详细描述，能够更容易地理解本发明的特征、目的和优点。其中，相同或相似的附图标记代表相同或相似的装置。

图1所示为根据本发明一个实施例所述的CIS芯片的晶圆级封装方法的流程图；

图2a-b所示为根据本发明一个实施例所述的方法对CIS芯片进行晶圆级封装的结构示意图；

图3所示为根据本发明一个实施例所述的方法对CIS芯片进行晶圆级封装的结构示意图；

图4a-h所示为根据本发明一个实施例所述的方法采用TSV技术对CIS芯片进行晶圆级封装的结构示意图；

图5a-h所示为根据本发明一个实施例所述的方法采用T-Contact技术对CIS芯片进行晶圆级封装的结构示意图；

图6所示为根据本发明一个实施例的支撑框架俯视图；以及

图7a-b所示分别为根据本发明实施例所述的CIS芯片晶圆级封装模组示意图。

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

具体实施方式

下面详细讨论实施例的实施和使用。应当理解，所讨论的具体实施例仅仅示范性地说明实施和使用本发明的特定方式，而非限制本发明的范围。

图1所示为根据本发明一个实施例所述的晶圆级CIS封装方法的流程图。本发明的附图2至附图5均为执行图1所示方法过程中的第一实施例的封装结构示意图。以下结合图2至5对图1所示的方法进行详细介绍。

在本申请的第一实施例中：

在步骤102，晶圆通过形成于第一基板上的支撑侧墙粘合或键合于第一基板。

如图2a所示，202代表一个或多个CIS芯片，附图中沿纸面朝上的方向为晶圆204的正面，也即CIS芯片202的感光面。在每个CIS芯片202之间形成高于CIS芯片202的基座206，基座206的高度高于CIS芯片最外部表面的微透镜(MicroLens)，基座206的形成过程中对晶圆204的正面进行涂布，然后采用光刻的工艺，提供掩膜进行曝光、显影而产生。在基座206的附近有位于晶圆204上的焊盘210a和210b。

如图2a所示，在第一基板210上形成有支撑侧墙208。如图2b所示，支撑侧墙208经过粘结材料分别对应与基座206粘结。基座206的宽度大于支撑侧墙208的宽度，且基座206与第一基板210不直接接触。支撑侧墙208宽度小于或等于晶圆204的切割道d的宽度。支撑侧墙208的宽度的最大值也小于晶圆204的切割道d的宽度与焊盘210a和210b的宽度之和。

根据本发明的第一实施例中，支撑侧墙208和基座206都可以由有机材料例如环氧树脂制成，第一基板210可以由玻璃制成。

在第一实施例中，基座206的厚度可以是5至40微米。支撑侧墙208的厚度可以是2至40微米。第一基板210的厚度可以是300至500微米。

基座206可以位于支撑侧墙208一侧，或者基座206可以包括两部分结构并分别位于支撑侧墙208的两侧。在本实施例中，支撑侧墙208的厚度大于基座206的厚度，从而使得第一基板210与基座206不直接接触。

至此，如图2b所示，在CIS芯片202的感光面周围形成了密封的空间210。从而，在后续的封装步骤中，CIS芯片202特别是其感光面可以免于受到不利的影响。

在步骤104，从背面研磨所述的图像传感器晶圆。

如图3所示，经过研磨，晶圆204的背面厚度被减薄。根据本发明的一个实施例，该厚度可以减至200微米以下，例如150微米。

在步骤106，通过刻蚀、沉积工艺将图像传感器晶圆的焊盘电学连接至图像传感器晶圆背面的焊接点。

以下以化学气相淀积硅穿孔(PECVDTSV)技术为例来介绍在晶圆204背面形成电学连接的步骤。本领域普通技术人员可知，T型接触芯片尺寸封装(T-ContactCSP)技术或激光钻孔硅穿孔(Laser-DrillTSV)技术也可以用于在晶圆204背面形成类似的电学连接需要指出的是，第一实施例中，可采用T型接触芯片尺寸封装(T-ContactCSP)技术或激光钻孔硅穿孔(Laser-DrillTSV)技术。

在采用激光钻孔硅穿孔(Laser-DrillTSV)技术的过程中，对应有步骤1061～步骤1065：

在步骤1061，图形化刻蚀晶圆204的背面以产生硅通孔212a和212b，从而露出焊盘210a和210b的全部或部分，如图4a所示。

在步骤1062，在晶圆204的背面淀积或涂布绝缘层214，如图4b所示。

在步骤1063，通过激光钻孔或刻蚀的方式进一步于第一通孔内延伸形成第二通孔216a和216b，从而露出焊盘210a和210b的全部或部分，如图4c所示。

在步骤1064，制作金属连线218并使其与焊盘210a和210b接触，如图4d所示。

在步骤1065，在金属连线218上淀积或涂布绝缘层加以保护，在绝缘层上的一定区域刻蚀形成焊接点220使其与金属线218电学连接，并通过植球或印刷焊膏及回流焊的方法在焊接点220上形成焊球凸点，如图4e所示。

可选择的，在T型接触芯片尺寸封装(T-ContactCSP)技术的过程中，对应于步骤1161～步骤1165，相应的具有如下步骤：

在步骤1161，图形化刻蚀晶圆204的背面以产生V型的沟槽212，从而露出相邻的焊盘210a和210b的全部或部分，如图5a所示。

在步骤1162，在晶圆204的背面淀积或涂布绝缘层214至完全填充满V型的沟槽212，图5b所示。

在步骤1163，通过机械切割的方式切除部分的绝缘层212，并同时切除相邻的焊盘210a和210b的一部分，暴露出相应的焊盘210a和210b形成第二V性沟槽216，图5c所示。

在步骤1164，制作金属连线218并使其与焊盘210a和210b接触，图5d所示。

在步骤1165，在金属连线218上淀积或涂布绝缘层加以保护，制作焊接点使其与金属线218电学连接，并通过植球或印刷焊膏及回流焊的方法在焊接点上形成焊球凸点220，图5e所示。

此外，制作金属连线均可采用铝、铜布线的工艺实现。

进一步，在步骤108，对晶圆204进行切割。如前所述支撑侧墙208位于CIS芯片202之间，并且其宽度小于等于晶圆切割道d的宽度或小于晶圆切割道d的宽度与两端的焊盘210a和210b的宽度之和。因此，在此执行的切割操作会使得支撑侧墙208被完全切割掉，并且全部或部分的保留焊盘210a和210b以及基座206，如图4f所示。

由于支撑第一基板210的支撑侧墙208被切掉，第一基板210就会落到基座206上，如图4g所示。而基座206与第一基板210之间不存在任何粘结物质，因此可以轻易的将第一基板210与晶圆204剥离，留下经切割的CIS芯片202，如图4h所示。

在步骤110，制作具有窗口的支撑框架222，支撑框架222及其窗口可以是方形的，该窗口的面积至少要大于CIS芯片202的感光面积。图6是支撑框架222的仰视图，图7a和7b中都包括支撑框架222的侧面剖视图。如图所示，支撑框架222可以包括与CIS芯片202表面基本平行的基部，以及垂直于该基部的壁部，支撑框架222的侧面可以构成一个L形。如图6所示，在支撑框架222的基部的上表面(即远离CIS芯片202的那面)涂覆有粘结材料224，用于将透明的第二基板226，例如玻璃，粘结在支撑框架222的基部上。根据本发明的一个实施例，第二基板226可以单面镀有红外滤光膜或双面分别独有红外滤光膜和光学增透膜，以提高第二基板226的光学性能。

根据本发明的第一实施例，支撑框架222的壁部高度至少为150微米，透明的第二基板226的厚度至少为50微米，第二基板226的两侧与支撑框架222的壁部恰好接触或留有微小的间隙，从而可以进一步保证第二基板226与支撑框架222之间的相对稳定的位置关系。根据本发明的一个实施例，支撑框架222可以由有机材料例如环氧树脂制成，也可由陶瓷材料、玻璃材料、硅材料制成。

根据本发明的第一实施例中(图中未示出)，还可选择的实现：透明的第二基板226是通过粘结材料224与支撑框架222的壁部粘结在一起，从而使第二基板226与支撑框架222形成相对稳定的位置关系。

在步骤112，利用粘结材料使支撑框架222基部的下表面(即靠近CIS芯片202的那面)与基座206粘结。这样，CIS芯片202的感光表面不仅可以透过透明的第二基板226来进行感光，同时还被包围在由第二基板226和支撑框架222以及基座206构成的空间228之中，如图7a所示，从而免于被环境沾污。根据本发明的一个实施例，CIS芯片202的感光面与第二基板226之间的距离至少为10微米。

根据本发明的第一实施例，不论第二基板226通过粘结材料224与支撑框架的基部还是壁部相粘结，粘结材料224的分布都可以是间断的。另外，在透明第二基板226上，或者是支撑框架222的基部或是壁部上都有毛细孔与空间228相同。通过这样的分布或结构可以形成非密闭的空间228，从而使第二基板226两侧的压强保持一致，以避免因现有技术中因透明基板两侧的压强差而导致基板破碎的问题。

另外，由于第二基板226在此承担的仅仅是阻挡环境沾污的角色，因此如前所述，其厚度甚至可以降低至50微米。这就克服了之前由于透明基板的厚度限制而带给CIS芯片封装厚度的限制。

根据本发明的第一实施例中，还可选择的实现：支撑框架222的侧面形状可以不仅仅是如图7a所示的L型，也可以根据不同的需要采用不同的形状。例如，图7b所示的支撑框架222的壁部不仅垂直于基部并且还向基部以下的方向延伸，并且与黑胶构成的结构230接触。

本发明所提供的方法和产品旨在对与CIS芯片感光面同侧的封装结构进行调整和优化。本领域技术人员可知，无论采用何种技术形成CIS芯片202背面的金属连线，本发明所提供的方法都可以用于降低封装的易碎性以及封装的最终厚度。

在本申请的第二实施例中，所述封装方法的步骤与第一实施例基本相同，不同点相应在于：晶圆204的正面上并不形成相应的基座206，而仅仅在CIS芯片的形成中，控制相邻的CIS芯片之间的晶圆区域的高度高于CIS芯片的高度，并且在第二实施例中，支撑侧墙208经过粘结材料分别对应于高于CIS芯片的晶圆区域粘结或键合。

另外，第二实施例中，采用激光钻孔硅穿孔(Laser-DrillTSV)技术在晶圆背面形成金属线连接。

虽然已经参考若干具体实施方式描述了本发明，但是应该理解，本发明并不限于所公开的具体实施方式。本发明旨在涵盖所附权利要求的精神和范围内所包括的各种修改和等同布置。所附权利要求的范围符合最宽泛的解释，从而包含所有这样的修改及等同结构和功能。

Claims (12)

1.一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，包括如下步骤：

A：通过分布在每个图像传感器芯片之间的支撑侧墙将对应于图像传感器晶圆正面、面积大于或等于图像传感器晶圆的第一基板相粘合；

B：从背面研磨所述的图像传感器晶圆，使其厚度减至200微米以下；

C：通过刻蚀、沉积工艺将所述图像传感器晶圆的焊盘电学连接至图像传感器晶圆背面的焊接点；

D：切割所述图像传感器晶圆，通过控制所述支撑侧墙宽度使其匹配于切割通道的宽度，切除置于图像传感器芯片之间的支撑侧墙，使切割后得到的所述图像传感器芯片和所述第一基板剥离。

2.根据权利要求1所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，还包括：

E：制作一具有窗口的支撑框架，在所述窗口上密闭覆盖有透明的第二基板。

3.根据权利要求2所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：

所述透明的第二基板为玻璃材质或塑料材质，所述第二基板的单面镀上红外滤光膜或双面上分别镀有红外滤光膜和光学增透膜，以提高所述透明的第二基板的光学性能。

4.根据权利要求2或3所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：所述步骤E之后还包括：

F：粘合切割分离后的所述图像传感器芯片于所述支撑框架上，所述图像传感器芯片的光学面均朝向所述第二基板，使图像传感器芯片光学面免受环境灰尘及其他人为沾污；所述图像传感器芯片的光学面与所述第二基板之间的距离大于10微米。

5.根据权利要求1所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：所述的步骤C还包括：

C1：图形化刻蚀减薄后的所述图像传感器晶圆的背面以产生V型切槽或硅通孔并露出图像传感器芯片的焊盘；

C2：在刻蚀完V型切槽或硅穿孔的所述图像传感器晶圆的背面上淀积或涂布一层绝缘层；

C3：通过刻蚀或激光钻孔或机械切割方式使得所述图像传感器芯片的焊盘部分或全部暴露；

C4：制作金属连线将所述图像传感器芯片的焊盘电学连接至图像传感器晶圆背面的焊接点。

6.根据权利要求5所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：所述的步骤C4进一步包括：

通过植球或印刷焊膏及回流焊的方法于所述焊接点上形成焊球凸点的阵列。

7.根据权利要求1所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：所述的支撑侧墙宽度小于所述图像传感器晶圆切割通道宽度与切割通道相邻的两焊盘宽度距离之和。

8.根据权利要求1所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：所述支撑侧墙的高度为2到100微米。

9.根据权利要求1所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：所述支撑侧墙的材质为环氧树脂；所述支撑侧墙上有一个开口向上的通道。

10.根据权利要求2所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：

所述支撑框架设置有基部和沿基部垂直方向延伸的壁部；

所述支撑框架通过所述基部粘合至切割后的多个所述图像传感器芯片的支撑侧壁上，通过所述壁部粘合架设第二基板。

11.根据权利要求10所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：所述支撑框架的壁部高度至少为150微米，所述透明的第二基板的厚度至少为50微米。

12.根据权利要求1所述的一种图像传感器芯片的晶圆级封装方法，其特征在于：所述图像传感器的晶圆级封装方法通过芯片级封装技术、激光钻孔硅穿孔技术或等离子体刻蚀硅穿孔技术实现。