CN104485320A - 一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构及其制备方法，属于集成电路封装、传感器技术等领域。本发明是将完整的传感芯片进行介质包封，在介质表面进行布线以及介质内部打孔填充导电材料，将传感芯片表面焊盘引出至介质材料背面的金属焊球，通过该金属焊球与外界互连。这种封装结构在介质材料表面与内部形成布线，避免了对传感芯片本身进行刻蚀台阶等操作，利于传感芯片表面贴装玻璃、蓝宝石等元件的二次封装。该结构降低了成本，提高了产品封装良率与可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及微电子封装技术、传感器技术以及芯片互联等技术。
背景技术
随着终端产品的智能化程度不断提高，各种传感器芯片层出不穷。传感芯片扩展了智能手机、平板电脑等产品的应用领域，例如，指纹识别芯片的出现就大大提高了上述产品的安全性。
对于传感芯片，其最大的特征在于其芯片表面存在感应区域，该区域与其所要识别的外界刺激发生作用，产生芯片可以识别和处理的电信号。该区域与外界刺激的距离要尽可能短，以使得产生的信号可以被侦测。当前很多的芯片工艺，芯片焊盘一般也位于同一表面，若采用焊线方式将芯片焊盘引出，焊线高度不可避免会抬升感应区域与封装体外界的距离。现有技术中，有一种解决方案是采用硅通孔的方式将传感芯片表面的焊盘引至芯片背面，从而避免了在芯片上表面打线。但是硅穿孔技术成本极高，同时，该技术易对传感芯片本身造成损伤，可靠性低。
为解决焊线高于传感芯片表面影响传感器性能问题，国内的汇顶科技股份有限公司提出了一种在传感芯片边缘制作台阶，将芯片表面焊盘通过导电层引至该台阶处，然后再进行打线(CN201420009042)。该方式避免了焊线对感应区域与封装体外界的距离的影响，但是，在硅表面制作台阶工艺较为复杂，同时，对传感芯片本身的刻蚀形成台阶、减薄、金属布线等操作容易造成芯片损坏，或者产生微裂纹等缺陷使得产品的可靠性下降。
美国的苹果公司公开了一项传感器封装方面的专利(US20140285263A1)。其采用在硅基板上用沉积技术形成感应区域。上述硅基板边缘存在斜坡，以便于将感应区域产生的电信号通过导电层引出。该传感芯片的打线焊盘位于硅基板所在斜坡的下方，避免了焊线对感应区域与封装体外界的距离的影响，但是，同样的，在硅基板上制造台阶、减薄、金属布线成本高，良品率低，产品存在长期可靠性风险。
发明内容
本发明针对传感芯片，特别是指纹识别类芯片提供了一种低成本、简单、可靠性高的封装与互连集成方案，利用介质材料对传感芯片进行包覆，并在介质材料内部形成通孔，将传感芯片上的焊盘通过导电线路和介质内部填充导电材料的通孔引出到介质背面的焊球，通过该焊球与外部进行电互连。该方法避免了在芯片表面焊盘上打线，消除了焊线弧高对传感芯片表面贴装玻璃、蓝宝石等保护盖的影响，同时避免了对传感芯片本身进行刻槽、挖孔等操作。
本发明公开的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构包括一个传感芯片，其表面存在传感器结构部分和芯片焊盘，传感其结构部分上布有感应区域；包覆传感芯片的介质材料，介质材料内部存在填充导电材料的通孔，位于介质材料表面的导电线路和位于介质材料内部填充导电材料的通孔将传感芯片表面的芯片焊盘引至介质材料背面的焊球，该导电结构将传感芯片采集到的信号传出，实现感应功能。
一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构，所述结构具体包括：传感芯片、传感芯片焊盘、传感器件结构部分、介质、导电线路、填充导电材料的通孔、焊球；所述传感芯片可以是指纹识别芯片或其他传感芯片，所述传感芯片焊盘位于传感芯片顶面，传感器件结构部分与传感芯片焊盘位于同一表面，传感芯片侧面覆盖有介质，介质内部存在填充导电材料的通孔，所述通孔穿通介质，介质背面存在焊球，焊球通过导电线路和填充导电材料的通孔与传感芯片焊盘连接。
该结构的优点是避免了对传感芯片本身进行刻蚀、布线，在介质材料如模塑料上制作通孔工艺成熟简单，可以提高封装产品良率，降低失效风险。同时，通过该结构，可以对该传感芯片实施二次封装，例如在传感芯片表面贴装玻璃或蓝宝石，将介质材料表面的金属焊盘互连至PCB板等。
另外一个优点是制备这个结构的方法借鉴扇出型晶圆级封装(wafer levelfanout package,FOWLP)方法。在芯片加工完成之后，经过测试分拣，进行划片，将确好传感芯片(KGD)放置于承载圆片上，在利用塑模的方式拼成再配置晶圆，接着使用晶圆级封装工艺进行再布线和通孔制作等，最后切片即获得封装体。借助FOWLP工艺，可以降低工艺成本，尤其是采用大尺寸的的圆片或者面板来做承载片。
本发明公开了一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，所述方法包括：
步骤一：在承载硅圆片表面贴胶膜或涂覆聚合物粘结层材料；
步骤二：将已经制作完传感芯片焊盘和感应区域的传感芯片采用正面向下的方式放置于胶膜上，所述传感芯片有若干个，传感芯片之间有一定距离；
步骤三：介质覆盖在传感芯片上，并整平介质；
步骤四：将覆盖传感芯片的介质从承载硅圆片上剥离，清除胶膜；
步骤五：在传感芯片一侧的介质表面形成沟槽，并露出传感芯片焊盘，同时在沟槽另一端形成垂直于介质表面的深孔，沟槽与深孔位于传感芯片之间；
步骤六：在介质的沟槽与深孔内部填充导电材料，形成导电线路；
步骤七：在介质的背面对介质进行减薄，露出深孔内的导电材料，形成填充导电材料的通孔；
步骤八：在介质的背面，填充导电材料的通孔的末端制作焊球；
步骤九：将所述封装结构在适当部位切割分离。
所述步骤一的承载硅圆片是硅、玻璃或者不锈钢。
所述步骤二传感芯片间距离大于100微米。
所述步骤三采用塑模方法用模塑料介质覆盖传感芯片。
所述步骤三介质整平方法包括研磨和抛光。
所述步骤五采用激光刻蚀或者切割刀切削方法在传感芯片一侧的介质表面形成沟槽。
所述步骤五采用激光刻蚀或者机械钻孔的方法在介质内部形成深孔。
所述步骤六导电线路和步骤七填充导电材料的通孔材料由钛、铜、镍、金、铝中的一种或几种组成。
所述步骤六导电线路和步骤七填充导电材料的通孔制备通过粘附层、种子层物理气相沉积、光刻胶涂覆、光刻、显影、电镀、去胶、种子层、粘附层金属刻蚀半导体工艺完成。
所述步骤七介质减薄方法可以是研磨、腐蚀或者是其他方法。
附图说明
图1是本发明已完成封装的传感芯片示意图；
图2是本发明已完成封装的传感芯片与基板互连的示意图；
图3是本发明一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法的过程示意图；
图3A是承载硅圆片的示意图；
图3B中在承载硅圆片表面贴胶膜或粘结层材料的示意图；
图3C是将传感芯片面向下键合在承载硅圆片片表面胶膜的示意图；
图3D是用介质材料将传感芯片包覆形成介质圆片的示意图；
图3E是通过拆键合把包裹芯片的介质圆片从承载硅圆片剥离、清洗后示意图；
图3F是在介质上形成沟槽和深孔的示意图；
图3G是在介质沟槽和深孔内填充导电材料的示意图；
图3H是对介质背面进行减薄的示意图；
图3I是在介质背面制作焊球的示意图。
图中，1为传感芯片，2为传感芯片焊盘，3为传感器件结构部分，4为介质，5为导电线路，6为填充导电材料的通孔，7为焊球，8为基板焊盘，9为基板，10为承载硅圆片，11为胶膜。
具体实施方式
下面根据附图对所述发明做进一步的说明。
一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构，所述结构包括传感芯片1、传感芯片焊盘2、传感器件结构部分3、介质4、导电线路5、填充导电材料的通孔6、焊球7；所述传感芯片1可以是指纹识别芯片或其他传感芯片，所述传感芯片焊盘2位于传感芯片1顶面，传感器件结构部分3与传感芯片焊盘2位于同一表面，传感芯片1侧面覆盖有介质4，介质4内部存在填充导电材料的通孔6，所述的填充导电材料的通孔6与位于介质4表面的导电线路5和位于介质4背面的焊球7相连。
所述介质4是环氧树脂等塑封材料或者聚酰亚胺等聚合物介质材料，也可以是其它介质材料。
所述传感芯片1上的位于传感器件结构部分3上的感应区域可以裸露或者其上覆盖有介质4。
所述填充导电材料的通孔6直径一般为5微米到100微米。
所述导电线路5和焊球7是铝、铜、金、钛、镍等金属中的一种或几种组成或是其它导电材料。
所述导电线路5可以嵌入到所述介质4层内，也可以位于所述介质4层表面。
所述填充导电材料的通孔6内部填充铝、铜、金、钛、镍等金属中的一种或几种组成或是其它导电材料。
一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，所述方法包括：
步骤一：在承载硅圆片10表面贴胶膜11或涂覆聚合物粘结层材料；
步骤二：将已经制作完传感芯片焊盘2和传感器件结构部分3的传感芯片1采用正面向下的方式放置于胶膜11上，所述传感芯片1有若干个，传感芯片1之间有一定距离；
步骤三：介质4覆盖在传感芯片1上，并整平介质4；
步骤四：将覆盖传感芯片1的介质4从承载硅圆片10上剥离，清除胶膜11；
步骤五：在传感芯片1一侧的介质4表面形成沟槽，并露出传感芯片焊盘2，同时在沟槽另一端形成垂直于介质4表面的深孔，沟槽与深孔位于传感芯片1之间；
步骤六：在介质4的沟槽与深孔内部填充导电材料，形成导电线路5；
步骤七：在介质4的背面对介质4进行减薄，露出深孔内的导电材料，形成填充导电材料的通孔6；
步骤八：在介质4的背面，填充导电材料的通孔6的末端制作焊球7；
步骤九：将所述封装结构在适当部位切割分离。
所述步骤一的承载硅圆片10是硅、玻璃或者不锈钢。
所述步骤二传感芯片1间距离大于100微米。
所述步骤三采用塑模方法用模塑料介质4覆盖传感芯片1。
所述步骤三介质4整平方法包括研磨和抛光。
所述步骤五采用激光刻蚀或者切割刀切削方法在传感芯片1一侧的介质4表面形成沟槽。
所述步骤五采用激光刻蚀或者机械钻孔的方法在介质4内部形成深孔。
所述步骤六导电线路5材料由钛、铜、镍、金、铝中的一种或几种组成。
所述步骤六导电线路5和步骤七填充导电材料的通孔6制备通过粘附层、种子层物理气相沉积、光刻胶涂覆、光刻、显影、电镀、去胶、种子层、粘附层金属刻蚀半导体工艺完成。
所述步骤七介质4减薄方法可以是研磨、腐蚀或者是其他方法。
Claims (17)
1.一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构，其特征在于，所述结构包括传感芯片（1）、传感芯片焊盘（2）、传感器件结构部分（3）、介质（4）、导电线路（5）、填充导电材料的通孔（6）、焊球（7）；所述传感芯片（1）可以是指纹识别芯片或其他传感芯片，所述传感芯片焊盘（2）位于传感芯片（1）顶面，传感器件结构部分（3）与传感芯片焊盘（2）位于同一表面，传感芯片（1）侧面覆盖有介质（4），介质（4）内部存在填充导电材料的通孔（6），所述的填充导电材料的通孔（6）与位于介质（4）表面的导电线路（5）和位于介质（4）背面的焊球（7）相连。
2.根据权利要求1所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构，其特征在于，所述介质（4）是环氧树脂等塑封材料或者聚酰亚胺等聚合物介质材料，也可以是其它介质材料。
3.根据权利要求1所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构，其特征在于，所述传感芯片（1）上的位于传感器件结构部分（3）上的感应区域可以裸露或者其上覆盖有介质（4）。
4.根据权利要求1所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构，其特征在于，所述填充导电材料的通孔（6）直径一般为5微米到100微米。
5.根据权利要求1所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构，其特征在于，所述导电线路（5）和焊球（7）是铝、铜、金、钛、镍等金属中的一种或几种组成或是其它导电材料。
6.根据权利要求1所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构，其特征在于，所述导电线路（5）可以嵌入到所述介质（4）层内，也可以位于所述介质（4）层表面。
7.根据权利要求1所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构，其特征在于，所述填充导电材料的通孔（6）内部填充铝、铜、金、钛、镍等金属中的一种或几种组成或是其它导电材料。
8.一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤一：在承载硅圆片（10）表面贴胶膜（11）或涂覆聚合物粘结层材料；
步骤二：将已经制作完传感芯片焊盘（2）和传感器件结构部分（3）的传感芯片（1）采用正面向下的方式放置于胶膜（11）上，所述传感芯片（1）有若干个，传感芯片（1）之间有一定距离；
步骤三：介质（4）覆盖在传感芯片（1）上，并整平介质（4）；
步骤四：将覆盖传感芯片（1）的介质（4）从承载硅圆片（10）上剥离，清除胶膜（11）；
步骤五：在传感芯片（1）一侧的介质（4）表面形成沟槽，并露出传感芯片焊盘（2），同时在沟槽另一端形成垂直于介质（4）表面的深孔，沟槽与深孔位于传感芯片（1）之间；
步骤六：在介质（4）的沟槽与深孔内部填充导电材料，形成导电线路（5）；
步骤七：在介质（4）的背面对介质（4）进行减薄，露出深孔内的导电材料，形成填充导电材料的通孔（6）；
步骤八：在介质（4）的背面，填充导电材料的通孔（6）的末端制作焊球（7）；
步骤九：将所述封装结构在适当部位切割分离。
9.根据权利要求书8所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述步骤一的承载硅圆片（10）是硅、玻璃或者不锈钢。
10.根据权利要求书8所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述步骤二传感芯片（1）间距离大于100微米。
11.根据权利要求书8所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述步骤三采用塑模方法用模塑料介质（4）覆盖传感芯片（1）。
12.根据权利要求书8所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述步骤三介质（4）整平方法包括研磨和抛光。
13.根据权利要求书8所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述步骤五采用激光刻蚀或者切割刀切削方法在传感芯片（1）一侧的介质（4）表面形成沟槽。
14.根据权利要求书8所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述步骤五采用激光刻蚀或者机械钻孔的方法在介质（4）内部形成深孔。
15.根据权利要求书8所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述步骤六导电线路（5）材料由钛、铜、镍、金、铝中的一种或几种组成。
16.根据权利要求书8所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述步骤六导电线路（5）和步骤七填充导电材料的通孔（6）制备通过粘附层、种子层物理气相沉积、光刻胶涂覆、光刻、显影、电镀、去胶、种子层、粘附层金属刻蚀半导体工艺完成。
17.根据权利要求书8所述的一种有垂直通孔的埋入式传感芯片封装结构的制备方法，其特征在于，所述步骤七介质（4）减薄方法可以是研磨、腐蚀或者是其他方法。
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