CN104505393A - 背照式影像传感器三维堆叠封装结构及封装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构及封装工艺，包括影像芯片和IC芯片，影像芯片的正面具有影像功能面，IC芯片的正面具有IC功能面，影像功能面与IC功能面相对设置，并通过若干个凸点直接焊接在一起或通过无源转接板转接后焊接在一起；影像功能面与IC功能面直接焊接在一起时，影像功能面与IC功能面之间的空隙内填充有底部填充胶；影像功能面与IC功能面通过无源转接板转接后焊接在一起时，影像功能面与无源转接板之间的空隙内填充有底部填充胶。本发明实现了影像芯片与IC芯片的面对面的堆叠封装，它不需要在晶圆生产过程中，改变晶圆内部的结构，且能够降低背对面堆叠封装需要制作不同深度的TSV孔的难度。

Description

背照式影像传感器三维堆叠封装结构及封装工艺

技术领域

本发明涉及半导体影像传感器的封装结构及封装工艺，尤其涉及一种背照式影像传感器三维堆叠封装及封装工艺。

背景技术

影像传感器又称感光器件，是摄影机和数码相机的核心。而影像传感器的作用是将光进行转换，转化为电压信息最终成像。传统影像传感器结构中，感光二极管位于整个芯片的最下层，光线通过微透镜后还需要经过色滤层和电路层才能到达受光面，中途光线必然会遭到部分损失。08年诞生了一种背照式影像传感器，它的封装方式是通过晶圆在制作过程中，将感光二极管放于影像芯片的最上层，这种结构下，通过背面微透镜和色彩滤镜进来的光线就可以最大限度地被二极管利用，要制作出这种结构需要很精密的设备与精湛的工艺。同时，由于一般影像芯片包含有感光区和集成电路区，集成电路区所占面积随着像素增加而增加，一般可超过感光区，这样将造成感光区效率低，芯片整体面积过大，导致封装成本上升和良率下降。为了克服这个缺点，Sony在2012年采用了将感光区与集成电路区分成两个独立的芯片，分开制作，再通过封装的方式堆叠在一起形成三维封装的影像传感器，从而大大地提高了面积利用率，提升了良率。但是，这种结构采用背对面(back-to-face)的堆叠方式，需要在感光芯片上制作不同深度的TSV孔，难度很大。

发明内容

为了解决上述技术问题，降低封装难度，本发明提出了一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构及封装工艺，实现了影像芯片与IC芯片的面对面的堆叠封装，它不需要在晶圆生产过程中，改变晶圆内部的结构，且能够降低背对面堆叠封装需要制作不同深度的TSV孔的难度。

本发明的技术方案是这样实现的：

一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构，包括影像芯片和IC芯片，所述影像芯片的正面具有影像功能面，所述IC芯片的正面具有IC功能面，所述影像功能面与所述IC功能面相对设置，并通过若干个凸点直接焊接在一起或通过无源转接板转接后焊接在一起；所述影像功能面与所述IC功能面直接焊接在一起时，所述影像功能面与所述IC功能面之间的空隙内填充有底部填充胶；所述影像功能面与所述IC功能面通过无源转接板转接后焊接在一起时，所述影像功能面与所述无源转接板之间的空隙内填充有底部填充胶。

作为本发明的进一步改进，所述影像功能面与所述IC功能面直接焊接在一起的结构是：所述影像芯片包括第一硅片，所述影像功能面包括第一氧化层和形成于所述第一氧化层和所述第一硅片之间的第一线路层，所述第一线路层上形成有若干个第一PIN脚；所述IC芯片包括第二硅片，所述IC功能面包括第二氧化层和形成于所述第二氧化层和所述第二硅片之间的第二线路层，所述第二氧化层中形成有若干个与所述第一PIN脚一一对应的第二PIN脚，所述第一PIN脚与所述第二PIN脚之间通过所述凸点焊接在一起。

作为本发明的进一步改进，所述第二硅片的背面依次铺设有第一钝化层、用于连接外部电路或作为RDL层的第一金属布线层和第一保护层，所述第二硅片内形成有若干个电联通所述第一金属布线层和所述第二线路层的第一导电通孔，每个所述第一导电通孔包括一通孔、依次铺设于该通孔内的第二钝化层、第一金属层和第二保护层，所述金属层通过金属引脚连接所述第二线路层。

作为本发明的进一步改进，所述第一金属布线层上形成有LGA或/和焊球，所述影像芯片的背面上形成有微透镜。

作为本发明的进一步改进，所述第一导电通孔的形状是上下直径相等的直孔或上下直径不等的斜孔。

作为本发明的进一步改进，所述凸点为铜凸点、金凸点和锡凸点中的一种。

作为本发明的进一步改进，所述影像功能面与所述IC功能面通过无源转接板转接后焊接在一起的结构是：所述影像芯片包括第一硅片，所述影像功能面包括第一氧化层和形成于所述第一氧化层和所述第一硅片之间的第一线路层，所述第一线路层上形成有若干个第一PIN脚；所述无源转接板包括第三硅片，所述第三硅片的正面依次铺设有第三钝化层、第二金属布线层和第三保护层，第二金属布线层上形成有若干个与所述第一PIN脚一一对应的第三PIN脚，所述第一PIN脚与所述第三PIN脚之间通过所述凸点焊接在一起；所述第三硅片的背面依次铺设有第四钝化层、第三金属布线层和第四保护层，所述第三金属布线层与所述IC芯片的所述IC功能面通过所述凸点焊接在一起；所述第三硅片中形成有电联通所述第二金属布线层和所述第三金属布线层的若干个第二导电通孔，每个所述第二导电通孔包括一通孔、依次铺设于该通孔内的第五钝化层、第二金属层和有机绝缘材料。

作为本发明的进一步改进，所述第三金属布线层上形成有焊球，所述影像芯片的背面上形成有微透镜。

一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构的封装工艺，主要封装工艺流程如下：

1)提供一个正面具有影像功能面的影像芯片和一个正面具有IC功能面的IC芯片；

2)在所述影像芯片的影像功能面或所述IC芯片的IC功能面做凸点；

3)将步骤2)中影像芯片的影像功能面和IC芯片的IC功能面面对面对准后进行回流焊，使其电联通；

4)在步骤3)形成于所述影像功能面与所述IC功能面之间的空隙内填充底部填充胶；

5)在影像芯片的背面进行研磨，研磨到2um-3um；

6)在研磨后的影像芯片上做微透镜；

7)在IC芯片的背面做通孔；

8)在IC芯片的背面依次铺设第一钝化层、用于连接外部电路或作为RDL层的第一金属布线层，在通孔内依次铺设第二钝化层和第一金属层；

9)在IC芯片的背面的第一金属布线层上做LGA或焊球；

10)在IC芯片的通孔内和背面的第一金属布线层上涂覆一层用于保护线路被氧化腐蚀的第一保护层。

一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构的封装工艺，主要封装工艺流程如下：

1)提供一个正面具有影像功能面的影像芯片、一个正面具有IC功能面的IC芯片和一无源转接板；

2)在无源转接板中做通孔，在该通孔内依次铺设第五钝化层、第二金属层和有机绝缘材料，同时，在无源转接板的正面依次铺设第三钝化层、第二金属布线层和第三保护层；在无源转接板的背面依次铺设第四钝化层、第三金属布线层和第四保护层；

3)在无源转接板的正面或影像芯片的影像功能面上做凸点；

4)将步骤1)中影像芯片的影像功能面与步骤3)中无源转接板的正面对准后进行回流焊，使其电联通；

5)在步骤4)中形成于影像功能面与无源转接板之间的空隙内填充底部填充胶；

6)在影像芯片的背面进行研磨，研磨到2um-3um；

7)在研磨后的影像芯片上做微透镜；

8)在无源转接板的背面的同样地与IC芯片进行回流焊，并植焊球。

本发明的有益效果是：本发明提供一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构及封装工艺。它是面对面(face-to-face)的堆叠方式，一方面，它不需要在晶圆生产过程中，改变晶圆内部的结构，而只是通过改变封装方式，使之达到与背照式影像传感器的效果；另一方面，它降低了背对面(back-to-face)堆叠方式中需要制作不同深度的TSV孔的难度。

附图说明

图1为本发明优选实施例1结构示意图；

图2为本发明优选实施例2结构示意图。

结合附图，作以下说明：

1——影像芯片               11——影像功能面

111——第一氧化层           112——第一线路层

113——第一PIN脚            12——第一硅片

2——IC芯片                 21——IC功能面

211——第二氧化层           212——第二线路层

213——第二PIN脚                  22——第二硅片

221——第二钝化层                 222——第一金属层

223——第二保护层                 231——第一钝化层

232——第一金属布线层             233——第一保护层

3——凸点                         4——无源转接板

41——第三硅片                    42——第三钝化层

43——第二金属布线层              44——第三保护层

45——第三PIN脚                   46——第四钝化层

47——第三金属布线层              48——第四保护层

411——第五钝化层                 412——第二金属层

413——有机绝缘材料

5——底部填充胶                   6——LGA

7——焊球                         8——微透镜

具体实施方式

实施例1

如图1所示，1、一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构，包括影像芯片1和IC芯片2，所述影像芯片的正面具有影像功能面11，所述IC芯片的正面具有IC功能面21，所述影像功能面与所述IC功能面相对设置，并通过若干个凸点3直接焊接在一起，所述影像功能面与所述IC功能面之间的空隙内填充有底部填充胶5。该实施方式主要应用于影像芯片与IC芯片的尺寸和位置相匹配，影像芯片的功能面内的金属引脚与IC芯片的功能面内的金属引脚一一对应的情形。上述结构形成的背照式影像传感器封装结构，是一种面对面的三维堆叠封装结构，它实现了影像芯片与IC芯片的面对面的堆叠封装，其在晶圆生产过程中，不需要改变晶圆内部的结构，且能够降低背对面堆叠封装需要制作不同深度的TSV孔的难度。

优选的，所述影像功能面与所述IC功能面直接焊接在一起的结构是：所述影像芯片包括第一硅片12，所述影像功能面包括第一氧化层111和形成于所述第一氧化层和所述第一硅片之间的第一线路层112，所述第一线路层上形成有若干个第一PIN脚113；所述IC芯片包括第二硅片22，所述IC功能面包括第二氧化层211和形成于所述第二氧化层和所述第二硅片之间的第二线路层212，所述第二氧化层中形成有若干个与所述第一PIN脚一一对应的第二PIN脚213，所述第一PIN脚与所述第二PIN脚之间通过所述凸点焊接在一起。

优选的，所述第二硅片的背面依次铺设有第一钝化层231、用于连接外部电路或作为RDL层的第一金属布线层232和第一保护层233，所述第二硅片内形成有若干个电联通所述第一金属布线层和所述第二线路层的第一导电通孔，每个所述第一导电通孔包括一通孔、依次铺设于该通孔内的第二钝化层221、第一金属层222和第二保护层223，所述金属层通过金属引脚连接所述第二线路层。

优选的，所述第一金属布线层上形成有LGA6或/和焊球7，所述影像芯片的背面上形成有微透镜8。

优选的，所述第一导电通孔的形状是上下直径相等的直孔或上下直径不等的斜孔。

优选的，所述凸点为铜凸点、金凸点和锡凸点中的一种。

上述背照式影像传感器三维堆叠封装结构的封装工艺，主要包括如下流程：

1)提供一个正面具有影像功能面的影像芯片1和一个正面具有IC功能面的IC芯片2；

2)在所述影像芯片的影像功能面或所述IC芯片的IC功能面做凸点3；

3)将步骤2)中影像芯片的影像功能面和IC芯片的IC功能面面对面对准后进行回流焊，使其电联通；

4)在步骤3)形成于所述影像功能面与所述IC功能面之间的空隙内填充底部填充胶；

5)在影像芯片的背面进行研磨，研磨到2um-3um；

6)在研磨后的影像芯片上做微透镜；

7)在IC芯片的背面做通孔；

8)在IC芯片的背面依次铺设第一钝化层、用于连接外部电路或作为RDL层的第一金属布线层，在通孔内依次铺设第二钝化层和第一金属层；

9)在IC芯片的背面的第一金属布线层上做LGA或焊球；

10)在IC芯片的通孔内和背面的第一金属布线层上涂覆一层用于保护线路被氧化腐蚀的第一保护层。

实施例2

如图2所示，一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构，包括影像芯片1、IC芯片2和无源转接板4，所述影像芯片的正面具有影像功能面11，所述IC芯片的正面具有IC功能面21，所述影像功能面与所述IC功能面相对设置，影像芯片的的影像功能面与无源转接板之间，以及无源转接板与IC芯片的功能面之间通过若干个凸点3焊接在一起；所述影像功能面与所述无源转接板之间的空隙内填充有底部填充胶5。该实施方式主要应用于影像芯片与IC芯片的尺寸和位置不匹配，影像芯片的功能面内的金属引脚与IC芯片的功能面内的金属引脚无法一一对应的情形。通过上述结构形成的背照式影像传感器封装结构，是一种面对面的三维堆叠封装结构，它实现了影像芯片与IC芯片的面对面的堆叠封装，其在晶圆生产过程中，不需要改变晶圆内部的结构，且能够降低背对面堆叠封装需要制作不同深度的TSV孔的难度。

优选的，所述影像功能面与所述IC功能面通过无源转接板转接后焊接在一起的结构是：所述影像芯片包括第一硅片12，所述影像功能面包括第一氧化层111和形成于所述第一氧化层和所述第一硅片之间的第一线路层112，所述第一线路层上形成有若干个第一PIN脚113；所述无源转接板包括第三硅片41，所述第三硅片的正面依次铺设有第三钝化层42、第二金属布线层43和第三保护层44，第二金属布线层上形成有若干个与所述第一PIN脚一一对应的第三PIN脚45，所述第一PIN脚与所述第三PIN脚之间通过所述凸点焊接在一起；所述第三硅片的背面依次铺设有第四钝化层46、第三金属布线层47和第四保护层48，所述第三金属布线层与所述IC芯片的所述IC功能面通过所述凸点焊接在一起；所述第三硅片中形成有电联通所述第二金属布线层和所述第三金属布线层的若干个第二导电通孔，每个所述第二导电通孔包括一通孔、依次铺设于该通孔内的第五钝化层411、第二金属层412和有机绝缘材料413。

优选的，所述第三金属布线层上形成有焊球7，所述影像芯片的背面上形成有微透镜8。

优选的，所述第二导电通孔的形状是上下直径相等的直孔或上下直径不等的斜孔。

优选的，所述凸点为铜凸点、金凸点和锡凸点中的一种。

上述背照式影像传感器三维堆叠封装结构的封装工艺的主要流程如下：

上述背照式影像传感器三维堆叠封装结构的封装工艺，主要封装工艺流程如下：

1)提供一个正面具有影像功能面的影像芯片、一个正面具有IC功能面的IC芯片和一无源转接板；

2)在无源转接板中做通孔，在该通孔内依次铺设第五钝化层、第二金属层和有机绝缘材料，同时，在无源转接板的正面依次铺设第三钝化层、第二金属布线层和第三保护层；在无源转接板的背面依次铺设第四钝化层、第三金属布线层和第四保护层；

3)在无源转接板的正面或影像芯片的影像功能面上做凸点；

4)将步骤1)中影像芯片的影像功能面与步骤3)中无源转接板的正面对准后进行回流焊，使其电联通；

5)在步骤4)中形成于影像功能面与无源转接板之间的空隙内填充底部填充胶；

6)在影像芯片的背面进行研磨，研磨到2um-3um；

7)在研磨后的影像芯片上做微透镜；

8)在无源转接板的背面的同样地与IC芯片进行回流焊，并植焊球。

以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构，其特征在于：包括影像芯片(1)和IC芯片(2)，所述影像芯片的正面具有影像功能面(11)，所述IC芯片的正面具有IC功能面(21)，所述影像功能面与所述IC功能面相对设置，并通过若干个凸点(3)直接焊接在一起或通过无源转接板(4)转接后焊接在一起；所述影像功能面与所述IC功能面直接焊接在一起时，所述影像功能面与所述IC功能面之间的空隙内填充有底部填充胶(5)；所述影像功能面与所述IC功能面通过无源转接板转接后焊接在一起时，所述影像功能面与所述无源转接板之间的空隙内填充有底部填充胶(5)。

2.根据权利要求1所述的背照式影像传感器三维堆叠封装结构，其特征在于：所述影像功能面与所述IC功能面直接焊接在一起的结构是：所述影像芯片包括第一硅片(12)，所述影像功能面包括第一氧化层(111)和形成于所述第一氧化层和所述第一硅片之间的第一线路层(112)，所述第一线路层上形成有若干个第一PIN脚(113)；所述IC芯片包括第二硅片(22)，所述IC功能面包括第二氧化层(211)和形成于所述第二氧化层和所述第二硅片之间的第二线路层(212)，所述第二氧化层中形成有若干个与所述第一PIN脚一一对应的第二PIN脚(213)，所述第一PIN脚与所述第二PIN脚之间通过所述凸点焊接在一起。

3.根据权利要求2所述的背照式影像传感器三维堆叠封装结构，其特征在于：所述第二硅片的背面依次铺设有第一钝化层(231)、用于连接外部电路或作为RDL层的第一金属布线层(232)和第一保护层(233)，所述第二硅片内形成有若干个电联通所述第一金属布线层和所述第二线路层的第一导电通孔，每个所述第一导电通孔包括一通孔、依次铺设于该通孔内的第二钝化层(221)、第一金属层(222)和第二保护层(223)，所述金属层通过金属引脚连接所述第二线路层。

4.根据权利要求3所述的背照式影像传感器三维堆叠封装结构，其特征在于：所述第一金属布线层上形成有LGA(6)或/和焊球(7)，所述影像芯片的背面上形成有微透镜(8)。

5.根据权利要求4所述的背照式影像传感器三维堆叠封装结构，其特征在于：所述第一导电通孔的形状是上下直径相等的直孔或上下直径不等的斜孔。

6.根据权利要求1所述的背照式影像传感器三维堆叠封装结构，其特征在于：所述凸点为铜凸点、金凸点和锡凸点中的一种。

7.根据权利要求1所述的背照式影像传感器三维堆叠封装结构，其特征在于：所述影像功能面与所述IC功能面通过无源转接板转接后焊接在一起的结构是：所述影像芯片包括第一硅片(12)，所述影像功能面包括第一氧化层(111)和形成于所述第一氧化层和所述第一硅片之间的第一线路层(112)，所述第一线路层上形成有若干个第一PIN脚(113)；所述无源转接板包括第三硅片(41)，所述第三硅片的正面依次铺设有第三钝化层(42)、第二金属布线层(43)和第三保护层(44)，第二金属布线层上形成有若干个与所述第一PIN脚一一对应的第三PIN脚(45)，所述第一PIN脚与所述第三PIN脚之间通过所述凸点焊接在一起；所述第三硅片的背面依次铺设有第四钝化层(46)、第三金属布线层(47)和第四保护层(48)，所述第三金属布线层与所述IC芯片的所述IC功能面通过所述凸点焊接在一起；所述第三硅片中形成有电联通所述第二金属布线层和所述第三金属布线层的若干个第二导电通孔，每个所述第二导电通孔包括一通孔、依次铺设于该通孔内的第五钝化层(411)、第二金属层(412)和有机绝缘材料(413)。

8.根据权利要求7所述的背照式影像传感器三维堆叠封装结构，其特征在于：所述第三金属布线层上形成有焊球(7)，所述影像芯片的背面上形成有微透镜(8)。

9.一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构的封装工艺，其特征在于：主要封装工艺流程如下：

1)提供一个正面具有影像功能面的影像芯片(1)和一个正面具有IC功能面的IC芯片(2)；

2)在所述影像芯片的影像功能面或所述IC芯片的IC功能面做凸点(3)；

3)将步骤2)中影像芯片的影像功能面和IC芯片的IC功能面面对面对准后进行回流焊，使其电联通；

4)在步骤3)形成于所述影像功能面与所述IC功能面之间的空隙内填充底部填充胶；

5)在影像芯片的背面进行研磨，研磨到2um-3um；

6)在研磨后的影像芯片上做微透镜；

7)在IC芯片的背面做通孔；

8)在IC芯片的背面依次铺设第一钝化层、用于连接外部电路或作为RDL层的第一金属布线层，在通孔内依次铺设第二钝化层和第一金属层；

9)在IC芯片的背面的第一金属布线层上做LGA或焊球；

10)在IC芯片的通孔内和背面的第一金属布线层上涂覆一层用于保护线路被氧化腐蚀的第一保护层。

10.一种背照式影像传感器三维堆叠封装结构的封装工艺，其特征在于：主要封装工艺流程如下：

1)提供一个正面具有影像功能面的影像芯片、一个正面具有IC功能面的IC芯片和一无源转接板；

2)在无源转接板中做通孔，在该通孔内依次铺设第五钝化层、第二金属层和有机绝缘材料，同时，在无源转接板的正面依次铺设第三钝化层、第二金属布线层和第三保护层；在无源转接板的背面依次铺设第四钝化层、第三金属布线层和第四保护层；

3)在无源转接板的正面或影像芯片的影像功能面上做凸点；

4)将步骤1)中影像芯片的影像功能面与步骤3)中无源转接板的正面对准后进行回流焊，使其电联通；

5)在步骤4)中形成于影像功能面与无源转接板之间的空隙内填充底部填充胶；

6)在影像芯片的背面进行研磨，研磨到2um-3um；

7)在研磨后的影像芯片上做微透镜；

8)在无源转接板的背面的同样地与IC芯片进行回流焊，并植焊球。