CN104795372A - 一种指纹识别传感器芯片的封装结构 - Google Patents

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赖志明
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Jiangyin Changdian Advanced Packaging Co Ltd
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Abstract

本发明涉及一种指纹识别传感器芯片的封装结构，属于半导体封装技术领域。其包封体（4）包封所述指纹识别传感器芯片（1）和金属连接件（5），覆盖其上的绝缘层（3）的上表面选择性地设置正面再布线金属层（6），所述正面再布线金属层（6）分布于所述指纹感应识别区域（12）的正面的垂直区域之外，并通过绝缘层开口（31）与芯片电极（14）连接，所述金属连接件（5）设置于指纹识别传感器芯片（1）的旁侧且与芯片电极（14）设置于指纹识别传感器芯片（1）的同侧，所述包封体（4）的下表面设置背面再布线金属层（7）和背面保护层（8）。本发明提供了一种无需基板的封装结构简单的指纹识别传感器芯片的封装结构，以降低封装成本，顺应绿色能源的现代社会理念。

Description

一种指纹识别传感器芯片的封装结构
技术领域
本发明涉及一种指纹识别传感器芯片的封装结构，属于半导体封装技术领域。
背景技术
随着电子技术和半导体技术的不断发展，指纹识别传感器技术也越来越成熟，越来越多的电子设备中开始使用指纹识别传感器，具体实现过程中，指纹识别传感器被制成封装结构嵌入电子设备中。
中国专利申请号201410039601.3详细公开了一现有指纹识别传感器结构、电子设备及指纹识别传感器的制备方法，如图1所示，为该指纹识别传感器的制备过程的流程图，在硅晶片132的顶部设有传感器电路1322，在硅晶片132的顶部的边缘位置开设有沟槽1324，沟槽1324的底部在垂直方向上的位置低于硅晶片132的顶部，沟槽1324的侧壁上设置有导电层1326，导电层1326一端与硅晶片132的顶部的传感器电路1322连接，另一端延伸至沟槽1324的底部，接合线138的一端与导电层1326绑定连接，再通过注塑方式在基板136上形成将硅晶片132及接合线138包覆在内的封装139，见其中的图f。
上述指纹识别传感器的制备方法需要采用刻蚀沟槽工艺、制作导电层工艺、粘合工艺、接合线打线工艺等，工序复杂，可操控性差，不利于生产成本的降低，且刻蚀沟槽工艺等污染环境，与现代社会提倡的绿色能源的理念矛盾；另外，接合线138将指纹识别传感器与基板固定封装，限制了指纹识别传感器结构的灵活运用。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种无需基板的封装结构简单的指纹识别传感器芯片的封装结构，以降低封装成本，顺应绿色能源的现代社会理念。
本发明是这样实现的：
本发明一种指纹识别传感器芯片的封装结构，其包括指纹识别传感器芯片，所述指纹识别传感器芯片的正面设有指纹感应识别区域和若干个芯片电极，所述芯片电极设置于指纹感应识别区域之外，
还包括包封体，所述包封体包封所述指纹识别传感器芯片，其上表面露出指纹识别传感器芯片的正面，所述指纹识别传感器芯片的正面和包封体的上表面覆盖图案化的绝缘层，且于所述芯片电极处开设绝缘层开口，所述绝缘层的上表面选择性地设置正面再布线金属层，所述正面再布线金属层分布于所述指纹感应识别区域的正面的垂直区域之外，并通过绝缘层开口与芯片电极连接，
所述包封体还包封与所述指纹识别传感器芯片垂直的金属连接件，所述金属连接件设置于指纹识别传感器芯片的旁侧且与芯片电极设置于指纹识别传感器芯片的同侧，其顶部穿过绝缘层直达正面再布线金属层的下表面，
所述包封体的下表面设置背面再布线金属层和背面保护层，所述背面再布线金属层的一部分的下表面设置若干个焊盘、另一部分为再布线金属连线，所述金属连接件的下端通过再布线金属连线与对应的焊盘连接，所述背面保护层覆盖背面再布线金属层并仅露出焊盘。
所述金属连接件的个数与芯片电极的个数一一对应。
所述金属连接件为柱状金属物。
所述金属连接件为再布线金属层，且与背面再布线金属层为一体结构。
所述包封体于所述指纹识别传感器芯片的背面的厚度为h，h的取值范围为10～200微米。
所述包封体于所述指纹识别传感器芯片的背面的厚度为h，h的取值范围为20～50微米。
本发明的有益效果是：
1、本发明通过再布线金属层和金属连接件将指纹识别传感器芯片的芯片电极从正面转移至封装结构的背面，完成封装的指纹识别传感器封装结构解除了基板的约束，仅在使用时才需与基板连接，使指纹识别传感器封装结构可以更加灵活运用；
2、本发明采用圆片级封装技术成形的高密度再布线金属层和金属连接件，指纹识别传感器封装结构的加工过程不再需要刻蚀沟槽工艺等污染环境的工序，简化了工序，增强了整个工艺的可操控性，有利于生产成本的降低，顺应了绿色能源的现代社会理念。
附图说明
图1为现有指纹识别传感器结构的示意图；
图2为本发明一种指纹识别传感器芯片的封装结构的实施例一的剖面示意图；
图3为图2的金属连接物与芯片电极、感应元件区域的位置关系的正视的示意图；
图4为图2的金属连接物与背面再布线金属层的位置关系的仰视的示意图；
图5为图4的变形；
图6为本发明一种指纹识别传感器芯片的封装结构的实施例二的剖面示意图；
图7和图8为图3的变形；
图中：
指纹识别传感器芯片1
芯片本体10
指纹感应识别区域12
芯片电极14
绝缘层3
包封体4
金属连接件5
正面再布线金属层6
背面再布线金属层7
焊盘71
再布线金属连线72
背面保护层8。
具体实施方式
现在将在下文中参照附图更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例，从而本公开将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。
实施例一，参见图2至图5
图2为本发明一种指纹识别传感器芯片的封装结构的剖面示意图，由图可知，指纹识别传感器芯片1的芯片本体10的正面设有指纹感应识别区域12和若干个芯片电极14，芯片电极14设置于指纹感应识别区域12之外，图中以设置于指纹感应识别区域12一侧的6个芯片电极14示意，感应元件设置于指纹感应识别区域12内，其电路与芯片电极14的电路设置于指纹识别传感器芯片1的内部。
包封材料包封指纹识别传感器芯片1和金属连接件5，包封材料的材质目前以环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂和不饱和聚酯树脂最为常用。包封材料包封、固化完成后，呈固状的包封体4，可以起到防水、防潮、防震、防尘、散热、绝缘等作用。同时通常为了减小包封材料本身的热膨胀系数问题，提升结构的热机械可靠性，在包封材料内还添加有氧化硅、氮化硅等填充料。
包封体4的上表面露出指纹识别传感器芯片1的正面。指纹识别传感器芯片1的正面和包封体4的上表面覆盖图案化的绝缘层3，且于芯片电极14处开设绝缘层开口31。绝缘层3的材质为氧化硅、氮化硅等。绝缘层3的上表面选择性地设置正面再布线金属层6，正面再布线金属层6分布于该指纹感应识别区域12的正面的垂直区域之外，并通过绝缘层开口31与芯片电极14连接，正面再布线金属层6一般采用导电性能良好的铜Cu、铁Fe、镍Ni等材质。其具体层数可按照产品要求设置为一层或多层，通常的，正面再布线金属层6为高密度布线层，即线宽/线距在5um以下。
金属连接件5设置于指纹识别传感器芯片1的旁侧，且与指纹识别传感器芯片1垂直。金属连接件5呈柱状实心金属物，其材质为铜Cu、镍Ni、钒V、钛Ti、钯Pd、金Au、银Ag等。金属连接件5的顶部穿过绝缘层3直达正面再布线金属层6的下表面，与正面再布线金属层6实现连接。金属连接件5的个数与芯片电极14的个数无绝对对应关系，根据实际需要设计。图中为清楚地说明金属连接件5与芯片电极14的连接关系，以金属连接件5的个数与芯片电极14的个数一一对应示意。为节省布局空间，以金属连接件5设置于指纹识别传感器芯片1的芯片电极14的同侧为佳。
包封体4的下表面设置背面再布线金属层7。背面再布线金属层7一般采用导电性能良好的铜Cu、铁Fe、镍Ni等金属制作。其具体层数可按照产品要求设置为一层或多层，通常的，背面再布线金属层7为高密度布线层，即线宽/线距在5um以下，以提高电学的可靠性。背面再布线金属层7的一部分的下表面设置若干个焊盘71、另一部分形成再布线金属连线72。
金属连接件5的下端露出包封体4，且通过再布线金属连线72与对应的焊盘71连接，相当于将指纹识别传感器芯片1的正面的芯片电极引至指纹识别传感器芯片1的背面与基板导通。因此，与指纹识别传感器封装结构的现有技术相比，本发明的该方案同样减小了指纹识别传感器需要的垂直空间量，以便于指纹识别传感器设计在更靠近用户手指的位置，有效地提升了指纹识别传感器接触的灵敏性。
背面保护层8覆盖背面再布线金属层7并仅露出焊盘71，以备使用时通过焊球、焊块或微金属凸块与PCB板或基板连接，而不是将指纹识别传感器芯片束缚在基板上。背面保护层8的材料通常包括氧化硅、氮化硅或树脂类介电材料。对应不同的基板，焊盘71的位置可以灵活设置，其形状也可灵活设计，一般地，焊盘71呈阵列状排列，其横截面以矩形最为常见，且越大越好，一方面便于连接，另一方面，也是封装结构的散热通道之一。根据不同的焊盘71布局，如图4和图5所示，焊盘71分别以2*3的阵列排布、以3*2的阵列排布示意，再布线金属连线72以最便捷的布线方案实现焊盘71与金属连接件5的电气连接，以节约生产成本。
包封体4于该指纹识别传感器芯片1的背面的厚度为h，一般地，h的取值范围为10～200微米，以h的取值范围为20～50微米为佳，以使背面再布线金属层7与指纹识别传感器芯片1安全绝缘的同时不增加封装体的厚度。
实施例二，参见图6
实施例二与实施例一的封装结构类似，不同之处在于金属连接件5也可以为再布线金属层，且与背面再布线金属层7为一体结构，如图6所示，该封装结构可以缩减工艺流程，提高效率，降低生产成本。
具体如下：
图6为本发明一种指纹识别传感器芯片的封装结构的剖面示意图，由图可知，指纹识别传感器芯片1的正面设有指纹感应识别区域12和若干个芯片电极14，芯片电极14设置于指纹感应识别区域12之外，图中以设置于指纹感应识别区域12一侧的6个芯片电极14示意，感应元件设置于指纹感应识别区域12内，其电路与芯片电极14的电路设置于指纹识别传感器芯片1的内部。
包封材料包封指纹识别传感器芯片1，包封材料的材质目前以环氧树脂、酚醛树脂、有机硅树脂和不饱和聚酯树脂最为常用。包封材料包封、固化完成后，呈固状的包封体4，可以起到防水、防潮、防震、防尘、散热、绝缘等作用。同时通常为了减小包封材料本身的热膨胀系数问题，提升结构的热机械可靠性，在包封材料内还添加有氧化硅、氮化硅等填充料。
包封体4的上表面露出指纹识别传感器芯片1的正面。指纹识别传感器芯片1的正面和包封体4的上表面覆盖图案化的绝缘层3，且于芯片电极14处开设绝缘层开口31。绝缘层3的材质为氧化硅、氮化硅等。绝缘层3的上表面选择性地设置正面再布线金属层6，正面再布线金属层6分布于该指纹感应识别区域12的正面的垂直区域之外，并通过绝缘层开口31与芯片电极14连接，正面再布线金属层6一般采用导电性能良好的铜Cu、铁Fe、镍Ni等材质。其具体层数可按照产品要求设置为一层或多层，通常的，正面再布线金属层6为高密度布线层，即线宽/线距在5um以下。
在指纹识别传感器芯片1的旁侧将包封体4由下而上开设若干个通孔51，该通孔51与指纹识别传感器芯片1垂直，其顶部穿过绝缘层3直达正面再布线金属层6的下表面。
包封体4的下表面和通孔51内设置背面再布线金属层7。背面再布线金属层7一般采用导电性能良好的铜Cu、铁Fe、镍Ni等金属制作。其具体层数可按照产品要求设置为一层或多层，通常的，背面再布线金属层7为高密度布线层，即线宽/线距在5um以下，以提高电学的可靠性。背面再布线金属层7在通孔51的顶部与正面再布线金属层6连接，相当于将指纹识别传感器芯片1的正面的电极引至指纹识别传感器芯片1的背面与基板导通，从而减小了指纹识别传感器需要的垂直空间量，以便于指纹识别传感器设计在更靠近用户手指的位置，有效地提升了指纹识别传感器接触的灵敏性。通孔51内的背面再布线金属层7也可以沉积在通孔51内的金属柱，该金属柱与通孔51外的背面再布线金属层7连接。指纹识别传感器芯片1的背面，背面再布线金属层7的一部分的下表面设置若干个焊盘71、另一部分为再布线金属连线72。
背面保护层8覆盖背面再布线金属层7并仅露出焊盘71，以备后续通过焊球、焊块或微金属凸块与PCB板或基板连接，背面保护层8的材料通常包括氧化硅、氮化硅或树脂类介电材料。对应不同的基板，焊盘71的位置可以灵活设置，其形状也可灵活设计，一般地，焊盘71呈阵列状排列，其横截面以矩形最为常见，且越大越好，一方面便于连接，另一方面，也是封装结构的散热通道之一。根据不同的焊盘71布局，如图4和图5所示，焊盘71分别以2*3的阵列排布、以3*2的阵列排布示意，再布线金属连线72以最便捷的方案布线，节约生产成本。
包封体4于该指纹识别传感器芯片1的背面的厚度为h，一般地，h的取值范围为10～200微米，以h的取值范围为20～50微米为佳，以使背面再布线金属层7与指纹识别传感器芯片1安全绝缘的同时不增加封装体的厚度。
通孔51的个数与芯片电极14的个数无绝对对应关系，根据实际需要设计。图中为清楚地说明通孔51内背面再布线金属层7与芯片电极14的连接关系，以通孔51的个数与芯片电极14的个数一一对应示意。为节省布局空间，以通孔51与芯片电极14设置于指纹识别传感器芯片1的同侧为佳。
本发明一种指纹识别传感器芯片的封装结构不限于上述优选实施例，其芯片电极14也可以设置于指纹识别传感器芯片1的指纹感应识别区域12的两侧外围，如图6所示，或者设置于指纹识别传感器芯片1的指纹感应识别区域12的四周外围，如图7所示。通孔51或金属连接件5与芯片电极14就近同侧分布。
因此，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围内。

Claims (6)

1.一种指纹识别传感器芯片的封装结构，其包括指纹识别传感器芯片（1），所述指纹识别传感器芯片（1）的正面设有指纹感应识别区域（12）和若干个芯片电极（14），所述芯片电极（14）设置于指纹感应识别区域（12）之外，
其特征在于：还包括包封体（4），所述包封体（4）包封所述指纹识别传感器芯片（1），其上表面露出指纹识别传感器芯片（1）的正面，所述指纹识别传感器芯片（1）的正面和包封体（4）的上表面覆盖图案化的绝缘层（3），且于所述芯片电极（14）处开设绝缘层开口（31），所述绝缘层（3）的上表面选择性地设置正面再布线金属层（6），所述正面再布线金属层（6）分布于所述指纹感应识别区域（12）的正面的垂直区域之外，并通过绝缘层开口（31）与芯片电极（14）连接，
所述包封体（4）还包封与所述指纹识别传感器芯片（1）垂直的金属连接件（5），所述金属连接件（5）设置于指纹识别传感器芯片（1）的旁侧且与芯片电极（14）设置于指纹识别传感器芯片（1）的同侧，其顶部穿过绝缘层（3）直达正面再布线金属层（6）的下表面，
所述包封体（4）的下表面设置背面再布线金属层（7）和背面保护层（8），所述背面再布线金属层（7）的一部分的下表面设置若干个焊盘（71）、另一部分为再布线金属连线（72），所述金属连接件（5）的下端通过再布线金属连线（72）与对应的焊盘（71）连接，所述背面保护层（8）覆盖背面再布线金属层（7）并仅露出焊盘（71）。
2.根据权利要求1所述的一种指纹识别传感器芯片的封装结构，其特征在于：所述金属连接件（5）的个数与芯片电极（14）的个数一一对应。
3.根据权利要求1所述的一种指纹识别传感器芯片的封装结构，其特征在于：所述金属连接件（5）为柱状金属物。
4.根据权利要求1所述的一种指纹识别传感器芯片的封装结构，其特征在于：所述金属连接件（5）为再布线金属层，且与背面再布线金属层（7）为一体结构。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的一种指纹识别传感器芯片的封装结构，其特征在于：所述包封体（4）于所述指纹识别传感器芯片（1）的背面的厚度为h，h的取值范围为10～200微米。
6.根据权利要求5所述的一种指纹识别传感器芯片的封装结构，其特征在于：所述包封体（4）于所述指纹识别传感器芯片（1）的背面的厚度为h，h的取值范围为20～50微米。
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