CN105529308B - 一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构及制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构及制造方法。所述结构包括：至少一个基板，基板上至少放置一个指纹传感芯片，指纹传感芯片与基板之间通过介质层粘接在一起，所述指纹传感芯片的焊盘面向上，至少有一根键合丝与基板进行互连。本发明在保证指纹芯片有高平整度的同时，最大限度的增强了指纹识别的灵敏度，增强识别效果；同时在裸芯塑封过程中，最大限度的节约了塑封成本，节省了指纹识别芯片模组组装贴保护盖板过程。优化指纹识别系统生产过程，节约成本。

Description

一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构及制造方法
技术领域
本发明涉及一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构及制造方法，属于半导体封装技术领域。
背景技术
近年来，随着半导体技术及市场需求的不断推进，芯片封装技术发展的日新月异，以及新型指纹识别系统的不断涌现，市场上尤其是手机、电脑、门禁、考勤及其他涉密系统等领域均出现了各式各样的指纹识别系统。
目前市场主流指纹识别技术有：光学指纹识别、电容指纹识别等。其中，光学指纹识别技术发展最早，价格低廉被广泛应用，但存在尺寸大，识别效果差等缺陷；电容式指纹识别技术是基于20世纪90年代后期，半导体硅电容效应技术的成熟化发展起来的一项技术，利用手指指纹线的脊和谷相对于平滑的硅传感器之间的电容差，将这一差值再传变成电信号，同时在经过相应处理，便形成完整指纹图像，具有成像效果好，体积小的特点。
指纹传感芯片作为电容式指纹识别系统中最重要的部件，目前最主流封装结构为芯片裸露结构和全包封式结构，芯片裸露式结构在最终模组过程会在芯片表面贴装保护盖板等结构，将芯片裸露部分保护起来。而对于全包封式结构，其与传统封装结构相似，将整个芯片用塑封料包封起来，组装过程不需要贴装保护盖板。而两种不同封装结构有一个共同点：各结构层平整度及厚度需要严格控制。
对于裸露式指纹芯片而言，在完成裸露封装后，需要在指纹传感芯片表面贴装保护盖板以保护芯片不受损伤，或在封装过程中将保护盖板直接封装在封装体内，形成新的封装结构。对于直接将盖板封装在封装体的这一结构，其主要特点是：首先，省去指纹芯片在最后模组组装过程贴保护盖板过程，优化封装流程。其次，通过将保护盖板通过塑封的方式封装起来，提高产品的可靠性。但此方式同样存在如下问题：芯片和保护盖板粘贴均需要使用软性粘接材料，保护盖板贴装倾斜和指纹传感芯片贴装倾斜等异常难免会产生，而这些异常均会导致指纹感应成像效果差，良率低下的问题。通过在保护盖板与芯片感应区增加平整度优良的垫块结构可以很好的解决这一问题，但产品封装过程需要使用高介电常数塑封料进行封装，将保护盖板与芯片之间和芯片四周用塑封料保护起来。然而高介电常数塑封料相比传统塑封料，价格方面会高出很多，且对于指纹传感芯片而言，介电常数要求比较严格的地方主要在感应区 域(即感应区域与保护盖板之间)，其他地方则不需要高介电常数，对于现有封装结构而言，存在材料浪费问题。
为了解决以上平整度，贴装倾斜，材料浪费的问题，需要寻找新的解决方案，优化封装方案，节约成本。
发明内容
本发明通过在指纹芯片的封装过程中将保护盖板与指纹芯片之间增加垫块，且在指纹芯片与保护盖板之间通过底部填充工艺填充高介电常数底部填充材料，再使用普通塑封料进行裸芯塑封工艺。此封装方案即可以使保护盖板与指纹芯片处于相对平行状态，避免使用柔性粘接材料粘接发生倾斜的风险；同时使用普通塑封料进行裸芯塑封，可有效降低封装成本。
为达到上述技术效果，本发明通过以下技术手段实现。
一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构，包括：所述结构包括至少一个基板，基板上至少放置一个指纹传感芯片，所述指纹传感芯片与基板之间通过介质层粘接在一起，所述指纹传感芯片的焊盘面向上，所述基板至少与一根键合线进行互连，所述指纹传感芯片感应区域上方放置保护盖板，所述保护盖板下表面至少含有一个垫块存在于指纹传感芯片与保护盖板之间，所述垫块水平高度相同，所述指纹传感芯片与保护盖板之间由高介电常数底部填充材料填充，所述的基板上表面、指纹传感芯片、键合线及保护盖板被塑封体包封；其中，所述保护盖板上表面裸露，所述保护盖板与塑封体表面同一平面。
所述指纹传感芯片与基板之间介质层为环氧树脂胶。
所述指纹传感芯片为电容式指纹传感芯片。
所述保护盖板底部垫块材质与盖板相同，或者所述保护盖板底部垫块材质组成是有机成份层的可光刻干膜、树脂材料或无机成份层的硅。
所述保护盖板材质其介电常数大于3、硬度大于4H、粗糙度小于2um。
所述保护盖板为玻璃、蓝宝石或者陶瓷材料。
所述高介电常数底部填充材料的介电常数大于7。
一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构的制造方法，包括以下步骤：
步骤一：准备基板；
步骤二：在基板上表面贴装指纹传感芯片，指纹传感芯片通过粘接剂固定在基板之上；
步骤三：通过引线键合工艺，使用键合线将指纹传感芯片信号与基板上金手指互连形成电路通路；
步骤四：通过贴盖子工艺将带有垫块的保护盖板贴装在指纹传感芯片对应感应区域，其中指纹传感芯片表面通过画胶工艺施有粘接剂；
步骤五：通过底部填充工艺，将指纹传感芯片与保护盖板之间填充高介电常数材料；
步骤六：裸芯塑封工艺，将指纹传感芯片，键合线及基板上表面与保护盖板封装起来，经过切割工艺，将整条产品切割成单颗产品。
所述步骤四中带有垫块的保护盖板的制作方法如下：
第一步：准备原材料保护盖板；
第二步：贴膜，在保护盖板原材料背部贴可光刻干膜；
第三步：曝光和显影，应用可光刻干膜具有可曝光显影特性进行曝光处理；
第四步：蚀刻，应用蚀刻工艺将不需要的干膜去除，留下已曝光干膜。
所述步骤四用以下步骤替换:
通过蘸胶和贴盖子工艺将带有垫块的保护盖板贴装在指纹传感芯片对应感应区域，其中垫块蘸胶过程为：通过吸嘴将保护盖板吸起，然后将保护盖板移动至带有粘接剂的蘸胶盘上方，设备向下移动吸嘴蘸取粘接剂，最后进行贴片，将保护盖板贴装在指纹传感芯片表面。
所述步骤二指纹传感芯片贴装过程为DAF工艺或者画胶粘接工艺。
所述第二步的保护盖板贴装过程为画胶粘接工艺。
所述第二步的保护盖板贴装过程为蘸胶贴装工艺。
通过上述技术方案，本发明具有以下有益效果：
首先，本发明通过在指纹传感芯片与保护盖板底部增加垫块结构，并通过底部填充工艺将高介电常数介质材料填充于指纹传感芯片与保护盖板之间。在保证指纹芯片有高平整度的同时，最大限度的增强了指纹识别的灵敏度，增强识别效果。
其次，本发明中，在裸芯塑封过程中，仅使用普通塑封料就可以满足产品封装要求，不在需要高介 电常数塑封料进行塑封。最大限度的节约了塑封成本，同时在塑封过程中将保护盖板一同封装，节省了指纹识别芯片模组组装贴保护盖板过程。
再次，本发明中优化了指纹识别系统生产过程，节约了成本。
附图说明
图1为本发明一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构示意图；
图2为本发明提出的保护盖板结构示意图；
图3为本发明提出的保护盖板表面贴膜(可光刻)示意图；
图4为本发明提出的保护盖板表面干膜曝光示意图；
图5为本发明提出的保护盖板表面干膜显影处理示意图；
图6为本发明提出的基板结构示意图；
图7为本发明提出的基板上表面贴装指纹传感芯片&压焊示意图；
图8为本发明提出的指纹传感芯片感应区上层贴装保护盖板示意图；
图9为本发明提出的指纹传感芯片与保护盖板之间填充高介电常数材料示意图；
图10为本发明提出的裸芯塑封示意图；
图11为本发明提出的保护盖板蘸胶示意图。
其中：1表示基板；2表示金手指；3表示指纹传感芯片；4表示键合线；5表示垫块；6表示保护盖板；7、7-1、8表示粘接剂；9表示-高介电常数填充材料；10表示可光刻干膜；10-1表示已曝光干膜；11表示吸嘴；12表示蘸胶盘；13表示塑封体。
具体实施方式
下面结合具体附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构，所述结构包括基板1，所述基板1上表面带有用于打线的金手指2，指纹传感芯片3通过粘接剂8粘接在基板1上，指纹传感芯片3信号通过键合线4与金手指2互连形成通路，指纹传感芯片3上表面粘接有带有垫块5的保护盖板6，所述垫块5至少为一个，所述垫块5水平高度相同，指纹传感芯片3与保护盖板6之间通过粘接剂7粘接。指纹 传感芯片3与保护盖板6之间填充有高介电常数材料9，所述结构中指纹传感芯片3、垫块5、键合线4、金手指2、粘接剂7、粘接剂7-1、粘接剂8被塑封体13包裹。保护盖板6上表面裸露在外，其余各面被塑封体13包裹。
所述指纹传感芯片3与基板1之间介质层为环氧树脂胶。
所述指纹传感芯片3为电容式指纹传感芯片。
所述保护盖板6底部垫块材质与盖板相同，或者所述保护盖板底部垫块材质组成是有机成份层的可光刻干膜、树脂材料或无机成份层的硅。
所述保护盖板材质其介电常数大于3、硬度大于4H、粗糙度小于2um。
所述保护盖板6为玻璃、蓝宝石或者陶瓷材料。
所述高介电常数底部填充材料9的介电常数大于7。
一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构的制造方法，所述方法包括：
步骤一：准备基本1；
步骤二：在基板1对应表面通过粘接剂8贴装指纹传感芯片3；
步骤三；通过引线键合工艺将指纹传感芯片3信号通过键合线4与基板1的金手指2互连，形成通路；
步骤四：通过贴盖子工艺将带有垫块5的保护盖板6贴装在指纹传感芯片3对应感应区域，其中指纹传感芯片3表面通过画胶工艺施有粘接剂7；
步骤五：通过底部填充工艺，将指纹传感芯片3与保护盖板6之间填充高介电常数材料9；
步骤六：裸芯塑封工艺，将指纹传感芯片3、键合线4、垫块5、基板1上表面及保护盖板6封装起来，在经过切割工艺，将整条产品切割成单颗产品。
再将带有垫块5的保护盖板6贴装在指纹传感芯片3对应感应区域，进行底部填充工艺，将高介电常数材料9填充于指纹传感芯片3与保护盖板6之间，然后进行裸芯塑封工艺，将指纹传感芯片3、键合线4、垫块5、基板1上表面及保护盖板6封装起来，在经过切割工艺，将整条产品切割成单颗产品。
具体按照如下步骤进行：
步骤一：准备基板1；如图6所示；
步骤二：在基板1上表面贴装指纹传感芯片3，指纹传感芯片3通过粘接剂8固定在基板1之上，如图7所示；
步骤三：通过引线键合工艺，使用键合线4将指纹传感芯片3信号与基板1上金手指2互连形成电路通路，如图7所示；
步骤四：通过贴盖子工艺将带有垫块5的保护盖板6贴装在指纹传感芯片3对应感应区域，其中指纹传感芯片3表面通过画胶工艺施有粘接剂7，如图8所示；
步骤五：通过底部填充工艺，将指纹传感芯片3与保护盖板6之间填充高介电常数材料9，如图9所示；
步骤六：裸芯塑封工艺将指纹传感芯片3，键合线4及基板1上表面与保护盖板6封装起来，经过切割工艺，将整条产品切割成单颗产品，如图10所示。
其中，步骤五中带有垫块5的保护盖板6的制作方法如下：
第一步：准备原材料保护盖板6，如图2所示；
第二步：贴膜(可蚀刻)，在保护盖板6原材料背部贴可光刻干膜10，如图3所示；
第三步：曝光&显影，应用可光刻干膜10具有可曝光显影特性进行曝光处理，如图4所示；
第四步：蚀刻，应用蚀刻工艺将不需要的干膜10去除，留下已曝光干膜10-1，如图5所示。
其中，就步骤四的另一种制作方法为:
步骤四：通过蘸胶和贴盖子工艺将带有垫块5(垫块5底部沾有粘接剂)的保护盖板6贴装在指纹传感芯片3对应感应区域，其中垫块5蘸胶过程为：通过吸嘴11将保护盖板6吸起，然后将保护盖板6移动至带有粘接剂7-1的蘸胶盘12上方，设备向下移动吸嘴蘸取粘接剂7-1，最后进行贴片，将保护盖板6贴装在指纹传感芯片3表面。如图8和图11。
所述步骤二指纹传感芯片贴装过程为DAF工艺或者画胶粘接工艺。
所述第二步的保护盖板贴装过程为画胶粘接工艺。
所述第二步的保护盖板贴装过程为蘸胶贴装工艺。
本发明通过在指纹传感芯片与保护盖板之间加设垫块结构，并通过底部填充工艺在指纹传感芯片与保护盖板之间填充高介电常数材料。从而在有效避免指纹产品封装过程中保护盖板和指纹传感芯片倾斜 风险，增强指纹识别效果的同时，使用高介电常数底部填充材料代替高介电常数塑封料只进行局部填充即指纹传感芯片与保护盖板之间，从而在裸芯塑封过程中只需要使用普通塑封料即可实现，可以有效的降低封装成本，提高封装效率。

Claims (13)

1.一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构，其特征在于：所述结构包括至少一个基板，基板上至少放置一个指纹传感芯片，所述指纹传感芯片与基板之间通过介质层粘接在一起，所述指纹传感芯片的焊盘面向上，所述基板至少与一根键合线进行互连，所述指纹传感芯片感应区域上方放置保护盖板，所述保护盖板下表面至少含有一个垫块存在于指纹传感芯片与保护盖板之间，所述垫块水平高度相同，所述指纹传感芯片与保护盖板之间由高介电常数底部填充材料填充，所述的基板上表面、指纹传感芯片、键合线及保护盖板被塑封体包封；其中，所述保护盖板上表面裸露，所述保护盖板与塑封体表面同一平面。
2.根据权利要求1所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构，其特征在于：所述指纹传感芯片与基板之间介质层为环氧树脂胶。
3.根据权利要求1所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构，其特征在于：所述指纹传感芯片为电容式指纹传感芯片。
4.根据权利要求1所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构，其特征在于：所述保护盖板底部垫块材质与盖板相同，或者所述保护盖板底部垫块材质组成是有机成份层的可光刻干膜、树脂材料或无机成份层的硅。
5.根据权利要求1所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构，其特征在于：所述保护盖板材质其介电常数大于3、硬度大于4H、粗糙度小于2um。
6.根据权利要求1所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构，其特征在于：所述保护盖板为玻璃、蓝宝石或者陶瓷材料。
7.根据权利要求1所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构，其特征在于：所述高介电常数底部填充材料的介电常数大于7。
8.一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构的制造方法，其特征在于；所述制造方法包括以下步骤：
步骤一：准备基板；
步骤二：在基板上表面贴装指纹传感芯片，指纹传感芯片通过粘接剂固定在基板之上；
步骤三：通过引线键合工艺，使用键合线将指纹传感芯片信号与基板上金手指互连形成电路通路；
步骤四：通过贴盖子工艺将带有垫块的保护盖板贴装在指纹传感芯片对应感应区域，其中指纹传感芯片表面通过画胶工艺施有粘接剂；
步骤五：通过底部填充工艺，将指纹传感芯片与保护盖板之间填充高介电常数材料；
步骤六：裸芯塑封工艺，将指纹传感芯片，键合线及基板上表面与保护盖板封装起来，经过切割工艺，将整条产品切割成单颗产品。
9.根据权利要求8所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构的制造方法，其特征在于：所述步骤四中带有垫块的保护盖板的制作方法如下：
第一步：准备原材料保护盖板；
第二步：贴膜，在保护盖板原材料背部贴可光刻干膜；
第三步：曝光和显影，应用可光刻干膜具有可曝光显影特性进行曝光处理；
第四步：蚀刻，应用蚀刻工艺将不需要的干膜去除，留下已曝光干膜。
10.根据权利要求8所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构的制造方法，其特征在于：所述步骤四用以下步骤替换:
通过蘸胶和贴盖子工艺将带有垫块的保护盖板贴装在指纹传感芯片对应感应区域，其中垫块蘸胶过程为：通过吸嘴将保护盖板吸起，然后将保护盖板移动至带有粘接剂的蘸胶盘上方，设备向下移动吸嘴蘸取粘接剂，最后进行贴片，将保护盖板贴装在指纹传感芯片表面。
11.根据权利要求8所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构的制造方法，其特征是在于：所述步骤二指纹传感芯片贴装过程为DAF工艺或者画胶粘接工艺。
12.根据权利要求9所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构的制造方法，其特征在于：所述第二步的保护盖板贴膜过程为画胶粘接工艺。
13.根据权利要求9所述的一种垫块加底部填充的指纹芯片封装结构的制造方法，其特征在于：所述第二步的保护盖板贴膜过程为蘸胶贴装工艺。
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Legal Events

Date Code Title Description
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PB01 Publication
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Application publication date: 20160427

Assignee: Huatian Science and Technology (Nanjing) Co.,Ltd.

Assignor: HUATIAN TECHNOLOGY (XI'AN) Co.,Ltd.

Contract record no.: X2021610000004

Denomination of invention: A fingerprint chip packaging structure with pad and underfill and its manufacturing method

Granted publication date: 20191025

License type: Common License

Record date: 20210526

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