CN105575987A - 一种图像传感器的封装结构及其封装工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种图像传感器的封装结构，包括基板，该基板包括基部，基部的上表面边缘处均向上延伸形成封闭式的支撑部，支撑部与基部所形成腔体内的基部上表面由粘接层通过粘接的方式固定有图像传感器芯片；薄膜玻璃光窗底端面边缘处通过光刻、蒸发或溅射的方式由外至内依次制作有封接环、外焊盘、互连线以及内焊盘，支撑部上端面边沿靠近图像传感器芯片的一侧设有与外焊盘相配合的支撑部焊盘，该支撑部焊盘外侧的支撑部上端面上设有与封接环相配合的支撑部封接环，基部四周边缘等间距的设有若干缺口朝外且下端与该基部下端面相贯通的半圆通孔，该基部底端面设有基部外焊盘。

Description

一种图像传感器的封装结构及其封装工艺

技术领域

本发明涉及微电子封装技术领域，具体来说，涉及一种图像传感器的封装结构及其封装工艺。

背景技术

现有的图像传感器通常将芯片安装在基部（如CLCC陶瓷基座、PLCC有机基部）腔体中，用金丝或铝丝等将芯片与基部互连起来，再用玻璃板光窗粘接密封；再就是以硅通孔技术（TSV）作垂直导通的圆片级封装，前者存在高度大、尺寸大，后者投资大、封装成本高等不足，不能满足超薄、超小型尺寸要求的图像传感器封装需求。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的目的是提供一种图像传感器的封装结构，以克服目前现有技术存在的上述不足。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种图像传感器的封装结构，包括基板，该基板包括基部，所述基部的上表面边缘处均向上延伸形成封闭式的支撑部，所述支撑部与所述基部所形成腔体内的所述基部上表面由粘接层通过粘接的方式固定有图像传感器芯片，所述图像传感器芯片上端面边缘的引出端为焊料凸点；所述支撑部与所述基部之间形成了上部具有开口的结构，在该开口上具有一个可封闭所述开口且与所述支撑部横截面大小相等的薄膜玻璃光窗，所述薄膜玻璃光窗底端面边缘处通过光刻、蒸发或溅射的方式由外至内依次制作有封接环、外焊盘、互连线以及内焊盘，其中，所述互连线两端分别与所述内焊盘和所述外焊盘相连接，所述凸点与所述内焊盘相配合，所述支撑部上端面边沿靠近所述图像传感器芯片的一侧设有与所述外焊盘相配合的支撑部焊盘，该支撑部焊盘外侧的所述支撑部上端面上设有与所述封接环相配合的支撑部封接环，所述基部四周边缘等间距的设有若干缺口朝外且下端与该基部下端面相贯通的半圆通孔，该基部底端面设有用于遮挡所述半圆通孔下贯通口且朝向所述基部底端面内延伸的基部外焊盘，所述支撑部焊盘下端面处的所述支撑部上设有向下延伸且与所述基部底端面的所述基部外焊盘以及所述半圆通孔相连的埋孔。

进一步的，所述图像传感器芯片四周边沿与所述支撑部的内侧面之间形成围绕所述图像传感器芯片的空腔。

进一步的，所述图像传感器芯片其引出端凸点的底层金属结构材料为铜-镍-金或铜-镍-锡，凸点材料为锡或锡银铜合金；或所述图像传感器芯片引出端凸点为铜柱上带锡帽结构。

进一步的，所述薄膜玻璃光窗由符合互补金属氧化物半导体图像传感器的光学玻璃制成。

进一步的，所述封接环和所述支撑部封接环上通过电镀或化镀或蒸发或溅射有焊料层，其中，焊料层的焊料为锡或锡银铜。

进一步的，所述支撑部焊盘、所述支撑部封接环、所述基部外焊盘、所述半圆通孔的表面结构材料为镍-金或镍-锡。

一种图像传感器的封装工艺，包括如下步骤：

步骤1）：材料制作，选取多层有机基板，并采用多层有机基板工艺制作基板，通过下料、内层制作、压合、钻孔、化学镀/沉铜、阻焊层和文字印刷、电镀镍-金或化镀镍-钯-金或电镀/化镀镍，然后再在支撑部封接环、支撑部焊盘金属化层上电镀或化镀或蒸发或溅射或热喷焊料层，其中，焊料为锡、锡银铜，制作出支撑部焊盘、支撑部封接环、埋孔、基部外焊盘、半圆通孔、腔体的有机材料的基板，最后切割分选出合格基板；

选取薄膜玻璃，并在薄膜玻璃上采用光刻、蒸发或溅射制作多层金属结构封接环、外焊盘、互连线以及内焊盘，并通过砂轮或激光切割分选出合格薄膜玻璃光窗；

在图像传感器芯片的引出端焊盘上制作具有金属层、焊料的凸点；

步骤2）：将图像传感器芯片通过导电胶粘接于基板上腔体的中部，并且保证图像传感器芯片与基板位于同一平面；

步骤3）：清洗，将粘接好后的图像传感器芯片采用氩、氢离子进行清洗；

步骤4）：封装，将薄膜玻璃光窗有金属布线层的面扣于基板和图像传感器芯片上，封接环与支撑部封接环对应、外焊盘与支撑部焊盘对应、内焊盘与凸点对应，在惰性或还原性气氛下经过高温、加压整平，将焊料熔融使薄膜玻璃光窗、图像传感器芯片、基板上的支撑部完成互连焊接和密封；

步骤5）：检测，对压合后的封装器件进行外观检查、性能测试以及打标。

进一步的，所述步骤4）需在氮氢保护气氛中经260℃±10℃保温1分钟±0.5分钟。

进一步的，所述步骤4）中压合力的大小根据封口周长值乘以5g/mm～50g/mm进行计算。

进一步的，所述步骤4）中的互连、密封为同步完成。

本发明的有益效果：封装工艺中用薄膜玻璃光窗取代玻璃盖板，降低了光窗厚度；通过图像传感器芯片上凸点焊料熔融、焊盘、封接环焊料熔融完成电气互连、封接，省去了引线键合工艺，降低了键合高度，实现了互补金属氧化物半导体图像传感器超薄封装，并将互连和封接改为一个工序完成，大大缩短了工艺流程，降低了封装成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是根据本发明实施例所述的图像传感器的封装结构的主视图；

图2是根据本发明实施例所述的图像传感器的封装结构的俯视图；

图3是根据本发明实施例所述的薄膜玻璃光窗的仰视图；

图4是根据本发明实施例所述的基板的俯视图；

图5是根据本发明实施例所述的基板的仰视图。

图中：

1、基板；11、基部；111、半圆通孔；112、基部外焊盘；12、支撑部；121、支撑部焊盘；122、支撑部封接环；123、埋孔；2、图像传感器芯片；21、凸点；3、粘接层；4、薄膜玻璃光窗；41、封接环；42、外焊盘；43、互连线；44、内焊盘；5、空腔；6、焊料层。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图5所示，根据本发明的实施例所述的一种图像传感器的封装结构，包括基板1，该基板1包括基部11，所述基部11的上表面边缘处均向上延伸形成封闭式的支撑部12，所述支撑部12与所述基部11所形成腔体内的所述基部11上表面由粘接层3通过粘接的方式固定有图像传感器芯片2，所述图像传感器芯片2上端面边缘的引出端为焊料凸点21；所述支撑部12与所述基部11之间形成了上部具有开口的结构，在该开口上具有一个可封闭所述开口且与所述支撑部12横截面大小相等的薄膜玻璃光窗4，所述薄膜玻璃光窗4底端面边缘处通过光刻、蒸发或溅射的方式由外至内依次制作有封接环41、外焊盘42、互连线43以及内焊盘44，其中，所述互连线43两端分别与所述内焊盘44和所述外焊盘42相连接，所述凸点21与所述内焊盘44相配合，所述支撑部12上端面边沿靠近所述图像传感器芯片2的一侧设有与所述外焊盘42相配合的支撑部焊盘121，该支撑部焊盘121外侧的所述支撑部12上端面上设有与所述封接环41相配合的支撑部封接环122，所述基部11四周边缘等间距的设有若干缺口朝外且下端与该基部11下端面相贯通的半圆通孔111，该基部11底端面设有用于遮挡所述半圆通孔111下贯通口且朝向所述基部11底端面内延伸的基部外焊盘112，所述支撑部焊盘121下端面处的所述支撑部12上设有向下延伸且与所述基部11底端面的所述基部外焊盘112以及所述半圆通孔111相连的埋孔123。

进一步的，所述图像传感器芯片2四周边沿与所述支撑部12的内侧面之间形成围绕所述图像传感器芯片2的空腔5。

进一步的，所述图像传感器芯片2其引出端凸点21的底层金属结构材料为铜-镍-金或铜-镍-锡，凸点21材料为锡或锡银铜合金；或所述图像传感器芯片2引出端凸点21为铜柱上带锡帽结构。

进一步的，所述薄膜玻璃光窗4由符合互补金属氧化物半导体图像传感器的光学玻璃制成。

进一步的，所述封接环41和所述支撑部封接环122上通过电镀或化镀或蒸发或溅射有焊料层6，其中，焊料层6的焊料为锡或锡银铜。

进一步的，所述支撑部焊盘121、所述支撑部封接环122、所述基部外焊盘112、所述半圆通孔111的表面结构材料为镍-金或镍-锡。

一种图像传感器的封装工艺，包括如下步骤：

步骤1）：材料制作，选取多层有机基板，并采用多层有机基板工艺制作基板1，通过下料、内层制作、压合、钻孔、化学镀/沉铜、阻焊层和文字印刷、电镀镍-金或化镀镍-钯-金或电镀/化镀镍，然后再在支撑部封接环122、支撑部焊盘121金属化层上电镀或化镀或蒸发或溅射或热喷焊料层6，其中，焊料为锡、锡银铜，制作出支撑部焊盘121、支撑部封接环122、埋孔123、基部外焊盘112、半圆通孔111、腔体的有机材料的基板1，最后切割分选出合格基板1；

选取薄膜玻璃，并在薄膜玻璃上采用光刻、蒸发或溅射制作多层金属结构封接环41、外焊盘42、互连线43以及内焊盘44，并通过砂轮或激光切割分选出合格薄膜玻璃光窗4；

在图像传感器芯片2的引出端焊盘上制作具有金属层、焊料的凸点21；

步骤2）：将图像传感器芯片2通过导电胶粘接于基板上腔体的中部，并且保证图像传感器芯片2与基板1位于同一平面；

步骤3）：清洗，将粘接好后的图像传感器芯片2采用氩、氢离子进行清洗；

步骤4）：封装，将薄膜玻璃光窗4有金属布线层的面扣于基板1和图像传感器芯片2上，封接环41与支撑部封接环122对应、外焊盘42与支撑部焊盘121对应、内焊盘44与凸点21对应，在惰性或还原性气氛下经过高温、加压整平，将焊料熔融使薄膜玻璃光窗4、图像传感器芯片2、基板1上的支撑部12完成互连焊接和密封；

步骤5）：检测，对压合后的封装器件进行外观检查、性能测试以及打标。

进一步的，所述步骤4）需在氮氢保护气氛中经260℃±10℃保温1分钟±0.5分钟。

进一步的，所述步骤4）中压合力的大小根据封口周长值乘以5g/mm～50g/mm进行计算。

进一步的，所述步骤4）中的互连、密封为同步完成。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，

实施例：一种尺寸为10mm×10mm×0.85mm的超薄图像传感器0.70mm节距PLCC48封装结构和封装工艺，包括如下步骤：

首先，0.10mm厚度肖特AF32系列eco铝硼硅酸盐玻璃，通过掩膜版在薄膜玻璃的一面光刻、蒸发制备封接环41、外焊盘42、互连线43、内焊盘44，金属层为600埃～2000埃、2000埃～7000埃和500埃～1000埃厚的Cr-Ni-Ag层；最后再切割成9.8mm×9.8mm×0.05mm的薄膜玻璃光窗4，如图1；

其次，采用FR4材料、铜箔通过下料、内层制作、压合、钻孔、化学镀/沉铜、化镀镍-钯-金制作带支撑部焊盘121、支撑部封接环122、埋孔123、基部外焊盘112、半圆通孔111的10mm×10mm×0.70mm的PLCC48基板1，支撑部焊盘121、支撑部封接环122上热喷0.080mm左右厚度的SnAg0.3Cu0.7焊料层6，最后切割分选出合格基板1，如图2；

从次，图像传感器芯片2用2035型胶粘接于基板1的腔体中，图像传感器芯片2与基板1处于同一平面，如图4；

再次，将装片后的图像传感器芯片2采用氩、氢等离子清洗后，将薄膜玻璃光窗4对准图像传感器芯片2、基板1后，在薄膜玻璃光窗4和基板1之间施加5g/mm～50g/mm的压合力压紧，以封口周长计算，在氮氢保护气氛中经260℃±10℃、保温1分钟±0.5分钟，待冷却后即完成焊接、封口，如图3和图4；

最后，对封装器件进行外观检查、性能测试、打标，完成互补金属氧化物半导体图像传感器封装。

基板上的基部外焊盘112与CLCC（陶瓷片式载体封装）相同。

综上所述，借助于本发明的上述技术方案，封装工艺中用薄膜玻璃光窗4取代玻璃盖板，降低了光窗厚度；通过图像传感器芯片2上凸点21焊料熔融、焊盘、封接环焊料熔融完成电气互连、封接，省去了引线键合工艺，降低了键合高度，实现了互补金属氧化物半导体图像传感器超薄封装，并将互连和封接改为一个工序完成，大大缩短了工艺流程，降低了封装成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种图像传感器的封装结构，包括基板（1），其特征在于，该基板（1）包括基部（11），所述基部（11）的上表面边缘处均向上延伸形成封闭式的支撑部（12），所述支撑部（12）与所述基部（11）所形成腔体内的所述基部（11）上表面由粘接层（3）通过粘接的方式固定有图像传感器芯片（2），所述图像传感器芯片（2）上端面边缘的引出端为焊料凸点（21）；所述支撑部（12）与所述基部（11）之间形成了上部具有开口的结构，在该开口上具有一个可封闭所述开口且与所述支撑部（12）横截面大小相等的薄膜玻璃光窗（4），所述薄膜玻璃光窗（4）底端面边缘处通过光刻、蒸发或溅射的方式由外至内依次制作有封接环（41）、外焊盘（42）、互连线（43）以及内焊盘（44），其中，所述互连线（43）两端分别与所述内焊盘（44）和所述外焊盘（42）相连接，所述凸点（21）与所述内焊盘（44）相配合，所述支撑部（12）上端面边沿靠近所述图像传感器芯片（2）的一侧设有与所述外焊盘（42）相配合的支撑部焊盘（121），该支撑部焊盘（121）外侧的所述支撑部（12）上端面上设有与所述封接环（41）相配合的支撑部封接环（122），所述基部（11）四周边缘等间距的设有若干缺口朝外且下端与该基部（11）下端面相贯通的半圆通孔（111），该基部（11）底端面设有用于遮挡所述半圆通孔（111）下贯通口且朝向所述基部（11）底端面内延伸的基部外焊盘（112），所述支撑部焊盘（121）下端面处的所述支撑部（12）上设有向下延伸且与所述基部（11）底端面的所述基部外焊盘（112）以及所述半圆通孔（111）相连的埋孔（123）。

2.根据权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述图像传感器芯片（2）四周边沿与所述支撑部（12）的内侧面之间形成围绕所述图像传感器芯片（2）的空腔（5）。

3.根据权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述图像传感器芯片（2）其引出端凸点（21）的底层金属结构材料为铜-镍-金或铜-镍-锡，凸点（21）材料为锡或锡银铜合金；或所述图像传感器芯片（2）引出端凸点（21）为铜柱上带锡帽结构。

4.根据权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述薄膜玻璃光窗（4）由符合互补金属氧化物半导体图像传感器的光学玻璃制成。

5.根据权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述封接环（41）和所述支撑部封接环（122）上通过电镀或化镀或蒸发或溅射有焊料层（6），其中，焊料层（6）的焊料为锡或锡银铜。

6.根据权利要求1所述的图像传感器的封装结构，其特征在于，所述支撑部焊盘（121）、所述支撑部封接环（122）、所述基部外焊盘（112）、所述半圆通孔（111）的表面结构材料为镍-金或镍-锡。

7.一种图像传感器的封装工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1）：材料制作，选取多层有机基板，并采用多层有机基板工艺制作基板1，通过下料、内层制作、压合、钻孔、化学镀/沉铜、阻焊层和文字印刷、电镀镍-金或化镀镍-钯-金或电镀/化镀镍，然后再在支撑部封接环（122）、支撑部焊盘（121）金属化层上电镀或化镀或蒸发或溅射或热喷焊料层（6），其中，焊料为锡、锡银铜，制作出支撑部焊盘（121）、支撑部封接环（122）、埋孔（123）、基部外焊盘（112）、半圆通孔（111）、腔体的有机材料的基板（1），最后切割分选出合格基板（1）；

选取薄膜玻璃，并在薄膜玻璃上采用光刻、蒸发或溅射制作多层金属结构封接环（41）、外焊盘（42）、互连线（43）以及内焊盘（44），并通过砂轮或激光切割分选出合格薄膜玻璃光窗（4）；

在图像传感器芯片（2）的引出端焊盘上制作具有金属层、焊料的凸点（21）；

步骤2）：将图像传感器芯片（2）通过导电胶粘接于基板上腔体的中部，并且保证图像传感器芯片（2）与基板（1）位于同一平面；

步骤3）：清洗，将粘接好后的图像传感器芯片（2）采用氩、氢离子进行清洗；

步骤4）：封装，将薄膜玻璃光窗（4）有金属布线层的面扣于基板（1）和图像传感器芯片（2）上，封接环（41）与支撑部封接环（122）对应、外焊盘（42）与支撑部焊盘（121）对应、内焊盘（44）与凸点（21）对应，在惰性或还原性气氛下经过高温、加压整平，将焊料熔融使薄膜玻璃光窗（4）、图像传感器芯片（2）、基板（1）上的支撑部（12）完成互连焊接和密封；

步骤5）：检测，对压合后的封装器件进行外观检查、性能测试以及打标。

8.根据权利要求7所述的图像传感器的封装工艺，其特征在于，所述步骤4）需在氮氢保护气氛中经260℃±10℃保温1分钟±0.5分钟。

9.根据权利要求7所述的图像传感器的封装工艺，其特征在于，所述步骤4）中压合力的大小根据封口周长值乘以5g/mm～50g/mm进行计算。

10.根据权利要求7所述的图像传感器的封装工艺，其特征在于，所述步骤4）中的互连、密封为同步完成。