CN105870145A - 影像传感器封装结构及其晶圆级制备方法 - Google Patents

影像传感器封装结构及其晶圆级制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种影像传感器封装结构及其晶圆级制备方法，使用内侧壁呈齿条状，且高于100微米的围堰代替低的光刻胶聚合物围堰，增加了围堰的高度，透光盖板表面污染颗粒与感光区的距离增加，光线经颗粒阻挡到达感光区的影响面积变小；围堰内侧壁呈齿条状，且齿槽为弧形，可使围堰内侧壁粗糙，无法形成镜面，从而有效抑制斜射光线或感光区反射光线在围堰内侧壁的反射，减少入射到感光区的干扰光线，提高成像质量。在透光盖板四周外壁包覆一层遮光层，阻挡了光线从透光盖板侧面或远端斜射入空腔内，影响拍摄画质。

Description

影像传感器封装结构及其晶圆级制备方法
技术领域
本发明涉及半导体芯片的晶圆级封装，尤其涉及一种影像传感器封装结构及其晶圆级制备方法。
背景技术
影像传感器的晶圆级封装方案，目前主流是由普通玻璃盖板及其表面的低于70微米的光刻胶聚合物围堰与影像传感器的晶圆功能面键合，各围堰分别对应各图像传感器芯片，使得感光区位置形成密封空腔。在晶圆非功能面进行TSV制程，并制备金属线路将功能面的焊垫通过TSV开口，引到晶圆非功能面。在非功能面上制备凸点后，切割形成单颗芯片。
但是，目前的封装方案主要是针对中低像素的影像传感器，随着像素及拍摄质量要求的提高，上述封装方案的玻璃外污染对入射到感光区的光线产生的影响必须最小化，光线在各结构件上的反射也需要严格控制，炫光、鬼影等现象对拍摄质量的干扰不容忽视了。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提出了一种影像传感器封装结构及其晶圆级制备方法，可有效抑制光线在围堰侧壁的反射，降低透光盖板表面污染对成像的不良影响，减少入射到感光区的干扰光线，提高成像质量。
本发明的技术方案是这样实现的：
一种影像传感器封装结构，包括功能面含有至少一感光区及若干焊垫的影像传感器芯片，所述功能面上粘合一围护所述感光区的围堰，所述围堰内侧壁剖面呈上下延伸的齿条状，且齿条的每个齿槽呈弧形；所述围堰上贴一透光盖板，覆盖所述感光区。
进一步的，所述围堰高度不小于100微米，所述围堰的内侧壁垂直或者具有一定倾角。
进一步的，所述围堰内侧壁每个齿槽宽度为0.5μm～3μm，深度为0.2μm～1μm。
进一步的，所述透光盖板为滤光玻璃或者镀膜玻璃。
进一步的，所述透光盖板尺寸小于所述围堰的侧壁尺寸，且大于所述围堰的空腔尺寸。
进一步的，所述透光盖板侧面及外表面覆盖有遮光层，且所述遮光层至少暴露出所述透光盖板上对应感光区的区域。
进一步的，所述影像传感器芯片的非功能面制作有引出功能面焊垫电性的导电结构。
一种影像传感器封装结构的晶圆级封装方法，包括以下步骤：
a、提供一基板，在基板上制作若干穿透基板的空腔，空腔边缘为围堰，所述围堰的侧壁剖面呈自上而下延伸的齿条状，且齿条的每个齿槽呈弧形；
b、在基板正面上对应每个空腔的位置粘贴一透光盖板；
c、在透光盖板侧面及外表面上覆盖遮光层，该遮光层覆盖住透光盖板的侧面，且至少暴露出所述透光盖板上对应感光区的区域；
d、提供一具有若干影像传感器芯片的晶圆，将基板背面与晶圆功能面键合，使基板上的空腔罩住其对应的影像传感器芯片的感应区，并在晶圆背部进行TSV制程，将功能面焊垫引出到晶圆背面；
e、切割形成单颗影像传感器封装结构。
进一步的，所述基板材质为硅，所述围堰的齿条状侧壁使用Bosch工艺形成。
进一步的，所述遮光层采用注塑或者嵌套或者贴膜或者光刻方式制备。
本发明的有益效果是：本发明提供一种影像传感器封装结构及其晶圆级制备方法，使用内侧壁呈齿条状，且高于100微米的围堰代替低的光刻胶聚合物围堰，增加了围堰的高度，透光盖板表面污染颗粒与感光区的距离增加，光线经颗粒阻挡到达感光区的影响面积变小；围堰内侧壁呈齿条状，且齿槽为弧形，可使围堰内侧壁粗糙，无法形成镜面，从而有效抑制斜射光线或感光区反射光线在围堰内侧壁的反射，减少入射到感光区的干扰光线，提高成像质量。在透光盖板四周外壁包覆一层遮光层，阻挡了光线从透光盖板侧面或远端斜射入空腔内，影响拍摄画质。
附图说明
图1为本发明实施例影像传感器封装结构剖面示图；
图2a为本发明实施例围堰齿条状内侧壁的剖面示图；
图2b为本发明实施例围堰齿条状内侧壁的立体示图；
图3为本发明实施例影像传感器封装结构的晶圆级制作流程图；
图4a为本发明在基板上制作围堰的俯视图；
图4b为本发明在基板上制作围堰的剖视图(图4a中虚线处)；
图5a为本发明在围堰上贴上单颗透光盖板的俯视图；
图5b为本发明在围堰上贴上单颗透光盖板的剖视图(图5a中虚线处)；
图6为本发明在透光盖板侧面及外表面边缘位置制作遮光层的剖视图；
图7为本发明在晶圆背部进行TSV制程剖视图；
结合附图做以下说明：
1-影像传感器芯片，2-围堰，3-空腔，4-透光盖板，5-遮光层，6-焊垫，7-开口，8-金属线路，9-导电体。
具体实施方式
为使本发明的技术方案能够更加易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。为方便说明，实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结构的实际相对大小。其中所说的结构或面的上面或上侧，包含中间还有其他层的情况。
本发明实施例如图1所示，一种影像传感器封装结构，包括功能面含有至少一感光区及若干焊垫6的影像传感器芯片1，所述功能面上粘合一围堰2，所述围堰的空腔3罩住所述感光区，所述围堰的侧壁覆盖在感光区外围的芯片表面上，所述围堰内侧壁剖面呈上下延伸的齿条状，且齿条的每个齿槽呈弧形；所述围堰上贴一透光盖板4。其中，若干焊垫作为影像传感器芯片功能面的电性引出端，围堰的空腔截面积至少大于感光区的面积，便于光线入射到感光区，形成图像信息。
围堰内侧壁非光滑平整，而是呈上下延伸的齿条状，且齿条的每个齿槽呈弧形，具体可为阵列排布的许多微小的圆弧依次连接成齿条状，如图2a和图2b所示。该内侧壁圆弧形状使外入光线在侧壁的镜面反射降低，减少了光线干扰。优选的，所述围堰内侧壁每个齿槽宽度为0.5μm～3μm，深度为0.2μm～1μm。
围堰为挡光(可见光)材料，优选的为低CTE材料，如硅，围堰厚度可以为30μm至700μm不等。
优选的，所述围堰高度不小于100微米，所述围堰的内侧壁垂直或者具有一定倾角。如封装的影像传感器像素大于等于500万像素，围堰高度至少做到100μm以上。围堰内侧壁可垂直于感光区平面，在其他实施例中，还可以与感光区平面呈一定角度，即围堰空腔上开口大于下开口，或者小于下开口。
优选的，透光盖板尺寸大于围堰空腔尺寸并小于围堰尺寸，形成密闭的围堰空腔，且与围堰外侧边缘有一定间距。透光盖板的外表面以及侧面包封一层遮光材料，形成遮光层5，阻挡光线从透光盖板侧面或者远端斜射入内。遮光层可完全填充玻璃与围堰外侧的间隙，也可部分填充，仅保证透光盖板侧面覆盖有遮光材料。这样设计透光盖板是为了使影像传感器芯片感光区能捕捉到外界光线，并保护感光区不受外界环境的污染。较优的，透光盖板为滤光玻璃或者镀膜玻璃，滤除或者反射掉红外光线。玻璃的厚度可由实际情况选定，50μm至300μm不等。
影像传感器芯片的非功能面制作有引出功能面焊垫电性的导电结构及相应的绝缘、保护层。本实施例使用公知的TSV技术，打开焊垫上的阻挡材料，形成暴露焊垫的开口7，再于开口7内制备金属线路8，并延伸到非功能面，进行重新布线。金属线路材质包括铝、钛、铬、钨、铜、镍、金、银、锡中的一种或几种。金属线路与影像传感器衬底之间做好绝缘，且金属线路上制作保护层防止环境的侵蚀，由于是现有较常见的组成结构，这里不再赘述，并在附图上做了简化，未示出。
金属线路上合适位置植有便于外部电连接的导电体9，如焊球(solder ball)、焊料凸点(solder bump)或金属柱凸点(pillar)，其材质包括钛、铬、钨、铜、镍、金、银、锡中的一种或几种。如图1所示的导电体以锡球为例。
一种影像传感器封装结构的晶圆级封装方法，如图3所示，具体包括如下步骤：
首先，提供一基板，该基板有一定的机械强度，且为遮光材料，如硅。在其他实施例中，基板材质还可以为FR4或塑封材料。在基板内制作若干穿透基板的空腔3，空腔边缘为围堰，如图4a所示的俯视图及图4b所示的剖面示图。围堰的侧壁剖面呈自上而下延伸的齿条状，且齿条的每个齿槽呈弧形，如图2a和图2b所示。如硅材质基板，利用光刻工艺绘制出空腔位置图案，再使用Bosch工艺，通过在反应离子刻蚀的过程中，内侧壁沉积抗刻蚀层或钝化层，及底部刻蚀两工艺不断循环进行，从而形成垂直性较好，内侧壁有很多圆弧形齿槽的齿条状空腔，如图2a和图2b所示。这样，可有效防止光线在空腔内壁的镜面反射，提高成像质量。
然后，在基板正面的空腔上分别贴单颗玻璃，作为透光基板，如图5a所示的俯视图及图5b所示的剖面示图。该单颗玻璃可以是整块玻璃盖板切割形成。玻璃尺寸大于围堰空腔尺寸并小于围堰尺寸，形成密闭的围堰空腔，且与围堰外侧边缘有一定间距。这里玻璃是为了使影像传感器感光区能捕捉到外界光线，并保护感光区不受外界环境的污染。较优的，玻璃为滤光玻璃或者镀膜玻璃，滤除或者反射掉红外光线。玻璃的厚度可由实际情况选定，50μm至300μm不等。
再然后，在基板正面覆盖遮光层，该遮光层覆盖住玻璃的侧面，且至少暴露出玻璃上对应感光区的区域，如图6所示，遮光层包覆每颗玻璃侧面，至少能挡住可见光以及红外光。优选的，遮光层材料为聚合物，可以用注塑、嵌套、贴膜或者光刻等方式制备。
接着，提供一具有若干影像传感器芯片的晶圆，将基板背面与晶圆功能面键合，使基板上的空腔罩住其对应的影像传感器芯片的感应区，并在晶圆背部进行TSV制程，将功能面焊垫引出到晶圆背面，如图7所示。本实施例中，先打开焊垫上的阻挡材料，如硅、二氧化硅保护层等，形成暴露焊垫的开口，再于开口内制备金属线路，并延伸到非功能面，进行重新布线。金属线路材质包括铝、钛、铬、钨、铜、镍、金、银、锡中的一种或几种。金属线路与影像传感器衬底之间做好绝缘，且金属线路上制作保护层防止环境的侵蚀，由于是现有较常见的组成结构，这里不再赘述，并在附图上做了简化，未示出。在金属线路上合适位置植便于外部电连接的导电体，如焊球(solderball)、焊料凸点(solder bump)或金属柱凸点(pillar)，其材质包括钛、铬、钨、铜、镍、金、银、锡中的一种或几种。如图7所示的导电体为锡球。
最后，切割形成单颗影像传感器封装结构。
综上，本发明提供一种影像传感器封装结构及其晶圆级制备方法，使用内侧壁呈齿条状，且高于100微米的围堰代替低的光刻胶聚合物围堰，增加了围堰的高度，透光盖板表面污染颗粒与感光区的距离增加，光线经颗粒阻挡到达感光区的影响面积变小；围堰内侧壁呈齿条状，且齿槽为弧形，可使围堰内侧壁粗糙，无法形成镜面，从而有效抑制斜射光线或感光区反射光线在围堰内侧壁的反射，减少入射到感光区的干扰光线，提高成像质量。在透光盖板四周外壁包覆一层遮光层，阻挡了光线从透光盖板侧面或远端斜射入空腔内，影响拍摄画质。
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)

1.一种影像传感器封装结构，包括功能面含有至少一感光区及若干焊垫(6)的影像传感器芯片(1)，其特征在于，所述功能面上粘合一围护所述感光区的围堰(2)，所述围堰内侧壁剖面呈上下延伸的齿条状，且齿条的每个齿槽呈弧形；所述围堰上贴一透光盖板(4)，覆盖所述感光区。
2.根据权利要求1所述的影像传感器封装结构，其特征在于，所述围堰高度不小于100微米，所述围堰的内侧壁垂直或者具有一定倾角。
3.根据权利要求1所述的影像传感器封装结构，其特征在于，所述围堰内侧壁每个齿槽宽度为0.5μm～3μm，深度为0.2μm～1μm。
4.根据权利要求1所述的影像传感器封装结构，其特征在于，所述透光盖板为滤光玻璃或者镀膜玻璃。
5.根据权利要求1所述的影像传感器封装结构，其特征在于，所述透光盖板尺寸小于所述围堰的侧壁尺寸，且大于所述围堰的空腔尺寸。
6.根据权利要求5所述的影像传感器封装结构，其特征在于，所述透光盖板侧面及外表面覆盖有遮光层(5)，且所述遮光层至少暴露出所述透光盖板上对应感光区的区域。
7.根据权利要求1所述的影像传感器封装结构，其特征在于，所述影像传感器芯片的非功能面制作有引出功能面焊垫电性的导电结构。
8.一种影像传感器封装结构的晶圆级封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
a、提供一基板，在基板上制作若干穿透基板的空腔，空腔边缘为围堰，所述围堰的侧壁剖面呈自上而下延伸的齿条状，且齿条的每个齿槽呈弧形；
b、在基板正面上对应每个空腔的位置粘贴一透光盖板；
c、在透光盖板侧面及外表面上覆盖遮光层，该遮光层覆盖住透光盖板的侧面，且至少暴露出所述透光盖板上对应感光区的区域；
d、提供一具有若干影像传感器芯片的晶圆，将基板背面与晶圆功能面键合，使基板上的空腔罩住其对应的影像传感器芯片的感应区，并在晶圆背部进行TSV制程，将功能面焊垫引出到晶圆背面；
e、切割形成单颗影像传感器封装结构。
9.根据权利要求8所述的影像传感器封装结构的晶圆级封装方法，其特征在于，所述基板材质为硅，所述围堰的齿条状侧壁使用Bosch工艺形成。
10.根据权利要求8所述的影像传感器封装结构的晶圆级封装方法，其特征在于，所述遮光层采用注塑或者嵌套或者贴膜或者光刻方式制备。
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