CN105914215A - Cmos图像传感器的芯片级封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，包括：提供晶圆，所述晶圆具有多个图像传感器芯片，所述图像传感器芯片相互之间具有切割道，每个所述图像传感器芯片具有感光区域和非感光区域，所述感光区域上具有像素单元，所述非感光区域上具有第一电极；提供支撑框架，所述支撑框架固定在所述图像传感器芯片上，所述支撑框架的内侧开口暴露出所述感光区域，所述支撑框架不完全遮盖第一电极，在第一电极和支撑框架的表面形成导电层，电学连接至支撑框架的顶部触点；沿所述切割道切割所述晶圆形成封装件。
Description
技术领域
本发明涉及图像传感器领域，特点是涉及一种CMOS图像传感器的芯片级封装方法。
背景技术
图像传感器是一种将光学信息（optical information）转换为电信号的半导体器件装置。现有图像传感器可以被进一步分为互补金属氧化物半导体（CMOS）图像传感器和电荷耦合器件（CCD）图像传感器。
图像传感器正朝着微型化的趋势发展，新一代电子产品对图像传感器封装结构有着更高的要求，例如更小的外形和更低的成本。然而传统的图像传感器封装方法通常是将图像传感器功能面的焊盘引到背面，再在背面制作导电焊球或者引脚，以使得所得到的图像传感器封装结构能够与外部电路进行连接。但是现有图像传感器封装方法存在以下缺点：
1.现有图像传感器封装方法需要在图像传感器上制作背面引出结构，即所述的背面引出结构无法脱离图像传感器而先单独制作完成，因此背面引出结构的良率不容易单独控制，并且背面引出结构的制作良率不高，导致封装工艺良率低；
2.现有图像传感器封装方法除了需要设置背面引出结构之外，还需要在图像传感器功能面设置保护基板进行保护，这样，图像传感器的功能面和背面都需要增加一定厚度，因此无法将图像传感器封装结构制作得较薄；
3. 对图像传感器设置背面引出结构时，需要在背面设置绝缘层和保护层等结构，以保护相应的导线，然而这些导线、绝缘层或保护层的设置，不仅增加图像传感器封装的复杂程度和工艺成本，而且使所形成的图像传感器封装结构的散热性能下降。
对应的，现有图像传感器封装结构存在着可靠性低、厚度大和散热性能差的问题。由于现有图像传感器封装结构和封装方法存在上述问题，现有图像传感器模组形成方法同样会存在制作工艺良率低、工艺复杂和工艺成本高的问题，现有图像传感器模组同样存在厚度大和散热性能差的问题。
更多关于图像传感器封装的内容可参考公开号为CN102544040A（2012年7月4号公开）的中国专利申请。
此外，中国发明专利CN201310217356.6，公开了一种采用框板的封装方式，图像传感器封装结构包括：图像传感器，所述图像传感器的功能面具有感光区域和非感光区域，所述感光区域上具有像素单元，所述非感光区域上具有第一电极；与所述图像传感器固定连接的引线板，所述引线板具有框板和贯穿所述框板厚度的内置导线，所述框板具有开口，所述开口暴露出所述感光区域，所述内置导线的一端与所述第一电极电连接。这种图像传感器的封装方式中，需要对框板中进行穿孔并布置导线。
为此，亟需一种图像传感器的封装方法，以解决现有图像传感器封装方法工艺复杂和工艺成本高的问题，现有图像传感器封装结构厚度大和散热性能差的问题，现有图像传感器模组形成方法工艺复杂和工艺成本高的问题，以及现有图像传感器模组厚度大和散热性能差的问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，包括：提供晶圆，所述晶圆具有多个图像传感器芯片，所述图像传感器芯片相互之间具有切割道，每个所述图像传感器芯片具有感光区域和非感光区域，所述感光区域上具有像素单元，所述非感光区域上具有第一电极；提供支撑框架，所述支撑框架固定在所述图像传感器芯片上，所述支撑框架的内侧开口暴露出所述感光区域，所述支撑框架不完全遮盖第一电极，在第一电极和支撑框架的表面形成导电层，电学连接至支撑框架的顶部触点；沿所述切割道切割所述晶圆形成封装件。
可选的，提供的所述支撑框架设置有：对应于图像传感器芯片感光区域的透光盖板。
可选的，所述支撑框架未设置透光盖板，所述步骤还包括：
沿所述切割道切割所述晶圆，于支撑框架上粘接透光盖板形成封装件；
或者粘接透光盖板于所述支撑框架，再沿所述切割道切割所述晶圆形成封装件。
可选的，对应每一导电弹性体于支撑框架上形成至少两个顶部触点，所述顶部触点的宽度为1微米至20微米，长度为5微米至20微米；最外侧顶部触点之间间隔为10微米以上；以增加导电弹性体压靠于顶部触点的压强，同时减少导电弹性体的扭动、翘曲。
可选的，对应每一导电弹性体于支撑框架上形成一个顶部触点，所述顶部触点的宽度为1微米至20微米，长度为100微米至300微米，增加导电弹性体压靠于顶部触点的压强，同时减少导电弹性体的扭动、翘曲。
可选的，于所述支撑侧墙内侧形成透气结构。
可选的，所述透光盖板为：红外滤光膜、蓝玻璃。
可选的，所述形成支撑框架的步骤包括：
S100：提供硅晶圆；
S200：于硅晶圆表面形成顶部触点结构；
S300：刻蚀对应于感光区区域的硅晶圆形成第一凹槽及第一凹槽内的子凹槽，所述第一凹槽具有支撑界面适于粘合透光盖板；
S400：粘合支撑晶圆与硅晶圆，背面研磨硅晶圆至暴露出子凹槽；
S500：将硅晶圆与图像传感器晶圆键合，去除支撑晶圆，形成支撑框架。
可选的，当第一电极位于支撑框架外侧时，所述S300步骤还包括：刻蚀对应于非感光区域的硅晶圆形成第二凹槽，第二凹槽的底部对应于第一电极。
与现有技术相比，本发明的技术方案具有以下优点：
本发明所提供的图像传感器模组形成方法使用本发明实施例所提供的图像传感器封装方法，因此，所述图像传感器模组形成方法具有工艺良率高、工艺简单和工艺成本低的特点，并且所述形成方法制作出的图像传感器模组厚度小。
本发明所提供的图像传感器模组由于具有本发明所提供的图像传感器封装结构，因此，所述图像传感器模组可靠性高，散热性能好，并且厚度小。
进一步的，所述图像传感器模组还包括具有顶部触点的支撑框架，支撑框架的侧壁不完全覆盖第一电极，并在第一电极和支撑框架的表面形成导电层，电学连接至支撑框架的顶部触点能较好的保证图像传感器芯片的信号传输至顶部触点再通过导电弹性体传输至外部，保证电学性能。此外采用硅材质制作支撑框架能够防止灰尘或者水分影响图像传感器封装结构，并且能够防止外力损坏图像传感器封装结构。
附图说明
图1至图12为本发明实施例一CMOS图像传感器的晶圆级封装方法的示意图；
图13至图23为本发明实施例二CMOS图像传感器的晶圆级封装方法的示意图；
图24为本发明涉及一实施例中支撑框架的顶部触点的结构示意图；
图25为本发明涉及一实施例中支撑框架的顶部触点的结构示意图；
图26为本发明CMOS图像传感器的晶圆级封装方法的步骤示意图；
图27为本发明CMOS图像传感器的晶圆级封装方法中形成支撑框架的步骤示意图。
具体实施方式
本发明提供一种CMOS图像传感器的晶圆级的封装方法，包括：提供晶圆，所述晶圆具有多个图像传感器芯片，所述图像传感器芯片相互之间具有切割道，每个所述图像传感器芯片具有感光区域和非感光区域，所述感光区域上具有像素单元，所述非感光区域上具有第一电极；提供支撑框架，所述支撑框架固定在所述图像传感器芯片上，所述支撑框架的内侧开口暴露出所述感光区域，所述支撑框架不完全遮盖第一电极，在第一电极和支撑框架的表面形成导电层，电学连接至支撑框架的顶部触点；沿所述切割道切割所述晶圆形成封装件。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施例做详细的说明。
需要说明的是，由于本说明书附图中所涉及的各结构对称性较高，为更清楚地显示，在标记时，同一幅图中相同结构通常仅标记一次。
本发明实施例一提供一种CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，请结合参考图1至图12。
请参考图1，提供晶圆100，晶圆100用来形成后续的支撑框架结构，在本实施例中采用硅晶圆100，图2中对硅晶圆100进行刻蚀，形成若干凸起结构，该些凸起结构作为支撑框架结构的顶部触点110，分别控制其中距离相对较远的相邻两个凸起结构的距离以对应于每一个图像传感器芯片单元。该些凸起结构的高度为5微米至50微米，在本实施例中为20微米，图3中对硅晶圆100再次刻蚀，形成若干第二凹槽120，第二凹槽120对应于相邻图像传感器芯片之间的区域；图4中对硅晶圆100上对应于同一个图像传感器芯片的感光区域进行刻蚀形成第一凹槽140，其中第一凹槽140位于凸起结构110之间。图5中，在第一凹槽140中进一步刻蚀形成子凹槽150，子凹槽150的内侧还可形成透气结构。图6中，提供支撑晶圆200，支撑晶圆200的材质可为玻璃，支撑晶圆200与硅晶圆100进行临时键合或临时粘合，临时键合或临时粘合采用临时键合胶、光敏胶、热敏胶均可。图7，背面研磨硅晶圆100至暴露出子凹槽150，形成支撑框架300。图8将硅晶圆（即支撑框架300）与图像传感器晶圆400键合，去除支撑晶圆200，图像传感器晶圆400具有多个图像传感器芯片，在本实施例中截取了图像传感器晶圆400的两个图像传感器芯片作为本发明的示意，图像传感器芯片相互之间具有切割道430，每个图像传感器芯片具有感光区域和非感光区域，感光区域上具有像素单元420，非感光区域上具有若干第一电极410，在本实施例中可以看到，形成的支撑框架300的外侧表面130不完全覆盖第一电极410。图9中，在第一电极410和支撑框架300的外侧表面130形成导电层160电学连接至支撑框架300的顶部触点110，图10中，提供透光盖板500，透光盖板500为红外滤光膜、蓝玻璃；粘结透光盖板500于支撑框架300。在另一实施例中，于硅晶圆100与图像传感器晶圆400粘结之前，硅晶圆100已形成的支撑框架300上预先设置有对应于图像传感器芯片感光区域的透光盖板500。图11，对图像传感器晶圆400的背面进行减薄，采用研磨工艺（CMP、PMP）。图12，沿切割道430对图像传感器晶圆400进行切割，分别形成图像传感器芯片封装件。在另一实施例中，支撑框架300未预先设置有透光盖板500时，先沿切割道430切割图像传感器晶圆400，再于支撑框架300上粘结透光盖板500形成图像传感器芯片封装件。
本发明实施例二提供另一种CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，请结合参考图13至图23。
请参考图13，提供晶圆100’，晶圆100’用来形成后续的支撑框架结构，在本实施例中采用硅晶圆100’，图14中对硅晶圆100’进行刻蚀，形成若干凸起结构，该些凸起结构作为支撑框架结构的顶部触点110’，分别控制其中距离相对较远的相邻两个凸起结构的距离以对应于每一个图像传感器芯片单元。该些凸起结构的高度为5微米至50微米，在本实施例中为20微米，图15中对硅晶圆100’上对应于同一个图像传感器芯片的感光区域进行刻蚀形成第一凹槽120’，其中第一凹槽120’位于凸起结构110’之间。图16中，在第一凹槽120’中进一步刻蚀形成子凹槽130’，子凹槽130’内侧还可形成透气结构。图17中，提供支撑晶圆200’，支撑晶圆200’的材质可为玻璃，支撑晶圆200’与硅晶圆100’进行临时键合或临时粘合，临时键合或临时粘合采用临时键合胶、光敏胶、热敏胶均可。图18，背面研磨硅晶圆100’至暴露出子凹槽130’，形成支撑框架300’。图19将硅晶圆（即支撑框架300’）与图像传感器晶圆400’键合，去除支撑晶圆200’，图像传感器晶圆400’具有多个图像传感器芯片，在本实施例中截取了图像传感器晶圆400’的两个图像传感器芯片作为本发明的示意，图像传感器芯片相互之间具有切割道430’，每个图像传感器芯片具有感光区域和非感光区域，感光区域上具有像素单元420’，非感光区域上具有若干第一电极410’，在本实施例中可以看到，形成的支撑框架300’的内侧表面靠近子凹槽130’的侧壁处不完全覆盖第一电极410’。图20中，在第一电极410’和支撑框架300’的内侧表面形成导电层160’电学连接至支撑框架300’的顶部触点110’，图21中，提供透光盖板500’， 透光盖板500’为红外滤光膜、蓝玻璃，粘结透光盖板500’于支撑框架300’。在另一实施例中，于硅晶圆100’与图像传感器晶圆400’粘结之前，硅晶圆100’已形成的支撑框架300’上预先设置有对应于图像传感器芯片感光区域的透光盖板500’。图22，对图像传感器晶圆400’的背面进行减薄，采用研磨工艺（CMP、PMP）。图23，沿切割道430’对图像传感器晶圆400’进行切割，分别形成图像传感器芯片封装件。在另一实施例中，支撑框架300’未预先设置有透光盖板500’时，先沿切割道430’切割图像传感器晶圆400’，再于支撑框架300’上粘结透光盖板500’形成图像传感器芯片封装件。
请继续参考图24，图24为本发明涉及一实施例中支撑框架的顶部触点的结构示意图；图24为图3或图15中沿A方向的俯视图，设置导电弹性体压靠于顶部触点，顶部触点随图像传感器芯片移动，导电弹性体不动；对应每一导电弹性体于支撑框架300上形成至少两个顶部触点310，顶部触点310的宽度W为1微米至20微米，长度H为5微米至20微米；最外侧顶部触点之间间隔为10微米以上；以增加导电弹性体压靠于顶部触点的压强，同时减少导电弹性体的扭动、翘曲。
请继续参考图25，图25为本发明涉及一实施例中支撑框架的顶部触点的结构示意图；图25为图3或图15中沿A方向的俯视图，设置导电弹性体压靠于顶部触点，顶部触点随图像传感器芯片移动，导电弹性体不动，对应每一导电弹性体于支撑框架上形成一个顶部触点，所述顶部触点的宽度W为1微米至20微米，长度H为100微米至300微米，增加导电弹性体压靠于顶部触点的压强，同时减少导电弹性体的扭动、翘曲。
请继续参考图26，图26为本发明CMOS图像传感器的晶圆级封装方法的步骤示意图。
S10：提供晶圆，所述晶圆具有多个图像传感器芯片，所述图像传感器芯片相互之间具有切割道，每个所述图像传感器芯片具有感光区域和非感光区域，所述感光区域上具有像素单元，所述非感光区域上具有第一电极；
S20：提供支撑框架，所述支撑框架固定在所述图像传感器芯片上，所述支撑框架的内侧开口暴露出所述感光区域，所述支撑框架不完全遮盖第一电极，在第一电极和支撑框架的表面形成导电层，电学连接至支撑框架的顶部触点；
S30：沿所述切割道切割所述晶圆形成封装件。
请继续参考图27，图27为本发明CMOS图像传感器的晶圆级封装方法中形成支撑框架的步骤示意图。
S100：提供硅晶圆；
S200：于硅晶圆表面形成顶部触点结构；
S300：刻蚀对应于感光区区域的硅晶圆形成第一凹槽及第一凹槽内的子凹槽，所述第一凹槽具有支撑界面适于粘合透光盖板；
S400：粘合支撑晶圆与硅晶圆，背面研磨硅晶圆至暴露出子凹槽；
S500：将硅晶圆与图像传感器晶圆键合，去除支撑晶圆，形成支撑框架。
本发明所提供的图像传感器模组形成方法使用本发明实施例所提供的图像传感器封装方法，因此，所述图像传感器模组形成方法具有工艺良率高、工艺简单和工艺成本低的特点，并且所述形成方法制作出的图像传感器模组厚度小。
本发明所提供的图像传感器模组由于具有本发明所提供的图像传感器封装结构，因此，所述图像传感器模组可靠性高，散热性能好，并且厚度小。
进一步的，所述图像传感器模组还包括具有顶部触点的支撑框架，支撑框架的侧壁不完全覆盖第一电极，并在第一电极和支撑框架的表面形成导电层，电学连接至支撑框架的顶部触点能较好的保证图像传感器芯片的信号传输至顶部触点再通过导电弹性体传输至外部，保证电学性能。此外采用硅材质制作支撑框架能够防止灰尘或者水分影响图像传感器封装结构，并且能够防止外力损坏图像传感器封装结构。
虽然本发明披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，包括：
提供晶圆，所述晶圆具有多个图像传感器芯片，所述图像传感器芯片相互之间具有切割道，每个所述图像传感器芯片具有感光区域和非感光区域，所述感光区域上具有像素单元，所述非感光区域上具有第一电极；
提供支撑框架，所述支撑框架固定在所述图像传感器芯片上，所述支撑框架的内侧开口暴露出所述感光区域，所述支撑框架不完全遮盖第一电极，在第一电极和支撑框架的表面形成导电层，电学连接至支撑框架的顶部触点；
沿所述切割道切割所述晶圆形成封装件。
2.据权利要求1所述的CMOS图像传感器的芯片级封装方法，其特征在于，提供的所述支撑框架设置有：对应于图像传感器芯片感光区域的透光盖板。
3.据权利要求1所述的CMOS图像传感器的芯片级封装方法，其特征在于，所述支撑框架未设置透光盖板，所述步骤还包括：
沿所述切割道切割所述晶圆，于支撑框架上粘接透光盖板形成封装件；
或者粘接透光盖板于所述支撑框架，再沿所述切割道切割所述晶圆形成封装件。
4.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的芯片级封装方法，其特征在于，包括：
对应每一导电弹性体于支撑框架上形成至少两个顶部触点，所述顶部触点的宽度为1微米至20微米，长度为5微米至20微米；最外侧顶部触点之间间隔为10微米以上；以增加导电弹性体压靠于顶部触点的压强，同时减少导电弹性体的扭动、翘曲。
5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的芯片级封装方法，其特征在于，包括：
对应每一导电弹性体于支撑框架上形成一个顶部触点，所述顶部触点的宽度为1微米至20微米，长度为100微米至300微米，增加导电弹性体压靠于顶部触点的压强，同时减少导电弹性体的扭动、翘曲。
6.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的芯片级封装方法，其特征在于，
于所述支撑侧墙内侧形成透气结构。
7.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的芯片级封装方法，其特征在于，
所述透光盖板为：红外滤光膜或蓝玻璃。
8.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的芯片级封装方法，其特征在于，所述形成支撑框架的步骤包括：
S100：提供硅晶圆；
S200：于硅晶圆表面形成顶部触点结构；
S300：刻蚀对应于感光区区域的硅晶圆形成第一凹槽及第一凹槽内的子凹槽，所述第一凹槽具有支撑界面适于粘合透光盖板；
S400：粘合支撑晶圆与硅晶圆，背面研磨硅晶圆至暴露出子凹槽；
S500：将硅晶圆与图像传感器晶圆键合，去除支撑晶圆，形成支撑框架。
9.根据权利要求8所述的CMOS图像传感器的芯片级封装方法，其特征在于，当第一电极位于支撑框架外侧时，所述S300步骤还包括：刻蚀对应于非感光区域的硅晶圆形成第二凹槽，第二凹槽的底部对应于第一电极。
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