CN107123602A - 一种指纹识别芯片的封装结构及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种指纹识别芯片的封装结构及其制造方法，属于半导体封装技术领域。其包括指纹识别芯片（200）、框架（100）和包封体（400），所述框架（100）设置在指纹识别芯片（200）的外围，所述框架（100）包括框架基座（101）和金属凸点（102），所述金属凸点（102）设置于框架基座（101）的背面，所述包封体（400）包覆指纹识别芯片（200）和框架（100），并且露出指纹识别芯片的功能面（201）、框架（100）的背面、金属凸点（102）的焊接面、指纹识别芯片（200）的金属连接件（230）的焊接面，所述指纹识别芯片的功能面（201）的裸露表面设置高介电常数材料的表面覆盖层（500）。本发明可以有效降低指纹识别芯片及整个封装厚度，同时显著提升整个封装结构强度。
Description
技术领域
本发明涉及一种指纹识别芯片的封装结构及其制造方法，属于半导体芯片封装技术领域。
背景技术
指纹识别即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行身份鉴别的技术；由于人体指纹具有唯一性及不变性，使得指纹识别具有安全性好、可靠性高、使用方便的特点，目前已经被广泛应用于智能手机、平板电脑等移动终端上。
由于手指按压时指纹识别芯片会承受压力，芯片需要维持厚度比较厚(通常不小于250um)，否则整体结构的强度不够，在受力时芯片容易断裂；芯片太厚直接影响了指纹识别在超薄型移动终端，特别是设置于显示屏玻璃下的指纹识别智能手机上的应用。
发明内容
本发明的目的在于克服当前指纹识别芯片的封装技术不足，提供一种能够有效降低指纹识别芯片的封装厚度、同时显著提升封装结构强度的封装结构及其制造方法。
本发明的目的是这样实现的：本发明一种指纹识别芯片的封装结构，其包括指纹识别芯片，所述指纹识别芯片的背面植有金属连接件，其内部设置纵向贯穿指纹识别芯片的硅通孔互联结构，
还包括框架和包封体，所述框架设置在指纹识别芯片的外围，其呈环状，所述框架的正面与指纹识别芯片的功能面齐平，所述框架包括框架基座和金属凸点，所述金属凸点设置于框架基座的背面；
所述包封体包覆指纹识别芯片和框架，并且露出指纹识别芯片的功能面、框架的背面、金属凸点的焊接面、指纹识别芯片的金属连接件的焊接面；
所述指纹识别芯片的功能面的裸露表面设置高介电常数材料的表面覆盖层，所述表面覆盖层向外延展并覆盖框架基座的背面。
可选地，所述金属凸点的纵截面呈正方形、长方形、梯形。
可选地，所述框架基座的材料是Cu、Fe、Ni、FeNi、玻璃、陶瓷、纤维板，金属凸点的材料是Cu、Fe、Ni、FeNi。
可选地，所述框架基座的材料是Cu、Fe、Ni、FeNi、玻璃、陶瓷、纤维板，金属凸点的材料是Sn、SnPb、SnAg、SnAgCu、SnBi、In。
可选地，所述框架基座的外侧边和/或端头设置加强筋。
可选地，所述加强筋与框架基座和金属凸点一体构成。
可选地，所述框架基座和金属凸点、加强筋的材料同为Cu、Fe、Ni、FeNi、W的一种或几种组合。
本发明一种指纹识别芯片的封装结构的制造方法，包括步骤：
步骤一：提供刚性片，通过压合结合高温处理的方法，将金属片与刚性片结合；通过光刻的方法，在金属片上选择性的形成光刻胶；通过腐蚀的方法，对金属片进行腐蚀，形成金属凸点，然后去除光刻胶；通过激光划片的方法，对刚性片进行切割，去掉框架基座的内部材料，并切断，形成复数个独立的框架；
步骤二：提供指纹识别芯片，其背面植有金属连接件，其内部设置纵向贯穿指纹识别芯片的硅通孔互联结构；
步骤三：分别将框架和指纹识别芯片按照位置要求临时固定于载体上，框架基座与指纹识别芯片的芯片功能面朝向载体；
步骤四：通过包封的方法，将框架及指纹识别芯片用树脂材料包封起来，形成包封体；
步骤五：通过磨削的方法，将指纹识别芯片上的金属连接件的焊接面与金属凸点的焊接面露出来；
步骤六：表面覆盖层形成于指纹识别芯片的功能面的裸露表面，并覆盖框架基座的背面；
步骤七：通过划片的方法，分割成单个指纹识别芯片封装体。
本发明一种指纹识别芯片的封装结构的制造方法，包括步骤：
步骤一：提供刚性片；通过光刻的方法，分别在刚性片上下两面形成光刻胶Ⅰ及光刻胶Ⅱ；通过腐蚀的方法，分别从刚性片的上下两面进行腐蚀，由于光刻胶Ⅰ及光刻胶Ⅱ保护的作用，在刚性片上形成框架基座、金属凸点、凹面、空腔、加强筋；去除光刻胶，完成框架制作；步骤二：提供指纹识别芯片，其背面植有金属连接件，其内部设置纵向贯穿指纹识别芯片的硅通孔互联结构；
步骤三：分别将框架和指纹识别芯片按照位置要求临时固定于载体上，框架基座与指纹识别芯片的芯片功能面朝向载体；
步骤四：通过包封的方法，将框架及指纹识别芯片用树脂材料包封起来，形成包封体；
步骤五：通过磨削的方法，将指纹识别芯片上的金属连接件的焊接面与金属凸点的焊接面露出来；
步骤六：表面覆盖层形成于指纹识别芯片的功能面的裸露表面，并覆盖框架基座的背面；
步骤七：通过划片的方法，分割成单个指纹识别芯片封装体。
相比与现有方案，本发明的技术方案具有以下优点：
1)在封装体内部植入了框架，提高了整个指纹识别芯片的封装结构的刚性；减少了整体结构刚度对指纹识别芯片及封装体的厚度的依赖，这样可以有效降低指纹识别芯片及封装体的厚度；
2)框架露出包封体的部分具有可焊接性，可以在组装时焊接在基板上，提供了额外的支撑力，从而提高了指纹识别芯片承受手指按压的能力，这样即使在减薄指纹识别芯片及其封装厚度的情况下也不影响结构刚性，符合产品薄形化发展趋势；
3)封装体内留有加强筋，提升了封装体抵抗翘曲变形的能力，这有利于降低指纹识别芯片及封装体的厚度。
附图说明
图1为本发明指纹识别芯片封装结构的制造流程图；
图2A、图2B为本发明一种指纹识别芯片的封装结构的实施例一的示意图；
图3A至图3M为本发明指纹识别芯片封装结构的实施例一的制造方法的示意图；
图4为本发明指纹识别芯片封装结构焊接在基板上的示意图；
图5A、图5B为本发明一种指纹识别芯片的封装结构的实施例二的示意图；
图6A至图6M为本发明指纹识别芯片封装结构的实施例二的制造方法的示意图；
图7为本发明指纹识别芯片封装结构焊接在基板上的示意图。
图中：
框架100
框架基座101
金属凸点102
凹面105
空腔104
刚性片110
金属片120
光刻胶140
指纹识别芯片200
芯片功能面 201
硅通孔互联结构220
金属连接件230
载体300
包封体400
表面覆盖层 500
基板 600
焊接点 601。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。
参照图1，本发明一种指纹识别芯片的封装结构的制造流程如下：
执行步骤S101：提供框架和指纹识别芯片；
执行步骤S102：分别将框架与指纹识别芯片按照位置要求临时固定于载体上；
执行步骤S103：通过包封的方法，将框架及指纹识别芯片用树脂材料包封起来，形成包封体；
执行步骤S104：通过磨削的方法，将指纹识别芯片上的金属连接件的焊接面和金属凸点的焊接面露出来；
执行步骤S105：表面覆盖层形成于指纹识别芯片的芯片功能面的裸露表面；
执行步骤S106：通过划片的方法，分割成单个指纹识别芯片的封装结构。
实施例一
本发明一种指纹识别芯片的封装结构，如图2A、图2B所示，其中，图2A是图2B的A-A 剖面图。指纹识别芯片200的背面203设置金属连接件230，其硅通孔(TSV)互联结构220 纵向贯穿设置在指纹识别芯片200的内部，使电信号可以从芯片正面功能面201导通到芯片背面。框架100设置在指纹识别芯片200的外围，所述框架100的正面与指纹识别芯片的功能面201齐平。框架100的横截面形状呈环状，如图2B所示，为本发明指纹识别芯片封装结构的框架100设计的布局示意图。指纹识别芯片200的位置及距离可以按照要求进行排布。
框架100包括框架基座101和金属凸点102，其中，金属凸点102设置于框架基座101的背面。框架基座101框架基座101的材料是具有刚性较强如Cu、Fe、Ni、FeNi、W、玻璃、陶瓷、纤维板等，能够给整个封装结构提供足够的刚性。金属凸点102的纵截面呈正方形、长方形、梯形等形状。金属凸点102的材料可以是具有可被焊接性的材料，如Cu、 Fe、Ni、FeNi、W等，也可以是本身具有可焊接性的材料，如Sn、SnPb、SnAg、SnAgCu、 SnBi、In等。框架100的金属凸点102焊接面的大小、疏密与指纹识别芯片200的金属连接件230的焊接面的设计可以相同，也可以根据实际情况，各自设计。
包括但不局限于树脂的包封体400包覆指纹识别芯片200，并且露出指纹识别芯片的功能面201，其表面设置表面覆盖层500。表面覆盖层500优先选用高介电常数的材料，在保护芯片的同时起到提高指纹识别灵敏性的作用。该表面覆盖层500向外延展并覆盖框架基座101的背面。
图3A至图3M为本发明指纹识别芯片封装结构实施例一的制造方法的示意图。
参见图3A至图3F，提供刚性片110，其材料是Cu、Fe、Ni、FeNi、玻璃、陶瓷、纤维板，通过压合结合高温处理的方法，将金属片120与刚性片110结合，金属片120的材料是Cu、Fe、Ni、FeNi或是Sn、SnPb、SnAg、SnAgCu、SnBi、In；通过光刻的方法，在金属片120上选择性的形成光刻胶140；通过腐蚀的方法，对金属片120进行腐蚀，形成金属凸点102，然后去除光刻胶；通过激光划片的方法，对刚性片110进行切割，去掉框架基座101的内部材料，并切断，形成复数个独立的框架100。
参见图3G，指纹识别芯片200的背面203植有金属连接件230，其内部设置纵向贯穿指纹识别芯片200的硅通孔互联结构220。
参见图3H，分别将框架100和指纹识别芯片200按照位置要求临时固定于载体300上，框架基座101与指纹识别芯片的芯片功能面201朝向载体300。
优选的，载体300优选表面有粘性或者带有真空吸附能力，可以通过将框架100及指纹识别芯片200按照需要的排列和间距进行临时固定。
参见图3I，通过包封的方法，将框架100及指纹识别芯片200用高分子材料包封起来，形成包封体400；包封体400材料包括但不局限于环氧树脂或者硅胶；包封方法可以是通过模具注料包封，也可以通过压膜包封。
参见图3J，通过磨削的方法，将金属凸点102的焊接面及指纹识别芯片200上的金属连接件230的焊接面露出来；磨削可以使用镶嵌有金刚石或陶瓷颗粒的磨轮进行打磨，也可以使用硬质合金或陶瓷刀片进行切削；磨削需要控制进给量，保证金属凸点102及金属连接件230露出来，以及控制厚度。
参见图3K，表面覆盖层500通过压膜、注料成型的方法形成于芯片功能面201的裸露表面，并向外延展，覆盖框架基座101的背面；
参见图3L和图3M，通过划片的方法，分割成单个指纹识别芯片的封装体；划片可以用含有金刚石或者陶瓷颗粒的刀片，也可以选用激光进行切割。
应用时，将金属凸点102的焊接面与金属连接件230的焊接面通过焊接点601焊接在基板600上，增加了指纹识别芯片的封装体与基板600的结合点，增强了封装结构的可靠性。如图5所示，为本发明指纹识别芯片封装焊接在基板600上的示意图，金属凸点102 与基板600之间的焊接点601提供了额外的支撑，分担了手指按压过程中施加在指纹识别芯片200上的应力。
实施例二
本发明一种指纹识别芯片的封装结构，如图5A和图5B所示，如图5A、图5B所示，其中，图5A是图5B的A-A剖面图。指纹识别芯片200的背面203设置金属连接件230，其硅通孔(TSV)互联结构220纵向贯穿设置在指纹识别芯片200的内部，使电信号可以从芯片正面功能面201导通到芯片背面。框架100设置在指纹识别芯片200的外围，所述框架100的正面与指纹识别芯片的功能面201齐平。框架100的横截面形状呈环状，如图6A所示，为本发明指纹识别芯片封装结构的框架100设计的布局示意图。指纹识别芯片200的位置及距离可以按照要求进行排布。
框架100包括框架基座101和金属凸点102、加强筋103，其中，金属凸点102设置于框架基座101的背面，加强筋103设置在框架基座101的外侧边和/或端头。框架100的框架基座101和金属凸点102、加强筋103是一体构成，金属凸点102的纵截面呈正方形、长方形、梯形等形状。框架基座101和金属凸点102的材料可以是具有可被焊接性的材料，如Cu、Fe、Ni、FeNi、W等的一种或几种组合。框架100的金属凸点102焊接面的大小、疏密与指纹识别芯片200的金属连接件230的焊接面的设计可以相同，也可以根据实际情况，各自设计。
包括但不局限于树脂的包封体400包覆指纹识别芯片200，并且露出指纹识别芯片的功能面201，其表面设置表面覆盖层500。表面覆盖层500优先选用高介电常数的材料，在保护芯片的同时起到提高指纹识别灵敏性的作用。该表面覆盖层500向外延展并覆盖框架基座101的背面。
图6A至图6M为本发明指纹识别芯片封装结构实施例二的制造方法的示意图。
参见图6A至图6D，框架100的材料为Cu、Fe、Ni、FeNi、W的一种或几种组合，提供刚性片110；通过光刻的方法，分别在刚性片110上下两面形成光刻胶Ⅰ141及光刻胶Ⅱ142；通过腐蚀的方法，分别从刚性片110的上下两面进行腐蚀，由于光刻胶Ⅰ141及光刻胶Ⅱ142保护的作用，在刚性片110上形成框架基座101、金属凸点102、凹面105、空腔 104、加强筋103；去除光刻胶，完成框架100制作。
参见图6E，指纹识别芯片200的背面203植有金属连接件230，其内部设置纵向贯穿指纹识别芯片200的硅通孔互联结构220。
参见图6G至图6H，分别将框架100和指纹识别芯片200按照位置要求临时固定于载体300上，框架基座101与指纹识别芯片的芯片功能面201朝向载体300。
优选的，载体300优选表面有粘性或者带有真空吸附能力，可以通过将框架100及指纹识别芯片200按照需要的排列和间距进行临时固定。
参见图6I，通过包封的方法，将框架100及指纹识别芯片200用高分子材料包封起来，形成包封体400；包封体400材料包括但不局限于环氧树脂或者硅胶；包封方法可以是通过模具注料包封，也可以通过压膜包封。
参见图6J，通过磨削的方法，将金属凸点102的焊接面及指纹识别芯片200上的金属连接件230的焊接面露出来；磨削可以使用镶嵌有金刚石或陶瓷颗粒的磨轮进行打磨，也可以使用硬质合金或陶瓷刀片进行切削；磨削需要控制进给量，保证金属凸点102及金属连接件230露出来，以及控制厚度。
参见图6K，表面覆盖层500通过压膜、注料成型的方法形成于芯片功能面201的裸露表面，并向外延展，覆盖框架基座101的背面；
参见图6L和图6M，通过划片的方法，分割成单个指纹识别芯片的封装体；划片可以用含有金刚石或者陶瓷颗粒的刀片，也可以选用激光进行切割。
应用时，将金属凸点102的焊接面与金属连接件230的焊接面通过焊接点601焊接在基板600上，增加了指纹识别芯片的封装体与基板600的结合点，增强了封装结构的可靠性。如图7所示，为本发明指纹识别芯片封装焊接在基板600上的示意图，金属凸点102 与基板600之间的焊接点601提供了额外的支撑，分担了手指按压过程中施加在指纹识别芯片200上的应力。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步地详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (9)
1.一种指纹识别芯片的封装结构，其包括指纹识别芯片（200），
其特征在于，所述指纹识别芯片的背面（203）植有金属连接件（230），其内部设置纵向贯穿指纹识别芯片（200）的硅通孔互联结构（220），
还包括框架（100）和包封体（400），所述框架100）设置在指纹识别芯片（200）的外围，其呈环状，所述框架（100）的正面与指纹识别芯片的功能面（201）齐平，所述框架（100）包括框架基座（101）和金属凸点（102），所述金属凸点（102）设置于框架基座（101）的背面；
所述包封体（400）包覆指纹识别芯片（200）和框架（100），并且露出指纹识别芯片的功能面（201）、框架（100）的背面、金属凸点（102）的焊接面、指纹识别芯片（200）的金属连接件（230）的焊接面；
所述指纹识别芯片的功能面（201）的裸露表面设置高介电常数材料的表面覆盖层（500）， 所述表面覆盖层（500）向外延展并覆盖框架基座（101）的背面。
2.如权利要求1所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述金属凸点（102）的纵截面呈正方形、长方形、梯形。
3.如权利要求1或2所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述框架基座（101）的材料是Cu、Fe、Ni、FeNi、玻璃、陶瓷、纤维板，金属凸点（102）的材料是Cu、Fe、Ni、FeNi。
4.如权利要求1或2所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述框架基座（101）的材料是Cu、Fe、Ni、FeNi、W、玻璃、陶瓷、纤维板，金属凸点（102）的材料是Sn、SnPb、SnAg、SnAgCu、SnBi、In。
5.如权利要求1所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述框架基座（101）的外侧边和/或端头设置加强筋（103）。
6.如权利要求5所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述加强筋（103）与框架基座（101）和金属凸点（102）一体构成。
7.如权利要求6所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述框架基座（101）和金属凸点（102）、加强筋（103）的材料同为Cu、Fe、Ni、FeNi、W的一种或几种组合。
8.一种指纹识别芯片的封装结构的制造方法，包括步骤：
步骤一：提供刚性片（110），通过压合结合高温处理的方法，将金属片（120）与刚性片（110）结合；通过光刻的方法，在金属片（120）上选择性的形成光刻胶（140）；通过腐蚀的方法，对金属片（120）进行腐蚀，形成金属凸点（102），然后去除光刻胶；通过激光划片的方法，对刚性片（110）进行切割，去掉框架基座（101）的内部材料，并切断，形成复数个独立的框架（100）；
步骤二：提供指纹识别芯片（200），其背面（203）植有金属连接件（230），其内部设置纵向贯穿指纹识别芯片（200）的硅通孔互联结构（220）；
步骤三：分别将框架（100）和指纹识别芯片（200）按照位置要求临时固定于载体（300）上，框架基座（101）与指纹识别芯片的芯片功能面（201）朝向载体（300）；
步骤四：通过包封的方法，将框架（100）及指纹识别芯片（200）用树脂材料包封起来，形成包封体（400）；
步骤五：通过磨削的方法，将指纹识别芯片（200）上的金属连接件（230）的焊接面与金属凸点（102）的焊接面露出来；
步骤六：表面覆盖层（500）形成于指纹识别芯片（200）的功能面（201）的裸露表面，并覆盖框架基座（101）的背面；
步骤七：通过划片的方法，分割成单个指纹识别芯片封装体。
9.一种指纹识别芯片的封装结构的制造方法，包括步骤：
步骤一：提供刚性片（110）；通过光刻的方法，分别在刚性片（110）上下两面形成光刻胶Ⅰ（141）及光刻胶Ⅱ（142）；通过腐蚀的方法，分别从刚性片（110）的上下两面进行腐蚀，由于光刻胶Ⅰ（141）及光刻胶Ⅱ（142）保护的作用，在刚性片（110）上形成框架基座（101）、金属凸点（102）、凹面（105）、空腔（104）、加强筋（103）；去除光刻胶，完成框架（100）制作；
步骤二：提供指纹识别芯片（200），其背面（203）植有金属连接件（230），其内部设置纵向贯穿指纹识别芯片（200）的硅通孔互联结构（220）；
步骤三：分别将框架（100）和指纹识别芯片（200）按照位置要求临时固定于载体（300）上，框架基座（101）与指纹识别芯片的芯片功能面（201）朝向载体（300）；
步骤四：通过包封的方法，将框架（100）及指纹识别芯片（200）用树脂材料包封起来，形成包封体（400）；
步骤五：通过磨削的方法，将指纹识别芯片（200）上的金属连接件（230）的焊接面与金属凸点（102）的焊接面露出来；
步骤六：表面覆盖层（500）形成于指纹识别芯片（200）的功能面（201）的裸露表面，并覆盖框架基座（101）的背面；
步骤七：通过划片的方法，分割成单个指纹识别芯片封装体。
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