CN107248505A - 一种生物识别芯片的封装结构及封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于半导体封装技术领域，公开了一种生物识别芯片的封装结构及封装方法。其中，上述封装结构包括芯片，芯片的正面设置有芯片感应区和若干第一焊盘，芯片的背面设置有若干第二焊盘；芯片上设有硅通孔和金属布线层，金属布线层通过硅通孔将芯片的第一焊盘引导至芯片的第二焊盘；芯片的正面和侧面均包覆有塑封层。其中，上述封装方法包括：生物识别晶圆片临时键合一基板→晶圆片研磨减薄→晶圆片的硅通孔制作→晶圆片的重布线制作→临时基板的拆除→晶圆片切割→塑封→芯片测试→激光切割。本发明结合通孔硅的晶圆级封装技术和传统的塑封工艺技术，在芯片的多个侧面进行塑封，既保证了芯片的厚度超薄，又大大提升了芯片的强度。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装技术领域，尤其涉及一种生物识别芯片的封装结构及封装方法。
背景技术
随着当前科技的快速发展，生物识别芯片因其简便、实用的特点，应用领域越来越广。同时，各种电子设备对芯片封装结构的尺寸厚度也提出了越来越高的要求。现有芯片封装的技术方案主要有以下三种：
方案一，如图1所示，传统打线+塑封工艺，其主要工艺方法如下：生物识别晶圆片进行研磨→切割成单颗的晶粒→晶粒固定在预制有线路布局的基板上→打金线，将芯片上的焊点(bond pad)与基板上的焊点形成电性互联→塑封→芯片测试→激光切割→送模组厂SMT表面贴装→贴盖板→安装金属环→模组测试；
方案二，如图2和图3所示，通孔硅(TSV，through silicon via)芯片的晶圆级封装方法，其主要方法如下：生物识别晶圆片临时键合一基板→晶圆片研磨减薄→晶圆片的硅通孔制作→晶圆片的重布线制作→临时基板的拆除→晶圆片切割→芯片测试→送模组厂SMT表面贴装→贴盖板→安装金属环→模组测试；
方案三，如图4所示，侧面开槽+打线封装方法，其主要方法如下：晶圆片靠近芯片焊点(bond pad)侧的硅开槽→重布线，在槽底形成新的打线焊点→晶圆片研磨减薄→切割成单颗的晶粒→晶粒固定在预制有线路布局的基板上→打金线，将芯片上的焊点(bondpad)与基板上的焊点形成电性互联→塑封→芯片测试→激光切割→送模组厂SMT表面贴装→贴盖板→安装金属环→模组测试。
然而当前技术中还存在着如下不足：
1)方案一和方案三封装后芯片的厚度(高度)较高，满足不了生物识别模组轻薄化的需求；
2)方案二通孔硅芯片封装后，四周硅裸露，芯片强度不足，模组厂使用不方便，容易产生损伤。
发明内容
本发明的一个目的在于提供一种生物识别芯片的封装结构，用于解决芯片封装体厚度偏厚及芯片强度不足的问题。
本发明的另一目的在于提供一种生物识别芯片的封装方法。
为达以上目的，本发明采用以下技术方案：
一种生物识别芯片的封装结构，包括芯片，所述芯片的正面设置有芯片感应区和若干与所述芯片感应区连接的第一焊盘，所述芯片的背面设置有若干用于与PCB板焊接的第二焊盘；所述芯片上设有硅通孔和金属布线层，所述金属布线层通过硅通孔将芯片的第一焊盘引导至芯片的第二焊盘；所述芯片的正面和侧面均包覆有塑封层。
作为优选，所述芯片的背面与所述第二焊盘之间设置有第一绝缘层，相邻所述第二焊盘之间设置有第二绝缘层。
作为优选，所述芯片封装完成后的形状为四边形、圆形、椭圆形或腰形。
作为优选，所述塑封层的材料为环氧树脂模塑料或其它有机树脂材料。
作为优选，所述硅通孔的结构为两层或多层台阶状的阶梯形斜孔。
作为优选，所述芯片的厚度为0.1mm-0.4mm，所述芯片封装后的结构总厚度为0.15mm-0.7mm。
作为优选，所述第一焊盘为芯片键合焊垫，所述第二焊盘为表面组装技术(SMT，Surface Mounted Technology)用焊锡焊盘。
作为优选，所述生物识别芯片为指纹识别芯片。
一种生物识别芯片的封装方法，包括以下步骤：
A、准备一片具有若干生物识别芯片的晶圆，每个所述生物识别芯片的正面设有芯片感应区和第一焊盘；
B、在所述晶圆的正面临时键合一基板；
C、对所述晶圆的背面进行研磨减薄；
D、在晶圆上制作硅通孔、第一绝缘层、金属布线层和第二绝缘层结构；
E、从晶圆上拆除临时基板；
F、将晶圆进行切割，得到具有通孔硅结构的单个的生物识别芯片；
G、将上述完成切割后的生物识别芯片单体，以阵列方式放置到预先制作好的有空腔结构的封装基板里，基板一侧贴有胶膜，芯片放置时正面朝上放置，背面粘附在胶膜上，塑封完成后，芯片的正面及四周被塑封料包裹；
H、对塑封后的生物识别芯片进行功能测试；
I、利用激光切割将生物识别芯片按需求尺寸进行分切。
作为优选，所述步骤I之后还设有以下步骤：
J、将生物识别芯片送至模组厂进行SMT表面贴装；
K、将贴装后的生物识别芯片与相应的盖板贴合，形成生物识别芯片模组；
L、在生物识别芯片模组上安装金属环；
M、对生物识别芯片模组进行测试。
本发明的有益效果为：
本发明通过在芯片上设置通孔硅和金属布线层结构，使第一焊盘与第二焊盘之间形成良好连接，代替了传统打线的工艺，减小了封装结构的整体厚度，缩小了生物识别芯片的封装体积，能够满足生物识别芯片轻薄化的发展要求；通过在芯片的正面和侧面设置塑封层，大大提高了芯片的强度和使用可靠性，有效防止芯片发生断裂和损伤。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍，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，还可以根据本发明实施例的内容和这些附图获得其他的附图。
图1是现有技术提供的第一种芯片的封装结构示意图；
图2是现有技术提供的第二种芯片的封装结构示意图；
图3是图2中A处结构放大图；
图4是现有技术提供的第三种芯片的封装结构示意图；
图5是本发明实施方式提供的生物识别芯片的封装结构俯视图；
图6是本发明实施方式提供的生物识别芯片的封装结构仰视图；
图7是本发明实施方式提供的生物识别芯片的封装结构剖面图；
图8是图7中B处结构放大图。
图中：
1’-芯片；2’-塑封层；3’-金线；4’-干膜；5’-基板；101’-芯片感应区；102’-第一焊盘；103’-第二焊盘；104’-硅通孔；105’-第一绝缘层；106’-第二绝缘层；107’-金属布线层；501’-封装基板打线焊盘；502’-封装基板焊锡焊盘；
1-芯片；2-塑封层；101-芯片感应区；102-第一焊盘；103-第二焊盘；104-硅通孔；105-第一绝缘层；106-第二绝缘层；107-金属布线层。
具体实施方式
为使本发明解决的技术问题、采用的技术方案和达到的技术效果更加清楚，下面将结合附图对本发明实施例的技术方案作进一步的详细描述，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，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图5-图8所示，本实施方式提供一种生物识别芯片的封装结构，该封装结构包括芯片1，芯片1设有正面和背面，其中正面设置有芯片感应区101，用于感应外界的识别信号，芯片感应区101的周围均布连接有若干第一焊盘102，芯片1的背面设置有若干用于与PCB板或封装基板等结构进行焊接的第二焊盘103；芯片1上设有硅通孔104，硅通孔104内布置有金属布线层107，金属布线层107将芯片1的第一焊盘102引导至芯片1的第二焊盘103，从而实现芯片1正面与背面的电连接；进一步地，芯片1的正面和侧面还包覆有塑封层2，以对芯片1的结构形成保护，同时芯片1的背面不设置塑封层，以便露出第二焊盘103，方便芯片1与其它结构进行连接。具体地，上述第一焊盘102为芯片键合焊垫，第二焊盘103为SMT用焊锡焊盘，且第二焊盘103布置为设于芯片1上的焊盘整列(LGA，land grid array)结构。
本发明通过在芯片1上设置通孔硅104和金属布线层107结构，使第一焊盘102与第二焊盘103之间形成良好连接，代替了传统打线的工艺，减小了封装结构的整体厚度，缩小了生物识别芯片的封装体积，能够满足生物识别芯片轻薄化的发展要求；同时，通过在芯片1的正面和侧面设置塑封层2，大大提高了芯片1的强度和使用可靠性，有效防止芯片1发生断裂和损伤。
优选地，本实施方式芯片1的背面与第二焊盘103之间还设置有第一绝缘层105，用于防止芯片1内的硅本体与第二焊盘103直接接触，影响信号识别的准确度。任意两相邻的第二焊盘103之间还设置有第二绝缘层106，用于阻断相邻第二焊盘103之间的电连接，从而实现芯片1与PCB板或基板的准确连接，增强芯片1的使用功能。
进一步地，为了更好地适应现有电子设备的安装要求，本实施方式中芯片1封装完成后的形状为四边形、圆形、椭圆形、腰形或跑道形等，其中芯片1的正面及各侧面均包覆有塑封层2。
进一步地，上述塑封层2的材料为有机树脂材料，优选为环氧树脂模塑料。环氧树脂模塑料(EMC－Epoxy Molding Compound)是由环氧树脂为基体树脂，以高性能酚醛树脂为固化剂，加入硅微粉等为填料，以及添加多种助剂混配而成的粉状模塑料；塑封时，用传递成型法将EMC挤压入模腔并将其中的半导体芯片包埋，同时交联固化成型，从而成为具有一定结构外型的半导体器件。
优选地，本发明的生物识别芯片的硅通孔104的结构为两层或多层台阶状的阶梯形斜通孔，多层台阶的设置有利于环氧塑封材料的进入，有效提升芯片1的抗弯折强度。
本发明的生物识别芯片可以为指纹识别芯片，芯片1的厚度为0.1mm-0.4mm，芯片1塑封后的封装结构总厚度为0.15mm-0.7mm，相比于现有技术来说，本发明大大减小整个生物识别芯片模组的高度,同时也提升了芯片的封装强度。
本实施方式还提出一种生物识别芯片的封装方法，用于制备具有上述封装结构的生物识别芯片，其具体包括以下步骤：
A、准备一片具有若干生物识别芯片的晶圆，其中，每个生物识别芯片的正面均设有芯片感应区101和若干第一焊盘102，且第一焊盘102与芯片感应区101电性连接；
B、在晶圆的正面临时键合一基板，该基板的设置是为了在封装过程中，对芯片1形成良好的支撑作用；
C、对晶圆的背面进行研磨减薄，该步骤在不影响芯片1使用功能的基础上，直接降低了芯片1的厚度；
D、在晶圆上制作硅通孔104、第一绝缘层105、金属布线层107和第二绝缘层106结构，以便连接第一焊盘102和第二焊盘103，进而以较短的距离实现芯片1正面和背面的连接；
E、在硅通孔和重布线工艺完成后，从晶圆上拆除临时基板，以避免基板对芯片1厚度产生的影响；
F、将晶圆进行切割，得到具有通孔硅结构的单个的生物识别芯片，具体的，该切割过程可以采用激光切割机或者机械切割设备；
G、将上述完成切割后的生物识别芯片单体，以阵列方式放置到预先制作好的有空腔结构的封装基板里，基板一侧贴有胶膜，芯片1放置时正面朝上放置，背面粘附在胶膜上，塑封完成后，芯片1的正面及四周被塑封料包裹；
H、对塑封后的生物识别芯片进行功能测试；
I、利用激光切割将生物识别芯片按需求尺寸进行分切；
J、将生物识别芯片送至模组厂进行SMT表面贴装；
K、将贴装后的生物识别芯片与相应的盖板贴合，形成生物识别芯片模组；
L、在生物识别芯片模组上安装金属环；
M、对生物识别芯片模组进行测试。
本发明的生物识别芯片采用硅通孔结构和多个面进行包裹塑封材料的复合结构，既保证了芯片1的厚度超薄，又有效提升了芯片1的强度；同时，该封装方法中利用晶圆级芯片的封装技术，先对整片晶圆进行硅通孔和重布线工艺，然后将晶圆切割成单颗芯片，大大降低了该生物识别芯片的生产成本。
注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。
Claims (10)
1.一种生物识别芯片的封装结构，其特征在于，包括芯片(1)，所述芯片(1)的正面设置有芯片感应区(101)和若干与所述芯片感应区(101)连接的第一焊盘(102)，所述芯片(1)的背面设置有若干用于与PCB板焊接的第二焊盘(103)；所述芯片(1)上设有硅通孔(104)和金属布线层(107)，所述金属布线层(107)通过硅通孔将芯片(1)的第一焊盘(102)引导至芯片(1)的第二焊盘(103)；所述芯片(1)的正面和侧面均包覆有塑封层(2)。
2.根据权利要求1所述的生物识别芯片的封装结构，其特征在于，所述芯片(1)的背面与所述第二焊盘(103)之间设置有第一绝缘层(105)，相邻所述第二焊盘(103)之间设置有第二绝缘层(106)。
3.根据权利要求2所述的生物识别芯片的封装结构，其特征在于，所述芯片(1)封装完成后的形状为四边形、圆形、椭圆形或腰形。
4.根据权利要求3所述的生物识别芯片的封装结构，其特征在于，所述塑封层(2)的材料为环氧树脂模塑料。
5.根据权利要求1-4任一项所述的生物识别芯片的封装结构，其特征在于，所述硅通孔(104)的结构为两层或多层台阶状的阶梯形斜孔。
6.根据权利要求5所述的生物识别芯片的封装结构，其特征在于，所述芯片(1)的厚度为0.1mm-0.4mm，所述芯片(1)封装后的结构总厚度为0.15mm-0.7mm。
7.根据权利要求6所述的生物识别芯片的封装结构，其特征在于，所述第一焊盘(102)为芯片键合焊垫，所述第二焊盘(103)为SMT用焊锡焊盘。
8.根据权利要求7所述的生物识别芯片的封装结构，其特征在于，所述生物识别芯片为指纹识别芯片。
9.一种生物识别芯片的封装方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、准备一片具有若干生物识别芯片的晶圆，每个所述生物识别芯片的正面设有芯片感应区(101)和第一焊盘(102)；
B、在所述晶圆的正面临时键合一基板；
C、对所述晶圆的背面进行研磨减薄；
D、在晶圆上制作硅通孔(104)、第一绝缘层、金属布线层(107)和第二绝缘层结构；
E、从晶圆上拆除临时基板；
F、将晶圆进行切割，得到具有通孔硅结构的单个的生物识别芯片；
G、将上述完成切割后的生物识别芯片单体，以阵列方式放置到预先制作好的有空腔结构的封装基板里，塑封完成后，芯片的正面及四周被塑封料包裹；
H、对塑封后的生物识别芯片进行功能测试；
I、利用激光切割将生物识别芯片按需求尺寸进行分切。
10.根据权利要求9所述的生物识别芯片的封装方法，其特征在于，所述步骤I之后还设有以下步骤：
J、将生物识别芯片送至模组厂进行SMT表面贴装；
K、将贴装后的生物识别芯片与相应的盖板贴合，形成生物识别芯片模组；
L、在生物识别芯片模组上安装金属环；
M、对生物识别芯片模组进行测试。
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