CN107958881A - 一种cis器件封装结构及封装方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种CIS器件封装结构及封装方法，其中，该封装结构包括：CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器具有导电柱；封装层，包裹所述CMOS图像传感器的侧面；重布线层，设置于所述CMOS图像传感器和所述封装层上，与所述导电柱连接；凸点，设置于所述重布线层上，与所述重布线层连接。这种CIS器件封装结构提高了封装的可靠性、增大了可植球区域面积。

Description

一种CIS器件封装结构及封装方法
技术领域
本发明涉及晶圆封装领域，具体涉及一种CIS器件封装结构及封装方法。
背景技术
微电子成像元件被广泛应用于数字摄影机(相机)、具有影像存储能力的无限装置或者其他用途上。微电子成像元件包含图像传感器，图像传感器是将光学图像转换为电信号的半导体器件，一般可分为电荷耦合器件(Charge Coupled Device，缩写为CCD)和互补金属氧化物半导体图像传感芯片(Complementary-Metal-Oxide-Semiconductor ImageSensor，缩写为CIS)。CMOS图像传感芯片(CIS)利用控制电路和位于MOS晶体管周围的信号处理电路并且采用MOS晶体管的切换技术来顺序地检测输出，其中，MOS晶体管的数量等于像素的数量，即利用光通过表面玻璃盖板及透光胶，照射到芯片上的感光区，完成光信号到电信号的转换，从而成像的原理。CMOS图像传感芯片(CIS)能够克服电荷耦合器件(CCD)制造工艺复杂且能耗较高的缺陷，采用CMOS制造技术可以将像素单元阵列与外围电路集成在同一芯片上，使得CIS芯片具有体积小、重量轻、低功耗、编程方便、易于控制及低成本的优点。
CMOS图像传感器通过键合胶将玻璃晶圆与CIS晶圆进行连接，而后切割成单颗器件，玻璃镜面与CIS芯片通过键合胶连接到一起，整体可靠性不足，并且背部植球区域仅是CIS芯片大小。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的CMOS图像传感器背部植球区域小和可靠性低的缺陷。
为此，本发明提供如下技术方案：
本发明提供一种CIS器件封装结构，包括：CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器具有导电柱；封装层，包裹所述CMOS图像传感器的侧面；重布线层，设置于所述CMOS图像传感器和所述封装层上，与所述导电柱连接；凸点，设置于所述重布线层上，与所述重布线层连接。
可选地，所述CMOS图像传感器包括CIS芯片、玻璃镜面以及用于将所述CIS芯片和玻璃镜面进行连接的键合层；所述玻璃镜面上设置有凹槽，至少所述CIS芯片的微透镜嵌入所述凹槽中；单颗CMOS图像传感器包括CIS芯片和玻璃镜面；其中，所述单颗CMOS图像传感器是通过将键合后的所述CIS晶圆进行切割得到的。
可选地，所述CIS芯片的背面设置有通孔，所述通孔内填充有导电柱，所述导电柱将所述CIS芯片正面的焊盘连接至所述CIS芯片的背面。
可选地，所述重布线层与所述导电柱连接，所述重布线层上制备有绝缘层，所述绝缘层设置有开窗，所述凸点设置于所述开窗处，所述凸点与所述重布线层连接。
可选地，所述CMOS图像传感器和所述封装层位于同一水平面。
本发明还提供一种CIS器件封装方法，包括如下步骤：在载片上方正装放置多个CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器具有导电柱；在所述载片上进行封装，形成封装层；去除所述载片；在所述CMOS图像传感器和所述封装层上制备重布线层及凸点，所述重布线层与所述导电柱连接，还与所述凸点连接。
可选地，在去除所述载片的步骤之前，还包括：将所述CMOS图像传感器和所述封装层进行减薄。
可选地，所述在载片上方正装放置多个CMOS图像传感器的步骤之前，还包括：将CIS晶圆与玻璃晶圆进行键合，所述CIS晶圆具有导电柱，所述导电柱将所述CIS晶圆正面的焊盘连接至所述CIS晶圆的背面，所述玻璃晶圆具有凹槽，至少所述CIS晶圆的微透镜嵌入所述凹槽中；将键合后的所述CIS晶圆进行切割，形成单颗CMOS图像传感器，所述单颗CMOS图像传感器包括CIS芯片和玻璃镜面。
可选地，在所述将CIS晶圆与玻璃晶圆进行键合的步骤之前，还包括：在CIS晶圆的背面制备通孔；在所述通孔内填充导电材料，所述导电材料形成导电柱，所述导电柱将所述CIS晶圆正面的焊盘连接至所述CIS晶圆的背面；在玻璃晶圆上制备凹槽，至少所述CIS晶圆的微透镜嵌入所述凹槽中。
可选地，在去除所述载片的步骤之后，还包括：将所述封装层进行切割，形成多个独立的CIS器件封装结构。
本发明还提供一种CIS器件封装结构，所述CIS器件封装结构使用上述任一封装方法制备而成。
本发明技术方案，具有如下优点：
1.本发明提供的CIS器件封装结构，包括：CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器具有导电柱；封装层，包裹所述CMOS图像传感器的侧面；重布线层，设置于所述CMOS图像传感器和所述封装层上，与所述导电柱连接；凸点，设置于所述重布线层上，与所述重布线层连接。这种CIS器件封装结构提高了封装的可靠性、增大了可植球区域面积。
2.本发明提供的CIS器件封装方法，包括如下步骤：在载片上方正装放置多个CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器具有导电柱；在所述载片上进行封装，形成封装层；去除所述载片；在所述CMOS图像传感器和所述封装层上制备重布线层及凸点，所述重布线层与所述导电柱连接，还与所述凸点连接。该封装方法将切割后的CMOS图像传感器在载片上进行重新布局，之后将重新布局好的CMOS图像传感器进行封装，并在封装层上制备重布线层和凸点，通过封装层增加了CMOS图像传感器的可靠性以及可植球区域面积，并且制备简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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他的附图。
图1为本发明实施例1中CIS器件封装结构的一个具体示例的结构图；
图2为本发明实施例1中CIS器件封装结构的另一个具体示例的结构图；
图3为本发明实施例1中CIS器件封装结构的另一个具体示例的结构图；
图4为本发明实施例2中CIS器件封装方法的一个具体示例的流程图；
图5为本发明实施例2中CIS器件封装方法的另一个具体示例的流程图；
图6-图23为本发明实施例2中CIS器件封装方法的具体步骤的示意图；
图24为本发明实施例2中CIS器件封装方法的在CMOS图像传感器和封装层上制备重布线层及凸点的具体步骤示意图。
附图标记：
1-CIS晶圆；11-CIS芯片；12-焊盘；13-通孔；14-导电柱；15-微透镜；2-玻璃晶圆；21-凹槽；22-玻璃镜面；3-CMOS图像传感器；4-载片；5-封装层；6-重布线层；7-凸点；8-绝缘层。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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在没有做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。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
实施例1
本实施例提供一种CIS器件封装结构，如图1所示，包括：CMOS图像传感器3，CMOS图像传感器3包括CIS芯片11、玻璃镜面22以及用于将CIS芯片11和玻璃镜面22进行连接的键合层，CIS芯片11具有通孔，通孔内填充有导电柱14，导电柱14将CIS芯片11正面的焊盘12连接至CIS芯片11的背面，玻璃镜面22具有凹槽21，至少CIS芯片11的微透镜15嵌入凹槽21中；封装层5，包裹CMOS图像传感器3侧面；重布线层6，设置于CMOS图像传感器3和封装层5上，与导电柱14连接；凸点7，设置于重布线层6上，与重布线层6连接。这种CIS器件具有封装尺寸小、可靠性高、制备简单以及生产成本低的优点。
在本实施例中，单颗CMOS图像传感器包括CIS芯片11和玻璃镜面22；其中，单颗CMOS图像传感器是通过将键合后的CIS晶圆进行切割得到的；当然，在其它实施例中，也可以通过将CIS芯片11和玻璃镜面22直接键合得到，根据需要合理设置即可。在本实施例中，切割后的CMOS图像传感器3包括一个单颗CMOS图像传感器，如图1所示；当然，在其它实施例中，可以包括多颗CMOS图像传感器，如两颗，如图2所示，根据需要合理设置即可。
在本实施例中，玻璃镜面22和封装层5位于同一水平面；当然，在其它实施例中，玻璃镜面22和封装层5也可以位于不同水平面。
作为本实施例的优选实施方式，为了更好地保护CMOS图像传感器，增加CIS器件封装结构的可靠性，如图3所示，重布线层6与导电柱14连接，重布线层6上制备有绝缘层8，绝缘层8设置有开窗，凸点7设置于开窗处，凸点7与重布线层6连接。
实施例2
本实施例提供一种CIS器件封装方法，流程图如图4所示；作为本实施例的一个优选方案，流程图如图5所示，包括如下步骤：
S1：在CIS晶圆的背面制备通孔。CIS晶圆1通常包括若干CIS芯片11，如图6所示；CIS芯片11的正面具有焊盘12，焊盘12的个数为两个，采用硅通孔(Through Silicon Vias，缩写为TSV)工艺制备通孔13，通孔13与焊盘12位置对应，如图7所示；当然，在其它实施例中，焊盘12的个数可以为一个，也可以为三个甚至更多个，根据需要合理设置即可；通孔13还可以通过其它方法制备，如激光打孔等，根据需要合理设置即可。
S2：在通孔13内填充导电材料，导电材料形成导电柱14，导电柱14将CIS晶圆1正面的焊盘12连接至CIS晶圆1的背面，如图8所示。
通孔和导电柱的制备时机也可以在将CIS晶圆1与玻璃晶圆2键合之后再制备通孔和导电柱，根据需要合理设置即可。
S3：在玻璃晶圆2上制备凹槽21，至少CIS晶圆1的微透镜15嵌入凹槽21中，如图9所示。
S4：将CIS晶圆1与玻璃晶圆2通过键合胶进行键合，如图10所示，CIS晶圆1具有导电柱14，导电柱14将CIS晶圆1正面的焊盘12连接至CIS晶圆1的背面，玻璃晶圆2具有凹槽21，至少CIS晶圆1的微透镜15嵌入凹槽21中；当然，在其它实施例中，也可以通过其他方式进行键合，如金属键合等，根据需要合理设置即可；凹槽21的深度和形状也可根据需要合理设置。
S5：将键合后的CIS晶圆进行切割，形成多个独立的CMOS图像传感器3，如图11所示，单颗CMOS图像传感器3包括CIS芯片11和玻璃镜面22。
S6：在载片4上方正装放置多个CMOS图像传感器3，如图12所示，CMOS图像传感器3具有导电柱14，导电柱14将CMOS图像传感器3正面的焊盘12连接至CMOS图像传感器3的背面。在本实施例中，载片4为载片晶圆，当然，在其它实施例中，载片4还可以为贴UV胶膜等，根据需要合理设置即可。相邻CMOS图像传感器放置间距越大，最终形成的可植球区域越大，根据实际需要合理设置间距即可。
S7：在载片4上进行封装，形成封装层5。在本实施例中，为了工艺操作方便，封装层5的高度大于CMOS图像传感器3的高度，如图13所示；当然，在其它实施例中，封装层的高度也可以等于CMOS图像传感器3的高度，如图14所示，还可以小于CMOS图像传感器3的高度，如图15所示，根据需要合理设置即可。
S8：为了减小封装后的尺寸以及减小光的折射和反射，增加透光率，将封装层5和玻璃镜面22进行减薄，如图16所示；当然，在其它实施例中，当封装层5的高度等于或者小于CMOS图像传感器3的高度时，也可以不进行减薄；当封装层5的高度大于CMOS图像传感器3的高度时也可以仅减薄至CMOS图像传感器3的玻璃镜面22露出，根据需要合理设置即可；在其它实施例中，也可以减薄至其它厚度，减薄的厚度根据需要合理设置即可。
S9：去除载片4，露出CMOS图像传感器3的导电柱14，如图17所示。
S10：为了减小封装后的尺寸，将封装层5和CIS芯片11的背面进行减薄，如图18所示，当然，在其它实施例中，也可以减薄至其它厚度，减薄的厚度根据需要合理设置即可。
S11：在CMOS图像传感器3和封装层5上制备重布线层6及凸点7，重布线层6与导电柱14连接，还与凸点7连接，如图19所示。
在本实施例中，步骤S11具体包括步骤S111和S112，流程图如图24所示。
S111：在CMOS图像传感器3和封装层5上制备重布线层6，重布线层6与导电柱14连接，如图20所示。
S112：为了更好地保护CMOS图像传感器3，增加可靠性，在重布线层6上制备绝缘层8，在绝缘层8上开窗，并在开窗处制备凸点7，凸点7与重布线层6连接，如图21所示。
S12：将封装层5进行切割，形成多个独立的CIS器件封装结构，单颗CIS器件封装结构如图22所示。当然，在其它实施例中，也可以不制备绝缘层，最终形成的单颗CIS器件封装结构如图23所示。
上述CIS器件的封装方法，将切割后的CMOS图像传感器在载片上进行重新布局，之后将重新布局好的CMOS图像传感器进行封装，并在CMOS图像传感器和封装层上制备重布线层和凸点，通过封装层增加了CMOS图像传感器的可靠性以及可植球区域面积；对封装后的封装层和CMOS图像传感器进行减薄，提高了器件的透光率，减小了封装尺寸；此外，工艺上更加简单灵活，操作更加便捷，使得芯片的可植球区域明显增大，可应对CIS芯片的高密度封装。
此外，本实施例中还提供一种CIS器件封装结构，采用上述封装方法制备而成，通过上述方法制备出的CIS器件，可靠性高，封装尺寸小，整体性能好，且制备过程简单，生产效率高。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种CIS器件封装结构，其特征在于，包括：
CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器具有导电柱；
封装层，包裹所述CMOS图像传感器的侧面；
重布线层，设置于所述CMOS图像传感器和所述封装层上，与所述导电柱连接；
凸点，设置于所述重布线层上，与所述重布线层连接。
2.根据权利要求1所述的CIS器件封装结构，其特征在于，所述CMOS图像传感器包括CIS芯片、玻璃镜面以及用于将所述CIS芯片和玻璃镜面进行连接的键合层；所述玻璃镜面上设置有凹槽，至少所述CIS芯片的微透镜嵌入所述凹槽中；单颗CMOS图像传感器包括CIS芯片和玻璃镜面；其中，所述单颗CMOS图像传感器是通过将键合后的所述CIS晶圆进行切割得到的。
3.根据权利要求2所述的CIS器件封装结构，其特征在于，所述CIS芯片的背面设置有通孔，所述通孔内填充有导电柱，所述导电柱将所述CIS芯片正面的焊盘连接至所述CIS芯片的背面。
4.根据权利要求1所述的CIS器件封装结构，其特征在于，所述重布线层与所述导电柱连接，所述重布线层上制备有绝缘层，所述绝缘层设置有开窗，所述凸点设置于所述开窗处，所述凸点与所述重布线层连接。
5.根据权利要求1-4任一所述的CIS器件封装结构，其特征在于，所述CMOS图像传感器和所述封装层位于同一水平面。
6.一种CIS器件封装方法，其特征在于，包括如下步骤：
在载片上方正装放置多个CMOS图像传感器，所述CMOS图像传感器具有导电柱；
在所述载片上进行封装，形成封装层；
去除所述载片；
在所述CMOS图像传感器和所述封装层上制备重布线层及凸点，所述重布线层与所述导电柱连接，还与所述凸点连接。
7.根据权利要求6所述的CIS器件封装方法，其特征在于，在去除所述载片的步骤之前，还包括：
将所述CMOS图像传感器和所述封装层进行减薄。
8.根据权利要求6所述的CIS器件封装方法，其特征在于，所述在载片上方正装放置多个CMOS图像传感器的步骤之前，还包括：
将CIS晶圆与玻璃晶圆进行键合，所述CIS晶圆具有导电柱，所述导电柱将所述CIS晶圆正面的焊盘连接至所述CIS晶圆的背面，所述玻璃晶圆具有凹槽，至少所述CIS晶圆的微透镜嵌入所述凹槽中；
将键合后的所述CIS晶圆进行切割，形成单颗CMOS图像传感器，所述单颗CMOS图像传感器包括CIS芯片和玻璃镜面。
9.根据权利要求8所述的CIS器件封装方法，其特征在于，在所述将CIS晶圆与玻璃晶圆进行键合的步骤之前，还包括：
在CIS晶圆的背面制备通孔；
在所述通孔内填充导电材料，所述导电材料形成导电柱，所述导电柱将所述CIS晶圆正面的焊盘连接至所述CIS晶圆的背面；
在玻璃晶圆上制备凹槽，至少所述CIS晶圆的微透镜嵌入所述凹槽中。
10.根据权利要求6-9任一所述的CIS器件封装方法，其特征在于，在去除所述载片的步骤之后，还包括：
将所述封装层进行切割，形成多个独立的CIS器件封装结构。
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