CN107994039B - Cmos图像传感器的晶圆级封装方法 - Google Patents
Cmos图像传感器的晶圆级封装方法 Download PDFInfo
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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，提供第一晶圆，第一晶圆具有多个图像传感器芯片，图像传感器芯片相互之间具有切割道，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，非感光区域上具有焊盘；提供塑模，塑模的第一表面有若干第一凹槽，第一凹槽对应于感光区域和部分非感光区域；贴附金属薄片于塑模的第一表面，去除对应于第一凹槽的部分金属薄片；弯折金属薄片至贴附于第一凹槽的侧表面；于第一凹槽中粘合透光盖板；将塑模的第一表面与第一晶圆进行键合，焊盘与金属薄片的水平区域电气连接；去除塑模，暴露出透光盖板、金属薄片，填充覆盖金属薄片之间的第二凹槽；沿切割道切割键合的晶圆形成封装件。
Description
技术领域
本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种CMOS图像传感器的晶圆级封装方法。
背景技术
目前，主流的CIS（CMOS Image Sensor）芯片封装技术包括：COB (Chips OnBoard)、CSP(Chip Scale Packaging)。
在CSP的晶圆级（Wafer Level）封装的过程中，往往首先将包含有若干CIS芯片的晶圆本体键合于玻璃材质的封装基板上，在封装基板上预先制作对应环绕于每一CIS芯片的支撑侧墙。然后进行对晶圆背面线路工艺的处理例如：TSV（Through Silicon Via）或T-Contact，在完成相关的工艺后针对晶圆进行切割，形成单个CIS芯片的封装结构。封装基板的作用在于：可形成一密闭的空间，无论是在封装的过程中还是封装完毕后的模组制造中防止尘埃、水汽以及外部的直接接触等因素污染CIS芯片的感光面，并且封装基板在封装加工中会提供一定的支撑以加强加工强度。但是，CSP封装芯片存在如下问题：1、表面的封装基板会带来入光线损失并带来反射光的眩扰（flare）；2、由于CSP封装的结构是由上表面（玻璃）和下表面（硅片）及四周侧墙所形成的的密封结构，当芯片尺寸较大时，在模组制作的热过程中，封装基板和硅片之间的气压变化容易造成硅片的应力过大，带来芯片的失效的问题。
由于CSP封装的上述问题，目前CSP封装主要被用于中低端、低像素CMOS图像传感器产品。而高像素或超高像素CIS芯片的封装采用的是COB技术，以满足性能和可靠性方面的要求。但是另一方面，COB封装也存在量产规模化投资巨大，设计、生产周期长、不灵活等劣势。
发明内容
为了提高CMOS图像传感器的封装性能，本发明提供一种CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，包括：
提供第一晶圆，所述第一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，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焊盘；
提供塑模，所述塑模的第一表面有若干第一凹槽，所述第一凹槽对应于图像传感器的感光区域和部分非感光区域；贴附金属薄片于所述塑模的第一表面，去除对应于所述第一凹槽的部分金属薄片；弯折金属薄片至贴附于所述第一凹槽的侧表面；于所述第一凹槽中粘合透光盖板；
将所述塑模的第一表面与第一晶圆进行键合，所述焊盘与金属薄片的水平区域电气连接；去除塑模，暴露出透光盖板、金属薄片，填充覆盖金属薄片之间的第二凹槽；
沿所述切割道切割键合的晶圆形成封装件。
优选的，所述步骤还包括：于所述金属薄片对应于芯片感光区域外与焊盘之间的区域覆盖胶水；在所述塑模与第一晶圆进行键合后，胶水固化与透光盖板密封单个感光区域。
优选的，采用临时胶合方式贴附金属薄片于所述塑模的第一表面，所述临时胶合方式为：水溶胶合方式、UV照射胶合方式、加热胶合方式。
优选的，去除塑模及临时胶水清除后，填充胶水于金属薄片与传感器非感光区域之间的间隙，保护焊盘的电气连接点。
优选的，填充胶水于弯折的金属薄片之间的第二凹槽，固化后，胶水的高度低于弯折的金属薄片的高度。
优选的，永久粘合透光盖板和金属薄片；所述透光盖板低于弯折的金属薄片的顶部。
优选的，所述暴露出透光盖板的步骤后，减薄第一晶圆。
优选的，所述金属薄片的材质为铜、铝、金或合金。
优选的，于所述第一晶圆的焊盘表面形成合金材质凸点，所述合金材质凸点于晶圆键合时电气连接于所述金属薄片。
优选的，采用银浆连接、异方性导电胶连接、脉冲焊接连接、超声波连接、焊球热连接的方式键合所述焊盘和金属薄片。
优选的，所述第一凹槽的深度为100微米至400微米，宽度为大于芯片感光区域的宽度。
优选的，所述透光盖板为红外滤光片、蓝玻璃。
本发明提供一种CMOS图像传感器晶圆级封装方法，于图像传感器的芯片正面进行电气连接，可以通过BGA、BUMP及LEAD的多种结构，并在组装过程中采用表面贴装技术SMT、脉冲焊接及异方性导电胶方式进行贴装；可实现CMOS图像传感器封装件的超薄及光学高性能；并且工艺简单，封装成本低。
附图说明
通过说明书附图以及随后与说明书附图一起用于说明本发明某些原理的具体实施方式，本发明所具有的其它特征和优点将变得清楚或得以更为具体地阐明。其中：
图1为本发明一实施例中塑模的部分结构示意图；
图2为本发明一实施例中第一晶圆的部分结构示意图；
图3至11本发明一实施例中涉及的CMOS图像传感器晶圆级封装方法的各步骤的封装结构示意图；
图12为本发明一实施例CMOS图像传感器的晶圆级封装的步骤示意图。
具体实施方式
本发明在基于现有的CMOS图像传感器的芯片级封装及晶圆级封装分析的基础上，针对性的提供高性能的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，并且整个封装件的电气连接接触区域位于其上部，在后续的装配过程中具有优势，结合如下具体实施方式对本发明内容进行说明。
请参考图1、图2、图3至图11，图1为本发明一实施例中塑模的部分结构示意图；图2为本发明一实施例中第一晶圆的部分结构示意图；
图3至11本发明一实施例中涉及的CMOS图像传感器晶圆级封装方法的各步骤的封装结构示意图。请参考图2，图2中，提供第一晶圆400，第一晶圆400具有多个图像传感器芯片500，在本实施例中举例两个图像传感器芯片500。图像传感器芯片500相互之间具有切割道410，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焊盘510；
图1中，提供塑模100，所述塑模100的第一表面有若干第一凹槽110，在本实施例中举例对应于图像传感器芯片的两个第一凹槽110。第一凹槽110对应于图像传感器芯片500的感光区域和部分非感光区域；请继续参考图3至图11贴附金属薄片200于塑模100的第一表面，去除对应于第一凹槽110的部分金属薄片；弯折金属薄片至贴附于所述第一凹槽的侧表面，金属薄片包括水平方向的水平部分220及弯折部分230；于所述第一凹槽110中粘合透光盖板300；
塑模100的第一表面与第一晶圆400进行键合，焊盘510与金属薄片的水平部分220电气连接；去除塑模100，暴露出透光盖板300、金属薄片200，填充胶水700覆盖金属薄片之间的第二凹槽240；
沿切割道410切割键合的晶圆形成单个的封装件。
在一实施方式中，图7中，于金属薄片200对应于芯片感光区域外与焊盘之间的区域600覆盖胶水；塑模100与第一晶圆400进行键合后，胶水固化与透光盖板密封单个感光区域。
图3中，采用临时胶合方式贴附金属薄片200于塑模100的第一表面，临时胶合方式为：水溶胶合方式、UV照射胶合方式、加热胶合方式。
图9中，去除塑模100及临时胶水清除后，填充胶水于金属薄片与传感器非感光区域之间的间隙800，保护焊盘的电气连接点。
图9中，填充胶水于弯折的金属薄片之间的第二凹槽，固化后，胶水的高度低于弯折的金属薄片的高度。
图6中，永久粘合透光盖板300和金属薄片的弯折部分230；透光盖板300低于弯折的金属薄片的顶部。
图10中，暴露出透光盖板的步骤后，减薄第一晶圆。
在一实施例中，金属薄片200的材质为铜、铝、金或合金。
图7中，于第一晶圆400的焊盘510表面形成合金材质凸点520，合金材质凸点520于晶圆键合时电气连接于所述金属薄片200。
在一实施例中，采用银浆连接、异方性导电胶连接方式、脉冲焊接连接、超声波连接、焊球热连接的方式键合所述焊盘和金属薄片。
在一实施例中，第一凹槽110的深度为100微米至400微米，宽度为大于芯片感光区域的宽度。
在一实施例中，透光盖板300为红外滤光片、蓝玻璃。
图12为本发明一实施例CMOS图像传感器的晶圆级封装的步骤示意图，
提供第一晶圆，所述第一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，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焊盘；
提供塑模，所述塑模的第一表面有若干第一凹槽，所述第一凹槽对应于图像传感器的感光区域和部分非感光区域；贴附金属薄片于所述塑模的第一表面，去除对应于所述第一凹槽的部分金属薄片；弯折金属薄片至贴附于所述第一凹槽的侧表面；于所述第一凹槽中粘合透光盖板；
将所述塑模的第一表面与第一晶圆进行键合，所述焊盘与金属薄片的水平区域电气连接；去除塑模，暴露出透光盖板、金属薄片，填充覆盖金属薄片之间的第二凹槽；
沿所述切割道切割键合的晶圆形成封装件。
本发明提供一种CMOS图像传感器晶圆级封装方法，于图像传感器的芯片正面进行电气连接，可以通过BGA、BUMP及LEAD的多种结构，并在组装过程中采用表面贴装技术SMT、脉冲焊接及异方性导电胶方式进行贴装；可实现CMOS图像传感器封装件的超薄及光学高性能；并且工艺简单，封装成本低。
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 (11)
1.一种CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，包括：
提供第一晶圆，所述第一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，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焊盘；
提供塑模，所述塑模的第一表面有若干第一凹槽，所述第一凹槽对应于图像传感器芯片的感光区域和部分非感光区域；贴附金属薄片于所述塑模的第一表面，去除对应于所述第一凹槽的部分金属薄片；弯折金属薄片至贴附于所述第一凹槽的侧表面；于所述第一凹槽中粘合透光盖板；
于所述金属薄片对应于芯片的感光区域外与焊盘之间的区域覆盖胶水，将所述塑模的第一表面与第一晶圆进行键合，固化的胶水与透光盖板密封对应的单个芯片感光区域，所述焊盘与金属薄片的水平区域电气连接；去除塑模，暴露出透光盖板、金属薄片，填充覆盖金属薄片之间的第二凹槽；
沿所述切割道切割键合的晶圆形成封装件。
2.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，采用临时胶合方式贴附金属薄片于所述塑模的第一表面，所述临时胶合方式为：水溶胶合方式、UV照射胶合方式、加热胶合方式。
3.根据权利要求2所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，去除塑模及清除临时胶合的胶水后，填充胶水于金属薄片与芯片非感光区域之间的间隙，保护焊盘的电气连接点。
4.根据权利要求3所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，填充胶水于弯折的金属薄片之间第二凹槽，固化后，胶水的高度低于弯折的金属薄片的高度。
5.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，粘合透光盖板和金属薄片；所述透光盖板低于弯折的金属薄片的顶部。
6.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，在所述暴露出透光盖板的步骤后，减薄第一晶圆。
7.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述金属薄片的材质为铜、铝、金或合金。
8.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，于所述第一晶圆的焊盘表面形成合金材质凸点，所述合金材质凸点于晶圆键合时电气连接于所述金属薄片。
9.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，采用银浆连接、异方性导电胶连接、脉冲焊接连接、超声波连接、焊球热连接的方式键合所述焊盘和金属薄片。
10.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述第一凹槽的深度为100微米至400微米，宽度为大于芯片感光区域的宽度。
11.根据权利要求1所述的CMOS图像传感器的晶圆级封装方法，其特征在于，所述透光盖板为红外滤光片、蓝玻璃。
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