CN107994045A - 影像传感芯片的封装结构及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种影像传感芯片的封装结构，包括硅基底，所述硅基底具有第一面和与第一面相对的第二面；互连层，设置于所述硅基底的第一面，所述互连层上设有感应区以及与所述感应区电耦合的焊垫；光学涂层，至少完全覆盖所述感应区，所述光学涂层的折射率小于或者等于1.4；透光基板，通过粘合剂至少与所述光学涂层粘接。本发明的影像传感芯片的封装结构能够提高芯片利用率，并且工艺稳定和可靠性高。

Description

影像传感芯片的封装结构及其制作方法
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是一种影像传感芯片的封装结构及其制作方法。
背景技术
随着电子产品多功能化和小型化的潮流，高密度微电子组装技术在新一代电子产品上逐渐成为主流。为了配合新一代电子产品的发展，芯片的尺寸向密度更高、速度更快、尺寸更小、成本更低等方向发展。随着芯片制造工艺和成像专用工艺的不断进步，促进了采用前面照度(FSI)技术的影像传感器的开发。FSI影像传感器如同人眼一样，光落在芯片的前面，然后通过读取电路和互连，最后被汇聚到光感应区中。FSI技术为目前影像传感器所采用的主流技术，具有已获证实的大批量生产能力、高可靠性和高良率以及颇具吸引力的性价比等优势，大大推动了其在手机、笔记本电脑、数码摄像机和数码相机等众多领域的应用。
目前，现有技术需要做CV墙，因CV墙有宽度要求，就限制了感应区域到封装芯片的边缘要有一定的距离，限制了感应区域的面积，同时还会给感应区域引入粉尘，影像感应区域的性能。
为此，仍需对现有技术进行改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种影像传感芯片的封装结构，该晶元的封装结构制造容易，芯片利用率高。
本发明的目的还在于提供一种影像传感芯片的封装结构的制作方法，该晶元的封装结构的制作方法制作效率高，而且工艺简单，能够提高芯片的利用率。
为实现上述发明目的，本发明揭示了一种影像传感芯片的封装结构，包括：
硅基底，所述硅基底具有第一面和与第一面相对的第二面；
互连层，设置于所述硅基底的第一面，所述互连层上设有感应区以及与所述感应区电耦合的焊垫；
光学涂层，至少完全覆盖所述感应区，所述光学涂层的折射率小于或者等于1.4；
透光基板，通过粘合剂至少与所述光学涂层粘接。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述光学涂层仅完全覆盖所述感应区，并且所述光学涂层的形状与所述感应区匹配，所述粘合剂粘接在所述光学涂层与透光基板之间以及未被所述光学涂层覆盖的互连层与透光基板之间。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述光学涂层完全覆盖所述感应区以及所述互连层，所述粘合剂粘接在光学涂层和透光基板之间。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述硅基底的第二面设置有贯穿所述硅基底的过孔，所述过孔用于露出所述焊垫，所述过孔构造为倒梯形，所述感应区的边缘距离所述焊垫的距离小于或者等于100微米。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述硅基底的第二面设置有贯穿所述硅基底的过孔，所述过孔用于露出所述焊垫，所述过孔构造为直孔，所述感应区的边缘与所述焊垫的边缘邻接。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述光学涂层的折射率小于或者等于1.2。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述光学涂层的厚度在1-2微米之间，所述粘合剂的厚度在20-60微米之间，所述透光基板的厚度在100-300微米之间。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述透光基板构造为玻璃基板，所述粘合剂的透光率大于或者等于60％。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述粘合剂的透光率大于或者等于75％。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述封装结构还包括再布线层和电连接端子，所述再布线层设置于所述硅基底的第二面的上部，所述电连接端子设置在所述再布线层，所述电连接端子与所述再布线层电连接，且用于与外部电路电连接。
本发明还涉及一种芯片的封装结构的制作方法，所述制作方法包括以下步骤：
提供一片硅基底，所述硅基底包括第一面和与第一面相对的第二面，在所述硅基底的第一面制作互连层，以及位于所述互连层上的多个感应区和多个与感应区电耦合的焊垫；
至少在所述互连层上涂布完全覆盖所述感应区的光学涂层，所述光学涂层的折射率小于或者等于1.4；
通过使用粘合剂将透光基板至少与光学涂层粘接。
作为本发明一实施方式的进一步改进，涂布光学涂层仅完全覆盖所述感应区，将粘合剂粘接在所述光学涂层与透光基板之间以及所述互连层与透光基板之间。
作为本发明一实施方式的进一步改进，涂布光学涂层完全覆盖所述感应区以及所述互连层，将粘合剂粘接在光学涂层和透光基板之间。
作为本发明一实施方式的进一步改进，使用的粘合剂的透光率大于或者等于60％。
作为本发明一实施方式的进一步改进，所述制作方法还包括在硅基底的第二面上形成至少用于电气连接焊垫的再布线层；在所述再布线层上形成电连接端子。
作为本发明一实施方式的进一步改进，通过第一切刀对形成的影像传感芯片的封装结构进行第一次切割，分离相邻的传感器的互连层；通过第二切刀对影像传感芯片的封装结构进行第二次切割，以获得多个独立的传感器；其中，所述第一切刀硬度大于所述第二切刀。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：本发明在互连层上涂布完全覆盖感应区的光学涂层，透光基板通过粘合剂至少与光学涂层粘接，解除了做CV墙对感应区到封装芯片边缘的距离限制，提高芯片利用率，并且工艺稳定和可靠性高。
附图说明
图1是本发明优选的第一实施方式中切割后的影像传感芯片的封装结构的示意图；
图2是本发明优选的第二实施方式中切割后的影像传感芯片的封装结构的示意图；
图3到图10是图1中影像传感芯片的封装结构的封装方法的工艺步骤图，其中：
图3是图1中的影像传感芯片涂布光学涂层的结构示意图；
图4是图3中的影像传感芯片与透光基板粘接后的封装体的结构示意图；
图5是图4中影像传感芯片封装体上形成开口后的结构示意图；
图6是图5中影像传感芯片封装体上形成绝缘层后的结构示意图；
图7是图6中影像传感芯片封装体上形成再布线层后的结构示意图；
图8是图7中影像传感芯片封装体进行第一次切割后的结构示意图；
图9是图8中影像传感芯片封装体形成阻焊层后的结构示意图；
图10是图9中影像传感芯片封装体进行第二次切割后的结构示意图；
图11是图2中的影像传感芯片涂布光学涂层的结构示意图；
图12是图11中的影像传感芯片与透光基板粘接后的封装体的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。
需要说明的是，提供这些附图的目的是为了有助于理解本发明的实施例，而不应解释为对本发明的不当限制。为了更清楚起见，图中所示尺寸并未按比例绘制，可能会做放大、缩小或其他改变。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。另外，以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例，也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例，这样第一和第二特征可能不是直接接触。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
参考图1和图3到图5所示，为本发明优选的第一实施例中的影像传感芯片的封装结构，该封装结构包括硅基底10，硅基底10包括第一面和与第一面相对的第二面，硅基底10的第二面，即为影像传感芯片的第二面。硅基底10的第一面制作有互连层20，互连层20上设置有多个影像感应区201和多个与影像感应区201电偶合的焊垫203。
互连层20上涂布有完全覆盖感应区201的光学涂层30，光学涂层30的表面可以做平，即光学涂层30完全覆盖感应区201以及互连层20，透光基板70通过粘合剂40与光学涂层30粘接，形成影像传感芯片封装体，影像传感芯片封装体包括多个连接在一起的影像传感器。透光基板70优选为玻璃基板。光学涂层30的折射率小于或者等于1.4，优选的，光学涂层30的折射率小于或者等于1.2，即越接近1效果越好。粘合剂40的透光率大于或者等于60％，优选的粘合剂40的透光率大于或者等于75％，即粘合剂40具有高透光率。优选的，光学涂层30的厚度在1-2微米之间，粘合剂40的厚度在20-60微米之间，透光基板70的厚度在100-300微米之间。
硅基底10的第一面设置有再布线层50，至少用于电连接焊垫203。再布线层50上设置有电连接端子，本实施例中优选的，电连接端子构造为焊接凸起55(BGA)，当然也可以是形成在再布线层50上的平面焊垫(LGA)，即由再布线层50的一部分构成的接触端子。焊接凸起55与通过再布线层50与焊垫203电连接，且用于与外部电路电连接。再布线的金属线材料是铜，再布线铜与焊垫203之间有增强再布线铜和焊垫203相互附着力的金属或合金薄膜，该金属或者合金材料可以是镍，钛，镍铬，钛钨等。再布线层50的形成方法包括金属着膜、光刻、镀铜、去膜、铜/钛蚀刻的一序列工艺。
参照图6所示，硅基底10的第一面设置有贯穿硅基底10的过孔15，过孔15用于露出焊垫203，以便于实现焊接凸起55与焊垫203的电连接。其中，过孔15可以为双层台阶过孔，倒梯形孔或者直孔。具体的，直孔可以为圆柱形或是棱柱形过孔。此时，过孔在由第一面指向第二面的方向上，过孔的孔径逐渐不变。当然，直孔的横截面还可以是矩形、椭圆形或者其它形状。过孔15与焊垫203一一对应，过孔15用于露出对应的焊垫203。形成过孔15的方法有激光打孔、光刻等。
参照图7所示，焊接凸起55通过设置在过孔15内的再布线层50与焊垫203电连接。再布线层50与硅基底10之间还具有绝缘层60。绝缘层60覆盖过孔15的侧壁，且露出过孔15的底部，以便于再布线层50和焊垫203电连接。再布线层50覆盖过孔的底部以及绝缘层60。绝缘层60优选的构造为绝缘/介电薄膜，绝缘/介电薄膜是光敏感的绝缘/介电薄膜，如SU-8。光敏感介电薄膜可以通过旋转涂覆或压膜、光刻的一序列工艺沉积在硅基底10的第一面。
参照图9所示，具体的，在再布线层50表面还设置有阻焊层80，阻焊层80表面具有设置有焊接凸起55的开口，以便于设置焊接凸起55，使得焊接凸起55和开口处的再布线层50电连接。形成阻焊层80的方法包括沉积、光刻、化学镀镍/铝的一序列工艺。形成的影像传感芯片的封装结构可以进行切割以形成如图1中的封装结构。
通过上述描述可知，本发明实施例封装结构中，在互连层上涂布完全覆盖感应区的光学涂层，透光基板通过粘合剂至少与光学涂层粘接，解除了做CV墙对感应区到封装芯片边缘的距离限制，即感应区到封装芯片边缘的距离可以最短，提高芯片利用率，并且工艺稳定和可靠性高。
参考图2和图11到图12所示，为本发明优选的第二实施例中的影像传感芯片的封装结构，该封装结构包括硅基底10，硅基底10包括第一面和与第一面相对的第二面，硅基底10的第二面，即为影像传感芯片的第二面。硅基底10的第一面制作有互连层20，互连层20上设置有多个影像感应区201和多个与影像感应区201电偶合的焊垫203。
互连层20上涂布有仅完全覆盖互连层20上的感应区201的光学涂层30，光学涂层30的涂布形状与感应区201的形状相匹配，透光基板70通过粘合剂40与光学涂层30和未被光学涂层30覆盖的互连层20粘接，形成影像传感芯片封装体，影像传感芯片封装体包括多个连接在一起的影像传感器。本实施例中的影像传感芯片的封装结构的其它结构与第一实施例相同，这里不再赘述。
基于上述封装结构实施例，本发明还提供了一种封装方法，该封装方法用于形成上述实施例的封装结构，该封装方法包括：
形成影像传感芯片，如图2所示，具体地，其包括：提供一片硅基底10，硅基底10包括第一面和与第一面相对的第二面，硅基底10的第二面，即为影像传感芯片的第二面。在硅基底10的第一面制作互连层20，以及位于互连层20上的多个影像感应区201和多个与影像感应区201配合的焊垫203。
形成至少完全覆盖互连层20上的感应区201的光学涂层30，该光学涂层30的折射率小于或者等于1.4，更优选的为小于或者等于1.2，越接近1越好。
形成影像传感器基底，具体地，其包括：提供一片透光基板70，透光基板70至少与光学涂层30通过粘合剂40粘接，形成影像传感芯片封装体，影像传感芯片封装体包括多个连接在一起的影像传感器。如图4和图5所示，在第一实施例中，涂布光学涂层30完全覆盖感应区201以及互连层20，粘合剂40粘接在光学涂层30和透光基板70之间。如图11和图12所示，在第二实施例中，涂布光学涂层30仅完全覆盖感应区201，将粘合剂40粘接在光学涂层30与透光基板70之间以及互连层20与透光基板70之间。粘合剂的透光率大于或者等于60％，更优选的为大于或者等于75％。
粘接完成后，对硅基底10的第二面进行研磨减薄。如图6、图7所示，并在减薄后，在硅基底10的第二面采用光刻及等离子蚀刻技术形成多个过孔15，以及多个切割道开口16。其中，过孔15可暴露出焊垫203，切割道开口16可暴露出互连层20。优选地，在本发明一实施方式中，还包括一凹槽开口13，过孔15设置于凹槽开口13内，也就是说，过孔15为倒梯形台阶过孔，在这种方式下，感应区的边缘距离焊垫的距离可以做到小于或者等于100微米，以此扩大感应区的面积。当然，如果过孔设置为直孔，感应区的边缘距离焊垫可以接近于0，也就是说感应区的边缘可以和焊垫邻接。本领域技术人员可知，切割道开口是设置于两相邻的影像传感器之间的，其主要用于分割连接在一起的影像传感器。一般地，其设置于两相邻的影像传感器的相邻焊垫之间。在此不再赘述。
在光刻及等离子蚀刻后的硅基底10的表面上通过气相沉积技术形成绝缘层60，其覆盖的表面为暴露出硅基底10的所有面。具体地，如图7所示，绝缘层60覆盖于硅基底10的第二面及过孔15、切割道开口16、凹槽开口13的侧壁上。在绝缘层60及暴露的焊垫203表面通过光刻、电镀形成再布线层50，再布线层50还形成于暴露的互连层20表面。
在完成上述工艺后，可对形成的影像传感芯片封装体进行切割。
如图8所示，通过第一切刀对影像传感芯片封装体进行第一次切割，分离相邻的影像传感器的互连层；具体的，第一切刀沿着切割道开口16向互连层20方向进行切割。优选地，第一次切割深度可控制在切至部分粘合剂40即可。切割至部分粘合剂40代表并未将粘合剂40分离。因互连层20的材质较脆，延展性、韧性较差，进行第一次切割的第一切刀为硬度较大的刀，这样，即可降低对互连层20的伤害，避免互连层20开裂。优选地，第一切刀为金属刀。第一次切割也可以为划线切割，激光沿着切割道开口两侧壁向所述互连层方向进行切割。
如图9所示，在硅基底10的第一面一侧的最外层形成阻焊层80，以及电性连接再布线层50的多个焊接凸起55；即是，在暴露的部分绝缘层60表面、再布线层50表面、以及第一切刀切割的开口内壁上均形成阻焊层80。
沿第一次切割的切割开口向透光基底70方向，通过第二切刀对影像传感芯片封装体进行第二次切割，以获得多个独立的影像传感器。第二切刀可选择材质较第一切刀软的刀。优选地，可选用适合切割透光基板70的材质的树脂刀为第二切刀，以避免硬度大于第二切刀的第一切刀对透光基板70造成伤害，也避免引起透光基板边缘崩裂。
如此，通过本发明的影像传感器的晶圆级封装方法，降低了切割对晶圆互连层及透明基办的伤害，避免互连层、透明基底开裂，也降低了外界水汽或粉尘侵蚀影像传感器的问题，有效的提升了影像传感器的性能及信赖性。
虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种影像传感芯片的封装结构，其特征在于，包括：
硅基底，所述硅基底具有第一面和与第一面相对的第二面；
互连层，设置于所述硅基底的第一面，所述互连层上设有感应区以及与所述感应区电耦合的焊垫；
光学涂层，至少完全覆盖所述感应区，所述光学涂层的折射率小于或者等于1.4；
透光基板，通过粘合剂至少与所述光学涂层粘接。
2.根据权利要求1所述的影像传感芯片的封装结构，其特征在于，所述光学涂层仅完全覆盖所述感应区，并且所述光学涂层的形状与所述感应区匹配，所述粘合剂粘接在所述光学涂层与透光基板之间以及未被所述光学涂层覆盖的互连层与透光基板之间。
3.根据权利要求1所述的影像传感芯片的封装结构，其特征在于，所述光学涂层完全覆盖所述感应区以及所述互连层，所述粘合剂粘接在光学涂层和透光基板之间。
4.根据权利要求1所述的影像传感芯片的封装结构，其特征在于，所述硅基底的第二面设置有贯穿所述硅基底的过孔，所述过孔用于露出所述焊垫，所述过孔构造为倒梯形，所述感应区的边缘距离所述焊垫的距离小于或者等于100微米。
5.根据权利要求1所述的影像传感芯片的封装结构，其特征在于，所述硅基底的第二面设置有贯穿所述硅基底的过孔，所述过孔用于露出所述焊垫，所述过孔构造为直孔，所述感应区的边缘与所述焊垫的边缘邻接。
6.根据权利要求1所述的影像传感芯片的封装结构，其特征在于，所述光学涂层的折射率小于或者等于1.2。
7.根据权利要求1所述的影像传感芯片的封装结构，其特征在于，所述光学涂层的厚度在1-2微米之间，所述粘合剂的厚度在20-60微米之间，所述透光基板的厚度在100-300微米之间。
8.根据权利要求1所述的影像传感芯片的封装结构，其特征在于，所述透光基板构造为玻璃基板，所述粘合剂的透光率大于或者等于60%。
9.根据权利要求8所述的影像传感芯片的封装结构，其特征在于，所述粘合剂的透光率大于或者等于75%。
10.根据权利要求1所述的影像传感芯片的封装结构，其特征在于，所述封装结构还包括再布线层和电连接端子，所述再布线层设置于所述硅基底的第二面的上部，所述电连接端子设置在所述再布线层，所述电连接端子与所述再布线层电连接，且用于与外部电路电连接。
11.一种影像传感芯片的封装结构的制作方法，其特征在于，所述制作方法包括以下步骤：
提供一片硅基底，所述硅基底包括第一面和与第一面相对的第二面，在所述硅基底的第一面制作互连层，以及位于所述互连层上的多个感应区和多个与感应区电耦合的焊垫；
至少在所述互连层上涂布完全覆盖所述感应区的光学涂层，所述光学涂层的折射率小于或者等于1.4；
通过使用粘合剂将透光基板至少与光学涂层粘接。
12.一种如权利要求11所述的制作方法，其特征在于，涂布光学涂层仅完全覆盖所述感应区，将粘合剂粘接在所述光学涂层与透光基板之间以及所述互连层与透光基板之间。
13.一种如权利要求11所述的制作方法，其特征在于，涂布光学涂层完全覆盖所述感应区以及所述互连层，将粘合剂粘接在光学涂层和透光基板之间。
14.一种如权利要求11所述的制作方法，其特征在于，使用的粘合剂的透光率大于或者等于60%。
15.一种如权利要求11所述的制作方法，其特征在于，所述制作方法还包括在硅基底的第二面上形成至少用于电气连接焊垫的再布线层；在所述再布线层上形成电连接端子。
16.一种如权利要求15所述的制作方法，其特征在于，通过第一切刀对形成的影像传感芯片的封装结构进行第一次切割，分离相邻的传感器的互连层；通过第二切刀对影像传感芯片的封装结构进行第二次切割，以获得多个独立的传感器；其中，所述第一切刀硬度大于所述第二切刀。
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