CN108100985A - 用于传感器应用的有贯穿端口的半导体封装体和制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种半导体封装体包括：具有设置在所述半导体芯片的第一侧处的传感器结构的半导体芯片和从所述第一侧穿过所述半导体芯片延伸到所述半导体芯片的与所述第一侧相反的第二侧的第一端口，以便提供到外部环境的链路。还提供了相应的制造方法。

Description

用于传感器应用的有贯穿端口的半导体封装体和制造方法
技术领域
本申请涉及多种半导体封装体、特别涉及具有贯穿端口的多种半导体封装体和制造这种封装体的多种方法。
背景技术
对于MEMS(微机电系统，microelectromechanical system)和其它传感器应用和封装体，通常在外部环境和传感器结构之间提供专用链路(端口)。大多数传感器结构对颗粒和污染物是非常敏感的。因此，端口应提供防止颗粒和污染物的保护。最常见的MEMS封装体可以涉及两种基本类型：开放式空腔封装体(OCP：Open Cavity Package)和模制空腔封装体(MCP：Molded Cavity Package)。
在OCP封装体中，空腔主要由固定在衬底上的盖/罩形成。空腔通常由预成型的衬底或特定的层合技术形成。可以使用诸如金属盖或模制罩的不同的盖/罩类型和材料。另外，可以使用诸如PCB(印刷电路板，Printed Circuit Board)、引线框架或预成型多层衬底等多种衬底。通常通过胶合或焊接将盖/罩附连到衬底。空腔为传感器芯片和诸如ASIC(专用集成电路，applicant-specific integrated circuit)的附加的装置提供空间。对于电连接，通常使用导线接合以及倒装芯片技术。如果OCP封装体的内部容积空间(空腔)与外部环境保持接触，例如用于传感器应用场合，为此，在盖/罩或衬底中形成端口。通常这样的端口经由盖/罩中的小通风孔来实施。空腔中的芯片被防护而免受机械负载，但在这种结构下不能抵抗颗粒、腐蚀性气体或流体。
MCP封装体是一种包覆成型封装体类型。引线框架或PCB通常用作衬底。对于电连接，通常使用导线接合。在芯片附连和结合之后，封装体被包覆成型。为此，使用一种被称为薄膜辅助成型(FAM：Film Assisted Molding)的特殊成型技术。FAM允许在模制化合物中形成开口。此时该开口代表用于传感器芯片上的传感器结构的端口。
OCP和MCP封装体类型都不能直接提供颗粒防护。需要诸如施加在端口上的特殊网格的额外的措施来提供颗粒防护，这增加了总封装体成本。此外，OCP和MCP封装体类型在最小封装体覆盖区域和高度方面都受到限制。这再次增加了总封装体成本。
在OCP封装体的情况下，由于以下三个因素限制了覆盖区域：用于盖/罩的附加的占用空间的结合区域；盖/罩的壁厚；以及芯片与盖/罩之间需要的间隙。这需要在每个维度上约700μm的附加的空间。在导线接合的情况下，接点焊盘还增加了封装体尺寸。此外，OCP型封装体的封装体价格主要在于盖/罩本身和盖/罩附连，所述盖/罩附连会导致诸如胶分配和盖/罩放置的附加的工艺步骤。这些工艺大多是串联的和耗时的。
用于MCP型封装体的FAM工艺是一种非常复杂的工艺，需要符合多种通常冲突的规范。因此，由于许多因素(包括衬底公差、芯片附连公差、模制工具公差和模制工具中的衬底条的定位公差)，最小端口或开口尺寸受到限制。还必须考虑诸如模制压力和传感器结构上的模具力的附加的影响因素。因此，与OCP型封装体相比，MCP型封装体在尺寸减小上的优点是最小的，并且由于昂贵的模具和机器设备，由此带来的成本降低是微不足道的。
上面列出的标准OCP和MCP封装体类型的缺点在使用单片集成传感器ASIC芯片时变得更加明显。在这种情况下，封装体尺寸与芯片尺寸之间的百分比显著降低。
因此，需要一种具有端口的更具成本效益的传感器封装体。
发明内容
根据本文所述的实施例，提供了一种MEMS传感器封装体，所述MEMS传感器封装体具有用于提供到外部环境的链路的穿硅端口(TSP：Through Silicon Port)。对颗粒和污染物的防护主要由TSP的尺寸或直径来确定，并且对颗粒和污染物的防护可以通过TSP的尺寸或直径调节。TSP可以被实施为源自所述半导体芯片/衬底的背侧的单个孔，或者实施为从所述衬底的前侧预刻蚀、随后从所述衬底背侧深刻蚀的多个较小的孔。
根据半导体封装体的一个实施例，所述半导体封装体包括半导体芯片，所述半导体芯片具有设置在所述半导体芯片的第一侧处的传感器结构和从所述第一侧穿过所述半导体芯片延伸到所述半导体芯片的与所述第一侧相反的第二侧的第一端口，以便提供到外部环境的链路。
根据半导体封装体的另一实施例，所述半导体封装体包括半导体芯片，所述半导体芯片具有设置在所述半导体芯片的第一侧处的传感器结构和从所述第一侧穿过所述半导体芯片延伸到所述半导体芯片的与所述第一侧相反的第二侧的多个单独的沟槽。所述多个单独的沟槽围绕所述传感器结构形成缓冲隔离结构(spring structure)，所述缓冲隔离结构将所述传感器结构与机械应力解耦。
根据制造半导体封装体的方法的一个实施例，所述方法包括：在第一晶片的第一侧中刻蚀出空腔；在所述第一晶片的所述第一侧中刻蚀出沟槽，所述空腔通过所述沟槽彼此分离；将所述第一晶片在第一侧处附连到第二晶片，所述第二晶片具有面向并被在所述第一晶片的所述第一侧中刻蚀出的所述空腔覆盖的传感器结构；以及在与所述第一侧相反的第二侧处薄化第一晶片，使得所述沟槽完全延伸穿过薄化后的第一晶片。
根据制造半导体封装体的方法的另一实施例，所述方法包括：将多个半导体芯片附连到载体，每个半导体芯片具有设置在所述半导体芯片的第一侧处的传感器结构、从所述第一侧穿过所述半导体芯片延伸到与所述第一侧相反的第二侧的第一端口以及附连到所述第一侧并覆盖所述传感器结构和所述第一端口的盖/罩；在每个半导体芯片的所述第一侧上在所述传感器结构和所述盖/罩之外形成导电过孔；用模制化合物包覆成型所述载体、所述盖/罩和所述半导体芯片；在背离所述载体的一侧处薄化所述模制化合物，以暴露所述导电过孔；在所述模制化合物的薄化侧上形成再分配层；移除载体；以及通过在相邻的半导体芯片之间切穿所述模制化合物来形成单独的半导体封装体。
根据制造半导体封装的方法的又一实施例，所述方法包括：将多个半导体芯片附连到载体，每个半导体芯片具有设置在所述半导体芯片的第一侧处的传感器结构、从所述第一侧穿过所述半导体芯片延伸到与所述第一侧相反的第二侧的第一端口以及附连到所述第一侧并覆盖所述传感器结构和所述第一端口的内插器；用模制化合物包覆成型所述载体、所述内插器和所述半导体芯片；在背离所述载体的一侧处薄化所述模制化合物，以暴露所述内插器的背离所述载体的一侧；在所述模制化合物的薄化侧上形成再分配层；移除载体；以及通过在相邻的半导体芯片之间切穿所述模制化合物来形成单独的半导体封装体。
阅读以下详细描述以及查看附图时，本领域技术人员将认识到附加的特征和优点。
附图说明
附图的元件不一定相对于彼此成比例。相同的附图标记表示相应的相似部分。各种所示实施例的特征可以组合，除非它们彼此排斥。多个实施例在附图中示出，并在下面的描述中详细说明。
图1至图6示出了具有贯穿半导体端口的传感器封装体的不同实施例的相应的剖视图。
图7示出了具有贯穿半导体端口的传感器封装体的一个实施例的俯视图、剖视图和底视图。
图8示出了制造图7所示的应力解耦结构的晶片级方法的一个实施例。
图9A至9I示出了制造eWLB(嵌入式晶片级BGA，embedded Wafer Level BGA)版本的具有贯穿半导体端口的传感器封装体的方法的一个实施例。
图10示出了具有贯穿半导体端口的传感器封装体的一个实施例的剖视图。
图11示出了制造图10所示的传感器封装体的晶片级方法的一个实施例。
图12示出了具有贯穿半导体端口的传感器封装体的一个实施例的剖视图。
图13示出了制造图12所示的传感器封装体的晶片级方法的一个实施例。
图14示出了具有贯穿半导体端口的传感器封装体的一个实施例的剖视图。
图15示出了制造图14所示的传感器封装体的晶片级方法的一个实施例。
图16示出了具有贯穿半导体端口的传感器封装体的一个实施例的剖视图。
图17示出了制造图16所示的传感器封装体的晶片级方法的一个实施例。
具体实施方式
提供贯穿半导体端口(TSP：Through Semiconductor Port)作为传感器封装体的一部分以提供到外部环境的链路。在一个实施例中，形成穿过诸如半导体晶片或芯片的整个半导体衬底的小孔。可以使用诸如深反应离子刻蚀(DRIE：Deep-Reactive-Ion-Etching)的标准前端工艺形成所述孔。颗粒和污染物的防护主要由孔的大小或直径来决定，并且可以由孔的大小或直径调节。由于刻蚀孔的深度和直径时有限的纵横比，单个孔并不总是最适用于颗粒防护的情况。还提供了制造这种封装体的多种方法。
图1示出了具有TSP 102的传感器封装体100的一个实施例，所述传感器封装体提供了改进的颗粒和污染物防护。根据本实施例，从半导体芯片/衬底108的前侧106刻蚀出多个小孔104，以形成用于颗粒过滤的微端口。也可以在前侧刻蚀工艺期间形成诸如栅格、沟槽或环等其它结构。对于诸如压力传感器的一些应用，可以使用以缓冲隔离形式布置在结构中的沟槽。这种缓冲隔离结构提供了机械应力与诸如MEMS传感器结构的传感器区域110解耦。前侧106还可以包括用于向传感器封装体100提供外部电接触部的接合焊盘112。诸如玻璃罩的罩116保护传感器区域110。
在进行前侧刻蚀以形成微端口颗粒过滤器之后，执行从半导体芯片/衬底108的背侧114的深刻蚀。背侧刻蚀深度足以达到从前侧106刻蚀的微端口颗粒过滤结构104，以便完成TSP 102并且形成到外部环境的链路。使用这样的TSP 102与诸如玻璃罩或任何其它合适的封闭晶片级盖的罩116的组合，传感器区域110得到高度防护以防止颗粒和污染物。此外，TSP解决方案提供了利用几种高度有益的封装技术的途径。
图2示出了具有TSP 202的标准包覆成型LGA(接点栅格阵列，Land Grid Array)传感器封装体200的一个实施例。TSP 202通过以下方式形成：如上面结合图1所述的那样，在半导体芯片/衬底208的前侧206中刻蚀出多个小孔204以形成微端口颗粒过滤器，随后从半导体芯片/衬底208的背侧210进行深刻蚀，以完成TSP 202和形成到外部环境的链路。根据LGA的实施例，TSP 202允许使用标准模制工艺。在支撑诸如层合衬底的半导体芯片/衬底208的底下衬底214中形成孔212，以在封装体的底部(底部端口)上完成链路。诸如接合导线的电连接结构216被提供用于将半导体芯片/衬底208的前侧206处的接合焊盘218电连接到附连到半导体芯片/衬底208的背侧的底下衬底214的导电焊盘或金属迹线220。半导体芯片/衬底208和底下衬底214的附连半导体芯片/衬底208的一侧可以被模制化合物222覆盖。底下衬底214的相反侧没有模制化合物，使得可以经由底下衬底214的导电焊盘或金属迹线220对传感器封装体200进行外部电连接。诸如玻璃罩或任何其它合适的封闭晶片级盖的罩224保护半导体芯片/衬底208的传感器区域226，并且防止模制化合物进入传感器区域226周围的空腔。
图3示出了具有TSP 302的倒装芯片封装体300的一个实施例。TSP 302通过以下方式形成：如上面结合图1所述的那样，从半导体芯片/衬底308的前侧306刻蚀出多个小孔304以形成微端口颗粒过滤器，随后从半导体芯片/衬底308的背侧310进行深刻蚀，以完成TSP302和形成到外部环境的链路。根据倒装芯片的实施例，再分配层(RDL：redistributionlayer)312被提供用于再分配到/从半导体芯片/衬底308的信号路径。可以使用诸如铜凸块、柱形凸块、凸块上凸块或凸块上导线的多组装技术来实现半导体芯片/衬底308与底下的基于RDL的衬底312之间的连接。
图3示出了从半导体芯片/衬底308的背侧310到底下的基于RDL的衬底312的面向半导体芯片/衬底308的一侧处的导电焊盘或金属迹线316的凸块上导线连接结构314。过孔连接结构(视图外)穿过底下的基于RDL的衬底312的绝缘体318延伸到基于RDL的衬底312的相反侧处的导电焊盘或金属迹线320，从而提供到传感器封装体300的外部电连接。
半导体芯片/衬底308可以被模制化合物322和附连到模制化合物322的基于RDL的衬底312覆盖。诸如玻璃罩或任何其它合适的封闭晶片级盖的罩324保护半导体芯片/衬底308的传感器区域326，并且防止模制化合物进入传感器区域326周围的空腔。
图4示出了具有TSP 402的eWLB(嵌入式晶片级BGA)封装体400的一个实施例。TSP402通过以下方式形成：如上面结合图1所述的那样，从半导体芯片/衬底408的前侧406刻蚀出多个小孔404以形成微端口颗粒过滤器，随后从半导体芯片/衬底408的背侧410进行深刻蚀，以完成TSP 402和形成到外部环境的链路。
通过使用eWLB技术，传感器封装体400被进一步简化。例如，可以使用标准eWLB技术形成每个再分配层(RDL)。半导体芯片/衬底408与基于RDL的衬底(未示出)的导电焊盘或金属迹线412之间的连接可以通过凸块上导线或凸块上凸块连接结构414来实现。半导体芯片/衬底408可以被模制化合物416覆盖。诸如玻璃罩或任何其它合适的封闭晶片级盖的罩418保护半导体芯片/衬底408的传感器区域420，并且防止模制化合物进入传感器区域420周围的空腔。
图5示出了具有TSP 502的基于引线框架的封装体500的一个实施例。TSP 502通过以下方式形成：如上面结合图1所述的那样，从半导体芯片/衬底508的前侧506刻蚀出多个小孔504以形成微端口颗粒过滤器，随后从半导体芯片/衬底508的背侧510进行深刻蚀，以完成TSP 502和形成到外部环境的链路。
为了能够使用标准模制工艺，半导体芯片/衬底508可以直接附连到引线框架512。通过这样的配置，半导体芯片/衬底508可以不需要任何附加的工作量就被模制化合物514包覆成型。对于每个RDL，可以使用几种镀覆技术。此外，模制化合物514可以被激光激活。在这种情况下，激活的区域可以被电镀覆516，使得未激活的区域不被电镀覆。半导体芯片/衬底508与RDL之间的连接可以通过凸块上导线技术518来实现。诸如玻璃罩或任何其它合适的封闭晶片级盖的罩520保护半导体芯片/衬底508的传感器区域522，并且防止模制化合物进入传感器区域522周围的空腔。
图6示出了TSP与薄膜辅助成型(FAM：Film Assisted Molding)一起使用的一个实施例。根据本实施例，第一TSP 602通过作为FAM工艺的一部分形成的模制化合物604中的开口603提供到外部环境的链路。如前文所述，包括形成在半导体芯片/衬底612的前侧610处的微端口颗粒过滤器608的第二TSP 606与第一TSP 602敞开式连通。根据本实施例，底下的衬底614中不需要开口。诸如接合导线的电连接结构616被提供用于将半导体芯片/衬底612的前侧610处的接合焊盘618电连接到附连到半导体芯片/衬底612的背侧622的底下的衬底614的导电焊盘或金属迹线620。可以经由底下的衬底614的导电焊盘或金属迹线620对传感器封装体600进行外部电连接。诸如玻璃罩或任何其它合适的封闭晶片级盖的罩624保护半导体芯片/衬底612的传感器区域626，并且防止模制化合物进入传感器区域626周围的空腔。
图7示出了传感器封装体700的一个实施例，其中，TSP被实现为不同沟槽702构成的一种布置结构，所述沟槽702也形成围绕半导体芯片/衬底706的一种工作台/空腔区域704的缓冲隔离结构。形成在工作台区域704上的诸如MEMS传感器结构的传感器结构708通过缓冲隔离结构702与机械应力解耦。
图8示出了制造图7所示的应力解耦结构的晶片级方法的一个实施例。通常，存在可用的不同的常见工艺。盖/罩800的类型和制造技术是不重要的。不仅可以使用不同的聚合物盖/罩，而且可以使用诸如基于干抗蚀剂或SU8的方法的不同的工艺技术。例如，SU-8是可以使用的常用的环氧树脂基负性光致抗蚀剂。在步骤a)中，提供诸如Si晶片或eWLB的晶片800。晶片800用于形成用于随后制造的压力传感器封装体的罩。在步骤b)中，空腔802形成在晶片800中。在Si晶片的情况下，可以使用标准化学刻蚀来形成空腔802。在eWLB晶片的情况下，空腔802可以通过模制形成。在步骤c)中，沟槽804在空腔802之间形成在晶片中，例如使用标准的切割锯。在步骤d)中，将诸如胶的粘合剂806例如通过分配或丝网印刷施加到半导体晶片808。半导体晶片808包括诸如MEMS传感器结构的传感器结构810、接合焊盘812和诸如ASIC电路的可选的传感器逻辑电路。在步骤e)中，罩晶片800经由粘合剂806与传感器晶片808结合。在步骤f)中，罩晶片800例如通过磨削或CMP(化学机械抛光，Chemical-Mechanical Polishing)被薄化，以释放出单独的罩814并打开接合焊盘812。
图9A至9I示出了制造eWLB版本的具有TSP的传感器封装体的方法的一个实施例。对于eWLB技术，具有多种可用于构建这样的装置的工艺。因此，最终工艺流程在不脱离本发明的TSP概念的主要基因的情况下可以不同于图9A至9I中所示的工艺流程。
图9A示出了在eWLB载体安装之前的多个裸传感器芯片900中的单独的一个。每个传感器芯片900具有保护芯片的传感器区域904的晶片级盖/罩902和用于与芯片900形成电连接的接合焊盘906。TSP是通过刻蚀到传感器芯片900的一个前侧中的用于形成微端口颗粒过滤器的多个小孔908以及在芯片900的相反侧处刻蚀出的深沟槽910形成。
图9B示出了附连到一个eWLB载体910的多个裸传感器芯片900。
图9C示出了连接到附连到一个eWLB载体910的多个裸传感器芯片900的接合焊盘上的凸块上导线、凸块上焊球或线环连接结构。
图9D示出了用模制化合物914包覆成型eWLB载体910和所述多个裸传感器芯片900以形成eWLB晶片916。
图9E示出了例如通过CMP磨削直到暴露凸块上导线、凸块上焊球或线环连接结构914期间的eWLB晶片916。通过磨削/CMP模制化合物914，所有高度公差都被使得达到相同(单一)平坦化水平。只有磨床的公差才产生控制。可以通过红外线和对在eWLB晶片916中实施的特定芯片的测量来停止磨削工艺，其中，在磨削工艺期间测量芯片的厚度。在另一个实施例中，eWLB晶片按厚度分组，每组以不同的方式磨削。
图9F示出了包括形成在eWLB晶片916的薄化侧上的焊盘的RDL层918。
图9G示出了在移除eWLB载体910之后的eWLB晶片916。
图9H示出了在单个化分割成单个传感器封装体单元920之后的eWLB晶片916。
图9I示出了在单个化分割之后的传感器封装体单元920中的单独的一个。
图10示出了传感器封装体1000的另一个实施例，所述传感器封装体1000具有半导体衬底/芯片1002、例如Si芯片，保护罩1004在诸如MEMS传感器结构的感测区域1006之上并且嵌入到模制化合物1008中，所述模制化合物1008具有将衬底/芯片1002的接合焊盘1012连接到再分配层1014的贯穿模制互连结构1010。贯穿模制互连结构1010可以通过镀覆或柱形凸块工艺来实现。RDL 1014具有延伸到扇出区域中的焊料焊盘(未示出)的金属迹线1016。焊料焊盘完工表面(未示出)可以通过焊料膏印刷、焊球施加、非电式焊盘镀覆(例如NiPPdAu)、电镀覆焊料盖等等进行。可以在封装体1000的与RDL层1014相反的一侧处设置保护网1018。可以提供可选的支撑框架1020以密封罩1004与衬底/芯片1002之间的空腔。TSP在图10中是不可见的。
图11示出了制造图10所示的传感器封装体1000的方法的一个实施例。在步骤a)中，半导体晶片1100设有重新布线焊盘1102。在步骤b)中，支撑框架1104形成在晶片1100上。在步骤c)中，使用标准刻蚀工艺，诸如MEMS传感器结构的传感器结构1106形成在晶片1100中。TSP在图11中是不可见的。在步骤d)中，诸如玻璃衬底的罩衬底1108附连到支撑框架1104。在步骤e)中，罩衬底1108被向下磨削，以形成用于保护传感器结构1106的罩1110。在步骤f)中，互连结构1112例如通过标准柱形凸块、焊球、柱等等形成于重新布线焊盘1102上。在步骤g)中，使用切割工具1114单个化分割出单独的传感器芯片。在步骤h)中，单独的传感器芯片例如通过粘合剂1118附连到eWLB载体1116。在步骤i)中，用模制化合物1120包覆成型单独的传感器芯片。在步骤j)中，移除eWLB载体。在步骤k)中，将诸如胶的粘合剂1122施加到每个单独的传感器芯片的背侧和模制化合物1120的背侧。在步骤l)中，芯片/模制化合物结构经由粘合剂1122和载体1124上的可选的附加的粘合剂1126结合到诸如玻璃载体的载体1124上。
在步骤m)中，模制化合物1120被薄化以暴露互连结构1112。这样，罩1110、互连结构1112和模制化合物1120的不同高度公差是不相关的，并且不影响正在制造的传感器封装体的整体高度公差。在一个实施例中，通过磨削、例如通过CMP薄化模制化合物1120。通过磨削/CMP模制化合物1120，所有高度公差都被使得达到相同(单一)平坦化水平。只有磨床的公差才产生控制。可以通过红外线和对在eWLB晶片中实施的特定芯片的测量来停止磨削工艺，其中，在磨削工艺期间测量所述芯片的厚度。在另一个实施例中，eWLB晶片按厚度分组，每组以不同的方式磨削。在步骤n)中，电介质1128作为RDL工艺的一部分沉积在eWLB晶片的薄化的表面上。电介质1128具有暴露互连结构1112的开口1130。在步骤o)中，金属再分配层1132形成在电介质层1128上。金属再分配层1132通过电介质1128中的开口1130与互连结构1112接触。在步骤p)中，阻焊层1334形成在金属再分配层1132上。阻焊层1334用于容纳稍后形成在金属再分配层1132上的焊料。在步骤q)中，焊料焊盘完工表面1136例如通过焊料膏印刷、焊球施加、非电式焊盘镀覆(例如NiPPdAu)、电镀覆焊料盖等等施加到金属再分配层1132。在步骤r)中，载体1124从eWLB衬底移除(脱开)。在步骤s)中，保护网1138例如通过层合附连到eWLB衬底的背侧。在步骤t)中，将具有保护网1138的eWLB衬底安装到框架1140上。在步骤u)中，使eWLB衬底经受单个化分割工艺，以产生单独的模制的压力传感器封装体1142。
图12示出了传感器封装体1200的又一实施例，所述传感器封装体1200具有诸如Si芯片的半导体衬底/芯片1202，所述半导体衬底/芯片1202具有诸如MEMS传感器结构的感测区域1204。诸如Si衬底/芯片的内插器1206被结合在半导体衬底/芯片1202上并且用作用于芯片感测区域1204的保护罩，使得在芯片1202上不需要附加的罩。与内插器1206结合的半导体衬底/芯片1202嵌入到模制化合物1208中。eWLB背侧上的RDL 1210连接到内插器1206。内插器1206包括诸如穿硅过孔(TSV：through-silicon via)的垂直互连结构1212，以将半导体衬底/芯片1202的接合焊盘1214连接到RDL 1210的金属迹线1216。焊料1218可以用于将芯片结合焊盘1214连接到内插器1206的垂直互连结构1212。RDL 1210延伸到放置在扇出区域中的焊料焊盘(未示出)。焊料焊盘完工表面(未示出)可以通过焊料膏印刷、焊球施加、非电式焊盘镀覆(例如NiPPdAu)、电镀覆焊料盖等等进行。保护网1220可以设置在封装体1200的与RDL 1210相反的一侧处。可选的支撑框架1222可以作为间隔件设置在内插器1206与半导体衬底/芯片1202之间，以适配它们之间的电连接结构。TSP在图12中是不可见的。
图13示出了制造图12所示的传感器封装体1200的方法的一个实施例。在步骤a)中，半导体晶片1300设置有重新布线焊盘1302。在步骤b)中，支撑框架1304形成在晶片1300上。在步骤c)中，使用标准刻蚀工艺在晶片1100中形成诸如MEMS传感器结构的传感器结构1306。TSP在图13中是不可见的。在步骤d)中，内插器1308、例如前文所述的和图12中示出的那种内插器被焊接到半导体晶片1300的重新布线焊盘1302。在步骤e)中，使用切割工具1310单个化分割出单独的传感器芯片。在步骤f)中，单独的传感器芯片例如通过粘合剂1314附连到eWLB载体1312。在步骤g)中，用模制化合物1316包覆成型单独的传感器芯片。在步骤h)中，移除eWLB载体。在步骤i)中，将诸如胶的粘合剂1318施加到每个单独的传感器芯片的背侧和模制化合物1316的背侧。在步骤j)中，芯片/模制化合物结构经由粘合剂1318和载体1312上的可选的附加的粘合剂1322结合到诸如玻璃载体的载体1320上。
在步骤k)中，模制化合物1316被薄化以暴露内插器1308的互连结构1324。这样，内插器1308、互连结构1324和模制化合物1316的不同高度公差是不相关的，并且不影响正在制造的传感器封装体的整体高度公差。在一个实施例中，模制化合物1316通过磨削、例如通过CMP被薄化。通过磨削/CMP模制化合物1316，所有高度公差都被使得达到相同(单一)平坦化水平。只有磨床的公差才产生控制。可以通过红外线和对在eWLB晶片中实施的特定芯片的测量来停止磨削工艺，其中，在磨削工艺中测量所述芯片的厚度。在另一个实施例中，eWLB晶片按厚度分组，每组以不同的方式磨削。在步骤l)中，电介质1326作为RDL工艺的一部分沉积在eWLB晶片的薄化的表面上。电介质1326具有暴露互连结构1324的开口1328。在步骤m)中，金属再分配层1330形成在电介质层1326上。金属再分配层1330通过电介质1326中的开口1328与互连结构1324接触。在步骤n)中，阻焊层1332形成在金属再分配层1330上。阻焊层1332用于容纳稍后形成在金属再分配层1330上的焊料。在步骤o)中，焊料焊盘完工表面1334例如通过焊料膏印刷、焊球施加、非电式焊盘镀覆(例如NiPPdAu)、电镀覆焊料盖等等被施加到金属再分配层1330。在步骤p)中，载体1320从eWLB衬底移除(去结合)。在步骤q)中，保护网1336例如通过层合附连到eWLB衬底的背侧。在步骤r)中，将具有保护网1336的eWLB衬底安装到框架1338上。在步骤s)中，使eWLB衬底经受单个化分割工艺以产生单独的模制的压力传感器封装体1338。
图14示出了传感器封装体1400的一个实施例。图14所示的实施例类似于图10所示的实施例。然而，不同的是，图14所示的传感器封装体1400没有eWLB扇出。传感器封装体1400具有诸如Si芯片的半导体衬底/芯片1402和RDL 1408，所述半导体衬底/芯片1402具有在诸如MEMS传感器结构的感测区域1404之上的保护罩1404，所述RDL 1408具有互连结构1410，焊球1412附连到所述互连结构1410，以提供衬底/芯片1002的外部电连接。保护网1414可以设置在封装体1400的与RDL层1408相反的一侧。可以提供例如作为RDL 1408的一部分的可选的支撑框架1416，以密封罩1404和衬底/芯片1402之间的空腔。TSP在图14中是不可见的。
图15示出了制造图14所示的传感器封装体1400的方法的一个实施例。在步骤a)中，半导体晶片1500设有重新布线焊盘1502。在步骤b)中，支撑框架1504形成在晶片1500上。在步骤c)中，使用标准刻蚀工艺，诸如MEMS传感器结构的传感器结构1506形成在晶片1500中。TSP在图15中是不可见的。在步骤d)中，诸如玻璃衬底的罩衬底1508附连到支撑框架1504上。在步骤e)中，罩衬底1508被向下磨削，以形成用于保护传感器结构1506的罩1510。在步骤f)中，保护网1512例如通过层合附连到eWLB衬底的背侧。在步骤g)中，焊球1514形成在半导体晶片1500的重新布线焊盘1502上。在步骤h)中，将具有保护网1512的eWLB衬底安装到框架1516上。在步骤i)中，使eWLB衬底经受单个化分割工艺，以产生单独的模制的压力传感器封装体1518。
图16示出了传感器封装体1600的一个实施例。图16所示的实施例类似于图12所示的实施例。然而，不同的是，图16所示的传感器封装体1600没有eWLB扇出。传感器封装体1600具有诸如Si芯片的半导体衬底/芯片1602，所述半导体衬底/芯片1602具有诸如MEMS传感器结构的感测区域1604。诸如Si衬底/芯片的内插器1606被结合在半导体衬底/芯片1602上并且用作用于芯片感测区域1604的保护罩，使得在芯片1602上不需要附加的罩。内插器1606包括垂直互连结构1608，例如穿硅过孔(TSV)，其通过焊料或粘合剂1612连接到半导体衬底/芯片1602的接合焊盘1610。焊料凸块1614形成在金属焊盘1616的与内插器1606相反的一侧上，以提供到半导体衬底/芯片1602的外部电连接。保护网1618可以设置在封装体1600的与RDL 1210相反的一侧处。可选的支撑框架1620可以作为间隔件设置在内插器1606与半导体衬底/芯片1602之间，以适配它们之间的电连接结构。TSP在图16中是不可见的。
图17示出了制造图16所示的传感器封装体1600的方法的一个实施例。在步骤a)中，半导体晶片1700设有重新布线焊盘1702。在步骤b)中，支撑框架1704形成在晶片1700上。在步骤c)中，使用标准刻蚀工艺，诸如MEMS传感器结构的传感器结构1706形成在晶片1700中。TSP在图17中是不可见的。在步骤d)中，内插器1708、例如前文所述的和图12中示出的那种内插器被焊接到半导体晶片1700的重新布线焊盘1702上。在步骤e)中，保护网1710例如通过层合附连到eWLB衬底的背侧上。在步骤f)中，焊料凸块1712形成在半导体晶片1700的重新布线焊盘1702上。在步骤g)中，将具有保护网1712的eWLB衬底安装在框架1714上。在步骤h)中，使eWLB衬底经受单个化分割工艺，以产生单独的模制的压力传感器封装体1716。
本文描述的实施例在晶片级提供颗粒和污染物防护，同时能够为MEMS装置使用标准模制技术。因此，可以实现具有较低的总成本和减小的封装体尺寸的MEMS封装体。
诸如“第一”、“第二”等等的术语用于描述各种元件、区域、部分等，不旨在限制。在整个说明书中，相同术语指代相同的元件。
如本文所使用的，术语“具有”、“包含”、“包括”、“含有”等等是表示所述元件或特征的存在性但不排除附加的元件或特征的开放式术语。冠词“一个”和“所述”旨在包括复数和单数，除非上下文另有明确说明。
考虑到上述变化范围和应用，应当理解，本发明不受前述描述的限制，也不受附图的限制。相反，本发明仅由所附权利要求及其法律上的等同替换限制。

Claims (23)

1.一种半导体封装体，包括：
半导体芯片，所述半导体芯片具有设置在所述半导体芯片的第一侧处的传感器结构；以及
第一端口，所述第一端口从所述第一侧穿过所述半导体芯片延伸到所述半导体芯片的与所述第一侧相反的第二侧，以便提供到外部环境的链路。
2.根据权利要求1所述的半导体封装体，其中，所述第一端口包括从所述第二侧朝向所述第一侧延伸并在到达所述传感器结构之前终止的较大直径的孔以及从所述第一侧朝向所述第二侧延伸并设置在所述传感器结构周围的多个较小直径的孔，所述较小直径的孔在所述半导体芯片的位于所述传感器结构外的区域中与所述较大直径的孔敞开式连通。
3.根据权利要求2所述的半导体封装体，其中，所述半导体封装体还包括附连到所述半导体芯片的所述第一侧并覆盖所述传感器结构和所述较小直径的孔的盖/罩。
4.根据权利要求1所述的半导体封装体，其中，所述半导体封装体还包括在所述第二侧处附连所述半导体芯片的衬底，所述衬底具有至少部分与所述第一端口对正的开口。
5.根据权利要求1所述的半导体封装体，其中，所述半导体封装体还包括：
附连到所述半导体芯片的所述第一侧并覆盖所述传感器结构的盖/罩；以及
包封所述盖/罩和所述半导体芯片的所述第一侧的模制化合物。
6.根据权利要求5所述的半导体封装体，其中，所述半导体封装体还包括：
附连到所述模制化合物的衬底；以及
从所述半导体芯片的所述第一侧穿过所述模制化合物延伸到所述衬底的电导体。
7.根据权利要求5所述的半导体封装体，其中，所述半导体封装体还包括将所述半导体芯片的所述第二侧附连到所述衬底的引线框架，所述引线框架具有至少部分与所述第一端口对正的开口。
8.根据权利要求5所述的半导体封装体，其中，所述半导体封装体还包括：
附连到所述半导体芯片的所述第二侧的衬底；
从所述第一侧穿过所述半导体芯片在所述传感器结构外延伸到所述第二侧的第二端口；以及
在所述模制化合物中的延伸到所述半导体芯片的所述第一侧并至少部分与所述第二端口对正的开口；
其中，所述第二端口与所述第一端口敞开式连通。
9.根据权利要求5所述的半导体封装体，其中，所述半导体封装体还包括延伸穿过所述模制化合物并将所述半导体芯片的接合焊盘连接到所述模制化合物上的再分配层的贯穿模制互连结构。
10.根据权利要求9所述的半导体封装体，其中，所述模制化合物和所述贯穿模制互连结构在所述模制化合物的背离所述半导体芯片的一侧终止于相同的平坦化水平。
11.根据权利要求1所述的半导体封装体，其中，所述传感器结构是MEMS传感器结构。
12.根据权利要求1所述的半导体封装体，其中，所述半导体封装体还包括：
附连在所述半导体芯片的所述第一侧并覆盖所述传感器结构的内插器；以及
包封所述内插器和所述半导体芯片的所述第一侧的模制化合物。
13.根据权利要求12所述的半导体封装体，其中，所述半导体封装体还包括在所述模制化合物和所述内插器上的再分配层，所述内插器在所述半导体芯片与所述再分配层之间提供电连接。
14.根据权利要求13所述的半导体封装体，其中，所述模制化合物和所述内插器在所述模制化合物的背离所述半导体芯片的一侧终止于相同的平坦化水平。
15.一种半导体封装体，包括：
半导体芯片，所述半导体芯片具有设置在所述半导体芯片的第一侧处的传感器结构；以及
从第一侧穿过所述半导体芯片延伸到所述半导体芯片的与所述第一侧相反的第二侧的多个单独的沟槽，所述多个单独的沟槽围绕所述传感器结构形成缓冲隔离结构，所述缓冲隔离结构将所述传感器结构与机械应力解耦。
16.根据权利要求15所述的半导体封装体，其中，所述传感器结构是MEMS传感器结构。
17.一种制造半导体封装体的方法，所述方法包括：
在第一晶片的第一侧中刻蚀出空腔；
在所述第一晶片的所述第一侧中刻蚀出沟槽，所述空腔通过所述沟槽彼此分离；
将所述第一晶片在第一侧处附连到第二晶片，所述第二晶片具有面向并被在所述第一晶片的所述第一侧中刻蚀出的空腔覆盖的传感器结构；以及
在与所述第一侧相反的第二侧处薄化第一晶片，使得沟槽完全延伸穿过薄化后的第一晶片。
18.一种制造半导体封装体的方法，所述方法包括：
将多个半导体芯片附连到载体，每个半导体芯片具有设置在所述半导体芯片的第一侧处的传感器结构、从所述第一侧穿过所述半导体芯片延伸到与所述第一侧相反的第二侧的第一端口以及附连到所述第一侧并覆盖所述传感器结构和所述第一端口的盖/罩；
在每个半导体芯片的所述第一侧在所述传感器结构和所述盖/罩之外形成导电过孔；
用模制化合物包覆成型所述载体、所述盖/罩和所述半导体芯片；
在背离所述载体的一侧处薄化所述模制化合物，以暴露所述导电过孔；
在所述模制化合物的薄化侧上形成再分配层；
移除所述载体；以及
通过在相邻的半导体芯片之间切穿所述模制化合物来形成单独的半导体封装体。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，通过磨削薄化所述模制化合物。
20.根据权利要求18所述的方法，其中，通过CMP(化学机械抛光)薄化所述模制化合物。
21.一种制造半导体封装体的方法，所述方法包括：
将多个半导体芯片附连到载体，每个半导体芯片具有设置在所述半导体芯片的第一侧处的传感器结构、从所述第一侧穿过所述半导体芯片延伸到与所述第一侧相反的第二侧的第一端口以及附连到所述第一侧并覆盖所述传感器结构和所述第一端口的内插器；
用模制化合物包覆成型所述载体、所述内插器和所述半导体芯片；
在背离所述载体的一侧处薄化所述模制化合物，以暴露所述内插器的背离所述载体的一侧；
在所述模制化合物的薄化侧上形成再分配层；
移除载体；以及
通过在相邻的半导体芯片之间切穿所述模制化合物来形成单独的半导体封装体。
22.根据权利要求21所述的方法，其中，通过磨削薄化所述模制化合物。
23.根据权利要求21所述的方法，其中，通过CMP(化学机械抛光)薄化所述模制化合物。
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