CN109326620A - 一种影像传感芯片的嵌入式封装结构和制作方法 - Google Patents

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CN109326620A CN201811181878.4A CN201811181878A CN109326620A CN 109326620 A CN109326620 A CN 109326620A CN 201811181878 A CN201811181878 A CN 201811181878A CN 109326620 A CN109326620 A CN 109326620A
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Abstract

本发明公开了一种影像传感芯片的嵌入式封装结构和制作方法。本发明通过将影像传感芯片以功能面向上的方式嵌入带有凹槽的基板中，芯片非功能面和基板凹槽的底部键合，再将玻璃盖板与基板键合，然后在基板第二表面与影像传感芯片非功能面设置暴露影像传感芯片功能面焊垫的开口，并在开口内形成延伸到基板背面的导电线路，将焊垫电性引到基板背面。该封装结构不需要聚合物围堰，缓解了结构的热失配，可靠性高，且减小了功能区污染的概率，提供了更大的布球空间。

Description

一种影像传感芯片的嵌入式封装结构和制作方法
技术领域
本发明涉及一种半导体芯片封装结构和制作方法，尤其涉及一种影像传感芯片封装结构和制作方法，属于半导体封装领域。
背景技术
影像传感芯片是一种半导体模块，是一种将光学影像转换成为电子信号的设备，电子信号可以用来进一步处理或数字化后进行存储，或用于将影像传递至显示装置进行显示等。它被广泛应用于数码相机，手机以及其他电子光学设备中。影像传感芯片主要分为电荷耦合器件(CCD)和CMOS影像传感器(CIS)两类。虽然CCD影像传感器在影像质量以及噪声等方面优于CMOS影像传感器，但是CMOS传感器可用传统的半导体生产技术制造，生产成本较低。同时由于所用的元件数相对较少以及信号传输距离短，CMOS影像传感器具备功耗低、电容、电感的寄生延迟低等优点。
随着各种先进封装技术的出现，影像传感芯片的封装形式也向着更轻、更薄、更便携的方向发展，同时也要求更高的性能、更快的速度以及更低的成本。
目前的影响传感芯片结构一般在玻璃盖板上制作围堰(高分子材料)，然后通过永久键合胶将芯片功能面与围堰的四周粘接在一起。同时需要在芯片感光区与玻璃盖板之间留有一定的距离，这就要求围堰必须具有一定的厚度。然而由于目前采用的围堰强度和刚度较小，且厚度均一性较差，不足以保证芯片感光区与玻璃盖板之间有足够的距离，一般仅有30～50μm，并且会造成芯片与玻璃盖板接合处平整度差和玻璃表面不平整等问题。而且，由于围堰材料与其他材料的热膨胀系数差异较大，使得围堰与其他材料的界面处容易发生由热应力引起的裂纹、分层等问题，从而导致产品失效。此外，由于围堰接触芯片功能面，就增大了功能区污染的概率，比如发生溢胶。随着对影像传感芯片的高性能需求的增大，影像传感芯片I/O口势必会增加。I/O口的增大将导致布球空间的不足，这也是现有的影像传感芯片封装结构所存在的一个问题。
发明内容
为了改善上述问题，本发明提出一种影像传感芯片的嵌入式封装结构和制作方法，将影像传感芯片以功能面向上的方式嵌入带有凹槽的基板中，芯片非功能面和基板凹槽的底部键合，再将玻璃盖板与基板键合，然后在基板第二表面与影像传感芯片非功能面设置暴露影像传感芯片功能面焊垫的开口，并在开口内形成延伸到基板背面的导电线路，将焊垫电性引到基板背面。封装完毕切割形成影像传感芯片封装结构。
本发明的技术方案是这样实现的：
提供一种影像传感芯片的嵌入式封装结构，它包括至少一基板，一影像传感芯片，一玻璃盖板。所述基板含有第一表面和与其相对的第二表面。所述基板的第一表面上形成有至少一向所述第二表面延伸的凹槽。所述影像传感芯片含有功能面和与其相对的非功能面，所述功能面含有若干焊垫和功能区。所述非功能面覆盖有第一粘结层。所述影像传感芯片的非功能面)通过第一粘结层与所述凹槽的底面粘结，且所述基板的第一表面高于所述影像传感芯片的功能面20μm以上。所述凹槽的底面的尺寸大于所述影响传感芯片的非功能面的尺寸，使得所述凹槽的内壁和所述影像传感芯片的侧面之间存在间隙。所述玻璃盖板的表面通过第二粘结层与所述基板的第一表面粘结。所述基板的第二表面具有第二开口。所述第一粘结层具有第三开口，所述影像传感芯片的非功能面对应焊垫的位置设有暴露各个焊垫的第四开口。所述基板的第二表面的第二开口和第一粘结层的第三开口对应所述影像传感芯片的非功能面的第四开口的位置。所述第二开口与第三开口，第四开口连接形成通孔。所述通孔内壁及基板的第二表面依次设置有钝化层，金属布线层，阻焊层及导电凸点。
作为本发明的进一步改进，所述的嵌入式影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述基板是硅基板，玻璃基板，石英基板，陶瓷基板的一种。
作为本发明的进一步改进，所述的嵌入式影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述基板的第一表面比所述影像传感芯片的功能面高20-50μm。
作为本发明的进一步改进，所述的嵌入式影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述凹槽的内壁和所述影像传感芯片的侧面之间存在间隙，所述间隙距离在10-20μm。
作为本发明的进一步改进，所述的嵌入式影像传感芯片封装结构，其特征在于，所述封装结构将一个影像芯片嵌入到一个基板上，或者将两个以上的不同结构的影像芯片同时嵌入到一个基板上，形成双摄或者阵列影像传感芯片封装结构。
作为本发明的进一步改进，所述影像传感芯片的嵌入式封装结构，其特征在于，所述导电凸点和金属布线层所围的面积不小于所述影像传感芯片的功能面或非功能面的面积。
提供一种影像传感芯片的嵌入式封装结构的制作方法，包括如下步骤：
步骤1，提供一基板，所述基板含有第一表面和与其相对的第二表面。
步骤2，在所述基板的第一表面涂布一层光刻胶，形成临时胶层；
步骤3，在所述临时胶层上进行光刻，显影工艺，形成至少一个第一开口；
步骤4，在所述基板的第一表面对应第一开口的位置，形成凹槽，并去除临时胶层；
步骤5，提供至少一待封装的影像传感芯片，所述影像传感芯片含有功能面和与其相对的非功能面，所述功能面含有若干焊垫和功能区。
步骤6，在待封装的影像传感芯片上涂布第一粘结层，并通过贴片工艺在所述凹槽内放置至少一颗待封装的芯片，使所述基板的第一表面高于所述影像传感芯片的功能面，所述影像传感芯片的侧面与所述凹槽的侧壁之间具有间隙；
步骤7，提供一透明玻璃盖板，并将玻璃盖板和所述基板的第一表面用第二粘结层粘结；
步骤8，对所述基板的第二表面减薄；
步骤9，于所述基板的第二表面形成第二开口；
步骤10，于所述第一粘结层和所述影像传感芯片的非功能面形成暴露各个焊垫的第三开口和第四开口，所述第二开口与第三开口，第四开口形成通孔；
步骤11，于所述通孔内壁和所述基板的第二表面形成暴露各个焊垫的钝化层；
步骤12，于所述钝化层上形成图形化的金属布线层；
步骤13，于所述金属布线层上形成阻焊层，所述阻焊层上形成有焊盘开口；
步骤14，于所述焊盘开口上形成导电凸点；
步骤15，将基板和玻璃盖板切割，形成单颗影像传感芯片封装体。
作为本发明的进一步改进，所述的影像传感芯片的嵌入式封装结构的制作方法，其特征在于，所述基板的凹槽的制作方法为干法刻蚀或湿法刻蚀。
作为本发明的进一步改进，所述的影像传感芯片的嵌入式封装结构的制作方法，其特征在于，在步骤6完成后将一玻璃盖板和基板的第一表面粘结。
作为本发明的进一步改进，所述的影像传感芯片的嵌入式封装结构的制作方法，其特征在于，所述第二开口的制作方法为切割，干法刻蚀和湿法刻蚀中的一种或几种的组合，所述第三开口和第四开口的制作方法为干法刻蚀和湿法刻蚀中的一种或两种的组合。
本发明的有益效果是：
本发明提供了一种影像传感芯片的嵌入式封装结构和制作方法。本发明不需要聚合物围堰，降低了因聚合物热膨胀系数较大产生的热应力过大的可靠性问题。玻璃盖板与基板粘结，影像传感芯片嵌入玻璃盖板与基板围成的空腔里。空腔的内壁与影像传感芯片的侧壁存在间隙，避免了溢胶污染感光区。电信号由通孔引到基板的第二表面，增大了布球空间。
附图说明
图1为根据本发明实施例绘制的影像传感芯片嵌入式封装结构示意图。
图2为步骤1后的封装结构剖面示意图。
图3为步骤2后的封装结构剖面示意图。
图4为步骤3后的封装结构剖面示意图。
图5为步骤4后的封装结构剖面示意图。
图6为步骤5后的封装结构剖面示意图。
图7为步骤6后的封装结构剖面示意图。
图8为步骤7后的封装结构剖面示意图。
图9为步骤8后的封装结构剖面示意图。
图10为步骤9后的封装结构剖面示意图。
图11为步骤10后的封装结构剖面示意图。
图12为步骤11后的封装结构剖面示意图。
图13为步骤12后的封装结构剖面示意图。
图14为步骤13后的封装结构剖面示意图。
图15为步骤14后的封装结构剖面示意图。
图16为步骤15后的封装结构剖面示意图。
结合附图，作以下说明：
1-基板 101-基板的第一表面
102-基板的第二表面 103-凹槽
104-凹槽内壁 105-第二开口
2-临时胶层 201-第一开口
3-影像传感芯片 301-影像传感芯片的功能面
302-影像传感芯片的非功能面 303-焊垫
304-功能区 305-影像传感芯片的侧面
306-第四开口 4-粘结层
401-第三开口 5-玻璃盖板
6-粘结层 7-钝化层
8-金属布线层 9-阻焊层
901-阻焊层焊盘开口 10-导电凸点
具体实施方式
为使本发明能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明。为方便说明，实施例附图的结构中各组成部分未按正常比例缩放，故不代表实施例中各结果的实际相对大小。
如图1所示，本发明公开了一种影像传感芯片的嵌入式封装结构，它包括至少一基板(1)，一影像传感芯片(3)，一玻璃盖板(5)。所述基板含有第一表面(101)和与其相对的第二表面(102)。所述基板的第一表面(101)上形成有至少一向所述第二表面(102)延伸的凹槽103。所述影像传感芯片(3)含有功能面(301)和与其相对的非功能面(302)，所述功能面含有若干焊垫(303)和功能区(304)。所述非功能面(302)覆盖有第一粘结层(4)。所述影像传感芯片(3)的非功能面(302)通过第一粘结层(4)与所述凹槽(103)的底面粘结，且所述基板(1)的第一表面(101)高于所述影像传感芯片(3)的功能面(301)20μm以上。所述凹槽(103)的底面的尺寸大于所述影响传感芯片(3)的非功能面(302)的尺寸，使得所述凹槽(103)的内壁(104)和所述影像传感芯片(3)的侧面(305)之间存在间隙。所述玻璃盖板(5)的表面通过第二粘结层(6)与所述基板(1)的第一表面(101)粘结。所述基板(1)的第二表面(102)具有第二开口(105)。所述第一粘结层(4)具有第三开口(401)，所述影像传感芯片(3)的非功能面(302)对应焊垫(303)的位置设有暴露各个焊垫的第四开口(306)。所述基板(1)的第二表面(102)的第二开口(105)和第一粘结层(4)的第三开口(401)对应所述影像传感芯片(3)的非功能面(302)的第四开口(306)的位置。所述第二开口(105)与第三开口(401)，第四开口(306)连接形成通孔。所述通孔内壁及基板(1)的第二表面(102)依次设置有钝化层(7)，金属布线层(8)，阻焊层(9)及导电凸点(10)。
优选地，所述基板(1)是硅基板，玻璃基板，石英基板，陶瓷基板的一种。
优选地，所述基板(1)的第一表面(101)比所述影像传感芯片(3)的功能面(301)高20-50μm。
优选地，所述凹槽(103)的内壁(104)和所述影像传感芯片(3)的侧面(305)之间存在间隙，所述间隙距离在10-20μm。
可选地，所述封装结构将一个影像芯片嵌入到一个基板上，或者将两个以上的不同结构的影像芯片同时嵌入到一个基板上，形成双摄或者阵列影像传感芯片封装结构。
优选地，所述导电凸点(10)和金属布线层(8)所围的面积不小于所述影像传感芯片(3)的功能面(303)或非功能面(304)的面积。
以下结合图2-16分别对一种影像传感芯片的嵌入式封装结构的制作方法进行介绍。
图2～图16为根据本发明实施例绘制的影像传感芯片制作方法示意图。
步骤1，如图2所示，提供一基板(1)，所述基板含有第一表面(101)和与其相对的第二表面(102)。
步骤2，如图3所示，在所述基板(1)的第一表面(101)涂布一层光刻胶，形成临时胶层(2)；
步骤3，如图4所示，在所述临时胶层(2)上进行光刻，显影工艺，形成至少一个第一开口(201)；
步骤4，如图5所示，在所述基板(1)的第一表面(101)对应第一开口(201)的位置，形成凹槽(103)，并去除临时胶层(2)；
步骤5，如图6所示，提供至少一待封装的影像传感芯片(3)，所述影像传感芯片(3)含有功能面(301)和与其相对的非功能面(302)，所述功能面(302)含有若干焊垫(303)和功能区(304)。
步骤6，如图7所示，在待封装的影像传感芯片(3)上涂布第一粘结层(4)，并通过贴片工艺在所述凹槽(103)内放置至少一颗待封装的芯片，使所述基板(1)的第一表面(101)高于所述影像传感芯片的功能面(301)，所述影像传感芯片的侧面(305)与所述凹槽(103)的侧壁(104)之间具有间隙；
步骤7，如图8所示，提供一透明玻璃盖板(5)，并将玻璃盖板和所述基板(1)的第一表面(101)用第二粘结层(6)粘结；
步骤8，如图9所示，对所述基板(1)的第二表面(102)减薄；
步骤9，如图10所示，于所述基板(1)的第二表面(103)形成第二开口(105)；
步骤10，如图11所示，于所述第一粘结层(4)和所述影像传感芯片(3)的非功能面(302)形成暴露各个焊垫(303)的第三开口(401)和第四开口(306)，所述第二开口(105)与第三开口(401)，第四开口(306)形成通孔；
步骤11，如图12所示，于所述通孔内壁和所述基板的第二表面(102)形成暴露各个焊垫(303)的钝化层(7)；
步骤12，如图13所示，于所述钝化层(7)上形成图形化的金属布线层(8)；
步骤13，如图14所示，于所述金属布线层(8)上形成阻焊层(9)，所述阻焊层上形成有焊盘开口(901)；
步骤14，如图15所示，于所述焊盘开口(901)上形成导电凸点(10)；
步骤15，如图16所示，将基板(1)和玻璃盖板(5)切割，形成单颗影像传感芯片封装体。
优选的，所述基板(1)的凹槽(103)的制作方法为干法刻蚀或湿法刻蚀。
优选地，在步骤(6)完成后将一玻璃盖板(5)和基板(1)的第一表面(101)粘结。
优选地，所述第二开口(105)的制作方法为切割，干法刻蚀和湿法刻蚀中的一种或几种的组合，所述第三开口(401)和第四开口(306)的制作方法为干法刻蚀和湿法刻蚀中的一种或两种的组合。
以上实施例是参照附图，对本发明的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种影像传感芯片的嵌入式封装结构，其特征在于，包括至少一基板(1)，一影像传感芯片(3)，一玻璃盖板(5)；所述基板含有第一表面(101)和与其相对的第二表面(102)；所述基板的第一表面(101)上形成有至少一向所述第二表面(102)延伸的凹槽(103)；所述影像传感芯片(3)含有功能面(301)和与其相对的非功能面(302)，所述功能面含有若干焊垫(303)和功能区(304)；所述非功能面(302)覆盖有第一粘结层(4)；所述影像传感芯片(3)的非功能面(302)通过第一粘结层(4)与所述凹槽(103)的底面粘结，且所述基板(1)的第一表面(101)高于所述影像传感芯片(3)的功能面(301)20μm以上；所述凹槽(103)的底面的尺寸大于所述影响传感芯片(3)的非功能面(302)的尺寸，使得所述凹槽(103)的内壁(104)和所述影像传感芯片(3)的侧面(305)之间存在间隙；所述玻璃盖板(5)的表面通过第二粘结层(6)与所述基板(1)的第一表面(101)粘结；所述基板(1)的第二表面(102)具有第二开口(105)；所述第一粘结层(4)具有第三开口(401)，所述影像传感芯片(3)的非功能面(302)对应焊垫(303)的位置设有暴露各个焊垫的第四开口(306)；所述基板(1)的第二表面(102)的第二开口(105)和第一粘结层(4)的第三开口(401)对应所述影像传感芯片(3)的非功能面(302)的第四开口(306)的位置；所述第二开口(105)与第三开口(401)，第四开口(306)连接形成通孔；所述通孔内壁及基板(1)的第二表面(102)依次设置有钝化层(7)，金属布线层(8)，阻焊层(9)及导电凸点(10)。
2.根据权利要求1所述的影像芯片的封装结构，其特征在于，所述基板(1)是硅基板，玻璃基板，石英基板，陶瓷基板的一种。
3.根据权利要求1所述的影像芯片的封装结构，其特征在于，所述基板(1)的第一表面(101)比所述影像传感芯片(3)的功能面(301)高20-50μm。
4.根据权利要求1所述的影像芯片的封装结构，其特征在于，所述凹槽(103)的内壁(104)和所述影像传感芯片(3)的侧面(305)之间存在的间隙在10-20μm。
5.根据权利要求1所述的影像芯片的封装结构，其特征在于，所述封装结构将一个影像芯片嵌入到一个基板上，或者将两个以上的不同结构的影像芯片同时嵌入到一个基板上，形成双摄或者阵列影像传感芯片封装结构。
6.根据权利要求1所述的影像芯片的封装结构，其特征在于，所述导电凸点(10)和金属布线层(8)所围的面积不小于所述影像传感芯片(3)的功能面(303)或非功能面(304)的面积。
7.一种影像传感芯片的嵌入式封装结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，提供一基板(1)，所述基板含有第一表面(101)和与其相对的第二表面(102)；
步骤2，在所述基板(1)的第一表面(101)涂布一层光刻胶，形成临时胶层(2)；
步骤3，在所述临时胶层(2)上进行光刻，显影工艺，形成至少一个第一开口(201)；
步骤4，在所述基板(1)的第一表面(101)对应第一开口(201)的位置，形成凹槽(103)，并去除临时胶层(2)；
步骤5，提供至少一待封装的影像传感芯片(3)，所述影像传感芯片(3)含有功能面(301)和与其相对的非功能面(302)，所述功能面(302)含有若干焊垫(303)和功能区(304)；
步骤6，在待封装的影像传感芯片(3)上涂布第一粘结层(4)，并通过贴片工艺在所述凹槽(103)内放置至少一颗待封装的芯片，使所述基板(1)的第一表面(101)高于所述影像传感芯片的功能面(301)，所述影像传感芯片的侧面(305)与所述凹槽(103)的侧壁(104)之间具有间隙；
步骤7，提供一透明玻璃盖板(5)，并将玻璃盖板和所述基板(1)的第一表面(101)用第二粘结层(6)粘结；
步骤8，对所述基板(1)的第二表面(102)减薄；
步骤9，于所述基板(1)的第二表面(103)形成第二开口(105)；
步骤10，于所述第一粘结层(4)和所述影像传感芯片(3)的非功能面(302)形成暴露各个焊垫(303)的第三开口(401)和第四开口(306)，所述第二开口(105)与第三开口(401)，第四开口(306)形成通孔；
步骤11，于所述通孔内壁和所述基板的第二表面(102)形成暴露各个焊垫(303)的钝化层(7)；
步骤12，于所述钝化层(7)上形成图形化的金属布线层(8)；
步骤13，于所述金属布线层(8)上形成阻焊层(9)，所述阻焊层上形成有焊盘开口(901)；
步骤14，于所述焊盘开口(901)上形成导电凸点(10)；
步骤15，将基板(1)和玻璃盖板(5)切割，形成单颗影像传感芯片封装体。
8.根据权利要求7所述的影像芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述基板(1)的凹槽(103)的制作方法为干法刻蚀或湿法刻蚀。
9.根据权利要求7所述的影像芯片封装结构的制作方法，其特征在于，所述第二开口(105)的制作方法为切割，干法刻蚀和湿法刻蚀中的一种或几种的组合，所述第三开口(401)和第四开口(306)的制作方法为干法刻蚀和湿法刻蚀中的一种或两种的组合。
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