CN110137188A - 具有倒角的半导体封装以及相关方法 - Google Patents

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Abstract

本发明题为“具有倒角的半导体封装以及相关方法”。本发明提供了图像传感器，所述图像传感器的实施方式可包括具有圆角或倒角边缘的管芯，以及耦接到所述管芯的光学透射盖。所述光学透射盖可包括圆角或倒角边缘，其对应于所述管芯的所述圆角或所述倒角边缘。

Description

具有倒角的半导体封装以及相关方法
技术领域
本文档的各方面整体涉及图像传感器，诸如芯片尺寸图像传感器。更具体的实施方式涉及具有圆角或倒角的图像传感器。
背景技术
芯片尺寸封装(CSP)被设计为与半导体管芯(芯片)本身相同的尺寸或几乎相同的尺寸。各种CSP封装包括各种类型的半导体管芯，包括图像传感器。图像传感器通过响应于入射电磁辐射传送信号来传达与图像有关的信息。图像传感器用于多种设备中，包括智能电话、数码相机、夜视设备、医疗成像器和许多其他设备。
发明内容
图像传感器的实施方式可包括具有圆角或倒角边缘的管芯，以及耦接到管芯的光学透射盖。光学透射盖可包括圆角或倒角边缘，其对应于管芯的圆角或倒角边缘。
图像传感器的实施方式可包括以下各项中的一者、全部或任何一者：
管芯的角部可以为凸圆形。
管芯的角部可以为凹圆形。
光学透射盖可包括玻璃。
可通过蚀刻形成管芯的圆角或倒角边缘。
用于形成图像传感器设备的方法的实施方式可包括在光学透射盖中形成第一多个开口；将光学透射盖耦接到包括多个图像传感器的晶圆；通过晶圆蚀刻第二多个开口，第二多个开口与光学透射盖中的第一多个开口对准；以及将光学透射盖和晶圆切割成多个图像传感器设备。每个图像传感器设备可包括圆角或倒角边缘。
图像传感器的实施方式可包括以下各项中的一个、全部或任何一个：
在通过晶圆蚀刻第二多个开口时蚀刻一个或多个穿硅通孔。
第一多个开口的每个开口可包括闭合的四边形状的周边。
第一多个开口的每个开口可包括圆形形状的周边。
第一多个开口的每个开口可包括椭圆形形状的周边。
光学透射盖可包括玻璃。
第一多个开口可通过蚀刻形成。
该方法可包括将光学透射盖的第一多个开口与多个图像传感器的多个角部对准。
该方法可包括在使用光学透射盖作为引导件时通过晶圆蚀刻第二多个孔。
用于形成图像传感器设备的方法的实施方式可包括在光学透射盖中形成第一多个开口；将光学透射盖耦接到包括多个图像传感器的晶圆；使用光学透射盖作为引导件，通过晶圆蚀刻第二多个开口；以及将光学透射盖和晶圆切割成多个图像传感器设备。每个图像传感器设备可包括圆角或倒角边缘。
图像传感器的实施方式可包括以下各项中的一个、全部或任何一个：
第一多个开口的每个开口可包括闭合的四边形状的周边。
第一多个开口的每个开口可包括圆形形状的周边。
第一多个开口的每个开口可包括椭圆形形状的周边。
光学透射盖可包括玻璃。
第二多个开口可通过深反应离子蚀刻工艺形成。
对于本领域的普通技术人员而言，通过具体实施方式以及附图并通过权利要求书，上述以及其他方面、特征和优点将会显而易见。
附图说明
将在下文中结合附图来描述各实施方式，其中类似标号表示类似元件，并且：
图1是具有圆角的图像传感器的俯视图；
图2是具有倒角边缘的图像传感器的俯视图；
图3是具有直角角部的图像传感器的俯视图；
图4是盖的俯视图；
图5是具有形成在其中的开口的图4的盖的俯视图；
图6是晶圆的俯视图；
图7是对准在图6的晶圆上方的图5的盖的俯视图；并且
图8是在图7的晶圆和盖被切割之后四个管芯的俯视图。
具体实施方式
本公开、其各方面以及实施方式并不限于本文所公开的具体部件、组装工序或方法元素。本领域已知的符合预期半导体封装的许多另外的部件、组装工序和/或方法元素将显而易见地能与本公开的特定实施方式一起使用。因此，例如，尽管本发明公开了特定实施方式，但是此类实施方式和实施部件可包括符合预期操作和方法的本领域已知用于此类半导体封装以及实施部件和方法的任何形状、尺寸、样式、类型、模型、版本、量度、浓度、材料、数量、方法元素、步骤，和/或类似的。
参见图1，示出了具有圆角的图像传感器的俯视图。本文所公开的图像传感器可以是芯片尺寸图像传感器或本领域的普通技术人员已知的任何其他图像传感器。另外，本文所公开的原理可应用于比图像传感器更多的半导体封装和器件类型，通过非限制性示例，包括处理器、功率器件、分立部件、以及在半导体衬底上形成的任何其他器件。如图1所示，图像传感器2包括管芯4，该管芯包括像素阵列6。在各种实施方式中，图像传感器还可包括圆角8。圆角的尺寸可从大致矩形管芯上的非常小的圆角变成使图像传感器管芯几乎是圆形的非常大的圆角。在图1所示的实施方式中，圆角8是凸圆角，然而，在其他实施方式中，圆角可以是凹圆角，其中角部的弧朝向管芯的中心延伸而不是远离管芯。
在各种实施方式中，图像传感器2可包括耦接到管芯4的光学透射盖10。在各种实施方式中，光学透射盖10直接耦接到管芯，然而，在其他实施方式中，管芯4和光学透射盖10之间可存在各种元件。在各种实施方式中，光学透射盖通过粘合剂或其他粘结材料耦接到管芯。粘合剂可将管芯4的边缘12粘结到光学透射盖10的边缘14。光学透射盖10可以是光学透明的或光学半透明的。在特定实施方式中，通过非限制性示例，光学透射盖10可以是玻璃、蓝宝石或任何其他光学透射材料。光学透射盖10可包括对应于管芯4的角部的角部16。与图1所示的情况一样，光学透射盖16的角部可以为凸圆形，但在其他实施方式中，角部可以为凹圆形。
光学元件18(诸如透镜保持器)还可耦接到图像传感器2。光学元件18可以为圆形，通常与添加到构成完整相机系统的图像传感器的光学元件的情况一样。如图1所示，图像传感器2的周边装配在圆形光学元件18内。
参见图2，示出了具有倒角边缘的图像传感器的俯视图。图2的图像传感器20与图1的图像传感器2基本上相同，不同之处在于包括管芯22和光学透射盖的图像传感器20具有倒角边缘24，而不是具有圆角。倒角边缘的长度可改变。如图2所示，图像传感器20的周边被配置为装配在圆形光学元件26内，类似于图1的图像传感器2。
参见图3，示出了具有直角角部的图像传感器的俯视图。图3的图像传感器28类似于图1和图2的图像传感器，不同之处在于图像传感器的角部30不是圆的或倒圆的。因此，图像传感器28不能装配在光学元件32内，因为角部30具有直角。与此相反，由于圆角或倒角，图1至图2的图像传感器能够装配在它们相应的光学元件内。因此，图1至图2的图像传感器(其具有与图3的像素阵列32相同尺寸的像素阵列)能够装配在较小的光学元件内，因此减小相机系统的总尺寸，而不损害图像传感器的质量或性能。这部分地是因为角部处的管芯的材料通常不包括操作图像传感器所需的部件，并且因此在各种实施方式中表示额外的材料。
图1至图3所示的实施方式具有被示为相同尺寸的光学元件以及同样示为基本上相同尺寸的图像传感器，仅有的不同之处在于图1至图2的图像传感器的边缘分别是圆的和倒圆的。在各种实施方式中，图像传感器和/或光学元件的尺寸可改变。在特定实施方式的一个示例中，光学元件的直径可基本上为7.5毫米(mm)。图像传感器的长度可基本上为5.7mm，并且图像传感器的周边可以是正方形。像素阵列的每一边的长度可基本上为5mm，并且图像传感器的边缘和像素阵列的边缘之间的长度可基本上为0.25mm。
参见图4至图8，示出了用于形成图1或图2的图像传感器的工艺。具体地参见图4，示出了盖的俯视图。形成图像传感器的方法包括提供盖，并且该盖可以是光学透射盖36。在各种实施方式中，光学透射盖是光学透明的，而在其他实施方式中，光学透射盖是光学半透明的。在各种实施方式中，通过非限制性示例，光学透射盖36可以是玻璃、蓝宝石或任何其他光学透射材料。虽然光学透射盖在图4中被示为圆形的，但在各种实施方式中，盖可以是其他形状。
参见图5，示出了具有形成在其中的开口的图4的盖的俯视图。形成图像传感器的方法可包括在透射盖36中形成第一多个开口38。在各种实施方式中，开口的宽度可基本上为0.5mm，然而，在其他实施方式中，开口的宽度可大于或小于0.5mm。如图5所示，在各种实施方式中，通过非限制性示例，第一多个开口的每个开口包括闭合的四边形状、圆形形状、或椭圆形形状的周边。通过非限制性示例，闭合的四边形状可包括斜方形，诸如正方形或菱形、矩形或任何其他四边形。另外，开口的周边的闭合的四边形状可包括斜方形，诸如菱形，具有弯曲的凹形边缘。在各种实施方式中，并且如图5所示，并非第一多个开口38内的每个开口都完全形成在光学透射盖36内。在特定实施方式中，形成在光学透射盖的边缘上的多个开口38的开口40可部分地在光学透射盖36的周边内形成开口。为了说明图5中的这一点，示出了跨过盖36的周边延伸的开口的周边，但实际上，跨过周边的开口的边缘事实上不存在。第一多个开口36内的开口的数量，以及第一多个开口的开口之间的间距可取决于包含图像感测元件的多个管芯的角部的数量和定位，如本文稍后所解释。在特定实施方式中，第一多个开口38可通过光学透射盖蚀刻。在此类实施方式中，通过非限制性示例，可使用等离子蚀刻、深反应离子蚀刻或湿化学蚀刻来形成开口。在各种实施方式中，由德国斯图加特的罗伯特博世公司(Robert Bosch GmbH,Stuttgart Germany)以商品名销售的工艺(“Bosch工艺”)可用于在光学透射盖36中形成第一多个开口38。
参见图6，示出了晶圆的俯视图。用于形成图像传感器的方法包括提供包括多个管芯44的晶圆42。多个管芯44的每个管芯可包括图像感测元件，诸如像素阵列。在各种实施方式中，多个管芯44可以是本文档中所公开的任何管芯。在各种实施方式中，每个管芯的周边可以是矩形或正方形。在其他实施方式中，多个管芯44内的每个管芯的周边可以是不同的形状，并且相应地，盖中的开口的形状可根据每个管芯的周边而变化。
参见图7，示出了对准在图6的晶圆上方的图5的盖的俯视图。用于形成图像传感器的方法包括将光学透射盖36的第一多个开口38与多个管芯44的多个角部46对准。如图7所示，在其中管芯的角部与三个其他管芯的三个其他角部相邻的实施方式中，光学透射盖中的单个相应开口被对准以覆盖四个相邻管芯中的每个的角部。光学透射盖36可使用各种对准技术与晶圆42对准，通过非限制性示例，所述技术包括光学透射盖与晶圆的凹口对准，使用晶圆上的对准特征的光学对准，使用晶圆上的多个开口的形状和管芯的锯道的光学对准，它们的任何组合，以及确保开口在管芯的角部上方对准的任何其他方法。
形成图像传感器的方法可包括将光学透射盖36耦接到具有多个管芯44的晶圆42。在各种实施方式中，光学透射盖36可使用粘合剂或粘结材料耦接到晶圆42。在此类实施方式中，粘合剂可在特定位置施加在晶圆42和光学透射盖36之间，以便不干扰像素阵列。
用于形成图像传感器的方法包括通过晶圆42形成第二多个开口。第二多个开口在形状、尺寸和位置上对应于第一多个开口38，并且因此形成在多个管芯44的每个管芯的多个角部46处。在各种实施方式中，第二多个开口可使用本文先前所公开的任何蚀刻技术通过晶圆42蚀刻。在特定实施方式中，光学透射盖36可用作引导件以通过管芯蚀刻第二多个开口。在此类实施方式中，该方法可包括将掩模(未示出)耦接到光学透射盖36。掩模可使用各种光刻工艺形成，或者通过施加膜然后进行图案化或在光学透射盖36上方施加图案化膜而形成。掩模具有与第一多个开口38对应的多个开口。光学透射盖可被认为是引导件，因为它指示掩模中的开口的位置以及形成晶圆中的开口的位置。掩模可耦接到光学透射盖，以防止对光学透射盖36的附加蚀刻或损坏。可使用耦接到光学透射盖的掩模通过晶圆42形成第二多个开口。该方法可确保第一多个开口38和第二多个开口对应。在其他实施方式中，光学透射盖可用作掩模而不用掩蔽材料覆盖它。在另外的其他实施方式中，第二多个开口可从晶圆42的与耦接到光学透射盖36的晶圆的侧面相对的侧面部分地或完全地形成或蚀刻。在各种实施方式中，可使用硅或其他晶圆材料的蚀刻速率来对晶圆42的蚀刻进行定时，以确保晶圆42的蚀刻不会显著地继续蚀刻光学透射盖36。
在其他实施方式中，形成图像传感器的方法可包括将没有任何开口的光学透射盖耦接到晶圆。在此类实施方式中，该方法可包括在其中具有多个开口的光学透射盖上方形成掩模，所述开口与晶圆中的多个管芯的多个角部对准。该方法可包括使用耦接到光学透射盖的掩模通过光学透射盖和晶圆来蚀刻。
在各种实施方式中，形成图像传感器的方法可包括执行其他过程，比如在晶圆中形成(或蚀刻)穿硅通孔(TSV)，然后形成用于将图像传感器耦接到外部设备的再分布层(RDL)和焊球或凸块。可在通过晶圆42形成第二多个开口的同时执行此类过程。在特定实施方式中，可通过湿法蚀刻工艺同时形成TSV和第二多个开口。
参见图8，示出了在图7的晶圆和盖被切割之后四个图像传感器设备的俯视图。用于形成图像传感器的方法包括将光学透射盖和晶圆切割成多个图像传感器设备48。通过非限制性示例，可使用锯切、激光切割、水切割、它们的任何组合，以及切割盖和/或晶圆的材料的任何其他方法来进行切割。如图8所示，多个图像传感器设备48的每个图像传感器设备包括多个倒角边缘。倒角边缘可以是在晶圆的多个管芯的每个管芯的角部上方形成四边形或菱形形状的开口的结果。在其他实施方式中，经切割的图像传感器设备48可各自具有类似于图1的图像传感器的圆角。在此类实施方式中，光学透射盖的第一多个开口36可具有所包括的开口，该开口具有菱形形状的周边，该周边具有凹形边缘，以便形成凸圆角(类似于图1的角部)。作为另外一种选择，光学透射盖的第一多个开口36可具有所包括的开口，该开口具有圆形或椭圆形形状的周边，以便形成图像传感器的凹圆角。
在各种实施方式中，使用锯来切割晶圆42和光学透射盖36。在此类实施方式中，锯片的宽度小于第一多个开口或第二多个开口的每个开口的宽度。以这种方式，每个管芯的角部可以是圆的或倒圆的。在其他实施方式中，通过非限制性示例，使用激光、水射流或其他切割设备来切割晶圆。
通过对管芯的角部和图像传感器的盖进行圆化或倒圆化，图像传感器能够装配在较小的光学元件内，诸如透镜保持器，其通常是圆形的。该方法可允许整体更小的相机系统，而不必减小像素阵列的尺寸或牺牲图像质量以换取更小的相机系统。另外，许多光学元件(诸如透镜保持器)尺寸略有不同，因此图像传感器的尺寸也需要略微改变，以适应各种尺寸的光学元件。通过在形成图像传感器时改变盖中的开口以及管芯的尺寸，可以容易地生产不同尺寸的图像传感器，而不必制造不同的硅晶圆。切割图像传感器的锯片的宽度也可改变，以改变图像传感器的尺寸，而不必制造不同的硅晶圆。
虽然本申请主要关注图像传感器的结构和用于形成图像传感器的方法，但是本文所公开的方法可应用于不是图像传感器的其他半导体器件。在各种实施方式中，不是使光学透射盖耦接到晶圆，而是可将非光学透射的盖耦接到包括多个管芯的晶圆。在此类实施方式中，盖可以是金属层、另一个晶圆、半导体材料、或形成为平面层的另一种材料，它们可以具有或可以不具有与晶圆相同的周边。在其他实施方式中，本文所公开的方法和技术可应用于堆叠/粘结管芯的形成，而不是具有盖的设备。在此类实施方式中，包括多个管芯的第一晶圆可具有通过其中蚀刻的多个开口。然后，第一晶圆可耦接到也包括多个管芯的第二晶圆，并且可通过第二晶圆形成对应组的开口。可通过第二晶圆蚀刻对应组的开口，并且第一晶圆可在蚀刻期间用作引导件。此类方法和技术可用于形成微机电系统(MEMS)，其中MEMS设备粘结到第二晶圆，该第二晶圆包含与MEMS设备相互作用的控制器或传感器。
像本文所公开的那些图像传感器的图像传感器的实施方式包括其中光学透射盖包括玻璃的传感器。
像本文所公开的那些图像传感器实施方式的图像传感器实施方式可被配置为使得管芯的圆角或倒角边缘可通过蚀刻形成。
形成图像传感器设备的方法的实施方式可包括通过蚀刻形成光学透射盖中的第一多个开口的位置。方法实施方式还可包括将光学透射盖的第一多个开口与多个管芯的多个角部对准。方法实施方式还可包括在使用光学透射盖作为引导件时通过晶圆蚀刻第二多个孔。
在以上描述中提到图像传感器的特定实施方式以及实施部件、子部件、方法和子方法的地方，应当显而易见的是，可在不脱离其实质的情况下作出多种修改，并且可将这些实施方式、实施部件、子部件、方法和子方法应用于其他图像传感器。

Claims (8)

1.一种图像传感器，包括：
管芯，所述管芯包括圆角或倒角边缘中的一者；和
光学透射盖，所述光学透射盖耦接到所述管芯；
其中所述光学透射盖包括对应于所述管芯的圆角或倒角边缘中的一者的圆角或倒角边缘中的一者。
2.根据权利要求1所述的图像传感器，其中所述管芯的角部为凸圆形或凹圆形。
3.一种用于形成图像传感器设备的方法，包括：
在光学透射盖中形成第一多个开口；
将所述光学透射盖耦接到包括多个管芯的晶圆；
通过所述晶圆蚀刻第二多个开口，所述第二多个开口与所述光学透射盖中的所述第一多个开口对准；以及
将所述光学透射盖和所述晶圆切割成多个图像传感器设备，其中每个图像传感器设备包括圆角或倒角边缘中的一者。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括在通过所述晶圆蚀刻所述第二多个开口时蚀刻一个或多个穿硅通孔。
5.根据权利要求3所述的方法，其中所述第一多个开口的每个开口包括闭合的四边形状的周边、圆形形状的周边、或椭圆形形状的周边中的一者。
6.一种用于形成图像传感器设备的方法，包括：
在光学透射盖中形成第一多个开口；
将所述光学透射盖耦接到包括多个管芯的晶圆；
使用所述光学透射盖作为引导件，通过所述晶圆蚀刻第二多个开口；以及
将所述光学透射盖和所述晶圆切割成多个图像传感器设备，其中每个图像传感器设备包括圆角和倒角边缘中的一者。
7.根据权利要求6所述的方法，其中所述第一多个开口的每个开口包括闭合的四边形状的周边、圆形形状的周边、或椭圆形形状的周边中的一者。
8.根据权利要求6所述的方法，其中所述第二多个开口通过深反应离子蚀刻工艺形成。
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