CN110993631A - 一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法，包括：提供一背照式图像传感器芯片，芯片的正面上形成有多个焊盘；在芯片的正面上覆盖绝缘层，在绝缘层中形成新的焊盘的阵列，使每个焊盘与一个新的焊盘相连；在每个新的焊盘上植球；提供一管壳，管壳的底面上形成有与新的焊盘的阵列对应的引脚的阵列；使新的焊盘的阵列与引脚的阵列对准，将芯片贴装在管壳的底面上，并对新的焊盘与引脚进行焊接，实现芯片与管壳之间的电性连接；将盖板盖在管壳上，使芯片封装在管壳内。本发明能够提高工业用陶瓷封装图像传感器的可靠性，减小封装尺寸以及减少封装工序。
Description
技术领域
本发明涉及半导体集成电路制造技术领域，特别是涉及一种基于背照式图像传感器芯片的倒扣式封装方法。
背景技术
目前在集成电路的工业应用领域中，封装仍采用传统的打线方式。
请参考图1和图2，图1是现有的一种采用打线方式的封装流程示意图，图2是现有的一种采用打线方式的封装结构示意图。如图1所示，现有的采用打线方式的封装流程，包括芯片减薄、划片，装片，键合，玻璃封盖等环节。其中，需要对经常规基板受入后的管壳与经划片后的芯片进行装片，并进行键合。
如图2所示，管壳10一般为框架形；芯片13在装片时，可通过银浆连接在管壳10内的底面位置上。在芯片13表面四周的边缘位置上设有多个焊盘(pad)12，同时，在管壳10内底面四周的边缘位置上环绕芯片13对应设有多个引脚(键合指)11。通过将键合线14与焊盘12和对应引脚11进行键合，实现芯片13与管壳10之间电性连接。上述封装技术可详见各类文献的介绍。
上述封装技术中，由于键合丝处于裸露状态，在恶劣工作环境的情况下，易发生键合点剥离失效现象，从而引起应用上的相关问题。
并且，上述封装技术中由于需要预留胶装片的溢胶距离，以及需要预留键合指空间，使得封装尺寸(PKG)难以缩小。同时，采用上述封装技术也使得封装结构的散热性能较差。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的上述缺陷，提供一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法，采用将芯片倒扣与管壳进行封装的方式，实现提高工业用陶瓷封装图像传感器的可靠性，减小封装尺寸以及减少封装工序。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法，包括：
提供一背照式图像传感器芯片，所述芯片的正面上形成有多个焊盘；
在所述芯片的正面上覆盖一绝缘层，在所述绝缘层中形成新的焊盘的阵列，使每个所述焊盘与一个所述新的焊盘相连；
在每个所述新的焊盘上植球；
提供一管壳，所述管壳的底面上形成有与所述新的焊盘的阵列对应的引脚的阵列；
使所述新的焊盘的阵列与所述引脚的阵列对准，将所述芯片贴装在所述管壳的底面上，并对所述新的焊盘与所述引脚进行焊接，实现所述芯片与所述管壳之间的电性连接；
将盖板盖在所述管壳上，使所述芯片封装在所述管壳内。
进一步地，在所述绝缘层中形成新的焊盘的阵列，具体包括：
在对应每个所述焊盘位置的所述绝缘层中形成通孔，露出所述焊盘；
在所述绝缘层中形成多个布线槽，使每个所述布线槽的一端连接一个所述通孔，并在每个所述布线槽的另一端形成新的焊盘图形；
在所述布线槽、所述新的焊盘图形及所述通孔中填充导电体，形成连接所述焊盘的所述新的焊盘的阵列、导电布线及导电通孔。
进一步地，采用激光钻孔方法形成所述通孔。
进一步地，在一半导体衬底上形成多个所述芯片，并通过划片形成独立的多个所述芯片。
进一步地，在一半导体衬底上形成多个所述芯片，并在形成所述新的焊盘的阵列后，对所述半导体衬底的背面进行减薄，并在每个所述新的焊盘上植球；之后，通过划片形成独立的多个所述芯片。
进一步地，所述引脚连接所述管壳内部的走线。
进一步地，所述走线连接至所述管壳外部。
进一步地，所述管壳的底面边缘上还形成有侧墙，所述芯片贴装在所述侧墙以内的所述管壳的底面上，所述盖板盖在所述侧墙上，使所述芯片封装在所述管壳内。
进一步地，所述盖板为玻璃盖板，所述管壳采用陶瓷制作。
进一步地，所述管壳包含多层基板，每一层所述基板形成有单独的走线，不同层所述基板之间通过打孔、填充金属实现互连。
相比现有技术，本发明具有以下优点：
(1)无需预留采用胶装片时的溢胶距离，也无需预留键合指空间，从而减小了封装尺寸。
(2)采用点对点的焊接方式，仅用一步装片即可完成原有“装片”和“键合”的两步工艺，从而减少了封装工序。
(3)采用焊接方式连接强度高，散热性能也优于传统打线方式，因此提高了封装的可靠性。
附图说明
图1是现有的一种采用打线方式的封装流程示意图。
图2是现有的一种采用打线方式的封装结构示意图。
图3是本发明一较佳实施例的一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法流程示意图。
图4是本发明一较佳实施例的一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法工艺步骤示意图。
图5是本发明一较佳实施例的一种背照式图像传感器芯片结构示意图。
图6是本发明一较佳实施例的一种管壳结构示意图。
图7是本发明一较佳实施例的一种封装状态示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
需要说明的是，在下述的具体实施方式中，在详述本发明的实施方式时，为了清楚地表示本发明的结构以便于说明，特对附图中的结构不依照一般比例绘图，并进行了局部放大、变形及简化处理，因此，应避免以此作为对本发明的限定来加以理解。
在以下本发明的具体实施方式中，请参考图3，图3是本发明一较佳实施例的一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法流程示意图。如图3所示，本发明的一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法，包括：芯片减薄、划片，装片，玻璃封盖等环节。其中，本发明仅需对经定制基板受入后的管壳与经划片后的芯片进行装片，即可完成现有技术中的“装片”和“键合”两步工艺(参见图1)，从而减少了封装工序。
本发明的一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法，具体工艺可通过以下方面进行详细说明。
请参考图4和图5-图7。首先，可采用一个半导体衬底(wafer)，例如可采用硅衬底。本发明不限于此。在硅衬底上可形成多个常规的背照式图像传感器(BSI CIS,BacksideIllumination CMOS Image Sensor)芯片20。每个芯片20可包括设于硅衬底正面上的感光器件和电路器件，以及设于硅衬底正面上的多层金属互连层等常规背照式图像传感器芯片结构。其中，在多层金属互连层的最上层表面上形成有背照式图像传感器的多个焊盘(pad)27，这些焊盘27通常制作在芯片20表面四周的边缘位置上(参见图5)。关于常规背照式图像传感器芯片结构可参考现有文献加以理解。
然后，在芯片20的正面上(即硅衬底的正面上)覆盖一层绝缘层，将焊盘27在内的整个芯片20正面表面覆盖在绝缘层下方。例如，可采用镀层方式形成绝缘层。也可以采用沉积等适用方式形成绝缘层。
接着，在绝缘层中形成多个新的焊盘22，构成例如均匀分布的新的焊盘22的阵列，如图5所示的在绝缘层中形成例如16个新的焊盘22。其中，芯片20上原有的每个焊盘27都与新的焊盘阵列中的一个新的焊盘22相连。
为了实现后续芯片20与管壳24之间的均匀焊接，也可在绝缘层中形成不与焊盘连接的多余的新的焊盘22(例如图5中芯片右下位置以虚线圆方式显示的3个不与焊盘连接的多余的新的焊盘22)。
在绝缘层中形成新的焊盘22的阵列的方法，具体可包括：
在形成绝缘层后，可根据常规定位技术，定位到焊盘27的例如中心位置。然后，可采用例如激光钻孔方法，在对应每个焊盘27位置的绝缘层中形成通孔23，露出下方的焊盘27(即对焊盘进行激光打孔)。图中示例性显示集中制作于芯片20上方边缘位置上的通孔23，每个通孔23的下方对应一个芯片20上原有的制作于芯片20边缘位置上的焊盘27。
接着，可采用常规CMOS工艺，在绝缘层中形成数量与通孔23一致的多个布线槽，使每个布线槽的一端(图示为上端)连接一个通孔23。并且，在每个布线槽的另一端(图示为下端)制作新的焊盘22的填充图形(图中示例性的为圆形)。
通孔23也可以采用常规CMOS工艺与布线槽一起制作。
接着，在布线槽、新的焊盘图形及通孔23中填充导电体，例如常规用于形成互连线、焊盘及通孔的填充金属，从而在绝缘层中形成新的焊盘22、导电布线21及导电通孔23，使绝缘层下面的每个焊盘27都通过一个新的布线21连接一个新的焊盘22。其中，多余设置的新的焊盘22处无须制作布线。
通过对芯片20上原有设置在边缘位置上的焊盘结构进行重新布局，并采用重新布线方式，将原有的焊盘27连接引出在新的层面上，使新制作的焊盘22均匀分布在芯片20的正面表面上。如图4所示，当判断走线不可行、例如一层走线无法连接所有焊盘时，则再次回到正面镀绝缘层步骤，执行布多层走线，并再次确认判断走线是否可行；当判断走线可行时，则继续进入下道工序(背面研磨)。
在形成新的焊盘22后，一般需要对半导体衬底的背面进行减薄，以便入射光线能够从芯片20背面良好地照射到制作于硅衬底正面的感光器件上。可采用研磨等常规方式对芯片20进行减薄。
接着，在芯片20正面的每个新的焊盘22上进行植球，形成焊球26。之后，通过划片将芯片20从硅衬底上分离出来，形成一个个独立的芯片20。每个芯片20将与一个管壳24进行装片。
管壳24一般包含多层基板，每一层基板上形成有单独的走线。不同层的基板之间可通过打孔、填充金属实现互连。走线又连接至管壳24外部，实现外引脚引出。
本发明的方法中，需要提供一个定制管壳24。与图2中常规管壳10的不同之处在于，本发明的定制管壳24取消了常规管壳10上的台阶式键合指结构设计，并进一步取消了键合指(引脚)结构设计，将原有的键合指结构改进为在定制管壳24的底面241上形成的与新的焊盘22阵列相对应的引脚25的阵列。其中，引脚阵列中的每一个引脚25，都与新的焊盘22阵列中的一个新的焊盘22对应。为此，一些引脚25也可以是虚设的，多余的引脚25无须与管壳24内部的走线进行连接，仅用于保证芯片20与管壳24之间的均匀焊接。只有用于与新的焊盘22连接的引脚25用于连接管壳24内部的走线。
通过将管壳24内部的走线引至与芯片20装片的区域，并形成引脚25的阵列，即与芯片20对应也制作焊盘状(引脚25)，使新的焊盘22的阵列与引脚25的阵列对准，将芯片20贴装在管壳24的底面241上进行装片。
接着，将芯片20的正面(设有新的焊盘22的一面)向下，即采用将芯片20倒扣的方式进行装片，并使芯片20上新的焊盘22与管壳24底面241上的引脚25一一对准。
在进行上述装片的状态下，即可通过焊球26对新的焊盘22与引脚25进行焊接，在实现芯片20与管壳24之间电性连接的同时，又使得芯片20与管壳24之间贴装起来，从而采用点对点的焊接方式，仅用一步装片即可完成原有“装片”和“键合”的两步工艺，减少了封装工序。并且，采用本发明的封装方法，无需预留采用以往胶装片时的溢胶距离，也无需预留键合指空间，从而减小了封装尺寸(图7中芯片20边缘与管壳24侧壁之间存在的间隙仅为用于与图2对比，在取消了键合指后，此间隙实际是很小的)。而且，采用焊接方式连接强度高，散热性能也优于传统打线方式，因此提高了封装的可靠性。
最后，将盖板(图略)盖在管壳24上，从而将芯片20封装在管壳24内完成封装。
作为一可选的实施方式，在管壳24的底面边缘上还形成有侧墙242(如图7中虚线所代表的管壳底面和侧墙区域)，芯片20贴装在侧墙242以内的管壳24的底面241上，盖板盖在侧墙242的顶面上，使芯片20被封装在管壳24内。
进一步地，盖板可采用玻璃盖板，管壳24可采用陶瓷制作。
以上的仅为本发明的优选实施例，实施例并非用以限制本发明的保护范围，因此凡是运用本发明的说明书及附图内容所作的等同结构变化，同理均应包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，包括：
提供一背照式图像传感器芯片，所述芯片的正面上形成有多个焊盘；
在所述芯片的正面上覆盖一绝缘层，在所述绝缘层中形成新的焊盘的阵列，使每个所述焊盘与一个所述新的焊盘相连；
在每个所述新的焊盘上植球；
提供一管壳，所述管壳的底面上形成有与所述新的焊盘的阵列对应的引脚的阵列；
使所述新的焊盘的阵列与所述引脚的阵列对准，将所述芯片贴装在所述管壳的底面上，并对所述新的焊盘与所述引脚进行焊接，实现所述芯片与所述管壳之间的电性连接；
将盖板盖在所述管壳上，使所述芯片封装在所述管壳内。
2.根据权利要求1所述的基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，在所述绝缘层中形成新的焊盘的阵列，具体包括：
在对应每个所述焊盘位置的所述绝缘层中形成通孔，露出所述焊盘；
在所述绝缘层中形成多个布线槽，使每个所述布线槽的一端连接一个所述通孔，并在每个所述布线槽的另一端形成新的焊盘图形；
在所述布线槽、所述新的焊盘图形及所述通孔中填充导电体，形成连接所述焊盘的所述新的焊盘的阵列、导电布线及导电通孔。
3.根据权利要求2所述的基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，采用激光钻孔方法形成所述通孔。
4.根据权利要求1-3任一所述的基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，在一半导体衬底上形成多个所述芯片，并通过划片形成独立的多个所述芯片。
5.根据权利要求4所述的基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，在一半导体衬底上形成多个所述芯片，并在形成所述新的焊盘的阵列后，对所述半导体衬底的背面进行减薄，并在每个所述新的焊盘上植球；之后，通过划片形成独立的多个所述芯片。
6.根据权利要求1所述的基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，所述引脚连接所述管壳内部的走线。
7.根据权利要求6所述的基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，所述走线连接至所述管壳外部。
8.根据权利要求1，2，3，6或7所述的基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，所述管壳的底面边缘上还形成有侧墙，所述芯片贴装在所述侧墙以内的所述管壳的底面上，所述盖板盖在所述侧墙上，使所述芯片封装在所述管壳内。
9.根据权利要求8所述的基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，所述盖板为玻璃盖板，所述管壳采用陶瓷制作。
10.根据权利要求8所述的基于背照式图像传感器芯片的封装方法，其特征在于，所述管壳包含多层基板，每一层所述基板形成有单独的走线，不同层所述基板之间通过打孔、填充金属实现互连。
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| CN112133641A (zh) * | 2020-09-23 | 2020-12-25 | 青岛歌尔智能传感器有限公司 | 阵列传感器及其制作工艺 |
Also Published As
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| CN110993631B (zh) | 2023-09-26 |
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