CN111192931A - 指纹识别芯片的封装结构和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种封装结构和封装方法，该封装结构包括：第一透光层，具有相对的第一表面和第二表面；第一组件，粘贴于第一透光层的第一表面，第一组件包括指纹识别芯片，指纹识别芯片贴近第一透光层的表面具有多个用于采集指纹信息的像素点；第二组件，粘贴于第一透光层的第二表面，第二组件包括第一遮光层和第二透光层，第一遮光层形成于第二透光层和第一透光层之间，所述第一遮光层上形成有多个透光孔，每个所述透光孔分别对应于一个所述像素点。本发明先制作两个晶圆级的重要部件，然后再将其互相贴合，降低加工难度，容易量产，成本低。

Description

指纹识别芯片的封装结构和方法
技术领域
本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种指纹识别芯片封装结构和封装方法。
背景技术
随着科学技术的不断进步，越来越多的电子设备广泛的应用于人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们不可或缺的重要工具。而随着电子设备功能的不断增加，电子设备存储的重要信息也越来越多，电子设备的身份验证技术成为目前电子设备研发的一个主要方向。
由于指纹具有唯一性和不变性，使得指纹识别技术具有安全性好、可靠性高以及使用简单等诸多优点。因此，指纹识别技术成为当下各种电子设备进行身份验证的主流技术。
目前，光学指纹识别芯片是现有电子设备常用的指纹识别芯片之一，其通过指纹识别区的大量感光像素(pixel)来采集使用者的指纹信息，每个感光像素作为一个检测。具体的，进行指纹识别时，光线照射至使用者的指纹面并经过指纹面反射至感光像素，感光像素将指纹的光信号转换为电信号，根据所有像素转换的电信号可以获取指纹信息。
现有的光学指纹识别芯片在封装时，一般直接在感光侧直接设置透明盖板。但是由于透明盖板的是完全透光的，会导致不同感光像素的感测结果产生串扰，影响指纹识别精度。
为了解决该技术问题，中国专利申请CN108022904A披露了一种指纹识别芯片的封装方法，其在晶圆朝向像素点的一侧固定具有通孔结构的盖板，用于避免串扰问题。其存在的问题至少包括：盖板上通孔需要预先形成，然后再将具有通孔的盖板结合在芯片表面，但是这样操作工艺时间长，而且还需要将通孔与像素点进行位置校准，容易产生误差；若盖板与芯片结合之后再进行制作通孔，盖板与芯片之间无任何阻挡，容易对位于通孔下方的像素点造成损害。
另外，现有技术中的指纹识别芯片的封装结构为提高封装效率，通常采用晶圆级封装，晶圆级封装是直接在晶圆上进行大多数或是全部的封装测试程序，之后再进行切割(singulation)制成单颗组件。其存在的问题在于，当某个封装程序或部分封装位置出现缺陷后，整个封装结构则报废，成本高。
发明内容
本发明一实施例提供一种指纹识别芯片的封装结构和方法，用于解决现有技术中加工成本高、像素点容易受到损害的技术问题，包括：
本申请实施例提供一种指纹识别芯片的封装结构，包括：
第一透光层，具有相对的第一表面和第二表面；
第一组件，粘贴于第一透光层的第一表面，第一组件包括指纹识别芯片，指纹识别芯片贴近第一透光层的表面具有多个用于采集指纹信息的像素点；
第二组件，粘贴于第一透光层的第二表面，第二组件包括第一遮光层和第二透光层，第一遮光层形成于第二透光层和第一透光层之间，所述第一遮光层上形成有多个透光孔，每个所述透光孔分别对应于一个所述像素点。
优选的，在上述的指纹识别芯片的封装结构中，所述第一组件还包括形成于指纹识别芯片和第一透光层之间的滤光片。
优选的，在上述的指纹识别芯片的封装结构中，滤光片粘贴于指纹识别芯片的表面。
优选的，在上述的指纹识别芯片的封装结构中，所述第二组件还包括形成于第二透光层表面的聚光透镜，聚光透镜和第一遮光层分别位于第二透光层相对的两个表面，
每一所述聚光透镜分别对应于一个所述透光孔。
优选的，在上述的指纹识别芯片的封装结构中，所述第一遮光层材质为单晶硅、或多晶硅、或非晶硅、或锗化硅、或碳化硅。
优选的，在上述的指纹识别芯片的封装结构中，所述第一透光层和第二透光层选自为干膜、无机玻璃或有机玻璃。
优选的，在上述的指纹识别芯片的封装结构中，第二组件包括第二遮光层，所述第二遮光层和第一遮光层形成于第二透光层相对的两个表面，
所述第二遮光层上开设有多个窗口，每个窗口分别对应一个所述透光孔。
本申请实施例还公开了一种指纹识别芯片的封装方法，包括：
提供第一封装结构，该第一封装结构具有多个第一组件，对第一封装结构切割获得多个单颗的第一组件；
提供第二封装结构，该第二封装结构具有多个第二组件，对第二封装结构切割获得多个单颗的第二组件；
提供第一透光层，将单颗的第一组件和单颗的第二组件分别粘贴于第一透光层相对的两个表面。
优选的，在上述的指纹识别芯片的封装方法中，第一封装结构的制作方法包括：
提供一晶圆，该晶圆具有多个指纹识别芯片；
在指纹识别芯片具有像素点的一面制作滤光片。
优选的，在上述的指纹识别芯片的封装方法中，第二封装结构的制作方法包括：
以第二透光层作为支撑，在其一个表面制作第一遮光层；
刻蚀所述第一遮光层，形成多个透光孔。
本申请实施例还公开了一种指纹识别芯片的封装方法，包括：
提供晶圆级的第一封装结构，该第一封装结构具有多个第一组件；
提供晶圆级的第二封装结构，该第二封装结构具有多个第二组件，对第二封装结构切割获得多个单颗的第二组件；
提供第一透光层，将晶圆级的第一封装结构和单颗的第二组件分别粘贴于第一透光层相对的两个表面。
对第一封装结构切割获得多个单颗的封装结构。
与现有技术相比，本发明的有益效果至少包括：
(1)、本发明形成的柱状体遮光体更好起到遮挡和吸收多余斜射光，使物体成型图像更清晰；
(2)、本发明先制作两个晶圆级的重要部件，然后再将其互相贴合，降低加工难度，容易量产，成本低。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施方式1中封装结构的剖视图；
图2至7是本申请实施方式1中封装结构所形成的中间结构的示意图；
图8是本申请实施方式2中封装结构所形成的中间结构的示意图。
具体实施方式
通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。
本实施例提供了一种封装结构10，参考图1，封装结构10包括第一组件11、第一透光层12和第二组件13，第一组件11和第二组件13分别粘贴于第一透光层12相对的两个表面。
第一组件11包括指纹识别芯片111，指纹识别芯片111具有相对的正面和背面，指纹识别芯片111的正面具有多个用于采集指纹信息的像素点1111。
指纹识别芯片111的正面包括感应区以及包围感应区的非感应区。其中，像素点1111设置在感应区；非感应区设置有与像素点1111电连接的焊盘(图未示)，焊盘用于与外部电路电连接。
一实施例中，指纹识别芯片111为光学型指纹识别芯片。
在一实施例中，第一组件11还包括滤光片112，滤光片112覆盖于指纹识别芯片111具有像素点的表面。
滤光片112用于滤除检测光波段之外的杂光，以降低杂光干扰，提高指纹识别的精度。
滤光片112可以仅仅覆盖像素点1111对应的上方，也可以覆盖于指纹识别芯片111的整个表面。
第一透光层12覆盖指纹识别芯片111具有像素点1111的一侧，用于对待封装指纹识别芯片111的正面进行保护。由于需要光线透过第一透光层12到达像素点1111，因此，透光层12具有较高的透光性，为透光材料。透光层12两个表面均平整、光滑，不会对入射光线产生散射、漫反射等。
具体地，第一透光层12的材料可以为干膜、无机玻璃、有机玻璃或者其他具有特定强度的透光材料。
本实施例中，综合考虑第一透光层12的光学性能和粘粘性能，第一透光层12的厚度优选为5-20μm。
第二组件13包括遮光层131和第二透光层132，遮光层131形成于第二透光层132和第一透光层12之间。
遮光层131上开设有上下相通的多个透光孔1311，每个透光孔1311分别对应一个像素点1111，在优选的实施例中，透光孔1311的轴线与像素点1111的中心重合。
遮光层131具有较低的介电常数，遮光层131材质优选为硅材料，可以为单晶硅、或多晶硅、或非晶硅、或锗化硅、或碳化硅。遮光层131可以通过物理沉积方式形成于第二透光层132表面。
遮光层131的厚度优选为4-20μm，透光孔的尺寸可以根据需要调整，比如透光孔为圆形孔时，其口径可以为30μm，深宽比可以为1:1。
遮光层131采用硅材料，一方面能够降低邻像素点1111之间的串扰问题。另一方面，硅材料制作的遮光层131的莫氏硬度一般在10以上，硬度较高，机械强度大，手指按压时，不会产生厚度形变，不会影响指纹识别的准确性。
在垂直于指纹识别芯片111的正面的方向上，透光孔1311在正面的投影至少与对应的像素点1111在正面的投影部分交叠。为了保证指纹识别的准确性，可以设置透光孔1311在正面的投影完全覆盖对应的像素点1111在正面的投影。最优的，可以设置透光孔1311在正面的投影与对应的像素点1111在正面的投影完全重合。
如果指纹识别芯片111为电容型的指纹识别芯片，进行指纹识别时，像素点1111检测电容值，将电容值转换为电信号，外部电路根据该电信号可以获取指纹信息，进行身份识别，透光孔1311用于露出所述像素点，遮光层131具有较低的介电常数，可以降低相邻像素点之间的串扰问题，提高了指纹识别的准确性。
如果指纹识别芯片111为光学型的指纹识别芯片，进行指纹识别时，像素点1111通过对应的透光孔1311采集与所述透光孔1311相对的采集预设区域的指纹信息。由于每个像素点1111均通过对应透光孔1311采集自身相对的采集区域的指纹信息，避免了不同像素点对应预设区域之间的相互串扰，进而避免了指纹图像的失真，进一步提高了指纹识别的准确性。
透光孔1311的形状可以为圆形通孔或者方形通孔或者三角形通孔。具体的，可以设置透光孔1311的形状为顶部与底部相同的圆孔、或顶部与底部相同的方孔、或顶部与底部相同的三角孔、或是其他结构的顶部与底部相同的多边形。透光孔1311的底部为透光孔1311靠近像素点1111的开口，透光孔1311的顶部为透光孔1311远离像素点1111的开口。
易于想到的是，也可以设置透光孔1311的形状为顶部与底部不相同的圆孔、或顶部与底部不相同的方孔、或顶部与底部不相同的三角孔、或是其他结构的顶部与底部不相同的多边形。此时，透光孔1311的顶部大于透光孔1311的底部。同样，透光孔1311的底部为透光孔1311靠近像素点1111的开口，透光孔1311的顶部为透光孔1311远离像素点1111的开口。
在一实施例中，遮光层131与第一透光层12之间通过DAF膜粘结固定。
第二透光层132覆盖遮光层131背离指纹识别芯片111的一面，用于对透光孔1311的开口进行遮挡。由于需要光线透过第二透光层132到达像素点1111，因此，第二透光层132具有较高的透光性，为透光材料。第二透光层132两个表面均平整、光滑，不会对入射光线产生散射、漫反射等。
具体地，第二透光层132的材料可以为干膜、无机玻璃、有机玻璃或者其他具有特定强度的透光材料。
本实施例中，第二透光层132的厚度优选为10-40微米。
在一实施例中，第二透光层132与遮光层131之间通过黏胶进行固定。
第二组件13还包括聚光透镜133，聚光透镜133设置于第二透光层132背离指纹识别芯片111的一侧，每个聚光透镜133分别对应一个透光孔1311，聚光透镜133用以将外部光线汇聚至对应像素点1111表面。
一实施例中，聚光透镜133可以通过光刻和烘烤成型方式制作，另一实施例中，聚光透镜133也可以采用压印方式形成于第二透光层132表面。
第二组件还包括遮光层134，遮光层134和遮光层131形成于第二透光层相对的两个表面，第二遮光层134上开设有多个窗口，每个窗口分别对应一个所述透光孔。聚光透镜133对应设置在所述窗口内。
遮光层134形成于聚光透镜133之间，从而可以遮光聚光透镜四周光的干扰，优化成像效果。
本实施例中，遮光层134的材料为黑色光敏有机材料或者经过黑化处理的金属，具有不透光或者低透光的特性。例如，所述遮光层134可以为黑胶；所述遮光层134还可以为经过黑化处理的铝，使得光线在其表面不能形成镜面反射，遮光性能好。
对应地，本发明实施例提供了一种封装方法，用于形成如图1所示的封装结构。
请参考图2至图7，为本发明第一实施例的封装方法的封装过程中形成的中间结构示意图。
步骤s1：制作晶圆级的第一封装结构。
参考图2和3，提供待封装晶圆100，其中，图2为待封装晶圆100的俯视结构示意图，图3为图2沿A-A的剖视图。
待封装晶圆100具有正面和与正面相对的背面。晶圆100包括多个阵列排布的指纹识别芯片111。每个相邻指纹识别芯片111具有多个用于采集指纹信息的像素点1111。像素点1111位于正面。相邻指纹识别芯片111之间具有切割沟道120，以便于在后续切割工艺中进行切割处理。
需要说明的是，相邻两个指纹识别芯片111之间的切割沟道120仅为两个指纹识别芯片111之间预留的用于切割的留白区域，切割沟道120与两侧的指纹识别芯片111之间不具有实际的边界线。
参考图4，在待封装晶圆100的正面上覆盖滤光片112，滤光片112覆盖于指纹识别芯片111的整个表面，获得第一封装结构。
步骤s2：制作单颗的第一组件11。
沿切割沟道120对第一封装结构切割获得多个单颗的第一组件11。切割可以采用切片刀切割或者激光切割，切片刀切割可以采用金属刀或者树脂刀。
步骤s3：制作晶圆级的第二封装结构。
参考图5，在遮光层131上开设上下相通的多个透光孔1311，然后将遮光层131粘贴在第二透光层132的表面。
参考图6，将遮光层134形成在第二透光层132的另一层表面，并在遮光层134上对应透光孔制作多个窗口。
然后对应窗口安装聚光透镜133，每个聚光透镜133分别对应一个透光孔1311，从而获得第二封装结构。
需要注意的是，本实施例中遮光层134和聚光透镜133的制作顺序并不限制，遮光层131和遮光层134的制作顺序本实施例也并不限制。
步骤s4：制作单颗的第二组件。
通过切割工艺，对应沿切割沟道120分割第二封装结构，获得单颗的第二组件13。切割可以采用切片刀切割或者激光切割，切片刀切割可以采用金属刀或者树脂刀。
步骤s5：参考图7，筛选测试合格的第一组件和第二组件，将单颗的第一组件和第二组件分别粘贴于第一透光层相对的两个表面。
粘贴可以通过喷涂、旋涂或者黏贴的工艺形成粘合层，再将第一组件、第二组件和第一透光层相对压合，通过粘合层结合。粘合层既可以实现粘接作用，又可以起到绝缘和密封作用。粘合层可以为高分子粘接材料，例如硅胶、环氧树脂、苯并环丁烯等聚合物材料。
在整个封装工艺中，还可以包括晶圆减薄、焊垫制作、布线层制作等工序，本案不再赘述。
另外，对待封装晶圆进行封装处理后，可以使得后续切割获得的芯片封装结构通过外接凸起(图未示)与外部电路连接。
请参考8，为本发明第二实施例的封装方法的封装过程中形成的中间结构示意图。
与第一实施例不同的是，在切割完成单颗的第二组件13后，第二组件先通过第一透光层12贴合在晶圆级的第一封装结构上；然后再切割第一封装结构，获得单颗第一组件和单颗第二组件结合的封装结构。
在第三实施例的封装方法中，相较于实施例一，先将待封装晶圆100切割成多个单元，然后在每个单元表面镀上滤光片112，形成单颗的第一组件11。在第四实施例的封装方法中，可以先制作晶圆级的第一封装结构和晶圆级的第二封装结构，然后将晶圆级的第一封装结构和晶圆级的第二封装结构分别贴于第一透光层相对的两个表面，最后切割获得单颗的封装结构。
本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。
在本申请案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。
在本申请案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。
在本申请案中，在将元件或组件称为包含于及/或选自所叙述元件或组件列表之处，应理解，所述元件或组件可为所叙述元件或组件中的任一者且可选自由所叙述元件或组件中的两者或两者以上组成的群组。此外，应理解，在不背离本发明教示的精神及范围的情况下，本文中所描述的组合物、设备或方法的元件及/或特征可以各种方式组合而无论本文中是明确说明还是隐含说明。
除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。
除非另外具体陈述，否则本文中单数的使用包含复数(且反之亦然)。此外，除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一(a、an)”及“所述(the)”包含复数形式。另外，在术语“约”的使用在量值之前之处，除非另外具体陈述，否则本发明教示还包括特定量值本身。
应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。
应理解，本发明的各图及说明已经简化以说明与对本发明的清楚理解有关的元件，而出于清晰性目的消除其它元件。然而，所属领域的技术人员将认识到，这些及其它元件可为合意的。然而，由于此类元件为此项技术中众所周知的，且由于其不促进对本发明的更好理解，因此本文中不提供对此类元件的论述。应了解，各图是出于图解说明性目的而呈现且不作为构造图式。所省略细节及修改或替代实施例在所属领域的技术人员的范围内。
可了解，在本发明的特定方面中，可由多个组件替换单个组件且可由单个组件替换多个组件以提供一元件或结构或者执行一或若干给定功能。除了在此替代将不操作以实践本发明的特定实施例之处以外，将此替代视为在本发明的范围内。
尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。

Claims (10)

1.一种指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，包括：
第一透光层，具有相对的第一表面和第二表面；
第一组件，粘贴于第一透光层的第一表面，第一组件包括指纹识别芯片，指纹识别芯片贴近第一透光层的表面具有多个用于采集指纹信息的像素点；
第二组件，粘贴于第一透光层的第二表面，第二组件包括第一遮光层和第二透光层，第一遮光层形成于第二透光层和第一透光层之间，所述第一遮光层上形成有多个透光孔，每个所述透光孔分别对应于一个所述像素点。
2.根据权利要求1所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述第一组件还包括形成于指纹识别芯片和第一透光层之间的滤光片。
3.根据权利要求1所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，滤光片粘贴于指纹识别芯片的表面。
4.根据权利要求1所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述第二组件还包括形成于第二透光层表面的聚光透镜，聚光透镜和第一遮光层分别位于第二透光层相对的两个表面，
每一所述聚光透镜分别对应于一个所述透光孔。
5.根据权利要求1所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述第一遮光层材质为单晶硅、或多晶硅、或非晶硅、或锗化硅、或碳化硅。
6.根据权利要求1所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，所述第一透光层和第二透光层选自为干膜、无机玻璃或有机玻璃。
7.根据权利要求1所述的指纹识别芯片的封装结构，其特征在于，第二组件包括第二遮光层，所述第二遮光层和第一遮光层形成于第二透光层相对的两个表面，
所述第二遮光层上开设有多个窗口，每个窗口分别对应一个所述透光孔。
8.权利要求1至7任一所述指纹识别芯片的封装方法，其特征在于，包括：
提供晶圆级的第一封装结构，该第一封装结构具有多个第一组件，对第一封装结构切割获得多个单颗的第一组件；
提供晶圆级的第二封装结构，该第二封装结构具有多个第二组件，对第二封装结构切割获得多个单颗的第二组件；
提供第一透光层，将单颗的第一组件和单颗的第二组件分别粘贴于第一透光层相对的两个表面。
9.根据权利要求8所述的指纹识别芯片的封装方法，第二封装结构的制作方法包括：
制作具有多个透光孔的第一遮光层；
将第一遮光层结合在第二透光层的一个表面第一遮光层第一遮光层。
10.权利要求1至7任一所述指纹识别芯片的封装方法，其特征在于，包括：
提供晶圆级的第一封装结构，该第一封装结构具有多个第一组件；
提供晶圆级的第二封装结构，该第二封装结构具有多个第二组件，对第二封装结构切割获得多个单颗的第二组件；
提供第一透光层，将晶圆级的第一封装结构和单颗的第二组件分别粘贴于第一透光层相对的两个表面。
对第一封装结构切割获得多个单颗的封装结构。
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