CN111341796A - 一种图像传感器的扇出型封装方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种图像传感器的扇出型封装方法，所述封装方法包括：在透明玻璃盖板一侧形成电连接的多个第一金属柱和多个第二金属柱，其中，所述第一金属柱相对所述第二金属柱靠近所述透明玻璃盖板的边缘；将芯片的多个焊盘分别与多个所述第二金属柱固定，其中，所述芯片的功能面包括多个所述焊盘以及位于多个所述焊盘之间的感光区；在所述芯片的所述功能面的边缘与所述透明玻璃盖板之间形成围坝，所述围坝不覆盖所述感光区；在所述围坝的外围形成塑封层，所述塑封层覆盖至少部分所述第一金属柱以及所述芯片的侧面。通过上述方式，本申请能够创新性的使用扇出型封装工艺来形成图像传感器。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种图像传感器的扇出型封装方法。
背景技术
目前传统的图像传感器封装技术包括：芯片级封装(CSP，Chip Scale Package)、板上芯片封装(COB，Chip On Board)及引线框架封装(FC，Flip Chip)。其中，CSP封装技术使得图像传感器(CIS)芯片与最终的封装尺寸几乎相同，但是由于芯片裸露在外，容易造成腐蚀和损伤裂片；COB和FC封装技术则会导致芯片与最终的封装尺寸差异较大，最终封装形成的图像传感器尺寸较大。因此，有必要提出一种新的封装工艺流程。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种图像传感器的扇出型封装方法，能够创新性的使用扇出型封装工艺来形成图像传感器。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种图像传感器的扇出型封装方法，所述封装方法包括：在透明玻璃盖板一侧形成电连接的多个第一金属柱和多个第二金属柱，其中，所述第一金属柱相对所述第二金属柱靠近所述透明玻璃盖板的边缘；将芯片的多个焊盘分别与多个所述第二金属柱固定，其中，所述芯片的功能面包括多个所述焊盘以及位于多个所述焊盘之间的感光区；在所述芯片的所述功能面的边缘与所述透明玻璃盖板之间形成围坝，所述围坝不覆盖所述感光区；在所述围坝的外围形成塑封层，所述塑封层覆盖至少部分所述第一金属柱以及所述芯片的侧面。
其中，所述围坝位于所述第二金属柱与所述第一金属柱之间的区域，且在所述透明玻璃盖板至所述芯片方向上，所述围坝的竖截面为梯形或矩形。
其中，所述在透明玻璃盖板一侧形成电连接的多个第一金属柱和多个第二金属柱，包括：在所述透明玻璃盖板一侧形成金属种子层；利用蚀刻的方式图案化所述金属种子层；利用电镀的方式在图案化的所述金属种子层上形成多个所述第一金属柱和多个所述第二金属柱，其中，所述第一金属柱通过图案化的所述金属种子层与所述第二金属柱电连接。
其中，所述在透明玻璃盖板一侧形成电连接的多个第一金属柱和多个第二金属柱，包括：在所述透明玻璃盖板一侧形成金属种子层；利用蚀刻的方式图案化处于内侧区域的所述金属种子层；利用电镀的方式在图案化的内侧区域的所述金属种子层上形成多个所述第二金属柱；利用蚀刻的方式图案化处于外侧区域的所述金属种子层；利用电镀的方式在图案化的外侧区域的所述金属种子层上形成多个所述第一金属柱，其中，所述第一金属柱通过图案化的所述金属种子层与所述第二金属柱电连接。
其中，所述金属种子层的材质为金、银、铜中至少一种。
其中，所述第一金属柱的高度大于等于所述第二金属柱的高度与所述芯片厚度之和。
其中，在所述围坝的外围形成塑封层，所述塑封层覆盖至少部分所述第一金属柱以及所述芯片的侧面包括：在所述围坝的外围形成所述塑封层，所述塑封层完全覆盖所述第一金属柱、所述芯片的侧面以及所述芯片的非功能面一侧；研磨所述塑封层远离所述透明玻璃盖板一侧，以使得所述第一金属柱从所述塑封层中露出。
其中，所述研磨所述塑封层远离所述透明玻璃盖板一侧，以使得所述第一金属柱从所述塑封层中露出之后，所述封装方法还包括：在所述塑封层远离所述透明玻璃盖板一侧形成再布线层，所述再布线层与所述第一金属柱电连接；在所述再布线层远离所述塑封层一侧形成球下金属层；在所述球下金属层上形成焊球。
其中，所述在透明玻璃盖板一侧形成电连接的多个第一金属柱和多个第二金属柱之前，所述封装方法包括：在支撑板上贴附一层可剥离层；在所述可剥离层上贴附所述透明玻璃盖板；所述在所述球下金属层上形成焊球之后，所述封装方法包括：去除所述可剥离层以及所述支撑板。
其中，所述第二金属柱为圆柱体、棱柱体、锥形体中任意一种，所述第一金属柱为圆柱体、棱柱体中任意一种。
本申请的有益效果是：本申请创新性的使用扇出型封装工艺制备图像传感器，相对于传统的CSP封装技术，本申请所提供的封装方法可以利用塑封层将芯片周围进行保护，降低芯片被腐蚀和损伤的概率；且本申请最终形成的图像传感器的尺寸与其内部的芯片尺寸大致相当，图像传感器的尺寸远小于使用COB和FC封装技术形成的同类产品的尺寸，具有更高的集成度。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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。其中：
图1为本申请图像传感器的扇出型封装方法一实施方式的流程示意图；
图2a为图1中步骤S101对应的一实施方式的结构示意图；
图2b为图1中步骤S102对应的一实施方式的结构示意图；
图2c为图1中步骤S103对应的一实施方式的结构示意图；
图2d为图1中步骤S104对应的一实施方式的结构示意图；
图3为图1中步骤S101对应的一实施方式的流程示意图；
图4为图1中步骤S101对应的另一实施方式的流程示意图；
图5为图1中步骤S104之后本申请图像传感器的扇出型封装方法一实施方式的流程示意图；
图6a为图5中步骤S401对应的一实施方式的结构示意图；
图6b为图5中步骤S402对应的一实施方式的结构示意图；
图6c为图5中步骤S403对应的一实施方式的结构示意图；
图7为本申请图像传感器一实施方式的结构示意图；
图8为本申请图像传感器一实施方式的爆炸示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
请参阅图1，图1为本申请图像传感器的扇出型封装方法一实施方式的流程示意图，该扇出型封装方法包括：
S101：在透明玻璃盖板10一侧形成电连接的多个第一金属柱12和多个第二金属柱14，其中，第一金属柱12相对第二金属柱14靠近透明玻璃盖板10的边缘。
具体地，请参阅图2a，图2a为图1中步骤S101对应的一实施方式的结构示意图。在本实施例中，第一金属柱12和第二金属柱14的材质可以相同，例如，可以均为铜等。多个第一金属柱12可以呈环形排布，多个第二金属柱14也可呈环形排布，且多个第二金属柱14相当于位于多个第一金属柱12所形成的环形内部。第二金属柱14可以为圆柱体、棱柱体、锥形体中任意一种，第一金属柱12可以为圆柱体、棱柱体中任意一种。
在一个实施方式中，请参阅图3，图3为图1中步骤S101对应的一实施方式的流程示意图，上述步骤S101具体包括：
S201：在透明玻璃盖板10一侧形成金属种子层16；此时金属种子层16可以铺满透明玻璃盖板10一侧。且金属种子层16的材质可以为金、银、铜中至少一种，形成金属种子层16的工艺可以为溅射工艺或物理气相沉积工艺等。
S202：利用蚀刻的方式图案化金属种子层16；例如，可以利用光照蚀刻的方式根据电路走线设计的图案在金属种子层16上蚀刻出需要的图形。图案化之后的金属种子层16的结构可以如图2a中所示。
S203：利用电镀的方式在图案化的金属种子层16上形成多个第一金属柱12和多个第二金属柱14，其中，第一金属柱12通过图案化的金属种子层16与第二金属柱14电连接；在本实施例中，第一金属柱12和第二金属柱14可以先后电镀形成，本申请对此不作限定。
上述实现步骤S101的过程较为简单，且易于实现。
当然，在其他实施方式中，实现上述步骤S101的过程也可为其他，例如，请参阅图4，图4为图1中步骤S101对应的另一实施方式的流程示意图，上述步骤S101具体包括：
S301：在透明玻璃盖板10一侧形成金属种子层16。此时金属种子层16可以铺满透明玻璃盖板10一侧。且金属种子层16的材质可以为金、银、铜中至少一种，形成金属种子层16的工艺可以为溅射工艺或物理气相沉积工艺等。
S302：利用蚀刻的方式图案化处于内侧区域的金属种子层16。例如，可以利用光照蚀刻的方式根据电路走线设计的图案在处于内侧区域的金属种子层16上蚀刻出需要的图形。其中，内侧区域可以是第二金属柱14所处的区域及以内。或者，内侧区域可以是第一金属柱12以内的区域，但不包括第一金属柱12所处的区域。
S303：利用电镀的方式在图案化的内侧区域的金属种子层16上形成多个第二金属柱14。
S304：利用蚀刻的方式图案化处于外侧区域的金属种子层16。例如，可以利用光照蚀刻的方式根据电路走线设计的图案在处于外侧区域的金属种子层16上蚀刻出需要的图形。其中，当内侧区域是第二金属柱14所处的区域及以内时，外侧区域可以是第二金属柱14以外的区域，但不包括第二金属柱14所处的区域。当内侧区域是第一金属柱12以内的区域，但不包括第一金属柱12所处的区域时，外侧区域可以是第一金属柱12所处的区域及以外。此外，在进行该步骤S304时，需要利用干膜(例如掩膜层等)将已经图案化的内侧区域的金属种子层16和第二金属柱14予以保护。
S305：利用电镀的方式在图案化的外侧区域的金属种子层16上形成多个第一金属柱12，其中，第一金属柱12通过图案化的金属种子层16与第二金属柱14电连接。此外，在该步骤S305之后，还可通过蚀刻的方式将上述步骤S304中干膜去除，以使得所有图案化的金属种子层16以及第二金属柱14露出。
S102：将芯片18的多个焊盘180分别与多个第二金属柱14固定，其中，芯片18的功能面182包括多个焊盘180以及位于多个焊盘180之间的感光区184。
具体地，请参阅图2b，图2b为图1中步骤S102对应的一实施方式的结构示意图。芯片18为感光芯片，其功能面182的感光区184可以将外部光线转化成相应的电信号后输出。进一步，芯片18的功能面182上还可设置有再布线层和导电柱，其中，再布线层位于芯片18的功能面182一侧，且与焊盘180电连接；导电柱可以位于再布线层上，且与再布线层电连接。后续导电柱可以与第二金属柱14焊接固定。
S103：在芯片18的功能面182的边缘与透明玻璃盖板10之间形成围坝11，围坝11不覆盖感光区184。
具体地，请参阅图2c，图2c为图1中步骤S103对应的一实施方式的结构示意图。优选地，围坝11位于第二金属柱14与第一金属柱12之间的区域，且在透明玻璃盖板10至芯片18方向上，围坝11的竖截面为梯形或矩形。上述实现步骤S103的具体过程可以为：在芯片18的四周涂覆一圈低流动性的围坝胶，以形成围坝，保护芯片18的感光区184和芯片18与第二金属柱14的焊接区。
S104：在围坝11的外围形成塑封层13，塑封层13覆盖至少部分第一金属柱12以及芯片18的侧面。
具体地，请参阅图2d，图2d为图1中步骤S104对应的一实施方式的结构示意图。该塑封层13的材质可以为环氧树脂等，可以利用压合工艺形成上述塑封层13。此时围坝11内部被空气填充。
在本实施例中，第一金属柱12的高度d1大于等于第二金属柱14的高度与芯片18厚度之和d2。该设计方式可以使得后续第一金属柱12从塑封层13中露出较为方便。例如，上述步骤S104具体包括：在围坝11的外围形成塑封层13，塑封层13完全覆盖第一金属柱12、芯片18的侧面以及芯片18的非功能面186一侧；研磨塑封层13远离透明玻璃盖板10一侧，以使得第一金属柱12从塑封层13中露出，最终形成的第一金属柱12与塑封层13齐平。当第一金属柱12的高度d1大于第二金属柱14的高度与芯片18厚度之和d2时，芯片18的非功能面186一侧仍被塑封层13覆盖，进而使得芯片18形成六面保护结构。
进一步，请参阅图5，图5为图1中步骤S104之后本申请图像传感器的扇出型封装方法一实施方式的流程示意图。上述步骤S104中研磨塑封层13远离透明玻璃盖板10一侧，以使得第一金属柱12从塑封层13中露出之后，本申请所提供的扇出型封装方法还包括：
S401：在塑封层13远离透明玻璃盖板10一侧形成再布线层15，再布线层15与第一金属柱12电连接。
具体地，请参阅图6a，图6a为图5中步骤S401对应的一实施方式的结构示意图。在本实施例中，上述步骤S401的具体实现过程可以为：在塑封层13远离透明玻璃盖板10一侧形成第一钝化层150，第一钝化层150对应第一金属柱12的位置设置有第一开口；在第一开口内以及邻近第一开口的第一钝化层150的表面形成第一金属层152。此时第一钝化层150和第一金属层152形成再布线层15。当然，在其他实施例中，再布线层15也可包括多组第一钝化层150和第一金属层152。
S402：在再布线层15远离塑封层13一侧形成球下金属层17。
具体地，请参阅图6b，图6b为图5中步骤S402对应的一实施方式的结构示意图。在本实施例中，上述步骤S402的具体实现过程可以为：在再布线层15一侧形成第二钝化层170，第二钝化层170对应第一金属层152的位置设置有第二开口；在第二开口内以及邻近第二开口的第二钝化层170的表面形成第二金属层172。此时第二钝化层170和第二金属层172形成球下金属层17。
S403：在球下金属层17上形成焊球19。
具体地，请参阅图6c，图6c为图5中步骤S403对应的一实施方式的结构示意图。在本实施例中，可以通过植球机在球下金属层17上形成焊球19。
在又一个实施方式中，为了降低透明玻璃盖板10以及芯片18在制备过程中损坏的概率，请再次参阅图2a，在上述步骤S101之前，本申请所提供的扇出型封装方法还包括：在支撑板20上贴附一层可剥离层(图未示)；在可剥离层上贴附透明玻璃盖板10。进一步，请参阅图7，图7为本申请图像传感器一实施方式的结构示意图。在上述步骤S403之后，本申请所提供的扇出型封装方法还包括：去除可剥离层以及支撑板20。当形成的塑封体中包含多个芯片18上，上述去除可剥离层以及支撑板20之后，还可进行切割过程，以获得包括单颗芯片18的图像传感器。
在一个优选实施方式中，上述扇出型封装方法的具体过程包括：A、准备一块支撑板和透明玻璃盖板，并在支撑板和透明玻璃盖板之间贴敷一层可剥离层，用以后期剥离支撑板用。B、在透明玻璃盖板上形成一层金属种子层，并用光照蚀刻的方法，根据电路走线设计的图案在金属种子层上蚀刻出需要的图形。C、通过电镀的方式生长出第一金属柱和第二金属柱，且第一金属柱位于第二金属柱的外围，第一金属柱的高度大于第二金属柱的高度与芯片厚度之和。D、将芯片倒装焊接在第二金属柱上。E、在芯片四周涂覆一圈低流动性围坝胶，以形成围坝保护芯片的感光区和焊接区。F、对已完成上述步骤的产品进行晶圆级塑封，其中围坝内部区域内为空气。G、对塑封层进行磨削，直到第一金属柱露出。由于高度原因，芯片仍被塑封层覆盖。H、根据电路设计，在塑封层表面按制作一层或多层再布线层，然后制作球下金属层，并在球下金属层上植焊球。I、沿可剥离层去掉支撑板，并清楚残余可剥离层，露出透明玻璃盖板。J、对上述封装体进行切割，以获得包含单颗芯片的图像传感器。
下面从结构的角度，对利用上述扇出型封装方法形成的图像传感器作进一步说明。请一并参阅图7和图8，图8为本申请图像传感器一实施方式的爆炸示意图。该图像传感器包括：
透明玻璃盖板10，其一侧设置有电连接的多个第一金属柱12和多个第二金属柱14，且第一金属柱12相对第二金属柱14靠近透明玻璃盖板10的边缘。在本实施例中，第一金属柱12和第二金属柱14的材质可以相同，例如，可以均为铜等。多个第一金属柱12可以呈环形排布，多个第二金属柱14也可呈环形排布，且多个第二金属柱14相当于位于多个第一金属柱12所形成的环形内部。第二金属柱14为圆柱体、棱柱体、锥形体中任意一种，第一金属柱12为圆柱体、棱柱体中任意一种。此外，在本实施例中，透明玻璃盖板10一侧表面设置有图案化的金属种子层16，第一金属柱12通过图案化的金属种子层16与第二金属柱14电连接。另外，上述图案化的金属种子层16的外围边缘与透明玻璃盖板10的边缘之间可以设置有绝缘层22，以保证器件在制备过程中的稳定性。
芯片18，位于透明玻璃盖板10设置有第一金属柱12和第二金属柱14一侧，包括相对设置的功能面182和非功能面186，功能面182设置有多个焊盘180以及位于多个焊盘180之间的感光区184；其中，焊盘180与第二金属柱14固定。
围坝11，位于芯片18的功能面182的边缘与透明玻璃盖板10之间，且围坝11不覆盖感光区184；此时围坝11的内部可以填充有空气。优选地，围坝11位于第二金属柱14与第一金属柱12之间的区域。在透明玻璃盖板10至芯片18方向上，围坝11的竖截面为梯形或矩形。
塑封层13，位于围坝11的外围，且覆盖至少部分第一金属柱12以及芯片18的侧面。
在一个实施方式中，上述第一金属柱12的高度大于等于第二金属柱14的高度与芯片18厚度之和。优选地，第一金属柱12的高度大于第二金属柱14的高度与芯片18厚度之和。该方式可以使得芯片18的六面均被保护。
此外，在本实施例中，第一金属柱12远离透明玻璃盖板10的一侧表面与塑封层13远离透明玻璃盖板10的一侧表面齐平，以使得第一金属柱12从塑封层13中露出。
请再次参阅图7和图8，本申请所提供的图像传感器还包括再布线层15、球下金属层17和焊球19。其中，再布线层15位于塑封层13远离透明玻璃盖板10一侧，且与第一金属柱12电连接；在本实施例中，再布线层15可以包括第一钝化层150和第一金属层152。第一钝化层150覆盖塑封层13远离透明玻璃盖板10一侧，且第一钝化层150对应第一金属柱12的位置设置有第一开口；第一金属层152覆盖第一开口内部以及邻近第一开口的第一钝化层150的表面。球下金属层17位于再布线层15远离透明玻璃盖板10一侧；在本实施例中，球下金属层17可以包括第二钝化层170以及第二金属层172，第二钝化层170覆盖第一金属层152，且对应第一金属层152的位置设置有第二开口；第二金属层172覆盖第二开口内部以及邻近第二开口的第二钝化层170的表面。焊球19位于球下金属层17远离透明玻璃盖板10一侧。
以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种图像传感器的扇出型封装方法，其特征在于，所述封装方法包括：
在透明玻璃盖板一侧形成电连接的多个第一金属柱和多个第二金属柱，其中，所述第一金属柱相对所述第二金属柱靠近所述透明玻璃盖板的边缘；
将芯片的多个焊盘分别与多个所述第二金属柱固定，其中，所述芯片的功能面包括多个所述焊盘以及位于多个所述焊盘之间的感光区；
在所述芯片的所述功能面的边缘与所述透明玻璃盖板之间形成围坝，所述围坝不覆盖所述感光区；
在所述围坝的外围形成塑封层，所述塑封层覆盖至少部分所述第一金属柱以及所述芯片的侧面。
2.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，
所述围坝位于所述第二金属柱与所述第一金属柱之间的区域，且在所述透明玻璃盖板至所述芯片方向上，所述围坝的竖截面为梯形或矩形。
3.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述在透明玻璃盖板一侧形成电连接的多个第一金属柱和多个第二金属柱，包括：
在所述透明玻璃盖板一侧形成金属种子层；
利用蚀刻的方式图案化所述金属种子层；
利用电镀的方式在图案化的所述金属种子层上形成多个所述第一金属柱和多个所述第二金属柱，其中，所述第一金属柱通过图案化的所述金属种子层与所述第二金属柱电连接。
4.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，所述在透明玻璃盖板一侧形成电连接的多个第一金属柱和多个第二金属柱，包括：
在所述透明玻璃盖板一侧形成金属种子层；
利用蚀刻的方式图案化处于内侧区域的所述金属种子层；
利用电镀的方式在图案化的内侧区域的所述金属种子层上形成多个所述第二金属柱；
利用蚀刻的方式图案化处于外侧区域的所述金属种子层；
利用电镀的方式在图案化的外侧区域的所述金属种子层上形成多个所述第一金属柱，其中，所述第一金属柱通过图案化的所述金属种子层与所述第二金属柱电连接。
5.根据权利要求3或4所述的封装方法，其特征在于，
所述金属种子层的材质为金、银、铜中至少一种。
6.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，
所述第一金属柱的高度大于等于所述第二金属柱的高度与所述芯片厚度之和。
7.根据权利要求6所述的封装方法，其特征在于，在所述围坝的外围形成塑封层，所述塑封层覆盖至少部分所述第一金属柱以及所述芯片的侧面包括：
在所述围坝的外围形成所述塑封层，所述塑封层完全覆盖所述第一金属柱、所述芯片的侧面以及所述芯片的非功能面一侧；
研磨所述塑封层远离所述透明玻璃盖板一侧，以使得所述第一金属柱从所述塑封层中露出。
8.根据权利要求7所述的封装方法，其特征在于，所述研磨所述塑封层远离所述透明玻璃盖板一侧，以使得所述第一金属柱从所述塑封层中露出之后，所述封装方法还包括：
在所述塑封层远离所述透明玻璃盖板一侧形成再布线层，所述再布线层与所述第一金属柱电连接；
在所述再布线层远离所述塑封层一侧形成球下金属层；
在所述球下金属层上形成焊球。
9.根据权利要求8所述的封装方法，其特征在于，
所述在透明玻璃盖板一侧形成电连接的多个第一金属柱和多个第二金属柱之前，所述封装方法包括：在支撑板上贴附一层可剥离层；在所述可剥离层上贴附所述透明玻璃盖板；
所述在所述球下金属层上形成焊球之后，所述封装方法包括：去除所述可剥离层以及所述支撑板。
10.根据权利要求1所述的封装方法，其特征在于，
所述第二金属柱为圆柱体、棱柱体、锥形体中任意一种，所述第一金属柱为圆柱体、棱柱体中任意一种。
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