CN111524981B - 芯片封装结构及芯片封装方法 - Google Patents
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Abstract
本申请提供一种芯片封装结构及芯片封装方法，涉及芯片封装技术领域。具体的，本申请通过在基板上下两端分别设置一透光玻璃，使光线可从基板顶部的透光玻璃到达感光芯片上表面的感光区，实现基板顶部光线传感功能，同时，光线可从基板底部的透光玻璃到达感光芯片下表面的感光区，实现基板底部光线传感功能，从而，得到的芯片封装结构可以实现感光芯片双面传感成像，有利于具备更多集成图像处理功能，在应用于图像处理设备时，可大幅缩小设备组装尺寸。
Description
技术领域
本申请涉及芯片封装技术领域，具体而言，涉及一种芯片封装结构及芯片封装方法。
背景技术
芯片的封装起到安放、固定、密封、保护芯片和增强电热性能的作用，而且还作为沟通芯片内部世界与外部电路的桥梁。传统图像传感芯片的封装结构主要是将图像传感芯片放置于基板上，利用打线方式将芯片与基板连接，再将透光玻璃通过点胶粘贴设置于芯片的上方，达到透光目的，然后塑封保护叠装后的芯片和基板，完成图像传感芯片的封装。
采用传统图像传感芯片的封装结构，仅能够在单面进行感光，无法实现图像传感器双向传感，功能较为单一。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种芯片封装结构及芯片封装方法，能够实现图像传感器双面成像，进而可有利于缩小设备组装尺寸。
第一方面，本申请实施例提供一种芯片封装结构，包括：
一基板，其上开设贯穿其上、下表面的透光孔，在所述透光孔的两内侧壁面上依次设置有第一台阶以及第二台阶；
一第一玻璃，其设置于第一台阶上；
一感光芯片，其设置于第二台阶上，所述感光芯片的上表面和下表面均设有一感光区，下表面的感光区与第一玻璃正对，上表面的感光区与第二玻璃正对；
一第二玻璃，其设置于所述基板的上表面并将所述透光孔遮挡；
其中，光线通过第一玻璃到达感光芯片下表面的感光区，通过第二玻璃到达感光芯片上表面的感光区。
本申请通过在基板上下两端分别设置一透光玻璃，使光线可从基板顶部的透光玻璃到达感光芯片上表面的感光区，实现基板顶部光线传感功能，同时，光线可从基板底部的透光玻璃到达感光芯片下表面的感光区，实现基板底部光线传感功能，从而，得到的芯片封装结构可以实现感光芯片双面传感成像，有利于具备更多集成图像处理功能，在应用于图像处理设备时，可大幅缩小设备组装尺寸。
可选的，在所述基板的两相对的侧壁面上分别形成有一与所述透光孔连通的开口；第一玻璃的两相对边分别插设在两个所述开口中。
可选的，所述第一台阶上填充有密封胶，以固定所述第一玻璃；所述密封胶为热塑性材质。
本申请通过在基板内部设置第一台阶，以利用密封胶将透光玻璃固定于基板内部，实现加热玻璃底部密封胶后，将玻璃从基板侧面拆卸，使基板内部的第一玻璃具备可拆卸性，有利于其损坏时进行更换，降低芯片的维护成本。
可选的，所述感光芯片与所述基板上的线路结构通过导线电连接。
可选的，所述封装结构还包括：设置于基板下表面的金属球，所述金属球与基板上的线路结构电连接。
第二方面，本申请实施例提供一种芯片封装方法，包括：
提供一封装基板，所述封装基板包括多个封装区域，每个封装区域内开设有贯穿其上、下表面的透光孔，在所述透光孔的两内侧壁面上依次设置有第一台阶以及第二台阶；
在第一台阶上贴装第一玻璃；
在第二台阶上贴装感光芯片，并将感光芯片与封装区域内的线路结构电连接，所述感光芯片的上表面和下表面均设有一感光区；
在封装区域的上表面贴装第二玻璃；
对封装基板进行切割操作，以得到多个芯片封装结构。
本申请依次贴装第一玻璃、感光芯片和第二玻璃，感光芯片位于两透光玻璃之间，且其上下感光区分别与一透光玻璃正对，从而光线从基板底部或者基板顶部均可到达感光芯片的感光区，实现感光芯片双面传感成像。
可选的，所述方法还包括：
取第一基板放置于底部，对第一基板的中间区域进行挖槽，形成贯穿其上、下表面的第一透光孔；
在第一基板的上表面层压第二基板，并对第二基板的中间区域进行挖槽，形成具有高度差的第一台阶以及第二台阶，第一台阶与第二台阶呈上大下小的阶梯状，第一台阶的台阶面与第一透光孔的内侧壁面相接；
在第二基板的上表面层压第三基板，对第三基板的中间区域进行挖槽，槽体的侧壁面与第二台阶的台阶面相接，从而得到所述封装基板。
本申请中的封装基板可由三层基板层压制得，依次在封装基板内部开设底部透光孔、第一台阶和第二台阶，以用于放置透光玻璃和感光芯片。
可选的，在第一台阶上贴装第一玻璃，包括：在第一台阶上划密封胶，在密封胶上贴装第一玻璃，以将第一玻璃固定在第一台阶上；在封装区域的上表面贴装第二玻璃，包括：在封装区域的上表面划密封胶，在密封胶上贴装第二玻璃，以将第二玻璃固定在封装基板的上表面；其中，所述密封胶为热塑性材质。
本申请利用密封胶对透光玻璃进行固定，且利用密封胶的热塑性，通过加热密封胶实现透光玻璃的拆卸。
可选的，对封装基板进行切割操作，包括：
对封装基板进行切割，以在封装区域的相对的两切割面上分别形成一与所述透光孔连通的开口，第一玻璃的两相对边分别插设在两个所述开口中，从而得到芯片封装结构。
由于切割后，第一玻璃的两相对边分别从基板的两侧壁面露出，在加热密封胶后，第一玻璃可从基板侧边拆卸。
可选的，对封装基板进行切割操作之前，所述方法还包括：
在封装基板的下表面进行植球工艺，以在封装区域下表面形成金属球，所述金属球与封装区域上的线路结构电连接。
综上所述，本申请实施例提供的芯片封装结构及芯片封装方法具有如下有益效果：
1、通过在基板上下两端分别设置一透光玻璃，使光线可从基板顶部的透光玻璃到达感光芯片上表面的感光区，实现基板顶部光线传感功能，同时，光线可从基板底部的透光玻璃到达感光芯片下表面的感光区，实现基板底部光线传感功能，从而，得到的芯片封装结构可以实现感光芯片双面传感成像，有利于具备更多集成图像处理功能，在应用于图像处理设备时，可大幅缩小设备组装尺寸。
2、在基板内部设置第一台阶，以利用密封胶将透光玻璃固定于基板内部，通过基板切割后漏出透光玻璃侧边，实现加热透光玻璃底部密封胶后，将透光玻璃从基板侧面拆卸，使基板内部的透光玻璃具备可拆卸性，有利于其损坏时进行更换，降低感光芯片的维护成本。
为使本申请实施例所要实现的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本申请实施例提供的芯片封装结构的侧视图；
图2为本申请实施例提供的芯片封装结构的另一侧视图；
图3为本申请实施例提供的芯片封装方法的工艺流程图；
图4为本申请实施例提供的芯片封装方法中基板制程的流程图；
图5为本申请实施例提供的基板制程的结构示意图；
图6为本申请实施例提供的基板制程的另一结构示意图；
图7为本申请实施例提供的基板制程的另一结构示意图。
图标：100-基板；110-透光孔；111-第一台阶；112-第二台阶；120-第一玻璃；130-感光芯片；131-上表面的感光区；132-下表面的感光区；140-第二玻璃；150-导线；160-金属球；310-第一基板；311-第一透光孔；320-第二基板；330-第三基板。
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描述。
本申请实施例提供一种芯片封装结构，可实现图像传感器双面成像。图1~图2示出了该芯片封装结构的侧视图，如图1~图2所示，该芯片封装结构包括：
一基板100，其上开设贯穿其上、下表面的透光孔110，在透光孔110的两内侧壁面上依次设置有第一台阶111以及第二台阶112；
两内侧壁面上的两第一台阶正对，两内侧壁面上的两第二台阶正对。
一第一玻璃120，其设置于第一台阶111上；
一感光芯片130，其设置于第二台阶112上，感光芯片130的上表面和下表面均设有一感光区，下表面的感光区132与第一玻璃120正对，上表面的感光区131与第二玻璃140正对；
一第二玻璃140，其设置于基板100的上表面并将透光孔110遮挡。
第一玻璃120和第二玻璃140为透光玻璃，其具有较高的透光率，比如透光率大于90%。第一玻璃120和第二玻璃140分别设置于透光孔110的两端，并将透光孔110遮挡，从而在基板100内部形成密封的腔体。感光芯片130为图像传感芯片，其设置于该密封的腔体内，并位于第一玻璃120与第二玻璃140之间。感光芯片130的上、下表面分别设置有一感光区，其上表面的感光区131与第二玻璃140正对，光线从基板顶部入射，进入第二玻璃140，并通过第二玻璃140到达感光芯片上表面的感光区131，实现图像传感器顶部光线传感功能，其下表面的感光区132与第一玻璃120正对，光线从基板底部入射，通过透光孔110进入第一玻璃120，然后穿过第一玻璃120到达感光芯片下表面的感光区132，实现图像传感器底部光线传感功能。
本实施例通过在透光孔110两端设置第一玻璃120和第二玻璃140，第一玻璃120放置于基板100内部的第一台阶111，第二玻璃140放置于基板100表面层，实现感光芯片双面传感封装，得到芯片封装结构。该芯片封装结构可实现双面成像，有利于具备更多集成图像处理功能，在应用于图像处理设备时，可大幅缩小设备组装尺寸。
在封装工艺中，在将第二玻璃140设置于基板100的上表面时，利用密封胶将第二玻璃140贴装于基板100上表面，以固定第二玻璃140，从而在第二玻璃140与基板100上表面之间形成密封胶体。密封胶采用吸光、热塑性材质，通过材质的吸光性避免顶部光线进入第二玻璃140后在密封胶处产生散射、折射或反射，通过材质的热塑性使第二玻璃140具有可拆卸性。
由于第二玻璃140设置于基板上表面，且用于固定第二玻璃140的密封胶具有热塑性，在对密封胶进行加热后，密封胶变软以至流动，第二玻璃140可以与基板上表面发生相对位移，并从基板上表面直接拆下，有利于第二玻璃的更换。在拆卸后，如果需安装新的第二玻璃，则在基板上表面重新填充密封胶，并再次贴装新的第二玻璃，待密封胶冷却变硬后，形成新的密封胶体，新的第二玻璃再次被固定于基板上表面，完成第二玻璃的安装。在第二玻璃140出现损坏时，只需加热密封胶、拆卸第二玻璃、填充新的密封胶、贴装新的第二玻璃，即可实现第二玻璃140的更换。
可选的，在基板100的两相对的侧壁面上分别形成有一与透光孔110连通的开口（图未示出）；第一玻璃120的两相对边分别插设在两个开口中。由于第一玻璃120设置于基板100内部，通过常规封装手段不便于其更换，因此，将第一玻璃120的两相对边的边缘通过相应的开口设置于基板100侧壁面，使第一玻璃120并非完全密封于基板100内部，而是可以从基板100侧壁面推出，实现其拆卸。
为便于第一玻璃120的固定与拆卸，在封装工艺中，在第一台阶111上填充密封胶，并将第一玻璃120贴装在密封胶上，从而在第一玻璃120与第一台阶111之间形成密封胶体。此处所用的密封胶同样具有吸光、热塑性。在需要更换第一玻璃120时，加热熔化密封胶，此时第一玻璃120可在基板100内部进行移动，可以便捷地将第一玻璃120从基板100侧壁面推出，在完成拆卸后，在第一台阶111上填充新的密封胶，从基板100的其中一个侧壁面的开口处推入新的第一玻璃，待胶水冷却后完成安装。
可选的，感光芯片130与基板100上的线路结构通过导线150电连接。导线150包括但不限于金线、铜线、合金线等。
可选的，在基板100的下表面设有用于导电的金属球160，如锡球，金属球160与基板100上的线路结构电连接。
本申请实施例提供一种芯片封装方法，用于对感光芯片进行封装，以得到上述芯片封装结构。图3示出了该芯片封装方法的流程图，如图3所示，该方法包括：
步骤210：提供一封装基板，封装基板包括多个封装区域，每个封装区域内开设有贯穿其上、下表面的透光孔，在透光孔的两内侧壁面上依次设置有第一台阶以及第二台阶。
提供一封装基板，该封装基板可由三层基板层压制得。封装基板内部设有底部透光孔、第一台阶和第二台阶。对于封装基板的制作，图4示出了一种基板制程的流程图，图5~图7为基板制程的结构示意图，如图4所示，本实施例提供的基板制程如下：
步骤211：取第一基板放置于底部，对第一基板的中间区域进行挖槽，形成贯穿其上、下表面的第一透光孔。
如图5中（a），取第一基板310放置于底部。然后，如图5中（b），利用激光挖槽对基板进行中间挖槽，得到基板底部透光孔（第一透光孔311），光线可通过底部透光孔进入基板内部。其中，三层基板均可采用聚丙烯板材。
步骤212：在第一基板的上表面层压第二基板，并对第二基板的中间区域进行挖槽，形成具有高度差的第一台阶以及第二台阶，第一台阶与第二台阶呈上大下小的阶梯状，第一台阶的台阶面与第一透光孔的内侧壁面相接。
如图6，在第一基板310的上方再次层压一层第二基板320，将不需要激光挖槽的区域使用基板保护膜进行保护，通过激光挖槽对第二基板320进行中间挖槽，从而在第一基板和第二基板上形成上大下小的阶梯状台阶，包括第一台阶111和第二台阶112。第一台阶111包括台阶面及台阶侧面，第一台阶111的台阶面与第一台阶111的台阶侧面相接，第二台阶112包括台阶面及台阶侧面，第二台阶112的台阶面与第二台阶112的台阶侧面相接。第一透光孔311的内侧壁面作为第一台阶111的台阶侧面，即第一台阶111的台阶面与第一透光孔的内侧壁面相接。第二基板320的上表面作为第二台阶112的台阶面。第二台阶112的台阶侧面与第一台阶111的台阶面相接。
步骤213：在第二基板的上表面层压第三基板，对第三基板的中间区域进行挖槽，槽体的侧壁面与第二台阶的台阶面相接，从而得到封装基板。
如图7，在形成第一台阶111和第二台阶112后，去除基板保护膜，并在第二基板320的上表面再次层压一层第三基板330，将不需要激光挖槽的区域使用基板保护膜保护，利用激光挖槽对第三基板330进行中间挖槽，挖槽区域的大小大于第二基板的挖槽区域的大小，在第三基板330的中间区域形成挖槽后的槽体，槽体的侧壁面与第二台阶112的台阶面相接。经步骤211~213，完成基板制程。
该基板制程可由基板厂制作完成，也可以作为封装的前道工艺，由基板厂提供多层基板，在封装厂中制作完成。
在步骤210提供封装基板后，继续步骤220：在第一台阶上贴装第一玻璃。
具体的，在第一基板的表面（即第一台阶的台阶面）划密封胶，在密封胶上贴装第一玻璃，以将第一玻璃固定在第一台阶上，完成玻璃放置。从而实现光线从基板底部的透光孔进入第一玻璃，以实现图像传感器底部光线传感功能。
步骤230：在第二台阶上贴装感光芯片，并将感光芯片与封装区域内的线路结构电连接。
感光芯片的上表面和下表面均设有一感光区，下表面的感光区与第一玻璃正对，上表面的感光区与第二玻璃正对。在第二台阶上贴装感光芯片并打线，将感光芯片与封装基板通过导线相连，实现将感光芯片与封装基板上的线路相连。
步骤240：在封装区域的上表面贴装第二玻璃。
在封装区域的上表面划密封胶，在密封胶上贴装第二玻璃，以将第二玻璃固定在封装基板的上表面。从而实现光线从基板顶部的第二玻璃进入基板内部，并到达感光芯片上表面的感光区，以实现图像传感器顶部光线传感功能。
步骤250：对封装基板进行切割操作，以得到多个芯片封装结构。
在贴装第二玻璃后，在封装基板的下表面进行植球工艺，如植锡球，以在封装区域下表面形成金属球，金属球与封装区域上的线路结构电连接。在基板表面进行植球后，利用切割机台，将封装基板切割成单颗产品，获得多个芯片封装结构。
切割机台沿基板切割道进行基板切割，在一种可能的设计中，第二玻璃的边缘设计于基板切割道上。通过基板切割后，在得到的单颗产品的两相对的侧壁面上露出第一玻璃的边缘，从而在封装区域的相对的两切割面上分别形成一与基板底部的透光孔连通的开口，第一玻璃的两相对边分别插设在两个开口中，使得第一玻璃可以从基板侧壁面上拆卸。可以理解的是，第一玻璃的边缘也可以超出基板切割道的范围。
由于第二玻璃设置于封装基板上表面，通过密封胶可以十分方便地进行拆卸，因此在此对第二玻璃的边缘位置设计不进行限定。
本实施例中的芯片封装方法所涉及的工艺流程包括：
1、基板：基板厂完成封装基板的制作，在封装基板上形成底部透光孔和内部的第一台阶以及第二台阶；
2、点胶：利用点胶机台，在第一台阶表面划胶体；
3、贴透光玻璃：利用机台贴装第一玻璃在第一台阶表面胶体上；
5、贴感光芯片：在第二台阶表面贴装感光芯片；
6、打线：利用打线将感光芯片与基板线路相连；
7、点胶：在封装基板上表面划胶体；
8、贴透光玻璃：利用机台贴装第二玻璃在封装基板上表面胶体上；
9、植球：在封装基板下表面植上锡球；
10、切割：利用切割机台切割封装基板，形成多颗芯片封装结构。
综上所述，本申请实施例提供的芯片封装结构及芯片封装方法具有如下有益效果：
1、通过在基板上下两端分别设置一透光玻璃，使光线可从基板顶部的透光玻璃到达感光芯片上表面的感光区，实现基板顶部光线传感功能，同时，光线可从基板底部的透光玻璃到达感光芯片下表面的感光区，实现基板底部光线传感功能，从而，得到的芯片封装结构可以实现感光芯片双面传感成像，有利于具备更多集成图像处理功能，在应用于图像处理设备时，可大幅缩小设备组装尺寸。
2、在基板内部设置第一台阶，以利用密封胶将透光玻璃固定于基板内部，通过基板切割后漏出透光玻璃侧边，实现加热透光玻璃底部密封胶后，将透光玻璃从基板侧面拆卸，使基板内部的透光玻璃具备可拆卸性，有利于其损坏时进行更换，降低感光芯片的维护成本。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种芯片封装结构，其特征在于，包括：
一基板，其上开设贯穿其上、下表面的透光孔，在所述透光孔的两内侧壁面上依次设置有第一台阶以及第二台阶；
一第一玻璃，其设置于第一台阶上；
一感光芯片，其设置于第二台阶上，所述感光芯片的上表面和下表面均设有一感光区，下表面的感光区与第一玻璃正对，上表面的感光区与第二玻璃正对；
一第二玻璃，其设置于所述基板的上表面并将所述透光孔遮挡；
其中，光线通过第一玻璃到达感光芯片下表面的感光区，通过第二玻璃到达感光芯片上表面的感光区；
在所述基板的两相对的侧壁面上分别形成有一与所述透光孔连通的开口；第一玻璃的两相对边分别插设在两个所述开口中。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述第一台阶上填充有密封胶，以固定所述第一玻璃；所述密封胶为热塑性材质。
3.根据权利要求1或2所述的封装结构，其特征在于，所述感光芯片与所述基板上的线路结构通过导线电连接。
4.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述封装结构还包括：
设置于基板下表面的金属球，所述金属球与基板上的线路结构电连接。
5.一种芯片封装方法，其特征在于，包括：
提供一封装基板，所述封装基板包括多个封装区域，每个封装区域内开设有贯穿其上、下表面的透光孔，在所述透光孔的两内侧壁面上依次设置有第一台阶以及第二台阶；
在第一台阶上贴装第一玻璃；
在第二台阶上贴装感光芯片，并将感光芯片与封装区域内的线路结构电连接，所述感光芯片的上表面和下表面均设有一感光区；
在封装区域的上表面贴装第二玻璃；
对封装基板进行切割操作，以得到多个芯片封装结构；
所述方法还包括：
取第一基板放置于底部，对第一基板的中间区域进行挖槽，形成贯穿其上、下表面的第一透光孔；
在第一基板的上表面层压第二基板，并对第二基板的中间区域进行挖槽，形成具有高度差的第一台阶以及第二台阶，第一台阶与第二台阶呈上大下小的阶梯状，第一台阶的台阶面与第一透光孔的内侧壁面相接；
在第二基板的上表面层压第三基板，对第三基板的中间区域进行挖槽，槽体的侧壁面与第二台阶的台阶面相接，从而得到所述封装基板。
6.根据权利要求5所述的封装方法，其特征在于，在第一台阶上贴装第一玻璃，包括：在第一台阶上划密封胶，在密封胶上贴装第一玻璃，以将第一玻璃固定在第一台阶上；
在封装区域的上表面贴装第二玻璃，包括：在封装区域的上表面划密封胶，在密封胶上贴装第二玻璃，以将第二玻璃固定在封装基板的上表面；
其中，所述密封胶为热塑性材质。
7.根据权利要求5所述的封装方法，其特征在于，对封装基板进行切割操作，包括：
对封装基板进行切割，以在封装区域的相对的两切割面上分别形成一与所述透光孔连通的开口，第一玻璃的两相对边分别插设在两个所述开口中，从而得到芯片封装结构。
8.根据权利要求5所述的封装方法，其特征在于，对封装基板进行切割操作之前，所述方法还包括：
在封装基板的下表面进行植球工艺，以在封装区域下表面形成金属球，所述金属球与封装区域上的线路结构电连接。
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