CN113270326A - 一种指纹识别封装构件及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种指纹识别封装构件及其制备方法，通过在第一、第二、第三控制芯片的上表面分别形成有第一、第二、第三凹槽，进而在所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面形成金属屏蔽层，然后再在所述第一凹槽中设置一个或多个发光元件，在所述第二凹槽中设置光探测元件，在所述第三凹槽中设置指纹识别元件，上述结构的设置可以防止上下堆叠的芯片之间的电磁干扰，同时金属屏蔽层还可以起到挡光的作用，进而可以防止环境光影响指纹识别封装构件的灵敏度和准确性。
Description
技术领域
本发明涉及半导体封装领域，特别是涉及一种指纹识别封装构件及其制备方法。
背景技术
指纹是人类手指末端由凹凸的皮肤所形成的纹路，在人类出生之前指纹就已经形成并且随着个体的成长指纹的形状不会发生改变，只是明显程度的变化，而且每个人的指纹都是不同的，在众多细节描述中能进行良好的区分，指纹纹路有三种基本的形状：斗型、弓型和箕型。在指纹中有许多特征点，特征点提供了指纹唯一性的确认信息，其中最典型的是终结点和分叉点，其他还包括分歧点、孤立点、环点、短纹等。指纹识别需要进行指纹图像的获取，目前已经有多种指纹图像的获取方式，主要有光学指纹采集技术、电容式传感器指纹采集、温度传感指纹获取技术、超声波指纹采集技术、电磁波指纹采集技术等。而相关技术的实现需要相应的指纹识别芯片，而为了提高制备制备识别芯片的耐用性和稳定性，需要对指纹识别芯片进行封装。如何进一步改善指纹识别芯片的封装结构，以更优化其综合性能。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种指纹识别封装构件及其制备方法。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种指纹识别封装构件的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供一承载衬底，在所述承载衬底上间隔设置第一控制芯片、第二控制芯片、第三控制芯片，所述第一、第二、第三控制芯片均包括下表面和与所述下表面相对的上表面，且所述第一、第二、第三控制芯片的有源区和导电焊盘均位于相应芯片的下表面。
（2）接着在所述承载衬底上形成一掩膜，利用所述掩膜在所述第一控制芯片的一侧面形成第一贯穿孔且在所述第一控制芯片的上表面形成第一凹槽，利用所述掩膜在所述第二控制芯片的一侧面形成第二贯穿孔且在所述第二控制芯片的上表面形成第二凹槽，利用所述掩膜在所述第三控制芯片的一侧面形成第三贯穿孔且在所述第三控制芯片的上表面形成第三凹槽。
（3）接着去除所述掩膜，接着沉积第一无机绝缘保护层，所述第一无机绝缘保护层覆盖所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面、所述第一、第二、第三贯穿孔的侧壁以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面。
（4）接着在所述第一无机绝缘保护层上形成第一有机绝缘保护层。
（5）接着在所述第一有机绝缘保护层上通过旋涂工艺依次形成第一有机导电层和第一金属纳米线层。
（6）接着在所述第一金属纳米线层上形成第一金属层，所述第一金属层覆盖所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面，且填满所述第一、第二、第三贯穿孔，所述第一有机导电层、第一金属纳米线层和第一金属层共同组成金属屏蔽层。
（7）接着在所述第一凹槽中设置一个或多个发光元件，在所述第二凹槽中设置光探测元件，在所述第三凹槽中设置指纹识别元件。
（8）接着形成一封装层，所述封装层包裹各芯片，接着在所述封装层中形成多个导电柱，接着在所述封装层上形成一布线层，多个所述导电柱分别通过所述布线层而与所述发光元件、所述光探测元件以及所述指纹识别元件电连接。
（9）接着在所述封装层上设置一封装盖板，接着在所述盖板中形成挡光结构。
（10）接着去除所述承载衬底，接着提供一电路基板，进而将所述第一、第二、第三控制芯片的导电焊盘以及所述导电柱电连接至所述电路基板。
在优选的方案中，通过湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺以形成所述第一、第二、第三贯穿孔和所述第一、第二、第三凹槽。
在优选的方案中，所述第一无机绝缘保护层的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝中的一种，所述第一无机绝缘保护层的厚度为20-100纳米。
在优选的方案中，所述第一有机绝缘保护层的材料为聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂、硅树脂、聚乙烯亚胺中的一种，所述第一有机绝缘保护层通过旋涂工艺或喷涂工艺形成，所述第一有机绝缘保护层的厚度为5-20纳米。
在优选的方案中，所述第一有机导电层为聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚苯胺中的一种，所述第一金属纳米线层为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、镍纳米线中的一种。
在优选的方案中，所述第一金属层为铜、铝、银、钛、钯、镍、铁中的一种或多种。
在优选的方案中，所述封装盖板为透明玻璃盖板。
本发明还提出一种指纹识别封装构件，其采用所述指纹识别封装构件的制备方法的制备形成的。
相较于现有技术，本发明的指纹识别封装构件的制备方法有如下的有益效果：通过在第一、第二、第三控制芯片的上表面分别形成有第一、第二、第三凹槽，进而在所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面形成金属屏蔽层，然后再在所述第一凹槽中设置一个或多个发光元件，在所述第二凹槽中设置光探测元件，在所述第三凹槽中设置指纹识别元件，上述结构的设置可以防止上下堆叠的芯片之间的电磁干扰，同时金属屏蔽层还可以起到挡光的作用，进而可以防止环境光影响指纹识别封装构件的灵敏度和准确性。
且在形成金属屏蔽层的过程中，通过在各控制芯片的表面依次形成第一无机绝缘保护层、第一有机绝缘保护层、第一有机导电层、第一金属纳米线层和第一金属层，一方面第一有机绝缘保护层和第一有机导电层的存在则可以提高第一金属纳米线层与各控制芯片的粘结稳固性，而由于纳米线层中存在孔隙，在沉积第一金属层的过程中，部分第一金属层将嵌入到孔隙中，进而可以有效防止金属屏蔽层剥离脱落。
附图说明
图1-图7为本发明的指纹识别封装构件的制备方法中各工艺步骤的结构示意图。
具体实施方式
为了更好的理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。
应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明提出一种指纹识别封装构件的制备方法，包括以下步骤：
（1）提供一承载衬底，在所述承载衬底上间隔设置第一控制芯片、第二控制芯片、第三控制芯片，所述第一、第二、第三控制芯片均包括下表面和与所述下表面相对的上表面，且所述第一、第二、第三控制芯片的有源区和导电焊盘均位于相应芯片的下表面。
（2）接着在所述承载衬底上形成一掩膜，利用所述掩膜在所述第一控制芯片的一侧面形成第一贯穿孔且在所述第一控制芯片的上表面形成第一凹槽，利用所述掩膜在所述第二控制芯片的一侧面形成第二贯穿孔且在所述第二控制芯片的上表面形成第二凹槽，利用所述掩膜在所述第三控制芯片的一侧面形成第三贯穿孔且在所述第三控制芯片的上表面形成第三凹槽。
（3）接着去除所述掩膜，接着沉积第一无机绝缘保护层，所述第一无机绝缘保护层覆盖所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面、所述第一、第二、第三贯穿孔的侧壁以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面。
（4）接着在所述第一无机绝缘保护层上形成第一有机绝缘保护层。
（5）接着在所述第一有机绝缘层上通过旋涂工艺依次形成第一有机导电层和第一金属纳米线层。
（6）接着在所述第一金属纳米线层上形成第一金属层，所述第一金属层覆盖所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面，且填满所述第一、第二、第三贯穿孔，所述第一有机导电层、第一金属纳米线层和第一金属层共同组成金属屏蔽层。
（7）接着在所述第一凹槽中设置一个或多个发光元件，在所述第二凹槽中设置光探测元件，在所述第三凹槽中设置指纹识别元件。
（8）接着形成一封装层，所述封装层包裹各芯片，接着在所述封装层中形成多个导电柱，接着在所述封装层上形成一布线层，多个所述导电柱分别通过所述布线层而与所述发光元件、所述光探测元件以及所述指纹识别元件电连接。
（9）接着在所述封装层上设置一封装盖板，接着在所述盖板中形成挡光结构。
（10）接着去除所述承载衬底，接着提供一电路基板，进而将所述第一、第二、第三控制芯片的导电焊盘以及所述导电柱电连接至所述电路基板。
更具体的，通过湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺以形成所述第一、第二、第三贯穿孔和所述第一、第二、第三凹槽。
更具体的，所述第一无机绝缘保护层的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝中的一种，所述第一无机绝缘保护层的厚度为20-100纳米。
更具体的，所述第一有机绝缘保护层的材料为聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂、硅树脂、聚乙烯亚胺中的一种，所述第一有机绝缘保护层通过旋涂工艺或喷涂工艺形成，所述第一有机绝缘保护层的厚度为5-20纳米。
更具体的，所述第一有机导电层为聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚苯胺中的一种，所述第一金属纳米线层为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、镍纳米线中的一种。
更具体的，所述第一金属层为铜、铝、银、镍、钛、钯、铁中的一种或多种。
更具体的，所述封装盖板为透明玻璃盖板。
本发明还提出一种指纹识别封装构件，其采用所述指纹识别封装构件的制备方法的制备形成的。
请参阅图1～图7。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
如图1～图7所示，本实施例提供一种指纹识别封装构件的制备方法，该制备方法包括以下步骤：
如图1所示，在步骤（1）中，提供一承载衬底200，在所述承载衬底200上间隔设置第一控制芯片201、第二控制芯片202、第三控制芯片203，所述第一、第二、第三控制芯片201-203均包括下表面和与所述下表面相对的上表面，且所述第一、第二、第三控制芯片201-203的有源区和导电焊盘均位于相应芯片的下表面。
在具体的实施例中，所述承载衬底200可以为玻璃基板、陶瓷基板、不锈钢基板、半导体基板等合适的刚性基板，为指纹识别封装构件的制备过程提供足够的支撑性能。
在具体的实施例中，所述第一、第二、第三控制芯片201-203可以为硅基芯片，该第一、第二、第三控制芯片201-203分别用于控制发光元件的开或关、光探测元件信号放大以及指纹识别元件的启动或关闭等功能。
在具体的实施例中，可以在所述承载衬底200上表面形成分别对应所述第一、第二、第三控制芯片201-203的凹腔（未图示），进而在所述凹腔中设置柔性树脂材料，例如硅树脂、丙烯酸树脂、柔性橡胶等材料，进而将第一、第二、第三控制芯片201-203分别设置在对应的一凹腔中，进而使得所述第一、第二、第三控制芯片201-203各自的有源区和导电焊盘均嵌入到所述柔性树脂材料中，进而在形成的制备工序中可以保护各控制芯片201-203的有源区和导电焊盘。
如图2所示，在步骤（2）中，接着在所述承载衬底200上形成一掩膜204，利用所述掩膜204在所述第一控制芯片201的一侧面形成第一贯穿孔2011且在所述第一控制芯片201的上表面形成第一凹槽2012，利用所述掩膜204在所述第二控制芯片202的一侧面形成第二贯穿孔2021且在所述第二控制芯片202的上表面形成第二凹槽2022，利用所述掩膜204在所述第三控制芯片203的一侧面形成第三贯穿孔2031且在所述第三控制芯片的上表面形成第三凹槽2032。
在具体的实施例中，通过湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺以形成所述第一、第二、第三贯穿孔和所述第一、第二、第三凹槽。
在具体的实施例中，所述掩膜可以为光刻胶掩膜、氮化硅掩膜或氧化铝掩膜，进而可以通过光刻工艺、PECVD工艺或ALD工艺形成。
进而在后续的技术方案中，利用合适的刻蚀溶液对所述第一、第二、第三控制芯片201-203进行湿法刻蚀处理，以形成所述第一、第二、第三贯穿孔和所述第一、第二、第三凹槽，在更具体的实施例中，所述第一、第二、第三控制芯片201-203的厚度可以相同，进而使得所述第一、第二、第三凹槽的深度相同。
如图3所示，在步骤（3）中，接着去除所述掩膜204，接着沉积第一无机绝缘保护层（未图示），所述第一无机绝缘保护层覆盖所述第一、第二、第三控制芯片201-203的上表面和侧面、所述第一、第二、第三贯穿孔2011-2031的侧壁以及所述第一、第二、第三凹槽2012-2032的侧壁和底面。
在具体的实施例中，所述第一无机绝缘保护层的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝中的一种，所述第一无机绝缘保护层的厚度为20-100纳米。
在具体的实施例中，所述第一无机绝缘保护层可以为氧化铝层，进而使得所述第一无机绝缘保护层205的厚度分别为30纳米、40纳米、50纳米、60纳米、70纳米、80纳米或90纳米。通过优化第一无机绝缘保护层的厚度，可以确保所述第一、第二、第三控制芯片201-203的表面被钝化，进而确保所述第一、第二、第三控制芯片201-203的表面的缺陷态被钝化。
如图3所示，在步骤（4）中，接着在所述第一无机绝缘保护层上形成第一有机绝缘保护层（未图示）。
在具体的实施例中，所述第一有机绝缘保护层的材料为聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂、硅树脂、聚乙烯亚胺中的一种，所述第一有机绝缘保护层通过旋涂工艺或喷涂工艺形成，所述第一有机绝缘保护层206的厚度为5-20纳米。
在具体的实施例中，所述第一有机绝缘保护层通过旋涂工艺形成，更具体的，所述第一有机绝缘保护层的厚度优选为10-15纳米。
如图3所示，在步骤（5）中，接着在所述第一有机绝缘层上通过旋涂工艺依次形成第一有机导电层和第一金属纳米线层。
在具体的实施例中，所述第一有机导电层为聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚苯胺中的一种，所述第一金属纳米线层为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、镍纳米线中的一种。
在具体的实施例中，通过旋涂的工艺形成所述第一有机导电层和所述第一金属纳米线层，在更优选的实施例中，所述第一有机导电层的厚度为10-30纳米，更具体的为15-25纳米。所述第一金属纳米线层的厚度为20-50纳米，更具体的为30-40纳米。
如图3所示，在步骤（6）中，接着在所述第一金属纳米线层上形成第一金属层，所述第一金属层覆盖所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面，且填满所述第一、第二、第三贯穿孔，所述第一有机导电层、第一金属纳米线层和第一金属层共同组成金属屏蔽层205。
在具体的实施例中，所述第一金属层为铜、铝、银、镍、钛、钯、镍、铁中的一种或多种。所述第一金属层通过电镀、化学镀或物理气相沉积工艺形成。
如图4所示，在步骤（7）中，接着在所述第一凹槽2012中设置一个或多个发光元件206，在所述第二凹槽2022中设置光探测元件207，在所述第三凹槽2032中设置指纹识别元件208。
在具体的实施例中，通过在各元件的背面设置粘结层，进而将各元件粘结在相应凹槽的底部。
如图5所示，在步骤（8）中，接着形成一封装层209，所述封装层209包裹各芯片，接着在所述封装层209中形成多个导电柱210，接着在所述封装层209上形成一布线层211，多个所述导电柱210分别通过所述布线层而与所述发光元件、所述光探测元件以及所述指纹识别元件电连接。
在具体的实施例中，所述封装层209可以为环氧树脂层，进而通过模塑工艺形成。
在具体的实施例中，所述导电柱210和所述布线层211的材质可以相同，可以同时为铜或铝，进而通过电镀或蒸镀工艺形成。
如图6所示，在步骤（9）中，接着在所述封装层209上设置一封装盖板212，接着在所述盖板212中形成挡光结构213。
在具体的实施例中，所述封装盖板212为透明玻璃盖板。而所述挡光结构213可以为金属。
如图7所示，在步骤（10）中，接着去除所述承载衬底200，接着提供一电路基板214，进而将所述第一、第二、第三控制芯片的导电焊盘（未图示）以及所述导电柱210电连接至所述电路基板214。
如图7所示，本发明还提出一种指纹识别封装构件，其采用所述指纹识别封装构件的制备方法的制备形成的。
相较于现有技术，本发明的指纹识别封装构件的制备方法有如下的有益效果：通过在第一、第二、第三控制芯片的上表面分别形成有第一、第二、第三凹槽，进而在所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面形成金属屏蔽层，然后再在所述第一凹槽中设置一个或多个发光元件，在所述第二凹槽中设置光探测元件，在所述第三凹槽中设置指纹识别元件，上述结构的设置可以防止上下堆叠的芯片之间的电磁干扰，同时金属屏蔽层还可以起到挡光的作用，进而可以防止环境光影响指纹识别封装构件的灵敏度和准确性。
且在形成金属屏蔽层的过程中，通过在各控制芯片的表面依次形成第一无机绝缘保护层、第一有机绝缘保护层、第一有机导电层、第一金属纳米线层和第一金属层，一方面第一有机绝缘保护层和第一有机导电层的存在则可以提高第一金属纳米线层与各控制芯片的粘结稳固性，而由于纳米线层中存在孔隙，在沉积第一金属层的过程中，部分第一金属层将嵌入到孔隙中，进而可以有效防止金属屏蔽层剥离脱落。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。
Claims (8)
1.一种指纹识别封装构件的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
（1）提供一承载衬底，在所述承载衬底上间隔设置第一控制芯片、第二控制芯片、第三控制芯片，所述第一、第二、第三控制芯片均包括下表面和与所述下表面相对的上表面，且所述第一、第二、第三控制芯片的有源区和导电焊盘均位于相应芯片的下表面；
（2）接着在所述承载衬底上形成一掩膜，利用所述掩膜在所述第一控制芯片的一侧面形成第一贯穿孔且在所述第一控制芯片的上表面形成第一凹槽，利用所述掩膜在所述第二控制芯片的一侧面形成第二贯穿孔且在所述第二控制芯片的上表面形成第二凹槽，利用所述掩膜在所述第三控制芯片的一侧面形成第三贯穿孔且在所述第三控制芯片的上表面形成第三凹槽；
（3）接着去除所述掩膜，接着沉积第一无机绝缘保护层，所述第一无机绝缘保护层覆盖所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面、所述第一、第二、第三贯穿孔的侧壁以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面；
（4）接着在所述第一无机绝缘保护层上形成第一有机绝缘保护层；
（5）接着在所述第一有机绝缘保护层上通过旋涂工艺依次形成第一有机导电层和第一金属纳米线层；
（6）接着在所述第一金属纳米线层上形成第一金属层，所述第一金属层覆盖所述第一、第二、第三控制芯片的上表面和侧面以及所述第一、第二、第三凹槽的侧壁和底面，且填满所述第一、第二、第三贯穿孔，所述第一有机导电层、第一金属纳米线层和第一金属层共同组成金属屏蔽层；
（7）接着在所述第一凹槽中设置一个或多个发光元件，在所述第二凹槽中设置光探测元件，在所述第三凹槽中设置指纹识别元件；
（8）接着形成一封装层，所述封装层包裹各芯片，接着在所述封装层中形成多个导电柱，接着在所述封装层上形成一布线层，多个所述导电柱分别通过所述布线层而与所述发光元件、所述光探测元件以及所述指纹识别元件电连接；
（9）接着在所述封装层上设置一封装盖板，接着在所述盖板中形成挡光结构；
（10）接着去除所述承载衬底，接着提供一电路基板，进而将所述第一、第二、第三控制芯片的导电焊盘以及所述导电柱电连接至所述电路基板。
2.根据权利要求1所述的指纹识别封装构件的制备方法，其特征在于：通过湿法刻蚀工艺或干法刻蚀工艺以形成所述第一、第二、第三贯穿孔和所述第一、第二、第三凹槽。
3.根据权利要求1所述的指纹识别封装构件的制备方法，其特征在于：所述第一无机绝缘保护层的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、氧化铝中的一种，所述第一无机绝缘保护层的厚度为20-100纳米。
4.根据权利要求1所述的指纹识别封装构件的制备方法，其特征在于：所述第一有机绝缘保护层的材料为聚酰亚胺、聚乙烯醇、聚甲基丙烯酸甲酯、丙烯酸树脂、硅树脂、聚乙烯亚胺中的一种，所述第一有机绝缘保护层通过旋涂工艺或喷涂工艺形成，所述第一有机绝缘保护层的厚度为5-20纳米。
5.根据权利要求1所述的指纹识别封装构件的制备方法，其特征在于：所述第一有机导电层为聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚苯胺中的一种，所述第一金属纳米线层为金纳米线、银纳米线、铜纳米线、镍纳米线中的一种。
6.根据权利要求1所述的指纹识别封装构件的制备方法，其特征在于：所述第一金属层为铜、铝、银、镍、钛、钯、铁中的一种或多种。
7.根据权利要求1所述的指纹识别封装构件的制备方法，其特征在于：所述封装盖板为透明玻璃盖板。
8.一种指纹识别封装构件，其特征在于，采用权利要求1-7任一项所述的方法制备形成的。
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