CN1864264A - 半导体图像采集设备的封装结构及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

提供了一种半导体图像采集设备的封装。所述封装通过倒装芯片凸块工艺制造。根据第一实施方式，在形成金属结合层和电镀金属层的沉积工艺中，半导体图像采集设备的表面保持在室温和200℃之间的范围内。根据第二实施方式，防止产生压力的聚合体层可以吸收沉积工艺中产生的压力。根据本发明，可以防止半导体图像采集设备的表面上的功能聚合体层的性质恶化和表面变形。

Description

半导体图像采集设备的封装结构及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种半导体图像采集设备的封装结构及其制造方法，并且尤其涉及一种适合于防止由于在半导体图像采集设备的封装通过使用倒装晶片凸块工艺(flip chip bumping)制造的情况下半导体图像采集设备的表面损坏而导致的半导体图像采集设备的封装的光学特性恶化的半导体图像采集设备的封装结构及其制造方法。
背景技术
通常的，半导体图像采集设备是指图像传感器芯片或者固态图像采集设备。其通过光电传感器将物体图像转换为电信号和电荷耦合设备传送通过所述光电传感器转换的电信号而采集物体图像并且将其输出为电信号。
为了将半导体图像采集设备封装到陶瓷基底，采用通用的引线结合法(wire bonding)。
下面参考附图详细描述上述的采用引线结合法的半导体图像采集设备和半导体图像采集设备的封装。
图1为显示通常的半导体图像采集设备的平面结构的示例图。如图所示，半导体图像采集设备10在中心设置了图像传感单元20用于将物体图像转换为电信号并且传送所转换的电信号，并且在图像传感单元20的边缘设置了多个电极板30用于接收图像传感单元20的电信号。
图2为显示采用引线结合法的半导体图像采集设备封装的截面构造的示例图。如图所示，所述半导体图像采集设备的封装包括：通过第一粘附层101而依附在第一基底100的中上部的半导体图像采集设备110；通过第一粘附层101依附到第一基底100的边缘的第二基底120，与半导体图像采集设备110距离预定间隔；电连接到设置在半导体图像采集设备110的边缘上的多个第一电极板111和设置在第二基底120上的多个第二电极板121的多个导线130；从第一基底100的底部表面的两侧延伸到第二基底120的顶部表面的两侧的多个导线140；在第二基底120的顶部表面上设置的导线140的顶部形成的支撑物150；以及通过第二粘附层102而依附到支撑物150的顶部的玻璃板160。
图3为显示半导体图像传感器模块的示例图，其中透镜单元耦合到如图2所示的半导体图像采集设备的封装。如图所示，图2所示的半导体图像采集设备的封装200设置在模块基底210上，并且透镜单元220设置在半导体图像采集设备的封装200的顶部上。此时，透镜单元220由通过模块基底200支撑的透镜固定器230而固定并且设置在半导体图像采集设备的封装200的顶部。
如上所述的半导体图像传感器的模块尺寸完全依赖于半导体图像采集设备的封装的尺寸，并且如图2所示的采用引线结合方法的半导体图像采集设备的封装具有如下问题，即由于距离半导体图像采集设备110预定间隔的半导体图像采集设备110的第一电极板111和第二基底120的第二电极板121互相电连接，半导体图像采集设备的封装尺寸相对于半导体图像采集设备110的尺寸显得过大，因此不能适应产品微型化的趋势。
而且，还存在这样的问题，即通过引线结合工艺制造半导体图像采集设备的封装需要引线结合工艺、塑模工艺、陶瓷工艺等，因此导致了时间延滞并且降低了生产率。
为了解决上述引线结合方法的问题，近来提出了一种使用倒装晶片凸块工艺制造半导体图像采集设备封装的方法。
总的来说，所述使用倒装晶片凸块工艺制造半导体图像采集设备封装的方法包括：薄膜步骤，其中选择性暴露半导体设备的电极板并且然后沉积金属结合层和电镀金属层；照相步骤，其中形成光敏材料，选择性暴露形成半导体设备的电极板的区域；金属电镀步骤，其中在金属层的顶部形成凸块以对形成电极板的区域进行电镀；蚀刻步骤，其中去除光敏材料并且去除没有形成凸块的区域的电镀金属层和金属结合层；以及热处理步骤，其中根据使用目的而调节凸块的硬度。
如上所述，所述使用倒装晶片凸块工艺制造半导体图像采集设备封装的各个步骤在高于室温的温度条件下进行，特别的，所述沉积金属结合层和电镀金属层的薄膜法是在高于300℃的条件下进行的。
通常的，在半导体设备的表面上形成陶瓷材料的氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜以保护形成在半导体设备内部的微电路。
然而，在半导体设备需要特定用途的情况下，例如机械保护、导电性(绝缘性)增强、半导体设备表面或者其光学特性的化学保护，在半导体设备的表面上形成无机物例如聚合体。此时，在半导体设备表面上形成的例如聚合体等无机物与例如上述的氮化硅薄膜或者氧化硅薄膜等陶瓷材料相比机械抵抗力和抗热度都较弱。
通常的，在半导体设备表面形成的聚合体分为二酰亚胺类型和环氧树脂类型。聚合体的物理性质发生突变的玻璃化转变温度(Tg)的范围为100至350℃。
而且，形成在半导体设备表面的聚合体能够承受而不发生形变的张力大约最大为400MPa。温度越高，则半导体设备表面上形成的聚合体能够承受而不发生形变的最大张力越低。
同时，作为表面上形成了具有光学特性的聚合体材料的典型功能设备的半导体图像采集设备，具有包括平面层、滤色层以及堆叠在其表面上的微透镜的聚合体层。此时，滤色层对于温度条件很脆弱，并且其特性在高于250℃的高温下发生恶化。
而且，包括平面层、滤色层以及堆叠在半导体图像采集设备表面上的微透镜的聚合体层即使在250℃的温度下也可能发生机械强度恶化。也就是说，在使用前述的倒装晶片凸块工艺方法制造具有堆叠在其上的聚合体层的半导体图像采集设备封装的情况下，即使沉积金属结合层和电镀金属层的薄膜步骤的温度条件被控制在大约250℃左右，在沉积步骤中产生的薄膜压力会超过聚合体材料能够承受不发生形变的最大张力(400MPa)并且变得超过500MPa，这导致了半导体图像采集设备的表面发生形变并且产生裂纹或者褶皱。
因此，传统的作为表面上形成聚合体材料的代表性功能设备的半导体图像采集设备具有如下问题，即很难通过倒装晶片凸块工艺制造半导体图像采集设备封装。
发明内容
因此，本发明的一个目标是提供一种适合于防止由于在半导体图像采集设备的封装通过使用倒装晶片凸块工艺制造的情况下半导体图像采集设备的表面损坏而导致的半导体图像采集设备的封装的光学特性恶化的半导体图像采集设备的封装结构及其制造方法。
在实现本发明目标的第一实施方式中，提供了一种半导体图像采集设备的封装结构，包括：半导体图像采集设备，具有形成在其中心的图像传感单元的表面上的至少一个功能聚合体层和沿着边缘形成的通过绝缘薄膜选择性暴露的多个电极板；至少一个金属薄膜层，形成在所述暴露的电极板的各个顶部上；凸块，形成在所述金属薄膜层的各个顶部上；印刷电路板，设置有开口以暴露所述功能聚合体层和通过各向异性的导电聚合体层结合到所述凸块的多个电极板；以及玻璃滤波器，依附在所述印刷电路板上并且对通过所述开口入射到所述功能聚合体层上的光线进行过滤。
在实现本发明目标的第一实施方式中，提供了一种半导体图像采集设备的封装结构的制造方法，包括步骤：在半导体图像采集设备的表面上形成绝缘薄膜并且然后选择性蚀刻所述绝缘薄膜从而暴露形成在半导体图像采集设备的边缘上的电极板；在半导体图像采集设备的中心处形成的图像传感单元上形成至少一个功能聚合体层；在产生的材料顶部上形成至少一个金属薄膜层，同时在室温至200℃的范围之间调节半导体图像采集设备的表面温度；在所述金属薄膜层的顶部上形成光敏薄膜并且然后对所述光敏薄膜进行曝光和冲洗从而将形成所述半导体图像采集设备的电极板的区域的金属薄膜层暴露；在暴露于形成所述半导体图像采集设备的电极板的区域的金属薄膜层的顶部形成凸块；以及去除所述光敏薄膜并且然后使用所述凸块为掩模(mask)而蚀刻所述金属薄膜层。
在实现本发明目标的第二实施方式中，提供了一种半导体图像采集设备的封装结构的制造方法，包括步骤：在半导体图像采集设备的表面上形成绝缘薄膜并且然后选择性蚀刻所述绝缘薄膜从而暴露形成在半导体图像采集设备的边缘上的电极板；在半导体图像采集设备的中心处形成的图像传感单元上形成至少一个功能聚合体层；在所述图像传感单元上形成所述功能聚合体层的位置形成抗压聚合体层；在产生的材料顶部上形成至少一个金属薄膜层；在所述金属薄膜层的顶部上形成光敏薄膜并且然后对所述光敏薄膜进行曝光和冲洗从而将形成所述半导体图像采集设备的电极板的区域的金属薄膜层暴露；在暴露于形成所述半导体图像采集设备的电极板的区域的金属薄膜层的顶部形成凸块；去除所述光敏薄膜并且然后使用所述凸块为掩模而蚀刻所述金属薄膜层；以及去除所述图像传感单元上形成所述功能聚合体层的位置处形成的抗压聚合体层。
附图说明
结合附图以帮助理解本发明，并且附图被包含并组成本说明书的一部分，显示了本发明的实施方式并且与详细描述一起解释了本发明的原理。在附图中：
图1为显示通常的半导体图像采集设备的平面构造的示例图；
图2为采用引线结合方法的半导体图像采集设备封装的截面构造的示例图；
图3为显示透镜单元耦合到图2所示的半导体图像采集设备封装的半导体图像传感器模块的示例图；
图4至图9为顺次显示根据本发明第一实施方式的半导体图像采集设备封装结构的制造方法的示例图；
图10为显示对图6所示的支撑板上加载的半导体图像采集设备进行薄膜法的示例图；
图11为显示对图6所示的支撑物上加载的半导体图像采集设备进行薄膜法的示例图；
图12为显示图10和图11所示的支撑板和支撑物的平面构造的第一示例的示例图；
图13为显示图10和图11所示的支撑板和支撑物的平面构造的第二示例的示例图；
图14至图21为顺次显示根据本发明第二实施方式的半导体图像采集设备封装结构的制造方法的示例图；
图22至图25为顺次显示根据本发明第一实施方式或者第二实施方式的安装凸块到半导体图像采集设备的组装工艺的示例图；以及
图26为显示根据本发明第一实施方式或者第二实施方式制造的透镜单元耦合到半导体图像采集设备封装的半导体图像传感器模块的示例图。
具体实施方式
下面参考附图描述根据本发明的半导体图像采集设备的封装结构及其制造方法。
图4至图9为顺次显示根据本发明第一实施方式的半导体图像采集设备封装结构的制造方法的示例图。
首先，如图4所示，在半导体图像采集设备310的表面上形成绝缘薄膜320并且然后选择性蚀刻所述绝缘薄膜320从而暴露形成在半导体图像采集设备310的边缘上的电极板311和形成在半导体图像采集设备310中心处的图像传感单元(未显示)。
如图5所示，在半导体图像采集设备310的中心处上形成的图像传感单元上选择性形成功能聚合体层330。此时，堆叠平面层、滤色层和微透镜以形成功能聚合体层330从而半导体图像采集设备310具有光学特性。
如图6所示，在产生的材料顶部上顺次沉积金属结合层340和电镀金属层350。
金属结合层340由Ti、Al或者Cr等金属制成，对绝缘层320和电极板311具有很强的粘合力，厚度为100至5000，或者由至少包含Ti、Al以及Cr中一者的厚度为100至5000的合金制成。此时，金属结合层340由相对于其他金属具有很强的粘合力的Ti或者基于Ti的合金制成。
电镀金属层350由Au、Cu或者Ni等金属制成，具有很强的导电性，厚度为100至5000，或者由包含Au、Cu以及Ni中至少一者的厚度为100至5000的合金制成。此时，电镀金属层350由相对于其他金属具有很强导电性和抗氧化性的金属Au制成。
同时，在稍后形成的凸块370为通过焊料制成的情况下，电镀金属层350由例如Cu或者Ni等金属制成。在应用例如Cu或者Ni等金属的情况下，在形成由焊料制成的凸块370之前，覆盖厚度为1至15微米的焊料或者类似金属，从而改善由焊料制成的凸块370的可靠性。
如上所述，在现有技术中，由于在200至300℃或者更高的高温条件下进行沉积金属结合层340和电镀金属层350的薄膜法，因此存在半导体图像采集设备310的表面上形成的功能聚合体层330的特性恶化的问题，并且半导体图像采集设备310的表面也会发生形变从而产生裂纹或者皱褶。
因此，在根据第一实施方式的半导体图像采集设备的封装结构的制造方法中，为了抑制在半导体图像采集设备310的表面上形成的功能聚合体层330的特性恶化以及半导体图像采集设备310的表面形变，金属结合层340和电镀金属层350在沉积的同时保持半导体图像采集设备310的表面温度在室温至200℃的范围内。此时，优选的将半导体图像采集设备310的表面温度保持在50至180℃从而不超过180℃。
如上所述，为了将半导体图像采集设备310的表面温度保持在室温至200℃的范围内，可以利用在沉积金属结合层340和电镀金属层350的薄膜法中使用的调节压力和电源的方法。
在薄膜法中使用的将半导体图像采集设备310的表面温度保持在室温至200℃的范围内的压力和电功率可以根据设备规格而设定为各种范围。例如，待安装在支撑板并且移动的薄膜制造设备设定为具有0.5至5KW的电功率范围和2至15mTorr的压力范围。特别的，在1至3KW的电功率范围和5至10mTorr的压力范围内，薄膜可以更有效的沉积，同时保持半导体图像采集设备310的表面温度在50至180℃之间而不超过180℃。
而且，待加载并且固定到支撑物的薄膜制造设备设定为具有50至1500W的电功率范围和2至15mTorr的压力范围。特别的，在100至7半导体图像采集设备KW的电功率范围和5至10mTorr的压力范围内，薄膜可以更有效的沉积，同时保持半导体图像采集设备310的表面温度在50至180℃之间而不超过180℃。
同时，为了保持半导体图像采集设备310的表面温度在室温和200℃之间，可以利用在沉积金属结合层340和电镀金属层350的薄膜法中使用的改进承载半导体图像采集设备310的支撑板或者支撑物的结构和接触状态的方法。
图10为显示对支撑板上加载的半导体图像采集设备进行薄膜法的示例图，并且图11为显示对支撑物上加载的半导体图像采集设备进行薄膜法的示例图。如图所示，在平板支撑板400或者圆柱支撑物450上加载具有半导体图像采集设备410的多个基底420，并且然后移动支撑板400或者支撑物450以定位于金属材料430下方，并且在支撑板400或者支撑物450停止或者在一个方向上移动的同时沉积金属材料430，从而形成薄膜例如金属结合层340和电镀金属层350。此时，在沉积金属材料430的工艺期间产生的200至300℃或者更高的高温通过改进承载半导体图像采集设备410的支撑板400或者支撑物450的结构和接触状态而分散。
图12为显示支撑板400和支撑物450的平面构造的第一示例的示例图。如图所示，承载半导体图像采集设备410的支撑板400或者支撑物450可以由Al或者Al合金、Cu或者Cu合金或Fe或者Fe合金制成。通过在接触形成半导体图像采集设备410的基底420的区域上形成具有很强热传导率的硅基聚合体430，可以分散薄膜法中产生的热量。因此，半导体图像采集设备410的表面温度可以保持在室温至200℃之间的范围。
图13为显示支撑板400和支撑物450的平面构造的第二示例的示例图。如图所示，承载半导体图像采集设备410的支撑板400或者支撑物450可以由Al或者Al合金、Cu或者Cu合金或Fe或者Fe合金制成。通过在接触形成半导体图像采集设备410的基底420的区域上形成水冷却管440，如图6a所示的第一示例相比，可以更加有效的分散薄膜法中产生的热量。因此，半导体图像采集设备410的表面温度可以保持在室温至200℃之间的范围。
如图7所示，在电镀金属层350的顶部形成光敏薄膜360并且然后进行曝光和冲洗从而暴露形成半导体图像采集设备310的电极板311的区域的电镀金属层350。
如图8所示，在暴露于形成半导体图像采集设备310的电极板311的区域的电镀金属层350的顶部形成凸块370。此时，凸块370由包括Au、焊料和Cu的组合中选择的一者制成。
如图9所示，去除残留的光敏薄膜360并且然后使用凸块370作为掩模而蚀刻电镀金属层350和金属结合层340。
图14至图21为顺次显示根据本发明第二实施方式的半导体图像采集设备封装结构的制造方法的示例图。
首先，如图14所示，在半导体图像采集设备510的表面上形成绝缘薄膜520并且然后选择性蚀刻所述绝缘薄膜520从而暴露形成在半导体图像采集设备510的边缘上的电极板511和形成在半导体图像采集设备510的中心处的图像传感单元(未显示)。
如图15所示，在半导体图像采集设备510的中心处形成的图像传感单元上选择性形成功能聚合体层530。此时，堆叠平面层、滤色层和微透镜以形成功能聚合体层530从而半导体图像采集设备510具有光学特性。
如图16所示，在形成功能聚合体530的图像传感单元的区域上形成抗压聚合体层580。此时，抗压聚合体层580可以由光敏薄膜形成，并且可以通过光敏薄膜的涂覆、曝光和冲洗等方式而在图像传感单元上选择性形成。而且，抗压聚合体层580相比于功能聚合体层530可以由具有很强的蚀刻选择性(etching selectivity)的聚合体材料制成。
功能聚合体层530和抗压聚合体层580顺次形成，并且然后同时通过作为抗压聚合体层580的光敏薄膜的涂覆、曝光和冲洗而形成图案并且形成在图像传感单元上。
如图17所示，金属结合层540和电镀金属层550顺次沉积在产生的材料的顶部。
金属结合层540由Ti、Al或者Cr等金属制成，对绝缘层520和电极板511具有很强的粘合力，厚度为100至5000，或者由至少包含Ti、Al以及Cr中一者的厚度为100至5000的合金制成。此时，金属结合层540由相对于其他金属具有很强的粘合力的Ti或者Ti合金制成。
电镀金属层550由Au、Cu或者Ni等制成，具有很强的导电性，厚度为100至5000，或者由包含Au、Cu以及Ni中至少一者的厚度为100至5000的合金制成。此时，电镀金属层550由相对于其他金属具有很强导电性和抗氧化性的金属Au制成。
同时，在稍后形成的凸块570为通过焊料制成的情况下，电镀金属层550由例如Cu或者Ni等金属制成。在应用例如Cu或者Ni等金属的情况下，在形成由焊料制成的凸块570之前，覆盖厚度为1至15微米的焊料或者类似金属，从而改善由焊料制成的凸块570的可靠性。
如上所述，在现有技术中，由于在沉积金属结合层540和电镀金属层550的薄膜法中产生的金属结合层540和电镀金属层550的压力超过了聚合体材料能够承受而不发生形变的最大张力(400MPa)，因此存在半导体图像采集设备510的表面发生形变从而产生裂纹或者皱褶的问题。例如，主要作为金属结合层540的TiW具有500MPa至1GPa的压力分布。
接着，在根据本发明第二实施方式的半导体图像采集设备的封装结构的制造方法中，在形成功能聚合体层530的图像传感单元的区域上形成抗压聚合体层580，从而抗压聚合体层580吸收在沉积金属结合层540和电镀金属层550的薄膜法中产生的金属结合层540和电镀金属层550的压力，从而保护半导体图像采集设备510的功能聚合体层530。
如图18所示，在电镀金属层550的顶部形成光敏薄膜560并且然后进行曝光和冲洗从而暴露形成半导体图像采集设备510的电极板511的区域的电镀金属层550。
如图19所示，在暴露于形成半导体图像采集设备510的电极板511的区域的电镀金属层550的顶部形成凸块570。此时，凸块570由包括Au、焊料和Cu的组合中选择的一者制成。
如图20所示，去除残留的光敏薄膜560并且然后使用凸块570作为掩模而蚀刻电镀金属层550和金属结合层540。
如图21所示，在形成功能聚合体层530的图像传感单元的区域上形成的抗压聚合体层580被选择性去除。此时，在使用光敏材料作为抗压聚合体层580的情况下，可以通过再次曝光和冲洗的方式而选择性去除。另一方面，在使用相对于功能聚合体层530具有很强的蚀刻选择性的聚合体作为抗压聚合体层580时，可以通过对应的蚀刻溶液而选择性去除。
上述的根据本发明第一实施方式的具有凸块370的半导体图像采集设备310和上述的根据本发明第二实施方式的具有凸块570的半导体图像采集设备510最终具有相同结构。本发明的第一和第二实施方式可以单独应用或者在需要时结合在一起应用。
图22至图25为顺次显示根据本发明第一实施方式或者第二实施方式的安装凸块到半导体图像采集设备的组装工艺的示例图。
首先，如图22所示，用于安装其上具有凸块的半导体图像采集设备的印刷电路板600具有开口610以暴露在半导体图像采集设备的中心处设置的图像传感单元，沿着开口610的边缘形成的多个电极板620。此时，多个电极板620电连接到通过在印刷电路板600的一个方向上延伸的多个电路图案630连接到电极板640的外部系统。
如图23所示，沿着形成多个电极板620的开口610的边缘形成各向异性的导电聚合体650。
各向异性的导电聚合体650可以形成为各种形状和材料，例如，液态各向异性导电胶(ACA)或者半硬化并且具有预定形状的固体各向异性导电膜(ACF)。
而且，各向异性导电聚合体650主要包括热固性树脂、热塑性树脂或者其组合，并且包括均匀分布的由Au、Ni、Ag或者Cu制成的预定量的球形或者方形导电金属球651。此时，导电金属球651的粒度依赖于电极板620之间的间隔，通常为0.5至10微米。
如图24所示，各向异性导电聚合体650在数十摄氏度至200摄氏度之间的温度下被压缩，被夹在形成在半导体图像采集设备700上的多个印刷电路板600的电极板620和凸块710之间，以流动各向异性导电聚合体650的树脂成分并且然后通过保存若干秒至几分钟而使其硬化。因此，形成在半导体图像采集设备700上的多个印刷电路板600的电极板620和凸块710通过包含在各向异性导电聚合体650中包含的导电金属球651而电接触。并且，各向异性导电聚合体650的树脂成分被硬化并且机械依附到未形成多个电极板620的印刷电路板600的开口610的边缘和未形成凸块710的半导体图像采集设备700的图像传感单元的边缘。
同时，在各向异性导电聚合体650在数十摄氏度至200摄氏度之间的温度下被压缩并且然后通过保存若干秒至几分钟而硬化后，各向异性导电聚合体650可以通过再次加热而附加硬化。
如图25所示，玻璃滤波器660通过粘胶661而依附到印刷电路板600的开口610的边缘。此时，玻璃滤波器660允许特定波长范围的光线通过印刷电路板600的开口610而入射到半导体图像采集设备700的图像传感单元上。并且，玻璃滤波器660在惰性气体环境下依附从而在惰性气体环境下密封并且保护半导体图像采集设备700的图像传感单元。
图26为显示根据本发明第一实施方式或者第二实施方式制造的透镜单元耦合到半导体图像采集设备封装的半导体图像传感器模块的示例图。如图所示，半导体图像传感器模块包括：半导体图像采集设备800，具有功能聚合体层810，并且具有通过沿着边缘形成的绝缘膜820而选择性暴露的多个电极板830，所述功能聚合体层810包括平面层、滤色层和堆叠其上的微透镜，形成在图像传感单元中心处的表面上；形成在暴露的电极板830的各个顶部上的金属结合层840和电镀金属层850；形成在电镀金属层850的各个顶部上的凸块860；印刷电路板870，设置有开口871以暴露功能聚合体层810和通过各向异性导电聚合体880而与凸块860结合的多个电极板872；玻璃滤波器890，通过粘胶891依附在印刷电路板870上并且对通过开口871入射在半导体图像采集设备810的图像传感单元上的光线进行过滤；以及设置在印刷电路板870上的透镜单元900。此时，透镜单元900通过印刷电路板870上支撑的透镜固定器910而固定并且设置在半导体图像采集设备800的图像传感单元的顶部处。
因此，根据本发明的第一或者第二实施方式的通过倒装芯片凸块工艺制造的半导体图像传感器模块具有与半导体图像采集设备800相同的尺寸，因此可以显著减小半导体图像传感器模块尺寸。
尽管参考半导体图像采集设备描述了本发明，但是所附权利要求书并不局限于此，而是可以非常有效的应用到通过倒装芯片凸块工艺以表面上形成的聚合体层封装半导体设备的领域，并且包括本领域技术人员可以实现的所有修改和替换结构，均包含在本发明的范围和实质内。
如上所述，在所述半导体图像采集设备的封装结构及其制造方法中，所述封装结构通过倒装芯片凸块工艺而制造。在沉积金属结合层和电镀金属层的薄膜法中，半导体图像采集设备的表面保持在室温至200℃的范围内。抗压聚合体可以吸收薄膜法期间产生的压力。因此，可以防止半导体图像采集设备的表面上的功能聚合体层的性质恶化和表面形变。
因此，所述通过倒装芯片凸块工艺制造的半导体图像采集设备的封装结构可以防止由于半导体图像采集设备的表面损坏而导致的光学特性恶化。
而且，根据本发明的半导体图像采集设备的封装结构及其制造方法，所述半导体图像传感器模块可以通过倒装芯片凸块工艺而制造，因此可以按照与半导体图像采集设备相同的尺寸制造半导体图像传感器模块。这样能够显著减小半导体图像采集模块的尺寸，从而非常有效的适应了产品微型化趋势。而且，与传统的利用引线结合的半导体图像采集设备封装结构的制造方法相比，本发明提供了一种简单的方法并且节省了时间。

Claims (54)

1.一种半导体图像采集设备的封装结构，该结构包括：
半导体图像采集设备，具有形成在其中心的图像传感单元的表面上的至少一个功能聚合体层和沿着边缘形成的通过绝缘薄膜选择性暴露的多个电极板；
至少一个金属薄膜层，形成在所述暴露的电极板的各个顶部上；
凸块，形成在所述金属薄膜层的各个顶部上；
印刷电路板，设置有开口以暴露所述功能聚合体层和通过各向异性导电聚合体结合到所述凸块的多个电极板；以及
玻璃滤波器，依附在所述印刷电路板上并且对通过所述开口入射到所述功能聚合体层上的光线进行过滤。
2.根据权利要求1所述的结构，其中所述功能聚合体层包括平面层、滤色层和微透镜。
3.根据权利要求1所述的结构，其中所述金属薄膜层包括金属结合层和电镀金属层的堆叠。
4.根据权利要求3所述的结构，其中所述金属结合层由金属Ti、Al或者Cr制成，或者由包含Ti、Al以及Cr中至少一者的合金制成。
5.根据权利要求3所述的结构，其中所述金属结合层形成厚度为100至5000。
6.根据权利要求3所述的结构，其中所述电镀金属层由金属Au、Cu或者Ni制成，或者由包含Au、Cu以及Ni中至少一者的合金制成。
7.根据权利要求3所述的结构，其中所述电镀金属层形成厚度为100至5000。
8.根据权利要求1所述的结构，其中所述凸块由选自由Au、焊料以及Cu所组成的组中的的一者制成。
9.根据权利要求1所述的结构，其中所述各向异性导电聚合体为液态各向异性导电胶或者半硬化并且具有预定形状的固体各向异性导电膜。
10.根据权利要求1所述的结构，其中所述各向异性导电聚合体主要包括热固性树脂、热塑性树脂或者其组合，并且包括均匀分布的预定量的球形或者方形导电金属球。
11.根据权利要求10所述的结构，其中所述导电金属球由选自由Au、Ni、Ag和Cu所组成的的组中的一者制成。
12.根据权利要求10所述的结构，其中所述导电金属球的粒度为0.5至10微米。
13.根据权利要求1所述的结构，其进一步包括支撑在所述印刷电路板上的透镜固定器；以及设置在所述半导体图像采集设备的图像传感单元的顶部上的透镜单元。
14.一种半导体图像采集设备的封装结构的制造方法，包括步骤：
在半导体图像采集设备的表面上形成绝缘薄膜并且然后选择性蚀刻所述绝缘薄膜从而暴露形成在半导体图像采集设备的边缘上的电极板；
在半导体图像采集设备的中心处形成的图像传感单元上形成至少一个功能聚合体层；
在产生的材料顶部上形成至少一个金属薄膜层，同时在室温至200℃的范围之间调节半导体图像采集设备的表面温度；
在所述金属薄膜层的顶部上形成光敏薄膜并且然后对所述光敏薄膜进行曝光和冲洗从而将形成所述半导体图像采集设备的电极板的区域的金属薄膜层暴露；
在暴露于形成所述半导体图像采集设备的电极板的区域的金属薄膜层的顶部形成凸块；以及
去除所述光敏薄膜并且然后使用所述凸块为掩模而蚀刻所述金属薄膜层。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述功能聚合体层包括平面层、滤色层和微透镜。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述金属薄膜层包括金属结合层和电镀金属层的堆叠。
17.根据权利要求16所述的方法，其中所述金属结合层由金属Ti、Al或者Cr制成，或者由包含Ti、Al以及Cr中至少一者的合金制成。
18.根据权利要求16所述的方法，其中所述金属结合层形成厚度为100至5000。
19.根据权利要求16所述的方法，其中所述电镀金属层由金属Au、Cu或者Ni制成，或者由包含Au、Cu以及Ni中至少一者的合金制成。
20.根据权利要求16所述的方法，其中所述电镀金属层形成厚度为100至5000。
21.根据权利要求14所述的方法，其中所述凸块由选自由Au、焊料以及Cu所组成的组中的一者制成。
22.根据权利要求14所述的方法，其中在所述形成金属薄膜层的步骤中，所述半导体图像采集设备的表面温度调节至50-180℃。
23.根据权利要求14所述的方法，其中所述半导体图像采集设备的表面温度通过所述形成金属薄膜层的薄膜法中使用的压力和电功率而调节。
24.根据权利要求14所述的方法，其中所述形成金属薄膜层的薄膜法包括步骤：在平台上安置具有多个半导体图像采集设备的基底；移动所述平台以定位于金属材料下方；以及在所述平台在停止或者在一个方向上移动的同时沉积所述金属材料。
25.根据权利要求24所述的方法，其中所述平台形成在平板支撑板中或者在圆柱支撑物上。
26.根据权利要求24所述的方法，其中所述平台由Al或者Al合金、Cu或者Cu合金或Fe或者Fe合金制造。
27.根据权利要求24所述的方法，其中在与所述形成半导体图像采集设备的基底和平台接触的区域处的所述平台的表面上形成硅基聚合体。
28.根据权利要求24所述的方法，其中在与所述形成半导体图像采集设备的基底和平台接触的区域处的所述平台内侧形成水冷却管。
29.根据权利要求24所述的方法，其中所述形成金属薄膜层的薄膜法进一步包括步骤：在所述具有多个安装在其上的电路图案的印刷电路板上形成开口从而暴露设置在所述半导体图像采集设备的中心处的图像传感单元；沿着所述开口的边缘形成基底电极板；沿着所述开口的边缘形成各向异性导电聚合体；对夹在所述印刷电路板的基底电极板和形成在所述半导体图像采集设备处的凸块之间的各向异性导电聚合体进行热压缩和硬化；依附玻璃滤波器到所述印刷电路板的开口的边缘从而覆盖所述印刷电路板的开口；以及在所述半导体图像采集设备的图像传感单元的顶部上安装透镜单元。
30.根据权利要求29所述的方法，其中所述各向异性导电聚合体(650)由液态各向异性导电胶或者半硬化并且具有预定形状的固体各向异性导电膜形成。
31.根据权利要求29所述的方法，其中所述各向异性导电聚合体主要包括热固性树脂、热塑性树脂或者其组合，并且包括均匀分布的预定量的球形或者方形导电金属球。
32.根据权利要求31所述的方法，其中所述导电金属球由选自由Au、Ni、Ag和Cu所组成的的组中的一者制成。
33.根据权利要求31所述的方法，其中所述导电金属球的粒度为0.5至10微米。
34.根据权利要求29所述的方法，其中在所述热压缩并且硬化所述各向异性导电聚合体的步骤中，所述各向异性导电聚合体在数十摄氏度至200摄氏度之间的温度下热压缩并且然后通过保存若干秒至几分钟而硬化。
35.根据权利要求29所述的方法，其中所述形成金属薄膜层的薄膜法进一步包括步骤：在热压缩并且硬化所述各向异性导电聚合体之后再次加热并且再次硬化所述各向异性导电聚合体。
36.根据权利要求29所述的方法，其中所述依附玻璃滤波器到所述印刷电路板的开口边缘以覆盖所述印刷电路板的开口的步骤是在惰性气体环境下进行的。
37.一种半导体图像采集设备的封装结构的制造方法，包括步骤：
在半导体图像采集设备的表面上形成绝缘薄膜并且然后选择性蚀刻所述绝缘薄膜从而暴露形成在半导体图像采集设备的边缘上的电极板；
在半导体图像采集设备的中心处形成的图像传感单元上形成至少一个功能聚合体层；
在所述图像传感单元上形成所述功能聚合体层的位置形成抗压聚合体层；
在产生的材料顶部上形成至少一个金属薄膜层；
在所述金属薄膜层的顶部上形成光敏薄膜并且然后对所述光敏薄膜进行曝光和冲洗从而将形成所述半导体图像采集设备的电极板的区域的金属薄膜层暴露；
在暴露于形成所述半导体图像采集设备的电极板的区域的金属薄膜层的顶部形成凸块；
去除所述光敏薄膜并且然后使用所述凸块为掩模而蚀刻所述金属薄膜层；以及
去除在所述图像传感单元上形成所述功能聚合体层的位置形成的抗压聚合体层。
38.根据权利要求37所述的方法，其中所述功能聚合体层包括平面层、滤色层和微透镜。
39.根据权利要求37所述的方法，其中所述抗压聚合体层通过涂覆、曝光和冲洗而形成。
40.根据权利要求37所述的方法，其中所述功能聚合体层和抗压聚合体层顺次形成，并且然后同时通过涂覆、曝光和冲洗用作抗压聚合体层的光敏薄膜而形成图案并且形成在所述图像传感单元上。
41.根据权利要求37所述的方法，其中所述金属薄膜层包括金属结合层和电镀金属层的堆叠。
42.根据权利要求41所述的方法，其中所述金属结合层由金属Ti、Al或者Cr制成，或者由包含Ti、Al以及Cr中至少一者的合金制成。
43.根据权利要求41所述的方法，其中所述金属结合层形成厚度为100至5000。
44.根据权利要求41所述的方法，其中所述电镀金属层由金属Au、Cu或者Ni制成，或者由包含Au、Cu以及Ni中至少一者的合金制成。
45.根据权利要求41所述的方法，其中所述电镀金属层形成厚度为100至5000。
46.根据权利要求37所述的方法，其中所述凸块由选自由Au、焊料以及Cu所组成的组中的一者制成。
47.根据权利要求37所述的方法，其中所述形成金属薄膜层的薄膜法进一步包括步骤：在所述具有多个安装在其上的电路图案的印刷电路板上形成开口从而暴露设置在所述半导体图像采集设备的中心处的图像传感单元；沿着所述开口的边缘形成基底电极板；沿着所述开口的边缘形成各向异性导电聚合体；对夹在所述印刷电路板的基底电极板和形成在所述半导体图像采集设备处的凸块之间的各向异性导电聚合体进行热压缩和硬化；依附玻璃滤波器到所述印刷电路板的开口的边缘从而覆盖所述印刷电路板的开口；以及在所述半导体图像采集设备的图像传感单元的顶部上安装透镜单元。
48.根据权利要求47所述的方法，其中所述各向异性聚合体由液态各向异性导电胶或者半硬化并且具有预定形状的固体各向异性导电膜形成。
49.根据权利要求47所述的方法，其中所述各向异性导电聚合体主要包括热固性树脂、热塑性树脂或者其组合，并且包括均匀分布的预定量的球形或者方形导电金属球。
50.根据权利要求49所述的方法，其中所述导电金属球由选自由Au、Ni、Ag和Cu所组成的组中的一者制成。
51.根据权利要求49所述的方法，其中所述导电金属球的粒度为0.5至10微米。
52.根据权利要求47所述的方法，其中在所述热压缩并且硬化所述各向异性导电聚合体的步骤中，所述各向异性导电聚合体在数十摄氏度至200摄氏度之间的温度下热压缩并且然后通过保存若干秒至几分钟而硬化。
53.根据权利要求47所述的方法，其中所述形成金属薄膜层的薄膜法进一步包括步骤：在热压缩并且硬化所述各向异性导电聚合体之后再次加热并且再次硬化所述各向异性导电聚合体。
54.根据权利要求47所述的方法，其中所述依附玻璃滤波器到所述印刷电路板的开口边缘以覆盖所述印刷电路板的开口的步骤是在惰性气体环境下进行的。
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