CN205159327U - 影像传感芯片封装结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种影像传感芯片封装结构,包括:影像传感芯片,其具有相对的第一表面和第二表面,在第一表面上设置有影像传感区以及位于影像传感区周围的焊垫;从第二表面贯通至焊垫的通孔;设置于通孔侧壁以及第二表面上的钝化层;设置于通孔底面以及钝化层上的电连线层;电连接于电连线层的焊接凸点;位于电连线层与钝化层之间的缓冲层。该封装结构降低了影像传感芯片封装结构的潜在缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及半导体技术领域,尤其涉及一种影像传感芯片封装结构。
背景技术
目前,晶圆级封装(WaferLevelPackaging)技术是对整片晶圆进行测试封装后再进行切割,得到单个成品芯片的技术,其逐渐取代引线键合封装技术,成为封装的主流技术。
在影像传感器的封装中,也多采用晶圆级封装技术,如图1所示,为现有传统的影像传感器封装结构,该结构包括影像传感芯片10和盖板20,影像传感芯片的第一表面上设置有影像传感区12和焊垫14,盖板20设置在影像传感区12上方,用于保护影像传感区,通常的,盖板20由玻璃基板22和玻璃基板22上的支撑结构24组成,支撑结构24围成空腔,在支撑结构24键合到影像传感区所在的第一表面后,将影像传感区12罩在空腔中,起到保护影像传感区的作用。在第二表面上设置有贯通至焊垫14的导孔以及与导孔电连接的焊接凸点22,从而,实现与外部的电连接,导孔包括通孔中及通孔侧面的第二表面上的绝缘层16、电连线层18和阻焊层22,焊接凸点22形成在导孔侧面的电连线层18上,从而实现外部与焊垫的电连接。
然而,在该结构中,绝缘层16多采用有机材料形成,有机材料形成的绝缘层在通孔的边角处较为薄弱,尤其是对于阶梯形的通孔(图未视出),容易在边角处产生缺陷。此外,在后续形成电连线层时,需要通过镭射进行绝缘层的开口,开口后绝缘层和衬垫都被击穿,这样,如图1所示,形成的电连线层18与衬垫14侧壁形成电连接,这种连接的接触面积较小,在晶片受力时,容易产生断裂,甚至失效。
实用新型内容
有鉴于此,本实用新型的第一方面提供了一种影像传感芯片封装结构,以降低影像传感芯片封装结构的缺陷。
为解决上述问题,本实用新型实施例提供了一种影像传感芯片封装结构,包括:
影像传感芯片,其具有相对的第一表面和第二表面,在第一表面上设置有影像传感区以及位于影像传感区周围的焊垫;
从第二表面贯通至焊垫的通孔;
设置于通孔侧壁以及第二表面上的钝化层;
设置于通孔底面以及钝化层上的电连线层;
电连接于电连线层的焊接凸点;
位于电连线层与钝化层之间的缓冲层。
可选的,还包括:遮光层,位于第二表面上且覆盖所述影像传感区。
可选的,所述遮光层的材质为金属。
可选的,所述金属为经过表面黑化处理的Al。
可选的,所述缓冲层的材质为感光胶。
可选的,还包括覆盖电连线层并填充通孔的阻焊层。
可选的,还包括与所述影像传感芯片对位压合的保护盖板。
可选的,所述保护盖板为光学玻璃,光学玻璃的至少一个表面上设置有防反射层。
可选的,所述缓冲层的厚度范围为5-25微米。
本实用新型实施例提供的影像传感芯片封装结构,在电连线层与芯片间采用钝化层作为绝缘层,并在焊接凸点下的电连线层与钝化层之间设置缓冲层,钝化层具有较好的阶梯覆盖性,在通孔的边角处也具有好的覆盖性,并通过缓冲层释放形成焊接凸点时回流焊对钝化层的冲击力。此外,对于钝化层,在去除通孔底部的钝化层时,可以通过刻蚀的方法去除而暴露衬垫,这样,后续形成的电连线层与衬垫为面接触,具有更大的接触面积,提高二者的结合力,从整体上进一步降低了影像传感芯片封装结构的潜在缺陷。
附图说明
图1示出了现有技术的影像传感芯片封装结构的剖面结构示意图;
图2示出了根据本实用新型一实施例的影像传感芯片封装结构的剖面结构示意图;
图3示出了根据实用新型另一实施例的影像传感芯片封装结构的剖面结构示意图;
图4A至图13示出了本实用新型实施例的影像传感芯片的封装方法中所形成的中间结构的结构示意图。
具体实施方式
为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本实用新型的具体实施方式做详细的说明。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本实用新型,但是本实用新型还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下做类似推广,因此本实用新型不受下面公开的具体实施例的限制。
其次,本实用新型结合示意图进行详细描述,在详述本实用新型实施例时,为便于说明,表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大,而且所述示意图只是示例,其在此不应限制本实用新型保护的范围。此外,在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。另外,以下描述的第一特征在第二特征之“上”的结构可以包括第一和第二特征形成为直接接触的实施例,也可以包括另外的特征形成在第一和第二特征之间的实施例,这样第一和第二特征可能不是直接接触。
为了降低影像传感芯片封装结构的缺陷,尤其是通孔的边角处薄弱的缺陷,本实用新型提出了一种影像传感芯片封装结构,参考图2和图3所示,其包括:
影像传感芯片100,其具有相对的第一表面1001和第二表面1002,在第一表面1001上设置有影像传感区102以及位于影像传感区102周围的焊垫104;
从第二表面1002贯通至焊垫1004的通孔105;
设置于通孔105侧壁以及第二表面1002上的钝化层106;
设置于通孔105底面以及钝化层106上的电连线层108;
电连接于电连线层108的焊接凸点122;
位于电连线层108与钝化层106之间的缓冲层107。
在本实用新型中,在电连线层与芯片间采用钝化层作为绝缘层,并在焊接凸点下的电连线层与钝化层之间设置缓冲层,钝化层具有较好的阶梯覆盖性,在通孔的边角处也具有好的覆盖性,并通过缓冲层释放形成焊接凸点时回流焊对钝化层的冲击力。此外,对于钝化层,在去除通孔底部的钝化层时,可以通过刻蚀的方法去除而暴露衬垫,这样,后续形成的电连线层与衬垫为面接触,具有更大的接触面积,提高二者的结合力,从整体上进一步降低了影像传感芯片的潜在缺陷。
在本实用新型实施例中,该影像传感芯片封装结构可以为形成在完成导孔和焊接凸点加工而尚未进行切割的结构,也可以为经过切割之后的单个成品芯片的结构。
对于影像传感芯片,该芯片至少形成有影像传感区和焊垫,在本实用新型实施例中,在影像传感芯片的第一表面上设置有影像传感区102和位于影像传感区102周围的焊垫104,所述影像传感区102用于接收外界光线并转换为电学信号,所述影像传感区102内至少形成有影像传感器单元,还可以进一步形成有与影像传感器单元相连接的关联电路,如用于驱动芯片的驱动单元(图未示出)、获取感光区电流的读取单元(图未示出)和处理感光区电流的处理单元(图未示出)等。
当然,根据具体的设计需求,在该影像传感芯片上还可以设置有其他的部件,由于这些部件与本实用新型的实用新型点并不密切相关,在此不做进一步的详细描述。
通常地,为了便于布线,影像传感区102位于单个芯片单元的中间位置,焊垫104呈矩形分布,位于影像传感区102的四周且位于单个芯片单元单元的边缘位置,每一个侧边上可以形成有若干个焊垫104,焊垫104为影像传感区内器件与外部电路的输入输出端口,可以将影像传感区102的电学信号传出到外部电路,焊垫的材料为导电材料,可以为金属材料,例如Al、Au和Cu等。
可以理解的是,根据不同的设计和需求,可以对影像传感区和焊垫的位置以及焊垫的数量做出调整,例如,可以将焊垫仅设置在影像传感区的一侧或者某两侧。
在本实用新型实施例中,还包括与影像传感区102对位压合的保护盖板200,保护盖板200为用于保护影像传感区102的部件,其具有容置影像传感区的空间,从而,在影像传感区上形成保护罩,在保护影像传感区不受破坏的同时,不影响光线进入影像传感区。在本实用新型的实施例中,所述保护盖板200为光学玻璃,光学玻璃上设置有支撑结构220,通过支撑结构220与影像传感区102对位压合,使得支撑结构220之间围成的空腔将影像传感区102容纳于其中,形成一个玻璃罩来保护影像传感区102。可以理解的是,保护盖板200也可以采用其他的结构,如采用不透光的基板来形成,而在基板与影像传感区对应的区域设置开口或具有遮挡的透光开口。
然而,对于光学玻璃的保护盖板,会存在镜面反射的缺陷,减少进入到影像传感区的光线,进而影响成像的品质,为此,参考图3所示,在本实用新型实施例中,在光学玻璃的保护盖板200的表面上设置有防反射层201,该防反射层201可以设置在光学玻璃朝向影像传感区102的表面上或与该表面相对的表面上,也可以在光学玻璃的两个表面上都设置该防反射层201,该防反射层至少与覆盖影像传感区102对应的区域,可以根据所选择的光学玻璃来选择合适的防反射涂层的材质。通过在光学玻璃的表面上设置防反射层,减少反射光,增加进入到影像传感区的光线,进而提高成像的品质。
在本实用新型中,通过通孔105实现焊垫104与外部电路的电连接,从而,将影像传感区102的电信号引出至外部电路。
在本实用新型的实施例中,如图2和图3所示,通过以下部件实现焊垫104与外部电路的电连接:从第二表面1002贯通至焊垫1004的通孔105;设置于通孔105侧壁以及第二表面1002上的钝化层106;设置于通孔105底面以及钝化层106上的电连线层108;电连接于电连线层108的焊接凸点122。此外,位于电连线层108与钝化层106之间设置缓冲层107,以缓解焊接凸点工艺中对钝化层的冲击力。
其中,通孔105贯穿影像传感芯片100至焊点104,使得通孔105暴露出焊垫104,通孔105可以贯穿至焊垫104的表面,也可以进一步贯穿至部分厚度的焊垫104中,所述通孔105可以为倒梯形或阶梯形孔,即通孔的截面为倒梯形或者阶梯形。
钝化层106为电连线层108的电绝缘层,在本实用新型实施例中,钝化层106为氧化物或氮化物等无机介质材料,如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅或他们的叠层等,钝化层作为电连线层的绝缘层,具有较好的阶梯覆盖性,在通孔的边角处也具有好的覆盖性,避免通孔边角处薄弱而导致的缺陷。
所述电连线层108覆盖上述通孔内壁,并延伸至通孔两侧的第二表面之上,便于与焊接凸点122连接,电连线层108的材料为导电材料,可以为金属材料,例如Al、Au和Cu等。
由于采用了钝化层106作为电绝缘层,在进行焊接凸点的加工工艺中,会对钝化层造成冲击,为此,在本实用新型中,在焊接凸点122下方的电连线层108与钝化层106之间设置缓冲层107,缓冲层107用于释放焊接凸点对钝化层造成的冲击力,所述缓冲层107的材料可以为有机高分子光刻胶,例如,环氧树脂或丙烯酸树脂等,缓冲层107的厚度可以为5-25微米。此外,更优选地,缓冲层107可以选择感光胶,这样,缓冲层除了缓解对钝化层的冲击力之外,还具有吸光作用,可以避免光线从第二表面进入影像传感区。
进一步的,在另一些实施例中,可以在第二表面上设置遮光层101,该遮光层101覆盖所述影像传感区102,如图3所示,遮光层101避免光线特别是红外光线透过晶片进入到影像传感区102,所述遮光层101可以为金属材料,金属材料例如可以为铝、铝合金或者其他适宜的金属材料,使得光线在其表面形成镜面反射,避免光线进入影像传感区,更优地,该金属材料可以经过黑化处理的金属Al,黑化处理的Al进一步具有好的吸光作用。
此外,在上述待影像传感芯片上形成有阻焊层120,阻焊层120覆盖电连线层108并填充通孔,阻焊层在焊接凸点工艺中对其他层起到绝缘保护层的作用,阻焊层例如可以为防焊感光油墨,阻焊层可以采用与缓冲层107相同的介质材料,以进一步释放焊接凸点对钝化层造成的冲击力并保护影像传感芯片。
所述焊接凸点122电连接于电连接层108,本实施例中,设置在通孔两侧第二表面1002上的电连线层108上,与电连线层接触连接,焊接凸点用于与外部电路的电连接,所述焊接凸点122可以为焊球、金属柱等连接结构,材料可以为铜、铝、金、锡或铅等金属材料。
以上对本实用新型的影像传感芯片封装结构的实施例进行了详细的描述,此外,本实用新型还提供了上述封装结构的封装方法,以下将结合具体的实施例,对该封装方法进行详细的描述。
首先,提供晶圆1000,具有多颗阵列排布的影像传感芯片,其具有相对的第一表面1001和第二表面1002,影像传感芯片100具有影像传感区102以及位于影像传感区周围的焊垫104,所述影像传感区102以及焊垫104位于第一表面1002,参考图4和图4A所示,其中,图4A为晶圆1000的俯视结构示意图,图4及后续相关附图为一个影像传感芯片100单元沿AA1向的截面结构示意图。
本实施例中,所述晶圆1000为半导体衬底,所述半导体衬底可以为体衬底或包括半导体材料的叠层衬底,如Si衬底、Ge衬底、SiGe衬底或SOI等。
在本实用新型实施例中,在所述晶圆1000上形成有多个影像传感芯片100,这些影像传感芯片100呈阵列排布,在相邻的影像传感芯片100之间设置有切割道区域1100,用于后续工艺中对所述晶圆1000进行切割,从而形成独立的影像传感芯片封装结构。
在本实用新型实施例中,所述影像传感芯片具有影像传感区102以及位于影像传感区周围的焊垫104,所述影像传感区102以及焊垫104位于第一表面1002,所述影像传感区102用于接收外界光线并转换为电学信号,所述影像传感区102内至少形成有影像传感器单元,影像传感器单元例如可以由多个光电二极管阵列排布形成,还可以进一步形成有与影像传感器单元相连接的关联电路,如用于驱动芯片的驱动单元(图未示出)、获取感光区电流的读取单元(图未示出)和处理感光区电流的处理单元(图未示出)等。
接着,提供保护盖板200,并将保护盖板200与所述晶圆1000对位压合,参考图5-6所示。
本实施例中,如图5所示,所述保护盖板200为光学玻璃,光学玻璃上设置有支撑结构220,通过支撑结构220与影像传感区102对位压合,使得支撑结构220之间围成的空腔将影像传感区102容纳于其中,形成一个玻璃罩来保护影像传感区102。所述光学玻璃可以为无机玻璃、有机玻璃或者其他具有特定强度的透光材料,光学玻璃的厚度可以为300μm~500μm。
所述支撑结构220通常为介质材料,例如可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或感光胶等。在一个具体的实施例中,支撑结构的材料为感光胶,首先,可以在光学玻璃的表面上旋涂感光胶,而后进行曝光显影工艺,从而,在感光玻璃上形成支撑结构220。
由于该保护盖板采用光学玻璃形成,会存在镜面反射的缺陷,减少进入到影像传感区的光线,进而影响成像的品质,为此,参考图5所示,在形成支撑结构之前,可以先在光学玻璃的表面上设置防反射层201,该防反射层201可以设置在光学玻璃朝向影像传感区102的表面上或与该表面相对的表面上,也可以在光学玻璃的两个表面上都设置该防反射层201,可以通过喷涂的方式在玻璃基板上形成防反射层,该防反射层至少覆盖影像传感区102对应的区域,可以根据所选择的玻璃基板来选择合适的防反射涂层的材质。
在该实施例中,如图6所示,将该保护盖板200与晶圆1000的第一表面相结合,使得支撑结构220与影像传感区102对位压合,可以通过在支撑结构220和/或晶圆1000的第一表面之间设置粘合层(图未示出),来实现保护盖板200与晶圆1000的对位压合,例如,可以在支撑结构220的表面和/或晶圆1000的第一表面的相应位置处,通过喷涂、旋涂或者黏贴的工艺设置粘合层,再将二者进行压合,通过所述粘合层实现相结合。所述粘合层既可以实现粘接作用,又可以起到绝缘和密封作用。所述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。
而后,通过通孔105工艺实现焊垫104与外部电路的电连接,从而,将影像传感区102的电信号引出至外部电路。
具体的,首先,从而第二表面1002对晶圆1000进行减薄,以便于后续通孔的刻蚀,可以采用机械化学研磨、化学机械研磨工艺或二者的结合进行减薄。
接着,为了避免或者减少光线特别是红外光线从第二表面进入到影像传感区102,如图7所示,可以至少在第二表面对应影像传感区102的设置遮光层101。所述遮光层101可以为金属材料,例如可以为铝、铝合金或者其他适宜的金属材料。在一个优选的实施例中,首先,可以通过溅射工艺在晶圆1000的第二表面上形成金属层,如铝金属;接着,对该金属层进行黑化处理,可以通过酸碱药水对所述金属层进行黑化,例如,可以采用含硫的碱溶液对所述铝金属层进行处理,黑化后的金属层的厚度可以为1μm~10μm,优选地,可以为5μm,6μm等在所述铝金属层上形成黑色的硫化物膜层,提高所述铝材料层的遮光效果;而后,对金属材料层进行图形化,仅在第二表面上影像传感区102对应的位置形成遮光层101,该遮光层也可以较影像传感区102具有更大的面积,以完全遮盖影像传感区,起到更好的遮光效果。
而后,从第二表面1002形成贯通至焊垫104的通孔105,如图8所示。具体的,可以利用刻蚀技术,如反应离子刻蚀或感应耦等离子体刻蚀等,对晶圆1000进行刻蚀,直至暴露出焊垫104,也可以进一步对焊垫104进行过刻蚀,即刻蚀掉部分厚度的焊垫,从而,形成暴露焊垫的通孔105。
接着,在通孔105侧壁以及通孔105两侧的第二表面1002上形成钝化层106,如图9所示。所述钝化层106可以为氧化物或氮化物的介质材料,如氧化硅、氮化硅或氮氧化硅或他们的叠层等。具体的,首先,沉积钝化材料层,如氧化硅,可以采用化学气相沉积的方法进行沉积,接着,进行掩膜工艺,在掩膜的掩蔽下进行刻蚀,将焊垫104之上的钝化材料层去除,从而,仅在通孔105侧壁以及通孔105两侧的第二表面1002上形成钝化层106。采用钝化层形成的电绝缘层具有更好的覆盖性,同时,可以采用刻蚀工艺选择性去除焊垫上的钝化层,从而,保证后续形成的电连线层与焊垫呈面接触,保证二者之间更好的接触和结合力。
而后,在第二表面1002上的钝化层106上形成缓冲层107,如图10所示。所述缓冲层107的材料可以为有机高分子光刻胶,例如,环氧树脂或丙烯酸树脂等,更优选地,缓冲层可以为感光胶,可以通过旋涂或喷涂等工艺,形成缓冲材料层,而后,对缓冲材料层进行曝光和显影,从而,仅在第二表面1002上的钝化层106上形成缓冲层107,该缓冲层至少形成在第二表面上的焊接凸点区域,或者进一步沿将要形成的电连线层延伸,较焊接凸点区域缓冲层可以具有更大的面积。
接着,形成覆盖通孔105内壁及缓冲层107的电连线层108,如图11所示。所述电连线层的材料为导电材料,可以为金属材料薄膜,例如Al、Au和Cu等,可以通过RDL(重布线层)技术来形成电连线层或其他合适的沉积工艺,例如可以采用RDL技术进行Cu的电镀,并溅射Ti进行打底,形成电连线层108,RDL技术使得焊区位置重新布局,可以更好地满足焊区对焊接凸点最小间距的要求。
而后,形成阻焊层120,并在第二表面上的阻焊层120中形成开口121,如图12所示。阻焊层120在焊接凸点工艺中对其他层起到绝缘保护层的作用,阻焊层例如可以为防焊感光油墨,,也可以采用与缓冲层107相同的材料,例如有机高分子光刻胶,以进一步释放焊接凸点对钝化层造成的冲击力。可以通过刻蚀工艺在阻焊层中形成开口121,开口121暴露电连线层108,用于形成焊接凸点。在一个具体的实施例中,阻焊层为防焊感光油墨,旋涂防焊感光油墨,而后,通过曝光显影工艺形成开口121,如图12所示。
接着,在开口121中形成焊接凸点122,如图13所示。具体的实施例中,首先,可以先形成UBM(UnderBumpMetal,球下金属层),而后进行植球工艺,通过掩膜版将焊料球放置于UBM上,而后采用回流焊工艺,在开孔中形成焊接凸点122,焊接凸点可以为焊球、金属柱等连接结构,材料可以为铜、铝、金、锡或铅等金属材料或他们的合金材料。
进一步的,可以继续进行切割工艺,沿晶圆1000的切割道区域1100,对晶圆1000和保护盖板200进行切割,将上述晶圆的封装结构切割为单个独立的芯片,从而获得独立影像传感芯片的封装结构。
此外,与上述实施例的封装方法不同的是,在另一些实施例中,在第二表面上并不形成遮光层,而缓冲层107选择感光胶,感光胶具有吸光作用,除了缓解对钝化层的冲击力之外,还可以避免光线从第二表面进入影像传感区。在这些实施例中,其他加工工艺都通上述实施例相同,在此不再赘述。
虽然本实用新型披露如上,但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员,在不脱离本实用新型的精神和范围内,均可作各种更动与修改,因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
Claims (9)
1.一种影像传感芯片封装结构,其特征在于,包括:
影像传感芯片,其具有相对的第一表面和第二表面,在第一表面上设置有影像传感区以及位于影像传感区周围的焊垫;
从第二表面贯通至焊垫的通孔;
设置于通孔侧壁以及第二表面上的钝化层;
设置于通孔底面以及钝化层上的电连线层;
电连接于电连线层的焊接凸点;
位于电连线层与钝化层之间的缓冲层。
2.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,还包括:遮光层,位于第二表面上且覆盖所述影像传感区。
3.根据权利要求2所述的封装结构,其特征在于,所述遮光层的材质为金属。
4.根据权利要求3所述的封装结构,其特征在于,所述金属为经过表面黑化处理的Al。
5.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,所述缓冲层的材质为感光胶。
6.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,还包括覆盖电连线层并填充通孔的阻焊层。
7.根据权利要求1所述的封装结构,其特征在于,还包括与所述影像传感芯片对位压合的保护盖板。
8.根据权利要求7所述的封装结构,其特征在于,所述保护盖板为光学玻璃,光学玻璃的至少一个表面上设置有防反射层。
9.根据权利要求1-8中任一项所述的封装结构,其特征在于,所述缓冲层的厚度范围为5-25微米。
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2015
- 2015-10-28 CN CN201520848187.0U patent/CN205159327U/zh active Active
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