CN211088270U - 芯片封装结构和光学传感器 - Google Patents

Abstract

本申请提供一种芯片封装结构和光学传感器，涉及芯片封装技术领域。该芯片封装结构包括基板、芯片、支撑柱和盖板，芯片设于基板上，并与基板电连接；基板上设置支撑柱，盖板设置在支撑柱上，且位于芯片远离基板的一侧；基板、支撑柱和盖板形成密封腔体，芯片位于密封腔体内，且盖板与芯片相对设置。该芯片封装结构工艺简单，生产效率高，产品质量好。

Description

芯片封装结构和光学传感器

技术领域

本实用新型涉及芯片封装技术领域，具体而言，涉及一种芯片封装结构和光学传感器。

背景技术

目前传统的芯片封装结构主要是通过在芯片的感光区上用一块玻璃进行透光密封，制造时需要在感光区四周用胶或者其他材质的材料做一个支撑结构，以便玻璃盖板与芯片之间存在一定的高度。但是现有的这种生产方式对于封装的要求过高，并且工序过于繁杂，生产效率相对较低。

实用新型内容

本实用新型的目的包括提供一种芯片封装结构，结构简单，制造方便，有利于提高生产效率。

本实用新型的目的还包括提供一种光学传感器，采用上述的芯片封装结构，生产效率高，产品质量好。

本实用新型的实施例是这样实现的：

第一方面，本实施例提供一种芯片封装结构，包括基板、芯片、支撑柱和盖板，所述芯片设于所述基板上，并与所述基板电连接；所述基板上设置所述支撑柱，所述盖板设置在所述支撑柱上；所述基板、所述支撑柱和所述盖板形成密封腔体，所述芯片位于所述密封腔体内，且所述盖板与所述芯片相对设置。

在可选的实施方式中，所述芯片远离所述基板的一侧设有第一连接部，所述芯片靠近基板的一侧设有第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部电连接。

在可选的实施方式中，所述芯片上开设有第一通孔，所述第一通孔内设置第一导电件，所述第一导电件用于连接所述第一连接部和所述第二连接部。

在可选的实施方式中，所述第一导电件为金属柱。

在可选的实施方式中，所述基板远离所述芯片的一侧设有第三连接部，所述第二连接部与所述第三连接部电连接。

在可选的实施方式中，所述基板上开设有第二通孔，所述第二通孔内设有第二导电件，所述第二导电件用于连接所述第二连接部和所述第三连接部。

在可选的实施方式中，所述芯片和所述基板之间设有胶体。

在可选的实施方式中，所述基板上设有定位槽，所述支撑柱安装在所述定位槽内。

在可选的实施方式中，还包括塑封体，所述塑封体设置在所述支撑柱远离所述密封腔体的一侧，且所述塑封体从所述基板表面延伸至所述盖板。

第二方面，本实施例提供一种光学传感器，包括如前述实施方式中任一项所述的芯片封装结构，所述芯片为感光芯片，所述盖板采用透光材质。

本实用新型提供的芯片封装结构和光学传感器，其有益效果包括：

本实用新型提供的芯片封装结构，通过在基板上设置支撑柱，并在支撑柱远离基板的一端设置盖板，使芯片处于盖板、支撑柱和基板形成的密封腔体内，实现对芯片的封装。该结构简单，制造方便，生产效率高，有利于提高产品质量。

本实用新型提供的光学传感器，包括上述的芯片封装结构，盖板采用透光材质制成，提高芯片的透光率，实现芯片的透光密封。该光学传感器结构简单，生产效率高，产品品质好。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对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实用新型的某些实施例，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为本实用新型实施例提供的芯片封装结构的示意图；

图2为本实用新型实施例提供的芯片的示意图；

图3为本实用新型实施例提供的芯片封装结构的基板的结构示意图；

图4为本实用新型实施例提供的芯片封装结构的制程示意图。

图标：100-芯片封装结构；110-芯片；111-第一连接部；112-第一通孔；113-第二连接部；115-功能区；120-基板；121-第二通孔；123-定位槽；125-第三连接部；130-支撑柱；140-盖板；150-塑封体；151-第一导电件；153-第二导电件；160-胶体；101-密封腔体。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本实用新型实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本实用新型的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本实用新型的范围，而是仅仅表示本实用新型的选定实施例。基于本实用新型中的实施例，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他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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，或者是该实用新型产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本实用新型的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

接触式图像传感器(Contact Image Sensor，简称CIS)，CIS是新型线型图像传感器，是继CCD之后这几年来研究和开发的光电耦合器件。接触式图像传感器是可以对图像的光学信号进行感知，并转换成电子信号的一种处理电子器件，目前市场上应用也很广泛，比如可应用到智能终端、相机、扫描态势感知等设备。为了提高产品的成像的质量和实用性大多都是需要对芯片进行封装后，再安装至终端设备之中。

目前传统的封装结构主要是通过在芯片的感光区上用一块玻璃进行透光密封，制造时需要在感光区四周用胶或者其他材质的材料做一个支撑结构，以便玻璃盖板与芯片之间存在一定的高度。但是现有的这种生产方式对于封装的要求过高，并且工序过于繁杂。批量生产时对质量和效率控制提出了新的挑战，直接影响了公司的核心竞争力。

为了克服现有技术的缺陷，本申请提出了一种芯片封装结构和光学传感器，使得封装结构更加简单，操作更加方便，有利于提高产品良率和产品竞争力，适合小产量和大批量生产，生产效率高。

第一实施例

请参照图1，本实施例提供一种芯片封装结构100，包括基板120、芯片110、支撑柱130和盖板140，芯片110设于基板120上，并与基板120电连接；基板120上设置支撑柱130，盖板140设置在支撑柱130上，且位于芯片110远离基板120的一侧；基板120、支撑柱130和盖板140形成密封腔体101，芯片110位于密封腔体101内，且盖板140与芯片110相对设置。将芯片110封装在基板120和盖板140之间，盖板140和芯片110之间具有一定的高度差，有效实现芯片110的封装，防止芯片110的功能区115域被污染或受外界杂质的影响。将支撑柱130设置在基板120上，盖板140安装在支撑柱130上，大大提高了盖板140的安装效率，操作更加简单，有利于提高封装的质量和效率。

请参照图2，进一步地，芯片110远离基板120的一侧设有第一连接部111，芯片110靠近基板120的一侧设有第二连接部113，第一连接部111与第二连接部113电连接，第二连接部113与基板120电连接。可选地，芯片110上开设有第一通孔112，第一通孔112内设置第一导电件151，第一导电件151用于连接第一连接部111和第二连接部113。比如，第一导电件151为金属柱。本实施例中，芯片110采用TSV(Through Silicon Vias，穿透硅通孔)穿孔工艺形成第一通孔112，并在第一通孔112内沉积金属铜，即第一导电件151为铜柱。可选地，第一连接部111采用焊垫，第二连接部113采用第一锡球，焊垫和第一锡球通过沉积在第一通孔112内的金属铜电连接，从而实现芯片110的上表面和下表面的电连接。采用穿透硅通孔技术利用短的垂直电连接方式，以建立从芯片110的有效侧到背面的电连接，使得整个封装结构更加简单、紧凑，缩减封装的几何尺寸。

芯片110包括位于中部的功能区115和位于边缘的连接区，比如感光芯片110的功能区115即中部的感光区域，第一通孔112的数量可以是一个或多个，第一通孔112开设在芯片110的连接区，这样才不会影响芯片110功能区115的质量。

需要说明的是，第一连接部111和第二连接部113的电连接除了采用上述的硅穿孔技术外，还可以采用金线连接或导线连接等，第一通孔112的形成可以采用蚀刻原理或激光穿射等方式，这里不作具体限定。

请参照图3，基板120远离芯片110的一侧设有第三连接部125，第二连接部113与第三连接部125电连接。可选地，基板120上开设有第二通孔121，第二通孔121内设有第二导电件153，第二导电件153用于连接第二连接部113和第三连接部125。本实施例中，第三连接部125采用第二锡球，第一锡球与第二锡球通过第二导电件153电连接，第二锡球用于与PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)电路板连接。

容易理解，第二连接部113和第三连接部125的电连接方式可以参考前述的第一连接部111和第二连接部113的电连接方式。基板120上开设贯穿基板120上表面和下表面的第二通孔121，第二通孔121的形成可以采用硅穿孔技术、激光穿孔技术或其它开孔方式，这里不作具体限定。第二导电件153可以采用沉积金属的方式形成，以导通第二连接部113和第三连接部125，也可以直接在第二通孔121内安装金属柱，或者采用导线连接的方式实现第二连接部113和第三连接部125的电连接，这里不作具体限定。

进一步地，芯片110和基板120之间设有胶体160。胶体160采用非导电胶水，利用非导电胶水的柔软特性，将金属铜柱与基板120的连接点进行电路保护，对产品内部结构进行固化保护，确保电路连接的稳定性。

本实施例中，基板120上设有定位槽123，支撑柱130安装在定位槽123内。通过在基板120上开设定位槽123，便于支撑柱130的定位和安装，提高支撑柱130的安装效率和连接稳定性。容易理解，支撑柱130和基板120的连接方式包括但不限于粘接、焊接、螺纹连接、卡接、铆接或磁性连接等方式，这里不作具体限定。

为了提高产品的可靠性，防止产品受外部因素影响，本实施例提供的芯片封装结构100在支撑柱130的外侧还设有塑封体150，可选地，塑封体150设置在支撑柱130远离密封腔体101的一侧，且塑封体150从基板120表面延伸至盖板140，并与盖板140齐平。塑封体150可以采用注塑工艺在支撑柱130的外周形成。支撑柱130不仅起到支撑盖板140的作用，同时也能阻挡注塑时注塑料溢出至密封腔体101内，对芯片110起到保护作用。

本实施例提供的芯片封装结构100，通过在基板120上设置支撑柱130，在支撑柱130远离基板120的一侧设置盖板140，基板120、支撑柱130和盖板140围合形成密封腔体101，芯片110设于基板120上并位于该密封腔体101内。盖板140在支撑柱130的支撑下位于芯片110远离基板120的一侧，并且盖板140与芯片110之间形成高度差，这样有利于对芯片110功能区115的保护，提高芯片110质量。将支撑柱130设置在基板120上，安装方便，生产效率高。

第二实施例

本实施例提供一种光学传感器，包括如前述实施方式中任一项的芯片封装结构100，芯片110为感光芯片110，盖板140采用透光材质。本实施例中，芯片110采用CIS芯片110，芯片110设置在基板120上并与基板120电连接。CIS芯片110为集成电路芯片110，主要包括涵盖电路和感光区，感光区用于收集外界的图像信号转换为内部电子信号。

盖板140采用透明玻璃，支撑柱130安装在基板120的定位槽123内，盖板140安装在支撑柱130远离基板120的一端，盖板140在支撑柱130的支撑下位于芯片110远离基板120的一侧，并且盖板140与芯片110之间形成高度差。盖板140、支撑柱130和基板120围合形成用于容纳芯片110的密封腔体101，对芯片110进行保护。由于盖板140采用透明玻璃，提高了该光学传感器的透光率。相对于传统的封装结构，本实施例中的光学传感器，支撑柱130和盖板140的安装效率更高，工艺更加简洁，大大缩短了制程时间，提高生产效率，并且，在生产过程中，芯片110不易受到外界因素的干扰或污染，提高芯片110质量，确保了生产过程中光学传感器的良品率。

芯片110通过采用TSV穿孔技术形成贯通芯片110上表面和下表面的第一通孔112，在芯片110上表面设置焊垫，焊垫作为芯片110电路表面的连接点。在芯片110的下表面设置第一锡球，在第一通孔112中沉积金属铜，焊垫和第一锡球分别与金属铜连接，实现了芯片110上表面和下表面的垂直短距离的电连接。类似地，在基板120上开设贯穿基板120上表面和下表面的第二通孔121，通过在第二通孔121内设置第二导电件153以实现基板120上表面第一锡球和基板120下表面第二锡球的电连接。该光学传感器结构简单、紧凑，缩减了封装结构的几何尺寸。基板120用于承载芯片110和电路对外的连接，在芯片110和基板120之间设置胶体160，将产品内部结构固化，用于保护电路，确保电路连接的稳定性。支撑柱130的设置还能在塑封过程中阻挡塑封料溢出至密封腔体101内，对芯片110进行保护。可选地，本实施例中的塑封体150采用漏芯片封装技术将产品包裹起来，以达到CIS芯片110光感区透光率的要求。

本实施例中未提及的其它内容，与第一实施例中描述的内容相似，这里不再赘述。

请参照图4，本实施例提供的芯片封装结构100和光学传感器，其具体封装方法包括：

S10：芯片110采用TSV穿孔技术，将芯片110深硅刻蚀形成微孔即第一通孔112，在第一通孔112内分别进行绝缘层、阻挡层和种子层的沉积，并在第一通孔112内填充金属导电材料，以实现芯片110上表面焊垫和下表面第一锡球的电路导通。

S20：磨划，将整片晶圆磨片至工艺控制厚度，再通过划片机切割成单颗芯片110。

S30：装片，将单颗芯片110贴装到基板120正面，再通过烤箱烘烤固化连接。

S40：胶体160覆盖，通过非导电胶水的柔软特性，将产品内部结构进行固化保护，实现对电路的保护，确保电路连接的可靠性和稳定性。

S50：贴装支撑柱130，将定制的特定长度的支撑柱130装配到基板120的定位槽123内。支撑柱130可以是树脂、玻璃等材料，这里不作具体限定。支撑柱130用于将盖板140支撑起来，防止外部因素影响芯片110的感光区。此外，支撑柱130也能保护产品芯片110表面不受到产品塑封的溢胶影响。

S60：贴装盖板140，将盖板140贴装至支撑柱130远离基板120的一端。本实施例中的盖板140采用透明玻璃，贴装到已经安装好的支撑柱130上方，与芯片110的感光区相对设置，使透明玻璃与芯片110之间形成高度差。透明玻璃能提高芯片110的透光率，并防止外界杂质掉入芯片110的感光区。同时，还能起到对Fow膜的保护。需要说明的是，Fow(Film onwire)膜是一种新支撑型的芯片110粘合剂，在整片晶圆磨片减薄后，由线上加工系统经由一个转轴在原片背面粘贴一层Fow膜，由于Fow膜的支撑作用在划片过程中可以最大限度地减小晶片翘曲对产品质量的影响。

S70：植球，将第二锡球粘贴到基板120背面，再通过回流焊进行固化焊接，实现第一锡球和第二锡球的电连接。

S80：印字，通过激光烧灼在产品指定区域刻画印字信息。

S90：切割，通过刀片将整条基板120切割成单颗应用产品。

综上所述，本实施例提供的芯片封装结构100和光学传感器，具有以下几个方面的有益效果：

本实施例提供的芯片封装结构100和光学传感器，应用范围广，制造工艺更加简单，封装效率更高，能够有效缩短产品制程时间，提高产品生产效率，并且能降低整体制造成本，提高封装质量和生产过程中的良品率。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种芯片封装结构，其特征在于，包括基板、芯片、支撑柱和盖板，所述芯片设于所述基板上，并与所述基板电连接；所述基板上设置所述支撑柱，所述盖板设置在所述支撑柱上；所述基板、所述支撑柱和所述盖板形成密封腔体，所述芯片位于所述密封腔体内，且所述盖板与所述芯片相对设置。

2.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片远离所述基板的一侧设有第一连接部，所述芯片靠近基板的一侧设有第二连接部，所述第一连接部与所述第二连接部电连接。

3.根据权利要求2所述的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片上开设有第一通孔，所述第一通孔内设置第一导电件，所述第一导电件用于连接所述第一连接部和所述第二连接部。

4.根据权利要求3所述的芯片封装结构，其特征在于，所述第一导电件为金属柱。

5.根据权利要求2所述的芯片封装结构，其特征在于，所述基板远离所述芯片的一侧设有第三连接部，所述第二连接部与所述第三连接部电连接。

6.根据权利要求5所述的芯片封装结构，其特征在于，所述基板上开设有第二通孔，所述第二通孔内设有第二导电件，所述第二导电件用于连接所述第二连接部和所述第三连接部。

7.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述芯片和所述基板之间设有胶体。

8.根据权利要求1所述的芯片封装结构，其特征在于，所述基板上设有定位槽，所述支撑柱安装在所述定位槽内。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的芯片封装结构，其特征在于，还包括塑封体，所述塑封体设置在所述支撑柱远离所述密封腔体的一侧，且所述塑封体从所述基板表面延伸至所述盖板。

10.一种光学传感器，其特征在于，包括如权利要求1至9中任一项所述的芯片封装结构，所述芯片为感光芯片，所述盖板采用透光材质。

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