CN217405421U

CN217405421U - 封装结构

Info

Publication number: CN217405421U
Application number: CN202220922940.6U
Authority: CN
Inventors: 李瀚宇; 林焱
Original assignee: China Wafer Level CSP Co Ltd
Current assignee: China Wafer Level CSP Co Ltd
Priority date: 2022-04-20
Filing date: 2022-04-20
Publication date: 2022-09-09
Anticipated expiration: 2032-04-20

Abstract

本实用新型公开了一种封装结构，该封装结构包括：芯片单元，具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面具有感应区域以及与所述感应区域电连接的焊垫；盖板，与所述芯片单元的第一表面相对设置；遮光层，覆盖所述芯片单元的第二表面，所述遮光层选自TiN、Ge、TiW或TaN。本实用新型的遮光材料选自TiN、Ge、TiW或TaN等，具有更好的稳定性能，且光通量低、耐热冲击。特别的，当遮光材料为TiN时，在暴露焊垫的刻蚀中，可以采用干法刻蚀依次刻蚀TiN和绝缘层，干法刻蚀采用的气体相同，在同一刻蚀流程中即可实现绝缘层和遮光层的去除。

Description

封装结构

技术领域

本实用新型是关于半导体封装技术领域，特别是关于一种封装结构。

背景技术

影像传感器芯片作为一种可以将光学图像转换成电子信号的芯片，其具有感应区域。硅因为在1000-7000nm红外波段以及远红外波段具有较好的透光能力，近红外光(750-1400nm)、短波长红外光(1400-3000nm)以及中波长红外光(3000-8000nm)可以透过硅层。因此在特定光源下，芯片背面的红外光会透光Si层干扰正面感应区域，造成影响失真。

为了解决该问题，现有技术中通常在硅背面设置一层金属遮光层，用来防止外部光线通过硅材质，影响芯片的成像质量。现有技术中，这层金属遮光层为Al，随着芯片的使用时间越来越来长，金属Al容易迁移，造成芯片线路短路，引起芯片使用失效。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本实用新型的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种封装结构，其能够克服现有技术中因为采用金属Al，容易发生Al迁移，造成芯片线路短路，引起芯片使用失效等问题。

为实现上述目的，本实用新型的实施例提供了一种封装结构，包括：

芯片单元，具有相对的第一表面和第二表面，所述第一表面具有感应区域以及与所述感应区域电连接的焊垫；

盖板，与所述芯片单元的第一表面相对设置；

遮光层，覆盖所述芯片单元的第二表面，所述遮光层选自TiN、Ge、TiW或TaN。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述封装结构还包括：

从所述芯片单元的第二表面贯穿所述芯片单元的过孔，所述过孔暴露出所述焊垫；

覆盖所述芯片单元第二表面和所述过孔侧壁表面的绝缘层；

位于所述绝缘层表面且与所述焊垫电连接的金属层；

位于所述金属层表面和过孔内的阻焊层，所述阻焊层具有暴露出部分所述金属层的开孔；

填充所述开孔，并暴露在所述阻焊层表面之外的焊接凸起。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述的遮光层形成于所述绝缘层和金属层之间。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，所述的遮光层形成于阻焊层表面。

在本实用新型的一个或多个实施方式中，遮光层的厚度0.1～0.13um。

与现有技术相比，本实用新型的遮光材料选自TiN、Ge、TiW或TaN等，具有更好的稳定性能，且光通量低、耐热冲击。特别的，当遮光材料为TiN时，在暴露焊垫的刻蚀中，可以采用干法刻蚀依次刻蚀TiN和绝缘层，干法刻蚀采用的气体相同，在同一刻蚀流程中即可实现绝缘层和遮光层的去除。

附图说明

图1至9是根据本实用新型实施例1的封装结构的中间结构示意图；

图10是根据本实用新型实施例2的封装结构的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本实用新型的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其它明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其它元件或其它组成部分。

实施例1

如图1所示，根据本实用新型优选实施方式的一种封装结构100，包括芯片单元10、盖板20和遮光层30。芯片单元10具有相对的第一表面11和第二表面12，所述第一表面11具有感应区域111以及与所述感应区域111电连接的焊垫112；盖板20与所述芯片单元10的第一表面11相对设置；遮光层30覆盖所述芯片单元10的第二表面12，所述遮光层30选自TiN、Ge、TiW或TaN。

遮光层30覆盖于芯片单元10的第二表面12(背面)，由于遮光层30不透光，光线不会通过第二表面12穿过Si材料，因此不会对感应区域111产生干扰。

遮光层30选自TiN、Ge、TiW或TaN，性能稳定，光通量低，耐热冲击。其中，遮光层30选用TiN时，在暴露焊垫的流程中，可以采用干法刻蚀依次刻蚀TiN和绝缘层(SiO₂)，干法刻蚀采用的气体相同，在同一刻蚀流程中即可实现绝缘层和遮光层30的去除。遮光层30选用其他的如Tiw或者Ge时，在暴露焊垫112的流程中，可以采用湿法刻蚀。遮光层30采用TaN时，还具有防止热冲击和金属迁移能力。

在一具体实施例中，芯片单元10为影像传感器芯片单元，感应区域111通过与其电连接的焊垫112与外部电路连接，传输相应的电信号。感应区域111为光学感应区域，可以由多个光电二极管阵列排布形成，光电二极管可以将照射至感应区域111的光学信号转化为电学信号，通过焊垫112将电学信号传输至外部电路。

在其他实施例中，芯片单元10的感应区域也可以为其他光电元件、射频元件、表面声波元件、压力感测器件等利用热、光线及压力等物理量变化来测量的物理传感器，或者微机电系统、微流体系统等。

盖板20的材料为透光材料，其材料可以为无机玻璃或者有机玻璃。

盖板20和芯片单元10之间设置有支撑结构80，芯片单元10的感应区域111位于支撑结构80和芯片单元10的第一表面11围成的空腔之内。

在一些实施例中，支撑结构80的材料为湿膜或干膜光刻胶，通过喷涂、旋涂或者黏贴等工艺形成，对支撑结构材料层进行曝光和显影进行图形化后形成支撑结构80。

在一些实施例中，支撑结构80还可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅等绝缘介质材料，通过沉积工艺形成，后续采用光刻和刻蚀工艺进行图形化形成支撑结构80。

在其他一些实施例中，支撑结构80还可以通过对盖板20进行刻蚀后形成。具体地，可以在盖板20上形成图形化的光刻胶层，然后再以图形化的光刻胶层为掩膜刻蚀盖板20，在盖板20内形成支撑结构80，支撑结构80即为盖板20上的凸起部分。

芯片单元10的第二表面12形成贯穿所述芯片单元10的过孔13，所述过孔13暴露出所述焊垫112。

芯片单元10的第二表面12和过孔13侧壁表面形成有绝缘层40，绝缘层40对应焊垫112的位置形成有暴露所述焊垫112的开孔。在一实施例中，绝缘层40的材料可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者绝缘树脂。

遮光层30形成于绝缘层40的表面，并对应焊垫112的位置形成有暴露所述焊垫112的开孔。

该实施例中，遮光层30形成于绝缘层40表面，沿着过孔13的内壁延伸，不仅仅可以阻挡来自芯片单元10第二表面12的光线，同时还可以阻挡来自芯片单元10侧面的光线，实现立体遮挡。

遮光层30的厚度优选为0.1～0.13um。遮光层30如果太厚会影响应力及后续刻蚀问题，而且成本高，遮光层30的厚度如果太薄则会影响遮光效果。

遮光层30的表面形成有金属层50，金属层50与所述焊垫112电连接。

金属层50的表面和过孔13内还覆盖有阻焊层60，所述阻焊层60具有暴露出部分所述金属层50的开孔。阻焊层60的材料为氧化硅、氮化硅等绝缘介质材料，用于保护金属层50。

阻焊层60的开孔内设置有焊接凸起70，焊接凸起70与金属层50电性连接并凸伸在阻焊层60表面之外。焊接凸起70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。

对应地，本实用新型实施例提供了一种封装方法，用于形成如图1所示的封装结构。请参考图2至图9，为本实用新型实施例的封装方法的封装过程中形成的中间结构示意图。

步骤s01，参图2和图3所示，提供一晶圆200，所述的晶圆包括阵列分布的多个芯片单元10。图3是图2在A-A'方向的剖视图，剖视图中示出了两个芯片单元10，芯片单元10之间具有切割沟道201，以便于在后续切割工艺中进行切割处理。

每个芯片单元10分别具有相对的第一表面11和第二表面12，所述第一表面11具有感应区域111以及与所述感应区域111电连接的焊垫112。

步骤s02，参图4所示，提供一盖板20，并在盖板20的一侧表面上制作支撑结构80，支撑结构80与盖板20表面之间围成的空腔21与芯片单元10的感应区域111对应。

由于需要光线透过盖板20到达感应区域111，因此，盖板20具有较高的透光性，为透光材料。盖板20的两个表面均平整、光滑，不会对入射光线产生散射、漫反射等。一实施例中，盖板20的材料可以为无机玻璃、有机玻璃或者其他具有特定强度的透光材料。

步骤s03，参图5所示，将盖板20具有支撑结构80的一侧与芯片单元10的第一表面11相对并结合，使得支撑结构80支撑在盖板20和芯片单元10的第一表面11之间，同时使得感应区域111位于空腔21内。

为了便于后续过孔的刻蚀，从芯片单元10的第二表面12对芯片单元10进行减薄，减薄的方式可以采用机械研磨、化学机械研磨工艺等。

步骤s04，参图6所示，在所述芯片单元10的第二表面12形成贯穿所述芯片单元10的过孔13，所述过孔13用于露出所述焊垫112。

一实施例中，过孔13可以为梯形孔，所述过孔13在由所述第一表面11指向所述第二表面12的方向上，所述过孔13的孔径逐渐增大。在其他实施例中，过孔13也可以为直孔，过孔13在由所述第一表面11指向所述第二表面12的方向上，所述过孔13的孔径相同。过孔13的截面可以为圆形、三角形或方形等。

步骤s05，参图7所示，在芯片单元10的第二表面12以及过孔13的侧壁形成绝缘层40(包括过孔13的底部，绝缘层40覆盖焊垫112)。绝缘层40的材料可以为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者绝缘树脂。

步骤s06，参图8所示，在绝缘层40的表面形成遮光层30，遮光层30的厚度优选为0.1～0.13um。遮光层30的材质选自TiN材料。

步骤s07，参图9所示，在同一干法刻蚀工艺中，依次去除部分的遮光层30和绝缘层40，形成暴露所述焊垫112的开孔。

由于遮光层30的材质为TiN，绝缘层40采用SiO₂，两种材料均可以采用干法刻蚀，且刻蚀的气体相同，因此在同一刻蚀工艺中，可以依次实现对遮光层30和绝缘层40的刻蚀，工艺简单、成本低。

接着，在遮光层30的表面形成金属层50，所述金属层50与所述焊垫112电性连接。金属层50作为再布线层，将焊垫112引至芯片单元10的第二表面12上，再与外部电路连接，金属层50可以是经过金属薄膜沉积和对金属薄膜的刻蚀后形成。

接着，参图1所示，在金属层50表面以及过孔13内形成阻焊层60，所述阻焊层60具有暴露出部分所述金属层50的开孔。阻焊层60的材料为氧化硅、氮化硅等绝缘介质材料，用于保护金属层50。

再接着，在所述阻焊层60的开孔内形成与所述金属层50电性连接的焊接凸起70。焊接凸起70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。

步骤s08，沿晶圆200的切割道区域201对晶圆200、盖板20和遮光材料层30进行切割，形成多个独立的封装结构。

切割可以采用切片刀切割或者激光切割，切片刀切割可以采用金属刀或者树脂刀。

实施例2

如图10所示，根据本实用新型第二实施方式的一种封装结构300，包括芯片单元310、盖板320和遮光层330。芯片单元310具有相对的第一表面311和第二表面312，所述第一表面311具有感应区域3111以及与所述感应区域3111电连接的焊垫3112；盖板320与所述芯片单元310的第一表面311相对设置；遮光层330覆盖所述芯片单元310的第二表面312，所述遮光层330选自TiN、Ge、TiW或TaN。

盖板320和芯片单元310之间设置有支撑结构380，芯片单元310的感应区域3111位于支撑结构380和芯片单元310的第一表面311围成的空腔之内。

芯片单元310的第二表面312形成贯穿所述芯片单元310的过孔313，所述过孔313暴露出所述焊垫3112。

芯片单元310的第二表面312和过孔313侧壁表面形成有绝缘层340，绝缘层340对应焊垫3112的位置形成有暴露所述焊垫3112的开孔。

绝缘层340的表面形成有金属层350，金属层350与所述焊垫3112电连接。

金属层350的表面和过孔313内还覆盖有阻焊层360，所述阻焊层360具有暴露出部分所述金属层350的开孔。

阻焊层360的开孔内设置有焊接凸起370，焊接凸起370与金属层350电性连接并凸伸在阻焊层360表面之外。

与实施例1的主要区别在于，本实施例的遮光层330形成于阻焊层360表面。与实施例1相比，该方案无法实现对芯片单元310侧面方向光线的遮挡。

其他结构和制作方法与实施例1相同，不再赘述。

实施例3

在该实施例中，与实施例1相比，所述遮光层30的材质选自Ge、TiW或TaN。在对应的在制作工艺中，需要采用湿法刻蚀工艺刻蚀遮光层30，以形成暴露焊垫112的开孔，并采用干法刻蚀工艺刻蚀绝缘层40，以在绝缘层40上开设暴露焊垫112的开孔。通过两道工序进行刻蚀，与实施例1的一道工序进行刻蚀相比，时间和成本都会相应增加。

结构和其他制作方法和实施例1相同，不再赘述。

前述对本实用新型的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本实用新型限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本实用新型的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本实用新型的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。本实用新型的范围意在由权利要求书及其等同形式所限定。

Claims

1.一种封装结构，其特征在于，包括：

盖板，与所述芯片单元的第一表面相对设置；

2.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，所述封装结构还包括：

覆盖所述芯片单元第二表面和所述过孔侧壁表面的绝缘层；

位于所述绝缘层表面且与所述焊垫电连接的金属层；

填充所述开孔，并暴露在所述阻焊层表面之外的焊接凸起。

3.如权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述的遮光层形成于所述绝缘层和金属层之间。

4.如权利要求2所述的封装结构，其特征在于，所述的遮光层形成于阻焊层表面。

5.如权利要求1所述的封装结构，其特征在于，遮光层的厚度0.1～0.13um。