TW201711147A - 封裝結構及其封裝方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供了一種封裝結構和封裝方法，所述封裝結構包括：晶片單元，所述晶片單元的第一表面包括感應區域；上蓋板，所述上蓋板的第一表面具有支撐結構，所述上蓋板覆蓋所述晶片單元的第一表面，所述支撐結構位於所述上蓋板和所述晶片單元之間，且所述感應區域位於所述支撐結構和所述晶片單元的第一表面圍成的空腔之內；以及遮光層，所述遮光層覆蓋在所述上蓋板的與第一表面相對的第二表面上，並暴露出第二表面在透光方向上與所述感應區域重合的中間區域。本發明的封裝結構和封裝方法可以減少入射至所述感應區域的干擾光線。

Description

封裝結構及其封裝方法
本發明涉及半導體技術領域，尤其涉及一種封裝結構和一種封裝方法。
傳統技術上，IC晶片與外部電路的連接是透過金屬打線接合(Wire Bonding)的方式實現。隨著IC晶片特徵尺寸的縮小和積體電路規模的擴大，打線接合技術不再適用。
晶圓級晶片封裝(Wafer Level Chip size Packaging，WLCSP)技術是對整片晶圓進行封裝測試後再切割得到單個成品晶片的技術，封裝後的晶片尺寸與裸片一致。晶圓級晶片封裝技術顛覆了傳統封裝如陶瓷無引線晶片載具(Ceramic Leadless Chip Carrier)、有機無引線晶片載具(Organic Leadless Chip Carrier)的模式，順應了市場對微電子產品日益輕、小、短、薄化和低價化要求。經晶圓級晶片封裝技術封裝後的晶片達到了高度微型化，晶片成本隨著晶片的減小和晶圓尺寸的增大而顯著降低。晶圓級晶片封裝技術是可以將IC設計、晶圓製造、封裝測試、整合為一體的技術，是當前封裝領域的熱點和發展趨勢。
影像感測器晶片作為一種可以將光學圖像轉換成電子信號的晶片，其具有感應區域。當利用習知的晶圓級晶片封裝技術對影像感測器晶片進行封裝時，為了在封裝過程中保護上述的感應區域不受損傷和污染，通常會在感應區域位置形成一個上蓋基板。所述上蓋基板在完成晶圓級晶片封裝後，可以繼續保留，在影像感測器晶片的使用過程中繼續保護感應區域免受損傷和污染。
但是，採用上述晶圓級晶片封裝技術形成的影像感測器性能不佳。
本發明解決的問題是習知技術形成的影像感測器性能不佳。
為解決上述問題，本發明實施例提供了一種封裝結構。所述封裝結構包括：晶片單元，所述晶片單元的第一表面包括感應區域；上蓋板，所述上蓋板的第一表面具有支撐結構，所述上蓋板覆蓋所述晶片單元的第一表面，所述支撐結構位於所述上蓋板和所述晶片單元之間，且所述感應區域位於所述支撐結構和所述晶片單元的第一表面圍成的空腔之內；以及遮光層，所述遮光層覆蓋在所述上蓋板的與第一表面相對的第二表面上，並暴露出第二表面在透光方向上與所述感應區域重合的中間區域。
可選地，所述遮光層暴露出的所述上蓋板中間區域的面積大於或者等於所述感應區域的面積。
可選地，所述遮光層還覆蓋所述上蓋板的部分側壁。
可選地，所述遮光層的材料為黑色光敏有機材料，厚度為10μm~50μm。
可選地，所述遮光層的材料為金屬，厚度為1μm~10μm。
可選地，所述遮光層的材料為鋁。
可選地，所述金屬的表面經過黑化處理。
可選地，所述晶片單元還包括：位於所述感應區域外的焊墊；從所述晶片單元的與第一表面相對的第二表面貫穿所述晶片單元的通孔，所述通孔暴露出所述焊墊；覆蓋所述晶片單元第二表面和所述通孔側壁表面的絕緣層；位於所述絕緣層表面且與所述焊墊電連接的金屬層；位於所述金屬層和所述絕緣層表面的阻焊層，所述阻焊層具有暴露出部分所述金屬層的開孔；填充所述開孔，並暴露在所述阻焊層表面之外的外接凸起。
對應於上述的封裝結構，本發明實施例還提供了一種封裝方法，所述封裝方法包括：提供待封裝晶圓，所述待封裝晶圓的第一表面包括多個晶片單元和位於晶片單元之間的切割道區域，所述晶片單元包括感應區域；提供封蓋基板，在所述封蓋基板的第一表面形成多個支撐結構，所述支撐結構與所述待封裝晶圓上的感應區域相對應；將所述封蓋基板的第一表面與所述待封裝晶圓的第一表面相對結合，使得所述支撐結構與所述待封裝晶圓的第一表面圍成空腔，所述感應區域位於所述空腔內；在所述封蓋基板的與第一表面相對的第二表面上形成遮光材料層，所述遮光材料層具有與所述感應區域對應的開口；沿所述切割道區域對所述待封裝晶圓、所述封蓋基板和所述遮光材料層進行切割，形成多個封裝結構，所述封裝結構 包括所述晶片單元、由切割所述封蓋基板形成的上蓋板和由切割所述遮光材料層形成的遮光層，所述遮光層覆蓋在所述上蓋板的第二表面上，並暴露出在透光方向上與所述感應區域重合的中間區域。
可選地，沿所述切割道區域對所述待封裝晶圓、所述封蓋基板和所述遮光材料層進行切割包括：執行第一切割工藝，包括沿所述切割道區域從所述待封裝晶圓的與第一表面相對的第二表面開始切割，直至到達所述待封裝晶圓的第一表面形成第一切割溝槽；以及執行第二切割工藝，包括切割所述遮光材料層和所述封蓋基板，形成與所述第一切割溝槽貫通的第二切割溝槽，同時形成多個封裝結構。
可選地，沿所述切割道區域對所述待封裝晶圓、所述封蓋基板和所述遮光材料層進行切割還包括：在所述第二切割工藝前執行第三切割工藝，所述第三切割工藝沿所述切割道區域從所述封蓋基板的第二表面開始切割到達預設深度，形成第三切割溝槽；在所述封蓋基板的第二表面上形成遮光材料層時，所述遮光材料層覆蓋所述第三切割溝槽側壁；所述第二切割工藝切割所述遮光材料層和所述封蓋基板形成的第二切割溝槽貫通所述第一切割溝槽和第三切割溝槽，所述第二切割溝槽的寬度小於所述第三切割溝槽的寬度，在形成多個封裝結構後，所述遮光層還覆蓋所述上蓋板的側壁的上部區域。
可選地，所述遮光材料層為黑色光敏有機材料，在所述封蓋基板的第二表面上形成遮光材料層包括：採用旋塗、噴塗或者黏貼的工藝在所述封蓋基板的第二表面上形成黑色光敏有機材料層；對所述黑色光敏有機材料層進行曝光和顯影，在所述黑色光敏有機材料層內形成與所述感應區域對應的開口；對所述黑色光敏有機材料層進行烘烤堅膜。
可選地，所述遮光材料層為金屬，在所述封蓋基板的第二表面上形成遮光材料層包括：採用濺射工藝在所述封蓋基板的第二表面上形成金屬材料層；在所述金屬材料層上形成圖形化的光刻膠層，所述圖像化的光刻膠層暴露出所述金屬材料層待形成開口的區域；以所述圖形化的光刻膠層為遮罩，蝕刻所述金屬材料層，直至暴露出所述封蓋基板的第二表面，形成與所述感應區域對應的開口；去除所述圖形化的光刻膠層。
可選地，所述封裝方法還包括：採用酸鹼溶液對所述金屬材料層的表 面進行黑化處理。
可選地，所述晶片單元還包括焊墊，所述焊墊位於所述感應區域外，當將所述封蓋基板的第一表面與所述待封裝晶圓的第一表面相結合後，所述封裝方法還包括：從所述待封裝晶圓的與第一表面相對的第二表面進行減薄；從所述待封裝晶圓的第二表面蝕刻所述待封裝晶圓，形成通孔，所述通孔暴露出所述晶片單元的焊墊；在所述待封裝晶圓的第二表面以及通孔的側壁表面形成絕緣層；在所述絕緣層表面形成連接焊墊的金屬層；在所述金屬層表面以及絕緣層表面形成具有開孔的阻焊層，所述開孔暴露出部分金屬層表面；在所述阻焊層表面上形成外接凸起，所述外接凸起填充所述開孔。
與習知技術相比，本發明實施例的技術方案具有以下優點：本發明實施例的封裝結構包括晶片單元、上蓋板和位於所述上蓋板第二表面上的遮光層，所述遮光層覆蓋所述上蓋板第二表面的週邊區域，並暴露出與所述感應區域相對的中間區域。與習知技術的封裝結構相比，本發明實施例封裝結構中的遮光層可以阻擋從所述上蓋板第二表面的週邊區域入射的光線，所述光線容易在在所述上蓋板的側壁發生反射進入晶片單元的感應區域，從而干擾所述感應區域的成像，由於本發明實施例的遮光層減少了上述的干擾光線，因此提高了作為影像感測器的封裝結構的成像品質。
進一步地，本發明實施例的封裝結構中，所述遮光層還可以覆蓋所述上蓋板的部分側壁，進一步減少了從所述上蓋板側壁入射的干擾光線，提高了所述封裝結構的成像品質。
對應地，本發明實施例的封裝方法用於形成上述的封裝結構，也具有上述的優點。
10‧‧‧襯底
12‧‧‧線路層
14‧‧‧焊球
30‧‧‧上蓋基板
31‧‧‧空腔壁
200‧‧‧待封裝晶圓
210‧‧‧晶片單元
200a、210a、300a、330a‧‧‧第一表面
200b、210b、300b、330b‧‧‧第二表面
11、20、211‧‧‧感應區域
21、212‧‧‧焊墊
213‧‧‧絕緣層
214‧‧‧金屬層
13、215‧‧‧阻焊層
216‧‧‧外接凸起
220‧‧‧切割道區域
300‧‧‧封蓋基板
320‧‧‧支撐結構
330‧‧‧上蓋板
30s、330s‧‧‧側壁
410‧‧‧第一切割溝槽
420‧‧‧第二切割溝槽
430‧‧‧第三切割溝槽
510‧‧‧遮光材料層
511‧‧‧遮光層
520‧‧‧開口
I1‧‧‧入射光線
I2‧‧‧部分光線
I3‧‧‧干擾光線
圖1顯示出了習知技術的影像感測器晶片的剖面結構示意圖；圖2顯示出了本發明一實施例的封裝結構的剖面結構示意圖；圖3顯示出了本發明另一實施例的封裝結構的剖面結構示意圖；圖4至圖11顯示出了本發明一實施例的封裝方法中所形成的中間結構 的結構示意圖；圖12至圖15顯示出了本發明另一實施例的封裝方法中所形成的中間結構的結構示意圖。
由先前技術可知，習知技術形成的影像感測器的性能不佳。
本發明的發明人對習知技術採用晶圓級晶片封裝技術對影像感測器晶片進行封裝的工藝進行了研究，發現習知技術形成的影像感測器的性能不佳的原因在於，在晶片封裝過程中形成於感應區域之上的上蓋基板會對進入感應區域的光線產生干擾，降低成像品質。
具體地，參考圖1，圖1顯示出了習知技術形成的影像感測器晶片的剖面結構示意圖。所述影像感測器晶片包括：襯底10；位於所述襯底10第一表面的感應區域20；位於所述襯底10第一表面，所述感應區域20兩側的焊墊21；從所述襯底10的與所述第一表面相對的第二表面貫穿所述襯底10的通孔(未標示)，所述通孔暴露出所述焊墊21；位於所述通孔側壁及襯底10第二表面的絕緣層11；從所述第二表面覆蓋所述焊墊21及部分絕緣層11的線路層12；覆蓋所述線路層12和絕緣層11的阻焊層13，所述阻焊層13具有開口；位於所述阻焊層13開口內透過所述線路層12與所述焊墊21電連接的焊球14；位於所述襯底10第一表面的感應區域20周圍的空腔壁31；以及位於所述空腔壁上的上蓋基板30。所述上蓋基板30與空腔壁31以及襯底10的第一表面構成空腔，使得所述感應器域20位於所述空腔內，避免感應區域20在封裝和使用過程中受到污染和損傷。通常所述上蓋基板30的厚度較大，例如400微米。
本發明的發明人發現，在上述的影像感測器晶片的使用過程中，光線I1入射影像感測器的上蓋基板30，進入上蓋基板30的部分光線I2會照射至上蓋基板30的側壁30s，產生折射和反射現象，反射光線如果入射至所述感應區域20，就會對影像感測器的成像造成干擾。尤其是，如果光線I2的入射角度滿足特定條件，例如，當所述上蓋基板30為玻璃，玻璃外為空氣，而所述光線I2的入射角大於由玻璃到空氣的臨界角時，所述光線I2會在所述上蓋基板30的側壁30s處發生全反射，全反射光線I2在所述上蓋基板30內傳播，直 至照射至所述感應區域20，會對所述感應區域20造成嚴重干擾。在具體影像感測器的成像過程中，所述干擾體現為在全反射光線I2光路的反方向上構成虛像，降低了成像品質。
此外，隨著晶圓級晶片封裝的微型化趨勢，晶圓級晶片上集成的感測器晶片的封裝體越多，單個成品晶片封裝體的尺寸越小，上蓋基板30的側壁與感應區20邊緣的距離也越來越近，上述的干擾現象也更為明顯。
基於以上研究，本發明實施例提供了一種封裝結構和形成所述封裝結構的封裝方法。所述封裝結構包括晶片單元、上蓋板和位於所述上蓋板表面的遮光層，所述遮光層覆蓋所述上蓋板表面的週邊區域，並暴露出與所述感應區域相對的中間區域，可以阻擋從所述上蓋板表面的週邊區域入射所述上蓋板的光線，從而減少了進入晶片單元感應區域的干擾光線，提高了感應區域的成像品質。對應地，形成上述封裝結構的封裝方法也具有以上優點。
為使本發明的上述目的、特徵和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
需要說明的是，提供這些附圖的目的是有助於理解本發明的實施例，而不應解釋為對本發明的不當的限制。為了更清楚起見，圖中所示尺寸並未按比例繪製，可能會做放大、縮小或其他改變。
首先，本發明實施例提供了一種封裝結構，參考圖2，所述封裝結構包括晶片單元210，所述晶片單元210具有第一表面210a和與所述第一表面210a相對的第二表面210b，所述第一表面210a包括感應區域211；上蓋板330，所述上蓋板330包括第一表面330a和與所述第一表面330a相對的第二表面330b，所述第一表面330a具有支撐結構320，且所述上蓋板330覆蓋所述晶片單元210的第一表面210a，所述支撐結構320位於所述上蓋板330和所述晶片單元210之間，且所述感應區域211位於所述支撐結構320和所述晶片單元210的第一表面210a圍成的空腔之內；以及遮光層511，所述遮光層511覆蓋在所述上蓋板330的第二表面330b上，並暴露出與所述感應區域211在透光方向上重合的第二表面330b中間區域。在一些實施例中，所述遮光層511暴露出的所述上蓋板330第二表面330b中間區域的面積與所述感應區域211的面積相等或者大於所述感應區域211的面積。
本發明實施例中，所述遮光層511的材料為黑色光敏有機材料或者經過黑化處理的金屬，具有不透光或者低透光的特性。例如，所述遮光層511可以為黑膠；所述遮光層511還可以為經過黑化處理的鋁，使得光線在其表面不能形成鏡面反射，遮光性能好。當光線入射至所述遮光層511表面時，不能穿過所述遮光層511進入所述上蓋板330。
本發明實施例圖2所示的封裝結構與圖1所示的習知技術的影像感測器相比，相同的入射光線I1，在圖1中，會射入所述影像感測器的上蓋基板330，並在上述上蓋基板330的側壁30s處發生反射，進入感應區域20，干擾感應區域20的成像；而參考圖2，在本發明實施例的封裝結構中，所述上蓋基板330的第二表面330b的週邊區域被所述遮光層511覆蓋，由於所述遮光層511不透光，所述光線I1不會進入所述上蓋板330，也就不會對感應區域211產生干擾。此外，本發明實施例的所述遮光層511暴露出的所述上蓋板330第二表面330b中間區域的面積大於或等於所述感應區域211的面積，從所述上蓋板330第二表面330b中間區域入射的光線可以從所述上蓋板330進入感應區域211，減小了所述遮光層511對感應區域211成像品質的干擾。
進一步地，在其他一些實施例中，參考圖3，所述遮光層511還覆蓋了所述上蓋板330的第一表面330a和第二表面330b之間的側壁330s的部分區域。與圖2所示的遮光層相比，如圖3所示，覆蓋所述側壁330s上部區域的遮光層511可以進一步減少從所述側壁330s入射的干擾光線I3，進一步提高了所述感應區域211的成像品質。所述遮光層511覆蓋的所述上蓋板330側壁330s的上部區域的高度為所述上蓋板330厚度的1/5~4/5。若所述遮光層511覆蓋所述上蓋板330側壁330s的上部區域的高度過小，則對從所述側壁330s入射的干擾光線的遮擋效果不佳，另外，由於從所述側壁330s的底部入射的干擾光線通常不能到達所述感應區域211，因此所述遮光層511覆蓋所述側壁330s的上部區域的高度也無需過大。
對應地，本發明實施例提供了一種封裝方法，用於形成如圖2所示的封裝結構。請參考圖4至圖11，為本發明實施例的封裝方法的封裝過程中形成的中間結構示意圖。
首先，參考圖4和5，提供待封裝晶圓200，其中，圖4為所述待封裝晶圓200的俯視結構示意圖，圖5為圖4沿AA1的剖視圖。
所述待封裝晶圓200具有第一表面200a和與所述第一表面200a相對的第二表面200b。所述待封裝晶圓200的第一表面200a上具有多個晶片單元210和位於所述晶片單元210之間的切割道區域220。
本實施例中，所述待封裝晶圓200上的多個晶片單元210呈陣列排列，所述切割道區域220位於相鄰的晶片單元210之間，後續沿所述切割道區域220對所述待封裝晶圓200進行切割，可以形成多個包括所述晶片單元210的晶片封裝結構。
本實施例中，所述晶片單元210為圖像感測器晶片單元，所述晶片單元210具有感應區211和位於所述感應區域211之外的焊墊212。所述感應區域211為光學感應區，例如，可以由多個光電二極體陣列排列形成，所述光電二極體可以將照射至所述感應區域211的光學信號轉化為電信號。所述焊墊212作為所述感應區域211內器件與外部電路連接的輸入和輸出端。在一些實施例中，所述晶片單元210形成於矽襯底上，所述晶片單元210還可以包括形成於矽襯底內的其他功能器件。
需要說明的是，在本發明實施例的封裝方法的後續步驟中，為了簡單明瞭起見，僅以圖4所示的沿所述待封裝晶圓200的AA1方向的截面圖為例進行說明，在其他區域執行相似的工藝步驟。
接著，參考圖6，提供封蓋基板300，所述封蓋基板300包括第一表面300a以及與所述第一表面300a相對的第二表面300b，在所述封蓋基板300的第一表面300a形成多個支撐結構320，所述支撐結構320與所述封蓋基板300的第一表面300a圍成的凹槽結構與所述待封裝晶圓200上的感應區域211相對應。
本實施例中，所述封蓋基板300在後續工藝中覆蓋所述待封裝晶圓200的第一表面200a，用於對所述待封裝晶圓200上的感應區域211進行保護。由於需要光線透過所述封蓋基板300到達感應區域211，因此，所述封蓋基板300具有較高的透光性，為透光材料。所述封蓋基板300的兩個表面300a和300b均平整、光滑，不會對入射光線產生散射、漫反射等。
具體地，所述封蓋基板300的材料可以為無機玻璃、有機玻璃或者其他具有特定強度的透光材料。本實施例中，所述封蓋基板300的厚度為300μm~500μm，例如，可以為400μm。如果所述封蓋基板300的厚度過大， 會導致最終形成的晶片封裝結構的厚度過大，不能滿足電子產品薄輕化的需求；如果所述封蓋基板300的厚度過小，則會導致封蓋基板300的強度較小，容易損傷，不能對後續所覆蓋的感應區域起到足夠的保護作用。
在一些實施例中，所述支撐結構320透過在所述封蓋基板300的第一表面300a上沉積支撐結構材料層後蝕刻形成。具體地，首先形成覆蓋所述封蓋基板300第一表面300a的支撐結構材料層(未示出)，接著對所述支撐結構材料層進行圖形化，去除部分所述支撐結構材料層後，形成所述支撐結構320。所述支撐結構320與所述封蓋基板300的第一表面300a圍成的凹槽結構在所述封蓋基板300上的位置與所述感應區域211在所述待封裝晶圓200上位置相對應，從而使得在後續的結合工藝後，所述感應區域211可以位於所述支撐結構320與所述封蓋基板300的第一表面300a圍成的凹槽內。在一些實施例中，所述支撐結構材料層的材料為濕膜或乾膜光刻膠，透過噴塗、旋塗或者黏貼等工藝形成，對所述支撐結構材料層進行曝光和顯影進行圖形化後形成所述支撐結構320。在一些實施例中，所述支撐結構材料層還可以為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽等絕緣介質材料，透過沉積工藝形成，後續採用光刻和蝕刻工藝進行圖形化形成所述支撐結構320。
在其他一些實施例中，所述支撐結構320還可以透過對所述封蓋基板300進行蝕刻後形成。具體地，可以在所述封蓋基板300上形成圖形化的光刻膠層，然後再以所述圖形化的光刻膠層為遮罩蝕刻所述封蓋基板300，在所述封蓋基板300內形成所述支撐結構320，所述支撐結構320即為所述封蓋基板300第一表面300a上的凸起部分。
接著，參考圖7，將所述封蓋基板300的第一表面300a與所述待封裝晶圓200的第一表面200a相對並結合，使得所述支撐結構320與所述待封裝晶圓200的第一表面200a圍成空腔(未標示)，所述感應區域211位於所述空腔內。
本實施例中，透過黏合層(未示出)將所述封蓋基板300和所述待封裝晶圓200相結合。例如，可以在所述封蓋基板300第一表面300a的支撐結構320的頂表面上，和/或所述待封裝晶圓200的第一表面200a上，透過噴塗、旋塗或者黏貼的工藝形成所述黏合層，再將所述封蓋基板300的第一表面300a與所述待封裝晶圓200的第一表面200a相對壓合，透過所述黏合層結 合。所述黏合層既可以實現黏接作用，又可以起到絕緣和密封作用。所述黏合層可以為高分子黏接材料，例如矽膠、環氧樹脂、苯並環丁烯等聚合物材料。
本實施例中，將所述封蓋基板300的第一表面300a與所述待封裝晶圓200的第一表面200a相對結合後，所述支撐結構320與所述待封裝晶圓200的第一表面200a圍成空腔。所述空腔的位置與所述感應區域211的位置相對應，且所述空腔面積略大於所述感應區域211的面積，可以使得所述感應區域211位於所述空腔內。本實施例中，將所述封蓋基板300和所述待封裝晶圓200相結合後，所述待封裝晶圓200上的焊墊212被所述封蓋基板300上的支撐結構320覆蓋。所述封蓋基板300可以在後續工藝中，起到保護所述待封裝晶圓200的作用。
接著，參考圖8，對所述待封裝晶圓200進行封裝處理。
具體地，首先，從所述待封裝晶圓200的第二表面200b對所述待封裝晶圓200進行減薄，以便於後續通孔的蝕刻，對所述待封裝晶圓200的減薄可以採用機械研磨、化學機械研磨工藝等；接著，從所述待封裝晶圓200的第二表面200b對所述待封裝晶圓200進行蝕刻，形成通孔(未標示)，所述通孔暴露出所述待封裝晶圓200第一表面200a一側的焊墊212；接著，在所述待封裝晶圓200的第二表面200b上以及所述通孔的側壁上形成絕緣層213，所述絕緣層213暴露出所述通孔底部的焊墊212，所述絕緣層213可以為所述待封裝晶圓200的第二表面200b提供電絕緣，還可以為所述通孔暴露出的所述待封裝晶圓200的襯底提供電絕緣，所述絕緣層213的材料可以為氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或者絕緣樹脂；接著，在所述絕緣層213表面形成連接所述焊墊212的金屬層214，所述金屬層214可以作為再佈線層，將所述焊墊212引至所述待封裝晶圓200的第二表面200b上，再與外部電路連接，所述金屬層214經過金屬薄膜沉積和對金屬薄膜的蝕刻後形成；接著，在所述金屬層214表面及所述絕緣層213表面形成具有開孔(未標示)的阻焊層215，所述開孔暴露出部分所述金屬層214的表面，所述阻焊層215的材料為氧化矽、氮化矽等絕緣介質材料，用於保護所述金屬層214；再接著，在所述阻焊層215的表面上形成外接凸起216，所述外接凸起216填充所述開孔，所述外接凸起216可以為焊球、金屬柱等連接結構，材料可以為銅、鋁、金、 錫或鉛等金屬材料。
對所述待封裝晶圓200進行封裝處理後，可以使得後續切割獲得的晶片封裝結構透過所述外接凸起216與外部電路連接。所述晶片單元的感應區域211在將光信號轉換為電信號後，所述電信號可以依次透過所述焊墊212、金屬層214和外接凸起216，傳輸至外部電路進行處理。
接著，參考圖9，在所述封蓋基板300的第二表面300b上形成遮光材料層510，所述遮光材料層510具有與所述感應區域211對應的多個開口520。所述開口520的面積大於或等於所述感應區域211的面積，在後續形成封裝結構後，用於暴露所述感應區域211。
在一些實施例中，所述遮光材料層510為不透光或者低透光的黑色有機材料，例如黑膠。所述黑色有機材料為光敏材料，透過光刻工藝可以對其進行圖形化。具體地，形成所述遮光材料層510的方法包括：透過旋塗、噴塗或者黏貼的方法在所述封蓋基板300的第二表面300b上形成黑色光敏有機材料層；根據所述黑色光敏有機材料的正負顯影特性，對所述黑色光敏有機材料層待形成開口520的區域進行曝光，或者對待形成開口520之外的區域進行曝光，進行顯影後，在所述黑色光敏有機材料層內形成與所述感應區域相對應的多個開口520；最後，對所述黑色光敏有機材料層進行烘烤堅膜，增強所述黑色光敏有機材料層的機械強度及與所述封蓋基板300的黏附性。在一些實施例中，所述黑色光敏有機材料的厚度為10μm~50μm，優選地，可以為15μm，20μm等。
如果所述遮光材料層510採用黑膠形成，由於黑膠為有機材料，難以做到完全不透光。透過適當的增加黑膠材料層的厚度，可以達到較佳的遮光效果，但是，黑膠材料層的厚度越大，在曝光過程中，光線越難以穿透所述黑膠材料層到達底部，即所述黑膠材料層的底部不能完全曝光，增大了顯影難度，影響所形成圖形的解析度；此外，黑膠材料作為有機物，在曝光顯影過程中還容易產生顆粒物(particle)，污染晶片，導致透光率不佳。
因此，在另外一些實施例中，所述遮光材料層510還可以為金屬，所述金屬可以經過黑化處理，使得光線在其表面不能形成鏡面反射。所述金屬可以為鋁、鋁合金或者其他適宜的金屬材料。具體地，形成所述遮光材料層510的方法包括：透過濺射的工藝在所述封蓋基板300的第二表面300b形 成金屬材料層，本實施例中，所述金屬材料層為鋁材料層；接著，再透過酸鹼藥水對所述金屬材料層進行黑化，例如，可以採用含硫的鹼溶液對所述鋁材料層進行處理，在所述鋁材料層上形成黑色的硫化物膜層，提高所述鋁材料層的遮光效果；接著，在經過黑化的金屬材料層上形成圖像化的光刻膠層，所述圖形化的光刻膠層暴露出待形成開口520的區域，再以所述圖形化的光刻膠層為遮罩對所述經過黑化的金屬材料層進行蝕刻直至到達所述封蓋基板300的第二表面300b，去除所述圖形化的光刻膠層，形成具有多個開口520的遮光材料層510。經過黑化處理的金屬材料，不僅遮光效果好，而且厚度較薄，有利於最終形成的封裝結構的輕薄化。在一些實施例中，所述經過黑化處理的金屬材料層的厚度為1μm~10μm，優選地，可以為5μm，6μm等。
需要說明的是，在其他實施例中，在所述封蓋基板300的第二表面300b上形成遮光材料層510還可以在所述封蓋基板300與所述待封裝晶圓200結合之前，還可以在後續的第一切割工藝之後，本發明對此不作限定，可以根據具體的工藝條件進行選擇。
接著，參考圖10和圖11，沿所述待封裝晶圓200的切割道區域220(同時參考圖5)對所述待封裝晶圓200、所述封蓋基板300和所述遮光材料層510進行切割，形成多個如圖2所示的封裝結構。所述封裝結構包括晶片單元210；位於所述晶片單元210上的由切割所述封蓋基板300形成的上蓋板330，以及由切割所述遮光材料層510形成的遮光層511，所述遮光層511覆蓋所述上蓋板330的第二表面330b，並暴露出與所述感應區域211相對的第二表面330b的中間區域。
本實施例中，對所述待封裝晶圓200、所述封蓋基板300和所述遮光材料層510的切割包括了第一切割工藝和第二切割工藝。具體地，參考圖10，首先，執行第一切割工藝，所述第一切割工藝沿如圖5所示的切割道區域220從所述待封裝晶圓200的第二表面200b開始切割，直至到達所述待封裝晶圓200的第一表面200a形成第一切割溝槽410。所述第一切割工藝可以採用切片刀切割或者雷射切割，所述切片刀切割可以採用金屬刀或者樹脂刀。
接著，參考圖11，執行第二切割工藝，所述第二切割工藝沿與圖5所述的切割道區域220對應的區域從所述遮光材料層510開始，對所述遮光材料 層510和所述封蓋基板300切割，直至到達所述待封裝晶圓200的第一表面200a，形成貫通所述第一切割溝槽410的第二切割溝槽420，同時形成多個封裝結構，從而完成切割工藝。所述第二切割工藝也可以採用切片刀切割或者雷射切割。
在其他一些實施例中，所述第二切割工藝也可以沿所述第一切割溝槽410從所述封蓋基板300的第一表面300a切割所述封蓋基板300和遮光材料層510，形成貫穿所述封蓋基板300和遮光材料層510的第二切割溝槽420，完成切割。
需要說明的是，本實施例中，所述第一切割工藝在所述第二切割工藝之前執行，在其他一些實施例中，所述第一切割工藝也可以在所述第二切割工藝之後執行，本發明對此不作限定。
此外，本發明的另一實施例中，還提供了一種形成如圖3所示的封裝結構的封裝方法。請參考圖12至圖15，為本發明另一實施例的形成圖3所示的封裝結構的封裝過程的結構示意圖。
在本實施例中，與前一實施例類似，參考圖4至圖8，提供待封裝晶圓200，所述待封裝晶圓200的第一表面200a包括多個晶片單元210和位於晶片單元210之間的切割道區域220，所述晶片單元包括感應區域211；提供封蓋基板300，在所述封蓋基板300的第一表面300a形成多個支撐結構320，所述支撐結構320與所述待封裝晶圓200上的感應區域211相對應；將所述封蓋基板300的第一表面300a與所述待封裝晶圓200的第一表面200a相對結合，使得所述支撐結構320與所述待封裝晶圓200的第一表面200a圍成空腔，所述感應區域211位於所述空腔內。具體可參考前一實施例，在此不再贅述，以下僅對與前一實施例不同之處詳述。
在將所述封蓋基板300和所述待封裝晶圓200結合之後，參考圖12，執行第一切割工藝。所述第一切割工藝沿如圖5所示的切割道區域220從所述待封裝晶圓200的第二表面200b開始切割，直至到達所述待封裝晶圓200的第一表面200a形成第一切割溝槽410。
接著，參考圖13，執行第三切割工藝，所述第三切割工藝沿如圖5所示的切割道區域220從所述封蓋基板300的第二表面300b開始切割，到達預定深度，形成第三切割溝槽430。所述第三切割溝槽430位於所述封蓋基板300 內。所述第三切割溝槽430的寬度大於所述第一切割溝槽410和後續形成的第二切割溝槽的寬度，以便後續的遮光材料層可以形成於所述第三溝槽430內。形成所述第三切割溝槽430工藝可以為鑽頭研磨、片刀切割或者雷射切割。
接著，參考圖14，在所述封蓋基板300的第二表面300b上形成遮光材料層510，所述遮光材料層510具有與所述感應區域211對應的多個開口520。與前一實施例相比，本實施例中，所述遮光材料層510還覆蓋了所述第三切割溝槽430的側壁和底部表面，使得後續完成切割後，所述遮光材料層510還可以覆蓋上蓋板的部分側壁。所述遮光材料層510的材料可以為黑色光敏有機材料或者金屬。
接著，參考圖15，執行第二切割工藝，所述第二切割工藝沿與圖5所述的切割道區域220對應的區域從所述遮光材料層510開始，對所述遮光材料層510和所述封蓋基板300切割，直至到達所述待封裝晶圓200的第一表面200a，形成貫通所述第一切割溝槽410和第三切割溝槽430的第二切割溝槽420，同時形成多個封裝結構，從而完成切割工藝。本實施例中，所述第二切割溝槽420的寬度小於所述第三切割溝槽430的寬度，以減小對所述第三切割溝槽430側壁表面的遮光材料層510的損傷，使得所述第三切割溝槽430側壁表面的遮光材料層510保留在所形成的封裝結構中。因此，參考圖3，在最終形成的封裝結構中，由切割所述遮光材料層510形成的遮光層511還覆蓋了所述上蓋板330的側壁的上部區域。在一些實施例中，所述遮光層511覆蓋的所述上蓋板330的側壁的上部區域的高度為所述上蓋板330厚度的1/5~4/5。
需要說明的是，本實施例中，所述第一切割工藝在所述第三切割工藝和所述第二切割工藝之前執行，在其他一些實施例中，所述第一切割工藝也可以在所述第三切割工藝和所述第二切割工藝之後執行，還可以在所述第三切割工藝和第二切割工藝之間執行。
雖然本發明揭露如上，但本發明並非限定於此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護範圍應當以請求項所限定的範圍為准。
210‧‧‧晶片單元
210a‧‧‧第一表面
210b‧‧‧第二表面
211‧‧‧感應區域
212‧‧‧焊墊
213‧‧‧絕緣層
214‧‧‧金屬層
215‧‧‧阻焊層
216‧‧‧外接凸起
320‧‧‧支撐結構
330‧‧‧上蓋板
330a‧‧‧第一表面
330b‧‧‧第二表面
330s‧‧‧側壁
511‧‧‧遮光層
I1‧‧‧入射光線
I3‧‧‧干擾光線

Claims (15)

  1. 一種封裝結構，其包括：晶片單元，所述晶片單元的第一表面包括感應區域；上蓋板，所述上蓋板的第一表面具有支撐結構，所述上蓋板覆蓋所述晶片單元的第一表面，所述支撐結構位於所述上蓋板和所述晶片單元之間，且所述感應區域位於所述支撐結構和所述晶片單元的第一表面圍成的空腔之內；以及遮光層，所述遮光層覆蓋在所述上蓋板的與第一表面相對的第二表面上，並暴露出第二表面在透光方向上與所述感應區域重合的中間區域。
  2. 如請求項1所述的封裝結構，其中所述遮光層暴露出的所述上蓋板中間區域的面積大於或者等於所述感應區域的面積。
  3. 如請求項1所述的封裝結構，其中所述遮光層還覆蓋所述上蓋板的部分側壁。
  4. 如請求項1所述的封裝結構，其中所述遮光層的材料為黑色光敏有機材料，厚度為10μm~50μm。
  5. 如請求項1所述的封裝結構，其中所述遮光層的材料為金屬，厚度為1μm~10μm。
  6. 如請求項5所述的封裝結構，其中所述遮光層的材料為鋁。
  7. 如請求項5所述的封裝結構，其中所述金屬的表面經過黑化處理。
  8. 如請求項1所述的封裝結構，其中所述晶片單元還包括：位於所述感應區域外的焊墊；從所述晶片單元的與第一表面相對的第二表面貫穿所述晶片單元的通孔，所述通孔暴露出所述焊墊；覆蓋所述晶片單元第二表面和所述通孔側壁表面的絕緣層；位於所述絕緣層表面且與所述焊墊電連接的金屬層；位於所述金屬層和所述絕緣層表面的阻焊層，所述阻焊層具有暴露出部分所述金屬層的開孔；以及填充所述開孔，並暴露在所述阻焊層表面之外的外接凸起。
  9. 一種形成如請求項1-8中任一項所述的封裝結構的封裝方法，更包括：提供待封裝晶圓，所述待封裝晶圓的第一表面包括多個晶片單元和位於 晶片單元之間的切割道區域，所述晶片單元包括感應區域；提供封蓋基板，在所述封蓋基板的第一表面形成多個支撐結構，所述支撐結構與所述待封裝晶圓上的感應區域相對應；將所述封蓋基板的第一表面與所述待封裝晶圓的第一表面相對結合，使得所述支撐結構與所述待封裝晶圓的第一表面圍成空腔，所述感應區域位於所述空腔內；在所述封蓋基板的與第一表面相對的第二表面上形成遮光材料層，所述遮光材料層具有與所述感應區域對應的開口；以及沿所述切割道區域對所述待封裝晶圓、所述封蓋基板和所述遮光材料層進行切割，形成多個封裝結構，所述封裝結構包括所述晶片單元、由切割所述封蓋基板形成的上蓋板和由切割所述遮光材料層形成的遮光層，所述遮光層覆蓋在所述上蓋板的第二表面上，並暴露出在透光方向上與所述感應區域重合的中間區域。
  10. 如請求項9所述的封裝方法，其中沿所述切割道區域對所述待封裝晶圓、所述封蓋基板和所述遮光材料層進行切割包括：執行第一切割工藝，包括沿所述切割道區域從所述待封裝晶圓的與第一表面相對的第二表面開始切割，直至到達所述待封裝晶圓的第一表面形成第一切割溝槽；以及執行第二切割工藝，包括切割所述遮光材料層和所述封蓋基板，形成與所述第一切割溝槽貫通的第二切割溝槽，同時形成多個封裝結構。
  11. 如請求項10所述的封裝方法，其中沿所述切割道區域對所述待封裝晶圓、所述封蓋基板和所述遮光材料層進行切割還包括：在所述第二切割工藝前執行第三切割工藝，所述第三切割工藝沿所述切割道區域從所述封蓋基板的第二表面開始切割到達預設深度，形成第三切割溝槽；以及在所述封蓋基板的第二表面上形成遮光材料層時，所述遮光材料層覆蓋所述第三切割溝槽側壁；所述第二切割工藝切割所述遮光材料層和所述封蓋基板形成的第二切割溝槽貫通所述第一切割溝槽和第三切割溝槽，所述第二切割溝槽的寬度小於所述第三切割溝槽的寬度，在形成多個封裝結構後，所述遮光層還覆 蓋所述上蓋板的側壁的上部區域。
  12. 如請求項9所述的封裝方法，其中所述遮光材料層為黑色光敏有機材料，在所述封蓋基板的第二表面上形成遮光材料層包括：採用旋塗、噴塗或者黏貼的工藝在所述封蓋基板的第二表面上形成黑色光敏有機材料層；對所述黑色光敏有機材料層進行曝光和顯影，在所述黑色光敏有機材料層內形成與所述感應區域對應的開口；以及對所述黑色光敏有機材料層進行烘烤堅膜。
  13. 如請求項9所述的封裝方法，其中所述遮光材料層為金屬，在所述封蓋基板的第二表面上形成遮光材料層包括：採用濺射工藝在所述封蓋基板的第二表面上形成金屬材料層；在所述金屬材料層上形成圖形化的光刻膠層，所述圖像化的光刻膠層暴露出所述金屬材料層待形成開口的區域；以所述圖形化的光刻膠層為遮罩，蝕刻所述金屬材料層，直至暴露出所述封蓋基板的第二表面，形成與所述感應區域對應的開口；以及去除所述圖形化的光刻膠層。
  14. 如請求項13所述的封裝方法，其中還包括：採用酸鹼溶液對所述金屬材料層的表面進行黑化處理。
  15. 如請求項9所述的封裝方法，其中所述晶片單元還包括焊墊，所述焊墊位於所述感應區域外，當將所述封蓋基板的第一表面與所述待封裝晶圓的第一表面相結合後，所述封裝方法還包括：從所述待封裝晶圓的與第一表面相對的第二表面進行減薄；從所述待封裝晶圓的第二表面蝕刻所述待封裝晶圓，形成通孔，所述通孔暴露出所述晶片單元的焊墊；在所述待封裝晶圓的第二表面以及通孔的側壁表面形成絕緣層；在所述絕緣層表面形成連接焊墊的金屬層；在所述金屬層表面以及絕緣層表面形成具有開孔的阻焊層，所述開孔暴露出部分金屬層表面；以及在所述阻焊層表面上形成外接凸起，所述外接凸起填充所述開孔。
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