带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装，属于影像传感器封装领域。所述的封装结构包括：1.盖板，在所述盖板正面制作有空腔结构；2.晶圆，其包含晶圆正面和晶圆背面；3.影像传感区和焊盘都分布在晶圆正面，其中焊盘分布在影像传感区的周边，并实现导通；4.键合胶，位于盖板和晶圆之间，将二者键合在一起；5.在晶圆背面依次制作有钝化层、金属层、防焊层，通过上述结构组成的重分布线路层，将晶圆正面的焊盘与晶圆背面的焊球实现导通。通过本发明实施的封装结构，首先，降低了封装结构的厚度；其次，降低了金属层中的应力；最后，提高了切割工艺良率，增强了封装的可靠性。
【专利说明】带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装结构和一种制造所述封装结构的方法，属于影像传感器封装领域。
【背景技术】
[0002]影像传感器是一种半导体模块，是一种将光学影像转换成为电子信号的设备，电子信号可以被用来做进一步处理，或被数字化后存储，或用于将影像转移至另一显示装置上显示等。它被广泛应用在数码相机和其他电子光学设备中。影像传感器如今主要分为电荷耦合器件⑴⑶)和0103影像传感器￠13,(:1038011301-) 0虽然影像传感器在影像质量以及噪声等方面优于0103影像传感器，但是0103传感器可用传统的半导体生产技术制造，生产成本较低。同时由于所用的元件数相对较少以及信号传输距离短，0^03影像传感器具备功耗、电容、电感和寄生延迟低等优点。
[0003]随着芯片尺寸封装(⑶?)等新型封装技术的出现，影像传感器封装也向着更轻、更薄、更便携的方向发展。正是由于03？产品的封装体小而薄，因此它在手持式移动电子设备中迅速获得了应用。采用封装的影像传感器不仅明显地缩小了封装后的体积尺寸、降低了封装成本、提高了封装效率，而且更加符合高密度封装的要求；同时由于数据传输路径短、稳定性高，这种封装在降低能耗的同时还提升了数据传输的速度和稳定性。
[0004]但是在目前的影像传感器封装中，还存在着许多影响产品可靠性的问题:
[0005]1.对于现有封装结构，如图1(^所示，为了在盖板1和晶圆4之间形成密闭的空腔，通过在二者之间制作具有一定厚度的支撑墙2，从而在晶圆4上覆盖一层盖板1。而选用支撑墙2的材料一般多为高分子聚合物材料，由于盖板1、晶圆4、支撑墙2这三种材料的热膨胀系数相差较大，而热膨胀系数的不匹配会导致热应力的发生，造成封装结构在后续可靠性实验和服役中，容易发生支撑墙与盖板1和晶圆4之间的分层、裂纹，从而导致器件功能下降甚至失效；此外，由于支撑墙2都具有一定的高度，从而增加了封装结构总体的厚度，影响了产品最终的外形尺寸，特别是在厚度方向产生劣势。
[0006]2.由于在封装结构中存在着许多不同的材料，而每种材料的热膨胀系数又有差异，这就导致在器件服役过程中，由于热膨胀系数的不匹配而导致热应力的发生。特别是在焊盘6同金属层8的拐角处，经常容易发生金属层8本身的裂纹断裂以及焊盘6同金属层8之间的分层，从而导致信号中断，造成断路。
[0007]3.现有封装工艺往往先是在晶圆4的背面整面上制作含金属层8的重分布线路层，然后再对晶圆4进行切割形成单颗的芯片。由于需要切割的区域包含重分布线路层、硅、聚合物、盖板1等多种硬度不同的材料，这就对切割工艺提出了极大的挑战，容易产生碎片、裂片等现象。另一方面，在封装产品的后续服役过程中，由于金属层8在封装结构的四周处是直接同外界接触，一旦发生界面之间的分层，容易将外界环境中的湿气引入封装结构内部，造成器件的加速失效。
[0008]因此，迫切需要一种新的高可靠性影像传感器封装来提高器件的可靠性。
【发明内容】
[0009]本发明的第一方面是:提供一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装结构。通过本发明实施的封装结构:第一，由于没有采用具有一定厚度的支撑墙，降低了封装结构的厚度。第二，通过改变晶圆背面1026的重分布线路层同晶圆正面1023的焊盘104的连接方式，降低了金属层107在拐角处的应力，这样改善了金属层107在拐角处的裂纹断裂等失效。第三，通过利用防焊层108将晶圆102四周的金属层107进行包裹，减少了切割过程中需要去除材料的种类，既提高了切割工艺良率，又增强了封装的可靠性。
[0010]为了实现以上目的，本发明采用以下技术方案:
[0011]本发明实施的带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装结构，所述结构包括:盖板100，并且在盖板正面1003制作有空腔结构100。；晶圆102 ；在晶圆正面1023预制有影像传感区103和焊盘104 ；键合胶101，通过在盖板正面1003涂布一层键合胶101，将盖板正面1003同晶圆正面1023键合到一起；重分布线路层，在晶圆背面1026依次制作有钝化层105、金属层107、防焊层108，通过上述结构组成的重分布线路层，将晶圆正面1023的焊盘104与晶圆背面1026的焊球109实现导通。
[0012]在所述重分布线路层中，通过在钝化层105上制作开口 106，将晶圆正面1023的焊盘104暴露出来，然后在制作金属层107，从而实现焊盘104同金属层107之间的导通。
[0013]所述金属层107在晶圆102的边缘处被所述防焊层107所包裹而不与外界直接接触。
[0014]可选的，所述盖板100的材料可以是玻璃、石英、塑胶等透明材质。
[0015]可选的，所述空腔结构100。位于盖板正面1003的中央，功能区103的正上方；并且空腔结构100。的截面可以为圆形或者方形。
[0016]可选的，所述钝化层105上的开口 106为若干个小孔，其截面可以为圆形或者方形，位于焊盘104的中间处。
[0017]本发明的第二方面是提供了一种制造所述带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装的方法，包括以下步骤:
[0018]步骤1，制作盖板100:在盖板正面1003制作空腔结构100(3。
[0019]步骤2，晶圆102键合:利用键合机，通过在盖板正面1003涂布一层键合胶101，将盖板正面1003同晶圆正面1023键合在一起。
[0020]步骤3，晶圆102减薄，减薄过程分两步进行:首先，通过研磨机，对晶圆背面102)3进行研磨，将晶圆102减薄到设定厚度；然后，对减薄后的晶圆背面1026进行去应力等离子刻蚀。
[0021]步骤4，娃去除:将晶圆背面102)3四周的娃进行去除，暴露出晶圆正面102&的焊盘 104。
[0022]步骤5，重分布线路层，包含三步:首先，在晶圆背面1026沉积一层钝化层105，并通过制作开口 106将晶圆正面1023的焊盘104暴露出来；其次，在钝化层105表面及开口106内溅射金属层107，并将其图案化以形成线路；最后，在金属层107表面覆盖一层防焊层108，并在预设焊球109的位置将金属层107暴露出来。
[0023]步骤6，制作焊球109:将焊球形成于晶圆背面1026的重分布线路层上，然后对晶圆102的四周进行切割以形成单颗芯片的封装。
[0024]所述晶圆背面1026的重分布层包括钝化层105、金属层107和防焊层108。
[0025]可选的，所述盖板100同晶圆第一表面1023利用键合胶101进行键合，所述键合胶101为一种树脂类粘接胶。
[0026]可选的，所述硅凹槽105采用等离子刻蚀的干法刻蚀工艺，包括深反应离子刻蚀
(0尺12)。
[0027]可选的，所述硅去除工艺步是采用等离子刻蚀的干法刻蚀工艺、包含硅刻蚀液的湿法刻蚀工艺以及刀直接切割这三种方式之一进行。
[0028]可选的，所述最外侧的防焊层108的厚度不超过钝化层105厚度的1.5倍，以降低不同材料界面之间的应力。
[0029]与现有技术相比，通过本发明专利的实施，有益效果是:
[0030]1.通过在盖板100上制作空腔结构100(3，从而省去了传统封装结构中，在盖板100和晶圆102键合时所需的支撑墙结构，降低了封装结构整体的厚度，实现了封装结构的小型化、超薄化。
[0031]2.通过改变晶圆背面1026的重分布线路层同晶圆正面1023的焊盘104的连接方式，将金属层107中的最大应力从原拐角处转移到钝化层105的开口 106处，同时降低了金属层107在拐角处的应力，有限元计算显示，相比传统的结构，金属层107在拐角处的应力有40%的下降，这样改善了金属层107在拐角处的裂纹断裂等失效。
[0032]3.通过利用所述防焊层108将晶圆102四周边缘处的金属层108进行包裹，从而使金属层107不直接与外界进行接触，这一方面降低了对切割工艺步的挑战，由于在切割工艺中减少了对金属层107的切割，减少了需要切割的材料种类，从而减少了由于切割造成的碎片、裂片现象，提高了切割的良率。另一方面，由于金属层107不与外界直接接触，降低了边界处不同界面之间的剥离应力，也能够防止湿气沿着金属层107进入到封装内部，提高了产品在服役阶段的可靠性。
[0033]本发明的下文特举例实施例，并配合附图对本发明的上述特征和优点做详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0034]图1⑷和㈦分别为现有的芯片封装结构示意图以及根据本发明绘制的一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装结构示意图。
[0035]图2(8)到为根据本发明的实施例绘制的一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装制造流程剖面示意图。
[0036]图中标号:1.玻璃，2.支撑墙，3.粘接胶，4.晶圆，5.影像传感区，6.焊盘，7.钝化层，8.金属层，9.防焊层，10.焊球，100.盖板，10(^.盖板正面，100匕盖板背面，101.键合胶，102.晶圆，1021晶圆正面，1021晶圆背面，103.影像传感区，104.焊盘，105.钝化层，106.开口，107.金属层，108.防焊层，109.焊球。
【具体实施方式】
[0037]下面将参照附图对本发明进行更详细的描述:
[0038]以图1(6)所示，本发明实施方式的一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装包括:1.盖板100，在所述盖板正面1003制作有空腔结构100。么晶圆102，其包含晶圆正面1023和晶圆背面1026:3.影像传感区103和焊盘104，所述影像传感区103和焊盘104都分布在晶圆正面102^其中焊盘104分布在影像传感区103的周边，并实现导通；
4.键合胶101，位于盖板100和晶圆102之间，将二者键合在一起:5.重分布线路层，在晶圆背面1026依次制作有钝化层105、金属层107、防焊层108，通过上述结构组成的重分布线路层，将晶圆正面1023的焊盘104与晶圆背面1026的焊球109实现导通。
[0039]下面将结合图2(幻到来详细说明本实施例的一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装制造流程。图2(4到为根据本发明的实施例绘制的一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装制造流程剖面示意图。
[0040]步骤1，制作盖板100:
[0041]请参考图2(4，首先提供盖板100，通过均胶机，在盖板正面1003上均匀涂布一层光刻胶，利用曝光显影工艺将需要制作空腔结构100。的窗口打开，然后通过刻蚀工艺在盖板正面1003形成空腔结构100(3，最后将涂布的光刻胶进行去除。
[0042]在本实施例中，所述盖板100可以是玻璃、石英、塑胶等透明材质。所述腔体可以为圆形或者方形。
[0043]步骤2，晶圆102键合:
[0044]请参考图2(4，首先在盖板正面1003涂布一层键合胶101，然后利用键合机将盖板正面1003同晶圆正面1023进行键合。
[0045]在本实施例中，键合胶101可以采用滚刷的方式进行涂布，并且所述键合胶101为一种树脂类粘接胶。
[0046]步骤3，晶圆102减薄，减薄过程分两步进行:
[0047]请参考图2(0，首先，通过研磨机对晶圆背面1026进行研磨，减薄到设定厚度；然后，在研磨后对晶圆背面1026进行去应力等离子刻蚀。
[0048]在本实施例中，将晶圆102的厚度从最开始的600?700微米降至130微米左右；去应力等离子蚀刻是为了去除晶圆102中由于研磨产生的内应力，改善晶圆102的翘曲，便于后续工艺进行。
[0049]步骤4，硅去除:
[0050]请参考图2 ((3),将晶圆背面102)3四周的娃进行去除，以暴露出晶圆正面102&的焊盘 104。
[0051]在本实施例中，所述的去除方法包括:￡1.等离子刻蚀的干法刻蚀工艺，如深反应离子刻蚀(081?山.包含硅刻蚀液的湿法刻蚀工艺；采用刀〈V槽刀)的方式直接切割形成。
[0052]步骤5，重分布线路层，由钝化层105、金属层107和防焊层108组成，主要包含三1卜.少:
[0053]1.请参考图2((1)，在晶圆背面1026沉积一层钝化层105，并通过制作开口 106将晶圆正面的焊盘104暴露出来；
[0054]2.请参考图2 (6),在钝化层105表面及其开口 106内溅射金属层107，然后将其图案化以形成线路，同时将晶圆102四周的金属层107去除；
[0055]3.请参考图2 (^)，在金属层107表面覆盖一层防焊层108，并在预设焊球109的位置将金属层107暴露出来。
[0056]在本实施例中，所述钝化层105可以是氧化物(如二氧化硅)、氮化物(如氮化硅)或者绝缘的高分子聚合物。所述钝化层105上的开口 106为若干个小孔，其截面可以为圆形或者方形，位于焊盘104的中间处。
[0057]步骤6，制作焊球109:
[0058]请参考图2(0，将焊球109形成于晶圆背面1026的重分布线路层上，然后对晶圆102的四周进行切割以形成单颗芯片的封装。
[0059]在本实施例中，所述焊球109可以采用植球或者钢网印刷的方式制作。
[0060]本发明所进行的实施例的描述是目的是有效的说明和描述本发明，但借助这仅借助实例且不应理解为限制由权利要求书界定的本发明的范围。任何本领域所属的技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此本发明的保护覆盖权利要求所界定的发明的实质和范围内的修改。
【权利要求】
1.一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装结构，其特征在于包括: 提供晶圆，其中包括在晶圆正面具制作有多个芯片区，芯片区包括位于中央的影像传感区和四周边缘的焊盘； 盖板，在晶圆正面覆盖一层盖板，其中在盖板正面的中央制作有空腔结构，从而在盖板和晶圆之间形成一个密闭空腔； 晶圆背面的重分布线路层，通过将晶圆背面四周的硅去除，将晶圆正面的焊盘暴露出来后再制作所述重分布线路层；重分布线路层依次由钝化层、金属层和防焊层组成，通过制作重分布线路层，将晶圆正面的焊盘导通到晶圆背面，并与晶圆背面的焊球相连接； 在所述重分布线路层中，通过在钝化层上制作开口，将晶圆正面的焊盘暴露出来，然后制作金属层，从而实现焊盘同金属层之间的导通；所述金属层在晶圆边缘处被防焊层所包裹而不与外界直接接触。
2.根据权利要求1所述的封装结构，其特征在于，其中所述钝化层开口为若干个小孔，其截面为圆形或者方形。
3.制备权利要求1所述的一种带应力保护结构的高可靠性影像传感器封装方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤I，制作盖板:在盖板正面制作空腔结构； 步骤2，晶圆键合:利用键合机，通过在盖板正面涂布一层键合胶，将盖板正面同晶圆正面键合在一起； 步骤3，晶圆减薄，减薄过程分两步进行:首先，通过研磨机，对晶圆背面进行研磨，将晶圆减薄到设定厚度；然后，对减薄后的晶圆背面进行去应力等离子刻蚀； 步骤4，硅去除:将晶圆背面四周的硅进行去除，暴露出晶圆正面的焊盘； 步骤5，重分布线路层，主要包含三步:首先，在晶圆背面沉积一层钝化层，并通过制作开口将晶圆正面的I/O暴露出来；其次，在钝化层表面及其开口内溅射金属层，并将其图案化以形成线路；最后，在金属层表面覆盖一层防焊层，并在预设焊球的位置将金属层暴露出来； 步骤6，制作焊球:将焊球形成于晶圆背面的重分布线路层上，然后对晶圆的四周进行切割以形成单颗芯片的封装。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述硅去除工艺步是采用等离子刻蚀的干法刻蚀工艺、包含硅刻蚀液的湿法刻蚀工艺以及V-cut刀直接切割这三种方式之一进行。
5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，防焊层的厚度不超过钝化层厚度的1.5倍。
【文档编号】H01L27/146GK104409464SQ201410677794
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年11月23日 优先权日:2014年11月23日
【发明者】秦飞, 武伟, 安彤, 肖智轶 申请人:北京工业大学