指纹识别芯片的封装结构及封装方法与流程

本发明涉及一种半导体封装结构及封装方法，特别是涉及一种指纹识别芯片的封装结构及封装方法。

背景技术：

随着集成电路的功能越来越强、性能和集成度越来越高，以及新型的集成电路出现，封装技术在集成电路产品中扮演着越来越重要的角色，在整个电子系统的价值中所占的比例越来越大。同时，随着集成电路特征尺寸达到纳米级，晶体管向更高密度、更高的时钟频率发展，封装也向更高密度的方向发展。

由于扇出晶圆级封装(fowlp)技术由于具有小型化、低成本和高集成度等优点，以及具有更好的性能和更高的能源效率，扇出晶圆级封装(fowlp)技术已成为高要求的移动/无线网络等电子设备的重要的封装方法，是目前最具发展前景的封装技术之一。

指纹识别技术是目前最成熟且价格便宜的生物特征识别技术。目前来说，指纹识别的技术应用最为广泛，不仅在门禁、考勤系统中可以看到指纹识别技术的身影，市场上有了更多指纹识别的应用：如笔记本电脑、手机、汽车、银行支付都可应用指纹识别的技术。

现有的一种指纹识别芯片的封装方法如图1a～图1c所示：

第一步，如图1a所示，在指纹识别芯片101制作深槽，并将其粘合于fpc板102上，然后通过打线工艺制作金属连线103，实现指纹识别芯片101与fpc板102的电连接，其中，fpc是flexibleprintedcircuit的简称，又称软性线路板，其具有配线密度高、重量轻、厚度薄的特点。

第二步，如图1b所示，制作出框架104；

第三步，士1c所示，在所述指纹识别芯片上加盖蓝宝石盖板105，以完成封装。

这种方法具有以下缺点：包括fpc板、指纹识别芯片以及蓝宝石盖板三层结构，封装厚度较厚，金属连线容易因fpc软板拉扯等造成断裂，整体良率较低。

另一种指纹识别芯片的封装方法如图2a～图2c所示：

第一步，如图2a所示，通过硅穿孔tsv技术在指纹识别芯片101中形成通孔电极106；

第二步，如图2b所示，将蓝宝石盖板105、指纹识别芯片101及fpc板102层叠在一起，通过打线工艺制作金属连线103以连接所述指纹识别芯片101及fpc板102；

第三步，如图2c所示，制作出框架104。

这种方法具有以下缺点：需要用蓝宝石盖板封装，厚度较厚，硅穿孔工艺成本较高，金属连线容易因fpc软板拉扯等造成断裂，而且指纹识别芯片的厚度较薄，容易出现裂片现象，整体良率较低。

基于以上所述，提供一种低成本、低厚度以及高封装良率的指纹识别芯片的封装结构及封装方法实属必要。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种指纹识别芯片的封装结构及封装方法，用于解决现有技术中指纹识别封装厚度较大、良率较低等的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种指纹识别芯片的封装结构，所述封装结构包括：硅衬底；重新布线层，形成于所述硅衬底上；金属凸块，形成于所述重新布线层上；指纹识别芯片，通过金属焊点装设于所述重新布线层上，其中，所述指纹识别芯片的正面朝向于所述重新布线层；以及封装材料，覆盖于所述指纹识别芯片，且所述金属凸块露出于所述封装材料。

优选地，所述指纹识别芯片与所述重新布线层之间具有间隙，所述间隙中形成有保护层，所述保护层完全覆盖所述指纹识别芯片的正面。

进一步地，所述保护层选用为环氧树脂。

优选地，所述重新布线层与指纹识别芯片的垂向对应区域包含有连续的介质层，且不包含金属层，以作为所述指纹识别芯片的识别窗口。

优选地，所述封装材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

优选地，所述重新布线层包括图形化的介质层以及图形化的金属布线层。

进一步地，所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

优选地，所述金属凸块包括铜柱、位于所述铜柱上表面的镍层、以及位于所述镍层上的焊料凸点。

进一步地，所述金属阻挡层包括镍层，所述焊料凸点的材料包括铅、锡及银中的一种或包含上述任意一种焊料金属的合金。

优选地，所述硅衬底的厚度范围为1μm～700μm。

本发明还提供一种指纹识别芯片的封装方法，所述封装方法包括步骤：1)提供一硅衬底，所述硅衬底具有相对的第一表面及第二表面；2)于所述硅衬底的第一表面上形成重新布线层，并于所述重新布线层上形成金属凸块；3)提供一指纹识别芯片，通过金属焊点将所述指纹识别芯片装设于所述重新布线层上，其中，所述指纹识别芯片的正面朝向于所述重新布线层；4)采用封装材料封装所述指纹识别芯片，所述金属凸块露出于所述封装材料；以及5)自所述硅衬底的第二表面减薄所述硅衬底。

优选地，步骤3)中，通过金属焊点将所述指纹识别芯片装设于所述重新布线层上后，所述指纹识别芯片与所述重新布线层之间具有间隙，步骤3)还包括于所述间隙中形成保护层的步骤，所述保护层完全覆盖所述指纹识别芯片的正面。

进一步地，所述保护层选用为环氧树脂，采用点胶或者模压的方式形成于所述指纹识别芯片与所述重新布线层之间的间隙。

优选地，所述重新布线层与指纹识别芯片的垂向对应区域包含有连续的介质层，且不包含金属层，以作为所述指纹识别芯片的识别窗口。

优选地，步骤2)制作所述重新布线层包括步骤：2-1)采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述硅衬底表面形成介质层，并对所述介质层进行刻蚀形成图形化的介质层；2-2)采用化学气相沉积工艺、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化介质层表面形成金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的金属布线层。

进一步地，所述介质层的材料包括环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

优选地，所述金属凸块的制备方法包括步骤：a)采用电镀法于所述重新布线层表面形成铜柱；b)采用电镀法于所述铜柱表面形成金属阻挡层；c)采用电镀法于所述金属阻挡层表面形成焊料金属，并采用高温回流工艺于所述金属阻挡层表面形成焊料凸点。

进一步地，所述金属阻挡层包括镍层，所述焊料凸点的材料包括铅、锡及银中的一种或包含上述任意一种焊料金属的合金。

优选地，采用封装材料封装所述指纹识别芯片的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

步骤5)中，采用机械研磨工艺对所述硅衬底进行减薄，减薄后的硅衬底的厚度范围为0μm～700μm。

如上所述，本发明的指纹识别芯片的封装结构及封装方法，具有以下有益效果：

1)本发明采用扇出型封装(fanout)指纹识别芯片，相比于现有的其它指纹识别芯片封装来说，具有成本低、厚度小、良率高的优点；

2)本发明同时不需要打线工艺，也不需要高成本的硅穿孔工艺(tsv)，而能实现指纹识别芯片的封装，大大降低了工艺难度及成本；

3)本发明直接采用重新布线层或者重新布线层与硅衬底薄片的叠层作为指纹识别芯片的盖板，不需要另外增加蓝宝石盖板，大大降低了封装的厚度及成本；

4)本发明采用扇出封装(fanout)工艺，芯片的电引出不需要传统的fpc板，可以降低封装的厚度以及电性引出结构的稳定性，提高封装良率；

5)本发明工艺简单，创造性地采用扇出封装工艺封装指纹识别芯片，在半导体封装技术领域具有广泛的应用前景。

附图说明

图1a～图1c显示为现有技术中的一种指纹识别芯片的封装方法各步骤所呈现的结构示意图。

图2a～图2c显示为现有技术中的另一种指纹识别芯片的封装方法各步骤所呈现的结构示意图。

图3～图10显示为本发明的指纹识别芯片的封装方法各步骤所呈现的结构示意图，其中，图10显示为本发明的指纹识别芯片的封装结构的结构示意图。

图11显示为本发明的指纹识别芯片的封装结构的使用原理示意图。

元件标号说明

201硅衬底

202识别窗口

203介质层

204金属布线层

205金属凸块

206指纹识别芯片

207金属焊点

208保护层

209封装材料

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3～图11。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图示中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

如图3～图10所示，本实施例提供一种指纹识别芯片206的封装方法，所述指纹识别芯片206包括光学式的指纹识别芯片、电容式的指纹识别芯片及超声波式的指纹识别芯片，所述封装方法包括步骤：

如图3所示，首先进行步骤1)，提供一硅衬底201，所述硅衬底具有相对的第一表面及第二表面。

所述硅衬底201用于在其第一表面制作重新布线层，可以获得高质量的重新布线层，所述硅衬底201在后续经过减薄工艺后，可以作为指纹识别芯片封装结构的保护盖板，不需要额外增加蓝宝石盖板，工艺流畅，同时节省成本。

如图4～图6所示，然后进行步骤2)，于所述硅衬底201上形成重新布线层，并于所述重新布线层上形成金属凸块205。

作为示例，步骤2)制作所述重新布线层包括步骤：

如图4所示，进行步骤2-1)，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述硅衬底201表面形成介质层203，并对所述介质层203进行刻蚀形成图形化的介质层203。

作为示例，所述介质层203的材料包括环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合。在本实施例中，所述介质层203选用为氧化硅。

如图5所示，进行步骤2-2)，采用化学气相沉积工艺、蒸镀工艺、溅射工艺、电镀工艺或化学镀工艺于所述图形化介质层203表面形成金属层，并对所述金属层进行刻蚀形成图形化的金属布线层204。

作为示例，所述金属布线层204的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。在本实施例中，所述金属布线层204的材料选用为铜。

需要说明的是，所述重新布线层可以包括依次层叠的多个介质层203以及多个金属布线层204，依据连线需求，通过对各介质层203进行图形化或者制作通孔实现各层金属布线层204之间的互连，以实现不同功能的连线需求。

作为示例，所述金属凸块205可以选用为铜柱、镍柱、焊料金属(如锡球等)、铜柱及焊料金属的组合、镍柱及焊料金属的组合，或者铜柱、金属阻挡层及焊料金属的组合等。

在本实施例中，所述金属凸块205选用为铜柱、金属阻挡层及焊料金属的组合，所述金属凸块205的制备方法包括步骤：

步骤a)，采用电镀法于所述重新布线层表面形成铜柱；

步骤b)，采用电镀法于所述铜柱表面形成金属阻挡层；

步骤c)，采用电镀法于所述金属阻挡层表面形成焊料金属，并采用高温回流工艺于所述金属阻挡层表面形成焊料凸点。

作为示例，所述金属阻挡层包括镍层，所述焊料凸点的材料包括铅、锡及银中的一种或包含上述任意一种焊料金属的合金。

采用电镀法可以制备出高质量的铜柱，提高金属凸块205的质量。所述金属阻挡层可以阻挡焊料金属的扩散，提高金属凸块205的电性能。

作为示例，所述重新布线层与指纹识别芯片206的垂向对应区域包含有连续的介质层203，且不包含金属层，以作为所述指纹识别芯片206的识别窗口202。对于电容式的指纹识别芯片及超声波式的，尤其针对光学式的指纹识别芯片，所述识别窗口202可以获得良好的识别效果。

如图7～8所示，接着进行步骤3)，提供一指纹识别芯片206，通过金属焊点207将所述指纹识别芯片206装设于所述重新布线层上，其中，所述指纹识别芯片206的正面朝向于所述重新布线层；

作为示例，所述金属焊点207可以为的材料可以为铜、金、银、铝、锡等金属材料。

作为示例，步骤3)中，通过金属焊点207将所述指纹识别芯片206装设于所述重新布线层上后，所述指纹识别芯片206与所述重新布线层之间具有间隙，步骤3)还包括于所述间隙中形成保护层208的步骤，所述保护层208完全覆盖所述指纹识别芯片206的正面。

作为示例，所述保护层208为透明的聚合物层，在本实施例中，所述保护层208选用为环氧树脂，采用点胶或者模压的方式形成于所述指纹识别芯片206与所述重新布线层之间的间隙。所述保护层208可有效保护所述指纹识别芯片206，例如，可以防止水汽等进入式指纹别芯片，以及可以作为如撞击、按压过度等的缓冲结构。

当然，可以不制作所述保护层208而直接采用封装材料对所述指纹识别芯片206进行封装。

如图9所示，然后进行步骤4)，采用封装材料209封装所述指纹识别芯片206，所述金属凸块205露出于所述封装材料209。

作为示例，采用封装材料209封装所述指纹识别芯片206的方法包括压缩成型、传递模塑成型、液封成型、真空层压及旋涂中的一种，所述封装材料209包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。封装后，所述金属凸块205露出于所述封装材料209，以利于其与其它器件的电连接或者其本身的电性引出。

如图10所示，最后进行步骤5)，自所述硅衬底201的第二表面减薄所述硅衬底201。

作为示例，采用机械研磨工艺对所述硅衬底201进行减薄，减薄后的硅衬底201的厚度范围为0μm～700μm。例如，所述硅衬底201的厚度优选为50～100μm，一方面可以保证其机械强度，另一方面可以保证较小的封装结构的厚度。进一步说明的是，所述硅衬底201可以通过减薄工艺完全去除，此时，所述指纹识别芯片可以由所述重新布线层及/或所述保护层208进行保护。当然，其它的减薄工艺也同样适用，并不限于此处所列举的示例。

最后，对封装好的指纹识别芯片206配置合适的框架，以使其应用于不同的功能组件中，如手机、平板电脑、门禁等。

如图10所示，本实施例还提供一种指纹识别芯片206的封装结构，所述封装结构包括：硅衬底201；重新布线层，形成于所述硅衬底201表面上；金属凸块205，形成于所述重新布线层上；指纹识别芯片206，通过金属焊点207装设于所述重新布线层上，其中，所述指纹识别芯片206的正面朝向于所述重新布线层；以及封装材料209，覆盖于所述指纹识别芯片206，且所述金属凸块205露出于所述封装材料209。

作为示例，所述指纹识别芯片206与所述重新布线层之间具有间隙，所述间隙中形成有保护层208，所述保护层208完全覆盖所述指纹识别芯片206的正面。进一步地，所述保护层208选用为环氧树脂。

作为示例，所述重新布线层与指纹识别芯片206的垂向对应区域包含有连续的介质层203，且不包含金属层，以作为所述指纹识别芯片206的识别窗口202。

作为示例，所述封装材料209包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

作为示例，所述重新布线层包括图形化的介质层203以及图形化的金属布线层204。进一步地，所述介质层203的材料包括环氧树脂、硅胶、pi、pbo、bcb、氧化硅、磷硅玻璃，含氟玻璃中的一种或两种以上组合，所述金属布线层204的材料包括铜、铝、镍、金、银、钛中的一种或两种以上组合。

作为示例，所述金属凸块205包括铜柱、位于所述铜柱上表面的镍层、以及位于所述镍层上的焊料凸点。进一步地，所述金属阻挡层包括镍层，所述焊料凸点的材料包括铅、锡及银中的一种或包含上述任意一种焊料金属的合金。

作为示例，所述硅衬底201的厚度范围为1μm～700μm。例如，在本示例的指纹识别芯片的封装结构中，所述硅衬底201的厚度优选为50～100μm，一方面可以保证其机械强度，另一方面可以保证较小的封装结构的厚度。所述硅衬底201作为指纹识别芯片封装结构的保护盖板，不需要额外增加蓝宝石盖板，工艺流畅，同时节省成本。

如图11所示，本实施例的指纹识别芯片206的封装结构的使用原理如图11所示，其包括：

第一步，通过指纹识别芯片206的封装结构获取所需识别指纹的图像。在本实施例中，通过所述识别窗口202获取所需识别指纹的图像。

第二步，对采集的指纹图像进行如下预处理，包括：图像质量判断、图像增强、指纹区域检测、指纹方向图和频率估算、图像二值化(将指纹图像中各像素点的灰度值设置为0或255)以及图像细化。

第三步，从预处理后的图像中，获取指纹的脊线数据。

第四步，从指纹的脊线数据中，提取指纹识别所需的特征点。

第五步，将提取指纹特征(特征点的信息)与数据库中保存的指纹特征逐一匹配，判断是否为相同指纹。

第六步，完成指纹匹配处理后，输出指纹识别的处理结果。

如上所述，本发明的指纹识别芯片206的封装结构及封装方法，具有以下有益效果：

1)本发明采用扇出型封装(fanout)指纹识别芯片206，相比于现有的其它指纹识别芯片206封装来说，具有成本低、厚度小、良率高的优点；

2)本发明同时不需要打线工艺，也不需要高成本的硅穿孔工艺(tsv)，而能实现指纹识别芯片206的封装，大大降低了工艺难度及成本；

3)本发明直接采用重新布线层或者重新布线层与硅衬底薄片的叠层作为指纹识别芯片206的盖板，不需要另外增加蓝宝石盖板，大大降低了封装的厚度及成本；

4)本发明采用扇出封装(fanout)工艺，芯片的电引出不需要传统的fpc板，可以降低封装的厚度以及电性引出结构的稳定性，提高封装良率；

5)本发明工艺简单，创造性地采用扇出封装工艺封装指纹识别芯片206，在半导体封装技术领域具有广泛的应用前景。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。