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FP C板102的电连接，其中，FPC是Flexible Printed Circuit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，如图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：第一重新布线层，包含第一面及相对的第二面；金属引线，电性连接于所述第一重新布线层的所述第一面；指纹识别芯片，所述指纹识别芯片的正面具有用于电性引出的第一金属凸块，所述指纹识别芯片的背面固定于所述第一重新布线层的所述第一面上；封装材料层，包覆于所述指纹识别芯片，所述金属引线及所述第一金属凸块显露于所述封装材料层的表面；第二重新布线层，形成于所述封装材料层的所述表面，所述第二重新布线层与所述金属引线及所述第一金属凸块电性连接；以及第二金属凸块，形成于所述第一重新布线层的第二面。

优选地，所述第一重新布线层包括：图形化的第一介质层，形成于所述分离层表面；图形化的金属布线层，形成于所述图形化的第一介质层表面；以及图形化的第二介质层，形成于所述图形化的金属布线层表面；其中，所述金属引线穿过所述第二介质层与所述金属布线层连接，所述第二金属凸块穿过所述第一介质层与所述金属布线层连接。

进一步地，所述第一介质层及第二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，所述金属引线的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。

优选地，所述指纹识别芯片的背面通过DFA胶固定于所述第一重新布线层上，所述DFA胶包含热固胶与光固胶的组合。

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，所述第二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，所述第二重新布线层的厚度不大于20微米。

优选地，所述第二重新布线层包括：图形化的第一介质层，形成于所述封装材料层的表面；图形化的金属布线层，形成于所述图形化的第一介质层表面，所述金属布线层与所述金属引线及所述第一金属凸块电性连接；以及第二介质层，覆盖于所述金属布线层表面。

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)提供一支撑衬底，于所述衬底表面形成分离层；2)于所述分离层上形成第一重新布线层，并通过焊线工艺于所述第一重新布线层上形成金属引线；3)提供一指纹识别芯片，所述指纹识别芯片的正面具有用于电性引出的第一金属凸块，将所述指纹识别芯片的背面固定于所述第一重新布线层上；4)采用封装材料层封装所述指纹识别芯片，并使得所述金属引线及所述第一金属凸块显露于所述封装材料层的上表面；5)于所述封装材料层的上表面形成第二重新布线层，所述第二重新布线层与所述金属引线及所述第一金属凸块电性连接；6)基于所述分离层分离所述支撑衬底与所述第一重新布线层；以及7)于所述第二重新布线层上形成第二金属凸块。

优选地，所述支撑衬底包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种，所述分离层包括胶带及聚合物层中的一种，所述聚合物层首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑衬底表面，然后采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。

优选地，步骤2)制作所述第一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分离层表面形成第一介质层；

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；以及

2-3)采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述金属布线层上覆盖第二介质层，并对所述第二介质层进行图形化处理，显露部分的所述金属布线层，以实现与后续制作的金属引线的电性连接。

进一步地，所述第一介质层及第二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，步骤2)中，所述焊线工艺包括热压焊线工艺、超声波焊线工艺及热压超声波焊线工艺中的一种，所述金属引线的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。

优选地，步骤3)中，采用DFA胶将所述指纹识别芯片的背面固定于所述第一重新布线层上，所述DFA胶包含热固胶与光固胶的组合。

优选地，采用封装材料层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。

优选地，所述第二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，所述第二重新布线层的厚度不大于20微米。

优选地，步骤5)制作所述第二重新布线层包括步骤：5-1)采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述封装材料层的上表面形成图形化的第一介质层；5-2)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的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，所述金属布线层与所述金属引线及所述第一金属凸块电性连接；以及5-3)于所述金属布线层上形成第二介质层。

优选地，所述第一金属凸块包含连接于所述指纹识别芯片的导电柱以及位于所述导电柱表面的金属焊料；所述第二金属凸块的材料包括铅、锡及银中的一种或多种所形成的合金。

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(Fan out)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)本发明预先制作穿过封装材料层的金属引线，不需要高成本的硅穿孔工艺(TSV)便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(Fan out)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，具有良好的整合性，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12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。

元件标号说明

201 支撑衬底

202 分离层

203 第一介质层

204 第一金属布线层

205 第二介质层

206 金属引线

207 DFA胶

208 指纹识别芯片

209 识别区域

210 导电柱

211 金属焊料

212 封装材料层

213 第三介质层

214 第二金属布线层

215 第四介质层

216 第二金属凸块

217 识别窗口

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12。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12所示，本实施例提供一种指纹识别芯片208的封装方法，所述封装方法包括步骤：

如图3所示，首先进行步骤1)，提供一支撑衬底201，于所述衬底表面形成分离层202。

作为示例，所述支撑衬底201包括玻璃衬底、金属衬底、半导体衬底、聚合物衬底及陶瓷衬底中的一种。在本实施例中，所述支撑衬底201选用为玻璃衬底，所述玻璃衬底成本较低，容易在其表面形成分离层202，且能降低后续的剥离工艺的难度。

作为示例，所述分离层202包括胶带及聚合物层中的一种，所述聚合物层首先采用旋涂工艺涂覆于所述支撑衬底201表面，然后采用紫外固化或热固化工艺使其固化成型。

在本实施例中，所述分离层202选用为热固化胶，通过旋涂工艺形成于所述支撑衬底201201上后，通过热固化工艺使其固化成型。热固化胶性能稳定，表面较光滑，有利于后续的重新布线层的制作，并且，在后续的剥离工艺中，剥离的难度较低，剥离后可以获得完整且性能良好的重新布线层。

如图4～图5所示，然后进行步骤2)，于所述分离层202上形成第一重新布线层，并通过焊线工艺于所述第一重新布线层上形成金属引线206。

步骤2)制作所述第一重新布线层包括步骤：

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分离层202表面形成第一介质层203。

作为示例，所述第一介质层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，所述第一介质层203的材料为PI。

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第一金属布线层204。

作为示例，所述第一金属布线层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，所述第一金属布线层204的材料选用为铜。

步骤2-3)，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述第一金属布线层204上覆盖第二介质层205，并对所述第二介质层205进行图形化处理，显露部分的所述第一金属布线层204，以实现与后续制作的金属引线206的电性连接，具体地，显露的所述第一金属布线层204位于后续制作的指纹识别芯片208的外周侧。

作为示例，所述第二介质层205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，所述第二介质层205的材料选用为PI。

所述焊线工艺包括热压焊线工艺、超声波焊线工艺及热压超声波焊线工艺中的一种，所述金属引线206的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。在本实施例中，所述金属引线206的材料选用为Au。

如图6～图7所示，接着进行步骤3)，提供一指纹识别芯片208，所述指纹识别芯片208的正面具有用于电性引出的第一金属凸块，将所述指纹识别芯片208的背面固定于所述第一重新布线层上。

所述指纹识别芯片208具有识别区域209，所述识别区域209外周侧具有电连接区域，所述第一金属凸块连接于所述电连接区域，所述识别区域209及所述电连接区域位于所述指纹识别芯片208的正面。作为示例，所述第一金属凸块包含连接于所述指纹识别芯片208的导电柱210以及位于所述导电柱210表面的金属焊料211。所述导电柱210的材料包含Cu，所述金属焊料211的材料包含Sn。

采用DFA胶207将所述指纹识别芯片208的背面固定于所述第一重新布线层上，所述DFA胶207包含热固胶与光固胶的组合。

如图8所示，接着进行步骤4)，采用封装材料层212封装所述指纹识别芯片208，并使得所述金属引线206及所述第一金属凸块显露于所述封装材料层212的上表面。

采用封装材料层212封装所述指纹识别芯片208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。

如图9所示，接着进行步骤5)，于所述封装材料层212的上表面形成第二重新布线层，所述第二重新布线层与所述金属引线206及所述第一金属凸块电性连接。

步骤5)制作所述第二重新布线层包括步骤：

步骤5-1)，采用化学气相沉积工艺或物理气相沉积工艺于所述封装材料层212的上表面形成图形化的第三介质层213。

作为示例，所述第三介质层213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，所述第三介质层213的材料选用为PI。

步骤5-2)，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的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第二金属布线层214，所述第二金属布线层214与所述金属引线206及所述第一金属凸块电性连接。

作为示例，所述第二金属布线层214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，所述第二金属布线层214的材料选用为铜。

步骤5-3)，于所述第二金属布线层214上形成第四介质层215。

作为示例，所述第四介质层215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，所述第四介质层215的材料选用为PI。

所述第二重新布线层与指纹识别芯片208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208的识别窗口217。对于电容式的指纹识别芯片208及超声波式的，尤其针对光学式的指纹识别芯片208，所述识别窗口217可以获得良好的识别效果。

优选地，所述第二重新布线层的厚度不大于20微米。例如，所述第二重新布线层的厚度可以为10～15微米，以在保证其对所述指纹识别芯片208的保护效果，并进一步提高所述识别窗口217的识别效果。

如图10所示，接着进行步骤6)，基于所述分离层202分离所述支撑衬底201与所述第一重新布线层。

作为示例，依据所述分离层202的属性，可以采用如机械剥离、激光剥离、化学剥离(如湿法腐蚀等)等方法分离所述支撑衬底201与所述第一重新布线层。

如图11～图12所示，最后进行步骤7)，于所述第二重新布线层上形成下金属层以及位于所述下金属层上的第二金属凸块216。

所述第二金属凸块216的材料包括铅、锡及银中的一种或多种所形成的合金。

如图12所示，本实施例还提供一种指纹识别芯片208的封装结构，所述封装结构包括：第一重新布线层，包含第一面及相对的第二面；金属引线206，电性连接于所述第一重新布线层的所述第一面；指纹识别芯片208，所述指纹识别芯片208的正面具有用于电性引出的第一金属凸块，所述指纹识别芯片208的背面固定于所述第一重新布线层的所述第一面上；封装材料层212，包覆于所述指纹识别芯片208，所述金属引线206及所述第一金属凸块显露于所述封装材料层212的表面；第二重新布线层，形成于所述封装材料层212的所述表面，所述第二重新布线层与所述金属引线206及所述第一金属凸块电性连接；以及第二金属凸块216，形成于所述第一重新布线层的第二面。

作为示例，所述第一重新布线层包括：图形化的第一介质层203，形成于所述分离层202表面；图形化的第一金属布线层204，形成于所述图形化的第一介质层203表面；以及图形化的第二介质层205，形成于所述图形化的第一金属布线层204表面；其中，所述金属引线206穿过所述第二介质层205与所述金属布线层连接，所述第二金属凸块216穿过所述第一介质层203与所述金属布线层连接。进一步地，所述第一介质层203及第二介质层205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。

作为示例，所述金属引线206的材料包括Au、Ag、Cu、Al中的一种。

作为示例，所述指纹识别芯片208的背面通过DFA胶207固定于所述第一重新布线层上，所述DFA胶207包含热固胶与光固胶的组合。

作为示例，所述封装材料包括聚酰亚胺、硅胶以及环氧树脂中的一种。

作为示例，所述第二重新布线层与指纹识别芯片208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208的识别窗口217。

作为示例，所述第二重新布线层的厚度不大于20微米。

作为示例，所述第二重新布线层包括：图形化的第三介质层213，形成于所述封装材料层212的表面；图形化的第二金属布线层214，形成于所述图形化的第三介质层213表面，所述第二金属布线层214与所述金属引线206及所述第一金属凸块电性连接；以及第四介质层215，覆盖于所述第二金属布线层214表面。

如上所述，本发明的指纹识别芯片208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(Fan out)指纹识别芯片208，相比于现有的其它指纹识别芯片208封装来说，具有成本低、厚度小、良率高的优点；

2)本发明预先制作穿过封装材料层212的金属引线206，不需要高成本的硅穿孔工艺(TSV)便能实现指纹识别芯片208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作为指纹识别芯片208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(Fan out)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208，具有良好的整合性，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。