图像传感芯片集成结构及其制造方法与流程

本发明涉及图像传感器技术领域，特别涉及一种图像传感芯片集成结构及其制造方法。

背景技术：

与图像传感技术相关的芯片包括：cmos芯片(cmos根据其中感光区与电路区的上下位置分为图像传感器背面照度芯片bsi和图像传感器前面照度芯片fsi)、图像信号处理器芯片(isp)和双倍数据率的同步动态随机存储器芯片(ddr)。

目前，图像传感器封装是将cmos芯片，isp芯片和ddr芯片平放在基板上，上述封装方式中通过打线方式将信号引出；然而，该传统的图像传感器的封装方式存在封装体积大且封装厚度厚的问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种图像传感芯片集成结构及其制造方法，以解决现有的图像传感器的封装体积大且封装厚度厚的问题。

为解决上述技术问题，本发明提供一种图像传感芯片集成结构，包括：

图像传感器背面照度芯片，具有贯穿图像传感器背面照度芯片顶面和底面的一个或多个第一通孔；

图像信号处理器芯片，布置于所述图像传感器背面照度芯片的底面；

随机存储器芯片，布置于所述图像传感器背面照度芯片的底面；

所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片与所述图像传感器背面照度芯片之间通过所述第一通孔电性连接。

可选的，在所述的图像传感芯片集成结构中，所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片均倒装的方式布置于所述图像传感器背面照度芯片上；

所述图像信号处理器芯片与所述图像传感器背面照度芯片之间，以及所述随机存储器芯片与所述图像传感器背面照度芯片之间还具有第一金属层；

所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片与所述第一通孔之间通过所述第一金属层电性连接。

可选的，在所述的图像传感芯片集成结构中，还包括支撑结构，所述支撑结构包裹所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片；

所述支撑结构由硅衬底或塑封材料构成，所述支撑结构还包裹dummy贴片。

可选的，在所述的图像传感芯片集成结构中，还包括具有贯穿所述支撑结构顶面和底面的一个或多个第二通孔；

所述第一金属层与所述第二通孔电性连接；

所述第二通孔将所述第一金属层的电性引出至所述支撑结构的顶面。

可选的，在所述的图像传感芯片集成结构中，所述图像传感器背面照度芯片包括玻璃、透明键合胶及图像传感器背面照度晶圆。

本发明还提供一种如上所述的图像传感芯片集成结构的制造方法，包括：

制作图像传感器背面照度芯片；

在所述图像传感器背面照度芯片的底面上形成第一通孔，所述第一通孔具有贯穿图像传感器背面照度芯片顶面和底面；

在所述图像传感器背面照度芯片的底面上固定图像信号处理器芯片及随机存储器芯片，并使所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片与所述图像传感器背面照度芯片之间通过所述第一通孔电性连接。

可选的，在所述的图像传感芯片集成结构的制造方法中，还包括：

形成所述第一通孔后，且固定所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片前，在所述图像传感器背面照度芯片的底面上形成第一金属层；

所述第一金属层与所述图像信号处理器芯片、所述随机存储器芯片及所述第一通孔电性连接。

可选的，在所述的图像传感芯片集成结构的制造方法中，在所述图像传感器背面照度芯片的底面上固定图像信号处理器芯片及随机存储器芯片包括：

在所述图像传感器背面照度芯片的底面上形成硅衬底层作为支撑结构，在硅衬底层上刻蚀形成多个空腔，所述空腔暴露出所述第一金属层；

在所述空腔中倒装放置所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片，且将所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片与所述第一金属层通过焊盘直接焊接在一起；

填充所述空腔；或者

在所述图像传感器背面照度芯片的底面上倒装放置所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片，且将所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片与所述第一金属层通过焊盘直接焊接在一起；

在所述图像传感器背面照度芯片的底面上放置dummy贴片，形成塑封层作为支撑结构，所述塑封层包裹并覆盖所述dummy贴片、所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片。

可选的，在所述的图像传感芯片集成结构的制造方法中，还包括形成将所述第一金属层的电性引出至所述图像传感芯片集成结构的顶面的第二通孔，其形成方法包括：

在所述硅衬底层上直接打孔直至贯通所述硅衬底层，形成第二通孔；或者

在形成所述塑封层前，在所述图像传感器背面照度芯片的底面上固定通孔芯片，所述通孔芯片具有贯穿其顶面和底面的一个或多个第二通孔；

在形成所述塑封层后，减薄所述塑封层直至暴露出所述第二通孔。

可选的，在所述的图像传感芯片集成结构的制造方法中，还包括：

在所述支撑结构的顶面形成第二金属层，所述第二金属层与所述第二通孔电性连接，在所述第二金属层上设置焊点。

在本发明提供的图像传感芯片集成结构及其制造方法中，通过图像传感器背面照度芯片具有贯穿其顶面和底面的一个或多个第一通孔，图像信号处理器芯片布置于所述图像传感器背面照度芯片的底面，随机存储器芯片布置于所述图像传感器背面照度芯片的底面，所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片与所述图像传感器背面照度芯片之间通过所述第一通孔电性连接，可以直接将所述图像传感器背面照度芯片替代了基板，整体封装厚度仅为图像传感器背面照度芯片与随机存储器芯片两层厚度，而基板是现有的图像传感芯片集成结构难以减小体积和厚度的重要原因，图像传感器背面照度芯片不仅厚度比基板小，因此充当基板可以大大减小图像传感芯片集成结构的厚度，且可以节省了图像传感器背面照度芯片其本身所占据的面积，也大大的减小了图像传感芯片集成结构的体积，图像传感芯片集成结构的尺寸降低至图像传感器背面照度芯片的大小。

进一步的，所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片均倒装的方式布置于所述图像传感器背面照度芯片上，所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片与所述图像传感器背面照度芯片之间通过所述第一通孔和第一金属层直接电性连接，实现了不同尺寸下的图像传感器背面照度芯片与图像信号处理器芯片可以高速信号传播，图像信号处理器芯片为图形解析芯片，高速传播便于数据的快速分析，有利于图像传感器背面照度芯片得到更加高的成像质量；且免去了彼此之间金属线的连接，使封装的难度减低，使厚度进一步减小。

附图说明

图1是现有的图像传感芯片集成结构示意图；

图2是本发明一实施例图像传感芯片集成结构示意图；

图3是本发明一实施例图像传感芯片集成结构示意图；

图4是本发明一实施例图像传感芯片集成结构的制造方法流程示意图；

图5是本发明一实施例图像传感芯片集成结构的制造方法流程示意图；

图中所示：10-图像传感器背面照度芯片；11-图像传感器背面照度晶圆；12-透明键合胶；13-玻璃；20-第一通孔；30-第一金属层；40-支撑结构；51-图像信号处理器芯片；52-随机存储器芯片；53-第二通孔；60-第二金属层；70-焊点。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明提出的图像传感芯片集成结构及其制造方法作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。

另外，除非另行说明，本发明的不同实施例中的特征可以相互组合。例如，可以用第二实施例中的某特征替换第一实施例中相对应或功能相同或相似的特征，所得到的实施例同样落入本申请的公开范围或记载范围。

本发明的核心思想在于提供一种图像传感芯片集成结构及其制造方法，以解决现有的图像传感器的封装体积大且封装厚度厚的问题。

为实现上述思想，本发明提供了一种图像传感芯片集成结构及其制造方法，包括：图像传感器背面照度芯片，具有贯穿图像传感器背面照度芯片顶面和底面的一个或多个第一通孔；图像信号处理器芯片，布置于所述图像传感器背面照度芯片的底面；随机存储器芯片，布置于所述图像传感器背面照度芯片的底面；所述图像信号处理器芯片及所述随机存储器芯片与所述图像传感器背面照度芯片之间通过所述第一通孔电性连接。

如图2～3所示，本实施例提供一种图像传感芯片集成结构，包括：图像传感器背面照度芯片10，具有贯穿图像传感器背面照度芯片10顶面和底面的一个或多个第一通孔20；图像信号处理器芯片51，布置于所述图像传感器背面照度芯片10的底面；随机存储器芯片52，布置于所述图像传感器背面照度芯片10的底面；所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52与所述图像传感器背面照度芯片10之间通过所述第一通孔20电性连接。

在本发明的一个实施例中，在所述的图像传感芯片集成结构中，所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52均倒装的方式布置于所述图像传感器背面照度芯片10上；所述图像信号处理器芯片51与所述图像传感器背面照度芯片10之间，以及所述随机存储器芯片52与所述图像传感器背面照度芯片10之间还具有第一金属层30；所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52与所述第一通孔20之间通过所述第一金属层30电性连接。

在本发明的一个实施例中，所述的图像传感芯片集成结构还包括支撑结构40，所述支撑结构40包裹所述图像信号处理器芯片51、所述随机存储器芯片52及所述通孔芯片；所述支撑结构40由硅衬底或塑封材料构成，所述支撑结构40还包裹dummy贴片。在所述的图像传感芯片集成结构中，还包括具有贯穿所述支撑结构顶面和底面的一个或多个第二通孔53；所述第一金属层30与所述第二通孔53电性连接；所述第二通孔53将所述第一金属层30的电性引出至所述支撑结构的顶面。如图3所示，在所述的图像传感芯片集成结构中，所述图像传感器背面照度芯片10包括玻璃13、透明键合胶12及图像传感器背面照度晶圆11。

本实施例提供一种如上所述的图像传感芯片集成结构的制造方法，如图4～5所示，包括：s11～s13，制作图像传感器背面照度芯片10；s21，在所述图像传感器背面照度芯片10的底面上形成第一通孔20，所述第一通孔20具有贯穿图像传感器背面照度芯片10顶面和底面；s41～s43，或者s41’～s44’，在所述图像传感器背面照度芯片10的底面上固定图像信号处理器芯片51及随机存储器芯片52，并使所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52与所述图像传感器背面照度芯片10之间通过所述第一通孔20电性连接。

在本发明的一个实施例中，在所述的图像传感芯片集成结构的制造方法中，还包括：s31或s31’，形成所述第一通孔20后，且固定所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52前，在所述图像传感器背面照度芯片10的底面上形成第一金属层30；然后进行步骤s32，在第一金属层上形成倒装焊接固定另外两个芯片的焊盘，或直接进行步骤s41’。所述第一金属层30与所述图像信号处理器芯片51、所述随机存储器芯片52及所述第一通孔20电性连接。

图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52的倒装固定有两种实施例，各有利弊，本实施例将进行详细说明。

如图5所示，在本发明的一个实施例中，在所述的图像传感芯片集成结构的制造方法中，在所述图像传感器背面照度芯片10的底面上固定图像信号处理器芯片51及随机存储器芯片52包括：s41’，在所述图像传感器背面照度芯片10的底面上形成硅衬底层作为支撑结构40，s42’，在硅衬底层上刻蚀形成多个空腔，所述空腔暴露出所述第一金属层30；s43’，在所述空腔中倒装放置所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52，且将所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52与所述第一金属层30通过焊盘直接焊接在一起；s44’，填充所述空腔；

如图4所示，在本发明的另一个实施例中，或者s41，在所述图像传感器背面照度芯片10的底面上倒装放置所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52，且将所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52与所述第一金属层30通过步骤s32形成的焊盘直接焊接在一起；在所述图像传感器背面照度芯片10的底面上放置dummy贴片，s42，形成塑封层作为支撑结构40，所述塑封层包裹并覆盖所述dummy贴片、所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52。

在本发明的一个实施例中，所述的图像传感芯片集成结构的制造方法还包括形成将所述第一金属层30的电性引出至所述图像传感芯片集成结构的顶面的第二通孔53，形成第二通孔的方法有三种，各有利弊，本实施例将详细说明。其形成方法包括：

在图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52倒装固定于图像传感器背面照度芯片10的底面上之前，在所述硅衬底层上直接tvs打孔直至贯通所述硅衬底层，形成第二通孔53；或者

s45，在图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52倒装固定于10的底面上之后，在所述硅衬底层上进行后通孔工艺，打孔直至贯通所述硅衬底层，形成第二通孔53；或者

s41，在形成所述塑封层前，在所述图像传感器背面照度芯片10的底面上固定通孔芯片，所述通孔芯片具有贯穿其顶面和底面的一个或多个第二通孔53；s43，在形成所述塑封层后，减薄所述塑封层直至暴露出所述第二通孔53。

另外，在所述的图像传感芯片集成结构的制造方法中，还包括：s51或s51’，在所述支撑结构40的顶面形成第二金属层60，所述第二金属层60与所述第二通孔53电性连接，s52，在所述第二金属层60上设置焊点70。

图5的具体步骤包括：s31’，载片上做好后端线线路(包括第一通孔20和第一金属层30)，s41’，硅衬底40与一已做好后端线线路(包括第一通孔20和第一金属层30)的载片(即图像传感器背面照度芯片10)进行cu/sio2混合键合，载片减薄至合适厚度；s42’，完成空腔的刻蚀，露出第一金属层的sio2层，再进行sio2刻蚀，露出第一金属层的cupad；s43’，图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52倒贴于空腔内，实现两个芯片与下层晶圆i/o(第一金属层30)的互联；s44’，进行空腔与两个芯片之间的沟槽的压膜，填充完全填满沟槽，表面部分区域pi打开，以便后续此位置继续形成第二通孔的工艺；s45’，形成第二通孔，此处采用后通孔工艺，使i/o引出至载片表面；后通孔仅能够进行不完全填孔，主要为tsv刻蚀、pvd、tsv电镀，孔径最小为30um，间距为30um；s51’，晶圆表面布线植球，切割，分选；另外，亦可以载片先完成cutvs的制作，后续减薄露出cutvs，其产品结构如图2所示；载片上可以先完成10*100um实孔tsv的制作，孔径为10um，间距为20um，相对于后通孔，i/o扇出可以更多；完成后最终形成图2所示的图像传感芯片集成结构，解决了bsi/isp芯片尺寸1:1的限制，提高了isp在前道制作晶圆利用率，降低整体结构成本；bsiwafer与硅衬底通过热键合，保证了整体结构的平整性；isp倒贴于支撑结构中，其与bsi的互联通过后端线实现，实现高速信号传播；通过大马士革工艺，实现200nm线宽制作，实现高密度i/o；通过cu/sio2混合键合技术，实现异质多芯片c2w的连接；通过硅基埋入技术，无emc层，减小产品翘曲；本实施例的封装结构，具备超高密度布线能力，产品具有高平整性，作为sip产品，封装面积小，无塑封料，整体翘曲小，适用于多芯片高密度低成本封装应用需求。

图4具体步骤包括：s12，bsi晶圆先进行与玻璃的整面键合，使用透明性非常好的光学键合胶；s13，键合后进行体硅的减薄，减薄至10-20um，s21，进行第一通孔的制作，bsi的pad在玻璃一侧，键合后背面减薄至10-20um，需要打孔制作第一通孔引出正面的i/o；s31，制作第一金属层，引出i/o；s32，表面制作凸点，引出i/o；s41，isp、ddr以及通孔芯片进行c2w工艺(c2w为chiptowafer，在贴片过程中，是isp、ddr、通孔芯片贴至bsi的晶圆上；通过倒装芯片实施)，其中，isp芯片贴至bsi的一角，其焊盘连接的散热不影响像素区域，另外，空白区域布置一些dummy贴片，减低后续emc翘曲；isp、ddr、通孔芯片只占bsi芯片一部分，其他区域布置dummy贴片，减低翘曲；s42～s43，贴片后进行emc塑封并且减薄露出第二通孔的cu，s51，表面再次布线形成第二金属层，s52，植球，切割，分选；步骤完成后最终形成图3所示的图像传感芯片集成结构。适用于bsi、isp的封装，其中，bsichip的尺寸较isp要大许多，并且bsi/isp的i/o连接满足bump贴片的限制。

在本发明提供的图像传感芯片集成结构及其制造方法中，通过图像传感器背面照度芯片10具有贯穿其顶面和底面的一个或多个第一通孔20，图像信号处理器芯片51布置于所述图像传感器背面照度芯片10的底面，随机存储器芯片52布置于所述图像传感器背面照度芯片10的底面，所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52与所述图像传感器背面照度芯片10之间通过所述第一通孔20电性连接，可以直接将所述图像传感器背面照度芯片10替代了基板，整体封装厚度仅为图像传感器背面照度芯片10与随机存储器芯片52两层厚度，而基板是现有的图像传感芯片集成结构难以减小体积和厚度的重要原因，图像传感器背面照度芯片10不仅厚度比基板小，因此充当基板可以大大减小图像传感芯片集成结构的厚度，且可以节省了图像传感器背面照度芯片10其本身所占据的面积，也大大的减小了图像传感芯片集成结构的体积，图像传感芯片集成结构的尺寸降低至图像传感器背面照度芯片10的大小。

进一步的，所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52均倒装的方式布置于所述图像传感器背面照度芯片10上，所述图像信号处理器芯片51及所述随机存储器芯片52与所述图像传感器背面照度芯片10之间通过所述第一通孔20和第一金属层30直接电性连接，实现了不同尺寸下的图像传感器背面照度芯片10与图像信号处理器芯片51可以高速信号传播，图像信号处理器芯片51为图形解析芯片，高速传播便于数据的快速分析，有利于图像传感器背面照度芯片10得到更加高的成像质量；且免去了彼此之间金属线的连接，使封装的难度减低，使厚度进一步减小。

综上，上述实施例对图像传感芯片集成结构及其制造方法的不同构型进行了详细说明，当然，本发明包括但不局限于上述实施中所列举的构型，任何在上述实施例提供的构型基础上进行变换的内容，均属于本发明所保护的范围。本领域技术人员可以根据上述实施例的内容举一反三。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

上述描述仅是对本发明较佳实施例的描述，并非对本发明范围的任何限定，本发明领域的普通技术人员根据上述揭示内容做的任何变更、修饰，均属于权利要求书的保护范围。