三维集成传感芯片封装结构的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及晶圆级芯片尺寸封装结构与工艺，具体是涉及一种三维集成传感芯片封装结构。
【背景技术】
[0002]传感芯片或感应芯片，如指纹识别传感芯片、触摸传感芯片等因其简便、实用性，应用领域不断拓展。功能逐渐强大的智能终端设备，也开始搭载越来越多的传感芯片，然而，现在的设备对于封装器件短小轻薄有较高的要求，搭载的此类传感芯片的封装体积也必将追求最小化。
[0003]但是，传统的晶圆级传感芯片尺寸封装通常采用线焊工艺将传感芯片与基板相连，具体结构为:传感芯片具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；传感芯片的第一表面上具有感应区及若干个第一焊垫，第一焊垫与感应区之间通过金属线路电连接；基板上具有与传感芯片对应的第二焊垫，传感芯片与基板相连时，传感芯片第一表面的第一焊垫与基板上对应的第二焊垫通过焊线电连接。这种形式的传感芯片封装结构，传感芯片和基板的打线很容易受到挤压而断裂，且打线上方不可再放置其他介质层，影响了产品的封装良率，也降低了产品的可靠性。由于焊线工艺的限制，此工艺完成的传感芯片封装厚度较大，无法满足封装体积追求最小化的要求。此外，该封装结构不利于结合其他功能芯片，传感芯片使用功能单一。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种三维集成传感芯片封装结构，该封装结构能够降低封装厚度，满足传感芯片小型化发展的要求；且该封装结构中特有的凹槽结构和整体塑封，能够更好的结合其他功能芯片，增强芯片的使用功能和可靠性。
[0005]本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0006]一种三维集成传感芯片封装结构，包括具有相对的第一表面和第二表面的传感芯片，所述第一表面具有感应区和位于所述感应区周边的若干个第一焊垫，若干个所述第一焊垫电连接所述感应区；所述第一表面上形成有暴露所述感应区的第一塑封层；所述第二表面与每个所述第一焊垫相对的位置形成有第一凹槽，所述第二表面与所述感应区相对的位置形成有第二凹槽，所述第二凹槽的底部形成有第三凹槽，且所述第三凹槽的开口小于所述第二凹槽的底部面积，所述第二表面、所述第二凹槽的内壁、所述第三凹槽的内壁和所述第一凹槽的内壁上形成有绝缘层，并使每个所述第一凹槽对应的第一焊垫暴露出来，所述第一凹槽内的所述绝缘层上及暴露出的所述第一焊垫的位置形成有金属布线层，并使所述第三凹槽内的绝缘层暴露出来；所述第三凹槽内设有功能芯片，所述功能芯片电连接于所述第二凹槽内壁上的金属布线层；所述金属布线层外形成有保护层。
[0007]作为本实用新型的进一步改进，所述第一塑封层遮盖住所述感应区，遮盖住所述感应区的第一塑封层具有设定厚度。
[0008]作为本实用新型的进一步改进，暴露的所述感应区上设有保护盖。
[0009]作为本实用新型的进一步改进，所述功能芯片通过线焊的方式与所述第二凹槽内壁上的金属布线层电连接。
[0010]作为本实用新型的进一步改进，所述保护层为第二塑封层或绝缘防护层，所述保护层为第二塑封层时，所述功能芯片及其与所述第二凹槽内壁上的金属布线层之间的打线埋入所述第二塑封层内。
[0011]作为本实用新型的进一步改进，另设有基板，所述第二表面上的金属布线层电连接所述基板。
[0012]作为本实用新型的进一步改进，所述基板上具有若干个第二焊垫，所述第二表面上的金属布线层上形成有对应所述第二焊垫的焊球，所述传感芯片与所述基板通过焊球与第二焊垫倒装焊连接。
[0013]作为本实用新型的进一步改进，所述保护层为绝缘防护层时，它与所述基板之间填充有底部填充胶。
[0014]作为本实用新型的进一步改进，所述金属布线层的材料为铜或铝或镍或金或合金。
[0015]作为本实用新型的进一步改进，所述第一凹槽、所述第二凹槽和所述第三凹槽均为底部小于开口的凹槽。
[0016]本实用新型的有益效果是:本实用新型提供一种三维集成传感芯片封装结构，通过在传感芯片的第二表面上形成与第一表面的第一焊垫的相对的第一凹槽，并在第一凹槽内形成金属布线层，能够将传感芯片第一表面的第一焊垫的电性引到传感芯片的第二表面，这样，在与基板上的第二焊垫进行连接时，可以通过焊球与焊垫的倒装焊工艺，代替打线的线焊工艺，因此，能够达到缩小传感芯片的封装体积，满足传感芯片小型化发展的要求的目的。且通过在传感芯片的第二表面上形成与传感芯片的感应区相对的第二凹槽和第三凹槽，并将金属布线层引至第二凹槽的底部，能够实现在第三凹槽内设置其他的功能芯片，并实现功能芯片与金属布线层的电连接，达到更好的结合其他功能芯片，增强传感芯片的使用功能和可靠性的同时，可降低封装厚度目的。此外，该封装结构对传感芯片整体外围进行塑封或设置保护层(含底部填充胶)，进一步增加了芯片的可靠性。该封装方法利用晶圆级芯片尺寸封装(WLP)技术，先进行整体封装，再将晶圆切割成单颗芯片，降低了整体成本。
【附图说明】
[0017]图1为本实用新型实施例1步骤a后的晶圆结构示意图；
[0018]图2为本实用新型实施例1在步骤a后形成保护盖的晶圆结构示意图；
[0019]图3为本实用新型实施例1步骤b后的晶圆结构示意图；
[0020]图4为本实用新型实施例1步骤c后的晶圆结构示意图；
[0021]图5为本实用新型实施例1步骤d后的晶圆结构示意图；
[0022]图6为本实用新型实施例1步骤e后的晶圆结构示意图；
[0023]图7为本实用新型实施例1步骤f后的晶圆结构示意图；
[0024]图8为本实用新型实施例1步骤g后的晶圆结构示意图；
[0025]图9为本实用新型实施例1步骤h后的晶圆结构示意图；
[0026]图10为本实用新型实施例1步骤i后的晶圆结构示意图；
[0027]图11为本实用新型实施例1步骤j后的晶圆分割成单个传感芯片封装结构的示意图；
[0028]图12为本实用新型实施例1中基板结构示意图；
[0029]图13为本实用新型实施例1三维集成传感芯片封装结构示意图；
[0030]图14为本实用新型实施例2三维集成传感芯片封装结构示意图。
[0031]结合附图，作以下说明:
[0032]1--传感芯片101--第一表面
[0033]102--第二表面 103--感应区
[0034]104——第一焊垫 2——第一塑封层
[0035]3一一第一凹槽4一一第二凹槽
[0036]5——第三凹槽6——绝缘层
[0037]7 金属布线层 8 功能芯片
[0038]9——绝缘防护层 10——保护盖
[0039]11——第二塑封层 12——基板
[0040]1201——第二焊垫 1202——对外连接点
[0041]13——焊球14——底部填充胶
【具体实施方式】
[0042]实施例1
[0043]如图13所示，一种三维集成传感芯片封装结构，包括具有相对的第一表面101和第二表面102的传感芯片I，所述第一表面101具有感应区103和位于所述感应区103周边的若干个第一焊垫104，若干个所述第一焊垫104电连接所述感应区103，感应区用来接收用户指纹信息，第一焊垫用于将感应区的电路导出；所述第一表面上形成有暴露所述感应区的第一塑封层2 ;所述第二表面与每个所述第一焊垫相对的位置形成有第一凹槽3，所述第二表面与所述感应区相对的位置形成有第二凹槽4，所述第二凹槽的底部形成有第三凹槽5，且所述第三凹槽的开口小于所述第二凹槽的底部面积，所述第二表面、所述第二凹槽的内壁、所述第三凹槽的内壁和所述第一凹槽的内壁上形成有绝缘层6，并使每个所述第一凹槽对应的第一焊垫暴露出来，所述第一凹槽内的所述绝缘层上及暴露出的所述第一焊垫的位置形成有金属布线层7，并使所述第三凹槽内的绝缘层暴露出来；所述第三凹槽内设有功能芯片8，所述功能芯片电连接于所述第二凹槽内壁上的金属布线层；所述金属布线层外形成有保护层，且所述保护层为第二塑封层11，所述功能芯片及其与所述第二凹槽内壁上的金属布线层之间的打线埋入所述第二塑封层内。
[0044]上述结构中，通过在传感芯片的第二表面上形成与第一表面的第一焊垫的相对的第一凹槽，并在第一凹槽内形成金属布线层，能够将传感芯片第一表面的第一焊垫的电性引到传感芯片的第二表面，这样，在与基板上的第二焊垫进行连接时，可以通过焊球与焊垫的倒装焊工艺，代替打线的线焊工艺，因此，能够达到缩小传感芯片的封装体积，满足传感芯片小型化发展的要求的目的。且通过在传感芯片的第二表面上形成与传感芯片的感应区相对的第二凹槽和第三凹槽，并将金属布线层引至第二凹槽的底部，能够实现在第三凹槽内设置其他的功能芯片，并实现功能芯片与金属布线层的电连接，达到更好的结合其他功能芯片，增强传感芯片的使用功能和可靠性的同时，可降低封装厚度目的。此外，通过在传感芯片的第一表面与第二表面用一种塑封材料进行塑封，形成第一塑封层和第二塑封层，可用于防止外界对芯片的损伤，提高传感芯片的可靠性。
[0045]为了保护传感芯片的感应区不受损伤，可以选择在感应区上用一层保护盖覆盖或直接用一层第一塑封层覆盖，当然也可以选择没有保护盖；优选的，所述第一塑封层遮盖住所述感应区，遮盖住所述感应区的第一塑封层具有设定厚度。更优选的，暴露的所述感应区上设有保护盖10，该保护盖的材质可以为玻璃、膜及玻璃陶瓷等保护材料，保护盖的厚度在I微米-400微米之间。
[0046]优选的，所述功能芯片通过线焊的方式与所述第二凹槽内壁上的金属布线层电连接。
[0047]优选的，另设有基板12，所述第二表面上的金属布线层电连接所述基板。
[0048]优选的，所述基板上具有若干个第二焊垫1201，所述第二表面上的金属布线层上形成有对应所述第二焊垫的焊球13，即在与第二表面上的平面位置处，设置有所述焊球，用于与基板相连。所述传感芯片与所述基板通过焊球与第二焊垫倒装焊连接；而且基板的端部连接有对外连接点1202，用来与外部器件相连，具体实施时，第二焊垫和对外连接点分别与基板上的布线电路电连接。这样，传感芯片与基板通过第二表面上的焊球与基板上的第二焊垫通过倒装焊工艺进行耦合，可以代替打线的线焊工艺，因此，能够达到缩小传感芯片的封装体积，满足传感芯片小型化发展的要求的目的。
[0049]优选的，所述金属布