一种三维集成传感器芯片封装模组的制作方法
【技术领域】
[0001 ]本实用新型涉及微电子封装技术、传感器技术以及芯片互联等技术。
【背景技术】
[0002]随着终端产品的智能化程度不断提高，各种传感器芯片层出不穷。传感芯片扩展了智能手机、平板电脑等产品的应用领域，例如，指纹识别芯片的出现就大大提高了上述产品的安全性。
[0003]目前典型的指纹识别传感器芯片，包括半导体芯片，其上形成有用于感测的传感器元件阵列作为感应区域，其最大的特征在于其芯片表面的感应区域与用户手指发生作用，产生芯片可以感测的电信号。为了保证感测的精确度和灵敏度，该感应区域与用户手指的距离要求尽可能小，但限于当前的芯片工艺，芯片焊盘一般也位于同一表面，若采用焊线方式将芯片焊盘引出，焊线高度不可避免的抬升了感应区域与封装体外界的距离。
[0004]国内的汇顶科技股份有限公司提出了一种在传感芯片边缘制作台阶，将芯片表面焊盘通过导电层引至该台阶处，然后再进行打线(CN201420009042)。该方式避免了焊线对传感器元件阵列与封装体外界的距离的影响。另外，美国的苹果公司公开了一项传感器封装方面的专利(US20140285263A1)，其采用在硅基板上用沉积技术形成感应区域。上述硅基板边缘存在斜坡，以便于将感应区域产生的电信号通过导电层引出。该传感芯片的打线焊盘位于硅基板所在斜坡的下方，避免了焊线对感应区域与封装体外界的距离的影响。上述两公开专利都需要在传感芯片边缘制作台阶或者凹槽、制作导电层和引线键合等工艺，工艺环节较多，且较为复杂。更重要的是，传感芯片为脆性材料，极易在制作台阶或者凹槽工艺环节损坏而失效。
[0005]为了能实现指纹识别传感器的感测功能，还需要用于存储感测信号的存储芯片，如Flash芯片，以及用于处理信号的专用集成电路芯片，即ASIC芯片。当前的三维集成传感器芯片封装模组需要很多分立的组装步骤，其中指纹识别传感器芯片、存储芯片和专用集成电路芯片各自为单独的元件，在传感器件的组装或封装过程中放到一起，也就是说，识别传感器芯片、存储芯片和专用集成电路芯片未被包封到一起。随着分立元件的数量的增大，工艺步骤的日益复杂，制造成本也增大，同时对最终产品的良率和可靠性存在不利影响，而且分立元件的组装或封装过程耗时、效率低。国内的华天科技(西安)有限公司提出了一种在传感芯片下表面制作凹槽(CN201410853990)，将Flash芯片或者ASIC芯片放置于所述凹槽中，该方式减小了器件整体尺寸，节省了空间。但是，上述专利同样需要在传感芯片边缘制作台阶或者凹槽、制作导电层和引线键合等工艺，工艺环节较多，且较为复杂。而且传感芯片也面临由于制作台阶或者凹槽引起的可靠性问题。
【发明内容】
[0006]本实用新型针对传感器件结构，特别是指纹识别类传感器件提供了一种低成本、高集成度、高可靠性的封装与互联集成方案，将传感器芯片、存储芯片和专用集成电路芯片等芯片通过堆叠方式集成在同一封装内，该方案不但减小了封装的尺寸，而且该封装可采用晶圆级封装技术或者面板级封装技术实现，封装工艺更为简单，封装效率高，成本更低。
[0007]该三维集成传感器芯片封装模组，包括:基板;传感器芯片，所述传感器芯片的上表面具有传感器元件阵列和焊盘，所述传感器芯片的下表面设有沟槽，所述沟槽表面设有钝化层和导电层，所述钝化层位于传感器芯片和导电层之间，所述传感器芯片的焊盘与导电层连接，所述钝化层可以是高分子聚合物或者二氧化硅等绝缘材料，所述导电层为铜、铝、合金材料等金属材料;芯片，至少一芯片通过金属微凸点倒装焊接配置于所述传感器芯片沟槽表面的导电层上，所述芯片可以是存储芯片或者(和)专用集成电路芯片；所述金属微凸点可以是铜、铝、金、焊料合金等材料;金属凸块，至少一金属凸块配置于所述传感器芯片沟槽表面的导电层上，所述金属凸块的端部设有金属凸点；所述金属凸块和金属凸点可以是铜、铝、金、焊料合金等材料;塑封材料，采用塑封材料进行包覆密封，所述传感器芯片的上表面裸露出所述塑封材料，所述金属凸点裸露出所述塑封材料，所述塑封材料可以是环氧树脂等塑封材料，也可以是聚酰亚胺等聚合物介质材料。
[0008]利用该结构使得单独的传感器芯片、其他芯片如存储芯片和专用集成电路芯片集成在同一封装中，避免了分立芯片器件繁琐的组装步骤，简化了工艺流程，提高了封装产品良率。同时，该结构的堆叠方式可使封装产品的尺寸更小，集成度更高。另外，可以采用晶圆级封装技术或者面板级封装技术制作，生产效率高，可有效降低工艺成本。最后，该结构避免了由于在传感芯片边缘制作台阶或者凹槽引起的可靠性问题。
[0009]根据本实用新型的实施例，所述传感器芯片可以是指纹识别类传感器芯片或者图形传感器芯片。
【附图说明】
[0010]图1是本实用新型实施例的三维集成传感器芯片封装模组的剖面示意图。图中，I为传感器芯片、2为传感器元件阵列、3为焊盘、4为钝化层、5为导电层、6为存储芯片、7为专用集成电路芯片、8为金属微凸点、9为金属凸块、9为金属导线、10为塑封材料、11为金属凸点。
【具体实施方式】
[0011]为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本实用新型的【具体实施方式】作进一步详细描述。
[0012]图1是本实用新型实施例的三维集成传感器芯片封装模组的剖面示意图。
[0013]请参考图1，三维集成传感器芯片封装模组包括传感器芯片(I)，所述传感器芯片
(I)的上表面具有传感器元件阵列(2)和焊盘(3)，所述传感器芯片(I)的下表面设有沟槽，所述沟槽表面设有钝化层(4)和导电层(5)，所述钝化层(4)位于传感器芯片(I)和导电层
(5)之间，所述传感器芯片(I)的焊盘(3)与导电层(5)连接，所述钝化层(4)可以是高分子聚合物或者二氧化硅等绝缘材料，所述导电层(5)为铜、铝、合金材料等金属材料。
[0014]芯片，至少一芯片通过金属微凸点(8)倒装焊接配置于所述传感器芯片(I)沟槽表面的导电层(5)上，所述芯片可以是存储芯片(6)或者(和)专用集成电路芯片(7)，所述金属微凸点(8)可以是铜、铝、金、焊料合金等材料。
[0015]金属凸块(9)，至少一金属凸块(9)配置于所述传感器芯片(I)沟槽表面的导电层
(5)上，所述金属凸块(9)的端部设有金属凸点(11)，所述金属凸块(9)和金属凸点(II)可以是铜、招、金、焊料合金等材料。
[0016]塑封材料(10)，采用塑封材料(10)进行包覆密封，所述传感器芯片(I)的上表面裸露出所述塑封材料(10)，所述金属凸点(11)裸露出所述塑封材料(10)，所述塑封材料(10)可以是环氧树脂等塑封材料，也可以是聚酰亚胺等聚合物介质材料。
[0017]通过将存储芯片(7)和专用集成电路芯片(8)倒装焊接配置于传感器芯片(I)下表面的沟槽内，实现了多芯片在垂直方向上的堆叠，有效减小了封装尺寸。塑封材料(11)包覆传感器芯片(1)、存储芯片(6)、专用集成电路芯片(7)，裸露出具有传感器元件阵列(2)的传感器芯片(I)的上表面。在本实施例中，所述传感器芯片(I)可以是指纹识别类传感器芯片或者图形传感器芯片。如果传感器芯片(I)为指纹识别类传感器芯片，裸露出的传感器元件阵列(2)使得与用户手指(图中未示出)的距离尽可能小，保证了感测的精确度和灵敏度。如果传感器芯片(I)为图像传感器，裸露出的传感器元件阵列(2)能够感应外界环境光源(图中未示出)。
[0018]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种三维集成传感器芯片封装模组，其特征在于，所述三维集成传感器芯片封装模组包括: 传感器芯片，所述传感器芯片的上表面具有传感器元件阵列和焊盘，所述传感器芯片的下表面设有沟槽，所述沟槽表面设有钝化层和导电层，所述钝化层位于传感器芯片和导电层之间，所述传感器芯片的焊盘与导电层连接，所述钝化层可以是高分子聚合物或者二氧化硅绝缘材料，所述导电层为铜、铝、合金材料金属材料； 专用集成电路芯片，至少一专用集成电路芯片通过金属微凸点倒装焊接配置于所述传感器芯片沟槽表面的导电层上； 所述金属微凸点可以是铜、铝、金、焊料合金材料； 金属凸块，至少一金属凸块配置于所述传感器芯片沟槽表面的导电层上，所述金属凸块的端部设有金属凸点，所述金属凸块和金属凸点可以是铜、铝、金、焊料合金材料； 塑封材料，采用塑封材料进行包覆密封，所述传感器芯片的上表面裸露出所述塑封材料，所述金属凸点裸露出所述塑封材料，所述塑封材料可以是环氧树脂塑封材料，也可以是聚酰亚胺聚合物介质材料。2.根据权利要求1所述的一种三维集成传感器芯片封装模组，其特征在于，所述传感器芯片可以是指纹识别类传感器芯片或者图形传感器芯片。
【专利摘要】本实用新型公开了一种三维集成传感器芯片封装模组，属于集成电路封装、传感器技术等领域。本实用新型的三维集成传感器芯片封装模组包括：传感器芯片，所述传感器芯片的上表面具有传感器元件阵列和焊盘，所述传感器芯片的下表面设有沟槽，所述沟槽表面设有钝化层和导电层；专用集成电路芯片配置于所述传感器芯片下表面的沟槽内，且配置于传感器芯片沟槽的导电层上；塑封材料。该实用新型不但减小了封装的尺寸，同时实现了多芯片单一封装模组的三维集成，而且避免了由于在传感芯片边缘制作台阶或者凹槽引起的可靠性问题。
【IPC分类】H01L23/31, H01L25/04
【公开号】CN205376520
【申请号】CN201620063664
【发明人】夏国峰, 尤显平, 邓正华
【申请人】重庆三峡学院, 夏国峰
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2016年1月23日