高像素影像传感芯片的封装结构的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种高像素影像传感芯片的封装结构，该封装结构包含一影像传感芯片和一盖板，盖板第二表面形成有第三凹槽，与其相对的第一表面上形成有第一凹槽、第二凹槽，第二凹槽与第三凹槽之间通过贯通的通孔连接。第三凹槽中放置有透光基板，第二凹槽上形成有金属凸点或者焊球，影像传感芯片通过焊垫与盖板的焊球或者金属凸点键合，盖板与影像传感芯片键合部分的周围形成有密封环结构。本实用新型盖板单独制作，能够防止影像传感芯片表面被污染，实现高像素；再次，盖板与影像传感芯片键合后的外围形成有密封环，可提高封装的可靠性；最后，透光基板是嵌入盖板中的，进一步减少了封装尺寸，进一步实现了高像素，工艺简单，节约成本，有效提高了封装的可靠性和产品的良率。
【专利说明】
局像素影像传感芯片的封装结构
技术领域
[0001]本实用新型涉及芯片封装技术领域，具体是涉及一种高像素影像传感芯片的封装结构。【背景技术】
[0002]影像传感器或图像传感器，是一种将一维或者二维光学信息转换为电信号的装置。图像传感器可以被进一步地分为两种不同的类型:互补金属氧化物半导体图像传感器和电荷耦合器件图像传感器。图像传感器芯片必须加以封装才能防止腐蚀、机械损伤和灰尘颗粒等。传统的图像传感器芯片封装方法通常是采用引线键合等方式进行封装，但随着集成电路的飞速发展，较长的引线使得产品尺寸无法达到理想的要求。[〇〇〇3]晶圆级封装是在晶圆前道工序完成后，直接进行后道工艺，再切割分离形成单个器件的封装方法，晶圆级封装具有封装尺寸小，工艺成本低、可靠性高以及标准表面贴装工艺技术相匹配等优点，因此，其逐渐取代引线键合封装成为一种重要的封装方法。
[0004]现有影像传感芯片的晶圆级封装方法为，提供晶圆和载板，其中，晶圆正面具有多个影像传感芯片，而影像传感芯片具有感光结构和多个焊盘，影像传感芯片之间具有切割道;然后将从晶圆正面将晶圆与载板固定连接在一起，接着对晶圆背面进行再布线工艺和焊料凸点制作工艺形成背面引出结构，从而使焊盘通过金属互连线连接至背面的焊料凸点;之后将晶圆和载板分离，并将晶圆和支撑框架固定在一起，使晶圆中的影像传感芯片的感光面对应于支撑框架的窗口，最后沿所述切割道对晶圆和支撑架进行切割，得到影像传感芯片模组。[〇〇〇5]上述封装方式需要将晶圆与载板固定再分离，然后再将晶圆与支撑框架固定，整个封装过程工艺复杂，工艺效率低。并且，由于经历了与载板先固定再分离的过程，因此，晶圆表面容易污染和受损，即影像传感芯片表面容易污染和受损。
[0006]为此，需要一种新的影像传感芯片的晶圆级封装结构，以解决现有影像传感芯片的晶圆级封装方法工艺复杂，工艺效率低，并且影像传感芯片表面受玷污或损害的问题。
【发明内容】
[0007]为了解决上述技术问题，本实用新型提出一种高像素影像传感芯片的封装结构， 能够防止影像传感芯片表面被污染及避免对芯片造成损伤，实现高像素;并且在键合后的盖板与影像传感芯片周围形成有密封环，透光基板嵌入盖板中可以减小封装体积，保障封装的可靠性和产品良率，工艺简单，节约成本。
[0008]本实用新型的技术方案是这样实现的:
[0009]—种高像素影像传感芯片的封装结构，包括影像传感芯片和盖板，所述影像传感芯片的功能面包含感光区和位于感光区周围的若干焊垫;所述盖板包含第一表面和与其相对的第二表面，所述第一表面上形成有第一凹槽，所述第一凹槽底部形成有第二凹槽，所述第二表面形成有与所述第二凹槽相对的第三凹槽，所述第三凹槽与第二凹槽之间有通孔，所述通孔的尺寸不小于所述影像传感芯片的感光区的尺寸;所述第二凹槽通孔外的部分形成有金属互连结构，所述金属互连结构包括与所述影像传感芯片的焊垫对应键合的第一导电体，该金属互连结构的电性自第二凹槽经第一凹槽引至第一表面上;所述影像传感芯片的功能面与所述盖板键合在一起，使所述影像传感芯片的感光区正对所述通孔，使所述影像传感芯片的焊垫与所述金属互连结构上对应的第一导电体键合，第一导电体外键合后的影像传感芯片与第一凹槽底部之间形成有密封环;所述第三凹槽内或所述通孔内键合有尺寸不小于所述感光区尺寸的透光基板。
[0010]进一步的，所述金属互连结构包括依次铺设于所述第二凹槽、所述第一凹槽及所述第一表面上的绝缘层、金属线路层和防焊层，所述第二凹槽底部的防焊层上预留有暴露出金属线路的与若干所述焊垫对应的若干第一开口，所述第一开口处形成所述第一导电体;所述第一表面上的防焊层上预留有暴露出金属线路的若干第二开口，所述第二开口处形成有用于外接的第二导电体。
[0011]进一步的，所述第一导电体、所述第二导电体为焊球、导电胶或金属凸点。
[0012]进一步的，所述第三凹槽的尺寸大于所述通孔的尺寸，所述透光基板键合于所述第三凹槽的底部，且所述透光基板与所述第三凹槽的开口平齐。
[0013]进一步的，所述第三凹槽的尺寸小于所述通孔的尺寸，所述透光基板键合于所述通孔与所述第三凹槽的结合处。[0〇14] 进一步的，所述通孔高度不小于100um。
[0015]进一步的，所述透光基板为IR滤光玻璃;所述透光基板通过粘结胶水或者膜与所述第三凹槽或所述通孔连接。
[0016]进一步的，所述第一凹槽或/和所述第二凹槽或/和所述第三凹槽的形状为矩形或梯形。
[0017]进一步的，所述密封环的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、导电胶、干膜或者绝缘树脂中的一种。
[0018]进一步的，所述密封环横截面形状为是矩形或梯形。
[0019]本实用新型的有益效果是:本实用新型提供一种高像素影像传感芯片的封装结构，该封装结构提供一盖板、一影像传感芯片和一透光基板，盖板第二表面形成有第三凹槽，与其相对的第一表面上形成有第一凹槽、第二凹槽，第二凹槽与第三凹槽之间形成有贯通的通孔;第三凹槽中放置有透光基板，第二凹槽上形成有金属凸点或者焊球，影像传感芯片通过焊垫与盖板上的焊球或者金属凸点键合，焊垫外围形成密封环结构。该封装结构中盖板单独制作好之后再与影像传感芯片键合，可以防止影像传感芯片表面被污染，实现高像素，同时解决了之前键合之后在芯片背部进行刻蚀等工艺时对芯片造成的损伤；该封装结构中透光基板埋入或嵌入盖板中，影像传感芯片嵌入盖板中，可进一步减小封装体积，进一步实现高像素；通过焊垫周围的密封环，可保障封装的可靠性和产品良率;相比传统工艺，本实用新型工艺简单，可节约成本，可防止影像传感芯片表面被污染及受损，可减小封装体积，有效提尚封装的可靠性和广品的良率。【附图说明】
[0020]图1为本实用新型一实施例中减薄后影像传感芯片的结构示意图；
[0021]图2为本实用新型一实施例中形成有第一凹槽、第二凹槽、第三凹槽的盖板的结构示意图；
[0022]图3为本实用新型一实施例中将透光基板与第三凹槽粘结的结构示意图；
[0023]图4为本实用新型一实施例中在盖板第一、第二凹槽及第一表面上铺设绝缘层的结构示意图；
[0024]图5为本实用新型一实施例中在绝缘层上铺设金属线路层的结构示意图；
[0025]图6为本实用新型一实施例中在金属线路层上铺设防焊层的结构示意图；
[0026]图7为本实用新型一实施例中形成通孔的结构示意图；
[0027]图8为本实用新型一实施例中在防焊层预留开口处形成焊球的结构示意图；
[0028]图9为本实用新型一实施例中将盖板与影像传感芯片键合后的周围形成密封环的结构示意图；
[0029]图10为本实用新型另一实施例盖板的结构示意图；
[0030]图11为本实用新型另一实施例透光基板与盖板粘合的结构示意图；[0031 ]图12本实用新型另一实施例盖板与影像传感芯片结合的结构示意图；[〇〇32]结合附图，作以下说明:[〇〇33]1-影像传感芯片，101-感测区，102-焊垫，2-盖板201-第一凹槽，202-第二凹槽，203-通孔，204-第三凹槽3—粘合层，4-透光基板，5-绝缘层，6-金属线路层，7-防焊层，8-第一导电体，9-密封环，10-第一开口，11-第二开口，12-第二导电体。【具体实施方式】
[0034]为了能够更清楚地理解本实用新型的技术内容，特举以下实施例详细说明，其目的仅在于更好理解本实用新型的内容而非限制本实用新型的保护范围。
[0035]实施例1
[0036]如图9所示，一种高像素影像传感芯片的封装结构，包括影像传感芯片1和盖板2， 所述影像传感芯片的功能面包含感光区101和位于感光区周围的若干焊垫102;所述盖板包含第一表面和与其相对的第二表面，所述第一表面上形成有第一凹槽201，所述第一凹槽底部形成有第二凹槽202,所述第二表面形成有与所述第二凹槽相对的第三凹槽204,所述第二凹槽底部形成有贯通所述第三凹槽与第二凹槽的通孔203,所述通孔的尺寸不小于所述影像传感芯片的感光区的尺寸;所述第二凹槽底部通孔外的部分形成有金属互连结构，所述金属互连结构包括与所述影像传感芯片的焊垫对应键合的第一导电体8,该金属互连结构的电性自第二凹槽经第一凹槽引至第一表面上;所述影像传感芯片的功能面与所述盖板键合在一起，使所述影像传感芯片的感光区正对所述通孔，使所述影像传感芯片的焊垫与所述金属互连结构上对应的第一导电体键合，在键合后的焊垫与第一导电体外围形成密封环;所述第三凹槽的尺寸大于所述通孔的尺寸，所述透光基板键合于所述第三凹槽的底部， 且所述透光基板与所述第三凹槽的开口平齐。
[0037]优选的，所述金属互连结构包括依次铺设于所述第二凹槽、所述第一凹槽及所述第一表面上的绝缘层5、金属线路层6和防焊层7,所述第二凹槽底部的防焊层上预留有暴露出金属线路的与若干所述焊垫对应的若干第一开口 10,所述第一开口处形成所述第一导电体;所述第一表面上的防焊层上预留有暴露出金属线路的若干第二开口 11，所述第二开口处形成有用于外接的第二导电体12。优选的，所述第一导电体、所述第二导电体为焊球或金属凸点。[〇〇38] 优选的，所述通孔高度不小于200um。
[0039]优选的，所述透光基板为IR滤光玻璃;所述滤光玻璃通过粘结胶水或者膜等粘合层3与所述第三凹槽或所述通孔连接。
[0040]优选的，所述第一凹槽或/和所述第二凹槽或/和所述第三凹槽的形状为矩形或梯形。[0041 ]优选的，所述密封环的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者绝缘树脂中的一种。
[0042]优选的，所述密封环形状为是矩形或梯形。[〇〇43]以下结合附图1-9对该优选实施例一种高像素影像传感芯片的封装结构的制作方法进行详细说明，具体步骤如下:
[0044]步骤1、参见图1，提供一影像传感芯片1，影像传感芯片的功能面包含感光区101和位于感光区周围的若干焊垫102,焊垫的材质是铝、铝合金、铜和铜合金中的一种。影像传感芯片背部根据实际需要进行减薄。
[0045]步骤2、参见图2,提供一盖板2,所述盖板包含第一表面和与其相对的第二表面，所述第一表面上形成有第一凹槽201，所述第一凹槽底部形成有第二凹槽202,所述第二表面形成有与所述第二凹槽相对的第三凹槽204;其中，第一凹槽用于嵌入结合影像传感芯片， 第二凹槽用于形成容置感光区的空腔并实现其内金属互连结构与焊垫的键合，第三凹槽用于嵌入键合透光玻璃，第三凹槽的尺寸不小于透光基板的尺寸。形成凹槽的方法可以是:先利用光刻、刻蚀形成第一凹槽，并于第一凹槽底部形成第二凹槽;接着在盖板上与第一凹槽所在平面相对的第二表面形成第三凹槽。也可以先形成第三凹槽，在形成第一、第二凹槽； 凹槽的形状可以是矩形、梯形或者其它规则几何形状；
[0046]步骤3、参见图3,提供一不小于所述感光区尺寸的透光基板4,将所述透光基板嵌入键合于所述盖板的第三凹槽内。
[0047]优选的，透光玻璃为IR滤光玻璃;滤光玻璃通过粘结胶水或者膜等粘合层3与所述第三凹槽连接，粘结胶水或者膜可以涂布在透光玻璃上，也可以涂布在第三凹槽中，又或者两者都有。
[0048]步骤4、参见图4,在所述盖板的第一凹槽、第二凹槽及第一表面上铺设绝缘层5;绝缘层的材质可以是氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者绝缘树脂。
[0049]步骤5、参见图5,在所述绝缘层上铺设金属线路层6;形成金属线路层的步骤中至少形成一层金属线路，形成第一层金属线路的方式可以先采用溅射/化镀锡或银;第二层金属线路可以是铜、镍、靶、金中的一种或多种，形成所述金属线路层的方法为电镀、化学镀、 真空蒸镀法、化学气相沉积法中的一种。
[0050]步骤6、参见图6,在所述金属线路层上形成防焊层7,并在所述第二凹槽底部的防焊层上预留出暴露出金属线路的与若干所述焊垫对应的若干第一开口 10;在所述第一表面上的防焊层上预留有暴露出金属线路的若干第二开口 11;
[0051]步骤7、参见图7,形成贯通所述第二凹槽与所述第三凹槽的通孔203,所述通孔的尺寸不小于所述影像传感芯片的感光区的尺寸；具体方法为:通过刻蚀或切割或者两者结合的工艺形成贯通第二凹槽和第三凹槽的通孔，所述通孔暴露出影像传感芯片的感测区；
[0052]步骤8、参见图8,在所述第一开口处形成用于电性连接所述影像传感芯片的焊垫的第一导电体8;在所述第二开口处形成用于外接的第二导电体12;优选的，第一导电体和第二导电体为焊球或者金属凸点;本实施例中利用植球的方式形成焊球。[〇〇53]步骤9、参见图9,将所述影像传感芯片的功能面通过所述焊垫与盖板上的第一导电体键合于所述第二凹槽底部，使所述影像传感芯片的感光区正对所述通孔。优选的，本实施例是采用金金键合的方式将盖板与影像传感芯片的焊垫键合在一起。[〇〇54] 实施例2
[0055]如图12所示，一种高像素影像传感芯片的封装结构，包括影像传感芯片1和盖板2， 所述影像传感芯片的功能面包含感光区101和位于感光区周围的若干焊垫102;所述盖板包含第一表面和与其相对的第二表面，所述第一表面上形成有第一凹槽201，所述第一凹槽底部形成有第二凹槽202,所述第二表面形成有与所述第二凹槽相对的第三凹槽204,所述第二凹槽底部形成有贯通所述第三凹槽与第二凹槽的通孔203,所述通孔的尺寸不小于所述影像传感芯片的感光区的尺寸;所述第二凹槽底部通孔外的部分形成有金属互连结构，所述金属互连结构包括与所述影像传感芯片的焊垫对应键合的第一导电体8,该金属互连结构的电性自第二凹槽经第一凹槽引至第一表面上;所述影像传感芯片与所述盖板键合在一起，使所述影像传感芯片的感光区正对所述通孔，使所述影像传感芯片的焊垫与所述金属互连结构上对应的第一导电体键合，在键合后的焊垫与第一导电体外围形成密封环;所述第三凹槽的尺寸小于所述通孔的尺寸，所述透光玻璃键合于所述通孔与所述第三凹槽的结合处。[〇〇56]优选的，所述金属互连结构包括依次铺设于所述第二凹槽、所述第一凹槽及所述第一表面上的绝缘层5、金属线路层6和防焊层7,所述第二凹槽底部的防焊层上预留有暴露出金属线路的与若干所述焊垫对应的若干第一开口 10,所述第一开口处形成所述第一导电体;所述第一表面上的防焊层上预留有暴露出金属线路的若干第二开口 11，所述第二开口处形成有用于外接的第二导电体12。优选的，所述第一导电体、所述第二导电体为焊球或金属凸点。[〇〇57] 优选的，所述通孔高度不小于200um。
[0058]优选的，所述透光玻璃为IR滤光玻璃;所述透光玻璃通过粘结胶水或者膜等粘合层与所述通孔连接。
[0059]优选的，所述第一凹槽或/和所述第二凹槽或/和所述第三凹槽的形状为矩形或梯形。
[0060]优选的，所述密封环的材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或者绝缘树脂中的一种。 [0061 ]优选的，所述密封环形状为是矩形或梯形。
[0062]以下结合附图10-12对该优选实施例一种高像素影像传感芯片的封装结构的制作方法进行详细说明，
[0063]与实施例1不同的是，本实施例中形成的盖板如图10所示，形成盖板的方式与实施例1相同，不同之处在于所述盖板第三凹槽的尺寸不大于所述通孔的尺寸。具体可以参见图 10,所述盖板2包含第一表面和与其相对的第二表面，所述第一表面上形成有第一凹槽201， 所述第一凹槽底部形成有第二凹槽202,所述第二表面形成有与所述第二凹槽相对的第三凹槽204,贯通所述第二凹槽与所述第三凹槽的通孔203,所述通孔的尺寸不小于所述影像传感芯片的感光区的尺寸；
[0064]参见图11，提供一不小于所述感光区尺寸的透光基板4,所述第三凹槽的尺寸小于所述通孔的尺寸，所述透光基板键合于所述通孔与所述第三凹槽的结合处；
[0065]优选的，所述透光基板为IR滤光玻璃，所述透光基板通过粘结胶水或者膜等粘合层3与所述通孔连接。
[0066]参见图12,将所述影像传感芯片的功能面与所述盖板键合在一起，使所述影像传感芯片的感光区正对所述通孔，使所述影像传感芯片的焊垫与所述第一导电体键合。
[0067]综上，本实用新型提供一种高像素影像传感芯片的封装结构，该封装结构提供一盖板、一影像传感芯片和一透光基板，盖板第二表面形成有第三凹槽，与其相对的第一表面上形成有第一凹槽、第二凹槽，第二凹槽与第三凹槽之间形成有贯通的通孔;第三凹槽中放置有透光玻璃，第二凹槽上形成有金属凸点或者焊球，影像传感芯片通过焊垫与盖板的焊球或者金属凸点键合连接在一起，焊垫外围形成密封环结构。该封装结构中盖板单独制作好之后再与影像传感芯片键合，可以防止影像传感芯片表面被污染，实现高像素，同时解决了之前键合之后在芯片背部进行刻蚀等工艺时对芯片造成的损伤;该封装结构中透光玻璃埋入或嵌入盖板中，影像传感芯片嵌入盖板中，可进一步减小封装体积，进一步实现高像素;通过在焊垫周围形成密封环，可保障封装的可靠性和产品良率；因此，相比传统工艺，本实用新型工艺简单，可节约成本，可防止影像传感芯片表面被污染及受损，可减小封装体积，有效提尚封装的可靠性和广品的良率。
[0068]以上实施例是参照附图，对本实用新型的优选实施例进行详细说明。本领域的技术人员通过对上述实施例进行各种形式上的修改或变更，但不背离本实用新型的实质的情况下，都落在本实用新型的保护范围之内。
【主权项】
1.一种高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:包括影像传感芯片(1)和盖板 (2)，所述影像传感芯片的功能面包含感光区(101)和位于感光区周围的若干焊垫(102);所 述盖板包含第一表面和与其相对的第二表面，所述第一表面上形成有第一凹槽(201)，所述 第一凹槽底部形成有第二凹槽(202)，所述第二表面形成有与所述第二凹槽相对的第三凹 槽(204)，所述第三凹槽与第二凹槽之间有通孔(203)，所述通孔的尺寸不小于所述影像传 感芯片的感光区的尺寸;所述第二凹槽通孔外的部分形成有金属互连结构，所述金属互连 结构包括与所述影像传感芯片的焊垫对应键合的第一导电体(8)，该金属互连结构的电性 自第二凹槽经第一凹槽引至第一表面上;所述影像传感芯片的功能面与所述盖板键合在一 起，使所述影像传感芯片的感光区正对所述通孔，使所述影像传感芯片的焊垫与所述金属 互连结构上对应的第一导电体键合，第一导电体外键合后的影像传感芯片与第一凹槽 (201)底部之间形成有密封环(9);所述第三凹槽内或所述通孔内键合有尺寸不小于所述感 光区尺寸的透光基板(4)。2.根据权利要求1所述的高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:所述金属互连 结构包括依次铺设于所述第二凹槽、所述第一凹槽及所述第一表面上的绝缘层(5)、金属线 路层(6)和防焊层(7)，所述第二凹槽底部的防焊层上预留有暴露出金属线路的与若干所述 焊垫对应的若干第一开口( 10)，所述第一开口处形成所述第一导电体;所述第一表面上的 防焊层上预留有暴露出金属线路的若干第二开口(11)，所述第二开口处形成有用于外接的 第二导电体(12)。3.根据权利要求2所述的高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:所述第一导电 体、所述第二导电体为焊球、导电胶或金属凸点。4.根据权利要求1所述的高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:所述第三凹槽 的尺寸大于所述通孔的尺寸，所述透光基板键合于所述第三凹槽的底部，且所述透光基板 与所述第三凹槽的开口平齐。5.根据权利要求1所述的高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:所述第三凹槽 的尺寸小于所述通孔的尺寸，所述透光基板键合于所述通孔与所述第三凹槽的结合处。6.根据权利要求1所述的高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:所述通孔高度 不小于100um。7.根据权利要求1所述的高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:所述透光基板 为IR滤光玻璃;所述透光基板通过粘结胶水或者膜与所述第三凹槽或所述通孔连接。8.根据权利要求1所述的高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:所述第一凹槽 或/和所述第二凹槽或/和所述第三凹槽的形状为矩形或梯形。9.根据权利要求1所述的高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:所述密封环的 材质为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅、导电胶、干膜或者绝缘树脂中的一种。10.根据权利要求1所述的高像素影像传感芯片的封装结构，其特征在于:所述密封环 横截面形状为是矩形或梯形。
【文档编号】H01L27/146GK205609527SQ201620300443
【公开日】2016年9月28日
【申请日】2016年4月12日
【发明人】于大全, 肖智轶, 豆菲菲
【申请人】华天科技（昆山）电子有限公司