半导体芯片封装结构及其封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及半导体技术领域，尤其涉及半导体芯片的封装技术。
【背景技术】
[0002]晶圆级芯片尺寸封装技术(Wafer Level Chip Size Packaging，WLCSP)是对整片晶圆进行封装后再切割得到单个成品芯片的技术。晶圆级芯片尺寸封装技术顺应了市场对微电子产品日益轻、小、短、薄化和低价化要求，利用晶圆级芯片尺寸封装技术封装后的芯片尺寸达到了高度微型化，其封装并切割之后的芯片尺寸与裸片尺寸几乎一致，封装成本随着芯片尺寸的减小和晶圆尺寸的增大而显著降低。晶圆级芯片尺寸封装技术是当前封装领域的热点和未来发展的趋势。完成封装以及切割得到的单个成品芯片需要对其进行信赖性测试，只有通过信赖性测试的成品芯片才能被认定为合格的芯片。针对某些具有敏感器件的半导体芯片，通过晶圆级芯片尺寸封装技术在半导体芯片上覆盖保护基板且在保护基板与半导体芯片之间形成密闭的密封空腔来保护半导体芯片上的敏感器件，避免其受到后续工艺以及外界环境的污染而影响半导体器件的性能。密封空腔的形成工艺成为影响封装良率的关键。
[0003]请同时参考图1至图3，为晶圆级半导体芯片封装工艺流程中晶圆与保护基板对位压合之后的结构示意图，晶圆105上覆盖有保护基板100，晶圆105上具有网格状排列的半导体芯片110，本实施例中，半导体芯片110为影像传感芯片，保护基板100为光学玻璃，每一半导体芯片110上具有感光区103，在感光区103具有光敏感器件，为了保护感光区103，避免光敏感器件在后续的工艺流程中被污染损坏，在晶圆105或者保护基板100上形成网格状排列的支撑结构101，每一支撑结构101对应一个半导体芯片110，利用黏合剂102将晶圆105具有感光区103的一面与保护基板100对位压合，使感光区103收容于支撑结构101、晶圆105以及保护基板100包围形成的密封空腔104内。
[0004]但是，在信赖性测试中，支撑结构101会出现分层开裂的现象，影响了成品芯片的质量，成为本领域技术人员噬待解决的问题。
【发明内容】
[0005]本发明解决的问题是通过提供一种半导体芯片封装结构，可以消除支撑结构分层开裂的情况，提高半导体芯片封装结构的质量以及信赖性。
[0006]本发明提供一种半导体芯片封装结构，包括:半导体芯片，其一面设置有功能区；保护基板，覆盖所述半导体芯片具有功能区的一面;支撑结构，位于所述半导体芯片与所述保护基板之间，所述支撑结构包括多个首尾相接的支撑臂，所述支撑臂与所述半导体芯片以及所述保护基板包围形成密封空腔，所述功能区位于所述密封空腔内；至少一个支撑臂上具有至少一个朝向所述功能区方向延伸的支撑凸坝。
[0007]优选的，所述支撑凸坝的横截面为长方形或者正方形。
[0008]优选的，所述支撑凸坝的长度范围是100微米至450微米之间。
[0009]优选的，所述支撑臂以及所述支撑凸坝的材质为感光胶。
[0010]优选的，至少一个支撑臂上设置至少一个开口，所述开口中填充有黏合剂。
[0011]优选的，所述密封空腔内包括至少一个支撑柱。
[0012]优选的，所述支撑臂以及所述支撑凸坝的其中一个端面设置有凹槽结构。
[0013]本发明还提供一种半导体芯片的封装方法，包括:提供晶圆，所述晶圆包括网格状排布的多个半导体芯片，所述半导体芯片的一面设置有功能区；提供保护基板;在所述晶圆和所述保护基板两者之一上形成网格状排布的多个支撑结构，每一支撑结构包括多个首尾相接的支撑臂;利用黏合剂将所述晶圆与所述保护基板对位压合，所述支撑臂与所述晶圆以及所述保护基板包围形成网格状排布的多个密封空腔，一个功能区位于一个空腔内；每一支撑结构的至少其中一个支撑臂上包括至少一个朝向所述功能区方向延伸的支撑凸坝。
[0014]优选的，每一支撑结构的至少一个支撑臂上设置有至少一个开口，当所述晶圆与所述保护基板对位压合后，所述黏合剂填充所述开口。
[0015]优选的，所述支撑结构的材质为感光胶，形成所述支撑结构的步骤包括:
[0016]在所述晶圆与所述保护基板两者之一上涂布感光胶；
[0017]通过曝光显影工艺形成网格状排布的多个支撑结构。
[0018]优选的，所述支撑凸坝的横截面为长方形或者正方形。
[0019]优选的，所述支撑凸坝的长度范围是100微米至450微米之间。
[0020]优选的，在所述晶圆与所述保护基板两者之一上形成多个支撑柱，所述支撑柱位于所述密封空腔内。
[0021]优选的，在所述支撑臂以及所述支撑凸坝的端面设置凹槽。
[0022]本发明的有益效果是，本发明通过在至少一个支撑臂上设置至少一个朝向功能区延伸的支撑凸坝，使得水汽在支撑凸坝的边角区域产生漩涡，漩涡与水汽之间发生碰撞摩擦从而产生能量损失，降低了水汽对支撑结构的冲击力，从而有效解决了支撑结构分层开裂的问题。
【附图说明】
[0023]图1为现有技术中晶圆级半导体芯片封装工艺流程中晶圆与保护基板对位压合之后的结构不意图；
[0024]图2为现有技术中晶圆级影像传感芯片的结构示意图；
[0025]图3为现有技术中晶圆级半导体芯片封装工艺流程中晶圆与保护基板对位压合之后的剖视图；
[0026]图4为本发明优选实施例晶圆级影像传感芯片封装结构的剖视图；
[0027]图5为本发明优选实施例单个支撑结构俯视图；
[0028]图6为本发明另一优选实施例单个支撑结构俯视图。
【具体实施方式】
[0029]以下将结合附图对本发明的【具体实施方式】进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。
[0030]需要说明的是，提供这些附图的目的是为了有助于理解本发明的实施例，而不应解释为对本发明的不当的限制。为了更清楚起见，图中所示尺寸并未按比例绘制，可能会做放大、缩小或其他改变。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
[0031]本发明优选实施例以影像传感芯片为例，当然，本发明不限定为影像传感芯片，其他的具有功能区需要进行密封保护的半导体芯片比如MEMS芯片等也属于本发明所说的半导体芯片。
[0032]请参考图4，为本发明优选实施例晶圆级影像传感芯片的封装结构剖视图，晶圆200具有网格状排布的多颗影像传感芯片，每一影像传感芯片具有功能区211，晶圆200具有第一表面200a以及与第一表面200a相对的第二表面200b。该多个功能区211均位于晶圆200的第一表面200a上，所谓功能区211是指影像传感芯片上设置有光敏感器件的感光区。保护基板300覆盖在晶圆200的第一表面200a上。在晶圆200与保护基板300之间具有网格状排布的多个支撑结构320，支撑结构320使得晶圆200与保护基板300之间形成间隔，防止保护基板300的表面300a触碰功能区211，且支撑结构320与晶圆200以及保护基板300包围形成网格状排布的多个密封空腔310，一个密封空腔310对应一个功能区211，功能区211位于密封空腔310内。
[0033]本实施例中，支撑结构320的材质是感光胶。支撑结构320通过曝光显影的工艺形成于保护基板300上，然后通过丝网印刷工艺或者涂布印刷工艺在支撑结构320的端面上形成黏合剂或者在晶圆200上形成与支撑结构320形状对应的黏合剂，然后将晶圆200与保护基板300对位压合。
[0034]影像传感芯片具有用于与外部电路电连接的焊垫212，本实施例中，焊垫212与功能区211位于影像传感芯片的同一侧，本实施例中，在晶圆200与保护基板300对位压合之后，采用硅通孔工艺在晶圆200的第二表面200b上形成与焊垫212电连接的焊接凸起216。
[0035]具体的，请参考图4，在晶圆200的第二表面200b形成连通至焊垫212的通孔，在通孔的侧壁以及晶圆200的第二表面200b形成绝缘层213，在绝缘层213上以及通孔的底部形成金属布线层214，在金属布线层214延伸至晶圆200的第二表面200b的位置上形成焊接凸起216，焊垫212与焊接凸起216通过金属布线层214电连接。影像传感芯片通过焊接凸起216与外部电路实现电连接。
[0036]晶圆在完成封装并切割得到单颗成品半导体芯片之后，需要对成品半导体芯片进行有关信赖性的一系列测试，此处不再对信赖性测试的相关内容进行详细阐述，信赖性测试通常包括吸湿以及高温，举例来说，将完成封装的成品半导体芯片置于高湿度环境中一段时间，随后将其置于高温环境中一段时间，然后检查该成品半导体芯片的各项参数。
[0037]成品半导体芯片在经历高温测试环境之后，支撑结构容易产生分层的情形，经观察研究推断，导致支撑结构分层的主要原因在于，半导体芯片在封装工艺流程以及信赖性测试中引入了水汽进入密封空腔，当遇到高温环境时，水汽瞬间气化膨胀冲击支撑结构，从而导致支撑