表面传感芯片封装结构及制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种表面传感芯片封装结构及制作方法，该封装结构包括表面传感芯片和功能芯片，表面传感芯片第一表面上具有若干个焊垫及感应区，第二表面形成有对应焊垫的第一开口，第一开口内铺设有绝缘层和金属布线层，金属线路层将第一表面上焊垫的电性引导至第二表面上，在传感芯片的外围设置塑封层；感应芯片的第二表面可添加功能芯片，功能芯片电连接第二表面上的金属布线层。本发明采用硅通孔TSV技术，将芯片第一表面焊垫的电性引到芯片的第二表面，缩小了封装体积；且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；对芯片的外围进行塑封，增加了芯片的可靠性。
【专利说明】表面传感芯片封装结构及制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及表面传感芯片封装结构与工艺，具体是涉及一种表面传感芯片封装结构及制作方法。
【背景技术】
[0002]表面传感芯片或表面感应芯片，如指纹识别表面传感芯片、触摸型表面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表面传感芯片，然而，现在的设备对于封装器件短小轻薄有较高的要求，搭载的此类表面传感芯片的封装体积也必将追求最小化。
[0003]但是，传统的表面传感芯片通常采用线焊工艺将表面传感芯片与基板相连，具体结构为:表面传感芯片具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；表面传感芯片的第一表面上具有感应区及若干个焊垫，焊垫与感应区之间电性连接；基板上具有与表面传感芯片对应的第二焊垫，表面传感芯片与基板相连时，表面传感芯片第一表面的焊垫与基板上对应的第二焊垫通过焊线电连接。这种形式的表面传感芯片封装结构，表面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，此工艺完成的表面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。
【发明内容】
[0004]为了解决上述技术问题，本发明提出一种表面传感芯片封装结构及制作方法，该封装结构能够降低封装厚度，满足表面传感芯片小型化发展的要求；该封装结构中传感芯片外围设有塑封层，能够提高传感芯片的可靠性；该封装结构便于结合其他功能芯片或基板，增强芯片的使用功能。该制作方法利用晶圆级芯片尺寸封装技术，先进行整体封装，再将晶圆切割成单颗芯片，降低了生产成本。
[0005]本发明的技术方案是这样实现的:
[0006]—种表面传感芯片封装结构，包括具有相对的第一表面和第二表面的表面传感芯片，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焊垫，若干个所述焊垫与所述感应区电性连接；所述第一表面上形成有暴露所述感应区的第一塑封层；所述第二表面上与每个所述焊垫相对的位置形成有第一开口，所述第二表面和所述第一开口的内壁上形成有暴露出所述焊垫的绝缘层，所述绝缘层上形成有电连接所述焊垫暴露部分的金属布线层；所述金属布线层外形成有保护层。
[0007]作为本发明的进一步改进，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]作为本发明的进一步改进，暴露出的所述感应区上设有保护盖。
[0009]作为本发明的进一步改进，所述保护层为第二塑封层或绝缘防护层。
[0010]作为本发明的进一步改进，另设有一个或多个功能芯片，所述功能芯片与所述第二表面上的金属布线层电连接。
[0011]作为本发明的进一步改进，所述保护层为所述第二塑封层时，所述功能芯片固设于所述第二表面上的绝缘层与第二塑封层之间，且所述功能芯片通过线焊的方式与所述第二表面上的金属布线层电连接。
[0012]作为本发明的进一步改进，所述功能芯片通过倒装焊的方式与所述第二表面上的金属布线层电连接。
[0013]作为本发明的进一步改进，所述第二表面的所述保护层上设有若干与所述金属布线层连接的焊料凸点，所述焊料凸点用于电连接外部器件。
[0014]一种表面传感芯片封装结构的制作方法，包括如下步骤:
[0015]a、准备一具有若干个表面传感芯片单元的晶圆，每个所述表面传感芯片单元具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；所述表面传感芯片单元的第一表面上具有感应区和位于所述感应区周边的若干个焊垫，若干个所述焊垫与所述感应区电性连接；
[0016]b、在所述晶圆的所述第一表面上形成一层暴露每个所述感应区的第一塑封层；
[0017]C、对所述晶圆的所述第二表面进行减薄；
[0018]d、在所述晶圆的第二表面上与表面传感芯片单元的焊垫相对的位置刻出第一开口，暴露出其对应的焊垫；
[0019]e、在步骤d形成的所述晶圆的第二表面和每个所述第一开口的内壁上覆盖一层绝缘层，并使每个所述第一开口对应的焊垫暴露出来；
[0020]f、在步骤e形成的所述绝缘层上及暴露出的所述焊垫的位置铺设一层金属布线层；
[0021]g、在步骤f形成的金属布线层外形成一层保护层，并在第二表面的保护层上预留金属布线层与外部器件连接的第二开口。
[0022]h、在步骤g形成的部分或全部第二开口处植焊料凸点；
[0023]1、对步骤h形成的晶圆进行切割，形成单个的表面传感芯片封装结构。
[0024]作为本发明的进一步改进，在步骤g与步骤h之间，增加第二表面上的金属布线层电连接功能芯片的步骤。
[0025]本发明的有益效果是:本发明提供一种表面传感芯片封装结构及制作方法，通过在表面传感芯片的第二表面上形成与第一表面的焊垫相对的第一开口，并在第二表面和第一开口内形成绝缘层和金属布线层，能够将表面传感芯片第一表面的焊垫的电性引到表面传感芯片的第二表面，这样，在连接外部器件时(基板或功能芯片)，可以通过焊料凸点与焊盘的倒装焊工艺，代替打线的线焊工艺，因此，能够达到缩小表面传感芯片的封装体积，满足表面传感芯片小型化发展的要求的目的。该封装结构对表面传感芯片的外围进行塑封或设置绝缘防护层，进一步增加了芯片的可靠性。该制作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。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1为本发明实施例1步骤a所述的晶圆结构示意图；
[0027]图2为本发明实施例1步骤b后的晶圆结构示意图；
[0028]图3a为本发明实施例1步骤d后形成的第一开口为凹槽的晶圆结构示意图；
[0029]图3b为图3a中A_A’向剖面结构示意图；
[0030]图4为本发明实施例1步骤e中形成绝缘层后的晶圆结构示意图；
[0031]图5为本发明实施例1步骤e中暴露出焊垫后的晶圆结构示意图；
[0032]图6为本发明实施例1步骤f后的晶圆结构示意图；
[0033]图7为本发明实施例1步骤g后的晶圆结构示意图；
[0034]图8为本发明实施例1步骤h后并倒装焊连接一个功能芯片的晶圆结构示意图；
[0035]图9a为本发明实施例1步骤d后形成的第一开口为凹槽与孔组合的晶圆结构示意图；
[0036]图9b为图9a中B_B’向剖面结构示意图；
[0037]图1Oa为本发明实施例1步骤d后形成的第一开口为直孔的晶圆结构示意图；
[0038]图1Ob为图1Oa中C-C’向剖面结构示意图；
[0039]图11为本发明实施例1表面传感芯片封装结构示意图；
[0040]图12为本发明实施例2表面传感芯片封装结构示意图；
[0041]图13为本发明实施例3表面传感芯片封装结构示意图；
[0042]图14为本发明实施例4表面传感芯片封装结构示意图。
[0043]结合附图，作以下说明:
[0044]1--表面传感芯片101--第一表面
[0045]102——第二表面103——感应区
[0046]104——焊垫2——第一塑封层
[0047]3——第一开口4——绝缘层
[0048]5——金属布线层6——保护盖
[0049]7——第二塑封层8——绝缘防护层
[0050]9——功能芯片10——焊料凸点
[0051]11——第二开口
【具体实施方式】
[0052]实施例1
[0053]如图11所不，一种表面传感芯片封装结构，包括具有相对的第一表面101和第二表面102的表面传感芯片，所述第一表面101具有感应区103和位于所述感应区103周边的若干个焊垫104，若干个所述焊垫104与所述感应区103电连接；所述第一表面101上形成有暴露所述感应区103的第一塑封层2，暴露出的所述感应区103上设有保护盖6 ;所述第二表面102上与每个所述焊垫104相对的位置形成有第一开口 3，所述第二表面102和所述第一开口 3的内壁上形成有暴露出所述焊垫104的绝缘层4，所述绝缘层4上形成有电连接所述焊垫104暴露部分的金属布线层5 ;所述金属布线层5外形成有保护层，且所述保护层为一层第二塑封层7 ;所述第二表面102上的金属布线层5上形成有穿出所述第二塑封层7用于连接外部器件的焊料凸点10，用以连接外部电路。
[0054]上述结构中，通过在表面传感芯片的第二表面102上形成与感应区103的第一表面101的焊垫104相对的第一开口 3，并在第二表面102和第一开口 3内依次形成绝缘层4与金属布线层5，能够将表面传感芯片第一表面101的焊垫104的电性引到表面传感芯片的第二表面102，这样，在与外部器件进行连接时，比如基板上的第二焊垫，可以通过连接第二表面所述金属布线层的若干焊料凸点与第二焊垫的倒装焊工艺，代替打线的线焊工艺，因此，能够达到缩小表面传感芯片的封装体积，满足表面传感芯片小型化发展的要求的目的。此外，通过在表面传感芯片的第一表面101与第二表面102用一种塑封材料进行塑封，形成第一塑封层2和第二塑封层7，可用于防止外界对芯片的损伤，提高表面传感芯片的可靠性。为了提高感应区103的灵敏度，本实施例选择在感应区103上用一层保护盖6覆盖。更优选的，该保护盖6的材质可以为玻璃、膜及玻璃陶瓷等保护材料，保护盖6的厚度在I微米-400微米之间。
[0055]优选的，所述金属布线层5的材料为铜或铝或镍或金或钛或合金。
[0056]优选的，所述第一开口 3为凹槽、凹槽与孔的组合或直孔，凹槽的结构参见图3a和图3b，其中图3a为第二表面俯视的第一开口结构示意图，图3b为图3a在AA’向的剖面图；凹槽与孔的组合结构参见图9a和图％，其中图9a为第二表面俯视的第一开口结构示意图，图9b为图9a在BB’处的剖面图；直孔的结构参见图1Oa和10b，其中图1Oa为第二表面俯视的第一开口结构示意图，图1Ob为图1Oa在CC’处的剖面图。
[0057]作为一种优选实施例，本实施例1表面传感芯片封装结构的制作方法，包括如下步骤:
[0058]a、参见图1，准备一具有若干个表面传感芯片单元的晶圆，每个所述表面传感芯片单元具有第一表面101和与第一表面101相对的第二表面102 ;所述表面传感芯片单元的第一表面101上具有感应区103和位于所述感应区103周边的若干焊垫104，若干个所述焊垫104与所述感应区103电连接；
[0059]b、参见图2，在所述晶圆的所述第一表面101上形成覆盖住所述感应区103的保护盖6，并在保护盖6的周边及外围的所述第一表面101上形成一层第一塑封层2 ;
[0060]C、对所述晶圆的所述第二表面102进行减薄；
[0061]d、参见图3b，在所述晶圆的第二表面102上与每个表面传感芯片单元的焊垫104相对的位置刻出第一开口 3，暴露出其对应的焊垫104 ；
[0062]e、参见图4和图5，在步骤d形成的所述晶圆的第二表面102和每个所述第一开口 3的内壁上覆盖一层绝缘层4，并使所述第一开口 3对应的焊垫104暴露出来；具体实施时，第一开口 3可通过刻蚀及机械切割形成，首先通过光刻工艺在晶圆第二表面102形成凹槽开口，然后刻蚀凹槽开口位置的晶圆，在包含刻蚀凹槽表面和晶圆第二表面102的面上铺设绝缘层4，最后，对刻蚀凹槽底进行机械切割暴露出焊垫104的侧壁。
[0063]f、参见图6，在步骤e形成的所述绝缘层4上及暴露出的所述焊垫104的位置铺设一层金属布线层5，即金属布线层5将焊垫104电性引到表面传感芯片的第二表面102上。
[0064]g、参见图7，在步骤f形成的金属布线层5外形成一层第二塑封层7，并在第二表面102的第二塑封层7上预留金属布线层5与外部器件连接的第二开口 11。
[0065]h、参见图8，在步骤g形成的第二开口 11处植焊料凸点10 ；
[0066]1、对步骤h形成的晶圆进行切割，形成单个的表面传感芯片封装结构。
[0067]实施例2
[0068]本实施例2包含实施例1中所有技术特征，如图12所示，其区别在于，另设有一个功能芯片9，所述功能芯片9与所述第二表面102上的金属布线层5电连接，且功能芯片9固设于第二表面102上的绝缘层4与第二塑封层7之间，且所述功能芯片9通过线焊的方式与所述第二表面102上的金属布线层5电连接。
[0069]本实施例2表面传感芯片封装结构的制作方法，包括如下步骤:
[0070]a、参见图1，准备一具有若干个表面传感芯片单元的晶圆，每个所述表面传感芯片单元具有第一表面101和与第一表面101相对的第二表面102 ;所述表面传感芯片单元的第一表面101上具有感应区103和位于所述感应区103周边的若干焊垫104，若干个所述焊垫104与所述感应区103电性连接；
[0071]b、参见图2，在所述晶圆的所述第一表面101上形成覆盖住所述感应区103的保护盖6，并在保护盖6的周边及外围的所述第一表面101上形成一层第一塑封层2 ;
[0072]C、对所述晶圆的所述第二表面102进行减薄；
[0073]d、参见图3b，在所述晶圆的第二表面102上与每个表面传感芯片单元的焊垫104相对的位置刻出第一开口 3，暴露出其对应的焊垫104 ；
[0074]e、参见图4和图5，在步骤d形成的所述晶圆的第二表面102和每个所述第一开口3的内壁上覆盖一层绝缘层4，并使每个所述第一开口 3对应的焊垫104暴露出来；
[0075]f、参见图6，在步骤e形成的所述绝缘层4上及暴露出的所述焊垫104的位置铺设一层金属布线层5，并暴露出预固定功能芯片9位置处的绝缘层4，其中，金属布线层5形成若干个用于连接功能芯片9的连接盘；
[0076]g、提供一功能芯片9，在步骤f暴露出的绝缘层4上固定该功能芯片9，并通过线焊的方式使功能芯片9与所述第二表面102上的金属布线层5电连接；具体实施时，功能芯片9可以黏胶固定于晶圆第二表面102上的绝缘层4上，再以键合引线等方式与第二表面102上的金属布线层5相连。
[0077]h、在步骤g形成的金属布线层5外及功能芯片9外形成一层第二塑封层7，并在第二表面102的第二塑封层7上预留金属布线层5与外部器件连接的第二开口 11。
[0078]1、在步骤h形成的第二开口 11处植焊料凸点10 ；
[0079]j、对步骤i形成的晶圆进行切割，形成单个的表面传感芯片封装结构。
[0080]实施例3
[0081]本实施例3包含实施例1中所有技术特征，如图13所示，其区别在于，1、另设有一个功能芯片9，所述功能芯片9与所述第二表面102上的金属布线层5电连接，且功能芯片9通过倒装焊的方式与所述第二表面102上的金属布线层5电连接。2、第一表面101上形成覆盖住所述感应区103的保护盖6被一层第一塑封层2代替，第一塑封层2遮盖住所述感应区103，遮盖住所述感应区103的第一塑封层2具有设定厚度，该第一塑封层材料可具有相对大的莫氏硬度。
[0082]本实施例3表面传感芯片封装结构的制作方法，包括如下步骤:
[0083]a、参见图1，准备一具有若干个表面传感芯片单元的晶圆，每个所述表面传感芯片单元具有第一表面101和与第一表面101相对的第二表面102 ;所述表面传感芯片单元的第一表面101上具有感应区103和位于所述感应区103周边的若干焊垫104，若干个所述焊垫104与所述感应区103电性连接；
[0084]b、在所述晶圆的所述第一表面101上形成第一塑封层2 ;且所述第一塑封层2遮盖住所述感应区103，遮盖住所述感应区103的第一塑封层2具有设定厚度；
[0085]c、对所述晶圆的所述第二表面102进行减薄；
[0086]d、在所述晶圆的第二表面102上与每个表面传感芯片单元的焊垫104相对的位置刻出第一开口 3，第一开口 3去除对应焊垫104上方的基底材料；
[0087]e、在步骤d形成的所述晶圆的第二表面102和每个所述第一开口 3的内壁上覆盖一层绝缘层4，并使所述第一开口 3对应的焊垫104暴露出来；
[0088]f、在步骤e形成的所述绝缘层4上及暴露出的所述焊垫104的位置铺设一层金属布线层5 ；
[0089]g、另提供一功能芯片9，所述功能芯片9通过倒装焊的方式与所述第二表面102上的金属布线层5电连接。
[0090]h、在步骤g形成的金属布线层5外形成一层第二塑封层7，并在第二表面102的第二塑封层7上预留金属布线层5与外部器件连接的第二开口 11。
[0091]1、在步骤h形成的第二开口 11处植焊料凸点10 ；
[0092]j、对步骤i形成的晶圆进行切割，形成单个的表面传感芯片封装结构。
[0093]实施例4
[0094]本实施例4包含实施例1中所有技术特征，如图14所示，其区别在于，所述金属布线层5外形成有保护层，且所述保护层为一层绝缘防护层8。绝缘防护层8用于防止金属布线层5被氧化，可为光刻胶，便于暴露第二开口 11。
[0095]本实施例4表面传感芯片封装结构的制作方法，包括如下步骤:
[0096]a、参见图1，准备一具有若干个表面传感芯片单元的晶圆，每个所述表面传感芯片单元具有第一表面101和与第一表面101相对的第二表面102 ;所述表面传感芯片单元的第一表面101上具有感应区103和位于所述感应区103周边的若干焊垫104，若干个所述焊垫104与所述感应区103电性连接；
[0097]b、参见图2，在所述晶圆的所述第一表面101上形成覆盖住所述感应区103的保护盖6，并在保护盖6的周边及外围的所述第一表面101上形成一层第一塑封层2 ;
[0098]C、对所述晶圆的所述第二表面102进行减薄；
[0099]d、参见图3b，在所述晶圆的第二表面102上与每个表面传感芯片单元的焊垫104相对的位置刻出第一开口 3，第一开口 3去除其对应的焊垫104上方的基底材料；
[0100]e、参见图4和图5，在步骤d形成的所述晶圆的第二表面102和每个所述第一开口3的内壁上覆盖一层绝缘层4，并使每个所述第一开口 3对应的焊垫104暴露出来；
[0101]f、参见图6，在步骤e形成的所述绝缘层4上及暴露出的所述焊垫104的位置铺设一层金属布线层5 ；
[0102]g、参见图7，在步骤f形成的金属布线层5外形成一层绝缘防护层8，并在第二表面102的绝缘防护层8上预留金属布线层5与外部器件连接的第二开口 11。
[0103]h、参见图8，在步骤g形成的第二开口 11处植焊料凸点10 ；
[0104]1、对步骤h形成的晶圆进行切割，形成单个的表面传感芯片封装结构。
[0105]综上，本发明提出一种表面传感芯片封装结构及制作方法，该封装结构能够降低封装厚度，满足表面传感芯片小型化发展的要求；该封装结构中传感芯片外围设有塑封层，能够提高传感芯片的可靠性；该封装结构便于结合其他功能芯片或基板，增强芯片的使用功能。该制作方法利用晶圆级芯片尺寸封装技术，先进行整体封装，再将晶圆切割成单颗芯片，降低了生产成本。
[0106]以上实施例是参照附图，对本发明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，但不背离本发明的实质的情况下，都落在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种表面传感芯片封装结构，其特征在于:包括具有相对的第一表面(101)和第二表面(102)的表面传感芯片(1)，所述第一表面具有感应区(103)和位于所述感应区周边的若干个焊垫(104)，若干个所述焊垫与所述感应区电性连接；所述第一表面上形成有暴露所述感应区的第一塑封层(2);所述第二表面上与每个所述焊垫相对的位置形成有第一开口(3)，所述第二表面和所述第一开口的内壁上形成有暴露出所述焊垫的绝缘层(4)，所述绝缘层上形成有电连接所述焊垫暴露部分的金属布线层(5);所述金属布线层外形成有保护层。
2.根据权利要求1所述的表面传感芯片封装结构，其特征在于: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。
3.根据权利要求1所述的表面传感芯片封装结构，其特征在于:暴露出的所述感应区上设有保护盖(6)。
4.根据权利要求1所述的表面传感芯片封装结构，其特征在于:所述保护层为第二塑封层(7)或绝缘防护层⑶。
5.根据权利要求4所述的表面传感芯片封装结构，其特征在于:另设有一个或多个功能芯片(9)，所述功能芯片与所述第二表面上的金属布线层电连接。
6.根据权利要求5所述的表面传感芯片封装结构，其特征在于:所述保护层为所述第二塑封层时，所述功能芯片固设于所述第二表面上的绝缘层与第二塑封层之间，且所述功能芯片通过线焊的方式与所述第二表面上的金属布线层电连接。
7.根据权利要求5所述的表面传感芯片封装结构，其特征在于:所述功能芯片通过倒装焊的方式与所述第二表面上的金属布线层电连接。
8.根据权利要求1所述的表面传感芯片封装结构，其特征在于:所述第二表面的所述保护层上设有若干与所述金属布线层连接的焊料凸点(10)，所述焊料凸点(10)用于电连接外部器件。
9.一种表面传感芯片封装结构的制作方法，其特征在于，包括如下步骤: a、准备一具有若干个表面传感芯片单元的晶圆，每个所述表面传感芯片单元具有第一表面和与第一表面相对的第二表面；所述表面传感芯片单元的第一表面上具有感应区和位于所述感应区周边的若干个焊垫，若干个所述焊垫与所述感应区电性连接； b、在所述晶圆的所述第一表面上形成一层暴露每个所述感应区的第一塑封层； c、对所述晶圆的所述第二表面进行减薄； d、在所述晶圆的第二表面上与每个表面传感芯片单元的焊垫相对的位置刻出第一开口，暴露出其对应的焊垫； e、在步骤d形成的所述晶圆的第二表面和每个所述第一开口的内壁上覆盖一层绝缘层，并使每个所述第一开口对应的焊垫暴露出来； f、在步骤e形成的所述绝缘层上及暴露出的所述焊垫的位置铺设一层金属布线层； g、在步骤f形成的金属布线层外形成一层保护层，并在第二表面的保护层上预留金属布线层与外部器件连接的第二开口(11)。 h、在步骤g形成的部分或全部第二开口处植焊料凸点； 1、对步骤h形成的晶圆进行切割，形成单个的表面传感芯片封装结构。
10.根据权利要求9所述的表面传感芯片封装结构的制作方法，其特征在于，在步骤g与步骤h之间，增加第二表面上的金属布线层电连接功能芯片的步骤。
【文档编号】B81C1/00GK104495741SQ201410842755
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月30日 优先权日:2014年12月30日
【发明者】万里兮, 黄小花, 王晔晔, 沈建树, 翟玲玲, 钱静娴, 金凯 申请人:华天科技（昆山）电子有限公司