一种指纹识别传感器的封装结构及其封装方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种指纹识别传感器的封装结构及其封装方法，属于半导体封装技术领域。
【背景技术】
[0002]随着时代的发展，在现有半导体封装构造制造过程中，Trench (沟槽)技术已广泛地被应用，如图1所示，在传统的指纹识别传感器的封装结构中，传感器芯片与外部的电气连接是用金属引线以键合的方式把芯片上的I/O连至封装载体并经封装引脚来实现，这种结构的绝缘层通常只有一层有机材料(如图1中51)或者两层有机材料(如图1中51和52)。当只有一层有机材料做绝缘层时，在图1中的Trench沟槽的上拐角I区域会有电气连接问题，如短路、开路、漏电流等，影响产品的可靠性；而当采用两层有机材料做绝缘层时，会造成在图1中Trench沟槽的下拐角II区域的胶厚较厚，给后续流程(如曝光显影)造成困扰。
【发明内容】
[0003]为解决现有技术中的上述绝缘问题，本发明提供一种能提高产品绝缘性能、提升产品可靠性的一种指纹识别传感器的封装结构及其封装方法。
[0004]为了实现上述目的，本发明采用以下方式来实现:
本发明一种指纹识别传感器的封装结构，其包括:
硅基本体，其顶部的边缘位置设置沟槽，其底部与基板固连；
传感器芯片，设置于所述硅基本体的顶部，其包括感应元件和设置于感应元件四周的芯片电极及其电路，
其中，芯片电极至少两个，且其上表面露出硅基本体的上表面，所述沟槽的底部在垂直方向上的位置低于所述芯片电极的电路的底部；
感应元件的上表面露出硅基本体的上表面；
绝缘层I，覆盖所述硅基本体的表面和沟槽的裸露面，并于感应元件的上方开设绝缘层开口 I露出感应元件的上表面、于芯片电极的上方开设绝缘层开口 II露出芯片电极的上表面；
绝缘层II，覆盖所述绝缘层I，且从上至下仅覆盖至上拐角I区域；
再布线金属层，由若干个彼此绝缘的子再布线金属层构成，各所述子再布线金属层的一端通过绝缘层开口 II与所述芯片电极对应连接，其另一端沿绝缘层II向外延伸至沟槽的上拐角I区域，再沿绝缘层I至沟槽的下拐角II区域和沟槽的底部；
金属引线，其一端与延伸至沟槽的底部的再布线金属层的部分连接，其另一端与基板连接；
介电层，填充绝缘层开口 I ;
塑封层，塑封基板上的硅基本体的所有裸露的面空间，且于所述塑封层的表面设置金属膜层。
[0005]在所述沟槽的内壁，从上而下，所述绝缘层II覆盖绝缘层I的表面的1/2?2/3面积。
[0006]所述金属引线的弧高低于硅基本体的上表面。
[0007]所述硅基本体与基板之间设置黏胶层。
[0008]本发明一种指纹识别传感器的封装结构的封装方法，其包括以下工艺步骤: 步骤一、取上表面置有传感器芯片的圆片，所述传感器芯片包括感应元件和芯片电极；
步骤二、沿划片道在圆片的上表面开出宽于划片道的沟槽；
步骤三、在圆片的上表面及沟槽的内壁和底部涂覆绝缘层I，利用光刻工艺于感应元件的上方开设绝缘层开口 I露出感应元件的上表面、于芯片电极的上方开设绝缘层开口 II露出芯片电极的上表面；
步骤四、在绝缘层I的表面涂覆负性的绝缘层II，通过光刻工艺，将沟槽的底部和沟槽的下拐角II区域的无效的绝缘层II去除；
步骤五、依次通过溅射金属、光刻、电镀的方法选择性地实现彼此绝缘的再布线金属层，再布线金属层的一端通过绝缘层开口 II与所述芯片电极对应连接，其另一端沿绝缘层II向外延伸至沟槽的上拐角I区域，再沿绝缘层I至沟槽的下拐角II区域和沟槽的底部；步骤六、在绝缘层开口I内填充介电层；
步骤七、沿划片道切割圆片，形成复数颗封装单体；
步骤八、将上述封装单体通过黏胶层固定于基板；
步骤九、利用打线工艺将金属引线的一端与延伸至沟槽的底部的再布线金属层连接，其另一端与基板连接；
步骤十、采用塑封工艺将基板上方的所有裸露的面空间塑封封装，形成塑封层；
步骤十一、在塑封层的表面电镀金属膜层；
步骤十二、沿切割线将完成封装的上述封装体切割成指纹识别传感器的封装结构单体。
[0009]所述再布线金属层的材质为金属铝、钛/铝、铝/镍/金或铝/镲/钮/金。
[0010]所述绝缘层I的材质为无机绝缘材料。
[0011 ] 所述绝缘层II的材质为有机绝缘材料。
[0012]相比与现有方案，本发明的有益效果是:
1、本发明巧妙地运用有机材料与无机材料的不同特性，构建两层绝缘层:无机材料的绝缘层I覆盖硅基本体的表面和沟槽的裸露面，有机材料的绝缘层II覆盖上述绝缘层I，且从上至下仅覆盖至沟槽的上拐角I区域，以提高产品的电绝缘性能、提升产品可靠性，同时，不增加沟槽的下拐角II区域的绝缘层厚度，以使不对后续流程(如曝光显影)造成影响；
2、本发明封装体的封装流程简单，整个封装过程采用圆片级工艺，在圆片上完成，提高了生产效率，符合封装产业发展的趋势。
【附图说明】
[0013]图1是现有传感器封装结构示意图；
图2是本发明一种指纹识别传感器的封装结构的封装方法的流程图； 图3是本发明一种指纹识别传感器的封装结构的实施例的剖面示意图；
图4~16是图3的封装方法的流程示意图；
图1中:硅基本体I 沟槽11 沟槽壁111 感应元件12 芯片电极131、132 介电层4 绝缘层I 51 绝缘层开口 I 501 绝缘层开口 II 502 绝缘层II 52 再布线金属层61、62 金属引线? 塑封层8 金属膜层81 基板9 黏胶层91 ；
圆片10 划片道101 切割线901。
【具体实施方式】
[0014]参见图2，一种指纹识别传感器的封装结构的封装方法，其工艺流程如下:
S1:取置有传感器芯片(其包括感应元件和芯片电极)的圆片；
52:沿划片道在圆片上开出宽于划片道的沟槽；
53:在圆片的表面及沟槽内涂覆绝缘层I，并开设露出感应元件的绝缘层开口 1、露出芯片电极的绝缘层开口 II ;
54:除沟槽的底部和沟槽的下拐角II区域外，在绝缘层I的表面涂覆绝缘层II ;
55:选择性地实现再布线金属层，再布线金属层的一端通过绝缘层开口 II与芯片电极对应连接，其另一端沿绝缘层II向外延伸至沟槽的上拐角I区域，再沿绝缘层I至沟槽的下拐角II区域和沟槽的底部；
56:在绝缘层开口 I内填充介电层；
57:沿划片道切割圆片，形成复数颗封装单体；
58:删选合适的封装单体固定于基板；
S9:利用打线工艺将金属引线的一端与延伸至沟槽的底部的再布线金属层连接，其另一端与基板连接；
510:采用塑封工艺将基板上方的裸露的面空间塑封封装，形成塑封层；
511:在塑封层的表面形成金属膜层； S12:沿切割线将完成封装的上述封装体切割成复数颗指纹识别传感器的封装结构单体。
[0015]现在将在下文中参照附图更加充分地描述本发明，在附图中示出了本发明的示例性实施例，从而本公开将本发明的范围充分地传达给本领域的技术人员。然而，本发明可以以许多不同的形式实现，并且不应被解释为限制于这里阐述的实施例。
[0016]实施例，参见图3
本发明一种指纹识别传感器的封装结构，其硅基本体I的横截面呈矩形，传感器芯片设置于硅基本体I的顶部，其包括感应元件12和设置于感应元件12四周的芯片电极。芯片电极及其相关的电路设置于其硅基本体I的内部，而表现于顶部，图中，以两个电极131、132示例，电极131、132的上表面露出硅基本体I。感应元件12嵌于两个电极131、132之间的硅基本体I的上部，其上表面露出硅基本体1，用于测量用户的指纹之间的电容，可以由此得到客户的手指的图像信息。芯片电极的个数可以在两个以上，感应元件12设置在其中间。
[0017]硅基本体I的顶部的边缘位置设置沟槽11，该沟槽11可以使用划片或者刻蚀的方法来成形。沟槽壁111的倾斜角度为α，α的取值范围为90°?150°，以倾斜角度α为120°?130°为佳。沟槽11的底部在垂直方向上的位置低于电极131、132的电路的底部。硅基本体I的底部通过黏胶层91黏贴至基板9上，该基板9包括但不限于PCB板。
[0018]在硅基本体I和感应元件12的表面以及沟槽11的裸露面以PECVD的方式沉积Si02、SiN等材质的绝缘层I 51，并于感应元件12的上方开设绝缘层开口 I 501露出感应元件12的上表面、于电极131、132的上方开设绝缘层开口 II 502露出电极131、132的上表面。
[0019]在绝缘层I 51的表面覆盖绝缘层II 52，绝缘层II 52从上至下仅覆盖至沟槽的上拐角I区域，具体地，在沟槽11的沟槽壁111处，从上往下，绝缘层II 52覆盖绝缘层I 51的表面的1/2?2/3面积。绝缘层I 51和绝缘层II 52的于沟槽的上拐角I区域和沟槽的下拐角II区域的区别设计，能有效地提高产品的电绝缘性能、提升产品的可靠性。
[0020]在绝缘层II 52的表面和绝缘层I 51的裸露面选择性地构建再布线金属层，再布线金属层可以是单层金属，也可以是多层金属，其材质包括但不限于金属铝、钛/铝、铝/镍/金或铝/镍/钯/金。再布线金属层由若干个彼此绝缘的子金属层构成，一般地，子金属层的个数与芯片电极的个数匹配。图中，电极13