晶圆级指纹识别芯片封装结构的制作方法
【专利摘要】一种晶圆级指纹识别芯片封装结构，包括：衬底，所述衬底包括若干感应芯片区，所述衬底具有第一表面、以及与所述第一表面相对的第二表面，所述感应芯片区的第一表面包括感应区；位于衬底第一表面的覆盖层；位于所述衬底的感应芯片区内的插塞结构，所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，且所述衬底的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端。所述晶圆级指纹识别芯片封装结构简单，对感应芯片的灵敏度要求降低、应用更广泛。
【专利说明】晶圆级指纹识别芯片封装结构
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及半导体制造【技术领域】，尤其涉及一种晶圆级指纹识别芯片封装结构。
【背景技术】
[0002]随着现代社会的进步，个人身份识别以及个人信息安全的重要性逐步受到人们的关注。由于人体指纹具有唯一性和不变性，使得指纹识别技术具有安全性好，可靠性高，使用简单方便的特点，使得指纹识别技术被广泛应用于保护个人信息安全的各种领域。而随着科学技术的不断发展，各类电子产品的信息安全问题始终是技术发展的关注要点之一。尤其是对于移动终端，例如手机、笔记本电脑、平板的电脑、数码相机等，对于信息安全性的需求更为突出。
[0003]现有的指纹识别器件的感测方式包括电容式(电场式)和电感式，指纹识别器件通过提取用户指纹，并将用户指纹转换为电信号输出，从而获取用户的指纹信息。具体的，如图1所示，图1是现有技术的一种指纹识别器件的剖面结构示意图，包括:基板100 ;稱合于基板100表面的指纹识别芯片101 ;覆盖于所述指纹识别芯片101表面的玻璃基板102。
[0004]以电容式指纹识别芯片为例，所述指纹识别芯片101内具有一个或多个电容极板。由于用户手指的表皮或皮下层具有凸起的脊和凹陷的谷，当用户手指103接触所述玻璃基板102表面时，所述脊与谷到指纹识别芯片101的距离不同，因此，用户手指103脊或谷与电容极板之间的电容值不同，而指纹识别芯片101能够获取所述不同的电容值，并将其转化为相应的电信号输出，而指纹识别器件汇总所受到的电信号之后，能够获取用户的指纹信息。
[0005]然而，在现有的指纹识别器件中，对指纹识别芯片的灵敏度要求较高，使得指纹识别器件的制造及应用受到限制。
实用新型内容
[0006]本实用新型解决的问题是使指纹识别芯片封装结构简单，对感应芯片的灵敏度要求降低、应用更广泛。
[0007]为解决上述问题，本实用新型提供一种晶圆级指纹识别芯片封装结构，包括:衬底，所述衬底包括若干感应芯片区，所述衬底具有第一表面、以及与所述第一表面相对的第二表面，所述感应芯片区的第一表面包括感应区；位于衬底第一表面的覆盖层；位于所述衬底的感应芯片区内的插塞结构，所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，且所述衬底的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端。
[0008]可选的，所述插塞结构包括:位于所述衬底内的通孔，所述通孔的顶部位于所述衬底的第二表面；位于所述通孔侧壁表面的绝缘层；位于所述绝缘层表面、以及通孔底部表面的导电层，位于所述通孔底部的导电层与所述感应区电连接；位于所述导电层表面的防焊层，所述防焊层填充满所述通孔。
[0009]可选的，还包括:位于衬底第二表面的布线层和金属凸块，所述布线层与所述导电层和金属凸块连接，且所述布线层和金属凸块位于感应芯片区内。
[0010]可选的，所述插塞结构包括:位于所述衬底内的通孔，所述通孔的顶部位于所述衬底的第二表面；位于所述通孔侧壁表面的绝缘层；位于所述绝缘层表面、以及通孔底部表面的导电插塞，所述导电插塞填充满所述通孔。
[0011]可选的,还包括:位于所述衬底第二表面暴露出的导电插塞顶部的金属凸块。
[0012]可选的，所述感应芯片区的第一表面还包括包围所述感应区的外围区。
[0013]可选的，位于所述外围区内的芯片电路和第一焊垫，所述芯片电路与所述感应区和所述第一焊垫电连接。
[0014]可选的，所述插塞结构的一端与所述第一焊垫连接。
[0015]可选的，所述衬底还包括位于相邻感应芯片区之间的切割道区。
[0016]可选的，还包括:基板；稱合于基板表面的感应芯片，所述感应芯片具有第一表面、以及与所述第一表面相对的第二表面，所述感应芯片的第一表面包括感应区，所述感应芯片的第二表面位于基板表面；位于所述感应芯片第一表面的覆盖层；位于所述感应芯片内的插塞结构，所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，所述感应芯片的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端，且所述感应芯片第二表面所暴露出的插塞结构与所述基板连接。
[0017]可选的，所述基板具有第一表面，所述基板的第一表面具有若干第二焊垫，所述感应芯片耦合于所述基板的第一表面。
[0018]可选的，所述感应芯片第二表面暴露出的插塞结构与所述第二焊垫电连接。
[0019]可选的，所述基板的一端具有连接部，所述连接部用于使感应芯片与外部电路电连接。
[0020]可选的，还包括:位于基板表面的保护环，所述保护环包围所述感应芯片和覆盖层。
[0021]可选的，还包括:包围所述感应芯片、覆盖层和保护环的外壳，所述外壳暴露出感应区表面的覆盖层。
[0022]可选的，还包括:包围所述感应芯片和覆盖层的外壳，所述外壳暴露出所述感应区表面的覆盖层。
[0023]与现有技术相比，本实用新型的技术方案具有以下优点:
[0024]本实用新型的晶圆级指纹识别芯片封装结构中，所述衬底的感应芯片区内具有插塞结构，所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，且所述衬底的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端，因此，通过所述插塞结构即能够实现所述感应区、与感应芯片区以外的外部电路之间电连接。而且，所述插塞结构位于所述衬底内，无需额外在所述感应芯片区与所述外部电路之间设置用于电连接的导电线，因此，后续以独立的感应芯片区形成封装结构时，有利于使所形成的封装结构尺寸缩小。此外，由于在后续形成封装结构时，无需在所述衬底的第一表面形成连接导电线，因此，能够在所述衬底的第一表面设置所述覆盖层，所述覆盖层能够直接与用户手指接触，用于保护所述感应区。所述晶圆级指纹识别芯片结构简单，后续易于以独立的感应芯片区构成封装结构。
[0025]进一步，覆盖层位于感应芯片的第一表面，所述覆盖层用于替代传统的玻璃基板，能够直接与用户手指接触，用于保护所述感应芯片。而且，相较于传统的玻璃基板，所述覆盖层能够厚度较薄，采用所述覆盖层能够减小感应芯片的第一表面到覆盖层表面的距离，使感应芯片易于检测到用户指纹，相应地，所述封装结构降低了对感应芯片灵敏度的要求，使得指纹识别芯片的封装结构的应用更为广泛。此外，所述感应芯片内还具有插塞结构，所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，所述感应芯片的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端，因此通过所述感应芯片第二表面所暴露出的插塞结构，能够使所述感应芯片固定于所述基板表面，而且能够实现感应区和基板之间的电连接，所述封装结构简单、且易于组装，所述封装结构的制造成本降低，且产出率提高。
[0026]进一步，所述基板表面还具有包围所述感应芯片和覆盖层的保护环。所述保护环用于对所述感应芯片进行静电防护，避免感应区检测到的用户指纹数据精确度下降，或者能够消除感应芯片输出的信号噪声，使感应芯片检测到的数据、以及输出的信号更精确。
【专利附图】
【附图说明】
[0027]图1是现有技术的一种指纹识别器件的剖面结构示意图；
[0028]图2和图3是本实用新型一实施例的晶圆级指纹识别芯片封装结构的剖面结构示意图；
[0029]图4至图8是本实用新型另一实施例的晶圆级指纹识别芯片封装结构的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
[0030]如【背景技术】所述，在现有的指纹识别器件中，对指纹识别芯片的灵敏度要求较高，使得指纹识别器件的制造及应用受到限制。
[0031]经过研究发现，请继续参考图1，指纹识别芯片101表面覆盖有玻璃基板102，所述玻璃基板102用于保护指纹识别芯片101，而用户的手指103直接与所述玻璃基板102相接触，因此，为了保证所述玻璃基板102具有足够的保护能力，所述玻璃基板102的厚度较厚。然而，由于所述玻璃基板102的厚度较厚，因此要求指纹识别芯片101具有较高的灵敏度，以保证能够精确提取到用户指纹。然而，高灵敏度的指纹识别芯片制造难度较大、制造成本较高，继而造成指纹识别芯片的应用和推广受到限制。
[0032]具体的，继续以电容式指纹识别器件为例，当用户手指置103于玻璃基板102表面时，用户手指103、与指纹识别芯片101中的电容极板之间能够构成电容；其中，所述用户手指103和电容极板为电容的两极，所述玻璃基板102为电容两极之间的电介质。然而，由于所述玻璃基板102的厚度较厚，使得用户手指103与电容基板之间的电容值较大，而用户手指103的脊与谷之间的高度差异较小，因此，所述脊与电容极板之间的电容值、相对于所述谷与电容极板之间的电容值之间的差值极小，为了能够精确检测到所述电容值的差异，要求所述指纹识别芯片101具有较高的灵敏度。
[0033]为了解决上述问题，本实用新型提出一种晶圆级指纹识别芯片封装结构。其中，覆盖层位于感应芯片的第一表面，所述覆盖层用于替代传统的玻璃基板，能够直接与用户手指接触，用于保护所述感应芯片。而且，相较于传统的玻璃基板，所述覆盖层能够厚度较薄，采用所述覆盖层能够减小感应芯片的第一表面到覆盖层表面的距离，使感应芯片易于检测到用户指纹，相应地，所述封装结构降低了对感应芯片灵敏度的要求，使得指纹识别芯片的封装结构的应用更为广泛。此外，所述感应芯片内还具有插塞结构，所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，所述感应芯片的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端，因此通过所述感应芯片第二表面所暴露出的插塞结构，能够使所述感应芯片固定于所述基板表面，而且能够实现感应区和基板之间的电连接，所述封装结构简单、且易于组装，所述封装结构的制造成本降低，且产出率提高。
[0034]为使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图对本实用新型的具体实施例做详细的说明。
[0035]图2和图3是本实用新型一实施例的晶圆级指纹识别芯片封装结构的剖面结构示意图。
[0036]请参考图2，所述晶圆级指纹识别芯片封装结构包括:
[0037]衬底200，所述衬底200包括若干感应芯片区201，所述衬底200具有第一表面210、以及与所述第一表面210相对的第二表面220，所述感应芯片区201的第一表面210包括感应区211 ;
[0038]位于衬底200第一表面210的覆盖层203，所述覆盖层203的厚度小于100微米；
[0039]位于所述衬底200的感应芯片区201内的插塞结构204，所述插塞结构204的一端与所述感应区211电连接，且所述衬底200的第二表面220暴露出所述插塞结构204的另一端。
[0040]以下将结合附图对所述晶圆级指纹识别芯片封装结构进行详细说明。
[0041]所述衬底200为硅衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底、绝缘体上锗(GOI)衬底硅衬底、硅锗衬底、碳化硅衬底、绝缘体上硅(SOI)衬底、绝缘体上锗(GOI)衬底；而且，所述衬底200为整片晶圆。
[0042]所述感应芯片区201用于形成感应芯片，所述感应芯片用于封装，所述衬底200内的若干感应芯片区201呈阵列排列。本实施例中，所述衬底200还包括位于相邻感应芯片区201之间的切割道区202，通过对所述切割道区202进行切割，能够使各感应芯片区201相互独立，形成感应芯片。
[0043]位于所述感应芯片区201第一表面210的感应区211用于检测和接收用户的指纹信息，所述感应区211内具有用于获取用户指纹信息的电容结构、或者电感结构，而位于所述衬底200第一表面210的覆盖层203用于保护所述感应区211。
[0044]在本实施例中，所述感应区211内具有至少一个电容极板，当用户手指置于覆盖层203表面时，所述电容极板、覆盖层203和用户手指构成电容结构，而所述感应区211能够获取用户手指表面脊与谷与电容极板之间的电容值差异，并将所述电容值差异通过芯片电路进行处理之后输出，以此获取用户指纹数据。
[0045]在本实施例中，所述感应芯片区201的第一表面210还包括包围所述感应区211的外围区212，所述外围区212内具有芯片电路和第一焊垫213，所述芯片电路与感应区211内的电容结构或电感结构电连接，用于对电容结构或电感结构输出的电信号进行处理。
[0046]所述芯片电路与所述感应区211和所述第一焊垫213电连接，而所述插塞结构204的一端与所述第一焊垫213连接，从而实现所述插塞结构204与所述感应区211之间的电连接，又由于所述衬底200的第二表面220暴露出所述插塞结构204，因此，通过所述插塞结构204，能够使位于衬底200第一表面210的感应区211与衬底200以外的外部电路之间实现电连接。
[0047]所述插塞结构204位于衬底200内，且在本实施例中，所述插塞结构204位于所述外围区212的对应区域内，而通过所述插塞结构204即能够实现感应区211与衬底200以外的外部电路之间的电连接，因此，在采用独立的感应芯片区201进行封装时，无需在所述感应芯片区201的第一表面210设置额外的导电结构，从而，能够在切割所述衬底200之前，在所述衬底200的第一表面210覆盖所述覆盖层203，使所述覆盖层203连同所述衬底200一起进行切割。
[0048]由于所述衬底200的第一表面210完全由所述覆盖层203覆盖，即所述覆盖层203除了位于感应区211表面之外，还能够位于外围区212和切割道区202表面，由于所述覆盖层203所覆盖的区域面积较大，使所述覆盖层203的形成工艺简单，且形成所述覆盖层203的工艺不会对所述感应芯片区201的第一表面210造成损伤，并且，后续由独立的感应芯片区201进行封装的工艺简单。
[0049]此外，由于后续以独立的感应芯片区201构成封装结构时，无需在所述感应芯片区201的第一表面210设置额外的导电结构，因此，所述感应芯片区201的第一表面210平坦，即所述感应区211和外围区212的表面齐平，无需在所述外围区212形成额外的边缘凹槽，以形成于感应区211连接的导电结构，使得形成所述晶圆级指纹识别芯片结构的结构简单、且形成工艺简化。
[0050]所述覆盖层203的材料为聚合物材料、无机纳米材料或陶瓷材料。在本实施例中，所述覆盖层203的材料为无机纳米材料，所述无机纳米材料包括氧化铝或氧化钴；所述覆盖层203能够以印刷工艺、喷涂工艺或旋涂工艺形成。
[0051]在另一实施例中，所述覆盖层203的材料为聚合物材料，所述聚合物材料为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、苯并环丁烯树脂、聚苯并恶唑树脂、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚氨酯、聚烯烃、聚醚砜、聚酰胺、聚亚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇或其他合适的聚合物材料；所述覆盖层203能够以印刷工艺、喷涂工艺或旋涂工艺形成。
[0052]在其它实施例中，所述覆盖层203的材料为玻璃材料或陶瓷材料，所述覆盖层203为硬质材料，则所述覆盖层203需要通过粘接层固定于衬底200的第一表面。所述粘接层具有粘性，所述粘接层能够为电容屏用胶。
[0053]所述覆盖层203的莫氏硬度大于或等于8H。所述覆盖层203的硬度较高，因此，即使所述覆盖层203的厚度较薄，所述覆盖层203也足以保护感应芯片201的感应区211，当用户手指在所述覆盖层203表面移动时，不会对感应芯片201表面造成损伤。而且，由于所述覆盖层203的硬度较高，因此所述覆盖层203难以发生形变，即使用户手指按压于所述覆盖层203表面，所述覆盖层203的厚度也难以发生变化，从而保证了感应区211的检测结果精确度。
[0054]所述覆盖层203的介电常数大于或等于7。由于所述覆盖层203的介电常数较大，使得所述覆盖层203的电隔离能力较强，则所述覆盖层203对感应区211的保护能力较强。
[0055]所述覆盖层203的厚度为20微米?200微米。所述覆盖层203的厚度较薄，当用户手指置于所述覆盖层203表面时，所述手指到感应区211的距离减少，因此，所述感应区211更容易检测到用户手指的指纹，从而降低了对感应芯片201高灵敏度的要求。
[0056]由于覆盖层203的厚度较薄，而用户手指与电容极板之间的电容值与覆盖层203的厚度成反比，与覆盖层203的介电常数成正比，因此，当覆盖层203的厚度较薄，而介电常数较大时，能够使用户手指与电容极板之间的电容值在感应区211能够检测的范围内，避免电容值过大或过小而使感应区211的检测失效。
[0057]而且，当覆盖层203的厚度在20微米?200微米的范围内，而介电常数在大于或等于7的范围内时，使所述覆盖层203的厚度增大，则所述覆盖层203的介电常数也相应增大，能够使用户手指与电容极板之间的电容值较大，则所述电容值更易于被感应区211检测到。
[0058]在本实施例中，所述插塞结构204包括:位于所述衬底200内的通孔，所述通孔的顶部位于所述衬底200的第二表面220 ;位于所述通孔侧壁表面的绝缘层240 ;位于所述绝缘层240表面、以及通孔底部表面的导电层241,位于所述通孔241底部的导电层241与所述感应区211电连接；位于所述导电层241表面的防焊层242，所述防焊层242填充满所述通孔。
[0059]所述绝缘层240的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高K介质材料，所述绝缘层240用于在导电层241和衬底200之间进行电隔离；所述导电层241的材料为金属，所述金属为铜、钨、铝、钛、氮化硅、钽、氮化钽中的一种或多种组合；在本实施例中，所述导电层241并未填充满所述通孔，因此，需要在所述导电层241表面形成防焊层242，所述防焊层242填充满所述通孔，以构成稳定的插塞结构204，所述防焊材料为聚合物材料或无机绝缘材料，所述聚合物材料能够为绝缘树脂，所述无机绝缘材料能够为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0060]所述晶圆级指纹识别芯片结构还包括:位于衬底200第二表面220的布线层221和金属凸块222，所述布线层221与所述导电层241和金属凸块222连接，且所述布线层221和金属凸块222位于感应芯片区201内。所述布线层221和金属凸块222用于使插塞结构204能够与衬底200之外的外部电路电连接。
[0061]在另一实施例中，请参考图3，所述插塞结构204包括:位于所述衬底200内的通孔，所述通孔的顶部位于所述衬底200的第二表面220 ;位于所述通孔侧壁表面的绝缘层240 ;位于所述绝缘层240表面、以及通孔底部表面的导电插塞243,所述导电插塞243填充满所述通孔。
[0062]所述绝缘层240的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高K介质材料，所述绝缘层240用于在导电插塞243和衬底200之间进行电隔离；所述导电层241的材料为金属,所述金属为铜、钨、铝、钛、氮化硅、钽、氮化钽中的一种或多种组合。
[0063]所述晶圆级指纹识别芯片结构还包括:位于所述衬底200弟_■表面220暴露出的导电插塞243顶部的金属凸块223。所述金属凸块223用于使插塞结构204能够与衬底200之外的外部电路电连接。
[0064]综上，在本实施例中，所述衬底的感应芯片区内具有插塞结构,所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，且所述衬底的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端，因此，通过所述插塞结构即能够实现所述感应区、与感应芯片区以外的外部电路之间电连接。而且，所述插塞结构位于所述衬底内，无需额外在所述感应芯片区与所述外部电路之间设置用于电连接的导电线，因此，后续以独立的感应芯片区形成封装结构时，有利于使所形成的封装结构尺寸缩小。此外，由于在后续形成封装结构时，无需在所述衬底的第一表面形成连接导电线，因此，能够在所述衬底的第一表面设置所述覆盖层，所述覆盖层能够直接与用户手指接触，用于保护所述感应区。所述晶圆级指纹识别芯片结构简单，后续易于以独立的感应芯片区构成封装结构。
[0065]图4至图8是本实用新型另一实施例的晶圆级指纹识别芯片封装结构的剖面结构示意图。
[0066]请参考图4，所述晶圆级指纹识别芯片封装结构包括:
[0067]基板300 ；
[0068]耦合于基板300表面的感应芯片301，所述感应芯片301具有第一表面310、以及与所述第一表面310相对的第二表面320，所述感应芯片301的第一表面310包括感应区311，所述感应芯片301的第二表面320位于基板300表面；
[0069]位于所述感应芯片301第一表面310的覆盖层302，所述覆盖层302的厚度小于100微米；
[0070]位于所述感应芯片301内的插塞结构303,所述插塞结构303的一端与所述感应区311电连接，所述感应芯片301的第二表面320暴露出所述插塞结构303的另一端，且所述感应芯片301第二表面320所暴露出的插塞结构303与所述基板300连接。
[0071]以下将结合附图对所述晶圆级指纹识别芯片封装结构进行详细说明。
[0072]所述感应芯片301通过对如图2或图3所示的晶圆级指纹识别芯片结构进行切割工艺形成。具体的，在如图2或图3所示的晶圆级指纹识别芯片结构中，衬底200(如图2或图3所示)内具有若干呈阵列排列的感应芯片区201 (如图2或图3所示)，且相邻感应芯片区201之间具有切割道区202(如图2或图3所示)，通过对所述切割道区202进行切害I]，能够获得若干独立的感应芯片区201，所获得的独立的感应芯片区201即如图4所示的感应芯片301。
[0073]如图2或图3所示的晶圆级指纹识别芯片结构中，衬底200 (如图2或图3所示)的第一表面210具有覆盖层203 (如图2或图3所示)，因此，在对所述切割道区202进行切割时，所述覆盖层203也同时受到切割，形成如图4所示的覆盖层302。
[0074]位于所述感应芯片301第一表面310的感应区311用于检测和接收用户的指纹信息，所述感应区311内具有用于获取用户指纹信息的电容结构、或者电感结构，而位于所述感应芯片301第一表面310的覆盖层302用于保护所述感应区311。
[0075]在本实施例中，所述感应区311内具有至少一个电容极板，当用户手指置于覆盖层302表面时，所述电容极板、覆盖层302和用户手指构成电容结构，而所述感应区311能够获取用户手指表面脊与谷与电容极板之间的电容值差异，并将所述电容值差异通过芯片电路进行处理之后输出，以此获取用户指纹数据。
[0076]在本实施例中，所述感应芯片301的第一表面310还包括包围所述感应区311的外围区312，所述外围区312内具有芯片电路和第一焊垫313，所述芯片电路与感应区311内的电容结构或电感结构电连接，用于对电容结构或电感结构输出的电信号进行处理。
[0077]所述芯片电路与所述感应区311和所述第一焊垫313电连接，而所述插塞结构303的一端与所述第一焊垫313连接，从而实现所述插塞结构303与所述感应区311之间的电连接，又由于所述衬底300的第二表面320暴露出所述插塞结构303，因此，通过所述插塞结构303，能够使位于衬底300第一表面310的感应区311与衬底300以外的外部电路之间实现电连接。
[0078]所述感应芯片301固定于所述基板300表面,使所述感应芯片301通过所述基板300能够与其它器件或电路电连接。在本实施例中，所述感应芯片301的第二表面320暴露出所述插塞结构303的一端,所述感应芯片301通过所述插塞结构303固定于所述基板300表面。
[0079]所述基板300为硬性基板或软性基板，能够需要设置感应芯片301的器件或终端的需求，调整所述基板300为硬性基板或软性基板。在本实施例中，所述基板300为硬性基板，所述硬性基板为PCB基板、玻璃基板、金属基板、半导体基板或聚合物基板。
[0080]所述基板300具有第一表面330，所述基板300的第一表面330具有若干第二焊垫331以及布线层(未示出)，所述布线层与所述第二焊垫331连接，而所述第二焊垫331用于与感应芯片301第一表面310的芯片电路连接，从而使所述感应芯片301耦合于所述基板300的第一表面330。
[0081]本实施例中，所述感应芯片301第二表面320暴露出的插塞结构303焊接于所述第二焊垫331表面，使所述感应芯片301固定于基板300的第一表面330，并且使位于所述感应芯片301第一表面301的感应区311通过所述插塞结构303与基板300表面的布线层电连接。
[0082]本实施例中，所述基板300的一端具有连接部304，所述连接部304的材料包括导电材料，连接部304与所述布线层电连接，使所述感应芯片301表面的感应区311能够与外部电路或器件电连接，从而实现电信号的传输。
[0083]所述覆盖层302的材料为聚合物材料、无机纳米材料或陶瓷材料。在本实施例中，所述覆盖层302的材料为无机纳米材料，所述无机纳米材料包括氧化铝或氧化钴；所述覆盖层302能够以印刷工艺、喷涂工艺或旋涂工艺形成。
[0084]在另一实施例中，所述覆盖层302的材料为聚合物材料，所述聚合物材料为环氧树脂、聚酰亚胺树脂、苯并环丁烯树脂、聚苯并恶唑树脂、聚对苯二甲酸丁二酯、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚烯烃、聚氨酯、聚烯烃、聚醚砜、聚酰胺、聚亚氨酯、乙烯-醋酸乙烯共聚物、聚乙烯醇或其他合适的聚合物材料；所述覆盖层302能够以印刷工艺、喷涂工艺或旋涂工艺形成。
[0085]所述覆盖层302的莫氏硬度大于或等于8H。所述覆盖层302的硬度较高，因此，即使所述覆盖层302的厚度较薄，所述覆盖层302也足以保护感应芯片301的感应区311，当用户手指在所述覆盖层302表面移动时，不会对感应芯片301表面造成损伤。而且，由于所述覆盖层302的硬度较高，因此所述覆盖层302难以发生形变，即使用户手指按压于所述覆盖层302表面，所述覆盖层302的厚度也难以发生变化，从而保证了感应区311的检测结果精确度。
[0086]所述覆盖层302的介电常数大于或等于7。由于所述覆盖层302的介电常数较大，使得所述覆盖层302的电隔离能力较强，则所述覆盖层302对感应区311的保护能力较强。
[0087]所述覆盖层302的厚度为20微米?200微米。所述覆盖层302的厚度较薄，当用户手指置于所述覆盖层302表面时，所述手指到感应区311的距离减少，因此，所述感应区311更容易检测到用户手指的指纹，从而降低了对感应芯片301高灵敏度的要求。
[0088]由于覆盖层302的厚度较薄，而用户手指与电容极板之间的电容值与覆盖层302的厚度成反比，与覆盖层302的介电常数成正比，因此，当覆盖层302的厚度较薄，而介电常数较大时，能够使用户手指与电容极板之间的电容值在感应区311能够检测的范围内，避免电容值过大或过小而使感应区311的检测失效。
[0089]而且，当覆盖层302的厚度在20微米?200微米的范围内，而介电常数在大于或等于7的范围内时，使所述覆盖层302的厚度增大，则所述覆盖层302的介电常数也相应增大，能够使用户手指与电容极板之间的电容值较大，则所述电容值更易于被感应区311检测到。
[0090]所述插塞结构303位于感应芯片301内，且在本实施例中，所述插塞结构303位于所述外围区312的对应区域内，而通过所述插塞结构303即能够实现感应区311与基底300表面的布线层之间的电连接，因此，在所述感应芯片301进行封装时，无需在所述感应芯片301的第一表面310设置额外的导电结构，使得所述指纹识别芯片封装结构简单，有利于使所述封装结构的尺寸缩小。
[0091]由于所述感应芯片301的第一表面310完全由所述覆盖层302覆盖，无需在所述感应芯片301固定与基板300表面之后，再于感应芯片301的第一表面310覆盖所述覆盖层302，避免形成覆盖层302的工艺对所述感应芯片301的第一表面310造成损伤。
[0092]在本实施例中，所述插塞结构303包括:位于所述感应芯片301内的通孔，所述通孔的顶部位于所述衬底300的第二表面320 ;位于所述通孔侧壁表面的绝缘层330 ;位于所述绝缘层330表面、以及通孔底部表面的导电层331，位于所述通孔底部的导电层331与所述感应区311电连接；位于所述导电层331表面的防焊层332，所述防焊层332填充满所述通孔。
[0093]所述绝缘层330的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高K介质材料，所述绝缘层330用于在导电层331和衬底200之间进行电隔离；所述导电层331的材料为金属，所述金属为铜、钨、铝、钛、氮化硅、钽、氮化钽中的一种或多种组合；在本实施例中，所述导电层331并未填充满所述通孔，因此，需要在所述导电层331表面形成防焊层332，所述防焊层332填充满所述通孔，以构成稳定的插塞结构303，所述防焊材料为聚合物材料或无机绝缘材料，所述聚合物材料能够为绝缘树脂，所述无机绝缘材料能够为氧化硅、氮化硅或氮氧化硅。
[0094]所述指纹识别芯片封装结构还包括:位于感应芯片301第二表面320的布线层321和金属凸块322，所述布线层321与所述导电层331和金属凸322块连接。所述布线层321和金属凸块322用于使插塞结构303能够与衬底300之外的外部电路电连接。
[0095]在另一实施例中，请参考图5，所述插塞结构303包括:位于所述感应芯片301内的通孔，所述通孔的顶部位于所述感应芯片301的第二表面320 ;位于所述通孔侧壁表面的绝缘层330 ;位于所述绝缘层330表面、以及通孔底部表面的导电插塞333，所述导电插塞333填充满所述通孔。
[0096]所述绝缘层330的材料为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或高K介质材料，所述绝缘层330用于在导电插塞333和感应芯片301之间进行电隔离；所述导电插塞333的材料为金属，所述金属为铜、钨、铝、钛、氮化硅、钽、氮化钽中的一种或多种组合。
[0097]所述指纹识别芯片封装结构包括:位于所述感应芯片301的第二表面320暴露出的导电插塞333顶部的金属凸块323。所述金属凸块323用于使插塞结构303能够与衬底300之外的外部电路电连接。
[0098]在另一实施例中，请参考图6，所述指纹识别芯片封装结构还包括:位于基板300表面的保护环305，所述保护环305包围所述感应芯片301和覆盖层302。
[0099]所述保护环305的材料为金属，且所述保护环305通过所述基板300接地，所述保护环305固定于基板300的第一表面330。
[0100]在本实施例中，所述保护环305位于所述感应芯片301和覆盖层302的周围，且部分保护环305还延伸至所述覆盖层302上方、并暴露出位于感应区311上的部分覆盖层305表面。在另一实施例中，保护环仅位于感应芯片301和覆盖层302的周围，且完全暴露出所述覆盖层302表面。
[0101]所述保护环305的材料为金属，所述金属为铜、钨、铝、银或金。所述保护环305用于对所述感应芯片301进行静电防护；由于所述保护环305为金属，所述保护环305能够导电，当用户手指在接触覆盖层302时产生静电，则静电电荷会首先自所述保护环305传至基板300，从而避免覆盖层302被过大的静电电压击穿，以此保护感应芯片301，提高指纹检测的精确度，消除感应芯片输出的信号噪声，使感应芯片输出的信号更精确。
[0102]在另一实施例中，请参考图7，所述指纹识别芯片封装结构还包括:包围所述感应芯片301、覆盖层302和保护环305的外壳306，所述外壳306暴露出感应区311表面的覆盖层302。所述外壳306能够为设置有所述指纹识别芯片的器件或终端的外壳，还能够为所述指纹识别芯片的封装结构的外壳。
[0103]在另一实施例中，请参考图8,所述指纹识别芯片封装结构还包括:包围所述感应芯片301和覆盖层302的外壳307，所述外壳307暴露出所述感应区311表面的覆盖层302。所述外壳307用于保护所述感应芯片301和覆盖层302，而且，由于本实施例中，所述感应芯片301通过所述插塞结构303固定于基板300表面，因此，所述感应芯片301能够无需以塑封材料进行固定，所述外壳307用于使所述感应芯片301与外部环境之间电隔离。
[0104]在其它实施例中，还能够在所述基板300表面形成包围所述感应芯片301的塑封层，所述塑封层暴露出所述感应芯片301的感应区311，所述塑封层用于保护所述感应芯片301,并使感应芯片301与外部环境之间电隔尚。
[0105]综上，在本实施例中，覆盖层位于感应芯片的第一表面，所述覆盖层用于替代传统的玻璃基板，能够直接与用户手指接触，用于保护所述感应芯片。而且，相较于传统的玻璃基板，所述覆盖层能够厚度较薄，采用所述覆盖层能够减小感应芯片的第一表面到覆盖层表面的距离，使感应芯片易于检测到用户指纹，相应地，所述封装结构降低了对感应芯片灵敏度的要求，使得指纹识别芯片的封装结构的应用更为广泛。此外，所述感应芯片内还具有插塞结构，所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，所述感应芯片的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端，因此通过所述感应芯片第二表面所暴露出的插塞结构，能够使所述感应芯片固定于所述基板表面，而且能够实现感应区和基板之间的电连接，所述封装结构简单、且易于组装，所述封装结构的制造成本降低，且产出率提高。
[0106]虽然本实用新型披露如上，但本实用新型并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本实用新型的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本实用新型的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。
【权利要求】
1.一种晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，包括: 衬底，所述衬底包括若干感应芯片区，所述衬底具有第一表面、以及与所述第一表面相对的第二表面，所述感应芯片区的第一表面包括感应区； 位于衬底第一表面的覆盖层； 位于所述衬底的感应芯片区内的插塞结构，所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，且所述衬底的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端。
2.如权利要求1所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，所述插塞结构包括:位于所述衬底内的通孔，所述通孔的顶部位于所述衬底的第二表面；位于所述通孔侧壁表面的绝缘层；位于所述绝缘层表面、以及通孔底部表面的导电层，位于所述通孔底部的导电层与所述感应区电连接；位于所述导电层表面的防焊层，所述防焊层填充满所述通孔。
3.如权利要求2所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，还包括:位于衬底第二表面的布线层和金属凸块，所述布线层与所述导电层和金属凸块连接，且所述布线层和金属凸块位于感应芯片区内。
4.如权利要求1所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，所述插塞结构包括:位于所述衬底内的通孔，所述通孔的顶部位于所述衬底的第二表面；位于所述通孔侧壁表面的绝缘层；位于所述绝缘层表面、以及通孔底部表面的导电插塞，所述导电插塞填充满所述通孔。
5.如权利要求4所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，还包括:位于所述衬底第二表面暴露出的导电插塞顶部的金属凸块。
6.如权利要求1所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，所述感应芯片区的第一表面还包括包围所述感应区的外围区。
7.如权利要求6所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，位于所述外围区内的芯片电路和第一焊垫，所述芯片电路与所述感应区和所述第一焊垫电连接。
8.如权利要求7所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，所述插塞结构的一端与所述第一焊垫连接。
9.如权利要求1所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，所述衬底还包括位于相邻感应芯片区之间的切割道区。
10.如权利要求1所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，还包括: 基板； 耦合于基板表面的感应芯片，所述感应芯片通过对所述衬底和覆盖层进行切割，使若干感应芯片区相互分立而形成，所述感应芯片具有第一表面、以及与所述第一表面相对的第二表面，所述感应芯片的第一表面包括感应区，所述感应芯片的第二表面位于基板表面； 位于所述感应芯片第一表面的覆盖层； 位于所述感应芯片内的插塞结构，所述插塞结构的一端与所述感应区电连接，所述感应芯片的第二表面暴露出所述插塞结构的另一端，且所述感应芯片第二表面所暴露出的插塞结构与所述基板连接。
11.如权利要求10所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，所述基板具有第一表面，所述基板的第一表面具有若干第二焊垫，所述感应芯片耦合于所述基板的第一表面。
12.如权利要求11所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，所述感应芯片第二表面暴露出的插塞结构与所述第二焊垫电连接。
13.如权利要求10所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，所述基板的一端具有连接部，所述连接部用于使感应芯片与外部电路电连接。
14.如权利要求10所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，还包括:位于基板表面的保护环，所述保护环包围所述感应芯片和覆盖层。
15.如权利要求14所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，还包括:包围所述感应芯片、覆盖层和保护环的外壳，所述外壳暴露出感应区表面的覆盖层。
16.如权利要求10所述的晶圆级指纹识别芯片封装结构，其特征在于，还包括:包围所述感应芯片和覆盖层的外壳，所述外壳暴露出所述感应区表面的覆盖层。
【文档编号】H01L23/48GK204179071SQ201420525192
【公开日】2015年2月25日 申请日期:2014年9月12日 优先权日:2014年9月12日
【发明者】王之奇, 喻琼, 王蔚 申请人:苏州晶方半导体科技股份有限公司