图像传感器圆片级封装方法及封装结构与流程

本发明涉及图像传感器封装制造技术领域，特别是涉及一种图像传感器圆片级封装方法及封装结构。

背景技术：

随着信息技术的发展，图像传感器广泛应用于日常生活的电子产品，同时工业生产和检测对智能化的需求，使得图像传感器得到了更广泛的应用。

现有的t型连接方式的图像传感器圆片级封装结构如图1所示，在传感器圆片101上通过预设工艺形成多个图像传感器芯片，图像传感器芯片包括传感单元102和与将所述传感单元102引出的焊盘电极103；将传感器圆片101与一透明基板104粘合，粘合材料为树脂105；在所述焊盘电极103的背面用干法刻蚀露出所述焊盘电极103；在图像传感器晶圆背面与槽内覆盖树脂105，并与一基板106键合。在晶圆背面用用机械划槽方式暴露出正面电极，然后进行金属沉积，形成t型连接110以把所述焊盘电极103引出到背面，并制作背部电极108；最后沿槽107中心的切割线109划片得到单个芯片。然而，这种结构在封装完成进行划片后，互连面积相当小，并且引线暴露在外面容易引起湿气及化学物质沿引线进入封装体内，引起异质材料分层现象，最终导致互连失效，造成可靠性低问题；多层结构的异质键合，极易在高功率工作时高温引起翘曲问题。

现有的引线键合互连方式的图像传感器封装结构如图2所示，将待封装图像传感器芯片201的有源区205向上通过粘合剂固定在基板204上，然后通过引线203把图像传感器上的焊盘电极202与基板焊盘电极206互连。这种封装形式，封装流程简单，成本低，但是有很明显的缺点，可靠性低，封装密度小，并且有源面暴露在外面，容易造成污染。

技术实现要素：

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种图像传感器圆片级封装方法及封装结构，用于解决现有技术中的图像传感器圆片级封装结构存在的封装密度小、容易造成污染、可靠性低及容易引起翘曲的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种上述图像传感器圆片级封装方法，所述图像传感器圆片级封装方法包括以下步骤：

提供图像传感器芯片，所述图像传感器芯片包括图像传感单元及与所述图像传感单元相连接且位于所述图像传感器芯片正面的焊盘电极，并在所述焊盘电极上形成第一焊料凸点；

提供一基板，在所述基板背面形成凹槽；

在所述基板上形成互连结构，所述互连结构自所述凹槽底部经由所述凹槽侧壁延伸至所述基板的背面；

将所述图像传感器芯片倒装焊于所述凹槽底部的所述互连结构上；

在所述图像传感器芯片背面及所述基板背面形成介质层，所述介质层将所述图像传感器芯片与所述基板之间的凹槽空间密封以形成密封腔体；

形成第二焊料凸点，所述第二焊料凸点与位于所述基板背面的所述互连结构相连接。

作为本发明的图像传感器圆片级封装方法的一种优选方案，所述凹槽的深度大于或等于所述互连结构、所述第一焊料凸点及所述图像传感器芯片三者的厚度之和，所述凹槽的横向尺寸大于所述图像传感器芯片的横向尺寸。

作为本发明的图像传感器圆片级封装方法的一种优选方案，采用激光植球法形成所述第一焊料凸点及所述第二焊料凸点。

作为本发明的图像传感器圆片级封装方法的一种优选方案，采用激光植球法形成所述第二焊料凸点过程中的回流温度低于所述第一焊料凸点的熔点。

作为本发明的图像传感器圆片级封装方法的一种优选方案，所述基板为光敏玻璃，通过光刻、显影在所述基板背面形成所述凹槽。

作为本发明的图像传感器圆片级封装方法的一种优选方案，形成所述第一焊料凸点包括以下步骤：

在所述介质层内形成开口，所述开口暴露出位于所述基板背面的所述互连结构；

在暴露的所述互连结构表面形成ubm层；

在所述ubm层表面形成所述第二焊料凸点。

作为本发明的图像传感器圆片级封装方法的一种优选方案，形成所述第二焊料凸点之后，还包括将得到的结构进行划片以形成独立的封装器件的步骤。

本发明还提供一种图像传感器圆片级封装结构，所述图像传感器圆片级封装结构包括：

基板，所述基板背面形成有凹槽；

互连结构，自所述凹槽底部经由所述凹槽侧壁延伸至所述基板的背面；

图像传感器芯片，所述图像传感器芯片包括图像传感单元及与所述图像传感单元相连接且位于所述图像传感器芯片正面的焊盘电极；

第一焊料凸点，位于所述焊盘电极表面；所述图像传感器芯片经由所述第一焊料凸点倒装焊于位于所述凹槽底部的所述互连结构上；

介质层，位于所述图像传感器芯片背面及所述基板背面，所述介质层将所述图像传感器芯片与所述基板之间的凹槽空间密封以形成密封腔体；

第二焊料凸点，位于所述基板背面，且与位于所述基板背面的所述互连结构相连接。

作为本发明的图像传感器圆片级封装结构的一种优选方案，所述基板为光敏玻璃。

作为本发明的图像传感器圆片级封装结构的一种优选方案，所述凹槽的深度大于或等于所述互连结构、所述第一焊料凸点及所述图像传感器芯片三者的厚度之和，所述凹槽的横向尺寸大于所述图像传感器芯片的横向尺寸。

作为本发明的图像传感器圆片级封装结构的一种优选方案，所述图像传感器芯片的边缘至所述凹槽侧壁的间距为10μm～20μm。

作为本发明的图像传感器圆片级封装结构的一种优选方案，所述凹槽的侧壁与所述基板的背面相垂直。

作为本发明的图像传感器圆片级封装结构的一种优选方案，所述图像传感器圆片级封装结构还包括ubm层，所述ubm层位于所述第二焊料凸点与所述基板背面的所述互连结构之间，以将所述ubm层与位于所述基板背面的所述互连结构相连接。

如上所述，本发明的图像传感器圆片级封装方法及封装结构，具有以下有益效果：本发明采用两次倒装焊技术，很大程度上减小了整个封装结构的厚度；背面采用介质层结构，不仅可以对互连结构进行保护，更可以把图像传感器芯片内的图像传感单元密封在密闭腔体内，在避免污染的同时也避免了湿气进入，提高了可靠性；同时，这种圆片级封装方法避免了以往圆片级封装的异质键合带来的翘曲问题，通过减少直接对芯片的工艺，避免芯片损伤，提高了成品率。

附图说明

图1显示为现有技术中的t型互连方式的图像传感器圆片级封装结构的截面结构示意图。

图2显示为现有技术中的引线键合互连方式的图像传感器封装结构的截面结构示意图。

图3显示为本发明实施例一中提供的图像传感器圆片级封装方法的流程图。

图4至图9显示为本发明实施例一中提供的图像传感器圆片级封装方法在各步骤的截面结构示意图。。

元件标号说明

101传感器圆片

102图像传感单元

103焊盘电极

104透明基板

105树脂

106基板

107凹槽

108背部电极

109切割线

110t型连接

201待封装图像传感器芯片

202第一焊盘电极

203引线

204基板

205有源区

206第二焊盘电极

3图像传感器芯片

31图像传感单元

32焊盘电极

33第一焊料凸点

34衬底

4基板

41凹槽

5互连结构

6介质层

7第二焊料凸点

s1～s6步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图3至图9。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，虽图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的形态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图3所示，本发明提供一种图像传感器圆片级封装方法，所述图像传感器圆片级封装方法至少包括以下步骤：

s1：提供图像传感器芯片，所述图像传感器芯片包括图像传感单元及与所述图像传感单元相连接且位于所述图像传感器芯片正面的焊盘电极，并在所述焊盘电极上形成第一焊料凸点；

s2：提供一基板，在所述基板背面形成凹槽；

s3：在所述基板上形成互连结构，所述互连结构自所述凹槽底部经由所述凹槽侧壁延伸至所述基板的背面；

s4：将所述图像传感器芯片倒装焊于所述凹槽底部的所述互连结构上；

s5：在所述图像传感器芯片背面及所述基板背面形成介质层，所述介质层将所述图像传感器芯片与所述基板之间的凹槽空间密封以形成密封腔体；

s6：形成第二焊料凸点，所述第二焊料凸点与位于所述基板背面的所述互连结构相连接。

请参阅图3中的s1步骤及图4，提供图像传感器芯片3，所述图像传感器芯片3包括图像传感单元31及与所述图像传感单元31相连接且位于所述图像传感器芯片3正面的焊盘电极32，并在所述焊盘电极32上形成第一焊料凸点33。

作为示例，所述图像传感单元31位于所述图像传感器芯片3的衬底34内的有源区内，且位于所述图像传感器芯片3的正面。

作为示例，所述焊盘电极32作为所述图像传感单元31的引出电极，材料可以为但不仅限于铝。所述焊盘电极32位于所述图像传感单元31外围的非有源区内。

作为示例，可以采用电镀或激光植球法形成所述第一焊料凸点33；优选地，本实施例中，采用激光植球法形成所述第一焊料凸点33，激光植球法为本领域技术人员所熟知，此处不再累述。

作为示例，所述第一焊料凸点33的熔点温度可以为但不仅限于230℃～250℃；所述第一焊料凸点33可以为但不仅限于锡银铜合金凸点或铟凸点。

作为示例，所述第一焊料凸点33的形状为球形，结合所述焊盘电极32的尺寸及可靠性，所述第一焊料凸点33的直径可以为但不仅限于40μm～50μm。

请参阅图3中的s2步骤及图5，提供一基板4，在所述基板4背面形成凹槽41。

作为示例，所述基板4的材料可以根据实际需要进行选择，优选地，本实施例中，所述基板4为光敏玻璃，所述光敏玻璃在可见光范围内透光率可以达到92％以上。

优选地，本实施例中，通过光刻、显影在所述基板4背面形成所述凹槽41。具体的，通过控制光刻、显影的时间可以在所述基板4背面形成所需深度的、侧壁与所述基板4的背面型垂直的所述凹槽41。采用光敏玻璃作为所述基板4，可以直接用光刻板作为掩膜进行曝光，无需旋涂常规光刻中所用的光刻胶。

作为示例，所述凹槽41的深度大于或等于后续要形成的所述互连结构5、所述第一焊料凸点33及所述图像传感器芯片3三者的厚度之和，所述凹槽41的横向尺寸大于所述图像传感器芯片3的横向尺寸，以确保在后续封装过程中可以将所述图像传感器芯片3密封封装于所述凹槽41内。

作为示例，所述图像传感器芯片3的边缘至所述凹槽41侧壁的间距为10μm～20μm。

作为示例，所述基板4的厚度与所述凹槽41的深度之差可以为150μm～200μm，即所述基板4的厚度比所述凹槽41的深度大150μm～200μm，亦即，所述凹槽41的底部至所述基板4正面的距离为150μm～200μm。

作为示例，所述基板4的背面形成的凹槽41的数量可以根据实际需要进行设定；优选地，所述基板4为圆片级基板，所述基板4的背面形成多个所述凹槽41，以供多个所述图像传感器芯片3同时进行封装。

请参阅图3中的s3步骤及图6，在所述基板4上形成互连结构5，所述互连结构5自所述凹槽41底部经由所述凹槽41侧壁延伸至所述基板4的背面。

作为示例，在所述基板4上形成互连结构5包括如下步骤：

s31：在所述基板4的背面、所述凹槽41的底部及侧壁形成一层金属层(未示出)，具体的，可以采用磁控溅射工艺在所述基板4的背面、所述凹槽41的底部及侧壁形成一层tiw/cu；

s32：在所述金属层表面喷涂光刻胶层，将所述光刻胶图形化以定义成所述互连结构5的图形；具体的，采用光刻工艺去除部分光刻胶，保留的所述光刻胶定义成所述互连结构5的形状；

s33：采用金属腐蚀工艺去除裸露的金属层，去除所述光刻胶层，即得到所述互连结构5。

在其他示例中，所述互连结构5还可以为多层金属层结构，所述互连结构5的材料可以为tiw/cu、ti/cu或ni/cu。

需要说明的是，在其他示例中，步骤s1可以与步骤s2及步骤s3的顺序进行调换，即既可以如上述依次执行步骤s1～步骤s3，也可以先执行步骤s2、步骤s3，之后再执行步骤s1。

请参阅图3中的s4步骤及图7，将所述图像传感器芯片3倒装焊于位于所述凹槽41底部的所述互连结构5上。

作为示例，可以采用凸点技术，即如上述通过在所述图像传感器芯片3正面的所述焊盘电极32上形成第一焊料凸点33的方法将所述图像传感器芯片3倒装焊于位于所述凹槽41底部的所述互连结构5上，所述图像传感器芯片3正面的所述焊盘电极32经由所述第一焊料凸点33与位于所述凹槽41底部的所述互连结构5相连接。

请参阅图3中的s5步骤及图8，在所述图像传感器芯片3背面及所述基板4背面形成介质层6，所述介质层6将所述图像传感器芯片3与所述基板4之间的凹槽空间密封以形成密封腔体。

作为示例，可以在所述图像传感器芯片3背面及所述基板4背面旋涂一层有机介质层作为本发明的所述介质层6。所旋涂的所述有机介质层会通过所述图像传感器芯片3与所述基板4之间的间隙流入所述凹槽41内，由于所述图像传感器芯片3的正面形成有高密度的所述第一焊料凸点33，所述第一焊料凸点33可以阻挡流入到所述凹槽41内的所述有机介质层，使得所述有机介质层不会到达所述图像传感单元31，不会对所述图像传感单元31造成污染，不会影响其光通量。

请参阅图3中的s6步骤及图9，形成第二焊料凸点7，所述第二焊料凸点7与位于所述基板4背面的所述互连结构5相连接。

作为示例，可以采用电镀或激光植球法形成所述第二焊料凸点7，优选地，本实施例中，采用激光植球法形成所述二焊料凸点7。需要说明的是，采用激光植球法形成所述第二焊料凸点7过程中的回流温度低于所述第一焊料凸点33的熔点，以确保在形成所述第二焊料凸点7的过程中不会对所述第一焊料凸点33造成损坏。

作为示例，所述第二焊料凸点7的底部至所述凹槽41底部的距离比所述第一焊料凸点33的顶部至所述图像传感器芯片3背面的距离大150μm～200μm。

作为示例，形成所述第二焊料凸点7包括以下步骤：

s61：在所述介质层6内形成开口(未示出)，所述开口暴露出位于所述基板4背面的所述互连结构5；

s62：在暴露的所述互连结构5表面形成ubm层(凸点下金属层)；具体的，先溅射一层tiw/cu种子层，然后通过光刻暴露出刻蚀窗口，通过电镀加厚，最后通过金属腐蚀工艺去除种子层以形成所述ubm层；

s63：采用激光植球法在所述ubm层表面形成所述第二焊料凸点7。

作为示例，所述第二焊料凸点7的形状为球形，所述第二焊料凸点7的直径可以为90μm～100μm，以确保互连的可靠性。

作为示例，形成所述第二焊料凸点7之后，还包括将得到的结构进行划片以形成独立的封装器件的步骤。

实施例二

请继续参阅图9，本发明还提供一种图像传感器圆片级封装结构，所述图像传感器圆片级封装结构由实施例一中的封装方法封装而得到，所述图像传感器圆片级封装结构包括：基板4，所述基板4背面形成有凹槽41；互连结构5，所述互连结构5自所述凹槽41底部经由所述凹槽41侧壁延伸至所述基板4的背面；图像传感器芯片3，所述图像传感器芯片3包括图像传感单元31及与所述图像传感单元31相连接且位于所述图像传感器芯片3正面的焊盘电极32；第一焊料凸点33，所述第一焊料凸点33位于所述焊盘电极32表面；所述图像传感器芯片3经由所述第一焊料凸点33倒装焊于位于所述凹槽41底部的所述互连结构5上；介质层6，所述介质层6位于所述图像传感器芯片3背面及所述基板4背面，所述介质层6将所述图像传感器芯片3与所述基板4之间的凹槽空间密封以形成密封腔体；第二焊料凸点7，所述第二焊料凸点7位于所述基板4背面，且与位于所述基板4背面的所述互连结构5相连接。

作为示例，所述基板4为光敏玻璃。

作为示例，所述基板4背面的所述凹槽41的数量可以为一个、两个或多个，优选地，本实施例中，所述基板4为圆片级基板，所述基板4背面的所述凹槽41的数量为多个。

作为示例，所述焊盘电极32作为所述图像传感单元31的引出电极，材料可以为但不仅限于铝。所述焊盘电极32位于所述图像传感单元31外围的非有源区内。

作为示例，所述第一焊料凸点33的熔点温度可以为但不仅限于230℃～250℃；所述第一焊料凸点33可以为但不仅限于锡银铜合金凸点或铟凸点。

作为示例，所述第一焊料凸点33的形状为球形，结合所述焊盘电极32的尺寸及可靠性，所述第一焊料凸点33的直径可以为但不仅限于40μm～50μm。

作为示例，所述凹槽41的深度大于或等于所述互连结构5、所述第一焊料凸点33及所述图像传感器芯片3三者的厚度之和，所述凹槽41的横向尺寸大于所述图像传感器芯片3的横向尺寸。

作为示例，所述图像传感器芯片3的边缘至所述凹槽41侧壁的间距为10μm～20μm。

作为示例，所述凹槽41的侧壁与所述基板4的背面相垂直。

作为示例，所述基板4的厚度与所述凹槽41的深度之差可以为150μm～200μm，即所述基板4的厚度比所述凹槽41的深度大150μm～200μm，亦即，所述凹槽41的底部至所述基板4正面的距离为150μm～200μm。

作为示例，所述第二焊料凸点7的底部至所述凹槽41底部的距离比所述第一焊料凸点33的顶部至所述图像传感器芯片3背面的距离大150μm～200μm。

作为示例，所述第二焊料凸点7的形状为球形，所述第二焊料凸点7的直径可以为90μm～100μm，以确保互连的可靠性。

作为示例，所述图像传感器圆片级封装结构还包括ubm层(未示出)，所述ubm层位于所述第二焊料凸点7与所述基板4背面的所述互连结构5之间，以将所述ubm层与位于所述基板4背面的所述互连结构5相连接。

综上所述，本发明提供一种图像传感器圆片级封装方法及封装结构，所述图像传感器圆片级封装方法包括以下步骤：提供一包括图像传感器芯片的图像传感器芯片，所述图像传感器芯片包括图像传感单元及与所述图像传感单元相连接且位于所述图像传感器芯片正面的焊盘电极，并在所述焊盘电极上形成第一焊料凸点；提供一基板，在所述基板背面形成凹槽；在所述基板上形成互连结构，所述互连结构自所述凹槽底部经由所述凹槽侧壁延伸至所述基板的背面；将所述图像传感器芯片倒装焊于位于所述凹槽底部的所述互连结构上；在所述图像传感器芯片背面及所述基板背面形成介质层，所述介质层将所述图像传感器芯片与所述基板之间的凹槽空间密封以形成密封腔体；形成第二焊料凸点，所述第二焊料凸点与位于所述基板背面的所述互连结构相连接。本发明采用两次倒装焊技术，很大程度上减小了整个封装结构的厚度；背面采用介质层结构，不仅可以对互连结构进行保护，更可以把图像传感器芯片内的图像传感单元密封在密闭腔体内，在避免污染的同时也避免了湿气进入，提高了可靠性；同时，这种圆片级封装方法避免了以往圆片级封装的异质键合带来的翘曲问题，通过减少直接对芯片的工艺，避免芯片损伤，提高了成品率。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。