指纹识别芯片的封装结构和方法与流程

本发明属于半导体技术领域，具体涉及一种指纹识别芯片封装结构和封装方法。

背景技术：

随着科学技术的不断进步，越来越多的电子设备广泛的应用于人们的日常生活以及工作当中，为人们的日常生活以及工作带来了巨大的便利，成为当今人们不可或缺的重要工具。而随着电子设备功能的不断增加，电子设备存储的重要信息也越来越多，电子设备的身份验证技术成为目前电子设备研发的一个主要方向。

由于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、可靠性高以及使用简单等诸多优点。因此，指纹识别技术成为当下各种电子设备进行身份验证的主流技术。

目前，光学指纹识别芯片是现有电子设备常用的指纹识别芯片之一，其通过指纹识别区的大量感光像素(pixel)来采集使用者的指纹信息，每个感光像素作为一个检测。具体的，进行指纹识别时，光线照射至使用者的指纹面并经过指纹面反射至感光像素，感光像素将指纹的光信号转换为电信号，根据所有像素转换的电信号可以获取指纹信息。

现有的光学指纹识别芯片在封装时，一般直接在感光侧直接设置透明盖板。但是由于透明盖板的是完全透光的，会导致不同感光像素的感测结果产生串扰，影响指纹识别精度。

为了解决该技术问题，中国专利申请cn108022904a披露了一种指纹识别芯片的封装方法，其在晶圆朝向像素点的一侧固定具有通孔结构的盖板，用于避免串扰问题。其存在的问题至少包括：盖板上通孔需要预先形成，然后再将具有通孔的盖板结合在芯片表面，但是这样操作工艺时间长，而且还需要将通孔与像素点进行位置校准，容易产生误差；若盖板与芯片结合之后再进行制作通孔，盖板与芯片之间无任何阻挡，容易对位于通孔下方的像素点造成损害。

技术实现要素：

本发明一实施例提供一种指纹识别芯片的封装结构和方法，用于解决现有技术中加工工艺时间长、像素点容易受到损害的技术问题，包括：

一种指纹识别芯片的封装方法，包括：

提供一指纹识别芯片，指纹识别芯片具有相对的正面和背面，其正面具有多个用于采集指纹信息的像素点；

在指纹识别芯片的正面依次制作第一透光层和遮光层；

以所述第一透光层作为阻挡刻蚀所述遮光层，形成多个透光孔，每个所述透光孔分别对应于一个所述像素点。

一实施例中，所述第一透光层为滤光片。

一实施例中，还包括制作第二透光层，

第二透光层位于指纹识别芯片和第一透光层之间。

一实施例中，还包括在遮光层表面制作第三透光层，

第三透光层覆盖于所述透光孔。

一实施例中，还包括在第三透光层表面制作聚光透镜，

聚光透镜对应于所述透光孔。

一实施例中，所述遮光层材质为单晶硅、或多晶硅、或非晶硅、或锗化硅、或碳化硅。

一实施例中，第一透光层和遮光层之间黏胶固定。

一实施例中，所述指纹识别芯片为光学型指纹识别芯片。

一种指纹识别芯片的封装方法，包括：

提供一晶圆，该晶圆具有多个指纹识别芯片，指纹识别芯片具有相对的正面和背面，其正面具有多个用于采集指纹信息的像素点；

在指纹识别芯片的正面依次制作第一透光层和遮光层；

以所述第一透光层作为阻挡刻蚀所述遮光层，形成多个透光孔，每个所述透光孔分别对应于一个所述像素点；

通过切割工艺，切割所述晶圆，形成多个单粒的封装结构。

一种指纹识别芯片的封装结构，包括：

指纹识别芯片，指纹识别芯片具有相对的正面和背面，其正面具有多个用于采集指纹信息的像素点；

依次形成于指纹识别芯片正面的第二透光层、滤光片和遮光层，所述遮光层上形成有多个透光孔，每个所述透光孔分别对应于一个所述像素点。

一实施例中，还包括覆盖于所述透光孔的第三透光层。

一实施例中，还包括形成于第三透光层表面的聚光透镜，

聚光透镜对应于所述透光孔。

一实施例中，所述遮光层材质为单晶硅、或多晶硅、或非晶硅、或锗化硅、或碳化硅。

一实施例中，第一透光层和遮光层之间黏胶固定。

一实施例中，所述指纹识别芯片为光学型指纹识别芯片。

与现有技术相比，本发明以滤光片作为阻挡层，在遮光层上制作透光孔，一方面，形成的柱状体遮光体更好起到遮挡和吸收多余斜射光，使物体成型图像更清晰；另一方面，滤光片可以滤除检测光波段之外的杂光；再另一方面，可以提高工艺加工效率，适用于晶圆级封装。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施方式1中封装结构的剖视图；

图2至9是本申请实施方式1中封装结构所形成的中间结构的示意图。

具体实施方式

通过应连同所附图式一起阅读的以下具体实施方式将更完整地理解本发明。本文中揭示本发明的详细实施例；然而，应理解，所揭示的实施例仅具本发明的示范性，本发明可以各种形式来体现。因此，本文中所揭示的特定功能细节不应解释为具有限制性，而是仅解释为权利要求书的基础且解释为用于教示所属领域的技术人员在事实上任何适当详细实施例中以不同方式采用本发明的代表性基础。

本实施例提供了一种封装结构10，参考图1，封装结构10包括指纹识别芯片11和盖板12。

指纹识别芯片11具有相对的正面111和背面112，正面具有多个用于采集指纹信息的像素点113。

盖板12覆盖在指纹识别芯片11的正面111。

一实施例中，指纹识别芯片11为光学型指纹识别芯片。

盖板12包括依次覆盖于指纹识别芯片11正面111的透光层121、滤光片124、遮光层122和透光层123。

透光层121覆盖指纹识别芯片11的正面111，用于对待封装指纹识别芯片11的正面进行保护。由于需要光线透过透光层121到达像素点113，因此，透光层121具有较高的透光性，为透光材料。透光层121两个表面均平整、光滑，不会对入射光线产生散射、漫反射等。

具体地，透光层121的材料可以为干膜、无机玻璃、有机玻璃或者其他具有特定强度的透光材料。

在一实施例中，透光层121与指纹识别芯片11正面111之间通过黏胶进行固定。

本实施例中，综合考虑透光层121的光学性能和粘粘性能，透光层121的厚度优选为5-20μm。

滤光片124用于滤除检测光波段之外的杂光，以降低杂光干扰，提高指纹识别的精度。

滤光片124可以仅仅覆盖像素点113对应的上方，也可以覆盖于透光层121的整个表面。

在一实施例中，滤光片124与透光层121之间通过daf膜粘结固定。

遮光层122上开设有上下相通的多个透光孔1221，每个透光孔1221分别对应一个像素点113，在优选的实施例中，透光孔1221的轴线与像素点113的中心重合。

遮光层122具有较低的介电常数，遮光层122材质优选为硅材料，可以为单晶硅、或多晶硅、或非晶硅、或锗化硅、或碳化硅。遮光层122可以通过物理沉积方式形成于透光层121表面。

遮光层122的厚度优选为4-20μm，透光孔为圆形孔时，其口径优选为30-40μm，深宽比优选为1:1至1.5:1。

遮光层122采用硅材料，一方面能够降低邻像素点113之间的串扰问题。另一方面，硅材料制作的遮光层122的莫氏硬度一般在10以上，硬度较高，机械强度大，手指按压时，不会产生厚度形变，不会影响指纹识别的准确性。

在垂直于的正面111的方向上，透光孔1221在正面111的投影至少与对应的像素点113在正面111的投影部分交叠。为了保证指纹识别的准确性，可以设置透光孔1221在正面111的投影完全覆盖对应的像素点113在正面111的投影。最优的，可以设置透光孔1221在正面111的投影与对应的像素点113在正面111的投影完全重合。

正面111包括感应区以及包围感应区的非感应区。其中，像素点113设置在感应区；非感应区设置有与像素点113电连接的焊盘(图未示)，焊盘用于与外部电路电连接。

如果指纹识别芯片11为电容型的指纹识别芯片，进行指纹识别时，像素点113检测电容值，将电容值转换为电信号，外部电路根据该电信号可以获取指纹信息，进行身份识别，透光孔1221用于露出所述像素点，遮光层122具有较低的介电常数，可以降低相邻像素点之间的串扰问题，提高了指纹识别的准确性。

如果指纹识别芯片11为光学型的指纹识别芯片，进行指纹识别时，像素点113通过对应的透光孔1221采集与所述透光孔1221相对的采集预设区域的指纹信息。由于每个像素点113均通过对应透光孔1221采集自身相对的采集区域的指纹信息，避免了不同像素点对应预设区域之间的相互串扰，进而避免了指纹图像的失真，进一步提高了指纹识别的准确性。

透光孔1221的形状可以为圆形通孔或者方形通孔或者三角形通孔。具体的，可以设置透光孔1221的形状为顶部与底部相同的圆孔、或顶部与底部相同的方孔、或顶部与底部相同的三角孔、或是其他结构的顶部与底部相同的多边形。透光孔1221的底部为透光孔1221靠近像素点113的开口，透光孔1221的顶部为透光孔1221远离像素点113的开口。

易于想到的是，也可以设置透光孔1221的形状为顶部与底部不相同的圆孔、或顶部与底部不相同的方孔、或顶部与底部不相同的三角孔、或是其他结构的顶部与底部不相同的多边形。此时，透光孔1221的顶部大于透光孔1221的底部。同样，透光孔1221的底部为透光孔1221靠近像素点113的开口，透光孔1221的顶部为透光孔1221远离像素点113的开口。

在一实施例中，遮光层122与滤光片124之间通过daf膜粘结固定。

透光层123覆盖遮光层122背离正面111的一面，用于对透光孔1221的开口进行遮挡。由于需要光线透过透光层123到达像素点113，因此，透光层123具有较高的透光性，为透光材料。透光层123两个表面均平整、光滑，不会对入射光线产生散射、漫反射等。

具体地，透光层123的材料可以为干膜、无机玻璃、有机玻璃或者其他具有特定强度的透光材料。

本实施例中，透光层123的厚度优选为10-40微米。

在一实施例中，透光层123与遮光层122之间通过黏胶进行固定。

透光层123背离指纹识别芯片11正面111的一侧设置有多个聚光透镜125，每个聚光透镜125分别对应一个透光孔1221，聚光透镜125用以将外部光线汇聚至对应像素点113表面。

一实施例中，聚光透镜125可以通过光刻和烘烤成型方式制作，另一实施例中，聚光透镜125也可以采用压印方式形成于透光层123表面。

对应地，本发明实施例提供了一种封装方法，用于形成如图1所示的封装结构。请参考图2至图9，为本发明实施例的封装方法的封装过程中形成的中间结构示意图。

步骤s1：参考图2和3，提供待封装晶圆100，其中，图2为待封装晶圆100的俯视结构示意图，图3为图2沿a-a的剖视图。

待封装晶圆100具有正面111和与正面111相对的背面112。晶圆100包括多个阵列排布的指纹识别芯片11。每个相邻指纹识别芯片11具有多个用于采集指纹信息的像素点13。像素点13位于正面111。相邻指纹识别芯片11之间具有切割沟道120，以便于在后续切割工艺中进行切割处理。

第一表面111包括感应区以及包围感应区的非感应区，像素点113设置在感应区，在非感应区设置有焊盘(图未示)，焊盘与像素点113电连接，焊盘用于与外部电路电连接。

需要说明的是，相邻两个指纹识别芯片11之间的切割沟道120仅为两个指纹识别芯片11之间预留的用于切割的留白区域，切割沟道120与两侧的指纹识别芯片11之间不具有实际的边界线。

步骤s2：参考图4，在待封装晶圆100的正面111上覆盖透光层121。该步骤中，通过黏胶在待封装晶圆100的表面固定透光层121。

步骤s3：参考图5，在透光层121的表面覆盖滤光片124。

步骤s4：参考图6，在滤光片124的表面覆盖遮光层122，该步骤中，通过黏胶在滤光片124的表面固定遮光层122。例如，可以在遮光层122面对滤光片124的表面上，和/或滤光片124上，通过喷涂、旋涂或者黏贴的工艺形成粘合层，再将滤光片124与遮光层122相对压合，通过粘合层结合。粘合层既可以实现粘接作用，又可以起到绝缘和密封作用。粘合层可以为高分子粘接材料，例如硅胶、环氧树脂、苯并环丁烯等聚合物材料。

步骤s5：参考图7，以滤光片124作为阻挡层，在遮光层122上刻蚀形成多个透光孔1221。

步骤s6：参考图8，在遮光层122的表面覆盖透光层123，该步骤中，通过黏胶在遮光层122的表面固定透光层123。透光层123可以仅仅覆盖透光孔1221的顶端开口，也可以是覆盖于遮光层122的整个表面。

步骤s7：参考图9，在透光层123的表面制作多个聚光透镜125，每个聚光透镜125分别对应一个透光孔1221。

步骤s8：通过切割工艺分割晶圆100、透光层121、滤光片124、遮光层122和透光层123，在进行切割时，沿着切割沟道120的方向进行切割，形成多个指纹识别芯片11的封装结构10。切割可以采用切片刀切割或者激光切割，切片刀切割可以采用金属刀或者树脂刀。

在整个封装工艺中，还可以包括晶圆减薄、焊垫制作、布线层制作等工序，本案不再赘述。

另外，对待封装晶圆200进行封装处理后，可以使得后续切割获得的芯片封装结构通过外接凸起(图未示)与外部电路连接。

综上所述，本发明以滤光片作为阻挡层，在遮光层上制作透光孔，一方面，形成的柱状体遮光体更好起到遮挡和吸收多余斜射光，使物体成型图像更清晰；另一方面，滤光片可以滤除检测光波段之外的杂光；再另一方面，可以提高工艺加工效率，适用于晶圆级封装。

本发明的各方面、实施例、特征及实例应视为在所有方面为说明性的且不打算限制本发明，本发明的范围仅由权利要求书界定。在不背离所主张的本发明的精神及范围的情况下，所属领域的技术人员将明了其它实施例、修改及使用。

在本申请案中标题及章节的使用不意味着限制本发明；每一章节可应用于本发明的任何方面、实施例或特征。

在本申请案通篇中，在将组合物描述为具有、包含或包括特定组份之处或者在将过程描述为具有、包含或包括特定过程步骤之处，预期本发明教示的组合物也基本上由所叙述组份组成或由所叙述组份组成，且本发明教示的过程也基本上由所叙述过程步骤组成或由所叙述过程步骤组组成。

在本申请案中，在将元件或组件称为包含于及/或选自所叙述元件或组件列表之处，应理解，所述元件或组件可为所叙述元件或组件中的任一者且可选自由所叙述元件或组件中的两者或两者以上组成的群组。此外，应理解，在不背离本发明教示的精神及范围的情况下，本文中所描述的组合物、设备或方法的元件及/或特征可以各种方式组合而无论本文中是明确说明还是隐含说明。

除非另外具体陈述，否则术语“包含(include、includes、including)”、“具有(have、has或having)”的使用通常应理解为开放式的且不具限制性。

除非另外具体陈述，否则本文中单数的使用包含复数(且反之亦然)。此外，除非上下文另外清楚地规定，否则单数形式“一(a、an)”及“所述(the)”包含复数形式。另外，在术语“约”的使用在量值之前之处，除非另外具体陈述，否则本发明教示还包括特定量值本身。

应理解，各步骤的次序或执行特定动作的次序并非十分重要，只要本发明教示保持可操作即可。此外，可同时进行两个或两个以上步骤或动作。

应理解，本发明的各图及说明已经简化以说明与对本发明的清楚理解有关的元件，而出于清晰性目的消除其它元件。然而，所属领域的技术人员将认识到，这些及其它元件可为合意的。然而，由于此类元件为此项技术中众所周知的，且由于其不促进对本发明的更好理解，因此本文中不提供对此类元件的论述。应了解，各图是出于图解说明性目的而呈现且不作为构造图式。所省略细节及修改或替代实施例在所属领域的技术人员的范围内。

可了解，在本发明的特定方面中，可由多个组件替换单个组件且可由单个组件替换多个组件以提供一元件或结构或者执行一或若干给定功能。除了在此替代将不操作以实践本发明的特定实施例之处以外，将此替代视为在本发明的范围内。

尽管已参考说明性实施例描述了本发明，但所属领域的技术人员将理解，在不背离本发明的精神及范围的情况下可做出各种其它改变、省略及/或添加且可用实质等效物替代所述实施例的元件。另外，可在不背离本发明的范围的情况下做出许多修改以使特定情形或材料适应本发明的教示。因此，本文并不打算将本发明限制于用于执行本发明的所揭示特定实施例，而是打算使本发明将包含归属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。此外，除非具体陈述，否则术语第一、第二等的任何使用不表示任何次序或重要性，而是使用术语第一、第二等来区分一个元素与另一元素。