封装结构及其封装方法与流程

1.本发明属于半导体封装技术领域，特别关于一种封装结构及其封装方法。


背景技术：

2.光感芯片是一种能够感受外部光线并能将其转化为电信号的电子器件。以cmos(cmos image sensor，cis)芯片为例，其广泛应用于智能手机、安防、汽车自动驾驶等拍照录像系统中。cis芯片通常采用半导体制造工艺进行芯片制作，再通过对cis芯片进行一系列封装工艺形成封装结构。
3.然而，现有的cis芯片在加工生产过程中大多采用注塑封装的方式对cis芯片进行封装，采用这一封装方式进行封装的cis芯片，由于塑封模具的顶杆和芯片直接接触，顶杆容易导致其玻璃片受压碎裂，塑封料溢料，进而造成芯片良率低以及封装成本高的缺点，因此，对cis芯片进行封装的效果较差。
4.另外，现有的cis芯片的封装结构体积较大，不符合电子设备的轻薄化设计的趋势。
5.有鉴于此，提供需要对上述封装工艺进行优化和改进，克服现有的注塑封装导致的易破片、良率低和封装效果差的问题。


技术实现要素：

6.本发明解决的问题是如何改善现有注塑封装过程中的感光芯片易破片、塑封料溢料导致的封装良率低和封装体效果差的问题，同时，满足感光芯片小体积封装的趋势。
7.为解决上述问题，本发明技术方案提供了一种封装结构，所述封装结构包括：封装基座，所述封装基座包括第一互连结构；弹性支撑件，所述弹性支撑件盖设于所述封装基座的一侧，所述弹性支撑件包括若干贯孔，所述第一互连结构自所述若干贯孔中露出；感光芯片，所述感光芯片贴装于所述弹性支撑件远离所述封装基座一侧，所述感光芯片经所述若干贯孔和所述第一互连结构电性连接；以及外部塑封层，所述外部塑封层塑封所述感光芯片和所述弹性支撑件至所述封装基座上，所述外部塑封层包括镂空区，所述感光芯片的感光区自所述镂空区中露出。
8.作为可选的技术方案，所述封装基座包括：基板；有源芯片，所述有源芯片设置于所述基板一侧表面上且与所述基板电性连接；转接层，所述转接层设置于所述第一互连结构和所述有源芯片之间，所述转接层包括若干导通柱，每一导通柱相对的两端分别电性连接所述第一互连结构和所述有源芯片。
9.作为可选的技术方案，所述第一互连结构为再布线层，所述再布线层包括若干第一连接垫，所述若干第一连接垫和所述若干贯孔一一对应。
10.作为可选的技术方案，所述封装基座还包括内部塑封层，所述内部塑封层塑封所述有源芯片和所述转接层至所述基板上；其中，所述再布线层设置于所述内部塑封层上，所述再布线层上的若干第二连接垫和每一导通柱自所述内部塑封层中露出的一端电性连接，
所述若干第二连接垫和所述若干第一连接垫位于所述再布线层相背的两侧表面上。
11.作为可选的技术方案，所述封装基座还包括中间塑封层，所述中间塑封层塑封所述再布线层和所述内部塑封层至所述基板上；其中，所述若干第一连接垫自所述中间塑封层远离所述基板的一侧露出。
12.作为可选的技术方案，所述弹性支撑件设置于所述中间塑封层上方，且所述弹性支撑件至少部分区域不与所述中间塑封层直接接触。
13.作为可选的技术方案，所述弹性支撑件包括朝向所述基板伸出的侧壁，所述侧壁位于所述中间塑封层的外部，所述侧壁的边缘与所述基板固定连接。
14.作为可选的技术方案，所述有源芯片朝向所述转接层的一侧表面设有第二互连结构，所述第二互连结构和每一导通柱相对的另一端电性连接。
15.作为可选的技术方案，还包括透明隔离层，所述透明隔离层至少覆盖所述感光区。
16.本发明还提供一种封装方法，用于感光芯片封装，所述封装方法包括：
17.制备封装基座，所述封装基座包括第一互连结构；
18.装配弹性支撑件至所述封装基座的一侧，所述弹性支撑件包括若干贯孔；
19.贴装感光芯片至所述弹性支撑件远离所述封装基座一侧，键合所述感光芯片和所述第一互连结构；
20.于所述感光芯片的感光区一侧形成透明隔离层，制得待塑封单元；
21.提供塑封模具，所述塑封模具包括相互适配上模具、下模具和顶杆，所述上模具和所述下模具共同界定塑封腔，所述顶杆至少部分位于所述塑封腔中；
22.装载所述待塑封单元至所述塑封腔中，所述顶杆接触所述透明隔离层并与所述感光区相对；
23.提供塑封料并注入所述塑封腔中，形成将所述感光芯片和所述弹性支撑框架塑封至所述封装基座上的外部塑封层；
24.移除所述塑封模具，所述外部塑封层在所述感光区一侧形成镂空部，所述感光区位于所述镂空部中，制得所述感光芯片的封装结构。
25.作为可选的技术方案，还包括：涂布透明胶层至所述感光区一侧形成所述透明隔离层。
26.作为可选的技术方案，所述制备封装基座的步骤还包括：提供基板和有源芯片；贴装所述有源芯片至所述基板上，键合所述有源芯片和所述基板进行电性连接；于所述有源芯片上形成第二互连结构；提供转接层，所述转接层倒装键合于所述第二互连结构上；提供塑封料，形成将所述有源芯片、所述第二互连结构和所述转接层塑封至所述基板上的内部塑封层；于所述内部塑封层上制作所述第一互连结构，所述第一互连结构和所述转接层电性连接；提供塑封料，形成将所述第一互连结构塑封至所述基板上的中间塑封层，制得所述封装基座；其中，所述转接层包括若干导通柱，每一导通柱相对的两端分别电性连接所述第二互连结构和所述第一互连结构。
27.与现有技术相比，本发明提供一种封装结构和封装方法，在封装基座上盖设弹性支撑件，利用弹性支撑件提供感光芯片的装片区，以及，利用弹性支撑件上的贯孔设计实现封装基座和感光芯片的电性连接。其中，弹性支撑件对感光芯片的弹性支撑用于分散注塑封装感光芯片工艺中施加在感光芯片上的外力，克服压伤、碎片的问题，对封装良率的提升
存在明显有益效果。另外，封装基座中各元器件层叠布置在基板上，因此，可以有效实现封装结构的封装体积减小，符合封装小型化、集成化的封装趋势。
28.以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细描述，但不作为对本发明的限定。
附图说明
29.图1为本发明一实施中提供的封装结构的侧视示意图。
30.图2为图1中的封装基座的制作过程的侧视示意图。
31.图3为图1中弹性支撑件和封装基座连接的侧视示意图。
32.图4为图1中感光芯片装贴至弹性支撑件上的侧视示意图。
33.图5为图1中塑封感光芯片和弹性支撑件至封装基座上的侧视示意图。
34.图6为本发明另一实施例中提供的封装方法的流程图。
具体实施方式
35.为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，下面结合实施例及附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
36.如图1所示，本发明的目的之一在于提供一种封装结构100，其包括封装基座、弹性支撑件20、感光芯片30和外部塑封层40，其中，封装基座包括第一互连结构11；弹性支撑件20盖设于封装基座的一侧，弹性支撑件包括若干贯孔21，第一互连结构11从若干贯孔21中露出；感光芯片设置于弹性支撑件20远离封装基座的一侧，且感光芯片20经若干贯孔21与第一互连结构11电性连接；外部塑封层40塑封感光芯片30和弹性支撑件20至封装基座上，外部塑封层40包括镂空区41，感光芯片30的感光区31自镂空区41中露出。
37.本发明提供的封装结构100中，外部塑封层40的塑封过程中，由弹性支撑件20对感光芯片30进行弹性支撑，以抵消塑封模具施加在感光芯片30上的压力，可有效避免感光芯片30的压伤。
38.如图1所示，弹性支撑件20与封装基座之间设有间隙s，间隙s用于缓冲塑封模具施加在感光芯片30上的压力，进而有效克服感光芯片30的压伤，避免芯片破裂。
39.在一优选的实施例中，弹性支撑件20例如是塑胶盖等结构。
40.在一优选的实施例中，弹性支撑件20的至少部分区域不与封装基座接触，从而在弹性支撑件20和封装基座之间界定用于提供缓冲作用的间隙。
41.如图1和图2所示，封装基座包括层叠设置的基板10、有源芯片12、转接层13以及第一互连结构11，有源芯片12通过贴装材料装贴于基板10一侧表面上，经金属线122和基板10电性链接；转接层13设置于第一互连结构11和有源芯片12之间，转接层13包括若干导通柱131，每一导通柱131相对的两端分别电性连接第一互连结构11和有源芯片12。
42.本实施例中，有源芯片12靠近转接层13一侧的表面上设有第二互连结构121，第二互连结构121例如是通过钢网印刷形成的若干锡柱，每一锡柱和对应的每一导通柱131相对的另一端电性连接。优选的，若干锡柱的尺寸例如是60-80微米。
43.另外，在本发明其他实施例中，第二互连结构也可以是形成在有源芯片上的再布线层，经再布线层和转接层之间实现电性连接。
44.进一步，转接层13例如是tsv(through-silicon via)硅转接板，若干导通柱131例如是嵌设在硅基板中的金属柱，金属柱优选为铜柱，铜柱相对的两端从硅基板相背的两个表面上露出用于和第一互连结构11和第二互连结构121实现电性连接，并将感光芯片30中光电信号输入至有源芯片12中，经处理后经基板10向外输出。
45.本实施例中，硅转接板倒装键合至第二互连结构121上。
46.在一优选的实施例中，感光芯片30具体可为cis芯片，用于将感测到的光信号转换为电信号。有源芯片12具体可包括数字信号处理(digital signal process，dsp)芯片，用于对感光芯片30转换的电信号进行处理。
47.继续参照图1和图2，封装基座的第一互连结构11例如是再布线层，再布线层层叠于转接层13的上方，再布线层例如包括多层交替布置的金属层和层间介质层，任意相邻的金属层通过层间介质层上的过孔进行电性连接。
48.本实施例中，再布线层相背的两个表面上分别包括若干第一连接垫111和若干第二连接垫112，其中，若干第一连接垫111与若干贯孔21对应，并从若干贯孔21中露出；若干第二连接垫112和若干导通柱131的一端对应。第一连接垫111和第二连接垫112例如是铜焊盘、锡球、锡柱等金属垫。
49.再布线层形成于封装基座的内部塑封层14远离基板10的一侧表面，内部塑封层14用于塑封转接层13、有源芯片12至基板10上，内部塑封层14为再布线层的制作提供了平台。内部塑封层14对应转接层13的导通柱131包括开孔141，导通柱131从开孔141中露出，与再布线层中的第二连接垫112电性连接。
50.另外，封装基座中基板10、有源芯片12、转接层13和第一互连结构依次层叠设置，可以用于缩减封装体积，进而满足封装小型化、集成化的要求。
51.继续参照图1和图2，再布线层上方还包括中间塑封层15，中间塑封层15用于将再布线层塑封至内部塑封层14上，提高封装基座的稳定性，使得再布线层和转接层13之间的电性连接稳定性提升。
52.如图3所示，将弹性支撑件20与基板10固定连接包括：基板10上预留凹槽101，凹槽101内涂布粘胶；弹性支撑件20朝向基板10伸出的侧壁22的边缘部分插入凹槽101中，固化粘胶实现弹性支撑件20与基板10的固定连接。
53.其中，弹性支撑件20的侧壁22围设于中间塑封层15的外部，且不与中间塑封层15接触；弹性支撑件20的顶壁23悬空于再布线层上方，也不与再布线层接触；进而在弹性支撑件和封装基座之间形成间隙s。其中，侧壁22围绕顶壁23的周边设置，顶壁23与再布线层相对。
54.在本发明本发明其他实施例中，优选在弹性支撑件的顶壁和再布线层之间形成间隙。主要原因在于，顶壁23对应再布线层的上方设置感光芯片30(如图4所示)，注塑塑封制程中，塑封模具的顶杆600直接作用于感光芯片30的感光区31上方(如图5所示)，当间隙位于感光区31对应的下方时，可以更好的缓冲顶杆600的作用力，避免压伤和破片的问题。
55.继续参照图3，顶壁23的边缘和侧壁22连接处具有突出的肩部，肩部的表面高于顶壁23的表面，肩部和顶壁23共同界定出感光芯片30的装片区。其中，若干贯孔21形成在顶壁23上，位于上述装片区中。
56.如图4所示，感光芯片30装片至上述装片区中包括，感光芯片30经贴装材料装贴于
顶壁23上，感光芯片30经金属线33和第一互连结构11打线连接，其中，金属线33的一端电性连接感光芯片30上的引脚，金属线33的另一端穿过对应的贯孔21与第一互连结构上的第一连接垫111电性连接。
57.需要说明的是，在本发明其他实施例中，感光芯片还可以通过其他结构和第一互连结构电性连接，例如，在感光芯片和顶壁之间形成另一再布线层，再布线层对贯孔包括若干锡柱，若干锡柱穿过贯孔和第一互连结构电性连接，再布线层的另一侧和感光芯片电性连接。
58.继续参照图4，感光芯片30远离基板10一侧包括感光区31，感光区31上方覆盖有透明隔离层32，透明隔离层32用于避免感光区31直接暴露于外部环境中，影响产品寿命。透明隔离层32可以是透明胶或者其他透明膜片。
59.如图1、图4和图5所示，在感光芯片30和弹性支撑件20的外部形成外部塑封层40包括：
60.将包括封装基座、弹性支撑件20和感光芯片30的待塑封单元放置在塑封模具的塑封腔500中，其中，塑封腔500位于上模具300和下模具200之间，待塑封单元例如承载于下模具200一侧，顶杆600用于向塑封腔500提供推挤力，将塑封料400推挤至塑封强500中，并包覆弹性支撑件20和感光芯片30，其中，顶杆600接触感光芯片30上方的透明隔离层32，用于在塑封料400固化形成的外部塑封层40中制得镂空部41，感光区31位于镂空部41中并暴露出来用于接收外界光线。
61.由图5可知，顶杆600推挤塑封料400朝向塑封腔500移动的过程中，塑封料400移动施加在感光芯片30上的作用力和顶杆600接触感光芯片30施加的作用力都可以通过其下方的弹性支撑件20形变进行缓冲，优选的，通过弹性支撑件20和封装基座之间的间隙s进行缓冲吸收，有效缓解感光芯片30上的外力，克服压伤、碎片的问题，对封装良率的提升存在明显有益效果。
62.如图6所示，本发明还提供一种封装方法1000，适用于感光芯片的封装，用于有效降低芯片压伤，同时实现小体积封装的技术效果。
63.封装方法1000包括：
64.制备封装基座，封装基座包括第一互连结构；
65.装配弹性支撑件至封装基座的一侧，弹性支撑件包括若干贯孔；
66.贴装感光芯片至弹性支撑件远离封装基座一侧，键合感光芯片和第一互连结构；
67.于感光芯片的感光区一侧形成透明隔离层，制得待塑封单元；
68.提供塑封模具，塑封模具包括相互适配上模具、下模具和顶杆，上模具和下模具共同界定塑封腔，顶杆至少部分位于塑封腔中；
69.装载所述待塑封单元至所述塑封腔中，所述顶杆接触所述透明隔离层并与所述感光区相对；
70.提供塑封料并注入所述塑封腔中，形成将所述感光芯片和所述弹性支撑框架塑封至所述封装基座上的外部塑封层；以及
71.移除所述塑封模具，所述外部塑封层在所述感光区一侧形成镂空部，所述感光区位于所述镂空部中，制得所述感光芯片的封装结构。
72.在一优选的实施例中，涂布透明胶层至所述感光区一侧形成所述透明隔离层。
73.在一优选的实施例中，制备封装基座的步骤还包括：提供基板和有源芯片；贴装有源芯片至所述基板上，键合有源芯片和基板进行电性连接；于有源芯片上形成第二互连结构；提供转接层，倒装键合转接层于第二互连结构上；提供塑封料，形成将有源芯片、第二互连结构和转接层塑封至基板上的内部塑封层；于内部塑封层上制作第一互连结构，第一互连结构和所述转接层电性连接；提供塑封料，形成将第一互连结构塑封至基板上的中间塑封层，制得封装基座；其中，转接层包括若干导通柱，每一导通柱相对的两端分别电性连接第二互连结构和第一互连结构。
74.综上，本发明提供一种封装结构和封装方法，在封装基座上盖设弹性支撑件，利用弹性支撑件提供感光芯片的装片区，以及，利用弹性支撑件上的贯孔设计实现封装基座和感光芯片的电性连接。其中，弹性支撑件对感光芯片的弹性支撑用于分散注塑封装感光芯片工艺中施加在感光芯片上的外力，克服压伤、碎片的问题，对封装良率的提升存在明显有益效果。另外，封装基座中各元器件层叠布置在基板上，因此，可以有效实现封装结构的封装体积减小，符合封装小型化、集成化的封装趋势。本发明已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本发明的范例。此外，上面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。必需指出的是，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。