CN105140252B - 一种图像传感器的晶圆级封装方法及其封装品 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种图像传感器的晶圆级封装方法及其封装品，它包括以下步骤：将图像传感器芯片的上表面和信号处理芯片的下表面键合在一起；对图像传感器芯片的下表面进行减薄抛光，减薄抛光后在图像传感器芯片上添加彩色滤光片和微透镜，然后移除掉图像传感器芯片的切割道部分，露出信号处理芯片的切割道；取透明基板，透明基板与信号处理芯片通过支撑墙键合在一起，支撑墙位于信号处理芯片的切割道里；对信号处理芯片的上表面进行减薄抛光，减薄抛光后在信号处理芯片上做出引线和焊球；沿着信号处理芯片的切割道位置进行划片，得到可直接进行贴装的单一芯片。本发明不用任何临时键合做辅助，简化了流程。

Description

一种图像传感器的晶圆级封装方法及其封装品

技术领域

本发明不仅公开了一种图像传感器的晶圆级封装方法，本发明还公开了一种图像传感器的晶圆级封装品，本发明属于半导体封装技术领域。

背景技术

随着半导体技术的发展，图像传感器已广泛应用于各种需要进行数字成像的领域，例如数码照相机、数码摄像机等电子产品中。根据工作方式以及物理架构的不同，图像传感器通常可以分为两类：电荷耦合器件(Charge Coupled Device，CCD) 图像传感器和互补金属氧化物半导体(CMOS) 图像传感器。

近几年来随着图像传感器芯片像素值的越来越大，传感器单个像素的物理尺寸越来越小，这样对于芯片中传感器部分的集成电路制造工艺也越来越复杂，以至于该部分已经很难与信号处理模块在同一道工艺中被制造出来。此外由于单个像素的感光区域越来越小，为了防止图像失真，其对入射光子的量也有了较严格的限制。以前从芯片背面进行封装，光子透过金属互联层进入像素感光区域，复杂的金属互联层往往会挡住一部分光子，造成感光区域得到的光子数目不能满足成像的要求。

为了解决上面所说的问题，在设计芯片时，把图像传感模块做在一个芯片里，用较高工艺水准生产，把处理信号的模块做到另一个芯片里，用较省钱的工艺生产，做完后通过封装的方式实现两个芯片的互联。同时用背照式工艺，将原来处于镜头与感光半导体之间的电路部分转移到感光半导体周围或下面，使得光线直接可以进入感光区域，防止了互联线路对光线的阻挡，大幅提高单个像素单元对光的利用效率。

目前业内对背照式芯片的封装方式有过详细的介绍，对堆叠式的芯片封装也有类似报道，但是通过TSV技术对堆叠式的背照式图像传感器芯片进行晶圆级封装的技术方案还比较少见。

发明内容

本发明的目的之一是克服现有技术中存在的不足，提供一种不用任何临时键合晶圆作载体、可以简化工艺流程的一种图像传感器的晶圆级封装方法。

本发明的另一目的是提供一种图像传感器的晶圆级封装品。

按照本发明提供的技术方案，所述一种图像传感器的晶圆级封装方法包括以下步骤：

a、将图像传感器芯片的上表面和信号处理芯片的下表面键合在一起；

b、对图像传感器芯片的下表面进行减薄抛光，减薄抛光后在图像传感器芯片上添加彩色滤光片和微透镜，然后移除掉图像传感器芯片的切割道部分，露出信号处理芯片的切割道；

c、取透明基板，透明基板与信号处理芯片通过支撑墙键合在一起，支撑墙位于信号处理芯片的切割道里；

d、对信号处理芯片的上表面进行减薄抛光，减薄抛光后在信号处理芯片上做出引线和焊球；

e、沿着信号处理芯片的切割道位置进行划片，得到可直接进行贴装的单一芯片。

所述c具体为以透明基板为衬底，在透明基板的上表面做出支撑墙，在支撑墙的墙顶涂键合胶后与切割道内的信号处理芯片键合在一起。

所述c具体为在信号处理芯片的切割道内做出支撑墙，支撑墙的墙底涂键合胶后与所取的透明基板键合在一起。

所述键合胶为热固型胶或者光固型胶，通过激光或者红外线照射后该胶失去粘性。

a中，图像传感器芯片的上表面和信号处理芯片的下表面通过铜氧混合键合方式、直接硅硅键合方式、硅氧键合方式或者氧氧键合方式键合在一起。

b中，通过黄光、刻蚀或者直接切割移除掉图像传感器芯片的切割道部分。

所述透明基板为有机玻璃基板、无机玻璃基板、陶瓷基板基板、塑料基板、有机薄膜或者硅片，透明基板厚度为50μm ~500μm。

所述支撑墙是正光阻或者负光阻通过光阻涂布、曝光、或者显影过程产生的图形，然后固化形成的光阻线，且支撑墙为单层的或者多层的；或者，支撑墙是直接粘附、涂布或者沉积的材质为聚丙烯酸酯或者聚异戊二烯橡胶的薄膜，该薄膜通过黄光和刻蚀工艺形成的线条，且支撑墙为单层的或者多层的。

d中，信号处理芯片减薄后的厚度控制在20~150μm。

按照本发明提供的技术方案，一种图像传感器的晶圆级封装品，它包括图像传感器芯片、信号处理芯片、彩色滤光镜、微透镜、透明基板、支撑墙、引线与焊球；在图像传感器芯片内设有彩色滤光镜与微透镜，信号处理芯片的下表面与图像传感器芯片的上表面相连，在图像传感器芯片的下方设有透明基板，在信号处理芯片的基板层的下表面连接有支撑墙，支撑墙的下端部与透明基板的上表面相连，图像传感器芯片的下表面与透明基板的上表面之间存在间隙，在信号处理芯片的基板层内设有引线，在引线的上表面设有焊球。

本发明具有以下优点：

本发明通过信号处理芯片与图像传感器芯片面对面键合，键合后利用信号处理芯片做载体减薄图像传感器芯片，然后再用封盖玻璃做载体减薄信号处理芯片，最后完成TSV和RDL工艺。或者键合后先利用图像传感芯片做载体减薄信号处理芯片，完成TSV和RDL后再做图像传感芯片的减薄工艺，不用任何临时键合做辅助，简化了流程。

信号处理芯片与图像传感器芯片单独制作优化了集成电路制作工艺，提高了良率。把信号处理模块从图像传感器芯片中单独挪出来，提高了图像传感芯片的利用面积，有利于布置更多的像素单元。

感光芯片一面切割道移除一部分，支撑墙直接与逻辑晶圆接触，避免了支撑应力对较薄的感光芯片的破坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明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发明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是本发明a得到的封装体的结构示意图。

图2是本发明b得到的封装体的结构示意图。

图3是本发明c得到的封装体的结构示意图。

图4是本发明d得到的封装体的结构示意图。

图5是本发明e得到的封装体的结构示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明作进一步说明。

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法、或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

此外，在不同的实施例中可能使用重复的标号或标示。这些重复仅为了简单清楚地叙述本发明，不代表所讨论的不同实施例及/或结构之间具有任何关联性。

本发明的各实施方式中提到的有关于步骤的标号，仅仅是为了描述的方便，而没有实质上先后顺序的联系。各具体实施方式中的不同步骤，可以进行不同先后顺序的组合，实现本发明的发明目的。

实施例1

一种图像传感器的晶圆级封装方法包括以下步骤：

a、将图像传感器芯片1的上表面和信号处理芯片2的下表面采用常规的铜氧混合键合方式键合在一起，如图1所示；

b、对图像传感器芯片1的下表面进行减薄抛光，减薄抛光后在图像传感器芯片1上添加彩色滤光片3和微透镜4，然后通过黄光移除掉图像传感器芯片1的切割道部分，露出信号处理芯片2的切割道，如图2所示；

c、取厚度为50μm且材质为有机玻璃的透明基板5，以透明基板5为衬底，在透明基板5的上表面做出聚丙烯酸酯材质的支撑墙6，在支撑墙6的墙顶涂键合胶后与切割道内的信号处理芯片2键合在一起，键合胶为热固型胶，如图3所示；

d、对信号处理芯片2的上表面进行减薄抛光，信号处理芯片减薄后的厚度控制在20μm，减薄抛光后在信号处理芯片2上做出引线7和焊球8，如图4所示；

e、沿着信号处理芯片2的切割道位置进行划片，得到可直接进行贴装的单一芯片，如图5所示。

实施例2

一种图像传感器的晶圆级封装方法包括以下步骤：

a、将图像传感器芯片1的上表面和信号处理芯片2的下表面采用常规的直接硅硅键合方式键合在一起，如图1所示；

b、对图像传感器芯片1的下表面进行减薄抛光，减薄抛光后在图像传感器芯片1上添加彩色滤光片3和微透镜4，然后通过刻蚀移除掉图像传感器芯片1的切割道部分，露出信号处理芯片2的切割道，如图2所示；

c、取厚度为200μm且材质为无机玻璃的透明基板5，以透明基板5为衬底，在透明基板5的上表面做出聚异戊二烯橡胶材质的支撑墙6，在支撑墙6的墙顶涂键合胶后与切割道内的信号处理芯片2键合在一起，键合胶为光固型胶，如图3所示；

d、对信号处理芯片2的上表面进行减薄抛光，信号处理芯片减薄后的厚度控制在70μm，减薄抛光后在信号处理芯片2上做出引线7和焊球8，如图4所示；

e、沿着信号处理芯片2的切割道位置进行划片，得到可直接进行贴装的单一芯片，如图5所示。

实施例3

一种图像传感器的晶圆级封装方法包括以下步骤：

a、将图像传感器芯片1的上表面和信号处理芯片2的下表面采用常规的硅氧键合方式键合在一起，如图1所示；

b、对图像传感器芯片1的下表面进行减薄抛光，减薄抛光后在图像传感器芯片1上添加彩色滤光片3和微透镜4，然后通过直接切割移除掉图像传感器芯片1的切割道部分，露出信号处理芯片2的切割道，如图2所示；

c、取厚度为500μm且材质为塑料的透明基板5，在信号处理芯片2的切割道内做出聚丙烯酸酯材质的支撑墙6，支撑墙6的墙底涂键合胶后与所取的透明基板5键合在一起，键合胶为热固型胶，如图3所示；

d、对信号处理芯片2的上表面进行减薄抛光，信号处理芯片减薄后的厚度控制在100μm，减薄抛光后在信号处理芯片2上做出引线7和焊球8，如图4所示；

e、沿着信号处理芯片2的切割道位置进行划片，得到可直接进行贴装的单一芯片，如图5所示。

实施例4

一种图像传感器的晶圆级封装方法包括以下步骤：

a、将图像传感器芯片1的上表面和信号处理芯片2的下表面采用常规的氧氧键合方式键合在一起，如图1所示；

b、对图像传感器芯片1的下表面进行减薄抛光，减薄抛光后在图像传感器芯片1上添加彩色滤光片3和微透镜4，然后通过直接切割移除掉图像传感器芯片1的切割道部分，露出信号处理芯片2的切割道，如图2所示；

c、取厚度为500μm且材质为陶瓷的透明基板5，在信号处理芯片2的切割道内做出聚异戊二烯橡胶材质的支撑墙6，支撑墙6的墙底涂键合胶后与所取的透明基板5键合在一起，键合胶为热固型胶，如图3所示；

d、对信号处理芯片2的上表面进行减薄抛光，信号处理芯片减薄后的厚度控制在150μm，减薄抛光后在信号处理芯片2上做出引线7和焊球8，如图4所示；

e、沿着信号处理芯片2的切割道位置进行划片，得到可直接进行贴装的单一芯片，如图5所示。

所得到的单一芯片（即图像传感器的晶圆级封装品），它包括图像传感器芯片1、信号处理芯片2、彩色滤光镜3、微透镜4、透明基板5、支撑墙6、引线7与焊球8；在图像传感器芯片1内设有彩色滤光镜3与微透镜4，信号处理芯片2的下表面与图像传感器芯片1的上表面相连，在图像传感器芯片1的下方设有透明基板5，在信号处理芯片2的基板层的下表面连接有支撑墙6，支撑墙6的下端部与透明基板5的上表面相连，图像传感器芯片1的下表面与透明基板5的上表面之间存在间隙，在信号处理芯片2的基板层内设有引线7，在引线7的上表面设有焊球8。

所述c具体为以透明基板5为衬底，在透明基板5的上表面做出支撑墙6，在支撑墙6的墙顶涂键合胶后与切割道内的信号处理芯片2键合在一起；所述键合胶为热固型胶或者光固型胶，通过激光或者红外线照射后该胶失去粘性。

所述支撑墙6是正光阻或者负光阻通过光阻涂布、曝光、或者显影过程产生的图形，然后固化形成的光阻线，且支撑墙为单层的或者多层的；或者，支撑墙是直接粘附、涂布或者沉积的材质为聚丙烯酸酯或者聚异戊二烯橡胶的薄膜，该薄膜通过黄光和刻蚀工艺形成的线条，且支撑墙为单层的或者多层的。

所述c具体为在信号处理芯片2的切割道内做出支撑墙6，支撑墙6的墙底涂键合胶后与所取的透明基板5键合在一起；所述键合胶为热固型胶或者光固型胶，通过激光或者红外线照射后该胶失去粘性。

a中，图像传感器芯片1的上表面和信号处理芯片2的下表面通过铜氧混合键合方式、直接硅硅键合方式、硅氧键合方式或者氧氧键合方式键合在一起。

b中，通过黄光、刻蚀或者直接切割移除掉图像传感器芯片1的切割道部分。

所述透明基板5为有机玻璃基板、无机玻璃基板、陶瓷基板基板、塑料基板、有机薄膜或者硅片，其作用是保护图像传感芯片的微透镜不受后续制程的污染。做光阻墙的光阻可以是负光阻，也可以是正光阻或其他能提供支撑作用的材料。其实施方式可以采用涂布，然后曝光显影的方式，也可以直接采用丝网印刷，3D打印等方式。该墙可以是单层单列的，也可以是多层多列的。

d中，信号处理芯片2减薄后的厚度控制在20~150μm，以满足后续TSV工艺需要。

e中，此处划片可以是直接切割开芯片和透明基板；也可以是切割开芯片，切割口停留在支撑墙上，然后通过激光去键合或者红外加热等去除支撑墙顶端胶粘性，使芯片可以与透明基板分离；或者切割开芯片和支撑墙，通过去胶粘性，达到芯片的分离。

本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是该方法包括以下步骤：

a、将图像传感器芯片（1）的上表面和信号处理芯片（2）的下表面键合在一起；

b、对图像传感器芯片（1）的下表面进行减薄抛光，减薄抛光后在图像传感器芯片（1）上添加彩色滤光片（3）和微透镜（4），然后移除掉图像传感器芯片（1）的切割道部分，露出信号处理芯片（2）的切割道；

c、取透明基板（5），透明基板（5）与信号处理芯片（2）通过支撑墙（6）键合在一起，支撑墙（6）位于信号处理芯片（2）的切割道里；

d、对信号处理芯片（2）的上表面进行减薄抛光，减薄抛光后在信号处理芯片（2）上做出引线（7）和焊球（8）；

e、沿着信号处理芯片（2）的切割道位置进行划片，得到可直接进行贴装的单一芯片。

2.如权利要求1所述的一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是：所述c具体为以透明基板（5）为衬底，在透明基板（5）的上表面做出支撑墙（6），在支撑墙（6）的墙顶涂键合胶后与切割道内的信号处理芯片（2）键合在一起。

3.如权利要求1所述的一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是：所述c具体为在信号处理芯片（2）的切割道内做出支撑墙（6），支撑墙（6）的墙底涂键合胶后与所取的透明基板（5）键合在一起。

4.如权利要求2或3所述的一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是：所述键合胶为热固型胶或者光固型胶，通过激光或者红外线照射后该胶失去粘性。

5.如权利要求1所述的一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是：a中，图像传感器芯片（1）的上表面和信号处理芯片（2）的下表面通过铜氧混合键合方式、直接硅硅键合方式、硅氧键合方式或者氧氧键合方式键合在一起。

6.如权利要求1所述的一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是：b中，通过黄光、刻蚀或者直接切割移除掉图像传感器芯片（1）的切割道部分。

7.如权利要求1所述的一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是：所述透明基板（5）为有机玻璃基板、无机玻璃基板、陶瓷基板、塑料基板、有机薄膜或者硅片，透明基板（5）厚度为50μm~500μm。

8.如权利要求1所述的一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是：所述支撑墙（6）是正光阻或者负光阻通过光阻涂布、曝光、或者显影过程产生的图形，然后固化形成的光阻线，且支撑墙（6）为单层的或者多层的；或者，支撑墙（6）是直接粘附、涂布或者沉积的材质为聚丙烯酸酯或者聚异戊二烯橡胶的薄膜，该薄膜通过黄光和刻蚀工艺形成的线条，且支撑墙（6）为单层的或者多层的。

9.如权利要求1所述的一种图像传感器的晶圆级封装方法，其特征是：步骤d中，信号处理芯片（2）减薄后的厚度控制在20~150μm。

10.一种图像传感器的晶圆级封装品，其特征是：它包括图像传感器芯片（1）、信号处理芯片（2）、彩色滤光镜（3）、微透镜（4）、透明基板（5）、支撑墙（6）、引线（7）与焊球（8）；在图像传感器芯片（1）内设有彩色滤光镜（3）与微透镜（4），信号处理芯片（2）的下表面与图像传感器芯片（1）的上表面相连，在图像传感器芯片（1）的下方设有透明基板（5），在信号处理芯片（2）的基板层的下表面连接有支撑墙（6），支撑墙（6）的下端部与透明基板（5）的上表面相连，图像传感器芯片（1）的下表面与透明基板（5）的上表面之间存在间隙，在信号处理芯片（2）的基板层内设有引线（7），在引线（7）的上表面设有焊球（8）。