專利名稱：圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種MOEMS (微光機(jī)電系統(tǒng))封裝技術(shù)，尤其涉及一種圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)如今，對于如PDA，筆記本電腦和移動(dòng)手機(jī)等移動(dòng)終端設(shè)備來說，人們對多功能、 低成本的需求在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和制造技術(shù)中發(fā)揮著越來越重要的作用。近年來，在手機(jī)等便攜式消費(fèi)電子產(chǎn)品終端上搭載有微型的視頻攝像模塊。在移動(dòng)手機(jī)中，除了它的主要功能以外，攝像功能被用戶和手機(jī)制造商認(rèn)為是核心功能。行業(yè)為此投入了大量的精力致力于提升和優(yōu)化移動(dòng)手機(jī)攝像頭的制造工藝。圓片級(jí)攝像頭(Wafer level camera)被認(rèn)為是能夠滿足這些需求的技術(shù)。
消費(fèi)類電子產(chǎn)品中圖像傳感器分辨率不斷的增加及對市場對小外形攝像頭的需求使得圖像傳感器的像素點(diǎn)減小到1.4Mm。這一技術(shù)進(jìn)步使得人們能夠生產(chǎn)出高像素且小外形的的圖像傳感器。除了像素點(diǎn)尺寸以外，圖像傳感器的制造和封裝工藝也是影響攝像頭最終尺寸的關(guān)鍵因素。攝像頭中的CMOS圖像傳感器的有源面需要在封裝過程中得到保護(hù)，從而避免像素點(diǎn)被工藝過程中的顆粒沾污。目前人們通常采用熱固性樹脂將玻璃圓片與硅片粘結(jié)起來并用于控制玻璃圓片與圖像傳感器芯片的距離，由于熱固性樹脂內(nèi)填有顆粒，因此在制作通孔的時(shí)候，顆粒容易污染芯片的表面；此外，在用等離子體對樹脂進(jìn)行加工時(shí)，也容易產(chǎn)生副產(chǎn)物從而污染芯片表面，造成成品率大幅度下降至90%左右；同時(shí)玻璃圓片與硅圓片之間的間距難以控制。此外，這種方法封裝的圖像傳感器的玻璃圓片與硅圓片的平整度也很難控制，專利申請人發(fā)展了幾種圓片級(jí)玻璃微球腔的制備方法正壓熱成型和負(fù)壓熱成型方法。Pyrex7740玻璃(含有堿金屬離子，Pyrex是美國Corning公司的品牌)是一種重要的材料，它有著與半導(dǎo)體硅材料(常溫下，Pyrex7740玻璃熱膨脹系數(shù)為 iSjpiw/JT ,硅的熱膨脹系數(shù)為13JT)相匹配的熱膨脹系數(shù)，有著高透光率和較強(qiáng)的強(qiáng)度，使得Pyrex7740玻璃廣泛應(yīng)用于MOEMS、MEMS封裝和微流體等領(lǐng)域。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種工藝流程簡單、成本低、高度可控、平行度好、成品率高的圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法。
本發(fā)明采用如下技術(shù)方案一種圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，包括以下步驟第一步，在硅圓片上刻蝕微槽環(huán)陣列，從而得到硅圓片模具；第二步，將硼硅玻璃圓片與上述硅圓片模具在真空條件下進(jìn)行鍵合，使得硅圓片模具的微槽環(huán)密封；第三步，將上述鍵合好的圓片加熱至玻璃軟化點(diǎn)以上并保溫一定時(shí)間，外界環(huán)境的大氣壓使得軟化的玻璃成型獲得玻璃凸環(huán)，然后冷卻使玻璃凝固，再進(jìn)行退火；第四步，除去硅圓片模具，從而得到帶有玻璃凸環(huán)和平面光學(xué)窗口的玻璃圓片；第五步，將帶有玻璃凸環(huán)和平面光學(xué)窗口的玻璃圓片與載有固態(tài)圖像傳感器的圓片對準(zhǔn)后，用膠粘劑在玻璃凸環(huán)的端部將兩者粘結(jié)起3來，從而使得固態(tài)圖像傳感器密封，再經(jīng)過背面減薄工藝即可得到封裝好的固態(tài)圖像傳感ο
上述技術(shù)方案中，所述方形槽的圖形與(100)硅圓片的(110)方向垂直或平行，可通過設(shè)計(jì)硅模具開口寬度和腐蝕的條件及時(shí)間來精確控制玻璃圓片(2)與硅圓片(8)間的間距。所述的硼硅玻璃圓片優(yōu)選為Pyrex7740玻璃圓片。所述退火溫度為550°C 570°C， 退火保溫時(shí)間為30min，然后緩慢風(fēng)冷至常溫。第二步所述的粘結(jié)采用的方法為陽極鍵合， 陽極鍵合條件為電壓600V 800V，溫度為300°C 500°C。第三步所述鍵合好的圓片加熱溫度為820°C 900°C。
本發(fā)明獲得如下效果1.本發(fā)明將該含有淺槽陣列結(jié)構(gòu)的Si片與PyreX7740玻璃在真空條件下進(jìn)行陽極鍵合形成真空狀態(tài)的微腔，然后在常壓下加熱到玻璃的軟化點(diǎn)溫度進(jìn)行熱處理，只有微槽環(huán)對應(yīng)部位上方的熔融玻璃在真空負(fù)壓力的作用下與硅凹槽表面貼合，形成玻璃凸環(huán)，而環(huán)內(nèi)部分則不發(fā)生變形，從而提供優(yōu)異的平面光學(xué)窗口，使得圖像傳感器不會(huì)發(fā)生失真。由于本發(fā)明基于傳統(tǒng)的微電子加工工藝，在硅圓片上刻蝕淺槽陣列作為模具，由于Si微加工技術(shù)是非常成熟的工藝，其深度精確可控，因此能夠精確的控制和調(diào)整所成型的玻璃腔的高度，從而適合圖像傳感器的封裝；此外，由于通過微電子工藝制備的各玻璃凸環(huán)的高度一致性非常好，因而，封裝以后玻璃圓片與硅襯底的平行度非常好，正負(fù)不超過0.5度，避免了圖像傳感器圖像信號(hào)的失真，更有利于圖像傳感器性能的提高。此外，由于本發(fā)明無需采用等離子加工、鉆孔等工藝，因此不會(huì)對芯片產(chǎn)生顆粒、粉末污染，進(jìn)一步保證了封裝成品率的提高，封裝的圖像傳感器的成品率可達(dá)97%以上。此外，由于整個(gè)過程中不使用聚合物作為中間層，而采用與圖像傳感器載片熱膨脹系數(shù)匹配的玻璃，因此熱可靠性好，密封效果好，器件的可靠性能夠得到進(jìn)一步提高。
2.本發(fā)明中去除用于加工玻璃模具的硅模具之后，用玻璃焊料、UV膠或熱固性樹脂將玻璃圓片與圖像傳感器的硅圓片對準(zhǔn)且粘結(jié)起來。
3.本發(fā)明中的退火工藝可以有效的消除Pyrex7740玻璃承受高溫成型過程中形成的應(yīng)力，從提高玻璃結(jié)構(gòu)可靠性。在該條件下退火，既能有效退去應(yīng)力，還能夠使得微結(jié)構(gòu)的形狀基本無改變，而退火溫度過高容易導(dǎo)致微結(jié)構(gòu)形狀發(fā)生變化；而過低的退火溫度則無法有效去除Pyrex7740玻璃微結(jié)構(gòu)的應(yīng)力。
4.本發(fā)明采用常規(guī)硅微加工工藝在圓片上進(jìn)行加工，因此工藝過程簡單可靠，成本低廉，并且可實(shí)現(xiàn)玻璃模具的圓片級(jí)制造。
5.本發(fā)明制備與Si熱膨脹系數(shù)相當(dāng)?shù)腜yrex7740玻璃作為玻璃微腔結(jié)構(gòu)，在制備微腔時(shí)不容易使鍵合好的圓片因熱失配產(chǎn)生損壞，工藝過程中受熱時(shí)不易發(fā)生熱失配。


圖1為用于制備帶有凸環(huán)和平面光學(xué)窗口的玻璃圓片的硅模具表面示意2為熱成型后的玻璃圓片(未去除硅)截面示意3為熱成型后的玻璃圓片(已去除硅)截面示意4為玻璃圓片與固態(tài)圖像傳感器硅圓片粘結(jié)的截面示意5為硅圓片減薄后的截面示意圖。
具體實(shí)施方式

實(shí)施例1一種圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，包括以下步驟第一步，在硅圓片(例如4英寸圓片)上刻蝕微槽環(huán)陣列，從而得到硅圓片模具；該微腔為圓形或者方形，所述的制備硅圓片上的圖案結(jié)構(gòu)的工藝為濕法刻蝕工藝、反應(yīng)離子刻蝕(RIE)工藝或者深反應(yīng)離子刻蝕 (DRIE)中的一種。第二步，將硼硅玻璃圓片與上述硅圓片模具在真空(5E 5Pa)條件下進(jìn)行鍵合，使得硅圓片模具的微槽環(huán)密封；本發(fā)明中，所述的玻璃為Pyrex7740玻璃，所述的粘結(jié)采用的方法為陽極鍵合，陽極鍵合條件為電壓600V 800V，溫度為300°C 500°C。 第三步，將上述鍵合好的圓片加熱至玻璃軟化點(diǎn)以上并保溫一定時(shí)間，外界環(huán)境的大氣壓使得軟化的玻璃成型獲得玻璃凸環(huán)，然后冷卻使玻璃凝固，再進(jìn)行退火；所述鍵合好的圓片加熱溫度為820°C 900°C，保溫3 8min，在高溫下，腔外的壓強(qiáng)大于內(nèi)部壓強(qiáng)，腔內(nèi)外壓力差使軟化后的玻璃與硅凹槽表面貼合在一起，冷卻，再在常壓下退火消除應(yīng)力。退火溫度范圍為在550°C 570°C，退火保溫時(shí)間為30min，然后緩慢風(fēng)冷至常溫。第四步，將上述成型后的圓片放入TMAH堿性溶液中腐蝕，除去硅圓片模具，從而得到帶有玻璃凸環(huán)和平面光學(xué)窗口的玻璃圓片；第五步，將帶有玻璃凸環(huán)和平面光學(xué)窗口的玻璃圓片與載有固態(tài)圖像傳感器的圓片對準(zhǔn)后，用UV固化膠在玻璃凸環(huán)的端部將兩者粘結(jié)起來，從而使得固態(tài)圖像傳感器密封，再經(jīng)過背面減薄工藝即可得到封裝好的固態(tài)圖像傳感器。
權(quán)利要求
1.一種圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，其特征在于，包括以下步驟第一步，在硅圓片上刻蝕微槽環(huán)(1)陣列得到硅圓片模具(2)；第二步，將硼硅玻璃圓片與上述硅圓片模具(2)在真空條件下進(jìn)行鍵合，使得硅圓片模具(2)的微槽環(huán)(1)密封; 第三步，將上述鍵合好的圓片加熱至玻璃軟化點(diǎn)以上并保溫一定時(shí)間，外界環(huán)境的大氣壓使得軟化的玻璃成型獲得玻璃凸環(huán)(4)，然后冷卻使玻璃凝固，再進(jìn)行退火；第四步，除去硅圓片模具(2)，從而得到帶有玻璃凸環(huán)(4)和平面光學(xué)窗口(5)的玻璃圓片；第五步，將帶有玻璃凸環(huán)(4)和平面光學(xué)窗口(5)的玻璃圓片與載有固態(tài)圖像傳感器的圓片對準(zhǔn)后，用膠粘劑(6)在玻璃凸環(huán)的端部將兩者粘結(jié)起來，從而使得固態(tài)圖像傳感器密封，再經(jīng)過背面減薄工藝即可得到封裝好的固態(tài)圖像傳感器。
2.根據(jù)權(quán)利要求2所述的圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，其特征在于，所述的硼硅玻璃圓片為Pyrex7740玻璃圓片。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，其特征在于，所述硅圓片(2)為(100)晶向的硅圓片，方形槽的圖形與(100)硅圓片的(110)方向垂直或平行，腐蝕方法為濕法腐蝕或干法刻蝕。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，其特征在于，所述退火溫度為550°C 570°C，退火保溫時(shí)間為30min，然后緩慢風(fēng)冷至常溫。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，其特征在于，第三步所述鍵合后的圓片加熱溫度為820°C 900°C。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，其特征在于，第二步所述的粘結(jié)采用的方法為陽極鍵合，陽極鍵合條件為電壓600V 800V，溫度為300°C 500°C，氣壓為 2E-5 8E-5Pa。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，其特征在于，采用的粘結(jié)劑為玻璃焊料或UV固化膠等。
全文摘要
本發(fā)明提供一種圓片級(jí)固態(tài)圖像傳感器的封裝方法，包括以下步驟在硅圓片上刻蝕微槽環(huán)陣列得到硅圓片模具；將硼硅玻璃圓片與上述硅圓片模具在真空條件下進(jìn)行鍵合，使得硅圓片模具的微槽環(huán)密封；將上述鍵合好的圓片加熱至玻璃軟化點(diǎn)以上并保溫一定時(shí)間，外界環(huán)境的大氣壓使得軟化的玻璃成型獲得玻璃凸環(huán)，然后冷卻使玻璃凝固，再進(jìn)行退火；除去硅圓片模具，從而得到帶有玻璃凸環(huán)和平面光學(xué)窗口的玻璃圓片；對準(zhǔn)后，用膠粘劑在玻璃凸環(huán)的端部將兩者粘結(jié)起來，從而使得固態(tài)圖像傳感器密封，再經(jīng)過背面減薄工藝即可得到封裝好的固態(tài)圖像傳感器。該方法具有工藝流程簡單、成本低、高度可控、平行度好、成品率高的特點(diǎn)。
文檔編號(hào)H01L27/146GK102502480SQ20111045788
公開日2012年6月20日 申請日期2011年12月30日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月30日
發(fā)明者于慧, 尚金堂, 秦順金, 蒯文林 申請人:東南大學(xué)