帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝，屬于影像傳感器封裝領域。所述的封裝結構包括：1.蓋板，在所述蓋板正面制作有空腔結構；2.晶圓，其包含晶圓正面和晶圓背面；3.影像傳感區(qū)和焊盤都分布在晶圓正面，其中焊盤分布在影像傳感區(qū)的周邊，并實現(xiàn)導通；4.鍵合膠，位于蓋板和晶圓之間，將二者鍵合在一起；5.在晶圓背面依次制作有鈍化層、金屬層、防焊層，通過上述結構組成的重分布線路層，將晶圓正面的焊盤與晶圓背面的焊球實現(xiàn)導通。通過本發(fā)明實施的封裝結構，首先，降低了封裝結構的厚度；其次，降低了金屬層中的應力；最后，提高了切割工藝良率，增強了封裝的可靠性。
【專利說明】帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝

【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝結構和一種制造所述封裝結構的方法，屬于影像傳感器封裝領域。

【背景技術】
[0002]影像傳感器是一種半導體模塊，是一種將光學影像轉換成為電子信號的設備，電子信號可以被用來做進一步處理，或被數(shù)字化后存儲，或用于將影像轉移至另一顯示裝置上顯示等。它被廣泛應用在數(shù)碼相機和其他電子光學設備中。影像傳感器如今主要分為電荷耦合器件⑴⑶)和0103影像傳感器￠13,(:1038011301-) 0雖然影像傳感器在影像質(zhì)量以及噪聲等方面優(yōu)于0103影像傳感器，但是0103傳感器可用傳統(tǒng)的半導體生產(chǎn)技術制造，生產(chǎn)成本較低。同時由于所用的元件數(shù)相對較少以及信號傳輸距離短，0^03影像傳感器具備功耗、電容、電感和寄生延遲低等優(yōu)點。
[0003]隨著芯片尺寸封裝(⑶?)等新型封裝技術的出現(xiàn)，影像傳感器封裝也向著更輕、更薄、更便攜的方向發(fā)展。正是由于03？產(chǎn)品的封裝體小而薄，因此它在手持式移動電子設備中迅速獲得了應用。采用封裝的影像傳感器不僅明顯地縮小了封裝后的體積尺寸、降低了封裝成本、提高了封裝效率，而且更加符合高密度封裝的要求；同時由于數(shù)據(jù)傳輸路徑短、穩(wěn)定性高，這種封裝在降低能耗的同時還提升了數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣群头€(wěn)定性。
[0004]但是在目前的影像傳感器封裝中，還存在著許多影響產(chǎn)品可靠性的問題:
[0005]1.對于現(xiàn)有封裝結構，如圖1(^所示，為了在蓋板1和晶圓4之間形成密閉的空腔，通過在二者之間制作具有一定厚度的支撐墻2，從而在晶圓4上覆蓋一層蓋板1。而選用支撐墻2的材料一般多為高分子聚合物材料，由于蓋板1、晶圓4、支撐墻2這三種材料的熱膨脹系數(shù)相差較大，而熱膨脹系數(shù)的不匹配會導致熱應力的發(fā)生，造成封裝結構在后續(xù)可靠性實驗和服役中，容易發(fā)生支撐墻與蓋板1和晶圓4之間的分層、裂紋，從而導致器件功能下降甚至失效；此外，由于支撐墻2都具有一定的高度，從而增加了封裝結構總體的厚度，影響了產(chǎn)品最終的外形尺寸，特別是在厚度方向產(chǎn)生劣勢。
[0006]2.由于在封裝結構中存在著許多不同的材料，而每種材料的熱膨脹系數(shù)又有差異，這就導致在器件服役過程中，由于熱膨脹系數(shù)的不匹配而導致熱應力的發(fā)生。特別是在焊盤6同金屬層8的拐角處，經(jīng)常容易發(fā)生金屬層8本身的裂紋斷裂以及焊盤6同金屬層8之間的分層，從而導致信號中斷，造成斷路。
[0007]3.現(xiàn)有封裝工藝往往先是在晶圓4的背面整面上制作含金屬層8的重分布線路層，然后再對晶圓4進行切割形成單顆的芯片。由于需要切割的區(qū)域包含重分布線路層、硅、聚合物、蓋板1等多種硬度不同的材料，這就對切割工藝提出了極大的挑戰(zhàn)，容易產(chǎn)生碎片、裂片等現(xiàn)象。另一方面，在封裝產(chǎn)品的后續(xù)服役過程中，由于金屬層8在封裝結構的四周處是直接同外界接觸，一旦發(fā)生界面之間的分層，容易將外界環(huán)境中的濕氣引入封裝結構內(nèi)部，造成器件的加速失效。
[0008]因此，迫切需要一種新的高可靠性影像傳感器封裝來提高器件的可靠性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的第一方面是:提供一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝結構。通過本發(fā)明實施的封裝結構:第一，由于沒有采用具有一定厚度的支撐墻，降低了封裝結構的厚度。第二，通過改變晶圓背面1026的重分布線路層同晶圓正面1023的焊盤104的連接方式，降低了金屬層107在拐角處的應力，這樣改善了金屬層107在拐角處的裂紋斷裂等失效。第三，通過利用防焊層108將晶圓102四周的金屬層107進行包裹，減少了切割過程中需要去除材料的種類，既提高了切割工藝良率，又增強了封裝的可靠性。
[0010]為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術方案:
[0011]本發(fā)明實施的帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝結構，所述結構包括:蓋板100，并且在蓋板正面1003制作有空腔結構100。；晶圓102 ；在晶圓正面1023預制有影像傳感區(qū)103和焊盤104 ；鍵合膠101，通過在蓋板正面1003涂布一層鍵合膠101，將蓋板正面1003同晶圓正面1023鍵合到一起；重分布線路層，在晶圓背面1026依次制作有鈍化層105、金屬層107、防焊層108，通過上述結構組成的重分布線路層，將晶圓正面1023的焊盤104與晶圓背面1026的焊球109實現(xiàn)導通。
[0012]在所述重分布線路層中，通過在鈍化層105上制作開口 106，將晶圓正面1023的焊盤104暴露出來，然后在制作金屬層107，從而實現(xiàn)焊盤104同金屬層107之間的導通。
[0013]所述金屬層107在晶圓102的邊緣處被所述防焊層107所包裹而不與外界直接接觸。
[0014]可選的，所述蓋板100的材料可以是玻璃、石英、塑膠等透明材質(zhì)。
[0015]可選的，所述空腔結構100。位于蓋板正面1003的中央，功能區(qū)103的正上方；并且空腔結構100。的截面可以為圓形或者方形。
[0016]可選的，所述鈍化層105上的開口 106為若干個小孔，其截面可以為圓形或者方形，位于焊盤104的中間處。
[0017]本發(fā)明的第二方面是提供了一種制造所述帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝的方法，包括以下步驟:
[0018]步驟1，制作蓋板100:在蓋板正面1003制作空腔結構100(3。
[0019]步驟2，晶圓102鍵合:利用鍵合機，通過在蓋板正面1003涂布一層鍵合膠101，將蓋板正面1003同晶圓正面1023鍵合在一起。
[0020]步驟3，晶圓102減薄，減薄過程分兩步進行:首先，通過研磨機，對晶圓背面102)3進行研磨，將晶圓102減薄到設定厚度；然后，對減薄后的晶圓背面1026進行去應力等離子刻蝕。
[0021]步驟4，娃去除:將晶圓背面102)3四周的娃進行去除，暴露出晶圓正面102&的焊盤 104。
[0022]步驟5，重分布線路層，包含三步:首先，在晶圓背面1026沉積一層鈍化層105，并通過制作開口 106將晶圓正面1023的焊盤104暴露出來；其次，在鈍化層105表面及開口106內(nèi)濺射金屬層107，并將其圖案化以形成線路；最后，在金屬層107表面覆蓋一層防焊層108，并在預設焊球109的位置將金屬層107暴露出來。
[0023]步驟6，制作焊球109:將焊球形成于晶圓背面1026的重分布線路層上，然后對晶圓102的四周進行切割以形成單顆芯片的封裝。
[0024]所述晶圓背面1026的重分布層包括鈍化層105、金屬層107和防焊層108。
[0025]可選的，所述蓋板100同晶圓第一表面1023利用鍵合膠101進行鍵合，所述鍵合膠101為一種樹脂類粘接膠。
[0026]可選的，所述硅凹槽105采用等離子刻蝕的干法刻蝕工藝，包括深反應離子刻蝕
(0尺12)。
[0027]可選的，所述硅去除工藝步是采用等離子刻蝕的干法刻蝕工藝、包含硅刻蝕液的濕法刻蝕工藝以及刀直接切割這三種方式之一進行。
[0028]可選的，所述最外側的防焊層108的厚度不超過鈍化層105厚度的1.5倍，以降低不同材料界面之間的應力。
[0029]與現(xiàn)有技術相比，通過本發(fā)明專利的實施，有益效果是:
[0030]1.通過在蓋板100上制作空腔結構100(3，從而省去了傳統(tǒng)封裝結構中，在蓋板100和晶圓102鍵合時所需的支撐墻結構，降低了封裝結構整體的厚度，實現(xiàn)了封裝結構的小型化、超薄化。
[0031]2.通過改變晶圓背面1026的重分布線路層同晶圓正面1023的焊盤104的連接方式，將金屬層107中的最大應力從原拐角處轉移到鈍化層105的開口 106處，同時降低了金屬層107在拐角處的應力，有限元計算顯示，相比傳統(tǒng)的結構，金屬層107在拐角處的應力有40%的下降，這樣改善了金屬層107在拐角處的裂紋斷裂等失效。
[0032]3.通過利用所述防焊層108將晶圓102四周邊緣處的金屬層108進行包裹，從而使金屬層107不直接與外界進行接觸，這一方面降低了對切割工藝步的挑戰(zhàn)，由于在切割工藝中減少了對金屬層107的切割，減少了需要切割的材料種類，從而減少了由于切割造成的碎片、裂片現(xiàn)象，提高了切割的良率。另一方面，由于金屬層107不與外界直接接觸，降低了邊界處不同界面之間的剝離應力，也能夠防止?jié)駳庋刂饘賹?07進入到封裝內(nèi)部，提高了產(chǎn)品在服役階段的可靠性。
[0033]本發(fā)明的下文特舉例實施例，并配合附圖對本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點做詳細說明。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0034]圖1⑷和㈦分別為現(xiàn)有的芯片封裝結構示意圖以及根據(jù)本發(fā)明繪制的一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝結構示意圖。
[0035]圖2(8)到為根據(jù)本發(fā)明的實施例繪制的一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝制造流程剖面示意圖。
[0036]圖中標號:1.玻璃，2.支撐墻，3.粘接膠，4.晶圓，5.影像傳感區(qū)，6.焊盤，7.鈍化層，8.金屬層，9.防焊層，10.焊球，100.蓋板，10(^.蓋板正面，100匕蓋板背面，101.鍵合膠，102.晶圓，1021晶圓正面，1021晶圓背面，103.影像傳感區(qū)，104.焊盤，105.鈍化層，106.開口，107.金屬層，108.防焊層，109.焊球。

【具體實施方式】
[0037]下面將參照附圖對本發(fā)明進行更詳細的描述:
[0038]以圖1(6)所示，本發(fā)明實施方式的一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝包括:1.蓋板100，在所述蓋板正面1003制作有空腔結構100。么晶圓102，其包含晶圓正面1023和晶圓背面1026:3.影像傳感區(qū)103和焊盤104，所述影像傳感區(qū)103和焊盤104都分布在晶圓正面102^其中焊盤104分布在影像傳感區(qū)103的周邊，并實現(xiàn)導通；
4.鍵合膠101，位于蓋板100和晶圓102之間，將二者鍵合在一起:5.重分布線路層，在晶圓背面1026依次制作有鈍化層105、金屬層107、防焊層108，通過上述結構組成的重分布線路層，將晶圓正面1023的焊盤104與晶圓背面1026的焊球109實現(xiàn)導通。
[0039]下面將結合圖2(幻到來詳細說明本實施例的一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝制造流程。圖2(4到為根據(jù)本發(fā)明的實施例繪制的一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝制造流程剖面示意圖。
[0040]步驟1，制作蓋板100:
[0041]請參考圖2(4，首先提供蓋板100，通過均膠機，在蓋板正面1003上均勻涂布一層光刻膠，利用曝光顯影工藝將需要制作空腔結構100。的窗口打開，然后通過刻蝕工藝在蓋板正面1003形成空腔結構100(3，最后將涂布的光刻膠進行去除。
[0042]在本實施例中，所述蓋板100可以是玻璃、石英、塑膠等透明材質(zhì)。所述腔體可以為圓形或者方形。
[0043]步驟2，晶圓102鍵合:
[0044]請參考圖2(4，首先在蓋板正面1003涂布一層鍵合膠101，然后利用鍵合機將蓋板正面1003同晶圓正面1023進行鍵合。
[0045]在本實施例中，鍵合膠101可以采用滾刷的方式進行涂布，并且所述鍵合膠101為一種樹脂類粘接膠。
[0046]步驟3，晶圓102減薄，減薄過程分兩步進行:
[0047]請參考圖2(0，首先，通過研磨機對晶圓背面1026進行研磨，減薄到設定厚度；然后，在研磨后對晶圓背面1026進行去應力等離子刻蝕。
[0048]在本實施例中，將晶圓102的厚度從最開始的600?700微米降至130微米左右；去應力等離子蝕刻是為了去除晶圓102中由于研磨產(chǎn)生的內(nèi)應力，改善晶圓102的翹曲，便于后續(xù)工藝進行。
[0049]步驟4，硅去除:
[0050]請參考圖2 ((3),將晶圓背面102)3四周的娃進行去除，以暴露出晶圓正面102&的焊盤 104。
[0051]在本實施例中，所述的去除方法包括:￡1.等離子刻蝕的干法刻蝕工藝，如深反應離子刻蝕(081?山.包含硅刻蝕液的濕法刻蝕工藝；采用刀〈V槽刀)的方式直接切割形成。
[0052]步驟5，重分布線路層，由鈍化層105、金屬層107和防焊層108組成，主要包含三1卜.少:
[0053]1.請參考圖2((1)，在晶圓背面1026沉積一層鈍化層105，并通過制作開口 106將晶圓正面的焊盤104暴露出來；
[0054]2.請參考圖2 (6),在鈍化層105表面及其開口 106內(nèi)濺射金屬層107，然后將其圖案化以形成線路，同時將晶圓102四周的金屬層107去除；
[0055]3.請參考圖2 (^)，在金屬層107表面覆蓋一層防焊層108，并在預設焊球109的位置將金屬層107暴露出來。
[0056]在本實施例中，所述鈍化層105可以是氧化物(如二氧化硅)、氮化物(如氮化硅)或者絕緣的高分子聚合物。所述鈍化層105上的開口 106為若干個小孔，其截面可以為圓形或者方形，位于焊盤104的中間處。
[0057]步驟6，制作焊球109:
[0058]請參考圖2(0，將焊球109形成于晶圓背面1026的重分布線路層上，然后對晶圓102的四周進行切割以形成單顆芯片的封裝。
[0059]在本實施例中，所述焊球109可以采用植球或者鋼網(wǎng)印刷的方式制作。
[0060]本發(fā)明所進行的實施例的描述是目的是有效的說明和描述本發(fā)明，但借助這僅借助實例且不應理解為限制由權利要求書界定的本發(fā)明的范圍。任何本領域所屬的技術人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動和修改。因此本發(fā)明的保護覆蓋權利要求所界定的發(fā)明的實質(zhì)和范圍內(nèi)的修改。
【權利要求】
1.一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝結構，其特征在于包括: 提供晶圓，其中包括在晶圓正面具制作有多個芯片區(qū)，芯片區(qū)包括位于中央的影像傳感區(qū)和四周邊緣的焊盤； 蓋板，在晶圓正面覆蓋一層蓋板，其中在蓋板正面的中央制作有空腔結構，從而在蓋板和晶圓之間形成一個密閉空腔； 晶圓背面的重分布線路層，通過將晶圓背面四周的硅去除，將晶圓正面的焊盤暴露出來后再制作所述重分布線路層；重分布線路層依次由鈍化層、金屬層和防焊層組成，通過制作重分布線路層，將晶圓正面的焊盤導通到晶圓背面，并與晶圓背面的焊球相連接； 在所述重分布線路層中，通過在鈍化層上制作開口，將晶圓正面的焊盤暴露出來，然后制作金屬層，從而實現(xiàn)焊盤同金屬層之間的導通；所述金屬層在晶圓邊緣處被防焊層所包裹而不與外界直接接觸。
2.根據(jù)權利要求1所述的封裝結構，其特征在于，其中所述鈍化層開口為若干個小孔，其截面為圓形或者方形。
3.制備權利要求1所述的一種帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟I，制作蓋板:在蓋板正面制作空腔結構； 步驟2，晶圓鍵合:利用鍵合機，通過在蓋板正面涂布一層鍵合膠，將蓋板正面同晶圓正面鍵合在一起； 步驟3，晶圓減薄，減薄過程分兩步進行:首先，通過研磨機，對晶圓背面進行研磨，將晶圓減薄到設定厚度；然后，對減薄后的晶圓背面進行去應力等離子刻蝕； 步驟4，硅去除:將晶圓背面四周的硅進行去除，暴露出晶圓正面的焊盤； 步驟5，重分布線路層，主要包含三步:首先，在晶圓背面沉積一層鈍化層，并通過制作開口將晶圓正面的I/O暴露出來；其次，在鈍化層表面及其開口內(nèi)濺射金屬層，并將其圖案化以形成線路；最后，在金屬層表面覆蓋一層防焊層，并在預設焊球的位置將金屬層暴露出來； 步驟6，制作焊球:將焊球形成于晶圓背面的重分布線路層上，然后對晶圓的四周進行切割以形成單顆芯片的封裝。
4.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，所述硅去除工藝步是采用等離子刻蝕的干法刻蝕工藝、包含硅刻蝕液的濕法刻蝕工藝以及V-cut刀直接切割這三種方式之一進行。
5.根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，防焊層的厚度不超過鈍化層厚度的1.5倍。
【文檔編號】H01L27/146GK104409464SQ201410677794
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年11月23日 優(yōu)先權日:2014年11月23日
【發(fā)明者】秦飛, 武偉, 安彤, 肖智軼 申請人:北京工業(yè)大學