Cmos圖像傳感器的芯片級封裝方法
【專利摘要】本發明提供一種CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法，包括：提供晶圓，所述晶圓具有多個圖像傳感器芯片，所述圖像傳感器芯片相互之間具有切割道，每個所述圖像傳感器芯片具有感光區域和非感光區域，所述感光區域上具有像素單元，所述非感光區域上具有第一電極；提供支撐框架，所述支撐框架固定在所述圖像傳感器芯片上，所述支撐框架的內側開口暴露出所述感光區域，所述支撐框架不完全遮蓋第一電極，在第一電極和支撐框架的表面形成導電層，電學連接至支撐框架的頂部觸點；沿所述切割道切割所述晶圓形成封裝件。
【專利說明】
CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法
技術領域
[0001]本發明涉及圖像傳感器領域，特點是涉及一種CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法。
【背景技術】
[0002]圖像傳感器是一種將光學信息(opticalinformat1n)轉換為電信號的半導體器件裝置。現有圖像傳感器可以被進一步分為互補金屬氧化物半導體(CMOS)圖像傳感器和電荷耦合器件(CXD )圖像傳感器。
[0003]圖像傳感器正朝著微型化的趨勢發展，新一代電子產品對圖像傳感器封裝結構有著更高的要求，例如更小的外形和更低的成本。然而傳統的圖像傳感器封裝方法通常是將圖像傳感器功能面的焊盤引到背面，再在背面制作導電焊球或者引腳，以使得所得到的圖像傳感器封裝結構能夠與外部電路進行連接。但是現有圖像傳感器封裝方法存在以下缺占.V.1.現有圖像傳感器封裝方法需要在圖像傳感器上制作背面引出結構，即所述的背面引出結構無法脫離圖像傳感器而先單獨制作完成，因此背面引出結構的良率不容易單獨控制，并且背面引出結構的制作良率不高，導致封裝工藝良率低；
2.現有圖像傳感器封裝方法除了需要設置背面引出結構之外，還需要在圖像傳感器功能面設置保護基板進行保護，這樣，圖像傳感器的功能面和背面都需要增加一定厚度，因此無法將圖像傳感器封裝結構制作得較薄；
3.對圖像傳感器設置背面引出結構時，需要在背面設置絕緣層和保護層等結構，以保護相應的導線，然而這些導線、絕緣層或保護層的設置，不僅增加圖像傳感器封裝的復雜程度和工藝成本，而且使所形成的圖像傳感器封裝結構的散熱性能下降。
[0004]對應的，現有圖像傳感器封裝結構存在著可靠性低、厚度大和散熱性能差的問題。由于現有圖像傳感器封裝結構和封裝方法存在上述問題，現有圖像傳感器模組形成方法同樣會存在制作工藝良率低、工藝復雜和工藝成本高的問題，現有圖像傳感器模組同樣存在厚度大和散熱性能差的問題。
[0005]更多關于圖像傳感器封裝的內容可參考公開號為CN102544040A(2012年7月4號公開)的中國專利申請。
[0006]此外，中國發明專利CN201310217356.6，公開了一種采用框板的封裝方式，圖像傳感器封裝結構包括:圖像傳感器，所述圖像傳感器的功能面具有感光區域和非感光區域，所述感光區域上具有像素單元，所述非感光區域上具有第一電極;與所述圖像傳感器固定連接的引線板，所述引線板具有框板和貫穿所述框板厚度的內置導線，所述框板具有開口，所述開口暴露出所述感光區域，所述內置導線的一端與所述第一電極電連接。這種圖像傳感器的封裝方式中，需要對框板中進行穿孔并布置導線。
[0007]為此，亟需一種圖像傳感器的封裝方法，以解決現有圖像傳感器封裝方法工藝復雜和工藝成本高的問題，現有圖像傳感器封裝結構厚度大和散熱性能差的問題，現有圖像傳感器模組形成方法工藝復雜和工藝成本高的問題，以及現有圖像傳感器模組厚度大和散熱性能差的問題。
【發明內容】
[0008]本發明解決的問題是提供一種CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法，包括:提供晶圓，所述晶圓具有多個圖像傳感器芯片，所述圖像傳感器芯片相互之間具有切割道，每個所述圖像傳感器芯片具有感光區域和非感光區域，所述感光區域上具有像素單元，所述非感光區域上具有第一電極;提供支撐框架，所述支撐框架固定在所述圖像傳感器芯片上，所述支撐框架的內側開口暴露出所述感光區域，所述支撐框架不完全遮蓋第一電極，在第一電極和支撐框架的表面形成導電層，電學連接至支撐框架的頂部觸點；沿所述切割道切割所述晶圓形成封裝件。
[0009]可選的，提供的所述支撐框架設置有:對應于圖像傳感器芯片感光區域的透光蓋板。
[0010]可選的，所述支撐框架未設置透光蓋板，所述步驟還包括:
沿所述切割道切割所述晶圓，于支撐框架上粘接透光蓋板形成封裝件；
或者粘接透光蓋板于所述支撐框架，再沿所述切割道切割所述晶圓形成封裝件。
[0011]可選的，對應每一導電彈性體于支撐框架上形成至少兩個頂部觸點，所述頂部觸點的寬度為I微米至20微米，長度為5微米至20微米;最外側頂部觸點之間間隔為10微米以上；以增加導電彈性體壓靠于頂部觸點的壓強，同時減少導電彈性體的扭動、翹曲。
[0012]可選的，對應每一導電彈性體于支撐框架上形成一個頂部觸點，所述頂部觸點的寬度為I微米至20微米，長度為100微米至300微米，增加導電彈性體壓靠于頂部觸點的壓強，同時減少導電彈性體的扭動、翹曲。
[0013]可選的，于所述支撐側墻內側形成透氣結構。
[0014]可選的，所述透光蓋板為:紅外濾光膜、藍玻璃。
[0015]可選的，所述形成支撐框架的步驟包括:
SlOO:提供娃晶圓；
S200:于硅晶圓表面形成頂部觸點結構；
S300:刻蝕對應于感光區區域的硅晶圓形成第一凹槽及第一凹槽內的子凹槽，所述第一凹槽具有支撐界面適于粘合透光蓋板；
S400:粘合支撐晶圓與硅晶圓，背面研磨硅晶圓至暴露出子凹槽；
S500:將硅晶圓與圖像傳感器晶圓鍵合，去除支撐晶圓，形成支撐框架。
[0016]可選的，當第一電極位于支撐框架外側時，所述S300步驟還包括:刻蝕對應于非感光區域的硅晶圓形成第二凹槽，第二凹槽的底部對應于第一電極。
[0017]與現有技術相比，本發明的技術方案具有以下優點:
本發明所提供的圖像傳感器模組形成方法使用本發明實施例所提供的圖像傳感器封裝方法，因此，所述圖像傳感器模組形成方法具有工藝良率高、工藝簡單和工藝成本低的特點，并且所述形成方法制作出的圖像傳感器模組厚度小。
[0018]本發明所提供的圖像傳感器模組由于具有本發明所提供的圖像傳感器封裝結構，因此，所述圖像傳感器模組可靠性高，散熱性能好，并且厚度小。
[0019]進一步的，所述圖像傳感器模組還包括具有頂部觸點的支撐框架，支撐框架的側壁不完全覆蓋第一電極，并在第一電極和支撐框架的表面形成導電層，電學連接至支撐框架的頂部觸點能較好的保證圖像傳感器芯片的信號傳輸至頂部觸點再通過導電彈性體傳輸至外部，保證電學性能。此外采用硅材質制作支撐框架能夠防止灰塵或者水分影響圖像傳感器封裝結構，并且能夠防止外力損壞圖像傳感器封裝結構。
【附圖說明】
[0020]圖1至圖12為本發明實施例一CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法的示意圖；
圖13至圖23為本發明實施例二 CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法的示意圖；
圖24為本發明涉及一實施例中支撐框架的頂部觸點的結構示意圖；
圖25為本發明涉及一實施例中支撐框架的頂部觸點的結構示意圖；
圖26為本發明CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法的步驟示意圖；
圖27為本發明CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法中形成支撐框架的步驟示意圖。
【具體實施方式】
[0021 ]本發明提供一種CMOS圖像傳感器的晶圓級的封裝方法，包括:提供晶圓，所述晶圓具有多個圖像傳感器芯片，所述圖像傳感器芯片相互之間具有切割道，每個所述圖像傳感器芯片具有感光區域和非感光區域，所述感光區域上具有像素單元，所述非感光區域上具有第一電極;提供支撐框架，所述支撐框架固定在所述圖像傳感器芯片上，所述支撐框架的內側開口暴露出所述感光區域，所述支撐框架不完全遮蓋第一電極，在第一電極和支撐框架的表面形成導電層，電學連接至支撐框架的頂部觸點；沿所述切割道切割所述晶圓形成封裝件。
[0022]為使本發明的上述目的、特征和優點能夠更為明顯易懂，下面結合附圖對本發明的具體實施例做詳細的說明。
[0023]需要說明的是，由于本說明書附圖中所涉及的各結構對稱性較高，為更清楚地顯示，在標記時，同一幅圖中相同結構通常僅標記一次。
[0024]本發明實施例一提供一種CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法，請結合參考圖1至圖12。
[0025]請參考圖1，提供晶圓100，晶圓100用來形成后續的支撐框架結構，在本實施例中采用硅晶圓100，圖2中對硅晶圓100進行刻蝕，形成若干凸起結構，該些凸起結構作為支撐框架結構的頂部觸點110，分別控制其中距離相對較遠的相鄰兩個凸起結構的距離以對應于每一個圖像傳感器芯片單元。該些凸起結構的高度為5微米至50微米，在本實施例中為20微米，圖3中對硅晶圓100再次刻蝕，形成若干第二凹槽120，第二凹槽120對應于相鄰圖像傳感器芯片之間的區域；圖4中對硅晶圓100上對應于同一個圖像傳感器芯片的感光區域進行刻蝕形成第一凹槽140，其中第一凹槽140位于凸起結構110之間。圖5中，在第一凹槽140中進一步刻蝕形成子凹槽150，子凹槽150的內側還可形成透氣結構。圖6中，提供支撐晶圓200，支撐晶圓200的材質可為玻璃，支撐晶圓200與硅晶圓100進行臨時鍵合或臨時粘合，臨時鍵合或臨時粘合采用臨時鍵合膠、光敏膠、熱敏膠均可。圖7，背面研磨硅晶圓100至暴露出子凹槽150，形成支撐框架300。圖8將硅晶圓(即支撐框架300)與圖像傳感器晶圓400鍵合，去除支撐晶圓200，圖像傳感器晶圓400具有多個圖像傳感器芯片，在本實施例中截取了圖像傳感器晶圓400的兩個圖像傳感器芯片作為本發明的示意，圖像傳感器芯片相互之間具有切割道430，每個圖像傳感器芯片具有感光區域和非感光區域，感光區域上具有像素單元420，非感光區域上具有若干第一電極410，在本實施例中可以看到，形成的支撐框架300的外側表面130不完全覆蓋第一電極410。圖9中，在第一電極410和支撐框架300的外側表面130形成導電層160電學連接至支撐框架300的頂部觸點110，圖10中，提供透光蓋板500，透光蓋板500為紅外濾光膜、藍玻璃;粘結透光蓋板500于支撐框架300。在另一實施例中，于硅晶圓100與圖像傳感器晶圓400粘結之前，硅晶圓100已形成的支撐框架300上預先設置有對應于圖像傳感器芯片感光區域的透光蓋板500。圖11，對圖像傳感器晶圓400的背面進行減薄，采用研磨工藝(CMP、PMP)。圖12，沿切割道430對圖像傳感器晶圓400進行切割，分別形成圖像傳感器芯片封裝件。在另一實施例中，支撐框架300未預先設置有透光蓋板500時，先沿切割道430切割圖像傳感器晶圓400，再于支撐框架300上粘結透光蓋板500形成圖像傳感器芯片封裝件。
[0026]本發明實施例二提供另一種CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法，請結合參考圖13至圖23。
[0027]請參考圖13，提供晶圓100’，晶圓100’用來形成后續的支撐框架結構，在本實施例中采用硅晶圓100’，圖14中對硅晶圓100’進行刻蝕，形成若干凸起結構，該些凸起結構作為支撐框架結構的頂部觸點110’，分別控制其中距離相對較遠的相鄰兩個凸起結構的距離以對應于每一個圖像傳感器芯片單元。該些凸起結構的高度為5微米至50微米，在本實施例中為20微米，圖15中對硅晶圓100’上對應于同一個圖像傳感器芯片的感光區域進行刻蝕形成第一凹槽120’，其中第一凹槽120’位于凸起結構110’之間。圖16中，在第一凹槽120’中進一步刻蝕形成子凹槽130’，子凹槽130’內側還可形成透氣結構。圖17中，提供支撐晶圓200’，支撐晶圓200’的材質可為玻璃，支撐晶圓200’與硅晶圓100’進行臨時鍵合或臨時粘合，臨時鍵合或臨時粘合采用臨時鍵合膠、光敏膠、熱敏膠均可。圖18，背面研磨硅晶圓100’至暴露出子凹槽130’，形成支撐框架300’。圖19將硅晶圓(即支撐框架300’)與圖像傳感器晶圓400’鍵合，去除支撐晶圓200’，圖像傳感器晶圓400’具有多個圖像傳感器芯片，在本實施例中截取了圖像傳感器晶圓400’的兩個圖像傳感器芯片作為本發明的示意，圖像傳感器芯片相互之間具有切割道430’，每個圖像傳感器芯片具有感光區域和非感光區域，感光區域上具有像素單元420’，非感光區域上具有若干第一電極410’，在本實施例中可以看到，形成的支撐框架300’的內側表面靠近子凹槽130’的側壁處不完全覆蓋第一電極410’。圖20中，在第一電極410’和支撐框架300’的內側表面形成導電層160’電學連接至支撐框架300’的頂部觸點110 ’，圖21中，提供透光蓋板500，，透光蓋板500，為紅外濾光膜、藍玻璃，粘結透光蓋板500’于支撐框架300’。在另一實施例中，于硅晶圓100’與圖像傳感器晶圓400’粘結之前，硅晶圓100’已形成的支撐框架300’上預先設置有對應于圖像傳感器芯片感光區域的透光蓋板500 ’。圖22，對圖像傳感器晶圓400 ’的背面進行減薄，采用研磨工藝(CMP、PMP)。圖23，沿切割道430’對圖像傳感器晶圓400’進行切割，分別形成圖像傳感器芯片封裝件。在另一實施例中，支撐框架300 ’未預先設置有透光蓋板500 ’時，先沿切割道430 ’切割圖像傳感器晶圓400 ’，再于支撐框架300 ’上粘結透光蓋板500 ’形成圖像傳感器芯片封裝件。
[0028]請繼續參考圖24，圖24為本發明涉及一實施例中支撐框架的頂部觸點的結構示意圖；圖24為圖3或圖15中沿A方向的俯視圖，設置導電彈性體壓靠于頂部觸點，頂部觸點隨圖像傳感器芯片移動，導電彈性體不動;對應每一導電彈性體于支撐框架300上形成至少兩個頂部觸點310，頂部觸點310的寬度W為I微米至20微米，長度H為5微米至20微米;最外側頂部觸點之間間隔為10微米以上；以增加導電彈性體壓靠于頂部觸點的壓強，同時減少導電彈性體的扭動、翹曲。
[0029]請繼續參考圖25，圖25為本發明涉及一實施例中支撐框架的頂部觸點的結構示意圖；圖25為圖3或圖15中沿A方向的俯視圖，設置導電彈性體壓靠于頂部觸點，頂部觸點隨圖像傳感器芯片移動，導電彈性體不動，對應每一導電彈性體于支撐框架上形成一個頂部觸點，所述頂部觸點的寬度W為I微米至20微米，長度H為100微米至300微米，增加導電彈性體壓靠于頂部觸點的壓強，同時減少導電彈性體的扭動、翹曲。
[0030]請繼續參考圖26，圖26為本發明CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法的步驟示意圖。
[0031]S10:提供晶圓，所述晶圓具有多個圖像傳感器芯片，所述圖像傳感器芯片相互之間具有切割道，每個所述圖像傳感器芯片具有感光區域和非感光區域，所述感光區域上具有像素單元，所述非感光區域上具有第一電極；
S20:提供支撐框架，所述支撐框架固定在所述圖像傳感器芯片上，所述支撐框架的內側開口暴露出所述感光區域，所述支撐框架不完全遮蓋第一電極，在第一電極和支撐框架的表面形成導電層，電學連接至支撐框架的頂部觸點；
S30:沿所述切割道切割所述晶圓形成封裝件。
[0032]請繼續參考圖27，圖27為本發明CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法中形成支撐框架的步驟示意圖。
[0033]SlOO:提供硅晶圓；
S200:于硅晶圓表面形成頂部觸點結構；
S300:刻蝕對應于感光區區域的硅晶圓形成第一凹槽及第一凹槽內的子凹槽，所述第一凹槽具有支撐界面適于粘合透光蓋板；
S400:粘合支撐晶圓與硅晶圓，背面研磨硅晶圓至暴露出子凹槽；
S500:將硅晶圓與圖像傳感器晶圓鍵合，去除支撐晶圓，形成支撐框架。
[0034]本發明所提供的圖像傳感器模組形成方法使用本發明實施例所提供的圖像傳感器封裝方法，因此，所述圖像傳感器模組形成方法具有工藝良率高、工藝簡單和工藝成本低的特點，并且所述形成方法制作出的圖像傳感器模組厚度小。
[0035]本發明所提供的圖像傳感器模組由于具有本發明所提供的圖像傳感器封裝結構，因此，所述圖像傳感器模組可靠性高，散熱性能好，并且厚度小。
[0036]進一步的，所述圖像傳感器模組還包括具有頂部觸點的支撐框架，支撐框架的側壁不完全覆蓋第一電極，并在第一電極和支撐框架的表面形成導電層，電學連接至支撐框架的頂部觸點能較好的保證圖像傳感器芯片的信號傳輸至頂部觸點再通過導電彈性體傳輸至外部，保證電學性能。此外采用硅材質制作支撐框架能夠防止灰塵或者水分影響圖像傳感器封裝結構，并且能夠防止外力損壞圖像傳感器封裝結構。
[0037]雖然本發明披露如上，但本發明并非限定于此。任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍內，均可作各種更動與修改，因此本發明的保護范圍應當以權利要求所限定的范圍為準。
【主權項】
1.一種CMOS圖像傳感器的晶圓級封裝方法，其特征在于，包括: 提供晶圓，所述晶圓具有多個圖像傳感器芯片，所述圖像傳感器芯片相互之間具有切割道，每個所述圖像傳感器芯片具有感光區域和非感光區域，所述感光區域上具有像素單元，所述非感光區域上具有第一電極； 提供支撐框架，所述支撐框架固定在所述圖像傳感器芯片上，所述支撐框架的內側開口暴露出所述感光區域，所述支撐框架不完全遮蓋第一電極，在第一電極和支撐框架的表面形成導電層，電學連接至支撐框架的頂部觸點； 沿所述切割道切割所述晶圓形成封裝件。2.據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法，其特征在于，提供的所述支撐框架設置有:對應于圖像傳感器芯片感光區域的透光蓋板。3.據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法，其特征在于，所述支撐框架未設置透光蓋板，所述步驟還包括: 沿所述切割道切割所述晶圓，于支撐框架上粘接透光蓋板形成封裝件； 或者粘接透光蓋板于所述支撐框架，再沿所述切割道切割所述晶圓形成封裝件。4.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法，其特征在于，包括: 對應每一導電彈性體于支撐框架上形成至少兩個頂部觸點，所述頂部觸點的寬度為I微米至20微米，長度為5微米至20微米;最外側頂部觸點之間間隔為10微米以上；以增加導電彈性體壓靠于頂部觸點的壓強，同時減少導電彈性體的扭動、翹曲。5.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法，其特征在于，包括: 對應每一導電彈性體于支撐框架上形成一個頂部觸點，所述頂部觸點的寬度為I微米至20微米，長度為100微米至300微米，增加導電彈性體壓靠于頂部觸點的壓強，同時減少導電彈性體的扭動、翹曲。6.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法，其特征在于， 于所述支撐側墻內側形成透氣結構。7.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法，其特征在于， 所述透光蓋板為:紅外濾光膜或藍玻璃。8.根據權利要求1所述的CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法，其特征在于，所述形成支撐框架的步驟包括: S100:提供娃晶圓； S200:于硅晶圓表面形成頂部觸點結構； S300:刻蝕對應于感光區區域的硅晶圓形成第一凹槽及第一凹槽內的子凹槽，所述第一凹槽具有支撐界面適于粘合透光蓋板； S400:粘合支撐晶圓與硅晶圓，背面研磨硅晶圓至暴露出子凹槽； S500:將硅晶圓與圖像傳感器晶圓鍵合，去除支撐晶圓，形成支撐框架。9.根據權利要求8所述的CMOS圖像傳感器的芯片級封裝方法，其特征在于，當第一電極位于支撐框架外側時，所述S300步驟還包括:刻蝕對應于非感光區域的硅晶圓形成第二凹槽，第二凹槽的底部對應于第一電極。
【文檔編號】H01L27/146GK105914215SQ201610249479
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月21日
【發明人】趙立新, 鄧輝
【申請人】格科微電子（上海）有限公司