高可靠性芯片封裝方法及結構的制作方法

高可靠性芯片封裝方法及結構的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種高可靠性芯片封裝方法及封裝結構，該封裝結構包括芯片、開口、金屬布線層、若干焊料凸點和塑封層，開口自芯片的正面向背面延伸形成，且開口的底部暴露出芯片的焊墊；金屬布線層位于開口的內壁和芯片的背面上，且電性連接焊墊；焊料凸點位于芯片背面上，且與金屬布線層電性連接；塑封層包覆住芯片背面及其四個側面，且暴露芯片背面的焊料凸點。通過形成塑封層對芯片進行防護，且塑封層采用隔潮、防腐或機械強度性能良好的塑封材料，本發明能夠進一步增強芯片的可靠性，耐用性，提升芯片的抗干擾能力，滿足芯片在惡劣環境下的應用需求。
【專利說明】
高可靠性芯片封裝方法及結構
技術領域
[0001]本發明涉及半導體芯片的封裝領域，尤其涉及一種高可靠性芯片封裝方法及結構。
【背景技術】
[0002]圖1示出了一種公知的芯片的封裝結構，該芯片以影像傳感器為例，包括影像傳感芯片100，該影像傳感芯片功能面包含影像感應區101及該影像感應區周邊的若干焊墊102;開口，該開口由背面向功能面延伸，且開口底部暴露出焊墊;金屬布線層130，該金屬布線層位于開口內壁及背面，電性連接所述焊墊;絕緣層120，該絕緣層位于金屬布線層與影像傳感芯片之間，并暴露出焊墊;若干焊料凸點140，該焊料凸點位于影像傳感芯片的背面，與金屬布線層電性連接;防焊層151，該防焊層覆蓋背面及開口內壁，且暴露出焊料凸點。
[0003]然而該類芯片的使用環境適宜，若進一步進軍汽車、勘探、室外監控等應用領域，需對芯片的靈敏性、可靠性、耐用性等提出更高的要求，以經受惡劣的環境的考驗。

【發明內容】

[0004]為了使芯片的可靠性進一步提尚，能經受惡劣環境的考驗，本發明提出了一種尚可靠性芯片封裝方法及結構，能夠進一步增強芯片的可靠性，耐用性，提升芯片的抗干擾能力。
[0005]本發明的技術方案是這樣實現的:
[0006]—種高可靠性芯片封裝方法，包括以下步驟:
[0007]A.提供一具有若干芯片的晶圓，采用晶圓級TSV技術，將晶圓每個芯片正面焊墊的電性通過金屬布線層引到背面，并在金屬布線層上預設位置制作焊料凸點，將晶圓切割成單顆芯片，完成對芯片的預封裝；
[0008]B.提供一基板，在基板上表面涂膠，將若干切割后的單顆預封裝的芯片正面朝下貼于基板上；
[0009]C.對基板上芯片背部及相鄰芯片之間的空間進行整體塑封，形成塑封層，該塑封層包裹芯片的背面及四個側面，并暴露出芯片背面的焊料凸點；
[0010]D.拆解掉基板，沿預設的切割線切割塑封層，形成單顆高可靠性芯片封裝結構。[0011 ]進一步的，所述基板上涂的膠具有易拆解特性。
[0012]進一步的，切割后的所述預封裝芯片以單顆形式轉移貼到基板上，或者通過倒膜方式以整個晶圓形式轉移貼到基板上。
[0013]—種高可靠性芯片封裝結構，由上述高可靠性芯片封裝方法制作而成，該封裝結構包括芯片，所述芯片正面包含功能區和位于所述功能區周邊的若干焊墊;所述芯片正面焊墊的電性通過互連結構引到背面設置的焊料凸點；還包括一塑封層，所述塑封層包覆住除芯片正面以外的部分，且暴露出所述焊料凸點。
[0014]進一步的，所述互連結構包括若干開口和金屬布線層，所述開口自所述芯片背面向正面延伸形成，且所述開口的底部暴露出所述焊墊;所述金屬布線層位于所述開口的內壁和所述芯片背面上，且電性連接所述焊墊;所述金屬布線層與所述芯片之間設有絕緣層，且所述絕緣層暴露所述焊墊，使所述金屬布線層與所述焊墊電性連接;所述焊料凸點位于所述芯片背面上，且與所述金屬布線層電性連接。
[0015]進一步的，所述芯片為影像傳感芯片，所述影像傳感芯片正面粘合一保護蓋結構，所述保護蓋結構包括透光蓋板和設于所述影像傳感芯片正面和所述透光蓋板之間的支撐圍堰層，所述支撐圍堰層覆蓋住所述焊墊，并在功能區即影像感應區位置形成有圍堰間隙；所述塑封層包覆住除保護蓋結構正面以外的部分。
[0016]進一步的，所述塑封層材料厚度大于I微米。
[0017]進一步的，所述開口為凹槽、孔或前述的組合，其中凹槽包含直槽和側壁有一定傾斜角度的凹槽，孔包含直孔和側壁有一定傾斜角度的孔。
[0018]進一步的，所述開口底部在影像傳感芯片四周側面的位置暴露出所述支撐圍堰層，所述絕緣層延伸至所述支撐圍堰層與其連接。
[0019]本發明的有益效果是:
[0020]本發明提供一種高可靠性芯片封裝方法及結構，首先，采用晶圓級TSV技術，將芯片正面的焊墊通過金屬布線層引到芯片的背面，并在金屬布線層預設位置制作焊料凸點后，將晶圓切割成單顆芯片，完成對芯片的預封裝;然后，將多個單顆預封裝芯片功能區朝下，貼到一基板上，進行背部整體塑封，并暴露出焊料凸點，實現信號處理之后信息的傳輸；最后，對塑封后的塑封層進行切割，形成單顆高可靠性芯片結構。這種封裝方法制作的封裝結構中，塑封層是一種背部全包圍的防護結構，且塑封層的材料具有良好的機械強度性能，或良好的隔潮、防腐、擋煙霧等性能，同時制作過程單顆芯片之間的距離可加大，使得側面的塑封層加厚，因此，能夠進一步增強芯片的可靠性，耐用性等，提升芯片的抗干擾能力。且采用晶圓級TSV技術對芯片進行預封裝以及塑封多個單顆預封裝芯片的方法，都是先進行整體封裝，再切割成單顆芯片，因此，能夠降低封裝的整體成本。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為公知的影像傳感器芯片的封裝結構；
[0022]圖2為本發明一封裝方法步驟a中晶圓預封裝后切割成單顆影像傳感芯片的結構示意圖；
[0023]圖3為本發明一封裝方法步驟b中基板涂膠的結構示意圖；
[0024]圖4為本發明一封裝方法步驟b中單顆影像傳感芯片正面朝下分散貼于基板上的結構示意圖；
[0025]圖5為本發明一封裝方法步驟c后影像傳感芯片背部塑封的結構示意圖；
[0026]圖6為本發明一封裝方法中步驟c后，拆除基板后的塑封影像傳感芯片結構示意圖；
[0027]圖7為本發明一封裝方法中步驟d后切割形成的單顆影像傳感器的結構示意圖；
[0028]圖8為本發明一結構實施例中預封裝影像傳感芯片邊緣的剖面結構示意圖；
[0029]圖9為本發明另一封裝方法中步驟a中晶圓預封裝后的結構示意圖；
[0030]圖10為本發明另一封裝方法中步驟a中晶圓預封裝后切割成單顆芯片的結構示意圖；
[0031]圖11為本發明另一封裝方法中步驟b后在晶圓背面貼粘合膜的結構示意圖；
[0032]圖12為本發明另一封裝方法中步驟c后芯片正面貼到基板上的結構示意圖。
[0033]結合附圖做以下說明:
[0034]100 影像傳感芯片 101 影像感應區
[0035]102——焊墊103——介質層
[0036]120——絕緣層130——金屬布線層
[0037]140——焊料凸點150——塑封層
[0038]151——防焊層160——支撐圍堰層
[0039]161--圍堪間隙170--透光蓋板
[0040]180——膠190——基板[0041 ]f I一一切割膜 f 2—一粘合膜
【具體實施方式】
[0042]為使本發明能夠更加明顯易懂，下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】做詳細的說明。為方便說明，實施例附圖的結構中各組成部分未按正常比例縮放，故不代表實施例中各結構的實際相對大小。
[0043]本發明高可靠性芯片封裝結構的制作方法，包括以下步驟:
[0044]a、參見圖2，提供一具有若干芯片的晶圓，采用晶圓級TSV技術，將晶圓每個芯片正面焊墊的電性通過金屬布線層引到背面，并在金屬布線層上預設位置制作焊料凸點后，將晶圓切割成單顆芯片，完成對芯片的預封裝；
[0045]芯片可以是有源元件(active element)或無源元件(passive elements)、數字電路或模擬電路等集成電路的電子元件(electronic components)、微機電系統(MicroElectroMechanical Systems，MEMS)、微流體系統(micro f luidic systems)、或利用熱、光線及壓力等物理量變化來測量的物理感測器(physical sensor)、表面聲波元件、壓力感測器(pressure sensors)，但不以此為限。
[0046]作為一種優選實施例，利用光線變化來測量的感測器，影像傳感器預封裝具體制作過程為，提供一包含若干影像傳感芯片100的晶圓，晶圓的功能面為影像傳感芯片的正面，晶圓的背面為影像傳感芯片的背面，每個影像傳感芯片的正面包含影像感應區101及位于該影像感應區周邊的若干焊墊102;
[0047]在晶圓的功能面上粘合一保護蓋結構，所述保護蓋結構包括支撐圍堰層160和透光蓋板170，所述支撐圍堰層位于相鄰兩個影像感應區之間，且在影像感應區位置形成圍堰間隙161;
[0048]在晶圓的背面形成向功能面延伸的若干開口，開口結構可以為凹槽、孔或前述的組合。開口的形成方法包括干法刻蝕、濕法刻蝕、機械切割和激光劃線等，且不以此為限。在開口的內壁和晶圓的背面鋪設絕緣層120。使用機械切割、激光燒蝕、干法刻蝕等方法去除開口底部的絕緣層材料，暴露出電性待引出的焊墊102的側壁或表面。在其他實施例中，暴露焊墊的方法還可以為:在鋪設絕緣層120步驟前，先去除開口底部的阻擋材料，使開口的底部暴露出焊墊102。阻擋材料可包含影像傳感芯片的硅基底材料或介質層材料，或者前述的組合物等。然后鋪設絕緣層120，再去除覆蓋在焊墊102位置的絕緣層材料。開口底部或絕緣層120暴露焊墊的方法包括干法刻蝕、濕法刻蝕、曝光顯影、機械切割和激光燒蝕等，且不以此為限。在絕緣層上形成金屬布線層130，所述金屬布線層電性連接所述焊墊，將焊墊的電性引到晶圓的背面；
[0049]沿晶圓切割線對晶圓進行切割，形成若干單顆影像傳感芯片的預封裝結構；
[0050]b、參見圖3，取一基板190，材質如硅、玻璃、陶瓷、金屬等，其尺寸不做限定，匹配各自塑封工藝的設備即可。在基板上表面涂膠180。
[0051]參見圖4，將步驟a后的若干單顆芯片通過PickPlace方式分散擺放于基板上，該方式是將預封裝后的芯片以單顆形式轉移貼到基板上，該方式可以重新調節芯片之間的距離。相鄰芯片擺放的距離可大于原晶圓相鄰芯片之間的距離。并通過膠180固定于基板上，膠180具有臨時鍵合易拆解性質，如通過光照、變溫、藥水浸泡等方式，可方便的將膠的粘性降低，將基板拆解下來。
[0052]C、參見圖5，進行芯片背部整體塑封，形成包圍每顆芯片的塑封層150，所述塑封層包裹芯片的背面及四個側面，并暴露出芯片背面的焊料凸點；塑封方式為，在芯片背部壓膜，膜層包覆部分焊料凸點，并與芯片背面留有一定間隙，將液態模塑材料填充膜層與芯片背面之間的間隙，固化成型后，去除壓膜，并使用等離子體去除滲到焊料凸點上的模塑材料。
[0053]d、參見圖6，拆解掉基板，沿預設的切割線切割步驟c后的塑封層，形成單顆高可靠性芯片封裝結構，參見圖7。
[0054]作為另一優選實施例，高可靠性影像傳感器封裝方法，包括以下步驟，a.如圖9所示，提供一具有若干芯片的晶圓，晶圓的功能面為影像傳感芯片的正面，晶圓的背面為影像傳感芯片的背面，每個影像傳感芯片的正面包含影像感應區101及位于該影像感應區周邊的若干焊墊102;
[0055]功能面上粘合一保護蓋結構，所述保護蓋結構包括支撐圍堰層160和透光蓋板170，所述支撐圍堰層位于相鄰兩個影像感應區之間，且在影像感應區位置形成圍堰間隙161；
[0056]采用晶圓TSV技術，將晶圓每個芯片正面焊墊的電性通過金屬布線層引到背面。具體為在晶圓的背面形成向功能面延伸的若干開口，開口結構可以為凹槽、孔或前述的組合。開口的形成方法包括干法刻蝕、濕法刻蝕、機械切割和激光劃線等，且不以此為限。在開口的內壁和晶圓的背面鋪設絕緣層120。使用機械切割、激光燒蝕、干法刻蝕等方法去除開口底部的絕緣層材料，暴露出電性待引出的焊墊102的側壁或表面。在其他實施例中，暴露焊墊的方法還可以為:在鋪設絕緣層120步驟前，先去除開口底部的阻擋材料，使開口的底部暴露出焊墊102。阻擋材料可包含影像傳感芯片的硅基底材料或介質層材料，或者前述的組合物等。然后鋪設絕緣層120，再去除覆蓋在焊墊102位置的絕緣層材料。開口底部或絕緣層120暴露焊墊的方法包括干法刻蝕、濕法刻蝕、曝光顯影、機械切割和激光燒蝕等，且不以此為限。
[0057]在絕緣層上形成金屬布線層130，所述金屬布線層電性連接所述焊墊，將焊墊的電性引到晶圓的背面，并在金屬布線層上預設位置制作焊料凸點。
[0058]如圖10所示，將晶圓切割分成獨立開的芯片。切割前，在晶圓保護蓋結構上貼一切割膜Π，該切割膜除了能減小切割崩角之外，還具有承載作用，且具有一定粘性，使切割后的芯片依舊整齊排列。
[0059]b.如圖11所示，提供一片粘合膜f2，將晶圓上的芯片背面粘結在粘合膜上;去除晶圓保護蓋上的切割膜fl，即進行一次倒膜。
[0060]c.參見圖12，提供一基板190，在基板190上表面涂膠180，并將粘合膜f 2上芯片正面朝下貼于基板190上，去除粘合膜f2。該方式是以整個晶圓形式轉移貼到基板上，可以省去貼片設備及單顆貼片操作。
[0061]d.對芯片背部及相鄰芯片之間的空間進行整體塑封，形成塑封層150，該塑封層150包裹芯片的背面及四個側面，并暴露出芯片背面的焊料凸點；
[0062]e.拆解掉基板190，沿預設的切割線切割塑封層，形成單顆高可靠性芯片封裝結構。
[0063]如圖7所示，為本發明制作的一種高可靠性影像傳感器結構，包括影像傳感芯片100，影像傳感芯片具有正面及與其相對的背面，影像傳感芯片正面包含影像感應區101和位于影像感應區周邊的若干焊墊102;影像傳感芯片正面粘合一保護蓋結構，保護蓋結構包括透光蓋板170和設于影像傳感芯片正面和透光蓋板之間的支撐圍堰層160，支撐圍堰層覆蓋住焊墊，并在影像感應區位置形成有圍堰間隙161;還包括開口、金屬布線層130、若干焊料凸點140和塑封層150，開口自影像傳感芯片背面向影像傳感芯片正面延伸形成，且開口的底部暴露出焊墊;金屬布線層位于開口的內壁和影像傳感芯片背面上，且電性連接焊墊；焊料凸點位于影像傳感芯片背面上，且與金屬布線層電性連接;塑封層包覆住影像傳感器結構除保護蓋正面以外的部分，即影像傳感芯片背面、四個側面及保護蓋及支撐圍堰層的四個側面，且暴露出焊料凸點。其中，焊墊102為與外界電信號連接的導電墊，作為影像傳感芯片電信號的輸入/輸出口。
[0064]可選的，支撐圍堰層160的材料包括高分子聚合物，如本實施例中支撐圍堰層的材料為光刻膠，便于光刻形成支撐圍堰結構。
[0065]可選的，金屬布線層130的材料為鋁、銅、金、鎳、鈦、金、錫、鉑等的一種或多種。
[0066]可選的，開口的結構包括凹槽、孔或前述的組合，參見圖1、圖7，其中，孔包含直孔和側壁有一定傾斜角度的孔，即上下孔徑不相等的斜孔，形狀包括圓孔和方孔等;凹槽包含直槽和側壁有一定傾斜角度的凹槽，即上下截面尺寸不相等的凹槽。孔、凹槽的組合包括孔與孔、凹槽與凹槽，及孔與凹槽的組合。作為第一種優選的實施例，開口結構可以為一條形凹槽加凹槽底部圓孔的結構，參見圖7，凹槽與圓孔的側壁傾斜，該開口由影像傳感芯片背面向影像傳感芯片正面延伸，且凹槽的底部對應若干焊墊102，且圓孔底部暴露出需要電性導出的焊墊102。作為第二種優選的實施例，開口結構可以為一條形凹槽結構，參見圖1，該凹槽由影像傳感芯片背面向影像傳感芯片正面延伸，且凹槽的底部對應若干焊墊102，凹槽狀開口的底部暴露出需要電性導出的焊墊102。作為第三種優選的實施例，開口的結構可以為直孔，附圖未示出，直孔由影像傳感芯片背面向影像傳感芯片正面延伸，直孔對應每個焊墊，且直孔的底部暴露出需要電性導出的焊墊102。
[0067]塑封層150位于影像傳感芯片的外圍，包覆影像傳感芯片的背面和四個側面，并露出焊料凸點140。優選的，以焊料凸點露出方向為上，影像傳感芯片背面上的塑封層高度低于所述焊料凸點的最高點，當然，影像傳感芯片背面上的塑封層也可以與焊墊凸起平齊，為了便于影像信號處理之后信息的傳輸，優選實施方式為塑封層高度低于焊料凸點的最高點，更優的，塑封層的高度與焊料凸點的中心平面平齊。
[0068]優選的，塑封層150材料厚度大于I微米。塑封層150為具有良好的機械強度性能和/或隔潮性能和/或防腐性能和/或擋煙霧性能的材料，以進一步提高影像傳感器的可靠性，增強其抵抗惡劣環境的能力。
[0069]優選的，金屬布線層130與影像傳感芯片100之間設有絕緣層120，且絕緣層暴露每個焊墊，使金屬布線層與所述焊墊電性連接。絕緣層用于實現金屬布線層與影像傳感芯片之間的電性隔離，絕緣層120的材料包括有機絕緣材料、氧化硅、氮化硅或氧化硅與氮化硅的混合物。
[0070]優選的，如圖8，為圖7影像傳感芯片邊緣處的剖面結構示意圖，絕緣層120與支撐圍堰層160連接，包裹影像傳感芯片功能結構，如用于保護焊墊及影像傳感芯片功能線路的介質層103，使其不會外露。若絕緣層與支撐圍堰層選取同類型的材料，可增強兩者之間的結合力。
[0071]本發明制作的其他高可靠性芯片封裝結構，區別于影像傳感器芯片的部分為，芯片功能面無支撐圍堰和透光蓋板，或者由其他介質材料代替支撐圍堰和透光蓋板。
[0072]綜上，本發明提供一種高可靠性芯片封裝結構及其制作方法，該封裝結構的塑封層是一種芯片背面及側面全包圍的防護結構，且塑封層的材料具有良好的機械強度性能，或良好的隔潮、防腐、擋煙霧等性能，因此，能夠進一步增強芯片的可靠性，耐用性等，提升芯片的抗干擾能力，滿足芯片在惡劣環境下的應用需求。且該制作方法采用的晶圓級TSV技術對芯片進行預封裝以及整體塑封多個單顆預封裝芯片的方法，都是先進行整體封裝，再切割成單顆芯片，因此，能夠降低封裝的整體成本。
[0073]以上實施例是參照附圖，對本發明的優選實施例進行詳細說明。本領域的技術人員通過對上述實施例進行各種形式上的修改或變更，但不背離本發明的實質的情況下，都落在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種高可靠性芯片封裝方法，其特征在于，包括以下步驟: A.提供一具有若干芯片的晶圓，采用晶圓級TSV技術，將晶圓每個芯片正面焊墊的電性通過金屬布線層引到背面，并在金屬布線層上預設位置制作焊料凸點，將晶圓切割成單顆芯片，完成對芯片的預封裝； B.提供一基板，在基板上表面涂膠，將若干切割后的單顆預封裝的芯片正面朝下貼于基板上； C.對基板上芯片背部及相鄰芯片之間的空間進行整體塑封，形成塑封層，該塑封層包裹芯片的背面及四個側面，并暴露出芯片背面的焊料凸點； D.拆解掉基板，沿預設的切割線切割塑封層，形成單顆高可靠性芯片封裝結構。2.根據權利要求1所述的高可靠性芯片封裝方法，其特征在于，所述基板上涂的膠具有易拆解特性。3.根據權利要求1所述的高可靠性芯片封裝方法，其特征在于，切割后的所述預封裝芯片以單顆形式轉移貼到基板上，或者通過倒膜方式以整個晶圓形式轉移貼到基板上。4.一種高可靠性芯片封裝結構，其特征在于，由權利要求1或2或3所述的高可靠性芯片封裝方法制作，該封裝結構包括芯片，所述芯片正面包含功能區和位于所述功能區周邊的若干焊墊;所述芯片正面焊墊的電性通過互連結構引到背面設置的焊料凸點；還包括一塑封層，所述塑封層包覆住除芯片正面以外的部分，且暴露出所述焊料凸點。5.根據權利要求4所述的高可靠性芯片封裝結構，其特征在于，所述互連結構包括若干開口和金屬布線層，所述開口自所述芯片背面向正面延伸形成，且所述開口的底部暴露出所述焊墊;所述金屬布線層位于所述開口的內壁和所述芯片背面上，且電性連接所述焊墊；所述金屬布線層與所述芯片之間設有絕緣層，且所述絕緣層暴露所述焊墊，使所述金屬布線層與所述焊墊電性連接;所述焊料凸點位于所述芯片背面上，且與所述金屬布線層電性連接。6.根據權利要求5所述的高可靠性芯片封裝結構，其特征在于，所述芯片為影像傳感芯片，所述影像傳感芯片正面粘合一保護蓋結構，所述保護蓋結構包括透光蓋板和設于所述影像傳感芯片正面和所述透光蓋板之間的支撐圍堰層，所述支撐圍堰層覆蓋住所述焊墊，并在功能區即影像感應區位置形成有圍堰間隙;所述塑封層包覆住除保護蓋結構正面以外的部分。7.根據權利要求4所述的高可靠性芯片封裝結構，其特征在于，所述塑封層材料厚度大于I微米。8.根據權利要求5所述的高可靠性芯片封裝結構，其特征在于，所述開口為凹槽、孔或前述的組合，其中凹槽包含直槽和側壁有一定傾斜角度的凹槽，孔包含直孔和側壁有一定傾斜角度的孔。9.根據權利要求6所述的高可靠性芯片封裝結構，其特征在于，所述開口底部在影像傳感芯片四周側面的位置暴露出所述支撐圍堰層，所述絕緣層延伸至所述支撐圍堰層與其連接。
【文檔編號】H01L27/146GK106098717SQ201610637809
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年8月5日 公開號201610637809.4, CN 106098717 A, CN 106098717A, CN 201610637809, CN-A-106098717, CN106098717 A, CN106098717A, CN201610637809, CN201610637809.4
【發明人】于大全, 李鵬, 馬書英
【申請人】華天科技（昆山）電子有限公司