一種三維集成傳感器芯片封裝模組的制作方法
【技術領域】
[0001 ]本實用新型涉及微電子封裝技術、傳感器技術以及芯片互聯等技術。
【背景技術】
[0002]隨著終端產品的智能化程度不斷提高，各種傳感器芯片層出不窮。傳感芯片擴展了智能手機、平板電腦等產品的應用領域，例如，指紋識別芯片的出現就大大提高了上述產品的安全性。
[0003]目前典型的指紋識別傳感器芯片，包括半導體芯片，其上形成有用于感測的傳感器元件陣列作為感應區域，其最大的特征在于其芯片表面的感應區域與用戶手指發生作用，產生芯片可以感測的電信號。為了保證感測的精確度和靈敏度，該感應區域與用戶手指的距離要求盡可能小，但限于當前的芯片工藝，芯片焊盤一般也位于同一表面，若采用焊線方式將芯片焊盤引出，焊線高度不可避免的抬升了感應區域與封裝體外界的距離。
[0004]國內的匯頂科技股份有限公司提出了一種在傳感芯片邊緣制作臺階，將芯片表面焊盤通過導電層引至該臺階處，然后再進行打線(CN201420009042)。該方式避免了焊線對傳感器元件陣列與封裝體外界的距離的影響。另外，美國的蘋果公司公開了一項傳感器封裝方面的專利(US20140285263A1)，其采用在硅基板上用沉積技術形成感應區域。上述硅基板邊緣存在斜坡，以便于將感應區域產生的電信號通過導電層引出。該傳感芯片的打線焊盤位于硅基板所在斜坡的下方，避免了焊線對感應區域與封裝體外界的距離的影響。上述兩公開專利都需要在傳感芯片邊緣制作臺階或者凹槽、制作導電層和引線鍵合等工藝，工藝環節較多，且較為復雜。更重要的是，傳感芯片為脆性材料，極易在制作臺階或者凹槽工藝環節損壞而失效。
[0005]為了能實現指紋識別傳感器的感測功能，還需要用于存儲感測信號的存儲芯片，如Flash芯片，以及用于處理信號的專用集成電路芯片，即ASIC芯片。當前的三維集成傳感器芯片封裝模組需要很多分立的組裝步驟，其中指紋識別傳感器芯片、存儲芯片和專用集成電路芯片各自為單獨的元件，在傳感器件的組裝或封裝過程中放到一起，也就是說，識別傳感器芯片、存儲芯片和專用集成電路芯片未被包封到一起。隨著分立元件的數量的增大，工藝步驟的日益復雜，制造成本也增大，同時對最終產品的良率和可靠性存在不利影響，而且分立元件的組裝或封裝過程耗時、效率低。國內的華天科技(西安)有限公司提出了一種在傳感芯片下表面制作凹槽(CN201410853990)，將Flash芯片或者ASIC芯片放置于所述凹槽中，該方式減小了器件整體尺寸，節省了空間。但是，上述專利同樣需要在傳感芯片邊緣制作臺階或者凹槽、制作導電層和引線鍵合等工藝，工藝環節較多，且較為復雜。而且傳感芯片也面臨由于制作臺階或者凹槽引起的可靠性問題。
【發明內容】
[0006]本實用新型針對傳感器件結構，特別是指紋識別類傳感器件提供了一種低成本、高集成度、高可靠性的封裝與互聯集成方案，將傳感器芯片、存儲芯片和專用集成電路芯片等芯片通過堆疊方式集成在同一封裝內，該方案不但減小了封裝的尺寸，而且該封裝可采用晶圓級封裝技術或者面板級封裝技術實現，封裝工藝更為簡單，封裝效率高，成本更低。
[0007]該三維集成傳感器芯片封裝模組，包括:基板;傳感器芯片，所述傳感器芯片的上表面具有傳感器元件陣列和焊盤，所述傳感器芯片的下表面設有溝槽，所述溝槽表面設有鈍化層和導電層，所述鈍化層位于傳感器芯片和導電層之間，所述傳感器芯片的焊盤與導電層連接，所述鈍化層可以是高分子聚合物或者二氧化硅等絕緣材料，所述導電層為銅、鋁、合金材料等金屬材料;芯片，至少一芯片通過金屬微凸點倒裝焊接配置于所述傳感器芯片溝槽表面的導電層上，所述芯片可以是存儲芯片或者(和)專用集成電路芯片；所述金屬微凸點可以是銅、鋁、金、焊料合金等材料;金屬凸塊，至少一金屬凸塊配置于所述傳感器芯片溝槽表面的導電層上，所述金屬凸塊的端部設有金屬凸點；所述金屬凸塊和金屬凸點可以是銅、鋁、金、焊料合金等材料;塑封材料，采用塑封材料進行包覆密封，所述傳感器芯片的上表面裸露出所述塑封材料，所述金屬凸點裸露出所述塑封材料，所述塑封材料可以是環氧樹脂等塑封材料，也可以是聚酰亞胺等聚合物介質材料。
[0008]利用該結構使得單獨的傳感器芯片、其他芯片如存儲芯片和專用集成電路芯片集成在同一封裝中，避免了分立芯片器件繁瑣的組裝步驟，簡化了工藝流程，提高了封裝產品良率。同時，該結構的堆疊方式可使封裝產品的尺寸更小，集成度更高。另外，可以采用晶圓級封裝技術或者面板級封裝技術制作，生產效率高，可有效降低工藝成本。最后，該結構避免了由于在傳感芯片邊緣制作臺階或者凹槽引起的可靠性問題。
[0009]根據本實用新型的實施例，所述傳感器芯片可以是指紋識別類傳感器芯片或者圖形傳感器芯片。
【附圖說明】
[0010]圖1是本實用新型實施例的三維集成傳感器芯片封裝模組的剖面示意圖。圖中，I為傳感器芯片、2為傳感器元件陣列、3為焊盤、4為鈍化層、5為導電層、6為存儲芯片、7為專用集成電路芯片、8為金屬微凸點、9為金屬凸塊、9為金屬導線、10為塑封材料、11為金屬凸點。
【具體實施方式】
[0011]為使本實用新型的目的、技術方案和優點更加清楚，下面結合附圖對本實用新型的【具體實施方式】作進一步詳細描述。
[0012]圖1是本實用新型實施例的三維集成傳感器芯片封裝模組的剖面示意圖。
[0013]請參考圖1，三維集成傳感器芯片封裝模組包括傳感器芯片(I)，所述傳感器芯片
(I)的上表面具有傳感器元件陣列(2)和焊盤(3)，所述傳感器芯片(I)的下表面設有溝槽，所述溝槽表面設有鈍化層(4)和導電層(5)，所述鈍化層(4)位于傳感器芯片(I)和導電層
(5)之間，所述傳感器芯片(I)的焊盤(3)與導電層(5)連接，所述鈍化層(4)可以是高分子聚合物或者二氧化硅等絕緣材料，所述導電層(5)為銅、鋁、合金材料等金屬材料。
[0014]芯片，至少一芯片通過金屬微凸點(8)倒裝焊接配置于所述傳感器芯片(I)溝槽表面的導電層(5)上，所述芯片可以是存儲芯片(6)或者(和)專用集成電路芯片(7)，所述金屬微凸點(8)可以是銅、鋁、金、焊料合金等材料。
[0015]金屬凸塊(9)，至少一金屬凸塊(9)配置于所述傳感器芯片(I)溝槽表面的導電層
(5)上，所述金屬凸塊(9)的端部設有金屬凸點(11)，所述金屬凸塊(9)和金屬凸點(II)可以是銅、招、金、焊料合金等材料。
[0016]塑封材料(10)，采用塑封材料(10)進行包覆密封，所述傳感器芯片(I)的上表面裸露出所述塑封材料(10)，所述金屬凸點(11)裸露出所述塑封材料(10)，所述塑封材料(10)可以是環氧樹脂等塑封材料，也可以是聚酰亞胺等聚合物介質材料。
[0017]通過將存儲芯片(7)和專用集成電路芯片(8)倒裝焊接配置于傳感器芯片(I)下表面的溝槽內，實現了多芯片在垂直方向上的堆疊，有效減小了封裝尺寸。塑封材料(11)包覆傳感器芯片(1)、存儲芯片(6)、專用集成電路芯片(7)，裸露出具有傳感器元件陣列(2)的傳感器芯片(I)的上表面。在本實施例中，所述傳感器芯片(I)可以是指紋識別類傳感器芯片或者圖形傳感器芯片。如果傳感器芯片(I)為指紋識別類傳感器芯片，裸露出的傳感器元件陣列(2)使得與用戶手指(圖中未示出)的距離盡可能小，保證了感測的精確度和靈敏度。如果傳感器芯片(I)為圖像傳感器，裸露出的傳感器元件陣列(2)能夠感應外界環境光源(圖中未示出)。
[0018]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種三維集成傳感器芯片封裝模組，其特征在于，所述三維集成傳感器芯片封裝模組包括: 傳感器芯片，所述傳感器芯片的上表面具有傳感器元件陣列和焊盤，所述傳感器芯片的下表面設有溝槽，所述溝槽表面設有鈍化層和導電層，所述鈍化層位于傳感器芯片和導電層之間，所述傳感器芯片的焊盤與導電層連接，所述鈍化層可以是高分子聚合物或者二氧化硅絕緣材料，所述導電層為銅、鋁、合金材料金屬材料； 專用集成電路芯片，至少一專用集成電路芯片通過金屬微凸點倒裝焊接配置于所述傳感器芯片溝槽表面的導電層上； 所述金屬微凸點可以是銅、鋁、金、焊料合金材料； 金屬凸塊，至少一金屬凸塊配置于所述傳感器芯片溝槽表面的導電層上，所述金屬凸塊的端部設有金屬凸點，所述金屬凸塊和金屬凸點可以是銅、鋁、金、焊料合金材料； 塑封材料，采用塑封材料進行包覆密封，所述傳感器芯片的上表面裸露出所述塑封材料，所述金屬凸點裸露出所述塑封材料，所述塑封材料可以是環氧樹脂塑封材料，也可以是聚酰亞胺聚合物介質材料。2.根據權利要求1所述的一種三維集成傳感器芯片封裝模組，其特征在于，所述傳感器芯片可以是指紋識別類傳感器芯片或者圖形傳感器芯片。
【專利摘要】本實用新型公開了一種三維集成傳感器芯片封裝模組，屬于集成電路封裝、傳感器技術等領域。本實用新型的三維集成傳感器芯片封裝模組包括：傳感器芯片，所述傳感器芯片的上表面具有傳感器元件陣列和焊盤，所述傳感器芯片的下表面設有溝槽，所述溝槽表面設有鈍化層和導電層；專用集成電路芯片配置于所述傳感器芯片下表面的溝槽內，且配置于傳感器芯片溝槽的導電層上；塑封材料。該實用新型不但減小了封裝的尺寸，同時實現了多芯片單一封裝模組的三維集成，而且避免了由于在傳感芯片邊緣制作臺階或者凹槽引起的可靠性問題。
【IPC分類】H01L23/31, H01L25/04
【公開號】CN205376520
【申請號】CN201620063664
【發明人】夏國峰, 尤顯平, 鄧正華
【申請人】重慶三峽學院, 夏國峰
【公開日】2016年7月6日
【申請日】2016年1月23日