[發(fā)明專利]帶應力保護結構的高可靠性影像傳感器封裝

在審

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• 申請日: 2014-11-23
• 公開（公告）號: CN104409464A
• 公開（公告）日: 2015-03-11
• 發(fā)明（設計）人: 秦飛;武偉;安彤;肖智軼
• 申請（專利權）人: 北京工業(yè)大學
• 主分類號: H01L27/146
• 分類號: H01L27/146
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

技術領域

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

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(CCD)和CMOS影像傳感器(CIS，CMOS?Image?Sensor)。雖然CCD影像傳感器在影像質(zhì)量以及噪聲等方面優(yōu)于CMOS影像傳感器，但是CMOS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，CMOS影像傳感器具備功耗、電容、電感和寄生延遲低等優(yōu)點。

隨著芯片尺寸封裝(CSP)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CSP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CSP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。

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：

1.對于現(xiàn)有封裝結構，如圖1(a)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。

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。

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。

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

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102b的重分布線路層同晶圓正面102a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。

為了實現(xiàn)以上目的，本發(fā)明采用以下技術方案：

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100a制作有空腔結構100c；晶圓102；在晶圓正面102a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100a涂布一層鍵合膠101，將蓋板正面100a同晶圓正面102a鍵合到一起；重分布線路層，在晶圓背面102b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102a的焊盤104與晶圓背面102b的焊球109實現(xiàn)導通。

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102a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。

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。