專利名稱：基于硅襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種透光封裝結(jié)構(gòu)，尤其是一種基于硅襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)，屬于半導(dǎo)體封裝的技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
目前，透光的感測芯片在封裝時(shí)以陶瓷基板或具有預(yù)封樹脂的基板為載體，將感測芯片粘著并打線，接著粘上高透光率玻璃，接著傳感器封裝體和可繞性軟板粘著。但是，現(xiàn)有的封裝陶瓷基板成本高，預(yù)封樹脂的基板封裝結(jié)構(gòu)較差，不能滿足現(xiàn)代半導(dǎo)體發(fā)展的要求。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于硅襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)緊湊，封裝工藝可靠，適應(yīng)范圍廣，安全實(shí)用。按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，所述基于硅襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)，包括硅襯底，所述硅襯底內(nèi)凹設(shè)有封裝槽，所述封裝槽的側(cè)壁及部分底壁覆蓋有絕緣支撐層，且所述絕緣支撐層延伸覆蓋封裝槽槽口外側(cè)硅襯底的表面；絕緣支撐層上設(shè)有第一連接層，所述第一連接層上設(shè)有第二連接層，封裝槽中心區(qū)的底部由絕緣支撐層、第一連接層及第二連接層間形成安裝孔，所述安裝孔貫通絕緣支撐層、第一連接層及第二連接層；安裝孔內(nèi)安裝有透光芯片，所述透光芯片通過連接線與第二連接層電連接；第二連接層上設(shè)有玻璃封蓋，所述玻璃封蓋位于封裝槽槽口的正上方，玻璃封蓋與下方的封裝槽間形成用于透光的空腔；第二連接層上設(shè)有與第二連接層電連接的連接電極。所述透光芯片通過芯片連接層安裝于安裝孔內(nèi)，并支撐于封裝槽槽底對應(yīng)的硅襯底表面。所述連接電極為金屬連接球形電極或帶狀電極。所述玻璃封蓋上設(shè)有連接凸塊，所述連接凸塊上設(shè)有封蓋連接層，玻璃封蓋通過封蓋連接層與第二連接層連接固定。所述透光芯片包括影像傳感器、環(huán)境光源傳感器或發(fā)光二極管。本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn):在硅襯底內(nèi)設(shè)置封裝槽，封裝槽內(nèi)設(shè)置絕緣支撐層、第一連接層及第二連接層，并在封裝槽內(nèi)形成用于安裝透光芯片的安裝孔，透光芯片安裝于安裝孔內(nèi)后，玻璃封蓋連接固定在第二連接層上，實(shí)現(xiàn)對透光芯片的保護(hù)，同時(shí)玻璃封蓋與硅襯底之間的空腔能夠作為光線傳播的通道，以滿足透光芯片的工作要求，其結(jié)構(gòu)緊湊，封裝工藝可靠，適應(yīng)范圍廣，安全實(shí)用。

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。圖疒圖26為本實(shí)用新型具體實(shí)施工藝步驟的剖視圖，其中:[0012]圖2為本實(shí)用新型在硅襯底上得到掩膜層后的剖視圖。圖3為本實(shí)用新型在硅襯底上得到第一光刻膠層后的剖視圖。圖4為本實(shí)用新型得到第一窗口后的剖視圖。圖5為本實(shí)用新型得到第二窗口后的剖視圖。圖6為本實(shí)用新型去除第一光刻膠層后的剖視圖。圖7為本實(shí)用新型在硅襯底內(nèi)得到封裝槽后的剖視圖。圖8為本實(shí)用新型去除掩膜層后的剖視圖。圖9為本實(shí)用新型淀積得到絕緣支撐層后的剖視圖。圖10為本實(shí)用新型在絕緣支撐層上得到第一連接層后的剖視圖。圖11為本實(shí)用新型在第一連接層上對第二光刻膠層進(jìn)行曝光和顯影后的剖視圖。圖12為本實(shí)用新型在第一連接層上得到第二連接層后的剖視圖。圖13為本實(shí)用新型去除第二光刻膠層得到第三窗口后的剖視圖。圖14為本實(shí)用新型得到第四窗口后的剖視圖。圖15為本實(shí)用新型得到第五窗口后的剖視圖。圖16為本實(shí)用新型安裝透光芯片后的剖視圖。圖17為本實(shí)用新型透光芯片通過連接線與第二連接層電連接后的剖視圖。圖18為本實(shí)用新型高透光性玻璃晶圓的剖視圖。圖19為本實(shí)用新型在高透光性玻璃晶圓上涂布第三光刻膠層并曝光顯影后的剖視圖。圖20為本實(shí)用新型對高透光性玻璃晶圓進(jìn)行刻蝕得到連接凸塊后的剖視圖。圖21為本實(shí)用新型在連接凸塊上得到封蓋連接層后的剖視圖。圖22為本實(shí)用新型將高透光性玻璃晶圓與硅襯底進(jìn)行連接固定后的剖視圖。圖23為本實(shí)用新型對高透光性玻璃晶圓進(jìn)行切割后的剖視圖。圖24為本實(shí)用新型對硅襯底進(jìn)行切割后的剖視圖。圖25為本實(shí)用新型在第二連接層上形成帶狀電極的剖視圖。圖26為本實(shí)用新型在第二連接層上形成金屬連接球狀電極的剖視圖。附圖標(biāo)記說明:1-硅襯底、2-絕緣支撐層、3-芯片連接層、4-第一連接層、5-透光芯片、6-連接線、7-第二連接層、8-帶狀電極、9-玻璃封蓋、10-封蓋連接層、11-安裝孔、12-空腔、13-掩膜層、14-第一光刻膠層、15-第一窗口、16-第二窗口、17-封裝槽、18-第二光刻膠層、19-第三窗口、20-第四窗口、21-第五窗口、22-高透光性玻璃晶圓、23-第三光刻膠層、24-第六窗口、25-連接凸塊、26-第七窗口及27-金屬連接球形電極。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合具體附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明。如圖1所示:為了能夠?qū)ν腹庑酒?實(shí)現(xiàn)可靠封裝，本實(shí)用新型包括硅襯底1，所述硅襯底I內(nèi)凹設(shè)有封裝槽17，所述封裝槽17的側(cè)壁及部分底壁覆蓋有絕緣支撐層2，且所述絕緣支撐層2延伸覆蓋封裝槽17槽口外側(cè)硅襯底I的表面；絕緣支撐層2上設(shè)有第一連接層4，所述第一連接層4上設(shè)有第二連接層7，封裝槽17中心區(qū)的底部由絕緣支撐層2、第一連接層4及第二連接層7間形成安裝孔11，所述安裝孔11貫通絕緣支撐層2、第一連接層4及第二連接層7 ;安裝孔11內(nèi)安裝有透光芯片5，所述透光芯片5通過連接線6與第二連接層7電連接；第二連接層7上設(shè)有玻璃封蓋9，所述玻璃封蓋9位于封裝槽17槽口的正上方，玻璃封蓋9與下方的封裝槽17間形成用于透光的空腔12 ;第二連接層7上設(shè)有與第二連接層7電連接的連接電極。具體地，所述透光芯片5通過芯片連接層3安裝于安裝孔11內(nèi)，并支撐于封裝槽17槽底對應(yīng)的硅襯底I表面。所述連接電極為金屬連接球形電極27或帶狀電極8。所述玻璃封蓋9上設(shè)有連接凸塊25，所述連接凸塊25上設(shè)有封蓋連接層10，玻璃封蓋9通過封蓋連接層10與第二連接層7連接固定。所述透光芯片5包括影像傳感器、環(huán)境光源傳感器或發(fā)光二極管。透光芯片5通過空腔12及玻璃封蓋9實(shí)現(xiàn)接收外部光線或?qū)⒐饩€透射出去。如圖2 26所示:上述透光封裝結(jié)構(gòu)可以采用下述工藝步驟制備得到，所述具體的制備工藝包括如下步驟:a、提供所需的硅襯底1，并在所述硅襯底I的表面淀積掩膜層13，所述掩膜層13覆蓋硅襯底I的表面；如圖2所示，所述掩膜層13為氮化硅層，利用掩膜層13能夠?qū)枰r底I進(jìn)行刻蝕；b、在所述掩膜層13上涂布第一光刻膠層14，如圖3所示，第一光刻膠層14覆蓋掩膜層13的表面；C、對上述第一光刻膠層14進(jìn)行曝光和顯影，在掩膜層13上得到第一窗口 15，掩膜層13與第一窗口 15對應(yīng)的區(qū)域裸露；如圖4所示:對第一光刻膠層14進(jìn)行曝光和顯影后，在掩膜層13上得到第一窗口15，，掩膜層13通過第一窗口 15裸露，第一窗口 15的位置根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，為本技術(shù)領(lǐng)域人員所熟知；d、利用上述第一窗口 15對掩膜層13進(jìn)行刻蝕,刻蝕與第一窗口 15對應(yīng)的掩膜層13，并在硅襯底I得到第二窗口 16 ；如圖5所示:由于掩膜層13與第一窗口 15對應(yīng)的區(qū)域裸露，通過常規(guī)的刻蝕工藝，將第一窗口 15內(nèi)的掩膜層13刻蝕掉,可達(dá)到第二窗口 16,第二窗口 16從第一光刻膠層14的上表面向下延伸至娃襯底I的表面；e、去除上述第一光刻膠層14 ;如圖6所示，得到第二窗口 16后，將工藝中不需要的第一光刻膠層14去除；f、利用上述掩膜層13及第二窗口 16對硅襯底I進(jìn)行刻蝕，以在硅襯底I內(nèi)得到所需的封裝槽17 ;如圖7所示:利用掩膜層13作為遮擋，對硅襯底I進(jìn)行刻蝕，在硅襯底I內(nèi)得到封裝槽17，所述封裝槽17的槽口位置與第二窗口 16相對應(yīng)；g、去除硅襯底I表面上的掩膜層13 ;如圖8所示，得到封裝槽17后將掩膜層13去除，以進(jìn)行后續(xù)所需工藝步驟；h、在上述硅襯底I表面淀積絕緣支撐層2，所述絕緣支撐層2覆蓋封裝槽17的側(cè)壁、底壁及封裝槽17槽口外側(cè)硅襯底I的表面；如圖9所示:所述絕緣支撐層2為二氧化硅層，利用二氧化硅層實(shí)現(xiàn)絕緣支撐的目的；1、在上述絕緣支撐層2上設(shè)置第一連接層4 ；如圖10所示:所述第一連接層4為復(fù)合層，第一連接層4包括濺射在絕緣支撐層2上的鈦金屬層以及濺射在所述鈦金屬層上的鎳金屬層，由于絕緣支撐層2為二氧化硅層，利用鈦金屬層能夠?qū)崿F(xiàn)與絕緣支撐層2之間的連接，利用鎳金屬層能實(shí)現(xiàn)與第二連接層7之間的連接，第一連接層4的制備工藝及復(fù)合層結(jié)構(gòu)均為本技術(shù)領(lǐng)域所熟知，為通過常規(guī)的技術(shù)手段及工藝要求制備得到。j、在上述第一連接層4上涂布第二光刻膠層18，并對所述第二光刻膠層18進(jìn)行曝光和顯影，以利用第二光刻膠層18遮擋所需的第一連接層4區(qū)域；如圖11所示:涂布第二光刻膠層18后，第二光刻膠層18覆蓋在第一連接層4的表面，為了能夠得到所需的第二連接層7，將第二光刻膠層18進(jìn)行曝光和顯影，保留位于封裝槽17中心區(qū)的第二光刻膠層18 ；k、在上述第一連接層4上設(shè)置第二連接層7，所述第二連接層7覆蓋第一連接層4對應(yīng)的表面區(qū)域；如圖12所示:所述第二連接層7同樣為復(fù)合層結(jié)構(gòu)，第二連接層包括電鍍在第一連接層4上的鎳金屬層以及電鍍于所述鎳金屬層上的金層，通過鎳金屬層能實(shí)現(xiàn)與第一連接層4之間的連接，利用金層實(shí)現(xiàn)與外部及連接電極之間的連接；第二連接層7的制備工藝及復(fù)合結(jié)構(gòu)均為本技術(shù)領(lǐng)域所熟知，為通過常規(guī)的技術(shù)手段及工藝要求制備得到；本實(shí)用新型實(shí)施例中，第二連接層7覆蓋未被第二光刻膠層18覆蓋的第一連接層4上。1、去除第一連接層4上的第二光刻膠層18，以在封裝槽17的下部得到貫通第二連接層7的第三窗口 19 ；如圖13所示:去除第二光刻膠層18后，在之前第二光刻膠層18的區(qū)域位置得到第三窗口 19，所述第三窗口 19從第二連接層7的上表面延伸至第一連接層4的表面，即形成貫通第二連接層7的孔結(jié)構(gòu)；m、利用上述第三窗口 19刻蝕第一連接層4，以得到貫通第一連接層4及第二連接層7的第四窗口 20 ；如圖14所示:利用第三窗口 19對第一連接層4進(jìn)行刻蝕后，對第一連接層4刻蝕的區(qū)域與第三窗口 19對應(yīng)一致，刻蝕掉第一連接層4后得到第四窗口 20;η、利用上述第四窗口 20刻蝕絕緣支撐層2，以在硅襯底I上方得到貫通絕緣支撐層2、第一連接層4及第二連接層7的第五窗口 21 ；如圖15所示，利用第四窗口 21對絕緣支撐層2進(jìn)行刻蝕，將于第四窗口 21對應(yīng)的絕緣支撐層2刻蝕掉后，形成第五窗口 21，第五窗口 21延伸至硅襯底I的表面，也即封裝槽17的底部；O、提供所需的透光芯片5,并將所述透光芯片5安裝于第五窗口 21的底部,透光芯片5支撐于娃襯底I上；如圖16所示，當(dāng)經(jīng)過上述工藝后，第五窗口 21與第一連接層4、第二連接層7及絕緣支撐層2之間形成安裝孔11，即安裝孔11與第五窗口 21相對應(yīng)，透光芯片5通過芯片連接層3安裝于安裝孔11內(nèi)，透光芯片5通過芯片連接層3實(shí)現(xiàn)與硅襯底I的固定連接；芯片連接層3采用常規(guī)的連接材料。[0068]p、將上述透光芯片5利用連接線6與第二連接層7電連接；如圖17所示:透光芯片5通過打線或焊線方式與第二連接層7連接，與第二連接層7電連接后，能夠通過第二連接層7或第二連接層7上的連接電極與外部電路的連接；q、提供高透光性玻璃晶圓22 ;如圖18所示，所述高透光性玻璃晶圓22可以采用常規(guī)的封蓋玻璃；r、在上述高透光性玻璃晶圓22上涂布第三光刻膠層23，并對所述第三光刻膠層23進(jìn)行曝光和顯影，以在高透光性玻璃晶圓22上方得到第六窗口 24 ；如圖19所示:在高透光性玻璃晶圓22上涂布第三光刻膠層23，以實(shí)現(xiàn)對高透光性玻璃晶圓22進(jìn)行刻蝕，第三光刻膠層23與高透光性玻璃晶圓22的表面之間形成第六窗Π 24 ；S、利用上述第六窗口 24對高透光性玻璃晶圓22進(jìn)行刻蝕，并去除所述第三光刻膠層23，以得到位于高透光性玻璃晶圓22上的連接凸塊25 ；如圖20所示:采用常規(guī)的刻蝕技術(shù)手段對高透光性玻璃晶圓22進(jìn)行刻蝕，去除與第六窗口 24對應(yīng)的區(qū)域，刻蝕工藝完成后，去除第三光刻膠層23，形成凸出于高透光性玻璃晶圓22上的連接凸塊25，連接凸塊25與高透光性玻璃晶圓22的表面之間形成第七窗口26 ；t、在上述連接凸塊25上印刷封蓋連接層10 ;如圖21所示:所述封蓋連接層10通過印刷形成在連接凸塊25上,封蓋連接層10采用苯并環(huán)丁烯(Benzocyclobutene,BCB)的連接材料制成；U、將上述高透光性玻璃晶圓22利用封蓋連接層10連接固定在上述硅襯底I上方的第二連接層7上，封蓋連接層10位于封裝槽17槽口的外側(cè)；如圖22所示:為了能夠?qū)ν腹庑酒?進(jìn)行保護(hù)，將上述處理后的高透光性玻璃晶圓22通過封蓋連接層10連接固定在第二連接層7上；V、對上述高透光性玻璃晶圓22進(jìn)行切割，以在硅襯底I上得到位于封裝槽17正上方的玻璃封蓋9 ;如圖23所示:根據(jù)透光芯片5的位置，切除封裝槽17兩側(cè)不需要的高透光性玻璃晶圓22，以實(shí)現(xiàn)將得到透光芯片5上方的玻璃封蓋9，即玻璃封蓋9為對高透光性玻璃晶圓22切割得到；W、對上述硅襯底I進(jìn)行所需的硅晶圓切割，以得到所需的透光封裝結(jié)構(gòu)；如圖24所示:為了能夠得到單個(gè)透光芯片5的封裝結(jié)構(gòu)，需要對硅襯底I進(jìn)行切害I]，本實(shí)用新型實(shí)施例中，對硅襯底I及高透光性玻璃晶圓22的切割均采用常規(guī)的半導(dǎo)體切割工藝；X、在上述透光封裝結(jié)構(gòu)上制造所需的連接電極。在對硅襯底I切割完成后，需要在封裝結(jié)構(gòu)上制造連接電極，以通過連接電極與外部電路的連接，本實(shí)用新型實(shí)施例中，根據(jù)具體連接形式的不同，連接電極包括金屬連接球形電極27或帶狀電極8，其中，圖25示出了第二連接層7上設(shè)置帶狀電極8的結(jié)構(gòu)，圖26示出了第二連接層7上設(shè)置金屬連接球形電極27，在具體實(shí)施例時(shí)，金屬連接球形電極27的高度高于玻璃封蓋9的高度，以便通過金屬連接球形電極27與外部電路的接觸連接，本實(shí)用新型實(shí)施例中，圖26僅僅示出了在第二連接層7上設(shè)置金屬連接球形電極27的結(jié)構(gòu)。本實(shí)用新型實(shí)施例中，連接電極的材料可以采用常用的金。 本實(shí)用新型在硅襯底I內(nèi)設(shè)置封裝槽17，封裝槽17內(nèi)設(shè)置絕緣支撐層2、第一連接層4及第二連接層7，并在封裝槽17內(nèi)形成用于安裝透光芯片5的安裝孔11，透光芯片5安裝于安裝孔11內(nèi)后，玻璃封蓋9連接固定在第二連接層7上，實(shí)現(xiàn)對透光芯片5的保護(hù)，同時(shí)玻璃封蓋9與硅襯底I之間的空腔12能夠作為光線傳播的通道，以滿足透光芯片5的工作要求，其結(jié)構(gòu)緊湊，封裝工藝可靠，適應(yīng)范圍廣，安全實(shí)用。
權(quán)利要求1.一種基于娃襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)，其特征是:包括娃襯底(I)，所述娃襯底(I)內(nèi)凹設(shè)有封裝槽(17)，所述封裝槽(17)的側(cè)壁及部分底壁覆蓋有絕緣支撐層(2)，且所述絕緣支撐層(2)延伸覆蓋封裝槽(17)槽口外側(cè)硅襯底(I)的表面；絕緣支撐層(2)上設(shè)有第一連接層(4)，所述第一連接層(4)上設(shè)有第二連接層(7)，封裝槽(17)中心區(qū)的底部由絕緣支撐層(2)、第一連接層(4)及第二連接層(7)間形成安裝孔(11)，所述安裝孔(11)貫通絕緣支撐層(2 )、第一連接層(4 )及第二連接層(7 );安裝孔(11)內(nèi)安裝有透光芯片(5 )，所述透光芯片(5 )通過連接線(6 )與第二連接層(7 )電連接；第二連接層(7 )上設(shè)有玻璃封蓋(9)，所述玻璃封蓋(9)位于封裝槽(17)槽口的正上方，玻璃封蓋(9)與下方的封裝槽(17 )間形成用于透光的空腔(12 );第二連接層(7 )上設(shè)有與第二連接層(7 )電連接的連接電極。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)，其特征是:所述透光芯片(5 )通過芯片連接層(3 )安裝于安裝孔(11)內(nèi)，并支撐于封裝槽(17 )槽底對應(yīng)的硅襯底(I)表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)，其特征是:所述連接電極為金屬連接球形電極(27)或帶狀電極(8)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)，其特征是:所述玻璃封蓋(9 )上設(shè)有連接凸塊(25 )，所述連接凸塊(25 )上設(shè)有封蓋連接層(10 )，玻璃封蓋(9 )通過封蓋連接層(10 )與第二連接層(7 )連接固定。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于硅襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)，其特征是:所述透光芯片(5)包括影像傳感器、環(huán)境光源傳感器或發(fā)光二極管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于硅襯底和玻璃封蓋的透光封裝結(jié)構(gòu)，其包括硅襯底，硅襯底內(nèi)凹設(shè)有封裝槽，封裝槽的側(cè)壁及部分底壁覆蓋有絕緣支撐層，且延伸覆蓋封裝槽槽口外側(cè)硅襯底的表面；絕緣支撐層上設(shè)有第一連接層，第一連接層上設(shè)有第二連接層，安裝孔貫通絕緣支撐層、第一連接層及第二連接層；安裝孔內(nèi)安裝有透光芯片，透光芯片通過連接線與第二連接層電連接；第二連接層上設(shè)有玻璃封蓋，玻璃封蓋位于封裝槽槽口的正上方，玻璃封蓋與下方的封裝槽間形成用于透光的空腔；第二連接層上設(shè)有與第二連接層電連接的連接電極。本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)緊湊，封裝工藝可靠，適應(yīng)范圍廣，安全實(shí)用。
文檔編號H01L23/485GK203013700SQ20122073981
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月28日
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