一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本實用新型涉及一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用，屬于半導(dǎo)體芯片封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。其包括表層嵌置芯片電極（200）的硅基本體（100），在硅基本體（100）的芯片電極（200）下方設(shè)置硅通孔（110），硅通孔（110）的內(nèi)壁設(shè)置絕緣層（310），絕緣層（310）的表面設(shè)置結(jié)構(gòu)保護層（320），在所述硅通孔（110）內(nèi)的芯片電極（200）下方開設(shè)先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層（320）、絕緣層（310）的微孔（301），在結(jié)構(gòu)保護層（320）上選擇性地設(shè)置金屬線路層（400），金屬線路層（400）通過微孔（301）與芯片電極（200）實現(xiàn)電氣連通，金屬線路層（400）的表面設(shè)置線路保護層（500）。本實用新型能夠避免硅通孔內(nèi)的絕緣層剝落、開裂、覆蓋不足等缺陷，提高硅通孔相關(guān)產(chǎn)品的成品率和可靠性。
【專利說明】一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)及其在圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用，屬于半導(dǎo)體芯片封裝【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]圓片級圖像傳感器封裝是近年來出現(xiàn)的封裝形式，相比與傳統(tǒng)的基板式封裝，圓片級圖像傳感器封裝有著封裝體積小、封裝成本低、封裝良率高的特點，得到了越來越廣泛的應(yīng)用。
[0003]圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)需要將芯片電極通過硅通孔互聯(lián)技術(shù)，即以填充金屬的硅通孔在垂直方向(Z軸方向)重新分布電極或線路，實現(xiàn)互聯(lián)從芯片上表面垂直再分布到芯片背面。硅通孔互聯(lián)通常包含硅通孔制作、絕緣層形成以及金屬填充，如圖1所示，絕緣層主要為氧化硅、氮化硅等無機材質(zhì)，業(yè)內(nèi)通過化學(xué)氣相沉積(CVD)的方式形成于硅通孔內(nèi)。但在實際生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn):絕緣層在受到應(yīng)力后容易從基體上剝落或者自身開裂。如:在金屬線路層制作后，由于金屬熱膨脹系數(shù)比絕緣層大，溫度升高會帶來張應(yīng)力，導(dǎo)致絕緣層從界面剝落；由于工藝能力的限制，硅通孔的側(cè)壁形貌很難制作的很平滑，容易在尖角處或者粗燥處形成應(yīng)力集中，導(dǎo)致絕緣層開裂；隨著硅通孔深寬比的不斷增加，CVD形成的絕緣層在孔壁覆蓋率下降的趨勢越來越嚴重。因此絕緣層直接關(guān)系到硅通孔內(nèi)金屬線路層的良率，進而影響相關(guān)產(chǎn)品的成品率及可靠性。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于克服當(dāng)前圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)的不足，提供一種能夠避免硅通孔內(nèi)的絕緣層剝落、開裂、覆蓋不足等缺陷的圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，以及應(yīng)用該封裝結(jié)構(gòu)的圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)。
[0005]本實用新型的目的是這樣實現(xiàn)的:
[0006]本實用新型一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，包括表層嵌置芯片電極的硅基本體，在所述硅基本體的芯片電極下方設(shè)置硅通孔，所述硅通孔的頂部為芯片電極的下表面，所述硅通孔的內(nèi)壁設(shè)置絕緣層，所述絕緣層沿硅通孔的內(nèi)壁向硅通孔外延展，所述絕緣層的表面設(shè)置結(jié)構(gòu)保護層，在所述硅通孔內(nèi)的芯片電極下方開設(shè)先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層、絕緣層的微孔，在所述結(jié)構(gòu)保護層上選擇性地設(shè)置金屬線路層，所述金屬線路層通過微孔與芯片電極實現(xiàn)電氣連通，所述金屬線路層的表面設(shè)置線路保護層。
[0007]本實用新型所述結(jié)構(gòu)保護層沿絕緣層分布，且其延展面積不小于絕緣層的延展面積。
[0008]本實用新型所述微孔的橫截面尺寸小于芯片電極的橫截面尺寸。
[0009]本實用新型所述微孔在芯片電極下方先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層、絕緣層和芯片電極。
[0010]本實用新型在硅通孔內(nèi)，所述硅通孔、結(jié)構(gòu)保護層、絕緣層、微孔的對稱軸線分別與芯片電極的縱向中心線重合。[0011]本實用新型一種圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，包括表層嵌置若干個芯片電極的硅基本體，所述硅基本體的上表面的中央設(shè)置芯片感應(yīng)區(qū)，所述芯片感應(yīng)區(qū)的周邊設(shè)置上下中空的隔離層，所述隔離層上設(shè)置蓋板，所述蓋板與隔離層在硅基本體的上表面形成容納芯片感應(yīng)區(qū)的空腔，在所述硅基本體的芯片電極下方設(shè)置硅通孔，所述硅通孔采用上述圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，所述絕緣層、結(jié)構(gòu)保護層和金屬線路層依次延展至硅基本體的下側(cè)，所述絕緣層與金屬線路層之間為所述結(jié)構(gòu)保護層，所述金屬線路層的終端設(shè)置線路保護層開口。
[0012]本實用新型所述線路保護層開口內(nèi)設(shè)置焊球。
[0013]本實用新型所述蓋板為玻璃或硅片。
[0014]本實用新型所述隔離層設(shè)置于芯片電極的上方。
[0015]本實用新型所述微孔在芯片電極下方先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層、絕緣層和芯片電極，直達隔離層的內(nèi)部。
[0016]本實用新型在覆蓋率不佳的絕緣層的表面通過噴涂具有柔性的聚合材料的結(jié)構(gòu)保護層，可以對后續(xù)工藝形成的應(yīng)力起到緩沖作用，避免了絕緣層受應(yīng)力后從硅基體上剝落；結(jié)構(gòu)保護層對由于硅通孔形貌或者粗糙導(dǎo)致的應(yīng)力集中也起到了預(yù)防作用，避免了應(yīng)力集中導(dǎo)致絕緣層開裂；對于不斷增加的硅通孔深寬比，通過噴涂形成于絕緣層表面的結(jié)構(gòu)保護層，有效地彌補了 CVD形成的絕緣層在孔壁覆蓋率不高的缺陷。
[0017]本實用新型對硅通孔內(nèi)連通金屬線路層與芯片電極的微孔也進行了改進，通過增加微孔的貫穿深度，有效地降低了金屬線路層對絕緣層的應(yīng)力影響，也提高了金屬線路層在硅通孔內(nèi)的結(jié)合力。
[0018]本實用新型的有益效果是:
[0019]本實用新型在原有絕緣層上增設(shè)具有柔性、噴涂形成的結(jié)構(gòu)保護層，緩解了后續(xù)工藝對絕緣層的應(yīng)力作用，有效地避免了硅通孔內(nèi)的絕緣層剝落、開裂、覆蓋不足等缺陷，增強了原有絕緣層的絕緣效果；通過改變原有微孔的深度，有效地降低了金屬線路層對絕緣層的應(yīng)力影響，進一步提高了金屬線路層在硅通孔內(nèi)的結(jié)合力，提高了硅通孔相關(guān)產(chǎn)品的成品率和可靠性。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1為現(xiàn)有硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)。
[0021]圖2為本實用新型一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0022]圖3為本實用新型一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)應(yīng)用于圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0023]圖中:
[0024]硅基本體100
[0025]硅通孔110
[0026]芯片電極200
[0027]微孔301
[0028]絕緣層310
[0029]結(jié)構(gòu)保護層320[0030]金屬線路層400
[0031]線路保護層500
[0032]線路保護層開口 511
[0033]隔離層600
[0034]空腔610
[0035]蓋板700
[0036]芯片感應(yīng)區(qū)800
[0037]焊球900。
【具體實施方式】
[0038]參見圖2，本實用新型一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，包括表層嵌置芯片電極200的硅基本體100，在硅基本體100的芯片電極200下方設(shè)置硅通孔110，硅通孔110的頂部為芯片電極200的下表面，硅通孔110的對稱軸線可以與芯片電極200的縱向中心線重合。采用化學(xué)氣相沉積(CVD)的方法在硅通孔110的內(nèi)壁上附著絕緣層310，絕緣層310沿硅通孔110的內(nèi)壁向硅通孔110外延展。
[0039]絕緣層310的表面通過噴涂的方法覆蓋聚乙烯醇、聚乙烯基苯酚、聚甲基丙烯酸甲脂等聚合材料的結(jié)構(gòu)保護層320，所述結(jié)構(gòu)保護層320沿絕緣層310分布，且其延展面積不小于絕緣層310的延展面積。在硅通孔110內(nèi)的芯片電極200下方通過等離子刻蝕或者激光刻蝕的方法開設(shè)先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層320和絕緣層310的微孔301，微孔301的橫截面尺寸小于芯片電極200的橫截面尺寸。在結(jié)構(gòu)保護層320上選擇性地設(shè)置金屬線路層400。所述金屬線路層400通過微孔301與芯片電極200實現(xiàn)電氣連通，所述金屬線路層400的表面設(shè)置線路保護層500。
[0040]為降低了金屬線路層對絕緣層的應(yīng)力影響，進一步提高了金屬線路層在硅通孔內(nèi)的結(jié)合力，微孔301在芯片電極200下方也可以先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層320、絕緣層310和芯片電極200，金屬線路層400通過微孔301進入芯片電極200，并與芯片電極200實現(xiàn)電氣連通。
[0041]在硅通孔內(nèi)，結(jié)構(gòu)保護層320、絕緣層310、微孔301的對稱軸線可以分別與芯片電極200的縱向中心線重合，以有助于硅通孔相關(guān)產(chǎn)品的成品率和可靠性的提高。
[0042]本實用新型一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)可以應(yīng)用于圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，如圖3所示。圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)包括表層嵌置若干個芯片電極200的硅基本體100，硅基本體100的上表面的中央設(shè)置芯片感應(yīng)區(qū)800，芯片感應(yīng)區(qū)800的周邊設(shè)置上下中空的隔離層600，隔離層600上設(shè)置材質(zhì)為玻璃或硅片的蓋板700，蓋板700與隔離層600在硅基本體100的上表面形成容納芯片感應(yīng)區(qū)800的空腔610。在硅基本體100的芯片電極200下方為采用上述圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)的硅通孔110。
[0043]硅通孔110內(nèi)的絕緣層310、結(jié)構(gòu)保護層320和金屬線路層400依次延展至圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)的硅基本體100的下側(cè)，絕緣層310與金屬線路層400之間為結(jié)構(gòu)保護層320。金屬線路層400的終端設(shè)置線路保護層開口 511，用于設(shè)置焊球900、金屬柱等金屬物。
[0044]在上述圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)中，隔離層600可以設(shè)置于芯片電極200的上方，微孔301在芯片電極200下方可以先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層320、絕緣層310和芯片電極200，直達隔離層600的內(nèi)部，使在硅通孔深寬比不斷增加時、微孔301的橫截面積有限的情況下，增加金屬線路層400與芯片電極200接觸面積，提高硅通孔內(nèi)的結(jié)合力，降低金屬線路層對絕緣層的應(yīng)力影響。
[0045]本實用新型的圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)不限于上述實施例，圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)也不限于僅應(yīng)用于圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，也可應(yīng)用于轉(zhuǎn)接板封裝結(jié)構(gòu)、晶圓級LED封裝結(jié)構(gòu)等涉及硅通孔互聯(lián)技術(shù)的其他結(jié)構(gòu)，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本發(fā)明權(quán)利要求所界定的保護范圍內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，包括表層嵌置芯片電極(200)的硅基本體(100)，在所述硅基本體(100)的芯片電極(200)下方設(shè)置硅通孔(110)，所述硅通孔(110)的頂部為芯片電極(200)的下表面，所述硅通孔(110)的內(nèi)壁設(shè)置絕緣層(310)，所述絕緣層(310)沿硅通孔(110)的內(nèi)壁向硅通孔(110)外延展， 其特征在于:所述絕緣層(310)的表面設(shè)置結(jié)構(gòu)保護層(320)，在所述硅通孔(110)內(nèi)的芯片電極(200)下方開設(shè)先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層(320)、絕緣層(310)的微孔(301)，在所述結(jié)構(gòu)保護層(320)上選擇性地設(shè)置金屬線路層(400)，所述金屬線路層(400)通過微孔(301)與芯片電極(200)實現(xiàn)電氣連通，所述金屬線路層(400)的表面設(shè)置線路保護層(500)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述結(jié)構(gòu)保護層(320)沿絕緣層(310)分布，且其延展面積不小于絕緣層(310)的延展面積。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述微孔(301)的橫截面尺寸小于芯片電極(200)的橫截面尺寸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一種所述的圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述微孔(301)在芯片電極(200)下方先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層(320)、絕緣層(310)和芯片電極(200)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一種所述的圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:在硅通孔(I 10)內(nèi)，所述硅通孔(I 10)、結(jié)構(gòu)保護層(320)、絕緣層(310)、微孔(301)的對稱軸線分別與芯片電極(200)的縱向中心線重合。
6.一種圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，包括表層嵌置若干個芯片電極(200)的硅基本體(100)，所述硅基本體(100)的上表面的中央設(shè)置芯片感應(yīng)區(qū)(800)，所述芯片感應(yīng)區(qū)(800)的周邊設(shè)置上下中空的隔離層(600)，所述隔離層(600)上設(shè)置蓋板(700)，所述蓋板(700)與隔離層(600)在硅基本體(100)的上表面形成容納芯片感應(yīng)區(qū)(800)的空腔(610)，在所述硅基本體(100)的芯片電極(200)下方設(shè)置硅通孔(110)， 其特征在于:所述硅通孔(110)采用如權(quán)利要求1至5中任一種圓片級硅通孔內(nèi)的封裝結(jié)構(gòu)，所述絕緣層(310)、結(jié)構(gòu)保護層(320)和金屬線路層(400)依次延展至硅基本體(100)的下側(cè)，所述絕緣層(310)與金屬線路層(400)之間為所述結(jié)構(gòu)保護層(320)，所述金屬線路層(400)的終端設(shè)置線路保護層開口(511)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述線路保護層開口(511)內(nèi)設(shè)置焊球(900)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述蓋板(700)為玻璃或硅片。
9.根據(jù)權(quán)利要求6至8中任一種所述的圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述隔離層(600)設(shè)置于芯片電極(200)的上方。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的圓片級圖像傳感器的封裝結(jié)構(gòu)，其特征在于:所述微孔(301)在芯片電極(200)下方先后貫穿結(jié)構(gòu)保護層(320)、絕緣層(310)和芯片電極(200)，直達隔離層(600)的內(nèi)部。
【文檔編號】H01L27/146GK203589033SQ201320742912
【公開日】2014年5月7日 申請日期:2013年11月22日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月22日
【發(fā)明者】陳棟, 胡正勛, 張黎, 陳錦輝, 賴志明 申請人:江陰長電先進封裝有限公司